hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
β-ケトチオラーゼ欠損症の分子機構と発症メカニズムに関する研究

β-ケトチオラーゼ欠損症は、間欠的に起こるケトーシス発作を主徴とする常染色体性劣性遺伝形式をとる先天代謝異常症である.チオラーゼは哺乳類において5種類の異なる酵素が知られているが、我々は1988年に、本症の欠損酵素がミトコンドリア短鎖型チオラーゼ(MAAT)の欠損に基づいていることをタンパクレベルで始めて明らかにした.以後、1990年にヒトMAATのcDNAクローニング、1991年に遺伝子クローニングを初めて行い、同年本症における遺伝子変異を世界で初めて同定し、世界中の本症患者の分子生物学的解析を進めてきた.本研究では、本症の臨床所見と遺伝子異常の関連性、遺伝子異常とタンパク発現の関連性および本症の鑑別診断、遺伝子診断の臨床応用に向けた研究をを中心に行った.本研究の主な成果を以下に要約する.1)これまで我々が酵素診断してしきた17例をふくむ世界で知られている30症例について臨床像を調査した.この結果、本症は臨床的に異質性が高い反面、早期診断できれば後遺症が予防できると結論した.2)本症は臨床的にも、分子レベルでも極めてヘテロジーナスであるが、phenotype/genotype明らかな関連性は認められなかった3)本性の遺伝子解析を通じて、分子生物学的に興味深い遺伝子異常が観察された.例:エキソン/イントロン境界部の点変異、欠失、挿入によるエキソンスキップの発生.エキソン内の点変異(ナンセンス変異)によって同時にエキソンスキップも引き起こされていたケースなど.4)PCRを応用した遺伝子解析による出生前診断を初めて行った.5)イムノブロットによる本症の保因者診断法を開発した.6)ケトン体代謝異常症の病因をさらに明らかにするため、β-ケトチオラーゼ欠損症の類縁疾患である細胞質型チオラーゼ欠損症の欠損酵素の抗体作成ならびにcDNAクローニングを行った.β-ケトチオラーゼ欠損症は、間欠的に起こるケトーシス発作を主徴とする常染色体性劣性遺伝形式をとる先天代謝異常症である.チオラーゼは哺乳類において5種類の異なる酵素が知られているが、我々は1988年に、本症の欠損酵素がミトコンドリア短鎖型チオラーゼ(MAAT)の欠損に基づいていることをタンパクレベルで始めて明らかにした.以後、1990年にヒトMAATのcDNAクローニング、1991年に遺伝子クローニングを初めて行い、同年本症における遺伝子変異を世界で初めて同定し、世界中の本症患者の分子生物学的解析を進めてきた.本研究では、本症の臨床所見と遺伝子異常の関連性、遺伝子異常とタンパク発現の関連性および本症の鑑別診断、遺伝子診断の臨床応用に向けた研究をを中心に行った.本研究の主な成果を以下に要約する.1)これまで我々が酵素診断してしきた17例をふくむ世界で知られている30症例について臨床像を調査した.この結果、本症は臨床的に異質性が高い反面、早期診断できれば後遺症が予防できると結論した.2)本症は臨床的にも、分子レベルでも極めてヘテロジーナスであるが、phenotype/genotype明らかな関連性は認められなかった3)本性の遺伝子解析を通じて、分子生物学的に興味深い遺伝子異常が観察された.例:エキソン/イントロン境界部の点変異、欠失、挿入によるエキソンスキップの発生.エキソン内の点変異(ナンセンス変異)によって同時にエキソンスキップも引き起こされていたケースなど.4)PCRを応用した遺伝子解析による出生前診断を初めて行った.5)イムノブロットによる本症の保因者診断法を開発した.6)ケトン体代謝異常症の病因をさらに明らかにするため、β-ケトチオラーゼ欠損症の類縁疾患である細胞質型チオラーゼ欠損症の欠損酵素の抗体作成ならびにcDNAクローニングを行った.今年度は、これまで酵素診断してきたβ-ケトチオラーゼ欠損症(3KTD)患者17例の臨床像、酵素蛋白欠損機構、および遺伝子変異について検索を進め、相互の関連性について検討した。1)臨床像:我々が酵素検索した17例をふくむ30例の患者について、アンケートと文献から調査した。30例のうち、死亡3例(10%)、発達遅滞7例(23%)であった。発症前の発達障害は30例中1例のみであった。このことは本症は本質的には後障害を予防できる疾患であることを示唆した。2)酵素蛋白欠損機構をパルスチェイス実験の結果から、蛋白量、安定性、分子サイズによって7つのクラスに分類した。現在のところ蛋白欠損パターンと症状の重症度の間にははっきりした関連性は認められない。3)遺伝子レベルでの病因解析を進めた。本症の世界初例(カナダの2例)について病因を解明した。1例は、イントロン11の5'-スプライスサイトの点変異によるスプライシング異常の結果、4-base挿入が起こっていたホモ接合体であった。もう1例は、開始メチオニンコドンの点変異をもつホモ接合体であった(Human Mutation,2:214-220,1993)。またこれまで本症の遺伝子変異はheterogeniousであることがわかっている。遺伝子変異と臨床症状を比較したところ、明らかな相関は認められなかった。すなわち点変異のみの症例で死亡例があったり、エキソンスキップのような重篤な変異を持ちながら正常生活をしている症例や無症状の症例もあった。4)本症の遺伝的背景をより簡便に行えるイムノブロットを応用した保因者診断法を解立した(Pediatr Res,33:429-432,1993)。

昨年は世界でこれまでに知られているβ-ケトチオラーゼ欠損症30例について、アンケートあるいは文献的に調査して、本症の臨床像を明らかにした。また患者細胞を用いた分子生物学的解析を進め、遺伝子異常の種類と臨床像の関連性について調べてきた。今年度は研究期間2年間の最終年度にあたるが、引き続き本研究を進めていくつかの実りある成果を得た。主な研究成果を以下に要約する。1)本症は遺伝子レベルで異質性に富んでいる。今年度さらにいくつかの新しい病因遺伝子を明らかにしたが、この中には遺伝子異常に基づく発症メカニズムを明らかにする上で重要な変異が含まれていた。例:a)あるエキソン内にナンセンス変異が一部はそのそのエクソンをスキップする原因になっていた例。b)エクソン/イントロン境界部をふくむ68bpの欠失がエクソンスキップの原因になっていた例。c)ミスセンス変異によってそれから生成されるペプチドが電気泳動の移動度を変える原因となっていた例など。2) PCR法/ヘテロデュプレックス検出ゲル電気泳動法を応用して、世界で初めて遺伝子解析による本症の出生前診断を行った(結果は父親由来の異常アレルを受け継いだヘテロ接合体であった)。3) β-ケトチオラーゼ欠損症以外のケトン体代謝異常症として、細胞質型チオラーゼ(CT)欠損症とサクシニル-CoA:CoAトランスフェラーゼ欠損症が知られている。CT欠損症の欠損酵素の抗体作成およびcDNAクローニングを世界で初めて行った。これにより、チオラーゼ欠損症あるいはケトン体代謝異常症の発症メカニズムがさらに明らかにされてゆくことが期待される。
ジョセフソン接合系での超伝導電流と光子場の量子コヒーレンス

低次元電子系と量子化された輻射場との相互作用によって、双方の量子ゆらぎや量子コヒーレンスがどのように相互影響を与えるかを、時間発展描像で明らかにするのが本研究の目的である。そのために3つのモデルを溝築し、多角的に考察を行なった。1.ジョセフソン接合系での電子場(超伝導トンネル電子対)と量子化された光子場との結合系の時間発展を数値計算し、両者間のコヒーレンス移乗ダイナミクスを解明した。特に、超伝導電流ゆらぎと光子場の光子数ゆらぎ・直交位相振幅ゆらぎとの相互時間相関関数を得ることにより、両者の正の相関が明らかになった。また、光子数スクイジングや直交位相振幅スクイジングが生じる。本理論を実験へ適用するためには、散逸効果の考慮が不可欠である。2.半導体超格子にdc電場を印加した系では、電子のブロッホ振動が生じる。この電子と相互作用する量子化電磁場の量子状態を考察した。dc電場強度を制御することにより、輻射場はコヒーレント状態や直交位相振幅スクイズド状態になりうる。また、光学的Kerr効果も生じうるので、光子数スクイジングも可能である。初期状態からの時間発展や散逸効果などは残された課題である。3.3次の非線形光学媒質中での4光波混合過程では、スイジングした位相共役光が発生しうる。その非線形媒質を直列に並べた系の量子非線形光学応答を転送行列法で解析した。各媒質の励起光の位相を人為的にシフトさせる「励起位相変調法」により、単一媒質の場合では不可能だったスクイジング制御が初めて可能になる。位相共役反射と通常反射とが混在する場合の一般論も展開し、通常反射はスクイジング特性を劣化させることが明らかになった。
コピュラによる大規模システムにおける依存故障解析の精緻化と実用化

本研究は、たとえば、今後の高度化がさらに進められる電力供給ネットワークシステムが、全体として24時間/365日稼動することを支える基盤技術の一つとして、共倒れ故障(ある部分が故障することにより、他の部分が想定より早く故障するなど)が起こらないように、また起こる可能性をできるだけ精密に予測したいというものである。そのために具体的には、そのようなシステムの各要素が故障するまでの時間の長さ(寿命と呼ばれる)を確率モデルにより表し、数理的に予測するということにおいて、従来の手法とは一線を画す実用性を備えた新手法を開発し提示することを目指すものである。
薄膜固体電解質燃料電池の開発

1.研究目的本研究はニッケル基板上に真空蒸着法と固相反応を組み合わせることによりジルコニア薄膜を作製し、さらに蒸着法により空気極薄膜を形成し、長寿命かつ特性の優れたプレーナー型薄型セルを作製することを最終目的としている。2.研究成果の概要本年度では、セル作製の基礎となる下記の項目に重点をおいて検討を進めた。(1)空気極材料の選定とその作製法:本研究者は従来よりニッケル基板上に上記の方法によりジルコニア薄膜を作製し空気極には蒸着白金薄膜を用いプレーナー型薄膜セルを形成し、その特性の向上を計ってきた。本研究で一歩実用化に近いセルを作製するため空気極材料にLaCoO_3およびLaMnO_3を選び、蒸着法によりこれらの材料を電解質上に形成し薄膜セルを作製した。セル特性を測定した結果LaMnO_3の特性が優れていることがわかった。すなわちLaCoO_3はLaMnO_3より発電開始温度が高く、約500°Cでセルの劣化が見られ動作不良になったが、LaMnO_3薄膜電極を用いたセルは300°Cの低温ですでに発電を開始し以後破損することもなく優れた特性を維持した。蒸着法により空気極の作製法を開発した。(2)プレーナー型薄膜電池の測定装置の作製:高温中でセル特性を測定するためには燃料ガスおよび酸化ガスの洩れ対策が安全上からも重要である。装置の設計、作製に当たって従来からのデータの蓄積を基に高温シールセメントなどを一切使わず荷重、スプリングアクションを利用したガスシール法を採用した。したがつて本装置は接着剤を使用しないためセル交換などの操作性に優れ、また各々の材料のもつ熱膨張に対してフリーな構造となっている。さらに燃料系のデットスペースを小さくすることにより、生成物の分析精度の向上を計っている。これらの配慮により操作性に優れたセル特性測定装置を製作することができた。
初期視覚計算論と生理学実験に基づく網膜における知覚メカニズムの解明

本研究の目的は、網膜神経回路網の機能を生理学的および計算論的視点から明らかにすることである。本研究において以下のような結果を得た。1。外網膜神経回路網を線形アナログネットワークモデルにより表現した。2。モデルを用いて、外網膜神経回路の空間特性を標準正則化理論により定式化した。すなわち、外網膜神経回路の機能を、評価関数の最小化問題として解釈できた。3。アマクリン細胞の光応答特性を調べる目的で、光刺激装置を製作した。この光装置を用いてアマクリン細胞の光応答を細胞内記録方により得た。次に、この光応答からアマクリン細胞の受容野の広がりと形態との対応を調べた。結果は、アマクリン細胞の樹状突起の広がりの方向に受容野が偏平している可能性を示していた。4。水平細胞におけるCa^<2+>制御機構を調べる目的で、細胞内Ca^<2+>濃度を蛍光色素fura-2を用いて計測した。5。Ca^<2+>の流入経路として、電位依存性Ca^<2+>チャネルとグルタミン酸依存性チャネルが存在することが分かった。6。Na^+-Ca^<2+>交換機構とCa^<2+>-ATPポンプがCa^<2+>を排出していることが分かった。7。結果5および6は、Ca^<2+>排出機構も、水平細胞の光応答形成に重要な働きがあることを示唆している。現在この点を明らかにするために、計算論による解析が進められている。1。2。3。4。5。6。7。本研究の目的は,網膜の神経節細胞の情報処理特性を,細胞内電位記録実験とその結果に基づいて構築した数理モデルによる理論解析の両面から明らかにすることである.今年度は,上記実験のための実験環境の整備に予想以上の時間が割かれた.これは当初計画どおりのDRTモニタを光刺激源とした実験装置に加え,神経節細胞の形態と光応答を容易に対応させることが可能なデータ収集のために,顕微鏡下で赤外線カメラにより網膜をモニタしながら細胞内記録ができる装置を組立てているためである.後者の装置は,発光ダイオードを光刺激源とし細胞の受容野をより詳細に調べることが可能である.両方の装置からの知見をあわせて,今後神経節細胞の形態まで考慮にいれた等価電気回路網モデルを構築し解析を進めていく予定である.現在までで得られた結果を以下に箇条書にする.1.神経節細胞に入力する双極細胞の光応答を記述する並列抵抗回路網モデルを構築し,双極細胞の空間特性が初期視覚の標準正則化問題による記述に対応させて考えることができることを示した.2.神経節細胞に入力するアマクリン細胞の動く光刺激にたいする応答を測定した.3.顕微鏡下におかれた網膜および網膜スライス標本から,細胞内記録法により網膜神経細胞から光応答を記録することができた.また赤外線カメラを用いて,網膜神経節細胞とおもわれる細胞が観察できることを確認した.脊椎動物網膜の情報処理機構を,生理学実験の知見と計算論的な知見を統合した形で理解することは,きわめて重要である.本研究の目的は,下等脊椎動物網膜細胞のパターンおよび動きに関わる知覚メカニズムを生理学実験と数理モデルを用いて明らかにすることである.本年度の研究で以下の成果が得られた.1.網膜の神経回路網を等価電気回路モデルで表現し,網膜で発現する受容野は,ラプラシアン-ガウシアン関数により近似できることを数学的に示した.2.モデルから導かれる物理的エネルギーを用いて,受容野の機能を標準正則化問題に帰着させて理解できることを示した.3.剥離網膜からの光応答記録装置を制作した.この刺激装置はLEDアレイを刺激光源とし,赤外線CCDカメラにより顕微鏡下で記録細胞と刺激位置との関係を可視化しながら応答を記録できる.4.装置を用いて網膜細胞から光応答を記録した.得られた応答特性を1,2の理論的知見から現在解析中である.
近接場光学熱顕微鏡を用いたナノスケールその場温度イメージングとナノデバイス制御

本研究では、動作中のナノデバイスの温度分布をナノスケール空間分解能でセンシング可能な新しい測定技術を開発し、ナノデバイス制御へと応用することを目的としている。本研究において、ナノスケール空間分解能を実現する近接場蛍光熱顕微鏡ならびに近接場偏光熱顕微鏡を開発し、その妥当性を解析的かつ実験的に明らかにした。特に、融着型近接場ファイバプローブを新たに提案し、高感度に局所的な温度センシングに成功している。また、ナノデバイスの構造を制御することで、ホットスポットを制御できることを明らかにした。研究計画の初年度では、温度センシング用ナノデバイス(プロトタイプ)に量子ドットを修飾し、デバイスの温度分布イメージングに近接場蛍光熱顕微鏡を適用することで、近接場光学熱顕微鏡によるその場測定適用の妥当性検証を行った。具体的な研究成果について下記に示した。(1)その場温度イメージング用近接場プローブシステムの開発:提案するナノデバイスに特化した近接場プローブ形状を設計し、試料の形状変化に敏感に追従できる新しい近接場プローブを開発し、その妥当性を実験的に検証した。また、近接場プローブの作製プロトコルを確立した。(2)温度センシング用ナノデバイスのプロトタイプ設計・作製:本年度は開発した近接場プローブシステムに適した温度センシング用ナノデバイスの開発を行った。特に電極形状や電極間距離の最適化を行った。また、提案した温度センシング用ナノデバイスのカーボンナノチューブ成長実験を試み、触媒濃度を明らかにした。実証実験を通して、量子ドットの修飾プロトコルを確立するに至った。さらに、用いる量子ドットの蛍光波長領域について500 nm800 nmの領域で近接場蛍光検出を行い、蛍光寿命特性ならびに温度依存性の適した量子ドットを実験的に明らかにした。(3)時間分解センシングによるその場温度イメージングの予備的検証:ナノデバイスの時間応答性を検証するために、近接場蛍光熱顕微鏡の時間応答性と追従性能を実験的に明らかにした。近接場蛍光を用いた温度センシングの場合、用いる量子ドットの蛍光寿命がナノ秒レベルであることが実験の結果明らかになった。現在までに、当初の計画通りの研究成果を挙げることができており、おおむね順調に進展している。一方、次年度に予定している偏光近接場顕微鏡のシミュレーションも前倒して進めており、予想以上の成果が出ているところもある。引き続き研究分担者と緊密に連携を進め、加速度的に研究を遂行する。平成28年度は、感温性分子を分子修飾する必要がない、新しい近接場光学熱顕微鏡の開発に着手し、ナノスケールその場温度イメージング技術の開発を行った。具体的な研究成果を下記に示した。1.超高感度近接場偏光プローブの開発:カーボンナノチューブなどの低次元ナノ材料の場合その形状異方性から、試料によって散乱される近接場偏光は励起光と比較して偏光回転が生じることが分かっている。この偏光回転量は試料の温度に依存性があるため、偏光回転量を測定することで局所的な温度変化を検知する事ができる。近接場偏光回転を高感度に検出するためには、前年度までに用いてきた通常の近接場ファイバ(マルチモード)を用いるのではなく、シングルモードの近接場偏光プローブを開発する必要がある。本年度は、時間領域有限差分法(FDTD)シミュレーションにより近接場偏光回転量と温度依存性を数値解析し、最適なプローブ材質・形状を決定した。また、種々の濃度に調整したフッ酸緩衝溶液を用いてGeドープファイバをエッチングし、微小開口を有する特殊な近接場偏光プローブを作製した。ナノ発光デバイスに適用し提案手法の妥当性を確認した。2.ナノスケールその場温度イメージング:開発した近接場偏光熱顕微鏡を用いてナノデバイスのその場温度イメージングを行った。まず予備的測定として、Ptナノワイヤーを通電加熱し、提案手法の妥当性を検証した。想定する次世代ナノ発光デバイスはカーボンナノチューブの集合体であり、配向性はランダムである。近接場偏光熱顕微鏡を適用するためには、新しいキャリブレーション方法を提案する必要がある。そこで、偏光板を自動的に回転させスキャンごとに偏光状態をキャリブレーションする方法を開発した。当初計画していた近接場光学熱顕微鏡の開発については研究計画に沿って順調に進んでいる。一方、現在までにナノ発光デバイスの開発に着手し、カーボンナノチューブを用いた微小発光デバイスの開発に成功した点は、当初の計画以上に進展しているといえる。作製したナノ発光デバイスを用いて通電加熱実験を行い、発光部分の温度上昇を観察することに成功した。また、近接場光学熱顕微鏡を用いて温度分布変化をセンシングすることに成功した。近接場蛍光を用いたセンシング手法については、70 nm開口を有するプローブの開発に初めて成功し、超高空間分解能温度センシングの実現を果たした。以上より、当初の計画以上に進展している。ナノデバイスの局所的な温度応答特性を明らかにするためには、ジュール加熱のような全体加熱よりも近接場フォトサーマル効果による局所加熱による温度応答特性を測定する方が理論的に記述しやすく不確かさが小さい。最終年度では、研究代表者らが既に確立した保有技術である近接場フォトサーマル効果をナノデバイスに適用し、以下に挙げる研究成果を得た。1.近接場フォトサーマル技術の提案と高時間分解センシング近接場フォトサーマル技術をナノデバイスに適用し、開発した近接場熱顕微鏡で局所的な温度応答特性を明らかにした。必要な温度上昇は近接場熱顕微鏡の温度分解能である5 K以上を目標とした。

近接場フォトサーマル効果ではカップリングするレーザ光強度に上限があり、高強度の光を入射すると近接場プローブが破壊されてしまうことが予想されるため、プローブ材質と損傷閾値の関係をシミュレーションならびに実験から明らかにした。また、近接場熱顕微鏡の分解能を飛躍的に向上させる実験条件を明らかにした。以上の結果、ナノデバイスに近接場フォトサーマル技術を適用し、目標値を遥かに超える高い分解能を維持する局所加熱を達成するに至った。2.サーマルシステムデザインに基づく革新的ナノデバイスの提案サーマルシステムデザインに基づきメンブレン構造を有するナノデバイスを新たに作製し、開発した手法を適用することでデバイスの温度分布、温度応答特性、光学特性を明らかにした。実験から得られた結果から、熱特性・光学特性を適切に設定することでナノデバイス制御が可能であることが明らかとなった。本研究では、動作中のナノデバイスの温度分布をナノスケール空間分解能でセンシング可能な新しい測定技術を開発し、ナノデバイス制御へと応用することを目的としている。本研究において、ナノスケール空間分解能を実現する近接場蛍光熱顕微鏡ならびに近接場偏光熱顕微鏡を開発し、その妥当性を解析的かつ実験的に明らかにした。特に、融着型近接場ファイバプローブを新たに提案し、高感度に局所的な温度センシングに成功している。また、ナノデバイスの構造を制御することで、ホットスポットを制御できることを明らかにした。次年度以降は当初の予定通り、感温性分子を分子修飾する必要がない、新しい近接場光学熱顕微鏡の開発に着手し、ナノスケールその場温度イメージングの実現とナノデバイス制御を目指す。1.超高感度近接場偏光プローブの開発:分子修飾を必要としない新しい近接場顕微鏡用のプローブを設計・作製する。2.ナノスケールその場温度イメージングと光物性評価:ナノ発光デバイスの温度と光学特性を明らかにし、その場温度イメージングを試みる。3.高時間分解センシングとナノデバイス制御:従来手法では観察することができなかったナノデバイスの高時間分解センシングを行い、最適なデバイスデザインならびに制御手法を確立する。次年度(最終年度)は当初の予定通りに、ナノデバイスの温度分布測定における測定感度と時間分解能の飛躍的向上を目指す。具体的には(1)新しい近接場ファイバープローブの確立と安定した制御手法の開発、(2)Ptナノワイヤを用いた時間分解測定の妥当性検証を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ熱工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
大規模データに適用可能なマルコフ確率場の学習アルゴリズムに関する研究

画像処理や音声処理など高次元変数のマルコフ確率場の学習・推論アルゴリズムの開発を行った。これらの応用では、空間的あるいは時間的に局所的な相関をもつマルコフ確率場が用いられる。この局所性を利用したGroup-coordinate descent法を用いた最適化を提案した。高次元問題に対して収束速度を劣化させることなく最適化できるため、超解像、X線CTなどの実用的な問題に対しても推論が実行できることを示せた。本研究では、高次元のマルコフ確率場の学習・推論アルゴリズムの改良を目的としている。その学習アルゴリズムとして、近年、Contrastive Divergenceアルゴリズムが注目されているが、コスト関数が不明確であり、アルゴリズムの収束性などはよく調べられていなかった。このアルゴリズムについて、詳細釣り合い条件を満たす学習則として解釈可能であることを前年までの若手研究(B)(課題番号:19700219)について見出していたが、これを一般のマルコフ確率場における学習則として一般化した形でDetailed Balance Learningとして定式化し、実際にボルツマンマシンの学習においてシミュレーションを行いその収束性について検討し、学会発表を行った。一方、推論アルゴリズムに関しては、ベイズ推定においては事後分布を独立な分布として近似する方法(因子化仮定)が広く用いられているが、変数間の相関を表現できないなどの表現能力に制約があった。そこで、この事後分布を独立な分布の混合分布として定式化することを試みた。この結果について、学会発表を行った。また、医用X線CTにおいて、限られた投影数から断層像を再構成するという不良設定性が問題を解決するために、真の断層像が画素ごとに既知の組織(筋肉、脂肪、骨など)からなることを想定し、これらをマルコフ確率場で表現するモデル化を提案し、その近似推論を行い、性能を確認した。この研究から、計算の困難な高次元のマルコフ確率場を導入しても、近似推論を行うことで有用な推論が得られることが確認された。マルコフ確率場は、時間・空間的な相関関係をもつ様々な現象を単純にモデル化することができるため、認識やセグメンテーションを含む画像処理や自然言語処理など幅広い分野で用いられてきている。しかしながら、離散確率変数を持つマルコフ確率場がループを持つ場合、周辺化計算が困難になるという計算上の問題を抱えており、これが推論・学習を難しくしている。従来、平均場近似を基礎とした近似計算法が用いられてきたが、これは因子化仮定とよばれる独立性に関する制約をおく必要があったり、木構造に対して成り立つ近似計算をそのままループ構造をもつグラフに対して導入されたりしていた。これらの方法では、近似の精度に問題があったり、収束性が保証されない問題が生じる。前年度の研究において、ループを含むモデルでありながら、周辺化計算を行うことのできるモデルを提案することができた。計算機実験の結果、前年度のモデルのままではさらなる近似計算が必要であり、その近似計算を加えることで近似精度が悪化することがわかったため、本年度は、近似計算をしなくて済むよう少数の木構造の混合和による近似計算を提案し、国内会議で発表を行った。この近似計算モデルは、平均場近似モデルのMixture表現と解釈することが可能である。この手法の有用性は、さらに次年度の研究によって検証される計画である。一方、前年度、マルコフ確率場を医用X線CTに導入し、平均場近似を用いた推論でその有用性を確かめることができた。X線CTでは対象物が投影像を得ている間、動かないことを仮定して再構成を行うが、動いてしまうような場合には再構成像にモーションアーティファクトが生じる。このような問題は、心臓の拍動、呼吸、体動などによって生じる。これらの問題に対応できるように観測モデルを状態空間モデルで表現した新たなX線CTを提案し、その近似推論アルゴリズムを導出した。推論アルゴリズムとして、まず因子化仮定に基づく推論を行ったが、次年度では因子化仮定の独立性仮定を条件付き独立性にゆるめた近似推論アルゴリズムを開発し、有効性を検証する予定である。ベイズ推定の推論アルゴリズムに関しては、計算量削減の観点から事後分布を独立な分布として近似する方法(因子化仮定)が広く用いられているが、変数間の相関を表現できないといった表現能力の制約があった。そこで階層ベイズ推定の枠組みの中で、変数の階層間に相関を入れつつその最適化に変分法を用いることでその表現能力の向上を図った。ただし最適化する分布を複雑化すると最適化が難しくなるため、ここでは主に画像を対象として空間的、あるいは時間的なマルコフ性、すなわち変数間の相関が少数の隣接変数にしか存在しないことを利用してGroup-coordinate descentによる最適化を行った。これによって良好な近似推論が可能となることを顕微鏡画像の深さ推定の問題や、X線CTの問題で実証した。このようなマルコフ性の活用による探索が強化学習にも応用できることに着目し、強化学習の新しい推論アルゴリズムと理論解析の研究を行った。強化学習においては状態空間が大きい場合、状態空間上の関数である価値関数や方策の学習が困難になる。

そこで状態遷移のマルコフ性を利用した、隣接時刻の状態間で成り立つベルマン方程式が成り立つような学習がなされるが、これをセミパラメトリック統計学の観点から一般化したアルゴリズムを提案し、その漸近的な挙動を明らかにした。また、方策自体を状態空間上の関数として表さずに、初期状態を固定して時刻上の関数として表現することで大幅に関数の複雑さを減らし、大規模な状態空間をもつ問題に適用可能なアルゴリズムを提案した。当初、ほぼ想定した計画にあるように平均場近似の制約を隠れ変数を導入することで緩和し、より一般化した構造によるマルコフ確率場の推論アルゴリズムを開発することができた。確率モデルの学習に関しては、Contrastive Divergenceを一般化したDetailed Balance Learningが有用であることが計算機実験で示されており、確率勾配法を用いることで大規模データの学習が可能になるものと予想される。他方、実問題として医用X線CTにおける事前知識にマルコフ確率場を用いたモデルを提案し、平均場近似による推論が有効に働くことがわかった。ただし、画像のように隣接画素間の相関を表すマルコフ確率場は、ループを無数に有したグラフ構造となるため、上記の隠れ変数の導入こよる推論アルゴリズムを取った場合、計算量が膨大になるため近似計算に工夫を行う必要性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。マルコフ確率場の推論法として新たに開発した木構造の混合モデルによる推論アルゴリズムを計算機実験によって実証し、洋雑誌論文での発表を目指す。特に自然画像のモデルのように、格子型に相関関係を有したグラツ構造をもつモデルは、表現すべき相関関係が非常に多くなるが、このような問題に対してスター型の木構造の混合モデルによる近似を適用する。また、実問題として医用X線CTへの適用可能性をより実際に近い問題に対して適用して検証を行う。
シニアスポーツが高齢者の運動機能と筋サイズに及ぼす効果

申請者らはどのような運動・スポーツの量・強度・頻度が日本における介護・寝たきり予防に効果的であるのかを明示することを最終目標としている。そこで本研究では、運動形態・強度・習慣が異なる中高齢者を対象に、日常身体活動、運動機能、骨格筋の形態的・機能的評価、傷害調査を行い、(1)日常身体活動の量や強度とロコモティブシンドローム(運動器症候群,以下ロコモ)や運動機能との関連性、(2)定期的な歩行習慣やスポーツ習慣の有無が骨格筋に与える影響、(3)シニアスポーツの傷害リスクを明らかにすることを目的とした。昨年度の横断研究では、スポーツ実施者と非実施者では下肢骨格筋の筋力や筋厚、筋肉量に差が見られてた。本年度は、1年目と同様のシニアサッカー愛好家と歩行習慣がある者をスポーツ群として対象として、およそ1年後のタイミングで、同じ測定を実施し、日常身体活動の量や強度の変化と筋厚・体力テストの結果の変化の関連性について検討した。つまり、1年間で日常身体活動の量と強度の変動や加齢が筋厚・運動機能テストの結果に与える影響について調査・検討を実施した。スポーツ群において、日常身体活動の量や強度は大きく変化しないものの、筋厚や筋力で若干の低下傾向にあった。特に、膝伸展の等尺性最大筋力は9.4%低下し、大腿部前面後面ともに内側の筋厚が他の部位に比べて低下傾向が大きく前面で5.8%、後面で3.1%であった。また体組成に関しても骨格筋量は2.3%の低下が見られた。加齢による骨格筋の形態や機能の低下において、スポーツを実施していることは行なっていないよりも筋サイズや筋力が優れているのもの、加齢による筋量・筋力・筋サイズの低下は抑制できない可能性が示唆された。データ収集が遅延したため、論文執筆中であり、論文投稿ができていない。データ解析をさらに進めるとともに、3年目の縦断調査も行い、論文を執筆する。超高齢社会に突入した日本では、介護・寝たきりなどのサポートが必要とされる人口が増加している一方、活動的なシニア世代の人口も増えており、特にシニアスポーツの発展は医療費増大などの高齢者人口の増大に伴う諸問題への解決策として期待される。1年目(H29年度)は横断研究として、異なる運動習慣を有する中高齢者を対象とし、日常身体活動(量および強度)、体力、骨格筋のサイズを評価し、これら3つの関連性について検討し、また傷害調査も実施した。5080歳までの1サッカーを定期的に行っている中高齢者、2地域在住の歩行習慣のみの中高齢者、3地域在住の運動習慣のない中高齢者を対象とし、3軸加速度計による1週間の連続した日常身体活動(歩数および活動時間)、GPSデバイスによる運動・スポーツ中の移動スピード、加・減速および心拍数の測定を実施した。さらに、ロコモ評価(日本整形外科学会提唱のロコモテスト3種)、骨格筋サイズ評価(腹部、大腿部、下腿部など計8カ所の筋厚)、筋力評価(膝伸展・屈曲筋力)、運動機能(文部科学省新体力テスト、30秒チェアースタンド)を実施した。当初のH29年度計画が現在進行中であるため。具体的には、共同研究者の整形外科医によるメディカルチェックが一部進行中である。これまでに作成したアンケート票をもとに、疼痛の有無および病歴、過去の怪我等の調査は終了した。現在は、関節可動域検査を実施している。

また体組成に関しても骨格筋量は2.3%の低下が見られた。加齢による骨格筋の形態や機能の低下において、スポーツを実施していることは行なっていないよりも筋サイズや筋力が優れているのもの、加齢による筋量・筋力・筋サイズの低下は抑制できない可能性が示唆された。データ収集が遅延したため、論文執筆中であり、論文投稿ができていない。対象者の障害調査を実施したのち、縦断調査も行う。1年目と同様の対象に、およそ1年後に同じ測定を実施する。日常身体活動の量や強度の変化と筋厚・体力テストの結果の変化の関係について検討する。つまり、1年間で日常身体活動の量と強度の変動や加齢が筋厚・運動機能テストの結果に与える影響について調査・検討する。これまでに得られた結果に、本プロジェクトで得られた測定結果を加えて、共同研究者らと次の項目を検討・考察し、本年度中には学会発表エントリーおよび論文執筆を行う。平成31年度以降は、シニアサイクリストやシニアスイマーなど運動の形態・様式が異なるスポーツを行なっている方たちを対象者に加えて、『どのような運動・スポーツの量・強度・頻度が日本における介護・寝たきり予防に効果的であるのか』という最終目標にチャレンジしていく。データ解析をさらに進めるとともに、3年目の縦断調査も行い、論文を執筆する。当初購入予定だった研究機材が、実際の交付額では購入できなかったため、次年度使用額が発生した。よって次年度で、当初予定していた研究機材の購入を計画している。当初の研究計画よりも測定期間が遅延したことにより、論文執筆、投稿に至らなかった。また目的をより精緻に達成するため、追加測定を行うこととなった。
FOP(進行性骨化性繊維異形成症)患児の包括的生活支援

FOPは、全身の筋組織で成長と共に骨化が進行(異所性骨化)する200万人に1人と推定される希少難病である。FOP患者の小児期の日常生活について、質的記述的方法で分析した。多くのFOP患者の小児期では、活発に動けるうちに動くことを心掛け、思春期には自立を目指して生活していた。また、家族は子どもの自立心を応援し、サポートする努力を惜しまないことがわかった。また、論理的創薬の手法を用いて、FOPの責任遺伝子であるACVR1に栄養素を特定し、食品中の有無を検証したところ、Masoprocol、Enoximoneなどが抽出され、チョコレートなどに多く含まれていることがわかった。本研究では、論理的創薬の手法を用いてFOPの責任遺伝子ACVR1に影響する栄養素の検証と、FOP患児の生活実態調査を行うことを目的とし、蛋白質の立体構造に基づく薬剤探索(SBDD)とFOP患者10人にインタビュー調査を行った。SBDDでは、ACVR1/ALK2-FKBP 1 A複合体に、R206Hの変異を導入し、その部位と約5000個の医薬品化合物との結合力を計算した。結合力が強く、治療効果がある可能性が高いことを示した化合物で、それらの中でも特に結合力の高いものが10個ほど見つかった。また、Dr.Kaplanらに論理的創薬の手法を説明し、共同研究を依頼した。化合物の探索は、今後も引き続き行い、統計的に有意差のあるものを検証していく予定である。FOP患者の実態調査については、10人のFOP患者のインタビューが終了した。年齢・性別は、1751歳まで、10代3名、20代3名、30代2名、40代1名、50代1名で、女性9名、男性1名であった。身体の変形はあるが、歩行可能6名、身体が硬化し自力での移動が不可能4名であった。症状としてはまず頭部や背中にガングリオン様の腫瘤が出現し、フレアアップを起こして炎症が治まったときには骨化しているという経過を示していた。大抵の患者は頸椎や顎関節の骨化によって運動制限があり、体幹及び四肢の場合は個人差が大きかった。腫瘤とフレアアップの出現によって、激しい疼痛と腫脹に苦しみ、症状が落ち着いた時には骨化して運動障害として残るという現状であった。子どもの頃の生活を中心に、質的記述的方法で分析を進めているところである。多くのFOP患者は、子どもの頃には活発で、動けるうちに動くことを心掛け、思春期には自立を目指して生活していた。はっきりと診断されなくても、子どもなりに怪我をすると身体の動きが悪くなること、症状が進行することに気づいていた。今後も引き続き分析を進め、包括的な生活支援の工夫に繋げる予定である。連携研究者:桑田一夫(教授;岐阜大学)本研究では、論理的創薬の手法を用いてFOPの責任遺伝子ACVR1に影響する栄養素の検証と、FOP患児の生活実態調査を行うことを目的とし、薬剤探索(SBDD)の結果抽出された化合物の検証を始め、インタビュー調査を行ったFOP患者10人の逐語録を分析している。化合物の探索を引き続き行いながら、昨年度に抽出された化合物10種類について、連携研究者をはじめとしてFOPの遺伝子研究をしている研究者に依頼して検証しているところである。FOP患者の実態調査については、逐語録におこしたインタビューデータを質的記述的に分析し、まず小児期の日常生活の実態を明らかにした。3期に分けてカテゴリーの抽出を行ったところ、乳幼児期では、【活動的な戸外での遊び】【身体損傷による症状の進行】【特異な骨化症状の出現】【家族による医療への不信感の萌出】【姑息的に受けた治療】【外傷予防のための擁護】【事故に遭いやすい傾向】の7カテゴリー、学童期では、【活動的な暮らし】【骨化によるADL低下を自覚】【他者への不信感を意識】【希少難病であることを受容】【QOL向上の工夫】【生活様式を変更】の6カテゴリー、思春期では、【骨化によるADL制限の悪化】【異所性骨化の進行に伴う症状の悪化】【外傷予防の心掛け】【病名の告知】【身体に生じる現象の遷延】【思案することを回避】【他者との不都合な関わり】【ADL改善への工夫】【自立への決意】の9カテゴリーが抽出された。進行する生活の不自由さと感染予防に向けたケアの工夫について考えることが重要であることが見出された。

今後も引き続き分析を進める予定である。連携研究者:桑田一夫(教授;岐阜大学)本研究では、SBDDの結果、ACVR1に影響すると考えられる物質として、Masoprocol、Enoximone、2-(1Hーインドリルスルファニル)-ベンジルアミン誘導体などが抽出できた。それらの物質を引き続き検証している(連携研究者:桑田一夫)。研究協力者であるFOPのある患者の年齢は、17歳51歳で、性別は女性9人、男性1人である。身体の変形はあるが歩行可能は6名、自力での移動が困難は4名である。多くの患児には生後、外反母趾様の変形と定頚がみられる。成長・発達は順調に進むが、異所性骨化の前駆症状である移動する柔らかい腫瘤の出現で違和感を持つ。柔らかい腫瘤の強い炎症症状がおさまった頃にはその部分が骨化するという経過が見られている。その患者を子どもに持つ親の異所性骨化に伴う体験について、家族は、〔思いもよらない成長過程に違和感〕を持つ【特異な身体の発育を自覚】していた。【思うようにならない診療】に混乱、〔手術や生検が禁忌であること知らずに容認〕するなど【病気の無知による不適切なケア】をしていた。〔親として何もできない憤り〕や〔社会資源を利用することに躊躇〕するなど【希少難病を受容できない焦り】を経験していることもあった。〔治療法が見いだせないことに落胆〕し、利用したくても〔社会資源が周知されていない現状に失望〕するなど【医療・福祉が有用でないことに落胆】した。しかし、その中でも〔QOLを維持できるよう工夫〕したり〔ADLを補助する器具を作製〕して【異所性骨化による不自由さを補う工夫】をし、〔外傷を受けやすい状況を理解〕し、〔運動障害による事故を予防〕するなどの【侵襲のある事象を防ぐことを実践】した。そして将来的には子どもが自活できるよう〔子どもの自立心を応援〕し、〔患者会活動に積極的に尽力〕するなど【子どもの自立を支えるために奔走】していることが明らかとなった。FOPの第一人者Dr.Kaplanの研究室では、モデル動物で十分に検証できないため、連携研究者が他のFOP研究者と化合物の検証を日本で行うことができている。逐語録におこされたインタビューデータを少しずつ分析し、一部のデータで学会発表や論文発表が行えた。24年度が最終年度であるため、記入しない。Dr.Kaplanとも連絡をとりながら、日本で化合物の探索と検証を引き続き行う。インタビューデータの質的分析をさらに進めていき、最終的には包括的生活支援としての課題が出し、次のステップに進む基盤とする。
次世代エンドキャップカロリメーター用・フッ化セリウムの開発研究

Belle測定器の次世代エンドキャップカロリメーター材料として、フッカセリウムの開発研究を行った。研究は、まだ進行中で、まとまってはいないが、これまでに得られたいくつかの結果について報告する。まづ、原料として全量60Kgのフッカセリウム粉末材料を、別メーカーから半量づつ購入した。その一部を使った試験的な結晶化によって、原料に残留する酸素(主として結晶水として残留する)によると推定される効果で、結晶ににごりが生じた。にごりは、湿式法で作られたA社原料のほうが、乾式法のB社のものより顕著であった。今回新たに原料純化のための高温処理段階を設けた。そこでは、テフロンと六フッカイオウを少量添加し、真空ではなく、アルゴン雰囲気で昇温した。その結果両原料共、ほぼ同程度まで透明化出来た。この方式で、結晶化、焼鈍、研磨を順次行って、現在一部の研磨が終了している。得られた光量は、光電子増倍管読み出しで、100200光電子/MeVで、23cm長さの小サンプルで得られている400光電子/MeVに比べて、まだ少し悪い。予定の全長である30cmのものは、申請書にも記した様に、接着して作り、10本組で平成10年度内にビームによるテストを行う予定である。
重症呼吸器感染症原因ウイルスの複製機構および病原性解析

高病原性鳥インフルエンザH5N1ウイルス(H5N1-Flu)の感染・増殖と細胞傷害性との関係については今なお不明な点が多い。本研究では、ブタ呼吸器上皮由来の初代細胞による感染実験系を確立し、H5N1-Fluの感染試験を行った。その結果、H5N1-Fluによる細胞傷害性は(カスパーゼ依存的な)アポトーシス誘導が主たるカスケードであることを見出した。さらに、ヒト呼吸器由来の初代細胞でも上記と同様な結果が確認され、同システムがヒトにおけるH5N1ウイルス(呼吸器)感染の病原性を反映する可能性が示唆された。本研究では重篤な呼吸器感染症を引き起こすSARSコロナウイルス・高病原性鳥インフルエンザ(H5N1)ウイルスに対して、ウイルス側および宿主側因子を各々操作することにより、複雑なウイルス病原性(Pathogenesis)のメカニズムを明らかにすることが目的である。SARSコロナウイルス持続感染細胞のウイルスゲノムを解析した結果、構造タンパク質であるスパイク(S)タンパク質に4か所、及びメンブレン(M)タンパク質に1か所アミノ酸変異が認められた。この持続感染細胞より産生される子孫ウイルスは粒子中のSタンパク質の取り込み量が少ないことが電子顕微鏡観察より分かっていることから、S、Mおよびエンベロープ(E)、ヌクレオキャプシド(N)タンパク質の発現プラスミドを細胞に導入することによりウイルス様粒子(VLP)システムを開発し、S、M遺伝子中の各変異が粒子形態に与える影響を解析した。その結果、S遺伝子のレセプター結合部位中のY442CおよびL472FがSタンパク質の取り込み率低下に関与することが明らかとなった。また、アミノ酸変異に加えて、機能不明なORF7-8領域に遺伝子欠損が認められた。欠損部位の遺伝子配列の解析から、この欠損はNon-homologousリコンビネーションであることが示唆された。現在このリコンビネーションの分子メカニズムを解析している。加えて、インフルエンザウイルスの子孫ウイルス粒子産生量と細胞傷害性の関連についても検討している。本研究では重篤な呼吸器感染症を引き起こす高病原性鳥インフルエンザ(H5N1)ウイルスに対して、ウイルス側および宿主側因子を各々操作することにより、複雑なウイルス病原性(Pathogenesis)のメカニズムを明らかにすることが目的である。これまでにヒトにおけるウイルス(呼吸器)感染のin vitroモデルとして、大量の細胞調製が可能なブタ気管上皮由来の初代細胞による有用性の高い感染実験系を確立し、そのシステムを用いて以下の知見を得た。1)高病原性株H5N1ウイルスは細胞に強い傷害性を誘導するが、(1978、1980年に香港の家禽で集団発生が見られた)H5N2, H5N3ウイルスでは感染細胞内でH5N1ウイルスと同程度の増殖をするものの、細胞に与える傷害性は低かった。2)H5N1による細胞傷害性はカスパーゼ(3,8,9)依存的なアポトーシス誘導が主たるカスケードであることを見出した。3)そのウイルス側要因として外被糖タンパク質のヘマグルチニン(HA)が重要な働きをしていることを明らかにした。4)ヒト呼吸器由来の初代細胞でも上記と同様な結果が確認され、我々の実験システムがヒトにおける病原性を反映する可能性が示唆された。
肺高血圧症患者の不整脈発生におけるミトコンドリアへのカルシウム流入の役割

肺高血圧症は予後不良の難治性疾患として知られ、肺高血圧症の右室心筋は異常な心筋収縮を呈し、頻脈性不整脈や突然死をきたしうる。一方、カルシウム・ユニポーターを介したミトコンドリアへのカルシウム流入の抑制は、不整脈の発生を抑制することが報告されている。本研究では、肺高血圧動物モデルにおけるミトコンドリアへのカルシウム流入が、右室肥大を呈した傷害心筋における不整脈の発生に関与するのか検討した。モノクロタリン投与により作成した肺高血圧症ラットはモノクロタリン投与後4週で25%が死亡した。肺高血圧により肥大した右室心筋から、多細胞心室筋であるトラベクラを摘出し、発生張力・細胞内カルシウム変化および不整脈の発生について測定した。肺高血圧症ラットでは細胞内カルシウム濃度が上昇しカルシウムの伝播も速く大きくなっていた。Ru360を用いてミトコンドリアへのカルシウム流入を抑制すると、肥大が進行した右室の多細胞心室筋では、細胞内カルシウムの伝播速度が低下し、不整脈の発生が抑制されることを確認した(以上について、2018年11月米国心臓病学会、2019年3月日本循環器学会にて報告)。これら点は、肺高血圧症患者の不整脈の発生機序の解明につながる可能性があり、難治性疾患である肺高血圧症患者の予後を改善する可能性もある。さらに今後、ミトコンドリア内膜に存在するカルシウム・ユニポーターの抑制による不整脈治療という全く新しい発想からの治療法や創薬に繋がる可能性もある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。肺高血圧症は予後不良の難治性疾患として知られ、頻脈性不整脈を呈し右心不全が進行し予後が低下する。肺高血圧症の右室心筋は異常な心筋収縮を呈し、頻脈性不整脈や突然死をきたしうる。本研究の目的は、実臨床における肺高血圧症患者の右室形態の変化が不整脈の発生にどのように関与するのかを解明すること、同時に、肺高血圧動物モデルにおけるミトコンドリアへのカルシウム流入が、右室肥大を呈した傷害心筋における不整脈の発生に関与するのかを解明することである。当院は2000年から2015年までにおよそ70名の特発性肺高血圧症患者を診断・加療しており、12誘導心電図を施行した全症例およびホルター心電図を施行した10名の解析を行った。さらに、当院では50回にわたり心臓MRIを撮影し、肺高血圧患者の右室形態の変化を観察している。観察してきた心臓MRIシネ画像の結果を用いて、右心機能の経時的変化を評価した。結果について第2回日本肺高血圧・肺循環学会において発表を行った。同時に、モノクロタリン投与で作成した肺高血圧モデルラットを用いて右室形態の変化と心筋収縮能および不整脈の発生を調べている。さらにRu360を用いて右室形態変化とミトコンドリアへのカルシウム流入の役割について検討を続けている段階である。当院で加療してきた70名の特発性肺高血圧症患者のうち、12誘導心電図を施行した全症例およびホルター心電図を施行した10名の解析を行った。長期経過を観察できている心臓MRIを用いて、右心機能の経時的変化を評価した。さらにRu360を用いて右室形態変化とミトコンドリアへのカルシウム流入の役割について検討を続けている。引き続き、肺高血圧モデルラットの右室形態の変化と心筋収縮能および不整脈の発生を調べ、さらにRu360を用いて右室形態変化とミトコンドリアへのカルシウム流入の役割について検討を重ねていく。
不安定核の新しい殻模型・平均場計算と社会的応用

原子核の量子多体状態を殻模型、平均場模型から様々に研究した。原子核物理学に直接関わる成果としては、量子色力学から独自の新しい方法を用いて核子間有効相互作用を求め、そこから物理量を求める道筋を開いた。それにより逆転の島のようなエキゾチック原子核の第一原理的な記述を可能にした。第2種殻進化理論を展開し、変形共存現象の理解を進めた。二重ベータ崩壊の核行列要素を2主殻から成る模型空間の設定で、ニュートリノ質量の決定に向けてこれまでよりも高精度でカルシウム48の場合について計算を行った。光励起スペクトルを計算可能にして、核分裂生成物の核変換に資すべく基礎データを提供できるようにした。陽子と中性子からなる量子多体系としての原子核の構造解明は、非摂動性や3体力など、核力に特徴的で取扱いが難しい性質により、特に相互作用において現象論的な要素が強かった。それが近年、核力とその効果の理解が色々な面で進み、状況が変わりつつある。本研究計画では、これまでよりも核力に忠実な有効相互作用を用いた精密計算を目指す。通常の物質を構成し、寿命が無限か十分に長い原子核を安定核と呼び、そうでない短寿命の原子核を不安定核(エキゾチック核)という。後者では陽子数と中性子数のバランスが崩れ、特に中性子過剰不安定核では中性子数が陽子数の3倍にも達する。そのような原子核では、殻構造や魔法数の変化(殻進化とまとめて呼ぶ)が起こり、その起源は有効核力の中のモノポール成分によることが代表者らのグループによって明らかにされてきた。モノポール成分の主要な項は、陽子-中性子間の核力の場合は中心力とテンソル力であり、中性子-中性子間、陽子-陽子間の場合には、中心力の他に3体力起源の有効2体力が効いている。本年度の研究の成果の一つは、テンソル力は繰りこみの影響をほとんど受けないことを示したことである。これによって、従来の研究に一層の確実さが増すとともに、今後の平均場計算にも有用となる。3体力の効果についても引き続き検討を加え、藤田-宮沢力と有効場の理論からの3体力の間の違いについても調べた。研究の推進のために、大型殻模型計算に適した特殊な構成の並列計算機システムを導入した。それにより、中重核領域の原子核の大型殻模型計算を開始した。カルシウム54原子核の構造に関する研究を行い、その成果は論文としてNature誌に掲載された。本研究計画の代表者である大塚は2001年に魔法数34の存在を理論的に予言していた。それの実験的検証は10年以上に渡って世界の様々な研究機関によって試みられてきたが全て失敗し、予言そのものの信憑性が疑われる事さえ起こるようになった。最近、理化学研究所の新鋭重イオン加速器RIBFによってそれが実験的に検証された。この事は本研究計画の基盤をさらに強化するものである。又、その研究においても、実験データの理論解析などに貢献した。カルシウム同位体の電気的双極子励起の計算を、直接対角化殻模型計算によって行った。超並列計算機を活用しての超大型計算を可能にする新しいアルゴリズムとコードによって実現された。従来の平均場計算と同じ水準の結果がカルシウム同位体に大して出せており、平均場計算が難しい場合への適用などに威力を発揮するようになる。ニッケル、銅、コバルトなどの同位体で中性子過剰エキゾチック原子核についての研究が大幅に進んだ。特に、平均場模型で使われるポテンシャルエネルギー面にモンテカルロ殻模型の波動関数をプロットする研究が大きく進展した。変形の局所的エネルギー極小点の解明のみならず、閉殻からのゆらぎや3軸非対称変形へむけてのゆらぎなどを含めて様々な場合に適用して多くの知見を得た。二重ベータ崩壊の研究もカルシウム48原子核などで進展している。原子力工学に関係する研究では、半減期の計算に加えて、放射性廃棄物の消滅処理に向けての核変換へ向けての研究を開始した。本研究計画の目的に沿って、殻模型のハミルトニアン行列の直接対角化による大規模殻模型計算のコードの開発を進めた。また、それと並行して様々な大規模数値計算を実行した。シリコン、及び、硫黄の中性子過剰なエキゾチック原子核における変形の特異な出現を論文にまとめてPhysical Review C rapid communications誌に出版した。そこでは、テンソル力の表れ方を様々な角度から検討し、特に中性子数が陽子数の2倍となるシリコン42原子核では、テンソル力のために殻構造が変化して、オブレート変形(鏡餅型変形)した基底状態が出現し、二重閉殻でありながら球形にならない事が示された。これに関しては、最近、我が国の理研RIBF加速器によって2+, 4+励起状態のエネルギーレベルが測定され、予言とよく一致したので信憑性が増している。オブレート変形が現れやすくなる理由も発見し、陽子が2個多い硫黄の原子核では、そのまさに余分な2個の陽子のために、この傾向が大きく変わり、全体的にプロレート変形の傾向を持つようになる。これにもテンソル力の効果が大きい。さらに、コード開発の努力により、質量数100程度までの原子核の計算が、それ程には困難なく実行できるようになる見通しがついてきた。なお、平成24年度に開催した国際研究集会「核子に基づくエキゾチック原子核構造」の講演発表報告集の作成と送付を平成25年度に行った。この集会は、この研究計画が関わる分野の現状をまとめ、将来を展望する重要な会議であり、多くの外国人研究者も参加した。