hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人間協調型生物生産ロボットの安全システムに関する研究

本研究は,人間協調型の生物生産ロボットシステムの確立を最終目標に,センシングシステム,危険度関数の算出アルゴリズム,およびロボット制御の開発を目的としている。平成10年度の実験では,超音波センサと赤外線センサから成るセンシングシステムを開発し,基礎実験を行った。その結果,人間と背景との識別が行われ,人間の移動(位置,速度,移動方向)を良好に検出できることが分かった。また,人間とロボットとの相対速度や距離などをパラメータに含む危険度関数を用いて危険性の程度を数値化する方法を検討し,コンピュータ・シミュレーションでその有効性を確認した。今年度の研究では,ロボットにセンシングシステムを搭載し,危険度関数を含むアルゴリズムを用いてロボット制御の実験を行った。ロボットの制御方法としては,危険度関数で算出した値に対して数段階のしきい値を設定し,それに対応してマニピュレータの移動速度を切り替える方法を用いた。実験は実際の作業を想定し,ブドウ園において実施し,人間を様々な方向から接近させて行った。実験の結果,マニピュレータは危険度が高くならないように速度を変化させ,不必要な停止を避けながら作業を継続した。また,危険度が高くなると,マニピュレータは停止し,人間との接触を回避した。また,ロボットシステムの作業効率をコンピュータ・シミュレーションで評価した。評価方法としては,安全システムを搭載しない作業効率重視のロボット,危険度関数のパラメータを変化させたロボット,および作動領域内に人間が進入した場合に停止するロボットの3種類を想定し,本ロボットシステムとの比較をエンドエフェクタの移動量で数値化した。その結果,本ロボットシステムは,作業重視型のロボットシステムに対しても95%程度の効率で作業が行えることが示された。本研究は,人間協調型の生物生産ロボットシステムの確立を最終目標に,センシングシステム、危険度の算出アルゴリズム、およびロボット制御の開発を目的としている。今年度の研究では,下記の成果を得ている。センシングシステムは人間の存在を検出するための赤外線センサと対象物までの距離を検出する超音波センサから構成されている。赤外線センサには,人体が放出する赤外線に反応する焦電型を用い,複数のセンサが人間を検出できるように配置した。超音波センサはモータで旋回させて検出範囲を拡大し,周囲に存在する人間や背景の位置を検出する。アルゴリズムとしては,まず赤外線センサからの情報によって人間の有無を判断し,背景との識別を行う。検出範囲内に人間が存在すれば,距離情報から背景を除去し,人間だけを抽出する。そして,塊状認識によって人間の代表点を求め,位置を算出する。この操作を連続して行えば,人間の移動方向,速度が得られる。実験の結果,人間と背景は完全に識別でき,人間の移動も良好に検出できた。危険度の算出では,人間とロボットとの相対速度,距離,ロボットの作業領域からの距離などをパラメータに含む関数を検討した。ロボットの制御方法としては,危険度に数段階のしきい値を設定し,それに対応してマニピュレータの移動速度を切り替える方法を用いた。コンピュータ・シミュレーションを行った結果,マニピュレータは危険度が高くならないように速度を変化させ,不必要な停止をさけながら作業を継続した。また,両者が接近して危険度が高くなると,マニピュレータは停止し,接触を回避した。ロボットにセンシングシステムを搭載し,危険度関数を含む制御アルゴリズムを用いて予備実験を行った結果,本安全システムが有効である可能性が確認された。来年度は,実験を重ね,システム全体の問題点の抽出,改良を行う予定である。
微小領域凍結X線回折法による筋肉試料の機能解析

微小領域凍結X線回折法を用いて、単一筋原繊維中の単一サルコメアからのX線回折像記録に成功した。まず、マルハナバチ飛翔筋を硬直液中でホモジナイズし、筋原繊維標本を得た。これを、薄いポリイミド膜を張った電子顕微鏡用メッシュの上に滴下し、続けて90Kに冷却した液化プロパン中に浸漬して急速凍結した。凍結試料はX線回折実験まで液体窒素中に保存した。測定は試料を真空型クライオチェンバー内にマウントして行った。回折像記録中、試料を74Kの温度に保った。回折実験は大型放射光施設スプリングエイトの高輝度ビームラインBL40XUでマイクロビームを作成して行った。X線の波長は0.1nm、カメラ長は約3mで、検出器は冷却2次元CCDカメラにイメージインテンシファイヤを組み合わせて用いた。マイクロビームはタンタルの基板に穿孔したピンホールの列を用いて作成した。ビームの径を決定するピンホールの径は2μmで、ナイフエッジスキャンにより、形成されたマイクロビームの半値幅が1.5μmであることが確認された。筋原繊維はビームの軸に垂直に並んでいるはずなので、最も強度の高い赤道反射が筋原繊維の軸と垂直方向にスポット状に現れると予想された。多数の筋原繊維がポリイミド膜上に吸着しているはずであるが、実際に記録された回折像は少数であった。これは予想通りであった、というのは筋フィラメントの格子面が偶々回折条件を満たす向きに固定された(ブラッグ条件を満たす)筋原繊維しか回折を起こさないからである。回折像の解析から推定された試料の太さは約3umで単一筋原繊維の太さに一致した。またビームの径が単一サルコメアの幅以下であることから、得られた回折像が単一サルコメアに由来するものであることが確認された。これは、含水生体試料から回折像記録が行われた最小体積の記録を一気に1/1000に縮めるものである。我々は2マイクロメートルのピンホールを用いて生成したX線マイクロビームを用いて硬直状態にある昆虫(マルハナバチ)飛翔筋の単一筋原繊維の含水試料からエンドオン回折像を記録した(岩本ら、Biophys.J.,2002)。本研究課題では、様々な種類の筋肉を用い、急速凍結した筋線維中の筋原繊維から微小領域回折像を記録した。試料は-184°Cに冷却した液化プロパンに浸漬することにより急速凍結し、X線回折像記録は真空封止型クライオスタットを用いて試料を-199°Cに保った状態で行った。X線源は大型放射光施設SPring-8のBL40XUビームラインである。急速凍結の利点は(1)より不安定な状態(弛緩状態、収縮状態)の試料からも微小領域回折像記録が可能であること、(2)長い照射時間が必要で、従って照射損傷を受けやすい微小な試料からも回折像記録が可能であることである。急速凍結試料は照射損傷に対する耐性が遥かに高い。例えば弛緩したマルハナバチの筋線維を急速凍結した。

6角格子に由来する反射は以前に凍結しない試料から得られたものと同様に明瞭で、以前は観察されなかった2.1反射のような高次反射も明瞭に観察された。脊椎動物骨格筋線維の短いセグメント(0.3mm)と単離心筋細胞(0.1-0.2mm)についても単一筋原繊維相当の領域から微小領域回折像を記録した。少ない筋節数にも関わらず(昆虫の1000個に対して50-100個)反射は同心円状で、6角格子を思わせる反射は得られなかった。このことは脊椎動物骨格筋では筋節間の格子の揃い方が遥かに悪いことを示唆する。微小領域凍結X線回折法を用いて、単一筋原繊維中の単一サルコメアからのX線回折像記録に成功した。まず、マルハナバチ飛翔筋を硬直液中でホモジナイズし、筋原繊維標本を得た。これを、薄いポリイミド膜を張った電子顕微鏡用メッシュの上に滴下し、続けて90Kに冷却した液化プロパン中に浸漬して急速凍結した。凍結試料はX線回折実験まで液体窒素中に保存した。測定は試料を真空型クライオチェンバー内にマウントして行った。回折像記録中、試料を74Kの温度に保った。回折実験は大型放射光施設スプリングエイトの高輝度ビームラインBL40XUでマイクロビームを作成して行った。X線の波長は0.1nm、カメラ長は約3mで、検出器は冷却2次元CCDカメラにイメージインテンシファイヤを組み合わせて用いた。マイクロビームはタンタルの基板に穿孔したピンホールの列を用いて作成した。ビームの径を決定するピンホールの径は2μmで、ナイフエッジスキャンにより、形成されたマイクロビームの半値幅が1.5μmであることが確認された。筋原繊維はビームの軸に垂直に並んでいるはずなので、最も強度の高い赤道反射が筋原繊維の軸と垂直方向にスポット状に現れると予想された。多数の筋原繊維がポリイミド膜上に吸着しているはずであるが、実際に記録された回折像は少数であった。これは予想通りであった、というのは筋フィラメントの格子面が偶々回折条件を満たす向きに固定された(ブラッグ条件を満たす)筋原繊維しか回折を起こさないからである。回折像の解析から推定された試料の太さは約3umで単一筋原繊維の太さに一致した。またビームの径が単一サルコメアの幅以下であることから、得られた回折像が単一サルコメアに由来するものであることが確認された。これは、含水生体試料から回折像記録が行われた最小体積の記録を一気に1/1000に縮めるものである。
味蕾細胞の機能形成機構の解析

味覚を担う味蕾を構成する細胞は、成体でも常に置換わる上皮系の細胞であり、同一の系譜から分化して機能する。しかし、この分化機構に関しては多くが不明なため、本研究では、味蕾に発現する転写因子を検索し、その発現や機能を検討した。その結果、MEF2ファミリーとNFATファミリーの転写因子が、味覚受容機能を担うII型細胞で分化開始と共に発現することを発見し、その調節機構として、味受容機構であるカルシウムシグナリングと関連していることを示した。Ca^<2+>シグナリングを担う転写因子の解析と細胞齢における位置づけを行った。対象となる味覚受容細胞のうち甘味・旨味受容細胞と苦味受容細胞には、PLCβ2、IP_3R3、およびTRPM5というCa^<2+>シグナリング系の分子が共通に発現している。さらに、PLCβ2の味受容細胞特異的な発現制御領域は転写開始点上流数kbp以内に存在することも知られている。本年度は、Ca^<2+>シグナリング系に関わる転写因子の同定を行い、これが味蕾特異的遺伝子に対してどのような制御を行っているかを解析した。その結果、味覚受容細胞には、Ca^<2+>シグナリングによって影響を受け、また、それを調節する可能性を持つ一連の転写因子(MEF2ファミリー、NFATファミリー)が発現していることが、in situハイブリダイゼーション法、および免疫組織染色法によって明らかになった。次に、上記因子とPLCβ2との二重染色から味受容細胞系列における発現を解析し、これまでに確立している細胞齢計測法を用いて、各転写因子の発現細胞の細胞齢を特定した結果、これらの転写因子は、ある程度分化した味覚受容細胞に発現していることが明らかになった。さらに、マウス・ラット・ヒトのゲノムデータからPLCβ2、IP3R3、およびTRPM5の転写開始上流域の配列情報とゲノムDNA断片を得、相同性や各種転写制御因子の結合配列のプロフィールから味受容細胞特異的な発現を担う領域を推定した。この知見を基に、MEF2ファミリーの解析に適したJurkat細胞を用いて、味受容細胞特異的な転写因子の作用(転写活性化とCa^<2+>シグナリングによる制御)の解析を開始した。従来のCa^<2+>シグナリングを担う転写因子と細胞齢の関係を主要な味覚受容細胞であるII型細胞において解析したほか、最近新たに塩味および酸味の受容に関わることが明らかにされたI型およびIII型細胞の解析も行った。本年度は、以前から解析しているII型細胞に関しては、昨年度明らかになった2つの転写因子(MEF2因子、NFIAT因子)に関して、内在性のCa^<2+>シグナリング系を有するJurkat細胞を用いて、転写活性化とCa^<2+>シグナリングによる制御の解析を行い、これら2つの転写因子は協同的に味覚シグナリング因子の1つであるPLC-β2遺伝子の上流域に作用して、転写活性化を行うことを明らかにした。すなわち、II型味覚受容細胞において、これらの転写因子がCa^<2+>シグナリングのネットワーク上に含まれ、機能発現に働いていることが示唆された。また、塩味と酸味にそれぞれ機能することが明らかになりつつあるI型細胞とIII型細胞に関しても、同様の解析、すなわち、細胞同定と細胞齢の測定系を樹立することを開始した。これまでに得られている予備的な結果によれば、I型細胞、III型細胞のいずれも、II型細胞と比較したとき、多少の違いはあるものの、ほぼ同様の時期に細胞運命が明らかになり、また、同様に少なくとも2週間程度の寿命を有することが明らかになった。すなわち、以前言われていたようなI型細胞、II型細胞、III型細胞間の細胞変換が起こっている可能性は極めて低く、細胞誕生後数日後(3日から6日)程度でそれぞれの分化が決定されることが示唆された。カルシウムシグナリングを担う転写因子と細胞齢の関係を主要な味覚受容細胞であるII型細胞において解析したほか、最近新たに塩味および酸味の受容に関わることが明らかにされたI型およびIII型細胞の解析も行った。本研究では、以前から解析しているII型細胞に関しては、これまでに明らかにした2つの転写因子(MEF2因子、NFAT因子)に関して、内在性のカルシウムシグナリング系を有する血球細胞系列を用いて、転写活性化とカルシウムシグナリングによる調節を解析し、これらの転写因子は協同的に味覚細胞内伝達因子の1つであるPLC-β2遺伝子の上流域に作用して、転写活性化を行うことを明らかにした。すなわち、II型味覚受容細胞において、これらの転写因子がカルシウムシグナリングのネットワーク上に含まれ、機能発現に働いていることが示唆された。また、塩味と酸味にそれぞれ機能することが明らかになりつつあるI型細胞とIII型細胞に関しても、細胞同定と細胞齢の測定系を樹立した。

これまでに得られている結果によれば、I型細胞、III型細胞のいずれも、II型細胞と比較したとき、ほぼ同様の経時的な細胞運命をたどることが明らかになり、特に分化開始時期はほぼ同じであることが示された。したがって、これら3種の細胞種はほぼ同時期に異なる系譜として分化が開始されると判断された。しかし、寿命に関しては、III型細胞がやや長く、I型細胞がやや短いというデータも得られた。すなわち、以前言われていたようなI型細胞、II型細胞、III型細胞間の細胞変換が起こっている可能性は極めて低く、細胞誕生後数日後(3日から6日)程度でそれぞれの分化が同時期に決定されることが示唆された。当初予定した目的に関してほぼ予定通り進捗しているが、シス領域の特定や他の転写因子の関与などに関しては残された課題も多い。また、研究開始時には味覚受容機能があることが不明であったI型細胞、およびIII型細胞に関してもその後味覚受容が明らかになりつつあるため、解析する必要がでてきたことから、II型細胞と同様の解析に着手し、新規の結果を得つつある。以上から、全体としては、おおむね順調に進展していると評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、当初予定していた研究をさらに進めるほか、味覚受容機能全般から見たときに無視できなくなったI型およびIII型細胞に関しても解析を行う予定である。
肝硬変症に対するヒト自己脂肪由来幹細胞による革新的治療法の開発

本研究においてわれわれは、脂肪由来間葉系幹細胞の肝硬変、肝不全治療のための革新的治療法を開発するため、動物実験にて基礎的検討を行った。肝硬変ラットを作成し、同種ラットのそけい部から得られた脂肪細胞より間葉系幹細胞(ADSC)を採取し培養した。肝硬変ラットにこのADSCを尾静脈から投与し、肝線維化、肝障害について検討した。ADSC投与群では明らかに肝障害が軽減し、肝線維化も軽減された。ADSCではTNF,HGF,MMPなどの多くのサイトカインが産生されていたが、特に障害肝でのADSCからのHGF産生が強く、このことが肝不全と肝障害の軽減に寄与しているものと考えられた。本研究において、平成24年度は、脂肪由来幹細胞による肝不全、肝硬変の新しい治療法の確立のための動物実験の検討を行った。(研究内容)方法:脂肪由来間葉系幹細胞(adipose derived mesenchymal stem cell:ADSC)の肝硬変ラットにおける治療効果とその機序における検討では週2回の四塩化炭素(0.05ml / 100g BW )投与にて肝硬変モデルを作成した。6週間後に肝硬変が完成されるため、7週目より、ヒト脂肪由来のADSCを尾静脈より1x106個の投与を投与した。1回のみADSCを投与をした群と3回投与した群および生食のみ投与した群を作成し犠牲死させ、肝障害の程度、肝組織像、肝臓の線維化進行の中心的役割である肝星細胞の活性化(α-SMA蛋白をWestern blot analysisで検出)を検討した。また脾臓摘出を加えた肝硬変ラットにおいてもその効果を検討した。結果:ADSC投与、生食投与のいずれにおいても副作用等より死亡したラットはいなかった。生食投与ラットにおいては8週間の四塩化炭素の投与によって著名な線維化を伴った肝硬変が形成されていた。ADSC投与群では有意に肝組織における肝線維化(肝硬変)の改善がえられ、1回投与よりも3回投与した群の方が有意に線維化の程度が少なかった。また脾臓摘出により、さらに肝組織改善度は、肝星細胞の活性化の抑制を伴って改善していた。以上の検討を踏まえ、次年度は肝硬変ラットにおけるADSCの細胞動態と肝細胞分化および他細胞への分化について病理組織学的検討を行う。さらに生着ADSCの硬変肝での機能を、MMPやHGFの発現を検討してゆくことで、脂肪由来幹細胞の肝不全、肝硬変の新しい治療法となりえるのかについての実験的検討を行う予定である。本研究において、平成25年度は、脂肪由来幹細胞による肝不全、肝硬変の新しい治療法の確立のための動物実験の検討を行った。さらに生着ADSCの硬変肝での機能を、MMPやHGFの発現を検討してゆくことで、脂肪由来幹細胞の肝不全、肝硬変の新しい治療法となりえるのかについての実験的検討をまとめた。本研究において、初年度である平成23年度は、脂肪由来幹細胞による肝不全、肝硬変の新しい治療法の確立のための基礎的検討を行った。(研究内容)脂肪

由来間葉系幹細胞(adipose derived mesenchymal stem cell:MSC)の肝硬変ラットにおける治療効果とその機序における検討では週2回の四塩化炭(0.05ml / 100g BW )投与にて肝硬変モデルを16匹作成した。ヒト脂肪由来のMSCを蛍光色素PKH26で標識し、尾静脈より1x106投与した群(n=8)と生食のみ投与した群(n=8)をそれぞれ3日目に4匹ずつ、7日目に4匹ずつ犠牲死させ、肝臓組織への投与細胞の生着と肝星細胞の活性化(α-SMA蛋白をWestern blot analysisで検出)を検討した。結果:ADSC投与、生食投与のいずれにおいても副作用等より死亡したラットはいなかった。生食投与ラットにおいてADSC標識の細胞は凍結切片には認めなかったが、ADSC投与ラットにおいては標識された細胞を3日目、7日目の肝臓組織に認め、それらの細胞は、肝線維化の部分に認められた。αSMAの発現に関しては、ADSC投与群で発現が低下している傾向を認めたが、生食投与群との有意差は認めなかった。さらに組織病理的検討を今後行ってゆく予定である。以上の検討を踏まえ、次年度は肝硬変ラットにおける脂肪由来MSCの細胞動態と肝細胞分化および他細胞への分化について病理組織学的検討を行う。さらに脂肪由来MSC投与のラット数を増やし、検討してゆくことで、脂肪由来幹細胞の肝不全、肝硬変の新しい治療法となりえるのかについての基礎的検討を行う予定である。脂肪由間葉系幹細胞(ADSC)の増殖をbFGFを用いて2ー3日で繰り返し投与できるような細胞培養系を確立した。脂肪由来細胞の肝硬変ラットへの治療効果が確認されたため、本研究を進めることにより有効な治療法の確立が可能であると判断されたため、本年の研究の目的はおおむね達成されたと思われた。脂肪由来脂肪細胞の増殖は、無血清培地とレシピエント血清との併用により必要とされる細胞数1億個まで、約3-4週間で達成することができた。脂肪由来細胞の肝硬変ラットへの局在および肝不全ラットへの細胞投与の効果をみることができ、本研究をすすめることにより、有効な治療法の確立が可能であると判断されたため、本年の研究の目的はおおむね達成されたと思われた。次年度は、ヒト臨床応用へ向けた以下の基礎研究を行う。研究1.バイオイメージングによる肝障害モデルにおけるADSCの経時的、細胞移動動態の解析。研究2. F344/NJcl-rnu/rnuラットに四塩化炭素を4週間投与し、肝硬変から肝不全となるモデルを作成しヒト由来脂肪細胞をPHK26にてラベルし、障害肝への集積および分化度の解析を行う。研究3.肝硬変患者の皮下脂肪を採取し、脂肪由来間葉系幹細胞を抽出、培養しになったところで患者の末梢静脈から投与する(倫理委員会承認後)。細胞投与後、1日目、1ヶ月後、3ヶ月後の肝機能の評価を行う。次年度は、脂肪由来幹細胞の基礎からヒト臨床の研究を行う。研究1.ヒト脂肪由来間葉系幹細胞を、1.ヒト無血清培地にて調整したもの、2.患者自身の血清をもちいた培地で調整したもの、3.患者血清とbFGFを添加した培地で調整したもので、肝細胞への分化および内皮細胞や線維芽細胞への分化を細胞マーカにて検討する。研究2.F344/NJcl-rnu/rnuラットに四塩化炭素を4週間投与し、肝硬変から肝不全となるモデルを作成する。研究1での培養にてえらえた調整細胞を尾静脈より投与し、肝機能改善(ビリルビン値、アルブミン値、アンモニア値)について解析する。
所有者-経営者-従業員関係からみたロシア企業:企業統治の変化と労務管理

ロシアでは、株式会社制度や市場の基盤諸制度において、市場経済に適応した整備が行われてきた。しかし実際には、ソ連時代の遺制が、企業の内部(国家管理の強さ、職務分類と職制)でも、外部(労働市場、住宅の提供)でも見られる。また、ロシア経済が、石油・ガスの世界市場に左右される傾向も依然として変わらない。ロシアは,市場経済化に伴い諸制度の改革を進めながらも,経路依存が強く認められる経済であることを明らかにした。本科研研究グループは、三班構成となっている。研究統合・総括班に研究代表者である田畑理一(大阪市立大学)と分担者である塩谷昌史(東北大学)、コーポレート・ガバナンス研究班には研究分担者である岩崎一郎(一橋大学)と杉浦史和(帝京大学)、労務管理研究班に同じく研究分担者である堀江典生(富山大学)と道上真有(大阪市立大学)を配している。コーポレート・ガバナンス研究班と労務管理研究班は、ロシア企業の株主・債権者-経営者-従業員関係に関する企業アンケート調査のアンケート文案を作成し、ユーリ・レヴァダ名称分析センターと協力して、実地に聞き取り調査を行い、現時点でおよそ3分の2に当たる280社の回答を入手した。この調査は、第一に2005年に実施した企業聞き取り調査の対象企業に対しサバイバル調査を行ったこと、第二に、2005年調査と異なり労務管理と福利厚生という新たな質問項目を盛り込んだこと、が特質すべき特徴であり、これによって企業内部の意思決定に関してより重層的な分析が可能になった。労務管理と企業統治との関係など、これまで十分に検証されていなかった種々の命題を検証することが可能になり、来年度に残る全アンケート調査の実施・回収により、本格的な分析の開始が期待される。研究統合・総括班は、ヴォルガ沿岸都市、カザン、ヴォルゴグラード、アストラハンなどの旧自動車産業都市を現地調査し、地方統計の収集と地域企業と地域経済の関係についての調査を行い、来年度以降の沿ヴォルガ地域の自動車製造企業に聴き取り調査の準備を行った。コーポレート・ガバナンス研究班と労務管理研究班は、昨年度に引き続き、ロシア企業の株主・債権者-経営者-従業員関係に関する企業アンケート調査を実施し、ユーリ・レヴァダ名称分析センターと協力して、430社を上回る企業からの回答を獲得し、アンケート調査を本年度終えた。このアンケート調査をもとに、コーポレート・ガバナンス研究班と労務管理研究班は、京都大学で開催された国際コンファレンスThe Frontier in Russian Business Economicsにおいて研究成果報告を行った。取締役会及び内部監査体制の人員規模や役員構成,人事労務管理の制度と運用実態,商業銀行との取引関係といった4つの分析視点に焦点を当てつつ企業アンケート調査と商用企業データベースORBISの公開情報を活用した実証分析が行われた。研究統合・総括班は、サンクトペテルブルク市およびイワノヴォ市で現地調査を実施し、地域企業と地域経済の関係についての調査を行った。繊維の街イワノヴォが市場経済化に際して転換不況と外国の競争によって存亡の危機から大胆に産業転換を進めてきた状況をつぶさに観察することができた。研究統合・総括班に研究代表者である田畑理一(大阪市立大学)と分担者である塩谷昌史(東北大学)、コーポレート・ガバナンス研究班には研究分担者である岩崎一郎(一橋大学)と杉浦史和(帝京大学)、労務管理研究班に同じく研究分担者である堀江典生(富山大学)と道上真有(新潟大学)を配している。コーポレート・ガバナンス研究班と労務管理研究班は、ユーリ・レヴァダ名称分析センターと協力して行ったロシア企業の株主・債権者-経営者-従業員関係に関する430社を上回る企業からのアンケート調査の結果をもとに分析を行い、研究統合・総括班は、アンケート調査企業を含むロシアの企業訪問調査を行い,それをもとに分析を行い,それぞれ研究成果を学術誌で発表するとともに積極的に学会等で成果発表を行った。1990年代以降、ロシアが市場経済に移行し、実際に株式会社制度や金融市場、民間住宅市場等、市場経済に適応した制度が、法的に整備され、表面的にはロシア経済が大きく転換したと言える。しかし実際には、ソ連時代の遺制が、企業の内部(ロシアの政府管理の強さ、職務分類と職制)でも、外部(労働市場、住宅の提供)でも見受けられる。また、ロシア経済が全体として、石油・ガスの世界市場に左右される傾向も、ソ連時代と変わらない。このことから、制度の経済学で言われる経路依存(path-dependence)が、ロシアの経済制度の改革の中でも認められたと実証的に分析した点が,本研究の結論である。
老年無歯顎者における下顎の水平的な位置感覚の特性と咬合採得への応用

下顎の水平的な位置感覚・知覚の加齢による特性を知ることを目的とする。老年無歯顎者を対象に、ゴシックアーチを基準として水平的な下顎位の規定が可能な装置で前後的な知覚能を検討した。併せて、成人有歯顎者を対象に、歯牙要素を実験的に除去した状態で下顎位知覚能を検討した。結果の概要を、以下に示す。1.老年無歯顎者では、ゴシックアーチの尖端を基準位とする場合の知覚能は、基準位が平均値±標準偏差で64.0±38.3%、また基準位の前方0.2mmの値が最も低く20.0±36.7%で前方の位置ほど値が高くなり、前方1.2mmでは53.3±41.1%を示した。尖端の前方0.6mmの位置を基準位とする場合は、基準位が61.3±37.1%で、ここから前方になるほど知覚能が高く3644%で、後方の位置と比較すると平均23%高い。2.成人有歯顎者では、ゴシックアーチの尖端を基準位とする場合の知覚能は基準位が60.0±25.1%、また基準位の前方0.2mmの値が最も低く47.3±21.0%で、前方の位置ほど値が高くなり、前方1.2mmでは89.3±11.0%を示した。尖端の前方0.6mmの位置を基準位とする場合には、基準位が47.3±20.7%で、ここから後方になるほど知覚能が高く5391%で、前方の位置と比較すると平均20%高い。3.刺激閾は有歯顎者では0.12mm、無歯顎者では1.11mmである。また平均弁別閾は、有歯顎者では0.26mm、無歯顎者では2.43mmであった。加齢によって、水平的な下顎位の感覚・知覚は影響を受けて、低下する。4.無歯顎者の下顎位の快適度は前方1.2mmで値が最も低い。ここから後方位では値が高くなり、前方0.6mmから90%以上の値を示した。この位置での顎関節側方向X線写真では、下顎頭は前方に移動している。咬合採得に際して、殊に老年無歯顎患者では感覚を重視し過ぎると誤って前方位を採る危険性が高いことになる。下顎の位置感覚、殊に水平的な位置感覚・知覚の加齢による変化の特性を知ることを目的とする。老年無歯顎者を対象にして、下顎の水平的な位置の規定が可能な装置を用いて、前後的な下顎位の知覚能を精神物理学的手法で定量的に捉えた。併せて、成人有歯顎者を対象にして、歯牙要素を実験的に除去した状態で前後的な下顎位知覚能を検討した。前後方向に0.2mm間隔で7種の下顎位を規定できる装置を製作し、ゴシックアーチから求めた基準位を含む7顎位をとらせて基準位との位置の差異とその方向を回答させ、正解率を前後的な下顎位の知覚能とした。

結果の概要を以下に示す。1.成人有歯顎者では、ゴシックアーチの尖端を基準位とする場合の知覚能は総平均で74.0%、また基準位の前方0.2mmの値が最も低く42.7%で、前方の位置ほど値が高くなり、前方1.2mmでは92.0%を示した。尖端の前方0.6mmの位置を基準位とする場合は総平均で62.3%、また基準位が48.9%で、ここから後方になるほど知覚能が高く、前方位より平均10%高い。50%刺激閾・平均弁別閾は、ともに0.2mmであった。2.基準位を上下的に4段階(C.O.からの変化量:平均3.7mm)に変化させて実験した結果、下顎位の上下的な要素の影響は小さかった。3.老年無歯顎者では、基準位がゴシックアーチの尖端の場合の知覚能は平均60.8%、尖端の前方0.6mmの位置を基準的とする場合の知覚能は46.6%で、有歯顎者よりも値が小さく、殊に基準位では低かった。加齢によって、水平的に下顎位の知覚能は影響を受け、低下する。4.快適閾(気持ち良く感じる位置)が、ゴシックアーチの尖端の前方1.0mmから生じる例を認めた。この位置での顎関節側方向X線写真では、下顎頭は前方に移動している。殊に、高齢な無歯顎患者では、感覚を重視し過ぎると誤って前方位を採る危険性が高いことを意味する。下顎の水平的な位置感覚・知覚の加齢による特性を知ることを目的とする。老年無歯顎者を対象に、ゴシックアーチを基準として水平的な下顎位の規定が可能な装置で前後的な知覚能を検討した。併せて、成人有歯顎者を対象に、歯牙要素を実験的に除去した状態で下顎位知覚能を検討した。結果の概要を、以下に示す。1.成人有歯顎者では、ゴシックアーチの尖端を基準位とする場合の知覚能は、基準位が平均(±標準偏差)60.0±25.1%、また基準位の前方2.2mmの値が最も低く47.3±21.0%で、前方の位置ほど値が高くなり、前方1.2mmでは89.3±11.0%を示した。尖端の前方0.6mmの位置を基準位とする場合は、基準位が47.3±20.7%で、ここから後方になるほど知覚能が高く53.391.3%で、前方の位置と比較すると平均20%高い。2.老年無菌顎者では、ゴシックアーチの尖端を基準位とする場合の知覚能は、基準位が64.0±38.3%、また基準位の前方0.2mmの値が最も低く20.0±36.7%で、前方の位置ほど値が高くなり、前方1.2mmでは53.3±41.1%を示した。尖端の前方0.6mmの位置を基準位とする場合は、基準位が61.3±37.1%で、ここから前方になるほど知覚能が高く36.044.0%で、後方の位置と比較すると平均23%高い。3.刺激閾は有歯顎者では0.12mm,無歯顎者では1.11mmである。また平均弁別閾は、有歯顎者では0.26mm、無歯顎者では2.43mmであった。加齢によって、水平的な下顎位の感覚・知覚は影響を受けて、低下する。4.下顎位の快適度は、尖端の前方1.2mmで値が最も低い。ここから後方位では値が高くなり、尖端の前方0.6mmから90%以上の値を示した。咬合採得に際して、殊に老年無歯顎患者では感覚を重視し過ぎると誤って前方位を採る危険性が高いことになる。
金属インジウム曝露による歯科技工士の健康影響調査研究

歯科材料に汎用される金属インジウム化合物の粉じんやヒュームの吸入による歯科技工士のインジウム肺症例が1例報告されているが、歯科技工士集団のインジウム吸入曝露による健康影響については不明な点が多い。今回、歯科技工士100名を対象として健康調査を行い、血清インジウム濃度および血清の間質性肺炎マーカーであるKL-6を調べて、インジウム曝露と肺影響について量影響関係を明らかにする。この結果は、歯科技工士の職場環境対策や健康管理対策に反映される知見となる。
レーザー光・熱変換過程を用いた固相間物質移動現象の制御

本研究では,インクリボンの染料層に照射されたレーザー光エネルギーを熱エネルギーに変換し,染料層に隣合って置かれた用紙の高分子層(受像層)へと染料を移動させることにより,従来にない高速・高画質フルカラープリンターの基礎原理確立の可能性を秘め,また基礎的観点からは,自由界面ではなく従来あまり取り扱われていない固相間界面における局所熱駆動物質移動現象を明らかにすることを目的とする.実験ではインクシート(染料層)と受像紙(受像層)を密着した状態で半導体レーザーをインクシート背面から照射し,照射条件(照射出力,照射時間)や記録材料の種類(染料層および受像層の融点,ガラス転移温度等の物性値)を変えて,統計的な実験を行い,赤外線温度計による照射面温度の時間変化計測および転写染料を溶出させた溶液の分光光度計による濃度計測から染料転写量計測を行った.また数値解析では熱伝導・物質拡散場を接触熱抵抗・接触拡散抵抗を考慮して2次元円筒座標系コントロールボリューム法にて解析し,いくつかの代表的条件の場合についての実験結果(温度変化,染料転写量)と照合し計算モデルの妥当性を検討・確認した後に,より高速・高解像度レーザサーマルプリンタの可能性を探るために様々な条件を変えての計算を行った.特に光熱変換位置を変化させた数値解析により染料層自体に光吸収(光熱変換)を行わせることが高速性,高解像度の点で有利であることが確認され,本システム構成がより高速・高解像度プリンタの実現の可能性を持っていることが示された.本研究では,インクリボンの染料層に照射されたレーザー光エネルギーを熱エネルギーに変換し,染料層に隣合って置かれた用紙の高分子層(受像層)へと染料を移動させることにより,従来にない高速・高画質フルカラープリンターの基礎原理確立の可能性を秘め,また基礎的観点からは,自由界面ではなく従来あまり取り扱われていない固相間界面における局所熱駆動物質移動現象を明らかにすることを目的とする.実験ではインクシート(染料層)と受像紙(受像層)を密着した状態で半導体レーザーをインクシート背面から照射し,照射条件(照射出力,照射時間)や記録材料の種類(染料層および受像層の融点,ガラス転移温度等の物性値)を変えて,統計的な実験を行い,赤外線温度計による照射面温度の時間変化計測および転写染料を溶出させた溶液の分光光度計による濃度計測から染料転写量計測を行った.また数値解析では熱伝導・物質拡散場を接触熱抵抗・接触拡散抵抗を考慮して2次元円筒座標系コントロールボリューム法にて解析し,いくつかの代表的条件の場合についての実験結果(温度変化,染料転写量)と照合し計算モデルの妥当性を検討・確認した後に,より高速・高解像度レーザサーマルプリンタの可能性を探るために様々な条件を変えての計算を行った.特に光熱変換位置を変化させた数値解析により染料層自体に光吸収(光熱変換)を行わせることが高速性,高解像度の点で有利であることが確認され,本システム構成がより高速・高解像度プリンタの実現の可能性を持っていることが示された.
筋損傷時における両側性運動機能低下のメカニズムの解明

本研究は、伸張性運動による片手の筋損傷が両手同時運動に与える影響とその生理的機序について、経頭蓋磁気刺激および直流電流刺激(tDCS)などの電気生理学的手法を用いて明らかにすることを目的とした。片手の筋損傷により、筋損傷のない手も中枢性に影響を受け、両側性機能低下の促進など両手運動の機能低下が生じることが明らかとなった。また、tDCSによる皮質運動野の興奮性増大は半球間抑制を強め、対側の運動機能に影響を与えることが明らかになった。以上より、片手に筋損傷がある時は、筋損傷側の皮質運動野の興奮性増大によって半球間抑制の変化し、その結果として両手同時運動の機能低下が生じる可能性が示唆された。本研究では片手の筋において筋損傷を受けた際の両手同時運動の運動制御機構について明らかにすることを目的にしている。昨年度は、片手に伸張性運動(ECC)による筋損傷を引き起こした際の、両手同時による最大随意筋力発揮(MVC)について調べ、片手に筋損傷がある場合は、損傷側のみでなく健側の発揮筋力も低下して、両側性機能低下が有意に亢進することを明らかにした。また、経頭蓋直流電気刺激を用いて両側の皮質運動野の興奮性を変化させた際には、半球間抑制も皮質運動野の興奮性の変化と同調して有意に変化したことを明らかにし、両手運動における半球間抑制の関与の可能性を示唆した。そこで本年度は、昨年度の研究結果より、伸張性運動による片手の筋損傷が両手同時力発揮中の半球間抑制を中心とした運動制御機構について検討した。昨年度と同様に左手の示指内転におけるECCを行い、その運動前および2時間後に、片手(健側および損傷側)での精密把持におけるMVC中に同側の皮質運動野に経頭蓋磁気刺激(安静時閾値の1.3倍の刺激強度)を与えて、刺激の約50ms後付近に第一背側骨間筋(FDI)で生じる同側皮質運動野刺激誘発性の筋電図消失期間(iSP)の誘発を行った。iSPはTMSをトリガーとして全波整流したFDIの表面筋電図を加算平均し、刺激の約50ms後に現れる抑制成分(振幅およびピーク時間)を解析した。iSPの振幅は、両手ともに有意な変化は認められなかったが、損傷側で小さくなる傾向があった。このことより、片手の筋損傷後に損傷側のMVC中に健側の皮質運動野から脳梁を介した半球間抑制が減弱される可能性が示唆された。以上より、片手に筋損傷がある時には、皮質運動野の興奮性および半球間抑制が修飾され、その結果として両手同時運動中の両側性機能低下が亢進する可能性が示唆された。本年度は、片手に筋損傷を引き起こした後、様々な両手同時運動が受ける影響について明らかにすることに従事した。左の第一背側骨間筋(FDI)への伸張性運動(ECC)の前および約2時間後に両手および片手の把持運動(母指と示指による)において、最大筋力(MVC)発揮課題、MVCの50-5%の目標に力を合わせる力調整課題、および30秒間MVCを維持する疲労運動課題を行った。この結果、ECC後の両手によるMVC中において、両側同時の方が片側のみよりも発揮筋力が低下する両側性機能低下が有意に亢進した(p<0.05)。両手での力調整課題では、ECC前に比して右手の把持力の増大が認められ、健側が筋損傷側を補助する傾向が認められた。両手での疲労運動課題では、両手ともに発揮した筋力がECC後でECC前より早期に低下する傾向が認められ、筋損傷の影響を受けて健側においても中枢性に疲労が亢進することが考えられた。また、皮質運動野に対する経頭蓋直流電気刺激が皮質運動野の興奮性に与える影響に関する基礎研究も行った。右側(陽極刺激)、左側(陰極刺激)および左右両側(右側が陽極、左側が陰極)の3条件で皮質運動野に経頭蓋直流電気刺激(1.5mA、15分間)を与え、その前後における経頭蓋磁気刺激による運動誘発電位(FDIより導出)の変化を記録した。その結果、片側および両側同時刺激ともに、刺激後に陽極の直下の皮質運動野の興奮性は有意に増大し、一方陰極の直下の皮質運動野の興奮性は有意に減少した(p<0.05)。また、半球間抑制も皮質運動野の興奮性の変化と同調して有意に変化した(p<0.05)。これらのことより、経頭蓋直流電気刺激を用いて、半球間の皮質運動野のバランスを修飾可能であることが考えられた。

交付申請書に記載した計画通り、前年度において片手の筋損傷が両手同時運動に与える影響に着手し、筋損傷後において両手同時運動中に両側性機能低下が亢進すること、健側が筋損傷側の力の低下を補償すること、および健側において中枢性疲労の亢進することなど、片手に筋損傷がある際の様々な両手運動中における力制御の変化を明らかにすることができた。また、経頭蓋直流電気刺激を用いた基礎研究についても当初の予定より前倒しして開始し、経頭蓋電気刺激を用いることで、皮質運動野の興奮性および半球間抑制を修飾可能であること、さらには両側同時の皮質運動野刺激より、半球間の興奮性バランスを大きく修飾可能であることを明らかにすることができた。これらの研究結果を基に当初の計画通りに、次の片手に筋損傷がある際の両手運動中の運動制御機構の解明、さらには筋損傷後の経頭蓋直流電気刺激による半球間の興奮性バランスの修飾が運動に与える影響について検討する予定である。前年度末において、研究に使用していた刺激装置およびA/Dコンバータが破損するという予期しないトラブルがあり研究の遂行できない時期が生じたが、経頭蓋直流電気刺激を用いた研究を予定よりも前倒しして行っていたこともあり、現在のところ全体的な研究の進捗状況・目的の達成度としてはおおむね順調であると考えられる。前年度の研究より、片側に筋損傷がある際には、両側性機能低下の亢進など両手同時運動は様々な影響を受けることが明らかにされた。その要因の一つとして、片側の筋損傷後の皮質脊髄路の興奮性増大による両半球間の興奮性バランスの変化が考えられた。また、経頭蓋直流電気刺激を用いた両側同時の皮質運動野刺激より、半球間の興奮性バランスおよび半球間抑制を修飾可能であることを明らかにした。そこで、本年度は当初の研究計画通り、経頭蓋直流電気刺激を用いて両半球間の興奮性バランスを修飾し、その修飾された半球間バランスが両手同時運動に与える影響について研究を進める。また、この研究結果を踏まえて、筋損傷によって興奮性の変化した皮質運動野に経頭蓋直流電気刺激を与えて、その興奮性および皮質内抑制を修飾し、この介入による両側同時運動中の反対側(健側)の運動機能の変化を検証すると同時に片手の筋損傷時の両側性運動の機能低下のメカニズム解明についてより強固な証拠を掴むことを目指す。これまでに末梢神経刺激に使用していた刺激装置が経年使用のために破損し、使用ができない状態になった。本研究においても、経頭蓋磁気刺激による運動誘発電位評価などの際に、末梢神経刺激による運動誘発電位(M波など)記録は欠かせないものであるため、早急に購入する予定である(約60万円)。また、実験データの取得に使用しているA/Dコンバータも破損した。このA/Dコンバータは、筋電図や力のデータ取得には必要不可欠なため、早急に修理を依頼した(約10万円)。その他として、研究発表用の旅費(約10万円)、実験の被験者・協力者への謝金(約10万円)、データ公表のための英語論文執筆時の英文校正費(約10万円)、および実験の消耗品費(ディスポ電極など;約5万円)に使用する予定である。
X線結晶解析に基づくジオキシゲナーゼの構造生化学的解明

カテコール2,3-ジオキシゲナーゼは、非ヘムFe^<2+>を補因子とする酵素で、その反応機構、特にO_2活性化機構の解明は、臨床面や環境浄化への応用的研究の基礎として重要である。結晶構造が解明されているextradiol型ジオキシゲナーゼの中で、Pseudomonas putida mt-2由来の本酵素は、反応機構解明に最も適している。そこで、今年度もニトロフェノール誘導体を中心に、物理化学的解析と複合体の結晶構造解析とを平行して進め、以下の成果が得られた。1,o-およびm-ニトロフェノールは活性部位でプロトンを脱離し、Fe^<2+>に二座配位する。一方、p-ニトロフェノールは、逆に、活性部位でプロトン付加される。さらに、前2者は、金属からリガンドへの電荷移動吸収帯と思われる吸収を長波長領域に示す。ES複合体がO_2を活性するが、その際、基質のカテコールはモノアニオンとして鉄に二座配位する。これらの結果は、活性部位のヒスチジンやチロシン残基の役割やpK値をフェノール誘導体との相互作用の解析から解明できることを明らかにした。2,酵素-ニトロフェノール複合体の精密立体構造を決めるため、良質の結晶の獲得を目指したが、現在のところ、リガンドに相当する明瞭な電子密度を得るには至っていない。しかし、ベンズアルデヒド誘導体の中に、o-ニトロフェノールより強く本酵素に結合するものを見つけ、これとの複合体の構造解析を現在検討中である。精密な原子座標に基づいて量子化学計算を行う予定である。3,活性酸素の産生なしに残存酸素を除去できるアスコルビン酸-アスコルビン酸酸化酵素系が、本酵素の低濃度液の安定な長時間保存に適していることを見つけ、詳しい反応動力学実験が容易に行える方法を確立した。同時に、4-クロロカテコールが微量酸素濃度定量に適していることを見だし、nMレベルのO_2濃度定量法を確立した。カテコール2,3-ジオキシゲナーゼはカテコール環のextradiol型開裂反応を触媒する酵素で,非ヘム2価鉄イオンを補因子とするホモテトラマーである.すでに,遺伝子のクローニング・塩基配列の決定のもと,大腸菌による高効率の酵素発現系を確立している.本酵素の2価鉄イオン近傍の電子状態を解明するために,本酵素とo-ニトロフェノール(ONP,拮抗阻害剤)の複合体のX線結晶解析を行うことは有効である.そこでまず,ONPを安定化剤に用い,発現させたホロ酵素の精製を試みた.その結果,比活性が高い黄緑色のホロ酵素を得ることができた.現在,そのONP複合体を用いたX線結晶解析を行っている.アセトンを安定化剤として精製したホロ酵素に対して,ONPをソーキングし,X線結晶解析を行う方法も試みている.次に,ONPの結合実験や反応動力学的パラメータの決定をおこなった.ONPは酵素サブユニットに対して1:1で結合し,その際協同性はないことが明らかとなり,解離定数は8.1μMであった.この値は動力学的に求めた阻害定数(9.3μM)と一致していた.ホロ酵素に比較してアポ酵素との結合が弱かったことから,活性部位の2価鉄イオンがリガンドの結合に関与して重要な役割を演じていることが示された.また,本酵素とONPとの複合体の光吸収スペクトルにおいて,ONPの吸収極大(410nm)の短波長シフトおよび長波長領域での吸収帯の出現がみられ,ONPアニオンが活性部位の2価鉄イオンと電荷移動錯体を形成し,ニトロ基がフェノールアニオンの分子平面からわずかに偏位すること,その結果πおよびn電子の共鳴構造が変化し,電子の局在性が高まることが強く示唆された.以上より,ONPは拮抗阻害剤であると同時に,無色である本酵素の2価鉄イオン近傍の電子状態を解明する有力な活性部位探索試薬であることが分かった.カテコール2,3-ジオキシゲナーゼは、非ヘムFe^<2+>を補因子とする酵素で、その反応機構、特にO_2活性化機構の解明は、臨床面や環境浄化への応用的研究の基礎として重要である。

3,活性酸素の産生なしに残存酸素を除去できるアスコルビン酸-アスコルビン酸酸化酵素系が、本酵素の低濃度液の安定な長時間保存に適していることを見つけ、詳しい反応動力学実験が容易に行える方法を確立した。同時に、4-クロロカテコールが微量酸素濃度定量に適していることを見だし、nMレベルのO_2濃度定量法を確立した。
将来の計算機構としての可逆コンピューティングの研究

将来の計算機の可能性を探る研究として、近年量子コンピューティングなど自然界の現象や法則を直接に用いた計算機構のモデルが注目されている。物理的な可逆性を反映した可逆コンピューティングもその1つで、計算におけるエネルギー消費の問題を論じる際に重要であるだけでなく、量子コンピューティングの理論的基礎にもなっている。本研究ではそのような観点から可逆性およびそれと密接に関係した性質を持つ計算機構の理論的研究を行い、平成12-15年度の4年間に以下の成果を得た。1.新しい可逆論理素子とそれに基づく可逆コンピュータのアーキテクチャロータリー素子と呼ぶ可逆論理素子を提案し、それにより可逆コンピュータが非常に簡潔にかつ斬新なアーキテクチャーで構成できることを示した。2.可逆セルオートマトンの計算能力ロータリー素子を実装できる非常に単純な可逆セルオートマトンを与えることにより、可逆計算機構がごく単純な可逆的素過程に分解できることを示した。3.保存的セルオートマトンの計算能力可逆性と関係する物理的性質である保存性を持つセルオートマトンの計算能力を明らかにした。4.可逆および保存的セルオートマトンにおける自己増殖自己増殖のような生物的機能が可逆および保存的セルオートマトンで実現できることを示した。5.双曲空間中のセルオートマトン双曲空間のモデルである双曲セルオートマトンが高速の計算能力を有することを示した。6.可逆性に相当する性質を持つ記号列生成システム非同期可逆システムの一種である一意解析可能文法の記号列生成能力を明らかにした。可逆コンピューティングは、量子コンピューティングの理論的基礎の一つであるだけでなく、それ自体が将来の計算機の可能性を探る研究として重要であり、現在その基礎研究が最も必要な時期にある。本研究ではそのような観点から可逆計算機構の理論的研究を行い、以下の成果を得た。1.可逆コンピュータの構成に適した新しい可逆論理素子従来の可逆論理素子で論理万能性を持つものとしてはFredkinゲート、Toffoliゲートが知られているが、本研究では「ロータリー素子」と呼ぶ新しい可逆論理素子を提案し、その万能性を証明した。本素子は非常に単純であるにもかかわらず、従来の素子に比較して可逆順序機械や可逆チューリング機械を大変簡潔に構成できる。2.計算万能性を有する可逆的かつ保存的なセル・オートマトン可逆性に加え、(エネルギー保存則などに対応する)保存性を有するような可逆セル・オートマトンで非常に単純な遷移規則を持つものを2種類提案し、その空間に任意の可逆カウンタ機械が埋め込めることを示した。これにより、可逆的な計算過程がどれほど単純な可逆的保存的素過程に分解できるかという問題に対する一つの知見を与えた。3.可逆性に相当する性質を持つ記号列生成システムの研究可逆性の概念を記号列生成システムに導入した一意解析可能文法の基本的性質を研究し、決定性Chomsky階層を特徴づける簡潔な3つの標準形を与えた。さらに、これを単一化文法へ拡張する方法も示した。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モデルであり、量子コンピューティングの理論的基礎の一つであるだけでなく、それ自体が将来のコンピュータの可能性を探る研究として重要である。1.新しい可逆論理素子に基づく可逆コンピュータのアーキテクチャの研究前年度は「ロータリー素子」と呼ぶ新しい単純な可逆論理素子を提案し、その論理万能性を証明した。今年度はこれにより可逆チューリング機械が大変簡潔に構成できることを示した。この結果は特に、従来型の素子とは異なりクロックが不要になるなど、全く新しいアーキテクチャの可能性を与える。2.計算万能性を有する可逆セルオートマトンの研究前年度の研究により、計算万能性を有する2次元可逆セルオートマトンで非常に単純なものが2種類得られたが、これらの成果をとりまとめると共に、1次元の保存的可逆セルオートマトンの計算能力についても研究し、その万能性を示した。

また、双曲空間上のセルオートマトンと木構造セルオートマトンのモデルへの拡張可能性を探るために、これらのモデルの基本的性質についても研究した。3.可逆性に相当する性質を持つ記号列生成システムの研究可逆性の概念を記号列生成システムに導入したモデルである一意解析可能文法を3次元に拡張した枠組みを用い、ある種の立体図形集合を可逆的に生成する形式文法を示した。また、可逆セルオートマトンと同様、可逆的かつ並列的に記号列の生成・解析を行う文法の性質を明らかにした。近年の量子コンピューティングの研究に見られるように、将来の計算機は物質のミクロな物理的性質を直接的に演算に利用するものになると予想されている。物理的な可逆性を反映した可逆コンピューティングもそのような立場に立つ計算モデルであり、量子コンピューティングの理論的基礎の一つであるだけでなく、それ自体が将来のコンピュータの可能性を探る研究として重要である。本研究ではそのような観点から可逆計算機構の理論的研究を行い、以下の成果を得た。1.新しい可逆論理素子の研究とそれによる可逆計算機構の設計法前年度までの研究により「ロータリー素子」と呼ぶ単純な可逆論理素子を提案し、その論理万能性を証明した。今年度はこの素子に基づく可逆順序回路の一般的な設計法を与えた。ここで構成した回路は従来の論理回路ようなクロック信号は不要であるという特徴を持つ。さらに、ロータリー素子よりも入出力線の数が少ないという意味でより単純な万能論理素子が数種存在することも示した。2.計算万能性を有する可逆的および保存的セルオートマトンの研究可逆性と共に重要な物理的性質である保存性を持つようなセルオートマトンについて研究した。保存的セルオートマトンとは、各セルの状態が数で表現され、その数の総和が遷移によって変化しないものをいい、物質やエネルギーの保存則に対応する。今年度の研究では、そのようなセルオートマトンの計算万能性、自己増殖可能性、および同期問題(一斉射撃問題)について研究した。これらはいずれも肯定的に解決され、可逆セルオートマトンと同様に高い情報処理能力を有することが分かった。将来の計算機の可能性を探る研究として、近年量子コンピューティングやDNAコンピューティングなど、自然界の現象や法則を直接に計算に用いる「ナチュラル・コンピューティング」が注目されている。物理的な可逆性を反映した可逆コンピューティングもその1つで、計算におけるエネルギー消費の問題を論じる際に重要であるだけでなく、量子コンピューティングの理論的基礎にもなっている。本研究ではそのような観点から可逆性およびそれと密接に関係する保存性を有する計算機構の理論的研究を行い、平成15年度においては以下の成果を得た。1.可逆セルオートマトンにおける新しい可逆論理素子の実現法前年度までの研究により「ロータリー素子」と呼ぶ可逆論理素子を提案し、その有用性を示したが、本年度はこの素子が実現できるようなセル空間で非常に単純なものを与えた。これにより、可逆的計算機構がどのように単純な可逆的法則に還元できるかという問題に対する新たな知見を与えた。
異方的超伝導体におけるトポロジカル量子現象の研究

異方的超伝導体は非s波クーパー対の超伝導体であり、スピンや軌道自由度により多様なクーパー対を実現する。多様なクーパー対は、異方的超伝導体の物理を豊富にする一方で、実験的なクーパー対の決定は容易ではなく、多くの超伝導体のクーパー対が未解決である。本研究では、トポロジーの観点からクーパー対の検出法を提案する。トポロジーの解析は、多くの非s波クーパー対に対し固有の表面状態を予言する。この性質を応用し、クーパー対の対称性の違いを表面状態から読み解く理論を構築する。さらに、本研究では、トポロジーの解析による結果を表面コンダクタンスの計算より実証し、現実の物質で検出に有効な物理量も提案する。