hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多様な形式データからの特徴抽出に基づく一元的検索手法の開発

本年度の研究実績は以下の通りである。1.データ形式を超えた検索手法の開発前年度までに,画像情報など二次元配列データに関して,二次元のビット配列形式を解いて単なるビット配列に変換し,共通のデータフォーマットを有する特徴量に変換する手法を開発したが,最終年度は画像に限らず,テキスト文書を含む一般の非暗号化バイナリーデータに関して,データから形式依存のビット配列情報を捨象し,残された情報を数学的な不変量に縮約して特徴量に変換する手法を確立した。ビット配列情報から規則順序形式を捨象し一般的なビット配列に変換した.更に数学的不変量を抽出し,検索の手がかりとなる特徴ベクトルを構成した.また,最終年度はデータ形式を超えた高速検索を可能にするべく,被検索データのデータ構造と検索アルゴリズムの開発を行った.特徴ベクトルから高速に情報検索することができるように,いずれの特徴ベクトルがいずれのデータから得られたものであるかを紐付けする逆引きファイルを構成した.そして,検索時には実データを見ることなく逆引きファイル情報を参照することで,高速な検索を可能とした。これにより,種々の構造を有するデータ形式に適用可能な高速検索手法を得た.2.検索システムのプロトタイプ作成による性能評価と手法修正上記で新たに開発した手法やアルゴリズムをデータサーバ計算機にプログラムとして実装した.性能評価として検索精度及び速度を評価した.その結果,前年度には二次元配列データなどの構造データに関しては数分単位の検索時間が必要とされるたが,最終年度は上記の手法開発により大幅な高速化が図られ,数秒で構造データの検索が可能になった.更に二次元配列構造に限らず,テキストや系列構造,木構造,グラフ構造など,多様な構造データに関して検索性能を検証し,いずれに関しても所与の性質,類似性を持った構造データを高速に検索できることを確認した.以上により,本研究の当初の目的である既存のデータ形式に留まらず将来新たに生み出されるであろうデータ形式にも対応しうる,データ内容に共通した不変な数学的特徴を抽出する原理,それによって類似性を判定する原理,及びそれらに基づく検索手法が得られた.本年度の研究実績以下の通りである.1.データから形式依存のビット配列情報を捨象する原理の探求機械学習などの分野で広範に用いられて来たデータの典型的特徴を抽出する手法の調査を行った。それを基に同一形式のデータに広範に見られるビット配列パターン情報を探索し,網羅的にデータから除去する原理を検討する.このためにビット配列パターン内の共通構造を強調する数理的変換を定式化し,その部分を除去する方法を検討した.更に検討原理を計算機上にプログラムとして実装し,形式依存情報をどの程度捨象可能か性能評価を行った.2.残された情報を数学的な不変量(invariants)に縮約する原理の探求上記でデータ形式を捨象して得た情報を更に特徴づける数学的不変量を検討する.また,情報を効率的に、不変量に縮約する手法を検討した.更に,このような不変量へ縮約するプログラムを実装し.その処理効率の性能評価を行った.3.縮約によって得た特徴量間の類似性を表す距離尺度の定式化機械学習などの分野で用いられて来たデータの特徴量間の類似性距離尺度に関する調査を行った.それを基に不変量に縮約されたデータ特徴間の類似性を適切に表現する距離尺度を検討した.更に定式化した距離尺度に基づきデータ間の類似性を判別するプログラムを実装し,その判別性能の評価を行った.本年度の研究実績は以下の通りである。1.データ形式を超えた検索手法の開発データから形式依存のビット配列情報を捨象し,残された情報を数学的な不変量に縮約して特徴量に変換する手法を確立した.ビット配列情報は,すべて0と1の数字が一定の規則順序に並んだ形式である.従って,この規則順序形式を解いて,単なるビット配列に変換してしまうことで,形式に依存しない内容情報のみを取り出すことができる.しかも,そこから数学的不変量を抽出することにより,内容の特徴を表す情報を得ることができる.この情報に基づいて検索を行えばデータ形式に依存しない情報検索が可能となる.より具体的には,画像情報など二次元配列データに関しても,二次元のビット配列形式を解いて単なるビット配列に変換し,共通のデータフォーマットを有する特徴量に変換する手法を開発した.これにより,種々の構造を有するデータ形式に適用可能な検索手法を得た.2.検索システムのプロトタイプ作成による性能評価と手法修正上記で開発した手法やアルゴリズムをデータサーバ計算機にプログラムとして実装した.実装に当たっては,実時間での検索が可能な実用性を重視し,検索対象データを予め上述の方法で変換し,その上でどのような特徴がどのデータに含まれるかを逆に辿ることができる索引情報ファイル方式を用いた.この方法の利点は指定した特徴やある特徴を持つデータファイルから,実データにアクセスすることなく高速に特徴条件に当てはまるデータを検索可能なことである.性能評価として検索精度及び速度を評価した.その結果,一次元データではリアルタイムの検索が可能であることが判明したが,二次元配列データなどの構造データに関しては数分単位の検索時間がなおも必要とされることが分かった.これは最終年度の改良課題であるが,アルゴリズム実装の改良によって克服できる見通しを得ている.本年度の研究実績は以下の通りである。

1.データ形式を超えた検索手法の開発前年度までに,画像情報など二次元配列データに関して,二次元のビット配列形式を解いて単なるビット配列に変換し,共通のデータフォーマットを有する特徴量に変換する手法を開発したが,最終年度は画像に限らず,テキスト文書を含む一般の非暗号化バイナリーデータに関して,データから形式依存のビット配列情報を捨象し,残された情報を数学的な不変量に縮約して特徴量に変換する手法を確立した。ビット配列情報から規則順序形式を捨象し一般的なビット配列に変換した.更に数学的不変量を抽出し,検索の手がかりとなる特徴ベクトルを構成した.また,最終年度はデータ形式を超えた高速検索を可能にするべく,被検索データのデータ構造と検索アルゴリズムの開発を行った.特徴ベクトルから高速に情報検索することができるように,いずれの特徴ベクトルがいずれのデータから得られたものであるかを紐付けする逆引きファイルを構成した.そして,検索時には実データを見ることなく逆引きファイル情報を参照することで,高速な検索を可能とした。これにより,種々の構造を有するデータ形式に適用可能な高速検索手法を得た.2.検索システムのプロトタイプ作成による性能評価と手法修正上記で新たに開発した手法やアルゴリズムをデータサーバ計算機にプログラムとして実装した.性能評価として検索精度及び速度を評価した.その結果,前年度には二次元配列データなどの構造データに関しては数分単位の検索時間が必要とされるたが,最終年度は上記の手法開発により大幅な高速化が図られ,数秒で構造データの検索が可能になった.更に二次元配列構造に限らず,テキストや系列構造,木構造,グラフ構造など,多様な構造データに関して検索性能を検証し,いずれに関しても所与の性質,類似性を持った構造データを高速に検索できることを確認した.以上により,本研究の当初の目的である既存のデータ形式に留まらず将来新たに生み出されるであろうデータ形式にも対応しうる,データ内容に共通した不変な数学的特徴を抽出する原理,それによって類似性を判定する原理,及びそれらに基づく検索手法が得られた.
時空超対称性に基づく反ド・ジッター時空の弦とブラックホールの物理

時空対称性を明白に持つ定式化を用いて反ド・ジッター時空上の弦とブラックホールのダイナミックスに関する物理の解明を目標として、反ド・ジッター時空上の弦の解析とモデル構築、及びブラックホールを含むような内部空間の構築を行った。具体的には以下の事を示した:反ド・ジッター時空上の超弦の重要な特性である可積分性は、Tデュアリティと関係していることを示した。反ド・ジッター時空上のヘテロティックな弦理論のモデルを構築した。ブラックホールを含むような内部空間でコンパクト化したヘテロティック弦理論を構築した。反ド・ジッター時空の持つ対称性である超共形対称性を明白に表現できるような射影超空間の構築を行った。時空超対称性に基づく反ド・ジッター時空の弦とブラックホールの物理の研究において、近年注目されているもののひとつに、可積分性がある。この可積分性を用いて、反ド・ジッター時空上の弦理論と共系不変なゲージ理論の対応における、ある種の近似的な状況での対応が示されるようになった。そこで我々は、この可積分性と、弦理論の特徴的なデュアリティのひとつであるT-デュアリティとの関係を調べた。具体的に計算した量は、可積分性の定義でもある無限個の保存量を、反ド・ジッター時空の近似であるplane wave波時空と平坦時空の場合に、T-デュアリティ変換を行う前と後で求め比較した。その結果、平坦時空の場合は、T-デュアリティ変換を行う前の0次の保存量(ネーター荷電)が、T-デュアリティ変換を行った後の1次の保存量に等しく、T-デュアリティ変換を行う前の1次の保存量が、T-デュアリティ変換を行った後の0次の保存量(ネーター荷電)に等しくなることを示した。つまり、T-デュアリティ変換で、偶数次の保存量と奇数次の保存量が入れ変わるのだ。plane wave-時空の場合は、T-デュアリティ変換を行った後の0次の保存量(ネーター荷電)が、T-デュアリティ変換を行う前の1次の保存量に等しくなることを示した。ここで、plane wave時空の場合、T-デュアリティ変換を行うと、ラモン/ラモン場がゼロでなくなってしまい、カレントの平坦性条件が満たされなくなってしまう。そこで、通常の方法では、1次以降の無限個の保存量の計算ができなくなってしまう。もしこのことが本質的であるならば、言い換えると、T-デュアリティ変換で関係付くいくつかの曲がった時空のうち、無限個の保存則を求められるようなカレントの平坦性条件が満たされる場合のみが、AdS/CFT対応でゲージ理論と対応が付く、ということを導くのかもしれない。この問題の解決は、次年度に引き続き取り組む予定である。重力理論では特異点としてしか記述されないブラックホールを、量子重力理論としての超弦理論がそのミクロな状態を記述するという研究が近年盛んに行われている。弦理論のソリトンが非常に重くなった極限では、ブラックホールができるのだ。本研究では、時空対称性を明白に持つ定式化を用いて反ド・ジッター時空上の弦とブラックホールのダイナミックスに関する物理の解明を目標としている。反ド・ジッター時空上の弦の理論は可解系であることが示唆されており、本年度の秋の日本物理学会・第62回年次大会ではその可解系の特徴についての研究結果を報告した。それは、反ド・ジッター時空のある種の近似的な時空上の弦の量子論を考えると、可解性と弦理論の特徴であるT-デュアリティの性質が互いに等しい保存量を与えることを示した。この性質を一般化するためには、T-デュアリティをうまく表す形式が必要で、今回私達はcourant括弧を用いたDouble vielbein形式を提唱し、具体例としてNappi-Wittenの弦モデルを検討した。また"Superconformal spaces and implications forsuperstrings"という論文では、反ド・ジッター時空上の超弦理論はsuperconformal(超共型)対称性とも解釈でき、その表現の方法を高い超対称性がある場合の理論を構築するために応用した。これは、Physical Review D誌に掲載された。超弦理論が重力を含む統一理論であるかどうかという試金石のひとつとしてブラックホールの物理がある。重力理論ではブラックホールでは特異点としてしか記述されないが、量子重力理論としての超弦理論ではブラックホールのミクロな状態を記述するということが簡単な場合に示され、近年盛んに研究されている。弦理論のソリトン解であるDブレンが非常に重くなった極限で、ブラックホールができる。そのブラックホール解の時空における事象の地平線近くで反ド・ジッター時空になっている。

本研究では、時空対称性を明白に持っ定式化を用いて反ド・ジッター時空上の弦とブラックホールのダイナミックスに関する物理の解明を目標として、(1)反ド・ジッター時空上の超弦理論の量子論の定式化、(2)ブラックホールを含むような内部空間でコンパクト化した場合の理論の構成、に取り組んだ。時空の超対称は、その超弦理論の真空からタキオンという不安定なモードを取り除き、系の安定性を保証する。また、超対称なボゾンとフェルミオンの量子効果同士がうまく打ち消しあい、量子異常の問題などを解決したり、量子論においても古典的な対称性が保障され様々な制約が付けられるなどの利点がある。反ド・ジッター時空の超弦理論を応用して(3)時空超対称性を明白に保つような超対称ゲージ理論や重力理論を与える超時空の構築にも取り組んだ。研究成果として、(1)反ド・ジッター時空上の超弦理論の量子論の定式化において、ヘテロティック弦理論のカレント代数による記述方法を論文にまとめた。(3)超時空超対称性を明白に保つ超時空の構築の問題に対して、射影的超時空を超対称性が4種類ある場合も含めた定式化を3本の論文にまとめた。(2)ブラックホールを含むような内部空間でコンパクト化した場合の理論の構成に対して、溝口氏によりブラックホールの作る2次元空間と特異点を含まない4次元空間の積でコンパクト化を行ったヘテロテック弦理論が提唱された。さらに、5次元や11次元の超重力理論の解として、ブラックホールの特異点を含むようなつぶされた球空間の解の構築方法についても研究し、発表した。
選択的除神経法による運動昇圧反射メカニズムの解明

運動時の循環調節に重要な運動昇圧反射は骨格筋を支配する感覚神経が重要な役割を担っているが、その詳細なメカニズムは不明である。本研究では骨格筋を支配する感覚神経を選択的に除神経することで、除神経された神経と運動時循環応答の関係を解析した。カプサイシンの慢性全身または坐骨神経内投与によるTRPV1チャネル発現神経の脱感作/除神経は運動時の心拍数応答を減弱させた。血圧応答は影響を受けなかった。他方、坐骨神経内IB4陽性神経の選択的除神経は運動時の心拍・血圧応答に影響を及ぼさなかった。最後に、運動昇圧反射メカニズム解明を目指し、ラット運動時の心筋収縮力や心拍出量計測技術を開発した。TRPV1チャネルアンタゴニストの投与実験により、TRPV1チャネルが筋収縮時の血圧応答に重要である、との先行研究がある。その報告を元に、まずラットにテレメトリー式血圧測定送信機を埋め込み、TRPV1チャネルアンタゴニストであるSB366791またはルテニウムレッド投与下でトレッドミル運動させた。その結果、投与前後で血圧・心拍応答に差異はなかった。次にTRPV1チャネルの強力なアンタゴニストであるIRTXを投与したところ、運動時の血圧応答は変わらなかったが、心拍応答が著しく減弱した。IRTXにはアゴニスト作用もあるため、TRPV1チャネルアゴニストであるCapsaicinまたはRTX投与下でも同様にラットを走らせた。その結果、やはり心拍応答が減弱していた。次に、全身性ではなく活動筋からの求心性入力のみを操作するため、両側の坐骨神経にTRPV1アゴニストを投与して、トレッドミル走を行わせた。その結果、やはり運動時の心拍応答は明らかに減弱された。TRPV1チャネルをアゴニスト刺激すると、TRPV1発現神経が脱感作状態になることが報告されている。以上の結果から、TRPV1チャネルではなく、TRPV1チャネル発現神経が運動時の反射性心拍調節に関与しており、TRPV1アゴニスト投与はTRPV1発現神経の脱感作を介して心拍数応答を減弱させた、と推察した。おそらくTRPV1発現神経上に発現しているTRPV1チャネル以外の何らかのチャネル/受容体が運動時に活性化されることで反射性に心拍数を調節していると考えた。また、TRPV1発現神経は動的運動時の昇圧応答に対しては重要な役割を果たしていない可能性が示された。現在、坐骨神経のうち、IB4陽性神経の役割を調べるため、IB4陽性神経特異的に除神経が可能なIB4-saporinの坐骨神経内投与を試みている。動的運動時の神経性循環調節メカニズムに関して、これまで、TRPV1チャネルが運動時の反射性循環調節にどのように関わっているのかについては意見が分かれていた。しかしながら本研究により、先行研究の一部がTRPV1チャネルの阻害とTRPV1チャネル発現神経自体の抑制とを混同していた可能性が出てきた。また、用いるTRPV1チャネル阻害剤の種類が異なる結果を生む原因となっていることも明らかとなりつつある。これらに関して本研究においてすでに解決の糸口が見出され、動的運動時の神経性循環調節においてTRPV1チャネル自体というよりはTRPV1チャネル発現神経が反射性循環調節に重要な役割を果たしているという知見が得られた。TRPV1チャネル刺激によるTRPV1発現神経の脱感作は当初想定していなかったが、本研究の手法として有用であると思われる。本研究にて行う化学的除神経の組織学的評価に関して、SeeDBやCUBIC,CLARITYといった臓器・組織を透明化する技術と、共焦点レーザー顕微鏡観察技術を組み合わせて脊髄後根神経節を観察したところ、脊髄後根神経節の細胞体を3次元的に観察することが可能であることがわかった。したがって、今後免疫染色技術および遺伝子組み換え動物作製技術と組み合わせることにより、脊髄後根神経節細胞体を2次元だけでなく3次元的に解析可能となり、本研究で用いる化学的除神経法の効果をより詳細に評価することが可能となるかもしれない。以上のことから、本研究1年目において、これまで混乱していた先行研究結果の不一致を是正する糸口が見つかったこと、並びに、(当初は実験計画に入れていなかった)組織透明化技術および共焦点レーザー顕微鏡・2光子励起顕微鏡観察の組み合わせにより実験結果をより詳細に解析可能になる方法を見出しつつあることから、研究がおおむね順調に進展していると判断した。昨年度に引き続き、TRPV1チャネル発現神経が動的運動時の血圧・心拍数応答に及ぼす影響を調べた。あらかじめ動脈血圧測定用圧送信機を埋め込んだ雄ラットをトレッドミル上で異なる走速度で走らせた際の血圧・心拍数応答を計測した。その後、走運動時の下肢活動筋群を支配する感覚神経が含まれる両側の坐骨神経へカプサイシン、RTX(TRPV1チャネル選択的アゴニスト)、IRTX(TRPV1チャネル選択的アンタゴニスト)のいずれかを投与し、3-4日の回復期間の後、再びトレッドミル上で走らせた際の血圧・心拍数応答を計測し、薬物投与前後での血圧・心拍数応答の差異を調べた。その結果、昨年と同様再現性のある結果が得られた。次に、感覚神経を分類する際に良く用いられる、isolectin B4 (IB4)をターゲットとした。

これまでと同様、ラットをトレッドミル上で走らせ、血圧・心拍数応答を計測したのち、ターゲットトキシンIB4-Saporinをイソフルラン麻酔下ラットの左右坐骨神経へ0.002mgずつ注入した。3-4日の回復期間後、再びトレッドミル走を行わせた。また、トレッドミル走は全身性の運動であるため、活動筋が下肢に限局されないため、IB4-saporinを片側の坐骨神経にのみ投与し、麻酔下でラミネクトミーを行い、除脳・無麻酔標本にて坐骨神経の電気刺激による昇圧・頻脈応答を左右の坐骨神経で比較した。どちらの実験においても、IB4-saporin投与は血圧・心拍数応答に影響を及ぼさなかった。現在、投与方法や投与量が最適かどうかを検証中である。感覚神経の化学的除神経後に、神経機能を電気生理学的に評価する計画であったが、カルシウムプローブG-CaMPを用いることで後根神経節ニューロン活動を光学的に計測可能であると考え、GーCaMP発現マウスの繁殖を開始した。これまで、骨格筋を支配する感覚神経由来の循環調節メカニズムに関しては、技術的な問題から、主に静的筋収縮に対する神経の応答を研究対象としてきた。しかしながら我々の日常活動は主に動的な動きの組み合わせであることから、本研究ではあえて動的運動モデルを用いて実験を行っている。幸いにも昨年度の実験においてTRPV1チャネルのアゴニスト、アンタゴニスト投与実験では全身性投与および坐骨神経内投与のどちらにおいても理にかなった結果が再現性良く得られた。しかしながら今年度に行ったターゲットトキシンIB4-saporinの坐骨神経内投与によるIB4発現神経の除神経は、動的運動時の血圧・循環応答に顕著な変化をもたらさなかった。この結果が正しいかどうかを判断するために、ターゲットトキシン投与量を複数試したり、より詳細にターゲットトキシンの効果を調べるために、坐骨神経の電気刺激に対する循環応答を計測するなど、全身性の動的運動以外のプロトコールを組み合わせる事により、慎重に実験を進めている。そのため、また、昨年度に着想し、今年度の概要にも書いたように、感覚神経活動を光学的に計測するために、神経にカルシウムプローブG-CaMPを発現する遺伝子改変マウスを理研BSIから分与して頂き、繁殖を開始した。この方法が成功すれば本研究計画で行う予定であった神経活動の電気生理学的計測法よりも格段に研究効率が上がるだけでなく、これまで非常に困難であった、複数の神経活動の同時計測が可能となるはずである。現在G-CaMPシグナルを計測する二光子励起顕微鏡システムを持ち合わせていないが、他の研究室の装置を借りて実験を行う方向で準備を進めている。このマウスの譲渡手続きおよび検疫、繁殖に予定よりも時間がかかった。運動時の循環調節に関わる運動昇圧反射のメカニズムにおいて、活動筋を支配する、どのタイプの感覚神経がどのような情報を脳へ伝えているのかについて、選択的除神経法を用いて調べるものである。昨年度までに、小型感覚神経のうち、TRPV1チャネルを発現する神経の関与については確認できたが、もう一つのグループである、イソレクチンB4(IB4)陽性神経の関与は、証拠が不十分であった。最終年度である今年度は、運動昇圧反射へのIB4陽性神経の関与を調べるため、麻酔下ラットの片側の坐骨神経へIB4-サポリンを微量投与した。
イトカワの粒子から探る太陽系小天体の硫黄消失メカニズムの解明

星間空間やS型に分類される岩石質の小惑星表面では、固体の硫化鉄鉱物から硫黄が選択的に消失すると推定されている。この現象を理解することは小惑星表面の化学組成や星間空間ガスの化学組成を説明するために重要である。主原因のひとつは超新星爆発の衝撃波や太陽風を構成するHやHeイオンの照射であると考えられているが、硫化鉄はイオン照射に対して変質を受けにくいと予想されていた。本研究では、小惑星イトカワから回収された微粒子に含まれる硫化鉄に着目して、太陽風に対して長期にわたり曝された硫化鉄の変質組織を分析することで、硫黄の消失過程の有無やそのメカニズムを解明することを目的としている。小惑星イトカワの微粒子を分析し、宇宙空間に曝された硫化鉄表面には金属鉄のひげ結晶が成長していることを発見した。ひげ結晶は最大で3マイクロメートル程度の長さをもち、硫化鉄表面の広い範囲を覆っていた。またひげ結晶が成長している硫化鉄表面はスポンジ状に変化しており、表面から50nm程度の深さまで空隙が発達していた。50nmは太陽風の貫入深さ程度であり、こうした組織は太陽風に暴露されたために形成した組織であると推定した。金属のひげ結晶は鉄化合物や銀化合物表面に形成することが古くから知られている。これらの金属化合物が水素ガスなどによって還元された際に、過剰となった金属イオンが固体中の電子と結びついた結果、金属のひげ結晶が析出すると考えられている。イトカワ微粒子の硫化鉄の場合、太陽風による硫黄原子の選択的なスパッタリングや、硫化鉄内部に蓄積した太陽風由来の水素ガスの還元作用によって硫黄が気相に失われることで、金属鉄のひげ結晶が成長したと推測した。これらの研究から、太陽風によって硫化鉄が変質して硫黄が消失する現象が存在することを示し、変質組織の形成メカニズムを説明することができた。イトカワ粒子の硫化鉄の表面に見つかったひげ結晶構造に対して透過型電子顕微鏡観察を行なった。結果、ひげ結晶は金属鉄の多結晶で構成されることがわかった。また硫化鉄表面は泡が多数発達しており、結晶は歪んでいた。こうした観察と先行研究との比較から、ひげ結晶は硫化鉄から硫黄が失われたことで形成したことを明らかにした。加えて硫黄が減少するプロセスは主に太陽風によって駆動されると推定した。本研究の主要な目標はひげ結晶の成長メカニズムを明らかにすることであり、本年度の研究でひげ結晶の形成プロセスの主なメカニズムを解明することができた。これまでの研究から、ひげ結晶の形成メカニズムをイトカワ粒子の観察から推定することができた。今後は、太陽風を模擬したイオン照射実験から、ひげ結晶の再現実験を行うことを計画している。予備実験では水素やヘリウムイオンの打ち込みだけではひげ結晶が形成しないことがわかっている。これは実験期間において、室温での鉄原子の拡散が非常に遅いからであると推測している。そこで照射サンプルの加熱実験も加えて鉄の拡散を早めた状態でひげ結晶が成長するかどうかについて検討する。また、イトカワ以外の天体の試料ー月やレゴリス角礫岩隕石に含まれる硫化鉄を調べて、どのような変成組織が存在するかを明らかにしてイトカワ粒子と比較することを計画している。

加えて硫黄が減少するプロセスは主に太陽風によって駆動されると推定した。本研究の主要な目標はひげ結晶の成長メカニズムを明らかにすることであり、本年度の研究でひげ結晶の形成プロセスの主なメカニズムを解明することができた。これまでの研究から、ひげ結晶の形成メカニズムをイトカワ粒子の観察から推定することができた。今後は、太陽風を模擬したイオン照射実験から、ひげ結晶の再現実験を行うことを計画している。予備実験では水素やヘリウムイオンの打ち込みだけではひげ結晶が形成しないことがわかっている。これは実験期間において、室温での鉄原子の拡散が非常に遅いからであると推測している。そこで照射サンプルの加熱実験も加えて鉄の拡散を早めた状態でひげ結晶が成長するかどうかについて検討する。また、イトカワ以外の天体の試料ー月やレゴリス角礫岩隕石に含まれる硫化鉄を調べて、どのような変成組織が存在するかを明らかにしてイトカワ粒子と比較することを計画している。論文投稿料や掲載料を申請段階の予算で含んでいたが、論文作成が遅れてしまったため、次年度に予算を繰越すこととした。加えて、次年度は粒子分析のために海外への長期出張を予定しており、30年度に余りとなった助成金の一部は出張旅費として補填することを計画している。
複数戦略型マルチエージェントシステムとその学習法の構築

本研究は,複数の未知要因が相互に影響を与え合う環境に対するプランニング手法を提案することを目的として,マルチエージェントシステムが試行錯誤的学習を通じて機能分化を行い,独立した戦略を相補的に獲得しながら協調する問題解決手法による,複数戦略型アプローチを提案し,その学習機構の実現をめざしたものであり,当該期間に得られた成果は以下のようにまとめられる.1.単一の学習エージェントの内部に複数戦略を導入する方法と,自律した複数エージェントによる群問題解決の2つの方向性を検討した.まず単一学習エージェントに対しては,状態入力と評価関数を独立させた学習サブエージェントを内包させること,個々のサブエージェントの成功頻度と状態観測の関数からなる利用度関数を新たに定義すること,この利用度関数とエージェント利用の短期遍歴,行動の選択を報酬,状態,行動として学習するような内部調停エージェントを持たせること,の3つの要素により通常の強化学習の枠組みを,複数戦略獲得問題へ適応させることが可能なことを明らかにした.これをアルゴリズムとしてまとめ,多体バランシング問題へ適用して有効性を確かめた.2.群問題解決によるアプローチに対しては,まず自律学習エージェントそれぞれに知識の機能分化を生じさせる圧力として,強化学習の参照情報の最小の形である報酬値に操作量を加える方法が妥当であることを明らかにした.操作量の生成手法として局所報酬信号の時空間方向の混合関数という量を開発し導入した.環境に対する達成目標の種類が協調型,競争型の2種類に大別されることに対応して,時空間混合関数を平滑型,強調型に設定することにより,学習が干渉することなく,機能分化が進み全体目標の達成が可能になることを明らかにした.これをアルゴリズムとしてまとめ,多体衝突回避ルール生成問題へ適用して有効性を確認した.本研究は,複数の未知要因が相互に影響を与え合う環境に対するプランニング手法を提案することを目的として,マルチエージェントシステムが試行錯誤的学習を通じて機能分化を行い,独立した戦略を相補的に獲得しながら協調する問題解決手法による,複数戦略型アプローチを提案し,その学習機構の実現をめざしたものであり,当該期間に得られた成果は以下のようにまとめられる.1.単一の学習エージェントの内部に複数戦略を導入する方法と,自律した複数エージェントによる群問題解決の2つの方向性を検討した.まず単一学習エージェントに対しては,状態入力と評価関数を独立させた学習サブエージェントを内包させること,個々のサブエージェントの成功頻度と状態観測の関数からなる利用度関数を新たに定義すること,この利用度関数とエージェント利用の短期遍歴,行動の選択を報酬,状態,行動として学習するような内部調停エージェントを持たせること,の3つの要素により通常の強化学習の枠組みを,複数戦略獲得問題へ適応させることが可能なことを明らかにした.これをアルゴリズムとしてまとめ,多体バランシング問題へ適用して有効性を確かめた.2.群問題解決によるアプローチに対しては,まず自律学習エージェントそれぞれに知識の機能分化を生じさせる圧力として,強化学習の参照情報の最小の形である報酬値に操作量を加える方法が妥当であることを明らかにした.操作量の生成手法として局所報酬信号の時空間方向の混合関数という量を開発し導入した.環境に対する達成目標の種類が協調型,競争型の2種類に大別されることに対応して,時空間混合関数を平滑型,強調型に設定することにより,学習が干渉することなく,機能分化が進み全体目標の達成が可能になることを明らかにした.これをアルゴリズムとしてまとめ,多体衝突回避ルール生成問題へ適用して有効性を確認した.本研究は,複数の未知要因が相互に動的に影響を与えているような実世界における制御問題を対象とした柔軟な学習機構を構築することを目的として,独立した問題解決を試みるエージェント群を競合・協調させることで,試行錯誤的でありながらも,全体として選りすぐれた解決戦略を自律的に発見していくような,複数の戦略を統合した学習機構の実現を目指すものであり,当該期間内に得られた成果は以下のようにまとめられる.1.複数要因を有する動的実環境に対する柔軟な学習機構として,異種の戦略を持ち,互いの戦略獲得機構に関する知識を持たないエージェントが動的に結合し同期的行動を生成するようなマルチエージェント系により構成されるシステムを考慮すべきことがわかり,これが局所非同期通信に基づく全体の同期行動の学習による生成問題に帰着されることが明らかになった.2.同期行動獲得手段として,具体的に次の2種類のアプローチを提案した(1)期待報酬信号を非同期に交換し,これと局所報酬信号に時間・空間的な競合または平均化フィルタを適用することで近似的に系全体の目標関数を改善するようなフィルタ型強化学習手法を提案した.(2)適当な頻度で平均報酬を交換することが可能な中規模エージェント群に対する手法として,各強化学習機構の学習パラメータをインターリーブ的に遺伝アルゴリズムを介して大域最適化するハイブリッド手法を提案した.3.以上の検証として,AGV干渉回避問題,交通信号機大域制御問題を例として計算機実験を試み,局所通信が全体目標を改善することを確認したが,一方で性能に関して強いパラメータ依存性が見られる点,また極度に競合するような問題設定においてはほとんど改善の効果が見られなかった点などに関して,今後解析すべき課題が残された.本研究は、複数の未知要因が相互に影響を与え合う環境に対するプランニング手法を提案することを目的として、マルチエージェントシステムが試行錯誤的学習を通じて機能分化を行い、独立した戦略を相補的に獲得しながら協調する問題解決手法による、複数戦略型アプローチを提案し、その学習機構の実現をめざしたものであり、当該期間に得られた成果は以下のようにまとめられる。1.単一の学習エージェントの内部に複数戦略を導入する方法と、自律した複数エージェントによる群問題解決の2つの方向性を検討した。

まず単一学習エージェントに対しては、状態入力と評価関数を独立させた学習サブエージェントを内包させること、個々のサブエージェントの成功頻度と状態観測の関数からなる利用度関数を新たに定義すること、この利用度関数とエージェント利用の短期遍歴、行動の選択を報酬、状態、行動として学習するような内部調停エージェントを持たせること、の3つの要素により通常の強化学習の枠組みを、複数戦略獲得問題へ適応させることが可能なことを明らかにした。これをアルゴリズムとしてまとめ、多体バランシング問題へ適用して有効性を確かめた。2.群問題解決によるアプローチに対しては、まず自律学習エージェントそれぞれに知識の機能分化を生じさせる圧力として、強化学習の参照情報の最小の形である報酬値に操作量を加える方法が妥当であることを明らかにした。操作量の生成手法として局所報酬信号の時空間方向の混合関数という量を開発して導入した。環境に対する達成目標の種類が強調型、競争型の2種類に大別されることに対応して、時空間混合関数を平滑型、協調型に設定することにより、学習が干渉することなく、機能分化が進み全体目標の達成が可能になることを明らかにした。これをアルゴリズムとしてまとめ、多体衝突回避ルール生成問題へ適用して有効性を確認した。
シアリダーゼによる神経機能の制御

神経組織の主要な構成成分であるガングリオシドのシアル酸や神経細胞接着因子NCAMのポリシアル酸は神経機能に深く関与している。このシアル酸の役割の解明を目的として、動物シアリダーゼに着目して研究を進めてきた。4種のシアリダーゼのうち、主に、ガングリオシドを基質とするNEU3およびNEU4については、マウス脳の発達に伴い、両酵素の発現変動は相反するパターンを示し、神経突起形成についても、NEU3は形成を促進するが、NEU4は抑制傾向を示すことが確認された。この制御機構について内因性基質の観点から検討したところ、NEU4による神経突起抑制機構のひとつがNCAMポリシアル酸の分解を介していることがわかった。NEU3の内因性の基質はガングリオシドであるが、神経突起形成の促進に繋がる分子について詳細に解析中である。これらのin vivoでの解析を目的に、既に作成済のNeu3KOおよびNeu4KO、それらのdouble KOマウスを作成し、現在、種々の行動実験、脳組織におけるガングリオシド等の変化を調べている。また、HexosaminidaseA KOとのdouble KOも作成したので、GM1を含むガングリオシドの蓄積や行動変化を観察している。さらに、脳腫瘍の約3割を占め、最も悪性度の高い予後不良のグリオブラストーマについて、その特徴である浸潤性進展とNEU3との関連性を検討した。ヒトグリオブラストーマ細胞を用いて、NEU3を高発現させると、浸潤能が3種の細胞で有意に低下し、コラーゲンIVやフィブロネクチンに対する接着が亢進した。ここでは、NEU3がFAKやパキシリンのリン酸化を亢進し、ベータ1インテグリンの発現量が亢進していた。しかし、運動や浸潤能に繋がるその後の接着斑の分解機構が抑制されていることがわかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。4種のシアリダーゼのうち、主に、ガングリオシドを基質とするNEU3およびNEU4について、神経機能との関連性を詳細に調べた。マウス脳の発達に伴い、NEU3発現は、胎生期には高いレベルを維持していたが、生後には低下し、逆に、NEU4は、胎生期に低い発現を示すが、生後3ー14日後には急激に上昇した。さらにNEU3は、NGFやレチノイン酸等によってNeuro2aやPC-12細胞での神経突起形成を誘導するが、NEU4は抑制傾向を示すことが確認された。両酵素の神経細胞分化に対する相反する制御機構をシグナル伝達あるいは内因性基質の観点から検討を続けている。一方、NCAMポリシアル酸を分解できる酵素は哺乳動物では全く同定されていなかったが、4種のシアリダーゼのうち、NEU4がその対象シアリダーゼであることが強く示唆された。即ち、in vitro assay系では基質としてのポリシアル酸を効率良く水解し、NEU4を高発現させた神経芽腫細胞においてもNCAMのポリシアル酸を分解した。さらに、マウス視床下部プライマリーニューロンを用いて、NEU4を高発現させると、NCAMポリシアル酸の分解に伴い、神経軸索の伸長が抑制され、逆に、siRNAによるノックダウンによって促進した。共焦点顕微鏡観察によりNEU4がgrowth cornと共在していることがわかった。以上の結果について、既に作成済のNeu3KOあるいはNeu4KOを用いて、さらに、それらのdouble KOマウスを作成して、個体レベルでの解析の準備をしている。

また、脳腫瘍の約3割を占めるグリオーマにおいて、最も悪性度の高い予後不良のグリオブラストーマの特徴は浸潤性進展である。NEU3がこの浸潤能に深く関与していることがわかった。この分子機構の解析を進めている。細胞レベルの観察についてはおおむね順調に進んでいるが、個体レベルの検討がやや遅れている。既に作成済のNeu3KOについては凡そ準備完了し、近く詳細な観察に着手できるが、Neu4KOやNeu3/Neu4double KOについては、カナダの研究者との共同で進めて居るので、やや時間がかかっている。しかし、数ヶ月以内に着手可能であると考えられる。シアリダーゼの神経機能における役割の解明を目的に、神経培養細胞やプライマリーのマウス視床下部ニューロンやミクログリアを用いた細胞レベルの解析を行ない、さらに、NEU3やNEU4の遺伝子改変マウスについて、個体レベルでの解析を行なう。具体的には、(1) NEU3とNEU4の神経分化制御における反応産物を同定する。(2)NEU3とNEU4の相反する神経分化制御機構について、シグナル経路を詳細に解析・比較する。(3)軸索伸長におけるNEU3とNEU4の役割について、伸長因子である細胞外基質ラミニンやフィブロネクチン等との関連性を調査する。(4)軸索再生におけるNEU3とNEU4の役割を軸索再生阻害分子等との関連において解析する。とくに、軸索再生を阻害するミエリン関連糖蛋白であるMAGとの機能的関連性を調査する。(5) Neu3KO、Neu4KOマウスにおいて、さらに、Neu3/Neu4 doubleKOについて、神経機能に関わる行動実験を詳細に行ない、脳組織等での病理的解析や関連分子の解析も行なう。(6)脳腫瘍の最も悪性度の高い予後不良のグリオブラストーマにおいて、NEU3がこの浸潤能に深く関与していることが明らかになったので、この分子機構の解析を進める。25年度が最終年度であるため、記入しない。
表情知覚における扁桃体の役割：神経心理学研究および深部脳波計測

表情の知覚は,対人相互作用において重要である.しかし,その神経メカニズムは不明である.この問題を調べるため,まず片側扁桃体損傷患者を対象とする神経心理学研究を実施した.被験者は,複数の中性表情の中の,怒り・幸福の通常表情あるいは逆表情を検出した.健常半球が刺激されたときにのみ,通常表情の検出が逆表情より速かった.表情の検出において扁桃体が不可欠の役割を果たすことが示唆される.次に,過去の深部脳波データ(顔刺激を観察中の扁桃体と下後頭回のデータ)を動力学的因果モデルで解析した.扁桃体と下後頭回の間にすばやい調整効果が示された.すばやい顔処理のため扁桃体が視覚野と情報交換することが示唆される.怒り・幸福の情動を表す情動表情とその逆表情をターゲット刺激とする視覚探索課題について,片側扁桃体損傷患者を対象とした予備実験を遂行した.その結果,健常群を対象として構築された実験パラダイムでは,表情検出の正答率が十分に高まらないことが示唆された.そこで,画像の大きさ.呈示時間などを変更した実験パラダイムを構築した.健常群20名を対象として実験を遂行し,先行研究の結果を確認した.併せて新しい解析に取り組んだ.新しいパラダイムでの実験について,2名の片側扁桃体損傷患者を対象として,データを取得した.実験パラダイムの修正に取り組み,健常群での実験を実施したため,扁桃体損傷患者を対象とした実験の開始が遅れた.怒り・幸福の情動を表す情動表情とその逆表情をターゲット刺激とする視覚探索課題について,昨年度に実施した健常群20名を対象とした実験の行動データおよび脳波データの解析を実施した.また片側扁桃体損傷患者10名を対象とする神経心理学実験を実施した.この他,深部脳波の解析を洗練させるため,過去の深部脳波データについて動力学的因果モデルによる脳領域間結合解析の適用を試みた.表情の視覚探索課題について扁桃体の関与を多角的に確認するために,健常群を対象とした機能的磁気共鳴画像による予備的実験を試みた.初年度に実験パラダイムの修正に取り組み,健常群での実験を実施したため,扁桃体損傷患者を対象とした実験の開始が遅れた.扁桃体損傷患者を対象とした実験自体は順調に進んでいる.表情の知覚は,対人相互作用における最初期の重要な過程である.しかし,その神経メカニズムは明らかではない.先行研究に基づき我々は,扁桃体がすばやい表情知覚に関与すると仮説を立てた.これを検証するため,第一に,扁桃体損傷患者を対象とする神経心理学研究を実施した.表情を検出する視覚探索課題について,片側扁桃体損傷患者16名を対象として実験した.複数個の中性表情の中に,1つのターゲット刺激(怒り・幸福の通常表情・逆表情)が存在する試行および存在しない試行を用意し,異なる顔の有無についてのボタン押しの反応時間を計測した.視野欠損の問題等から3名を除き,13名のデータを分析した.反応時間における逆表情と通常表情との差分を取り通常表情の検出優位性の指標とした.刺激が損傷半球に入力された場合,健常半球に入力された場合に比べて,反応時間差分が小さかった.この結果から,表情の検出において扁桃体が不可欠の役割を果たすことが示唆される.第二に,この過程の電気生理学的基盤を調べるため,同様の課題を遂行中の深部脳波を計測することを試みた.脳内に電極を留置するてんかん患者を対象として計測準備をし,3名の計測機会を得た,しかし,患者の当日の状態により実験を実施することができなかった.深部脳波の計測は,今後の課題としたい.第三に,深部脳波の解析を洗練させるため,過去の深部脳波データについて,動力学的因果モデルによる脳領域間結合解析の適用を試みた.顔刺激を観察中の下後頭回と扁桃体のデータを解析した結果,刺激提示後400msのうちに,下後頭回と扁桃体の間に双方向の調整効果が示された.調整効果の周波数プロフィールは,同周波数および異周波数結合を示した.こうした結果から,すばやく効率的な顔処理のため,扁桃体が視覚野と様々な振動を用いて双方向にコミュニケーションすることが示唆される.表情の知覚は,対人相互作用において重要である.しかし,その神経メカニズムは不明である.この問題を調べるため,まず片側扁桃体損傷患者を対象とする神経心理学研究を実施した.被験者は,複数の中性表情の中の,怒り・幸福の通常表情あるいは逆表情を検出した.健常半球が刺激されたときにのみ,通常表情の検出が逆表情より速かった.表情の検出において扁桃体が不可欠の役割を果たすことが示唆される.次に,過去の深部脳波データ(顔刺激を観察中の扁桃体と下後頭回のデータ)を動力学的因果モデルで解析した.扁桃体と下後頭回の間にすばやい調整効果が示された.すばやい顔処理のため扁桃体が視覚野と情報交換することが示唆される.実験パラダイムの修正が完了したので,今後は計画に従い,片側扁桃体損傷患者を対象とした神経心理学実験に取り組む.計画に従い,片側扁桃体損傷患者を対象とした実験を継続し,深部脳波の計測に取り組む.実験心理学実験パラダイムの修正のため,片側扁桃体損傷患者の計測を延期し,実験準備および健常群を対象とした実験に取り組んだ.

このため,片側扁桃体損傷患者の計測のために必要な,機器の購入,国内出張費,技術補佐員の雇用などが遅れた.初年度に実験パラダイムの修正のため,片側扁桃体損傷患者の計測を延期し,実験準備および健常群を対象とした実験に取り組んだ.このため,片側扁桃体損傷患者の計測のために必要な機器の購入,国内出張費,技術補佐員の雇用などが遅れた.実験パラダイムの修正が完了したため,計画に従って片側扁桃体損傷患者の計測を遂行する.実験パラダイムの修正は完了しており,片側扁桃体損傷患者の計測は順調に進んでいる.計画に従って片側扁桃体損傷患者の計測および深部脳波の計測を遂行する.
総合的な学習の時間における「単元展開構想」の解析-知の総合化をめざして-

本研究は、「知の総合化をめざしての総合的な学習」という観点から、高等学校の総合的な学習の実態を調査・研究してきた。昨年度、全国の国・公立・私立の高等学校を対象に、平成15年度より高等学校において全面実施された総合的な学習の時間についての全国の取り組みの状況等を把握することを目的に実施状況調査を行った。1)普通科、総合学科、2)専門学科に分けて、総合的学習の時間の名称、学習内容、学習活動の形態、課題設定の方法、全体計画・指導計画・単元展開構想の作成、研修、評価の観点、実施するに当たっての意義・効果・課題などについてアンケート調査を行った。この調査結果は、ホームページ「総合的な学習らんど」(http://www.nier.go.jp/saito/kuro/sougou.html)に公開している。なお、このホームページは今年度2月末までに60万のアクセスがあり、全国の各小・中・高等学校で、このホームページを活用して総合的な学習活動を計画し実践している実態がうがえる。今年度研究最終年度に当たり、総合的な学習の時間のカリキュラム経営の実態と課題を明らかにするとともに、新しい学力観を構築することを基本的目標にした。アンケート調査をもとに、自由記述並びに単元展開構想の解析を行なった。その結果、各学校において、系統的な知識技能と人間らしく生きる力を融合するために、総合的な学習の時間の活動に多様な工夫をこらし、成果を上げていることが明らかになった。高等学校の新学習指導要領に新設された総合的な学習の時間が平成15年度より全面実施に移されている。今年度は、全国の国・公立・私立の高等学校(5,987校、単独通信制高等学校を除く)を対象に、新学習課程の大きな特色である総合的な学習の時間について、全国の取り組みの状況等を把握することを目標に実施状況調査を行った。調査内容は、1)普通科、総合学科用、2)専門学科用に分けて調査を用意し、総合的学習の時間の名称、学習内容、学習活動の形態、課題設定の方法、全体計画・指導計画・単元展開構想の作成、研修、評価の観点、実施するに当たっての意義・効果・課題などについてアンケート調査を行った。この調査結果は、平成16年度に解析を行い、当方のホームページ「総合的な学習らんど」(http://www.nier.go.jp/saito/kuro/sougou.html)に公開する予定である。なお、当ホームページは今年度2月末までに50万のアクセス数があり、全国の各小・中・高等学校でこのホームページを活用して総合的な学習活動を計画し、実践している実態が窺がえる。今年度の調査結果をもとに、総合的な学習の時間と各教科との関連の工夫、実践の実感からの新しい学力の向上など、実践における多様な工夫を整理した。そのことによって、学力をめぐる学校現場での一種の戸惑いの解決に一定の貢献をしえたと評価している。高等学校における総合的な学習の時間は平成15年度から全面実施に移されている。昨年度、全国の国・公立・私立の高等学校(5,987校、単独通信制高等学校を除く)を対象に、平成15年度より高等学校の学習指導要領に新設された総合的な学習の時間についての全国の取り組みの状況等を把握することを目的に実施状況調査を行った。この調査結果は、当方のホームページ「総合的な学習らんど」(http://www.nier.go.jp/saito/kuro/sougou.html)に公開する予定である。なお、当ホームページは今年度2月末までに60万のアクセス数があり、全国の各小・中・高等学校でこのホームページを活用して総合的な学習活動を計画し、実践している実態が窺がえる。

今年度は最終年度に当るので、アンケート調査をもとに、総合的な学習の時間と各教科との関連の工夫、実践の実感からの新しい学力の向上など、実践における多様な工夫を整理し、研究報告書にまとめ、そのことによって、学力をめぐる学校現場での一種の戸惑いの解決に一定の貢献をしえると考えている
サバ類における抗病性の種差を規定する分子基盤の解明ーゴマサバはなぜ病気に強いのか

本研究では、サバ科サバ属に属するマサバとゴマサバの種間に存在する抗病性の差を規定する分子基盤を明らかにするために、高水温環境下で細菌感染症の発症率が低いゴマサバと,死亡率が高いマサバの網羅的な遺伝子発現パターンの比較解析を実施した。その結果,感染症による斃死率が高い,高水温環境下で飼育したマサバでは, IL-8等の炎症性サイトカインや抗微生物ペプチドなど免疫応答に関連する遺伝子の発現量が著しく高く,さらに,急性の炎症反応に関わる遺伝子発現が高い状態で維持されていた。これらの結果から,マサバでは過剰な免疫反応が疾病の発症や個体の斃死を促進する可能性があることが推察された。海産魚養殖では,飼育環境下における様々なストレスが魚病発生の要因となる。水産上重要魚種であるマサバ(Scomber japonicus)は,高水温期に発生するレンサ球菌症に代表される疾病の発症が,その飼育や養殖を困難にしている。我々の研究チームは,マサバおよびその近縁種であるゴマサバ(Scomber australasicus)の種苗生産や飼育実験を行う過程で,ゴマサバが高水温期においても細菌感染症を発症せず,その斃死率がマサバと比較して著しく低いことを見出した。そこで,共にサバ科サバ属に属し,雑種の作出が可能なほど近縁であるマサバとゴマサバの種間に存在する抗病性の差を規定する分子基盤について研究を進めている。これまでに,高水温環境下で細菌感染症の発症率が低いゴマサバと,死亡率が高いマサバの網羅的な遺伝子発現パターンの比較解析を実施した。平成24年度には、サバ科魚類の遺伝子情報をもとに設計したマイクロアレイがマサバおよびゴマサバの両種に使用可能かどうかを確認した。具体的には、サバ科魚類であるクロマグロ、スマ、マサバおよびゴマサバの稚魚期の表皮から抽出したRNAをプローブとして、サバ科魚類の遺伝子情報から約29,000遺伝子を高密度に配置した合成オリゴDNAマイクロアレイに対し、それぞれハイブリダイゼーションを行った。その結果、全スポットに対し、クロマグロでは80.9%、スマでは68.4%、マサバでは、60.4%、ゴマサバでは59.5%のスポットにおいてシグナルが検出された。それぞれの魚種における発現パターンは同様の傾向を示したことから、本研究で用いる合成オリゴDNAマイクロアレイは、マサバおよびゴマサバの網羅的な遺伝子発現解析に有用であることが示唆された。次いで、本研究室で生産した3ヶ月齢のマサバおよびゴマサバ幼魚を供試魚としてマサバの低水温/高水温飼育およびゴマサバの高水温飼育を行った。これらの試験区に用いたマサバおよびゴマサバ供試魚の体表から抽出したRNAをプローブに用いマイクロアレイ解析により、それぞれの遺伝子発現パターンを比較した。その結果、低水温飼育マサバおよび高水温飼育ゴマサバの発現パターンと比較し、高水温飼育ゴマサバでは感染時に発現が上昇する免疫グロブリン、炎症性サイトカイン、抗微生物ペプチド等の発現が著しく高く、ミオシン、トロポニンコラーゲン等の表皮および筋肉の構成に関わる遺伝子の発現が著しく低かった。以上の結果から、ゴマサバでは、高水温下において感染症に対する感受性が低いことが、分子レベルであらためて証明された。このような分子レベルでの感受性の差異を、マイクロアレイ解析によって得られたデータをもとに更なる詳細な解析を行っている。平成24年度には、計画通り本研究室で作出したマサバおよびゴマサバ幼魚(3ヶ月齢)を供試魚としてマサバの低水温飼育(冷却装置を使用)および高水温飼育、ゴマサバの高水温飼育を行った。さらに、次年度に実施予定であったサバ科共通マイクロアレイを用いた、マサバおよびゴマサバの網羅的遺伝子発現解析に着手した。サバ科魚類の遺伝子情報をもとに約29,000遺伝子を配置した合成オリゴDNAマイクロアレイを用いてマサバおよびゴマサバ表皮由来のRNAを解析に供した結果、マサバおよびゴマサバにおいて1万遺伝子以上の発現パターンの解析が可能であった。

これらの発現解析の結果から、免疫関連遺伝子あるいは表皮での発現が予想されるような遺伝子の発現が認められたことから、このマイクロアレイが十分利用可能であったことを確認した。これの解析結果から、マサバーゴマサバ間の感染症に対する感受性の種間差を規定していると予想される遺伝子(群)を調査中である。さらに詳細な解析により感染性に差を生み出す分子(群)の詳細が明らかになることが期待される。以上のように分子レベルでの解析は順調に進行中であるが、これらの分子の生理レベルでの機構を解析する必要が今後生じると予想される。平成25年度の実験に使用するマサバおよびゴマサバの種苗生産についても親魚の育成なども順調に進んでおり、これらの供試魚を用いて、より詳細な温度設定による飼育試験の実施および解析個体数の追加等を予定している。平成24年度に行った、サバ科共通マイクロアレイの解析結果から、マサバーゴマサバ間の感染症に対する感受性の種間差を規定していると予想される遺伝子(群)を調査中である。しかし、解析を進める中でより詳細な水温設定による飼育試験の必要性が認められた。平成25年度には、この温度設定による飼育試験およびマイクロアレイによる解析を実施する予定である。また、マイクロアレイの結果から、表皮および筋肉組織の構成に関する遺伝子の発現が感染症に対する感受性が高い高水温飼育マサバにおいて高かったことから、表皮の組織観察による解析に着手する。その他に、飼育実験とワクチン接種を組み合わせた実験も予定してる。これらのワクチンが実際に効果を示すか、また、そのときの遺伝子発現パターンを比較する計画である。さらに、申請者はゴマサバの体表粘液中にパルプ紙を溶解させる成分を種特異的に含有していることを発見しており、今後はゴマサバに認められる体表粘液の特徴的な性質を規定しているかの解析にも着手する。具体的には、それぞれの供試魚から体表粘液を採取し、パルプ紙に対する溶解性を温度等の異なる条件下で種間差を比較する。以上の計画を実施し、マサバに見られる水温依存的な細菌感染症の発生機構、また、この水温依存的な細菌感染に抵抗性を示す近縁種ゴマサバの生体防御機構さらに、種特異的なゴマサバ体表粘液成分の抗病性への寄与について分子レベルでの解析を行うことで、水温上昇に伴う細菌感染症発生時の生体防御機構の分子基盤を明らかにする。サバ科共通マイクロアレイの結果が、予想以上に良好であったため、計画では何度か試行が必要であると考えていたが、一度目に使用したマイクロアレイが本研究に十分利用可能であった。このため、試行に必要であると計上していたマイクロアレイに関する予算が次年度に繰り越された。この繰り越し分に関しては平成25年度に新たに実施予定であるよりより詳細な水温設定による飼育試験およびこれらの供試魚によるマイクロアレイ解析、またワクチンを用いた飼育試験に利用する。その他の研究費に関しては、計画通り使用する。