hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グラフ問題の数値処理アルゴリズムの確立と並列化

グラフ問題を数値処理で解く定式化を行った.数値的な並列計算に持ち込むことにより従来の高速化手法が適用可能となり,100台規模の並列計算実験からその有効性を確認した.さらに総和計算の近似値を計算しその誤差を数値的に処理して正確な値を計算する方式の開発に取り組んでいるがこちらはまだ完成に至っていない.本研究と深く関連するアルゴリズム微分で絶対値演算の系統的処理法としてABS-normal-formが2013年に提案されたいた.2015年秋に提案者のGriewank氏が来訪し本研究と研究交流の後この新手法に基づく劣勾配値の列挙法に取組み,関連国際会議で発表し,この4月海外雑誌への採録が決定した.平成26年度は(1)現在の実装方式の性能評価,(2)アルゴリズムの改良,(3) GPUを用いたプログラム設計を行う予定であった. (1)の性能評価の作業が遅れたため,代表者が所属する学科の計算機演習用のPC教室のシステム更新と時期が重なり,性能評価については更新後の新システムPC (core i7 2.7GHz, Memory 8GB, Nvidia Quadro K3100m) 100台で行うことに変更した.これに伴い,当該PC100台のシステムの稼働の安定化に加えて, GPUを有効利用するためのツールであるcuda sdkの導入が2015年1月となったため, 2014年秋から上記(2)アルゴリズムの改良と, 27年度実施予定であった理論面での検討を前倒しで開始した.具体的には,多数のProth Primesの中から本研究で利用するのに比較的都合が良いものを選び,プログラムを作成し,理論確認のための小規模の実験を行った.また,近似値を用いることで,複数の比較的小さな素数での計算結果を用いたアルゴリズムを検討中である.近似値としてはパーマネント計算で用いられるRyserのアルゴリズムを応用した逐次的計算方法で導出する値を採用する予定であるが,これらは未だノートの段階であり, 27年度中に纏める予定である.2014年度は上記のような状況であるので,当初予定の機器購入等は見送り,実質的な予算執行は無く,余った予算は27年度に組み入れることとした.平成27年度は平成26年度に続き(1)現在の実装方式の性能評価, (2)アルゴリズムの改良, (3) GPUを用いたプログラム設計,を行う予定であった. (1)の性能評価については, 2015年7月に本研究費で購入した「静音ワークステーション一式」に含まれるGPUボード「K40」を用いたプログラムとでテストプログラムでの実行時間の比較を行った.本研究のアルゴリズムで多数回評価される行列乗算を従来機種より1割程度高速に1024x1024行列乗算を行うことができることを確認した.しかし,大幅な高速化には繋がらず, (3)の並列計算をまず先に実装することとした.(2)アルゴリズムの改良については,中国人の剰余定理を用いるアルゴリズムを設計中であるが,単純な方式に比べメリットがあまり無く,さらなる改良を検討中である.(3)については単純なGPU利用では不十分であり, 100台規模のPCを並列に利用することのメリットを活かすべくプログラムを設計中である.また,平成27年秋にアルゴリズムの自動微分に関する世界的権威であるドイツ・フンボルト大学のAndreas Griewank教授が来日し,これを受けて本学での講演を依頼し区分的微分可能関数の自動微分に関する講演会を10月5日に実施した.この際の研究情報交換を下地として,絶対値演算abs(x)を含むプログラムで定義される関数のx=0における微分を系統的に実行するための処理系を試作し,テクニカルレポートとしてまとめた.従来Clarke Generalized Jacobianの要素を求めるだけに過ぎなかったアルゴリズムを, n次元空間で体積を持つ領域でのClarke Generalized Jacobianを計算するアルゴリズムに改良中である.2015年夏過ぎから,今回の研究の着想に至る原点であるところのアルゴリズムの自動微分に関する新たな技術展開についての研究が必要であるという着想に至り,そちらの方面での研究と当初予定のものとを同時進行する形で研究を実施した.結果としてゼロを引数とする絶対値関数の評価が存在する場合の自動微分の手法,すなわち,区分的に微分可能な関数に対するアルゴリズム自動微分の処理系についての研究を進めることとなったため.平成28年度も引続き(1)現在の実装方式の性能評価, (2)アルゴリズムの改良, (3)GPUを用いたプログラム設計,という研究計画を立てた.このうち(2)については,適切な近似計算値を用いると演算量を軽減できるという所まで理論的検討を進めて来ているが未だ完成には至っていない.これと並行して,平成27年度報告に記載した通り,本研究の原点であるアルゴリズムの自動微分に関するここ数年の発展を受けて,絶対値演算abs(x)を含むプログラムで定義される関数のx=0における微分を系統的に実行するための処理系の試作と分枝限定法を利用した最適性判定アルゴリズムの提案と実験に関する技術報告書をまとめた.これを再構成して2016年9月にイギリス・オックスフォード・クライストチャーチで開催された「第7回アルゴリズム微分に関する国際会議(AD2016)」での研究発表を申し込んだところ受理されたので,同会議に参加・講演発表した.この会議はアルゴリズム自動微分全般に関する国際会議であり,本研究に関連する幅広い研究に関する発表を聞き,情報収集することができたことは大変有意義であった.

ここでの発表内容は上述したようにいわゆる劣勾配に関連する研究であるが,高階微分に関連して本研究との直接的関係も深く,本研究への適用方法について検討中である.また,以上のように全般的に当初予定よりも研究が遅れているため,研究期間の1年延長を申請し,平成29年度も本研究を続行することとしている.当初予定の研究計画についてはこれまでと同様の状況であるが,新たに「区分的微分可能関数に関する劣勾配の系統的計算方法」に関連する研究にも着手し,国際会議で発表するなどの進展があった.しかしそれと対比して当初予定の研究遂行が遅れているので,実施状況は上記のように進展したものと相殺して「やや遅れている」と評価する.グラフアルゴリズムを数値的な高階微分として表現することにより,数値的な並列計算の適用について研究した.研究計画としては(1)実装の性能評価,(2)アルゴリズムの改良,(3) GPUを用いたプログラム設計,という方針を立て,まず(1)の実装済みプログラムを異なる環境(pc約100台)での実行を行い,個々のCPU性能に依存した全体性能を確認した.つぎに(2)のアルゴリズムの改良として剰余をとるタイミングをずらすことにより計算量の軽減を図ることに取り組んだ.しかし適切な近似計算を用いて正確な値を計算するという部分で行き詰まりその解決は模索中でまだ完成に至っていない.(3)については部分的な実装実験は行い(2)の進展をみて全体的な作業を進めていたので同じく未完成である.しかし,近年研究の原点であるアルゴリズム微分が大きく進展し,Griewank等により絶対値演算abs(x)をx=0のところで系統的に微分する方法が提案された.そこでそのような微分を系統的に実行するための処理系の試作に取り組み,分子限定法を利用した最適性判定法への応用例とともに平成28年秋に英国オックスフォードで開催されたアルゴリズム微分に関する国際会議AD2016で研究発表を行った.また,それまでの成果を取りまとめてジャーナルoptimization methods and softwareに投稿し平成30年3月採録が決定した.さらに拡張した手法について平成29年夏にカナダ・ケベック市で開催された国際オペレーションズリサーチ学会IFORS2017にて発表した.なお, GPGPUを備えた計算機の購入,2件の国際会議での研究発表旅費,研究成果の雑誌投稿の際の英文校正,および,実験プログラム・データの保護のためのNAS装置の購入に本研究課題として経費の支援を受け,研究を遂行することができた.グラフ問題を数値処理で解く定式化を行った.数値的な並列計算に持ち込むことにより従来の高速化手法が適用可能となり,100台規模の並列計算実験からその有効性を確認した.さらに総和計算の近似値を計算しその誤差を数値的に処理して正確な値を計算する方式の開発に取り組んでいるがこちらはまだ完成に至っていない.本研究と深く関連するアルゴリズム微分で絶対値演算の系統的処理法としてABS-normal-formが2013年に提案されたいた.2015年秋に提案者のGriewank氏が来訪し本研究と研究交流の後この新手法に基づく劣勾配値の列挙法に取組み,関連国際会議で発表し,この4月海外雑誌への採録が決定した.当初から実験環境の更新は2014年夏に予定しており,計画では旧システム上で実験を行うはずであった.
細胞分裂の階層構造ダイナミクスの解明

細菌の細胞分裂は、細胞中央部の細胞膜の内側に沿って細胞分裂タンパク質FtsZがリング状に重合し、そのリングの収縮が起きることによって起こる。この収縮の過程において、FtsZは離合集散を繰り返すと考えられてきたが、その詳細なメカニズムは不明であった。そこで、黄色ブドウ球菌FtsZに着目して結晶化・構造解析を行った。その結果、幸運なことに同一結晶の中に、FtsZは大きく立体構造が2種類で存在していることが分かった。結晶の中のフィラメント構造から判断して、それぞれフィラメント構造を形成・解離する形に相当することが予想された。これによって、FtsZがフィラメント形成状態と解離状態の両方の状態を同時にとりうるという新たな知見が得られた。さらに、この異なる立体構造がどのように構造が遷移していくか観測する目的で分子動力学計算を行った。これは新学術領域内の共同研究によって得られた成果で、多段階で起きる構造遷移を捕らえることができた。さらにこの構造遷移で鍵となる相互作用をアミノ酸変異によって形成できなくすると、GTPase活性もなくなり上述の構造変化も見られなくなったことから、FtsZのフィラメント構造形成の分子モデルを新たに構築でき、論文にまとめた(J. Struct. Biol., 2018)。また、黄色ブドウ球菌FtsZは、MRSAの薬剤ターゲットでもある。そこで、ラトガース大学Pilch教授と共同でFtsZ阻害剤を開発した。新規阻害剤とFtsZの複合体のX線構造解析を行ったところ、阻害剤は新しいコンフォメーションでFtsZの疎水性クレフトに結合していることが分かった。この構造基盤を元に薬剤耐性FtsZに阻害効果が見られる阻害剤を設計・合成することができ、黄色ブドウ球菌に対抗する薬剤開発に関する構造基盤が得られた(ACS Chem. Biol., 2018)。29年度が最終年度であるため、記入しない。細菌の細胞分裂において、FtsZは細胞膜の内側に沿ってGTP依存的にフィラメント構造を形成し、ダイナミックに離合集散を繰り返すことで、細胞膜の陥入を引き起こす。本研究では、「ダイナミックなFtsZの構造ゆらぎが、いかにして膜分裂の駆動力となるのか?」を分子レベルで解明し、細胞分裂の分子機構モデルを構築することを目的とする。まず、新たな条件で黄色ブドウ球菌FtsZの結晶化・構造解析を行った。その結果、同一結晶の中に、FtsZは大きく立体構造の違う2種類で存在していることが分かった。結晶内のFtsZフィラメント構造から判断して、2種類の構造はそれぞれフィラメント構造を形成・解離する構造に相当することが予想された。さらにこの異なる立体構造が変換しうるのか、またどのように変換するかを予測する目的で分子動力学計算を行った。その結果、多段階で起きる構造遷移を捕らえることができた。さらにこの構造遷移で鍵となるアミノ酸を変異させると、GTPase活性がなくなり上述の構造変化も見られなくなった。これらの結果から、FtsZのフィラメント構造形成の分子モデルを構築して論文にまとめた。さらに、MRSA FtsZの阻害剤開発にも取り組んだ。これまで開発されてきたMRSA FtsZ阻害剤は、耐性を獲得した変異体によってその薬効を消失させるが、最近その変異体に結合できる化合物を共同研究者であるラトガース大学のチームが開発した。その新規化合物と変異体との複合体の構造解析を行い、その結合構造を決定することができた。新規化合物は過去に報告された阻害剤と同じ結合ポケットに結合していたが、興味深いことにその結合構造は異なっていた。この成果によってFtsZの新たな創薬基盤を構築することができた。(1)FtsZの構造変換の分子メカニズム解明、(2)構造変換しにくい(または、しやすい)FtsZ変異体の作製とその構造機能解析、(3)FtsZの阻害剤開発を目的として研究計画を立てていたが、(1)、(2)、(3)それぞれにおいて進展が見られ、(1)、(2)については、得られた成果を元に論文に纏めることができ、また(3)においても現在論文を投稿中である(Reviewer's commentsでは3名のReviewer共にポジティブな意見)。よって、おおむね順調に進展していると考えている。

さらにこの構造遷移で鍵となる相互作用をアミノ酸変異によって形成できなくすると、GTPase活性もなくなり上述の構造変化も見られなくなったことから、FtsZのフィラメント構造形成の分子モデルを新たに構築でき、論文にまとめた(J. Struct. Biol., 2018)。また、黄色ブドウ球菌FtsZは、MRSAの薬剤ターゲットでもある。そこで、ラトガース大学Pilch教授と共同でFtsZ阻害剤を開発した。新規阻害剤とFtsZの複合体のX線構造解析を行ったところ、阻害剤は新しいコンフォメーションでFtsZの疎水性クレフトに結合していることが分かった。この構造基盤を元に薬剤耐性FtsZに阻害効果が見られる阻害剤を設計・合成することができ、黄色ブドウ球菌に対抗する薬剤開発に関する構造基盤が得られた(ACS Chem. Biol., 2018)。上述の(1)、(2)を更に詳細に検証すべく、今後は高速AFMでの観察も行う予定である。これまでの予備実験で、MRSA FtsZが分子集合する様子を初めて捕らえることができた。今後は、これまで作製してきた変異体や、GDPを完全に除去したリフォールディングサンプルを用いて、詳細にフィラメント形成の速度論的解析を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ストリゴラクトンを介した葉老化制御ネットワークの解明

これまでに研究代表者らは、暗黒誘導性老化はエチレンが合成され、その結果生じるストリゴラクトン合成によるエチレン作用とエチレン非依存的な作用への増強の二段階制御を受けることを明らかにした。しかし、1エチレン合成のメカニズムや2ストリゴラクトンによるエチレン作用およびエチレン非依存的な作用を増強するメカニズムは不明である。先述の項目1及び2の解明を目的に実験を行い、以下の結果を得た。1.エチレン合成の律速段階で働く酵素はACC synthase(ACS)である。シロイヌナズナには9つのACS遺伝子が存在するが、そのうち葉老化に重要であるACSの探索を試みた。遺伝子発現解析及びウエスタンブロットにより、ACS2、6、8、11が暗黒誘導性老化のエチレン合成誘導の候補遺伝子であることが示唆されたが、その同定には至らなかった2.暗黒誘導性老化時におけるエチレンシグナル伝達系の活性化に重要な転写因子であるEIN3(ETHYLENE INSENSITIVE 3)のタンパク質量の蓄積について調べることを試みた。しかし、暗黒処理前と後のどちらにおいてもEIN3タンパク質を検出することができなかった。次に、ストリゴラクトンによるエチレン非依存的な経路に作用する分子メカニズムの解明を試みた。エチレンの他にもアブシジン酸(ABA)も葉老化促進作用を持つ。生理学的解析から、ストリゴラクトンはABAが誘導する葉老化も促進していることが示唆された。しかし、ABA非感受性のsrk2 d/e/i三重突然変異体を暗黒処理したところ、エチレン非感受性突然変異体に比べ、葉老化遅延の程度は弱かった。このことから、ABAは暗黒誘導性老化においてはエチレンに比べて重要ではないことが示唆された。暗黒誘導性老化において、ストリゴラクトンはABAの老化促進作用も増強するが、その効果はエチレンに比べて重要でないと考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに研究代表者らは、暗黒誘導性老化はエチレンが合成され、その結果生じるストリゴラクトン合成によるエチレン作用増強の二段階制御を受けることを明らかにした。しかし、1エチレン合成のメカニズムや2ストリゴラクトンによるエチレン作用を増強するメカニズムは不明である。老化前の葉と葉老化過程の葉でACS遺伝子の発現を解析したところ、いくつかのACSが葉老化誘導時のエチレン合成に寄与する可能性が考えられた。暗黒で安定化するACSタンパク質を明らかにするため、これらのACSのN末端にHAタグを付加した融合タンパク質をCaMV35Sプロモーターにより恒常的に発現させた形質転換体を作成した。あるHA-ACS融合タンパク質を発現する形質転換体は暗黒処理前の葉と処理後の葉でタンパク質の量に変化が見られなかった。このことから、このACSは暗黒誘導性老化時のエチレン合成誘導には寄与していないと考えられる。他の形質転換体植物は野生型に比べ遺伝子発現量が数倍上昇したものしか得られず、ウエスタンブロットによるタンパク質の検出が不可能であった。2.暗黒誘導性老化時におけるエチレンシグナル伝達系の活性化に重要な転写因子であるEIN3(ETHYLENE INSENSITIVE 3)のタンパク質量の蓄積について調べることを試みた。EIN3のN末端にHAタグを付加した融合タンパク質をCaMV35Sプロモーターにより恒常的に発現させた形質転換体を作成したが、暗黒処理後の葉ではHA抗体でEIN3の検出ができなかった。本年度、暗黒における葉老化時のエチレン合成誘導に重要なACSの同定には至らなかったが、9つのACSうち候補となるACSを見つけることができた。次年度は、エチレン合成誘導に関わるACS候補遺伝子に重点を置き解析を進めることできる。また、暗黒処理時に、EIN3が安定化するかどうかを明らかにすることはできなかったが、EIN3を検出する抗体などを作成済みである。今後の課題として、暗黒誘導性葉老化のネットワークに関し、そこで機能する具体的な分子同定が挙げられる。同定に向けた形質転換体や抗体などは作出できているため、本研究はおおむね順調に進展していると考える。

エチレンの他にもアブシジン酸(ABA)も葉老化促進作用を持つ。生理学的解析から、ストリゴラクトンはABAが誘導する葉老化も促進していることが示唆された。しかし、ABA非感受性のsrk2 d/e/i三重突然変異体を暗黒処理したところ、エチレン非感受性突然変異体に比べ、葉老化遅延の程度は弱かった。このことから、ABAは暗黒誘導性老化においてはエチレンに比べて重要ではないことが示唆された。暗黒誘導性老化において、ストリゴラクトンはABAの老化促進作用も増強するが、その効果はエチレンに比べて重要でないと考えられる。1エチレン合成のメカニズムいくつかのHA-ACS融合遺伝子を恒常的に発現する形質転換体が得られなかった原因は、恒常的なACSの発現が植物体に悪影響を与えてしまうからではないかと考えた。そこで、エストラジオール処理でHA-ACS融合遺伝子の発現が誘導される形質転換体の作成を行った。現在、T2世代の形質転換体の種子を得ている。また、突然変異体のないACS8・ACS11に関し、CRISPR/CAS9によるゲノム編集による変異導入を試みている。現在、両遺伝子を標的とするguide RNAを導入した形質転換体のT2世代を得た。これらの植物体のT3個体を得て、変異の有無を調べる予定である。これらの植物体の暗黒処理時の表現型を調べることで、タンパク質解析で同定したACSが遺伝学的にも葉老化時のエチレン合成に重要であることを証明する予定である。2ストリゴラクトンによるエチレン作用増強メカニズムEIN3はEIL1(EIN3-LIKE 1)と機能重複して機能することが知られており、ein3 eil1二重突然変異体はエチレン非感受性を示す。HA-EIN3融合タンパク質が正常に機能しているか調べるために、ein3 eil1二重突然変異体に同融合タンパク質を発現する遺伝子を導入したところ、エチレン非感受性の表現型が回復しなかった。このことから、今回作成したHA-EIN3融合タンパク質が生体内で正常に機能していないと考えられる。現在、CaMV35Sプロモーターにより、C末側にHAタグ、N末側・C末側にGFPを付加したEIN3融合タンパク質を発現する植物体の作製を試みている。また、内因性のEIN3を検出する抗体を作成中である。上記抗体を用いることで暗黒誘導性老化におけるEIN3タンパク質の蓄積について解析を試みる予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
大阪平野をモデルケースとした広域軟弱地盤地域における震害予測に関する研究

本研究では次のような理論的、実験的研究を進め震害予測に関する資料を蓄積した。1.大阪平野周辺において典型的な地盤及び建築構造物に対し携帯用ディジタル地震波集録装置を用いて多点同時地震観測並びに常時微動観測を実施して、震源域、規模の異なる種々の地震観測結果より、同地域での地震動特性を面的な広がりを重視しつつ評価し、かつ地盤震害との関連について研究を行った。2.これを基に具体的な建築構造物群-地盤連成系及び軟弱な沖積地盤が厚く堆積した広域盆地地形を対象とした解析モデルを設定し、その系の外部からの地震動入力に対する系各部の地震応答を詳しく検討するとともに建築物群の地震時における応答の信頼性を評価した。3.そして得られた地震波形のスペクトル解析、及びこれを用いた構造物の応答解析を広範に実施して、広域軟弱地盤のSeismicity評価、及び同地域に立地する構造物群の信頼性解析を通してその震害予測の定量的評価を行った。4.さらに広範に収集された強震観測記録をもとに、石狩平野,関東平野,及び近年激しい震害が発生したメキシコ盆地などの地域を対象として同様の手法を適用する上での問題点を明確にした。
新規腫瘍融解アデノウイルスを用いた進行消化器癌の治療法の開発

消化器進行癌に対する腫瘍融解アデノウイルス(Ad)を用いた遺伝子治療では従来の遺伝子治療と比較して高い抗腫瘍効果が得られることが明らかにされつつある。しかし、一方でまた現在使用されている腫瘍特異的融解Ad単独では抗腫瘍効果が十分でないことも明らかになりつつある。そこで我々は実際の臨床応用を目指して、(1)より高い抗腫瘍効果・腫瘍特異性を発揮させることにより実効性の高い治療とするべく新規腫瘍特異的Adを作製し、(2)各種進行癌モデルを用いて、抗腫瘍効果・生存率・安全性について検討する事とした。まず新規Adの基本骨格として腫瘍特異性を維持しつつ抗腫瘍活性を高めることを目的に、腫瘍特異的プロモーター(TSp ; AFPenhancer/promoter、CEA promoter、E2F1 promoterあるいはhuman telomerase reverse transcriptase(hTERT))で正常Rbとの結合能のない変異E1A(mtE1A)ならびに我々が作製し抗腫瘍活性を高めた新規のp53(mtp53)発現単位を組み込み、さらにE1B遺伝子のうちE1B-55Kを欠失させるよう3重に正常細胞を保護するメカニズムを合わせ持つようにデザインした。現在、各種TSpによるmtp53発現単位、またTSp制御mtE1A発現単位の作製も終了している。現在、TSp制御mtE1A発現単位を組み込んだ腫瘍融解アデノウイルスshuttlevectorならびに各種TSpによるmtp53発現単位を組み込んだpBHG10の作製中である。今後、同ベクター作製終了次第ウイルス作製を行う。また治療効果を向上するためには、感染腫瘍よりウイルスの放出を促進することも重要な一因子である。ウイルス放出を促進する方法として、抗癌剤等を用いて良好な結果を得ている。最終的には新規に作製したAdに抗癌剤等を併用した治療法を考案し検討する予定である。
超対称模型におけるニュートラリーノ暗黒物質とCP対称性の破れ

平成17年度は、前年度に引き続き、ミニマル超対称模型におけるCP対称性の破れがニュートラリーノ暗黒物質の対消滅の生成断面積および現在の宇宙における残留エネルギー密度に与える影響を考察した。前年度の解析とは異なり、電子双極子能率の実験的制限を満たすために、第一、第二世代のスカラーフェルミオンの質量を10TeV程度と非常に大きく取った場合に、ヒッグシーノ質量パラメータの複素位相の効果を調べた。その結果、ニュートラリーノ対消滅におけるWボソン対生成過程およびヒッグス粒子対生成過程の断面積がCP対称性の破れによってかなり増大することが示された。また、この効果によって暗黒物質の残留エネルギー密度が大きく変化しうることが明らかにされた。また、超対称理論をブレーン模型と呼ばれる5次元理論の枠組に拡張し、初期宇宙の膨張を記述するフリードマン方程式に新たな項が加わった場合に、ニュートラリーノ暗黒物質の残留エネルギー密度の評価がどのように変更を受けるかを調べた。その結果、残留エネルギー密度が通常の4次元の解析結果に比べて何桁も大きくなりうることが示された。また、そのことを用いて5次元のプランク質量の値に対する制限を求めた。さらに、原子核の電気双極子能率に対する最近の実験結果から、超対称理論におけるCP対称性の破れのパラメータや超対称粒子の質量に対して厳しい制限を与えた。平成16年度は、ミニマル超対称模型において、超対称性を破る相互作用にCP対称性を破る位相パラメータを導入した場合に、ニュートラリーノ暗黒物質の現在の宇宙における残留エネルギー密度を計算した。このために、まずCP対称性の破れによってヒッグス粒子のセクターに生じるスカラー・擬スカラー問の混合を計算し、既存の結果を再現したことを確認した。この効果を取り入れることによって相互作用項に変更が生じるので、CP対称性の破れを取り入れた新しい相互作用を用いて、ニュートラリーノ対消滅の断面積を計算した。本解析においては、U(1)ゲージ場のフェルミオン・パートナー粒子の質量にCP対称性を破る位相を導入し、その効果を数値的に調べた。この位相は電子の電気双極子モーメントを誘起するので、この実験的な上限値を超えないための条件を課した。以上のような手法でニュートラリーノ暗黒物質の残留エネルギー密度を評価したところ、CP対称性の破れの効果によって残留エネルギー密度が大きく変わりうることが明らかになった。特に人工衛星WMAPから得られた冷たい暗黒物質のエネルギー密度(臨界密度の約23%)を説明するために、CP対称性の破れの効果が必要となる場合があることが示された。更に、このようなCP対称性の破れの位相が、電子の電気双極子モーメントの実験的制限を満たす場合があることが示された。また、暗黒物質の直接検出の際に重要となるニュートラリーノと核子の弾性散乱の断面積もCP対称性の破れの効果によって大きく変わりうることを確かめた。今年度の研究では超対称性を破るパラメータを一般的なものと仮定して解析を行なったが、より予言能力の高いシナリオとして、超対称性が重力的相互作用を通じて破れる模型が注目されている。この場合の解析はより複雑なものであり、次年度の課題である。
９個のＧＰＳゾンデ同時放球による海陸拡張型狭域移動観測で詳述される鈴鹿颪

三重県の中部において,鈴鹿おろしの風上側から風下側にかけての大気の水平鉛直断面構造を描くため「同時複数ラジオゾンデ観測」を行った.この観測は風上側と風下側の観測点の間の距離が約35kmの狭域で実施され,GPSラジオゾンデを取り付けたバルーンを卓越風に沿った4地点の観測点で同時に放球するという新しい観測方法である.「同時複数ラジオゾンデ観測」は大気場の鉛直構造の細部を観測することができる.この観測によって強い西風に伴う典型的な鈴鹿おろしが観測された.鈴鹿山脈を越えて波が通過していくとともに等温位線の水平パターンは下方向に湾曲していた.この種類の強風域は山の斜面の風下側に沿って位置していた.研究代表者の発案によるGPSゾンデ観測の革新的手法である,多数のGPSゾンデ同時放球による海陸拡張型狭域移動観測を地上の多点観測点と海上の三重大学練習船を同時に用いることで得られた,時空間的に稠密な気象観測データにより,おろし風の立体構造の実態とそれが海洋へ及ぼす影響を把握することが目的である.本研究で提案する観測手法は,複数の気象要素を直接観測できるGPSゾンデを技巧的に用いるため,直接観測によるおろし風の鉛直・水平2次元構造の記述を可能とする.これは従来のおろし風の観測に無い特筆すべき特徴である.さらに地上のみならず海上での観測も行った.山脈の風上から風下そして海上へかけての包括的な大気の流れの把握を行うことができると予想されたが,洋上に船を配備した日には強風が吹かなかった.しかしながら,風上から風下そして洋上にかけての連続的なデータは取得ができた.鈴鹿おろしは,北西または西風の大規模風が卓越する際に発生する.海上観測は失敗に終わったが,陸上観測によって次に述べる結果が得られた.鈴鹿おろしとほぼ平行に観測ラインを設定し,上流から下流にかけての陸上の5地点で同時に上空の大気を直接観測した.観測時の大気の鉛直水平構造を断面的に記述することができ,ハイドローリックジャンプを呈する流れの様子が観測からとらえることに成功した.このようにおろし風の断面構造をラジオゾンデ直接観測によってとらえることができたのは,おそらく世界で初めての成果である.三重県の中部において,鈴鹿おろしの風上側から風下側にかけての大気の水平鉛直断面構造を描くため「同時複数ラジオゾンデ観測」を行った.この観測は風上側と風下側の観測点の間の距離が約35kmの狭域で実施され,GPSラジオゾンデを取り付けたバルーンを卓越風に沿った4地点の観測点で同時に放球するという新しい観測方法である.「同時複数ラジオゾンデ観測」は大気場の鉛直構造の細部を観測することができる.この観測によって強い西風に伴う典型的な鈴鹿おろしが観測された.鈴鹿山脈を越えて波が通過していくとともに等温位線の水平パターンは下方向に湾曲していた.この種類の強風域は山の斜面の風下側に沿って位置していた.研究代表者の発案によるGPSゾンデ観測の革新的手法である,多数のGPSゾンデ同時放球による海陸拡張型狭域移動観測を地上の多点観測点と海上の三重大学練習船を同時に用いることで得られた,時空間的に稠密な気象観測データにより,おろし風の立体構造の実態とそれが海洋へ及ぼす影響を把握することが目的である。本研究で提案する観測手法は,複数の気象要素を直接観測できるGPSゾンデを技巧的に用いるため,直接観測によるおろし風の鉛直・水平2次元構造の記述を可能とする.これは従来のおろし風の観測に無い特筆すべき特徴である.さらに地上のみならず海上での観測も行う予定のため,山脈の風上から風下そして海上へかけての包括的な大気の流れの把握を行うことができると予想される.これらの予備的な観測(テスト放球)を研究開始年度直前に実施した。今年度はその観測結果の予備的な解析を実施した。鈴鹿おろしは,北西または西風の大規模風が卓越する際に発生する。予備観測では,鈴鹿おろしとほぼ平行に観測ラインを設定し,上流から下流にかけての陸上の5地点で同時に上空の大気を直接観測した。GPSゾンデ観測は風船の流跡線上の観測値を得る事ができ、観測時の大気の鉛直水平構造を断面的に記述することができた。予備的な観測を2011年年度末に実施したが、その結果からこれまでの観測からは得ることが出来ない様々な颪風に関する観測的事実を見いだすことが出来た。そこで、24年度度は、予備観測の結果の詳細な解析を実施し、当該目的を達成することに重点をおいた。また、数値実験にも着手した。特にハイドローリックジャンプ現象を多点のラジオゾンデ観測によってとらえることができ、重要な成果を得ることが出来た。また、ハイドローリックジャンプ現象以外の場合でも強風がおこることが観測から示すことが出来、新知見が得られつつある。また、再解析データや気象庁の地上観測網のデータ,数値予報モデルの結果などから鈴鹿颪の概略を掴みつつあり、データ解析を通じて鈴鹿颪吹走時の大気場のパターンを推定しつつある。予備的な観測から意外な成果が出つつある。従って、予備的な観測のみから、十分な成果が出る可能性が高い。従って、25年度は、本観測を実施するかどうかについても、予備観測の成果の進展をにらみつつなるべく早い時期に決定する。

本観測を実施する場合は、予備観測の不備な点を改善させた観測を実施し、予備観測で十分と判断された場合は、研究を数値実験での検証や既存のデータを用いた過去の事例との比較検討へと研究のスタイルをシフトさせる。また、研究を支援する技術者や研究補助員などの雇用なども検討する。前項でも記述したように、予備観測で意外な成果が出つつあり、24年度には観測を実施しなかった。その成果をふまえ25年度の計画を臨機応変柔軟に対応する予定である。25年度に観測実施することとなった場合は、その経費の多くを観測に付随する経費に回す。観測を実施しない場合は、その経費から、研究を支援する技術者や研究補助員などの雇用の経費等の充実をはかり、研究成果を充実させる。鈴鹿おろしの存在や,気象現象について一般に普及するため,Webページを用いた情報の公開も検討する。Webページの作成やネットによる発信には民間企業への外注もしくは,大学院生の雇用を予定している.
医用3次元画像表示に関する臓器領域抽出手法の開発

今年度は超音波動画像をターゲットとした画像処理アルゴリズムの開発,ならびに処理システムの構築を行った。まず今年度前半において画像処理アルゴリズム開発のプラットホームとなる、対話型画像処理環境IMAGERをSUNワークステーションのX-Windowシステム上に構築した。本システムは、画像表示モジュール、画像ファイルのロ-ダ、多数の画像処理モジュールからなる。各モジュールは基本的に独立して動作し、任意のモジュール管でメッセージと画像データのやりとりを行うことによって多種多様な画像処理を実現する。モジュールは平行して何個でも起動することができ、特に表示モジュールを複数起動させることにより、画像処理結果の比較検討を容易に行うことができる。IMAGERはドキュメントを整備した後、外部公開する予定。年度後半はIMAGER環境上で心筋コントラストエコー像をターゲットとした心筋血流計測アルゴリズムの開発を行った。このデータは時間次元を含む3次元画像であり、そのデータ量は膨大である。心筋血流計測に必要な心筋部領域抽出処理を自動化するため、心筋部を含む矩形領域において最小2乗誤差計算から境界候補を求めるアルゴリズムを開発した。この手法により心筋の内部境界が精度良く抽出できるようになった。心エコー像におけるノイズや画像の位置ずれの影響を軽減するため、同時相画像の加算平均、心筋部のモデリング処理アルゴリズムの開発、検討も本研究中で行った。以上の画像処理内容と結果に関し、平成6年1月28日に行われた医用画像工学研究会JAMIT Frontier '94で報告した。
腎交感神経による腎機能調節に及ぼす心房性利尿ホルモンの効果の検討

心房性利尿ホルモン(ANP)による腎機能調節を検討する上で、(1)ANPの腎への直接作用と、(2)腎機能に大きな影響を与える交感神経への影響を介しての二次的作用とに分けて考える必要がある。本研究ではまずANPが腎交感神経活動(RNA)に如何なる影響を与えるか、次にその機序を検討した。〔昭和62年度〕ANPによるRNAへの影響の検討ラットにαークロラロース麻酔を行い、人工呼吸器に装着した。αーhANP及びニトログリセリン〔NG〕投与による血圧、心拍数(HR)及びRNAを検討した。同様の実験を迷走神経切断後にも行った。αーhANP投与により、血圧は、5、10、15分後には-25±2、-22±3、-24±3mmHg低下したがHR及びRNAは増加せず、逆に減少した。NGは、同等の降圧で、HRの増加をみとめた。迷走神経切断後にも切断前と同様の血圧低下をきたしたが、HR及びRNAは増加しなかった。これらの結果から、ANPは迷走神経を介して交感神経活動を抑制する、又、動脈圧受容体のリセットをきたすと考えられる。〔昭和63年度〕ANPによる動脈圧受容体リセットの機序本研究では家兎を用い、αークロラロース麻酔、人工呼吸下に血圧、大動脈減圧神経活動(ADNA)及び大動脈径(AoD)を測定し、αーhANP及びニトロプルシド(SNP)による変化を観察した。SNP投与により血圧、ADNA及びAoDは用量依存的に減少し、これらの関係は直線的であった。αーhANPでは血圧は減少するにもかかわらずAoD及びADNAは変化しなかった。αーhANP及びSNP投与中にNGやフェニレフリンにより血圧を急激に変化させると、血圧の低下に伴いAoD、ADNAも変化した。これらの結果はαーhANPが圧受容体そのものをserisitizeするのではなく、大動脈の拡張により圧受容器反射のリセットをきたすことを示唆する。心房性利尿ホルモン(ANP)と腎交感神経の相互作用による腎機能調節を検討した.この研究の背景には次の事がある.〔背景〕発作性上室性頻拍時には利尿作用がおこる.この利尿作用は,頻拍による血中へのANPの放出によると考えられる.しかし頻拍時のANP血中濃度は,安静時の45倍程度にしかならない.この程度の濃度になる様にANPを静注しても,利尿作用はおきない.この事は血中ANPの腎への直接作用だけでなく他因子と共に利尿作用を調節していると思われる.そこで我々は腎機能調節に重要な役割を果している.腎交感神経を介してANPが利尿作用を発現しているのではないかと考え次の実験を行なった.まずANPが腎交感神経活動にいかなる影響を及ぼすかを検討した.〔方法〕ラットをα-クロラロースで麻酔(60mg/kg,次に20mg/kgを1時間毎に追加)し, α-ツボクラリンにて筋弛緩を行い,人工呼吸器に装置した.ANP(20μg)を静注し,血圧,心拍数,及び腎交感神経活動を投与后, 5, 10, 15分目に記録した.同様の実験を迷走神経切断后にも行なった(n=7).

〔結果〕ANP投与により収縮期血圧は-25±2, -22±3, -24±3mmHg(Pc0.01)低下したが,腎交感神経活動は増加しなくて逆に-3±2, -7±2, -13±5%(Pc0.05)低下した.迷走神経切断后はANP投与により-17±3, 18±3, -16±3mmHg(P<0.01)と同様の血圧低下がおこったが腎交感神経活動は5±4, 1±7, 4±5%と変化なかった.〔考按〕ANPは迷走神経存在下では腎交感神経を抑制し,迷走神経切断によりその抑制はとれる.つまりANPは迷走神経を介して交感神経緊張低下をきたす,更なる研究では,上室性頻拍時の利尿効果が迷走神経を介して発現しているか否かを検討中である.昨年度の研究において、我々は心房性利尿ホルモン(ANP)が上行性迷走神経刺激及び動脈圧受容体のresetをきたし、ANPによる降圧にもかかわらず、腎交感神経活動(RNA)が増加しない事を報告した。そこで本年度はANPによる動脈圧受容体resetの機序を検討した。ANPが血管拡張作用を有する事、動脈圧受容体が血管の拡張収縮(ひずみ)により刺激をうけるmechano recepterである事から、ANPが血管拡張作用により、動脈圧受容体反射を修飾しているのではないかと考え次の実験を行った。〈方法〉実験動物は成熟家兎を用いた。α-クロラロースで麻酔(60mg/kg、次に20mg/kgを1時毎に追加)し、pancronium bromideで筋弛緩を行い、人工呼吸器に装着した。まず、α-hANP(0.11.0μg/kg)又はニトロプルシド(SNP)(15μg/kg/min)投与時の血圧、大動脈圧減圧神経活動(ADNA)及び大動脈径(AoD)の相互関係を求めた。次に圧受容体除神経(SAD)及び両側迷走神経切断を行った家兎において同様の実験を行った。次にα-hANP又はSNP投与中にフェニレフリン又はニトログリセリンにより血圧を急激に変化させた時の血圧、ADNA及びAoDの関係を検討した。〈結果〉SNP投与により血圧及びAoD、ADNAは用量依存的に減少し、血圧-AoD関係、又はAoD-ADNA関係は直線的であった。α-hANP投与によりSNPと同等の降圧を観察したが、AoD及びADNAは変化しなかった。これらの結果はSAD及び迷走神経切断後にも同様であった。α-hANP及びSNP投与中に血圧を急激に変化させると血圧の変化に応じてAoD及びADNAが変化した。〈結論〉これらの結果はα-hANPが圧受容体そのものをsensitizeするのではなく、大動脈の拡張により、圧受容体のresetをおこすと考えられる。
ソフト界面の機能性材料としての設計指針の探索～ベシクル膜ダイナミクスから探る～

医薬品やバイオセンサに用いられる材料として、柔らかいソフト界面に注目が集まっている。その中でも細胞のモデルに用いられるベシクル(脂質二分子膜から成る小胞)では、その動的構造によるベシクル膜へのタンパク質吸着量の増大を事前実験で示してきた。しかしベシクル膜はタンパク質吸着に伴う変形により崩壊してしまう問題点があった。そこで本研究では、ベシクル膜の組成変化やポリマー重合により、崩壊耐性を持つベシクルを設計することを目的とした。ベシクル膜の動的特性をどのように制御できるのかを解明できれば、疾病原因タンパク質を感知するセンサ材料の高感度化や、課題であった耐久性の向上が期待される。
生涯健康管理の効率化のための情報処理システムの開発

今後の医療の重要な問題となる成人病を中心とした慢性疾患の対策として生涯健康管理は必要なものになってくるが、本研究は、この健康管理を効率的に行うための、生涯健康管理情報を処理するため情報処理システムを開発しようとするものである。研究計画としては、モデル地区を設定し、そのモデル地区の全住民を対象とした健康管理情報の入力・管理・出力の処理を有機的に行えるシステムを構築した。計画の初期は、このシステムをミニコンピュータを中心にして構築したが、マイクロコンピュータの補助記憶装置の容量、主メモリの容量等が飛躍的に進歩したことによって、マイクロコンピュータでもこのシステムの嫁動が出来る可能性が出て来たので、計画の後半では、ミニコンピュータのシステムをマイクロコンピュータに移植することを可能にした。また、個人情報等の基本的な情報の入出力のためのプログラムの上に、健康管理にとって有力な方法である健康検診において多量の情報を処理することを計算機におこなわせる健康検診支援システムを作成した。このシステムは、検診の経済的・時間的負担を少くすることによって、より多くの人が検診を受診することを可能にする事以外に、検診の診断の精度の分析を可能にすること並びに、この支援システム構築の基本的な考えである人工知能の考え方は、今後健康管理情報として種々多様な形の情報を入力する必要がでてくることが予想され、この情報を有機的に結びつけるプログラムの開発が必要となってくる時に、有力な手法として利用することができると思われる。また、これまでに入力した情報から学童期の体格と成人期の検査データとの関連が示唆されたこと等は、生涯健康管理の必要性が再確認されたと言える。本試験研究は、地域における住民の生涯に亘る健康管理を効率的に行うため、その健康管理に関する情報を管理・処理する為のシステムを開発することを目的としているが、今年度は研究の初年度に当り、本研究の基礎固めを行った。即ち研究の対象となるモデル地区において、集団健康検診を中心とした保健医療活動を行いながらこの地域の健康管理に関わる問題点を探りどのような情報が健康管理に重要であるかを探る一方、本研究の要となる情報処理を行う計算機システムのハードウェアを中心としたシステムの構築を行った。具体的には、1)初年度に与えられた研究費の設備費を使って大量のデータを保存・管理するための補助記憶装置とその装置を操作するための計算機の基本オペレーティングシステムを購入した。これによって当教室の計算機で多量のデータを蓄積・管理することが出来ると共に、複数の端末装置から同時にデータを入出力出来るという本研究のシステムの基本構想を満足させることが可能になった。2)次にこのハードウェアの下で実際のデータの入出力を行うソフトウェアを開発する為に、その基本的な部分のプログラムについては、これまでの別のシステムで開発してきたものを移植し、新しいハードウェアシステムに合うようにそれを修正・追加及び改良した。3)また、地域での健康管理活動の中で住民の疾病構造や健康管理に対する意識調査等の疫学的研究や、比較の意味で既に積極的に健康管理を行っている集団についての検討を通じて、実際に入出力すべき情報の選択、及びその方法について検討を行った。本格的な入出力は次年度に行うが、この入力した情報に依って、地域住民の医学的、行政的及び経済的等の種々の角度からの健康管理が行えることを目標にしている。
トカマクのMHDモードに対する高エネルギー粒子の効果のシミュレーション研究

本研究は,トカマク中の低周波の巨視的モードの取り扱いが可能である,3次元のジャイロ運動論的理論に基づいたシミュレーションコードを高エネルギー粒子を含む場合に拡張し,高エネルギー粒子を含む系でのシミュレーションを可能にすることを目的とする。特に内部キンクモードと高エネルギー粒子の結合によるプラズマの線形・非線形現象,またはそれに伴う異常輸送の解明を中心目的とする。研究成果は以下のようにまとめられる。1.イオンのラ-マ-半径効果を含みながら,イオンのサイクロトロン周波数以上の周波数の現象を平均化して導かれた。Hamiltonian方程式系を基本式とした3次元ジャイロ運動論的粒子シミュレーションコードを完成した。2.上記コードを用いて、粒子コードによるトロイダルモード数1,ポロイダルモード数1の内部キンクモードおよび続いて生じる内部崩壊現象のシミュレーション可能性を実証した。3.磁力線の追跡によるマッピング図を作成し,磁気面構造の時間変化を調べた。q=1の磁気面の近傍で磁力線の再結合による磁気島が形成され,この磁気島が成長して初期の磁気軸近傍のプラズマを押し出し,磁気島の中心を新しい軸軸とする平衡配位が形成された。これは,内部崩壊過程に対応しており,全再結合に要する時間はアルヴェン波の時間スケールであり,有理面近傍での電子の衝突で説明するKadomtsey型の再結合よりは,電子の慣性で説明するWesson型の再結合が生じていることを示唆している。これは最近のトカマクの実験事実と一致している。4.トロイダル効果を含むシミュレーションコードを完成した。本コードはトロイダル磁場の1次の効果までをモデル化し,トロイダル磁場による粒子の磁場勾配ドリフト,磁場曲率ドリフトおよびミラー効果を含む。5.トロイダル効果を含む場合のシミュレーションコードを用いて,高エネルギーイオンを含む場合のシミュレーションを実行した。高エネルギーイオンの壁への損失により生じる,非両極性拡散による静電ポテンシャルにより,プラズマがポロイダル方向にE×Bドリフトし,内部キンクモードの時間発展に影響を与えることが示された。本研究は、トカマク・ステラレ-タ等の低ベ-タ装置での巨視的モ-ドの取扱いが容易である3次元のジャイロ運動論的理論に基づいた粒子シミュレ-ションコ-ドをより現実に近いものに発展させると伴に、このコ-ドを用い、粒子の運動論的効果を含むMHDモ-ドの線形・非線形発展及びそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする。本年度の研究成果を以下のように要約する。1.イオンのラ-マ-半径効果を含みながら、イオンのサイクロトロン周波数以上の周波数の現象を平均化して導かれた、Hamiltonian方程式系を基本式とした3次元ジャイロ運動論的粒子コ-ドを完成した。2.上記コ-ドを用いて、粒子コ-ドによる内部キンクモ-ドのシミュレ-ション可能性を実証した。3次元の直方体で表される直線トカマクモデルを用いた。z方向は周期境界条件であり、x・y方向は完全導体壁で囲まれている。電子のz方向のドリフト電流によりポロイダル磁場が作られ、z方向の一様磁場と伴に回転変換を作っている。磁気軸上での安全係数q_0が1以下で不安定な内部キンクモ-ドが観測された。3.磁力線の追跡によるマッピング図を作成し、磁気面構造の時間変化を調べた。q=1の磁気面の近傍で磁力線の再結合による磁気島が形成され、この磁気島が成長して元の磁気軸を押し出し、磁気島の中心を新しい磁気軸とする平衡配位が形成された。

この状態では、すべての磁気面でq>1であった。この過程はKadomtsevモデルによる説明と矛盾しないが、磁力線の再結合は、電子の運動論的効果に起因していると考えられる。4.高エネルギ-粒子によるMHDモ-ドの変形の研究の準備として、高エネルギ-粒子を適切に取り扱うため、磁気ドリフト(磁場勾配ドリフトと磁場曲率ドリフト)を含む形にコ-ドを変形した。本研究は、3次元ジャイロ運動論的理論に基づいた粒子シミュレ-ションコ-ドを用い、トカマク等の低ベ-タ磁気閉じ込め装置中での、粒子の運動論的効果を含むMHDモ-ドの線形・非線形発展及びそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする。現在までの研究成果を以下のように要約する。1.イオンのラ-マ-半径効果を含みながら、イオンのサイクロトロン周波数以上の現象を平均化して導かれた、Hamiltonian方程式系を基本式とした3次元ジャイロ運動論的粒子コ-ドを完成した。2.上記コ-ドを用いて、粒子コ-ドによるトロイダルモ-ド数1・ポロイダルモ-ド数1の内部キンクモ-ドのシミュレ-ション可能性を実証した。3.磁力線の追跡によるマッピング図を作成し、磁気面構造の時間変化を調べた。q=1の磁気面の近傍で磁力線の再結合による磁気島が形成され、この磁気島が成長して元の磁気軸を押し出し、磁気島の中心を新しい磁気軸とする平衡配位が形成された。4.高エネルギ-粒子によるMHDモ-ドの変形の研究には、トロイダル磁場中の高エネルギ-粒子の運動を適切に取入れることが重要である。このため、トロイダル磁場の主半径方向の変化及び曲率の効果、粒子の磁気ドリフト(磁場勾配ドリフトと磁場曲率ドリフト)及び磁気ミラ-効果を含むコ-ドを作成した。5.上記コ-ドを用いて、トロイダル効果を含まない系での平衡解を初期値とすると、磁気軸は主半径の大きい方へ移動し、トロイダル効果を含む場合の平衡の回りを振動する結果を得た。本研究は、3次元ジャイロ運動論的理論に基づいた粒子シミュレーションコードを用い、トカマク等の低ベータ磁気閉じ込め装置中での、粒子の運動論的効果を含むMHDモードの線形・非線形発展及びそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする。1.イオンのラーマー半径効果を含みながら、イオンのサイクロトロン周波数以上の周波数の現象を平均化して導かれた、Hamiltonian方程式系を基本式とした3次元ジャイロ運動論的粒子コードを完成した。2.上記コードを用いて、粒子コードによるトロイダルモード数1・ポロイダルモード数1の内部キンクモードのシミュレーション可能性を実証した。
脳血管内皮細胞による選択的透過機能発現とその調節

内皮細胞とアストロサイトを共培養した脳血液関門(BBB)モデル系を作成し、この系を使用して、BBB形成におけるアストロサイトやその他の因子の影響、及び各種物質、薬剤のBBB透過性を検討した。内皮細胞にはウシ大動脈内皮細胞、アストロサイトには胎生ラット脳のものを使用し、二重細胞培養の内側メンブレンの片面にアストロサイト、対面に内皮細胞を培養した。この内側メンブランを縦にセットして透過実験を行ッた。今回は透過物質にドーパミンを使用し、BBBのバリア機能の発現について検討した。すなわち、血管内腔側に相当するルミナールチャンバーに高濃度のドーパミンを入れ、時間を追って血管外側に相当するダブルニナールチャンバーに透過してくるドーパミンの濃度を電気化学検出器をディテクターとするHPLCによって測定した。内皮細胞単独の場合と、アストロサイトと共培養した場合とで、内皮細胞のバリア機能に差が生じうるかどうかについて検討したところ、10%FCSを含んだ培地条件ではほとんど差が認められなかったが、1%FCS下では透過性に差が見られた(この時共培養系の透過実験の際にはアストロサイトをはがして、内皮細胞のみとして実験している)。またアストロサイトとの共培養時には電顕にて内皮細胞間にタイトジャンクションの形成が認められた。この結果より、大動脈内皮細胞に対しても、アストロサイトが内皮細胞のタイトジャンクション形成促進や物質透過性の減少に働く可能性が示唆された。今後はまずこれらの再現性を綿密にチェックし、また、脳毛細血管の内皮細胞も使用して同様の実験を行い、大動脈内皮細胞との比較を試みる予定である。
気相-固相界面光重合法による高分子薄膜作成とドーパント配向による薄膜の光機能化

本研究は、高分子薄膜作成法及び高分子膜中のドーパント分子の配向制御法を確立し、それらの方法で得られる高分子膜の光機能性を調べることを目的とする。本年度は、1.高分子Langmuir-Blodgett(LB)累積膜の作成法とその光機能化、2.メタクリル酸メチル(MMA)の気相-固相界面光重合法及び蒸着結晶光重合法による配向ポリジアセチレンの調製法、3.高分子膜中のドーパント分子の配向制御に関してドーパントの電場配向とその配向評価の定量的解析を行った。その結果次の成果を得た。(1)ポリビニルアルコールの側鎖にオクチル基とピレニル基を任意の割合で導入した試料を用いて単分子膜を作成できた。累積比1でY膜として累積できることが分かった。累積膜のピコ秒螢光時間分解スペクトルより、発色団の分布は層内に均一であり、基底状態会合体を形成していないこと、ピレン基間でのエネルギー移動が層内、層間で起こり、系を均一化していることが明らかとなった。また層間エネルギー移動を検討した結果、高分子LB膜は膜厚が薄いため隣接層間でエネルギー移動が効率良く起こることが分かった。(2)2について本年度も継続して研究を進めたが、気相-固相界面光重合については均一性とドーパント分子の光重合時の化学変化に、蒸着結晶光重合法については試みた3-BCMU、4-BCMUなどの配向光重合性に問題があり、これらの方法の確立はしばらくおくことにした。(3)螢光分子4-ジメチルアミノ-4^1-ニトロスチルベンをポリスチレン中に分散し、110°Cで電圧を印加(90KV/cm)することにより、螢光分子を電場配向させ、室温に戻すことにより螢光分子の配向した高分子配向膜を得た。吸収二色性及び螢光偏光法により分子配向度を定量的に解析した。電場印加約15分で平衡配向に達した。配向度パラメータfは約0.5が得られた。配向緩和は室温では約十日のオーダーでほとんど緩和しないという結果を得た。