hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インパルス電圧による健康及び魚病関連微生物の滅菌処理法の開発

(4)菌が添加されることによりインピーダンスが低下したことが確認できた.生菌数の濃度に関わらず,インピーダンスが各測定周波数において殆ど変化が見られなかった.目標とする薬剤耐性菌の滅菌並びに薬剤耐性菌を懸濁させた菌液のインピーダンス測定を行うことができた.しかしながら,そこから導出可能な電源容量は明らかにしていない.また,印加に必要である繰り返しインパルス電源装置の半導体スイッチ破壊のため,魚病関連微生物等への印加を行えていないため,計画より遅れている状況にある.ヒト腸管内の常在菌の1種である腸球菌は通常,健常者の場合は保菌していても無害である.しかし,免疫機能が低下した場合,心内膜炎や敗血症等の重篤な感染症を引き起こす恐れがあり,抗生物質による治療が行われてきた.しかし,その利用の拡大に伴い,抗生物質に耐性を持つ薬剤耐性菌Antibiotic Resistant Bacteria:ARB)が発現した.1980年代前半の欧州ではじめて発現が確認され,1990年代に入り米国などで急速に拡大した.我が国でも発生が報告されており,院内感染の原因菌として大きな問題となっている.現在の我が国の下水処理場の殺菌方法は,次亜塩素酸を用いた薬剤殺菌が主流となっているが,近年のARBの発現により薬剤殺菌では完全に処理できておらず,今日までに河川等の水環境における検出が報告されおり,水環境中でのARBによる汚染が深刻となっている.これまで塩素以外の手法として,オゾンや紫外線照射による殺菌方法が提案されてきたが,設備コストが高価であること,対象物の濁度によって殺菌効果が減衰するため十分な殺菌効果が得られない場合があるといった問題が生じており,大規模な普及には至っていない.本研究では,代替手法としてインパルス電圧による滅菌法を提案した.これは,電界により菌の細胞壁を物理的に破壊し,菌を滅菌するものであり,大腸菌や糸状菌に対して有効とされる.これまで,薬剤耐性菌であるバンコマイシン耐性腸球菌へインパルス電圧を印加し,印加電圧および印加時間の増加に従って生菌数が減少することが確認された.また印加電圧が高いほど印加後の菌液温度が高くなることが確認された.また,対象が海水等の低インピーダンスとなる場合でも電界が印加できれば不活化できることが示唆された.1.魚病関連微生物の不活性化効果の解明魚病関連微生物のモデルとして,ヒラメ(県生産量一位)のエドワジェラ症の原因であるEdwardsiella tardaを用いる.人工海水に培養させたE. tardaを懸濁させ,インパルス電圧印加による不活性化効果を明らかにする.2.インパルス電圧発生装置の小型化及びリアクタの開発1の結果をもとに,高効率に電気エネルギーを送り込み,滅菌作用を発揮することができる装置を開発し,リアクタとともに組み込むことで新規の滅菌処理システムとしての構築を目指す.3.実試料への実証実験及び従来法との比較実試料を対象として,構築した本システムによる実証実験を実施する.さらに,各分野において一般的に利用されている従来法(塩素消毒(次亜塩溶液),紫外線消毒,オゾン消毒)と比較し,その消毒機構,残留薬品,コストの面から本システムの有用性を検証する.1.インパルス電圧発生装置の小型化及びリアクタの開発
悪性高熱症における遺伝子変異のスクリーニングに関する研究

研究代表者は,以前より本邦における悪性高熱症素因が疑われる症例より,ゲノムDNAを採集してきた.本年も同様に国内で発症した悪性高熱症患者やその素因の疑いのある患者から血液を採取し,各患者のゲノムDNAを抽出した.これまでの収集症例のゲノムDNAは約80例となった.また,昨年度研究費により購入した,Single strand conformation polymorphism(SSCP)法を行うためのシステム,および骨格筋リアノジン受容体遺伝子上の悪性高熱症の素因と関連すると報告されてきた領域の合成PCRプライマーを用い,上記遺伝子領域の変異のスクリーニングを開始した.これまでに,1家系において骨格筋リナノジン受容体遺伝子領域の多型の連鎖を認めているが,原因となる変異部位の特定には至っていない.また,本年度の症例に関しては,悪性高熱症素因の検索を生検骨格筋標本よりCa-induced Ca release法を用い行ってきた.この様に,スクリーニングシステムの運用開始に至り,現在これまでに収集した患者のゲノムDNAの約15箇所での変異の検出を継続している.上記の遺伝子多型の連鎖が認められた家系については,Hiroshima Journal of Medical Sciences誌に報告した.さらに国内の悪性高熱症例の収集のために,インターネット上で情報公開を行い,スクリーニングシステムのより有用な活用が行えるように配慮した.本研究の継続により,悪性高熱症例の収集が得られ,分担執筆図書および悪性高熱症研究会において発表した.今後,スクリーニングシステムの有効な活用を目的とし,研究を継続する予定である.研究代表者は,以前より本邦における悪性高熱症素因が疑われる症例より,ゲノムDNAを採集してきた.これまでの収集症例のゲノムDNAは約50例であり,本年度にも数例の悪性高熱症の疑いのある症例から,血液標本を収集できた.まず,その収集検体から,ゲノムDNAの抽出を行った.本年度研究費により,Single strand conformation polymorphism(SSCP)法を行うためのシステムを購入した.また,これまで骨格筋リアノジン受容体遺伝子上の悪性高熱症の素因と関連すると報告されてきた領域のPCR法用のプライマーを6組合成した.これにより,上記遺伝子領域の変異のスクリーニングを開始するため,現在までにシステムの条件設定のための実験を継続している.素因確定のためには,確実のスクリーニング結果が必要であるので,安定した結果が確実に得られる様な条件を探索している.また,本年度の症例に関しては,生検骨格筋のスキンドファイバー標本に対し,Ca-induced Ca release法を用いて悪性高熱症素因の検索を行ってきた.この様に,スクリーニングシステムは未だ条件設定中であり,論文等による発表には至っていない.しかし本研究の継続により,悪性高熱症例のレトロスペクティブな検討を加えることができ,関連する因子等についての知見が得られ,分担執筆図書および日本臨床麻酔学会,悪性高熱症研究会において発表した.今後,スクリーニングシステムの至適条件が得られ次第,収集してきた全検体のスクリーニングを開始する予定である.研究代表者は,以前より本邦における悪性高熱症素因が疑われる症例より,ゲノムDNAを採集してきた.本年も同様に国内で発症した悪性高熱症患者やその素因の疑いのある患者から血液を採取し,各患者のゲノムDNAを抽出した.これまでの収集症例のゲノムDNAは約80例となった.また,昨年度研究費により購入した,Single strand conformation polymorphism(SSCP)法を行うためのシステム,および骨格筋リアノジン受容体遺伝子上の悪性高熱症の素因と関連すると報告されてきた領域の合成PCRプライマーを用い,上記遺伝子領域の変異のスクリーニングを開始した.これまでに,1家系において骨格筋リナノジン受容体遺伝子領域の多型の連鎖を認めているが,原因となる変異部位の特定には至っていない.また,本年度の症例に関しては,悪性高熱症素因の検索を生検骨格筋標本よりCa-induced Ca release法を用い行ってきた.この様に,スクリーニングシステムの運用開始に至り,現在これまでに収集した患者のゲノムDNAの約15箇所での変異の検出を継続している.上記の遺伝子多型の連鎖が認められた家系については,Hiroshima Journal of Medical Sciences誌に報告した.さらに国内の悪性高熱症例の収集のために,インターネット上で情報公開を行い,スクリーニングシステムのより有用な活用が行えるように配慮した.本研究の継続により,悪性高熱症例の収集が得られ,分担執筆図書および悪性高熱症研究会において発表した.今後,スクリーニングシステムの有効な活用を目的とし,研究を継続する予定である.
アリル進化の痕跡から個人特異性と集団近縁性を同時解析するDNA検査法の開発

最近のDNA検査をはじめとする物体検査から要求される情報は個人識別にとどまらない。例えば血痕などから個人識別情報だけでなく、その個人の属する集団がある程度判明すれば法医鑑識上、大変有用な情報となる。このため、昨年度はこのような高変異ミニサテライトのひとつであるB6.7について、その高変異性の源をたどるべく、霊長類のDNAを用いて、B6.7相当領域の増幅とアリルの塩基配列決定を試みた。17年度は、現在最も集団近縁性を示すMS32(D1S8)について検討した。MS32のアリル情報は、コーカシアンやアフリカンの民族では多く解析されているが、アジア人で多く解析されているのは日本人だけである。そこで、同じアジア人であるタイ人のアリルを分析した。まず、MS32にはミニサテライトの近傍配列の一塩基多型(SNP)が3カ所知られているが、その3カ所をタイピングしてヘテロ接合体を選択した。その結果、Hfと呼ばれるSNPではタイ人サンプル170例のうち60例がヘテロ接合体であったため、このSNPを利用したアリル特異的MVR-PCRを行い、アリルのマッピングをおこなった。マッピングされた106個のMVRの比は、aタイプとtタイプの比で3:1となっており、他の民族と有意な違いを示すものではなかった。また、このうち、アリルコードでは識別できないアリル(同一アリル)は2組あり、他の102個のアリルは全て異なっていた。さらに、ドット・マトリクス法で、今までマッピングされた世界の民族アリルのデータと構造を比較したところ、有意な類似性を示して、グループを作成するアリルが57個であった。そのアリル内類似性によってアリルを並べてみると、タイ人アリルは最も似ているアリルに日本人アリルが選ばれるのがコーカシアンアリルに比べ2倍以上あり、アフリカンアリルに最も似ているという結果を示したアリルは見られなかった。このように、MS32はタイ人においても高い個人識別力を有しているだけでなく、その集団の特徴を表すモチーフ構造をアリル内に有しており、多型マーカーとして極めて有用なローカスであることが示された。今後は他のローカスや他の集団に分析を拡げて、さらに高度なミニサテライト解析法を確立したいと考えている。このため、今年度はこのような高変異ミニサテライトのひとつであるB6.7について、その高変異性のルーツをたどるべく、類人猿、旧世界ザル、新世界ザルなどの霊長類のDNAを用いて、B6.7相当領域の増幅とアリルの塩基配列決定を試みた。その結果、シロテテナガザルを除く類人猿、および全ての旧世界ザルで増幅バンドを確認できた。一方、新世界ザルおよび原猿類ではアリルの増幅を確認できなかった。ほとんどの霊長類で1本であり、同種類の霊長類においては一致していた.しかしながら、アカゲザル、マントヒヒにおいては、2本のバンドを有する個体があり多型性を示した。また、増幅バンドの塩基配列を決定したところ、認められたバンドは全てヒトのB6.7リピート又はその類似リピートであり、フランキング領域の配列から霊長類におけるB6.7相当ローカスであることが確認できた。複数のチンパンジーにおいて同一アリルを有するホモ接合体であった。ゴリラにおいても3個体いずれも長さの等しいホモ接合体と思われたが、アリルのリピート内にわずかな変異を認めた。ニホンザル、カニクザル、アカゲザルの3種のマカクではアリルの長さは異なっていてもアリル内の各リピート配置は非常に類似しており、近縁性を特徴づけた。今後、他のローカスや、アジア人のDNAを利用して日本人アリルとの比較により、アリルの近縁性と進化についてさらに考察を深めたいと考えている。この研究によって考案されるアリル解析法は、従来の種族検査にはないDNA検査法の新しい分野を開拓するものと期待している。

また、このうち、アリルコードでは識別できないアリル(同一アリル)は2組あり、他の102個のアリルは全て異なっていた。さらに、ドット・マトリクス法で、今までマッピングされた世界の民族アリルのデータと構造を比較したところ、有意な類似性を示して、グループを作成するアリルが57個であった。そのアリル内類似性によってアリルを並べてみると、タイ人アリルは最も似ているアリルに日本人アリルが選ばれるのがコーカシアンアリルに比べ2倍以上あり、アフリカンアリルに最も似ているという結果を示したアリルは見られなかった。このように、MS32はタイ人においても高い個人識別力を有しているだけでなく、その集団の特徴を表すモチーフ構造をアリル内に有しており、多型マーカーとして極めて有用なローカスであることが示された。今後は他のローカスや他の集団に分析を拡げて、さらに高度なミニサテライト解析法を確立したいと考えている。
ストレスによる過覚醒の神経メカニズムの解明:ラットを用いた精神生理学的研究

ラット前頭葉のDC電位は日内変動し、陰性方向への変化は筋活動の増加とデルタ波の減少を伴い覚醒レベルと関係した。ストレスの予期に伴うDC電位変化も前頭葉で出現することを確認した。また脳内ノルアドレナリン濃度は、皮質、海馬、視床下部で、急性ストレス後7日目まで上昇が持続することが認められた。ストレスによる前頭葉のDC電位変化や脳内ノルアドレナリンの過剰生産が過覚醒の出現に関与すると考えられた。本研究の目的は、ストレス性の精神障害の主要な症状の一つである「過覚醒」の指標を開発することである。ラットの脳波、事像関連電位、脳内フィールド電位、脳内神経発火、及び心拍変動などの生理指標を用い、ストレス負荷(フットショック)が「覚醒機能」に与える影響を明らかにするための研究を行ってきた。「覚醒機能」は1)外的要因に対する脳の電位的反応や2)自律神経活動の長期変動の面から評価する。脳の部位としては覚醒注意機能に関連すると考えられる前頭葉に焦点を当て、感覚刺激に対する脳波や神経発火などの反応を記録する。自立神経活動は心拍数および心拍変動を周波数分析して得られる交感神経及び副交感神経活動指標を用いて解析する。神経活動の長期変動としては、脳の電機活動や自律神経活動の周期的変化を用いている。これら覚醒関連指標がストレスによりどのように影響を受けるのかを知ることにより、ストリスによる「覚醒機能障害」の神経メカニズムの解明につなげる。フットショックの予測に伴う事象関連電位をラットの頭蓋上で記録し、ストレスによる覚醒レベルの変化と脳機能との関連を分析した。ウィスター系雄ラットを用い、麻酔下で電極植え込み手術を行った。表面脳波計測用のステンレスネジ電極を前頭葉、後頭葉、側頭葉直上の頭蓋骨に設置し、電極からのリード線をコネクターに連結し、レジンセメントにより頭蓋骨に固定した。手術後1週間の回復期の後に記録を開始した。脳波は生体信号増幅器(ER-1,Sygnus社)にて記録し、パソコンに保存した(Power1401,CED社:平成18年度購入備品)。脳波データはラットがストレス負荷を受けている時に測定した。2っの音刺激(5KHz音または、10KHz音)の一方(標的音)が呈示された1秒後にケージの床面のグリッドに電流を1秒程度流した(フットショック)。他の音刺激後にはフットショックは加えなかった(非標的音)。約10秒の刺激間間隔で1時間、音刺激とフットショックを与え、脳波を記録した。標的音に対する誘発電位に続き、陰性電位が主として前頭葉に出現した。陰性電位はフットショックまで続き、ストレスの予測に前頭葉が関連している可能性が示唆された。この陰性電位は人のCNVに類似するものと考えられるが、ラットの匹数を増やし、所見を確かなものにするとともに、皮質内の電位分布や、神経発火との同時記録を行っている。今後この電位変化をもとに、ストレスに伴う覚醒レベルの変化と前頭葉機能との関連について分析を行う。フットショックストレスに伴う事象関連電位変化をラットの頭蓋上で記録し、ストレスによる覚醒レベルの変化(過覚醒)と脳機能との関連を引き続き分析した。皮質表面電極や皮質内電極を設置し、手術後1週間の回復期の後に記録を開始した。脳波は生体信号増幅器にて記録し、パソコンに保存した。2つの周波数の異なる音刺激の一方(標的音)が呈示された後にケージの床面のグリッドに電流を流した(フットショック)。標的音に対して誘発される事象関連電位は主として前頭葉に出現し、ストレスによる条件付けに関連しており、外傷後ストレス障害などのストレス関連疾患で認められる過覚醒との関わりが示唆された。大脳皮質内の電位分布や、神経発火の記録結果と合わせて、ストレスピに伴う覚醒レベルの変化と前頭葉機能との関連について分析を行っている。また、ストレス後の脳内ノルアドレナリンとその代謝産物であるMHPGの測定結果も合わせ、ストレス後の過覚醒の神経メカニズムを考察することを進めている。ストレス後に、外部刺激に対する神経活動や神経伝達物質の反応性が持続的に上昇することが、過覚醒の背景にあると考えられる。ラットの事象関連電位、睡眠覚醒リズム、slow potential,心拍変動、脳内ノルアドレナリン濃度がストレスによる過覚醒の指標になることが示唆された。1.フット

ショックストレスに伴う事象関連緩電位変化は、ストレスに対する条件付けの過程で出現し、ストレス中止後もしばらく続き、ストレス第負荷に関連する指標になりうると考える。主として前頭葉に出現し、外傷後ストレス障害などのストレス関連疾患で認められる過覚醒との関わりが示唆される。2.ラットの睡眠覚醒リズムに対する摂食の影響を、餌の硬さの面から分析した。柔らかい餌よりも硬い餌の方が、睡眠が増加する傾向が認められた。また、時系列分析により睡眠覚醒脳波の分析も行った。3.心拍変動の自律神経指標が、フットショックストレス負荷後に数日間にわたり変化することを認めた。長時間持続するストレスの影響の指標になる可能性が考えられた。4.ストレス後の脳内ノルアドレナリンは、皮質、海馬、視床下部で、フットショックストレス負荷後、7日目まで濃度が上昇することが認められた。ストレス後の過覚醒の神経メカニズムに関連することが考えられる。ストレス後の反応性が持続的上昇することが、過覚醒の背景にあると考えられる。ラットにおいて覚醒レベルとDC脳電位との関連を検討するとともに、フットショックストレスの負荷がDC脳電位やslow potential、脳内ノルアドレナリン濃度に及ぼす影響を分析した。1.ラット脳におけるDC電位は、前頭部では小脳に比べ活動時にはマイナスになり、休息時にはプラスなる日内変動および数十分のphasicな変動が見出された。変動はミリボルトレベルに達し、前頭部DC電位のマイナス方向への変化は筋活動の増加と脳波デルタ波の減少を伴った。覚醒レベルと脳のDC電位とは密接に関連することが示された。2.フットショックストレスの予期に伴いDC脳電位の変動を伴うCNV様のslow potentialが前頭部に出現することを確認した。ストレスに関連した過覚醒状態が前頭部のDC電位発現と関連すると考えられる。DC脳電位の測定が臨床の場での過覚醒状態評価に利用できる可能性が示唆された。3.急性のストレス後、脳内ノルアドレナリン濃度を直後と4時間後、1日後、7日後に測定に測定した。ストレス直後には視床下部では減少するが、1日後からは上昇し、皮質、海馬、視床下部でストレス負荷後7日目まで上昇が持続することが認められた。ストレス後の過覚醒の神経メカニズムに脳内ノルアドレナリンの過剰生産が関連することが示唆された。ストレス負荷後には、slow potentialに反映されるDC脳電位の変化や脳内ノルアドレナリンの過剰生産が引き起こされ、過覚醒の出現に関与することが考えられた。
DNA損傷による複製阻害を回避するメカニズムの包括的理解

ヒト細胞内で、PCNA3量体中の複数の分子のK164が同時にマルチ修飾を受けることにより、Polhによる損傷乗り越え複製とは異なる未知の複製阻害回避機構が活性化制御される。また、Polhは3つのPCNA相互作用領域とユビキチン結合領域を持ち、それぞれに固有かつ重複的な複雑な相互作用により制御されている。PCNAの可逆的なモノユビキチン化の制御には、複数の脱ユビキチン化酵素が寄与しており、USP1がDNA複製と協調して紫外線損傷の正確な乗り越え複製に寄与するのに対して、USP7は酸化的DNA損傷の修復に伴う突然変異を抑制している。DNA損傷による複製阻害の回避機構の包括的理解に繋がる成果を得た。DNA損傷による複製阻害を回避する機構の制御におけるPCNAの翻訳後修飾の重要性が明らかになってきている。すなわち、PCNAの164番目のリジン(K164)が、モノユビキチン化されることによりTLSが活性化され、ポリユビキチン化(K63)されることによりテンプレートスイッチと呼ばれる未解明の機構が活性化されると考えられている。しかし、PCNAがホモ3量体であることによる翻訳後修飾の多様性がもたらす影響はほとんど明らかにされていない。そこで、本年度は、PCNA3量体の複数のサブユニットが同時にマルチ翻訳後修飾されることの生理的意義を解析するためのヒト細胞系を構築した。具体的には、K164をアルギニンに置換した変異体PCNA[K164R]を導入したヒト細胞株を作成し、この細胞内では、内在性PCNAと外来変異PCNAが混合した3量体を生じることを示した。即ち、この細胞内を用いることにより、PCNA3量体中の複数のサブユニットが同時にマルチ修飾されることができない状況を作り出し、種々のDNA損傷に対する感受性や細胞周期の進行等の細胞応答を解析することが可能となった。さらに、上記の解析と併せて、DNAポリメラーゼ・イータによるPCNAのモノユビキチン化亢進の分子機構と生理的意義の解析を開始した。具体的には、細胞レベルで、DNAポリメラーゼ・イータを強制発現させることにより亢進されるPCNAのモノユビキチン化の内容を解析し、モノ及びマルチユビキチン化の促進であることを明らかにした。本研究では、ヒト細胞を用いて、DNA損傷による複製阻害を回避するメカニズムを包括的に理解することを目的とする。特に、DNA複製を始めとするDNA代謝においてスライディング・クランプとして重要な役割を担うPCNA(proliferating cell nuclear antigen)の翻訳後修飾について、PCNAがホモ3量体であることにより生じるマルチ翻訳後修飾に着目して解析を行っている。本年度は、PCNAのマルチ翻訳後修飾が細胞レベルでの紫外線抵抗性の獲得に重要であるとの初年度の成果をもとに、その具体的な反応機構の解析を進めた。特に、DNAポリメラーゼ・イータとユビキチン化PCNAとの相互作用に着目した解析を行い、新たなPCNA相互作用領域を見い出し、複数のPCNA相互作用領域の役割について解析を行った。加えて、DNA損傷の種類に応じた複製阻害回避機構の制御についての解析に着手し、内在性の重要なDNA損傷である酸化的損傷に応じて起こるPCNAのモノユビキチン化を制御する仕組みが、紫外線に応答して起こるモノユビキチン化の制御とは異なる機構によって制御されていることを見い出した。新たなユビキチン化と脱ユビキチン化の連携制御機構の解明に繋がることが期待される成果であり、より詳細な解析を進めている。さらに、これらの解析の過程で、クロマチン構造変換に関わる因子が、PCNAのモノユビキチン化制御に関わる可能性も見い出しており、DNA損傷による複製阻害を回避するメカニズムの包括的理解に向けて解析を進めている。1)本研究により見出した、PCNAホモ3量体中の複数のPCNA[K164]が同時にマルチ翻訳後修飾を受けることにより活性化される未知の複製阻害回避機構について、PCNA[K164R]変異体を発現させて、マルチ翻訳後修飾を阻害した細胞について、紫外線に加えて、シスプラチンを始めとするDNA結合性の化合物に対する感受性及びPol etaによる損傷乗り越え複製との関係について詳細な解析を行い、未知の損傷トレランス機構が存在することを明らかにすることができた。2)RAD18によるPCNAのモノユビキチン化がPol etaを活性化するのに重要であるという従来の知見に加えて、Pol etaがRAD18によるPCNAのマルチモノユビキチン化を亢進することを見出した。さらに、Pol etaは、従来報告されていた2つのPCNA相互作用ドメイン(PIP)に加えて、第3のPIPを有しており、3つのPIPとユビキチン結合領域を介したユビキチン化PCNAと複雑な相互作用による機能制御があることを明らかにした。3)PCNAのユビキチン化修飾は可逆的であり、USP1が脱ユビキチン化を担うと報告されているが、加えて、USP7もPCNAの脱ユビキチン化を担うことを明らかにした。USP1による脱ユビキチン化は、DNA複製と連動しており、紫外線損傷のTLSの過剰な活性化を防ぐのに対して、USP7による脱ユビキチン化は、細胞周期に依存せず、酸化的損傷の修復に伴うTLSポリメラーゼの過剰な活性化を抑制し、突然変異を抑制していることを見出した。

また、Polhは3つのPCNA相互作用領域とユビキチン結合領域を持ち、それぞれに固有かつ重複的な複雑な相互作用により制御されている。PCNAの可逆的なモノユビキチン化の制御には、複数の脱ユビキチン化酵素が寄与しており、USP1がDNA複製と協調して紫外線損傷の正確な乗り越え複製に寄与するのに対して、USP7は酸化的DNA損傷の修復に伴う突然変異を抑制している。DNA損傷による複製阻害の回避機構の包括的理解に繋がる成果を得た。ヒト細胞中で外来性PCNAと内在性PCNAが効率よく混ざり合った3量体を構築させることが本課題の最初のクリアすべき課題であったが、安定的に発現する細胞株を作出することにより、関門をクリアし、順調に計画を進めることが可能となった。その結果、マルチユビキチン化の重要性を世界で始めて示す成果を得ることができたため、その成果の検証に時間を費やし、当初の計画を延長して繰り越したが、当初の計画以上の成果に繋げるための措置であり、計画は順調である。ヒト細胞の損傷DNA複製におけるPCNAのマルチ翻訳後修飾の重要性を軸として、ほぼ計画どおりに独創的な研究を展開できている。DNA損傷の種類に応じた制御機構の違いやクロマチン構造制御との関連等の本課題により新規に着手した解析も順調に展開できており、概ね順調に進展していると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子生物学世界に先駆けてマルチユビキチン化の重要性を見い出すことができたので、引き続き、計画に従って、その下流で働く仕組み及び上流の制御機構を含めて、DNA損傷による複製阻害を回避するメカニズムの包括的理解を推し進める。引き続き、ヒト細胞の損傷DNA複製におけるPCNAのマルチ翻訳後修飾の重要性を軸として、関連タンパク質間の相互作用の変化等を確実に明らかにしていくとともに、DNA損傷の種類に応じた制御機構の違いやクロマチン構造制御との関連等の新規の展開もあわせて進めていくことにより、当初の計画目標の達成につなげていけると考えている。
硬骨海綿の環境解析～複合プロキシによるサンゴ礁海域の時空間変化の復元を目指して～

琉球列島サンゴ礁域の表層水深数十mに生息する硬骨海綿について,海洋環境指標(プロキシ)の有用性を評価し,長期の海洋変動を復元することを目的とし,現地調査による環境モニタリングと試料採取,地球化学的分析を実施した.その結果,骨格の同位体組成は同一個体内および個体差が小さく,平衡炭酸塩の理論値と一致することが明らかになった.放射性同位体年代測定から構築された過去150年間の炭素および酸素同位体組成の時系列は,海洋中への人為起源二酸化炭素および水温・塩分の変化を示した.硬骨海綿に基づく古環境情報は,浅海域の海洋生物の記録と併せることで,過去の海洋環境を空間的に復元できると期待される.地球環境の変動を理解するためには,地質試料を用いた古環境解析が重要な手法の一つである.本研究では,琉球列島サンゴ礁域の表層水深100mに生息する硬骨海綿について,骨格の各種化学組成を高時間分解能で分析し,海洋環境指標(プロキシ)の有用性を評価するとともに,Newプロキシとなる元素(同位体)を探求することを目的とする.そして,サンゴやシャコガイのデータとの比較から,琉球海域表層水深100mにおける水温と塩分の長期変動の類似性と相違性を明らかにすることを目指している.本年度は,琉球列島から採取した複数の硬骨海綿試料を切断整形した後,デジタルX線画像撮影による骨格成長輪構造を解析した.その結果,明瞭な成長輪がみられ,成長輪幅は約数百マイクロメートルであることが確認された.骨格の成長方向に沿って0.21mmの分解能で粉末試料を採取し,安定酸素炭素同位体組成分析を実施した.それにあたり,微小空間マイクロサンプリングの手法ならびに,微量炭酸塩の分析ルーチンを確立した.その結果,硬骨海綿試料の酸素同位体組成は,小氷期以降にみられる長期的かつ緩やかな減少傾向を示し,炭素同位体組成は人為起源二酸化炭素の増加の影響を受けた特徴的な減少カーブを描くことがわかった.これらの結果は,サンゴ年輪の同位体組成記録とも調和的であり,本研究試料はおよそ200年300年の生息期間を有していると推定される.得られた成果は,随時国内外の学会などで発表した.今後,放射性同位体年代測定による正確な形成年代推定が重要であることを確認した.地球環境の変動を理解するためには,地質試料を用いた古環境解析が重要な手法の一つである.本研究では,琉球列島サンゴ礁域の表層水深100mに生息する硬骨海綿について,骨格の各種化学組成を高時間分解能で分析し,海洋環境指標(プロキシ)の有用性を評価するとともに,Newプロキシとなる元素(同位体)を探求することを目的とする.そして,サンゴやシャコガイのデータとの解析から,琉球海域表層水深100mにおける水温と塩分の長期変動の類似性と相違性を明らかにすることを目指している.本年度は,現地調査によって硬骨海綿の生息場の環境モニタリングを実施し,環境水試料や硬骨海綿試料を採取した.採取試料を切断整形した後,デジタルX線画像撮影による骨格成長輪構造を解析した.その結果,明瞭な成長輪がみられ,その幅は数百マイクロメートルであることが確認された.昨年度確立した微小空間マイクロサンプリングの手法を用いて,骨格の安定酸素炭素同位体組成を分析した.その結果,硬骨海綿は同位体平衡で骨格を形成するため環境プロキシとして有用であることを確認した.また,本研究試料から過去数百年の時系列データを構築し,サンゴ骨格年輪と比較解析を実施した.放射性同位体年代測定を実施したものの,高精度の年代値が得られなかった.今後,正確な形成年代の推定について検討と対策が必要と考えられる.本研究は,概ね2015年度研究実施計画どおりに進められた.具体的な理由は,1)昨年天候不良のため延期していた現地調査を実施することができ,現場環境モニタリングを開始できたこと,2)昨年度に確立した一連の解析手法(試料整形ーX線画像による成長輪解析ー微小領域マイクロサンプリングー安定同位体組成分析)をベースに,数多くの硬骨海綿試料を分析し膨大なデータを得たこと,3)データ解析から得られた成果の一部を学会で発表したこと,である.なお,レーザーアブレーションシステムに不具合が生じたため,微量元素分析を当初の計画通り実施できなかった.この点では進捗状況に遅れがあるものの,それ以外の研究項目で膨大な基礎データが蓄積されたことから,本研究は概ね順調に進展していると判断される.地球環境の変動を理解するためには,地質試料を用いた古環境解析が重要な手法の一つである.本研究では,琉球列島サンゴ礁域の表層水深100mに生息する硬骨海綿について,骨格の各種化学組成を高時間分解能で分析し,海洋環境指標(プロキシ)の有用性を評価するとともに,Newプロキシとなる元素(同位体)を探求することを目的とする.そして,サンゴやシャコガイのデータとの解析から,琉球海域表層水深100mにおける水温と塩分の長期変動の類似性と相違性を明らかにすることを目指している.本年度は,現地調査と環境モニタリングを実施し,硬骨海綿の骨格試料を複数個体採取し,現場環境データを取得した.採取試料について,骨格の鉱物組成分析ならびに各種化学組成分析(安定酸素炭素同位体組成分析やレーザーアブレーションICP-MS分析など)を実施し,硬骨海綿の環境プロキシの評価に関する基礎的データを得た(現在成果を投稿準備中:Asami et al.).

また,大型の硬骨海綿試料について,骨格の放射性同位体年代測定を実施し,過去数百年の時系列データを構築し,他のプロキシデータと比較解析を行った(現在成果を投稿準備中:Asami et al.).以上の成果は,2017年度のJpGU-AGU Joint Meetingにおいて発表し,国際学術雑誌に投稿する予定である.なお,硬骨海綿から得られた環境プロキシデータと比較対象となる海棲炭酸塩生物のデータは随時,国内外の学会ならびに国際学術雑誌で発表した.琉球列島サンゴ礁域の表層水深数十mに生息する硬骨海綿について,海洋環境指標(プロキシ)の有用性を評価し,長期の海洋変動を復元することを目的とし,現地調査による環境モニタリングと試料採取,地球化学的分析を実施した.その結果,骨格の同位体組成は同一個体内および個体差が小さく,平衡炭酸塩の理論値と一致することが明らかになった.放射性同位体年代測定から構築された過去150年間の炭素および酸素同位体組成の時系列は,海洋中への人為起源二酸化炭素および水温・塩分の変化を示した.硬骨海綿に基づく古環境情報は,浅海域の海洋生物の記録と併せることで,過去の海洋環境を空間的に復元できると期待される.本研究は,概ね2014年度の研究実施計画どおり進められたものの,現地野外調査ならびに高分解能微量元素分析を実施することができなかった.現地調査については,本研究目的に最適な現場の選定に苦慮したことや,天候と海況が悪く調査日程の調整ができなかったためである.微量元素分析については,使用するレーザーアブレーションシステムに不具合とトラブルが生じたためである.一方,この状況を踏まえて,それ以外の実施計画項目を精力的に推進した.具体的には,硬骨海綿試料の整形作業,X線画像撮影による成長輪解析,安定酸素炭素同位体組成の高時間解像度分析とその一連手法の確立,がある.これによって,硬骨海綿骨格の基本的情報と長期古海洋記録を抽出することに成功し,成果を学会等で発表した.以上の進捗状況から,本研究は計画に沿って進められているものの,当初の予定よりは若干遅れていると判断される.基本的に2015年度の研究実施計画どおりに進める予定である.野外調査,試料整形,縞構造解析,化学分析を推進する.特に,分析値の高精度時系列データを構築するために,ウラン系列年代測定および放射性炭素年代測定を推進する.レーザーアブレーションシステムが復旧し次第,微量元素組成の高解像度分析を開始するが,装置不良が継続する事態を踏まえ,他の研究機関で実施できるよう調整する,または,湿式法によるICP分析を試みる.得られた成果は国際学術雑誌に投稿するとともに,国内外の学会で発表する予定である.古環境学基本的に2015年度の研究実施計画どおりに進めていく予定である.2014年度で延期となった野外での現場調査は,2015年度前期中に実施する予定である.レーザーアブレーションシステムが復旧し次第速やかに,微量元素組成の高解像度分析を開始する.また,放射性同位体年代測定による硬骨海綿の正確な生息期間を決定し,化学組成の時系列データ構築を推進する.得られた成果は国際学術雑誌に投稿するとともに国内外の学会で発表する.天候等々の理由により現地調査の実施回数が予定より少なかったこと,また,放射性同位体測定に適した試料数が当初の予定より少なかったことが理由である.
非対称断面を有する形材の軸力援用高精度回転引き曲げ加工の開発

非対称断面チャンネル材の回転引き曲げ加工において、不整変形を抑制するために、曲げひずみが付与される加工領域にしわが発生するが、新形状のワイパーダイや異形状の積層弾性心材といった拘束ジグの適用および軸引張り力の負荷により、抑制可能であることが解明されている。しかしながら、拘束ジグの適用および軸引張り力の負荷により、加工領域のしわ、引張フランジのへん平変形およびねじれがほぼ抑制されたため、非加工領域にしわが発生する結果が明確に現れた。非加工領域に生じるしわと有限要素解析により、非加工領域のしわは、拘束ジグの抑制困難な箇所に発生するため、高い軸引張り力が必要になる。しかし、高い軸引張り力を負荷する場合、加工初期より、被加工材の引張応力の増加により引張フランジのへん平変形が増大し、引張フランジの薄肉化が顕著に表れる。引張フランジの薄肉化により、容易に割れが発生する。そこで、非対称断面チャンネル材の曲げ加工技術の更なる向上を図るため、加工中に軸力を変化させる可変軸力を提案し、その効果について調査・解明した。また、加工中期から後期にかけて、曲げ角度が大きくなり、回転ダイと被加工材との接触力の増加につれて、摩擦力による引張り力が増加するため、へん平変形が生じやすくなる。そこで、これらを考慮し、軸力は加工中期から後期にかけて減少させる可変軸力が必要になるため、回転引き曲げ加工装置を改良し、加工中に軸力の値を可変可能にした。装置は加工中の各曲げ角度において任意の軸引張り力を負荷可能な構造とした。その可変軸力を適用した曲げ加工を、A6061S-O材、肉厚1.5mmの非対称断面チャンネル材に対して、解析および試験により実施した。結果として、一定軸力と比較して可変軸力の適用により、被加工材の横断面の変形量が最大で11.0%低減し、肉厚の維持に対しては1.1%程度向上したことによって、しわとへん平の抑制に効果的であることを示した。
細胞外DNAを取り込む極限環境微生物から探る遺伝子伝播

外来DNAの微生物細胞内への獲得頻度を評価する方法として,フローサイトメーターを用いた実験系の有効性を確認した.この手法を,様々な物理化学環境を示す地熱水試料に適用したところ,一部の試料においてのみ外来DNAの微生物細胞内への取り込みが確認された.しかし,長時間の培養後はそれが観察されなかった.これらの結果は,自然環境中の微生物群集の中に,外来DNAを細胞内に短時間で取り込む,いわゆるコンピテント状態にある微生物が存在することを示唆していた.陸上温泉や深海熱水噴出孔といった極限環境は,高温かつ高重金属濃度であることが知られている.この物理化学的特徴は,外来DNAが微生物細胞内に取り込まれやすい条件と一致する点が多い.そこで,本研究では微生物による細胞外DNAの取り込み能力に着目し,自然環境で潜在的に起こる形質転換について調査を行った.今年度は,実験系の確立と本研究提案に適した陸上温泉試料の選定を行った.微生物による細胞外DNAの取り込み能の評価として,蛍光分子ラベルしたDNAを取り込んだ微生物細胞をフローサイトメーターで検出・計数する方法が有効であった.実験試料の採取は,様々な泉質(化学的特徴)と温度を示す陸上温泉で実施した.国内では鹿児島(安楽温泉,霧島温泉,塩浸温泉),大分(岳の湯,赤川温泉,ガニ湯,郷の湯)から,国外ではインドネシアのスマトラ島(Sipoholon,Dolok Tinggi Raja)から,炭酸泉,硫黄泉,冷泉,高濃度の鉄分を含む温泉から実験試料を得た.高温硫黄泉は全微生物細胞数が比較的高いものが多いが,分子系統解析からすると多様性は低く,硫黄酸化細菌が優占していた.これらの試料を用いた細胞外DNA取り込み実験では,有意な取り込みが観察されなかった.一方,低温の試料の一部では,細胞外DNAの取り込みと見られるシグナルがわずかに観察された.現在,様々な条件下での検討を実施し,DNAの取り込みに影響を与える因子を調べている.環境微生物による外来DNAの獲得頻度の評価と,その獲得における環境因子の影響解明を目的に,フローサイトメーターを用いた実験系の確立を行った.蛍光分子ラベルを施したDNAとコンピテントセル(外来DNAを細胞内に取り込みやすい状態にある大腸菌)や環境試料を一定時間培養したところ,一部の細菌においてDNAの取り込みを確認することができた.この実験系を用いて,地熱水試料を対象に,カルシウムなど重金属濃度や温度との相関について次に調査を行った.特に,硫黄酸化細菌の優占する源泉上流から,紅色硫黄細菌のいる中流,シアノバクテリアや緑色非硫黄細菌の優占する下流への変化に着目した.この試料では,上流から下流にかけて,温度は63度から50度まで減少し,カルシウム濃度も7mMから3mMまで減少するという系統的な変化が確認された.しかし,DNA取り込み実験の結果,取り込みが期待される集団の割合は極めて低く,系統的な変化を見出すことは困難であった.一方で,細胞外DNAの積極的な取り込みが示唆される一部の湧水試料では,実験に供与するDNAの鎖長を変化させた場合,比較的短いDNAで取り込み率が高くなる傾向が確認された.しかし,取り込みが確認される細胞は,数時間以上の培養を経ると確認されなくなることから,この取り込みは一時的なものであり,長時間保持・定着するものではないと示唆された.なお,同様の実験を放射性同位体標識DNAを用いて実施しているが,バックグラウンドシグナルが高く,この方法は有効ではないことが明らかとなっている.外来DNAの微生物細胞内への獲得頻度を評価する方法として,フローサイトメーターを用いた実験系の有効性を確認した.この手法を,様々な物理化学環境を示す地熱水試料に適用したところ,一部の試料においてのみ外来DNAの微生物細胞内への取り込みが確認された.しかし,長時間の培養後はそれが観察されなかった.これらの結果は,自然環境中の微生物群集の中に,外来DNAを細胞内に短時間で取り込む,いわゆるコンピテント状態にある微生物が存在することを示唆していた.所属変更に伴い,利用できる研究施設に変更が生じた.このため,放射性同位元素を用いた実験が実施できなかったものの,別の実験装置を使用することで,研究計画と大きな相違を生むことなく研究を進めることができた.この為,概ね順調に計画は達成できていると判断される.地球微生物学細胞外DNAの取り込み速度に影響を与える因子として,細胞外DNAの塩基数や形態が考えられる.また,温度や重金属濃度などの物理化学因子が与える影響についても検討する.さらに,放射性同位体トレーサーを用いた細胞外DNAの取り込み評価も平行して実施し,多角的に実験結果の意味することを検討したい.所属変更に伴い,放射性同位元素を用いた実験計画に変更が生じた.放射性同位体標識オリゴヌクレオチドを使った細胞外DNA取り込み速度を測定する実験方法に代替案を確立することができたので,次年度はこの方法を使って,検証実験を進めていく.なお,一部の試料では放射性同位体元素を使った実験も併用し,実験結果を多角的に検証し,考察を深めていく.
三次元イメージベース有限要素法によるコンクリート材料の圧縮軟化解析

本研究は,コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料として考え,その力学挙動を解明するための数値解析的手法を開発しようとしたものである.粗骨材-モルタル-界面の幾何学構造のモデリングが重要であるとの視点から,三次元デジタル画像を用いた有限要素モデリング手法を開発した.この有限要素モデリングの中でも中心となる手法は微視的引張破壊(クラック)の表現法であり,要素内に不連続変位を埋め込むものと非局所型でいくつかの要素により表現するものを提案した.本年度が本研究の総括であり,以下の成果を得た.前者の微視的引張破壊表現法では,コンクリート材料の初期の非線形挙動を詳細に追跡し得ることの計算例を示した.また,後者の表現法では,前者に比べて精度はよくないものの,巨視的引張破壊はもちろん巨視的圧縮破壊の最後(圧縮軟化)まで安定して追跡することができた.後者を用いて,非線形要因として微視的な引張破壊のみを考慮するだけで,一般的な多軸圧縮負荷においても工学的な予測式と定性的に一致することを示した.これらの成果は,論文としての発表の他,コンクリート工学協会「コンクリートの微細構造解析研究委員会」においても発表した.本解析手法は,三次元解析と細かい直交メッシュゆえに非常に多くの演算量を必要とするが,計算機の高性能化に伴い解決すると考えられる.一方,問題点としてより明らかとなったのは,界面についてモデリングはできても与えるべき材料物性値が不足していることである.なお,本解析手法の機能性多結晶セラミックスへの適用についても,本年度,若干の検討を行い,原則として適用可能であることを示した.本研究は、コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料と考え、この力学応答、特に巨視的1軸圧縮における力学応答を有限要素解析により明らかにしようとするものである。このとき、粗骨材の形状や配置は力学応答を決める大きな因子であるとの考えから、その有限要素モデルをコンクリート材料の実三次元デジタル画像から直接に生成するイメージベース有限要素法の開発を行ってきている。これは、要素分割を直交固定格子に限定して、画像処理により粗骨材とモルタルの界面を要素分割と独立に定義するものである。本年度の計画では当初、既に開発済みの界面の非線形挙動を表現しうる有限要素を、モルタル部分の非線形挙動のモデル化に用いる予定であったが、その有限要素に若干の不具合が見出されたことから、まずはその問題解決を行った。すなわち、有限要素定式化における仮定として要素内の界面を1面に限定しているが、一方でマーチングキューブズ法に代表される等値面作成手法により生成される等値面は、要素内に最大4面存在するという矛盾点である。これに対して、等値面作成手法を有限要素解析に適合するように改良して、各要素内に界面を1面に限定しうる三次元画像の修正法を開発した。これにより、この問題を無視して非線形解析を行うと計算が発散する場合があったのを完全に解決することができた。また本年度において、粗骨材の三次元幾何学形状が非常に複雑であること、従来とは異なった有限要素法であることから、コンクリートモデル内部の応力分布や損傷分布を視覚的に簡便に理解するために、Matlabによるポスト処理のプログラムを作成した。これは、来年度に研究を計画している非局所理論によるモルタル部分の損傷進展モデリングの解析結果を描画し検討・理解するために有用となる。本研究は、コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料と考え、局所的な引張破壊から巨視的な力学応答を有限要素解析により明らかにしようとするものである。本年度の研究においては,要素分割とは独立に界面を表現するための不連続性埋め込み要素の特性を再検討し,界面破壊が進展するに従いあるいは異種材料の剛性比が大きく異なるに従い,変形のロッキングを生じることを確認した.ただし,コンクリート材料のような剛性比が大きく異ならない材料では,それほど問題とならないことも合わせて確認した.一方で,不連続性埋め込み要素を使うことなく,簡便に界面破壊とモルタル破壊をモデル化する手法についても研究を行った.この手法では,破壊の進展判断に積分型の非局所ひずみを用いるだけで,3次元の破壊進展解析を数値解析的には比較的容易に完全破壊まで計算が可能であった.本研究は,コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料として考え,その力学挙動を解明するための数値解析的手法を開発しようとしたものである.粗骨材-モルタル-界面の幾何学構造のモデリングが重要であるとの視点から,三次元デジタル画像を用いた有限要素モデリング手法を開発した.この有限要素モデリングの中でも中心となる手法は微視的引張破壊(クラック)の表現法であり,要素内に不連続変位を埋め込むものと非局所型でいくつかの要素により表現するものを提案した.本年度が本研究の総括であり,以下の成果を得た.前者の微視的引張破壊表現法では,コンクリート材料の初期の非線形挙動を詳細に追跡し得ることの計算例を示した.また,後者の表現法では,前者に比べて精度はよくないものの,巨視的引張破壊はもちろん巨視的圧縮破壊の最後(圧縮軟化)まで安定して追跡することができた.

後者を用いて,非線形要因として微視的な引張破壊のみを考慮するだけで,一般的な多軸圧縮負荷においても工学的な予測式と定性的に一致することを示した.これらの成果は,論文としての発表の他,コンクリート工学協会「コンクリートの微細構造解析研究委員会」においても発表した.本解析手法は,三次元解析と細かい直交メッシュゆえに非常に多くの演算量を必要とするが,計算機の高性能化に伴い解決すると考えられる.一方,問題点としてより明らかとなったのは,界面についてモデリングはできても与えるべき材料物性値が不足していることである.なお,本解析手法の機能性多結晶セラミックスへの適用についても,本年度,若干の検討を行い,原則として適用可能であることを示した.
不動点理論に基づく機械学習アルゴリズムの構築とその無線通信システムへの応用

不動点理論に基づいて、以下の成果を得た。(1)低ランク適応アルゴリズムを導出し、その収束解析を与えるとともに、少ない計算量で収束速度を大幅に向上できることを示した。(2)「時間変化する計量」という新しい概念を提案し、数多くの適応アルゴリズムの収束性を統一的に解析するための一般的枠組みを構築した。(3)「Feasibility Splitting」という既存の概念を適応信号処理に新たに導入することで、複数の領域で表現された情報を効率的に利用できる適応学習アルゴリズムを導出し、その収束解析を与え、SIMO/MIMO無線通信システムにおける有効性を実証した。初年度不動点集合の共通部分上の点を求める新しい逐次最適化パラダイムを構築する.第二年度高性能オンライン機械学習アルゴリズムの構築する.第三年度理論的体系の構築する(第二年度に構築した学習アルゴリズムによって生成される点列が、漸近的に、不動点集合の共通部分上の点に収束することを証明)第四年度構築した学習アルゴリズムを、無線通信システムのブラインド信号分離技術に応用し,性能評価を行なう.(所望信号と統計的に独立な干渉雑音の高速除去が実現されることを確認する.)不動点理論に基づいて、以下の成果を得た。本年度の主要成果を以下に記す。1.これまでに確立した不動点理論に基づく学習アルゴリズムを低ランク適応フィルタに拡張し、それによって計算量削減と性能向上が同時に達成されることを示すとともに、収束解析を行なった。この手法は、一般に最適フィルタがパラメータ数より少数の信号に基づいて決定されることに着目し、パラメータ空間の入力ベクトルを低次元空間に射影する。この拡張により、学習に必要な訓練データ数を大幅に削減できるため、周波数利用効率が格段に向上する。提案法は、共役勾配法に基づく適応アルゴリズムの拡張として位置付けられ、従来法に新たな知見を与えている。2.二つの異なる領域(例:時間領域、周波数領域、空間領域など)で同時にオンライン学習することができる反復法を考案し、その収束解析を行なった。本手法は、適応射影劣勾配法で用いられるstrongly attracting非拡大写像として「ある関数に付随する射影勾配作用素」を採用することにより導かれる。「ある関数」とは、各々の領域における制約集合への平均2乗距離に基づいて定義される凸関数である。本手法により、多くの情報を同時に利用した効率的な学習が可能となり、周波数利用効率の飛躍的な向上が期待される。更に、本手法は無線通信・機械学習のみならず、動画像復元や医療(例: IMRT, Intensity Modulated Radiation Therapy)を含めた様々な目的への応用が期待される。1.変換領域アルゴリズムや準ニュートンアルゴリズム、Proportionate適応アルゴリズム、クリロフ比例法を含む数多くの適応アルゴリズムに対して、不動点理論に基づく統一的な解析法(時変計量適応射影劣勾配法)を提案した。これまで解析が困難視されていた上記アルゴリズムに対して、「計量の小変動」という仮定のもとで厳密な収束解析を与えた。また、数値例と解析を照らし合わせることにより、「計量の変動量」と「ステップサイズ」がアルゴリズムの性能に及ぼす影響について考察を与え、その関連性を明らかにした。本成果は、機械学習や隣接分野における多数の学習アルゴリズムに対して理論的枠組みを与え、新しいアルゴリズムを構築する際の有効な指針を提供するものである。2. Y.Censorらによって提唱された「Feasibility Splitting」という概念に基づいて、複数領域(例えば、時間・周波数・空間領域など)における制約を同時に考慮した適応学習問題を提示した。また、不動点理論に基づく「適応射影劣勾配法」において射影勾配作用素と呼ばれる非拡大写像を用いることで、当問題に対する反復解法を導出し、開写像定理を用いて提案法の厳密な収束解析を与えるとともに、提案法の有効性を数値例により検証した。本研究で示した解析は、従来の統計的アプローチとは異なり決定論的なものであるため、観測情報の統計的性質に依存しない(非定常環境も含んだ)解析になっている。本成果は、従来の適応学習パラダイムを、より柔軟に先験情報を取り扱えるよう拡張するものであり、今後の応用の広がりに大きく貢献するものと期待される。21年度までの成果として,複数の異なる領域(例えば時間・周波数・空間領域など)で同時に実時間学習することができる反復法(多領域オンライン学習アルゴリズム)を提案し,その収束メカニズムを解明した.22年度は,提案アルゴリズムをSIMO無線通信システムにおける多ユーザ干渉抑圧問題へ応用し,その有効性を検証した.具体的には,全てのユーザの到来方向推定値が得られている状況を想定し,そのステアリングベクトルから構成される行列を用いて線形変換を定義し,変換領域でのエネルギーに関する制約条件を付加的に導入した.これは付加情報を利用することで受信機設計における情報の欠落を補っていることになり,したがって少ない観測データから高精度な干渉抑圧を実現することができる.更に収束速度を向上させるため,並列射影に基づくオンライン学習アルゴリズムを導出した.

今回取り扱った問題は複素空間で定義されるが,N次元複素空間(Nは受信アンテナ数)から2N次元実空間への全単射写像を適切に定義することにより,実空間で得られた上述の収束解析を適用できることを明らかにした.数値シミュレーションにより.以下のことを確認した.1.全てのユーザの到来方向推定値が正確なとき,既存アルゴリズムの5%以下の観測データから高精度な干渉抑圧を実現する受信機が設計できる.本年度は,22年度までの研究で得られた「多領域オンライン学習アルゴリズム」をMIMO (Multiple Input Multiple Output)システムへ拡張し,MIMO多重アクセス通信路(MIMO-MAC)における有効性を実証した.これにより,(i)情報の曖昧さに対するロバスト性に加えて,(ii)高速で安定した収束性を,(iii)少ない計算コストで実現する高性能な機械学習アルゴリズムを構築することができる.この成果は国際会議「International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications」で既発表である他,国際学術雑誌「IEEE Transactions on Signal Processing」に投稿済(査読中)である.また,収束速度を向上きせるため,並列射影に基づく多領域オンライン学習アルゴリズムを提案し,その有効性を実証した.このアルゴリズムは並列構造を持つため,並列計算機により,高速に実行可能であるという利点を持つ.この成果は国際,会議「International Workshop on Multidimensional (nD) Systems」で既発表である.更に,近年,信号処理・情報理論などの分野で注目を集めている圧縮センシングのアイディアを利用したスパース適応アルゴリズムを提案し,スパースな未知系に対して収束速度を著しく改善できることを実証した.この成果は「IEICE Signal Processing Symposium」で既発表である他,国際会議「IEEE International Symposium on Circuits and Systems:2012年5月,ソウル」の特別セッションで発表予定である.