hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レーザーコンプトン準単色X線マルチパルスの生成と動的医用イメージングへの応用

X線医用イメージングで一般に用いられるX線管球に対して、単色性、エネルギー可変性、短パルス性、可干渉性等に高い優位性を持つ小型のレーザーコンプトン散乱(Laser Compton Scattering;LCS)X線発生装置の高性能化と、その微小血管造影や、コントラストのつき難い軟組織の低被曝・高精細イメージングへの適用可能性を検証するための基礎研究を行った。具体的にはLCS-X線の収量増加のため、フォトカソードRF電子銃を有する小型リニアックにCs_2Te半導体カソードを導入して100バンチ大電流電子ビームの発生とその高エネルギー加速を実現するとともに、マルチパルス・レーザーコンプトン散乱実験用再生増幅型Ti:Saレーザー共振器の設計と、その実現のための要素技術開発を行った。またこれと並行して、LCS-X線発生装置をシングルパルスモードで動作させ、生体試料の実時間撮影に成功するとともに、人体ファントムを用いてLCS-X線によるイメージング手法の低被曝性を確認した。本研究課題は、X線医用イメージングで一般に用いられるX線管球に対して、単色性、エネルギー可変性、短パルス性、可干渉性等に高い優位性を持つ小型のレーザーコンプトン散乱(Laser Compton Scattering;LCS)X線発生装置の高性能化と、その微小血管造影やコントラストのつき難い軟組織の低被曝・高精細イメージングへの適用可能性を検証することを目的としている。今年度は、LCS-X線の収量増加のため、マルチパルス・レーザーコンプトン散乱実験用再生増幅型Ti-Saレーザー共振器の設計を行い、その製作を進めた。本手法では、共振器内に10J(100mJx100パルス)のエネルギーを蓄積することを目標としているため、ミラー表面や増幅媒質内でのレーザー強度が高く、励起用レーザー強度の変動や光学コンポーネントの損傷閾値のばらつきがレーザー性能を大きく左右する。そのため、コンポーネント配置やミラーの曲率等について設計値を参考にしつつ実験的に決定する作業を行った。LCS集光点サイズ、空間モード、スペクトル等の詳細な測定は次年度に行う予定である。LCS衝突用マルチバンチ電子ビームに関しては、電子銃にCs_2Teフォトカソードを導入して100バンチ電子ビームの発生・加速実験を進めており、開発中のTi-Saレーザー共振器と組み合わせることによりX線収量の100倍の増強が期待できる。またLCS-X線を用いた低被曝・高精細医用イメージング実現に向けて、所外の研究分担者を交えて被曝線量測定に関する検討を開始するともに、イメージング実験について討論を行った。本研究課題は、X線医用イメージングで一般に用いられるX線管球に対して、単色性、エネルギー可変性、短パルス性、可干渉性等に高い優位性を持つ小型のレーザーコンプトン散乱(Laser Compton Scattering ; LCS)X線発生装置の高性能化と、その微小血管造影やコントラストのつき難い軟組織の低被曝・高精細イメージングへの適用可能性を検証することを目的としている。今年度は、マルチパルス・レーザーコンプトン散乱用の再生増幅型チタン・サファイアレーザー共振器に4パルスのシード光を入射して増幅する場合を想定し、モードロックレーザーから切り出した光パルス列の強度をEO変調器を用いて最適変調することに成功するとともに、チタン・サファイアレーザー共振器の光学コンポーネントパラメータやレーザー媒質励起等の動作条件を求めた。また同レーザー共振器の小型線形加速器最終段への導入を進めた。加速器のレーザーフォトカソードRF電子銃から100バンチ電子ビームを取出し、40MeVまで加速することにも既に成功しており、マルチパルス・レーザーコンプトン散乱が可能となった。これと並行して、従来のシングルパルス・レーザーコンプトン散乱X線を用いて生体試料の高精細イメージングの予備実験を行い、画像が得られることを確認した。尚、予定していた生体ファントムを用いた本イメージング手法の低被曝性評価に関しては、次年度に行うこととした。本研究課題は、X線医用イメージングで一般に用いられるX線管球に対して、単色性、エネルギー可変性、短パルス性、可干渉性等に高い優位性を持つ小型のレーザーコンプトン散乱(Laser Comton Scattering : LCS)X線発生装置の高性能化と、その微小血管造影やコントラストのつき難い軟組織の低被曝・高精細イメージングへの適用可能性を検証することを目的としている。今年度は、小型加速器の最終段に導入されるコンプトン散乱用再生増幅型チタン・サファイアレーザー共振器の動作条件を最適化するため、複数の共振器構成をテストし、共振器長3.8mのコンポーネント配置で自己発振レベルに達した。

100バンチのマルチバンチ電子ビームとの衝突によりマルチパルス・レーザーコンプトン散乱を実現するため、この共振器にシードレーザーパルス列を導入し、増幅・蓄積実験を行った。本研究課題ではレーザー共振器中でのX線マルチパルス発生の確認には至らなかったが、外部共振器を用いたマルチパルスX線の発生には成功しており、原理的にはコンプトン散乱X線のマルチパルス化によるLCS-X線の高収量化が可能となった。生体試料の高精細イメージングに関しては、従来から東海大医学部と協力して進めてきたシングルパルス・レーザーコンプトン散乱X線によるイメージング実験と並行して、今回、名大医学部と連携して人体ファントムを用いた線量測定を行い、LCS-X線によるイメージング手法の低被曝性(皮膚表面線量10μSv/min以下)が確認された。今後本研究で得られた成果を更に発展させることにより、中規模の病院や研究施設に導入可能な低侵襲X線イメージング技術の開発に繋げて行きたい。
教材提示の認知分析に基づく新しい教育用プレゼンテーションの開発研究

本研究では、板書の良さを取り入れた教育用プレゼンテーションツールHPT(Handwriting Presentation Tool)の開発を進めるにあたり、その有用性の根拠を科学的に示すために、板書のように、書いていく過程そのものを含めた教材提示の持つ教育的利点の要因を、授業分析、および、本ツールを用いた情報提示手法の認知実験に基づく分析により明らかにした。本年度は、初年度で行った分かりやすさの要因分析の研究をさらに進めるとともに、これまでに開発してきたプロトタイプシステムの改良・機能追加を行いシステム開発を進めた。(1)プロトタイプシステムの開発:前年度からの開発を継続し、プレゼンテーションツールとしての基本的機能を備えたプロトタイプシステムの開発を進めた。(2)授業分析による説明パターンの分析:昨年度の研究を発展させ、分かりやすさの要因として、授業にける説明のパターンに着目し、板書による授業、プレゼンテーションツールを用いた授業の映像分析を行い、板書形式の授業による説明パターンと、プレゼンテーションツールを用いたスライド授業の説明パターンの定量的評価を行った。(3)書いていく過程の提示の有無によるの視線の違いの分析:視線分析装置を用いて、理解しやすさに影響を与える要因を探るための実験を継続して行い、書いていく過程を見せる良さの要因につながる、視線の動きと学習者の主観的評価に関する知見を得た。本研究は、従来のプレゼンテーションツールよりも板書の方が理解しやすいと考えられる根拠を科学的に明らかにするとともに、板書のように、書く途中の過程そのものを含めた教材提示の持つ教育的利点の要因を、授業分析を踏まえた認知実験に基づく分析により明らかにする。その上で、それらの要素を取り入れた、分かりやすいスライドを容易に作成し学習者に提示できる、新しい教育用プレゼンテーションツールの設計と開発を行うとともに、その評価を行うことを目的としている。本年度は、授業の分析と視線分析装置を用いた実験を通じて、分かりやすさの要因につながる、書いていく過程を見せる良さについての知見を得るともに、プレゼンテーションツールとしての基本的な機能の設計と開発を進めた。(1)授業分析による分かりやすさの要因分析:大学での授業を題材に、板書による授業、プレゼンテーションツールを用いた授業の映像分析を行い、情報提示の観点から、プレゼンテーションツールを用いたスライドの提示と、板書形式による提示の違いの定量的に評価を行った。(2)書いていく過程の提示の有無によるの視線の違いの分析:視線分析装置を用いて、理解しやすさに影響を与える要因を探るための実験を行い、書いていく過程を見せる良さの要因につながる、視線の動きと提示された内容の再現に関する知見を得た。(3)プレゼンテーションツールの基本設計・開発:すでに着手しているシステムのプロトタイプシステムの開発を進めた。さらに、このシステムで作成した教材データをWebブラウザ上で再現できる、HTML5を用いた手書き過程再生提示ツールのプロトタイプの開発研究を進めた。本研究では、プレゼンテーションツールよりも板書の方が理解しやすい場合があると考えられていることに着目し、書いていく過程そのものを見せるということは、思考のプロセスそのものを提示することであり、最終結果のみを提示する場合に比べて、豊かな教育的情報を含んでいると考え、こうした板書の良さを取り入れたプレゼンテーションツールHPT(Handwriting Presentation Tool)の開発を進めながら、板書のように、書いていく過程そのものを含めた教材提示の持つ教育的利点の要因を、授業分析および本ツールを用いた情報提示手法の認知実験に基づく分析により明らかにした。授業分析では、授業の映像分析を行い、教材提示の観点からプレゼンテーションツールを用いたスライドの提示と、板書形式による提示の評価を行い、それぞれの特性とその違いを定量的に明らかにした。認知実験では、教材の提示方法の違いが学習者の理解に与える影響を調べるため、開発中のツールを用いて教材の提示を行う実験を複数実施した。視線分析装置を用いた視線の違いの分析や、学習者自身の主観評価、理解度テストによる客観評価を組み合わせることにより、板書のように書いていく過程そのものを含めた動的な教材提示が有効な場合、最終結果のみを提示するような静的な教材提示が有効に働く場合があることを実証し、課題の特性と教材提示の関係に関する知見を得た。本研究で得られた知見を活かした授業を、開発中の教育用プレゼンテーションツールHPTを用いて実施することや、教材と学習者の特性に適応した教材提示法の実証研究が今後の課題である。教育工学本年度の計画として、『初年度での分かりやすさの要素特定の研究で明らかになった、分かりやすさの要素をスライドに反映させる機能を開発し、開発してきたプロトタイプシステムに実装するシステム開発』を挙げ、具体的な目標として以下の三つを挙げた。下記の通りそれぞれの目標を概ね達成しており、概ね当初の計画通りであると判断した。(1)プロトタイプシステムの開発:前年度からの開発を継続し、システムの不具合の修正や未実装部分の実装を進め、プレゼンテーションツールとしての基本的機能を備えたプロトタイプシステムの開発を進めることができた。(2)分かりやすさの要素を反映した機能の設計と開発:項目(1)のプロトタイプシステムの開発と並行して、、昨年度の研究を発展させ、分かりやすさの要因として、説明パターンの定量的評価を行い、板書形式の授業と、スライドによる授業の違いを明らかにするとともに、板書の良さを取り入れたプレゼンテーションツールのための機能開発に向けた知見を得た。

(3)書いていく過程の提示の有無によるの視線の違いの分析:項目(2)の根拠となる認知的分析を行うため、視線分析装置を用いて、書いていく過程を見せる良さを探るための実験を継続して行い、視線の動きと学習者の主観的評価に関する知見を得た。本年度の計画として、『授業分析と認知実験を通じて、分かりやすさの要因をつきとめるとともに、プレゼンテーションツールとしての基本的な機能の設計と開発を行う。』を挙げ、具体的な目標として以下の三つを挙げた。下記の通りそれぞれの目標をおおむね達成しており、おおむね順調に進展していると判断した。(1)授業分析による分かりやすさの要因分析:当初の計画通り、授業の映像分析を行い、情報提示の観点からの定量的評価を行うことにより、板書形式による書いていく過程の提示の良さの要因につながる知見を得ることが出来た。(2)認知実験による分かりやすさの要素特定:当初の計画には無かった視線分析装置の利用を実現し、理解しやすさに影響を与える要因を探るための実験を行い、書いていく過程を見せる良さの要因につながる、視線の動きと提示された内容の再現に関する知見を得た。(3)プレゼンテーションツールの基本設計・開発:プロトタイプシステムの開発は、当初の計画よりやや遅れているが、当初の計画に無かった新たなシステムとして、Webブラウザ上で手書きの提示過程を再現できる、HTML5を用いた手書き過程再生提示ツールのプロトタイプの開発研究を進めることができた。これまで概ね計画通り実施できているので、今後も当初の予定通りこれまでの研究成果を踏まえ、書いていく過程を見せる良さの要素をスライドに反映させる機能を実装し、開発してきたプロトタイプシステムの評価を行うことを目指す。(1)プレゼンテーションツールの開発:これまで開発を行ったきた分かりやすさの要素をスライドに反映する機能を実現し、書いていく過程を見せる分かりやすさを容易に実現できる新しい教育用プレゼンテーションツールの開発を行う。(2)プレゼンテーションツールの評価:項目(1)で開発したプレゼンテーションツールを用いた認知実験・模擬授業を実施し、その評価を行う。(3)研究成果の公表:分かりやすさの要因分析と認知実験による要素の特定、それらの要素を反映した機能の設計と開発の研究成果を統合した新しい教育用プレゼンテーションツールの開発および評価について、学会・研究会等で発表を行うとともに、その成果をまとめ国際会議、論文誌等への投稿を行う。次年度の研究費の使用計画:システム開発に向けた機能設計やプロトタイプシステム開発、動作確認のためのタブレット型パーソナルコンピュータ等の物品、研究打合せ、研究成果発表のための旅費、実験等の研究補助、学会等の参加費、その他研究の遂行に必要な資料や消耗品の購入を予定している。
細胞のキラリティによる左右非対称な組織形態形成のロジック

ショウジョウバエ消化管の左右非対称性は、消化管が一定方向に捻転して形成される。遺伝学的解析から、この捻転が細胞のキラルな変形(細胞キラリティ)によって誘発されることが示唆されていた。本研究では、細胞形態と機械的力の計測や、数理モデルを用いることで、細胞キラリティによって消化管の捻転が誘発されるロジックを理解することを目的とした。本研究において、数理モデルを用いた解析から、細胞キラリティによって消化管の捻転が駆動されることを示唆した。また、細胞キラリティは、個々の細胞に固有の性質として細胞ごとに形成されることを示した。消化管の捻転を誘発している、消化管自体が発生する作用力の定量に成功した。ショウジョウバエ消化管の左右非対称性が形成される過程で、個々の細胞はキラルな形状[planar cell chirality (PCC)]をとる。研究代表者のコンピュータ・シミュレーションの結果は、ショウジョウバエ胚の消化管の左ネジ捻転は、PCCによって起こりうることを示している。本研究では、PCCが形成される機構や、研究代表者がこれまでに同定してきたショウジョウバエ消化管の左右非対称性形成に必須な遺伝子が、PCCの形成にどのように関与しているのかを明らかにすることを目的とする。1、PCCが形成される細胞レベルの仕組みを理解するPCCが形成される前段階の消化管内腔の細胞形態をバイオイメージングで実測するため、細胞膜移行型のTomatoなどの蛍光タンパク質を後腸上皮で発現させ、2光子レーザー顕微鏡でタイムラプス撮影するシステムを構築した。消化管の左ネジ捻転の過程では、細胞の再編成が起こっていることが明らかになった。これらのデータをもとに、コンピュータ・シミュレーションを改善していく。2、PCCシミュレーションへの力学パラメーターの導入PCCによって起こる消化管の左ネジ捻転のコンピュータ・シミュレーションに「力」にパラメーターを導入するために、捻転のトルクの測定を試みた。磁気ビーズをショウジョウバエ消化管に顕微注入し、磁気ピンセットで磁力を加えることで、捻転の回転方向を人為的に操作することに成功した。また、このとき発生した力を計測するシステムを構築した。動物の器官の左右非対称性の形成機構は、進化的に多様であり、未知の左右極性形成機構が存在していると予測される。研究代表者は、ショウジョウバエの左右非対称性の形成機構に関する研究を行ってきた。ショウジョウバエ胚の消化管は、左右非対称な形態をとる過程で、左ネジ方向に90度捻転する。研究代表者は、この捻転の起こる前に、消化管上皮細胞の形態が、消化管内面の平面内で左右に歪むことを明らかにしている。このとき、個々の細胞はキラルな形状をとりことから、このような性質をplanar cell chirality(PCC)と命名した。コンピュータ・シミュレーションの結果から、この捻転は、PCCに形成とその解消によって起こりうることを示している。本研究では、PCCが形成される機構や、PCCによってどの程度の力が発生しているのかを明らかにすることを目的とし、平成23年度に次ぎの成果を得た。1、PCCが形成される細胞レベルの仕組みを理解する平成22-23年の研究で探索、同定した左右非対称性異常を示す突然変異体のうち、fortuneについて、その責任遺伝子がpebble(pbl)であることを明らかにした。pblは、RhoGEFをコードしている。Pblは、消化管の左右非対称形成で機能する、Myosin IDとDE-cadherinよりも上流で機能していた。したがって、Rhoを介するアクチン細胞骨格の制御が、ショウジョウバエ左右非対称性形成の初期段階で機能している可能性が考えられた。2、消化管の捻転トルクの計測PCCによって発生している「力」の測定を試みた。磁気ビーズをショウジョウバエ消化管に顕微注入し、磁気ピンセットで磁力を加えることで、捻転の回転方向を人為的に止めることに成功した。また、磁気ビーズと磁気ピンセット管にかかる力の測定方法を確立した。これらよって、消化管のトルクを測定することに成功した。本研究では、PCCによって左右非対称な組織構造が形成される機構や、これまでの研究で同定した消化管の左右非対称性形成に必須な遺伝子がPCCの形成でどのように機能しているのかを明らかにすることを目的とする。平成25年度の研究では、次のような成果を得ることができた。1 Myosin31DF(Myo31DF)突然変異体では、胚後腸の左右非対称性とPCCが鏡像化する。Myo31

DF突然変異細胞と野生型細胞からなるキメラの消化管において、PCC形成の有無を調べた。その結果、野生型細胞は正常なPCCを示したが、Myo31DF突然変異細胞はPCCを示さなかった。この結果は、PCCの形成が組織全体で起こるのではなく、それぞれの細胞で個別に形成されることを示唆している。上で述べたキメラの消化管を模倣した上皮細胞のコンピュータ・シミュレーションを構築した。このコンピュータ・シミュレーションでは、後腸を作っている上皮細胞の管の内側に面した細胞の形態(細胞間の境界)を二次元的に扱っている。in vivoにおけるMyo31DF突然変異細胞と野生型細胞のPCCの様子を再現できるパラメータを検討した結果、野生型細胞は、Myo31DF突然変異細胞と比較して、細胞間の境界に強い収縮力がかかっていることが予想できた。2平成24年度の研究において、野生型胚の消化管に磁気ビーズを顕微注入し、磁気ピンセットを用いて左ネジ捻転を止めることで、野生型の左ネジ捻転のトルクを計測した。しかし、磁気ビーズの顕微注入の成功率が低いため、これを改良する必要があった。平成25年度の研究で、極小の鏡を用いることで、顕微注入の過程を三次元的に観察できる仕組みを構築することに成功した。からだの左右非対称性の形成機構は、胚発生や器官形成の仕組みを理解するうえで重要である。しかし、器官の形態が左右非対称に変化する機構に関しては、一部の先駆的成果を除いて、あまり研究が進んでいない。研究代表者は、ショウジョウバエ胚の消化管の左右非対称性が形成される過程で、個々の細胞が左右に歪んだ(キラルな)形状(planar cell chirahty、以下PCC)をとることを世界で始めて明らかにしていた。しかし、個々の細胞にみられるPCCを、多数の細胞の集合体である器官形態のレベルと関連づけることは、従来の発生学の解析方法のみでは困難である。これは、これら二つの現象の捉え方に、階層のギャップが存在するためである。本研究では、左右非対称性の形成で機能する遺伝子が、個々の細胞のPCCを介して、器官形態の左右差という高次の現象を誘発するロジックを構築することを目的とする。ショウジョウバエ胚消化管の細胞の形態を実測し、上皮組織のコンピュータモデルを作って各種パラメーターを適合させることで、消化管の左右非対称な形態の形成がPCCで説明できることを示した。また、体細胞モザイクを利用した実験から、PCCは細胞自立的に形成さることや、左右非対称性の形成で機能するMyosin IDが、細胞接着面を収縮させていることを示唆した。消化管を左右非対称にする「力」は、PCCによって生み出されていると考えられる。磁気ビーズの顕微注入を用いた方法によって、消化管上皮組織を変形させている「力」の実測に成功した。動物のからだには、遺伝的に決められた左右非対称性がしばしば認められる。ショウジョウバエ消化管の左右非対称性は、個々の細胞がキラルな形状をとる(以下、細胞キラリティと呼ぶ)ことで形成される。これは、これまでに知られていない左右非対称性形成の機構である。本研究では、細胞キラリティによって左右非対称な組織構造が形成される機構を明らかにすることを目的とする。
血管平滑筋細胞内Ca貯蔵部に発見された電位感受性Ca放出現象の細胞生理学的研究

1.ラット大動脈初代培養平滑筋細胞をサポニン処理し、Ca-45を用いてATP依存性Ca貯蔵部からのCa流出を測定した。2.スキンド細胞用緩衝液中の130mM KClをLiCl、Tris・HCl、NH4Cl、塩化コリン、Sucrose等で等張性に置換すると、Ca-45流出率は増加したが、RbCl、CsCl、NaClの場合は変化しなかった。Valinomycinはこの反応を抑制または修飾した。以上の結果から、貯蔵部膜上に電位感受性Ca遊離チャンネルが存在しそれが開口された可能性が示唆された。3.KClを上記1価陽イオンまたはSucroseにて置換し、イノシトール三燐酸(IP3)によるCa遊離に対する効果をみた。無カルシウム緩衝液と300nMCa存在下の二つの条件について検討した。置換後の膜電位変化がIP3誘発Ca遊離を抑制する程度から、逆に膜電位変化の大きさ、さらに各1価陽イオンの相対的膜透過性順位を推定できた。4. Valinomycin処理は300μMCa存在下のIP3によるCa遊離に影響しなかった。Valinomycin処理はKCl/塩化アンモニウム置換によるCa-45流出率の一過性上昇を抑制し、300μMCaの存在下のIP3によるCa遊離を増加させた。Sucroseや塩化コリンへの置換の場合は影響を受けなかった。5.いくつかのカリウムチャンネルブロッカーは塩化アンモニウム置換によるCa遊離を抑制したが、IP3によるCa遊離隔には影響しなかった。KCl/塩化アンモニウム置換により誘発されるCa遊離が貯蔵部膜のK透過性の変化に影響されるものであり、IP3感受性Ca遊離チャンネルを介するものではないことが示唆された。6.以上の結果から、ラット大動脈中膜由来初代培養平滑筋細胞の細胞内Ca貯蔵部には電位感受性Ca遊離機構が存在し、IP3感受性Ca遊離機構とは異なる可能性が示唆された。
地理空間情報を活用した先進的異状死情報データベースの構築とその活用

死体検案や法医解剖の実務現場で、当該事例の地理空間情報の取得が可能な、入力システムを開発を開始し、マークシートや携帯情報端末機で入力可能となり得る調査票の企画・設計を行った。様々な異状死の類型に応じて、膨大なデータに内包されていた傾向や関連性などの数々の情報を容易に把握し、その特徴を最も可視化できる技法の探索的検証を開始した。その検証には、Rを用いた。従来的な異状死データベースに、地理空間情報を結合させた「異状死GIS」の構築、管理、共有に関わる基盤技術開発を開始した。システムのプラットフォームとしてArcGIS&reg;(Esri社)を導入した。東京都監察医務院の死体検案調書等の書類から、平成27年の全異状死13,425例の「死亡や急変、受傷の場所や時間に関する情報」を抽出し、これらの情報のデータベース作業を開始した。独立行政法人統計センターのオーダーメード集計の委託を実施し、平成27年国勢調査結果に基づき、東京都特別区内の世帯人員、町丁・字、男女別人口(一般世帯)の統計表を取得した。、これらより取得した地理空間情報から、上記の可視化技法に基づき、死亡地図を作成する技術基盤の確立を開始した。性別、年齢、死因ごとの異状死が、特定の地域、沿線あるいは道路沿い等での分布していないかなどを可視化し、記述疫学的に特徴を把握できる可能性を確認した。町丁字の小地域レベルや警察署管轄の地域レベルを基準とした自殺や突然死などの死亡率データを算出し、空間疫学的解析を実施し、異状死の地域格差や集積性について解析するための各種データの取得にも努めた。東京都監察医務院の死体検案調書等の書類から、平成27年の全異状死13,425例の「死亡や急変、受傷の場所や時間に関する情報」を抽出し、これらの情報のデータベース化する作業については、これを担当する人材を平成30年度に雇用する予定であった。ただ適切な人材が見つからず、当該年度は研究者でこれらの作業を実施していたため、データベース化がやや遅れたことになり、現在も継続中である。異状死の「死亡や急変、受傷の場所や時間に関する情報」のデータベース化は、平成31年度中に完了することを目標に、適切な人材を探索し、2019年5月から作業を一気に進捗させることが可能となる見込みとなった。その他の研究計画は、概ね順調であり、規定の方針・計画どおり推進する予定である。平成30年度に研究補助を行う人材を雇用する計画であったが、適切な人材が見つからず、これに関わる支出が当該年度になかったため。
神経細胞死の防御と機能修復

アポトーシス誘発にはミトコンドリアVDACが重要な役割を果たしているという考えを抗VDAC抗体を用いて確かめ、更にBH4ペプチドに膜透過性を付与し、細胞外から添加可能なアポトーシス抑制剤としての効果を認め、神経変性疾患治療への応用を示唆した。またカテプシンD欠損マウスでは、神経性セロイドリポフスチン蓄積症の表現型が認められ、カテプシンDが原因遺伝子の一つである可能性を明らかにすると共に、神経細胞死誘導因子であるDP5ノックアウトの作成が進んでいる。酸化型ガレクチン-1は損傷後軸索やシュワン細胞から分泌され、マクロファージに働きかけ、神経再生促進因子を分泌させて、軸索再生を促進させる機構を明らかにした。ミクログリア特異的カルシウム結合蛋白であるIba-1は受容体からRacの活性化に至るシグナル伝達の中で、通常の細胞では存在しないPLCγを介する新しいシグナル伝達経路を作り出す分子であることを発見した。脊髄損傷ラットの修復には脈絡叢上衣細胞が有効な支持細胞となり、またネコ視神経切断に対してはBDNF,CNTF及びForskolinが機能的異常を抑制することを見出した。また再生している軸索内ではニューロフィラメントHサブユニットの離脱が早期に起こり、細胞骨格を組替えて再生に対処する早期のトリッガーになっていることが示唆された。1).細胞死をおこすトリッガ-の固定と情報伝達のプロセス培養神経細胞においてアポトーシス時に発現誘導される遺伝子として固定されたDP5は92個のアミノ酸よりなる新しい蛋白質をコードしていることを見出した。また単離ミトコンドリアを用いた解析により、Bcl-2はプロトンポンプの機能を果たしている、或はポンプを促進することを示唆すると同時に、Bcl-2結合蛋白として脊髄性筋萎縮症の原因遺伝子smnを同定した。さらにミクログリアに特異的に発現する新規カルシウム結合蛋白Iba-1を同定した。この蛋白は神経再生時における活性化ミクログリアの機能と密接な関連性があることが示唆された。2).新しい神経栄養因子・生存因子の探索とその作用機構新しい神経栄養・生存因子である肝由来神経活性因子(LDNA)の同定作業は最終段階の発現ヴェクターを用いた実験に入り、まもなく結果が得られる段階になっている。3).生存神経細胞の機能修復損傷脊髄後索に脈絡膜の上衣細胞を植えることによって、再生軸索の伸長が促進されることを見出した。またネコの視神経を切断し、末梢神経で架橋することにより再生した視神経軸索は一部外側膝状体に到達し、この時網膜の生存神経細胞の形態は正常のそれとほぼ同じ程度に回復していることが見出された。また再生を開始できた軸索のニューロフィラメントは、特にそのHサブユニット(NF-H)が再生神経に特有の反応を示すことが判明し、重合・脱重合制御に関与することが示唆された。1).細胞死をおこすトリッガーの同定と情報伝達のプロセスアポトーシス抑制遺伝子Bcl-2結合蛋白の検索から、脊髄性筋萎縮症(SMA)原因遺伝子の一つであるSMNを見出した。その遺伝子産物はBcl-2蛋白と結合することによりアポトシース抑制機能を相乗的に増進させる。またアポトーシス誘導蛋白DP5は92個のアミノ酸よりなる新規蛋白でBcl-2遺伝子ファミリーに共通するBH3メインを持ちこれを通じて相互作用し、Bcl-2ファミリー蛋白群の機能を修飾する。2).新しい神経栄養因子・生存因子の探索とその作用機構Cos1細胞由来神経活性化因子は既知のレクチンの1種であるGalectinと同定されたが、その新しい機能として低濃度(50pg/ml以下)で神経突起の際製促進作用を見出した。また活性化ミクログリアに特異的に発現するIba1蛋白は、EFハンドを持つ新規のカルシウム結合蛋白でミクログリアの重要な機能である貪食機能に関与する。さらにリポコルチン1にはニューロン生存促進作用のみならず、長期に作用させるとシナプス形成促進作用もあることが見い出された。3).生存神経細胞の機能修復ネコの視神経を切断し、末梢神経で架橋することにより再生した視神経軸索は一部外側膝状体に到達し、光情報を伝達し得ることを見出した。また脊髄損傷ラットの損傷部に脳脈絡叢の上衣細胞を移植すると、軸索の再生が促進されることを観察した。さらに軸索の細胞骨格を特徴づける安定重合型の微小管は、その全長が安定化されているわけではなく、特別な部位のみで安定化されていることが、それらの脱重合過程を可視化することにより判明した。1.細胞死をおこすトリッガーの同定とそれに関する情報伝達のプロセス細胞死誘発活性を有するDP5遺伝子の効果は主としてそのBH3ドメインにあることを見出した。またDP5遺伝子はアルツハイマー病における神経細胞死にも関与することが示唆された(和中)。細胞死を抑制する効果を有するBcl2ファミリー蛋白はVDAC poreの開閉を調節することにより細胞死のシグナル伝達因子であるチトクロームcなどのミトコンドリアからの放出を制御している(辻本)。スナネズミ海馬CA1錐体細胞の遅延型神経細胞死もリソソームカテプシン群のバランスにより制御されている可能性が強く示唆された(内山)。2.新しい神経栄養因子・生存因子とその作用機序酸化型Galectin1はレクチン活性を持たず、神経再生促進活性を持つことを見出した。この活性はin vivoの神経再生モデルに対しても効果が認められ、特に軸索再生の初期過程を調節する因子であることが判明した(堀江)。アストロサイトが産生するリポコルチン

1に神経生存維持作用やシナプス形成促進作用があることを見出し、活性部位の構造を決定するべく努力している(加藤)。ミクログリア特異的なカルシウム結合蛋白であるIba-1は貧食能、ラッフル形成に重要な役割を果たしし、その機能発現には単量体G蛋白であるRacが必須であることも明らかにした(高坂)。3.生存神経細胞の機能修復脈絡叢上衣細胞の脊髄後索への移植により切断脊髄における軸索の再生が促進されることを見出した(井出)。ネコの視神経切断後、一部の細胞の軸索には再生がおこり、光に反応するまでに機能回復が見られたが、その光受容野特性も軸索切断の影響を受けていることが見出された(福田)。軸索が再生をはじめている時にはニューロフィラメント全体が脱重合するのではなく、Hサブユニットのみの選択的な離脱が起こることを見出した(小宮)。アポトーシス誘発にはミトコンドリアVDACが重要な役割を果たしているという考えを抗VDAC抗体を用いて確かめ、更にBH4ペプチドに膜透過性を付与し、細胞外から添加可能なアポトーシス抑制剤としての効果を認め、神経変性疾患治療への応用を示唆した。またカテプシンD欠損マウスでは、神経性セロイドリポフスチン蓄積症の表現型が認められ、カテプシンDが原因遺伝子の一つである可能性を明らかにすると共に、神経細胞死誘導因子であるDP5ノックアウトの作成が進んでいる。酸化型ガレクチン-1は損傷後軸索やシュワン細胞から分泌され、マクロファージに働きかけ、神経再生促進因子を分泌させて、軸索再生を促進させる機構を明らかにした。ミクログリア特異的カルシウム結合蛋白であるIba-1は受容体からRacの活性化に至るシグナル伝達の中で、通常の細胞では存在しないPLCγを介する新しいシグナル伝達経路を作り出す分子であることを発見した。脊髄損傷ラットの修復には脈絡叢上衣細胞が有効な支持細胞となり、またネコ視神経切断に対してはBDNF,CNTF及びForskolinが機能的異常を抑制することを見出した。また再生している軸索内ではニューロフィラメントHサブユニットの離脱が早期に起こり、細胞骨格を組替えて再生に対処する早期のトリッガーになっていることが示唆された。
フロー系が可能にするプメラー型反応による中分子合成

フローマイクロリアクターを用いたビニルスルホキシドとアニリンの拡張プメラー反応:我々はベンゾフラン合成法の一つとして、プメラー型活性化を利用したビニルスルホキシドとフェノールの反応を以前報告した。ここで、フェノールに代えてアニリンを用いることでインドールの合成が可能だと考えられる。しかし、一般に反応性の高いアミン類を求核剤とするプメラー反応は、活性化剤である酸無水物とアミンの反応が競合するため困難である。今回我々はフローマイクロリアクターを利用することで、ビニルスルホキシドとアニリンの拡張プメラー反応によるチオイミダートの合成を達成した。プメラー型活性化による短寿命活性種の効率的な発生と、続くアニリンとの反応をフローマイクロリアクターにより精密に制御したことが成功の鍵である。さらにチオイミダートをヨードニウム塩で処理することにより、インドールへ変換できることを見いだした。[3,3]シグマトロピー転位を骨格構築に利用したヘテロヘリセンの合成:我々は昨年度,[3,3]シグマトロピー転位を鍵とするアリールスルホキシドとフェノールの脱水素型クロスカップリング反応を開発した.今回我々は,本手法をヘテロヘリセン合成に展開することを着想した.前述の脱水素カップリングは立体的に混み合った反応点においても効率よく進行し,ナフタレンビススルホキシドと2-ナフトールからターナフタレンを収率よく得ることが可能であった.合成したこのターナフタレンを共通の前駆体としヘテロヘリセンの合成を試みたところ,硫黄官能基の変換と,続く環化反応によってジオキサヘリセンとジチアヘリセンの合成に成功した.また,ジチアヘリセンの硫黄部位をスルホンへと酸化した後,アニリンの求核置換を鍵とするカルバゾール合成法を利用することでジアザヘリセンへの変換を達成した.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。トリフルオロ酢酸無水物存在下において、アリールスルホキシドとフェノールの脱水素カップリング反応が位置選択的に進行し、2-ヒドロキシ-2-スルファニルビアリールが得られることを見いだした。本反応の鍵となるのは、interrupted Pummerer反応と続く[3,3]シグマトロピー転位の連続反応である。これにより炭素ー炭素結合がスルフィニル基の隣接位とフェノールのオルト位の間で位置選択的に構築され、生成物を与える。スルホキシド部位を分子内酸化剤とする遷移金属フリーの脱水素型ビアリール合成とみなすことができ、興味深い分子変換である。この反応を利用すれば、π電子系の拡張したヘテロ芳香族化合物の合成を効率よく達成できる。例えば、2-ナフトールとビススルファニルナフタレンから、わずか三工程でジオキサ[8]ヘリセンを遷移金属触媒を用いずに合成することができた。上記の知見を活かし、求核剤としてアニリンを用いたPummerer型活性化を経る不飽和スルホキシド類の変換反応を検討している。その結果、KDMなどのアルケニルスルホキシドとアニリンの反応においてフローリアクターが有効であることを見いだした。現在最適反応条件の探索はほぼ終わっており、今後の応用展開に向けた研究体制が整いつつある。なお、生成物は当初の予想に反し、イミンであるが、イミンを酸化的条件に賦すことで、目的のインドールに変換できることも見つけた。[3,3]シグマトロピー転位を骨格構築に利用したヘテロヘリセンの合成:我々は昨年度,[3,3]シグマトロピー転位を鍵とするアリールスルホキシドとフェノールの脱水素型クロスカップリング反応を開発した.今回我々は,本手法をヘテロヘリセン合成に展開することを着想した.前述の脱水素カップリングは立体的に混み合った反応点においても効率よく進行し,ナフタレンビススルホキシドと2-ナフトールからターナフタレンを収率よく得ることが可能であった.合成したこのターナフタレンを共通の前駆体としヘテロヘリセンの合成を試みたところ,硫黄官能基の変換と,続く環化反応によってジオキサヘリセンとジチアヘリセンの合成に成功した.また,ジチアヘリセンの硫黄部位をスルホンへと酸化した後,アニリンの求核置換を鍵とするカルバゾール合成法を利用することでジアザヘリセンへの変換を達成した.まずは、最適反応条件の確定を最優先で行う。その後、以下の二つのテーマを予定通り進める。

1.構造活性相関スクリーニングに資する抗C型肝炎ウイルス中分子のライブラリを構築し、本手法の優れたモジュラー性を明確にする。2.アニリンやチオフェノールの代わりに、フェニルホスフィンやセレノフェノールを用いて、ベンゾホスホールやベンゾセレノフェンの合成も検討する。これらのベンゾヘテロール類はほとんどが新規物質であり、これまでに知られている生物機能だけでなく、未知の機能が続々と見つかる可能性も秘めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
正則関数及び調和関数の境界挙動の研究

1.リーマン面上の調和関数と理想境界:瀬川は、グリーン関数が存在するリーマン面とその有限葉非有界被覆面に対して、被覆面上の正値調和関数の空間が基底面上のそれと射影によって同型となるための必要十分条件は、被覆面のマルチン境界と基底面のマルチン境界が射影によって同型となるであることを示した。また、マルチン境界を使って、有界調和関数の空間が同型になるための必要十分条件も与えた。瀬川は、複素平面を基底面とする有限葉サイクリック非有界被覆面に対し、それの非極小境界も含めたマルチン境界全体の構造を決定した。中井は、リーマン多様体のpロイデン完閉化が同相であるための必要十分条件は、殆擬等距離写像が存在することであることを示した。2.ピカール原理:中井・多田は、回転不変密度に対して、ピカール原理の除外摂動となるための密度の増大度を決定した。多田・中井は、原点空き単位円板上の回転不変正値密度に対しピカール原理が成立するとき、その本態集合である意味で任意に小さくかつ疎なものが存在することを示した。3.多重調和関数:中井・多田は、多重調和関数を真に含む関数族に対し、リュービル型の定理が成立することを示した。4.有理型関数の値分布論:上田は、ある種の整関数の族に対し、そこに含まれる整関数は奇数位数の零点を持つことを示した。また、ネヴァンリンナの3関数定理を一般化した。5.有界正則関数の点分離及び関数環の理論:成田は、平面の有界開集合に対し、補間点列と調和補間点列が一致するための十分条件を与えた。また、非正則境界点を持たない領域に対し、調和補間点列であるが補間点列ではないものが存在するための十分条件を与えた。中井は、一致の定理が成立することは、ミルベルグ現象が成立するための十分条件であるが必要条件ではないことを示した。研究課題について、1.リーマン面の理想境界とその上の調和関数、2.ピカール原理、3.値分布論における有理型関数の一意性、4.有界正則関数に関する点分離及び補間点列、以上4つのテーマに関する研究を行い、本年度は以下の結果を得た。1.瀬川は、グリーン関数が存在するリーマン面とそれを基底面とする有限葉非有界被覆面に対し、基底面上の有界調和関数の空間と被覆面上のそれとが一致するための必要十分条件をマルチン境界の概念を用いて与えた。また、複素平面の有限葉非有界被覆面でハインズ型であるものに対して、非極小境界も含めたそのマルチン境界全体の形を決定した。中井は、2つのリーマン多様体の劣等角的ロイデン完閉化が同相であることと、これ等のリーマン多様体の間に殆擬等距離写像が存在することが同値であることを示した。中井と多田は、調和関数に関する拡張されたリュービルの定理が、多重調和関数を真に含むような広い関数族に対しても成立することを示した。2.多田と中井は、原点空き円板状の非負値回転不変局所ヘルダー連続な密度に関するピカール原理について、除外摂動となる単調な密度の原点での増大度は、距離の-2乗以下であることを示した。3.上田は、ネバンリンナの3函数定理が条件をある意味で弱くした場合にも成立することを示した。4.中井は、ザルクマン領域において、有界正則関数に関する一致の定理の成立がミルベルグ現象が起こるための必要条件ではないことを例示した。

成田は、補集合の各成分の直径の下限が正となるような有界平面領域においては、補間点列と調和補間点列が同値であることを示した。研究課題について、1.リーマン面上の調和関数の境界挙動、2.ピカール原理、3.有理型関数の値分布論、4.有界正則関数の点分離及び関数環の理論、の4つのテーマに関する研究を行い、以下の結果を得た。1.瀬川は、「グリーン関数が存在するリーマン面とそれを基底面とする有限葉非有界被覆面に対して、被覆面上の正値調和関数が基底面の正値調和関数の持ち上げに限るための必要十分条件は、被覆面のマルチン境界と基底面のマルチン境界が射影によって同型である」ことを示した。また、単位円板の有限葉非有界被覆面で、その上の有界調和関数は単位円板上の有界調和関数の持ち上げに限るが正値調和関数についてはこれが成立しないものが存在することを示した。2.多田と中井は、原点に特異点をもつかもしれぬカトー測度に対して領域の変動によって引き起こされる原点における相対ピカール次元の変化の様子を研究し、その変化が3つのタイプに限定されることを示した。中井・多田は、原点空き円板上の回転不変正値密度に対してピカール原理が成立するとき、その密度の本態集合で、あらかじめ与えられたサイズの調和率を持つものが存在することを示した。3.上田は、ボレルの恒等式の不可能性の議論を使って、ある種の整関数の族に対し、そこに含まれる整関数は必ず奇数位数の零点を持つことを示した。4.成田は、ディリクレ問題に関する正則境界点持つ平面領域に対し、その境界点上にある有界正則関数環の極大イデアル空間の部分集合が峰集合でなければ、有界調和関数に関する補間点列であるが有界正則関数に関する補間点列ではないものが存在することを示した。中井は、ザルクマン領域の非有界被覆面におけるミルベルグ現象について、原点で一致の定理が成り立つことは、ミルベルグ現象が成り立つための十分条件であるが必要条件ではないこと示した。
英語による上代語東国方言の語源辞典の作成

本研究の目的は、英語による日本語上代語東国方言の語源辞典を作成することである。この辞典は、これまで作成した東国方言データベースの情報をもとに、非常に詳細な言語情報を含むため、上代日本語を日本語を研究する者にとって利用価値が高いものになる。本語源辞書の特徴は多い。まずは、語源特定のために琉球語の情報を用いることである。当該年度において沖縄語を中心にしても他の琉球方言も調査した。琉球語と上代語東国方言しかない言語はいくつかあるから、とても重要な研究だと思われる。例えば「わたし」と言う言葉は上代語東国方言で「わぬ」や「わの」と言って沖縄語での「わん、わんねー」と似ている。上代語奈良方言のよくある「われ」との区別が見やすい。アイヌ語も上代語東国方言と関係がある言語だけど、今までの辞典にはそんな情報がない。その点を照らすのが研究の一つの目的である。当該年度において出来る限りアイヌ語から来た上代語東国方言を辞典に記入した。例えば上代語東国方言の「時」と言う言葉は「しだ」である。アイヌ語の「hi-ta」(日本語に訳せば「時-に」である)から来た言葉に違いない。当該年度において辞典の作成を続いた。作成を順調に果たすため、沖縄語の言語調査をした。学者に自分の研究を示すため、国際言語学会で研究発表もした。英語での上代日本語辞典は今まで存在せず、特に東国方言を中心にし、かつ、琉球諸語の情報をいれた語源辞書は存在しない。本研究が世界で初めての試みでる。当該年度において辞書データベースの作成を仕掛けた。この作業を順調に果たすために新パーソナルコンピューターおよび外付けハードディスクなどの外部記憶装置を購入した。また、さまざまな文献を購入して収集した。英語による上代語東国方言の語源辞典に約200語を収録した。辞典の完成度に関して、25%くらいだと推定される。排列は原則としてローマ字での一覧表である。各項目にローマ字表記、品詞、訳語、解説、例文、語源などを記載した。文法についても解説した。計画通りの達成度である。残りの語を収録する予定である。琉球語の方言と八丈島の方言をもっと詳しく調査する。英語から上代東方言への逆引き索引も作る。
将来の計算機構としての可逆計算システムの効率化と体系化

本研究は、微視的な物理的可逆性を直接的に計算に利用して高集積度・低消費エネルギーの計算機の開発に結びつけようとする可逆コンピューティングの理論的研究である。特に、どれほど単純な微視的可逆演算があれば計算万能性が保証されるのか、また、そのような可逆演算から可逆計算機を構築するのにどのような構成法をとれば効率的かを探求した。このために可逆セルオートマトン等のモデルを用いて研究し、極度に単純な微視的可逆演算からでも可逆計算機を構築できること、微視的可逆演算から可逆計算機に至る道筋の中間に2状態可逆論理素子を置くことで、簡潔かつ系統的に可逆計算機が構成できることを示すと共に、理論の体系化を行った。可逆コンピューティングは物理的な可逆性を反映した計算パラダイムであり、将来、原子・分子レベルで起こる可逆的な物理現象を直接的に利用した高集積度の計算機を構成しようとしたときに鍵となる。このような視点から、平成27年度は特に、万能可逆チューリング機械の単純化、状態数の少ない二次元可逆セルオートマトンの計算万能性の解明、一次元可逆セルオートマトンによる形式言語認識の研究を行い、以下の成果を得た。1.万能可逆チューリング機械の単純化:計算万能性を有する可逆チューリング機械の状態数と記号数をどれほど小さくできるかを研究し、新たに13状態7記号と10状態8記号のものが構成できることを示した。後者は状態数と記号数の積がこれまでの最小である。2.状態数の少ない二次元可逆セルオートマトンの計算万能性の解明:三角形状の分割セルオートマトンのうち、3近傍8状態で等方的なものは初等的三角形分割セルオートマトンと呼ばれる。これは、わずか4つの局所遷移規則で規定される極度に単純な並列計算モデルである。そのうち可逆的でビット保存的なものは9種類あるが、6種類が万能、3種類が非万能であることを証明した。また、可逆的でビット非保存的なものの1つは、グライダーやグライダーガンと呼ばれるパターンが存在するなど、多様な現象を発現することを示した。このモデルにおいて、グライダーを信号の担体として用いることにより、万能可逆論理素子が構成できることを証明した。3.一次元可逆セルオートマトンによる形式言語認識:形式言語を可逆セルオートマトンによって認識する二種類の並列処理モデルの能力を研究し、メモリー効率の良い認識アルゴリズムを与えた。これにより(非可逆な)決定性線形有界オートマトンと等能力になることを示し、これら二種のモデルでは可逆性制約によって認識能力が下がらないことを明らかにした。本研究課題の研究計画調書には次の4つの研究項目を挙げた:(i)2状態可逆論理素子の万能性の解明とそれによる可逆計算機モデルの構成法、(ii)計算万能な可逆システムの単純化、(iii)可逆計算機モデルにおける効率的な計算法、(iv)可逆コンピューティングの理論の体系化。本年度はこのうち特に(ii)と(iii)について成果が得られた。(ii)については、小サイズの万能可逆チューリング機械に関する成果と、初等的三角形分割セルオートマトンに関する二件の成果を与えた。前者は国際会議MCU 2015において発表した。さらに、従来の結果も含めてまとめた解説論文を投稿中である。一方、後者のうちの一件は28年度に開催される国際会議AUTOMATA 2016で発表予定である(採録決定)。また、もう一件は他の国際会議の論文として投稿中である。(iii)については、形式言語を認識する二種類の可逆セルオートマトンのための、メモリー効率の良いアルゴリズムを与えることで、非可逆なモデルとの等価性を示した。この成果は、雑誌論文として投稿中である。(iv)については、可逆コンピューティングの理論を体系化した英文単行本の出版を計画している。これまでに大部分の章が出来上がり、現在、全体の調整を行っているところである。(i)については28年度以後に研究する予定である。なお、本年度中に出版・発表した研究論文は多くはないが、上記の成果は現在、数編の論文として投稿中または執筆中で、28年度に発表の見込みである。以上、解決すべき問題やさらに研究すべき課題も残されてはいるが、おおむね順調に研究が進んでいる。可逆コンピューティングは将来、微視的レベルの可逆的な物理法則や現象を直接的に利用して、高集積度の計算機を構成しようとしたときに鍵となる計算パラダイムである。このような視点から、平成28年度は、どれほど単純な可逆的素過程から可逆計算システムが構成できるかという問題を、可逆セルオートマトン、可逆論理素子、および可逆チューリング機械に基いて研究し、以下の成果を得た。1.初等的三角形状分割セルオートマトンの万能性の解明:この種のセルオートマトン(elementary triangular partitioned cellular automaton, ETPCA)のクラスは、二次元セルオートマトンの中でも最も単純なものの一つであり、わずか4個の規則によってその動作が規定される。ETPCAは256種類あるが、前年度に引き続き、その内の36種類の可逆的ETPCAの計算万能性について研究した。特に識別番号0347の可逆的ETPCAは、その単純さにもかかわらず多様な機能が発現する。それらを巧妙に組み合わせることにより、2状態可逆論理素子が実現でき、さらに、可逆チューリング機械が簡潔に、かつ体系的に構成できることを示した。

また、前年度に与えた9種類の可逆的保存的ETPCAの中で6種類が万能3種類が非万能になるという結果を論文としてまとめ、発表した。2.単純な万能可逆チューリング機械の構成法:万能チューリング機械の状態数と記号数をどれだけ小さくできるかという古くから注目されている問題の可逆版を研究した。前年度までの研究により得られた、サイクリックタグシステムを模倣できる6種類の小サイズ万能可逆チューリング機械と、それらを変換して構成できる状態数と記号数の一方が非常に小さい機械を比較し、構成方法体系的に論じた論文を単行本の一章として出版した。本研究課題の研究計画調書には次の4つの研究項目を挙げた:(i)2状態可逆論理素子の万能性の解明とそれによる可逆計算機モデルの構成法、(ii)計算万能な可逆システムの単純化、(iii)可逆計算機モデルにおける効率的な計算法、(iv)可逆コンピューティングの理論の体系化。「研究実績の概要」に述べた成果1は上記の(i)と(ii)に、成果2は(ii)に対応している。(i)については、識別番号0347の初等的三角形状分割セルオートマトン(ETPCA)の空間中に特定の2状態可逆論理素子が実現でき、それによって可逆チューリング機械が容易に構成できることを示した。これによりこの素子の有用性と実現可能性の大きさが確認できた(成果1)。この結果は国際会議論文として投稿中である。(ii)については、可逆的保存的ETPCAに関して前年度に得られた結果を国際会議論文として出版した(成果1)。さらに、万能可逆チューリング機械に関する結果を単行本の一章として出版した(成果2)。(iii)については本年度は研究を行わなかったが、これは29年度に行う。(iv)については、過去20数年にわたって行ってきた研究の成果を体系化した英文単行本の最終原稿のとりまとめを行った。これは平成29年中の出版が見込まれる。以上の中で、とりわけ本年度はETPCAモデルを用いた研究で、海外から注目される成果があった。これらのことから、本年度は順調に研究が進んだと考えている。可逆コンピューティングは、将来、物理的な可逆性を直接に利用した高集積度の計算機を構成しようとしたときに鍵となる計算パラダイムであり、量子コンピューティングとも関係している。平成29年度は、特に可逆セルオートマトンの枠組みを用いて、単純な遷移規則から可逆計算システムがどのように構成できるかを研究し、以下の成果を得た。また、可逆コンピューティング理論の体系化と、これまでの成果の集大成を行った。1.非常に単純な2次元可逆セルオートマトンの計算能力の解明:前年に引き続き、可逆的な初等的三角形状分割セルオートマトン(可逆ETPCA)の諸性質と計算能力を研究した。可逆ETPCAは極度に単純な並列システムであるので、どのような可逆的法則から計算万能性が発現するかを研究するのに適している。今年度は、36種類ある可逆ETPCAの内で最も興味深い振舞いを示す、識別番号0347の可逆ETPCAの複雑な挙動を分析・解明すると共に、それを利用して可逆Turing機械を階層的かつ簡潔にセル空間中に実現する方法を示した。2.1次元可逆セルオートマトンの計算能力の解明:
非侵襲的ゲノム・エピゲノム解析による細胞の状態遷移の解明

本研究課題では、細胞から漏洩する核酸を解析することで、細胞を破壊することなく、培養細胞のゲノムやエピゲノム状態を経時的にモニタリングできる技術を提供する。さらに、この技術によって一部の細胞がもつ異常を捉えるモザイシズムを検出する。そして、がん化や細胞分化などの細胞状態が遷移する過程を可視化することを実現する。基本技術については既に概念検証に成功しており、さらに基盤及び応用研究を推進することで、経時的なゲノムやエピゲノムのモニタリングが可能な次世代のゲノム・エピゲノムインテグリティ解析としてのスタンダードを確立する。