hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強自明性を持つ結び目の研究

そして、2橋結び目は有理タングル2個を連結して得られる結び目と同値であることもよく知られている。同様の操作において、有理タングルを3個以上連結させてできる結び目はモンテシノス結び目と呼ばれる。モンテシノス結び目と2橋結び目の間の2-隣接性を詳しく調べた。その結果、2-隣接性の行き先である2橋結び目が自明な結び目の場合とほぼ同じ現象を示すことがわかった。有理タングルの標準的なダイアグラムの上での交差変換に限った場合は初等的な整数論の議論によりそれらの2-隣接性が決定できた。さらに、2つの結び目の間の3ー隣接性についてそれぞれの2重分岐被覆空間である閉じた3次元多様体のCasson-Waker不変量を考察した。特に、ザイフェルト多様体の場合には3ー隣接性の条件から多様体の枠付き絡み目による具体的な表示が得られる。Lescopの公式と比較しながら不変量の値を調べた。N-隣接性や強N-自明性を3次元球体とその中にプロパーに埋め込まれた弧の対であるタングルに制限して考えることも意義が大きいと思われる。結び目で既に得られている結果を使いながらこれを調べた。ザイフェルト手術の理論がレンズ空間手術の理論より難度が高いため。25年度が最終年度であるため、記入しない。整数論を用いた有理タングルの解析に進展が見られたので。今後の国内外のザイフェルト手術の理論の進展を見ながら、交差変換の研究における対策を考える。タングルの間のN-隣接性の研究はほとんどないのでこれを行う。
地上レーザ・スキャナのための森林計測学の新しい理論の構築

本研究課題の目的は,地上レーザスキャナ(以下,TLSと記す)のための森林計測学の新しい理論を構築することにある。研究開始年度にあたる本年度は,まず,TLSによる森林計測に関する国内外の文献を詳細にレビューした。その結果,現行のTLSによる森林計測について,(1)樹冠によってレーザが遮られるため,樹高が過小評価されること,(2)枝下以下の樹幹形については,TLSによって正確に計測できること,(3) TLSによる樹種判別は,現在のところ困難であることなどが整理できた。以上のことより,本年度においては,枝下以下の樹幹形に関する情報をもとに,針葉樹の樹高を推定するための理論を構築することをめざした。まず,針葉樹の幹材積推定に用いられる「望高法」を改良した新しい樹高推定のための理論を構築した。パラメータの設定と妥当性の評価には,国内外で収集された針葉樹(スギ,ヒノキ,カラマツおよびバンクスマツ)の伐倒木データと樹幹解析データを用いた。解析の結果,構築した理論によって,樹冠による影響を回避しつつ,また,樹種の違いとは関係なく,従来のTLSによる計測に比べ,樹高の計測誤差を大幅に軽減できる可能性が示唆された。また,構築した理論の現実林分での検証のために,成育段階の異なる針葉樹人工林3林分において,2種類のTLS(3D WalkerとOWL)によるデータ収集,ならびに手動による林分調査と伐倒調査も行った。これらのデータについては,今後,解析していく予定である。既存のデータを有効活用することで,本研究において目標の1つとする樹高推定の理論を構築するとともに,鹿児島大学農学部附属高隈演習林の協力により,今後の理論検証に必要となる地上レーザ・スキャナのデータを取得できたため「おおむね順調に進展している」と判断した。昨年度に構築した樹高推定の理論を参考にしつつ,胸高直径の推定理論の構築を進める。同時に,昨年度に取得した地上レーザ・スキャナデータの解析を進め,理論の妥当性を検証する。
宇宙初期の銀河磁場の研究

1.1960年から1992年にわたって発表された偏波の観測データとNRO45m電波望遠鏡による未発表のデータを集約しカタログ化した。偏波のファラデー回転(RM)についても従来発表されているものに新しいデータをもとに計算して得られたものを含めカタログ化した。2.QSOの吸収線及び輝線について、とくにCIVとMgIIを対象に、最新の観測データを整理集約した。3.QSOのファラデー回転をQSO固有の物理量(吸収線、電線スペクトル指数及び電波構造)について比較検討した結果、吸収線がQSO起源であるものと、途中の原始銀河ハローに起源をもつものとで、明らかに異なった特徴があることが明らかになった。前者はRM値が大きく、電波スペクトルもスティープであるが、後者はRM値がゼロ近く、スペクトルはフラットなものも多い。4.吸収線とRMの相関を調べた結果、従来は吸収線が弱いものに比べ吸収線の強いものはRMが大きいことから、原始銀河ハローに磁場が存在していると考えられていた。しかし、強い吸収線の場合でも、QSOに起源をもつものの方が特にRM値が大きいことから、原始銀河ハロー中での磁場の存在はではなくQSO自体での磁場によることが明らかになった。5.QSOの磁場の向きは電波源の長軸によくそろっている。強い吸収線をもつQSOの大きなRMは、電波の軸に平行な磁場によって引こ起こされることは注目に値する。1.銀河系外電波源の偏波及びクエ-サ-の吸収線に関する観測デ-タを集約し整理を進めるなど、研究に必要な基礎デ-タをそろえた。なお野辺山宇宙電波観測所45m電波望遠鏡を用いて吸収線をもつクエ-サ-の電波強度及び偏波観測を行った。2.クエ-サ-の吸収線と偏波のフェラデ-回転(RM)との相関について調べた。ライマンα線を示すクエ-サ-のRMは吸収線をもたないものに比べ系統的に大きくなっているという顕著な傾向はみられないので、さらにデ-タの精度を上げる工夫と解析が必要になった。MgII,CaIVやDamped Lyαといった宇宙初期の銀河に密接に関連した吸収線をもつクエ-サ-とRMの関連についてはデ-タの不十分さもあるので、さらに観測を加え検討を深めていきたい。3.双対電波源における各成分別によるRM値の違いについて調べた。2成分間のRMの差は銀緯と強い関連があり、銀河系固有の磁場による影響がかなり大きいので、それを考慮して2分間のRMの差が電波源固有のものか宇宙初期の銀河等の寄与によるのか明らかにする。なお大局的な宇宙磁場によるファラデ-回転の量は10rad/m^2以下であることが明らかになった。1.銀河系外電波源の偏波及びクエ-サ-の吸収線に関する観測デ-タを集約整理した。偏波のデ-タに関しては野辺山宇宙電波観測所45mの観測結果も含め、多くの電波源に対して、新しくフアラデ-回転(RM)を決めた。2.クエ-サ-のライマンα吸収線と偏波のファラデ-回転(RM)との相関について調べた結果、吸収線を示すクエ-サ-のRM値が、吸収線を示さないものに比べ系統的に大きくなっているという顕著な傾向はみられかった。宇宙空間のガス体による磁場の存在は確認できなかった。3.Mall、CalVやDamped Lyαといった宇宙初期の銀河に関連した吸収線を示すクエ-サ-のRMと吸収線との関連について調べた結果、金属イオンの吸収線が強いクエ-サ-は吸収線が弱いものに比べ大きなRM値を示すことが統計的に明らかになった。しかし吸収線の数が多くてもRM値が大きくはない。吸収線とRM値の傾向は吸収線の赤方偏移の大きいものほど顕著であったが、クエ-サ-の輝線スペクトルとの比較でも赤方偏移の大きいものほどRM値が大きな値を示すことから、途中の銀河による効果よりは、もともとクエ-サ-自体内でフアラデ-回転が起こったとも考えられる。

4.重金属イオン等の吸収線が途中の銀河を通過するさい生じたものとすると、その銀河による重力レンズ効果が予想される。今後は電波源の構造との関連をみながら、RMがクエ-サ-自体か途中の銀河で発生するかをつきとめることが必要であろう。さらにRM値については構造を考慮し正確な値を決めることが必要になろう。
窒素転流と葉緑体タンパク質の分解-その分子的基盤

葉の機能を支配する主要タンパク質の葉の老化に伴う変動,ならびにその分解機構について主にコムギ葉を材料に調べた。コムギは弱光下におくと光合成のKey enzymeであるRubiscoは数日後に半分近くまで減少することが分った。一方同じ葉緑体内に存在するクロロフィル,Cytfの減少はそれほど著しくなく,それぞれが異なった速度で分解されていることが示唆された。コムギ葉緑体を単離し,プロテアーゼ活性について調べた。Rubiscoを基質にした分解活性は、酸性側で強く,アルカリ側では著しく低いが活性がみられなかった。一方人工基質,CBZGly-Pro-Gly-Gly-Pro-Alaを用いたエンドペプチダーゼ(EP_1)活性は,アルカリ側に至適pHを示し,Ca^<2+>,Mg^<2+>により活性が増加し,EDTAにより阻害された。また葉の全活性の40%は葉緑体に局在していることも明らかになった。
１細胞解析法による乳癌内分泌療法抵抗性の解明-血中循環腫瘍細胞からのアプローチ

(概要)エストロゲンレセプター(ERα)陽性/HER-2陰性の転移・再発乳癌は、内分泌療法に対しほとんどの症例で治療抵抗性を獲得しており、新たな治療法の開発は喫緊の課題である。原発巣から血流に流入した乳癌細胞は、転移再発までの抵抗性獲得時点でのリアルタイムスナップショットとみなすことができる。このため再発患者の血中循環腫瘍細胞(CTC)の全遺伝子を網羅的に解析し、初回手術時の原発巣の変異と比較検討し遺伝子変動を正確に把握することが最も重要である。私たちは、これまで40症例以上の原発乳癌の全エクソン領域の次世代シーケンス解析を実施してきた。本研究では、独自に開発した1細胞全ゲノム増幅法を用いて、次世代シークエンサーによるCTCのゲノムエクソーム解析を行い、体細胞変異を同定し変異遺伝子発現細胞を用いて転移・再発乳癌を再現し分子標的治療の候補分子を解明する。血液からCTCを分離するための状況検討を行った。赤血球を溶血させ、除去し、白血球のマーカーに磁石を結合させたビーズを用いてネガティブセレクションで95%前後の白血球を除去した。残りの白血球についてセルソーター上で分離し、癌細胞のマーカー2種類で染色を行い分離する技術を確立した。その結果、白血球以外の分画で癌細胞マーカーがポジティブな分画を分取することで正確にCTCを分離する技術を確立した。シングルセル次世代シーケンス技術を検討しQuartz-seq法を用いることでシングルセルから8000遺伝子の発現解析が可能になった。そこで、ソーターで分離したCTCをシングルセルRNA-seq解析を行ったが、100前後の遺伝子しか検出されず、セルソーターを用いることでRNAの分解が促進されていた。ゲノムDNAは比較的安定であることから、ゲノムDNAから変異解析を行う。RNA発現解析には、細胞の安定試薬などを用いてRNAが分解されない条件を再度検討する。実験試薬などの購入に2019年度に使用する。次年度使用額が生じた理由は、購入予定の実験試薬が、実験の進行具合を考慮して、購入を見合わせたためである。
新たに見つかった核酸の2重鎖-4重鎖スイッチングの分子的基盤の解明とその利用

d(GGAGGA)がカリウムイオン存在化で形成する新規4重鎖構造、及び同DNAがカリウムイオン非存在下で形成する新規2重鎖構造を、NMRを用いて原子レベルの分解能で決定した。特に後者においては、非標準型塩基対であるG:G及びA:A塩基対のみからなるユニークな構造が明らかになった。又4重鎖構造から他の構造へのスイッチングが、RNA結合蛋白質hnRNPD0によって引き起こされる事を、初めて見い出した。そしてこの蛋白質とホモロジーのあるもう1つの蛋白質Musashi1の立体構造、及びRNAとの相互作用をNMRにより決定した。その結果、4重鎖破壊活性とテロメアDNA維持機構との関連についても知見を得た。さらに抗ガン剤UCH9とDNAの複合体の構造をNMRにより決定し、UCH9の結合によって引き起こされるB→Aの構造変化及びその生物学的意義を明らかにした。d(GGAGGAA)がカリウムイオン非存在下で形成する立体構造をNMRにより決定した。非標準型塩基対のみからなる、これまでにないタイプの2重鎖構造である事が判明した。カリウムイオン存在下ではこのDNAは4重鎖構造をとる。鎖の本数ではなく、配向に注目すると、前者は反平行型、後者は平行型である。カリウムイオンによるこの配向のスイッチングを積極的に利用すれば、リボザイムの切断活性のようなものを、オンからオフ、あるいはオフからオンにスイッチングできる可能性がある事に我々は気付いた。即ちd(GGAGGAA)の失端、あるいは末端に、サブユニット化したリボザイムのRNA鎖を結合すれば、カリウムイオンによる集積状態の変化に応じ、活性をコントロールし得る。ハンマーヘッド型リボザイムのサブユニット化に今回成功したので、これを用いて上記のアイディアの検証を目下行なっている。d(GGAGGA)がカリウムイオン存在下で形成する新規4重鎖構造及び同DNAがカリウムイオン非存在下で形成する新規2重鎖構造をNMRを用いて原子レベルの分解能で決定した。特に後者においては非標準的塩基対であるG:G及びA:A塩基対のみからなるユニークな構造が明らかになった。抗ガン剤UCH9とDNAの複合体の構造をNMRにより決定し、UCH9の結合によって引き起されるB型→A型の構造変化及びその生物学的意義を明らかにした。RNA結合蛋白質hnRNPDOとMusashi1の立体構造をNMRにより決定し、さらにこれらによって引き起される核酸の4重鎖-1重鎖スイッチングをはじめて同定した。この活性とテロメアDNA維持機構との関連についても知見を得た。
アパタイトセメントのコラーゲン複合化による機械的性質向上に関する検討

コラーゲンをアパタイトセメントに複合化したコラーゲン複合アパタイトセメントを調製した。コラーゲンとしては1型アテロコラーゲンを使用し、アパタイトセメントの液部に混合する方法を基本に検討を行った。従来型アパタイトセメントにコラーゲンを複合化した場合、硬化時間が30分から大幅に遅延し3時間後にも硬化が認められなかった。一方、我々が開発した迅速硬化型のアパタイトセメントにコラーゲンを複合化した場合には、硬化時間の遅延がそれほど認められず、硬化時間は約5分8分という適度な値であり、アパタイトセメントのコラーゲンによる複合化には迅速硬化型の使用が必須条件であることがわかった。またコラーゲンの添加によりアパタイトセメントの操作性は著しく改良された。これはコラーゲンが粘調性を増大させていることに起因すると考えられる。コラーゲンの添加によるセメント硬化体の機械的性質向上については、練和液に対するセメント量が小さい場合には増大したが、練和液に対するセメント量が大きい場合には逆に減少した。練和液に対するセメント量が小さい場合には比較的多量のコラーゲンが添加でき、溶解しているコラーゲン線維が一部再架橋しているようである。一方、練和液に対するセメント量が大きい場合は、コラーゲン線維の再架橋による機械的性質向上より、コラーゲン添加によるアパタイト結晶成長抑制効果の方が大きいようであった。以上、アパタイトセメントのコラーゲン複合化においては1)迅速硬化型を使用することが必須条件であること、2)操作性が著しく改善されること、3)練和液に対するセメント量が小さい場合に限り、硬化体の機械的性質が向上することが見いだされた。
数学教育における電卓の利用に関する開発研究

本研究の目的は、数学教育における電卓の利用に関して、主として、中学校を中心として調べることにあった。そのために、約15名からなる研究プロジェクトを作り、実験授業を中心とした事例研究、わが国の教科書や諸外国の報告書などの文献研究、計算などに関する調査研究によって、研究を進めた。この過程においては、定期的に研究会がもたれ、授業記録や調査結果などについての検討が重ねられた。その結果、概ね次のようなことが明らかになった。第1に、世界には、イギリス、アメリカを中心とした数か国のように電卓を積極的に利用している国々がある。第2に、電卓利用が生きると思われる数学化ということが、わが国では昭和10年代に試みられていた。第3に、わが国の算数・数学教科書で、電卓利用を積極的に勧めている教科書はない。第4に、数学化を重視した数学教育という視点から見ると、理科、地理、技術・家庭、保健体育など他教科には、数学の内容となる素材が多くある。第5に、数学教育に電卓を導入するには、3つの水準がある。すなわち、計算器具として使う水準、教具として代数的な場面で使う水準、教具として解析的な場面で使う水準である。この中で、後者になるほど、数学化ということが重視され、電卓と数学が一体化されたものとなっていく。第6に、電卓の導入に際しては、使い方に関する説明書を利用すると便利である。第7に、電卓を利用する際には、特に有効数字に関する指導をすることが重要である。第8に、生徒や保護者は、数学教育での電卓利用を好意的に見ている。第9に、数学科の教育実習生は、数学教育での電卓利用に大して必ずしも肯定的ではない。第10に、電卓は、その利用に当たって、暗算、筆算、ソロバンと拮抗するものではない。これらの結果を踏まえ、よい教材の開発、児童・生徒のより詳しい実態を調べることが、今後の課題である。
保険リンク証券の動学一般均衡分析と金融安定化効果

本研究は、企業リスク管理に関して、企業活動が平時の連続ショックに加えて大きな災害ショックのような下方ジャンプショックに晒されている状況で、ミクロ的な企業のモラルハザード行動がマクロ的にその影響を増幅させ資産価格を大きく変動させる状況を数理的に解明した。さらに、このフレームワークを用いながら、そのような金融摩擦が平時のリスクや危機時のリスクに関して市場の変動を増幅させている状況で、保険、デリバティブ、保険リンク証券が企業リスク管理の上でどのように共存しながら金融市場全体において最適にリスク分散するのかについて解明した。本研究の目的は、企業リスク管理をめぐり、金融市場において保険、デリバティブ、保険リンク証券がどのように共存しながらリスク分散機能を果たすのかを、動学一般均衡分析を用いて数理的に解明し、更に保険リンク証券の金融安定化効果に関して政策的な含意を導くことである。とくに、手法的には連続時間の確率解析を駆使し、非対称情報下での保険・保険リンク証券の価値評価方式を提示することが具体的な目的である。平成27年度は、これまで研究代表者が獲得した科研費の研究を出発点とした。具体的には、『平成24ー26年度・基盤研究(C)(一般)「非対称情報下での企業・金融機関のリスク管理の価値評価」(課題番号24530343)』では、連続時間において情報開示にコストがかかる状況で企業リスクの価値評価方式を構築した。そこでは、投資家も企業も代表的個人を仮定していた。しかし、保険や保険リンク証券をモデル化するためには、代表的個人モデルを複数企業モデルに発展させる必要がある。すなわち、複数企業が保険に加入する状況を想定し複数企業間での保険のリスクプーリング機能を分析すると同時に、資本市場のなかでのリスクヘッジ機能も分析して、保険と資本市場の間の構造的な関係を明らかにする必要がある。しかし、これは、これまでの代表的個人モデルとは対照的に、数理的に簡単に解ける問題ではない。そこで、本研究ではその解決に取り組んでいる。とくにモデル構築の際の具体的な困難は、このような複雑な数理モデルにおいて、均衡解をどこまで明示的に解析解として特徴づけることができるか、である。現在、数理的に工夫をしながら研究成果を生み出している途中である。この過程で幾つかの論文を執筆しており、すでに一部発刊している。研究代表者は平成18年度から平成25年度にかけて米国連邦準備制度理事会(Federal Reserve Board of Governors、以下FRB)のリスク研究部署や国際通貨基金(以下IMF)の国際金融安定化部署に研究滞在・訪問してきた。本研究でも当初は、平成27年度に金融安定化の政策実務・研究の最先端を国際的に牽引するFRBやIMFに研究滞在し、金融安定化政策実務に関する現地調査を行う予定であった。しかし、これらの国際的な政府機関では政治動向が不確定であって、実際に平成27年度に入って以降に研究滞在受け入れ部署の仕事の繁忙度が高くなったことから、日程調整が不調に終わり、平成27年度中に研究滞在できなかった。その一方で、このような状況は、可能性の一つとしては予想していた。しかし、FRB、IMFの研究滞在は何物にも代えがたいほど貴重であることから、滞在部署と交渉し現地調査・研究滞在を平成28年度以降に繰越している。これ以外については、概ね計画通りに順調に進捗している。本研究では、企業リスク管理に関して、金融市場において保険、デリバティブ、保険リンク証券がどのように共存しながらリスク分散するのかを、動学一般均衡分析を用いて数理的に解明し、更に保険リンク証券の金融安定化効果に関して政策的な含意を導くことである.とくに、手法的に連続時間の確率解析を駆使し、非対称情報下での保険・保険リンク証券の価値評価方式を提示する点で実務的に役立ち、数理ファイナンスと保険経済学の間のギャップを埋めるような研究を進めている.平成28年度は平成27年度の研究実績を発展させ、企業活動が、平時の連続ショックばかりでなく、大きな災害ショックのような下方ジャンプショックにさらされている状況で、企業のモラルハザードが資産価格に与える影響をモデル化し、Valuation of Moral Hazard under Diffusive and Jump Risks(Toru Igarashiとの共著)を執筆した.また、金融危機後における不完備市場での金融リスク管理の新しいあり方に関して「世界金融危機後における金融リスクの新しい分析アプローチ」として啓蒙的な研究文献を執筆し、『世界金融危機と金融機関・リスクー規制と危機管理』(小川英治編著、東京大学出版会)における発刊に向けて改善作業を進めた.さらに、これらの研究を発展させ、保険債券を明示的に動学的一般均衡モデルに導入して、保険と比較した時の保険債券の経済効率性について研究を進めた.とくに平時の連続ショックと緊急時のジャンプショックが存在するときの企業リスク管理について、モラルハザードが存在する時の保険と保険債券の補完・代替関係を理論的に明らかにした.平成28年度はカリフォルニア工科大学への研究出張を計画していた.しかし、先方と私の日程調整が折り合わず残念ながら出張が延期になった.このため研究の完成、社会への発信が予定より少し遅れている.しかし、この研究分野で世界的な権威がいる同大に研究出張することは、研究を一層進捗させ国際的に学会や金融業界に研究成果を発信するためには不可欠である.そこで平成29年度には、延期された同大への研究出張を実施し、遅れを取り戻す予定である.

本研究の目的は、企業リスク管理に関して、保険、デリバティブ、保険リンク証券がどのように共存しながら金融市場全体において最適にリスク分散するのかを、動学一般均衡分析を用いて数理的に解明し、更に保険リンク証券の金融安定化効果に関して政策的な含意を導くことである.保険は、保険会社が相対契約である保険契約を通じて保険加入者の個々のリスクをプーリングすることにより大数の法則に基づき保険加入者のリスク管理を代行する.それに対し、保険リンク証券は保険会社や企業自体が保険すべきリスクを保険会社・再保険会社を介せずに直接的に資金豊富な資本市場に移転する.このとき、保険と保険リンク証券、デリバティブが社会においてどのように最適に共存するのかについて、手法的には連続時間の確率解析の手法を駆使し、非対称情報下での保険・保険リンク証券・デリバティブの最適ポートフォリオ・価値評価方式を提示する点で実務的に役立ち、先行研究において存在してきた数理ファイナンスと保険経済学の間のギャップを埋める独創性を有する.平成29年度は本研究プロジェクトの最終年度として平成28年度までの研究を完結させた.とくに、企業活動が、平時の連続ショックに加えて大きな災害ショックのような下方ジャンプショックに晒されている状況で、ミクロ的な企業のモラルハザード行動がマクロ的にその影響を増幅させ資産価格を大きく変動させる状況を数理的に解明した.さらに、この研究を発展させ、保険すべきリスクを証券化して資本市場にリスク移転する保険リンク証券を明示的に動学一般均衡モデルに導入して、保険・保険リンク証券・デリバティブの最適な組み合わせとその経済効率性について研究を推進した.本研究は、企業リスク管理に関して、企業活動が平時の連続ショックに加えて大きな災害ショックのような下方ジャンプショックに晒されている状況で、ミクロ的な企業のモラルハザード行動がマクロ的にその影響を増幅させ資産価格を大きく変動させる状況を数理的に解明した。さらに、このフレームワークを用いながら、そのような金融摩擦が平時のリスクや危機時のリスクに関して市場の変動を増幅させている状況で、保険、デリバティブ、保険リンク証券が企業リスク管理の上でどのように共存しながら金融市場全体において最適にリスク分散するのかについて解明した。平成28年度以降は、平成27年度の成果を改善し、保険・保険リンク証券に関する動学一般均衡モデルを完成させる。さらに、モデルにシステミックリスクを導入する。具体的には、本研究では非対称情報を仮定するので、市場期待形成についてベイジアン更新を導入することにより、情報の非対称性に基づく伝染効果を分析し、更に本研究で開発する資産価格モデルを使って資産価格の伝染効果への影響も展望する。これは従来のリスク管理分析では数理ファイナンスでも保険経済学でも分析が困難であったエリアであり、独創性を有する。ただし、モデルの複雑さのため、確率解析の一層高度な数理的手法やコンピュータ技術が必要である。対応策として、東京大学大学院数理科学研究科、京都大学数理解析研究所、大阪大学基礎工学研究科などとの学術的な交流を通じて研究を改善する。このほか、高性能なコンピュータを購入し、数学や金融工学の大学院生を研究補助者として採用する。
セラミックスにおけるミルフィーユ構造創製と破壊靱性向上

本研究では、通電支援焼結技術を駆使し、1酸化物セラミックスにおいて硬質層と軟質層をサブミクロンの層間距離で積層させ、これを高度に配向させたミルフィーユ構造を創製すること、2ミルフィーユ構造においてキンクを導入し塑性変形能または破壊靱性を向上せしめることを目的とし、さらに3セラミックスにおけるキンク形成後の強度上昇、すなわちキンク強化を目指す。
癌転移臓器の幹細胞ニッチを標的としたホスト環境の外科的制御に関する基盤研究

本研究において、乳癌の主病巣および転移巣のALDH1陽性癌幹細胞の化学療法に対する奏功性と予後の関係が明らかとなった。さらにALDH1陽性癌幹細胞は進行性乳癌患者における新しいコンセプトを持ったサロゲートマーカーとなることが示唆された。本研究の成果は、乳癌に対する新しいコンセプトの化学療法の開発に寄与するだけでなく、腫瘍内の小集団を標的とする治療、つまり手術不能の乳癌に対する外科治療の基礎となることが期待される。本研究は、根治が極めて難しい転移性の癌に対して、治療標的を従来の『腫瘍』から『ホスト環境』へと変換し、これを外科的に制御するという全く新しい概念の癌治療の基礎を築くことを目的とする研究であり、筆者の癌は転移によって臓器のホスト環境、特に体性幹細胞を制御する『ニッチ』と接触し、自らの分化増殖能を増大させてゆくと推測し、この転移臓器におけるホスト環境の制御こそが次世代の癌治療であるという仮説に基づいている。我々はまず乳癌幹細胞の動態、特に転移巣での動態を解析すべく、臨床検体を用いた研究に着手した。1.我々は初めてヒトの転移巣での癌(転移性癌)における癌幹細胞の臨床的意義を確認しさらに癌幹細胞転移の薬物耐性において極めて重要な知見を得ることに成功した。理論上薬物抵抗性があると考えられる癌幹細胞転移の確認された乳癌患者への薬物治療において約半数の症例で癌幹細胞転移の消失が確認された。また薬物治療において癌の残存があっても、癌幹細胞が消失したものは、癌がすべて消失したものと同等の結果であった。2.この結果は国内の学会にて一部を発表し、現在英論文誌に投稿中である。癌幹細胞転移が消失したものと、消失しないものとが存在することこそ、我々が考えるニッチの存在の関与を考えさせこの検体においてニッチのスクリーニングを開始することとした。現在計画したスクリーニング法により癌幹細胞ニッチの解析を行っている。我々はまず乳癌幹細胞の動態を解析すべく、臨床検体を用いた研究に着手した。1.我々は初めてヒトの転移巣での癌(転移性癌)における癌幹細胞の臨床的意義を確認し、さらに癌幹細胞転移の薬物耐性において極めて重要な知見を得ることに成功した。また薬物治療において癌の残存があっても、癌幹細胞が消失したものは、癌がすべて消失したものと同等の結果であったこの結果は英論文誌『Cancer』にinpress(2011Dec16.doi:10.1002/cncr.26725.)の段階である。2.さらに癌幹細胞転移が消失したものと、消失しないものとが存在することこそ、我々が考えるニッチの存在の関与を考えさせ、この検体においてプロテオミクスによるニッチのスクリーニングを行い、これらに細胞間マトリックス『テネイシンC』が関与していることを新規に確認した。現在さらに詳細な関係の解析を行っている段階である。我々は初てヒトの転移巣での癌(転移性癌)における癌幹細胞の臨床的意義を確認しさらに癌幹細胞転移の薬物耐性において極めて重要な知見を得ることに成功した。この結果は国内の学会にて発表し、英論文誌に報告した。初年度の解析結果は、英論文誌にアクセプトされ(現在inpress)、臨床的な背景が確立した。さらに次年度にはプロテオミクス解析より、ニッチの候補として細胞間マトリックスタンパクが同定された。

特にその中でテネイシンCが乳癌幹細胞の薬物耐性に関与することが確かめられ、さらなる成果が期待される。24年度が最終年度であるため、記入しない。プロテオミクス解析より同定されたニッチ候補(特にテネイシンC)を用いた基礎的および臨床的解析を予定どおり、本年度の研究の柱とし、最終年度の研究を遂行する。
高強度レーザーパルスによって誘起されるレーザー航跡場の励起と崩壊過程の解明

H18年度は、長焦点(f/10)の軸外し放物面鏡でピークパワー20TW、パルス幅25fsのチタンサファイアレーザーをヘリウムガスジェット中に集光する航跡場生成実験を行なった。レーザービームはほぼ軸対称の形状(11μm×10μm、1/e^2半径)に集光され、その集光強度は、(7.5±0.3)×10^<18>W/cm^2であった。プラズマ密度2.6x10^<19>cm^<-3>のときに、エネルギー75MeVの準単色構造の電子の発生及び、100MeVを超えるMaxwell型分布の電子発生を確認した。また本装置でのビームプロファイル計測も行い、レーザービームと同様の、ほぼ円形の電子ビームプロファイル(集光点から870mm離れた地点で14mm×16mm、半値全幅)であることがわかった。高速電子発生が確認されたので、この高速電子に伴う、航跡場アンジュレータからのX線発生の計測を試みた。しかし、電子ビームからの制動輻射バックグラウンドが高く、この低減を図る必要があることが分かった。また、ガス中での航跡場の生成とレーザー伝播の様子を計測するために、透過レーザー光のFROG(Frequency Resolved Optical Gating)計測及び、プローブ光を用いたレーザー伝搬計測を行なった。高速電子発生と同時に計測を行い、その発生と相関を取得した。このとき、照射ガスをヘリウムとアルゴンの2種類変えて行なった。詳細は、現在解析中であるが、アルゴンガスの場合に、より顕著な電子発生とレーザー透過光の青方変移の相関が見られた。透過レーザー光には、プラズマ化や、電子加速に影響する航跡場の生成過程との相互作用の結果がエンコードされており、その情報を、レーザーのスペクトルと位相情報から引き出す解析を行なっている。本研究は、レーザー航跡場をX線発生のためのアンジュレータとしての実現可能性を調べるために、航跡場の空間分布と寿命の過程を実験的に調べることを目指している。特に、アンジュレータとしての特性に重要な扁平な航跡場の生成を行うことを目的としている。H17年度は、まず扁平航跡場生成のための2つの円筒反射鏡から成る新しい光学系を設計した。従来考えていた球面鏡と放物面鏡から成る光学系よりも、焦点深度が大きくなるため、本研究の航跡場生成に有利であると考えている。この光学系よりも、焦点深度が大きくなるため、本研究の航跡場生成に有利であると考えている。この光学系による扁平航跡場は、本研究の主題であるX線生成のみならず、リニアコライダーで必要とされる扁平電子ビーム生成にも使えることを発見した。また、長焦点(f/13)の放物面鏡でピークパワー3TW、パルス幅70fsのチタンサファイアレーザーをヘリウムガス中に集光する航跡場生成実験を行なった。従来、電子発生が行われないと考えられていた低強度(10^<18>W/cm^<-2>)であっても電子発生が行われることを見出した。また、発生する電子はピークエネルギー20MeVの準単色電子で、空間的にコリメートされた高品質の電子ビームであった。この電子ビームを磁石で曲げ、X線CCD分光器でKeV領域のX線を計測したところ、信号を観測した。これは、航跡場で蛇行運動することにより発生するX線(本研究のテーマである航跡場アンジュレータからの放射)である可能性があり、現在データを詳しく解析中である。
マイクロレンズアレイを用いた高精度視覚マーカの技術基盤構築

申請者が開発した世界最高精度の視覚マーカについて、下記の研究開発を行い、実用化に向けた技術的課題をすべて解決した。ソフトウェア面では、照明変動に対するマーカ認識のロバスト化、位置計測精度の向上、姿勢不定性の除去、を実現した。ハードウェア面では、可変モアレパターンの低反射化、測位用超高精度マーカの開発、長方形型高精度マーカの開発を行った。システム面では、簡易動作計測システム、ロボットアーム制御システム、ARデモシステム等を開発した。これらの成果が、2018年4月の、高精度マーカを用いた計測システムの製品化につながった。申請者が開発した世界最高精度の視覚マーカの実用性を向上させるため、本年度は主に下記5項目の研究開発を実施した。(1)変動の大きな照明環境下でのロバストなマーカ認識を可能にするアルゴリズムの開発:画像二値化の閾値を最適化する閾値自動調整アルゴリズムを開発し、国際宇宙ステーションの日本実験棟「きぼう」曝露スペースにおける変化の激しい照明環境下で、そのアルゴリズムの有効性を確認した。(2)位置計測精度の向上の研究:マーカの4つのコーナー点ではなく、4つの黒丸(ドット)を用いることで位置・姿勢の計測精度が向上することを実験で確認した。(3)応用システム開発:LentiMark型の高精度マーカの認識・計測ソフトウェアを開発し、これを用いた簡易動作計測システムのプロトタイプを開発した。また、模擬介護動作等を対象とした動作計測試験を行い、システムの有用性を確認した。(4)アプリケーションの要求に応じた最適なマーカの設計手法の研究:レンズアレイや印刷パターンのスペックに応じてどのようなパターンが現れるかを計算するシミュレータを開発した。宇宙機のドッキング制御におけるターゲットマーカの設計・試作を通じてシミュレーション手法の有効性を確認した。(5)マーカの重要な構成部品であるVMP(可変モアレパターン)の品質向上の研究:ある照明条件下でVMPに生じるゴーストのような像の発生原因を解明し、ゴーストを低減するマーカ製作法を確立した。また、VMPの新しい製造方法を開発し、これによって従来の印刷方式よりも格段に明暗のコントラストの高い(画像解析しやすい)VMPを製作できるようになった。研究実施計画の内容に沿って研究開発を進め、ほぼ期待した通りの成果をあげているため。申請者が開発した世界最高精度の視覚マーカの実用性を向上させるため、本年度は主に下記6項目の研究開発を実施した。(1)厳しい環境条件・観測条件に対するロバストなマーカ認識・計測手法の研究:照明条件の変動に対して画像処理の複数のパラメータを自動調整し、照明強度が大きく変動したり、マーカを横断する影が多少あったりするような環境下でも正しくマーカを認識・計測できるようになった。(2)計測精度の向上の研究:平面型視覚マーカの弱点である「奥行方向の位置推定精度」を改善するためのマーカ計測アルゴリズムを開発した。ここでは、マーカの4つの参照点の画像上での位置を画像補間や楕円フィッティングにより高精度に求める技術や、本マーカならではの高精度な姿勢推定値を活かし、位置(3自由度)のパラメータだけを用いて再投影誤差の最小化を行う技術により、位置推定精度の向上を実現した。(3)応用システムの開発とマーカの性能検証:複数のマーカと1台のカメラというシンプルな構成からなる「ポータブル簡易動作計測システム」を開発した。(4)アプリケーションの要求に応じた最適なマーカの設計手法の研究:移動ロボット制御等に用いるための、細長い隙間にも貼れる横長型(縦長型)マーカの開発を行った。(5)VMPの品質向上のためのマイクロレンズアレイの設計:より広い角度範囲で高いコントラストを維持するVMPの設計と開発を行った。またVMPにおける外光の反射を低減する手法を開発した。いずれも、実際に効果のあるVMPの製造に成功した。(6)改良版の高精度マーカの試作と性能検証:測位用のマーカとして、姿勢推定精度が0.1degとなるようなマーカの設計、試作および性能検証を行い、そのような超高精度マーカが作れることを実証した。研究実施計画の内容に沿って研究開発を進め、想定した以上の高性能なマーカ・ソフトウェアの開発を実現したため。申請者が開発した世界最高精度の視覚マーカの実用性を向上させるため、本年度は主に下記3項目の研究開発を実施した。(1)厳しい環境条件・観測条件に対するロバストなマーカ認識・計測手法の研究:照明条件の変動に対応して複数のパラメータを自動調整するアルゴリズムを改良し、より効率的なロバスト性の向上を実現した。また、屋外の直射日光環境下において性能検証試験を行い、その有効性を確認した。(2)応用システムの開発:昨年度開発した、カメラ1台と複数マーカからなるポータブル動作計測システムを改良し、取得したデータの可視化および解析・編集が可能なシステムを開発した。また、人体モデルと逆運動学を利用した身体負荷の計算、可視化機能を追加した。これに加え、移動ロボットシステムや位置情報サービスで利用するための、高精度マーカを用いた屋内測位システムの設計、およびマーカ位置の測定法の開発を行った。(3)改良版の高精度マーカの試作と性能検証:これまでのように、回転軸と黒線の移動方向が直交しているVMP(可変モアレパターン)(直交VMP)と異なり、回転軸と黒線の移動方向が平行となるVMP(平行VMP)を新たに開発した。

また、この平行VMPを、レンチキュラーレンズ、マイクレンズアレイのいずれを用いても製造できること、および実用上十分な性能(黒線の移動速度・コントラスト等)を発揮できることを試作を通じて実証した。上記の研究開発成果により、高精度マーカの実用性の向上および有用性の実証をすることができた。申請者が開発した世界最高精度の視覚マーカについて、下記の研究開発を行い、実用化に向けた技術的課題をすべて解決した。ソフトウェア面では、照明変動に対するマーカ認識のロバスト化、位置計測精度の向上、姿勢不定性の除去、を実現した。ハードウェア面では、可変モアレパターンの低反射化、測位用超高精度マーカの開発、長方形型高精度マーカの開発を行った。システム面では、簡易動作計測システム、ロボットアーム制御システム、ARデモシステム等を開発した。これらの成果が、2018年4月の、高精度マーカを用いた計測システムの製品化につながった。研究分担者および企業と連携し、研究計画に沿って、高精度視覚マーカの実用化に向けた技術課題の解決に取り組む。29年度が最終年度であるため、記入しない。ロボティクス29年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞間接着能の阻害による放射線感受性変化の検討と関与する細胞間接着因子の同定

培養細胞の放射線(γ線)感受性は多くの場合対数増殖期と定常期で異なり、平面培養と球状培養でも異なる。このことから、放射線感受性に対する細胞間接着因子の関与を考え、本研究を行った。細胞間接着因子のうち、ギャップジャンクション(GJ)を阻害する薬剤の1つであるoleamide(最終濃度100uM)を培地に添加し、定常期のMDCK細胞およびUMRC-6細胞(ヒト腎細胞癌由来)にγ線2-10Gyを照射後,alamar blue assayにて細胞生残率を調べたところ,非添加群に対し2-6Gyを中心に放射線増感効果が得られた。Oleamideの溶媒としてはエタノール、DMSO(dimethylsulfoxide)が知られているが,増感効果は前者でのみ見られた。他のGJ阻害剤として知られる18β-glycyrrhetinic acid(最終濃度70uM)はこれらの細胞に対し毒性が強く,定常期での細胞維持が困難であったため,放射線増感効果の検討に不適と判断した。次に,GJの構成要素の1つであるconnexin43のドミナントネガティヴ変異体(aa.130-136欠失変異体)を作成した.しかし,この変異体を細胞に発現させる前にコントロール実験として計画したlacZ発現ベクターの細胞導入(トランスフェクション)が上手く行かず,変異体の発現に至らなかった。現在,所属機関内の研究者に支援を頼み,研究の遂行を図っている。本研究では細胞間接着因子が放射線(γ線)感受性に与える影響につき調べることを目的とする。予備実験として細胞間接着因子のうちgap junctionを阻害する2つの薬剤、oleamide, 18beta-glycyrrhetinic acid(beta-GA)をそれそれ培地に添加し(最終濃度はそれぞれ100μM,70μM)MDCK・UMRC-6細胞を用いて細胞の増殖速度を調べたところ、oleamideではコントロールと比較し増殖速度に差はなかったが、beta-GAでは増殖阻害が認められた。このため、放射線感受性に与える影響はoleamideのみを用いて行った。過去の文献ではoleamideの溶媒はethanol, DMSOの2種類があり、両者に溶かして培地に投与した上、放射線感受性の変化を検討したところ、ethanolに溶解したもののみ、2-6Gyの照射線量で感受性増強効果が得られた。現在、gap junctionを構成する主なタンパクであるconnexin43に着目し、dominant negative mutant(Δaa130-136)による感受性変化の有無を検討するため、PCRを用いて変異体を作成中である。既にORF全長を含む同遺伝子が得られているが、変異体の作成は完成していない。培養細包の放射線(γ線)感受性は、多くの場合、対数増殖期と定常期で異なり、平面培養と球状培養でも異なる場合が多い。細胞間接着因子のうち、ギャップジャンクション(GJ)を阻害する薬剤の1つであるoleamideを培地に添加し、定常期のMDCK細胞およびUMRC-6細胞(ヒト腎細胞癌由来)にγ線2-10Gyを照射後、alamar blue assayにて細胞の生残率を調べたところ、非添加群に対し2-6Gyを中心に放射線増感効果が得られた。Oleamideの溶媒としてはethanol, DMSO(dimethylsulfoxide)が知られているが、増感効果は前者のみで見られた。後者ではalpha-MEM培地に添加した際、溶質が析出するようであった。他のGJ阻害剤として知られる18β-glycyrrhetinic acidはこれらの細胞に対し毒性が強く、定常期での細胞維持が困難であったため、放射線増感効果の検討に不適と判断した。次に、GJの構成要素の1つであるcannexin43のドミナントネガテイブ変異体(aa.130-136欠失変異体)の作成をinverted PCRにより試みたが、研究期問内の作成が困難であった。しかし、他の方法により現時点までに作成に成功しており、同変異体の強制発現による放射線感受性の変化を検討しつつある。
インターフェロンの抗ウイルス作用機構:2ー5A合成酵素生産細胞による解析

1.2ー5A合成酵素の機能を知る目的で、ヒト2ー5A合成酵素を生産するマウス細胞を遺伝子工学的に作製した。ヒト2ー5A合成酵素cDNAをSV40プロミーターの下流に接続するようにプラスミドに組み込み、neo遺伝子と共にマウスL929細胞に導入した。生じたG418耐性細胞からヒト2ー5A合成酵素を発現する3種の細胞株、LAS0、LAS3、LAS4、を得た。これらの細胞にVSVまたはEMCVを感染させ、L929と比較したところ、LSA0とLAS4では1/1001/1000の増殖であった。一方、LAS3におけるVSVの増殖はL929と同程度であったが、EMCVは1/1000程度であった。細胞の増殖速度を調べたところ、LAS0、LAS3、LAS4ともにL929に比べて倍加時間が延長し、それは細胞内の2ー5A合成酵素レベルに相関した。以上の結果は、IFNによって誘導される種々の酵素とは独立に、2ー5A合成酵素が単独で細胞にウイルス増殖に対する抵抗性ならびに細胞増殖抑制性を賦与することを示している。2.ヒトHeLaS3細胞の増殖における2ー5A合成酵素の役割を検討した。血清無添加境地で増殖が抑制されたHeLa細胞に、血清、PDGF、EGF、インスリンを加えると2ー5A合成酵素が誘導された。この誘導は抗IFN-β抗体によって抑制されたことから、増殖因子は、必ず、IFN-βを誘導し、それが2ー5A合成酵素の生産を引き起したと考えられる。つぎに、抗IFN-β抗体存在下で、増殖誘導後のHeLa細胞のDNA合成を経時的に調べたところ、最初のDNA合成ピークはなんら影響を受けなかったが、2番目のピークは抗体の添加によって促進された。この結果は、細胞増殖促進と同時に誘導されるIFNおよび2ー5A合成酵素が細胞増殖をフィードバック的に抑制することを示している。インターフェロンにより誘導される2-5A合成酵素の生理的役割を知る目的で,ヒト2-5A合成酵素を構成的に生産するマウス細胞を遺伝子工学的に作製した.まず,ヒト2-5A合成酵素CDNAをSV40初期プロモーターの下流に接続するようにベクタープラスミドに組込み,それをネオマイシン耐性遺伝子と共にリン酸カルシウム沈殿法にてマウスL929細胞に導入した.生じたG418(ネオマイシン誘導体)耐性細胞のなかから, 2-5A合成酵素を構成的に生産し,かつ,ヒト2-5A合成酵素mRNAを合成する3種の細胞株を得,それらをLASO,LAS3,LAS4と命名した.これらの細胞にvesicular stomatitis virns(VSV)およびencepharomyocarditis viras(EMCV)を感染させ,それらの増殖を検討したところ, LASOとLAS4では親細胞であるL929に比較して1001000〓耐性であった.一方, LAS3におけるVSVの増殖はL292におけるそれと同程度であったが, EMCVの増殖は1/1000程度であった.さらに細胞の増殖速度を調べたところ, LASO,LAS3,LAS4共にL929に比べて倍加時間が延長していて,それは細胞内の2-5A合成酵素レベルと相関した.

また, LAS細胞はいずれも多核になるものが高頻度に出現した.以上の結果は,インターフェロンによって誘導される種々の酵素と独立に2-5A合成酵素が単独で細胞にウィルス増殖に対する抵抗性ならびに細胞増殖抑制性を賦与することを示している.1.2ー5A合成酵素の機能を知る目的で、ヒト2ー5A合成酵素を生産するマウス細胞を作製した。ヒト酵素cDNAをSV40プロモーターの下流に接続するようにプラスミドに組込み、neo遺伝子と共にマウスL929細胞に導入した。生じたG418耐性細胞からヒト2ー5A合成酵素を生産する3種の細胞株、LAS0、FAS3、LAS4、を得た。これらの細胞にVSV、EMCVを感染させL929と比較したところ、LAS0とLAS4では1/1001/1000の増殖であった。一方、LAS3におけるVSVの増殖はL929と同程度であったが、EMCVは1/1000程度であった。細胞の増殖速度を調べたところ、LAS0、LAS3、LAS4ともにL929に比べて倍加時間が延長し、それは細胞内の2ー5A合成酵素レベルに相関した。以上の結果は、IFNによって誘導される種々の酵素とは独立に、2ー5A合成酵素が単独で細胞にウイルス増殖に対する抵抗性、ならびに細胞増殖抑制性を賦与することを示している。2.ヒトHeLaS3細胞の増殖における2ー5A合成酵素の役割を検討した。血清無添加培地で増殖が抑制されたHeLa細胞に、血清、PDGF、EGF、インスリンを加えると2ー5A合成酵素が誘導された。この誘導は抗IFN-β中和抗体によって抑制されたことから、増殖因子は、まず、IFN-βを誘導し、それが2ー5A合成酵素の生産を引き起したと考えられる。つぎに、抗IFN-β抗体存在下で、増殖誘導後のHeLa細胞のDNA合成を続時的に調べたところ、最初のDNA合成ピークはなんら影響を受けなかったが、2番目のピークは抗体によって促進された。この結果は、細胞増殖促進と同時に誘導されるIFNおよび2ー5A合成酵素が細胞増殖をフィードバック的に抑制することを示している。
生体神経回路網とファジィパターン識別法による学習システム

我々は,生体信号の解析に適したファジィ推論を利用して,神経電気活動パターン識別手法を確立し,半人工の培養神経回路網における入力メモリ効果について解析した.このヒステリシス効果は、実際に生きている神経細胞を記憶素子として使用することが可能であることを示している.我々はまた,生きている神経回路網への入力が,ある神経細胞に活動電位を誘発するだけでなく,この入力の影響が神経回路網の内部状態を変化させ,複雑な様式で時間をかけて伝播することも明らかにした.これらの結果は,従来の人工知能の動作原理とは全く異なる知的情報処理が実現される可能性を示唆している.神経回路網メモリ効果という現象を詳細に解析し,メモリ効果に影響するパラメータを検討した(論文2,図書1).具体的には,メモリ効果の基本特性の解析として神経回路網における入力応答のメモリ効果についてその持続時間(刺激間隔に対する依存性),培養日数依存性,ネットワーク・サイズ(培養面積)依存性を解析した.この結果,メモリ効果は神経回路網が十分に複雑化し,シナプス入力の伝達効率が大きくなる培養開始後60日程度以上に於いて2.5秒まで持続し,5秒以上は持続しないことが明らかとなった.また,培養開始後30日以内のネットワークではメモリ効果は明確では無かった.培養神経回路網においては観察される入力に依存しない自発活動とシナプス伝達効率を制御して実験を行った.細胞外液のMgCl_2を0mMとしてシナプス伝達効率を一時的に増大させた場合は,培養期間が30日以下でもメモリ効果が観察されることを発見した.更に,記録外液中のグルコース濃度を操作することで自発活動が活発化することを確認した.また,神経活動の時空間パターンを表現する手法として,活動電位が発生しうる最小時間窓内の神経発火数から生成した一連の特徴ベクトルに対してクラスタリングを適用し,神経活動のパターンレパートリーを追跡する手法を確立した.これらの成果に加え,神経回路網をより詳細に制御する手法としてニワトリ-ラット共培養ネットワークを確立した(論文1).また,神経活動パターンの解析にあたって,関係する各パラメータを詳細に解析することに資するレーザーによる細胞操作技術と,細胞接着性物質を用いた細胞パターニング技術の開発もあわせて行った(論文3-5).ファジィ推論による神経パターン識別手法を開発した.神経電極からの各入力について複数のラベルを用いてファジィルールの前件部をパターン・テンプレートとし,発火頻度の高低を表現したテンプレートを作成した.それぞれのルールに対する入力信号のファジィ適合度により入力信号の各テンプレート(ルール)に対する類似度を推定する識別器を設計し,C#を用いてクラスライブラリを作成した.また,神経信号に対して適切なチューニングを行うために生体神経細胞から電気活動データを取得し,チューニングを行っている.さらに,神経電極からの各入力をまとめた特徴ベクトルを入力として自己組織化マップを構築し,神経回路網に神経出力に応じた電気刺激入力をフィードバックして,選定された勝者ノードの分布を追跡した.その結果,勝者ノードに写像された神経活動パターンは比較的安定しており,神経活動によって大きく変動しないことが明らかとなった.さらに,各ノードに参照ベクトルを設定するかわりにメンバシップ関数を並べたベクトルを設定し,入力ベクトルに対する適合度が最大となるノードを勝者ユニットとするファジィ自己組織化マップを設計し,C#によるクラスライブラリとLabVIEWによる解析ソフトウェアに実装した.同時に,神経活動パターンの安定性と自発性神経活動のパターンに対する刺激入力の影響を解析し,刺激後5 ms20 msにおいては,電流刺激による特定の活動パターンが発現し,さらに約100 msをかけて自発性電気活動のパターンに復帰していることを明らかにした.神経活動パターン特徴ベクトルを計算し,各パターンに対応する特徴ベクトル間のユークリッド距離を元に,神経活動パターンの再現性を解析した.その結果,神経回路網に入力する電流刺激のタイミングが,神経活動パターンの特徴としてメモリされる現象を発見した.神経回路網メモリ効果の特性を詳細に解析し,発現した現象の細胞生物学的メカニズムを探求した.印加された2連続刺激の刺激間隔が,自発的に活動しているネットワークバーストの間隔に保持されるという「タイミングメモリー」というべき現象を見出し,記憶可能な刺激間隔の長さは,刺激応答の履歴持続時間と関連があることを示唆した.さらに,自己組織化マップを用いて,SOM出力層における勝者ユニットの分布を解析した結果,特定の入力に対し特定の応答パターンを分離して再現良く発現し,誘発応答による神経活動パターンは自発性活動電位のパターンとほぼ一致するパターンを含むことを示した.また,自発性活動パターンは豊富なパターンレパートリーを含有し,そのレパートリーに類似した特定のパターンの1つ(サブセット)が電流刺激によって,誘発される確率が上昇しているのではないかという仮説を導いた.Ca2+イメージングで局所的なネットワークにおける細胞間の情報伝搬を計測し,細胞外多点計測系では広範囲のネットワーク動態を計測した.大局的なネットワークで見られたネットワークバーストは局所ネットワーク内の一部の細胞におけるCa2+イベントと同期しており,サイズの異なるネットワーク間での相関性が明らかになった.この結果から神経回路網に於けるバースト活動によるメモリ効果と自発性Ca2+イベントの関連性が示唆された.これらの結果は論文1報と論文に准ずるproceedings多数として発表した.現在更に実験と解析を加えて,複数の論文誌に投稿準備中である.神経回路網メモリ効果とシナプス可塑性をうまく組み合わせることにより,生体神経回路網におけるパターン連想現象の誘導を検討した.特に,2連続刺激の時間方向のパターンを繰り返し入力してコンディショニングした後,コンディショニング時に2発目の刺激による誘発応答が発現したタイミングで活動頻度が増大するタイミングメモリーは,時間的な連想記憶とみなしうる.