hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イェロープロテインの構造と光反応：　一般性と多様性

本研究では種々のイェロープロテイン(PYP)を用いて、蛋白質が共通の構造基盤や反応機構(一般性)から多様性を生み出す分子機構を解明することを目的とした。中性子結晶構造解析、時間分解結晶構造解析の結果から、PYPの活性中心となる発色団の低障壁水素結合形成が、光反応の共通基盤として存在していること、その際に通常プロトン化しているアルギニン残基が脱プロトン化しているという特異な性質を示すことを見出した。また、この活性中心の周辺のループ部位やヘリックス表面残基の種類、C末端部位の構造変化によって多様な性質が調整されている点を明らかにした。水溶性の光需要蛋白質であるPYPを用いて、共通の構造基盤から機能や光反応の多様性を生み出す分子機構を明らかにすることを目的としている光反応時間が大きく異なるhPYPとRcPYP、存在形態の異なるPprPYPについて研究を進めた。前年度の野生型hPYPについての100ピコ秒時間分解能の時間分解結晶構造解析の成功を受け、E46Q変異体について時間分解結晶構造解析を開始した。野生型に比べ、光照射に対し結晶が不安定であることなど克服すべき問題が明らかになった。これらに対処しつつ時間分解回折データの収集が順調に行われている。一方、RcPYPの結晶構造解析に世界で初めて成功した。結晶構造解析の結果、βシートがhPYP野生型よりも伸張しており、活性光中間体のX線溶液構造やNMR構造に類似していた。結晶化に際しては界面活性剤の添加が必須であり、結晶の吸収スペクトルは活性光中間体のスペクトルと類似している。また構造中には界面活性剤分子が見出された。光情報変換の理解に重要であると考えられる結果であり、現在構造精密化を進めている。中性子結晶構造解析で脱プロトン化していると結論したR52の溶液中でのプロトン化状態を詳細に調べ、暗状態で脱プロトン化している可能性が示された。光反応に伴うR52由来のスペクトルの変化およびその酸素同位体効果は、プロトン化したR52では合理的に説明できない。引き続きFTIRによる検証を進める。hPYPとRcPYPのキメラ蛋白質を用いた研究により、RcPYPの標的蛋白質結合サイトが同定された。また、光反応時間を制御していると考えられる部位を抽出し、関与しているアミノ酸残基が同定された。この結果から、光反応時間の測定がなされていない他のPYPについても光反応時間を推定した。今後この仮説を検証し、光反応時間を決定する要因の理解につなげようとしている。生物が共通の構造基盤から多様性を獲得する分子機構を、イェロープロテインを材料に明らかにしようとする目的で本研究は進められている。本年度は、特に共通の構造基盤として、H. halophilaのイェロープロテインの構造解析を中心に進めた。われわれの発見した発色団とE46の間の低障壁水素結合について、溶液中でも実際に形成されているかどうかを調べた。理論計算により、R52が脱プロトン化しているときにのみ低障壁水素結合が形成される可能性のあることが分かったため、R52のプロトン化状態を詳細に検討した。野生型には、発色団周囲に2つのプロトン化部位があるがR52Qでは1つしかない。吸収スペクトルや光反応は両者で大きく異ならないことから、野生型のプロトン化部位は発色団とR52であり、生理的条件下ではR52が脱プロトン化していることが示唆された。光反応に伴う構造変化を100ピコ秒時間分解能の時分割ラウエ構造解析により明らかにした。その結果、光照射後100ピコ秒以内に形成される初期中間体では、発色団がトランスとシスの中間の90°捻じれた遷移状態の構造を形成していることが明らかになった。タンパク質中で遷移状態の構造が安定化されることを示した世界で初めての例である。また、発色団とE46の水素結合距離の変化も詳細に理解され、初期中間体で低障壁水素結合が解消していることが示された。また、イェロープロテイン中のすべてのチロシン残基のpKaをNMRにより求めた。その結果、チロシンには三種類の存在状態の違いがあり、発色団と水素結合しているY42のpKaは異常に高いことがわかった。R. capsulatusのイェロープロテインは、H. halophilaのイェロープロテインと比べて光反応時間が1,000倍以上遅い。両者のキメラタンパクを作成し、光反応時間を制御していると思われる領域が同定された。水溶性の光受容蛋白質、イェロープロテイン(PYP)、を用いて、共通の構造基盤から機能や光反応の多様性を生み出す分子機構を明らかにすることを目的としている。光反応時間が大きく異なるhPYP、RcPYP、存在形態の異なるPprPYPについて研究を進めた。前年度、RcPYPについて結晶構造解析に成功した。結晶化には界面活性剤が必要であるため、水溶液中でスペクトルに対する界面活性剤の影響を測定した。結晶中では、長波長シフトするが、溶液中では短波長シフトすることが明らかになった。結晶のスペクトルは、活性中間体に標的蛋白質が結合した際のスペクトルに類似しているが、溶液中ではむしろ光反応途上のスペクトルに類似している。光反応による構造変化と類似の変化を界面活性剤がもたらし、結晶化するときにさらに界面活性剤が特異的に結合すると推測している。hPYPでも同様の測定を進める予定である。hPYP野生型およびR52Q変異体のN15

ラベル体を作製し、光反応に伴うFTIRスペクトル変化を詳細に調べた。その結果、中性子結晶構造解析により脱プロトン化していると結論したR52は、L中間体でプロトン化することが明らかになった。暗状態のスペクトルの同位体効果は、プロトン化したアルギニンでは説明ができず、脱プロトン化していると解釈される。理論計算を含めさらに詳細に検討を進める。全長のPprの光反応の測定から、PYPドメインが光反応した場合に、Bphドメインの光反応が抑制されることが示された。また、このときドメイン配置に変化が起きていることが示唆された。hPYPの活性中間体の構造やRcPYPの構造との比較研究から、情報の伝播機構の理解につなげたい。hPYPとRcPYPのキメラ蛋白質を用いた研究より、吸収スペクトルを制御する領域のひとつが同定された。多様性を生むメカニズムの解析に進展している。水溶性光受容蛋白質、イェロープロテイン(PYP)、を用いて、共通の構造基盤から機能や光反応の多様性を生む分子機構を明らかにすることを目的にしている。光反応サイクルの寿命が大きく異なるhPYP、RcPYP、存在形態の異なるPprPYPについての解析を進めてきた。PYPの構造、光反応の共通基盤として、発色団とE46の間に形成される低障壁水素結合(LBHB)と呼ばれる特殊な水素結合とLBHBの形成に共役したR52の脱プロトン化の関係を精密FTIR測定と理論計算を組み合わせて解析した。その結果、光反応におけるLBHBの解消と共役したR52のプロトン化反応機構を明らかにした。PYPの基盤となる発色団の光反応におけるLBHBの役割を見出した。光反応サイクルの寿命が極端に長く、光反応時の構造変化も小さいRcPYPの性質を生む領域をキメラタンパク質の解析から抽出した。これらの領域は活性中心となるLBHBから比較的離れたタンパク質表面に存在し、長距離の相互作用によって吸収スペクトルや構造変化に寄与していた。この際、RcPYPの相互作用に寄与する部位としてC末端領域が抽出されたが、これは、全長Pprの光反応の解析から得られたPYPドメインの働きに通じるものと考えれた。このため、RcPYPのC末端部位の局所構造変化と相互作用を検証するため部位特異的システインプローブを用いたFTIR測定を行った。その結果、RcPYPの相互作用に伴ってC末端βシート部位での局所構造変化が見出された。多様な機能を生む部位がC末端に共通に存在していることを示した。本研究では種々のイェロープロテイン(PYP)を用いて、蛋白質が共通の構造基盤や反応機構(一般性)から多様性を生み出す分子機構を解明することを目的とした。中性子結晶構造解析、時間分解結晶構造解析の結果から、PYPの活性中心となる発色団の低障壁水素結合形成が、光反応の共通基盤として存在していること、その際に通常プロトン化しているアルギニン残基が脱プロトン化しているという特異な性質を示すことを見出した。また、この活性中心の周辺のループ部位やヘリックス表面残基の種類、C末端部位の構造変化によって多様な性質が調整されている点を明らかにした。R52のプロトン化状態のFTIRによる研究が進み、最初の光反応中間体であるL中間体において、R52がプロトン化することが明らかになった。
急性期高齢患者のせん妄の予測と予防ケア・プログラムの開発

本研究は、急性期の内科治療を受ける高齢患者のせん妄の発生を予測し、予防ケアを提供するための看護ケア・プログラム案を開発することを目的とした。研究の第一段階では、入院早期のせん妄発生に関連する要因の概念枠組みを作成し、本枠組みに基づいて97人の高齢患者を対象にせん妄のリスク要因とせん妄発生との関連を探索した。その結果、年齢85歳以上、認知機能の低下、過去のせん妄のエピソード、白血球増加、飲酒習慣、身体拘束、絶食、入院治療に対する不満、見当識障害の9項目がせん妄発生のリスク要因として有意差が認められた。研究の第二段階では、先の研究結果、および、国内外のせん妄の介入研究の文献検討から、急性期高齢患者のせん妄予防ケア・プログラムの枠組みを検討し、せん妄予防ケア・プログラム案を作成した。せん妄予防ケア・プログラム案は、プログラム対象患者の選定、入院時アセスメント、介入プログラムの計画・実施、評価という一連のプロセスで構成した。対象患者の選定基準は、70歳以上の高齢患者で、かつ、以下のリスク要因のうち1つ以上に該当する者とした。(1)緊急入院、(2)85歳以上、(3)認知機能低下(NMスケール44点以下)、(4)過去にせん妄のエピソードがある、(5)1日1合以上の飲酒習慣、(6)絶食、(7)入院・治療に対する不満や不安の訴えがある、(8)感染を疑う所見がある(WBC増加、発熱)、(9)視覚障害(人の顔がはっきり見えない)、(10)聴覚障害(かなり大きな声で話しかけないと聞こえない)。入院時アセスメント、および、評価においては、患者の認知機能、ADL能力、せん妄の評価ツールを用いて定期的に評価し、個々のリスク要因に応じた介入プログラムを提供する。今後は、本研究で作成したせん妄予防ケア・プログラム案を実際の高齢患者に適用し、プログラムの妥当性、有効性を検証していく予定である。本研究の目的は、急性期の治療を受ける高齢患者のせん妄の発症を予測するためのリスク・アセスメント・ツールを開発し、さらに開発したリスク・アセスメント・ツールを活用したせん妄予防ケア・プログラムを開発することである。平成17年度は研究の第一段階として、せん妄のリスク・アセスメント・ツールを作成することとした。先行研究の文献検討および平成16年度に研究代表者が実施した看護師へのフォーカス・グループ・インタビューで得られた臨床看護師のせん妄のアセスメント構造から、入院早期のせん妄発症に関連する要因の概念枠組みを作成した。本概念枠組みは、「急性期にある高齢患者」と「内的・外的環境変化の体験」の2つの概念から構成している。「急性期にある高齢患者」には『コミュニケーション能力/適応力の低下』『せん妄になりやすい病態/治療』の2つのサブ概念を、「内的・外的環境変化の体験」には、『病態/入院治療に伴う苦痛』『生活パターンの崩れ』『環境変化に対する知覚/反応』の3つのサブ概念を置いた。さらに、各サブ概念について合計23の下位項目を設定した。本概念枠組みに基づいてデータ収集用紙を作成し、急性期の内科治療を目的に入院した65歳以上の高齢患者を対象に、入院から3日間にわたる前向きデータ収集を現在、行っているところである。分析方法は、本概念枠組みによるせん妄の発症要因の有無による入院3日以内のせん妄発症率の差の検定、有意差の認められた要因についてのロジスティック回帰分析を行う予定である。

研究の第一段階では、入院早期のせん妄発生に関連する要因の概念枠組みを作成し、本枠組みに基づいて97人の高齢患者を対象にせん妄のリスク要因とせん妄発生との関連を探索した。その結果、年齢85歳以上、認知機能の低下、過去のせん妄のエピソード、白血球増加、飲酒習慣、身体拘束、絶食、入院治療に対する不満、見当識障害の9項目がせん妄発生のリスク要因として有意差が認められた。研究の第二段階では、先の研究結果、および、国内外のせん妄の介入研究の文献検討から、急性期高齢患者のせん妄予防ケア・プログラムの枠組みを検討し、せん妄予防ケア・プログラム案を作成した。せん妄予防ケア・プログラム案は、プログラム対象患者の選定、入院時アセスメント、介入プログラムの計画・実施、評価という一連のプロセスで構成した。対象患者の選定基準は、70歳以上の高齢患者で、かつ、以下のリスク要因のうち1つ以上に該当する者とした。(1)緊急入院、(2)85歳以上、(3)認知機能低下(Mスケール44点以下)、(4)過去にせん妄のエピソードがある、(5)1日1合以上の飲酒習慣、(6)絶食、(7)入院・治療に対する不満や不安の訴えがある、(8)感染を疑う所見がある(WBC増加、発熱)、(9)視覚障害(人の顔がはっきり見えない)、(10)聴覚障害(かなり大きな声で話しかけないと聞こえない)。入院時アセスメント、および、評価においては、患者の認知機能、ADL能力、せん妄の評価ツールを用いて定期的に評価し、個々のリスク要因に応じた介入プログラムを提供する。今後は、本研究で作成したせん妄予防ケア・プログラム案を実際の高齢患者に適用し、プログラムの妥当性、有効性を検証していく予定である。
クラゲ状ナノ組織体の構築と人工血小板への展開

蛋白質の分子集合と重合反応、ナノ粒子の選択的配列と熱融合、さらに、高分子電解質の静電相互作用を利用してシート状構造体を構築し、出血部位に対して粘着の機能を持つ新規の人工血小板(ナノ絆創膏)の創製を目指した。本年度は、親水部(SiO_2)と疎水部(オクタデシルトリメトキシシラン;ODS)からなる親疎水マイクロパターン基板(ODMS-SiO_2基板)上に、チオール基導入rHSA(SH-rHSA)を吸着、架橋させた(1)rHSAナノシートを構築した。また、ナノ粒子(ラテックスビーズ(LB)、乳酸/グリコール酸共重合体(PLGA))を配列、熱融合させた(2)ナノ粒子融合シートも構築し、各シートのヘテロ修飾法を確立し、活性化血小板に対する認識能評価を行った。さらに、キトサン(ポリカチオン)とアルギン酸ナトリウム(ポリアニオン)から構成される交互積層(Layer-by-Layer : LbL)法にて(3)多糖ナノシートの作製を行った。(1)-(3)は、基板から簡便に剥離でき、表裏面に異なる認識部位を修飾可能である。研究結果を以下に示す。(1)rHSAナノシート・酢酸緩衝液(pH5.0)において、rHSAを疎水領域(ODS)にのみ選択的に吸着させることができ、界面活性剤(C_<12>E_<10>)にて剥離が可能であった。・SH基導入rHSAは酸化触媒存在下(Cu^<2+>)でジスルフィド結合が進行し、rHSAナノシートが構築できた。・rHSAナノシート片面のみにLBを修飾できることが共焦点顕微鏡観察にて証明できた。(2)ナノ粒子融合シート・N_2ガスによる吹流しと純水洗浄操作によって、LB、PLGAナノ粒子を疎水領域(ODS)にのみ選択的に吸着させ、粒子の熱融合、犠牲膜(ポリ(ビニルアルコール)(PVA))を用いた剥離により、シート状構造体の分散体を得ることができた。・PVA犠牲膜はヘテロ修飾工程の支持膜としても作用させることができ、シート表裏にPEG及びH12がヘテロ修飾でき、活性化血小板に特異的に結合できた。(3)多糖ナノシート・キトサンとアルギン酸ナトリウムをスピンコーティング法にて交互積層させた膜厚約30nmの多糖ナノシートを作製し、アスペクト比100万を超すシートであっても簡便に剥離させることに成功した。・PVA犠牲膜を利用することで、多糖ナノシートの形状維持したまま簡便に皮膚上へ接着させることに初めて成功した。蛋白質の分子集合と重合反応機構を利用してクラゲ状ナノ組織体を構築し、出血部位に対する粘着、凝集の機能を併せ持つ新規の人工血小板の創製を目指す。具体的には、遺伝子組換えヒト血清アルブミン(rHSA)単分子膜を架橋したナノシートの表裏に異なる認識部位(表面:コラーゲン認識蛋白質(rGPIaIIa)、裏面:活性化血小板認識ペプチド(H12)結合ナノファイバー)を導入したナノクラゲを構築する。血流中でクラゲの傘の一部がコラーゲンに粘着すると傘が広がり傷口を被覆すると同時に、裏側から露出したファイバーが残存血小板を捕捉して高効率な凝集塊形成が期待できる。本年度は、親水部(SiO_2)と疎水部(オクタデシルトリメトキシシラン;ODMS)からなる親疎永マイクロパターン基板(ODMS-SiO_2基板)上に、チオール基導入rHSA (SH-rHSA)を吸着、架橋、剥離可能なrHSAナノシートを構築した。更に、シートの片面に蛍光標識ラテックスビーズ(LB)を結合させ、ヘテロな表裏を持つナノシートを共焦点顕微鏡にて観察した。ODMS-SiO_2基板にローダミン標識SH-rHSA(pH 5.0,1μg/mL)を浸漬、未吸着SH-rHSAを除去後、銅(II)イオンを含む酢酸緩衝液中に静置した。蛍光顕微鏡にて観察したところ、ODMS領域のみが蛍光を発しており、SH-rHSAの選択的な吸着が確認できた。また、界面活性剤(C_<12>E_<10>)の添加後はSH-rHSAは観察されなかった。これより、ODMS-SiO_2基板へのrHSAの選択的な吸着と剥離が確認できた。さらに、剥離物をフィルターに捕捉し、共焦点顕微鏡にて観察したところ、ほぼパターン通りの形状を維持したシートが鮮明に3次元観察できた。従って、SH-rHSAのチオール基の自動酸化の進行によるrHSA間の架橋、シート形成が裏付けられた。LB修飾rHSAナノシートを543 nmで励起させ、検出波長(>560 nm)として共焦点顕微鏡観察したところ、湾曲したシート全面が赤色に発光した。そこで、458 nmで励起させ、NBDのみの検出波長(505530 nm)に設定したところ、シート状に黄色発光したが、湾曲部が消光(蛍光エネルギー移動)した様子が観察できた。これは、湾曲部の裏面にLBが存在しているためと考えられる。従って、シート片面のみにLBを結合できたことを共焦点顕微鏡観察によって初めて証明できた。

本年度は、親水部(SiO_2)と疎水部(オクタデシルトリメトキシシラン;ODS)からなる親疎水マイクロパターン基板(ODMS-SiO_2基板)上に、チオール基導入rHSA(SH-rHSA)を吸着、架橋させた(1)rHSAナノシートを構築した。また、ナノ粒子(ラテックスビーズ(LB)、乳酸/グリコール酸共重合体(PLGA))を配列、熱融合させた(2)ナノ粒子融合シートも構築し、各シートのヘテロ修飾法を確立し、活性化血小板に対する認識能評価を行った。さらに、キトサン(ポリカチオン)とアルギン酸ナトリウム(ポリアニオン)から構成される交互積層(Layer-by-Layer : LbL)法にて(3)多糖ナノシートの作製を行った。(1)-(3)は、基板から簡便に剥離でき、表裏面に異なる認識部位を修飾可能である。研究結果を以下に示す。(1)rHSAナノシート・酢酸緩衝液(pH5.0)において、rHSAを疎水領域(ODS)にのみ選択的に吸着させることができ、界面活性剤(C_<12>E_<10>)にて剥離が可能であった。・SH基導入rHSAは酸化触媒存在下(Cu^<2+>)でジスルフィド結合が進行し、rHSAナノシートが構築できた。・rHSAナノシート片面のみにLBを修飾できることが共焦点顕微鏡観察にて証明できた。(2)ナノ粒子融合シート・N_2ガスによる吹流しと純水洗浄操作によって、LB、PLGAナノ粒子を疎水領域(ODS)にのみ選択的に吸着させ、粒子の熱融合、犠牲膜(ポリ(ビニルアルコール)(PVA))を用いた剥離により、シート状構造体の分散体を得ることができた。・PVA犠牲膜はヘテロ修飾工程の支持膜としても作用させることができ、シート表裏にPEG及びH12がヘテロ修飾でき、活性化血小板に特異的に結合できた。(3)多糖ナノシート・キトサンとアルギン酸ナトリウムをスピンコーティング法にて交互積層させた膜厚約30nmの多糖ナノシートを作製し、アスペクト比100万を超すシートであっても簡便に剥離させることに成功した。・PVA犠牲膜を利用することで、多糖ナノシートの形状維持したまま簡便に皮膚上へ接着させることに初めて成功した。
疼痛伝達神経線維の選択的遮断に関する実験的研究

疼痛伝達に関与する神経線維の選択的遮断を見い出し、痛みの治療に応用することを目的として研究を行った。今回の研究では塩酸ジブカインと、鎮痛薬であるノイロトロピン^< (R) >にこの作用を期待し実験を行った。ウサギの頸部迷走神経を用い、神経の興奮性の測定は電気刺激を与えて得られた複合活動電位のAβ成分とC成分の振幅を指標とし、これらに対し両側がどのような変化をもたらすかについて検討した。以上の結果、塩酸ジブカインでは3X10^<-3>%の濃度においてAβ成分が、3X10^<-2>%の濃度でC成分が不可逆性の伝導遮断を起こした。この結果は、C成分の選択的遮断をねらった本研究の目的とは逆の結果になったが、ジブカイン臨床使用濃度以下の濃度で、不可逆性伝導遮断を起こすことが明らかになり、臨床上、神経破壊在として用いられることが明らかとなった。ノイロトロピン^< (R)>は、臨床上用いられる濃度では、神経線維にいかなる電気生理学的変化をも起こさなかった。したがって本剤の鎮痛効果は、抹消神経線維ではなく、神経の細胞体、もしくは中枢における作用が示唆されると結論した。以上、今回用いた二剤共、疼痛伝達神経線維の選択的遮断は起こさなかったが、この研究に用いた実験方法は、in vitroの実験方法にもかかわらず神経をより生理的条件に長時間保てること、誘発活動電位が明瞭に導出出来かつ、疼痛伝達神経線維の電位であるAgおよびC成分が独立した波型として導出されるので、本研究をこの方法を用いて続ける価値があるものと考えている。現在防腐剤であるパラアミノ安息香酸メチル(ペチルパラベン)とビタミンB_<12>にこの作用を期待し、同種な研究を続行している。疼痛伝達に関与する神経線維であるA_δ線維、C線維の選択的伝導遮断を見い出し、痛みの治療に応用することを目的として研究を行っている。このため今年度は局所麻酔薬の内、神経毒性が強く作用時間も長い塩酸ジブカインについて実験的研究を行った。実験はウサギから取り出した頚部迷走神経を用い、電気刺激-活動電位導出用電極に固定した後、重炭酸イオンとブドウ糖を含み、かつ5%炭酸ガスを含む酸素で飽和したリンゲル氏液中でこの神経をインキュベ-トした。神経の興奮性の測定は、経時的に電気刺激を与えることにより導出された複合活動電位の振幅を指標とした。この複合活動電位は潜時の早い順にA_β2線維成分、A_δ線維成分およびC線維成分であると同定されている。今回はこの内、A_β成分とC成分に対する効果を比較検討した。塩酸ジブカイン濃度は1×10^-43×10^-1%までを数段階に分けて実験した。以上の結果、まず塩酸ジブカインを作用させてから神経の興奮性が敢然に遮断されるジブカインの最低濃度はAβ成分で1×10^-1%、C成分では3×10^1-41%であった。これらの濃度ではその後に神経の興奮性の回復が認められた。次に、一度遮断された神経の興奮性の回復が全く認められなかった濃度については、A成分では3×10^-3%、C成分では3×10^-21%であった。以上より、塩酸ジブカインは疼痛伝達神経線維ではないA_β線維に対し、C線維よりも強い遮断作用を持つことが明らかになった。この結果は、当初の目的とは逆の結果になったが、塩酸ジブカインが強い神経毒性を持つことが実験的に証明、再確認され、臨床上、神経破壊剤として使用され得ることが明らかになった。

この結果についての論文は現在作製中である。現在、C線維に対し選択的抑制効果があると考えられているビタミンB_12の内メチコバラミンにつき同様な実験方法で研究をすすめている。疼痛伝達に関与する神経線維の選択的遮断を見い出し、痛みの治療に応用することを目的として研究を行っている。前年度においてジブカイン、ノイロトロピン^Rの作用について研究を行った。今年度は、ビタミンB_<12>および、防腐剤であるメチルパラベンにつき研究を行っている。方法・ウサギの頸部迷走神経を用い、神経の興奮性の測定は、電気刺激を与えて得られた複合活動電位のA_β成分とC成分の振幅を指標とし、これらに対し、両剤がどのように作用するかを観察した。なお、神経は刺激・導出用電極に固定し、これを電解質溶液中でincubateした。この電解質溶液の組成は、重炭酸イオンを加えたリンゲル氏液とした。実験は37°Cで行った。結果・現在続行中であり、確定的な結果は認めていないが、これまでのところ、ビタミンB_<12>は、神経の興奮性に影響を与えていないと考えられる結果が出ている。ビタミンB_<12>はC神経線維の興奮性を不完全ながら抑制するとする報告があるので、例数を増して研究中である。メチルパラベンは、神経線維の興奮性に、可逆性の抑制効果を示している。選択的な遮断効果としては、C成分よりもむしろA_β成分に対して遮断効果を示している。今後、選択的C成分遮断をめざして研究を続けたい。
原子レベルでの鉱物結晶の反応機構に関する研究

1.CVD法で他の条件を一定にして、基板を種々変えた場合、最もダイヤモンドが生成するのは基板をタングステンにした場合である。これはダイヤモンド生成以前のタングステン基板表面に炭素が侵入して、まずWC薄膜が生じるからである。WCの(0001)面とダイヤモンドの(111)面における炭素原子が互いに連結してCSL格子を形成し、容易にダイヤモンドがエピタキシャル成長する。2.ダイヤモンド以外の炭素をCVD法で合成すると、高温から低温へむけてカーボンのボール状集合体、カーボンウィスカ-(ナノチューブを含む)、薄膜状カーボン、カーボンチューブと変化する。これはグラフェンを基本とする炭素の薄膜が、温度低下とともに、ボール状に集合したり、ロールしてウィスカ-やナノチューブを形成したり、様々な形態をとることに起因する。このように生成温度によって形成されるカーボンの形態が種々異なることは、地球惑星科学的にも物質科学的にも極めて重要なことであり、今後の研究課題のひとつである。3.隕石の生成温度を推定することは、隕石母天体の推定等にとって重要なことである。本研究ではコンドライト隕石に含まれる斜長石のAl/Si秩序度から隕石の生成温度を推定した。その結果、H6、L6、LL6コンドライトは、それぞれ775°C、840°C、830°Cとなった。これらはそれぞれの隕石母天体内における熱変成温度であると推察した。4.天然における鉱物溶解のモデルケースとして、金雲母を塩酸酸性溶液で溶解する実験を行った。その結果、元素の溶脱はK>Fe>Mg、Al>Siの順に生じることが判明した。それに伴って結晶構造も金雲母からバ-ミキュライトへと変化する。鉱物結晶とガスや溶液などが反応する際,その界面で何が起っているかを原子レベルで捕えるべく,この研究を始めた。まず,長崎県と新潟県下で試料を採取し,X線,電子顕微鏡,EPMA等でされらのキャラクタリゼーションを行った。また,微分干渉顕微鏡,位相差顕微鏡で結晶表面の観察を行った。用いた試料は赤鉄鉱と方解石である。赤鉄鉱は気相からの成長,方解石は溶液成長したものであるが,それぞれ特有の成長丘が生じている。なかでも方角石の成長丘を構成する渦巻きには,成長による構造とわずかな溶解による構造の双方が確認できた。結晶内部の組織と合わせて考察すること,成長-溶解を繰返しながら,成長の方が卓越しているために全体としては成長していることが判明した。成長が卓越しているものの,なぜ成長-溶解の繰返しが行われたか,その要因については今後検討すべき課題として残った。また,CVD法でダイヤモンドを気相成長させたところ,ダイヤモンドの形成は基板の種類によって異なることが明らかになった。即ち,基板としてモリブデンを用いた場合に比べて,タングステンを用いた方が格段に多数のダイヤモンドが形成した。種々検討の結果,ダイヤモンド形成以前に,タングステン基板表面にまず炭化タングステン(WC)結晶の薄膜ができ,その上にダイヤモンドが結晶化することが明らかになった。これは,タングステン基板上にまず炭素物質が降り注ぎ,WC薄膜ができる。WCの(0001)面とダイヤモンドの(111)面における炭素原子がお互いに接合してCSL格子を形成しやすい配列になっているため,ダイヤモンドがWC上に容易にエピタキシャル成長するものと考えられる。鉱物結晶とガスや溶液などが反応する際,その界面で生起する現象を原子レベルで捕らえる研究を始め,昨年度は赤鉄鉱,方解石を試料とし,それらのキャラクタリゼーションと結晶表面の観察を行った.

また,CVD法で気相成長させたダイヤモンドの成長過程についても検討を加えた.今年度はダイヤモンドの成長過程にさらに詳細な検討を加えるとともに,金雲母の溶解過程や隕石の生成条件など天然現象の解明のための基礎的研究を開始した.CVD法によるダイヤモンドの気相成長には,基板としてタングステン板を用いるとダイヤモンドの核形成が著しく促進されることは,昨年度の研究で明らかになったが,その原因はタングステン板が圧延で作られているために,タングステンの(100)が板面上に方位配列しており,そこに炭素が付着し,WCが形成されることが走査型プローブ顕微鏡の観察で明らかになった.天然における溶解のモデルケースとして,金雲母を塩酸酸性溶液で溶解する実験を行った.その結果,金雲母からの元素の溶脱はK>Fe>Mg,Al>Siの順に生じ,結晶の方は金雲母からバ-ミキュライトへと構造内の層に沿って進行することが判明した.また,コンドライト隕石に含まれる斜長石のAl/Si秩序度から,それらの隕石の生成温度を推定したところ,H6,L6,LL6コンドライトはそれぞれ755°C,840°C,830°Cとなった.これらは斜方輝石温度計による推定温度とほぼ一致する.CVD法によるダイヤモンドの気相成長において,基板としてタングステン板を用いるとダイヤモンドの核形成が著しく促進されることは,昨年度の研究で明らかになったが,本研究で用いたCVD法は基板上に温度勾配をつけているため、ダイヤモンドの周囲には主としてグラファイトからなる炭素物質が生成する。基板に接する部分には薄膜状カーボンができるが、それに加えて高温側では薄膜状カーボンからなるボール状集合体が、次いでカーボンナノチューブ、薄膜状カーボン、そして最も低温側にカーボンチューブが生成することがわかった。さらにカーボンナノチューブには結晶学的方位の異なるナノチューブが入れ子状に入っていたり、らせん状や紐状カーボンチューブも形成されることが判明した。このように生成温度によって、形成されるカーボンの形態が種々異なることは極めて重要な結果である。また炭素質コンドライトの組織観察や斜長石温度計による生成温度の推定を行い、隕石母天体の推定や、形成過程の推測を行った。
減災のための平常時と災害時がシームレスに連携可能な地理空間情報処理手法の確立

平成2011年3月11日に東日本大震災が発生した。福島県相馬市では、被災者の早期復興へ向けて災害対応業務を効果的に遂行するための地理空間情報の活用が実践的に行われた。特に、被災現場で役立つ情報システムは、「普段から利用しているものでなければ災害時に利用できない。」と言われ、地理空間情報を活用した情報処理面の学術的な手法だけでなく、普段から自治体の平常業務で活用されること、災害発生時と平常時がシームレスに連携することが求められる。被災地での教訓に基づき、災害時と平常時のシームレスな連続性を確保した標準的情報処理プロセスを確立し、北九州市において実装、実証した。災害対応業務と情報技術、特に地理空間情報の実践的活用事例を調査した。対象フィールドは、東日本大震災の福島県相馬市に加え、2012年8月14日京都府南部豪雨災害で被災した京都府宇治市とした。福島県相馬市は、建築基準法第39条に基づき指定した災害危険区域指定、高台移転最適場所の意思決定、みなし仮設住宅居住者の把握等の災害対応業務に地理空間情報が活用された。さらに、原子力発電所の被災の影響を受け、市民の不安、混乱を回避する目的で、放射線物質の濃度に関する調査と調査結果の可視化と公表を行った。京都府宇治市では、座標やIDが埋め込まれたQRコード付き調査票による被害認定調査およびり災証明書集中発行に地理空間情報・GISが活用された。また、建設班の浸水エリアデータ、地区班の浸水家屋聞き取り調査結果、衛生班の消毒済み家屋のデータ等が庁内のWebGISアプリケーションで作成された。宇治市では、平常時から各課の業務で新しくデータベースを作成する際、基幹データベースの住所情報に基づくアドレスマッチングの仕組みを運用しており、災害対応の現場でも効率的な情報処理の基盤として利用された。相馬市、宇治市の災害対応における地理空間情報・GISの活用事例は、特化した防災情報システムではなく、平常時の基礎自治体業務で利活用されている仕組みが災害時に適用・応用された成功事例である。本年度はさらに、減災のための平常時と災害時がシームレスに連携可能な地理空間情報処理手法を実装するフィールドとして政令指定都市の北九州市と連携した取り組みを実施した。北九州市では、1.組織横断的情報システムを企画、導入、運用する、2.周辺自治体と連携したGISリージョナルコミュニティ形成と広域情報共有ポータルサイトを構築する、3.時代の潮流の技術、クラウドコンピューティング技術を活用した新しい地域創造を目指した取り組みを開始した。東日本大震災における災害対応業務フロー分析東日本大震災における被災自治体の家屋被害認定調査、り災証明発給の業務フローを調査した。被災自治体である福島県相馬市を事例として調査した。被災者の生活再建を支援するためのデータベース構築のためには、家屋被害認定調査、り災証明発給の際の情報技術及び地理空間情報の活用が必要不可欠となる。本災害では津波ハザードによる被害が甚大であり、家屋が流出したエリアは見なし全壊とし、り災証明発給は被災者の申請に基づき、現地調査、調査結果のデータベース化、り災証明発給、初期の被災者の台帳構築が行われた。特に、相馬市では、情報技術及び地理空間情報を上手く活用し、上記の業務及びその後の復旧、復興に関する業務を実施した。相馬市では、平常時からの業務効率化推進のために地理空間情報の整備を進め、家屋課税台帳をポリゴンデータおよびポイントデータとして整備していた。また、家屋課税台帳の地番表記情報に基づき住所コードを付与し、住民基本台帳と住所コードで連携できる仕組みを確立していた。つまり,り災証明発給の際に必要な家屋所有者、家屋居住者の情報が約70%結びつく状況であった。2011年4月12日に開始したり災証明発給では、マイクロソフトアクセスで独自開発したり災証明発給アプリケーションを利用した。また、テーブル結合不可能な約30%は、専門家チームの遠隔支援により開発されたGISアプリケーションを利用し、被災した市民に対し迅速なサービスを展開した。平常時と災害時がシームレスに連携した情報システム基本設計では、質の高い被災者支援のデータベース構築のため必要に応じて基幹データベースと連携できること、被災状況、災害対応業務の進捗状況等を共有するために迅速に主題図を作成できること、そして様々な災害対応業務が並行展開されることを考慮し、全庁的に利用できることを考慮した。本研究成果を社会実装を目的として、災害対応業務における情報技術、特に地理空間情報活用の先駆的な取り組みを調査した。アメリカ国家安全保障省(DHS)では、地理空間情報とICTを上手に利活用するために必要な5つの要素を定義し、国内の地域での実践的な取り組みが実施されている。1つめは、ガバナンスで、プロジェクト推進のための主要な政策、プロセス、手続等プロジェクトを効果的推進することを支援する枠組みである。

2つめは標準的な手法の確立で、その手法の一貫性を維持するために適用することであり、計画的な手法(PM等)や情報処理手法等が含まれる。3つめは、最新の技術と適用であり、様々なニーズに対し情報、知識の共有が環境を構築する。4つめは、人材育成で、利活用の有効性を確保するために、定期的なトレーニング等を継続実施する。最後は、利活用である。社会実装のための主たるフィールドとしている北九州市での実証は、5つの要素から以下のように整理することができた。ガバナンスは、部局横断的情報システムを企画、導入、運用するための組織づくり。災害時の機動的な支援を可能とする周辺自治体と連携したGISリージョナルコミュニティ形成。標準的な手法の確立では、広く普及しているソフトウエア、サービスの活用する概念、COTS(commercial off-the-shelf)の採用。被災者生活再建業務に必要となる、基幹データベースの住所情報を利用したジオコーダーの標準化と平常業務での活用。適用技術では、時代の潮流技術であるクラウドコンピューティング技術の活用。人材育成では、自治体職員が平常時から情報システムを利用することの促進と移動体端末のアプリケーション開発等による率先的市民参画。減災のための平常時と災害時がシームレスに連携可能な地理空間情報処理手法を基盤として、様々な利活用が展開されている。防災情報システム本研究では、災害発生後からの災害対策本部での情報集約、被災者の早期復興へ向けて災害対応業務を効果的に遂行するための日本全国の地理空間情報を活用した標準的な情報処理手法を確立することを目的としている。地震災害及び局地的大雨による被害を受けた自治体での地理空間情報及びGISの活用事例、そしてその仕組み(情報処理基盤、情報処理プロセス)を調査し、主要な災害対応業務とその進め方、情報処理面の必要要件を整理することができた。具体的には、1.迅速に主題図を作成できること、2.必要に応じて基幹データベースと連携できること、3.全庁的に利用できること、が災害発生後に必要となる要件であり、平常時の業務で利用されているシームレスな連携を可能にする仕組みが必要である。これらの要件を満たす仕組みを設計、開発し、平常時の全庁的な仕組みを構築するフィールドとして福岡県北九州市の協力を得、実践的なフィージビリティースタディー、実装へ展開している。福岡県北九州市は約100万人の人口を有する政令指定都市であり、基礎自治体としての規模も大きい。本研究で設計した減災のための平常時と災害時がシームレスに連携可能な地理空間情報処理手法が全国の自治体の標準的な仕組みとして位置づけるためにも、北九州市での実践的研究は重要である。組織横断的、全庁型の情報システムの導入、運用する小規模な周辺自治体と連携したGISリージョナルコミュニティ形成と広域情報共有ポータルサイトを構築、既に導入済みであったプライベートクラウドを利用した住民参画の枠組み等、研究計画の研究内容以上の内容に展開している。
プロテアソームによる精子微小管滑り運動の分子制御機構

サケ科魚類の精子は淡水に放精されたときに運動を開始する。その運動制御機構にプロテアソームが関与することをこれまで明らかにしてきた。免疫電顕の結果から、プロテアソームが精子鞭毛軸糸のダブレット微小管に結合している外腕ダイニン付近から細胞膜に向かって伸びている突起に存在することが明らかとなった。またプロテアソームの基質あるいは阻害剤により20kDaの軸糸蛋白質のリン酸化が阻害されることがわかった。軸糸の高塩濃度溶液抽出とその後のショ糖密度勾配遠心により、20kDa蛋白質がダイニンのサブユニットの一つであるダイニン軽鎖2であることが明らかになった。また、20kSDa蛋白質はcAMP依存性プロテインキナーゼでリン酸化を受けることがわかった。一方、この蛋白質のプロテアソーム基質による阻害が、cAMP存在下でも観察されること、およびプロテインホスファターゼの阻害剤であるオカダ酸で阻害されることから、プロテアソームはプロテインホスファターゼの不活性化に関与することが示唆された。さらに、オカダ酸の濃度依存性からこのプロテインホスファターゼはタイプ2Aであることが示唆された。リン酸化された20kDaダイニン軽鎖2を脱リン酸化するプロテインホスファターゼ部分精製した結果、このプロテインホスファターゼは抗PP2A抗体と強く反応したことからも以上の結果は支持された。以上の結果からプロテアソームはダイニン軽鎖2を脱リン酸化するタイプ2Aのプロテインホスファターゼを不活性化することによりダイニン軽鎖2のリン酸化を上昇させ、その結果ダイニンの活性化、微小管の滑り運動活性化を引き起こし、精子鞭毛運動を活性化するというスキームが考えられる。プロテアソームの基質蛋白質としてはプロテインホスファターゼの調節サブユニットの一つである可能性が非常に高く、今後プロティンホスダターゼの完全精製とその調節サブユニットの分解を解析することが最優先課題であると考える。
ヘパリン結合性成長分化因子Midkineのヒト胎児羊膜系における機能に関する研究

本研究により、ヘパリン結合性成長因子であるミッドカイン(MK)が羊膜に作用する「胎児シグナル」として働き、子宮収縮物質であるプロスタグランディンを産生する酵素であるCOX2の発現抑制などを介して妊娠維持に関与している可能性が示唆された。またMKはACTH受容体の発現を抑制し、ヒト胎児副腎の恒常性維持に関与している可能性があることが示唆された。従来の研究成績とあわせ、MKは分娩発来機構の中にあって抑制制御因子、あるいは恒常性維持因子として働いている可能性が推察された。Midkine(以下MK)は細胞増殖,分化など多彩な生物活性を有し,マウスでは妊娠中期の胎児諸臓器で高発現することが判明している.我々はMKがヒト妊娠中期の胎児副腎に高発現し,胎児肺成熟や分娩発来にも関わるコルチゾール産生を抑制している可能性を示してきた.しかし,他の胎児臓器や羊水,羊膜など母児間コミュニケーションに関わる部分におけるMKの発現については不明な点が多い。今年度の研究で、我々はヒト胎児羊膜系におけるMKの発現について検討した.方法として、1)妊娠中期胎児諸臓器のMK mRNAの発現レベルはリアルタイムRT-PCR法を用いて解析、2)羊水中のMK蛋白はウェスタンブロット法で検出、3)羊膜における各種MK受容体のmRNAの発現についてはRT-PCR法により検討した.検討の結果、以下が明らかとなった。1)MK mRNAはヒト妊娠中期の胎児臓器の中で,羊水の産生源でもある肺と腎において副腎に次ぐ高いレベルの発現を示した.2)MK蛋白は羊水中に高濃度に認められ,妊娠中期の方が後期よりも3倍以上高濃度であった.また多量体化していることが示唆された。3)羊膜にはMKは発現していないものの,MK受容体であるSyndecan-1および-4とLDL receptor関連蛋白が発現していた.以上より、ヒト妊娠において,羊水中のMKが羊膜に対する何らかの胎児シグナルとして機能している可能性が示唆された.Midkine(以下MK)は細胞増殖,分化など多彩な生物活性を有し,マウスでは妊娠中期の胎児諸臓器で高発現することが判明している.我々はMKがヒト妊娠中期の胎児副腎に高発現し,胎児肺成熟や分娩発来にも関わるコルチゾール産生を抑制している可能性を示してきた.これまで他の胎児臓器や羊水,羊膜など母児間コミュニケーションに関わる部分におけるMKの発現については不明であったが、我々は前年度までの検討で、MKが羊水中で高濃度に存在すること、羊水産生源でもある胎児肺と腎においてMKが副腎に次ぐ高いレベルの発現を示すことを明らかとしてきた。今年度の検討においては以下の成績が得られた。1)羊水MK蛋白濃度は妊娠中期の方が後期よりも3倍以上高濃度であった。2)羊水中では多量体を形成している可能性が考えられた。MKは組織トランスグルタミナーゼ(以下、tTG)の作用を受けて多量体を形成し安定化することが知られているが、羊水中にはtTGも高濃度に存在していた。2)羊膜上皮培養細胞に対してヒトリコンビナントMKを添加すると、プロスタグランジン合成酵素であるcyclooxygenase2(以下、COX2)mRNAが時間および濃度依存性に減少した。ヒト羊膜ではCOX2の発現は分娩の発来に向けて増強することが知られている。またMKは胎児臓器(特に肺や腎)には発現しているものの羊膜には発現していない。したがって、胎児由来のMKが羊膜に作用する「胎児シグナル」として働き、COX2の発現抑制などを介して妊娠維持に関与している可能性が示唆された。
IL-12とIL-18同時投与によるドライアイ眼の実験的モデル作成による発症機序の解明

IL-12とIL-18を同時に点眼することによって涙腺の慢性炎症症状が出現するか検討したが、一部のマウスに炎症細胞の浸潤が確認されたのみで、点眼マウスでは炎症は弱くアポトーシスもおこしておらず、点眼による慢性の炎症症状をおこすシェーグレン症候群のモデルマウスやドライアイ、GVHDのモデルマウスは作成できなかった。点眼マウスでの血中サイトカインの計測を行うと、IL-12は点眼開始後、持続的に上昇していたが、IL-18は点眼後6日目より上昇し、腹腔内一回投与マウスと同じ血中サイトカインの動きをしめした。血中サイトカインの動きは同じだが、組織の変化は同じようにおこらないという点では興味深いと考えている。以後の実験は全て、腹腔内投与マウスを用いて急性モデルとして実験を行った。腹腔内投与による急性モデルのマウスの涙腺組織を、Tunel法にて染色しアポトーシスを観察した。IL-12とIL-18を初日のみに一回のみ腹腔内投与すると、投与翌日より涙腺組織の腺上皮細胞が全てアポトーシスをおこし、そのうちの少数の腺上皮細胞は3日目よりネクローシスをおこした。さらに観測をおこなうと2週間位より回復し正常腺組織に戻ることがわかった。この時のマウス血中のサイトカインの量をELISA法にて計測した。IFN-γは23日目にピーク値をしめし、NOは12日目にピークを、IL-1、IL-6、IL-10、TNF-αの血中濃度に変化は認められなかった。DNA-ladderの結果より、IL-12とIL-18を初日に一回のみ腹腔内投与した時に生じる涙腺のアポトーシスは、Fas-Fas Rによる系ではなく、NOを介したアポトーシスと考えられる。ドライアイ眼を実験的に作成するのに,慢性モデルとして,マウスにIL-12,IL-18の同時点眼を10日間おこない,H-E染色にて涙腺,ハーダー腺の変化を観察した.腺組織では白血球の浸潤が見られたマウスは少数であり,腺組織の破壊も観察されなかった.IL-12,IL-18の同時点眼マウスでは腹腔内投与の時のように腺組織の破壊は著明でないことがわかった.しかし,少数ではあるが涙腺に炎症反応を強くおこすマウスが存在するので,この反応がどのような機序でおこるのか,またアポトーシスをおこしているのかは解明する必要がある.このマウスで,血中のサイトカインを計測してみるとIL-12は点眼後持続的に上昇していたが,IL-18は点眼後6日目には上昇していた.このことは,IL-12,IL-18を同時に腹腔内投与したときにも観察されているので,体内にておこっている変化は,IL-12,IL-18同時腹腔内投与と同様のことが起こっていることが示唆される.しかし,腺組織では状態が違っているのは,全身投与と局所投与ではサイトカインの移行に差があるのか,サイトカインネットワークの作用部位が違うことが考えられる.IL-12とIL-18を同時に点眼することによって涙腺の慢性炎症症状が出現しないか観察したが、一部のマウスに炎症細胞の浸潤が観察されたのみで、点眼マウスでは炎症は弱いと考えられた。そこで、以後の実験は全てIL-12とIL-18を同時腹腔内投与しておこなった。急性疾患モデルの涙腺組織のアポトーシスをTunel法にて検討したが、IL-12とIL-18を同時腹腔内投与したマウスでは、投与翌日から涙腺組織の腺上皮細胞が全てアポトーシスをおこし、そのうちの少数の腺上皮細胞が3日目よりネクローシスをおこす。

さらに観察を続けると2週間後位から回復してくることが観察された。IL-12とIL-18を同時に腹腔内投与行ったマウスでのサイトカインの動態を、ELISA法にて血中濃度を計測することにより観察した。IFN-γは23日目にピークを示し、NOは12日目にピークを、IL-1、IL-6、IL-10、TNF-αの血中濃度に変化は認められなかった。以上より、IL-12とIL-18の同時投与によっておこってくる涙腺組織の炎症は、NOを介したアポトーシスと考えられた。
無限次元確率解析と確率数値解析の研究

1.ランダムサンプリングに関する基本不等式:確率変数をサンプリング点列としたサンプリング法による数値積分の性能の限界を表す不等式を得た.それによれば,とても複雑な被積分関数をも許す場合,どのようなサンプリング法を用いてもi. i. d.-サンプリングと同等かあるいはそれより悪いような被積分関数の存在がわかる.その意味でi. i. d.-サンプリングはどのように複雑な被積分関数にも適応できる安定した数値積分法であることが分かる.2.ランダム・ワイル・サンプリング法の開発:どのように複雑な被積分関数にも適応できて,i. i. d.-サンプリングよりもずっとランダム性の少ないサンプリング法「ランダム・ワイル・サンプリング法」を開発した.それはペアごとに独立な確率変数をサンプル点列とする手法で,i.i.d.-サンプリングを適応できる状況でいつでも実行可能である.ランダム性が少ないことによる利点は以下のとおり:(1)疑似乱数の質に鈍感である.したがって多少悪い疑似乱数を用いても数値積分が出来る.(2)サンプル点の生成速度は疑似乱数生成法とほぼ無関係に高速である.従って精密だが生成速度の遅い疑似乱数生成法を用いることが可能であり,その場合,非常に信頼性の高い数値積分が複雑な関数に関して可能となる.3.数論的密度定理のアデールを用いた精密化:数論的密度定理は,そのままでは確率論的対象ではない.しかし,整数環の一つの無限次元的な拡張「有限整アデール環」とその上の自然な一様確立速度を用いれば,真正の確率論の極限定理として定式化できることを発見した.さらに,中心極限定理のスーケーリングによる極限分布についても特殊な例について完全に記述することに成功した.確率数値解析における当該研究代表者自身の成果を2つ挙げる.1.ランダムサンプリングによる数値積分に関して大変基本的な誤差限界を与える不等式を得た.[0,1]⊃{X_n}^∞_<n=0>を任意の確率変数列,1<N【less than or equal】2^mとするとき,2進小数で小数点以下mビットまでで関数値の決まるある関数Fが存在して,ただし,Var(F)はFを([0,1,]dx)上の確率変数と見たときの分散である.2.ペアことに独立な{0,1}^m-値一様分布確率変数列は計算機科学の分野でよく活用されるばかりでなく,これを用いたサンプリングによる数値積分でも有用である.当該研究では,最小のランダムネスではないけれども,アルゴリズムが簡単で高速に生成可能なペアごとに独立な{0,1}^m-値一様分布確率変数列によるサンプリング法-離散的ランダムWeyl-サンプリング-を開発した.いずれの結果も近々,学術雑誌に投稿予定である.1.ランダムサンプリングに関する基本不等式:確率変数をサンプリング点列としたサンプリング法による数値積分の性能の限界を表す不等式を得た.それによれば,とても複雑な被積分関数をも許す場合,どのようなサンプリング法を用いてもi. i. d.-サンプリングと同等かあるいはそれより悪いような被積分関数の存在がわかる.その意味でi. i. d.-サンプリングはどのように複雑な被積分関数にも適応できる安定した数値積分法であることが分かる.2.ランダム・ワイル・サンプリング法の開発:どのように複雑な被積分関数にも適応できて,i. i. d.-サンプリングよりもずっとランダム性の少ないサンプリング法「ランダム・ワイル・サンプリング法」を開発した.それはペアごとに独立な確率変数をサンプル点列とする手法で,i.i.d.-サンプリングを適応できる状況でいつでも実行可能である.ランダム性が少ないことによる利点は以下のとおり:(1)疑似乱数の質に鈍感である.したがって多少悪い疑似乱数を用いても数値積分が出来る.(2)サンプル点の生成速度は疑似乱数生成法とほぼ無関係に高速である.従って精密だが生成速度の遅い疑似乱数生成法を用いることが可能であり,その場合,非常に信頼性の高い数値積分が複雑な関数に関して可能となる.3.数論的密度定理のアデールを用いた精密化:数論的密度定理は,そのままでは確率論的対象ではない.しかし,整数環の一つの無限次元的な拡張「有限整アデール環」とその上の自然な一様確立速度を用いれば,真正の確率論の極限定理として定式化できることを発見した.さらに,中心極限定理のスーケーリングによる極限分布についても特殊な例について完全に記述することに成功した.無限次元確率解析に関する研究成果高信と杉田の共同研究で,有限整アデール環とその上の一様確率測度を利用して,数論的極限定理のいくつかを証明した.有限整アデール環はすべてのp-進整数環の無限直積で得られるコンパクトな無限次元空間であるが,中国の剰余定理によって有理整数環を稠密部分環として含む.そのため有理整数環は有限整アデール環の中で一様に分布する.このことを利用すると,いくつかの数論における密度定理を有限整アデール環での大数の法則として拡張できる.さらに,中心極限定理のスケーリングを考えると,数論的極限定理の中には大変病的な挙動をするものがあることを見い出した.これらの結果を論文として発表するために,現在,準備中である.確率数値解析に関する研究成果

杉田が1995年に発表した「無理数回転による疑似乱数生成法」が暗号理論的に安全な疑似乱数であって確率論的接近を許すものであることを以下のとおり示した.mビットの整数のパリティを返す関数をfmとすると,mが大きいとき,これは一種のハッシュ関数と考えることができる.これを無理数回転の軌道の上位mビットを整数と見なしてfmを適用すると,mを大きくするとき,理論的には次ビット検定で棄却されない疑似乱数が生成されると考えられる.このことの確率論的反映として杉田の従属性消滅定理(1995)があると解釈できる.この結果は,2001年夏ソウルで開かれる国際会議the 53rd Session of the ISIで発表予定である.ランダム・ワイル・サンプリング法の開発複雑な関数の数値積分のためのランダムサンプリング法は,一般に,精度を上げるために多くのサンプルが必要である.しかし一方,多くのサンプルを生成するためには大量の疑似乱数を用いることになるため,疑似乱数の統計的偏りが増幅されて思わぬ誤差を生じてしまう.このことを避けるため,通常の独立同分布確率変数列によるサンプリング(i.i.d.-サンプリング)の代わりに,ペアごとに独立な確率変数列を用いた新しいサンプリング法-ランダム・ワイル・サンブリング(RWS)-を開発した.RWSが使用する疑似乱数の数は非常に少ない.たとえば500回の硬貨投げによって決定される確率変数Xの平均をサンプルサイズ1千万で計算する場合,i.i.d.-サンプリングでは疑似乱数が500×1千万=50億ビット必要であるが,RWSを用いれば,わずか1048ビットで済む.しかも,両者の平均二乗誤差はまったく同一なのである.このように徹底したランダム性の削減は以下の二つの利点を生む:(1)RWSは疑似乱数の質に鈍感である.従って,多少,悪い疑似乱数を用いても数値積分の誤差は極めて少ない.(2)RWSによるサンプルの生成速度は疑似乱数生成法の速度にほとんど関係ない.従って精密だが生成速度の遅い疑似乱数生成法も用いることができる.その場合,きわめ信頼性の高い数値積分が実行できる.もちろん,利点(2)の方が著しい.さらに,RWSの変種として,一つのサンプルを生成するのに必要な疑似乱数のビット数が変化する場合にも適応できる動的ランダム・ワイル・サンプリング(DRWS)も開発した.