hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子コンプレックスのプロトン取り込みの動的研究

2年間にわたる研究成果の概要を以下に記す.高分子としてポリグルタミン酸(PGA)とポリリジン(PLL)を選び,各々のpHを5.5に調整した溶液をStopped Flow法により混合し,電気伝導度検出により反応を追跡したところ,装置のdead time内に終わる速い電導度増加の過程に続いて, 0.1秒から数秒の間に起こる電導度の減少する過程を通してコンプレックスが形成されることを見いだした.両高分子は,静電的に結合することによりコンプレックスを形成し,その際にPGAの未解離プロトンの解離が促進されることは容易に予想されるが,電導度の減少が何を反映したものかについては,速度論的実験によってのみ明らかにされるものである.まず高分子の重合度を変化させて反応を追跡した結果,重合度が10のPGAを用いた実験においても,電導度の減少する過程が検出された.そこでPLLとグルタミン酸モノマーとの反応を調べたところ,上記の電導度減少の過程は検出されず,また一価カルボン酸とPLLおよび一価アミンとPGAとの反応においても,上記の過程は観測さなかったが,二価カルボン酸および二価アミンにおいては観測された.さらにPGAと二価の金属イオンとの反応を調べたところ電導度減少過程を観測できた.次にこの電導度減少過程とプロトンとの関係を調べるため最近,イオンセンサーとして開発・使用されているFETを利用し溶液内プロトンの高速な挙動を観測できる装置を開発した.この装置により電導度減少の過程を観測したところ,溶液中の水素イオン濃度が減少する過程であることが明らかになった.以上の研究により,高分子コンプレックス形成に関して,二価以上のイオンとの反応においては初期のプロトン放出に引続き高分子上でのキレート形成に基づくプロトンの取込みが起こり,安定なコンプレックスが形成されることを明らかにすることが出来た.2年間にわたる研究成果の概要を以下に記す.高分子としてポリグルタミン酸(PGA)とポリリジン(PLL)を選び,各々のpHを5.5に調整した溶液をStopped Flow法により混合し,電気伝導度検出により反応を追跡したところ,装置のdead time内に終わる速い電導度増加の過程に続いて, 0.1秒から数秒の間に起こる電導度の減少する過程を通してコンプレックスが形成されることを見いだした.両高分子は,静電的に結合することによりコンプレックスを形成し,その際にPGAの未解離プロトンの解離が促進されることは容易に予想されるが,電導度の減少が何を反映したものかについては,速度論的実験によってのみ明らかにされるものである.まず高分子の重合度を変化させて反応を追跡した結果,重合度が10のPGAを用いた実験においても,電導度の減少する過程が検出された.そこでPLLとグルタミン酸モノマーとの反応を調べたところ,上記の電導度減少の過程は検出されず,また一価カルボン酸とPLLおよび一価アミンとPGAとの反応においても,上記の過程は観測さなかったが,二価カルボン酸および二価アミンにおいては観測された.さらにPGAと二価の金属イオンとの反応を調べたところ電導度減少過程を観測できた.次にこの電導度減少過程とプロトンとの関係を調べるため最近,イオンセンサーとして開発・使用されているFETを利用し溶液内プロトンの高速な挙動を観測できる装置を開発した.この装置により電導度減少の過程を観測したところ,溶液中の水素イオン濃度が減少する過程であることが明らかになった.以上の研究により,高分子コンプレックス形成に関して,二価以上のイオンとの反応においては初期のプロトン放出に引続き高分子上でのキレート形成に基づくプロトンの取込みが起こり,安定なコンプレックスが形成されることを明らかにすることが出来た.ポリペプチドと2価金属イオンとの相互作用に関して、電導度検出ストップトフロー法により速度論的研究を行った。その結果、プロトン放出を伴うコンプレックス形成の後、コンプレックス上へのプロトン取込み過程の存在することを見い出し、その速度論的諸量を求めた。またアニオン性およびカチオン性のポリペプチドとカルボン酸あるいはアミンとの相互作用について上と同様な実験を行い、1価のアミン、カルボン酸では観測されなかったプロトン取込み過程が2価カルボン酸、アミンとのコンプレックス形成においては観測された。以上のことから、高分子コンプレックスへのプロトンの再取込みは、2価(あるいは多価)イオンに特異的な過程であり、キレート形成と密接に関係していることが明らかになった。さらに高分子間コンプレックス形成反応について実験を行い、同様な現象を見い出しており、これについては、現在、高分子間キレート形成過程を考慮に入れた反応機構を解析中である。一方、本研究の進行中に、最近注目を集めているイオン選択性FETを利用したpHセンサーの存在、特に、センサーの小形化およびその高速応答性に注目し、この素子を利用した高速反応測定装置の可能性を検討した。素子の小形化を活かし、ストップトフロー法に組み込むことに成功し、その応答速度はストップトフロー装置の測定限界(2ms)よりも速く、pH領域114の広範にわたり、0.01pH unitの感度でプロトンの関与した反応の測定が可能であることが分った。この装置は、単に本研求課題の遂行に必要であるのみならず、他のプロトンの関与した反応、例えば、プロトンポンプ等の研究に対して、有力な手段を提供するものである。この装置を利用し、従来、電導度検出法で観測してきた反応過程が正しくプロトンを追跡したものであることも明らかにした。
ケロイド、肥厚性瘢痕の分子病態の解明:無瘢痕外科治療をめざし

本研究の目的は、皮膚瘢痕性疾患の分子病態を解明し分子レベルでその病因を究明することにより、診断や治療、ひいては予防上の有効な知見・手段を得ることにある。以下に、本研究期間中での成果の一部を記す。1)ケロイドおよび肥厚性瘢痕(HS)組織細胞のp53遺伝子codon72部のSNPにつき、RFLP解析法により調べた結果、HS患者は正常群に比しPro-alleleを保持する率が高く、ピアス穿孔性ケロイド患者群ではArg-alleleを保持する率が高いという知見を得た。これは、ケロイドあるいはHSの発生素因に、p53遺伝子codon72部のSNPが関わることを示すものである。2)cDNA microarray法により、耳介-および胸部-ケロイド由来の培養線維芽細胞を材料に、正常皮膚培養細胞を対照として、ケロイド疾患細胞における特異的遺伝子発現を検索した結果、耳介ケロイド細胞で8種、胸部ケロイド細胞では17種の疾患特異的遺伝子発現が確認された。中でも、thrombin receptor gene、KIAA0367 protein gene、matrilin-2 geneの3種の遺伝子は、両ケロイド線維芽細胞に共通して特異的に発現されることが確認された。3)ケロイド線維芽細胞では発現が無く、正常皮膚線維芽細胞でのみ発現された遺伝子は数多いが、細胞増殖制御に関わる遺伝子に注目して検索したところ、耳介ケロイド由来線維芽細胞では、特定のtumor suppressor geneの発現が見られないことを確認した。研究費申請の初年度であったが、多くの成果・実績を得、かつ今後の研究の方向性を定める上で必要な情報を得ることができた。1)1H-NMR法を用いケロイドと肥厚性瘢痕(HS)の細胞内代謝産物を測定し、1H-NMRによる乳酸の測定値の平均と臨床的な診断結果を比較し、かつ疾患組織のLDH-アイソザイム型を関連づけることで、ケロイドとHSの客観的な判別指標となし得ることを明らかにした。(一部論文発表)2)PCR法で増幅したケロイド50例、HS30例、正常人組織、我々が樹立したケロイド組織由来培養線維芽細胞5種と正常人組織由来培養線維芽細胞の、p53遺伝子のexon-4領域に見られるSNPにつき、制限酵素断片鎖長多型(RFLP)解析法により調べた結果、HS患者群では正常群に比しPro-alleleを保持する率が高く、ケロイド患者群中でもピアス穿孔性耳ケロイド患者群ではArg-alleleを保持する率が高いという知見を得た。これらは、DNA-sequenceの直接分析法によっても確認された。(一部論文発表および一部投稿中)3)p53遺伝子のexon-4領域遺伝子配列に差のある細胞系につき、その転写活性を、selective RT-PCR法による選択的増幅後にRFLP法とDNA-sequence分析法を用いて比較した結果、alleleの差によるp53遺伝子の発現性には差異が無く共に発現することを確認した。(一部論文発表)4)p53遺伝子のexon-4領域遺伝子配列に差のある細胞系につき、apoptosis誘導因子処理後のp21遺伝子とタンパクの発現性を比較した結果、顕著な差は認めなかったが、さらにJun-D遺伝子とタンパクについて検索中である。(29回・創傷治癒学会報告)5)ケロイドおよびHS組織からmRNAを抽出し、DNA Expression Microarrayにより両疾患組織細胞の全体的な遺伝子発現性につき、正常皮膚組織細胞のそれとの差次的発現の分析実験に着手した。なお、日本医科大学形成外科学教室・王春梅は、大学院生として本研究に参画・協力し貢献した。研究申請の2年度となり、前年度の成果を更に確実かつ評価に堪えうる情報として発展させ、その結果を専門誌に原著として掲載することができた。

1)1H-NMR法を用いて、ケロイドと肥厚性瘢痕の細胞内代謝産物を計測し、その結果を臨床診断の結果と対比し、それらの判別指標と成りうることを明らかにした。すなわち、ケロイドは乳酸値において高度肥厚性瘢痕、肥厚性瘢痕、健常皮膚との間に有意差を認め、酢酸値ではケロイドと肥厚性瘢痕間で有意差を認めた。アラニンでは何れの間にも有意差は認められなかった。耳部腫瘤は乳酸値において肥厚性瘢痕および健常皮膚との間に有意差を認めた。この結果から、ケロイドが高度肥厚性瘢痕、肥厚性瘢痕、健常皮膚よりも嫌気性代謝が亢進していることが示唆され、ケロイドの線維芽細胞が活発なコラーゲン産生時に必要なエネルギーをTCA回路ではなく嫌気的なE-M回路を活性化して獲得していることが判明した。2)p53遺伝子exon-4領域内のCodon-72部を含む114base pair(bp)部分につきその転移活性を、DNA-Sequence分析を用いて塩基配列を確認した。さらに、対立遺伝子(allele)別のmRNA転写活性確認のためケロイド由来培養線維芽細胞からRNAを抽出し、mRNA selective RT-PCR法によりDNAを増幅後p53遺伝子の転写活性とPFLP法およびDNA-sequence分析により塩基配列を調べた。その結果、肥厚性瘢痕患者群においてp53 Codon72部位の多形性分布は、正常日本人に比べて有意な偏りが見られ,Pro-alleleを有する頻度が高い結果であったが、ケロイド患者群においては有意な偏りは見られなかった。また、耳介ケロイド群のみの結果では他の部位、原因によるケロイド群に比し高いArg-alleleの存在が見られた。また、この群にはPro-alleleを保持する例はなく、control群との間に有意な差が認められた。3)p53遺伝子のxon-4領域遺伝子配列に差のある細胞系につき、apotosis誘導因子処理後のp21遺伝子と蛋白の発現性を比較検討したが、顕著な差は認めなかった。4)ケロイドおよびHS組織からmRNAを抽出しDNA Expression Microassayによりそれぞれの遺伝子発現性につき健常皮膚との差次的発現の分析実験を行った。
ドイツ文化における中世的身体観の形成と受容－内と外の乖離に生じる逆説について

ドイツ中世文学の暗喩的な詩学の導入は、肉体性の捨象と内面的官能性、人間の卑小さと神の絶対性、という二項対立を犠牲の崇拝という形で統合した。本研究は、抑圧されたキリスト教信仰下で発達した中世の身体美学とその逆説的伝統を、中世文学研究の枠組みで検証する。またこの中世の逆説的な詩学が、ロマン主義的、表現主義的な芸術に継承され、内面と外見の乖離の美学として、形骸化した日常性を打破する手段として機能したことを、現象学、精神分析学、美学を基に分析する。さらに、この詩的な身体表現が政治的コンテクストを帯び、純粋主義の観念強化のみならず、過度に理想化された身体性をも生み出した背反的現象について検証する。
炎症老化を介したサルコペニア発症進展機構の解明と予防的応用

本課題では、サルコペニアの病態と制御に関して炎症老化制御の観点から解明する事を中心に、薬剤や栄養等の介入によるサルコペニア制御の可能性を検討した。漢方薬と同成分の中には性ホルモン様作用、抗炎症効果を有する可能性が示され、その一部について抗炎症効果を主にin vitroで検討した。また、骨格筋系培養細胞を用いてビタミンD、漢方薬成分等を介した筋蛋白分解制御作用の可能性について遺伝子レベルでの解析を主体に検討を行った。本研究課題では、加齢に伴って顕在化しやすい加齢性筋肉減少症(サルコペニア)の本態を炎症老化制御(inflammaging)の観点から明らかにするとともに、薬剤(核内受容体リガンド、漢方薬など)や運動(トレッドミルなど)、栄養(分枝鎖アミノ酸など)をはじめとする各介入・導入によるサルコペニア制御の可能性を検討し、フレイル・転倒予防、老年疾患治療に向けた予防・治療基盤の構築を目指すしている。これまでに、骨格筋系培養細胞を用いてTNF(Tumor Necrosis Factor)やLPS(Lipopolysaccharide)などの添加に対するビタミンD、性ホルモンなどを介した炎症や筋蛋白分解抑制作用の可能性について遺伝子レベルで解析を進めており、漢方薬の一部についても同様の検討を進めている。また後肢懸垂マウス等の疾患モデルマウスに対してビタミンDやHMB(β-Hydroxy-β-Methylbutyrate)分枝鎖アミノ酸代謝物)、上記漢方薬などを投与した際、あるいはトレッドミル負荷を行った際の炎症・筋蛋白分解制御作用についても、解析を進めているところである。また、後肢懸垂マウス、SAMP8マウスをはじめとするサルコペニア・老化モデルマウスを活用するなどして、inflammagingや薬剤投与に伴う骨格筋レベルでの抗炎症作用、および両者の相加的・相乗的作用の可能性について解析を検討中である。筋骨格系の加齢変化やInflammagingに関して遺伝子レベルの解析を中心に進める中、ホルモン、漢方薬、栄養介入、運動介入等による骨格筋レベルでの抗炎症作用、筋分化制御作用について遺伝子レベルで解析が進められており、本研究の研究目的、計画は概ね順調に推移していると考えられる。引き続きin vitro、in vivoにおける解析を進めていき、inflammagingとサルコペニアとの関連性を検討したい。本研究課題では、昨年度に続き加齢性筋肉減少症(サルコペニア)の病態に関して、炎症老化制御(inflammaging)の観点から明らかにすることを目指し、薬剤(核内受容体リガンド、漢方薬など)や運動(トレッドミルなど)、栄養(分枝鎖アミノ酸など)をはじめとする各介入・導入によるサルコペニア制御の可能性を検討し、フレイル・転倒予防をはじめとする介護予防や老年疾患予防・治療に向けた基盤構築を目指している。漢方薬やその成分の中には性ホルモン様作用、抗炎症効果を有する可能性が示されてきていることから、一部の漢方薬について抗炎症効果、サルコペニア抑制効果を主にin vitroで検討した。DMSO (Dimethyl sulfoxide)または蒸留水を用いて漢方薬成分を抽出した。また、骨格筋系培養細胞を用いてLPS(Lipopolysaccharide)や過酸化水素(H2O2)などの添加に対するビタミンD、性ホルモン、HMB(β-Hydroxy-β-Methylbutyrate)分枝鎖アミノ酸代謝物)のほか、漢方薬抽出物・成分などを介した炎症や筋蛋白分解抑制作用の可能性について遺伝子レベルで解析を行なっている。また、引き続きサルコペニア・老化モデルマウスを用いた解析など、漢方薬抽出物・成分を含めた薬剤介入に伴う骨格筋制御作用の可能性についてin vivo、in vitroでの解析を進めている。筋骨格系の加齢変化や炎症老化との関連性について遺伝子レベルの解析を中心に進める中、ホルモン、漢方薬、栄養介入、運動介入等によって骨格筋レベルでの抗炎症作用、骨格筋レベルで分化制御作用について遺伝子レベルで解析が進められており、本研究の研究目的、計画は概ね順調に推移していると考えられる。昨年度、今年度で得られた知見を引き続きin vitro、in vivoにおける解析を進めていき、炎症老化制御の観点からとサルコペニアに対する介入アプローチの可能性を検討したい。本研究課題では、平成28年度に続き加齢性筋肉減少症(サルコペニア)の病態とその制御アプローチに関して、炎症老化制御(inflammaging)の観点から明らかにすることを中心として、薬剤(核内受容体リガンド、漢方薬など)や運動(トレッドミルなど)、栄養(分枝鎖アミノ酸など)をはじめとする各介入・導入によるサルコペニア制御の可能性を検討し、フレイル・転倒予防をはじめとする介護予防や老年疾患予防・治療に向けた基盤構築を目指してきた。漢方薬やその成分の中には男性ホルモン、女性ホルモン様作用、抗炎症効果を有する可能性が示されてきていることから、一部の漢方薬について抗炎症効果、サルコペニア抑制効果を主にin vitroで検討し、その際、DMSO (Dimethyl sulfoxide)や蒸留水などを用いて漢方薬成分の抽出を行なった。また、骨格筋系培養細胞を用いてLPS(Lipopolysaccharide)などの添加に対するビタミンD、性ホルモン、HMB(β-Hydroxy-β-Methylbutyrate)分岐鎖アミノ酸代謝物)のほか、漢方薬抽出物・成分などを介した炎症老化制御や筋蛋白分解抑制作用の可能性について遺伝子レベルでの解析を中心に検討を行ってきた。上記薬剤の中には、性ホルモン様作用、炎症老化制御効果、筋分化促進効果等、加齢性筋肉減少症の予防・治療に有用である可能性が示唆された。

漢方薬と同成分の中には性ホルモン様作用、抗炎症効果を有する可能性が示され、その一部について抗炎症効果を主にin vitroで検討した。また、骨格筋系培養細胞を用いてビタミンD、漢方薬成分等を介した筋蛋白分解制御作用の可能性について遺伝子レベルでの解析を主体に検討を行った。加齢に伴う骨格筋機能の変化として、筋骨格系におけるTNFα、IL-6をはじめとする炎症性サイトカイン(マイオカイン)産生上昇が示唆されており、その主な背景の一つとして、閉経、更年期に伴う性ホルモンの低下によるAR、ERを介したトランスリプレッション、抗炎症作用の減弱が考えられる。骨格筋量低下を表現型として呈する事が知られている性腺摘除マウス(精巣摘除後マウス、卵巣摘除後マウス)、後肢懸垂マウスなどについて、骨格筋重量、四肢筋力、筋断面積、骨格筋繊維組成、サイトカイン・老化・アポトーシス・筋分化関連遺伝子、血中サイトカイン濃度について筋力計、ELISA、免疫染色、real-time PCR、Western blot、SA-β-gal染色等を用いて解析し、各モデルマウスにおける骨格筋量、筋繊維組成と炎症・細胞老化レベルとの関連性を解析する。あわせてホルモンや漢方薬等の薬剤投与による抗炎症作用と老化形質、骨格筋関連指標の改善効果について検討する。加齢に伴う骨格筋量や機能変化として、筋骨格系における炎症性サイトカイン(マイオカイン)産生上昇の関与が示唆されており、その一因として、加齢に伴う性ホルモンの低下や抗炎症作用の減弱が考えられる。骨格筋量低下を表現型として呈する事が知られている精巣摘除後マウスや卵巣摘除後マウス、後肢懸垂マウスなどについて、昨年度に引き続き骨格筋重量、四肢筋力、筋断面積、骨格筋組成、サイトカイン・老化・アポトーシス・筋分化関連遺伝子、血中サイトカイン濃度について免疫染色、real-time PCR、Western blot等を用いて解析し、各モデルマウス、細胞レベルにおける骨格筋量と炎症老化レベルとの関連性を解析する。また、漢方薬、ホルモン等の薬剤介入による骨格筋関連指標の改善効果について検討する。医歯薬学今年度から次年度にかけて研究を継続する上で、年度末の試薬購入費用を一部次年度に移したため。今年度から次年度にかけて細胞培養、研究を継続するのに必要な試薬に関して、次年度当初に購入し、研究を遂行・継続する予定である。
近世紀州蜜柑の流通と地域社会構造の関係に関する調査・研究

本年度も、昨年度に引き続き、基本資料の収集とその解読を行うとともに、紀州蜜柑の出荷先の一つである名古屋や江戸紀州蜜柑問屋の出身地である結城で文献・史料調査を行った。また、これまでの調査成果をまとめるための作業を行った。江戸時代の紀州有田蜜柑の出荷組織である蜜柑方については、昨年度に引き続き史料の収集およびそれに基づいて、蜜柑組の構成員である荷子が地域社会の中でどのように存在しているのか、また荷親(組の頭取)との関係はどうなっているのかについて検討した。江戸での流通については、結城や静岡での調査成果をもとに、江戸の紀州蜜柑問屋の出自や紀州以外の産地の蜜柑について、その流通状況の把握に努めたが、史料の不足もあって、まだ十分解明するにいたっていない。江戸以外の出荷地については、名古屋の市場を検討した。紀州にのこる帳簿類等と名古屋の下小田井青物市(枇杷島市場)にのこる史料を元に解明を試み、紀州蜜柑に関与している商人や流通量の把握に一定の成果を得た。また、大坂についても、天満青物市場や蜜柑も取り扱い品目の一種だと考えられる近郊農村の青物商人の動向について検討した。この他、今年度はこれまでに収集した史料の整理やデータ入力などを行った。とくに和歌山県有田川町(旧金屋町)の高垣家文書について、大阪市立大学等が調査した手書き目録の入力をおこなった。高垣家文書については『和歌山県史』をはじめ紀州蜜柑研究の基本資料として用いられてきたにも拘らず、目録も整理されてこなかったので、本調査・研究で整理をおこなった。この高垣家文書の目録(一部)を含め、調査成果を整理し、『調査成果報告書』としてまとめた。研究成果は、刊行準備中のものも含め論文としてまとめ、順次発表していく予定である。本年度は、基本史料の収集とその解読および分析に重点をおいて、研究を行った。和歌山県立文書館所蔵の『蜜柑方元締文書』・『吉原村文書』と『吉備町誌』など当該地域の自治体史の所掲史料により、江戸時代の紀州有田蜜柑の出荷組織である蜜柑方の構造の復元を試みた。具体的には、蜜柑の売代銀の中から徴収される畑米銀(蜜柑年貢)が本来の上納者である各村にいかに割り戻されるのかについて分析し、蜜柑の生産・流通の実態と各村との関係あるいは各藩の流通組織との関係の解明を試みた。その結果、蜜柑方全体の勘定システム解明の糸口がつかめた。また、有田郡金屋町高垣家文書中の江戸紀州蜜柑問屋「西村屋文書」(大阪市立大学文学部撮影のマイクロフィルムを使用)『旧幕府引継書』所収の「神田川蜜柑揚場」文書の分析により、江戸紀州蜜柑問屋・仲買の変遷の事実確認とその性格の変化、生産地の流通組織との関係および紀州藩のかかわり方を分析した。さらに、紀州蜜柑の消費地における流通組織のあり方を究明するために、大坂天満青物市場についての研究をおこなった。市場の空間構造を明らかにしたうえで、問屋・仲買・小売の売買構造、問屋の変遷とその性格を分析した。また、その構造の変化を周辺農村の青物生産・流通のあり方と関わらせながら詳細に分析した。その結果、江戸時代の天満青物市場の基本構成とその変遷を明らかにでき、周辺農村との具体的な利害関係が解明できた。以上のように、基本史料の解読と分析を丹念に行い、基礎事実の確定・蓄積をいった。これにより、来年度以降の全体構造解明への足場を作った。本年度も、昨年度に引き続き基本史料の収集とその解読を行うとともに、紀州蜜柑の最大出荷先である江戸の市場や紀州蜜柑の起源といわれる西南九州地方の蜜柑についての史料収集・研究を行った。江戸時代の紀州有田蜜柑の出荷組織である蜜柑方の構造の復元については、昨年度に引き続き、有田郡金屋町高垣家文書(大阪市立大学文学部撮影のマイクロフィルムを使用)、和歌山県立文書館所蔵の『蜜柑方元締文書』・『吉原村文書』と『吉備町誌』など当該地域の自治体史の所掲史料により、蜜柑の生産・流通の実態と各村との関係について解明を行った。その結果、紀州における蜜柑方全体の年貢の収納を含めた勘定の具体的なシステムを解明できた。また、江戸での蜜柑流通については、昨年度に引き続き有田郡金屋町高垣家文書中の江戸紀州蜜柑問屋「西村屋文書」(大阪市立大学文学部撮影のマイクロフィルムを使用)を収集するとともに『神田市場史』所掲史料、「駒込青物問屋文書」(東京大学法学部蔵)、「江戸橋広小路日記」(旧幕府引継書)などの史料を収集し、江戸での中心市場である神田市場のほか駒込市場や江戸橋広小路などその他の市場や蜜柑売り場での売買の実態やその構造を明らかにし、紀州藩国産品として他の商品の違いを浮き彫りにした。また、紀州蜜柑と競合する駿河・遠江・伊豆での蜜柑栽培と流通について資料収集を行った。さらに、紀州蜜柑の大きな出荷地のひとつである大坂については、大坂天満青物市場について市場問屋・仲買だけでなく、仲仕など運輸業者や周辺農村の青物生産・流通のあり方などを含めた全体構造の究明を行った。また、紀州蜜柑の起源とされる熊本八代蜜柑の栽培や流通などを中心に資料収集を行い、紀州蜜柑との関係を確認した。

以上のように、昨年度に引き続き基本史料の解読と分析を丹念に行い、事実の確定・蓄積を行った。また、蓄積できた事実を整理し、成果発表できるよう準備した。本年度も、昨年度に引き続き、基本資料の収集とその解読を行うとともに、紀州蜜柑の出荷先の一つである名古屋や江戸紀州蜜柑問屋の出身地である結城で文献・史料調査を行った。また、これまでの調査成果をまとめるための作業を行った。江戸時代の紀州有田蜜柑の出荷組織である蜜柑方については、昨年度に引き続き史料の収集およびそれに基づいて、蜜柑組の構成員である荷子が地域社会の中でどのように存在しているのか、また荷親(組の頭取)との関係はどうなっているのかについて検討した。江戸での流通については、結城や静岡での調査成果をもとに、江戸の紀州蜜柑問屋の出自や紀州以外の産地の蜜柑について、その流通状況の把握に努めたが、史料の不足もあって、まだ十分解明するにいたっていない。江戸以外の出荷地については、名古屋の市場を検討した。紀州にのこる帳簿類等と名古屋の下小田井青物市(枇杷島市場)にのこる史料を元に解明を試み、紀州蜜柑に関与している商人や流通量の把握に一定の成果を得た。また、大坂についても、天満青物市場や蜜柑も取り扱い品目の一種だと考えられる近郊農村の青物商人の動向について検討した。この他、今年度はこれまでに収集した史料の整理やデータ入力などを行った。とくに和歌山県有田川町(旧金屋町)の高垣家文書について、大阪市立大学等が調査した手書き目録の入力をおこなった。高垣家文書については『和歌山県史』をはじめ紀州蜜柑研究の基本資料として用いられてきたにも拘らず、目録も整理されてこなかったので、本調査・研究で整理をおこなった。この高垣家文書の目録(一部)を含め、調査成果を整理し、『調査成果報告書』としてまとめた。研究成果は、刊行準備中のものも含め論文としてまとめ、順次発表していく予定である。
野生オナガザル類の歯牙と頭骨の形態の種内変異に関する進化学的研究

京都大学霊長類研究所に保管されている野生霊長類の骨格標本のうち、1976年にエチオピア国モジョ市で入手されたマントヒヒ(Papio hamadryas)とサバンナモンキー(Cercopithecus aethiops)、日本国内の屋久島で猿害駆除がされたヤクシマザル(Macaca fuscata yakui)のそれぞれ約50個分の頭骨及び下顎骨標本の歯牙の計測をおこない、その形態的変異に関する解析をおこなった。マントヒヒとサバンナモンキーの標本は、頭骨標本と下顎標本がばらばらに保管されていたので標本を整理し直し、上下顎を直接噛み合わせて同一個体の対になるように対応させて、計測をおこなった。ヤクシマザルに関しては上下顎が対応しているものが多かったので、そのまま計測をおこなった。計測項目は、上下顎の全ての歯の近遠心経と頬舌経、歯列長(第3大臼歯から切歯・犬歯・第3小臼歯までの長さ)、歯列幅(全ての歯)で、これらの計測値を統計解析ソフトを用いて解析した。解析の結果わかったことは以下の通りである。上下顎ともに切歯の近遠心経・頬舌経の計測値には変異が大きいが、性差はほとんどない。上下顎犬歯は性差・変異ともに非常に大きい。上顎小臼歯・大臼歯の近遠心経・頬舌経には雌雄差がほとんどなくまた変異も小さい。特に上下顎第3大臼歯の変異性が低く、3種とも近遠心経・頬舌経の値がほとんど同じ回帰直線にのることから、同様のプロポーションを持つことが判明した。また全体的に頬歯(小臼歯と大臼歯)の中では遠心部の歯の方が変異が小さいことがわかった。京都大学霊長類研究所の標本資料室に保管されている現生霊長類の骨格標本のうち、1976年にエチオピア国モジョ市で入手されたマントヒヒ(Papio hamadryas)約200個体分とサバンナモンキー(Cercopithecus aethiops)約50個体分の頭骨及び下顎骨標本の整理と計測をおこなった。マントヒヒに関しては、頭骨標本と下顎骨標本がばらばらに保管されていたうえ、上下顎の歯が抜け落ちていたため、これを本来の頭骨及び下顎骨に対応させた上で標本を整理し直し、上下顎を直接噛み合わせて同一個体の対になるように対応させた。その後、上下顎歯牙の計測をおこない、現在データの整理をおこなっている。サバンナモンキーに関しては、上下顎は対応している状態で保管されていたので、抜け落ちていた歯を補足した上で計測をおこなった。計測にはデジタルノギスを用い、ラップトップ型コンピュータに入力した。これらのデータは、基本的に上下顎とも切歯2本、犬歯1本、小臼歯2本、大臼歯3本分の計測値であるが、この他に切歯から第三大臼歯までの距離、左右の同一歯間の距離などを計測している。その結果を多変量解析法等を用いて解析中である。また、歯列の距離データから歯列のモデルを作成中である。また屋久島に生息するヤクシマザルの猿害駆除個体50頭分を骨格標本にして、その歯列および歯牙の計測をおこなっている。これらのデータは全て同一のデータシ一トにまとめた上で、解析をおこなう予定である。
トランスレーショナルリサーチに向けた小型霊長類コモンマーモセットの聴覚障害モデル

橋渡し研究の推進に際し、症例での病態生理を正確に反映した実験動物モデルは非臨床POC(Proof of Concept)取得に極めて重要である。この観点から我々は齧歯類と比してヒトに近い霊長類モデルに注目し、小型で扱いやすいコモンマーモセットの聴覚障害モデル樹立を目標として研究を行った。本研究によって1側頭骨局所解剖の熟知2二つの内耳薬剤投与ルート(半規管ないし正円窓経由)の手術3コモンマーモセット聴覚の基礎情報(聴覚研究には準近交系が望ましい)4ABR,OAEの手技確立5聴覚研究用の飼育施設、手術室などハード面での整備を確立し、現在、音響外傷モデル樹立を行っている。耳科学・聴覚医学領域における次世代トランスレーショナルリサーチに向け、小型霊長類コモンマーモセットの耳科手術と末梢聴器聴覚中枢の同時横断的機能評価系および難聴モデルを樹立することを主眼としている。H25年度の実績は以下の通り。1、耳音響反射(OAE)の最適化とその基礎データ収集ハーバード大Liberman博士の指導の下、同研究室で実績のあるEPL Acoustic System Assemblyに準じたハードウェアに、自動キャリブレーションなどを含めたソフトを作成した(研究協力者原田博士による)。2、上記により確立したシステムでコモンマーモセットの複数のstrain (inbred、野生種、雑種などを含む)での聴力をOAEによって測定した。その結果、strain間での差が予想外に大きいことが判明し、したがって機能評価を含めた研究に際してはclosed-colony (inbred)での解析がほぼ必須であることが示唆された。3、上記、OAEハードウェア開発機器の応用により、プローブによって安定して強大音を負荷するシステムをハードウェア的に立ち上げた。これを用いて来年からマーモセット音響外傷モデルを作成し、その聴覚中枢の変化の検討と、蝸牛有毛細胞再生治療剤の効果を検討する。耳科学・聴覚医学領域における次世代トランスレーショナルリサーチに向け、小型霊長類コモンマーモセットの耳科手術と末梢聴器聴覚中枢の同時横断的機能評価系および難聴モデルを樹立する。1)手術手技の確立:当研究計画を提出してほどなく米国ジョンズホプキンス大学の研究グループより、マーモセット蝸牛への人工内耳挿入について報告がされ、奇しくも我々の検討課題は彼らによって解決される形となった。当科ではこの再現実験を行い、問題なく挿入できることが判明し、予定よりもずっと早くこの検討点が解決した。2)耳音響反射(OAE)の最適化とその基礎データ収集ハーバード大Liberman博士の指導の下、同研究室で実績のあるEPL Acoustic System Assemblyの測定プローブを慶大内で作成し、電気回路の作成を行なった。これによりハードウェア面は高い完成度で完成した。本年度より音源に接続し、研究協力者原田博士によるソフトウェア面と組合わせて実用化へと移す。3)最終年度に霊長類研究へ応用展開を進める基礎段階に相当する、齧歯類難聴研究において、蝸牛有毛細胞再生治療剤による難聴改善を報告した(Mizutari and Fujioka, Neuron 2013:IF 15.710)。橋渡し研究に向けたマーモセット研究の準備として、全自動耳音響反射プログラムを構築した。また耳科研究用の霊長類飼育設備と難聴モデル構築用ハードウェアの準備を終えた。さらに手術手技を再検討し、全身麻酔下での正円窓投与プロトコルを確立した。難聴モデル樹立については個体確保に困難を伴い、来年度も引き続き検討することとなった。たとえば"内耳再生医療"のような、霊長類と齧歯類で種差が想定されるような新規治療法の臨床応用に際しては、ヒトでの治験に先だって霊長類モデルによる非臨床POCが橋渡し研究において極めて重要と考えられる。そこで我々はこれまで小型霊長類コモンマーモセットによる包括的かつ横断的な霊長類難聴モデルを提唱し、その準備を進めてきた。これまでにマーモセット研究の準備段階として、CT、MRIによる末梢聴器から聴覚中枢神経ネットワークまでの画像解析法、耳科研究用のマーモセット飼育施設、全自動耳音響反射プログラム、全身麻酔下での聴性脳幹反応測定システムを確立した。最終年度まで手術手技については再検討を重ね、経口挿管による全身麻酔下での正円窓投与、外側半規管からの内耳内直接投与、蝸牛基底回転側壁からの蝸牛内直接投与の三つの経路について手術手技を確立した。平成26年度までの検討でマーモセットはstrainによる聴力の差があることを見出し、統計検討も含めた非臨床POCに資する研究には、準近交系のコロニーを用いた解析を要することを見出した。これらの検討結果をベースとして、平成27年度より音響外傷モデル樹立を試み、プローブによる音響提示、およびフリーフィールドでの騒音負荷の両者によるアプローチ法を確立し、一過性閾値上昇モデルを作成した。また、組織学的解析に必須な細胞種特異的マーカーのコモンマーモセット蝸牛における発現パターンを収集するために、これまでに約40の遺伝子発現を検討した。この一部には遺伝性難聴の原因遺伝子を含んでおり、学会発表および英文誌への発表を行った(Hosoya et al, Sci Rep 2016, Neurosci Res 2016, in revision, Suzuki et al, submitted)。

この観点から我々は齧歯類と比してヒトに近い霊長類モデルに注目し、小型で扱いやすいコモンマーモセットの聴覚障害モデル樹立を目標として研究を行った。本研究によって1側頭骨局所解剖の熟知2二つの内耳薬剤投与ルート(半規管ないし正円窓経由)の手術3コモンマーモセット聴覚の基礎情報(聴覚研究には準近交系が望ましい)4ABR,OAEの手技確立5聴覚研究用の飼育施設、手術室などハード面での整備を確立し、現在、音響外傷モデル樹立を行っている。マーモセットの聴力が遺伝学的背景によって分布が異なることを見いだした。このために準近交系のマーモセットを準備する必要が生じたため、動物の搬入に時間がかかっている。耳科学・聴覚医学設備、準備はすべて整っているので、最終年度で実験数Nを重ねて結果をまとめる。1、一昨年度(初年度)においてOAE樹立が部品調達面で遅れ、聴力解析システムが昨年度ようやく確立した。この影響で一連の研究が約半年強後ろへずれ込んでいる。2、上記により確立したシステムでコモンマーモセットの聴力を測定したところ、strain間での差が予想外に大きいことが判明し、したがって機能評価を含めた研究に際してはclosed-colony (inbred)での解析がほぼ必須であることが示唆された。このため個体の確保が予定したよりかなり難しくなり、研究の進行を妨げている。3、他方、OAEハードウェア開発機器の応用により、マーモセット音響外傷モデルが比較的に簡便に作れる可能性が出てきた。1)当研究計画を提出してほどなく米国ジョンズホプキンス大学の研究グループより、マーモセット蝸牛への人工内耳挿入について報告がされ、奇しくも我々の検討課題は彼らによって解決される形となった。当科ではこの再現実験を行い、問題なく挿入できることが判明し、予定よりもずっと早くこの検討点が解決した。2)OAE樹立については電気回路作成において、部品調達や技術的問題が生じて難渋し、予定よりはやや遅れたものの、ハードウェア面は高い完成度で完成した。本年度より音源に接続し、研究協力者原田博士によるソフトウェア面と組合わせて実用化へと移す。3)最終年度に霊長類研究へ応用展開を進める基礎段階に相当する、齧歯類難聴研究で大きな発展があり(前述)、予定よりも優れた進展が得られている。これまでの検討の結果から、コモンマーモセットの聴力にはstrain間の差があり、closed colonyもしくはそれに近い系での解析が不可欠とわかった。そのため個体の導入に待ち時間が必要になっており、予算は残っているものの研究が延長している。上述のよう、OAEハードウェアを応用して、音響外傷モデルを樹立する。当初予定していた薬剤性難聴モデルよりもはるかに簡便に作成ができるものと予想される。このモデルにおける聴覚中枢の変化を拡散テンソルMRIで評価するとともに、先日我々がNeuron誌に報告した蝸牛有毛細胞再生療法を試みる。1)画像解析で大きな成果が得られているので、この結果をヒトへ応用する。すなわち、健常人での基礎データの収集に向けて、研究を推進させていく。
塩害水田において高い収量を維持するイネ突然変異系統の耐性機構と原因遺伝子の解明

申請者は、世界で初めて塩害水田において選抜された耐塩性系統6-99Lの耐性に浸透圧ストレス耐性機構が関与していること、その原因遺伝子が1遺伝子であり、第6染色体に座上している可能性を示した。さらに申請者は、その遺伝子が、塩害水田におけるイネの草丈や千粒重、整粒歩合を高く維持する能力を有することを示唆した。本研究の結果、この1原因遺伝子を調節することによって、野外の塩害水田におけるイネ育種が可能となる可能性を示した。申請者は、野外の塩害水田において選抜した、葉身の枯れを抑え、高い収量と穀粒品質を維持できる突然変異系統6-99Lの塩害耐性機構と原因遺伝子を明らかにすることを目的とし、研究を進めている。平成19年度は1)生理実験による6-99Lの塩害耐性機構の推定、2)原因遺伝子の優劣性解析とマッピングに用いる解析集団の作出を行った。1)では、まずNaClを過剰に付与した水耕栽培試験により、6-99LとWTの生育状況を比較した。その結果、NaCl拠理による6-99Lの草丈および乾物重の低下率は、いずれもWTに比較して低い値を示した。このことから、6-99LはWTに比較して過剰なNaCl(塩ストレス)に対して耐性を示すことが示唆された。植物の塩ストレスは、塩が過剰に存在することにより水吸収の阻害を生じる浸透圧ストレスと、塩が過剰に取り込まれることにより細胞内のイオンホメオスタシスの崩壊や代謝の障害を生じるNa^+ストレスとの複合的なストレスであることが知られている。そこで、Polyethylene glycol(PEG)を付与することにより浸透圧ストレス耐性を調査した結果、PEG処理による6-99Lの草丈の低下率はWTに比較して低い値を示した。次に、塩ストレス環境下における植物体地上部組織におけるK^+およびNa^+量を定量した結果、6-99LとWTのK^+/Na^+の変動に有意な差は認められなかった。以上の結果から、6-99LはWTに比較して浸透圧ストレスに対して耐性を有するために、過剰なNaClに対して耐性を示すことが示唆された。さらに、塩害水田で確認された6-99Lの耐性は、浸透圧ストレス耐性機構に関与していると推定された。2)では、原因遺伝子の優劣性解析およびマッピング解析のため、日本晴(Wild-type)と6-99LのF^2集団と、カサラス(インド型品種)と6-99LのF^2集団を作成した。申請者は、野外の塩害水田において高い収量と毅粒品質を維持できる突然変異系統6-99Lの塩害耐性機構と原因遺伝子を明らかにすることを目的とし、研究を進めてきた。平成20年度は1)原因遺伝子の優劣性の解明およびマッピングと、2)原因遺伝子を含む関連遺伝子群の発現解析を行った。1)昨年度作成した日本晴(WT)と6-99Lの戻し交配後代33個体を用いた優劣性解析の結果、25:8(感受性:耐塩性)に分離したことから、原因遺伝子が劣性1遺伝子である可能性が示唆された(x^2=0.05,P=0.94)。また、6-99Lの耐塩性の指標である塩害水田における草丈、1000粒重、一穂粒数と整粒歩合の高さには正の相関が確認されたことから、これらの耐塩性形質が同一遺伝子座に由来する可能性が示された。カサラス(インディカ品種)と6-99Lの交配後代を用いたマッピング実験から、6-99Lの耐性遺伝子座は第6染色体に座上することが考えられた。2)6-99Lの耐性機構と耐性遺伝子を推定するため、塩ストレスに応答すると言われている浸透圧ストレス、Na^+ストレスおよび酸化ストレス応答機構に関与する遺伝子の発現解析を行ったが、WTと大きな違いは確認されなかった。本申請課題では、世界で初めて作出された、塩害水田で高い収量と毅粒品質を維持することができる突然変異系統を用いてきた。申請者は、本研究課題を遂行することにより、塩害水田におけるイネの耐塩性は、1遺伝子を調節することによって付与することが可能であり、その1遺伝子は、浸透圧ストレス耐性機構に関与し(昨年度の実験結果より)、第6染色体に存在することを初めて示した。
神経伝達物質とその受容体の分子認識メカニズムに関する気相分光によるアプローチ

本研究の目的はレーザー脱離・超音速ジェット法を用いて神経伝達物質とそのレセプターの分子認識機構を分子レベルで解明することである。本年度はアドレナリンの部分構造であるカテコールとレセプターの結合サイトであるSIVSF-NH2の錯合体をレーザー脱離・超音速ジェット法を用いて測定した。最初、それぞれの分子の粉末を混合し、これにレーザー脱離法を適用したが、錯合体は観測されなかった。そこで、それぞれの分子を水に溶かして混合した後、50°Cで一昼夜乾燥して得た粉末に対してレーザー脱離法を適用したところ、錯合体の観測に成功した。これにより、錯合体の共鳴多光子イオン化(REMPI)スペクトルの測定に成功した。REMPIスペクトルには37590cm-1に強いシャープなバンドが観測され、錯合体はほぼ単一のコンフォメーションをとっていると考えられる。構造情報を得るためIRスペクトルを測定したところ、3509及び3442cm-1にシャープなバンドが、3300cm-1付近にブロードなバンドが観測された。カテコールの水素結合していないOH伸縮振動(3673cm-1)が観測されないことから、錯合体ではカテコールOH基が水素結合を形成していることが示唆される。さらに、SIVSF-NH2単体で観測されるSerのπ型水素結合したOH伸縮振動(3588cm-1)が観測されないことから、錯合体ではこのπ型水素結合が消滅し、新たにカテコールOH基と水素結合が形成されていることが分かった。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。神経伝達物質はそれぞれ固有のレセプタータンパク質に特異的に水素結合することによって分子認識される。神経伝達物質は複数の単結合をもつ分子であるため多数のコンフォメーションを取り得るフレキシブルな分子であり、上述のような水素結合を形成する際に何らかの構造変化を伴う可能性がある。また、周りに存在する水分子もその構造に大きく影響すると考えられる。この様な分子認識過程を理解する上で、まず神経伝達物質がどのような構造を取るのかを解明する必要がある。本研究ではアドレナリン及びその水クラスターに気相レーザー分光法を適用し、それらのコンフォメーションを調べた。アドレナリン単体では、ホールバーニング分光法により4つのコンフォマーが共存することが分かった。それぞれの構造を赤外分光法及び量子化学計算により決定した。一方、アドレナリン類似分子であるフェニレフリンは、フェノールOH基の数がアドレナリンより1個少ないにも関わらず、12個のコンフォマーが観測されている。フェノールOH基の配向を考慮するとアドレナリンでもフェニレフリンと同数のコンフォマーが観測されるはずであり、4つしか観測されなかったことは驚くべき結果である。それぞれの分子で各コンフォマーの相対的エネルギーを計算したところ、両者でその傾向に差はほとんどなく、観測されるコンフォマー数の差をコンフォマーの安定性(平衡論)で説明できないことが分かった。これを説明する1つの仮説として、アドレナリンは速度論的にコンフォマー変換を起こしやすい、即ち、他の類似分子に比べてよりフレキシブルであるため、観測されるコンフォマーが少ない、と考えている。アドレナリン水クラスターでも同様の測定をした結果、主に2つのコンフォマーが共存しており、それらは水分子の水素結合位置が異なるだけで、アドレナリン本体の構造は共通であることが分かった。水分子付加によりさらにコンフォマー数が減少したことは、単量体同様、平衡論では説明できず、上述の仮説に基づいて、水分子の付加により分子の柔軟性が増すのではないかと考えている。受容体との錯合体の研究は現在進行中であるが、神経伝達物質自体の本質的特性と水分子の役割についての分子論的理解が深まった。神経伝達物質とその受容体の部分
機械学習による測光的赤方偏移計測方法の研究

本研究は、すばる望遠鏡の広視野撮像装置(HSC)による天体の撮像データをもとに天体までの距離を推定するモデルを構築し、評価することを目的としている。そのような距離の推定は測光的赤方偏移(photo-z)と呼ばれる。HSCは分光観測と比較して、単位時間あたりより多くの天体を観測できる一方で、周波数空間では低い分解能(基本的に5つのバンド)しか提供しないというトレードオフがある。29年度は天体の撮像データから赤方偏移の予測を行うニューラルネットの改良を試みた。従来は5バンドのフラックスデータをもとに、統計的手法、機械学習、テンプレートフィッティングなどの手法が用いられていたが、28年度に構築したニューラルネットでは積分前の5バンドの撮像データを入力とし、3つの畳み込み層と間にドロップアウト層をはさんだ2つの全結合層からなるモデルにより、特に外れ値の出現頻度の抑制の観点で、従来手法からの大きな精度向上を実現した。29年度は画像分類において現在最高の精度を誇るResidual Network (ResNet)の手法を取り入れた最大200層からなるニューラルネットを使い、外れ値の出現頻度を同等に保ちつつ、予測誤差の低減を図ることができた。さらにHSCの制約上、避けることの難しい外れ値ついても、多くの場合ニューラルネットが予測する赤方偏移の第二候補として正解が補足されていることを示した。また副産物として、シーイング(大気揺らぎによる像サイズの変化)に対して、ニューラルネットに基づく画像処理のアプローチがロバストであることも分かった。これはニューラルネットが天体の大雑把な形状も予測に役立てていることを示唆している。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、すばる望遠鏡の広視野撮像装置(HSC)による天体の撮像データだけをもとに天体までの距離を推定するモデルを構築し、評価することを目的としている。HSCは分光観測と比較して、単位時間あたりより多くの天体を観測できる一方で、周波数空間では低い分解能(基本的に5バンドのフラックスデータ)しか提供できないというトレードオフがある。28年度では、まず5バンドのフラックスデータをもとに、従来からよく知られた統計手法を用いて赤方偏移の推定を行い、その精度が不十分であることを確認した。その根本原因についても、データに統計的な非線形変換を施し、3次元空間にマッピングして可視化することにより定性的に確認できた。すなわち、似たフラックスでも距離が非常に異なる天体群の存在である。打開策としては、フラックスの生成過程を記述する物理法則(恒星や銀河の進化論など)を援用する方法と、予測に使われてはいなかったデータも総動員する方法が考えられるが、本研究では後者のデータ駆動型のアプローチを採った。具体的には、フラックスとして積分される前のバンド毎の生撮像データをもとに赤方偏移を予測するモデルを、ディープラーニングの一手法である畳み込みニューラルネットワークを用いて構築した。このモデルは従来手法と比べると、特に大きく予測を誤るケース(誤差15%以上)をほぼ半減させることができる。5バンドのフラックスを解析対象とした従来手法による予測モデルの構築については、計画通りスムーズに実施完了した。次の生撮像データを用いたディープラーニングによるモデル構築にあたっては、STARS (Subaru Telescope Archive System)から取得したFITSファイルから学習対象となる天体部分のみを切り出すデータ生成パイプラインを実装し、それをもとに畳み込みニューラルネットワークによる学習を行う部分についてはGoogleが公開しているTensorFlowをベースに実装した。現時点でのニューラルネットのアーキテクチャーは、予備調査をもとに、ある程度決め打ちで3段の畳み込み層と全結合層からなるものであるが、まだ広範なハイパーパラメータ空間の探索の余地がある(層の数、活性化関数の種類、畳み込み層のフィルターのサイズ等)。この程度のネットワークであれば、5万天体の学習に要する時間は一組のハイパーパラメータあたりGPU搭載マシンで30-60分である。基本的にオープンデータを用いたパイプラインなので、作成したコードは将来、まずは研究者コミュニティ、さらには一般への公開を考えている。

また副産物として、シーイング(大気揺らぎによる像サイズの変化)に対して、ニューラルネットに基づく画像処理のアプローチがロバストであることも分かった。これはニューラルネットが天体の大雑把な形状も予測に役立てていることを示唆している。1)撮像観測から得られる天体の大きさや形態といった情報を加味した赤方偏移の予測:28年度に作ったプロトタイプ(畳み込みニューラルネット[CNN]による予測モデル)の精度向上に努める。深層学習では隠れ層の段数、各層におけるノードの数、各ノードにおける活性化関数の種類等、その構成において非常に高い自由度を持つため、最適モデルの構築にあたっては直交する様々なパラメータの組み合わせを試す必要がある。個々の学習における計算上のボトルネックは基本的に行列の掛け算であり、これはGPUにより大幅な高速化が可能であるため、このフェーズでは現在保有するGPU搭載のワークステーションに加えて、本年度に新規購入する計算機により並列でパラメータ空間の探索を行う。2)測光的赤方偏移が信頼できないような天体を効率よく見つけるアルゴリズムの開発:CNNによる最適モデルの構築が完了した時点でも、訓練用データの精度などから、モデルの予測値と食い違いがある天体が一定数生じることになる。ここではそのようなintractableな天体を判別・除外することによって、well-behavedな天体に対して、学習モデルがより良く赤方偏移を予測できるようにする。具体的には上で述べたように異なる機械学習アルゴリズムで大きく予測が異なる天体や、CNNが予測値とともに出力する確度がある閾値以下の天体を学習対象から除外して、残りのデータで再学習させるなどの方法をとる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
立方体のトーラスへの確率逐次充填

多次元ランダムパッキングの解析的研究は非常に困難であることが知られているが、極端に単純化された確率モデルについて解析的に研究することにより、もとの多次元ランダムパッキングの解析的研究の糸口をつかもうとするものである。辺の長さ1である格子を考え、格子点の上にcubeの頂点を置く、離散的な向きをそろえたランダムパッキングを考える。辺の長さmのcubeを辺のながさ2mのcubeにランダムにつめてゆく。さらに片隅充填志向という条件をいれると空間の次元dとの関連で充填されたcubeの数の期待値の漸化式が得られ、充填されたcubeの数の期待値のmおよび次元dについての漸近的挙動を調べた。解析的接近が可能であるように問題を単純化した離散的なモデルを考え、空間の次元との関連で充填率を考える。より具体的には次の問題を考えた。辺の長さmのcubeを辺のながさ2mのcubeに向きをそろえてランダムにつめてゆくというもっとも単純な離散的ランダムパッキングを考える。さらに片隅充填志向という条件をいれると空間の次元dとの関連で充填率の期待値の漸化式が得られる。この漸化式に基づいて充填率をmおよび次元dについてのの漸近的挙動を調べた。この問題の解決には古典的な解析学における様々な深い性質を用いる必要があるが台湾の統計科学研究所のProf Hsien-Kuei Hwangの協力によりもとめることができ投稿準備中である。これに関連しBoston UniversityのProf Paul Krapivskyと共著でContinuum cascademodelfordirected random graphを考え漸化式をもとめtravelingwave analysisにより漸近挙動をもとめた(Journal of Physics A Math. Theor. 45)。この問題にはBranching random walkにおけるMartingale法を適用できるという助言がStanford大学のProf Amir Demboよりあり論文作成中である。この漸化式に基づいてmおよび次元dについての充填率の漸近的挙動を調べた。この問題の解決には古典的な解析学における様々な深い性質を用いる必要があるが台湾の統計科学研究所のProf Hsien-Kuei Hwangらの協力によりもとめることができた(Journal of Applied Probability, 2014年掲載予定)。これは多次元ランダムパキングの充填率を空間の次元dと離散性の度合いmについて漸近的にもとめた最初の結果であると考える。トーラスへの確率充填の問題はより幾何学的でありさらに問題を単純化する必要があるがこの問題についてはまだ顕著な結果はえられず現在も研究中である。さらに単純化したモデルを考える必要があると考えている。多次元ランダムパッキングの研究には通常計算機シミュレーションがもちいられる。より具体的には次の問題を考えることにより研究をすすめた。辺の長さ2のcubeを辺のながさ4のcubeにランダムにつめてゆくというもっとも単純な離散的ランダムパッキングを考える。この漸化式に基づいて充填率の次元dとの関連での漸近的挙動を調べる。この問題の解決には古典的な解析学における様々な深い性質を用いる必要があるが台湾の統計科学研究所のHsien-Kuei Hwang博士の協力によりもとめることができた。