hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトDuchenne型進行性筋ジストロフィ-症の病因・病態の解明-特にアデニレ-トキナ-ゼを指標として-

筋酵素のネーティブな活性値に等しく,活性化エネルギー,至適pH,反応速度論的データ(Km^<ADP>,Km^<ATP>,Km^<AMP>,V^fmax,V^rmax)もネーティブな酵素の特性に近いものが得られていることが確認された.(4)アデニル酸キナーゼ対様型とモノクローナル抗体による識別:ブタ骨格筋酵素標品に対するモノクローナル抗体を常法によりマウスで産出し,本酵素アイソザイムの泳動ゲル面タンパク質を転写したニトロセルロース膜上でアビジンービオチン法によって免疫染色を行った.この為,特異モノクローナル抗体をtoolとした本酵素アイソザイムの分別定量法への手がかりが得られた.次年度は本症の変異型本酵素との構造比較を行う.初年度までにヒト骨格筋細胞質に局在するアデニル酸キナーゼ(hAK_1)のアミノ酸一次構造にもとづく遺伝子(DNA)の塩基の人工合成に成功し、それをtrpプロモーターで大腸菌に発現させることができた。今年度は人工合成遺伝子の産生物であるhAK_1酵素の大量迅速精製方法の確立を図り、超音波処理、ホスホセルロースカラムクロマトの僅か2段階精製の過程でもってSDS共存下ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって単一の酵素タンパク質にまで純化することができた。そこで筆者の一人(MH)が本酵素の二つの基質の結合部位に関する詳細な酵素化学的データを提示していること、さらに近年この方面の研究でX線回折、NMR解析のデータも報告されていることから、より詳細な基質との相互作用を究明するため、遺伝情報の変換つまり、部位特異性変異を行い、自然に得られる酵素の変異型、基質結合に必須なアミノ酸残基の変換を行って変異型酵素の基質結合を調べることによって、必須残基との相互作用の解明を行うための実験から下記のような成果を得た。N端から95番目のTyrをPheに、また97番目のArgをAlaに変換したそれぞれY95FhAK_1、R97AhAK_1を得るためのDNAをcassette mutagenesisによって構成し、ヒト成長ホルモン遺伝子プラスミドの同じ制限酵素の切断部位に挿入し、両変異酵素を純粋に得た。recombinant酵素(wild type)、Y95FそしてR97Aのmutant typeにおいて、速度論的解析を行った。wild typeの比活性はnativeのものと殆んど同一で、Y95FhAK_1はrecombinantのwild typeより比活性は僅か大きかった。しかしR97Aはwild typeの約4%の活性を保持していることが判明した。従って97番目のArg残基は本酵素の触媒発現には必須ではなく、95番目のTyrはPheに変換しても無影響であった。しかもこれらの残基はMgATP基質との結合にとって必須なものというより、その結合部位より離れて存在するものと考えられる。上記の諸成果は、Prot.Engineer.誌(1989)上に掲載された。(添付別刷)これまでの2年間に、ヒトアデニル酸キナ-ゼをコ-ドする鎖長596塩基対の人工遺伝子を合成し、天然型およびそのV95F、R97A変換体を大量に産生できる発現系を確立した。両者における酵素化学諸性質、動力学的解析、アミノ酸分析高次構造の比較から、これまでの化学修飾の実験成果からは酵素活性に必須な残基と考えられていたV95とR97は触媒作用に直接的に関与する残基でないことを明らかにした。続く最終年度において、R44、R97、R123、R132、R138、R149残基をAlanineに換えた変換体遺伝子をカセット変異法、もしくはM13ファ-ジを利用したtemplate-
口腔および顔面に出現する喫煙者に固有の所見が喫煙への意識に及ぼす影響

喫煙は、肺がん、心疾患など全身の健康に悪影響を及ぼす。さらに、喫煙の害は、口腔がんや歯周病など口腔にも及ぶ。口腔・顔面への喫煙の悪影響を示すことは、審美にかかわり自分で見えることから、女性や若年者の喫煙率の低減に効果的であると考えられている。タバコ箱には、喫煙の減少を目的として、画像による警告表示が諸外国で採用されつつある。カナダでは実際にタバコの箱の50%を用いて警告表示が行われ、口腔の画像が、防煙と禁煙の動機づけで高い効果があると指摘された。そこで、本研究ではカナダでタバコ箱に採用されている健康影響の警告画像から、日本人の防煙・禁煙に役立つと思われるものの調査を行った。調査対象は、972名(男292名、女性665名、不明15名)で、内訳は、福岡市歯科医師会主催きらめきキャンペーン参加者(187名)、歯科医院受診患者と小児患者の保護者(89名)、自衛隊職員(194名)および、高校生(502名)であった。カナダのタバコ箱で用いられた口腔、脳卒中、男性性的不能、心臓疾患、肺がん、妊婦、出生児、子供の受動喫煙の8種類の警告表示および警告文言の日本語訳を表わしたパネルを調査対象者に提示し、調査対象者が「喫煙をやめるきっかけ」になりそうだと思われる画像を2つ選択させアンケート調査を行った。なお、非喫煙者は自分が喫煙しているものとして選択させた。今回は、カナダでは肺ガンの自分自信の健康を損ねる画像表示が圧倒的だったのに対して、女性の回答が大多数であり、妊婦中の喫煙が圧倒的に多く、胎児への影響と、受動喫煙の乳児への影響であり、若年女性の出産への関心の高さが影響していると思われる。一般的に喫煙者は自分の健康に対することにしか興味を示さず、非喫煙者は、自分自身の健康の事に限らず、周りの環境に目を配る者が多く、若年者や妊産婦に対してタバコの悪影響を心配する傾向が多く認められる。本研究では、口腔、顔面への喫煙の悪影響についての映像写真および教育内容が、喫煙者および非喫煙者の意識の変化に及ぼす影響を、年齢群、性、乳幼児学童の有無別に調べることを目的とした。また、喫煙の口腔への悪影響についての教材として、口腔の画像を収集することも同時に行った。平成15年度は、喫煙の口腔への悪影響の画像が、喫煙の口腔以外への悪影響の画像と比べて、喫煙者および非喫煙者の意識にどのように影響するかを調べた。こうした画像は、タバコ箱警告表示として、すでに、諸外国の一部で実用化されている。そこで、まず、カナダのタバコ箱に表示されている16種類の画像警告表示を収集し、警告文言を日本語に翻訳し喫煙者および非喫煙者の意識にどのように影響を及ぼすかを調べた。16種類の画像警告表示から、カナダの市民調査において、「喫煙をやめるのにどの画像が最も効果的だと思いますか」の質問への回答が多かった8つの画像を抽出、翻訳した。抽出した画像は、(1)口腔、(2)脳卒中、(3)男性性的不能、(4)心臓疾患、(5)肺がん、(6)妊婦、(7)出生児、(8)子供の受動喫煙だった。調査に先立って、福岡歯科大学倫理委員会疫学研究専門委員会にて、研究計画についての承認を得た。2003年度の調査対象としては、職域においては自衛隊員194名、一般市民においては福岡市歯科医師会主催きらめきキャンペーン参加者187名、一般歯科医院受診患者74名の合計355、から情報を得た。さらに、学校保健において、高校生570名の調査を実施する予定である。さらに、調査と同時に、口腔デジタル画像を285枚収集した。

一般的に喫煙者は自分の健康に対することにしか興味を示さず、非喫煙者は、自分自身の健康の事に限らず、周りの環境に目を配る者が多く、若年者や妊産婦に対してタバコの悪影響を心配する傾向が多く認められる。
H_∞制御機構と適応制御機構を有するアクティブ制御系設計法の開発

アクティブサスペンションシステムのダイナミクスがバネダンパ系となる本体部分と油圧アクチュエータ部分に分離可能なことに着目し,単一のシステムに対してH_∞制御機構と適応制御機構を有する制御系設計法の提案を行った.これは,高精度な制御性能と多様な設計仕様を要求される本体部分にはH_∞制御を用い,非線形性とパラメータの不確さのために制御性能に大きな影響を与える油圧アクチュエータ部分には非線形適応制御を用いるというものである.さらに,油圧アクチュエータのより詳細なモデルに対する非線形適応制御法を検討し,従来よりも性能向上が見込めることを確認した.また,自動車運転の安全性向上のため,操舵システムにアクティブ制御を導入したアクティブステアリングシステムを,D^*基準に基づいたモデル規範型非線形適応制御により構築した.これにより,タイヤの摩擦特性に存在する非線形性や路面状況により変化するという不確定性に対処可能となり,常に規範モデルとして設定した特性が得られ,特に未熟運転者の安全性の向上が期待できる.これを実際のステアリング装置を用いてリアルタイムシミュレータを作成し,実験によりその有効性を確認した.また,研究成果をいくつかの国際会議にて発表,あるいは発表予定であり,現在いくつかの雑誌に投稿中である.アクティブサスペンションシステムのダイナミクスがバネダンパ系となる本体部分と油圧アクチュエータ部分に分離可能なことに着目し,単一のシステムに対してH_∞制御機構と適応制御機構を有する制御系設計法の提案を行った.これは,高精度な制御性能と多様な設計仕様を要求される本体部分にはH_∞制御を用い,非線形性とパラメータの不確かさのために制御性能に大きな影響を与える油圧アクチュエータ部分には非線形適応制御を用いるというものである.具体的には,本体部分に対しては乗り心地改善や操縦性能向上のために周波数成形などの多様な仕様が要求されるため,H_∞制御理論によりコントローラを設計した.この時,アクチュエータから本体部分へ与えられる力を仮想的な入力と考えることにより設計するが,この伝達力は実際の入力ではないので,次にアクチェータ部分のコントローラの設計において,この本体部分に与える力を出力として考え,H_∞制御理論により設計した理想的な力を出すために,物理パラメータの不確かさと非線形性が考慮可能な非線形適応手法を用いた.このH_∞制御と非線形適応制御の結合は,バックステッピング法により可能となるものである.本手法を,1/4車両モデルに適用し,シミュレーションソフトDADS,SIMULINKによりその有効性を確認した.本手法は,アクティブサスペンションのみならず,他のアクチュエータを備えたメカニカルシステムへの適用も容易であり,実用上非常に有効である.また,研究成果をアメリカ合衆国にて開催された国際会議にて発表し,現在国際雑誌に投稿中である.アクティブサスペンションシステムのダイナミクスがバネダンパ系となる本体部分と油圧アクチュエータ部分に分離可能なことに着目し,単一のシステムに対してH_∞制御機構と適応制御機構を有する制御系設計法の提案を行った.これは,高精度な制御性能と多様な設計仕様を要求される本体部分にはH_∞制御を用い,非線形性とパラメータの不確さのために制御性能に大きな影響を与える油圧アクチュエータ部分には非線形適応制御を用いるというものである.さらに,油圧アクチュエータのより詳細なモデルに対する非線形適応制御法を検討し,従来よりも性能向上が見込めることを確認した.また,自動車運転の安全性向上のため,操舵システムにアクティブ制御を導入したアクティブステアリングシステムを,D^*基準に基づいたモデル規範型非線形適応制御により構築した.これにより,タイヤの摩擦特性に存在する非線形性や路面状況により変化するという不確定性に対処可能となり,常に規範モデルとして設定した特性が得られ,特に未熟運転者の安全性の向上が期待できる.これを実際のステアリング装置を用いてリアルタイムシミュレータを作成し,実験によりその有効性を確認した.また,研究成果をいくつかの国際会議にて発表,あるいは発表予定であり,現在いくつかの雑誌に投稿中である.
自閉症および定型発達の視覚的注意における情報処理過程の解明

自閉症児者の視覚的情報処理は,定型発達と同様に全体処理を行うことができるが,全体よりも細部優位の処理をしている点が定型発達と異なると考えられている。また,指示により全体・細部の注意の切り替えを行うことはできるが,全体処理を行う際,細部情報の抑制ができないということが自閉症の特徴として示唆されている。本研究の目的は,実験心理学および生理心理学的手法を用いて自閉症児に見られる局所優位の視覚情報処理過程を明らかにすることである。視覚的注意における情報処理過程の研究では認知特性のみの記述に留まっているため,情報処理におけるプロセスを解明することは意義のあることである。これまでの実験心理学的検討において,高機能自閉症児においては反応時間の有意な遅延,正答率の分散が大きいことなどが報告されており,本研究の実験心理学的検討においても反応時間において高機能自閉症児群では,個人の分散が大きくなる傾向が見られることが確認された。事象関連電位(ERP)を用いた生理心理学的検討では,階層的情報処理課題におけるERP成分は,あらかじめ刺激に対する対象者の注意を促しておく選択的注意課題と,注意喚起を行わない分割的注意課題とで誘発される初期成分が異なる可能性があることが示唆されているが,それに加え,実験心理学的検討で使用してきた数字刺激の全体情報,局所情報に特化した成分を検討する必要性が生じた。そのため,定型発達成人を対象とした数字刺激に対する全体/局所情報に特化した成分の予備検討を新たに加え,定型発達成人および定型発達児での検討を行い,成人と児童との成分の差異を確認している。また同時に,高機能自閉症児に対する検討を継続して行っている。自閉症における局所優位の視覚情報処理過程についての検討を行うため,情報処理過程を注意の向け方の段階と知覚表象の段階とに分け,自閉症児および典型発達児を対象とした実験心理学的研究を行った。課題には、注意の向け方の段階を検討するために、数字の階層刺激を用いたストループ課題を、知覚表象の段階を検討するために、空間周波数フィルタリング処理をした顔刺激を用いたプライミング課題を実施した。典型発達群では、注意の段階においては全体優位処理を示した。知覚表象の段階においては、顔認知の良好な典型発達児は全体優位処理、かつ顔に固有の処理を行っている可能性が考えられた。ただし、顔認知の苦手な典型発達児は、全体も局所も同様に処理をし、かつ顔に固有の処理を行っていない可能性が考えられた。一方、自閉症児群では、自閉症の中でも注意の向け方および知覚表象において情報処理過程の異なる者がいる可能性が示唆された。また,ストループ課題で干渉効果が観察された群と顔認知の良好な群,ストループ課題で干渉効果が観察されなかった群と顔認知の不良な群の対象者はそれぞれ共通していた。つまり,ストループ効果が観察された自閉症群では,注意の段階では全体情報も局所情報も並列的に処理しており,知覚表象の段階では全体情報も局所情報も同様に処理し,かつ顔固有の処理が行われていないと言える。一方,ストループ効果が観察されなかった自閉症群では,注意の段階では全体情報,局所情報のどちらか一方のみを処理する傾向が見られ,知覚表象の段階では全体優位処理を行い,かつ顔固有の処理を行っていると言える。昨年度に引き続き、自閉症における局所優位の視覚情報処理過程についての検討を行った。実験心理学的検討では、昨年度に実施した、情報処理過程を注意の向け方の段階と知覚表象の段階とに分け,自閉症児および典型発達児を対象とした検討の追加分析を行った。その結果、反応時間において自閉症群では、個人の分散が大きくなる傾向が見られた。実験心理学的検討では、反応時間および正答率を指標としたが、高機能自閉症児者では実験や検査課題で見られる局所処理優位傾向がさほど顕著でなくても、日常生活における局所への注目傾向が見られること、また、反応時間の有意な遅延、正答率の分散が大きいことなどが報告されている。これは,反応時間が自覚的測度であること,また,処理そのものの性質が異なる可能性が考えられる。そのため、本年度では他覚的指標である事象関連電位(ERP)を用いた生理心理学的検討の予備研究を行った。先行研究より、階層的情報処理課題におけるERP成分は、あらかじめ刺激に対する対象者の注意を促しておく選択的注意課題と、注意喚起を行わない分割的注意課題とで誘発される初期成分が異なる可能性が示唆された。これは典型発達成人を対象とした検討の結果であり、現在典型発達成人に対して結果の追試を行っている。今後、典型発達児での追試を行い、児童と成人との成分の差異を確認し、高機能自閉症児に対する検討を行う予定である。なお、実験心理学的検討の成果については、特殊教育学研究に投稿・審査中であり、それ以外の成果についても投稿準備中である。

これまでの実験心理学的検討において,高機能自閉症児においては反応時間の有意な遅延,正答率の分散が大きいことなどが報告されており,本研究の実験心理学的検討においても反応時間において高機能自閉症児群では,個人の分散が大きくなる傾向が見られることが確認された。事象関連電位(ERP)を用いた生理心理学的検討では,階層的情報処理課題におけるERP成分は,あらかじめ刺激に対する対象者の注意を促しておく選択的注意課題と,注意喚起を行わない分割的注意課題とで誘発される初期成分が異なる可能性があることが示唆されているが,それに加え,実験心理学的検討で使用してきた数字刺激の全体情報,局所情報に特化した成分を検討する必要性が生じた。そのため,定型発達成人を対象とした数字刺激に対する全体/局所情報に特化した成分の予備検討を新たに加え,定型発達成人および定型発達児での検討を行い,成人と児童との成分の差異を確認している。また同時に,高機能自閉症児に対する検討を継続して行っている。おおむね予定通りに進展しており、実験心理学的検討の結果については投稿・審査中もしくは投稿準備中である。生理心理学的検討についは、関連成分の特定に至り、典型発達成人を対象とした先行研究の追試および、典型発達児を対象とした検討に着手し始めている。今後は、実験心理学的検討の結果についての投稿を行う予定である。また、生理心理学的検討については、典型発達児を対象とした検討と並行して、自閉症児を対象とした検討を行う。得られた成果については、順次国内外での学会での発表および、論文の投稿を行っていく予定である。
α2アドレナリン受容体作動薬の循環抑制作用に対する血管拡張薬の有用性の検討

α2アドレナリン受容体作動薬であるメデトミジンは、鎮静、鎮痛、筋弛緩作用を目的として獣医臨床において様々な動物種で用いられているが、循環抑制作用のため健康な動物に限定して使用されている。犬におけるα2アドレナリン受容体作動薬の循環抑制作用は、血管収縮作用による全身血管抵抗の増加が主体であると考えられることから、血管拡張作用を有する薬剤を併用することにより循環抑制作用を軽減できると推定される。本研究では血管選択性の高いカルシウム拮抗薬であるニカルジピンを血管拡張薬として併用することにより、α2アドレナリン受容体作動薬の循環抑制作用を軽減し、より安全な投与法を確立することを目的としている。本年は、α2アドレナリン受容体作動薬の循環呼吸機能、鎮静作用に対するカルシウム拮抗薬への影響を明らかにする目的で、実験犬を用いメデトミジン20 μg/kgに対し生理食塩液、ニカルジピン20、60、100 μg/kgで混合静脈内投与を行った際の循環効果の検討を行った。その結果、ニカルジピンによる血圧低下および作用時間は用量依存性であり、ニカルジピン20 μg/kgは投与初期の循環変動が最小であるものの作用時間が短時間であること、ニカルジピン100 μg/kgの同時投与では投与初期に低血圧になる可能性が示された。また鎮静効果はニカルジピン非投与群と同等あるいは短くなる傾向が認められた。心係数、全身血管抵抗係数、酸素運搬量、酸素摂取率はニカルジピン60、100 μg/kgで投与後90分までニカルジピン非投与群と比較し持続的な改善が認められた。結果から、犬においてα2アドレナリン受容体作動薬の循環抑制作用はカルシウム拮抗薬の同時投与により改善されることが明らかになった。本年の研究により、犬におけるα2アドレナリン受容体作動薬の循環抑制作用が、血管拡張作用を有するカルシウム拮抗薬を併用することにより改善されることを明らかにした。加えて、臨床的なメデトミジンの単回投与量に対して同時投与時のニカルジピンの至適投与量を確立した。臨床症例での使用を想定し、メデトミジンとニカルジピン同時投与時のミダゾラムの併用効果、α2アドレナリン受容体拮抗薬であり血管拡張作用を有するアチパメゾールの至適投与量の検討を行う。また、本年の研究により循環変動を最小にするための投与方法がニカルジピンの持続静脈内投与である可能性が示されたことから、メデトミジン、ミダゾラム、ニカルジピンの持続静脈内投与における鎮静、鎮痛、循環呼吸機能の検討を行う。物品費の端数処理で残額が生じたため、次年度の物品費で使用する。
脂肪酸生合成調節機構に関する分子生物学的研究

脂肪酸は、生体膜やエネルギ-源である中性脂質の構成成分として、生体にとって不可欠な物質である。しかし、脂肪酸の過剰は肥満や動脈硬化をはじめとする種々の循環器病の成因となっている。このため、本研究では、脂肪酸生合成調節機構の解明を目的として、脂肪酸生合成律速酵素であるアセチルCoAカルボキシラ-ゼ(以下ACCと略)の分子レベルでの研究を行い、以下に述べる結果を得た。1.ACCの遺伝子が発現している組織を調べたところ、肝臓、脳、性嚢、腎臓でmRNAおよび酵素量が高かった。ニワトリを用いて発生および成長時のACCmRNAおよび酵素蛋白量をしらべた。両者とも肝臓では、ハッチング1日前から増加し始め4日目に最大値に達した。この増加の2/3は絶食により消失した。しかし、心臓では、mRNA、酵素蛋白共にほぼ一定であった。2.我々の肝臓アセチルCoaカルボキシラ-ゼの全一次構造に続いて報告された種々のビオチン酵素のビオチンカルボキシルキャリア蛋白部位の一次構造をLiの方法で系統樹を作成した。大腸菌ACCに代表される単機能蛋白集合型から複合機能単一蛋白型への進化を示す、これまでの酵素化学的研究からの予想と一致する結果が得られた。3.ACC遺伝子の発現機構を明らかにするため、ヒトACC遺伝子のクロ-ニングをおこなった。遺伝子のうち約40kbをクロ-ニングし、そのうち13.4kbの制限酵素地図とエクソンとその近傍の塩基配列を決定した。その結果、4個のエクソンに分散した404残基の蛋白翻訳領域の塩基配列が明らかになった。この塩基配列から推定した134残基のアミノ酸配列は、ニワトリおよびラット肝臓酵素とそれぞれ95および98%一致した。現在、残りの部分のクロ-ニングと解析を進めている。脂肪酸は、成体蒔くやエネルギー源である中性脂質の構成成分として生体にとって不可欠である。しかし、脂肪酸の過剰は肥満や種々の循環器病の成因となっている。このため本研究では、脂肪酸生合成調節機構の解明を目的として、脂肪酸生合成率速酵素であるアセチルCoAカルボキシラーゼの分子レベルでの調節機構の研究を行い、以下に述べる結果を得た。1.アセチルCoAカルボキシラーゼ遺伝子がどの組織で発現しているかを調べるため、ニワトリ各組織より抽出したRNAとすでに得られているcDNAをプローブとして、RNAブロットハイブリダイゼーションにより酵素mRNA量を測定した。肝臓、脳、尾腺、精嚢、腎臓で多く、小腸、胸筋、膵臓でほとんど検出されなかった。2.ニワトリ個体発生時ならびに成長時の肝臓での酵素mRNA量を調べた。ハッチング1日前に酵素mRNA、蛋白ともに増加し始めほぼ直線的に増加する。4日目で最大値を示した。4日目以後成鶏に至るまで酵素蛋白量はほぼ一定であったが、mRNAは15日に次の最大値を飯し、21日目の実験期間終了時までほぼ一定であった。しかし、成鶏では約1/(10)に低下していた。これらの事実は肝アセチルCoAシルボキシラーゼの酵素量調節において転写および転写以後の2段階で調節が存在する可能性が示された。一方、心臓においては発生、成長両期間において酵素蛋白量、mRNA量共にほとんど変動しなかった。3.現在、ファージベクターであるEMBL3を用いた遺伝子ラブラリーをスクリーニングし、得られるクローンの塩基配列を決定している。4.精製中にプロテアーゼで修飾された酵素は活性調節因子であるクエン酸に対する依存性が失われる。

この修飾を行うプロテアーゼの一つを精製し、その性質を調べた結果カテプシンBであることが分った。脂肪酸は、生体膜やエネルギ-源である中性脂質の構成成分として、生体にとって不可欠な物質である。しかし、脂肪酸の過剰は肥満や動脈硬化をはじめとする種々の循環器病の成因となっている。このため、本研究では、脂肪酸生合成調節機構の解明を目的として、脂肪酸生合成律速酵素であるアセチルCoAカルボキシラ-ゼの分子レベルでの研究を行い、以下に述べる結果を得た。1.我々の肝臓アセチルCoAカルボキシラ-ゼの全一次構造の決定に続いて、種々のビオチン酵素の全構造が報告され、ビオチン酵素の分子進化を推定することが可能になった。全てのビオチン酵素に共通して存在するビオチンカルボキシルキャリア蛋白部位の一次構造をLiの方法で処理し、系統樹を作成した。大腸菌アセチルCoAカルボキシラ-ゼに代表される単機能蛋白集合型から複合機能単一蛋白型への進化を示す、これまでの酵素化学的研究からの予想と一致する結果が得られた。2.アセチルCoAカルボキシラ-ゼ遺伝子の発現機構を明らかにするため、ヒト・アセチルCoAカルボキシラ-ゼ遺伝子のクロ-ニングをおこなった。遺伝子のうち約40kをクロ-ニングし、そのうち13.4kbの制限酵素地図とエクソンとその近傍の塩基配列を決定した。その結果、4個のエクソンに分散した404残基の蛋白翻訳領域の塩基配列が明らかになった。この塩基配列から推定した134残基のアミノ酸配列は、ニワトリおよびラット肝臓酵素とそれぞれ95および98%一致した。このことから、ヒト・アセチルCoAカルボキシラ-ゼ遺伝子の長さは250300kbにも及ぶと考えられる。予想されたアミノ酸配列には、ATP結合部位に認められる共通の配列(GXGX_2GX_<14>R)が存在する。現在、残りの部分のクロ-ニングと解析を進めている。
定在衝撃波不安定性の機構解明と流れ場制御への応用

超新星コアや鈍頭物体前方に形成される衝撃波で起こる流体力学的不安定性のメカニズムを解明するため非構造格子を用いた三次元流体シミュレーションを行い,解析に適した計算手法や計算条件を調べた.また,弧状衝撃波による造波抵抗を低減するために不安定性を利用する手法として,レーザー生成プラズマによって衝撃波前方へ低密度領域を作る手法を検討し,開発した数値計算コードによりレーザーの入力条件による低減効果への影響を明らかにした.超新星コアや鈍頭物体前方に形成される衝撃波で起こる流体力学的不安定性のメカニズムを解明するため非構造格子を用いた三次元流体シミュレーションを行い,解析に適した計算手法や計算条件を調べた.また,弧状衝撃波による造波抵抗を低減するために不安定性を利用する手法として,レーザー生成プラズマによって衝撃波前方へ低密度領域を作る手法を検討し,開発した数値計算コードによりレーザーの入力条件による低減効果への影響を明らかにした.当該年度においては,これまで研究を行ってきた超新星コアにおける定在衝撃波不安定性について引き続き数値シミュレーションを中心とした解析を行い,降着流の回転の影響や,衝撃波の変形の結果生じる重力波についての成果を国内外にて報告した.また,離脱衝撃波と低密度領域の干渉の結果現れる流体力学的不安定性に起因した造波抵抗低減の解析も行い,低密度領域を形成するレーザーの入力条件等,より現実的な状況における有用性について検討し,これも国内外において報告を行った.国際会議における議論を通して離脱衝撃波が本来持つといわれる不安定性について実験を行っているロシアの研究者と情報を交換することができ,彼らの実験を参考にして三次元数値流体計算を始めた.数値計算手法としては,これまで用いていた構造格子では形状表現に限界があったので,非構造格子に基づく高次精度計算手法を採用し,衝撃波計算においてみられる数値不安定性を生じにくい方法として近年提案されたものを用いた.しかし,流体力学的に不安定な離脱衝撃波の状況は数値的にも不安定になりやすく,両者を見分ける手段が必要であることがわかった.現在,スペクトル解析によって両者の擾乱成長の特徴を調べている.不安定メカニズムの違いによって支配的なモードや成長率等の違いが生じるかに注目している.線形理論等のモデル構築はこれらの数値計算結果を見極めながら,次年度検討していくこととする.当該年度においては,主に鈍頭物体周りの弧状衝撃波不安定性について三次元数値流体計算を用いた解析を行うことによって,メカニズムの解明を試みた.それに先立ち,強い衝撃波を伴う数値流体計算において以前よりその存在が指摘されている,カーバンクル現象と呼ばれる数値不安定性を排除するために,非構造格子においても高精度の数値計算を実現可能な不連続ガレルキン法を用いて,数値流束スキームや鈍頭形状,計算格子に対する不安定性発展の依存性を調べた.数値流束スキームの比較の結果,比較的数値不安定性に強いスキームの中でも,嶋らの提案したSLAUスキームが鈍頭物体周りの衝撃波解析に適していることを確かめた.また,物体表面形状がより鈍頭なほど不安定性が発現しやすいことがわかった.さらに,物体表面が平坦に近い場合には,SLAUを用いた場合でも不安定性成長を確認することができた.この不安定性の原因を特定するため,スペクトル解析によって特徴的な擾乱波長が何に依存するかを調べたが,ほとんどの場合,計算格子に依存した波長が成長していることがわかった.そのため,さまざまな計算格子を用意したところ,鈍頭形状が非常に平坦であっても定常な流れ場を得ることができ,単純な鈍頭形状では不安定性を誘起することが困難であることがわかった.実際,衝撃層内の亜音速領域では,音波が介在する不安定性発展が起きにくい状況である.したがって,弧状衝撃波不安定性の発展には鈍頭形状以外の要因が不可欠であるという,不安定性のメカニズム解明に向けた重要な知見が得られた.
運動論的アルフベン波による粒子加速と電流生成のマクロスケ-ル粒子シミュレ-ション

「低周波」電磁波の印加により運動論的アルフベン波を励起した際、プラズマ加熱のみでなく電流駆動も効率的に行える、ということが解析理論家により提唱されてきた。一方筆者らの、磁気流体波のスケ-ルで運動論現象が扱える「マクロスケ-ル粒子シミュレ-ション」では、励起された運動論的アルフベン波とのランダウ共鳴加速により、かなりの大きさの電子電流が生じたが、波動のタイム・スケ-ルではイオンも同方向に加速を受けるため、正味の電流は得られなかった(Phy,Fluids,BL,332(1989))。この食い違いは、前者の解析理論が「イオン」運動を考慮していないためと筆者は考えたが、一方で、後者のシミュレ-ション研究で用いた2次元・壁-周期系モデル全電流をゼロとする境界条件を課していないかとの反論が解析理論家によりなされた。この点を明かにするため、今年度は境界条件の影響を受けない(境界が無い!)2次元周期-周期系モデルのマクロスケ-ル粒子コ-ドを用いた。さらに、以前の同モデルによるシミュレ-ションでは、電磁誘導で生じる帰還電流が(0,0)モ-ドゆえに扱えなかった点を反省し、今回は系の半分の領域(以下、波領域と呼ぶ)にのみ、運動論的アルフベン波を励起(印加)した。その結果、波領域を中心に電子電流が生成されたが、それにやや遅れてイオンが加速されて、波動周期の時間スケ-ルでは、ほぼ電子電流をキャンセルし「正味」電流をゼロとする、イオン帰還電流が波領域を中心に形成された。これは、筆者らの主張を支持する結果である。上記の結果を実際の電流駆動にあてはめると、「低周波」電磁波である運動論的アルフベン波を用いる今の場合、帰還電流は主として質量の大きいイオンにより担われているため、モ-メンタムの散逸は遅く、電流駆動の公率は格段に低くなると考えられる。
光トラップを用いた白血球遊走機構の解明

肺胞や肺間質に炎症が生じ、白血球が、肺循環の微小血管に集積すると、活性化され血管内皮に接着した後、内皮をくぐり抜けて間質、肺胞へ遊走する。気管支壁に炎症が生じると、白血球は、毛細管近傍の小静脈で捕捉され、ローリングした後、接着、血管外遊走を行い炎症部位に到達する。これらの一連のプロセスは、呼吸器感染症から宿主を守る働きをする一方で、成人呼吸促迫症候群(ARDS)や、特発性肺線維症(IPF)、気管支喘息等の発症、増悪因子になっている。血管内皮への接着、内皮間遊走や組織で遊走する際には、白血球は大きく動的な変形を受ける。この時、細胞骨格は、細胞内の局所で動的に不均等に重合、脱重合され、それに従い、細胞質粘弾性も動的に不均等に変化するはずである。これまで、遊走中の白血球で、細胞内の局所粘弾性の動的測定は、方法上の制約から成されていなかった。今回の研究で、我々は、光トラップを用いて遊走中の好中球における細胞内の局所粘弾性の動的測定に成功した。宿主の組織に炎症が生じると、白血球は、毛細管近傍の小静脈で捕捉され、ローリングした後、接着、血管外遊走を行い炎症部位に到達する。細胞遊走する際には、白血球は大きく動的な変形を受ける。この時、細胞骨格は、細胞内で不均等に重合、脱重合され、それに従い、細胞質の粘性と弾性も動的に変化するはずである。細胞遊走のメカニズムを解明するため、正常人の遊走中の好中球において細胞質の粘性、弾性を仮足進展部、体部、尾部でそれぞれ測定し、その部位による差異の有無を検討した。好中球の細胞質内には直径0.5μm以下の顆粒が多数存在する。これらの細胞内顆粒を光トラップにより捕捉して、正弦波で強制振動を加える。光トラップの振幅、顆粒の振幅、顆粒がトラップから遅れる位相差より強制振動させている顆粒周辺の細胞質の弾性係数および粘性を分離測定した。遊走中の好中球の細胞質粘弾性は、細胞内の部位によって異なり、仮足進展部では、体部、尾部に較べて弾性係数は1/20、粘性は1/6といずれも著明に低下していた。体部、尾部では粘性、弾性ともに有意の差は認めなかった。時定数は、体部、尾部では、それぞれ0.3秒、0.5秒に対して、仮足進展部では1.7秒と延長していた。粘性、弾性の絶対値、時定数ともに、仮足進展部の細胞質はより液体であることを示しており、細胞内圧により細胞質が押し出されて仮足が形成されることが示唆された。気管支壁に炎症が生じると、白血球は、毛細管近傍の小静脈で捕捉され、ローリングした後、接着、血管外遊走を行い炎症部に到達する。これらの一連のプロセスは、呼吸器感染症から宿主を守る働きをする一方で、成人呼吸促迫症候群(ARDS)や、突発性肺線維症(IPF)、気管支喘息等の発症、増悪因子になっている。白血球の細胞内顆粒を光トラップで強制振動させることにより、光トラップ力、光トラップと顆粒の振幅、顆粒の中心と光トラップの中心との位相差から、細胞質の弾性係数と粘性を分離測定した。

遊走中の好中球の細胞質粘弾性は、細胞内の部位によって異なり、仮足進展部では、体部、尾部に較べて粘性は1/6、弾性は1/20という結果を得た。これは、仮足進展部の細胞質はより液体に近いことを示しており、細胞内圧により細胞質が押し出されて仮足が形成されることを示唆する。
心筋梗塞後の心筋リモデリングの分子機構-カテプシンの役割及び遺伝子治療への応用

野生型マウスと比較して、生存率や心臓破裂率はカテプシンS遺伝子欠損マウスで著明に改善したのに対して、シスタチンC遺伝子欠損マウスで増加した。心機能や繊維化も同様にカテプシンS欠損マウスで改善されたが、シスタチンC遺伝子欠損マウスで悪化傾向でした。これらのことより、カテプシンSは心筋梗塞後の心筋リモデリングにおいて重要な役割を果たしているし、心筋梗塞治療の分子ターゲットになりうると考えられる。心筋梗塞後の心筋リモデリングの過程において、細胞外マトリックス蛋白を分解するSerineProtease(SP)とMatrix Metalloproteinases(MMPs)が重要な役割を果たすことが明らかになりつつある。しかし、近年の動物実験や臨床試験などの研究により、それらを阻害するだけでは十分な心筋リモデリングを抑制できず、また十分な心機能改善効果も得られないことが明らかにされてきた。これらの結果から、我々はSPならびにMMPs以外の蛋白分解酵素が心筋リモデリングに関与している可能性を推測した。近年、Cysteine proteasesであるカテプシンSが種々組織の病的リモデリングへの関与が指摘されている。特に、最近の我々とShi教授らの共同研究によりこれらの酵素の血管リモデリングへの関与が明らかになった。しかしながら、このような酵素の心筋リモデリングにおける役割は不明である。そこで、我々はカテプシンSの心筋梗塞による心筋リモデリングへの関与を提唱し、野生型とカテプシン遺伝子欠損マウスに心筋梗塞モデルを作成して、比較検討を行なった。その結果、生存率は野生型マウス(54%)よりカテプシンS欠損マウス(91%)で著明に改善した。心臓破裂も野生型マウスで40%発生したのに対して、カテプシンS欠損マウスでは観察されなかった。野生型マウスと比較して、カテプシンS欠損マウス心筋におけるコラーゲンとエラスチンの分解能の著明な低下とともに、lamininとエラスチンの蓄積が観察された。さらに、心筋梗塞部位でマクロファージの浸潤低下も観察された。カテプシンS欠損マウス由来マクロファージの浸潤能は低下した。これらのことより、カテプシンSはマクロファージ浸潤に深く関与し、心臓破裂と心筋リモデリングを介して、心筋梗塞による生存率の改善に関与すると考えられる。細胞外マトリックス蛋白分解酵素は心筋リモデリングにおいて重要な役割を演ずる。近年、システイン・プロテアーゼ(cysteine proteases)であるカテプシン(cathepsin)の心不全期心筋における高発現やその活性増加が報告されたものの、心筋リモデリングにおける役割は不明である。そこで、我々はカテプシンの心筋梗塞による心筋リモデリングへの関与を提唱し、野生型、カテプシンSとカテプシン内因性阻害物質シスタチンC遺伝子欠損マウスに心筋梗塞モデルを作成して、比較検討を行なった。カテプシンS遺伝子欠損による心筋繊維化や心機能の改善とシスタチンC遺伝子欠損によるそれらの悪化が観察された。Ad-Cyst Cの導入により、マウスの生存率と心臓破裂は改善傾向が確認された。野生型マウスと比較して、シスタチンC欠損マウス心筋におけるコラーゲンとエラスチンの分解能の著明な増加とともに、lamininとエラスチンの著名な減少が観察された。さらに、シスタチンC遺伝子欠損マウスでのマクロファージの浸潤増加が確認された。シスタチンC欠損マウス由来マクロファージの浸潤能の増加が確認された。これらのことより、シスタチンCはマクロファージ浸潤に深く関与し、心臓破裂と心筋リモデリングを介して、心筋梗塞による生存率の改善に関与すると考えられる。
不確かさを考慮したモデル集合同定と予測制御の統合化設計

本研究課題の目的は,モデルの不確かさを考慮し,制御対象のモデルを「集合」として同定する方法,及び同定されたモデル集合を用いたロバスト予測制御系の設計法を提案し,実験により有効性を検証することである.本年度は上記の研究目的に関して,以下の成果を上げた.A)ロバスト予測制御の自律飛行船への適用理化学研究所分散ロボティクスグループとの共同研究として,自律飛行船にモデル予測制御を適用した.不確かさとして入力外乱を考慮したモデリングを行い,最大速度や位置に関する制約条件を考慮した設計を行っている.本年度はこれに加えて風や通信遅れなどの外乱にロバストな状態推定器を導入し,実験検証を行った.B)複数移動ロボットフォーメーションへの応用モデル予測制御に基づき,複数の移動体の編隊を制御する新たな手法を提案し,実験によってその有効性を検証した.従来の問題点であった衝突回避のための混合整数計画法の計算量を低減したアルゴリズムとなっている.本研究課題の目的は,モデルの不確かさを考慮し,制御対象のモデルを「集合」として同定する方法,及び同定されたモデル集合を用いたロバスト予測制御系の設計法を提案し,実験により有効性を検証することである.本年度は上記の研究目的に関して,以下の成果を上げた.予測制御が対象とするシステムでは,現在時刻だけでなく,有限時間過去のデータに基づいたMoving horizon同定が可能な場合が多い.本年度は,モデル予測制御にMoving horizon同定を導入することにより,オンラインでモデル集合を更新しながら,同定されたモデル集合全体に対して,制約条件を満足しながら状態を目標値近傍に収束させる設計法の提案した.また,各時刻で最適制御問題の可解性が保証される条件を考察した.B)モデル予測制御に基づく複数移動体の編隊制御アルゴリズムの提案モデル予測制御に基づき,複数の移動体の編隊を制御する新たな手法を提案し,実験によってその有効性を検証した.災害現場などの不整地で情報収集を行う自律ロボット群の編隊制御は,不確かさを考慮したモデリングと衝突回避などの制約条件を考慮した制御系設計が必要であり,本研究課題の有効性検証に最も適した応用分野の一つであると考えられる.現段階では,不確かさを考慮していない,オンラインで必要な計算量が大きく台数が限定されるなどの課題が残されている.本研究課題の目的は,モデルの不確かさを考慮し,制御対象のモデルを「集合」として同定する方法,及び同定されたモデル集合を用いたロバスト予測制御系の設計法を提案し,実験により有効性を検証することである.本年度は上記の研究目的に関して,以下の成果を上げた.予測制御が対象とするシステムでは,現在時刻だけでなく,有限時間過去のデータに基づいたMoving horizon同定が可能な場合が多い.本年度は前年度に引き続き,Moving horizon同定によるオンラインでモデル集合同定とモデル予測制御の統合化設計設計法の安定性や各時刻で最適制御問題の可解性が保証される条件を考察し,連続時間システムに対する結果をまとめた.B)ロバスト予測制御の自律飛行船への適用理化学研究所分散ロボティクスグループとの共同研究として,自律飛行船にモデル予測制御を適用して実験検証を行った.不確かさとして入力外乱を考慮したモデリングを行い,最大速度や位置に関する制約条件を考慮した設計を行っている.本研究課題の目的は,モデルの不確かさを考慮し,制御対象のモデルを「集合」として同定する方法,及び同定されたモデル集合を用いたロバスト予測制御系の設計法を提案し,実験により有効性を検証することである.本年度は上記の研究目的に関して,以下の成果を上げた.A)ロバスト予測制御の自律飛行船への適用理化学研究所分散ロボティクスグループとの共同研究として,自律飛行船にモデル予測制御を適用した.不確かさとして入力外乱を考慮したモデリングを行い,最大速度や位置に関する制約条件を考慮した設計を行っている.本年度はこれに加えて風や通信遅れなどの外乱にロバストな状態推定器を導入し,実験検証を行った.B)複数移動ロボットフォーメーションへの応用モデル予測制御に基づき,複数の移動体の編隊を制御する新たな手法を提案し,実験によってその有効性を検証した.従来の問題点であった衝突回避のための混合整数計画法の計算量を低減したアルゴリズムとなっている.
本邦プリオン病サーベイランス髄液検体を用いたサロゲートマーカー探索

クロイツフェルト・ヤコブ病の診断法として頭部MRI拡散強調画像と髄液の総タウ蛋白、14-3-3蛋白などの有効性が知られている。これらを含め、最も感度・特異度が優れた検査法を検討する目的でプリオン病サーベイランス委員会の協力を得て、日本における世界に発信できる髄液検査法の確立をめざして髄液の中の総タウ蛋白、14-3-3蛋白の有用性を検討した。また、これらはかなりの診断精度であるにも関わらず、病因論的には特異的とは言えない。病理診断の機会が少ない本邦において、髄液などの比較的低侵襲で得られる検体で、病因特異的、即ち「異常プリオン蛋白」を検出する方法としてPMCA法の開発を目指した。プリオン病の診断はWHO診断基準によっても客観的な診断マーカーとしては検出率の低い脳波異常、髄液中14-3-3蛋白検出が補助診断法として採用されているのみで、極めて不十分である。プリオン病患者における脳脊髄液を用いた生化学的補助診断法として我々は患者脳脊髄液中のサロゲートマーカーとして以下の検討を行っているので報告する。1)Tau蛋白(定量)を本邦サーベイランス委員会に集められた疾患対照(サーベイランス委員会にて異なる疾患であると判定された症例)髄液を含む髄液の多数例検体に付いて検討し、112例のCJD患者髄液で、Tau蛋白測定が感度・特異度共に最も高いことが明らかにできた。その他のマーカーの検討では感度、特異度は総タウ蛋白>14-3-3蛋白>NSE>S-100蛋白の順に高いことが明らかにできた。S-100蛋白については欧州と異なる測定キットを用いているので、今後、複数の測定法を検討し欧州との比較検討を行う。2)14-3-3蛋白の判定基準は明確化する目的で14-3-3蛋白のリコンビナント蛋白をスタンダードとして用い、ウエスタンブロット法における検出限界を明確にし、これによってウエスタンブロット法による判定基準を明確化することができた。3)14-3-3蛋白のリコンビナント蛋白をスタンダードとして用い、ELIZA系による測定法を検討中である。4)PMCA法による髄液中異常プリオンの増幅について検討し、現在までに予備実験では剖検で確定診断された孤発性プリオン病患者髄液で陽性であった。複数例での検討を遂行中である。1)患者髄液を用いたクロイツフェルト・ヤコブ病の生化学的マーカーを用いた診断法としてプリオン病サーベランス委員会とプリオン病班会議の連携のもとに、髄液の総タウ蛋白、14-3-3蛋白の有効性を目的とした。14-3-3蛋白は従来western blot法で検索されており定量化が困難であるが、western blot法でECL処理したメンブレンを電子メトリー解析処理にてバンドの半定量化を可能し、western blot法での陽性・陰性の判定基準を示しえた。一方CJDの髄液マーカーとして総タウ蛋白、14-3-3蛋白、NSE、S-100蛋白については当科にてすでに検討されている症例について検討を行った。(CJDのcut-off値を特異度70%以上とした。)これまでに検討できた古典型CJD282症例での生化学マーカーの陽性率の検討では(14-3-3蛋白:88.7%、総tau蛋白:95.7%、S-100蛋白:36.1%)総計282症例(14-3-3蛋白:86.5%、総tau蛋白:95.5%、S-100蛋白:40.5%)との結果を得た。2)病理診断の機会が少ない本邦において、髄液などの比較的低侵襲で得られる検体で、病因特異的、即ち「異常プリオン蛋白」を検出する方法としてPMCA法の開発を目指した。CJD患者由来の検体(髄液等)中のPrP^<Sc>を検出し、診断に用いる目的で我々は、チオフラビンT(ThT)の蛍光強度測定による簡便でかつreal-timeにPrP^<sc>を検出できるリコンビナントPrPを用いた無細胞増幅法(real-time QUIC: QUaking-induced Conversion)の開発を試みた。その結果、様々な反応条件、特に反応溶液の組成(変性剤の濃度、pH、添加物など)を変えてreal-time QUICを行い、PrP^<sc>の検出感度を大きく高めることに成功した。
原初超巨大ブラックホールが作る多様な銀河たち

研究計画第1段階に従って,どのような過程で宇宙初期に超巨大ブラックホール(SMBH)が形成されるのか,に関してまず検討を進めた.特に,ボーズ凝縮した暗黒エネルギー(DE)あるいは暗黒物質(DM)が崩壊する過程を,ガウス近似を使い追った.質量が大きな凝縮体であれば,確かにSMBHは形成されることが確認された.しかしこの場合,すべてがSMBHになってしまい,その周りにDMでできたダークハロー(DH)が全く残らないので観測と合わない.そこで現実の角運動量を取り入れた.すると今度は,SMBHは全く形成しないことが分かった.SMBH形成問題の核心は,SMBHとDHの分離であるという認識が得られた.そこで,凝縮体の具体例としてアクシオンを想定した.これは必然的に弱い引力を持っているので現実の角運動量を入れてもSMBHを作りえる.計算すると,SMBHとDHの分離がうまく起こり.アクシオンの観測から許されるパラメター範囲で,分離比が1:10000となり,観測と整合する結果が得られた.さらに,(当初の研究計画にはないが)この研究の基礎として,そもそも量子凝縮がどのように起こるのかという基本問題を考えていった.これは,量子論で記述される体系がどのように古典量としての秩序変数を生み出すのか,という問題である.そしてこれは,初期宇宙において,インフレーションにより量子宇宙が構造の種を持った古典宇宙に移行する重要な過程をも含む.この過程の核心は,1)系の持つ不安定性や宇宙膨張によって,まずスクイーズド状態が生成されるという第1過渡段階と,2)これが作る古典的ドライノイズがスクイーズド状態を巨大化させるという第2過渡段階,の組であることが分かった.まとめると,SMBH形成の問題は,より根源的なDE・DMの進化と密接な関係にあり,宇宙のより広域・より初期の物理と密接に関連することが分かった.正確にはこの(1)のカテゴリーにはない.「計画以上」ではなくて「発展的に」となる.当初の研究計画第1段階に従って,どのような過程で宇宙初期に超巨大ブラックホール(SMBH)が形成されるのか,という問題は,暗黒物質を含めてダークハロー(DH)との形成割合は何によって決まるのか,という発展的な問題に置き換えられた.それに対して,角運動量とアクシオンの引力を考慮し,実現可能なパラメーターから,観測と整合する形成割合を求めることができた.しかしここでは,ボーズアインシュタイン凝縮体(BEC)の存在とその解離のダイナミクスは既存の知識内で議論された.そのようにBECダイナミクスの過渡過程が不明のままだと,銀河のジェットやバルジ,クランプ構造,シェル構造などの,観測と密接に関連した,特有の詳細を議論することができない.そこで,この量子から古典への過渡過程を詳細に追ってみた.すると,この過程には2つの欠かせない過渡過程が絡んでいることが分かった.これは上項目で述べたとおりだが,これらを結び付けているのはドライノイズという古典自由度であることが分かった.これはエネルギー散逸を伴わない純粋な揺らぎであり,相互作用がなければ発現しない.宇宙論ではこの揺らぎを「粒子生成」と呼んだり,いきなりBHが蒸発すると混乱しているが,量子論なので相互作用がなければ何も起きない.また情報理論では,BHの持つ情報が無限未来で回帰したりする状況を想定しているが,相互作用を考えていないので,そのような非現実的な現象が起こる.実際には,相互作用があり,ドライノイズは観測可能な物理量と結合し,その古典的な時間発展として痕跡を残す.これがBECでありSMBHを作ることになる.さらに加速膨張宇宙では,場が持っている赤外発散したドライノイズは,相互作用を通じて,観測される密度揺らぎスペクトルという痕跡を残す.3段階a)b)c)からなる本研究において,a)どのような過程で初期にSMBHが形成されるのか,に関してはアクシオンの場合には観測と整合する結果が得られた.しかし未発見粒子アクシオンに頼らなくても,SMBH形成を阻害する角運動量が非常に小さかった,揺らぎ成長の,初期段階にさかのぼれば,SMBH形成とそれのDHからの分離は可能であると考えられる.実際予備的計算からそれが可能でありそうだ.まずこれを確立する.すると,SMBH形成が宇宙の非常に初期しかありえない,という結論が得られるだろう.b)そのSMBHが作る多様な銀河形成を解く.およびc)それをどのような観測で検証するのか.に関しても順次議論を進めていく予定.まず着目するのは,最近発見されつつある超拡散銀河(UDG)である.DM成分が殆どだったり,DM成分が殆ど無かったり,という極端な淡い銀河であり,SMBHが星形成とどう関わっているのかを考察する最良の対象でもある.SMBHが銀河衝突などを経てDHから遊離し野良となりガス雲の中で星形成を促進しているのか,あるいは近隣の大きな銀河のSMBHによるジェットのトリガーを受けているのか,複数モデルを作って観測と比較検討していく予定である.さらに,ジェットの形成や銀河の淡いシェル構造などにも着目したい.そのためには,今回発展的に進めているBECの基礎の研究が欠かせない.1)例えば,ジェットとBECの位相欠陥(渦糸)・粒子加速・離散的なジェット内の構造との関連を議論したい.ジェットの長く伸びた1次元構造は流体的な構造とはかけ離れている.折れ曲がりもありうる1次元性を説明するために最適なのは位相欠陥構造である.2)さらにシェル構造を説明するために,散逸性を考慮したグロスピタエフスキー(GP)方程式が必要になる.

これとガウス近似が整合するために散逸系を扱うラグランジアンを開拓する.研究計画第1段階に従って,どのような過程で宇宙初期に超巨大ブラックホール(SMBH)が形成されるのか,に関してまず検討を進めた.特に,ボーズ凝縮した暗黒エネルギー(DE)あるいは暗黒物質(DM)が崩壊する過程を,ガウス近似を使い追った.質量が大きな凝縮体であれば,確かにSMBHは形成されることが確認された.しかしこの場合,すべてがSMBHになってしまい,その周りにDMでできたダークハロー(DH)が全く残らないので観測と合わない.そこで現実の角運動量を取り入れた.すると今度は,SMBHは全く形成しないことが分かった.SMBH形成問題の核心は,SMBHとDHの分離であるという認識が得られた.そこで,凝縮体の具体例としてアクシオンを想定した.これは必然的に弱い引力を持っているので現実の角運動量を入れてもSMBHを作りえる.計算すると,SMBHとDHの分離がうまく起こり.アクシオンの観測から許されるパラメター範囲で,分離比が1:10000となり,観測と整合する結果が得られた.さらに,(当初の研究計画にはないが)この研究の基礎として,そもそも量子凝縮がどのように起こるのかという基本問題を考えていった.これは,量子論で記述される体系がどのように古典量としての秩序変数を生み出すのか,という問題である.そしてこれは,初期宇宙において,インフレーションにより量子宇宙が構造の種を持った古典宇宙に移行する重要な過程をも含む.この過程の核心は,1)系の持つ不安定性や宇宙膨張によって,まずスクイーズド状態が生成されるという第1過渡段階と,2)これが作る古典的ドライノイズがスクイーズド状態を巨大化させるという第2過渡段階,の組であることが分かった.まとめると,SMBH形成の問題は,より根源的なDE・DMの進化と密接な関係にあり,宇宙のより広域・より初期の物理と密接に関連することが分かった.正確にはこの(1)のカテゴリーにはない.「計画以上」ではなくて「発展的に」となる.当初の研究計画第1段階に従って,どのような過程で宇宙初期に超巨大ブラックホール(SMBH)が形成されるのか,という問題は,暗黒物質を含めてダークハロー(DH)との形成割合は何によって決まるのか,という発展的な問題に置き換えられた.それに対して,角運動量とアクシオンの引力を考慮し,実現可能なパラメーターから,観測と整合する形成割合を求めることができた.しかしここでは,ボーズアインシュタイン凝縮体(BEC)の存在とその解離のダイナミクスは既存の知識内で議論された.そのようにBECダイナミクスの過渡過程が不明のままだと,銀河のジェットやバルジ,クランプ構造,シェル構造などの,観測と密接に関連した,特有の詳細を議論することができない.そこで,この量子から古典への過渡過程を詳細に追ってみた.すると,この過程には2つの欠かせない過渡過程が絡んでいることが分かった.これは上項目で述べたとおりだが,これらを結び付けているのはドライノイズという古典自由度であることが分かった.これはエネルギー散逸を伴わない純粋な揺らぎであり,相互作用がなければ発現しない.