hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
東南アジアにおける稲作生産力構製変化のメカニズムと農村社会の変容に関する比較研究

本調査研究は,圃場および個別農家の多様な条件を踏まえて,稲作生産力構造と農村社会に対する技術変化の影響を解明し,ミクロ経済学の立場から新しい農業開発理論の体系化を目標するものである.とくに,マレー半島(マレーシアおよび南タイのイスラム圏)の主要稲作地帯で,個別農家調査を実施し,新して稲作技術体系の普及,定着,および成果に関する諸問題を解明し,一定の社会経済条件下における農民の主体的対応の論理を探ることを目的とする.本研究は3カ年計画(昭和62ー64年度)で実施しており,本年度はマレー半島の主要稲作地帯において個別農家の技術と経営に関する調査を行った.調査地はマレーシアで2カ所,タイで1カ所であるが,調査集落は合計5つである.マレーシアでは,スブラン・プライのゴア・トッ・サイド村(66戸の〓皆調査)およびセランゴール州タンジョン・カラン地域のパリット4集落(70戸の〓皆調査)とスキンチャン1集落(30戸)を対象とした.タイでは,サタン県クアンサタウ村で集落6(98戸の〓皆調査)と集落7(44戸)を調査した.マレーシアのゴア・トッ・サイド村は,メンバーの1人(藤本彰三)が1978年に〓皆調査を実施した村であり,今回の調査で10年間の変化に関する詳細なデータを収集した.当村では,労働節約的扱術革新(直播栽培とコンバイン)および補助金制度の結果,稲作収益性が高まり,規模拡大によって自立経営の確立を図る農家群が出現してきた.一方,タンジョン・カラン地域はマレーシアで最も生産性が高い.今回は,マレー人集落と華人集落の両方の調査を通して,当地域の高生産性は華人農民の高生産性によることをつきとめた.タイの調査農民は全てイスラム教徒である.調査材は,主要水稲二期作地帯に位置するが天然ゴムとの混合経済を特徴とする.稲作生産力水準は未だ低く,扱術と経営に問題が多い. 1985年海外学術調査で行った南タイの仏教徒農村の調査結果と比較すると興味深い知見が得られよう.昭和63年度には,フィリピンにおいて同様な農家調査を行う計画である.マレー半島とフィリピン調査結果の総括は64年度に行う.また, 65年以降,東南アジア4ケ国での今までの研究成果の総まとめを行う計画である.本調査研究は,圃場および個別農家の多様な条件を踏まえて,稲作生産力構造と農村社会に対する技術変化の影響を解明し,ミクロ経済学の立場から新しい農業開発理論の体系化を目標するものである.とくに,マレー半島(マレーシアおよび南タイのイスラム圏)の主要稲作地帯で,個別農家調査を実施し,新して稲作技術体系の普及,定着,および成果に関する諸問題を解明し,一定の社会経済条件下における農民の主体的対応の論理を探ることを目的とする.本研究は3カ年計画(昭和62ー64年度)で実施しており,本年度はマレー半島の主要稲作地帯において個別農家の技術と経営に関する調査を行った.調査地はマレーシアで2カ所,タイで1カ所であるが,調査集落は合計5つである.マレーシアでは,スブラン・プライのゴア・トッ・サイド村(66戸の〓皆調査)およびセランゴール州タンジョン・カラン地域のパリット4集落(70戸の〓皆調査)とスキンチャン1集落(30戸)を対象とした.タイでは,サタン県クアンサタウ村で集落6(98戸の〓皆調査)と集落7(44戸)を調査した.マレーシアのゴア・トッ・サイド村は,メンバーの1人(藤本彰三)が1978年に〓皆調査を実施した村であり,今回の調査で10年間の変化に関する詳細なデータを収集した.当村では,労働節約的扱術革新(直播栽培とコンバイン)および補助金制度の結果,稲作収益性が高まり,規模拡大によって自立経営の確立を図る農家群が出現してきた.一方,タンジョン・カラン地域はマレーシアで最も生産性が高い.今回は,マレー人集落と華人集落の両方の調査を通して,当地域の高生産性は華人農民の高生産性によることをつきとめた.タイの調査農民は全てイスラム教徒である.調査材は,主要水稲二期作地帯に位置するが天然ゴムとの混合経済を特徴とする.稲作生産力水準は未だ低く,扱術と経営に問題が多い. 1985年海外学術調査で行った南タイの仏教徒農村の調査結果と比較すると興味深い知見が得られよう.昭和63年度には,フィリピンにおいて同様な農家調査を行う計画である.マレー半島とフィリピン調査結果の総括は64年度に行う.また, 65年以降,東南アジア4ケ国での今までの研究成果の総まとめを行う計画である.
根管内ナビゲーションにおける内視鏡歪み補正技術の改良とその臨床応用

根管内視鏡ナビゲーションシステムを臨床に応用するには医科用ナビゲーションシステムに優る精度が求められる.ナビゲーションシステムに影響を及ぼす因子としては3次元再構築画像のセグメンテーション誤差,位置情報統合誤差,位置センサー誤差,マーカーのずれ,内視鏡画像の歪みなどが考えられた.そこで内視鏡画像の歪みに対して画像補正ソフトを製作し,誤差の補正を試みた.位置情報統合誤差,位置センサー誤差,マーカーのずれの因子を含むナビゲーションシステムの総合精度を検証した結果,本システムの精度向上が確認され,臨床応用の可能性が示唆された.根管内視鏡ナビゲーションシステムを臨床に応用するには医科用ナビゲーションシステムに優る精度が求められる.ナビゲーションシステムに影響を及ぼす因子としては3次元再構築画像のセグメンテーション誤差,位置情報統合誤差,位置センサー誤差,マーカーのずれ,内視鏡画像の歪みなどが考えられた.そこで内視鏡画像の歪みに対して画像補正ソフトを製作し,誤差の補正を試みた.位置情報統合誤差,位置センサー誤差,マーカーのずれの因子を含むナビゲーションシステムの総合精度を検証した結果,本システムの精度向上が確認され,臨床応用の可能性が示唆された.現在までに我々が開発した多目的チャンネルを内蔵した歯科用内視鏡,並びに,開発内視鏡を用いた根管内ナビゲーションシステムの診断精度の向上を目的として,歯科用内視鏡画像のひずみ補整を行う.これは,根管壁に存在する側枝や穿孔などの解剖構造や障害の画像診断精度に大きく影響すると考えられ,画像ひずみの補正により,正確な画像診断,ナビゲーション構築にも繋がると思われる.そこで本年度では画像ひずみのアルゴリズムから画像補正ソフトを設定した.まず,内視鏡カメラキャリブレーションは,OpenCVを用いて行い,カメラレンズの半径方向および円周方向の歪みパラメータを算出し,また焦点距離,画像中心主点(レンズの光学的な中心)を推定した.次に,入力画像をシェーダ(OpenGL Shading Language)による歪み補正を行った.具体的には,入力画像を同じサイズの矩形テクスチャに格納し,推定したカメラパラメータを用いて歪み補正したテクスチャ座標を算出した.これにより,モニタ上の根管内視鏡画像の歪みが補正され,正確な画像を表示することができた.次年度より今回補正した画像の診断精度として,元画像と較正した内視鏡画像における側枝,穿孔部などの検出精度について比較検討する予定である.現在までに我々が開発した多目的チャンネルを内蔵した歯科用内視鏡,並びに,開発内視鏡を用いた根管内ナビゲーションシステムの診断精度の向上を目的として,歯科用内視鏡画像のひずみ補整を行う.これは,根管壁に存在する側枝や穿孔などの解剖構造や障害の画像診断精度に大きく影響すると考えられ,画像ひずみの補正により,正確な画像診断,ナビゲーション構築にも繋がると思われる.そこで本年度では画像ひずみのアルゴリズムから画像補正ソフトを設定した.まず,内視鏡カメラキャリブレーションは,OpenCVを用いて行い,カメラレンズの半径方向および円周方向の歪みパラメータを算出し,また焦点距離,画像中心主点(レンズの光学的な中心)を推定した.次に,入力画像をシェーダ(OpenGL Shading Language)による歪み補正を行った.具体的には,入力画像を同じサイズの矩形テクスチャに格納し,推定したカメラパラメータを用いて歪み補正したテクスチャ座標を算出した.これにより,モニタ上の根管内視鏡画像の歪みが補正され,正確な画像を表示することができた.今後,今回補正した画像と元画像とを比較検討する予定である.対象となる被験歯には,前述したヒト抜去歯(上顎中切歯)ファントムモデルを被験体として,歯科用Cone beam CT PSR9000N(朝日レントゲン工業社製)を用いて抜去歯植立ファントムの3次元画像情報を取得する。撮影条件は,同様とし,CTデータセットから画像解析ソフトにて抜去歯の3次元再構築モデルを作成する.得られた3次元再構築モデルから仮想内視鏡画像を制作する。得られた仮想内視鏡像と内視鏡画像の統合を行い,その一致率を各段階の画像で比較することから精度の検証を行う。現在までに我々が開発した多目的チャンネルを内蔵した歯科用内視鏡,並びに,開発内視鏡を用いた根管内ナビゲーションシステムの診断精度の向上を目的として,歯科用内視鏡画像のひずみ補整を行う.これは,根管壁に存在する側枝や穿孔などの解剖構造や障害の画像診断精度に大きく影響すると考えられ,画像ひずみの補正により,正確な画像診断,ナビゲーション構築にも繋がると思われる.そこで本年度では画像ひずみのアルゴリズムから画像補正ソフトを設定した.まず,内視鏡カメラキャリブレーションは,OpenCVを用いて行い,カメラレンズの半径方向および円周方向の歪みパラメータを算出し,また焦点距離,画像中心主点(レンズの光学的な中心)を推定した.次に,入力画像をシェーダ(OpenGL Shading Language)による歪み補正を行った.具体的には,入力画像を同じサイズの矩形テクスチャに格納し,推定したカメラパラメータを用いて歪み補正したテクスチャ座標を算出した.これにより,モニタ上の根管内視鏡画像の歪みが補正され,正確な画像を表示することができた.これにより根管内内視鏡ナビゲーションの臨床応用の可能性が示唆され,根管内視鏡操作の精度および治療成績の向上に寄与すると思われる.内視鏡の歪み補正については完了し,内視鏡画像の精度は検証済みである.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は臨床応用を行うと共に得られた仮想内視鏡像と内視鏡画像の一致率を各段階の画像で比較することから精度の検証を行う予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
歯肉培養細胞の免疫応答(磁場作用による細胞内シグナル伝達)の検討

磁場作用は口腔内細菌に対して増殖抑制作用があることを確認している。口腔内において磁場作用は生体防御と言う点で何らかの作用を示していることが示唆された。生体内におけるSODは炎症反応に対して抗炎症的に働くことが言われており、歯肉におけるSODの動態を検討することは、歯肉組織における免疫反応の一端を解明できると思われる。そこで、歯肉線維芽細胞に静磁場を作用させ、歯肉線維芽細胞内のSODの動態を検討した結果、静磁場を作用させた時間に依存してその生成量が増加した。そこで、細胞内SODレベルを上昇させた状態でLPSを作用させ、IL-1βの生成量を検討した結果、IL-1βの生成量は抑制された。このことから、LPSの刺激に対してSOD量の増加は、抗炎症的に働くことが示唆された。藤井らは多量にSODが発現された細胞ではIL-1βの生成を抑制し、細胞障害に対して抵抗性を示すことを報告している。本研究においても磁場を作用させることで歯肉培養細胞はLPS刺激に対して抵抗性を示していることが示唆された。河野らは磁場作用の熱作用を報告している。磁場作用における熱刺激に対して歯肉線維芽細胞における免疫応答として、Heat Shock Protein(HSP)の動態を検討した結果、磁場強度依存的にHSP 70の遺伝子発現が認められた。加えてSODの発現も認められ、IL-1βの発現は減少した。このことから、細胞内において磁場作用を受けると、HSP 70の活性が上昇しそれに伴ってSODの活性が上昇することが示唆され、結果的に炎症性サイトカインであるIL-1βの産生が抑制されることが示唆された。磁場作用における生体に対する免疫反応は深いことが予想されるため、今後あらゆる炎症性サイトカインに対する影響を検討し、より詳細な磁場作用の歯肉培養細胞に対する作用メカニズムの解明を行いたいと考える。磁場の培養歯肉線維芽細胞に対する細胞内SODの動態を検討した。磁場作用においては、口腔内領域では口腔内細菌に対して増殖を抑制する作用があることを確認している。このことから、口腔内において磁場作用は生体防御と言う点において、何らかの作用を示していることが示唆された。生体において活性酸素にたいして防御的に働くSODはあらゆる炎症反応に対して抗炎症的に働くことが言われており、このことからも歯肉におけるSODの動態を検討することは、歯肉組織における免疫反応の一端を解明できると思われる。そこで、歯肉線維芽細胞に静磁場を作用させ、歯肉線維芽細胞内のSODの動態を検討した。細胞内のSODは静磁場を作用させた時間に依存してその生成量が増加した。また、静磁場を作用させて8時間後にその生成量はピーク値であった。細胞内SODとIL-1βとの関係について藤井らはIL-1βによって細胞内SODの発現が誘導されるが、多量にSODが発現された細胞ではIL-1βの生成を抑制し、細胞障害に対して抵抗性を示すことを報告している。本研究においても磁場を作用させることで歯肉培養細胞はLPS刺激に対して抵抗性を示していることが示唆されたが、このようなメカニズムを解明するために、今後の研究予定として、磁場作用における最初の刺激としては熱作用がある事を河野らは報告している。したがって磁場作用における熱刺激に対しての歯肉線維芽細胞における免疫応答として、Heat Shock Protein(HSP)の動態を検討するとともに、HSPとSODの関係を明確にし、IL-1βの生成量抑制を今後さらに検討する予定である。

磁場作用における生体に対する免疫反応は深いことが予想されるため、今後あらゆる炎症性サイトカインに対する影響を検討し、より詳細な磁場作用の歯肉培養細胞に対する作用メカニズムの解明を行いたいと考える。
6番染色体長腕に位置する新たなリンパ腫関連遺伝子TFLの機能解析

我々は形質転換した濾胞性リンパ腫におけるIgK遺伝子との染色体転座から、6q25に位置しリンパ球に発現する新規癌抑制遺伝子候補TFLを同定した。TFLには2つのスプライスバリアントP58TFL、P36TFLが存在し、いずれもBa/F3やJurkat細胞に過剰発現させると、Rbリン酸化の抑制を介してG1期からS期への移行が抑制された。またP58TFLは細胞質内に顆粒状に存在し、P-bodyマーカーとの共局在も認められた。CCCHタイプのジンクフィンガーを有しP-bodyと局在するP58TFLは、Rbの上流の分子の転写後調節を介して、細胞増殖の制御に重要な役割を果たすと考えられた。1.TFL遺伝子の細胞周期に関する機能解析:リンパ球に特異的に発現するTFLは、G1期からS期への細胞周期回転の速度を遅らせ、細胞増殖の停止によりアポトーシスを誘導すると思われた。さらにリアルタイムPCRを用いたmRNAの網羅的解析を行ったところ、細胞増殖にかかわる遺伝子の発現が低下し、逆に細胞増殖を抑制する遺伝の発現が増強していた。2.TFLの分子制御機構の解析:GFP融合蛋白を用いた解析で、TFL蛋白は細胞質内に発現を示した。さらにTFLと直接結合する標的mRNAを検索中である。3.TFL抗体の作成:抗体の精製を行いウエスタンブロット・免疫沈降にてTFL蛋白のバンドを検出した。細胞の種類によるTFL蛋白の発現パターンは、ノーザンブロットでのTFLmRNAでの発現の結果と一致した。4.TFLノックアウトアウスの解析:TFLノックアウトマウスは正常に生まれ、現在正常に成長を続けている。血球系も現時点では変化を認めない。5.間期核FISH法によるTFL欠失の解析:リンパ系悪性腫瘍の臨床検体を用いてTFL欠失の有無を検討し、一部の症例で欠失を認めたため、現在さらに症例を増やして解析を進めている。1.TFLの細胞周期に関する機能解析:リンパ球に特異的に発現するTFLには、2つのスプライスバリアントp58TFLとp36TFLが存在することを見出した。両者をBa/F3細胞に過剰発現させるとTFL発現細胞は急速に減少した。またBrdUの取り込みで検討すると、TFLはG1期からS期への移行を抑制していることが明らかになった。さらにTFLはRbのリン酸化を抑制しており、その結果細胞増殖が抑制されることが示唆された。2.TFLのアポトーシスに関する解析:TFLを導入した細胞はアネキシンVの増加とともに活性化カスパーゼ3の上昇も認め、TFLによりアポトーシスが誘導されることが明らかになった。またTFLを欠失している白血病細胞株Jurkatに上記二種類のTFLを過剰発現させると、いずれも細胞増殖を抑制しアポトーシスを誘導した。すなわちTFLは正常細胞のみならず腫瘍細胞においても細胞増殖を抑制しており、癌抑制遺伝子として機能する可能性が考えられた。3.p58TFLの細胞内局在:GFPとの融合蛋白を用いてp58TFLのHeLa細胞内での局在を調べると、TFLは細胞質内に顆粒状に局在しており、P-bodyマーカーとして知られるAGO2のヒトホモログであるEIF2C2やDCP1aとの共局在が認められた。p36TFLについては全く異なり、主に核内に発現が認められた。
知的作業への集中状態を表す集中ポテンシャル準位モデルに関する研究

「仕事が進む」「勉強が捗る」とき、その状態を「集中している」と形容することが多い一方で、「集中」に関しては不明な点が多く、その評価方法は確立されていない。このような背景のもと本研究は、集中を定量的に評価するためのモデルとして、「集中ポテンシャル準位(CP準位)モデル」を提案し、実証を目指すものである。博士後期課程の3年間では、【目的1:安定なCP準位の存在を確認する】【目的2:集中状態の変化、すなわちCP準位の遷移に影響を与える要因を調べる】という2つの目的を達成するために研究を実施している。平成30年度は、【目的1】のため、[1]過去データを用いたCP準位可視化のための解析方法に関する検討を行った。この検討の過程で、認知課題の回答時間データにおける最頻値だけでなく、分布形状に着目することで集中状態をより詳細に評価できる可能性に至った。現在は分布形状を表現するパラメータの設定と、CP準位の可視化のための検討を進めている。さらに、【目的1】のためのデータ増強と【目的2】のために実験を実施した。具体的には、集中状態に影響を及ぼす要因のうち、外的要因から[2-1]光環境に関する検討と、内的要因から[2-2]性格特性による影響の検討を行った。[2-1]では、光環境の変化によって主観的な覚醒向上効果が確認されたが、集中状態の解析では変化が見られない結果となった。[2-2]では、236名の大学生のデータをもとにYG性格検査の結果と認知課題を用いて計測した集中状態との関係を調べ、いくつかの性格特性において特徴的な集中状態の様子を観察することができた。なお、【目的1】で検討中の方法が確立次第、[2-1][2-2]で得たデータの再解析を実施する予定である。【目的1】に関する検討の際、提案モデルである「CP準位モデル」の実証には、本年度開始当初に想定していた解析方法では不十分であると判断し、新たに解析方法の考案と検討を実施することになった。そのため、【目的1】の達成に向けた研究は、当初の予定よりやや進行が遅れている。なお、【目的2】に関してのデータ収集は順調に進行している。今後も引き続き、集中状態に影響を与えうる内的環境要因、外的環境要因について、実験実施によりデータ収集と検討を行っていく。今後の研究においても、【目的1】に関するデータ解析に基づいた検討と【目的2】に関するデータ収集を並行して実施する。【目的1】に関して、今年度中に収集したデータを含め、知的集中を計測した申請者の過去の実験データを含めた解析を引き続き実施し、提案モデル実証を目指す。【目的2】に関しては、本年度は環境要因のみならず、睡眠や休憩時の過ごし方等、執務者の行動に伴って集中状態が受ける影響についても検討を行いたいと考えている。また、本年度中は研究実績の概要内で述べた[2-1][2-2]等に関して学会発表等で活発な議論を行ったが、引き続き得られた知見の発表も行っていく。

今後の研究においても、【目的1】に関するデータ解析に基づいた検討と【目的2】に関するデータ収集を並行して実施する。【目的1】に関して、今年度中に収集したデータを含め、知的集中を計測した申請者の過去の実験データを含めた解析を引き続き実施し、提案モデル実証を目指す。【目的2】に関しては、本年度は環境要因のみならず、睡眠や休憩時の過ごし方等、執務者の行動に伴って集中状態が受ける影響についても検討を行いたいと考えている。また、本年度中は研究実績の概要内で述べた[2-1][2-2]等に関して学会発表等で活発な議論を行ったが、引き続き得られた知見の発表も行っていく。
望ましい交通流の実現に向けた情報ダイナミクスの解析と設計

情報提供が人間の意思決定戦略を変化させ,交通流に大きな影響を与えることを示し,これを改善する方法を提案した.具体的成果は3つに大別される.1)不完全情報下で運転者の経路選択モデルの提案,2)1)のモデルが大域的な交通流に与える影響の検証,および,3)実世界データを用いた1)2)の妥当性検証である.交通網変化時の過渡現象の混乱から収束の様子を再現し,東北地方太平洋沖地震後に東京都で取得されたタクシープローブデータを分析し,利用者均衡配分によってリンク交通量を予測し運転者の経路選択行動に関する分析も実施した.情報提供が人間の意思決定戦略を変化させ,交通流に大きな影響を与えることを示し,これを改善する方法を提案した.具体的成果は3つに大別される.1)不完全情報下で運転者の経路選択モデルの提案,2)1)のモデルが大域的な交通流に与える影響の検証,および,3)実世界データを用いた1)2)の妥当性検証である.交通網変化時の過渡現象の混乱から収束の様子を再現し,東北地方太平洋沖地震後に東京都で取得されたタクシープローブデータを分析し,利用者均衡配分によってリンク交通量を予測し運転者の経路選択行動に関する分析も実施した.本課題の目的は,交通網,運転者,情報の3つを有機的に結合し,物理的制約の限界を、運転者の適切な意思決定によって緩和する方法を示すことにある.本手法は"情報"によって意思決定をコントロールする点が特徴である.本課題におけるアプローチは以下の3つの副問題を柱として,それぞれ進めてきた.平成22年度の成果は以下のとおりである.I.環境入力範囲が意思決定に与える影響の分析運転者の情報入力範囲を特定する方法:環境変化における情報の信頼性を評価し,運転者が提供情報から取捨選択する規範の獲得法として小脳モデル(CMAC)に基づいた学習法を提案した.本手法は系全体を間接的に見越した行動を選択することを可能にした.II.意思決定規範の相違が系全体の挙動に与える影響の分析意思決定者は周辺の意思決定者の行動に影響を受け,自らの利得(交通では旅行時間の最小化)を最大にする特性があると仮定する.この仮定の下で意思決定者を繋ぐネットワーク構造とゲーム理論による利得関係を導入して系挙動の収束先を考察した.同時に系の遷移を創発する学習モデルの準備を行った.III.運転者への情報提供を制御設計法:各運転者の旅行時間の最小化と系全体の挙動(停車時間の総和の最小化)の2目的のパレート最適解を実現する適切な情報提供(配分,タイミング)法を強化学習を用いて効果的な情報提供法を獲得した.また,情報提供によって生じるジレンマやパラドックス解消策としてコミュニティネットワーク構造の改変法(ロコミモデル),および,適切な司令塔となりうるエージェント(信頼できる住民:ステークホルダ)の特定法の導入の効果を示した.以上の成果は,原著論文として投稿している.本課題では,交通流を情報提供によって制御することを目指して(1)動的な環境における情報の不確実性と,(2)得られた情報に対する運転者の行動規範の2つに着目した情報ネットワーク構成法の確立を進めている.H22年度は(1)に関する情報の不完全性,不確実性の下での推論や適応行動を単独の人間(シングルエージェント)を対象に考察してきた.H23年度は,H22年度の知見に基づいて,(2)の運転者の行動規範と,運転者群の制御方法に関する研究を以下の手順で進め,それぞれ成果を得ている:1.複数の人間の意思決定を進化ゲームにについてモデル化し,(成果:インフルーエンサ導入)2.各人の目的地(目標)を実施する上での競合や,利己的,合理的な行動選択によって生じる社会的ジレンマをシミュレーションによって再現,(成果:Braess's Paradoxを生む交通流制御)3.ジレンマ解消方法として,ネットワーク構造と意思決定戦略の操作が有効であることを実験によって示し,これを説明するための数理モデルを構築.(成果:確率ゲームとChasmモデル)4.さらに,3.のモデルをベースにして,マルチエージェント系全体を最適な挙動へと「ボトムアップに」導くためのメカニズム設計(報酬設定)の提案.(成果:マルチエージェント環境下での逆強化学習)以上の成果は,望ましい(最適は保証できないが,得られる情報の範囲において最も適切な)交通流の実現問題に対して以下の課題を可能にした.すなわち,1.は複数の異なる目的(旅行時間最短化,料金最小化)を持つ主体間の適応的意思決定をルールとして抽出すること,2.においてはこれらのルールによって生じうる競合パターンの検出,3.ではその解消方法,4.では解消をボトムアップに実現する制御方法を考えることを可能にしH24の計画を進める上での重要な基盤となっている.本課題は,情報提供が交通流に与える影響を調べ,これに基づいて交通流を望ましい流れへとコントロールすることを目的としてきた.平成24年度は最終年度であり,22年度からの理論的解析,および,シミュレーション結果から以下の知見を得た.交通流の制御は,道路,信号機などのインフラ整備に加えて,人の意思決定を考慮した情報提供が重要な要素となる.

ロードプライシングにおいて,運転者の旅行時間や,料金,周囲の風景など,目的地に至るまでのコスト評価が重要である.コスト評価は,運転者の価値観の相違と,分布を考慮しなければ,交通流を制御するためのインセンティブには至らない.具体的には,23年度に,情報が不完全な道路ネットワークにおける各運転者の経路選択に関する意思決定モデルのプロトタイプを提案したが,H24年度は,そのモデルが大域的な交通流に与える影響について,マルチエージェントタイプの交通流シミュレータを用いて検証した.これによりネットワーク変化時の過渡現象を再現するに至った(成果:交通におけるQ-routing).また,東北地方太平洋沖地震後に東京都で取得されたタクシープローブデータを分析し,利用者均衡配分によってリンク交通量を予測し運転者の経路選択行動に関する分析を行った.H22-23までの成果は,H24までの研究期間の到達目標であるI.環環入力範囲が意思決定に与える影響の分析,II.意思決定規範の相違が系全体の挙動に与える影響の分析,III.運転者への情報提供を制御設計法の確立において重要な基礎理論を与え,その応用が可能であることまでを示しており,最終年度であるH24では情報ダイナミクスの解析と交通流の制御実現に向けて良好な進捗状況である.24年度が最終年度であるため、記入しない。H23年度までの知見から,当初考えていなかったアプローチである逆強化学習(lnverse Reinforcement leaming)および粒子群最適化(Particle swrmOptimization)の導入が,人の意思決定戦略を制御するインセンティブの設計,および,意思決定空間(効用の解空間)における最適均衡点を探索する方法として有効であることがわかってきた.H24年度はミクロシミュレータを用いてこれまでの理論モデルを検証する予定であるが,併せて上述した逆強化学習と粒子群最適化法を導入した理論解析まで進めることを追加目標とする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ライフスキル形成を基礎とする性にかかわる危険行動防止プログラムの開発

昨年度に引き続いて,性に関わる危険行動防止プログラム開発のための基礎的資料を得るために,埼玉県川口市の某中学校の全生徒483人を対象として,2007年3月に,ライフスキルおよび性行動に関する質問紙調査を実施した。本調査結果を2006年3月に同校で実施した調査結果と比較した場合,ライフスキルのうちストレス対処スキルについては3年女子において好ましい変化が認められた。また,同女子においては,月喫煙者率および性交経験者率が有意に低下していた。また,性交経験と喫煙,飲酒,薬物乱用行動との間には密接な関連が認められたが,ライフスキルとの関連は前回の調査結果とは異なり,今回の調査では認められなかった。以上の質問紙調査の結果や,諸外国のプログラムの内容等を参考にして,我が国の中学生を対象とした性にかかわる危険行動防止プログラムの構成案(第1学年8時間,第2学年6時間,第3学年6時間)をまとめた。プログラムは,各学年ともに,「A.心身の機能の発達」「B.妊娠,病気の予防」「C.自己管理スキル(セルフエスティーム形成スキル,ストレス対処スキル,意志決定スキル,目標設定スキル)」「D.対人関係スキル(自己主張コミュニケーションスキルなど)」の4つの要素で構成している。例えば,第1学年のプログラムでは,A.の内容に関わる授業として「思春期の体の変化」「思春期の心の変化」,C.の内容に関わる授業として「思春期の心と体に関する情報源」「自分の成長と家族」「ストレスへの対処」,D.の内容に関わる授業として「より良い人間関係を築く」「争いごとの解決」を作成した。なお,B.の内容に関わる授業は,発達段階を考慮して第2学年と第3学年で取り扱うこととした。今後の予定としては,平成20年度中に第1学年の全ての授業の指導案を完成するとともに,プログラムの有効性を評価するための測定手段を開発し,平成21年度から有効性評価研究に着手する予定である。ライフスキル形成を基礎とする性にかかわる危険行動防止プログラム開発のための基礎資料を得ることを主な目的として,埼玉県川口市の某中学校の全生徒を対象として,ライフスキル及び性行動に関する実態調査を2005年5月に実施し,以下の結果を得た。1.セルフエスティームの得点は総じて学年が進むにつれて低下する傾向にあった。また男子の得点は女子に比べて高かった。2.喫煙,飲酒,薬物乱用行動は女子において学年差が認められ,学年とともにその割合は高くなった。3.女子においては,性交経験のある者はない者に比べて「学習」,「家族」,「全般」,「身体」のセルフエスティームの得点が低かった。また,ストレス対処スキルに関しても,性交経験のある者はない者に比べて「サポート希求」,「気分転換」の得点が低かった。4.女子においては,性交経験のある者はない者に比べて喫煙経験者率,月喫煙者率,月飲酒者率,薬物乱用経験者率が高かった。また,性交経験のある者はない者に比べて喫煙,飲酒,薬物乱用に対する考えも肯定的であった。本研究の結果は,1.思春期が進むにつれてセルフエスティームは総じて低下する一方で,特に3年女子において喫煙,飲酒,薬物乱用,性交を経験する者が多いこと2.性交経験とセルフエスティーム,ストレス対処スキル,喫煙,飲酒,薬物乱用に関する行動や考えとの間には密接な関係があることを示しており,性行動が顕在化する前に,セルフエスティームやストレス対処スキルを始めとするライフスキルを高めることや,喫煙,飲酒,薬物乱用などの他の危険行動の防止とも関連付けながら包括的な指導をすることの重要性が示唆された。ライフスキル形成を基礎とする性にかかわる危険行動防止プログラム開発のための基礎資料を得ることを主な目的として,埼玉県川口市の某中学校の全生徒を対象として,ライフスキル及び性行動に関する実態調査を2006年3月に実施した。2005年5月の調査結果と比較して,以下のような変化が認められた。1.2005年5月の調査結果に比べて,1年女子のセルフエスティームの得点が低下する傾向にあり,「学習」,「全般」,「身体」に関しては有意な差が認められた。社会的スキルに関しては,有意な変化は認められなかった。ストレス対処スキルに関しては,「サポート希求」(1年男子,2年男子,同女子),「気分転換」(1年女子)の得点が2005年5.月の調査結果に比べて低下する傾向にあった。また「情動的回避」(3年男子)は上昇した。一方,「行動的回避」(1年男子)は低下した。2.2005年5月の調査結果に比べて,喫煙経験者率(1年女子),月喫煙者率(2年女子),月飲酒者率(1年女子)は,有意に上昇した。3.2005年5月の調査結果に比べて,性交を迫られた経験のある者の割合(1年男子)は,有意に上昇した。また,性的接触の要求を断る自信(1年男子),性感染症を避ける自信(3年男子,1年女子)は,有意に低下した。本研究の結果は,この1年間にとりわけ1年女子においてセルフエスティームが低下し,喫煙や飲酒行動,性交を迫られた者の割合が増加する傾向が認められた。こうした変化は,全国調査の傾向と一致していた。

昨年度に引き続いて,性に関わる危険行動防止プログラム開発のための基礎的資料を得るために,埼玉県川口市の某中学校の全生徒483人を対象として,2007年3月に,ライフスキルおよび性行動に関する質問紙調査を実施した。本調査結果を2006年3月に同校で実施した調査結果と比較した場合,ライフスキルのうちストレス対処スキルについては3年女子において好ましい変化が認められた。また,同女子においては,月喫煙者率および性交経験者率が有意に低下していた。また,性交経験と喫煙,飲酒,薬物乱用行動との間には密接な関連が認められたが,ライフスキルとの関連は前回の調査結果とは異なり,今回の調査では認められなかった。以上の質問紙調査の結果や,諸外国のプログラムの内容等を参考にして,我が国の中学生を対象とした性にかかわる危険行動防止プログラムの構成案(第1学年8時間,第2学年6時間,第3学年6時間)をまとめた。プログラムは,各学年ともに,「A.心身の機能の発達」「B.妊娠,病気の予防」「C.自己管理スキル(セルフエスティーム形成スキル,ストレス対処スキル,意志決定スキル,目標設定スキル)」「D.対人関係スキル(自己主張コミュニケーションスキルなど)」の4つの要素で構成している。例えば,第1学年のプログラムでは,A.の内容に関わる授業として「思春期の体の変化」「思春期の心の変化」,C.の内容に関わる授業として「思春期の心と体に関する情報源」「自分の成長と家族」「ストレスへの対処」,D.の内容に関わる授業として「より良い人間関係を築く」「争いごとの解決」を作成した。なお,B.の内容に関わる授業は,発達段階を考慮して第2学年と第3学年で取り扱うこととした。今後の予定としては,平成20年度中に第1学年の全ての授業の指導案を完成するとともに,プログラムの有効性を評価するための測定手段を開発し,平成21年度から有効性評価研究に着手する予定である。
磁気フィルター付バケット型プラズマ源を用いた反応性プラズマ中の粒子組成の制御

プラズマプロセスによる成膜過程の第一段階は電子衝突による各種イオン並びに中性励起種の生成であり、これは電子エネルギー分布の形や電子密度に強く依存している。本研究は、静かで一様なプラズマ生成が可能な磁気多極型(バケット型)プラズマ源に移動式の磁気フィルターを付加したプラズマ源を考察し、磁気フィルターによる電子エネルギー分布を中心としたプラズマパラメータの空気的制御について検討した。1.磁気フィルターにより放電容器は空間的に2分されるが(上流側でフィラメントのあるプラズマ生成域と下流側の拡散プラズマ域)、フィルターの前後で電子エネルギー分布、電子密度、電子温度、浮遊電位等のプラズマパラメータが大きく異なることが判明した。即ち、プラズマ生成域は高速一次電子が含まれた高密度プラズマとなり(イオン・ラジカル生成域)、拡散プラズマ域は高速電子が完全に除去された低電子温度で低密度のプラズマとなっている(成膜域に適する)。2.プラズマパラメータが大きく異なる2つのプラズマ状態域の空間的制御は、磁気フィルターの位置を変えることにより容易に行える。しかも、それぞれの領域で安定で一様なプラズマ状態が維持されているる3.水素とアルゴンにて同様の実験を行ったが、電子エネルギー制御等については同様の結果が得られた。しかし、水素プラズマ中では多量のH^-負イオンが生成され、シース構造に違いがみられる。4.水素プラズマ中のH^-生成量は、同一放電条件下であっても、容器壁材質の違いにより大きく異なることが判明した。これは振動励起分子H_2^*の壁での反射係数が材質により異なることに起因する現象である。今後は反応性ガスとしてメタンを用いた実験を行い、(1)電子エネルギー分布と励起種・ラジカル種組成との関係、(2)希釈ガスの違い(負イオンの有無)と成膜過程の関係等について検討する予定である。
女性の尿失禁改善用サポート下着の生体力学的根拠に裏付けされた最適設計戦略

女性の尿失禁改善用サポート下着の経験と勘に基づく開発方法に代わり,生体モデルによる実験と計算力学シミュレーションによる骨盤周囲の力学的挙動の評価方法を確立し,生体力学的に裏付けされた下着の最適設計戦略を提示する.具体的に,生体類似特性のダミーモデルによる試作下着の着圧分布と膀胱挙上量の実験的評価法,サポート力を生む下着繊維の編み方のモデル化,骨盤部の筋骨格モデルに年齢・体格のばらつきを与えて下着のサポート力・着圧分布と膀胱挙上の関係を定量化する計算力学的評価法を確立し,製作可能なサポート下着の最適設計戦略を示す.女性の尿失禁改善用サポート下着の経験と勘に基づく開発方法に代わり,生体モデルによる実験と計算力学シミュレーションによる骨盤周囲の力学的挙動の評価方法を確立し,生体力学的に裏付けされた下着の最適設計戦略を提示する.具体的に,生体類似特性のダミーモデルによる試作下着の着圧分布と膀胱挙上量の実験的評価法,サポート力を生む下着繊維の編み方のモデル化,骨盤部の筋骨格モデルに年齢・体格のばらつきを与えて下着のサポート力・着圧分布と膀胱挙上の関係を定量化する計算力学的評価法を確立し,製作可能なサポート下着の最適設計戦略を示す.
硫化水素の新規産生経路の解析

硫化水素(H2S)がシグナル分子として機能することが見出されて以来、その生理作用を解明する研究が数多く行われている。H2Sの作用としては、神経伝達調節、平滑筋弛緩、細胞保護、インスリン分泌調節、血管新生など極めて多岐に及ぶ。生体内にはL-システインからH2Sの産生酵素が存在しており、シスタチオニンβ-シンターゼ(CBS)とシスタチオニンγ-リアーゼ(CSE)が知られている。筆者らは、CBSとCSE以外の産生酵素を探索した結果、3-メルカプトピルビン酸サルファトランスフェラーゼ(3MST)に着目し解析を進めてきた。昨年度の検討では、「腎虚血再還流障害の軽減機構の解明」を目指し、H2S産生酵素の発現レベルの解析を行ったが、この解析では、腎虚血再灌流障害の発生初期段階において、3MSTがCBSやCSEに先んじて減少することを見出した。本結果から、H2S産生酵素群の時系列変化という新たな視点から腎虚血再還流障害の発症、進展、あるいは軽減機構を解明できると考えられた。しかしながら、3MSTと機能的に類似すると考えられているロダネーゼ(TST)に関する動態についてはほとんど明らかにされていない。そこで本年度は、「腎虚血再還流障害の軽減機構」を引続き解明するため、TSTについて検討を行った。今回新たに3MSTノックアウトマウスを用いてTSTのタンパク質量をウエスタンブロット法で解析したところ、腎組織において両者が逆相関していることが判明した。同ノックアウトマウスでは、腎臓におけるCBSとCSEに関して変動は認められなかった。TSTを過剰発現させた腎培養細胞内ではH2Sの貯蔵型が増加する傾向が見られたが、CBSとCSEを過剰発現させた細胞内では変動しないことから、3MSTと機能的に類似すると考えられているTSTが腎機能に影響している可能性が新たに考えられた。硫化水素(H2S)が毒ガスとして報告されて以来、その毒性に関する研究が数多く行われてきた。しかし近年では、H2Sが神経伝達調節や細胞保護など様々な作用を示すことが明らかとなっている。生体にはL-システインからH2Sを産生するシスタチオニンβ-シンターゼ(CBS)とシスタチオニンγ-リアーゼ(CSE)が存在するが、申請者らは、第3番目の産生酵素として、3-メルカプトピルビン酸サルファトランスフェラーゼ(3MST)を報告している。3MSTは3-メルカプトピルビン酸(3MP)からH2Sを産生するが、3MPは、システインアミノトランスフェラーゼ(CAT)によってL-システインから供給され、D-アミノ酸オキシダーゼ(DAO)によってD-システインから供給される。D-システイン経路は、L-システイン経路と比べて約80倍の活性を示し、D-システインを経口投与すると腎臓の虚血再灌流障害を顕著に軽減できることから、D-システインは腎不全の予防薬になり得る。しかし、水溶性のD-システインは膜透過性が低く、細胞内への移行は比較的低いと考えられた。そこで、D-システインの脂溶性を高めたN-アセチル-D-システインを用いて腎虚血再灌流障害に対する効果を調べた。810週齢のICR雄マウスに対して、食塩、D-システイン、またはN-アセチル-D-システインを経口投与した後、左腎動静脈をクレンメで45分間閉塞した。再灌流24時間後に腎臓を摘出し、TTC(2,3,5-Triphenyl tetrazolium chloride)染色したところ、食塩投与群では皮質・髄質ともにTTCで染色されず、N-アセチル-D-システイン投与群の皮質ではTTCで顕著に染色されることを確認した。本年度までにD-システインの脂溶性を高めたN-アセチル-D-システインがマウスの腎虚血再灌流障害に対して効果を示し得ることを確認した。D-アミノ酸の生合成経路に関してシンポジウム発表を行うとともに、その他一般演題を含めて計10件の学会発表を行っている。近年、H2Sの酸化体であるポリサルファイド(H2Sn)がH2Sよりも高い生理活性を有することが示されているが、H2Snが、H2Sと一酸化窒素(NO)から産生され、TRPA1チャネルを活性化することを明らかにした(Miyamoto R et al,, Sci. Rep. 7, 45995, 2017)。近年、H2Sを産生する酵素が生体内に存在することが見出され、H2Sが神経伝達調節や細胞保護作用などの役割を担うことが明らかとなっている。H2Sの産生酵素としては、シスタチオニンβ-シンターゼ(CBS)とシスタチオニンγ-リアーゼ(CSE)が存在するが、申請者らは、第3番目の産生酵素として、3-メルカプトピルビン酸サルファトランスフェラーゼ(3MST)を報告している。CBSとCSEは、L-システインからH2Sを産生し、3MSTは、3-メルカプトピルビン酸(3MP)からH2Sを産生する。3MPの供給経路としては、システインアミノトランスフェラーゼ(CAT)によるL-システインの酸化的脱アミノ反応による経路と、D-アミノ酸オキシダーゼ(DAO)によるD-システインの酸化的脱アミノ反応による経路が明らかとなっている。D-システイン経路は、L-システイン経路と比べて約80倍の活性を示し、D-システインを経口投与すると腎臓の虚血再灌流障害を顕著に軽減できることから、D-システインが腎不全の予防薬になると考えている。

以上の背景から本年度は、「腎虚血再還流障害の軽減機構の解明」を目指し、H2S産生酵素の発現レベルの解析を行った。マウスの腎臓に対する虚血時間を段階的に増やし、その24時間後に、腎障害の指標である血清クレアチニン値を測定したところ、35分間の虚血によって障害が認められ始め、その際、CBSとCSEのタンパク質量は変化しなかったが、3MST量が低下していた。さらに、45分間の虚血では、再灌流障害が悪化するとともに、3MST、CBS、CSEのいずれにおいてもタンパク質量が低下していた。以上から、3MSTは、CBSやCSEよりも虚血再灌流に対して不安定な酵素であることが明らかとなった。仮に、この3MSTの低下を防ぐことができれば、腎虚血再灌流障害を従前よりも軽減できると考えられる。本年度の検討では、腎虚血再灌流障害の発生初期段階において、3MSTが、CBSやCSEに先んじて減少することを見出した。本結果から、H2S産生酵素群の時系列変化という新たな視点から腎虚血再還流障害の発症、進展、あるいは軽減機構を解明できると考えられる。硫化水素(H2S)がシグナル分子として機能することが見出されて以来、その生理作用を解明する研究が数多く行われている。H2Sの作用としては、神経伝達調節、平滑筋弛緩、細胞保護、インスリン分泌調節、血管新生など極めて多岐に及ぶ。生体内にはL-システインからH2Sの産生酵素が存在しており、シスタチオニンβ-シンターゼ(CBS)とシスタチオニンγ-リアーゼ(CSE)が知られている。筆者らは、CBSとCSE以外の産生酵素を探索した結果、3-メルカプトピルビン酸サルファトランスフェラーゼ(3MST)に着目し解析を進めてきた。昨年度の検討では、「腎虚血再還流障害の軽減機構の解明」を目指し、H2S産生酵素の発現レベルの解析を行ったが、この解析では、腎虚血再灌流障害の発生初期段階において、3MSTがCBSやCSEに先んじて減少することを見出した。本結果から、H2S産生酵素群の時系列変化という新たな視点から腎虚血再還流障害の発症、進展、あるいは軽減機構を解明できると考えられた。しかしながら、3MSTと機能的に類似すると考えられているロダネーゼ(TST)に関する動態についてはほとんど明らかにされていない。そこで本年度は、「腎虚血再還流障害の軽減機構」を引続き解明するため、TSTについて検討を行った。今回新たに3MSTノックアウトマウスを用いてTSTのタンパク質量をウエスタンブロット法で解析したところ、腎組織において両者が逆相関していることが判明した。同ノックアウトマウスでは、腎臓におけるCBSとCSEに関して変動は認められなかった。TSTを過剰発現させた腎培養細胞内ではH2Sの貯蔵型が増加する傾向が見られたが、CBSとCSEを過剰発現させた細胞内では変動しないことから、3MSTと機能的に類似すると考えられているTSTが腎機能に影響している可能性が新たに考えられた。D-システインによる腎虚血再灌流障害の軽減効果はL-システインを上回るが、現時点では多量のD-システインを投与しなければならないために医療応用が難しい。本年度までにD-システインの脂溶性を高めたN-アセチル-D-システインがマウスの腎虚血再灌流障害に対して効果を示し得ることが示されたが、今後はその効果を明確化するために定量評価を行う。D-システインの生合成酵素が生体に存在するかは一切不明である。
ヒドロゲナーゼ活性部位の構築と機能の解明

本研究課題では、[NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位の人工構築に取り組み、活性部位の構造的特徴の多くを、先例のない高い精度で再現することに成功した。(1)出発物質に鉄二価カルボニル錯体、チオラート塩、および溶媒和した臭化ニッケルを用い、自己集合的な反応からFe-Ni-Ni-Fe骨格を有するカルボニル鉄-ニッケルのチオラート架橋錯体を合成した。反応のポイントは低温での反応であり、本研究では全ての操作を-40度で行うことで、再現性良く反応を行うことが可能であった。化合物の熱的不安定性は鉄二価イオンとカルボニル基の結合の弱さ、すなわち鉄からCOへの逆供与の弱さに起因している。実際、CO雰囲気下では、化合物の分解が大幅に遅くなることを確認した。(2)得られたFe-Ni-Ni-Fe四核錯体はニッケル間に置換活性な臭素イオンが架橋している。そこで臭素イオンをチオラートに置換することでFe-Ni-Ni-Fe骨格を二つのFe-Ni二核ユニットに分割し、[NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位を模倣する一連の二核錯体を合成した。合成した構造モデルは、鉄周りが三つのカルボニル基と三つのチオラートで囲まれ、ニッケル周りが四つのチオラートの配位を受けており、これらの特徴は天然の活性部位の構造と非常に類似している。(3)合成したFe-Ni二核錯体を用いた反応も検討した。COで機能阻害された[NiFe]ヒドロゲナーゼはニッケル上にCOを持つことが最近確認されたが、酵素反応過程に存在すると予想される二価、三価のニッケルにCOが結合した化合物の例はほとんどなく、その真偽が問われていた。本研究では合成した二核錯体を用いて、実際にニッケルにCOが配位することを明らかにした。また水素活性化への布石として、鉄とニッケルの間に存在するチオラートの置換反応を検討し、チオラートの一つを選択的にクロリドへ変換することに成功した。チオラートNaS^tBuの溶液に対して低温でFeBr_2(CO)_4,NiBr_2(EtOH)_4を順次加える反応系から、自己集合的にFe-Ni-Ni-Fe四核錯体[(CO)_3Fe(μ-S^tBu)_3NiBr]_2(1)が得られることを見いだした。錯体1は[NiFe]の二核単位が置換活性なBrで架橋された二量体とみなすことができ、チオラート架橋[NiFe]二核錯体の有用な前駆体になると期待される。錯体1に対し2当量のNaSPhを低温で反応させたところ、Brとベンゼンチオラートの置換反応が進行し、Ni-Fe間を架橋するチオラートの1つが鉄上の末端配位子となることで、四核錯体[(CO)_3Fe(S^tBu)(μ-S^tBu)_2Ni(SPh)]_2(2)が生成した。過剰のNaSPh存在下でも錯体2の四核骨格は安定であり、Fe-Ni-Ni-Feの四核からNiFe二核単位への開裂は起こらない。チオラートによるNi-Ni間の架橋を防ぐ目的で、嵩高い置換基を持つNa(SDmp)(SDmp=2,6-dimesitylphenylthiolate)を1に反応させた場合には、二核錯体(CO)_3Fe(μ-S^tBu)_3Ni(SDmp)(3)が得られた。

錯体3はニッケル-鉄間の三つのチオラート架橋を保持したまま末端に嵩高いDmpチオラート配位子を持ち、結果としてニッケル周りは特異なtrigonal pyramidal構造を強制されている。そこで、この歪みがかかったニッケル部位を利用したドナー分子との反応を検討した。[NiFe]ヒドロゲナーゼの反応はCOによって阻害されるが、その際COはニッケルに配位すると報告されている。錯体3は1気圧のCOと速やかに反応し、平面四配位Niを形成するとともに1つの架橋チオラートが鉄末端に移動した二核錯体(CO)_3Fe(S^tBu)(μ-S^tBu)_2Ni(SDmp)(CO)(4)を与えた。この反応は可逆であり、減圧下で錯体3を再生する。錯体4はCO阻害型[NiFe]ヒドロゲナーゼの初の構造モデルであると同時に、立体的制約により歪んだニッケル上において配位構造を変えながらドナー分子を脱着させる点で興味深い。[NiFe]ヒドロゲナーゼの活性部位構造は、システイン由来の硫黄原子2つがFe-Ni間を架橋した二核構造であり、ニッケルにはさらに2つのシステイン由来の硫黄原子が、鉄には2つのシアノ基と1つのカルボニルとされる二原子配位子が末端配位している。平成17年度はこれらの構造的特徴を備えたモデル錯体の構築を目指し、独自の合成戦略に基づいてチオラート架橋Fe-Ni複核錯体を合成した。鉄(II)シアノ/カルボニル錯体(PPh_4)[Fe(CO)_3(CN)_2Br]にジチオラートK_2(pdt)(pdt=1,3-propanedithiolate)およびK_2(ndt)(ndt=exo-2,3-norbomanedithiolate)を作用させたところ、それぞれ鉄上のBr配位子とカルボニル基がチオラートに置換されたジチオラート錯体[Fe(CO)_2(CN)_2(pdt)]^<2->(a)および[Fe(CO)_2(CN)_2(ndt)]^<2->(b)が得られた。錯体a、bは窒素雰囲気下、アセトン/アセトニトリル混合溶液中でニッケル(II)錯体NiBr(PPh_3)(dtc^<Et>)(dtc^<Et>=diethyldithiocarbamate)と反応し、それぞれ対応するFe-Ni二核錯体(PPh_4)[(CO)_2(CN)_2Fe(μ-pdt)Ni(dtc^<Et>)]、(PPh_4)[(CO)_2(CN)_2Fe(μ-ndt)Ni(dtc^<Et>)]を与えた。単離した二核錯体のX線結晶構造解析を行った結果、これらの錯体は天然の活性部位構造を非常によく模倣した構造をとることが明らかになった。特に重要な点は、チオラートがFe-Ni間を架橋している点、ニッケルの配位座が硫黄原子に囲まれている点、そして鉄にシアノ基およびカルボニル基が末端配位している点であり、活性部位の構造的特徴の多くを再現している。
ニューラルネットワークの情報熱力学の構築

最も単純な確率的ニューラルネットワークであるボルツマンマシンの学習手法にContrastive Divergence法がある。この手法は最尤推定の近似として発見法的に提案されたものであるが、これがデータ分布を初期状態とした場合のエントロピー生成の最小化として解釈できることを見出した。さらに、それがエントロピー生成そのものを用いるのではなく、そのうち発熱量だけによるアルゴリズムであることがわかった。エントロピー生成及び発熱量は非平衡統計力学において中心的な役割を担う量であり、これにより当初の目的であったニューラルネットワークの情報熱力学を構築する最初の足がかりが得られたといえる。Contrastive Divergence法は興味深い学習則であるが、制限付きボルツマンマシンなど、全系のエネルギーが定義可能なニューラルネットワークにしか適用できない。そのためエントロピー生成を一般化した量である過剰エントロピー生成の最小化として学習則の拡張を試みた。しかし、単純な手法では一般の系に対して熱だけを用いて過剰エントロピー生成を最小化するアルゴリズムを構築するには至らなかった。これは非平衡統計力学や情報理論、神経科学の知見がさらに必要であることを示唆する結果といえる。また、発熱量の微分とHebb則の関係を示唆する結果も得られた。Hebb則は脳の中で実際に行われていると考えられているシナプスの学習則であり、現在のニューラルネットワークの主流であるバックプロパゲーションとは異なった局所学習則となっている。熱の定義に依存するが、発熱量の勾配を上昇する学習がHebb型の学習則になっていることを見出した。しかしながら、エントロピー生成の最小化は発熱量の勾配を降下する学習であり、これらの厳密な関係は明らかにならなかった。本研究課題の最終目的は、ニュラルネットワークの情報理論と非平衡統計力学を融合し、ニューラルネットワークの理論的理解を進めるとともに、バックプロパゲーションによらない局所Hebb型の新規学習則を、非平衡統計力学の観点から理論的に保証された形で得ることである。制限付きボルツマンマシンの学習速であるContrastive Divergence法を調べ、それがエントロピー生成の熱による最小化であることを理解したことで、最初の足がかりは得られたと言える。また、Hebb則と発熱量の微分の関係性が示唆されたことにより、神経科学の知見を非平衡統計力学の観点から見直す端緒となる結果も得られた。しかしながら、現時点では有力な学習則を導出することはできていない。当初有力な候補であった過剰エントロピー生成の最小化による学習は一般に難しいことが数値実験の結果明らかになった。これまで得られた結果をもとに、深層確率的ニューラルネットワークの教師なし学習を局所Hebb的に行う学習則を構築することが目標となる。そのためには最小化すべき量とそれにともなう測定量である熱の定義をどのように定めるかが問題となる。過剰エントロピー生成の最小化アルゴリズムは過剰熱の測定が難しいためにうまく行かなかった。この点を回避するために熱の定義を変更する方法をまず検討する。非平衡統計力学において熱は、ある確率的遷移が起きたときその逆の遷移が起きる確率との比によって定義されるが、この逆遷移の定義には任意性がある。情報熱力学先行研究において、ベイジアンネットワークでは通常のマルコフ過程とは異なる熱の定義が自然であり、有用な性質が求められることがわかっている。これらの定義の変更によって学習則を構築することを目指す。