hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
表層型ガスハイドレート腑存域に見られる低速度異常とガス量のその場測定

深海底から回収されたコアを測定しても、回収中の圧力減少でガスが逸脱し物性は変化するため、物性を正確に知る事は出来ない。海底下数メートルまでのフリーガスの存在を実証的に確かめるため、特別の観測装置mTPTを開発した。装置は1トンの錘とその下にぶら下がる同じ長さの3本のパイプからなる。1本には発信器、他の2本には受信器を取り付ける。堆積物中に3本足を貫入させ、相対するパイプ間の初動時間から堆積物の速度を求める。水深1000mの海底での試験で、表層から数メートルの間に初動時間が変化し、海水中の音速よりも遅い速度を確認し、気泡の存在を実証できた。本装置によりガス量のその場評価が可能となった。海底表層にガスハイドレートが露出する海域の海底堆積物は海底下にもハイドレートが伏在すると考えられ、ガスハイドレートが分布しない場所の堆積物よりも音の伝播速度が大きくなると予測され、従来、この性質を利用して、伏在するガスハイドレートを探査しようと考えられた。しかし、研究者チームが実施した海底表層の音響的観測によると実際の堆積物の速度は異常に低い(約1km/s)ことが分かった。この異常は堆積物中に、速度の大きなガスハイドレートと、速度の著しく小さなガスが共存している事を示唆する。ガスハイドレートが生成する堆積物中にメタンガスが存在する事は、大変奇妙なことであり、この現象を実測データで証明し、低速度異常こそ表層ハイドレート発見の手がかりである明らかにすることが本研究の課題である。従来、多くの場合、深海底堆積物の物性はピストンコアラなどで回収されたコアを船上あるいは陸のラボで測定したそのため、圧力減少や乾燥のためガスや水が抜けてしまい、深海底条件での真の物性測定はできていなかった。この問題を解決するには深海底の“その場測定"が不可欠である。初年度には、TDR(タイムドメインリフラクトメトリー法)を無人探査機(潜水艇)に搭載し、深海環境での含水率と気相率の測定を実施した。TDRは陸上の土壌の物性評価では一般的な観測機器であるが、深海底の条件に対処すべく様々な工夫をした。最も大きな問題は、海水中での測定の困難さである。電気伝導度のよい海水に囲まれているため、土壌、堆積物の特性が感度よく観測できるか否か、が課題であった。結果的には、センサーをゴムでカバーすることにより、海水の妨害をほとんど軽減することができた。海底観測後、測定点周辺の堆積物を回収しコアの密度測定を行った。24年度は無人探査機をもちいてTDR (time domain refractometry)による海底表層の堆積物の“その場"物性測定を行った。25年度には、本プロジェクトの主課題である、海底下数メートル以上の堆積物の物性、とくに、異常な低速度を確認するための装置の開発試作、および海洋環境での試験運転を行った。ピストンコアラと似た構成をしており、約900kgの錘の下に、長さ7メートルのパイプを装着、パイプ内に音源とレシーバーを組み込んだ。これを多目的3本足観測装置(multipurpose Tri-Pod Tool: mTPT)と呼ぶことにする。海底に長尺のパイプを3本突き刺して、パイプの間で音響試験をして、パイプ間の堆積物の速度を実測するものである。24年度に室内実験をし、25年度に試作機の作成と試験、その後、研究船を傭船し、ガスハイドレート分布域でテストを実施した。実測された伝播速度は、約1.5km/sとほぼ通常の堆積物と同じ値か、10%程度小さくなったり、大きくなったりした。正常に測定ができていることは確認されたが、観測データの顕著な変動が認められた。測定のたびに変動する理由として、(1)ガスハイドレートとメタンガスが堆積物中に不規則・不連続に分布しているため、パイプを突き刺す場所により変動した、(2)パイプを突き刺す際、3本のパイプが異なる方向に曲がり、パイプ間の距離が変わって見かけの伝播速度が変わった、という2つの可能性が指摘される。26年度にはこの問題を解決するため、パイプを短くして曲がり効果が現れないようにした改良型を作製する計画である。海洋のガスハイドレートに2つの異なる産状を確認した。海底面から数百メートルの深度の砂層に微粒子として発達するタイプと海底から数十メートル程度までの比較的浅い泥層中に塊状に発達するタイプである。後者は日本海に広く分布しており、これを表層型と呼ぶ。表層型のガスハイドレートを含有すると堆積物全体の平均伝播速度は大きくなる筈である。

海底下、何メートルまでガスハイドレートが存在するかはその場の地温勾配と水深に依存し、これらを観測することでガスハイドレート分布の基底深度を推定できる。一方、海底下の実際のガスハイドレート分布深度は、音響的時間深度と堆積物の音の伝播速度から分かる。これらの観測データを統合して考察することにより、堆積物の音響速度が計算できる。上で述べたように、表層型ガスハイドレートが存在すると音速は大きくなる筈であるが、実際の観測データは、著しく小さな音速を示した。この発見は注目すべきパラドックスでありその原因は表層型ハイドレートの生成要件と密接に関係すると推定される。このパラドックスを実証的に確認するため、海底堆積物中にセンサーを挿入に、直接音速を測定することを計画した。初年度は機器の設計と予備試験、2年目に実際の海底で測定を行なったが、装置が不安定のため、正確な音速異常を確認出来なかった。26年度には装置を改良し、表層型ガスハイドレート分布海域において、同様の観測試験を行った。その結果、表層堆積物の速度は通常の海底堆積物の速度より明らかに遅く、海水(約1.5km/秒)よりも小さな値を示した。この試験により、ガスハイドレートを含有する表層堆積物の音速が予想に反して海水よりも小さい、という事実が検証された。海水よりも小さいということは、表層堆積物中に気泡(気体)が含まれていることを強く示唆し、フリーガスの存在が表層型ガスハイドレートの生成に必要であると推定される。26年度が最終年度であるため、記入しない。堆積学海洋地質学26年度が最終年度であるため、記入しない。TDR装置は陸上の土壌の力学測定では一般的な観測装置であるが、これを水深1000メートル(100気圧)の環境で使用した経験、研究者チームが数年前に試験的に行ったのみである。今回、圧力と海水の影響を避けるため、同軸ケーブルの使用、センサーをゴムでシールするなど、いくつかの改良を行い、妥当な観測データをうることができた。この成功により、本装置を小型化してコアラ内に装着し、海底から数メートルの深度の物性測定を目指す装置作成の見通しがたった。音響速度測定については、技術的な課題を抽出して、詳細な設計をすすめており、25年度には装置の試作ができる見通しである。観測装置として当初海底に音源を設置しそこから発する音を海底下のレシーバーで受信することを計画したが、これは計画段階で断念した。海底音源からの音が堆積物ではなくパイプを伝わってレシーバーに達するためである。この問題をさけるには非常に強い音源を準備して遠距離から発信する必要がある。そこで、並行するパイプを利用してその間の音速を測定する方法に切り替えた。こうすることで装置もコンパクトになった。実験する上での問題は、船のチャーターである。初年度に傭船を計画していたが、経費で厳しいことと予定していた船の準備が出来ないことが分かり,実験を断念し2年目に海洋での実験を行なった。その結果は上に書いた通りであり、問題点と解決の方向性が明らかとなり、計画期間内での目標の達成の見込みがついた低速度異常の実測のための観測装置の試作機を作成するため、予備実験を行い、年度内には、最初の試作機を深海底に投入し、観測データの検証をおこなう計画である。音響観測とTDR観測を一つの観測装置に統合するために、装置の小型化が必須であるが、25年度中に設計を終わりたい。25年度において明らかとなったパイプ曲がり問題を解決するため、
新しいペプチドないしタンパク性神経作動因子の研究

本研究の目的の一つは,哺乳動物の発生初期における中枢ならび末梢神経系の形成に関与する蛋白性因子(神経栄養因子を含む神経作動因子)を哺乳動物の組織を素材として検索することである。当初,新生ラットと成熟ラットの脳と消化管の希酢酸抽出物の差に着目し,その画分のうちラットのクロム親和性細胞腫の株細胞である。PC12h(Pheochromocytoma 12h)の突起伸長を指標に新生ラット側に多く存在する活性画分の精製を行った。しかし,新生ラットの抽出で得られる粗精製物の量が期待したほど多くなかったことから,成熟ラット腸管の分画に焦点を絞り,突起伸長活性を見ながら鋭意画分の捕集を行い,高速ゲル濾過・イオン交換クロマトグラフ・逆相高速液体クロマトグラフを行うことより活性分画を数十μgのオ-ダ-で得ることができた。このものは,ゲル電気泳動の結果分子量が約9,000と思われ,このペプチドについてアミノ酸分析を行い,さらにN末端分析やトリプシン,サ-モライシンならびにV8による酸素消化,BrCN開裂などをも試みた。現在酸素消化物ならびにBrCN開裂ペプチドの分取を行い適当量が集まったら,可能なものからアミノ酸配列の分析を行う。またその結果をもとに,DNAのプロ-ブを作成しこのペプチドの生合成をコ-ドする遺伝子の検索を行う。さらに,我々が発見したニュ-ロキニン群神経ペプチドのうち,遺伝子の構造からニュ-ロキニンBの前駆体と考えられる42残基のアミノ酸からなるproneurokinin Bの存在を実証するために,このペプチドを化学合成し,その抗体を作成して免疫組織化学的に臓器抽出画分中におけるこのペプチドの存在ならびに生体内分布の検討を行った。また,ヒト上皮細胞成長因子(hーEGF)のアナロ-グを化学合成し,構造活性相関を検討するとともに,EGFーファミリーの検索に応用するための検討を行った。本研究の目的とするところは、哺乳動物の発生初期における中枢ならびに末梢神経系の形成に関与する蛋白性因子(神経作動因子又は神経栄養因子)を検索することである。最近の生物分析化学的技術の長足の進歩により、生理活性を有する比較的低分子量の蛋白質の単離精製ならびに構造決定の技術が高度化・迅速され、多くの研究者がこの分野に殺到し、新しい因子の発見が急がれる。本研究では生後間もない新生ラットの脳・心臓および腸管を摘出し、その抽出物のゲル濾過ー高速液体クロマトグラフ画分を、ラット副腎髄質クロム親和細胞の株細胞の一種であるPC12h(Pheochromcytoma 12h)の神経突起伸長活性を指標に生物検定を行い、活性分画の精製を進めており、すでに複数の活性画分が得られている。そのうち分子量が電気泳動的に約10.000のものが最も突起伸長活性が高く、この部分をさらに高速液体クロマトグラフで精製をくり返えして、気相アミノ酸配列シーケンサーで、配列決定を試みたが常法のエドマン分解が進まず、一方酸加水分解分はアミノ酸を含むことを示しているので、今回精製された蛋白質のN-端には遊離のアミノ基が存在せず、アシル化を受けているか又はピログルタミン酸である可能性がある。この蛋白質をさらに集めて、再度確認のために、ダンシル化を行う一方、トリプシンなどのペプチダーゼによる限定分解を行い、その分解フラグメントをHPLCで精製し、各々について、アミノ酸配列の決定を行う作業にもとりかかっており、アミノ酸の組成や、電気泳動から予想される分子量などの知見を総合して見ると、既知の成長因子等に該当するものが認められないので、新規の神経蛋白が単離されているものと思われる。他の活性分画についても鋭意精製を行っている。

また,ヒト上皮細胞成長因子(hーEGF)のアナロ-グを化学合成し,構造活性相関を検討するとともに,EGFーファミリーの検索に応用するための検討を行った。本年度までにPC12h株細胞を用いた検索の為のバイオアッセイ系を種々条件を検討しながら確立することができ、これを用いて臓器抽出物の検定を行っている。現在、腸管ならびに心臓から新規蛋白と見られる突起伸長活性を示す複数の画分を認めており、そのうち腸管から得られた最も活性の高い分画は、NGF抗体による競合法での酵素免疫測定では交差活性を示さないこと、さらに神経突起伸長活性がNGFのそれとは明らかに異なることから、このものは既知のNGFとは異なる新規のNGF様活性因子であることは間違いない。またアミノ酸分析によってこのもののアミノ酸組成を検討した結果も既知の活性ペプチドないし蛋白に該当するものは見当らず、新規物質であることは化学的にも確実で、現在構造解析に必要な量の確保をめざして抽出を行っている。ただ新生ラットは体重が46gで、摘出される腸管は200300mgに過ぎないため、それ以後のゲル濾過に始まる精製操作を経て、構造研究に至るまで必要な量をためる仕事に予想以上の手間がかかり、ようやく平成元年9月になって精製した分画の酵素消化と得られたフラグメントのアミノ酸配列の研究に漕ぎつけた次第である。しかし依然として得られる物質の量が少なく、苦戦を強いられる状況にあるが、ともかくも新規物質の発見まで辿り着くことができたことを考えると、新生時期に様々な成長因子ないし作動因子などの液性因子が分泌されるにちがいないという我々の「作業仮説」が実証されたと考えられる。従って一日も早くこの蛋白の化学構造の全容を解明しなければならず、抽出方法などの改良をも検討したいと思う。
細胞内タンパク質結晶化を利用した外来タンパク質構造解析手法の開発

本研究では、細胞内で形成されるタンパク質結晶を用いた外来タンパク質、ペプチドの構造解析手法の開発を目指した。平成30年度は、多角体結晶を用い、多角体のループ構造を外来タンパク質に置換した結晶の合成と構造解析を試みた。具体的には、ポリへドリンモノマーのL1領域をカルモジュリン由来金属結合性ペプチドで置換した融合タンパク質を作成し、細胞内結晶化を試みた。昆虫細胞Sf21で融合タンパク質を発現すると結晶が観察された。MALDI TOF MS測定では、L1ループがカルモジュリン由来の金属結合ペプチドに置換された分子量をとっており、設計通りにペプチドの挿入に成功した。また、SEM測定では、野生型と異なる形態をしていることがわかった。SPring8のBL32XUで構造回析を行なった結果、融合結晶の回折像が得られ、ペプチドを導入しても結晶性をもっていることがわかった。構造回析の結果、導入したペプチド全長の電子密度は、ディスオーダーのため、観測されなかったものの、3残基のアミノ酸の電子密度が観察され、今後、ペプチド周辺の分子設計を行うことにより、構造観察が可能となる変異体を作成する。また、平成29年度に作成した、アミノ酸欠損変異体にSfGFPを内包した結晶の構造回析実験を行なったところ、回折像がえられ、SfGFPを結晶内部に内包しても結晶性を維持していることがわかった。以上の結果より、タンパク質やペプチドを内包した多角体は、結晶性を維持していることが示され、今後、これらの構造解析が可能になると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、細胞内結晶工学技術を用い、細胞内で形成されるタンパク質結晶を用いた外来ペプチド、タンパク質の構造解析手法の開発を目的とした。初年度は、細胞内で形成される多角体内部に、アミノ酸欠損により大きな空間を構築するための分子設計を行なった。多角体結晶内により大きな空間を創出するため、多角体の分子界面に位置する38残基のアミノ酸を欠損した変異体を作成した。昆虫細胞で欠損変異体を20度で発現、結晶化した結果、5日から1週間後に結晶が確認された。SPring-8 BL32XUで細胞のままの結晶構造解析の結果、欠損部位以外は野生型とほとんど構造が変わらないことが明らかとなり、また、集積構造では、ユニットセルの中心に4-5nmの新しい空間があることがわかった。この結晶内空間を利用した分子固定化が期待できる。作成した多角体タンパク質変異体と外来タンパク質であるSfGFPを細胞内で共発現し、SfGFPの結晶内への固定化を検討した。変異体を用いることで野生型より多くのSfGFPが内包されること、SfGFPの表面電荷が正電荷のほうが負電荷より多く結晶内に固定化されることを明らかにした。また、SfGFPやユビキチンを多角体タンパク質のN末端、C末端に融合した融合タンパク質を作成したところ、ユビキチンを融合した多角体タンパク質は、ユビキチン融合多角体と細胞内でユビキチンが切断された多角体タンパク質の共結晶であることがわかった。本年度は、タンパク質結晶エンジニアリングにより結晶内のアミノ酸側鎖を欠損した変異体の作成と構造解析に成功した。本研究では、アミノ酸の欠損により形成された内部空間へのタンパク質やペプチドの固定化による構造解析手法の開発であり、本年度作成した変異体は、野生型では固定化できなかったタンパク質の固定化を可能にした。さらに、変異体の結晶構造も明らかにしており、タンパク質やペプチドの固定化による外来タンパク質の構造解析の可能性を示した。したがって、おおむね順調に進展していると考える。これまでの結果より多角体の結晶化に関与しない領域を欠損しても多角体は細胞内で合成することがわかった。したがって、本年度欠損した38残基以外にも別のループ領域やアミノ酸領域を欠損することにより、様々な空間を形成する結晶を構築することができる。今後は、その空間へ外来タンパク質やペプチドを融合することによる構造解析を試みる。

具体的には、多角体結晶の欠損部位に金属結合ペプチドなどの外来ペプチドを導入し、細胞内結晶化ならびに構造解析を試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
現代イスラームにおける法源学の復権と政治・経済の新動向：過激派と対峙する主流派

本研究の概要は、今日のイスラーム世界において穏健派が過激派を制することができるか否かが大きな課題となっている現状と、穏健派が主流をなす国々でイスラーム法(シャリーア)の基礎である法源学が復権していることを踏まえて、イスラーム法源学を体系的に整理し、過激派の解釈の恣意性を明らかにし、法源学を軸とする主流派と過激派の対立を分析すると共に、特に重要な4分野として「政治と暴力」「イスラーム経済」「ハラール食品産業」「性倫理と服装規定」について調査と分析をおこなって、イスラーム法の固有の論理に関する新しい知見を集積し、さらに現代イスラーム社会の懸案となっている諸問題を解明する研究である。イスラームを治安・安全保障の対象とみなす見方が西側では強いが、イスラームの思想的文脈に分け入ってその政治・社会的動向を分析する動きは弱い。本研究は、「法源学」に注目し、穏健派と過激派(特にサラフィー主義)を対比し、両者が法をめぐる理論や解釈について大きく異なっていることを明らかにし、世界のさまざまな法学派について包括的な検討を行う画期的な研究である。イスラーム復興、急進的なイスラーム運動などに関連する国際的な事件や紛争が生じる中、前世紀後半以降の穏健派、急進派の双方の拡大という文脈を踏まえ、法源学の伝統、法学者の影響力といった法的側面が両者を分かつ重要なポイントになっていることを指摘し、国際的な文脈から明らかにしようというものであり、重要な学術的貢献が期待できる。
ホット‐アイス現象により超形状・剛性可変性を実現する作業移動ロボットの創成

酢酸ナトリウム三水和物水溶液を過冷却状態にした後に刺激を加えると、熱を放出しながら急激に結晶化が起こるというホット-アイス現象を用いて、形状・剛性が可変な作業移動ロボットの製作を行った。磁性スライムで構成されたロボットを移動させる手段として、研究開始時には主にネオジム磁石を手で動かす方法を用いていたが、より広範囲にロボットを移動させるために、複数の平歯車により全方向駆動歯車およびネオジム磁石を任意の方向に移動させる全方向搬送テーブルを製作した。また、磁石や刺激のための電極よりも小さな機器を環境側に配置するだけで形状・剛性が変化できる新しいゲル材料によるロボットについても検討した。本年度は,前年度に引き続き,作業移動ロボットのHot-Ice(ホット-アイス)現象を用いた形状・剛性の高精度制御のための理論構築,及び実験のための装置の構築・運用を行った.特に,本研究においては,MR Hot-Iceを「酢酸ナトリウム無水結晶」,「精製水」,「MR流体」,「キサンタンガム」という4種類の物質を混合して作成する方式を取っているが,本年度は,これら4種類の成分がそれぞれゲルの物質特性に与える影響の定量評価を進めることができた.さらに,MR Hot-Iceを利用した作業移動ロボットを制御するための,環境側における磁石等を用いた装置についても,その装置を共通に使用する全方向駆動歯車機構による全方向搬送装置の研究と合わせて開発を進めた.以上のように,汎用的なMR Hot-Iceの成分及び配合法と,環境側の装置の最適化について解析を進めることが出来たため,それらの結果を査読付きの国際学会にフルペーパーの英語論文として投稿し,採択された.剛性を可変にし、作業も可能な移動体として合成した磁性スライムに過冷却現象としてのHot-Ice(ホット-アイス)現象を起こさせることで、形状・剛性可変性を持つ作業移動機構を、研究期間全体を通じて研究開発し、そのようなHot-Ice現象により発現する作業移動機構の機能の定量評価を行った。最終年度は、オーストラリアで開催された国際学会IEEE AIM2013で研究成果を発表し、このときの来場者との議論で得られた様々なフィードバックを元に、磁性スライムの移動・変形動作実験のために広い磁場を2次元平面上に能動的に構成できる歯車機構を製作した。また、磁性スライムの液体・固体の相変化による剛性可変実験も行った。このように、最終年度においては、ロボット本体を構成する磁性スライムの特性実験と改良のみならず、そのようなロボットが作業・移動を行うための磁場を能動的に構築して制御するための周辺装置についても、開発を行った。さらに、磁性スライムのように広い磁場と、それを構成するための永久磁石や電磁石のマトリクス構造を必要としない、特殊なゲル素材を用いた、熱感応型の形状・剛性可変性を持つ作業移動機構についても、山形大学内の他の研究グループの協力を得て、並行して研究を行った。このゲル素材にフィルム状のヒータを取り付けた構造については、磁性スライムにHot-Ice現象を起こさせる場合よりも形状の可変性において優位性があることが定量的に確認できたために、双腕人型ロボットのマニピュレータ先端のロボットハンドとして応用し、様々な形状の物体を操作する、各種の作業実験を行った。剛性が可変であり、さらに作業も可能な移動体として、磁性スライムと過冷却現象としてのHot-Ice現象との応用により、超形状・剛性可変性を実現する作業移動機構を創成することを目的とし、平成23年度は、汎用的なMR Hot-Iceの成分及び配合法を確立した。さらに、吸引・噴射装置を指・掌の部分に搭載した指機構および掌機構を含めたロボットハンド機構としてのMR Hot-Ice構造の開発を進め、この機構構成により、把持対象物の向き・位置・形状を変化させる事が可能かどうかを確認する各種実験を行った。このロボットハンドを、対災害ロボットのマニピュレータ先端にエンドエフェクタとして取り付けることで、任意形状の物体をしっかりと把持し、様々な作業を可能とすることを目指し、当該研究グループが開発している他のタイプのロボットハンドとの作業性の比較実験も進めた。磁場の変化により、MR Hot-Ice移動変形体の移動・変形動作実験を行うための準備として、X-Y平面内に任意に磁石を動かすための磁石移動テーブル機構の設計も行った。表面にNiメッキの処理を施した表面磁束密度3,250ガウスのネオジウム磁石をX-Y平面内に自在に動かすための機構を、なるべく小型・軽量に製作するための設計を進めている。この機構による磁場の変化により、MR Hot-Ice変形体の移動が可能となる。全体に一定の方向への磁場変化を起こすことで、変形体の伸展動作のみならず、移動動作を行わせることを可能とする。変形体の2か所に、逆向きの磁場変化を行うと、2次元平面内での引き延ばしの動作も可能となる。このような磁石移動テーブル機構の製作を進めている。

剛性を可変にし,作業も可能な移動体として,磁性スライムと過冷却現象としてのHot-Ice(ホット-アイス)現象により,超形状・剛性可変性を実現する作業移動機構について解析を進めると共に,その機構を任意の方向に動かし,かつ剛性を制御するために不可欠となる,磁石を使用した外部環境側の機器について解析・製作を進めることができた.さらに,このような環境側の装置に依存せず,独立した装置として,剛性が可変で,作業も可能な移動体を,磁性スライム以外のゲルを用いて作成する方法についても,様々な試行錯誤の末に目途が立ちつつある.この装置を用いれば,大掛かりな外部環境側の機器による作用無しでも,様々な環境において作業・移動を行うことができる超形状・剛性可変性を実現する作業移動ロボットが実現可能となる.以上のように,研究開始時点には予測できなかったスピンオフ的で有望な研究成果も出始めていることから,本研究の目的の達成度は,おおむね順調に進展しているものと評価できる.平成23年度は、剛性が可変であり、さらに作業も可能な移動体を、磁性スライムとHot-Ice現象とを応用して実現するための中核技術である、汎用的なMR Hot-Iceの成分及び配合法を確立することができたため、研究はおおむね順調に進展していると自己評価できる。平成25年度は,磁性スライムによる作業移動ロボットの剛性可変実験を行う.さらに,磁性スライムによる作業移動ロボットにはどうしても必要となってしまう環境側の磁力装置を小型化し,作業移動ロボットの内部に搭載して持ち運べるようにすることを考えている.あるいはそのような環境側の装置を必要としない超柔軟形状・剛性可変移動体を,現在その特性を解析中のゲルを用いて開発していく.今後の研究は、移動用のクローラの代わりにMR Hot-Iceを応用した超柔軟形状・剛性可変移動体を用いることで、瓦礫の散乱した災害現場の復旧作業においても支障をきたすことなく移動できるロボットを構成し、原発事故の復旧・廃炉作業等に応用できる多機能作業移動ロボットを製作することにより、本研究の成果の応用範囲を広げ、より多くのデータや知見を効率良く蓄積して、研究を大きく推進していくことを考えている。現在,最終的な成果機として,超柔軟形状・剛性可変のロボットハンド機構の開発を行っており,このロボットハンドを,対災害ロボットのアーム先端に取り付けることで,任意形状の物体をしっかりと把持し,様々な作業を行うことが可能となる.また,移動用のクローラの代わりにこの超柔軟形状・剛性可変移動体を用いることで,瓦礫の散乱した災害現場の復旧作業にも支障をきたすことなく移動できるロボットが構成可能となり,原発事故の復旧作業等に応用できる多機能作業移動ロボットが製作できる.このようなロボットハンドやクローラを,環境側の磁力装置を必要とする磁性スライムだけでなく,単体で超柔軟形状・剛性可変の機能を発揮しうるゲルを用いて構成するための,試作を含む研究開発を可能とするために,「次年度に使用する予定の研究費」が必要であった.
電荷・軌道秩序相のミクロな摂動がもたらす巨視的光応答

1)スピンと電荷が強く結合した系における光誘起現象:マンガン酸化物に代表されるスピンと伝導電子が強く結合して系における光誘起現象について、理論的な解析を行った。ここでは有限クラスターにおける厳密対角化法と、非制限ハートリーフォック法を併用することで光誘起現象の全容を明らかにすることを目的とした。特に電荷とスピンのダイナミクスの相違について着目した。実時間シミュレーションを行い、各種の相関関数や励起スペクトルを解析することで以下のことが明らかになった。[1]系の時間発展は電子の運動で支配される短い時間スケールとスピン緩和で支配される長い時間スケールで特徴付けられる。[2]前者においては電荷とスピンのダイナミクスは強く相関している。後者の時間スケールでは強磁性相間が大きく発達する一方で、電荷は大きく変化しない。これら二つの特徴的な時間スケールと電荷・スピンダイナミクスの結果は、最近のマンガン酸化物におけるポンプ・プローブ実験の結果を説明するものである。2)軌道秩序系における不純物効果:軌道秩序系において軌道に自由度を有さない不純物を導入する、軌道希釈効果について解析を行った。特にスピンと軌道が強く結合する系の希釈効果について調べた。理論模型としてスピン・軌道模型を用い、これをモンテカルロ法とクラスター展開法を用いることでランダムに導入された軌道不純物に対する磁性の変化を調べた。この結果、不純物の無い場合に実現するA型反強磁性構造が、不純物の導入により強磁性構造へと変化することを見出した。これは軌道の希釈効果により、その不純物周囲の軌道擬スピンが修正を受け、その結果磁気相互作用が反強磁性なものから強磁性へと変化したことに起因する。これらの計算結果は、LaMnO_3に軌道自由度を持たないGaイオンを導入した系における、磁化測定や中性子散乱実験の結果に対して微視的な説明を与える。1.多自由度秩序相における光照射効果:ペロフスカイト型マンガン酸化物を対象に、電荷秩序反強磁性絶縁体相における光照射効果について理論的解析を行った。ここでは拡張された二重交換模型を元に、時間依存動的密度行列繰り込み群法を用いて、光照射後の電荷、スピン状態の変化ならびに光吸収スペクトルの時間依存性を数値的に解析を行った。これにより光照射後に電荷秩序ギャップ内にスペクトル強度が出現し時間と共に成長すること、これが局在スピンの反強磁性相関の現象と連動していることを明らかにした。これらの数値計算の結果を元に、現実のマンガン酸化物における光照射効果の実験結果について考察を行った。2.量子軌道模型における希釈効果:軌道秩序状態に軌道自由度を有さないイオンを導入するいわゆる軌道希釈効果が希釈磁性体と著しく異なる性質を示すことは以前の我々の研究と共鳴X線を用いた実験研究により明らかになっている。本年度の研究では以前の研究で考慮されていなかった量子効果が希釈軌道系に果たす役割を明らかにした。具体的には量子コンパス模型と呼ばれる2次元軌道模型を数値的に解析した。このために量子モンテカルロ法を軌道模型に適用できるようにアルゴリズムの改良を行った。数値計算の結果、希釈による転移温度の減少は希釈磁性体と比較して急激であること、しかしながら量子軌道系のそれは古典系の減少より緩やかであることが見出された。後者については軌道自由度特有な次元性の低下が量子揺らぎにより抑制された結果であり、「量子効果は秩序を破壊するという」通常の概念を覆すものであることを指摘した。
可逆性不死化ヒト膵島β細胞株による細胞療法の開発

1.レンチウイルスベクターを用いたヒト膵島細胞への遺伝子導入を検討し、良好な遺伝子導入が可能であった。低コストで容易に大量培養が可能なヒト膵島細胞株を樹立するにあたり、遺伝子操作は重要なツールとなる。2.膵島β細胞は膵島の内部に多く存在している。そこで、β細胞への遺伝子導入効率を向上させるために804G細胞の細胞外マトリックスを使用することで、膵島の単層化培養が促進された。3.大型動物を用いた細胞治療の効果と安全性を検討するために、膵臓全摘によるブタ糖尿病モデルの作成に取り組み成功した。当該ブタは糖尿病性ケトアシドーシスにて10日以内に全例死亡した。4.健常ヒト膵島β細胞の可逆性不死化株NAKT-15を樹立した。Cre/loxP反応にてNAKT-15細胞から不死化遺伝子を取り除くために、遺伝子導入効率の良好なアデノウイルスベクターAxCANCreを使用した。AxCANCreをNAKT-15細胞に感染させた後、復帰NAKT-15細胞をマトリゲル上で培養すると、膵島様凝集塊を形成した。5.免疫染色にて細胞質内のインスリンが染色され、インスリン産生に重要である転写因子PDX-1の発現も確認された。また復帰NAKT-15細胞ではIsl-1、Pax 6、Nkx 6.1、Pdx-1といったβ細胞に重要な転写因子とプロホルモン転換酵素1/3および2、分泌顆粒タンパク質の発現が認められた。また復帰細胞はグルコース濃度に応答したインスリン分泌が認められた。6.復帰NAKT-15細胞を用いて糖尿病モデルマウスを作成し、腎皮膜下移植したところ、全例(10例)とも血糖値のコントロールが可能で有意に生存率が延長した。経過中当該マウスは低血糖を呈することはなかった。一方、細胞移植を受けなかったマウスは全例(10例)糖尿病にて死亡した。低コストで容易に大量培養が可能な、ヒト膵島細胞株を樹立するにあたり、遺伝子操作は重要なトールとなる。その目的にレンチウイルスベクターが有用であることが示唆された。2.我々はヒト膵島細胞に注目し、ヒトテロメラーゼ遺伝子(hTERT、一対のloxP配列に挟まれているためCre/loxP反応にて除去できる)を組み換えレトロウイルスベクターを用いて導入することで、グルコース応答性を有するインスリン分泌ヒト不死化株NAKT-15の樹立に成功した。当該細胞は無限に増殖が可能である。NAKT-15細胞を糖尿病マウスの腎皮膜下に移植したところ、血糖値の正常化と生存率の有意な延長を認めた。3.大型動物を用いてNAKT-15細胞の移植効果と安全性を検討するために、膵臓全摘によるブタ糖尿病モデルの作成に取り組み成功した。当該ブタは、糖尿病性ケトアシドーシスにて10目以内に全例死亡した。よって、NAKT-15細胞を移植することで糖尿病性ケトアシドーシスを予防できるか否か検討可能なモデルと言える。1.健常ヒト膵島β細胞の可逆性不死化株NAKT-15を樹立した。AxCANCreをNAKT-15細胞に感染させた後、不死化遺伝子を取り除いた復帰

NAKT-15細胞をマトリゲル上で培養すると、細胞は自然に膵島様凝集塊を形成した。2.免疫染色にて、細胞質内のインスリンが染色され、インスリン産生に重要である転写因子PDX-1の発現も確認された。また、復帰NAKT-15細胞ではIsl-1、Pax6、Nkx6.1、Pdx-1といったβ細胞に重要な転写因子とプロホルモン転換酵素1/3および2、分泌顆粒タンパク質の発現が認められた。また、復帰細胞はグルコース濃度に応答したインスリン分泌が認められた。3.復帰NAKT-15細胞を用いて糖尿病モデルマウスを作成し、腎皮膜下移植したところ、全例(10例)とも血糖値のコントロールが可能で有意に生存率が延長した。経過中、当該マウスは低血糖を呈することはなかった。一方、細胞移植を受けなかったマウスは全例(10例)糖尿病にて死亡した。4.遺伝子操作したNAKT-15細胞を直接生体内に移植することは、倫理的なハードルが高いことが容易に伺われる。よって、我々は、NAKT-15細胞をデバイスに閉じこめた形で使用することが、安全面から高いと考え、皮下埋め込み式バッグ型バイオ人工膵臓の開発に取り組み、マウス実験用のバックを作成した。
TREM2に着目した肥満・糖尿病合併認知症予防の為の新規評価系・治療戦略の開発

本研究では、肥満・糖尿病モデルマウスの骨髄単球や炎症性腹腔マクロファージ(Mφ)にて発現が亢進する遺伝子として、Triggering receptor expressed on myeloid cells 2(TREM2)を新たに同定した。TREM2は主に単球・Mφ・ミクログリアに発現し、その機能との関連や、ゲノムワイド関連解析から認知症との関連も示唆されている。申請者らによる肥満症・糖尿病多施設共同前向きコホートを対象に、糖尿病患者における血清TREM2の病態意義を横断的に検討した。その結果、非肥満糖尿病群では、血清TREM2上昇は認知症のリスク因子(高血糖・炎症亢進)と関連し、さらに認知機能低下と関連した。一方、肥満糖尿病群では収縮期血圧上昇が認知機能低下と関連した。よって、非肥満糖尿病群では血清TREM2が、肥満糖尿病群では収縮期血圧が、認知機能低下の新規予知指標となる可能性を明らかにした(Diabetes Metab 2019)。さらに、地域一般住民を対象に、肥満やインスリン抵抗性における血清TREM2の病態意義を検討した。血清TREM2の上昇に伴い腹囲・体脂肪量指数が上昇する一方、BMI・除脂肪量指数との間には有意な関連はないことを認めた。また、血清TREM2は腹囲・体脂肪量指数・炎症指標と独立に、インスリン抵抗性と正に関連した。よって、血清TREM2上昇は肥満やインスリン抵抗性のリスク因子であり、TREM2が関わるインスリン抵抗性の新規機序が示唆された(Diabetes Res Clin Pract 2018)。以上、肥満・糖尿病に伴う認知機能低下における血清TREM2の臨床的意義を始め、インスリン抵抗性における血清TREM2の病態意義について新規知見を得た。本成果は、肥満・糖尿病による認知症発症・進展の機序の解明や新規治療法開発に大きく貢献できると期待される。本研究では、初年度に、肥満・糖尿病性認知症に関わる新規候補分子としてTREM2に焦点を当て、申請者らによる肥満症・糖尿病多施設共同前向きコホートを基盤に、糖尿病患者の認知機能低下におけるTREM2の臨床的意義を横断的に検討した。糖尿病患者210例のうち、非肥満群107例では肥満群103例に比し、認知機能指標・MMSEが低値を示し、さらに多変量解析により、非肥満群では認知機能低下が血清TREM2上昇と関連することを見出した。また、血清TREM2は、非肥満群ではHbA1c、CRPと正相関、アディポネクチンと逆相関を示す一方、肥満群では、糖代謝能、炎症指標や認知機能との関連を示さなかった。以上より、非肥満糖尿病患者にて、血清TREM2は糖代謝能悪化・炎症亢進を介した認知機能障害の新規バイオマーカーとなる可能性が示唆された(日本肥満学会, 2016)。申請者はまた、肥満・糖尿病モデルマウスの活性化腹腔マクロファージにおいて、特に炎症性M1タイプにてTREM2発現亢進を認めるとともに、TREM2ノックアウトマウスの作製を行い成功した。当該マウスについて、高脂肪食有無における表現型の検討の準備を進めている。申請者はさらに、脳内炎症による認知症発症・進展に関連するミクログリアについて、生活習慣病薬による炎症抑制作用とその分子機構を検討した。生化学的・分子遺伝学的解析から、オメガ3系不飽和脂肪酸は、ミクログリアにて長寿遺伝子SIRT1を活性化することにより転写因子NF-kBを抑制し、炎症性サイトカイン産生を抑制するとともに、SIRT1依存的にオートファジーを誘導することで細胞小器官の品質管理・細胞機能維持ひいては炎症抑制に寄与する可能性を初めて明らかにした(BBA, 2017)。1.認知症との関連が示唆され、主に単球・マクロファージ・ミクログリアに発現するTREM2遺伝子が、肥満・糖尿病モデルマウスにて、骨髄のみならず腹腔の炎症性マクロファージにおいても発現亢進することを初めて見出した。2.さらに、申請者らにより構築された国内初の肥満症・糖尿病多施設共同前向きコホートを基盤に横断解析を施行することにより、血清TREM2は、非肥満糖尿病患者において、糖代謝能悪化・炎症亢進を介した認知機能低下の新規バイオマーカーとなる可能性を初めて明らかにした(日本肥満学会, 2016)。3.現在、肥満・糖尿病合併認知症におけるTREM2の臨床的意義のさらなる検討のため、本コホートを基盤として認知機能障害に関する縦断解析を進めている。4.また、肥満・糖尿病関連認知機能低下におけるTREM2の病態生理学的意義の解明のため、TREM2ノックアウトマウスの作製を行い成功した。現在、高脂肪食有無における当該マウスの表現型の検討の準備を進めるとともに、マウスミクログリアのTREM2を介した炎症応答の分子機構について詳細な検討を開始している。5.生活習慣病薬の新規作用機序として、オメガ3系不飽和脂肪酸(EPA・DHA)が、脳内炎症による認知症発症・進展に関わるミクログリアに対し、長寿遺伝子SIRT1活性化を介してNF-kBを抑制することにより、抗炎症作用を発揮することを見出した。さらに、SIRT1依存的にオートファジーを誘導して細胞小器官の品質管理・細胞機能維持に関わる可能性を初めて認め、オメガ3系不飽和脂肪酸によるミクログリアの抗炎症作用とその分子機構を初めて明らかにした(BBA, 2017)。現在、他の生活習慣病薬によるミクログリア・単球・マクロファージ機能改善作用の生化学的・分子遺伝学的解析も推進している。

本研究では、初年度に、肥満・糖尿病モデルマウスの骨髄単球や炎症性腹腔マクロファージ(Mφ)にて発現が亢進する遺伝子としてTriggering receptor expressed on myeloid cells 2(TREM2)遺伝子を同定した。TREM2は主に単球・Mφ・ミクログリアに発現し、その機能との関連や、ゲノムワイド関連解析より認知症との関連も示唆されている。本年度は、申請者らによる肥満症・糖尿病多施設共同前向きコホートを基盤とした横断解析から、糖尿病における血清TREM2の臨床的意義を検討した。その結果、非肥満糖尿病群では、血清TREM2上昇が認知症のリスク因子(高血糖・炎症亢進)と関連し、さらに認知機能低下と関連することを見出した。一方、肥満糖尿病群では収縮期血圧上昇が認知機能低下と関連した。よって、非肥満糖尿病群では血清TREM2が、肥満糖尿病群では収縮期血圧が、認知機能低下の新規予知指標となる可能性を明らかにした(Diabetes Metab 2017)。最近、認知機能低下には、筋力低下や腸内環境悪化が関連する可能性が注目されつつあるが、その関連におけるTREM2の関与は不明である。そこで、まず初めに、糖尿病における腸内細菌叢の病態意義の検討を行った。その結果、日本人糖尿病では菌叢の構成・機能が変化し、さらに宿主の糖代謝悪化と関連することを認めた(J Clin Biochem Nutr 2017)。また、肥満では骨格筋の再生不良が生じるが、本研究にて、肥満に伴い骨格筋由来液性因子・CXC chemokine-ligand-1 (CXCL1)の発現が亢進され、筋管形成が促進されることを認め、肥満における骨格筋量維持のための新規機構を明らかにした(Acta Physiol 2018)。今後、今回認めた関連におけるTREM2の病態意義を検討予定である。1.初年度までに、肥満・糖尿病モデルマウスの検討から、新たな肥満・糖尿病感受性遺伝子として、単球・Mφ・ミクログリア機能に関わり認知症との関連が示唆されるTREM2を同定した。本年度では、申請者らにより構築された肥満症・糖尿病多施設共同前向きコホートを対象に、糖尿病における血清TREM2の病態生理学的意義を検討した。その結果、非肥満糖尿病患者にて、血清TREM2は、高血糖・炎症亢進を介した認知機能低下の新規バイオマーカーである可能性を初めて明らかにした(Diabetes Metab 2017)。本成果に立脚し、現在、当該コホートにて、認知機能低下に関する縦断解析等、糖尿病患者における血清TREM2の臨床的意義についてさらなる検討を進めている。2.生活習慣病やその合併症(脳心血管病等)との関連が示唆される腸内環境について、当該コホートを基盤に、日本人糖尿病における病態意義を検討した。その結果、糖尿病による腸内細菌叢の構成・機能の変化を認め、さらにそれが宿主の糖代謝悪化と関連することを初めて見出した(J Clin Biochem Nutr 2017)。よって、糖尿病に伴う認知機能低下に関し、単球・ミクログリア機能とともに腸内環境の重要性も示唆され、現在、腸内環境と炎症、単球機能やTREM2との関連が認知機能低下にどのように関わるかについて検討を開始している。3.認知症との関連が注目されつつある骨格
測度空間における最適化の理論と計算手法およびその応用に関する研究

本研究の目的は、測度空間における最適化に基づく確率的あるいは非確率的な分布の推定の理論と計算手法の開発、また統計科学や制御工学・情報理論に関わる諸問題への応用である。特に、測度空間上の線形あるいは凸2次計画問題に対する実用的な計算手法として双方向切除平面法の開発を行った。また、研究期間後半においては、一般の非線形凸形式に関する理論の構築に重点をおき、情報理論における通信路容量問題などへの応用を行った。本研究課題の目的は、測度空間における最適化による分布の推定の理論と切除平面法に基づく計算手法の開発、また制御工学や統計科学に関わる諸問題への応用である。1950年代から60年代にかけて研究された電磁気学の問題の一つに導体の電荷の分布を決定する容量問題があり、60年代後半には日本人数学者らにより線形計画の理論を用いて解の存在などの解析的性質が調べられた。この容量問題は数学的にはボレル測度の空間の上での不等式制約条件つき線形計画問題として定式化される。また同様にして、古典的なモーメント問題も測度空間上の等式制約条件つき線形計画問題として一般化され、さらに全測度を1とする線形制約条件を付加すれば確率分布の推定問題となる。本研究においてはまず、これらを含む測度空間上の凸計画問題に対する実用的な計算手法として双方向切除平面法の開発を行い、大域的収束性の証明、暫定解の信頼性の定量的評価に加え、緩和問題の近似的な求解や低次元化など局所的収束性の改良等について考察することを目標とした。また応用面については、ゲーム理論やロバスト最適化また統計科学上の諸問題のみならず、ダイナミクスを内包する制御問題を対象とした。一般に測度は離散的な成分と絶対連続な成分の和であるが、それゆえ測度空間上の最適化問題は有限次元の最適化と関数空間における最適化を統一的に取り扱える可能性を秘めている。例えば、微分方程式系で支配されるシステムの最適制御において状態不等式制約条件がある場合、これに対する双対変数は絶対連続成分と跳躍成分の重ね合わせとなり、最適制御をその必要条件あるいは十分条件から解くことは数値的にであっても一般には困難なものとなる。本研究ではこのような問題に対して実用的な解法を提供することも目標の一つとした。本研究は,ボレル測度の空間上で定義された線形計画問題に対する双方向切除平面法の開発を初年度の主な目的としている。いわゆる容量問題が測度空間上の不等式制約条件つき最適化問題として定式化されるように,古典的なモーメント問題も測度空間上の等式制約条件つき最適化問題として一般化され,確率論のみならず経済学・制御理論などの分野に応用されている。本年度は,このような問題を含む測度空間上の等式および不等式制約条件つき最適化問題に対する実用的な算法として双方向切除平面法の開発を行った。一般に,切除平面法に限らず反復近似解法である緩和法は,各反復における目的関数値が単調非増加あるいは非減少であるなど,単調性を重要な特徴として持っている。本研究においては,制約条件だけでなく決定変数(測度)をも緩和する双方向の(このために必ずしも単調性を持たない)切除平面法について考察した。双方向切除平面法においては各反復において有限次元の緩和問題とその双対を同時に解く必要がある。通常の切除平面法においては必ずしも緩和問題の双対を解く必要がないことを考えれば,本手法は主双対切除平面法とでも呼ぶべきものである。本研究においては,まず簡単な仮定のもとで同手法の最適解への大域的収束を示し,各反復における(最適目的関数値との)誤差の上限を制約の侵害量を用いて評価した。すなわち有限回の反復で中断したとしても,その時点での暫定解の信頼性が定量的に評価できるという特徴を持つ。また,より実用的な実装を目指して,各反復における緩和問題の近似的な求解,緩和問題の低次元化等,局所的収束性の点においてもすぐれた算法への改良を行った。本年度の研究成果については,現在3編の論文を学術雑誌に投稿中あるいは投稿準備中である。本研究課題の第2年度の最初の目標は、初年度に開発した双方向切除平面法の対象をボレル測度の空間上で定義された等式・不等式制約条件つき線形計画問題に拡張し、さらに凸2次形式に対する算法を完成させることであった。等式制約条件を陽に含むことにより、確率分布の推定問題のみならずモーメント問題なども統一的に取り扱うことが可能になる。理論と並行して実用的なコードの開発に着手し、統計科学上の諸問題に対して数値実験を行った。さらに、状態制約つき問題に対する単方向切除平面法および双対逐次2次計画に基づく算法の近似的実装を行った。また、決定変数を絶対連続な測度に制限したときの切除平面法の漸近的な振舞いについて解析した。これにより、必ずしも最適解を持たない無限次元線形計画等の目的関数値の下限を求めることができる。

一般の非線形凸形式については、研究計画調書・交付申請書の段階では思いもよらなかったが、情報理論における通信路容量の問題は測度空間上の非線形凸計画問題の一例である。通信路容量は雑音のある通信路において単位時間に送ることができる情報量の上限であり、具体的には入力分布と通信路により定義された相互情報量を適当な制約条件のもとで入力分布について最大化することによって得られる。測度空間における最適化の観点から、通信路容量またベイズ統計の理論との関連について考察した。応用面に研究の重点をおいた第3年度の主な目標は、最適制御問題に対する効率的な計算手法の開発、また測度空間における一般の非線形形式に対する理論の構築であった。今年度は特に後者について大きな進展があった。前者については最終年度にかけて引き続き考察を続ける。さて、情報理論における通信路容量の問題は測度空間上の非線形凸計画問題の一例である。通信路容量とは雑音のある通信路において単位時間に送ることができる情報量の上限であり、具体的には確率測度として表現される入力分布と通信路自体により定義された相互情報量を適当な制約のもとで入力分布に関して最大化することによって得られる。通信路容量を達成する入力分布は離散分布になることが多いということが報告されているが、既存の研究はすべて複素関数論に基づいているため、一入力一出力系にしか適用できない。本研究によれば、半無限計画の理論を用いて通信路容量を達成する分布が離散的になる理由を明らかにすることができ、さらに他入力多出力系すなわちベクトル通信路へ適用する道が開ける。また、もう一つの実用的な応用として、スポーツのリーグ戦において特定順位以上あるいは以下を確定する最小の勝数(クリンチ数)あるいは敗数(エリミネーション数)の計算方法について考察し、勝率に基づいて順位が定まるプロ野球リーグ戦に適用した。これは非凸2次のロバスト最適化問題である。本研究の目的は、測度空間における最適化に基づく確率的あるいは非確率的な分布の推定の理論と計算手法の開発、および制御工学や統計科学に関わる諸問題への応用である。最終年度となる本年度は、一般の非線形凸形式に関する理論およびその応用に重点をおいている。情報理論において雑音のある通信路の容量を求める問題は測度空間上の非線形凸計画問題の一例である。通信路容量とは通信路において単位時間に送ることができる情報量の上限であり、具体的には確率測度として表現される入力分布と通信路自体により定義された相互情報量を適当な制約のもとで入力分布に関して最大化することによって得られる。多くの場合にこの通信路容量を達成する入力分布が有限個の点からなる離散分布となることが報告されている。しかしながら、既存の研究は専ら複素関数論に基づいているため一入力一出力系すなわちスカラ通信路にしか適用できない。本研究においては、ピークパワー制約がある場合すなわち確率測度がコンパクト空間上で定義される場合に、通信路容量を達成する分布が離散分布となる理由を測度空間における最適化の観点から明らかにし、この結果が通信路によらず成立することを示した。これは、非線形の無限計画問題であっても、適当な条件の下で、局所的には線形の半無限計画問題と等価になり得るということに基づいている。複素関数論に基づかないため、この結果は多入力多出力系すなわちベクトル通信路に対しても自然に拡張できることに注意されたい。その他、ロバスト最適化や最適制御への応用について考察した。
房総丘陵におけるヒメコマツの分布変遷からみた種子の遺伝的多様性と自殖の検証

○研究目的:本研究では千葉演習林内に自生するヒメコマツ天然木を対象に、個体密度および個体間距離が変化すると自然交配種子の自殖率がどのように変化するかを調べ、当地域における現存ヒメコマツの種子生産の特性を把握することで、多様性が高く稔性の高い種子を生産できる可能性について検討をおこなった。○研究方法:本研究では以下の3項目に分けて実験をおこなった。個体密度の時間的変化: 1978年から2014年にかけ継続的に生育状況の調査をおこなっている荒樫地区の個体(PP10, PP13)を中心として、周辺木の生育状況を年代毎にプロットしArcGISをもちいて半径500m以内の1個体を父親候補木を推定した。発芽試験:荒樫地区の個体から生産された種子を用いて、年代別(2005, 2008, 2013)と家系別(PP10, PP13)に区分し、一処理あたり8粒とし2反復でおこなった。培地は濾紙をしいたシャーレ上でおこない、25°C暗黒湿潤状態でおこなった。発芽種子からは子葉または胚を採集した。遺伝解析:発芽試験から採取した試料から、Maxwell 16LEVPlantDNAkitをもちいてDNAを抽出し、マイクロサテライトマーカーによる父性解析をおこなった。○研究成果:個体密度の時間的変化では、父親候補木がPP10が2005年が7本、2008年が7本、2013年が5本であった。PP13が2005年が7本、2008年が7本、2013年が5本であった。500m以内の父親候補木は減少していた。発芽試験ではPP10が2008年で31.3%、2013年で43.8%であった。PP13が2005年で0%、2008年で12.5%、2013年で62.5%であった。年代の新しい種子ほど発芽していた。遺伝解析では単純排除法による自殖率の推定をおこない、PP10が2008年で93%、2013年で89%、PP13は全て自殖と推定された。以上のことから、個体密度は減少しつつあるが、比較的新しい種子であればある程度は発芽するが、殆どが自殖種子であることが推測された。