hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生態系における普遍性の統計力学的研究

化石資料や生態系の観測データ、社会系、さらには理論モデルに普遍的に見られる特徴的パターンの由来の理解を目指し研究を行った。まず質的に異なる多種競争系の数理モデルの比較から特徴的な生物種寿命分布の統計性を左右する要件を明らかにした。またこの知見を元に系の記述を大幅に簡単化したグラフモデルを提案し、この簡単なモデルにおいても観測事実に一致する分布が得られる事とその数理的機構を明らかした。実際の化石資料や生態系に見られる特徴的パターンの由来についての統計物理学的理解を得ることが本研究の目的である。このために研究計画通り高速かつ大容量のメモリを有するワークステーションを整備し、異なる種間相互作用モデルの系統的な解析を進めた。これにより、私が提案してきたスケール普遍な種間相互作用に基づくポピュレーションダイナミクス系と、これとは異なる個体ベースの相互作用モデル(tangled-nature model)の間で種の寿命分布に共通の統計性があることが明らかになった。また、この統計性を左右するのは新規侵入種が在来種と相関を持つかどうかという点であることも明確になった。これらの結果を論文:"Random walk in genome space : a key ingredient of intermittent dynamics of community assembly"としてまとめた。また、これと並行して国内及び海外で成果発表と議論を行った(6/11-6/13台湾大学でワークショップに参加、講演。6/28-7/6WE-Heraeus Summer School 2009 "Steps in Evolution"に参加、講演。8/22-9/7スイス連邦工科大学、ヘルシンキ工科大学、ニールスボーア研究所を訪問し各所でセミナー講演と議論を行った。12/11-12/19 Biocomplex Taiwan 2009にて招待講演)。また、特に2度訪問した台湾では、我々の持つインターネット動画サイトについてのデータと解析結果についての議論から台湾サイトの解析も含めた共同研究を始めた。生態系研究から得てきた、系の相互作用の関数形の詳細に依らない統計性の普遍性についての知見を基に動画サイトにおける統計性について普遍性を解析しつつある。このことから一方ではサイトのサイズや構造、性格、更には社会の違いに起因する個別性を明らかにすることも期待できる。「化石資料や生態系、社会系等、多自由度競争系に見られる特徴的パターンの由来についての統計物理学的理解を得る」という本研究の目的のため、前年度までに詳細が相異なる種間相互作用モデル群について系統的な解析を進めてきた。これによって、競争系に特有かつ非自明な統計量として特に注目して来た対象である"種の寿命分布"は相互作用の様式の詳細よりも新入種の既存種との相関の有無に大きく影響される事が分かって来た。この知見から、この分布の起源の更なる理解のため相互作用を更に簡単化したグラフダイナミクスのモデルを提案し、この簡単なモデルにおいても観測事実に一致する分布が得られる事とその数理的機構を明らかにした。これについて出版した論文は重要性を高く評価され,当該雑誌より当該年の優秀論文として選ばれた(New Journal of Physics Best of 2010, http://iopscience.iop.org/1367-2630/page/Best%20of%202010)。これらの成果については2つの国際学会でも発表を行い、周知と関連する情報の収集・議論に努めた。これと平行して論文にまとめた際に残された課題、特に系の自由度の増減幅に実質的な制限が無い場合や新入種の導入ルールが異なる場合(元のものと同程度に簡潔であるものに限る)について研究を継続している他、前年度より進めて来たインターネットサイトにおける統計性についての共同研究も進めた(論文準備中)。また、多自由度系における特徴量抽出の例として、初年度に整備した計算機を活用しての株価変動の相関構造の解析の共同研究を行った(論文準備中)。「化石資料や生態系の観測データ、社会系、さらには多自由度競争系モデルに普遍的に見られる特徴的パターンの由来についての統計物理学的理解を得る」という本研究の目的のため、前年度までに相互作用を大幅に簡単化したグラフダイナミクスのモデルを提案し、この簡単なモデルにおいても観測事実に一致する分布が得られる事とその数理的機構を明らかにしてきた。この成果は一定の評価を得た(selected for New Journal of Physics Best of 2010)が、普遍分布の導出の元となる系の種数の振る舞いの起源についての理解は進んでいなかった。これは1970年代のR.Mayらの問題提起以来の積年の課題と言える難しい問題と言える。本年度はこの課題について取り組み、まず系統的シミュレーションより(1)相互作用密度でなく本数を指定するモデル(系の種数を明示的に教えない)におりて唯一のパラメターである相互作用本数に対応した新規な種数発散/非発散転移が起こる事を発見した。更に、シミュレーション結果の詳細な解析を元に理論的解析を進め(2)この新規な転移の起こる機構について明確な理解を与える理論を得た。これらの進展、特に(1)について国内外の学会で発表した。

また、その機会に得た有益な議論も生かし、この新規な転移についての論文を現在準備中である。また、これと並行して、多自由度系における特徴量抽出の試みとして進めて来た株価変動の相関構造の解析についての共同研究を進め、論文を投稿及び再投稿した
ミュー粒子稀崩壊による超対称性理論検証のための究極性能を持つ測定器の開発

レプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊探索を目的としたMEG実験は全データを用いた世界最高感度の最終結果を2016年3月に発表した。この最終感度の一桁改善を目標にMEG II実験の研究開発を推進している。特にバックグラウンド事象の削減に決定的に重要となるガンマ線検出器の飛躍的な性能改善を、新しい光センサーによる高精細シンチレーション光読み出しにより実現することを目指している。本研究において、液体キセノン中で使用可能な大型の新しい光センサーMPPCの開発を終了し、MEG II実験に使用可能なMPPCの大量生産を成功させた。今後液体キセノンを使用する他分野の実験への本センサーの適用可能性も示した。本研究グループはレプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊μー>eγを探索するため、国際共同実験MEGを中軸として行なってきた。昨年ついに物理ランを終了し、いよいよMEG II実験に向けて本格的に検出器開発を推進している。本研究は、特にバックグラウンド事象の削減に決定的に重要となるガンマ線検出器の飛躍的な性能向上を、新しい光センサーによる高精細シンチレーション光読み出しにより実現することを目指している。当該年度は、まず液体キセノン中で使用可能な新しい光センサーMPPCの開発を継続し、光センサーの試作品を完成させた。具体的には、真空紫外光に感度のあるMPPCに対して浜松ホトニクスの新技術の導入を行い、金属抵抗の導入も同時に行なった。さらに有感面積の大型化により波形の時定数が伸びる問題が生じたが、12mm角のMPPCを6mm角のMPPC4つに分割し、それらの直列接続を行なうことにより波形の時定数を短くすることに成功した。また、真空紫外光に感度を持たせるために保護膜を取り除いたため、センサーがむき出しになることを避けるため、表面に石英窓をつけ、さらに6mm角のMPPC4つをひとつのパッケージとする設計を行った。最終的に、プロトタイプ検出器用のMPPCを110個製作した。読み出し回路の整備としては、MPPCに特化した波形取得装置の開発に取り組み、MPPCに必要なアンプを搭載した試作ボードのテストを行ない、ノイズレベルが十分小さいことを確認した。レプトンフレーバーを破る(LFV)ミュー粒子崩壊μ→eγを探索する国際共同実験MEGは、2013年にデータ収集を終了した。本研究グループは、これまでに得られたデータ解析を続ける一方、更に一桁高い感度を持ってLFVミュー粒子崩壊を探索、発見することを目標にした次世代実験、MEG IIの実現に向けて開発を続けてきた。当該年度は、まず昨年度製作したプロトタイプ検出器用のMPPCの常温測定から開始し、単光電子の分離、ダークレート、ゲイン、クロストークとアフターパルス等の測定を通して性能を確認した。いくつかダークレートが高いものが見つかったが、我々にとっては低温での使用時にはダークレートは5桁落ちるため問題ではなく、また浜松ホトニクスは既にこの件については了承済みで実機に向けた製作ではこれらのMPPCは除かれる予定になっている。プロトタイプ検出器用に新しいフィードスルーの開発に着手し、同軸ケーブルのように信号線がグラウンド層に覆われたようなデザインの基板を直接フランジに接着する斬新な方法にて大量のチャンネルを小さいスペースで低温容器から導き出すことに成功した。この結果プロトタイプ検出器で液体キセノン温度でのセンサーの性能評価が可能となり、また実機で使用予定のケーブル、コネクタから読み出し回路を合わせたノイズ測定等も行った。また、MPPCのエネルギー分解能が、検出光子数が増えると検出光子数から決まる統計精度に従って向上することを、小型試験装置を用いて高統計領域においても確認した。さらに浜松ホトニクスが我々の光センサーにクロストーク抑制技術を適用することに成功したため、より分解能が向上したMPPCが完成した。レプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊探索を目的としたMEG実験は2013年に終了し、全データ解析も最近終了して3月のLa Thuileの国際会議にて世界最高感度の探索結果を報告した。残念ながらレプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊の発見には至らなかったが、この最終感度を一桁向上させることを目標にMEG II実験の研究開発を順調に推進してきた。本研究では特にMEG II実験において感度向上に欠かせないガンマ線検出器の性能改善を、新しい光センサーを開発することにより可能にし、新しい物理の発見につなげることを目的としている。当該年度では、前年度までに開発を終了したクロストーク抑制機構を取り込んだ新しい光センサーMPPCの常温、低温での測定を行った。従来のクロストーク抑制機構のないセンサーと比較し、実際にクロストーク抑制機構が正しく動作しており、動作電圧範囲をさらに上げることが可能であることを確認した。このクロストーク事象の低減によりゲインを上げることが可能となりS/Nの向上、さらにエネルギー分解能が向上することを実証した。光センサーの大面積化のために、波形のテール部分が増加してしまうことを防ぐ目的で6mm角センサーを4つ直列接続して使用することを検討してきたが、これまで2個並列にして2個直列にするか、4つ直列にするかの選択肢があった。今回4つ直列の接続方法で単光電子ピークの分離が可能であること、波形のテールが短いことによる時間分解能の良さ、等を実測し、4つ直列方式の採用を決定した。これらの結果をもとにより現実的なシミュレーションを行い、エネルギー、位置分解能の改善だけでなく、時間分解能の改善の可能性についても新たな知見を得ることができた。以上の研究により、MEG II実験ガンマ線の性能改善を証明し、今後の様々な実験に対してこの光センサーの適用可能性を示すことに成功した。

レプトンフレーバーを破るミュー粒子崩壊探索を目的としたMEG実験は全データを用いた世界最高感度の最終結果を2016年3月に発表した。この最終感度の一桁改善を目標にMEG II実験の研究開発を推進している。特にバックグラウンド事象の削減に決定的に重要となるガンマ線検出器の飛躍的な性能改善を、新しい光センサーによる高精細シンチレーション光読み出しにより実現することを目指している。本研究において、液体キセノン中で使用可能な大型の新しい光センサーMPPCの開発を終了し、MEG II実験に使用可能なMPPCの大量生産を成功させた。今後液体キセノンを使用する他分野の実験への本センサーの適用可能性も示した。本年度において液体キセノン中で使用可能な新しい光センサーMPPCの液体キセノン中での大量試験を行い、実機とより近い環境における性能確認をする、という目標は達成された。多チャンネルを実現するための細いケーブル、密度の高いフィードスルー、MPPC支持基板等の開発も順調に進んでおり、大きな問題は見つかっていない。また、浜松ホトニクスのクロストーク抑制技術の導入により、実機に使用可能なMPPCの製作を開始したことも、当初の目標を達成しており、順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。素粒子実験昨年度に製作を開始したMPPCの常温と低温での測定を行う。これまでに測定したクロストーク抑制機構のないセンサーに対する結果と比較し、MEG II実験に使用するための性能の総合評価、また安定性等あらゆる面から問題がないかどうか徹底的に調査する。実機では、波形のテール部分の増加を防ぐために6mm角のセンサーを4つ直列接続して使用する。この接続方法には、2個並列2個直列にするか、4つ直列にするかの自由度があり、それぞれの基本パラメーターの測定結果をシミュレーションに組み込んで総合的に判断する。また、液体キセノン保持用の冷凍機の性能評価方法を検討しており、必要に応じてプロトタイプ検出器にて性能確認を行う。このとき、同時にガス純化性能評価、光センサーの入射角度依存性等の測定も検討している。また、読み出し回路の開発状況に応じて、できるだけ早くフィードバックをかけるために実際の波形を取得して分解能の劣化等がないかどうかを速やかに確認していく。本年度において液体キセノン中で使用可能な新しい光センサーMPPCの試作品を完成させるという目標は達成された。特に浜松ホトニクスの新しい技術の導入等により運転電圧領域の増加、アフターパルスの低減、金属抵抗の導入によるクエンチ抵抗の温度係数の減少などが実現された。また、光センサーの大型化では避けて通れないキャパシタンスの増加を、12mm角のMPPCをセグメント化して直列接続を行なうことにより、波形の時定数の短縮にも成功した。また、MPPCのパッケージの設計の完成を通してMPPCの試作品の購入まで到達したという意味において、順調に進展していると言える。また、読み出し回路の整備にも着手し、本格的な試作ボードの製作までこぎつけた。
ロバスト制御のためのモデリングと制御

本年度は,つぎのことを明らかにした。1.低感度でロバスト安定な制御系を構築するには、制御対象の相対次数が正確にわかるとよいことが知られている。正確に制御対象の相対次数がえられない場合でも、指定した角周波数領域で低感度特性を保ちつつロバスト安定性を満足する制御系を与えうるモデルの条件を明らかにした。ナイキストの定理からえられる条件||T(s)△(s)||∞を展開し、十分条件として|G(jw)/Gm(jw)|<(1-|T(jw)|VT(iw)|(∀ω∈R)をえる。ただし、G(s)は制御対象、Gm(s)はモデル、T(s)は相補感度関数、△(s)はモデル誤差とする。T(s)をさきに決め、さきの条件を満足するモデルの条件を求める。さきの条件を満足するモデルはつぎのようにまとめられる。(a)原点に2個以上の極を持たせる(b)ゲインを適当な大きさ以上に選ぶ2.(1)の条件は、||T(s)||∞【less thanor equal】1が成立する場合のみ満足できるので、状態フィードバック、オブザーバと自由パラメータを用いた制御系で、(1)の条件を満足するための条件を明らかにした。これは、有界実の定理を用いて、制御対象自身が安定であればよいことが明ら3.以上のことをふまえて、モデリングのアルゴリズムと制御系設計のアルゴリズムを構築した。本補助金により購入したコンピュータを用いてシミュレーションを行い本設計法の有効性を確認した。4.今後は、不安定な制御対象に対し、相対次数が正確にわからない場合でも低感度でロバスト安定な制御系を構築する方法を検討する。具体的に方法としては、制御対象に並列補償器を加えることにより達成できる感触があり現在研究中である。
プロトン性溶媒中での金属錯体による二酸化炭素の活性化

窒素気流下ではRu(II)ナフチル錯体(1)のサイクリックボルタモグラム(CV)は支持電解質に依存せず、2つの不可逆的な還元波に引き続いて3つの準可逆な酸化還元波を示した。二つの不可逆的な還元波は、最初の2電子還元がη^1-napy配位子のπ軌道で起こり、η^1-napy基のフリー窒素が1のカルボニル炭素へ分子内配位を起こして、Ru-C(O)-NCNの5員環を形成するためであると思われる。LiBF_4を支持電解質として1のCVをCO_2雰囲気測定すると、CO_2の還元的不均化反応(1式)に基づく非可逆的な一つの大きな還元波が現れ、(CH_3)_4NBF_4を電解質とすると触媒的な還元電流が流れ、(CH_3)_4NBF_4が関与したCO_2還元が起こることが明らかとなった。事実、LiBF_4を支持電解質としてCO_2気流下1を還元すると1式の反応が緩やかに進行した。同一条件下(CH_3)_4NBF_4を電解質とすると、(CH_3)_4N^+が1のカルボニル基のメチル化試薬として機能し、CO発生を伴うことなくアセトンのみが高速で選択的に生成した(2式)。
PCBの甲状腺ホルモン撹乱作用発現メカニズムの解明:ヒトへの外挿性に関する研究

本研究では、Wistar系ラット及びUGTIAファミリーを欠損したラット(Gunnラット)に低用量のKanechlor-500(KC500)(10mg/kg)を10日間連続投与することにより、いずれも血中サイロキシン(T_4)濃度が低下することが明らかになった。また、Wistar系ラットのKC500による血中T_4濃度の低下には、従来考えられているT_4のUDP-グルクロン酸転移酵素(T_4-UGP-GT)活性の増加よりも、T_4の血中から肝臓への移行が重要な役割を果たしていること、またその移行には血中のT_4とトランスサイレチン(TTR)との結合阻害が関与していることが示唆された。すでに、KC500(100mg/kg)単回投与による血中T_4濃度の低下作用メカニズムとして、著者らが示した血中T_4の肝臓への移行は、KC500の過剰投与による一過性の生体防御機構ではなく、単回投与では無作用量のKC500を連続投与することにより、生体内でpolychlorinated biphcnyl(PCB)の蓄積が起こり、KC500(100mg/kg)単回投与と同一のメカニズムで、血中T_4濃度の低下が起こることが示された。このことは、ヒトにおいても、微量のPCBを含む魚介類などを日常的に摂取することによりPCBが体内に蓄積し、甲状腺ホルモン濃度の低下が起こる可能性が考えられ、PCBなどの化学物質に対する食品の安全性の評価が重要であると考えられる。また、ヒト肝臓におけるT_4のグルクロン酸抱合は、主にUGT1A1及びUGT1A3により触媒されることが示された。さらに、T_4-UDP-GT活性の個人間変動は、UGT1A1及びUGT1A3の発現量の違いに起因することが示唆された。ヒトを含む多くの動物種のPCBによる血中甲状腺ホルモン濃度の低下機構の解明はいまだ不十分であり、今後のさらなる追究が必要である。PCBのほ乳動物及びヒトにおける甲状腺ホルモン撹乱作用(特に血中甲状腺ホルモン濃度低下作用)の発現メカニズムを動物種差と考え合わせて解明し、PCBの甲状腺ホルモン撹乱物質としてのヒトに対するリスク評価を行うことを本研究目的とした。今年度の検討により、Wistar系ラット及びUGTIAファミリーを欠損したラット(Gunnラット)に低用量のKanechlor-500(KC500)(10mg/kg)を10日間連続投与することにより、いずれも血中サイロキシン(T_4)濃度が低下することが明らかになった。また、Wistar系ラットのKC500による血中T_4濃度低下には、従来考えられているT_4-グルクロン酸転移酵素(T_4-UDP-GT)活性の増加よりも、T_4の血中から肝臓への移行が重要な役割を果たしていること、またその移行には血中のT_4とトランスサイレチン(TTR)との結合阻害が関与していることが示唆された。また、4-OH-2,2',3,4',5,5',6-heptachlorobiphenyl(4-OH-CB187)は、低用量(1mg/kg)投与によりマウス血清中T_4濃度を低下させる作用のあること、その作用は3,3',4,4',5-pentachlorobiphenyl(CB126)よりも強力であることが明らかになった。

CB126による血清中T_4濃度の低下は、主にアリルハイドロカーボンレセプター(AhR)を介したT_4-UDP-GT活性の増加によって起こるが、4-OH-CB187による血清中T_4濃度の低下は、主に血中T_4の肝臓への移行量の亢進、また血中T_4とTTRとの結合阻害によって起こることが示唆された。PCBの甲状腺ホルモン撹乱作用(特に血中甲状腺ホルモン濃度低下作用)の作用発現メカニズムを動物種差と考え合わせて解明し,ヒトへの外挿を進める上で,ヒトにおけるサイロキシン(T_4)のグルクロン酸抱合に関与するUGT分子種を解明する必要がある。そこで,ヒト肝臓におけるT_4のグルクロン酸抱合に関わるUGT分子種を明らかにするために,昆虫細胞発現系UGT分子種とヒト肝ミクロソームを用いて,T_4のグルクロン酸抱合反応を解析した。検討した昆虫細胞発現系ヒトUGT分子種の中で,UGT1A1,UGT1A3,UGT1A9及びUGT1A10は,明確なT_4-UDP-GT活性を示した。ヒト肝ミクロソームにおけるT_4-UDP-GT活性の個人間変動は,β-estradiolの3位のグルクロン酸抱合酵素活性と有意な相関関係が認められた。さらに,ヒト肝ミクロソームのT_4-UDP-GT活性とUGT1A1及びUGT1A3の発現量との間に有意な相関関係が認められた。しかし,UGT1A9の発現量とは相関関係は認められなかった。また,ヒト肝ミクロソームのT_4-UDP-GT活性は,26,26,26,27,27,27-hexafluoro-1α,23(S),25-trihydroxyvitamin D_3(UGT1A3の特異的阻害剤)により強く阻害され,bilirubin(UGT1A1の特異的阻害剤)及びβ-estradiol(UGT1A1及びUGT1A9の特異的阻害剤)ではわずかに阻害されるのみであった。これらの結果から,ヒト肝臓におけるT_4のグルクロン酸抱合は,主にUGT1A1及びUGT1A3により触媒されることが強く示された。また,ヒトのT_4-グルクロン酸抱合には,肝臓に加え小腸のUGP-GTも関与していることが示唆された。今後,さらなる追究が必要である。
Ras/MAPキナーゼシグナル伝達経路調節因子Sefの機能解析

ERK MAPキナーゼは細胞外刺激によって活性化し多彩な生命現象の制御に関与する。ERKの機能する場所及び活性化持続時間が細胞応答の特異性決定の重要な要因となっていると考えられている。これまでの研究で私はSefがこの経路の空間的な調節因子として機能することを明らかにした。近年SefのスプライシングアイソフォームであるSef-Sが見出されており、その機能解析を行った。Sef-Sは細胞質に局在し活性型MEKと結合した。しかしERKの核内移行は阻害せず、むしろ増殖刺激依存的なElk-1の活性化を促進することがわかった。Sef-SによってSefの活性型MEKへの結合が阻害されたことから、Sef-Sが優勢不能型として機能するのではないかと考えられる。ERKの活性化の持続時間を制御する調節因子としてSprouty(Spry)が報告されておりその機能はSpryのチロシンリン酸化依存的であることが示されている。このSpryのリン酸化に関してさらに解析を行った結果、Spry1もSpry2も増殖刺激依存的にリン酸化されるがSpry1の方がより早い時間のみ(刺激後10分から30分)リン酸化されることがわかった。それに対してSpry2は刺激後30分以降からリン酸化が増えることがわかった。Spry2は細胞内で微小管様の局在を示し、微小管重合阻害剤であるノコダゾールで微小管を壊すとSpry2の局在も細胞質全体に広がる。ノコダゾール処理時のSpry2のリン酸化を調べた結果、そのリン酸化が早まる(刺激後15分から)ことがわかった。逆に微小管脱重合阻害剤のタキソールで処理するとSpry2は微小管同様にバンドル化した局在をとり刺激後30分以降のリン酸化が減ることがわかった。このことからSpryは空間的な制御を受け、その結果としてチロシンリン酸化の時間的な制御を受けていることが示唆された。近年SefのスプライシングアイソフォームであるSef-Sが存在することが見出されており、私はこのSef-Sに関して解析を行った。Sef-Sを発現するmRNAはヒトでS1型、マウスでS2型が報告されていた。クローニングの結果、ヒトにおいてS1型、S2型の二種類のmRNAがあることがわかった。Sef-Sの機能解析を行った結果、Sef-Sは細胞質に局在し活性型MEKと結合した。しかしながらERKの核内移行は阻害せず、むしろ増殖刺激依存的なElk-1の活性化を促進することがわかった。Sef-SによってSefの活性型MEKへの結合が阻害されたことから、Sef-SがSefに対して優勢不能型として機能するのではないかと考えられる。ERKの活性化の持続時間を制御する調節因子としてSproutyが報告されておりその機能がSproutyのチロシンリン酸化依存的であることが示されている。このSproutyのリン酸化に関して解析を行った結果、Sprouty1もSprouty2も刺激依存的にチロシンリン酸化されるがその時間経過に違いがあることがわかった。またSproutyはShp2により脱リン酸化されると報告されている。そこで刺激依存的にShp2と結合して活性化させるSHPS-1に着目してSproutyのリン酸化に対する影響を調べた。その結果、SproutyとSHPS-1を共発現させるとSproutyのリン酸化が阻害されることがわかった。このことはSproutyのリン酸化が他の因子によって厳密に調節されうることを示している。

逆に微小管脱重合阻害剤のタキソールで処理するとSpry2は微小管同様にバンドル化した局在をとり刺激後30分以降のリン酸化が減ることがわかった。このことからSpryは空間的な制御を受け、その結果としてチロシンリン酸化の時間的な制御を受けていることが示唆された。
ラット進行性腎炎モデルにおけるERK5の役割の検討

細胞内シグナル伝達系においてMAPキナーゼカスケードは細胞生存や増殖、分化など多くの生命現象に重要な役割を果たしている。我々は、そのコンポーネントの一つであるExtracellular-signal-regulated kinase 5(ERK5)に着目し、慢性進行性腎炎における役割について検討した。ラットの片腎を摘出後、抗Thy 1.1抗体を投与することにより進行性メサンギウム増殖性糸球体腎炎モデルを作成した。腎炎ラットでは1-2週をピークとしたメサンギウム細胞(mesangial cell:MC)の反応性増殖後に、週数に伴い糸球体の細胞外基質(extra-cellular matrix:ECM)蓄積増加がみられた。免疫染色により同部位におけるERK5の発現が増加しており、ERK5が本モデルの慢性期におけるECM蓄積に関与していることが示唆された。さらに培養MCにERK5を標的としたsiRNAを導入し内因ERK5の発現をノックダウンすることによってそのメカニズムを検討した。ERK5標的siRNAを導入したMCでは、コラーゲン産生能力が低下し、逆にザイモグラフィーにおけるコラゲナーゼ活性はsiRNAの濃度依存性に増強していた。さらにERK5をノックダウンしたMCではI型コラーゲン、MMP-2, -9, TIMP-1, -2, -4のmRNA発現量は変化なかったが、MT1-MMPの発現が増加しているのが確認できた。ラット慢性進行性腎炎モデルにおいてERK5を介するシグナルはMT1-MMPの発現を抑制しコラゲナーゼの活性を阻害することによりコラーゲンの蓄積を誘導すると考えられた。ERK5シグナルを制御することによって腎炎の慢性病変形成を阻止する新たな治療法の開発が期待できると考えられた。MAPキナーゼカスケードのファミリーであるExtracellular-signal-regulated kinase 5 (ERK5)は酸化ストレスや増殖因子の刺激により活性化され細胞生存や増殖、分化などの多彩な細胞動態に関与している。我々はラット慢性進行性腎炎モデルと培養メサンギウム細胞(MC)を用いて腎炎進展におけるERK5の役割を検討した。ラットの片腎を摘出後、抗Thy 1.1抗体を投与して腎炎を惹起し進行性メサンギウム増殖性糸球体腎炎モデルを作成した。腎炎惹起後、8週まで経時的に組織を摘出し、同時に糸球体を単離し蛋白に可溶化した。PAS染色にて糸球体の細胞増殖や細胞外基質(ECM)の蓄積を観察し、免疫染色にてERK5の発現変化を観察した。また単離系球体におけるERK5活性を特異的リン酸化抗体によるkinase assayにより検討した。酸化ストレスとアンジオテンシンII(Ang II)刺激による培養MCのERK5活性を検討した。腎炎ラット組織では1-2週をピークとしたMCの反応性増殖後に、週数に伴い糸球体のECM蓄積増加がみられ、同部位におけるERK5の発現が増加し、活性酸素とAng IIも同様に産生増強がみられた。また単離糸球体においてもERK5活性の上昇がみられた。さらに活性酸素とAng IIの重金により培養MCにおけるERK5の活性が上昇した。この活性増強はMEKインヒビターU0126により濃度依存性に阻害された。酸化ストレスやAng IIにより活性されたMC内のERK5はECMの蓄積に関与すると考えられた。今後はMC内のERK5によるECM蓄積のメカニズムをsiRNAを用いてERK5を阻害することにより解明していく。
安定化過冷却液体の大過冷却相変態の利用による高機能性非平衡金属材料の創製と工業化

本研究の主要研究成果を新合金創製、応用・実用・工業化および計算機科学に分けて下記に記す。新合金としては、従来の二倍に近い5200MPaの世界最高強度で、加工性にも優れた特徴と優れた軟磁気特性を併せもつ新Co合金、比重が4.5Mg/m3の高比強度合金を実用合金系であるTi-Fe二元系合金およびNi60Pd20P17B3合金において、世界で初めて臨界直径が1cmを超える最大直径12mmのバルク金属ガラスの作製に成功した。応用・実用・工業化では、金属ガラス製マイクロギヤを用いた世界最小ギヤードモータを開発した。この金属ガラス製ギヤードモータの超小型化と高負荷特性を実現した。実用レベルとして従来の世界最小であったプラスチックを用いた直径1.9ミリメートルスイス製のモータを凌ぐ小型化に成功した。さらに、金属ガラスを用いた小型・超高感度圧力センサを開発した。従来のステンレス鋼センサに比べて2倍以上の高圧対応が可能であり、4倍以上の感度を示す金属ガラス製圧力センサの開発に成功した。計算機科学では、バルク金属ガラス生成の合金組成則を確立した。具体的には、周期律表のs, d, f, pブロックおよび前期(E)ならびに後期(L)遷移金属から成る四つのサブグループ(s, dEf, dLp, p)をもとに描かれる正四面体合金組成図上でバルク金属ガラス合金組成帯の存在を明らかにした。さらに、新規分子動力学(MD)シミュレーション手法の開発した。例えば、C6Cr23金属間化合物中の仮想的クラスターにランダム方位回転とその後の構造緩和を施すことにより、結晶から液相への構造変化が生じることを明らかにした。これらの主要研究成果は、いずれも、新規で斬新な独自の研究成果である。特に、「世界一」を冠する研究成果を持ちきたした新合金、応用・実用・工業化の研究成果は、産・学界にも大きなインパクトを与えた。(1)非平衡ナノ結晶合金研究:過冷却金属液体の安定化をおこす合金成分3成分則を駆使して、より安定度の高い過冷却液体が得られる合金系を探査すると共に、大過冷却液体からの相変態の特徴を解明する。そして、この相変態の特徴を利用して、特異な原子配列構造とナノ粒径結晶固溶体が生成する合金系、および得られた新規ナノ粒径固溶体結晶合金の原子配列、構造、組織、ナノスケール成分偏析様式、機械的性質、耐食性、磁性、電気的性質などの基礎データを得て、基礎学問的および工業的有用性を検討する。合金系としては、社会ニーズの高いFe、Co、Ni基の鉄族基合金の外に、Mg基、Ti基、Al基、Cu基について調査する(これらの研究には現有の単ロール液体急冷装置、、DSC、SEM、TEMなどの装置の外に、本年度申請の設備備品である高周波溶解炉、高純度雰囲気アーク溶解炉および新東鉄-コバルト-ニッケル-モリブデン-ホウ素-珪素合金球をショットピーニングとして用いることにより、板状鉄鋼材料のショットピーニング効果を高める効果があることを見出した。具体的には、ショット領域の厚さの増加、高硬度ショット領域の高い残留応力および通常の結晶材料と比較して8倍から10倍の耐寿命の延長が認められた。この効果の増強は、通常の結晶材料では見られない金属ガラスの特徴、すなわち、低いヤング率、弾性限、高引張強度によるものと解釈される。鉄基ガラス合金の将来的な応用が期待される。

(2)新規バルク金属ガラスの研究:過冷却液体の安定化のための3成分則を上記の合金系に適用して、バルク金属ガラス単相、ナノ結晶分散バルク金属ガラス、さらにはナノ準結晶分散バルク金属ガラスの創製、構造と機械的性質を始めとする基礎物性解明、粘性流動加工性、結晶化などについて調査し、今日まで得られていない超高強度と高靭性を併せもつ新規バルク金属ガラスを得るための手がかりを探る。(3)計算機科学予測の研究:バルク金属ガラスを中心とする非平衡相生成の成分則を熱力学的因子で記述することにより、大過冷却液体の相安定性を利用した非平衡相生成を計算機科学を用いて予測する方法の確立を図る(予測には現有の設備を用いる)。本年度では、金属ガラスを用いた小型・超高感度圧力センサおよび金属ガラス製マイクロギヤを用いた世界最小ギヤードモータなどの実用材料を開発するとともに、前年度に続きCo基合金でさらなる高強度を有する新規非平衡材料を発見した。さらに、Fe基合金についても同様の高強度をもつ合金、高い飽和磁化をもつ合金、優れた硬質磁性をもつ合金を新たに開発した。開発した金属ガラスセンサは従来のステンレス鋼センサに比べて2倍以上の高圧対応が可能であり、4倍以上の感度を示す。また、金属ガラス製マイクロギヤを内蔵した直径1.5mm、減速比40:1の世界最小ギヤードモータの開発に成功した。金属ガラス製マイクロギヤは従来の鉄鋼材製マイクロギヤに比べて10倍以上の高い耐摩耗性を持つことから、ギヤードモータの超小型化と高負荷特性が実現できた。このギヤードモータは内視鏡やカテーテル等の先端医療機器の駆動源として実用化を目指した応用研究に着手している。Co基合金では5000MPa超の高強度を有する新規非平衡材料を発見した。このCo_<43>Fe_<20>Ta_<5.5>B_<31.5>a合金は72Kの過冷却液体を示し、2mm直径までのバルク材として作製可能である。また、5185MPaの超高強度、268GPaの高ヤング率、この合金の5000MPaを超える超高強度は698Kまで保たれる。また、軟磁性合金として、1.5T級の高飽和磁束密度、3A/m程度の保磁力および1kHzで17,000級の透磁率を有する合金をFe基合金で見出した。さらに、Fe-Pt-B合金の組織制御によりナノ複合組織合金を作製し、このナノ複合化合物合金が、0.79-0.82の残留磁化、0.93-1.05Tの飽和磁化、375-487kA/mの保持力および118-127kJ/m^3の最大エネルギー積を示す優れた硬質磁性材料であることを明らかにした。本年度の研究成果として、実験系ではFe-Pt-B合金およびNi基合金において新規合金を見出すとともに、理論・計算系では、バルク金属ガラスの分類を行うことにより、今後の合金開発に寄与する成果を得た。実験成果では、急速凝固したFe-Pt-B合金系でナノメートルスケールの析出相が得られることを見出すとともに、その相変態過程について調査を行い、cF4構造のFe(Pt)相とガラス相母相との混相状態にあることを明らかにした。Fe(Pt)相は加熱処理により、tP4構造のFePt規則相さらにはtI12構造のFe2B金属間化合物相に相変態することを明らかにした。また、Ni基合金において多元合金化処理により得られたNi-Nb-Zr-Ti-Pt-Cu合金が90Kを超える過冷却液体域を示すバルク金属ガラス合金を見出した。
TPCOが自己組織化した低次元キャビティの導入による電流励起有機レーザーの実現

すでに実用化されている有機発光ダイオード(OLED)に続く後継デバイスとして、有機レーザーの実現が待たれている。光励起下でのレーザー発振については、多くの成功例が報告されているが、電流励起については発光狭線化増幅の兆候は出始めているものの、レーザー発振はまだ実現していない。その原因として、発振励起閾値を低減する共振器の導入の難しさや注入キャリアによる励起子消滅、非発光性の三重項励起子問題が挙げられる。本研究では、これらの課題を解決するため、ロバストなTPCOを用いて低次元マイクロキャビティ構造を有する電流注入発光素子を作製し、より低閾値で発振するポラリトンレーザーの可能性を追求する。
超高出力・低消費電力スピンメモリの為のハーフメタルフェリ磁性体の開発

本研究では、次世代メモリとして有望視されているSpin-RAMに用いる磁気トンネル接合(MTJ)の磁化フリー層への応用を念頭に高スピン分極且つ低飽和磁化なハーフメタルフェリ磁性ホイスラー合金、Mn_2VAlの薄膜作製と物性の解明を目的として研究を行った。さらに、素子化の際に有用な、関連するホイスラー合金についても薄膜の作製と物性の系統的な調査に取り組んだ。Mn_2VAlについては、昨年度までに作製に成功した薄膜試料の磁気構造の詳細な解明に取り組んだ。実験では、軟X線磁気円二色性(XMCD)を用いた元素選択的な磁化曲線の測定を行い、Mn_2VAl中のMnとVがフェリ磁性的に真逆の磁化過程をとることを実験的に示すことに初めて成功した。さらに、磁気光学総和則を用いることでXMCDスペクトルよりMnとVの磁気モーメントを定量的に評価し、結晶のL2_1構造の長距離規則度の増大に伴って、各磁気モーメントも大きくなることを明らかにした。一方で、MTJの磁化固定層用高スピン分極材料として有望なCo基ホイスラー合金についても、スピン分極率に加え、交換スティフネス定数や磁気異方性定数磁気特性の系統的な調査を併せて行った。その結果、L2_1規則構造を有するCo基ホイスラー合金では、交換スティフネス定数(磁化の揺らぎに対する磁気的な硬さを表す量)が、hcp-Co(強磁性材料の中でも特に交換スティフネス定数が大きい)以上と非常に大きくなることを明らかにした。以上の実験結果は、Spin-RAMをはじめとするスピントロニクスデバイスの高効率スピン偏極源開発のための指針と成り得る重要な成果である。本研究では超大容量かつ超低消費電力のスピンRAM実現のために,高TMR比かつ低磁化反転電流密度のMTJ用ハーフメタルフェリ磁性体の開発を目的とし研究を行った。研究初年度の内容として、スピンRAM素子の強磁性層へ用いることを念頭に、ホイスラー合金Mn2VAlのエピタキシャル薄膜の作製条件の確立と作製した薄膜の結晶・磁気特性の調査を行った。MgO単結晶基板上にスパッタ法を用い、Mn2VAlを成膜した。その際の基板の温度を300度から700度で変化させ、最適な成膜温度を調査した。その結果、基板温度500度から600度において、Mn,V,Alの各元素が規則配列したL2_1構造を有するエピタキシャルの薄膜が得られることが明らかになった。得られた薄膜の飽和磁化は150emu/cc程度とバルク値(400emu/cc)と比較して小さな値にとどまっている。しかしながら、MnとVの磁気モーメントが反平行に結合したフェリ磁性を有することを軟X線磁気円二色性の測定により確認しており、比較的良好な特性の薄膜の作製に成功している。上記の実験に加え、ホイスラー合金系の磁気特性等を系統的に調べ、理解するため、Co_2Fe_xMn_<1-x>Si(x=0-1)合金の磁気・結晶特性および、磁気抵抗効果に関する調査も行った。その結果、Co_2Fe_xMn_<1-x>Si合金の静磁気的な特性はおおよそこれまでに報告しているバルクのものと同様の傾向を示すことを確認したが、加えて、そのスピン分極率はx=0.5前後で最大となることを明らかにすることに成功した。以上の実験結果は今後ホイスラー合金を用いたスピンデバイスを高性能化するための指針となりうる重要な成果である。
中国金融自由化の日本経済への影響

平成15年度には、「中国金融自由化の日本経済への影響」という研究課題の前半の部分としての日本、東アジア諸国の金融自由化の背景、プロセス、教訓及び中国の金融改革のプロセス、現状分析、課題等を中心に研究を進めました。日本と東アジア諸国の金融自由化・国際化の経験を見ると、金融の自由化と国際化は、実物市場の自由化、金融の自由化、資本取引の自由化という手順で進めるのが適切であると考えられます。急激な国際短期資本の流動的な動きは、国内外の金融システムと経済不安を拡大させる恐れがあるので、金融の自由化施策とともにマクロ経済の安定、金融システムの健全性、為替レートの安定などの政策が必要であると考えられます。そこで、短期・長期資本の急激な流動性が問題視されたアジアの金融危機とその原因についての因果関係を理論的・計量的に分析した論文「資本移動とアジアの金融危機」を「経済研究」第49巻第2号に掲載しました。さらに2003年10月13日の日本経済学会2003年度秋季大会(明治大学)で論文「International Capital Mobiluty in Asian Economics : Evidence from USR Model」を発表しました。
ベンザインの反復利用によるひずみ化合物の合成研究

トリシクロブタベンゼンは、ベンゼン環に複数の四員環が縮環したひずみ構造に由来する未知の反応性や物性を秘めている。しかし、その一般的な合成法はなく、特に、官能基を有する化合物の合成は手つかずであり、その構造的特徴、化学的反応性、合成的有用性などについての研究は未開拓である。したがって、こうした分子構造の合成を可能にする高次の合成手法の開発が望まれている。この問題に対し、前年度の本研究において、我々は"ベンザイン-オレフィン[2+2]環付加反応"を繰り返し用いるというアプローチで、置換トリシクロブタベンゼンの合成が可能であることを見出した。今回、この反応を基盤として、構造化学的観点から興味深い四員環上がすべて酸素官能基で置換されたドデカメトキシトリシクロブタベンゼンおよびヘキサオキソトリシクロブタベンゼンの合成に成功した。また、X線結晶構造解析により、これらのひずみ芳香族化合物特有の構造も明らかにすることができた。この合成法は、工程数や一般性の観点から、汎用性の高いものであり、これを利用して十分な量の多官能性のトリシクロブタベンゼンの供給が可能である。そこで、これらの化合物の持つ反応性を調べるべく、様々な角度から検討を行った結果、これらの化合物は加熱条件下、容易に開環し、構造化学的にも反応的にも興味深い、原子価異性体のラジアレンに異性化することを見出した。この熱反応は立体選択的であり、酸素官能基が外側を向ぐように回転し、開環したラジアレンを単一の生成物として与えることが分った。詳細な検討の結果、この立体選択性の起源は、四員環上の置換基の電子効果にあることが分った。ジシクロブタベンゼンおよびトリシクロブタベンゼンはベンゼン環に複数の四員環が縮環したひずみ構造を有し、興味深い反応性や物性を秘めている。しかし、これらの化合物の合成は困難であるため、その構造、反応性、合成的有用性などについてはほとんど調べられていない。したがって、このように高度にひずみを持つ化合物の効率的な合成法の開発が望まれている。一方、先に我々は、ベンザインとケテンシリルアセタールの[2+2]環付加反応による多官能性のベンゾシクロブテン誘導体の効率的な合成法を報告している。今回、この反応に着目し、これを繰り返し用いる方法で、上述のシクロブタベンゼン誘導体の合成を試みた結果、シクロブタベンザインの[2+2]環付加反応による多官能性のジシクロブタベンゼンおよびトリシクロブタベンゼンの効率的な合成法を開発することができた。特に、四員環上にカルボニル基を持つ化合物は、より大きなひずみを蓄えることになり、その合成は難しいことが予想されるが、この方法により、高度に酸素官能基化された化合物の合成も達成することができた。また、この反応で特徴的なことは、位置選択的に反応が進行することである。すなわち、上述のシクロブタベンザインとケテンシリルアセタールの環付加反応はhead to head型で位置選択的に進行し、見かけ上、立体的に込みあった化合物が選択的に得られることが分った。一方、興味深いことに、対応する五員環および六員環を有するベンザインの反応では選択性は激減した。詳細な検討の結果、この位置選択性の発現の起源の本質は、四員環のひずみ効果にあることを明らかにした。今回、この反応を基盤として、上述の多官能性の誘導体の合成を試みた結果、四員環上が高度に酸素官能基化されたトリシクロブタベンゼンの合成を達成することができた。この方法は、工程数や一般性の観点から、汎用性の高いものであり、これを利用して十分な量の多官能性のトリシクロブタベンゼンの供給が可能になった。そこで、これらの化合物の持つ反応性を調べるため、初期的な検討を開始した結果、これらの化合物は加熱条件下、容易に開環し、構造化学的にも反応的にも興味深い、原子価異性体のラジアレンに異性化することを見出した。興味深いことに、この熱反応は立体選択的であり、酸素官能基が外側を向くように回転し、開環したラジアレンを単一の生成物として与えることが分った。

今回、この反応を基盤として、構造化学的観点から興味深い四員環上がすべて酸素官能基で置換されたドデカメトキシトリシクロブタベンゼンおよびヘキサオキソトリシクロブタベンゼンの合成に成功した。また、X線結晶構造解析により、これらのひずみ芳香族化合物特有の構造も明らかにすることができた。この合成法は、工程数や一般性の観点から、汎用性の高いものであり、これを利用して十分な量の多官能性のトリシクロブタベンゼンの供給が可能である。そこで、これらの化合物の持つ反応性を調べるべく、様々な角度から検討を行った結果、これらの化合物は加熱条件下、容易に開環し、構造化学的にも反応的にも興味深い、原子価異性体のラジアレンに異性化することを見出した。この熱反応は立体選択的であり、酸素官能基が外側を向ぐように回転し、開環したラジアレンを単一の生成物として与えることが分った。詳細な検討の結果、この立体選択性の起源は、四員環上の置換基の電子効果にあることが分った。
固体地球科学に資する次世代型データ同化法の創出

本研究課題では、固体地球科学に資する次世代型データ同化手法の創出という所期の目的を、大きく進歩させることができた。特に,大自由度モデルにも適用可能なデータ同化手法である4次元変分法の高度化や、レプリカ交換モンテカルロ法との融合によるモデル/データ両駆動型データ同化の地震観測網データへの応用研究を実施した。また、国内および海外における多数の学会において成果発表を行うとともに,国際誌に論文を出版した。これらの成果をまとめた教科書を出版する予定である。さらに、日本地球惑星科学関連学会連合大会を始めとする学会において、本研究課題に関連するセッションを開催した。開発班:周波数領域を考慮しながらデータ同化を実施するための手法の開発に着手した。まずは、周波数依存性を持つ観測ノイズが従う確率密度関数の定式化を行い、本手法に適した逐次ベイズフィルタを考案した実装班:開発班によって開発された手法の実装を開始した。応用班:本手法を始めとする本研究で開発するアルゴリズムを適用予定の固体地球科学の諸問題について、アルゴリズムを具体的にどのように適用するかについての検討を開始した。応用対象となる実問題の候補である海洋プレート境界間の摩擦パラメータ推定に基づく大地震発生サイクルのモデリングや、首都圏直下地震観測網データ同化による地震動の時間ー周波数ー空間分布の高精度推定の研究を精査し、従来のデータ同化の枠組みでは何が不足しているか、また新規開発するアルゴリズムには何が必要かを整理した。統括班:年度後半に研究集会を開催し、研究の進捗状況について報告すると同時に、本研究の活動内容を広報することに努めた。また、翌年度の日本地球惑星科学関連学会連合大会およびAsia Oceania Geosciences Societyにおける特別セッションの開催を提案した。(開発班)データ駆動型モデリングを組み込んだデータ同化法DDDASを、次のように段階的に開発した。ステップ1:状態の次元を固定した上で、データ同化を従来通り適用することによって各時点におけるシステムノイズを算出し、それに含まれるシグナルを、疎性モデリングに基づくスパース推定によって抽出することを試みた。ステップ2:データ同化とスパース推定を同時に実行するアルゴリズムを編み出した。フィルタリングの段階で必要となる評価関数を設計する際に、一期先予測と観測データの近さを示す尤度だけでなく、なるべく次元を圧縮するような罰則項を含めた。(実装班)前年度開始した周波数領域を考慮したデータ同化法FMDASの実装を完了させ、開発班と連携しながら、DDDASの並列計算機上への実装を開始した。その際、実行性能が十分に引き出せるように、並列計算機の特性を活かしたプログラミングを試みている。(応用班)実装されたFMDASの固体地球科学の実問題への応用を開始し、手法の実行性能を計測を開始した。また、DDDASによって得られる構造行列や説明変数ベクトルの結果から、地球物理学的解釈を導くための方法について考察するための方策を議論した。(統括班)前年度に引き続き、本研究に関連した研究集会を開催した。また、5月の日本地球惑星科学連合大会および8月のAsia Oceania Geoscience Societyにおいて、本研究と関連の深い特別セッションを企画した。周波数領域を考慮したデータ同化法FMDASの実装や、データ駆動型モデリングに基づくデータ同化法DDDASの設計を完了したことや、FMDASおよびDDDASの実際の地震データへの応用が始まっていること、さらには研究集会や国内外の学会におけるセッションを開催したこと等から、本研究は当初計画通りに順調に進展していると思われる。ただし、疎性モデリングに基づくスパース推定については、特に正規化パラメータの選択基準の選定について修正を迫られる場面があり、現在それについて模索中である。3年目となる平成28年度の研究実績は、以下の通りである。[実装班]データ同化ライブラリの構築と公開:様々な分野におけるデータ同化研究で利用可能となるように、これまでに実装したデータ同化に関するプログラムをデータ同化ライブラリとしてまとめる準備を進めた。[応用班]固体地球科学の諸問題へのDDDASの適用:前年度に開発したDDDASを、固体地球科学の諸問題、特に地震データへの適用を開始した。その際、まずはスモールスケールの問題に対して適用することによって得られた結果について十分に吟味し、さらに大きなスケールの問題へと適用範囲を広めた。[統括班]研究集会等の開催および教科書の執筆:日本地球惑星科学関連学会連合大会を始めとする国内・国際会議において本研究に関する特別セッションを企画・開催した。また、本研究の内容をまとめた固体地球科学におけるデータ同化研究に関する教科書の執筆を開始した。本研究計画の最大の目標である2つのデータ同化手法を開発および統合することにより、固体地球科学に資する次世代型データ同化アルゴリズムとして完成させた。また、地震データへの適用を開始し、2編の英語論文にまとめて国際誌に投稿するに至った。さらには、本研究によって開発した手法をデータ同化ライブラリとして構築し、公開するための準備も順調に進行中である。本研究内容を広く知らしめるための活動として、研究集会等の開催や、日本地球惑星科学関連学会連合大会を始めとする国内・国際会議において本研究に関する特別セッションを企画・開催した。以上より、本研究計画は、おおむね順調に進展していると判断する。なお、本研究の内容をまとめた固体地球科学におけるデータ同化研究に関する教科書の執筆する予定であったが、出版社との交渉が長引き、平成29年度に出版することとなったため、本研究の実施期間を1年延長した。

本研究課題では、主に気象学と海洋学で発展を遂げてきた、数値シミュレーションと観測データを融合するための計算技術であるデータ同化を、固体地球科学に資する次世代型データ同化手法へと昇華されることを最大の目的とした。当初の研究期間であった平成2628年度の3年間で、(1)従来の時間領域におけるモデリングだけでなく、周波数領域におけるモデリングを可能にする手法を開発すること、および(2)従来のシミュレーション駆動型の演繹的モデリングだけでなく、データ駆動型の帰納的モデリングによって、所与のシミュレーションモデルでは記述できない情報を抽出可能にする手法を開発すること、(3)この両者の手法を統合すること、という所期の3つの課題を達成した。また、国内および海外における多数の学会発表や、国際誌での論文発表を実施してきた。これらの成果をまとめ、教科書として出版する予定であったが、諸般の事情により、研究期間を1年延長して実施することとなった。平成29年度は、予定通り、教科書の執筆を実施し、現在、出版社ならびに共同執筆者と共に、原稿の最終確認を行っているところである。また、平成29年度も引き続き、日本地球惑星科学関連学会連合大会を始めとする学会において、本研究課題に関連するセッションを開催し、成果発表を実施した。さらに、本研究課題で開発したデータ同化プログラムをライブラリとしてまとめており、現在、共同研究者に試用してもらっているところである。動作検証と改定を重ねた上で、最終的に公開する予定である。本研究課題では、固体地球科学に資する次世代型データ同化手法の創出という所期の目的を、大きく進歩させることができた。特に,大自由度モデルにも適用可能なデータ同化手法である4次元変分法の高度化や、レプリカ交換モンテカルロ法との融合によるモデル/データ両駆動型データ同化の地震観測網データへの応用研究を実施した。また、国内および海外における多数の学会において成果発表を行うとともに,国際誌に論文を出版した。これらの成果をまとめた教科書を出版する予定である。さらに、日本地球惑星科学関連学会連合大会を始めとする学会において、本研究課題に関連するセッションを開催した。研究開始となる本年度は、本研究の参画者による会議を3回開催し、データ同化に適した固体地球科学の具体的な問題の選定、ならびに特に逐次ベイズフィルタを始めとするアルゴリズムの設計についての議論を行った。その結果、大地震サイクルに大きな影響を及ぼす海洋プレート境界における摩擦パラメータの空間分布に関する研究、ならびにデータ駆動型モデリングによる首都圏地震動イメージング研究を対象とすることとなった。データ同化のためのアルゴリズムとして、アジョイント法および疎性モデリング法の一種であるlassoを採用した。また、本研究の参画者が中心となり、日本地球惑星科学関連学会