hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
組織における情報技術実施に関する実証的研究

実施理論関連文献にもとづく仮説データ・ベースを作成した。また、調査対象に予定している企業に関するデータ・ベースを作成した。これらのデータ・ベースは、オペレーションズ・リサーチ,経営科学,情報システムを円滑に組識に導入し、組織革新を推進するための方策を、組織学習モデルにもとづき追究するための行動科学的な実証研究に用いる予定である。1.実施過程に関する仮説を整理するため、組織学習論にもとづくフレームワークの検討を行い、役割規定の視点でまとめを行った。2.仮説データベース・ファイルの設計では、まず仮説群を3つに分割した。これらは、実施理論に関する仮定部分,変数間の関係部分,方策部分である。そして各部分について、以下のような項目を設け、将来の検索に備えることとした。文献コード,論者,論文,書籍,仮定(または関係,方索)番号,仮定(または関係,方索),仮定(または関係,方策)キー,投入年月日,(検索用)ダミーの各項目である。各部分の登録件数は、仮定部分23件,関係部分174件,方策部分24件である。3.調査予定対象企業のデータベース・ファイルの設計では、東証1部上場企業につき、以下のような項目を設け、将来の利用に備えた。コード番号,企業名,部門名,資本金,従業員,郵便番号,住所,電話番号,(検索用)ダミーの各項目である。宛名印刷や回収状況の把握などに利用する予定である。登録件数は、1058件である。4.予備的なインタビューの結果、意思決定支援システムのインテリジェント化やエキスパート・システムの構築などに関して、認知的な側面に注目した実施過程に関する本格的な調査の必要性を確信するに至り、方途を探っている。
実世界の経年変化シミュレーションのための深層学習フレームワークの確立

2次元静止画像に写る物体がどのように経年変化していくかを深層学習を用いた画像処理によって再現するため、データセットの収集および学習フレームワークの検討と実装を行った.データセットについては、経年劣化した物体を含む画像を大規模な画像共有サイトなどから収集した。複数種類の経年劣化の特徴を調査するため、まずは水汚れや錆、塗装の剥落、苔やカビによって経年変化が起こっている物体の画像を集めた。収集した枚数自体はまだそれほど多くないため、今後さらに多くの画像を集める必要がある。また、必要に応じてそれぞれの画像にアノテーションを行い、教師あり学習を行えるようにする予定である。また、物体の特徴を効果的に抽出するためのニューラルネットワークモデルや学習アルゴリズムの構築に取り組んだ。経年劣化を再現するような画像変換を教師データを用いて学習させるためには、経年変化が起こる前のきれいな物体と経年変化後の劣化した物体のペア画像を用意する必要がある。しかし、このような教師データを大量に集めることは困難であるため、画像分類など別のタスクのために学習させたネットワークモデルのパラメータを効率的に転移させるための手法や、敵対的学習を応用して教師なしデータを学習させる手法について検証を行った。また、attention機構と呼ばれる画像中の注目箇所を特徴空間上で計算する手法により、ニューラルネットワークをより効率的に学習できることを確認した。おおむね計画通り、物体の経年劣化を写した画像の収集を行い、その経年変化を再現するためのニューラルネットワークモデルおよび学習フレームワークの検討を行えている。今後はこれまでに検討した学習アルゴリズムやニューラルネットワークモデルを用いて実際に学習を行い、その精度や問題点を検証する。特に、最初は扱う経年変化を種類を限定し、その再現性や特性を探りながら研究を進める予定である。当該年度は主にアルゴリズムの検討やデータ収集などを中心に行ったため、物品購入費が抑えられている。今後は翌年度分の予算と合わせて高性能GPUサーバーを購入し、考案したネットワークモデルを実際に学習し、検証を行う予定である。
胸腺内T細胞分化におけるTCR・MHC/ペプチド複合体相互作用の生化学的解析

胸腺内T細胞の分化過程において、T細胞はその抗原受容体による主要組織適合抗原(MHC)/ペプチド複合体認識の結果、正と負の選択を受け、免疫応答に寄与するT細胞レパートリーが決定される。この相反する選択を決定するTCR・MHC/ペプチド複合体相互作用をin vivoで分子レベルで解析する目的で、単一MHCクラス2./ペプチド複合体を、相異なるレベルで胸腺において発現した3系統のトランスジェニックマウスを樹立した。その発現量が比較的低い2系統においては、胸腺でCD4^+CD8^+stageからCD4^+CD8^-stageへの分化が認められ、また末梢で他のペプチドを結合した同じMHCクラス2.分子に対して強い増殖反応を示した。また、これらのCD4^+CD8^nT細胞はVα、Vβの発現に偏りが認められた。しかしながら、発現量の最も高い1系統においては、上記の分化、増殖反応、偏ったVα、Vβの発現は認められず負の選択が正の選択を凌駕していると考えられた。以上より、同じMHCクラス2./ペプチド複合体が、胸腺での発現量に影響されつつ、CD4^+T細胞の正の選択のリガンドにも、負の選択のリガンドにもなり得ることでin vivoで明らかにした。
真核細胞ゲノム上の複製ドメイン・レプリコンの複製機序の解明

(1)ヒトおよびマウスの培養細胞を用いて、細胞周期S期の進行に伴う複製の進行過程を、S期における複製タイミングと複製部位の核内配置、染色体バンド構造、さらに複製フォークの進行速度について解析し、これらが密接に関連することを明らかにした。特に、複製フォークの進行速度がS期の初期から中期にかけて一端減速し、後期に最も速くなることを、独自に開発したDNAファイバー上で複製フォークの進行速度を測定する方法により明らかにした。すなわち、染色体上でS期初期に複製するRバンド領域からS期後期に複製するGバンド領域の境界のR/G遷移領域、およびマウス細胞のセントロメアヘテロクロマチン周辺領域の複製フォークの進行速度か最も遅くなることを見出した。また、マウス・セントロメアヘテロクロマチン周辺領域の複製起点の活性化と複製フォークの進行速度はヒストンのアセチル化により制御されていることを明らかにした。さらに、カンプトテシン(CPT)処理によるDNA損傷時に作動するチェックポイント制御についても検討し、各種特異的阻害剤存在下での複製フォーク速度やDNA合成量を調べる実験から、DNA損傷時に、S期チェックポイント因子PI3KKが複製開始点の抑制と複製フォークの安定性に貢献することを見出した。(2)複製・転写等の核内イベントへの核マトリックスの関与を明らかにするため、転写誘導される熱ショックタンパク質HSP70遺伝子領域の核マトリックスとの結合状態について転写ファクトリーを含めたモデルを提示すると共に、転写されないゲノム領域が、複製前に核マトリックスに結合し、複製後に直ちに離れることを明らかにした。(3)分子コーミング技術を確立し、DNAファイバー上での複製解析へ応用する一方、インプリント遺伝子の複製がアリル間で非同調的なタイミングで複製することを独自の方法で証明した。1.ファイバーFISHによる出芽酵母染色体DNA複製開始・進行過程解析:パルスフィールド電気泳動により各染色体を分離後DNAファイバーを作製する方法の開発、BrdU等の取り込みによって複製をモニターできるチミジンキナーゼ遺伝子導入酵母の作製等を、白髭らと共に開始した。ヒト・マウス細胞ゲノムにおけるレプリコン構成解析系についても着手した。安定したDNAファイバーの作製法を検討している。2.哺乳類ゲノムの複製ドメイン構成の解析:ヒト・マウス細胞についてゲノム・インプリンティングを受けるゲノム領域の複製ドメイン構成を検討し、ヒトPW/AS領域に複製ドメインのスイッチ領域を決定した。マウスIgf2領域の複製ドメインについても解析した。また、この複製ドメインはゲノムの核内伸縮構造を反映していた。分化過程での複製ドメイン構成に関する知見を得るため、ES細胞の系に着手した。3.ヒト人工染色体(HAC)の複製進行過程の解析:舛本との共同により、HACの複製進行過程の解析に着手し、S期におけるHACの複製開始時期を決定した。4.ヘテロクロマチン領域の低アセチル化維持機構の解析:マウス・セントロメアヘテロクロマチン領域のメチル化・アセチル化状態と、これらに関与する因子の核内局在を検討し、この機構の推定に着手した。5.核内複製、転写部位の解析:生細胞での複製サイトの検出、一次転写産物RNA-FISHなど染色体機能装置の核内動態の解析に着手した。効率の良いDNAファイバー標本の作製法が律速となっている。コーティング方法、DNAファイバーの固定方法、変性、検出方法など様々な角度から検討中である。今後、上述の1-5に加えて、複製ドメイン構成とゲノムの核内伸縮構造、DNAファイバーを用いる複製の進行過程の解析について重点的に推進する。特に、出芽酵母の系での解析について、白髭らと協力して推進する。本研究では、ゲノムDNAの複製進行過程・核内配置・クロマチン構造のダイナミクスの視覚化により、核内ゲノムのダイナミクスに関する情報の蓄積を目指す。1.出芽酵母の初期複製開始部位をDNAファイバー上で検出する方法を考案した。ブロモデオキシウリジン(BrdU)を取り込むことができる出芽酵母をalphaファクターでG1期後期に同調し、ヒドロキシウレア(HU)、BrdU存在下でS期にリリースする。HUはヌクレオチドの供給を阻害するので、酵母細胞内のヌクレオチドプールが消費された時点で、S期の進行が停止する。この細胞からDNAファイバーを調製し、取り込まれたBrdUを蛍光抗体で検出するという方法で、検出された初期開始領域は平均6.9kbであった。アルカリショ糖密度勾配遠心で複製鎖を分離した結果、BrdUの取り込みはファイバーで検出されたサイズと同等のサイズの断片にのみ検出され、ファイバーで検出されたものが初期複製開始点を含むことを確認した。FISH法を利用して特定領域の複製開始部位を検討しつつある。BrdU標識されたフラグメントを濃縮し、DNAマイクロアレイに供し、初期複製開始点を網羅的にマップしたい。2.動物細胞ゲノムのレプリコン解析法を開発した。付着系細胞にビオチン、及びジゴキシゲニン標識ヌクレオチドをビーズローディング法で導入した細胞からDNAファイバーを作製し、複製部位を蛍光検出すると、複製フォークの進行と近接する複製開始部位の存在が可視化できた。この方法により、真核細胞ゲノムのレプリコン構成に関するモデルを提示した。また、マウスメジャーサテライトDNA領域内の複製開始部位の検出に成功した。ゲノム上の特定部位の複製開始点をFISH法により解析中である。1.ブロモデオキシウリジン(BrdU)を取り込むことができる出芽酵母を用いて、初期複製開始点のみラベル後、DNAファイバーを調製し、取り込まれたBrdUを蛍光抗体で検出する一方、FISHで特定ゲノム領域を異なる蛍光で同時検出した。

一番染色体について同時検出に成功したが、頻度が極めて低く、パルスフィールド電気泳動して、特定染色体をゲルから切り出し、DNAファイバーを調製してBrdUと"FISH検出を行った。六番染色体の特定ゲノム領域、複製開始点の検出には個々には成功しており、さらに方法の改良を行い、複製開始頻度、変異株での解析を進める。また、白髭らと共同により、BrdU標識初期複製開始点を濃縮し、DNAマイクロアレイに供して、初期複製開始点を網羅的にマップし、これまで報告された複製開始点のうちの初期開始点を明確に示した。2.マウス細胞において細胞周期のS期が進むにつれて複製部位が核の内部から外部へと徐々に移動し、それが分裂期染色体のR/Gバンド構造と密接に関連することを明らかにした。また、DNAファイバー上で複製フォークの進行速度を比較した結果、S期初期に比べて後期の方が速く進行し、RからGバンドに移行する時期に相当するS期中期に最も遅いことがわかった。複製フォークの進行とS期のチェックポイント制御との関連性を検討中である。一方、1コピーしかないロドプシン遺伝子領域でファイバー上で複製開始部位の検出に成功した.また、特定の複製ドメインはどの細胞周期でも安定に活性化される傾向にあるが、複製開始部位はそれほど厳密に決まってないことを明らかにした。さらに、浮遊系細胞への標識ヌクレオチド導入法も開発した。また、インプリント遺伝子の父母間の複製タイミングの制御がES細胞の段階で既に行われていること、核マトリクスへのゲノムの結合が、遺伝子の発現誘導に依存して起こることを示した。(1)DNA非変性条件下で、細胞核、DNAファイバー上でFISHシグナルが検出できることを見出した。核内シグナルの検出頻度と複製タイミングとの関係から、このシグナルは複製依存的に検出されることを示し、さらにこの方法を複製フォーク検出系と組み合わせ、ヒト1q32を含む特定ゲノム領域にいくつか複製開始部位を見出した。また、その領域内で最初にfireされる複製開始点や遅れてfireされる開始点の存在も見出した。(2)独自に開発したDNAファイバー上の複製開始点可視化法の汎用化のため、浮遊系にも適用出来るHypotonic shift法を用いる動物細胞へのヌクレオチドの導入法を確立した。細胞を短時間低張状態におき、その際に標識ヌクレオチドを導入する方法で、浮遊系付着系を問わない方法とすると共に、導入効率の向上、標識の均一化などの利点を示した。(3)複製フォークの進行速度の解析法を確立した。複製フォークの進行は染色体上でRバンドからGバンドへと移り変わるR/G転換期のS期中期に一旦減速し、後期へ向けて再び加速していくことを示した。(4)ヒト人工染色体、21番染色体セントロメアはS期後期に複製するが、13番染色体セントロメアはS期初期から複製を始めることを明らかにした。
数学的認識における一般化の認知論的分析

本年度は、下記の2つに関する研究を行った。1.オーストリアの数学教育研究者Dorflerが提唱する一般化モデルの精緻化を行った。具体的には、Dorflerモデルには、次の3つの検討点があることを指摘した上で、その理論的改善を図った。検討点の1つめは、「記号の対象化」の前に置かれている「外延的一般化」の適否である。これについては、それを「参照領域の拡張」と改善すべきであることを指摘した。2つめとして、「記号の対象化」の後にある「内包的一般化」の適否である。これについて、「記号の対象化」以降の一般化の過程には、「内包的一般化」と「外延的一般化」の双方の側面があることを理論的に指摘した。3つめは、「記号の対象化」が連続的に生起することがないのか、ということである。これについては、「記号の対象化」が数学的概念の発展にとって不可欠であることを論じながら、そうした過程をモデルに盛り込む必要があることを指摘した。これら3つの考察をふまえて、「Dorflerに基づく分岐モデル」をあらたに提案した。2.「Dorflerに基づく分岐モデル」の適用例として、「少数でわるわり算」と「分数でわるわり算」の一般化の構造的な違いを明らかにした。その結果、前者の本質が、「記号の対象化」から「内包的一般化」へ至るルートとして説明されるのに対し、後者のそれは、「記号の対象化」から「外延的一般化」へ至るルートとして説明されることを指摘した。こうした比較を通じて、「少数でわるわり算」と「分数でわるわり算」の意味理解の相違を生み出す要因を明確にすることができたと考えている。本年度は、当初の研究計画に基づいて,下記の3つに関する研究を行った。1.オーストリアの数学教育研究者Dorflerが提唱する一般化モデル(以下,Dorflerモデル)の特徴と課題を検討した。Dorflerモデルは,一般化の過程を形成するキーステージを明確にしている点ではきわめて示唆的であるが,一般化を推進する認知過程を明らかにしているわけではない。そこで,数学教育における従来のメタ認知概念を拡張しながら,「拡張されたメタ認知」を新たに提起し,Dorflerモデルの補完を行った。なお,「拡張されたメタ認知」に関する研究成果は、「メタ認知は教授-学習の成因か成果かー数学教育におけるメタ認知概念の拡張に関する考察-」と題する論文として報告している。3.「小数でわるわり算」と「分数でわるわり算」(以下,「÷分数」)の立式に関する達成度の相違に着目しながら,その要因をDorflerモデルによって解明した。また,「÷分数」の指導方法の改善案を提起し,その授業実践を分析した。なお,この研究成果は,日本数学教育学会・第31回数学教育論文発表会において,「Dorflerの一般化に基づく「÷分数」の設計と評価」と題する論文として報告している。
ナノ・バイオ物質における形状と機能の量子デザイン

新機能を有するナノ構造・バイオ物質の設計には量子論に基づくシミュレーション技法の確立とその実証計算が欠かせない。現実の大規模系を量子論で扱うための高速シミュレーション手法を開発し、世界最大規模の計算により、Siナノドットの電荷注入エネルギーを初めて計算した。また、金属Ge、炭素ナノチューブ磁石、半導体強磁性、ナノチューブ中の新物質相などの予測を行った。生体内ダイナミクスを量子論的に扱う手法を開発し、ATP-ADP変換反応、蛋白質内プロトン移動反応などを原子スケールで解明した。ナノ・バイオ物質におけるナノ形状と電子状態さらにはその機能との相関を調べるための、量子論に立脚した計算物理的手法による研究が進められた。計算手法の開発の側面での実績としては、以下の2点があげられる。1.実空間密度汎関数法による計算コードが開発された。系(物質)の局所性を最大限に活用し、また実空間の各部分を計算機上の各CPUに割り当て、通信負荷を最小に抑えることに成功した。従来型の平面波基底展開法に比べ、格段の高速化が達成された。2.分子動力学計算における位相空間サンプリング高速化の手法としての、メタ・ダイナミクス法がCar-Parrinello分子動力学法計算コードに組み込まれ、その応用計算が進展した。これらの手法の活用による物質科学における成果としては、以下のx点があげられる。1.実空間密度汎関数法による1000原子を越える密度汎関数法計算により、従来論争となっていた,シリコン中の複原子空孔周囲の原子緩和を決定した。2.炭素ナノチューブと金属界面での原子構造と電子状態を明らかにした。金属元素種の違いにより,界面での原子構造が異なり,それにより,ナノチューブの電子状態が改変されることがわかった。また半導体表面ステップ端へのナノチューブの吸着は十分な吸着エネルギーを有することが明らかになり,これにより微傾斜面のステップをテンプレートとする,ナノチューブ配列の可能性がでてきた。呼吸作用の最終段階を司るシトクローム酸化酵素でのプロトン移動の機構をCar-Parrinello法による量子論的ダイナミカル計算で明らかにした。ペプチド鎖を横断する,ケト・エノール転移型のプロトン移動が見出された。ナノ・バイオ物質における原子構造・ナノ形状・電子物性・機能発現の4者の相関を解明すべく、量子論に立脚した計算科学的手法による研究が進められた。手法開発の側面では、密度汎関数理論に基づいた実際の物質に対する全エネルギー・電子構造計算を、実空間格子上で実行する新しい計算コードが開発された。これは、格子間隔を狭めることによって系統的に精度を向上させることができることに加えて、実空間を部分分割し、それぞれの空間部分を各CPUに割り当てるという、自然な並列アルゴリズムを採用することができる利点があり、次世代計算機に適した手法を考えられる。またナノ秒を超える時間スケールでの、イオンと電子のダイナミクスを調べる、メタ・ダイナミクス手法をCar-Parrinello分子動力学計算コードにインプリメントした。そうした計算手法の開発に加速され、以下のようなナノサイエンス、バイオサイエンスにおける研究成果が得られた。1.益々微細化の進むシリコンテクノジーにおける最重要課題である最適絶縁膜の選択において、HfO_2における欠陥の挙動を明らかにし、最適電極材料の候補を予測した。2.圧縮されたGe薄膜中の原子空孔はバルク中とは全く異なる構造を示し、通常出現する深い電子準位が現れないことを示した。3.炭素ナノチューブでの原子空孔の構造と電子状態を明らかにした。4.炭素ナノチューブ内では、今まで自然界に存在しなかった新しい氷の構造が可能であることを見出した。5.二重炭素ナノチューブでのキャパシタンスを計算し、顕著な量子効果を見出した。手法開発の側面では、密度汎関数理論に基づいた全エネルギー・電子構造計算を、実空間格子上で実行する計算コード(RSDFT)が開発され、並列計算機上でのチューニングが行われた。またナノ秒を超える時間スケールでの、イオンと電子のダイナミクスを調べる、メタ・ダイナミクス手法をCar-Parrinello分子動力学計算コードにインプリメントし(CPMD-MeD)、各種の生体分子の反応に適用された。そうした計算手法め開発に加速され、以下のようなナノサイエンス、バイオサイエンスにおける研究成果が得られた。1. RSDFTにより1000原子系の安定構造探索が可能になり、シリコン中の原子空孔周囲の緩和構造が高精度で決定された。2. RSDFTにより、10,000原子系の電子状態計算が可能となり、シリコンクラスターの励起エネルギーが計算された。3. CPMD-MeDにより、シトクローム酸化酵素中でのプロトン輸送機構の原子スケールの機構が解明された。4.歪半導体薄膜での有効質量の膜圧、歪依存性が明らかになり、歪テクノロジーへの基礎が作られた。

量子力学の第一原理に立脚した計算科学的手法により、ナノスケールでの現象に内在するミクロな機構を解明し、それに基づいたナノ構造作成の指針、新物性・新機能を提示するのが、本研究課題の目的である。平成20年度には、主に、以下の4点についての進捗があった。〔1〕実空間密度汎関数法の開発と応用:前年度までに実空間密度汎関数法コードを並列アーキテクチャ上でチューニングした。これにより、直径7.6nmのSi量子ドットの電子状態計算が今年度実行された。ドットには、10, 701Si原子と端を覆う1, 996水素原子が含まれており、これは世界最大規模のDFT電子状態計算である。これにより、イオン化エネルギーと電子親和力から導かれる物質の第一励起エネルギーを計算した。シリコン結晶を例にとり、実験値、一電子エネルギー差から求められる値との差異を明らかにした。〔2〕窒化物半導体の原子空孔が引き起こす強磁性の予測: GaN、InN、AINなどの窒化物半導体は、光デバイスの基幹材料であるが、近年スピントロニクス材料としても有望視されている。今回、電子相関の効果を積極的に取り入れたDFT+Uの手法によりGdドープGaNの電子状態を計算し,カチオン空孔自身がスピン偏極し(空孔あたり3ボア磁子)それがGd原子と強磁性的に結合し、全体で13ボア磁子のスピンが偏極することが見出された。さらにカチオン空孔の数を増やしていくと、エネルギー的に最も安定な状態は、すべてのスピンが強磁性的に結合した状態であることが判明した。〔3〕Si薄膜における電子有効質量異常:歪半導体ナノ構造における歪起因のバンド構造変化におよぼす影響についてDFT計算を行った。これにより、最低エネルギー準位のバンドに関して、閉じ込め厚さの関数として谷の移動量、曲率の変化等が、半定量的に予測できることを示した。〔4〕炭素ナノ系でのDFT計算:ナノ構造で重要になるキャパシターについて、炭素ナノチューブを例にとり、電子密度の漏れによるキャパシタンス増強効果、状態密度の特異性によるバイアス電圧依存性をDFT計算で明らかにした。
ナグビブリオの産生する多種病原因子の複合作用の解析

vibrio cholerae non-01(ナグビブリオ)は1968年にスーダンで600人の患者と100人以上の死者を出して注目を浴びて以来、本菌による食中毒事例、散発事例が引き続き報告されていたが、1992年10月以降、インド、バングラデシュを中心に0139と命名されたナグビブリオ感染が大流行し、死者が続出し、新たな驚異を呼び起こした。今回の大流行はベンガルコレラと呼ばれ、vibrio cholerae 01によるコレラと区別し難い激しい水様性下痢がその大きな特徴であった。一方、従来報告されているナグビブリオ腸管感染の症状の多くはコレラとは異なり、粘血便、吐き気、嘔吐、腹痛、発熱などであり、本菌感染の臨床症状は極めて多様であることがうかがわれる。このような複雑な病体は本菌の産生する多種類の病原因子に因るのであろうという推測のもとにわれわれの研究を遂行した。当該年度に、緊急課題である0139の病原因子の解析およびわれわれの本来の目的である多種病原因子の複合作用の解析をおこなった。(1)0139コレラ遺伝子の解析をおこなった結果,ctx geneのsequenceにはV.cholerae 01との間に違いは見られなかったがchromosomal geneの中でのctxの位置に多様性がみられ0139におけるctx geneの不安定性を明らかにした。(2)0139」の産生するプロテアーゼについて調べた結果、既に報告されいてるV.cholerare 01およびV.cholerare NON-01の産生するプロテアーゼとまったく区別のつかない性状を示すことを明らかにした。(3)ナグビブリオの産生するヘモリシン(El tor hemolydin like hemolysin)は、V.cholerae 01およびV.csolerae non-01の産生するプロテアーゼによるプロセッシングを受けて活性化することを既に報告しているが、ウサギのileal loopテストでナグビブリオの生菌チャレンジの前に腸管をプロテアーゼ処理しておくと液体貯留活性が増大することを示し、ナグビブリオの産生するヘモリシンとプロテアーゼがin vivpで相互作用して病原性を強めている可能性を明らかにした。(4)乳のみマウスで腸管液体貯留実験でナグビブリオの産生するコレラ毒素様毒素(CT like enterotoxin)、毒素原性大腸菌st様毒素(NAG-ST),El torヘモリシン様ヘモリシン(NAG-hemolysin)の相乗効果について検討した結果、ct like enterotoxenとNAG-STの組み合わせ、およびNAG-STとNAG-hemolysinの組み合わせで著しい増強効果がみられ,(3)の結果とも合わせて、ナグビブリオが生体内で実際に病原性を発揮するためには多種類の病原因子が相互に作用している可能性を強く示唆する結果を示すことができた。

(4)乳のみマウスで腸管液体貯留実験でナグビブリオの産生するコレラ毒素様毒素(CT like enterotoxin)、毒素原性大腸菌st様毒素(NAG-ST),El torヘモリシン様ヘモリシン(NAG-hemolysin)の相乗効果について検討した結果、ct like enterotoxenとNAG-STの組み合わせ、およびNAG-STとNAG-hemolysinの組み合わせで著しい増強効果がみられ,(3)の結果とも合わせて、ナグビブリオが生体内で実際に病原性を発揮するためには多種類の病原因子が相互に作用している可能性を強く示唆する結果を示すことができた。Vibrio cholerae non-01(ナグビブリオ)は1968年にスーダンで600人の患者と100人以上の死者を出して注目を浴びて以来、本菌による食中毒事例、散発事例が引き続き報告されていたが、1992年10月以降、インド、バングラデシュを中心に大流行(non-01のうち0 139による)が起こり、死者が続出し、新たな脅威を呼び起こした。本菌による腸管感染の症状を見てみると、今回の大流行で見られるようなコレラと区別し難い激しい水様性下痢が見られる一方、コレラとは異なり粘血便、吐き気、嘔吐、腹痛、発熱を伴う例も多く、その臨床症状は極めて多様である。このような多様な病態を反映するかのように、ナグビブリオは多様な病原因子を産生することが知られ、現在までに明らかになっているものだけでも、コレラ毒素様毒素、エルトールコレラ溶血毒類似毒素、ETECの産生するST類似毒素(NAG-ST)、陽炎ビブリオ耐熱性溶血毒類似毒素(NAG-rTDH)、コレラ菌の産生するHemaggulutinin/プロテアーゼ類似プロテアーゼ(NAG-HA/P)などがある。ナグビブリオ感染症におけるこれら多種の病原因子の病態への関与の解明は長年の課題であるが未だ十分解明されていない。われわれはこれまで行われてきた多くの研究が、単一の病原因子で病態を説明しようとする観点からのものである点を反省し、複数の病原因子の相互作用の可能性を考えることによって、病態解明の糸口がつかめるのではないかと考えて、本研究を遂行している。本年度は、CT様毒素、エルトール型溶血毒、NAG-rTDH、NAG-HA/Pの精製を既に終了した。各病原因子の遺伝子を検出するための手段として、Enzyme-labeled oligonucleotide probeを作成した。これらのうち、CT様毒素、NAG-ST,エルトール型溶血毒、NAG-rTDHに対して作成したものについては、感度と特異性について検討済みである。このように、多種病原因子の複合作用を解析するための必要な材料をそろえる事ができた。これらを用いて動物、細胞、細胞膜成分などでの多種病原因子の複合作用を解析する事が次年度の目標である。vibrio cholerae non-01(ナグビブリオ)1968年にスーダンで600人の患者と100人以上の死者を出して注目を浴びて以来、本菌による食中毒事例、散発事件が引き続き報告されていたが、1992年10月以降、インド、バングラデシュを中心に0139と命名されたナグビブリオ感染が大流行し、死者が続出し、新たな驚異を呼び起こした。今回の大流行はベンガルコレラと呼ばれ、vibrio cholerae 01によるコレラと区別し難い激しい水溶性下痢がその大きな特徴であった。一方、従来報告されているナグビブリオ腸管感染の症状の多くはコレラとは異なり、粘血便、吐き気、嘔吐、腹痛、発熱などであり、本菌感染の臨床症状は極めて多様であることがうかがわれる。このような複雑な病体は本菌の産生する多種類の病原因子の因るのであろうという推測のもとにわれわれの研究を遂行した。
銅イオン交換ゼオライトによる室温での水素吸着・活性化現象

銅イオン交換ゼオライト,特にMFI型(CuMFIと略記),はNOxの分解活性が極めて高いことから触媒として注目される極めて興味深い物質である.我々はCuMFI中の銅イオンの状態解析の過程で,偶然,窒素がこの物質に室温で吸着される現象を世界で初めて見いだした.通常,窒素は不活性な気体であるが,我々が見いだしたこの現象を応用すれば室温での新規な窒素吸着剤の開発も夢ではない.しかし,この吸着サイトの状態についてはほとんど明らかになっていない.そこで,この銅イオンの状態解析のために,水素吸着を通した研究を計画した.その研究過程で,再び,室温での水素の特異吸着現象およびH-D交換反応を見出した.本研究ではこの室温での水素吸着現象の吸着活性サイトの解析およびH-D交換反応の解析,加えて低温(77K付近)から室温の領域で吸着されている水素の状態解析を行うことを目的とする.これらの異なる方法で調製したCuMFI試料の窒素吸着特性を基に,ゼオライト中の水素吸着高活性な銅イオンの状態の解明を行い,より高活性な吸着能を有する試料の調製とデザインを行う.臨界温度が33.2Kの水素が室温で,しかも1Torr程度の圧力で,吸着される現象をだれが予想できたであろうか!我々はこんな不思議な現象を見出したのです.この水素吸着活性サイトを明らかにすることは水素固定・活性化および貯蔵材料をデザインする上で極めて重要である.科学的にはいったいどのような特異なCu+が水素に対して活性なサイトとして働いているのか,その電子状態の解析には大変興味がもたれる.これらのデータを基に,水素吸着活性サイトを明らかにし,より高機能な水素吸着剤の開発をめざす.ゼオライト中の銅イオンの状態は通常では考えられないほど特徴的である.表面で起こる現象は表面を特異反応場として利用したナノサイエンスに関連しており,本研究を,表面を新物質として利用した新しい無機化学の反応・物性に関連した領域へと展開させていきたい.このように,学術的にも極めて意義深い,独創的な研究となる.また,この試料はN_2吸着活性やNO分解活性も示すことから,銅イオンのサイト解析は環境化学的観点からも極めて重要で意義深いテーマであると考える.このCuMFI試料中の1価の銅イオンは水素と室温でさえ相互作用するという特性を有する.XAFS,ESR,IR,PE,吸着熱測定などを行なうことによって,この水素吸着サイトの状態を解明した.二配位,三配位構造を有する1価銅イオンが吸着サイトとして機能することがわかった.高い水素の吸着能を有する試料の調製にも成功した.CuMFIを用いたH-D交換反応,水素添加反応などに関しての触媒作用も検討した.CuMFI試料は室温で水素分子を活性化し,B酸点として働く水素と,室温でさえ,H-D交換反応を引き起こすことを明らかにした.この事実は,白金に代わる水素添加触媒開発という観点からもきわめて興味深い.我々は銅イオン交換MFI型ゼオライト[CuMFI]中の銅イオンの状態解析の過程で,偶然,窒素がこの物質に室温で吸着される現象を世界で初めて見いだした.この銅イオンの状態解析のために,水素吸着を通した研究を計画した.その研究過程で,再び,室温での水素の特異吸着現象およびH-D交換反応を見出した.本研究では銅イオン交換ゼオライトについて水素の吸着サイトの解析を行い,水素に対して吸着サイトとして働くゼオライト中での銅イオンの構造および電子状態の特徴の解析を行うことを目的とした.CuMFI試料中には,少なくとも二種類のイオン交換サイトが存在することがわかった.今回,一方のサイトに選択的に銅イオンでイオン交換する方法を開発した.この試料は,極めて高い水素吸着特性を有することがわかった.この方法で調製された試料は室温で7cm^3/gの単分子層吸着容量を示した.また,吸着エネルギーは80-40kJ/molと求まった.それらの内で極めて強い吸着サイトが室温でさえ化学吸着サイトとして働き,その水素吸着量2.3cm^3/gの値を与えることもわかった.後者のサイトへ吸着された水素は室温でのH-D交換反応において触媒として作用することも明らかになった.発光スペクトル測定により,一価の銅イオンが水素の吸着サイトであることがわかった.X線吸収スペクトル測定および赤外線吸収スペクトル測定により,これらの吸着サイトはMFI中に形成された一価の銅イオンが二配位および三配位構造を有することを明らかにした.これらの結果は国際会議や国内の触媒討論会で報告した(後者は第96回触媒討論会の注目発表{http://www.shokubai.org/}として採択された).電子状態についても計算法により検討を行っている.現在,さらに,もう一つのイオン交換サイトに選択的に銅イオンをイオン交換する方法も検討中である.銅イオン交換ゼオライト,特にMFI型(CuMFIと略記),はNOxの分解活性が極めて高いことから触媒として注目される極めて興味深い物質である.我々はCuMFI中の銅イオンの状態解析の過程で,偶然,窒素がこの物質に室温で吸着される現象を世界で初めて見いだした.通常,窒素は不活性な気体であるが,我々が見いだしたこの現象を応用すれば室温での新規な窒素吸着剤の開発も夢ではない.しかし,この吸着サイトの状態についてはほとんど明らかになっていない.

そこで,この銅イオンの状態解析のために,水素吸着を通した研究を計画した.その研究過程で,再び,室温での水素の特異吸着現象およびH-D交換反応を見出した.本研究ではこの室温での水素吸着現象の吸着活性サイトの解析およびH-D交換反応の解析,加えて低温(77K付近)から室温の領域で吸着されている水素の状態解析を行うことを目的とする.これらの異なる方法で調製したCuMFI試料の窒素吸着特性を基に,ゼオライト中の水素吸着高活性な銅イオンの状態の解明を行い,より高活性な吸着能を有する試料の調製とデザインを行う.臨界温度が33.2Kの水素が室温で,しかも1Torr程度の圧力で,吸着される現象をだれが予想できたであろうか!我々はこんな不思議な現象を見出したのです.この水素吸着活性サイトを明らかにすることは水素固定・活性化および貯蔵材料をデザインする上で極めて重要である.科学的にはいったいどのような特異なCu+が水素に対して活性なサイトとして働いているのか,その電子状態の解析には大変興味がもたれる.これらのデータを基に,水素吸着活性サイトを明らかにし,より高機能な水素吸着剤の開発をめざす.ゼオライト中の銅イオンの状態は通常では考えられないほど特徴的である.表面で起こる現象は表面を特異反応場として利用したナノサイエンスに関連しており,本研究を,表面を新物質として利用した新しい無機化学の反応・物性に関連した領域へと展開させていきたい.このように,学術的にも極めて意義深い,独創的な研究となる.また,この試料はN_2吸着活性やNO分解活性も示すことから,銅イオンのサイト解析は環境化学的観点からも極めて重要で意義深いテーマであると考える.このCuMFI試料中の1価の銅イオンは水素と室温でさえ相互作用するという特性を有する.XAFS,ESR,IR,PE,吸着熱測定などを行なうことによって,この水素吸着サイトの状態を解明した.二配位,三配位構造を有する1価銅イオンが吸着サイトとして機能することがわかった.高い水素の吸着能を有する試料の調製にも成功した.CuMFIを用いたH-D交換反応,水素添加反応などに関しての触媒作用も検討した.CuMFI試料は室温で水素分子を活性化し,B酸点として働く水素と,室温でさえ,H-D交換反応を引き起こすことを明らかにした.この事実は,白金に代わる水素添加触媒開発という観点からもきわめて興味深い.
ＤＣＴ領域における超解像度処理に関する研究

超解像度処理の結果の良好さは,画像位置合わせの精度に大きく依存するため,離散コサイン変換(DCT)係数の正負符号(+1,ー1)と信号の位相の関係を解析的に導出したDCT符号位相相関による画像間の位置ずれ量推定について,実画像の推定精度を明らかにし,基礎的な研究を完成させた.民生用カメラ,および産業用カメラで測定することにより,その用途に応じた選択を可能とした.また,従来のシミュレーションによるサブピクセル移動量と実画像との差異を明らかにした.DCT領域におけるノイズ・ボケ修正についての解析の結果,信号およびその反転信号を同時にマッチング可能な,二重相関法という,新たな相関法を発見した.離散コサイン変換(DCT)符号相関について,実画像での推定精度,圧縮画像との親和性,及び実システムでの可用性を示し,その応用展開に向けての基盤を確立することを目的とする本研究の遂行にあたり,国内外の主要会議(IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 2013),信号処理シンポジウム)に出席し,国内外の研究者と意見交換を行い,超解像画像処理に関する最新動向を調査した.商用カメラで撮影した実画像を用いて移動量推定実験をおこなった,離散コサイン変換(DCT)符号相関について実画像での推定精度、圧縮画像との親和性、および実システムでの可用性を示し、その応用展開に向けての基盤を確立することを目的とする本研究の遂行にあたり、国内外の主要会議(EURASIP2012、信号処理シンポジウム、APSIPA2012、IWAIT2013)に出席、またコーネル大学およびコロンビア大学の画像に関する先駆的研究を行っている研究室を訪問し、国内外の研究者との意見交換および、超画像処理の最新動向の調査を行った。その結果、当初予定の撮影実験装置の産業用CCDカメラでは、解像度が不十分であり、今後の応用に対応できないと判断した。また、当初は産業用のみを視野に入れていたが、昨今の高解像度ディジタルカメラの普及を鑑み、再度実験器具の選定を行い、ディジタル一眼レフカメラを用いた撮像に変更した。現在、購入途中である。一方、理論面において、離散コサイン変換(DCT)符号相関に関連して、信号の位置ずれを推定することができる、DCTを用いた線形相関計算法を考案した。これは、入力信号にゼロ値を挿入することで、DCTの対称性から生じる不要な信号を回避することができるものである。さらに、離散フーリエ変換を用いた線形相関計算が複素数演算を要求するのに対して、この計算法は実数演算で行うことが可能である。また、DCT符号相関の信号の循環性の影響に対する考察、および位置ずれ方向の判定に有効であると考えられる。電子情報通信学会に、このDCTを用いた線形相関計算法の論文を提出し、採択された(発行詳細未定)。また,JPEGおよびMPEGで使用される8×8の小さなブロックから,大きなブロック,スーパーブロックを作成することについての検討を行った.その結果,スーパーブロックから小型のブロックに分割することは可能であるが,小型のブロックからスーパーブロックを生成することは,困難であることが判明した.この結果から,新たに大型サイズのDCT係数の近似値を高速に生成する方法を考案し,さらに,その近似値を用いて,位置ずれ量を推定するDCT符号相関法の推定精度を国際会議,Asia-Pacific Signal and Information Processing Association AnnualSummitand Conferenceに於いて発表した.実システムにおける離散コサイン変換(DCT)符号位相相関による超解像度処理の可用性を示すため,民生用カメラおよび産業用カメラによるのサブピクセル推定精度を明らかにした.民生用カメラによる推定精度および,これまで多くの論文では実際の実験を行わずに,その代替としておこなわれてきたシミュレーション精度との比較を,International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis 2015に於いて発表した.産業用カメラによる推定精度および,これまでのシミュレーション精度との比較を,電子情報通信学会研究会において発表した.現在,高精度の推定で知られている複素数を用いておこなう位相相関とほぼ同程度の精度を示すことができ.位相相関が画像のピクセル数の複素数を演算に使用するのに対してDCT符号位相相関は画像のピクセル数の正負符号(+1, -1)を使用するため,大幅な速度改善が可能となることを実証した.また,他の超解像度処理の調査およびこれからの応用展開のため,5th international conference on Image ProcessingTheory, Tools and Applicationに出席し,国外の研究者と議論した.超解像度処理の結果の良好さは,画像位置合わせの精度に大きく依存するため,離散コサイン変換(DCT)係数の正負符号(+1,ー1)と信号の位相の関係を解析的に導出したDCT符号位相相関による画像間の位置ずれ量推定について,実画像の推定精度を明らかにし,基礎的な研究を完成させた.民生用カメラ,および産業用カメラで測定することにより,その用途に応じた選択を可能とした.また,従来のシミュレーションによるサブピクセル移動量と実画像との差異を明らかにした.DCT領域におけるノイズ・ボケ修正についての解析の結果,信号およびその反転信号を同時にマッチング可能な,二重相関法という,新たな相関法を発見した.新たに発見した理論についての検討,実験および国際会議での発表を行ったために,やや遅れが生じている.信号処理本年度は,総括として,ディジタル一眼レフで撮影した画像および産業用カメラで撮影した画像を用いて行う,離散コサイン変換(DCT)

符号相関の移動量推定精度を,バイオメトリックスやパターン認識において実用化されている位相相関を用いた推定精度との比較,および,DCT符号相関を用いた超解像度処理の論文発表を予定している.新しい理論の展開により,その発表およびそれに伴う作業が発生した.また,ディジタル一眼レフを使用し,木片(パターン)を撮影した画像は,マイクロステージを使用して0.05マイクロメートルの精度で移動させたものの,RAW画像の解像度が大きすぎて,サブピクセル移動量の真値の算出に困難が生じている.現在,この解決策を思案中である.当初の予定の実験装置では、今後の応用展開に十分対応できないことがわかり、実験器具の再選定を行ったため。また、新たな位置ずれ推定法の考案とその論文作成を行ったため。本年度は,位置ずれ推定実験をまとめ,この結果を基に,ノイズ除去とボケ修正を離散コサイン領域で行う超解像度処理を確立して,国際会議発表や論文発表を行う予定であったが,ディジタル一眼レフでの測定誤差の影響から,良い結果を出せず,計画を変更し理論構築を先に行ったため,未使用額が生じた.DCT符号相関による位置ずれ量推定実験の結果をまとめ,これを発表し,さらに,ノイズ除去とボケ修正をDCT領域で行う超解像度処理を確立する.DCT符号相関、および新たに考案したDCTを用いた線形相関法を用いて、画像の位置ずれ量推定精度の実験を行い、画像の位置合わせ、ノイズ除去とボケ修正を全てDCT領域でおこなう超解像度処理を確立する。産業用カメラを購入して,位置ずれ推定のための画像を再度撮影し,その結果をまとめて,国内外の会議および論文発表にその経費を充てることにしたい.研究に遅延が生じているため新たな実画像測定のカメラの購入および,国内外の主要会議に出席し,討議および発表をおこなう.撮影実験装置であるマイクロステージの購入、最新動向調査および発表のための旅費を予定している。
複合材の破壊じん性に及ぼすき裂伝播経路の影響

複合材料の強度を支配する界面のじん性に関係して以下の2項目の研究を行った。1.2相材界面におけるき裂先端の応力の特異性に関する研究き裂先端が2相材界面に位置する場合の応力の特異性についてはTheocarisらによる複素ポテンシャルを用いた一般表現があるが、必ずしも適当な形に整理されていないことが石川らにより指摘されている。本研究では、複素ポテンシャルの一般表現から出発し、固有値解析を行い応力の特異解を含む固有値および対応する固有応力分布を定めた。この結果によると、2相材の弾性定数の組み合せによって特異解の性質がごく自然にいくつかのタイプに分類整理できることがわかった。本複素ポテンシャルを用いれば、き裂が2相材界面に交差する一般の場合の応力の特異性をごく自然に解析に取り入れることが可能になる。2.2相材中のき裂伝播形態に関する実験的研究アクリル樹脂とアルミニウム合金を接合した2相材の試験片を作成し、2相材表面の人工切欠きから発生したき裂が界面へ伝播する際のき裂伝播挙動を調べた。初期き裂は脆性的挙動を示すアクリル材に設け、偏心4点曲げ負荷によって初期き裂先端の混合モード比を各種変化させ破壊試験を行った。実験結果によると、アクリル伝播中のき裂の伝播経路はせん断型応力拡大係数が大きいほど初期き裂からの折れ曲がり角が大きくなるが、必ずしも局所対称性規準を厳密に満足するわけではないことが確認された。また、試験片間の破壊靭性値のばらつきも大きいと推測された。破壊の様式には(1)き裂が伝播を開始するまではほぼ弾性的挙動をし、き裂が界面に交差すると界面に剥離が発生し相間破壊が生ずる場合、(2)き裂伝播開始以前から徐々に相間剥離が起こる場合等負荷条件との関係でいくつかに分類できることが解った。複合材のバルクとしての破壊じん性は,マトリックスと補強繊維それぞれの弾性定数,破壊じん性だけでなくそれらの界面の破壊じん性や成形時に発生する残留応力に存在することが知られている。このような材質の不均質性と複雑な内部応力によって複合材内部に発生したき裂は直進せず複雑に屈折・わん曲した経路をとる。当然伝播経路上の破壊じん性は場所の関数として変化しており,これらの全体的平均としてバルクの破壊じん性が定義される。本研究では,非直線状き裂の第二摂動法による定式化を行い,き裂先端の応力拡大係数の近似表現を求めた。さらに,本手法を折れ曲がりき裂を有する任意形状の有限物体に適用するために,き裂先端近傍の応力場の漸近解とき裂先端から十分離れた遠方応力場の漸近解の性質を用いき裂先端部近傍および遠方の境界条件を満足させる一種の斉合漸近展開の手法を考案した。この手法により応力拡大係数に及ぼす外部境界の影響が明確となった。摂動計算は一般に顕雑であるが,本研究では新たに導入したパソコンの数式処理機能によってこの種の計算を迅速かつ正確に行えるようにした。本解析にもとづき折れ曲がりき裂先端の応力拡大係数を定めるとIrwinの公式にしたがってき裂進展によるエネルギ解放率を計歩できる。ポテンシァル・エネルギ-の最小化をき裂進展方向の判定条件とした場合,じん性が均質な材料ではエネルギ-規準と局所対称性規率が同一のき裂進展方向を与えるのに対し,じん性に不均質性のある場合には系全体の弾性エネルギ-を低下させるべくき裂は低じん性域を伝播する場合もあることが明らかとなった。複合材の破壊じん性に関係すると考えられるパラメータは、マトリックスと繊維それぞれの破壊じん性、弾性定数だけでなく、それらの界面の破壊じん性や成形時に発生する残留応力などであることが知られている。このような材質の不均質性と複雑な内部応力によって複合材内部に発生したき裂のその後の伝播挙動を考える場合、単純にき裂が直進するとは仮定出来ず、き裂伝播経路の屈折・わん曲を考慮しなければならない。なぜなら、伝播経路上の破壊じん性は場所の関数として変化するものとして定義されており、複合材のき裂伝播に対する抵抗力はこの値を直接反映するものとなっているからである。昨年度の研究では、折れ曲がり進展するき裂に関する第二摂動解を誘導し、き裂先端の応力拡大係数およびエネルギ解放率の計等を行い、ポテンシャル・エネルギの最小化をき裂進展の判定条件とした場合のき裂伝播方向の検討を行った。本年度は、き裂先端が破壊じん性の不均質線(界面)に交又する場合について、き裂が界面に沿って折れ曲がり進展をする限界条件を求めた。この条件は、き裂と界面の交又角、母材と界面のそれぞれのじん性の比をパラメータとして表現でき、特に交又角の小さい場合には簡単な不等式で表せることを導びいた。さらに、き裂と平行な方向に残留応力が作用する場合について、き裂と界面特性さらに残留応力を考慮した定式化を行い、残留応力のき裂伝播経路に対する影響を考察できるようにした。

この結果によると、2相材の弾性定数の組み合せによって特異解の性質がごく自然にいくつかのタイプに分類整理できることがわかった。本複素ポテンシャルを用いれば、き裂が2相材界面に交差する一般の場合の応力の特異性をごく自然に解析に取り入れることが可能になる。2.2相材中のき裂伝播形態に関する実験的研究アクリル樹脂とアルミニウム合金を接合した2相材の試験片を作成し、2相材表面の人工切欠きから発生したき裂が界面へ伝播する際のき裂伝播挙動を調べた。初期き裂は脆性的挙動を示すアクリル材に設け、偏心4点曲げ負荷によって初期き裂先端の混合モード比を各種変化させ破壊試験を行った。実験結果によると、アクリル伝播中のき裂の伝播経路はせん断型応力拡大係数が大きいほど初期き裂からの折れ曲がり角が大きくなるが、必ずしも局所対称性規準を厳密に満足するわけではないことが確認された。また、試験片間の破壊靭性値のばらつきも大きいと推測された。破壊の様式には(1)き裂が伝播を開始するまではほぼ弾性的挙動をし、き裂が界面に交差すると界面に剥離が発生し相間破壊が生ずる場合、(2)き裂伝播開始以前から徐々に相間剥離が起こる場合等負荷条件との関係でいくつかに分類できることが解った。