hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乾癬モデルマウスを用いた乾癬性関節炎の発症機序の解明

高濃度(0.5%)DNCBは単回塗布でも一週間以上遷延する接触皮膚炎を生じ、病変部ではIL-17Aの発現が上昇していることが報告されており、皮膚病変におけるIL-17AおよびTNF-alpha, LRGの増加が、DNFB誘発の関節炎・付着部炎の発症のトリガーになることが推測される。関節リウマチモデルとして、B6マウスにchickenコラーゲンと完全フロイントアジュバントを投与し関節腫脹が出現するかどうかを観察したが、関節腫脹は認められなかった。コラーゲン誘発性関節炎モデルは、やはりHLA Class II拘束性であり、DBA/1マウス以外には発症しにくいことが明らかになった。また、乾癬性関節炎モデルとして、乾癬モデルマウスのStat3C遺伝子導入マウスの足趾にフォルボールエステルを塗布して関節腫脹の出現を観察したが、1ヶ月目までは関節腫脹がみられるものの、2ヶ月目には腫脹が消失することから一過性の関節炎であることが判明した。そのために感作物質をジニトロフルオロベンゼン(DNFB)に変更したところ、持続的な関節腫脹が生じ、組織学的にもフォルボールエステルよりも著明な付着部炎を認めた。現在は、DNFB塗布後の足趾腫脹の厚さを系時的に観察し、mRNAを採取している。今後は、各種サイトカインの遺伝子発現を調べて、足趾腫脹部位の免疫染色を行いリンパ球のphenotypeを同定する。関節リウマチモデルとしてコラーゲン誘発関節炎モデルを用いたが、関節炎は生じなかったため、今後はプリスタンを腹腔内に投与して関節炎を発症させるモデルを使用する方法を行ってみる。乾癬性関節炎モデルとしては、DNFBを用いた接触皮膚炎モデルが有用であることが判明した。乾癬モデルマウスであるK5-Stat3Cトランスジェニックマウスの足趾にジニトロフルオロベンゼン(DNFB)を反復塗布すると、1週後にPsAの指趾炎でみられるソーセージ様腫脹が生じ、2週後にはPsAでみられる付着部炎が足関節に出現することを組織学的に確認した。さらに塗布8週後には腱付着部の炎症細胞浸潤とともに腱の著明な肥厚が生じた。このDNFB誘発関節炎モデルにおける関節での炎症性サイトカインの遺伝子発現を検討すると、TNF-α, IL-1β, TGF-β, IL12p35, IL-17A, IL-17Fの発現が増加していた。乾癬モデルマウスのK5.Stat3Cトランスジェニックマウスとロイシンリッチα-2グリコプロテイン(LRG) KOマウスを交配させ、K5.Stat3C: LRG ( +/-)マウスを作成し、LRG KOマウスにバッククロスさせてK5.Stat3C: LRG (-/-)マウスを得る。K5.Stat3C: LRG (-/-)マウスの足趾にDNFBを反復塗布すると、組織学的には腱や筋肉の骨付着部における好中球、リンパ球浸潤は減少し、DNFB塗布8週後の足趾の組織学的所見においても腱の肥厚は認められなかった。DNFB反復塗布したK5.Stat3C: LRG (-/-)マウスの足趾におけるサイトカインの遺伝子発現は、K5.Stat3C: LRG ( +/+ )と比較すると、TNF-αとIL-17Aの発現が低下しており、LRGはPsAの発症にTNF-αカスケードならびにTh17経路を介して関与することが明らかになった。化学物質を用いた慢性接触皮膚炎による乾癬性関節炎モデルマウスが確立され、LRGがTNF-αおよびTh-17経路を通じて乾癬性関節炎の発症に関与していることが明らかになった。関節リウマチモデルとしてプリスタン誘発関節炎が有用であるかを確認する。乾癬性関節炎モデルとしては、DNFBを用いた接触皮膚炎モデルが有用であることが明らかになったので、遺伝子発現やリンパ球のプロファイルを今後検索していく。K5.Stat3C: LRG ( +/+ )、LRG ( +/-)、LRG (-/-)マウスの足趾に0.5% DNFBを週2回塗布し、経時的に関節腫脹と変形を観察し、LRG欠損により関節炎が抑制されるかを観察する。塗布開始2週、4週、8週、12週後に、単純XP撮影後、血液、鼠径リンパ節、足趾を採取して、画像と組織学的所見の両者においてLRG欠損による関節炎抑制効果および流入リンパ節における炎症細胞浸潤の程度を検討する。さらにDNFB塗布後のK5.Stat3C: LRG ( +/ +)マウス血清中のLRGをELISAにより測定し、関節炎の程度とLRG値の間に相関がみられるかを検討する。また足趾の関節組織および鼠径リンパ節中におけるLRGの遺伝子発現も経時的に比較する。K5.Stat3C: LRG ( +/+ )、LRG ( +/-)、LRG (-/-)の三群において、DNFB塗布後の血液、鼠径リンパ節、関節局所でのTh-17

関連サイトカイン、リンパ球サブセットの発現を、ELISA、免疫染色法、PCRで検討し、LRGと関連するサイトカインや分子マーカーを検索する。また、鼠径リンパ節および関節での浸潤細胞における制御性T細胞とTh-17細胞の割合をフローサイトメトリーにより解析し、LRG欠損が制御性T細胞とTh-17細胞のどちらのサブセットに影響を与えるかを検討する。物品費の支出が当初よりも低くなったのは、当初予定していた関節リウマチモデルが有用ではなく、実験が進行しなかったためである。物品費の支出に残金が生じたが、次年度の物品費に使用する予定である。翌年度分と合わせて関節リウマチモデルの確立と乾癬性関節炎モデルの病変部における遺伝子発現の解析に使用する。
林冠動態を基礎とした森林生態系機能の広域把握技術

(1)空中写真を用いた林冠動態モニタリング手法の応用範囲をひろげる目的で,山本(照葉樹林),大久保(熱帯林),紙谷(ブナ択伐林)がそれぞれ担当とする森林についてこの手法が適応可能性を検討した。その結果、常緑樹林および施業林での適用可能性と有効性が明らかになった。(2)林冠動態を実際の樹木の個体群動態と結びつけた行列モデルを開発し、林冠動態が樹木個体群に与える影響を評価することが可能になった。また、実際の森林施業においても林冠の動態が個々の樹木の更新特性に大きな影響を持つことが実証された。(3)これまで地上で得たデータと照合して,田中と浅野(中静)は生態系機能の推定について,とくに林冠高とバイオマス,林冠高の変化と生産性について推定方法の検討と精度計算を行い、その可能性を評価した。また、草食動物の餌量推定という新たな可能性への展開も検討し、手法の有効性を示すと同時に、過去の森林施業の影響によって草食動物の餌現存量とその空間分布が大きく影響されていることがわかった。。(4)吉村と浅野(中静)は,GIS画像解析装置を京都大学生態学研究センターに導入して,空中写真の解析結果をGISへの組み込むと同時に,衛星データとの整合性検討やスケールギャップの解消技術を目指し、幾つかの成果をあげた。また、林冠の3次元構造の把握手法としてあらたにレーザーポロファイリングを試行し、将来的な技術開発とその有効性をについて有望な可能性を明らかにした。。研究期間内に,以下の点を目標として研究を開始した。(1)空中写真を用いた林冠動態モニタリング手法の改良(2)林冠動態と生態系機能の解折(3)衛星データとの整合性の検討とGISによる環境要因解析とくに、今年度は、(1)空中写真を用いた林冠動態モニタリング手法の応用範囲をひろげる目的で,山本(照葉樹林),大久保(熱帯林),紙谷(ブナ択代林)がそれぞれ担当とする森林について空中写真を入手し、林冠動態データを収集した.(2)これまで地上で得たデータと照合して,これらの森林タイプでの応用可能性とその問題点を明らかにする目的で、田中と浅野(中静)は生態系機能の推定について,とくに林冠高とバイオマス,林冠高の変化と生産性について推定方法の検討と精度計算を行い、その可能性を評価した。(3)吉村と浅野(中静)は,GIS画像解析装置を京都大学生態学研究センターに導入して,空中写真の解析結果をGISへの組み込みを行い,環境要因との解析するための基礎的整備を行った。山本,大久保,紙谷は,前年度の解析結果から問題点を明らかにし,その解消を目指した。その結果,常緑林や施業林での摘要可能性が広がった。田中・浅野(中静)は,生態系機能の推定手法の検討を終え,粗視化による推定精度の変化を解析し,現象を広域に粗く把握した場合の推定精度の動きを解析した。まだ解析途上であるが、空中写真による林冠高による林冠高の測定と、樹木の成長速度や個体群パラメータの関係が得られつつある。また、これらを粗視化した場合の誤差の説明変動を解析中である。吉村と浅野(中静)はレーザーを用いた林冠高の測定機器と技術の解析をおこない、そのめどが立った。吉村は1999年度末から実用化された高解像度(1数メートル)の衛星画像やSARのデータと空中写真データの整合性の検討にはいった。1)山本,大久保,紙谷は,前年度の問題点を解消し、空中写真をもちいた林冠動態把握手法の常緑林や施業林での適用を可能にした。2)田中・浅野(中静)は,生態系機能のぱらめーたについて、粗視化による推定精度の変化を解析し,空中写真による林冠高の測定と、樹木の成長速度や個体群パラメータの関係をつかんだ。また、解析する空間スケールによって、これらのパラメータに寄与する環境ファクターが異なるとことも明らかになった。

3)吉村と浅野(中静)はレーザーを用いた林冠高の測定機器と技術の解析をおこない、基本的手法を開発した。この手法の適用可能性について検討した。4)吉村は1999年度末から実用化された高解像度(1数メートル)の衛星画像やSARのデータと空中写真データとの検討をするため、各種のデータをGISに載せ、データの集積をはかった。
側坐核のアセチルコリン神経活動の制御におけるアドレナリン受容体サブタイプの役割

中脳辺縁系ドパミン(DA)神経系が投射する側坐核では,神経活動を抑制すると想定されるGABA受容体がアセチルコリン(ACh)介在神経に認められる。この受容体の側坐核のACh神経活動制御への関与は明らかでない。そこでGABA受容体ligandが細胞外ACh量に及ぼす効果を指標として,GABA受容体subtypeの側坐核のACh神経活動調節における役割をin vivo脳微小透析法により解析した。比較のためGABA受容体ligandが細胞外DA量に及ぼす影響も観察した。実験にはS-D系雄性ラットを用い,側坐核から試料として得た細胞外液に含まれるAChおよびDAをHPLC-ECD法で15分毎に定量した。試料中のAChの分解を低下させるため,低濃度のphysostigmine(50 nM)を灌流液へ添加した。その結果,GABAA受容体agonistのmuscimol(30 pmol)とGABAB受容体agonistのbaclofen(300 pmol)が示したAChの減少は,それぞれGABAA受容体antagonistのbicuculline(60 pmol)またはGABAB受容体antagonistのsaclofen(12 nmol)の併用で抑制された。基礎ACh量を減少させたmuscimol(30 pmol),baclofen(300 pmol),bicuculline(60 pmol)およびsaclofen(12 nmol)は,基礎DA量に影響を及ぼさなかった。以上のことから側坐核においてGABAAとGABAB受容体はいずれも同部位のACh神経活動を抑制することが示された。また,側坐核のACh放出を減少させるGABAAまたはGABAB受容体刺激は,同部位のDA放出には影響を与えないことが示された。アセチルコリン神経とノルアドレナリン神経の相互作用に関する研究を推進する上で必要な,GABA神経およびドパミン神経とアセチルコリン神経との相互作用の特徴の解明につながる実験を当初の計画よりも早く終えることができた。本研究の成果の一部は,2018年7月に京都で行われた第18回国際薬理学・臨床薬理学会議(WCP2018)と2019年3月に大阪で行われた日本薬理学会で発表できた。当該年度はこれまでの研究を踏まえ,α受容体サブタイプを介した側坐核のアセチルコリン神経活動調節メカニズムの解明に取組むことを計画している。【役割分担】統括,神経化学・行動学・組織学実験の遂行:青野悠里(研究代表者),実験の遂行:渡邉由梨子(研究協力者),石川学(研究協力者),横山仁恵(研究協力者),川島央暉(研究協力者),齊藤幸治(研究協力者),研究の助言:三枝禎(研究分担者),J. L. Waddington(海外研究協力者)中脳辺縁系ドパミン(DA)神経系が投射する側坐核では,神経活動を抑制すると想定されるGABA受容体がアセチルコリン(ACh)介在神経に認められる。【役割分担】統括,神経化学・行動

学・組織学実験の遂行:青野悠里(研究代表者),実験の遂行:渡邉由梨子(研究協力者),石川学(研究協力者),横山仁恵(研究協力者),川島央暉(研究協力者),齊藤幸治(研究協力者),研究の助言:三枝禎(研究分担者),J. L. Waddington(海外研究協力者)当初予定していた実験が終了したため,550円を使用せずに残した。次年度へ繰り越す550円と次年度経費のうち120万円を実験のための物品費として使用することを計画している。主たる使途は,実験動物,試薬,HPLC消耗品の購入である。このほかに10万円を旅費に充てる予定である。この旅費は,本年の10月1113日に福岡市で行われる日本神経精神薬理学会年会とAsCNP(アジア神経精神薬理学会大会)における研究成果の発表(3泊4日)のためにおもに用いる。
フラストレーション系パイクロア型モリブデン酸化物のモット転移

今年度は、強磁性金属とスピングラス絶縁体のそれぞれについて光反射率の温度変化を測定し、電子構造変化を明らかにした。強磁性金属のSm_2Mo_2O_7は、基底状態においても非常にわずかなドゥルーデウェイトしか示さず、中赤外領域に強い吸収を示す。また、温度上昇とともにそのわずかなコヒーレンスは消失してしまうことが明らかになった。このことは、4d電子系である本系においても電子相関効果が重要であることを示しており、この系の金属絶縁体転移がモット転移であることが明らかになった。また、強磁性金属で特異な異常ホール効果を示すNd_2Mo_2O_7に対し、2Kで、磁場15Tまでのホール効果を測定した。磁場を(100)方向および(110)方向にかけたときは、ホール抵抗率は強磁場側でゼロに近づき、磁場を(111)方向に印加したときのみ、7T付近で符号が反転することを見出した。この結果はスピンカイラリティーに基づくベリー位相理論の予言と一致するものである。さらに、ホール伝導度のフィリング依存性を詳細に調べた。この結果、ホール伝導度は通常の認識とは異なり、磁化に比例せず、むしろバンドフィリングによって激しく変化することが明らかになった。ベリー位相理論では、ホール伝導度はフェルミ面がバンド交差点をよぎるときに激しく変化することが予想されており、この実験結果は理論の予言に合致するものである。これらの結果より、この系での異常ホール効果がベリー位相機構によるものである可能性が高いことを明らかにした。パイロクロア型モリブデン酸化物における金属絶縁体転移を、一連の溶融試料を作成して明らかにした。スピングラス絶縁体のY_2Mo_2O_7においては、10Kにおいても光学伝導度スペクトルのギャップは50meV程度の非常に小さいものである。また、強磁性金属のSm_2Mo_2O_7やNd_2Mo_2O_7においては、光学伝導度スペクトルが2eVといった高いエネルギー領域まで温度変化し、高温側の極めてインコヒーレントなスペクトルから、低温でのよりコヒーレンスの増したスペクトルの形状へと変わることが明らかになった。また、Sm_2Mo_2O_7における室温より高温側での抵抗率測定では、抵抗率が飽和する振る舞いが見出され、このような振る舞いはモット転移近傍の金属に対して動的平均場理論が予想するものである。これらの結果より、本系における金属相においても電子相関効果が重要であることが明らかになった。また、強磁性金属相においては大きな異常ホール効果が観測されたが、これはこれまでの理論の予言や、多くの強磁性金属に対する実験結果とは非常に異なった振る舞いを示すものであることが明らかになった。さらにこの異常な振る舞いを示す異常ホール効果の詳細を希土類依存性や異方性まで含めて測定し、モリブデンのスピン構造との相関を明らかにし、近年提唱されているベリー位相を用いた異常ホール効果の理論によって定性的にも定量的にも理解できることを明らかにした。
フッ化チタンアンモニウム溶液によるラット実験齲蝕の予防効果について

早期離乳, S.mubans接種,う蝕誘発生飼料の投与などの好う蝕発生条件下で飼育したラットを用いフッ化チタンアンモニウム溶液塗布によるう蝕抑制効果を検索するためAPF溶液塗布,精製水塗布の場合と比較検討を行った結果,次の成績が得られた.1.フッ化チタンアンモニウム塗布はAPF塗布に比べう蝕発生予防効果がみられた.2.フッ化チタンアンモニウム塗布;APF塗布ともにう蝕は発生しても重症う蝕の占める割合が低く,う蝕進行抑制効果が認められた.3.ラット臼歯の元素分布をX線マイクロアナライザ分析により検索したところ,フッ化チタンアンモニウム塗布では表層約30μmまでフッ素,チタンが, APF塗布ではフッ素が取り込まれた.4.各溶液塗布後のラットエナメル表面を走査電子顕微鏡により観察を行ったところ,フッ化チタンアンモニウム塗布では平坦で凹凸のない像が, APF塗布では表面に沈着物が認められた.5.実験期間中のラットの体重増加の様子は,各溶液塗布とも一様であり,薬液塗布による影響は認められなかった.以上のことからフッ化チタンアンモニウム溶液はラットう蝕系でAPF溶液と同程度のう蝕抑制効果をもたらすことが認められ,既に報告してきたInvitroの成績と合わせて臨床応用への可能性が示唆された.早期離乳, S.mubans接種,う蝕誘発生飼料の投与などの好う蝕発生条件下で飼育したラットを用いフッ化チタンアンモニウム溶液塗布によるう蝕抑制効果を検索するためAPF溶液塗布,精製水塗布の場合と比較検討を行った結果,次の成績が得られた.1.フッ化チタンアンモニウム塗布はAPF塗布に比べう蝕発生予防効果がみられた.2.フッ化チタンアンモニウム塗布;APF塗布ともにう蝕は発生しても重症う蝕の占める割合が低く,う蝕進行抑制効果が認められた.3.ラット臼歯の元素分布をX線マイクロアナライザ分析により検索したところ,フッ化チタンアンモニウム塗布では表層約30μmまでフッ素,チタンが, APF塗布ではフッ素が取り込まれた.4.各溶液塗布後のラットエナメル表面を走査電子顕微鏡により観察を行ったところ,フッ化チタンアンモニウム塗布では平坦で凹凸のない像が, APF塗布では表面に沈着物が認められた.5.実験期間中のラットの体重増加の様子は,各溶液塗布とも一様であり,薬液塗布による影響は認められなかった.以上のことからフッ化チタンアンモニウム溶液はラットう蝕系でAPF溶液と同程度のう蝕抑制効果をもたらすことが認められ,既に報告してきたInvitroの成績と合わせて臨床応用への可能性が示唆された.本研究では、フツ化チタンアンモニウム溶液の齲蝕抑制効果の検索を目的として、動物実験を行い、APF溶液作用の場合と比較検討をおこなった。歯牙未萌出のSD系ラット(2週齢)60匹に齲蝕原因菌(st.Mutans-GS5)の接種をおこない、齲蝕誘発性飼料(日本クレア、Diet 2000-No.3)により飼育(自由摂取)した。ラットは3群にわけ、第1群はフッ化チタンアンモニウム溶液(9000PPmF、PH3.4)作用群、第2群はAPF溶液(9000PPmF、PH3.4)作用群、第3群は対照群とし、フッ化物溶液塗布群では1週回エーテル麻酔下で薬液の塗布を行い、対照群は無処置のまま飼育した。なお、毎週定期的にラットの体重測定を行った。ラットは54、68、82および96日齢に各群5匹ずつ屠殺を行い、屠殺後上下顎臼歯をとりだし、実体顕微鏡およびアリストフォトによる齲蝕罹患状態の観察ならびにX線マイクロアナライザ分析を行った。薬物塗布によるラットの体重の変動は認められなかった。齲蝕発生の観察では、すべての観察時点において塗布群、対照群に差は認められず、齲蝕発生の抑制効果は明らかではなかった。しかし、齲蝕進行程度については、フッ化アンモニウム溶液塗布群では対照群に比較して、いずれの時点においても齲蝕罹患の程度は軽く、齲蝕進行に対する抑制効果のあることが認められた。APF塗布群との間に差は認められなかった。また、ラットの齲蝕は下顎に多くみられ、齲蝕進行抑制効果も下顎で大きいことが示された。EPMAによる分析結果では、フッ化チタンアンモニウム溶液群のラットエナメル質表層にフッ素とチタンが検出され、in vivoにおいてもチタンの取り込みが確認された。齲蝕発生抑制の検討については、上記の成績に基づいて実験期間を変更し、目下計画、実施中である。
運動誘発性溶血の予防と治療に寄与する栄養療法の開発

本研究では、運動誘発性溶血や鉄欠乏症に起因するスポーツ性貧血の発症メカニズムの検討と運動誘発性溶血に対して有効な栄養成分の探索を中心に検証した。様々な条件下におけるラットの急性および慢性の高強度運動負荷試験を実施し、生理学的変化や鉄代謝変動等を比較検討した結果、運動誘発性溶血モデルラットを作成できることが示された。そして、鉄欠乏性貧血の予防や改善に有用性が示されているウロン酸結合キシロオリゴ糖の摂食によって運動誘発性溶血モデルラットでの乳酸産生や筋損傷などの溶血誘発因子の抑制がもたらされたことから、ウロン酸結合キシロオリゴ糖はスポーツ貧血の予防に寄与できる栄養成分であることが示唆された。運動誘発性の血球破壊による溶血や赤血球形成に影響する鉄欠乏症に起因するスポーツ性貧血は、激しいトレーニングを重ねる多くの競技者の間で頻発しているにも関わらず、その治療や予防方法はまだ十分に確立されていない。申請者は先行研究において、高強度運動負荷下での溶血、鉄代謝の変動および破壊血球処理を担う臓器での酸化ストレスの増大を見いだした。本研究では、鉄代謝変動や酸化損傷の視点を含めたスポーツ性貧血の発症メカニズムを検討し、運動誘発性溶血に対して有効な栄養成分の探索とその予防や治療への応用可能性について検証する。平成25年度は、高強度ランニング運動負荷による運動誘発性溶血モデル動物の最適化を目的とし実験を行った。【高強度運動負荷試験・急性試験】幼若ラットをトレッドミル装置に慣らした後、3032m/分(VO2max 80%相当)で30分間運動を負荷し、運動直後および負荷24時間後に解剖した。その結果、運動直後では溶血の指標である血清ハプトグロビン濃度が安静時に比べ有意に低値を示し、24時間後には安静時と同程度に回復した。【高強度運動負荷試験・慢性試験】幼若ラットをトレッドミル装置に慣らした後、3032m/分で30分間の運動負荷を1日1回2週間連続で実施し、最終負荷の24時間後に解剖した。その結果、安静時に比べ運動負荷ラットでは血清ハプトグロビン濃度が低下傾向を示し、運動負荷翌日であっても溶血が回復しないことが示めされた。また、血中酸素分圧が安静時に比べ有意に高く、赤血球等が安静時よりも酸化ストレスを受けやすい状況下にあると考えられた。以上より、高強度運動負荷によって運動誘発性溶血モデルラットが作成できることが示された。また、複数回継続的な運動負荷を行うことで、スポーツ性貧血モデルラットが作成できる可能性も示唆された。運動誘発性の血球破壊による溶血や赤血球形成に影響する鉄欠乏症に起因するスポーツ貧血は、激しいトレーニングを重ねる競技者の間で頻発しているにも関わらず、その治療や予防方法は未だ十分に確立されていない。本研究では、鉄代謝変動や酸化損傷の視点を含めたスポーツ貧血の発症メカニズムを検討し、運動誘発性溶血に対して有効な栄養成分を探索し、その予防や治療への応用可能性について検証する。平成26年度は、運動誘発性溶血モデル動物をもちいて、鉄欠乏性貧血の回復促進や進展防止への有用性が認められている「ウロン酸結合キシロオリゴ糖(U-XOS)」の摂食がもたらす生理学的変化を観察した。SD系雄性ラット4週齢を用い、運動負荷直後に解剖する群(EA群)、運動負荷翌日に解剖する群(EB群)、U-XOSを与え運動負荷直後に解剖する群(XA群)、U-XOSを与え運動負荷翌日に解剖する群(XB群)、安静群(Re群)に分け、VO2max 80%に相当する30 m /分で30分間のランニング運動を負荷した。運動負荷直後のEA群およびXA群の血漿ハプトグロビン濃度は安静時に比べ有意に低値を示し溶血が認められたた。また、U-XOS摂取による溶血や鉄代謝への直接的な影響は示されなかった。一方、XA群の血中乳酸値はEA群に比べ運動負荷による上昇が抑制されており、U-XOSの摂取は乳酸の処理能力向上やエネルギー基質としての利用が考えられ、ラットの溶血予防や疲労軽減に貢献する可能性がある。血漿中クレアチンキナーゼ、血漿中乳酸脱水素酵素活性および白血球数は、XA群ではEA群に比べ運動負荷による上昇が抑制され、U-XOS摂取による筋損傷および炎症の抑制が示唆された。したがって、U-XOSは、乳酸産生や筋損傷などの溶血誘発因子を抑制することで、スポーツ貧血の予防に寄与できる栄養成分である可能性が示唆された。運動誘発性の血球破壊による溶血や赤血球形成に影響する鉄欠乏症に起因するスポーツ性貧血は、激しいトレーニングを重ねる競技者の間で頻発しているにも関わらず、その治療や予防方法は未だ十分に確立されていない。研究代表者は先行研究において、高強度運動負荷下での溶血、鉄代謝の変動および破壊赤血球処理を担う臓器での酸化ストレスの増大を見いだした。本研究では、鉄代謝変動や酸化損傷の視点を含めたスポーツ性貧血の発症メカニズムを検討し、運動誘発性溶血に対して有効な栄養成分の探索を中心に、その予防や治療への応用可能性について検証する。平成25年度では運動誘発性溶血モデル動物の作成に成功し、平成26年度には運動誘発性溶血の予防や治療に寄与する栄養成分の探索として、貧血時の鉄代謝改善への有用性が確認されている「ウロン酸結合キシロオリゴ糖」の運動誘発性溶血に対する効果を検討した。

平成27年度においては、26年度と同様に高強度のランニング運動負荷を与えモデル動物を作成し、鉄欠乏性貧血予防効果が認められている「セロビオン酸」の摂食がもたらす生理学的変化を観察する計画とした。しかしながら、平成26年12月から平成27年9月まで育児休業を取得したことから、本年度は運動誘発性モデル動物にセロビオン酸を摂取させてサンプル採取するところまで実施した。4週齢SD系雄性ラットを用いて1週間に4回ほどトレッドミル装置で順応させたのち、5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えるE群(n=8)、5%セロビオン酸混合5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えるECA群(n=8)、および5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えないS群(n=8)の3群に分けた。E群およびECA群には高強度ランニング運動を継続的に負荷した。その後、最終運動負荷15時間後に解剖しサンプルを摘出した。引き続き、サンプルを用いて詳細に解析を進めていく。本年度は半期分しか研究期間が得られなかったが、サンプルを得るところまでは進めることができた。したがって、計画のとおり、おおむね順調に研究をすすめることができていると考えている。運動誘発性の血球破壊による溶血や赤血球形成に影響する鉄欠乏症に起因するスポーツ貧血は、激しいトレーニングを重ねる競技者の間で頻発しているにも関わらずその治療や予防方法は未だ十分に確立されていない。本研究では、鉄代謝変動や酸化損傷の視点を含めたスポーツ貧血の発症メカニズムを検討し、運動誘発性溶血に対して有効な栄養成分の探索を中心に、その予防や治療への応用可能性について検証する。平成28年度においては、高強度のランニング運動負荷を与え、かつ造血に必要な栄養素であるタンパク質を欠乏した食事を与えることによって運動誘発性モデル動物を作成し、鉄欠乏性貧血の予防効果が認められている「セロビオン酸」の摂食がもたらす生理学的変化を観察することで、運動性溶血に対する効果について検討することを計画した。本年度は昨年度運動誘発性モデル動物にセロビオン酸を摂取させて得られた血清サンプルを用いて生化学的検査を実施し、運動負荷による変化について観察した。4週齢SD系雄性ラットを用いてトレッドミル装置で順応させたのち、5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えるE群(n=8)、5%セロビオン酸混合5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えるECA群(n=8)、および5%カゼイン食を給餌し運動負荷を与えないS群(n=8)の3群に分け、E群およびECA群には高強度ランニング運動を継続的に負荷した(30m/分で30分間のランニングを1日2回、14日間連続)。今年度の結果として、血清鉄濃度では、E群ではS群と比較して上昇傾向であったが、有意な差は認められなかった。総鉄結合能および不飽和鉄結合能においては3つの群の間に有意な差は認められなかった。一方、トランスフェリン飽和率では、E群はS群に比べ有意に上昇し、ECA群においても上昇傾向が示された。したがって、運動負荷によって鉄需要の増大が生じたと考えられた。本年度は産前産後休暇および産後休業のために4ヶ月しか研究活動できなかったが、血清サンプルにおける検討を進めることができた。運動誘発性の血球破壊による溶血や赤血球形成に影響する鉄欠乏症に起因するスポーツ性貧血は、激しいトレーニングを重ねる競技者の間で頻発しているにも関わらずその治療や予防方法は未だ十分に確立されていない。
C型ナトリウム利尿ペプチドを用いた難治性心筋炎の診断・治療法の開発

心筋炎に対するC型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)の効果とメカニズムの解明を行った。ラットの自己免疫性心筋炎モデルを作製し、2週間CNPまたは5%ブドウ糖液(対照群)の持続静注を行った。CNP投与群において心臓のリモデリングが抑制され、心機能の改善等がみられた。CNP投与群は対照群に比べ左室の線維化が有意に抑制され炎症スコアも低下していた。さらに、CNP投与群の心筋では、自己免疫性心筋炎の発症・進展に関わるとされるヘルパーT細胞のTh1系サイトカイン/Th2系サイトカインのバランスが改善していた。これらのことから、自己免疫性心筋炎に対する心保護薬としてCNPが有用である可能性が示唆された。1)心筋炎における心臓CNPの病態生理学的意義の検討Lewisラットにブタ心筋ミオシンを皮下注射し自己免疫性心筋炎モデルを作製した。すなわち、第0日に、ブタ心筋ミオシン3mg相当量をLewisラットの下肢に皮下注射し免疫化させ、第7日にも同様の操作を行い、計6mgのミオシンを投与した。定量PCR法により本モデルにおける心臓でのCNP並びにその受容体(NPR-B)の発現を調べたところ、コントロール群に比しCNPおよびNPR-BのmRNA発現量は増加傾向を示していた。2)心筋炎に対するCNPの効果とメカニズムの解明20匹のLewisラットを感作させ、浸透圧ミニポンプを用いて経静脈的にCNPを投与する群(CNP群、n=10)と、同様に5%糖液を投与する群(Vehicle群、n=10)の2群に分けた。ブタ心筋ミオシンに免疫化させることなくミニポンプの植込みのみを行う群(Sham群、n=10)を対照とした。心筋炎の2群はその後2週間0.1μg/kg/minのCNPまたは5%ブドウ糖液の持続静注を行った。そして、心エコー、心カテーテル、形態学的コラーゲン密度定量により評価した。心エコー検査では、CNP投与群において(対照群に対する)左室径の拡大並びに左室内径短縮率の減少が有意に抑制されていた。また、CNP投与により左室拡張末期圧の上昇が有意に抑制され(Vehicle群16.0±1.6vs CNP群11.3±0.8mmHg、p<0.05)、dP/dtは増加していた。一方、CNPによる血圧への影響は認められなかった。Sirius Red染色による病理組織学的検討では、対照群に比しVehicle群では左室コラーゲン密度が著明に増加していたが、CNP群はVehicle群に比べ左室コラーゲン密度が有意に減少していた。心筋炎に対するCNPの効果とメカニズムの解明を行った。Lewisラットにブタ心筋ミオシンを皮下注射し自己免疫性心筋炎モデルを作製した。浸透圧ミニポンプを植え込み、その後2週間0.1μg/kg/minのCNPまたは5%ブドウ糖液の持続静注を行った。そして、心エコー、心カテーテル、形態学的コラーゲン密度定量、定量PCRにより評価した。心エコー検査では、CNP投与群において左室径の拡大並びに左室内径短縮率の減少が有意に抑制されていた。また、CNP投与により左室拡張末期圧の上昇が有意に抑制され、dp/dtは増加した。Sirius Red染色による病理組織学的検討では、CNP投与群は対照群に比べ左室コラーゲン密度が有意に減少しており、Hematoxylin-eosin染色による炎症スコアはCNP投与群で有意に低下していた。さらに、CNP投与群の心筋では、Thl系サイトカイン(IFN-γ、IL-2)のmRNAの発現が減少し、Th2系サイトカイン(IL-4、IL-10)のmRNAの発現が増加していた。また、CNP投与によりMCP-1およびTNFαのmRNA発現も減少していた。本研究により、ラット自己免疫性心筋炎に対するCNPの保護作用の機序として、ヘルパーT細胞のTh1/Th2バランスの修飾や心筋線維化の抑制、抗炎症作用などの可能牲が示された。
in vivoゲノム編集を応用した次世代型生物学的ペースメーカの作成

心臓の活動は電気刺激で支配されており、洞結節と呼ばれるペースメーカ細胞にから発生した電気刺激が刺激伝導系と呼ばれる特殊な細胞集団を経由して心臓全体に伝播し、その電気刺激に応じて心臓のポンプ活動が行われている。ペースメーカ細胞の異常などにより心拍数が遅くなりふらつきや失神を生じる徐脈性不整脈に対する治療法は、現代医学では機械式のペースメーカを植え込む手術しかなく、そのバッテリー交換のため繰り返しの手術が必要となり、その手術による合併症も問題となっている。また機械的ペースメーカによる人工的な電気刺激は、刺激伝導系を介さず不自然な心臓拍動となるためにペーシング誘発性心筋症を生じる。これら問題点を解決し、永続的な作動/非侵襲的治療/自然な心臓拍動を実現するため、我々は遺伝子を自由に書き換えることができるゲノム編集技術CRISPR/Cas9を応用し、本来ペースメーカ細胞でない刺激伝導系細胞に対して静脈注射でペースメーカ遺伝子導入を行いペースメーカ細胞(生物学的ペースメーカ)化させることを目指している。遺伝子が書き換えられているためにその効果の永続性が期待でき、刺激伝導系細胞をペースメーカ細胞化させるため自然な電気刺激伝播・心臓拍動も維持され、それらを手術ではなく静脈注射で達成できれば機械式ペースメーカに代わる画期的な徐脈性不整脈の治療法となりうると考える。当該年度においては、前提技術となる静脈注射による刺激伝導系特異的な遺伝子発現誘導法を確立することができた。当初の研究計画通り、レポーター遺伝子を用いた組織特異的遺伝発現誘導に成功し確認できた。当初の計画通り、レポーター遺伝子の代わりにペースメーカ遺伝子を用いて、刺激伝導系特異的遺伝子発現誘導を行い、ペースメーカ活動を評価する方針である。当該実験計画に関して学内研究助成も獲得することができたため、初年度に使用予定であった本科研費予算を次年度に回し、次年度計画に予定されている次世代シークエンサーによる解析を中心に実験内容の拡充を図る予定である。
ナノスケール流体制御を用いた分子デバイスの階層化と情報処理に関する研究

脳の情報処理を模倣した分子デバイスの実現に向けて、光刺激に対してノイズ信号を発生する分子デバイス構造の研究を実施した。昨年度までに開発した分子パターニング技術(ナノピペットを用いて微量体積の分子溶液を基板上に展開する技術)を用いて、厚さ方向が100ナノメートル前後の導電性高分子ラインパターンを構築し、その電気伝導特性を評価した。その結果、光刺激に伴う電流ノイズの生成現象を見いだす事に成功した。ラインパターンを二酸化シリコン皮膜付きシリコン基板上に形成した場合には、レーザ光の照射に伴う電流値の変動が生じたのに対して、同じ化学組成を有する石英基板上に形成した場合には、同様の現象は認められなかった。また、導電性高分子を電極間にドロップキャストすることで作製した二次元薄膜や、伝導性が高い条件のラインパターンでは、光照射による効果が認められなかった。以上の結果より、導電性高分子を介した電流値の変動は、ナノスケールで薄膜化したラインパターンに固有の現象であることが見いだされた。電流変動の周波数解析を行ったところ、光照射に伴う電流値のパワースペクトル密度が125ヘルツの範囲でほぼ一定の値を示し、温度依存性が無いことが見いだされた。この現象の機構として、基板の二酸化シリコン膜とシリコン基板の界面における、キャリアの励起・再結合に伴う電界変調に起因した、導電性高分子中の伝導キャリアの局所的なホッピングサイトの変調を提案した。脳型情報処理に必要な電気特性を発現するために、ナノピペットを介した分子パターニング技術の開発と、導電性高分子パターンを用いた電流ノイズ生成現象の発見と機構の考察を進めた。分子パターンの厚さ方向のサイズをナノスケールにすることで、分子と基板の界面における局所的な電気的・化学的変化が、パターン全体の電気特性への変調を生み出す事を実験的に示した。今年度のデバイスの階層化と情報処理の研究に繋がる知見を獲得することが出来た。分子デバイスを用いて情報処理を実現する方策の一つとして、リザーバコンピューティングが挙げられる。分子ネットワークを用いて性質が異なる複数のノイズ信号を同時に発生させ、それらを相互結合させ、ネットワーク内部の信号伝達の結果を外部に取り出すことが出来れば、材料自体が持つ電気特性から直接的に情報処理を実現する事が期待できる。次年度は、複数の電極間に導電性高分子ネットワークを構築し、光刺激ドリブンの異種電流ノイズ生成の実現と機能的階層化を目指す。また、光以外の電気特性の変調方式を用いて、分子ネットワークの、非線形電気特性を活用した整流素子やメモリ素子の実現も目指す。1:ナノピペットを用いた分子パターニングを行うための装置の開発:分子パターニング装置は、ナノピペットの固定部品、3次元自動ステージ、顕微鏡、制御用コンピュータから構成されている。ナノピペットは分子溶液を入れたシリンジと接続されており、外部電源を使って分子溶液に電圧を印加する。ナノピペットはプラーを用いて自作し、ナノスケールの開口部を形成できることを確認した。また、基板表面に対するナノピペット先端の位置制御を行うためのプログラムを新たに開発した。2:分子溶液のパターニング条件の検討:本実験装置を用いて、帯電した分子溶液をナノピペット先端部から吐出しながら、基板表面上にパターニングを行う条件を検討した。クエン酸修飾金ナノ粒子分散溶液を用いて、ナノピペットの走査速度とパターンの線幅の相関を検討したところ、10マイクロメートル/秒以下の走査速度で、安定的にパターンを形成することができ、最小の線幅は平均値として900ナノメートルであることを見いだした。印加電圧と線幅の相関を検討したところ、プローブ先端部分の分子溶液の電界強度の増加の二乗の関係で、線幅が増加することを見いだした。また、質量分析装置を用いた分子溶液の付与方法に関する研究では、直流高電圧を印加した溶液を、基板上で直径5から6マイクロメートルの領域に付与できること、さらに溶液中の成分をイオン化し質量分析装置で計測できることを見いだした。この結果は分子溶液の帯電を維持しながら基板上に付与できる事を示している。分子パターニング装置の開発に際して、本予算では導入することが困難な物品(超高倍率カメラシステム、交流電圧電源)の導入を行う時期が遅延したため、計画2の交流電圧を用いた検討と、計画3のシータナノピペットを用いた検討が遅延している。上記両装置の手当てが完了したので、今後速やかに検討を行う計画である。計画3は次年度に検討を行う計画である。脳神経ネットワークに類似した、外部刺激に対して柔軟かつ高度な情報処理を行う分子デバイスの実現には、異なる機能の分子同士をナノスケールで自由自在に配線し、デバイス構造を階層化する技術が必要である。本研究では、1基板上の任意の位置で分子と金属ナノ粒子を相互に接続し、分子デバイスを階層化するための、ナノパターニング法を開発する。2色素分子や金属ナノ粒子で被覆されたDNAネットワークなどを用いて、階層化された脳型分子デバイスを構築する。外部刺激に対する、脳機能の短期記憶と忘却に対応する電気特性を分子デバイスで実現することを目指す。研究代表者が昨年度に開発した装置を用いて、自己ドープ型導電性高分子と、金ナノ粒子が組み合わされたコンポジットネットワークの形成と、光刺激に対する電流値の変化を検討した。電極間を架橋する、線幅約3μmの分子ネットワークの電流電圧特性はオーミックであり、高分子鎖を介する電気伝導が計測された。次に、金ナノ粒子のプラズモン吸収と対応する緑色レーザ光を、断続的にデバイスに照射した際の電流値の変化を計測した。光刺激直後の一時的な電流減少と、光刺激中の継続的な電流値の振動を示した。

光刺激停止後には、電流増加と約1秒の緩和応答を示した。一方で、導電性高分子のみのネットワークやコンポジットの薄膜試料では、逆の応答が得られた。光刺激の有無に対して電流値が急峻に増加と減少し、電流の振動と長時間の緩和応答は確認されなかった。本結果は、1金属ナノ粒子のプラズモン励起が伝導キャリアの変調を与えること(ノイズ生成)、2ナノ粒子のプラズモン励起で生じたホットエレクトロンが秒単位で高分子鎖に保持され、放出されること(電荷蓄積と緩和)の両方が、分子ネットワークの線幅の縮小により顕在化したものと考えられる。当初の研究計画は、第一にナノピペットを用いて分子素子の配置と配線を実現すること、第二に分子デバイスを階層化して、脳の短期記憶と忘却に対応する、経時的メモリ特性を実現することである。研究代表者は、分子パターニング装置を新たに開発し、分子溶液への電界制御により分子溶液を基板上に安定的に付与すること、分子溶液と基板の固液界面場における溶液伸張と溶媒乾燥の効果により、分子配向が可能であることを見いだした。さらに、導電性高分子と金ナノ粒子からなる一次元分子ネットワークが、光刺激に対する電荷蓄積と秒オーダの電荷放出を生じることを発見し、脳機能の記憶と忘却に対応する、経時的メモリ特性を分子ネットワークで実現した。また、光刺激に対してノイズ生成が可能であることも見いだし、脳の微弱信号の復元で利用される確率共鳴現象を、分子デバイスで実現することへの可能性を提示した。脳の情報処理を模倣した分子デバイスの実現に向けて、光刺激に対してノイズ信号を発生する分子デバイス構造の研究を実施した。昨年度までに開発した分子パターニング技術(ナノピペットを用いて微量体積の分子溶液を基板上に展開する技術)を用いて、厚さ方向が100ナノメートル前後の導電性高分子ラインパターンを構築し、その電気伝導特性を評価した。その結果、光刺激に伴う電流ノイズの生成現象を見いだす事に成功した。ラインパターンを二酸化シリコン皮膜付きシリコン基板上に形成した場合には、レーザ光の照射に伴う電流値の変動が生じたのに対して、同じ化学組成を有する石英基板上に形成した場合には、同様の現象は認められなかった。また、導電性高分子を電極間にドロップキャストすることで作製した二次元薄膜や、伝導性が高い条件のラインパターンでは、光照射による効果が認められなかった。以上の結果より、導電性高分子を介した電流値の変動は、ナノスケールで薄膜化したラインパターンに固有の現象であることが見いだされた。電流変動の周波数解析を行ったところ、光照射に伴う電流値のパワースペクトル密度が125ヘルツの範囲でほぼ一定の値を示し、温度依存性が無いことが見いだされた。この現象の機構として、基板の二酸化シリコン膜とシリコン基板の界面における、キャリアの励起・再結合に伴う電界変調に起因した、導電性高分子中の伝導キャリアの局所的なホッピングサイトの変調を提案した。脳型情報処理に必要な電気特性を発現するために、ナノピペットを介した分子パターニング技術の開発と、導電性高分子パターンを用いた電流ノイズ生成現象の発見と機構の考察を進めた。
気分障害患者における体性感覚弁別課題を用いた事象関連電位の研究

【研究目的】痛みと身体的・心理的側面は互いに厳密な関連がある。気分障害患者において痛み閾値が高いとする報告と低いという矛盾した報告があるが統一された見解はない。今回、独自に開発した触圧覚認知機能測定システムを用いて体性感覚事象関連電位を測定し、気分障害患者の触圧覚・痛覚の情報処理過程の障害を明らかにすることを目的とした。【研究方法】気分障害患者18例と年齢差のない健常者30例を対象とした。第II指に高頻度、第IV指に低頻度の触圧刺激を7分間行い、低頻度刺激時にボタン押しを教示した。Fz、Cz、Pzの脳波を加算平均し、N140、P300成分の頂点潜時と振幅を健常者群と比較検討した。VASを用いて刺激に対する痛みを評価した。気分障害患者にはHamiltonの抑うつ状態評価尺度(HAM-D)を実施し、各データとの相関を検討した。【研究成果】全例でN140が検出され、本システムで体性感覚事象関連電位が測定できることが示された。気分障害患者群のN140の潜時、振幅は健常者群と差がなく、物理的な刺激強度の受容反応には相違がないことが分かった。一方、痛みの主観的評価であるVASは気分障害者群で有意に高く、痛覚評価の歪み、注意の影響が考えられた。気分障害患者のP300の振幅は有意に低かった。今回の検討により、P300振幅の相違やVASの違いは気分障害患者の触圧覚刺激に対する評価や注意、感覚認知の障害を示していると考えられた。気分障害者群のP300の振幅はHAM-Dと有意な負の相関を認め、抑うつ状態が重症なほど低下していた。P300の振幅低下は、情報の保持と弁別の障害、一連の記憶の保持と強化のために配分される脳の処理容量が、うつ状態により低くなっていることを反映していると考えられた。P300成分の異常はうつ症状を反映しており、気分障害治療の生物学的指標として臨床応用できる可能性が示された。
ファイナンスにおける時系列データ解析のための強化学習に関する研究

本研究では,強化学習において利益率の複利効果を最大化するために複利型強化学習という新しい強化学習の枠組みを開発した.複利型強化学習を国債銘柄選択,国債取引,株式取引,n本腕バンディット,ブラックジャックなどに応用し,複利型強化学習がファイナンスやギャンブルのドメインに有効であることを確認した.また,複利型強化学習で導入された投資比率パラメーターをオンライン勾配法によって最適化する手法を開発した.本研究では,試行錯誤に基づく機械学習の枠組みである強化学習において,学習者(エージェント)が獲得する利益率(リターン)の複利効果を最大化する行動規則を学習する強化学習の枠組みである「複利型強化学習」の枠組みを開発した.複利型強化学習では,報酬の替わりに利益率を観測するマルコフ決定過程において,将来の利益率を二重指数関数を用いて割り引いたものから得られる割引複利利益率に基づいて,割引複利利益率の対数の期待値を最大化する.利益率を二重指数的に割り引くことによって,割引複利利益率の対数を従来の強化学習における指数的に割り引かれた報酬に基づく割引収益の期待値と同様に再帰的に表すことができる.複利型強化学習では,投資比率の概念を導入することによって学習が発散することを防いでいる.本研究では,オンライン勾配法を用いて複利型強化学習の投資比率を学習中に最適化する方法も開発した.本研究では,開発した複利型強化学習の枠組みに合わせて,従来のQ学習,Sarsa,OnPSなどの強化学習アルゴリズムを複利型に拡張した.複利型強化学習の枠組みは,従来の強化学習の拡張であるため,従来の強化学習アルゴリズムを自然な形で複利型に拡張することができる.本研究では,これらの複利型強化学習アルゴリズムをN本腕バンディット,ブラックジャック,国債銘柄選択,国債取引,株式取引などの問題に応用した.これらの実験によって,従来の強化学習が平均利益率は高いが複利効果が低い行動を学習するのに対し,複利型強化学習は平均利益率が低くても複利効果が高い行動を学習できることが確認できた.また,オンライン勾配法によって最適な投資比率を学習できることが確認できた.本研究では,強化学習において利益率の複利効果を最大化するために複利型強化学習という新しい強化学習の枠組みを開発した.複利型強化学習を国債銘柄選択,国債取引,株式取引,n本腕バンディット,ブラックジャックなどに応用し,複利型強化学習がファイナンスやギャンブルのドメインに有効であることを確認した.また,複利型強化学習で導入された投資比率パラメーターをオンライン勾配法によって最適化する手法を開発した.平成23年度は,ファイナンスにおける時系列データからの取引戦略の学習に対して,申請者が提案した新しい複利型強化学習のフレームワークに基づく学習アルゴリズムと他の研究グループが用いている従来の強化学習アルゴリズムを比較し,従来の強化学習の問題点を明らかにした.三菱東京UFJ銀行の後藤卓氏,野村證券の中嶋啓浩氏,石田智也氏らから,金融業務に携わる実務者の観点に基づく助言を得て,日本国債の取引戦略の獲得に複利型強化学習を適用し,複利型強化学習が従来の強化学習よりも優れていることを確認した.また,国債銘柄選択問題をN本腕バンディット問題として定式化する方法を開発し,複利型強化学習がこの問題に対して従来の強化学習よりも有効であることを確認した.具体的には,従来の強化学習は期待割引報酬を最大化するため,複利リターンを最大化することができず,ファイナンスへの応用には適していないことが明らかとなった.その一方で,複利型強化学習は,期待割引複利リターンを最大化するため,複利リターンを最大化することができ,ファイナンスへの応用に適していることが明らかとなった.複利型強化学習では投資比率と呼ばれる新しいパラメータが必要となる点が問題であった.そこで,オンライン勾配法を用いて複利型強化学習の投資比率パラメータを最適化する方法を新規に開発した.オンライン勾配法を用いることにより,過去のデータを全て保持せずに投資比率を最適することができ,複利型強化学習との親和性が極めて高い.N本腕バンディット問題を用いた実験を行い,提案手法の有効性を確認した.ファイナンスにおける時系列データから取引戦略を学習するという当初の目的に対して,従来の強化学習に問題があることと,開発した複利型強化学習が有効であることを確認できた.これらについては,平成23年度中に査読付き論文として発表しており,本研究はおおむね順調に進展していると考えられる.開発した複利型強化学習で新たに必要となった投資比率パラメータを最適化する方法について有効性の確認を行う.また,複利型強化学習が有効な問題を示すことで,適用範囲の拡大を図る.具体的には,三菱東京UFJ銀行の後藤卓氏の協力を得て,クレジット・デフォルト・スワップ取引におけるヘッジ比率最適化への応用について検討する.実験用の計算機を1台購入する.研究成果を国内・国外の学会で発表するための旅費および参加費として使用する.また,学術雑誌への論文掲載料として使用する.これらの研究成果を取りまとめるため,研究費の一部を実験補助等の人件費として使用する.
写像類群と4次元多様体のトポロジー

4次元の幾何学的対象である4次元多様体を、曲面から曲面への写像の集合から構成される写像類群を用いて研究した。特に、無数の曲面が集まって構成されているような4次元多様体を詳しく調べ、今までに知られていない性質を持つ具体例を多数構成した。また、曲面の間の写像を変えたときに対応する4次元多様体がどのように変わるかを明らかにした。さらに、写像類群自体の性質もいくつか解明した。本年度の研究は、平成18年度科研費補助金応募書類研究計画調書「研究計画・方法」欄及び平成18年度科研費補助金交付申請書「研究実施計画」欄に記載した計画に基づいて実施された。まず、Lefschetzファイバー空間の符号数に関しては、Ozbagciの相対符号数定理のMeyerコサイクルを用いた別証明を得ることができた。また、Meyerコサイクルがパンツ上の曲面束の符号数を表すという定理をスペクトル系列を用いずに証明することができた。これらの成果は次年度以降の研究へと引き継がれる予定である。一方、Lefschetzファイバー空間に対して写像類群に関するいわゆる森田理論を応用するという試みは、今のところ困難が多く実現に至っていない。主な困難は森田茂之氏(東京大学)の捩れ準同型が共役不変でないことである。本年度行った様々な試行錯誤から、写像類群のコホモロジーよりもDehn quandleのそれのほうがLefschetzファイバー空間との相性がよいものと思われる。交付申請書「研究実施計画」欄において平成19年度から本年度へ実施年度を繰り上げたChakirisの第2定理の再証明・再解釈については、予期せぬ進展があった。当初の予定であったMoishezon-Teicher理論の習得を取りやめ、Chakirisの定理の位相的な解釈を試みたところ、Chakirisのファイバー空間及びその一般化を位相的に構成することに成功した。また、その中には互いに同相であるが微分同相ではないようなLefschetzファイバー空間の系列が含まれていることもわかった。研究計画調書「準備状況等」において触れた写像類群上の擬準同型に関するD.KOtschick氏(ミュンヘン大学)との共同研究にも進展があり、論文として発表した。また、日本数学会機関誌「数学」に掲載された足利正氏(東北学院大学)と共著の論説を英訳して発表した。本年度の研究は、平成18年度科研費補助金応募書類研究計画調書「研究計画・方法」欄および平成19年度科研費補助金交付申請書「研究実施計画」欄に記載した計画に基づいて実施された。まず昨年度中に望ましい結果を得た超楕円的Lefschetzファイバー空間に関する研究であるが、種数2におけるChakirisの構成を位相幾何の観点から一般化して得られるLefschetzファイバー空間の性質をより詳しく調べることができた。一般化されたChakirisファイバー空間の中には、互いに同相であるが微分同相ではないような4次元多様体のペアが4以上のすべての偶種数において存在する。本年度の研究では、この2つのファイバー空間はある有理曲面をファイバー和することにより互いに微分同相になることがわかった。超楕円的Lefschetzファイバー空間の微分構造が有理曲面とのファイバー和によって安定化することは、Auroux, Kharlamov-Kulikovによって証明されており、上のファイバー空間は1回のファイバー和によって微分構造が安定化する例を与えている。これらの結果は研究集会Groups of Diffeomorphismsの報告集の一論文として出版される予定である。次にDehn quandleやコードのquandleを用いたLefschetzファイバー空間の分類と不変量の構成に関しては、いくつかの基本的文献を読み予備的な考察を行なったものの、発表するに値する結果を得るには至っていない。これに関しては平成20年度も引き続き考察を続ける予定である。昨年度、D. Kotschick氏(ミュンヘン大学)との共同研究で得られた、写像類群における擬準同型による分離性予想への反例に関する結果は、本年度アメリカ数学会機関誌から出版された。本年度の研究は、平成18年度科研費補助金応募書類研究計画調書「研究計画・方法」欄および平成20年度科研費補助金交付申請書「研究実施計画」欄に記載した計画に基づいて実施された。まず、Dehn quandieやコードのquandleを用いたLefschetzファイバー空間の分類や不変量の構成に関しては、実現には至らなかったものの、Zablowのquandleホモロジー類や鎌田聖一氏・長谷川功氏によるquandle不変量によるアプローチの有効性を見出すことができた。また、鎌田氏によるチャート表示を用いたLefschetzファイバー空間の同型判定も実行しうる研究課題であることが認識できた。手がかりさえない状況にあったこのテーマについて研究の端緒を見出すことができたのは大きな収穫であった。次に、Y.Z.Gurtas氏(セントルイス大学,デポー大学)との共同研究については、平成20年8月に2本のプレプリントを書き上げeprint arXivに投稿して一応の区切りをつけた。