hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
半導体表面における光触媒反応および光電子移動反応の第一原理計算手法の開発

酸化チタン表面の光誘起親水反応を研究した。これは光照射によって表面の親水性が著しく高まる現象で、光触媒反応との関係が議論されている。特に、この現象に伴って表面水酸基が増加し、圧縮応力が発生するという実験に注目した。計算には密度汎関数法と薄膜モデルを用いた。水の吸着構造には、分子吸着・解離吸着・表面酸素欠陥への吸着の三通りを考慮した。計算の結果、水分子が(100)面へ吸着した場合には、表面の酸素原子との水素結合によって表面張力が発生することを見いだした。それ以外の場合には、表面圧力が発生していた。圧力の原因には、固体表面から水分子への電子移動が推測された。太陽電池の素材として期待されている半導体量子ドットについて、バンドギャップの温度・圧力依存性を研究した。この現象については、実験家によって格子の膨張、膨張による閉じこめエネルギー変化、クーロン相互作用の変化、電子-フォノン結合の変化などの機構が議論されている。更に近年には電子-正孔の有効質量変化の重要性が指摘されている。そこで有限温度での半導体量子ドット系のバンドギャップを、第一原理シミュレーションを使って調べた。計算対象にはPb_<68>Se_<68>(直径約2.0nm)、Cd_<33>Se_<33>(直径約1.6nm)の二つの量子ドットを選んだ。その結果、PbSe量子ドット系では、電子の有効質量変化を考量して初めて、モデルでの見積もりが第一原理シミュレーションの結果と定性的に一致することが解った。計算したPbSeとCdSeは似たようなdEg/dTの値を持つが、その構成は大きく異なっており、前者では電子一正孔の有効質量変化、後者ではバルク項からの寄与が支配的であることが明らかとなった。酸化チタンは光触媒活性をもつ物質である。しかし純粋な酸化チタンは、太陽光のうち近紫外の成分しか吸収しない。このため少量の不純物を混入させ可視光応答性を持たせた酸化チタンが研究されている。近年、炭素ドープした酸化チタンについて、可視光応答性と光触媒・光電気分解特性が実験により報告され、注目を集めている。そこで炭素ドープした酸化チタンのバンド計算を行い、その光学応答を調べた。計算の結果、酸素サイトに炭素をドープすると、もともとの酸化チタンのバンドギャップ間に、三つの不純物準位が現れることが解った。光学応答を計算すると、これらの不純物準位を介した可視光応答性が確認された。一方、チタンサイトを炭素ドープした場合には、炭酸イオン(CO_3^<2->)状の構造が得られた。この構造はIR実験によっても報告されている。しかしこの構造には可視光応答性が見られなかった。炭素ドープの研究と並行して、酸化チタンの光誘起親水化反応について研究した。これは光照射によって酸化チタン表面に何らかの準安定状態が形成され、その親水性(濡れ性)が著しく高まる現象である。実験によると、この親水化に伴って表面水酸基の増加と表面硬度の変化が起こる。水酸基の増加には、水や過酸化水素の寄与が議論されている。そこでルチル(100),(110)表面に吸着した水分子(分子吸着と解離吸着)や水酸基の構造と、吸着に伴う表面応力変化を計算した。計算結果より(110)面に水分子が吸着した場合、分子吸着・解離吸着を問わず圧力が発生することが解った。それに対し、(100)面では張力の発生が見られた。水酸基の吸着では、いずれも圧力の発生が見られた。これらの結果の説明として、架橋酸素原子に水素が近づくと架橋酸素-チタン原子間の電子密度が低下すること、(100)面に水分子が吸着すると架橋酸素と水分子の間に水素結合が生じることを挙げた。近年、PbSe量子ドット系において、光照射すると一光子当たり複数の励起子を生成する現象が見いだされた。半導体を用いた通常の太陽電池では、一光子が励起する電子は高々一つであり、励起された電子は速やかに伝導体の最低エネルギー準位までエネルギー散逸する(オージュエ冷却)。複数の励起子生成は、従来では熱として損失していたエネルギーを直接電流へと変換できる可能性を示しており、太陽電池の性能を飛躍的に向上させるものとして期待されている。しかし複数の励起子が生成する機構については、いまだ不明の点が多い。いままでに三種類の生成機構が議論されており、いずれも本質的に異なった説明を行っている。このうちの二つは、状態間の量子力学的デコヒーレンス時間の決定によって、明確にその是非を議論することが可能である。そこでPbSe量子ドットについて、第一原理分子動力学計算によるデコヒーレンス時間の見積もりを行った。手法には、統計力学に基づく応答関数を用いる方法と、半古典力学を用いる方法の二種類を用いた。両者はよい一致を示し、直径1.4ナノメートル程度のPbSe量子ドットでは、電子状態間が28フェムト秒でデコヒーレンスを起こすことが明らかとなった。これと並行して、東京大学理学研究科化学専攻固体化学講座の一杉氏と共同研究を行い、Nbドープした酸化チタンの構造を研究した。これには標準的なバンド計算の手法を用いた。計算はNbドープによる格子定数の変化をよく再現しており、またNbドープによって不純物準位は生成されず、酸化チタンの軌道とよく混合することが解った。更に酸素欠陥や格子間酸素の影響を議論した。

計算によって格子間酸素がNb原子近くで安定化することを見いだし、またこの構造がもたらす不純物準位を実験によって確認することが出来た。酸化チタン表面の光誘起親水反応を研究した。これは光照射によって表面の親水性が著しく高まる現象で、光触媒反応との関係が議論されている。特に、この現象に伴って表面水酸基が増加し、圧縮応力が発生するという実験に注目した。計算には密度汎関数法と薄膜モデルを用いた。水の吸着構造には、分子吸着・解離吸着・表面酸素欠陥への吸着の三通りを考慮した。計算の結果、水分子が(100)面へ吸着した場合には、表面の酸素原子との水素結合によって表面張力が発生することを見いだした。それ以外の場合には、表面圧力が発生していた。圧力の原因には、固体表面から水分子への電子移動が推測された。太陽電池の素材として期待されている半導体量子ドットについて、バンドギャップの温度・圧力依存性を研究した。この現象については、実験家によって格子の膨張、膨張による閉じこめエネルギー変化、クーロン相互作用の変化、電子-フォノン結合の変化などの機構が議論されている。更に近年には電子-正孔の有効質量変化の重要性が指摘されている。そこで有限温度での半導体量子ドット系のバンドギャップを、第一原理シミュレーションを使って調べた。計算対象にはPb_<68>Se_<68>(直径約2.0nm)、Cd_<33>Se_<33>(直径約1.6nm)の二つの量子ドットを選んだ。その結果、PbSe量子ドット系では、電子の有効質量変化を考量して初めて、モデルでの見積もりが第一原理シミュレーションの結果と定性的に一致することが解った。計算したPbSeとCdSeは似たようなdEg/dTの値を持つが、その構成は大きく異なっており、前者では電子一正孔の有効質量変化、後者ではバルク項からの寄与が支配的であることが明らかとなった。
劣駆動姿勢制御の実システムへの積極的適用に関する研究

本研究では劣駆動制御を実システムに積極的に適用するために,1)入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出,2)アクチュエータのフォールトトレラント配置解析を目的とした.劣駆動制御は,制御する状態変数の数より少ない入力数で制御を可能とする.そのため,宇宙機のアクチュエータがいくつか故障した際にも,残されたアクチュエータで姿勢制御や位置制御を行うことができる.特に宇宙機軌道上で修理することが難しいため,劣駆動制御を積極的に活用できれば衛星の信頼性の向上に貢献する.本研究では先に述べた2つの点に着目し,劣駆動姿勢制御を実システムに適用しやすくするアクチュエータ配置と制御手法を明らかにした.本研究は,人工衛星の劣駆動姿勢制御を積極的に実システムへ適用するために,入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出とアクチュエータのフォールトトレラント配置の解析を目的とする.衛星の実際的な劣駆動状態(アクチュエータ故障時)では,制御入力が一方向もしくは連成する状態が考えられる.これまでの可制御性や劣駆動システムの議論では,理想的な2軸周りトルクが発生できるという仮定のもとで研究が行われてきた.そこで,そのような理想的な入力方向に限定すること無く,実際的な劣駆動状態における可制御性を考慮し,それを最大限に保つことができるフォールトトレラントなアクチュエータ配置の設計手法を示した.本年度は,コントロールモーメントジャイロをアクチュエータとして扱った.この手法は,初期推定値を必要とすること無く,直観的な重みづけを考慮した最適化が可能である.重みづけの一例として,衛星の故障データから統計的に得られた信頼度を用いた方法を示し,任意数のコントロールモーメントジャイロに対して最適配置を求めることができる.また,実際的な入力制約を持つシステムとして,フォーメーションフライトにおける最適軌道変更を扱った.入力方向が慣性系,もしくは目標衛星固定系に対して制約を持つ場合のエネルギー最適制御手法を明らかにした.この手法により,フォーメーションフライトによる天体観測や軌道上サービス時において,入力方向制約下でも軌道変更や軌道維持を可能にする.本研究は,人工衛星の劣駆動姿勢制御を積極的に実システムへ適用するために,入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出とアクチュエータのフォールトトレラント配置の解析を目的とする.衛星の実際的な劣駆動状態(アクチュエータ故障時)では,制御入力が一方向もしくは連成する状態が考えられる.これまでの可制御性や劣駆動システムの議論では,理想的な2軸周りトルクが発生できるという仮定のもとで研究が行われてきた.そこで,そのような理想的な入力方向に限定すること無く,実際的な劣駆動状態における可制御性を考慮し,それを最大限に保つことができるフォールトトレラントなアクチュエータ配置の設計手法を示した.本年度は,スラスタをアクチュエータとして扱った.スラスタは並進推力とそれに伴うトルクを発生するため,スラスタの位置だけでなく,向き(姿勢)の最適化も必要とする.したがって,並進力とトルクの両方を3次元方向に配分し,幾つかのスラスタが故障した際にも,可制御性を最大限に保つことができる配置を最適とした.スラスタの位置・姿勢をデュアルクォータニオンで表すことで,実部とデュアル部に並進力とトルクを分離する定義を示した.これにより単純な評価関数を用いたスラスタの最適配置はコントロールモーメントジャイロの最適配置と同じ手法で解くことができることを示した.この手法により,任意の重み付けをした評価巻数のもとで,幾つかのスラスタが故障しても可制御性を最大限に保つことができるスラスタ配置を求めることができる.ただし,この手法では最適化されたスラスタの位置と姿勢の対応が明確に結果として出力されないため,対応を調べる後処理が必要になるデメリットがある.劣駆動制御の可制御性を考慮したアクチュエータのフォールトトレラント配置解析として,スラスタを対象にした.しかし,コントロールモーメントジャイロを用いた劣駆動の姿勢制御可制御性に比べ,スラスタは入力方向制約から,厳密な可制御性の議論が困難である.本研究では劣駆動制御を実システムに積極的に適用するために,1)入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出,2)アクチュエータのフォールトトレラント配置解析を目的とした.劣駆動制御は,制御する状態変数の数より少ない入力数で制御を可能とする.そのため,宇宙機のアクチュエータがいくつか故障した際にも,残されたアクチュエータで姿勢制御や位置制御を行うことができる.特に宇宙機は一旦打ち上げると軌道上で修理することが現状難しいため,劣駆動制御を積極的に活用できれば衛星の信頼性の向上に貢献する.本研究では先に述べた2つの点に着目し,研究を実施した.1)入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出では,磁気トルカを用いた制御手法を検討した.磁気トルカは地球の地磁気との干渉により制御トルクを発生するため,本質的に劣駆動である.特に小型衛星への搭載と適用を考慮し,磁気情報のみを用いたフィードバック制御によりスピン制御を行い,軌道面垂直にスピン軸指向制御が可能であることを示した.2)アクチュエータのフォールトトレラント配置解析では,角運動量保存型のアクチュエータであるコントロールモーメントジャイロと非保存であるスラスタのそれぞれに対して,最適な配置を求めた.特に劣駆動制御の可制御性に着目することで,いくつかのアクチュエータが故障した際にもその可制御性が最大化されるような最適フォールトトレラントアクチュエータ配置を明らかにした.

導出した手法では,任意かつ直感的な重み付けによる最適化を可能にし,ゼロモーメンタム条件など実衛星に必要とされる条件をも簡単に付加できる手法となっている.本研究では劣駆動制御を実システムに積極的に適用するために,1)入力方向制約下における劣駆動制御手法の導出,2)アクチュエータのフォールトトレラント配置解析を目的とした.劣駆動制御は,制御する状態変数の数より少ない入力数で制御を可能とする.そのため,宇宙機のアクチュエータがいくつか故障した際にも,残されたアクチュエータで姿勢制御や位置制御を行うことができる.特に宇宙機軌道上で修理することが難しいため,劣駆動制御を積極的に活用できれば衛星の信頼性の向上に貢献する.本研究では先に述べた2つの点に着目し,劣駆動姿勢制御を実システムに適用しやすくするアクチュエータ配置と制御手法を明らかにした.当初の計画を変更し,劣駆動制御の可制御性を考慮したアクチュエータのフォールトトレラント配置解析を先に行なった.コントロールモーメントジャイロに対しては十分な知見が得られたが,スラスタに対してはまだ不十分である.基本的に当初の研究計画に沿って進める.前年度までの結果をもとに,最適アクチュエータ配置を用いたフォールトトレラントな姿勢制御則を導出する.コントロールモーメントジャイロでは,既存の適応姿勢制御則の拡張が可能と考えられる.スラスタでは,入力方向制約が存在するため,適応制御とは異なるアプローチが必要とされる.これらの姿勢制御則を実験的に検証するために,球型エアベアリングを用いた3次元姿勢制御実験装置の製作と準備を進める.航空宇宙工学基本的に当初の研究計画に沿って進める.26年度の結果をもとに,アクチュエータとしてスラスタを扱った場合のフォールトトレラント配置解析を行い,提案手法を拡張する.その後,それらの配置のもとで,フォールトトレラントな姿勢制御則を導出する.コントロールモーメントジャイロの場合は,角運動量保存則より,既存の適応姿勢制御則の拡張が可能と考えられる.スラスタの場合は,角運動量が保存されないため,より困難になるため,スラスタを用いた適応姿勢制御則の導出により注力する.同時に,これらの姿勢制御則を実験的に検証するために,球型エアベアリングを用いた3次元姿勢制御シミュレータの製作と準備を進める.今年度までに製作する予定だった実験機の製作が遅れ,解析や数値計算が主となったためである.学会参加費と旅費が当初の計画より,少なくおさまったため.使用額の差異は,実験機の製作に使用する予定である.27年度は,実験機製作を進める予定であるため,その電子部品や材料費に使用される予定である.
ヨーロッパと東アジアにおける民族主義と地域主義

本研究は、ヨーロッパと東アジアにおける民族主義と地域主義との相互関係を検討したものである。三年間の研究を通じて、次の3点を成果として挙げられる。まず、中国、韓国、シンガポール、タイにおいてフィールドワークを実施し、東アジアにおける民族主義の実態を究明した。次に、「ボトムアップ」の視点から民族主義を考察し、両地域の比較を通して地域主義に対する民族主義の影響を明らかにした。第三に、民族主義と地域主義との関係性を検討することによって、比較地域統合論の既存の研究枠組みを広げ、新たな理論的な視点を提供することができた。具体的な研究成果については、査読付きの論文3本と共著論文3本を出版したほか、国内学会およびアメリカ、アルゼンチン、オーストラリアで開催された国際学会においても研究報告を行った。民族主義と地域主義の相互作用は地域統合論の重要な一部である。特に、北東と東南アジアでは、国民国家の政治的正当性を高めることができる民族主義は東アジアの地域協力に大きな影響を与えてきた。本研究は地域協力と統合プロセスにおける民族主義の政治化に焦点を絞り、ヨーロッパと東アジアの経験を比較することを通じて、理論面と実証面から比較地域統合論の構築に貢献することを目的としている。今年度の研究は、先行文献の把握、世論調査のデータ収集、フィールドワークの準備と遂行に集中した。具体的には、(1)香港中文大学や上海図書館、シンガポール国立大学などの研究機構において先行研究と関連資料を収集し、ヨーロッパと東アジアにおける民族主義と地域主義の全体像を考察した上、理論的なフレームワークの構築を試みた。(2)大型世論調査のEurobarometerとAsiabarometerのデータを収集・整理し、両地域における民族主義と地域主義の実態に関して初歩的な分析を行った。(3)事例研究に関しては、ヨーロッパと東アジアでのフィールドワークの準備を行い、その一部を年度内に実施した。本年度の成果としては、ワシントンに開催されたアメリカ政治学会(APAS)年会と札幌に開かれた日本国際政治学会の研究大会で最新の研究を発表したと同時に、多くの研究者との交流ができた。本研究の理論的なフレームワークとして、「国家と地域統合:東アジアとヨーロッパの比較から」を共著論文の形で出版した。また、比較地域統合論の視点から、北東と東南アジアにおける地域協力・統合のリーダーシップについての論文も発表された。今年度の研究は、現地における資料の収集と分析、フィールドワークの遂行、研究成果の発表に集中した。具体的には、(1)中国の上海・南京における歴史档案館や韓国の廷世大学などの研究機構において、東アジアにおける民族主義と地域主義に関する先行研究と資料を収集し、地域協力のプロセスの中で民族主義の政治化問題を考察・検討した。(2)東アジアにおける民族主義と地域主義の相互作用について、中国と韓国においてインタビューを実施した。(3)一部の研究成果は、国際学会で報告し、また共著として出版され、他の研究者から多くのポジティブなフィードバックを受けた。本年度は、アメリカのサン・ディエゴに開催された国際研究学会(International Studies Association)の2012年度研究大会で研究成果を発表したと同時に、各国の研究者との間に交流を深めることができた。また、前年度に引き続き、Asiabarometerのデータに基づく中国の世論分析、ヨーロッパと東アジアの貿易関係、ヨーロッパと東アジアにおける地域協力の制度論に関して、学術論文を三本完成し、それぞれ共著の専門書として出版した。民族主義と地域主義の相互作用は地域統合論の重要なテーマの一つである。今年度の研究は、研究資料の収集と分析、フィールドワークの遂行、研究成果の発表に集中した。具体的には、(1)中国の上海図書館やタイのタマサート大学、チュラロンコーン大学などの研究機構において、東アジアにおける民族主義と地域主義に関する資料を収集し、地域協力のプロセスの中で民族主義の影響に関する諸課題を検討した。(2)東アジアにおける民族主義と地域主義の相互作用について、タイにおいてフィールドワーク・インタビューを実施した。(3)一部の研究成果は、国際学会で報告したとともに、各国の研究者との交流を深めることができた。本年度の成果として、アメリカのサンフランシスコに開催された国際研究学会(International Studies Association)の2013年度研究大会で研究発表を行った。

5月にアルゼンチンのブエノスアイレス、8月にオーストラリアのパース、1月に東京で開催されたGR:EENワークショップでも最新の研究を発表した。そのほか、日本公益学会の2012年度研究大会で「東アジアにおける民族主義と地域主義」をテーマとする研究報告を行った。フィールドワークを実施し、学術論文を数本完成したこと、また、国際学会で研究成果を報告し、国内外の研究者との交流ができたことから、当初の研究計画は、おおむね予定通り実施されたと思われる。24年度が最終年度であるため、記入しない。来隼度の研究は、おおむね以下四つの面において推進する予定である。(1)東南アジアでフィールドワークを実施すること。(2)ヨーロッバと東アジアにおける地域主義の浸透について比較を行うこと。(3)比較地域統合論の視点から、ヨーロッバと東アジアにおける地域主義と民族主義の相互作用を分析すること。(4)研究成果を論文として作成すると同時に、国内または国際の学会で報告すること。
遺伝子発現エントロピー解析による腫瘍不均一性の検証

シャノンのエントロピーや相互情報量に代表される情報理論を応用して、個々の生物学的経路ごとのトランスクリプトームに反映される腫瘍不均一性を定量することに成功した。事実、複数のヒトがん細胞株の間や異なる酸素環境条件の培養の間で、腫瘍不均一性に富む代謝経路および乏しい代謝経路が検出された。これらの結果は代謝生物学的見地からの腫瘍不均一性への洞察を与え、診断・治療への応用の可能性を示唆する。「生物学的意義を有する設定条件下でのがん細胞株培養由来の網羅的トランスクリプトーム解析」複数のヒトがん細胞株を対象に、低酸素培養実験系を作成するため実験目的に適した酸素環境や培養日数塔の条件最適化のための基礎検討を重ねた。培養結果や観察所見が安定している系を採用し、培養細胞からRNAを抽出してDNAチップによる網羅的トランスクリプトーム解析を実施した。「トランスクリプトームのエントロピー解析に基づく腫瘍不均一性の定量的評価」情報エントロピー(Shannon's entropy)および相互情報量(mutual information)の概念に基づいて、トランスクリプトームのエントロピーを算出するための基本式の骨子を試作した。これをヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系のトランスクリプトーム解析データに適用し、個々の代謝経路について酸素環境とトランスクリプトームの情報理論的関連性を定量化した。その結果、低酸素環境適応における代謝経路の階層性、類似性、ロバスト性が示唆さた。これは腫瘍組織内部における酸素環境の違いに由来する腫瘍不均一性を反映するものであると考えられた。エネルギー生成を担う脂肪酸代謝と糖代謝との間に類似性があり、特に解糖は酸素環境の違いによる動的特性が単なる遺伝子発現量増減のみではなく、情報理論的見地からも示された。窒素を有する化合物が包括される各種アミノ酸代謝とヌクレオチド代謝の間に類似性が認められた。同化と異化の接点となるクエン酸回路については酸素環境の違いに左右される程度は情報理論的には小さかった。ヌクレオチド代謝のうち、プリン代謝はクエン酸回路のように酸素環境による動的特性に乏しいように考えられた。これは、同一経路内における代謝中間体のリサイクル性が大きい代謝経路の特徴である可能性があり、代謝生物学に対する新たな洞察をもたらす知見になり得る。「生物学的意義を有する設定条件下でのがん細胞株培養由来の網羅的トランスクリプトーム解析」ヒト大腸癌細胞株低酸素培養実験系に基づく解析により、脂肪酸に関連した代謝経路やシグナル経路が低酸素条件下における腫瘍不均一性の形成に関与することが示唆された。これを受けて、脂肪酸酸化阻害と低酸素環境を組み合わせた培養系を作製し、培養細胞からRNAを抽出してDNAチップによる網羅的トランスクリプトーム解析を実施した。また、このヒト大腸癌細胞株が耐容できない重度の低酸素条件で生存できるヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株を見出した。「トランスクリプトームのエントロピー解析に基づく腫瘍不均一性の定量的評価」情報エントロピー(Shannon's entropy)および相互情報量(mutual information)の概念に基づいて、前年度に試作しヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系のトランスクリプトーム解析データに実際に適用して有用性が評価できた、トランスクリプトームのエントロピーを算出するため基本式の骨子を複数のヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株のトランスクリプトーム解析データに適用した。その結果、異なる腫瘍細胞株間の不均一性を反映する代謝経路として、脂質代謝およびアミノ酸代謝の一部が異なる腫瘍細胞株間の不均一性を反映する代謝経路であることが情報理論的に示唆された。一方、TCA回路、酸化的リン酸化経路、解糖、ペントースリン酸経路、ヌクレオチド代謝はの不均一性に乏しいことが示唆された。ヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系で示された、同一腫瘍細胞株における培養条件による不均一性に関与することが示唆された代謝経路とは異なるものであり、腫瘍不均一性を解明するうえで熟慮するべき知見と考えられる。最終年度では、或る低酸素培養条件に感受性を示し生存不可となるヒト大腸がん細胞株との比較のために、他の種々のヒト大腸がん細胞株について同様の培養を実施した結果、新たに低酸素感受性株を2株見出し、更に抵抗性株を1株見出した。これらから抽出したRNAにつき、DNAチップによる網羅的トランスクリプトーム解析を実施し、データを得た。これも含め、本研究期間を通じて解析したヒト大腸がん、肺がん、中皮腫、乳がんの種々の細胞株のトランスクリプトームデータ全てを対象に、各生物学的経路における遺伝子発現頻度分布について、シャノンのエントロピーおよび相互情報量の計算を実施し、それを基に腫瘍不均一性を定量的に評価する指標の基本骨子の最適化を図った。この定量指標を約70種の代謝経路に適用したところ、有用性が示唆された。研究期間全体を通じて、異なる複数のヒトがん細胞株間の違いを腫瘍間の不均一性のモデルとみなし、情報理論を駆使した定量的評価の系の確立をめざし、その基本骨子を最適化できた。代謝経路に着目して適用した結果、エネルギー生成に関わる根源的な代謝経路(解糖、クエン酸回路、電子伝達・酸化的リン酸化)やヌクレオチド代謝は不均一性に乏しく、脂質代謝、アミノ酸代謝、ビタミン・補因子代謝の一部に大きな不均一性を見出した。また、同一のがん細胞株について異なる酸素環境培養間での比較を、腫瘍内不均一性のモデルとみなし、同様に適用した結果、低酸素に感受性を示す大腸がん細胞株についてはクエン酸回路や電子伝達・酸化的リン酸化が酸素環境によって不均一性を帯びることが明らかとなった。これらの生物学的意義については今後の課題である。

本研究により、生物学的経路における遺伝子発現状況を情報理論的に捉えて腫瘍不均一性を定量的に把握することの有用性が示唆された。シャノンのエントロピーや相互情報量に代表される情報理論を応用して、個々の生物学的経路ごとのトランスクリプトームに反映される腫瘍不均一性を定量することに成功した。事実、複数のヒトがん細胞株の間や異なる酸素環境条件の培養の間で、腫瘍不均一性に富む代謝経路および乏しい代謝経路が検出された。これらの結果は代謝生物学的見地からの腫瘍不均一性への洞察を与え、診断・治療への応用の可能性を示唆する。当初の計画通りに、ヒト大腸癌細胞株低酸素培養系における腫瘍不均一性をもたらす生物学的経路を情報理論的により詳細を提示するべく、新たな代謝ストレスと低酸素条件を組み合わせて発展的な解析系の構築ができた。複数のヒト腫瘍細胞株間での比較検討に前年度試作した情報理論的定量評価のための基本式を適用し、異なる腫瘍間における不均一の代謝的特性を明らかにすることができた。これらの成果は当初の本年度計画における想定と比しておおむね順調に進展していると考えられる。腫瘍学脂肪酸酸化阻害と低酸素環境を組み合わせた培養系における情報理論的解析を継続し、低酸素環境のみでの解析の結果と比較検討する。本研究で用いているヒト大腸癌細胞株が耐容できない重度の低酸素条件で生存できることが明らかになったヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株について、トランスクリプトームの情報理論的解析を実施し、ヒト大腸癌細胞株との比較検討を行い、低酸素抵抗性の違いを腫瘍寿均一性として情報理論的に提示するモデルとなることを検証する。当初の計画通りに、腫瘍の不均一性をもたらす代謝ストレスの有無を題材に培養実験系を構築してトランスクリプトームデータを得ることができた。トランスクリプトームのエントロピーを算出するための基本式の骨子を試作して、それを実際のトランスクリプトームデータに適用して有用性を確認できた。ヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系のトランスクリプトーム解析データに関しては、代謝経路と同様に各種シグナル経路についてもエントロピー算出基本式の試作案を適用し、腫瘍不均一性の定量的評価の有用性を検証する。ヒト肺がん細胞株および中皮腫細胞株についてもヒト大腸がん細胞株と同様に解析を進める。酸素環境に関してヒト大腸がん細胞株と大きく異なる結果が得られた場合は、低酸素条件について一部変更して追試することも考慮する。ヒト肺がん細胞株および中皮腫細胞株については生物学的特性が異なる細胞株間における生物学的経路の情報理論的特性の異同を明らかにするべく、エントロピー算出基本式の試作案を適用して解析を重ねる。代謝ストレスと同様に、分化刺激の影響についても検討するべく、分化誘導培養系の作成に着手する。翌年度分である700.000円と合わせて、検討するヒト腫瘍細胞株の種類を増やして異なる腫瘍細胞株の不均一性の検証を強化する解析、および低酸素環境によって惹起される不均一性について種々のヒト腫瘍細胞株の間での異同を検証する解析の実施に活用する。
造血幹細胞の維持および血球前駆細胞の分化・増殖における転写因子AML1の機能解析

AML1変異型白血病に特異的な性質を抽出するため、AML1-ETO、AML1-Evi-1およびMLL-ENLをマウス骨髄細胞に導入して形質転換を誘導し、表面形質を比較した。また、フローサイトメトリーを用いてマウス骨髄造血前駆細胞から造血幹細胞を含む分画(HSC)・骨髄球系共通前駆細胞(CMP)・顆粒球・マクロファージ共通前駆細胞(GMP)を純化し、それぞれの分画に対してこれらの白血病遺伝子を導入し、形質転換め有無を比較した。結果、AML1-Evi-1はHSC分画のみを形質転換するのに対し、AML1-ETOとMLL-ENLは全ての前駆細胞分画を形質転換した。また、AML1-Evi-1とAML1-ETOによって形質転換された細胞はHSCと同様の表面形質を保持していた。これらの結果は、AML1-Evi-1による白血病発症には正常の造血幹細胞がもつ自己複製機序が必要であること、AML1-ETOやMLL-ENLはより分化した前駆細胞に自己複製能を新たに与えることを示す。また、AML1機能不全による白血病発症には融合遺伝子部分の存在が重要であることが示された。AML1機能不全が幹細胞の増幅をもたらすことから、AML1機能不全が白血病幹細胞をも増幅する可能性について検証した。MLL-ENLを導入したマウス骨髄細胞を同系マウスに移植すると白血病発症を再現することができる。この系でAML1を欠失した骨髄細胞を用いると、AML1欠失骨髄細胞にMLL-ENLを導入し移植したマウスは対照群と比較して早期に白血病を発症した。このことから、AML1機能欠失は白血病発症を加速することが示された。このAML1欠失白血病細胞は対照と比較して増殖が加速し、細胞周期が進行していることが明らかとなった。以上の結果からAML1の機能欠失による白血病発症機構の一端が明らかとなり、治療標的とレての意義が示された。造血幹細胞の発生・維持に重要な転写因子AML1(Runx1)の造血幹細胞における標的分子はこれまで明らかとなっていない。そこで、AML1により発現の調節を受ける遺伝子群を同定するため、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現プロファイル解析を行った。AML1欠損マウス造血幹細胞をフローサイトメーターにより分離し、得られたRNAから遺伝子発現マイクロアレイにより網羅的な遺伝子発現の解析を行った。結果、対照骨髄の1.5倍以上に発現が増加している遺伝子が105種、発現が低下している遺伝子が155種認められた。そのうち、既に造血細胞の発生への関与が知られている遺伝子であるNotch1、Hes1、Flt3の発現の低下についてリアルタイムRT-PCRにより確認を行った。共同研究者とのNotch1ノックアウトマウスを用いた解析により、Notch1欠損による造血幹細胞の発生異常がAML1の発現により回復することが示され、造血幹細胞の発生におけるNotchシグナルとAML1が相互に関連していることが明らかとなった(投稿中)。AML1欠損により発現が上昇している遺伝子としては、血管内皮細胞特異的なレセプターであるVEGFレセプターおよびTie-2が同定された。そこで、造血幹細胞と並びAML1が重要な役割を果たしている血管内皮細胞に注目し、AML1欠損マウス骨髄細胞をin vitroで培養し、骨髄中の血管内皮前駆細胞を定量した。胎生期と異なり、AML1欠損骨髄での血管内皮前駆細胞や血管平滑筋前駆細胞の変化は認められなかった。これらの解析から、造血幹細胞の発生に必須である遺伝子AML1と関与したシグナル伝達経路としてNotch1-Hes1経路を同定することができた。また、血管内皮細胞のアッセイを通じ、成体骨髄が胎生期とは異なった分子メカニズムにより維持されていることを示すことができた。AML1欠失骨髄細胞の網羅的な遺伝子発現解析によりNotch1,Evi-1の発現量の変化が明らかとなったが、これらは造血系においてはとくに幹細胞分画に発現しその動態に関与する。そこで、AML1による骨髄造血幹細胞数の制御と白血病発症の関与をより詳細に明らかにする目的で、AML1マウスから骨髄細胞を採取し、限界希釈法により長期骨髄再構築能を持つ造血幹細胞(LT-HSC)を定量した。結果、AML1欠失骨髄中には対照の約910倍のLT-HSCが存在した。また、AML1欠失骨髄中にはSide population (SP)細胞・細胞周期GOなどの静止期造血幹細胞が増加していることも示された。AML1をレトロウイルスベクタにより骨髄細胞に過剰に発現させるとその造血再構成能は低下し、AML1が造血再構築可能な幹細胞活性を抑制することが明らかになった。造血幹細胞を含む分画で発現するレセプターであるFLT3、c-KitはヒトAML1変異白血病において活性化型変異が存在する。そこでこれらとAML1変異の相互作用による白血病発症を想定し、AML1欠失骨髄にこれらの遺伝子を導入して細胞の不死化の有無を検討したが、これらの相互作用での細胞不死化は認められなかった。一方、(3;21)型染色体転座で形成されるキメラ遺伝子AML1-Evi-1は骨髄細胞を不死化させることが知られている。

AML1-Evi-1はEvi-1の全長を含むと同時にAML1の機能を抑制することから、AML1の機能不全がEvi-1と協調して白血病をもたらす可能性が考えられる。AML1-Evi-1からEvi-1の各ドメインを欠く欠失変異体を骨髄細胞に導入する実験では骨髄細胞の不死化がみられず、AML1-Evi-1による造腫瘍活性にはAML1の機能不全に加え、Evi-1部分のすべてのドメインが必要であることが示された。AML1変異型白血病に特異的な性質を抽出するため、AML1-ETO、AML1-Evi-1およびMLL-ENLをマウス骨髄細胞に導入して形質転換を誘導し、表面形質を比較した。また、フローサイトメトリーを用いてマウス骨髄造血前駆細胞から造血幹細胞を含む分画(HSC)・骨髄球系共通前駆細胞(CMP)・顆粒球・マクロファージ共通前駆細胞(GMP)を純化し、それぞれの分画に対してこれらの白血病遺伝子を導入し、形質転換め有無を比較した。結果、AML1-Evi-1はHSC分画のみを形質転換するのに対し、AML1-ETOとMLL-ENLは全ての前駆細胞分画を形質転換した。また、AML1-Evi-1とAML1-ETOによって形質転換された細胞はHSCと同様の表面形質を保持していた。これらの結果は、AML1-Evi-1による白血病発症には正常の造血幹細胞がもつ自己複製機序が必要であること、AML1-ETOやMLL-ENLはより分化した前駆細胞に自己複製能を新たに与えることを示す。また、AML1機能不全による白血病発症には融合遺伝子部分の存在が重要であることが示された。AML1機能不全が幹細胞の増幅をもたらすことから、AML1機能不全が白血病幹細胞をも増幅する可能性について検証した。MLL-ENLを導入したマウス骨髄細胞を同系マウスに移植すると白血病発症を再現することができる。この系でAML1を欠失した骨髄細胞を用いると、AML1欠失骨髄細胞にMLL-ENLを導入し移植したマウスは対照群と比較して早期に白血病を発症した。このことから、AML1機能欠失は白血病発症を加速することが示された。このAML1欠失白血病細胞は対照と比較して増殖が加速し、細胞周期が進行していることが明らかとなった。以上の結果からAML1の機能欠失による白血病発症機構の一端が明らかとなり、治療標的とレての意義が示された。
廃タイヤ資源再生化における環境負荷低減を考慮したリバースロジスティクスの研究

廃タイヤ回収システムは狭域的なネットワークに限定されており,狭い回収エリアの中を地場の廃棄物処理事業者が収集運搬し,近隣地域にトラックのピストン輸送により納入することが多い。しかしながら,拠点集約を行い,より広域的な納入エリアを構築することでニーズにタイムリーに対応していくことが可能になるということ,並びに回収ルートの最適化を図ることで効率化を促進できるということが明らかになった。コンピュータシミュレーションを行い,拠点整備における積替え拠点の設置,庭先作業時間の改善の方策,納入エリアにおける積替えデポの設置,ミルクラン方式の巡回納入ルートの構築についての改善策をまとめた。平成25年度研究は,次に示す5つの基本研究項目について実施した。概ね、研究計画の通り実施することができた。1)リバースロジスティクス効率化のためのモデル化:前年度に提案した拠点整備による効率化策に基づく改善案に加え,回収システムにおける庭先作業時間の短縮と燃料チップ納入におけるモーダルシフト導入の効果検証を目的として,コンピュータシミューションを実施するため,実態に合わせたシミュレーション規模や条件の決定,並びに定式化の研究を行った。2)庭先時間短縮のプロセスの明確化:庭先作業時間短縮のプロセスを明確化し,改善案の提案につなげる。あわせて庭先作業時間短縮のための指標を作成した。なお、指標作成にあたっては、ヒヤリング調査を行い、関連項目の抽出を行った。3)モーダルシフト導入プロセスの明確化:燃料チップの納入プロセスを明確化し,庭先時間短縮が可能となる改善策を明示した。モーダルシフトについては、トラック輸送に海上輸送を組み合わせるかたちを選択したが、今後、余裕があれば鉄道輸送についても考慮したい。4)環境負荷低減を考慮したシミュレーションモデル解析とモデルの解析と検証:提案した庭先作業の改善策及びモーダルシフトの導入による輸配送システムの効率化と環負荷低減を考慮したモデルを検証した。調査対象である実際の回収実態に合わせたシミュレーション規模や条件によって定式化した。5)モデルに基づき実際にシミュレーションを行い,その数値結果を解析し,改善策の効果を検証した。本研究の目的は廃タイヤの資源再生化にむけたリバースロジスティクスについて,廃タイヤの回収方法や生成した燃料チップの消費地への輸送方法における再生工場,回収先店舗,消費間での環境負荷低減を考慮した効率的なリバースロジスティクス・モデルを構築することにある。このため,我が国の廃タイヤの資源再生化にむけたリバースロジスティクスの基盤整備状況を調査し,得られた調査データを基に環境負荷低減を考慮したシミュレーションを実施した。なお導出された結論は,当該分野のリバースロジスティクス基盤体制の確立,並びに産業集積地の活性化という課題を抱える地方自治体への具体的な展開へともつなげていく一助となるものとする。研究初年度については廃タイヤなどのリバースロジスティクスの定義,特徴及びリサイクル法から見た業界別のリバースロジスティクスの現状を明らかにし,その回収システムについて,これまで狭域的に行ってきた既存のシステム及び,そのリサイクル製品の輸配送システムを回収拠点を効率化するという視点から,シミュレーションをとおして数値解析を行い,拠点整備のあり方について,その効果を明らかにした。さらに拠点集約による効率化に関するモデルの一般化,回収先店舗,回収元店舗の回収エリア広域化に伴う拠点整備の有効性の明確化,利益向上条件の明確化と環境負荷低減の両立,及び環境負荷の低減考慮したシミュレーションモデルの解析と検証を行い,その成果と環境負荷低減の相関関係を検証し,コストメリット,スケールメリットと環境負荷の低減の両立を可能とする現実的な方策を明らかにした。なお,研究成果については日本情報ディレクトリ学会,一般社団法人廃棄物資源循環学会による開催のアジア太平洋廃棄物専門家会議(SWAPI)開催,及び一般社団法人情報処理学会において学会発表を行い,その成果を公表した。本研究では廃タイヤを中心にリバースロジスティクスシステムの定義、特徴及びリサイクル法から見た業界別のリバースロジスティクスシステムの現状を明らかし、輸配送システムを回収拠点を整備することによって効率化できるのではないかという仮説を立て、シミュレーションをとおして数値解析を行い、拠点整備のあり方について、その効果を明らかにした。また、回収先店舗における作業時間(以降,庭先作業時間とする)の問題について,回収システム全体の効率性低下を防ぐ為に、庭先作業時間を短縮する具体的な改善案を検討した。輸配送システムをリバースロジスティクスの枠組みの中で捉え効果的な輸配送システムのあり方を明らかにした。さらにリサイクル製品の輸送システムへのモーダルシフトの導入について仮説を構築し、拠点整備と輸配送ネットワークの効率化がCO2削減とどのような関わりがあるのかを現状の工場別の直送について輸送モード別のシナリオを立て, CO2排出量を算出し環境負荷低減から見た輸送システムを明らかにした。社会科学回収システムにおける庭先作業時間の短縮と燃料チップ納入におけるモーダルシフト導入の効果検証を目的として,計画通りコンピュータシミューションを実施した。あわせて実態に合わせたシミュレーション規模や条件の決定,並びに定式化の研究を行った。

ただし,庭先作業時間短縮のプロセスを明確化することには成功したが、庭先作業時間短縮のための指標については今後,さらに考察を深めていくために引き続き文献調査,実地調査,ヒヤリング調査を継続していく必要があると思われる。またモーダルシフト導入のためのプロセスの明確化についてはいくつかのシナリオを想定し,コスト比較,二酸化炭素排出量比較などを追加的に行う必要があると思われる。環境負荷低減を考慮したシミュレーションモデル解析とモデルの解析と検証については,庭先作業の改善策及びモーダルシフトの導入による輸配送システムの効率化と環境負荷低減を考慮したモデルを検証し,実際の回収実態に合わせたシミュレーション規模や条件によって定式化した。ただしその数値結果の解析結果について,改善策の効果をより緻密に精査し,来年度の研究計画に反映させていくことが望ましい。現在までの研究目標の達成度については,リバースロジスティクスについての定義,先行研究についての文献研究を行ったうえで,以下に示す4つの基本研究項目について進めるとした。概ね,研究目標は達成できたと考えられる。拠点集約による効率化に関するモデルの一般化について,廃棄物処理事業者が従来の狭域的なネットワークをどのように拡大するべきかをヒヤリング調査,実地調査を行い,収集したデータからモデルの一般化を行った。回収先店舗,回収元店舗の回収エリア広域化に伴う拠点整備の有効性の明確化については,回収先店舗,回収元店舗の回収エリア広域化に伴う拠点整備の有効性を確認する指標を検討した。そしてそれにより構築したモデル上でエリア拡大と拠点整備開設に伴う回収効率が向上する条件を明確化することができた。利益向上条件の明確化と環境負荷低減の両立については,拠点整備に伴う回収活動により増加する利益を把握する指標を検討し,それにより構築したモデル上でエリア拡大により利益が向上する条件を明確化することができた。環境負荷の低減考慮したシミュレーションモデルの解析と検証については,コストメリット,スケールメリットと環境負荷の低減の両立を可能とする現実的な方策を明らかにし,論文発表・学会誌掲載をとおして提案した。なお,日本情報ディレクトリ学会,一般社団法人廃棄物資源循環学会,一般社団法人情報処理学会において研究発表を行った。ただし,環境負荷低減の相関関係については次年度以降もより精緻に研究を進めていく必要があると考えている。これは環境負荷低減の指標として用いるCO2排出量の計算方法がトンキロ法,燃費法など複数存在するため,業界の実態をさらに調査し,現状分析とシミュレーション分析の精度を上げる必要があると考えられるからである。今後の推進方策は次の2つである。1.リサイクル製品の輸送システムへのモーダルシフトの導入について仮説を構築する。
時間的・空間的に相互作用をもつ格子確率モデルの極限定理の研究

研究計画に従って空間的・時間的に相互作用をもつ確率モデルの研究を進め,本年度次のような成果が得られた.(1)強化ランダムウォークは,ウォーカーがグラフの各辺に与えられた重みに比例した確率で推移し,ウォーカーが通った辺の重みを増加させるモデルである.b本ずつ枝分かれする木グラフの上での線型強化ランダムウォーク(ウォーカーが通った辺の重みを毎回1ずつ増やすモデル)について,ウォーカーの位置のゆらぎを表す曲線の分布をBrown運動によって近似する関数型中心極限定理をbが4以上の場合に証明することができた.ランダム環境中のランダムウォークと呼ばれるより広い枠組みでこの問題を取り扱っており,関数型中心極限定理が得られるための十分条件を与えている.(2)半直線上の非線型な強化ランダムウォークのうち,初期状態での再帰性が弱く,原点に戻る方向に辺を横断したときのみ重みを増やす場合におけるウォーカーの極限挙動について研究した.重みの増やし方が横断回数のベキの関数で与えられる場合,そのベキ指数に応じて再帰的・非再帰的・局在化の3つの相が現れうることを証明した.(3)記憶をもつランダムウォークの別な種類のモデルとしてElephant Random Walkに関する極限定理の研究を並行して進めているが,至る所微分不可能な連続関数の有名な例である高木関数を一般化して得られる連続関数のクラスにおいて,極限関数への収束の速さを調べる際にElephant Random Walkの場合と似た構造があることに気づき,典型的な点における収束の速さを確率論の極限定理を用いて記述する研究を開始して一定の成果が得られている.以上の成果のうち(1), (2)については論文としてとりまとめ,学術雑誌に投稿中である.また,研究の進捗状況・成果の発表を各地で行なった.研究計画に従い,2次元Isingモデルにおけるパーコレーションや強化型ランダムウォークの極限挙動を柱として時間的・空間的に相互作用をもつ確率モデルの研究を行なった.パーコレーションに関する極限定理の精密化やはしご型格子の上の強化ランダムウォークの極限挙動に関してはまだ研究の準備段階の域を出ないが,一方その途上で,本研究課題と関連する問題についていくつかの成果が得られ始めている.2次元Isingモデルのパーコレーションについては,臨界点における正方形領域のスパンニング・クラスターの性質を調べ,独立なパーコレーションの場合に知られている性質のうち基本的な部分を一般化することができている.頂点強化型ランダムウォークについては,完全2部グラフの上の頂点強化型ランダムウォークの研究で進展があり,完全グラフ上のモデルとは挙動が大きく異なることが分かってきている.これらの研究については,さらに推し進めて次年度以降に成果を発表する.パーコレーションと関連する副次的テーマとして考察を進めてきた(確率的)セルオートマトンに関しては今年度2件の原著論文を発表することができた.ひとつはパスカルの三角形における剰余と関係する1次元線形セルオートマトンに対する極限分布の存在に関する結果であり,もうひとつは種々の1次元線形セルオートマトンに加法的なエラーを付加したときのエルゴード性に関する結果である.これらの結果は日本語の解説論文としてもまとめた.過去の履歴に依存する確率過程の問題と関連した副次的テーマである量子ウォークについては,今年度1件の原著論文が出版された:最も基本的で重要なアダマール・ウォークをサイクルの上で考えたとき,どのような周期性が生じうるかを完全に解明した.パーコレーションの問題における極限定理の精密化や辺強化型ランダムウォークの極限挙動の研究では予想以上の困難があり,研究の進捗が計画よりもやや遅れている.前者については,独立なパーコレーションの場合の極限定理の証明を再度考察しなおすなど基本に立ち返った研究を行なった,また,後者については頂点強化型ランダムウォークにも視野を広げ基本的な手法の見直しを進めた.その結果,次年度の研究につながる考察と,関連する課題についていくつかの成果が得られている.一方,副次的テーマである(確率)セルオートマトンや量子ウォークについては成果を順調に発表できている.以上のことから,総合的に判断して「おおむね順調に進展している」と考えている.研究計画に従って空間的・時間的に相互作用をもつ確率モデルの研究を進め,本年度次のような成果が得られた.(1)空間的に相互作用のある確率モデルとして,2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題を引き続き研究した.Aizenman (1997)により提案されたspanning clusterの図形的性質を研究し,その大きさがKestenのIICの場合と同じオーダーになることを示す極限定理を証明した.(2)時間的に相互作用のある確率モデルとして,記憶をもつランダムウォークの種々のモデルについて解析を進めた.強化ランダムウォークについては木グラフの場合に詳しい極限定理を得ることを目標に研究を進めている.また,Elephant Random Walkについては,記憶のパラメターが大きい場合の極限挙動をより具体的に記述する極限定理が得られつつある.(3)極限定理の精密化の計画については,空間的に相互作用のある場合予想を超える困難があることが分かり,相互作用のないパーコレーション問題に立ち戻って考察することとした.Y.C. Zhang (1999)は2次元正方格子の正方形領域における一番低い横断路の通る頂点の最大高さについて調べた.優臨界的な場合の結果は改良の余地を残していたが,この場合の正しいオーダーを求めることができた.この量については2次元Isingモデルの高温相におけるパーコレーション問題をはじめ相互作用のある場合にも拡張できる見通しがたっている.なお,パーコレーションと関連する副次的テーマとして考察を進めてきたセルオートマトンに関しては,パスカルの三角形における剰余と関係する

1次元線形セルオートマトンに対する極限分布の存在に関して得られていた結果をさらに精密化し,今年度論文として発表することができた.パーコレーションの問題における極限定理の精密化の研究では当初の予想を超えて種々の困難が生じており,研究の進捗が計画よりもやや遅れている.基本に立ち返って,独立なパーコレーションの場合の極限定理について再度考察し,どのような量に関して極限定理が精密化・一般化できるかを精査しているところである,時間的な相互作用をもつ確率過程の研究では,強化ランダムウォークのほかElephant Random Walkにも視野を広げ,記憶のあるランダムウォークの解析で基本的な役割を果たす手法を見直している.副次的テーマであるセルオートマトンについては得られた結果を今年度論文として公表し,その他のモデルについて得られた成果の一部を口頭発表したが,成果を論文としてとりまとめる作業がやや遅れている.次年度の研究につながる考察と,関連する課題についていくつかの成果が得られてはいるが,総合的に判断して,研究計画に比べ「やや遅れている」と考えている.研究計画に従って空間的・時間的に相互作用をもつ確率モデルの研究を進め,本年度次のような成果が得られた.(1)強化ランダムウォークは,ウォーカーがグラフの各辺に与えられた重みに比例した確率で推移し,ウォーカーが通った辺の重みを増加させるモデルである.b本ずつ枝分かれする木グラフの上での線型強化ランダムウォーク(ウォーカーが通った辺の重みを毎回1ずつ増やすモデル)について,ウォーカーの位置のゆらぎを表す曲線の分布をBrown運動によって近似する関数型中心極限定理をbが4以上の場合に証明することができた.ランダム環境中のランダムウォークと呼ばれるより広い枠組みでこの問題を取り扱っており,関数型中心極限定理が得られるための十分条件を与えている.(2)半直線上の非線型な強化ランダムウォークのうち,初期状態での再帰性が弱く,原点に戻る方向に辺を横断したときのみ重みを増やす場合におけるウォーカーの極限挙動について研究した.重みの増やし方が横断回数のベキの関数で与えられる場合,そのベキ指数に応じて再帰的・非再帰的・局在化の3つの相が現れうることを証明した.(3)記憶をもつランダムウォークの別な種類のモデルとしてElephant Random Walkに関する極限定理の研究を並行して進めているが,至る所微分不可能な連続関数の有名な例である高木関数を一般化して得られる連続関数のクラスにおいて,極限関数への収束の速さを調べる際にElephant Random Walkの場合と似た構造があることに気づき,典型的な点における収束の速さを確率論の極限定理を用いて記述する研究を開始して一定の成果が得られている.以上の成果のうち(1), (2)については論文としてとりまとめ,学術雑誌に投稿中である.また,研究の進捗状況・成果の発表を各地で行なった.独立なパーコレーション及び2次元Isingモデルのパーコレーションにおける極限定理について,本年度の積み上げをさらに推し進め新たな成果を得ることを目指す.
骨恒常性を制御する新規間葉系細胞とその機能分子の同定

骨粗鬆症やロコモティブ症候群といった運動器障害は健康寿命の主要な阻害要因となっており、骨恒常性の維持とその破綻機構の理解が必須である。これまで、骨髄内には骨芽細胞や脂肪細胞への分化能を有する間葉系前駆細胞が存在し、骨形成や造血制御に寄与することが報告されている。しかしながら、皮質骨により骨髄環境から隔絶された骨外膜に存在する細胞の、骨代謝や造血への寄与に関しては殆ど不明であった。我々は、骨外膜に局在し、骨量や骨形態を制御する細胞集団HPMsおよびその機能に必須の遺伝子Hmtfを同定した。本研究では、この新規細胞及び遺伝子の機能解析を通して、新たな骨代謝および造血制御メカニズムの解明を目指す。