hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低速電子透過分光法による半導体ヘテロ界面のその場観察

Ge/Si(111)界面を取り上げ,低速電子回折やオージェ電子分光法を用いてその成長過程を,低速電子透過分光法によりその界面を調べ,低速電子透過分光法による半導体ヘテロ界面評価の可能性を検討した。1.Asをサーファクタントとして,Si(111)上に基板温度500°CでGeの成長を行うと,8原子層まではシュードモルフィックに成長し,それ以後,格子不整合による歪が緩和されて,バルクGeと同じ格子定数を持つGe薄膜が成長する。一方,サーファクタントを用いず,直接Si(111)(7x7)上に成長して場合,ストランスキー・クラスタノフ様式の成長となる。このとき形成される島の格子定数は,Siのそれと2.5%異なっており,バルクGeのそれとは一致していないことを明らかにした。成長温度が比較的高く,また,成長速度が0.07ML/minと遅いことから考えて,合金化が起こっている可能性が高い。以上より,Asサーファクタントが,Ge/Si界面で生じやすい界面反応を抑制している可能性のあることを指摘した。2.低速電子透過分光法を用いて半導体ヘテロ界面を評価する上で問題となる,表面超構造の影響について検討した。(7x7)構造のような単位胞の大きな表面超構造がある場合,本手法による界面評価は困難と思われるが,表面超構造を排除したSi(1x1)-As表面では,半導体ヘテロ界面を評価できる可能性があること,また,モデル計算を行う場合,三次元で考えなければならないこと,が判明した。3.低速電子透過分光法によりGe/Si界面形成過程を調べた。その結果,Asをサーファクタントとして用い,基板温度500°Cで成長した場合には,電子の薄膜透過率にみられる量子サイズ効果を反映したと思われる構造が現れた。このことは,本手法で半導体ヘテロ界面を評価できることを示しているが,現在のところ断定できず,今後より詳細に検討する必要がある。本年度は,予定通り半導体ヘテロ界面としてGe/Si系を取り上げ,低速電子透過分光法,低速電子回折(LEED)およびオ-ジェ電子分光法(AES)を用いて,薄膜形成過程および界面形成過程の観察を行った.その結果,次の成果が得られた.1.Si(001)(2x1)表面上に,基板温度400°CでGeの成長を行い,SiのAES強度変化を調べたところ,Geは5原子層までは層状成長し,以後,島状成長に移行することが分かった.また,LEEDの観察から,この島は,{015}面で囲まれていることが判明した.2.GeとSiとでは約4%の格子不整がある.そこで,LEEDスポットプロファイルの測定を行い,Ge成長過程での格子歪の緩和の様子を調べた.その結果,薄膜面内の格子定数は,島状成長に移行した後もSi格子に一致しているのに対して,層間隔は島状成長後にはGe格子となっており,格子歪の緩和に異方性のあることが判明した.3.基板温度400°CでのGe/Si界面形成過程を,低速電子透過分光法により調べたが,途中から島状成長となるため,電子の透過率に見られる振動構造は観測されなかった.4.室温での界面形成過程についても同様な観察を行ったが,成長薄膜の表面平坦性が良くないためか,電子の透過率に見られる振動構造は観測されていない.

しかし,この室温界面形成過程では,界面に(2x1)構造が残っている可能性があり,現在,より詳細に検討している.Ge/Si(111)界面を取り上げ,低速電子回折やオージェ電子分光法を用いてその成長過程を,低速電子透過分光法によりその界面を調べ,低速電子透過分光法による半導体ヘテロ界面評価の可能性を検討した.1.Asをサーファクタントとして,Si(111)上に基板温度500°CでGeの成長を行うと,8原子層まではシュードモルフィックに成長し,それ以後,格子不整合による歪が緩和されて,バルクGeと同じ格子定数を持つGe薄膜が成長する.一方,サーファクタントを用いず,直接Si(111)(7×7)上に成長した場合,ストランスキー・クラスタノフ様式の成長となる.このとき形成される島の格子定数は,Siのそれと2.5%異なっており,バルクGeのそれとは一致していないことを明らかにした.成長温度が比較的高く,また,成長速度が0.07ML/minと遅いことから考えて,合金化が起こってくる可能性が高い.以上より,Asサーファクタントが,Ge/Si界面で生じやすい界面反応を抑制している可能性のあることを指摘した.2.低速電子透過分光法を用いて半導体ヘテロ界面を評価する上で問題となる.表面超構造の影響について検討した.(7×7)構造のような単位胞の大きな表面超構造がある場合,本手法による界面評価は困難と思われるが,表面超構造を排除したSi(1×1)-As表面では,半導体ヘテロ界面を評価できる可能性があること,また,モデル計算を行う場合,三次元で考えなければならないこと,が判明した.3.低速電子透過分光法によりGe/Si界面形成過程を調べた.その結果,Asをサーファクタントとして用い,基板温度500°Cで成長した場合には,電子の薄膜透過率にみられる量子サイズ効果を反映したと思われる構造が現れた.このことは,本手法で半導体ヘテロ界面を評価できることを示しているが,現在のところ断定できず,今後より詳細に検討する必要がある.
エピジェネティックな機構と植物ゲノムの共進化：DNA脱メチル化酵素の進化解析

真核生物のゲノムサイズや染色体構成などに見られる多様性がなぜ生じて、維持されているのかは未解明であるが、近年ゲノム進化に影響する要因としてエピジェネティックな制御機構が注目されている。植物はゲノム多様性がとりわけ高く、ゲノム進化を研究するための良い研究対象である。また、種間交雑や倍数体化など、植物に多くみられる進化的現象に着目することで、これらが植物ゲノムに及ぼす「ゲノムショック」とそれに対するエピジェネティックな制御機構の進化を観察できると考えられる。本研究では、DNAを脱メチル化する酵素をコードする遺伝子に着目し、その分子進化パターンについて解析している。また、モデル植物シロイヌナズナの近縁種でゲノム三倍体化しているBrassica rapaを用い、種子発生時のsmall RNA発現とDNAメチル化状態の解析を行う。今年度は、陸上植物のゲノム情報を用いて、種子発生時に働くDNA脱メチル化酵素DME、およびそのホモログである他の脱メチル化酵素の分子進化を解析した。遺伝子に含まれる3つのドメイン構造に着目して、それぞれの分子系統樹を作成したところ、ドメインにより異なる進化をしていることが示唆された。また、small RNA解析のために、Brassica rapaの種子を分画して得られた胚乳や胚などからsmall RNAを抽出した。現在、大規模シークエンス解析のためのライブラリを作成している。さらに、今年度は関連する研究結果について、3報の論文を筆頭著者として投稿し、受理された。2018年度は、Brassica rapaの発生途中の種子を分画し、small RNAを抽出してNGS解析のためのライブラリ作成を進めた。分画された胚、胚乳からのRNA抽出で、small RNA、lnc RNAの解析を行う上で十分な量のRNAを抽出することができた。Illuminaシークエンサーによる解析のためのライブラリの作成は順調に進んでおり、2019年度にはシークエンスを行い、発現データを解析できる予定である。また、種子のメチローム解析を行うための準備も進めている。分子進化解析については、陸上植物のゲノムデータから代表的な種を10種選定して解析した。DME-ROS1遺伝子グループの3つのドメイン分子系統樹で異なるパターンを示したことから、この遺伝子グループがドメイン間で異なる進化をしながら機能分化を果たしている可能性がある。また、今年度は本研究に関連する研究成果について、筆頭著者として3つの論文を発表した。Brassica rapaの胚乳での遺伝子発現をRNA-Seqにより解析し、ゲノムインプリンティングされている遺伝子を同定して進化解析を行った論文を発表した。またそのほかに、交配がDNAメチル化修飾の多様化に及ぼす影響について報告した論文などを発表した。2018年度に進めたsmall RNA-Seqのライブラリ作成を継続し、2019年度前半にシークエンスを行い、データを取得する。得られたデータを用いてバイオインフォマティック解析や進化解析を行い、結果をまとめて論文投稿の準備をする。また、胚乳でのメチローム解析に用いる試料を得るために、Brassica rapaの2系統の交配を行う。十分な試料を得られたら、DNAを抽出してメチローム解析のライブラリを作成する。DME-ROS1遺伝子グループのデータ解析については、被子植物のゲノム情報を用いて、分子進化パターンを詳細に解析する。

また、今年度は本研究に関連する研究成果について、筆頭著者として3つの論文を発表した。Brassica rapaの胚乳での遺伝子発現をRNA-Seqにより解析し、ゲノムインプリンティングされている遺伝子を同定して進化解析を行った論文を発表した。またそのほかに、交配がDNAメチル化修飾の多様化に及ぼす影響について報告した論文などを発表した。2018年度に進めたsmall RNA-Seqのライブラリ作成を継続し、2019年度前半にシークエンスを行い、データを取得する。得られたデータを用いてバイオインフォマティック解析や進化解析を行い、結果をまとめて論文投稿の準備をする。また、胚乳でのメチローム解析に用いる試料を得るために、Brassica rapaの2系統の交配を行う。十分な試料を得られたら、DNAを抽出してメチローム解析のライブラリを作成する。DME-ROS1遺伝子グループのデータ解析については、被子植物のゲノム情報を用いて、分子進化パターンを詳細に解析する。研究の進展に伴い計画を変更した。今年度は国際誌への論文発表に優先的に研究時間を割いた。そのため、当初計画に予定していた実験・解析の一部を次年度に延期した。計画の変更に伴って2019年度に実施する実験・解析の物品を購入する。また、学会で研究成果の発表を行う旅費に用いる。論文を投稿する場合は、投稿に必要な経費として使用する。実験の一部(単純作業等)を、アルバイトを雇用して行う可能性がある。その場合は人件費・謝金として使用する。
新生児脳障害の発症予防に関する研究

周産期医療において、脳性麻痺に代表される児の中枢神経機能障害の発症機序の解明と予防法は、未だ確立していない。これまで我々は、ラットによる検討で、ラットの胎仔は低酸素ストレスには抵抗性であるが、フリーラジカルによる酸化ストレスで容易に障害されることを明らかにしてきた。さらにこの酸化ストレスは、NO由来のPeroxynitriteやxanthine oxidase、lipoxygenase由来のフリーラジカルなどが中心で、胎仔脳内の脂質のみならずDNAをも酸化変性させ、ATP合成の中心であるミトコンドリア機能をも障害することを証明した。一方、予防学的観点から強い抗酸化作用を有し、胎盤通過性も良好であるメラトニンに注目し、メラトニンを経母体的に投与すると、虚血・再灌流による胎仔脳内の脂質、DNAの酸化損傷を強力に抑制することで、ミトコンドリア機能を著しく改善することも明らかにしてきた。さらに今回は、経母体的メラトニン投与による予防的効果を確立するために、新生仔ラットの脳ミトコンドリアの形態変化を電子顕微鏡下に検討した。酸化ストレスを受けたラットでは、ほとんどのミトコンドリアは膨化して、正常構造を示さなかったが、メラトニンの経母体的予防投与により、膨化したミトコンドリアは減少し、大部分は正常なミトコンドリア構造を認めた。また、出生後ラットにおいて、におい嗜好学習後の行動実験と、新生仔ラットの脳の組織学的検討を行った。酸化ストレスで障害された新生仔ラット脳の海馬組織は、メラトニン投与により障害を抑制し、行動実験においても学習能力の障害を抑制することを明らかにした。以上のことから、メラトニンの経母体的予防投与は、胎内での酸化ストレスによる新生仔ラット脳のミトコンドリア機能および脳の組織学的障害を抑制することのみならず、学習能力の障害も抑制することが証明された。これまで、我々は、ラットによる検討で、ラットの胎仔脳は低酸素ストレスには抵抗性であるが、フリーラジカルによる酸化ストレスで容易に障害されることを明らかにしてきた。今回、経母体的メラトニン投与による予防的効果をさらに確立するために、出生後ラットにおいて、におい嗜好学習後の行動実験と、新生仔ラットの脳の組織学的検討を行った。酸化ストレスで障害された新生仔ラット脳の海馬組織は、メラトニンの経母体的予防投与により、障害を抑制し、行動実験においても学習能力の障害を抑制することを証明した。以上のことから、メラトニンの経母体的予防投与は、胎内での酸化ストレスによる新生仔脳のミトコンドリア機能および脳の組織学的障害を抑制するのみならず、学習能力の障害も抑制することが証明された。
貴重書等のディジタルアーカイブシステムにおける構造記述

本研究では、聖書や楽譜、家系図等、明確な構造と意味情報が含まれるコンテンツをデジタルアーカイブの対象として取り扱う。これら貴重書のデジタルアーカイブに際しては、単にイメージのハンドリングに留まる事無く、そのイメージの中から構造的な記述を抽出し、ページ構成やレイアウト、印刷技法などの書誌学的なコンテンツ分析および、それらの分析結果をキーとした高次なインデックスによる検索、そしてインターネット上でのイメージ再現を考慮する事により、構造記述型デジタルアーカイブシステムの実現を目指している。したがって、ドキュメントの構造を自動抽出する研究は、その意味情報の抽出と利用という次の段階の研究課題へ向かう足がかりとなる、重要な基盤技術であると考えている。稀覯書を租にモデル化すると、背景と文字、または背景と記号といった、本質的には2値画像と見なせる領域をベースとして、その上に挿絵領域がカラー画像として重畳されていると考える事が出来る。そこで、HSL空間での各領域に現れる特徴的な色分布を分析する事により、色空間でのクラスタリングを主とし、空間的な情報を従として、文字/記号領域と背景領域そして挿絵などのカラー領域の、判定分離アルゴリズムを構築した。このようにして3つのカテゴリーへ分離した後、デジタルアーカイブシステムに不可欠な検索機能に関してのアルゴリズム開発を行った。貴重書のデジタルアーカイブシステムにおいては、文字列データの検索と同様にイメージデータの検索も重要である。本研究では、カラー領域の画像を対象として、視覚特性を考慮した色空間の非線形処理および形状情報にロバストな画像検索アルゴリズムを構築した。またその検索アルゴリズムの実装に当たっては、あいまいな検索意図にも対応が可能で結果的に効率の良い検索を実現できる検索用ユーザインターフェースの構築を行った。本研究では、デジタルアーカイブの対象として聖書や楽譜、家系図等、明確な構造と意味情報が含まれるコンテンツを取り扱う。そこで、HSL空間での各領域に現れる特徴的な色分布を分析する事により、色空間でのクラスタリングを主とし、空間的な情報を従として、文字/記号領域と背景領域そして挿絵などのカラー領域の三者を判定分離するアルゴリズムを構築した。このようにして3つのカテゴリーへ分離した後、文字/記号領域の個々のシンボル画像に対しては、連結したシンボルの分離と文字/記号認識を融合した記号化アルゴリズムが必要となるが、そのための予備実験として、対象となる稀覯書や楽譜からランダムサンプリングしたページから得られた文字/記号領域を用いて、シンボルの特徴量解析を行い、記号ごとの特徴量を分析した。

そこで、HSL空間での各領域に現れる特徴的な色分布を分析する事により、色空間でのクラスタリングを主とし、空間的な情報を従として、文字/記号領域と背景領域そして挿絵などのカラー領域の、判定分離アルゴリズムを構築した。このようにして3つのカテゴリーへ分離した後、デジタルアーカイブシステムに不可欠な検索機能に関してのアルゴリズム開発を行った。貴重書のデジタルアーカイブシステムにおいては、文字列データの検索と同様にイメージデータの検索も重要である。本研究では、カラー領域の画像を対象として、視覚特性を考慮した色空間の非線形処理および形状情報にロバストな画像検索アルゴリズムを構築した。またその検索アルゴリズムの実装に当たっては、あいまいな検索意図にも対応が可能で結果的に効率の良い検索を実現できる検索用ユーザインターフェースの構築を行った。
半導体レーザによる熱可塑性樹脂材切断加工の精密化・高速化に関する研究

本研究は、切断加工での適用が難しい半導体レーザを、光エネルギ吸収・発熱と溶融樹脂の除去に関する熱移動および光学系を検討し集光技術を改善することで、簡易で低コストの精密レーザ加工技術を実現することを目的としている。研究結果としてまず第1に、透明樹脂部材にフタロシアニン系有機顔料色素からなる赤外線吸収を高める表面被覆を施し、この被覆のレーザ吸収特性の違いが切断に及ぼす影響について、特に加工可能な母材肉厚との関係を検討した。切断実験および熱移動数値解析から、表面被覆のみの発熱では、1mm以上の厚肉の部材(透明PET材)を裏面まで溶融させることは困難で、その効果が、非常に薄い部材の場合に限定されることを確認した。これを改善するために、レーザ照射により除去されて新規に現れる材料表面に適時に赤外線吸収色素を微少量(約59μm^3/s)塗布することで、課題を解決した。第2に、ノズル内でレーザ光とウォータージェットを同軸に射出することで、水と空気界面での全反射による遠方への平行導光を可能にし、これによりワーキングディスタンスの拡張及び加工性能の向上を図った。具体的な検討項目としては、射出ノズル寸法・形状、ウォータージェット水圧、レーザビーム強度をパラメータに黒色樹脂部材(PMMA,肉厚1mm)に対する加工特性を調べた。その結果、レーザを導光するウォータージェットの直径はビーム集光の最小径0.7mmに絞り、かつ、ウォータージェットの直進性を保つオリフィス部(φ0,7-2mm直円管)として、通常焦点距離47mmの状態から、最長160mmまでのワーキングディスタンス延長を可能にした。切断加工での適用が難しい半導体レーザを、光エネルギ吸収・発熱と溶融樹脂の除去に関する熱移動および光学系を検討し集光技術を改善することで、簡易で低コストな精密レーザ加工技術を実現することを目的とし、まず第一に樹脂部材を対象として、その吸収特性の違いが加熱に及ぼす影響について、熱伝達解析を行い、特に加工可能な部材肉厚との関係を検討した。さらにレーザー集光形状の変更が加工特性に与える影響についても検討を加えた。具体的な研究成果としては、ビームスポット円形の波長808nmの半導体レーザ(出力30W)を光源にして切断装置作成し、レーザーエネルギーの吸収加熱についての基礎的な実験検討を行った。先立っての熱移動解析により、吸収係数の与える加熱の影響は、高吸収ではピーク温度は高いが肉厚方向の温度上昇には影響が小さいことを確認した。そして切断加工としては本装置の能力的に、充分な赤外線吸収率を示し肉厚1mm以下であれば切断は容易で、切断後の部材切断幅もほぼビーム径と同じ1mmであった。このビーム照射条件にて、エアジェットのノズル径の影響を検討し、ビームスポットと同径のノズルの使用において、切断幅および切断面傾斜角が最適になることを確認した。さらにライン状ビーム(18×1.2)を形成するレーザー集光機器を作成し、肉厚1mm以上2mm以下の板材を切断することが可能となった。また、この検討に付随して、レーザー加工の応用として難接合部材の溶着加工も検討した。特に透明部材および不織布に対して、赤外線吸収色素塗布により重ね合わせ接合を可能にし、最適加工条件を検討した。
地方公共団体の生産・費用構造の分析

本研究は、地方公共団体の生産・費用構造を分析し、その生産性や効率性を明らかにしようとするものである。公共企業の民営化・規制緩和は世界的な潮流であり、民営化・規制緩和による生産性の変化を十分に分析する必要がある。現在、民営化・規制緩和の動きは地方公共団体の業務にまで及んでいる。そこで本研究では地方公共団体そのものの、業務の生産性分析を行うことを目的としている。研究代表者はこれまで、公益事業や地方公営企業に関して生産・費用構造の分析を行ってきた。本研究では、これらの経験と開発した手法を用いて、地方公共団体を「企業に類似したある組織体」と見た場合の、生産・費用構造を分析することを目的とした。公共的な企業の民営化・規制緩和は世界的な潮流であり、民営化・規制緩和による生産性の変化を十分に分析する必要がある。本研究では、これらの経験と開発した手法を用いて、地方公共団体を「企業に類似したある組織体」と見た場合の、生産・費用構造を分析することを目的としている。平成22年度にはその第1段階として、研究代表者にとって"土地勘"のある、兵庫県内の市町村の地方公共団体のパネルデータを用いて、コブ・ダグラス生産関数を推定した。分析対象の市町村は、資本データとして用いるバランスシートの「有形固定資産」を、数年にわたって公表している19の市町村である。この結果は後述するように、「地方公共団体の生産性分析生産関数モデル」として、2010年9月に兵庫県立大学情報科学研究科研究会において発表した。これを加筆・修正し、追手門経済論集45巻2号に「地方公共団体の生産性分析その1生産関数モデル」として掲載した。この結果、公共団体の総職員数と行政本体の有形固定資産とを説明変数とし、市町村分配所得を非説明変数とする生産関数が無理なく説明することができた。平成22年度には、その第1段階として兵庫県内の市町村の地方公共団体のパネルデータを用いて、コブ・ダグラス生産関数を推定した。平成23年度には、次に市町村毅階の地方公共団体の、複数財生産のトランスログ型生産関数を推定した。しかしこの成果をいくつかの研究会において報告した結果、「地方公共団体の事務の一部民営化や民間委託を考慮すると、公共団体が供給している財の『公共性』に関する分析が必要ではないか」という意見があった。そこで次に『公共性』に関する分析を行うこととした。現在、アマルティヤ・センの「ケイパビリティ」の概念を計測するように、考察中である。

平成23年度には、次に市町村段階の地方公共団体の、複数財生産のトランスログ型生産関数を推定した。しかしこの成果をいくつかの研究会において報告した結果、「地方公共団体の事務の一部民営化や民間委託を考慮すると、公共団体が供給している財の『公共性』に関する分析が必要ではないか」という意見があった。そこで平成24年度には『公共財・サービス』の代替の概念として「市民の都市に集まる選択行動」を含めて考えた実証分析結果をまとめた。さらに『公共財・サービス』の特殊性(多元性)を考慮した理論分析結果をまとめ、いくつかの学会において報告した。以上の成果を用いて、平成25年度には市町村のサービス生産構造を説明する、複数財生産のトランスログ型の距離関数を計測し、学会報告した。本研究は、地方公共団体の生産・費用構造を分析し、その生産性や効率性を明らかにしようとするものである。公共的な企業の民営化・規制緩和は世界的な潮流であり、民営化・規制緩和による生産性の変化を十分に分析する必要がある。現在、民営化・規制緩和の動きは地方公共団体の業務にまで及んでいる。そこで本研究では地方公共団体そのものの、業務の生産性分析を行うことを目的としている。研究代表者はこれまで、公益事業や地方公営企業に関して生産・費用構造の分析を行ってきた。本研究では、これらの経験と開発した手法を用いて、地方公共団体を「企業に類似したある組織体」と見た場合の、生産・費用構造を分析することを目的としている。平成22年度は、その第1段階として兵庫県内の市町村のパネルデータを用いて、公共団体の総職員数と行政本体の有形固定資産とを説明変数とし、市町村分配所得を非説明変数とするコブ・ダグラス型生産関数を推定した。平成23年度は、市町村段階の地方公共団体の、複数財生産のトランスログ型生産関数を推定した。平成24年度には、『公共財・サービス』の代替の概念として「市民の都市に対する選択行動」を含めて考えた実証分析結果をまとめた。さらに『公共財・サービス』の特殊性(多元性)を考慮した理論分析結果をまとめた。以上を3本の論文にまとめて、それぞれの学会において報告した。平成25年度には、現在、アマルティヤ・センの「ケイパビリティ」の概念を計測するように、考察中である。平成23年度の研究実績の概要にも記述したが、地方公共団体の用務における「公共性」の位置づけを少し考察することにした。そのため、現在のところババーマス、ハナ・アーレント、宇沢弘文、宮本憲一らの業績を研究中である。さらに東日本大震災の影響により、データ収集が遅れがちである。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度には、地方公共団体の用務における『公共性』の位置づけを考察する必要性が生じ、ハバーマス、ハナ・アーレント、宇沢弘文、宮本憲一らの業績を研究した。このため、一時的に遅れが生じたが、平成24年度にはこれらの業績の研究も終了し、この遅れを取り戻した。
新規[14]トリフィリン(2. 1. 1)及びその金属錯体の合成と物性

[14]トリフィリン(2.1.1)は、Xue氏が2008年交換留学生として当研究室に滞在中、ポルフィリン合成の定法であるLindsay法によりテトラアリルポルフィリンを合成しようと試みた際,偶然発見した化合物である。既知のサブポルフィリンと異なり、平面型フリーベース体であり、環状の1価3座配位子である。これまでに、Ru(II)、Mn(I)、Re(I)錯体を報告したが、いずれもオクタヘドラル型の錯体であった。本研究では、PtCl_2による[14]トリフィリン(2.1.1)の白金(II)錯体の合成を試みたところ、Pt(II)錯体は、白金の挿入と同時にエチレン部位を挟んだピロールのα位間で酸素による架橋が起こり、14π芳香族性が失われた。さらに溶液中では、このPt(II)錯体が自発的にPt(IV)錯体へと変化すると同時に酸素脱離が起こり、オクタヘドラル構造のPt(IV)錯体が得られることを確認した。いずれの錯体もX線結晶構造解析により単結晶構造を明らかにした。現在、論文投稿中である。さらに鉄(II)錯体の合成にも成功した。また、神戸大学富永圭介教授との共同研究により、[14]トリフィリン(2.1.1)フリーベース体の発光挙動を詳細に検討した。その結果、[14]トリフィリン(2.1.1)の発光量子収率が低いのは、トリフィリン環内の分子内プロトン移動に原因があるのではなく、トリフィリン面の平面性が低いことが内部変換の割合を高めており、その結果蛍光量子収率が低いことを見いだした。Xue氏は、2008年交換留学生として当研究室に滞在中,ポルフィリン合成の定法であるLindsay法によりテトラアリルポルフィリンを合成しようと試みた際,[14]トリフィリン(2.1.1)を偶然発見した.本合成法は極めて一般的なポルフィリン合成法であるにもかかわらず,これまでトリフィリン骨格が報告されたことはなかった.これまでに報告されたサブポルフィリン(1.1.1)がお椀型のホウ素錯体であるのに対し.今回合成されたトリフィリンはフリーベース体であり,平面性が高い極めて興味深い構造である.そこで、本研究では14]トリフィリン(2.1.1)の可能性を探るために、様々な誘導体、金属錯体を合成し、その物性、構造、触媒活性などを多面的に検討することを目的に研究を行った。今年度は、金属錯体の合成法の確立と、π共役拡張化合物の合成、得られた化合物の詳細な物性を明らかにすることを目的として研究を行った。今年度に報告したChem.Eur.J.の論文は、トリナフトトリフィリンなどπ共役拡張型トリフィリンの新規合成と分光特性の詳細な検討、及び、金属錯体の合成に関するものであり,カバーピクチャーに採用された。またAngew.Chem.Int Ed.のHighlightとして取り上げられた。Chem.Commun.の論文は、McMurry法による新しい環化法の開発と金属錯体の合成に関するものであり、Hot.Articleに取り上げられるなど、高い評価を得た。
TLR発現に影響を与える新規因子?CFTR遺伝子変異と分子シャペロン?

1.CF病態時のTLR2の発現上昇CF病態時にTLR2遺伝子の発現上昇が起こっているか否かを半定量的RT-PCR法を用いて検討した.その結果,健常人由来の16HBE14o-細胞に比べ,CF患者由来の細胞CFBE41o-細胞におけるTLR2の発現が高いことが明らかになった.次に,CFBE41o-細胞にTLR2のリガンドであるpeptidoglycan (PGN)を処理したところ,NF-κBの核内移行及び活性化が観察されたことから,CFBE41o-細胞には,機能的なTLR2が発現していることが確認できた.16HBE14o-細胞におけるCFTR機能を阻害するためにglybenclamide (GC)を処理した.その結果,GC処理により,16HBE14o-細胞におけるTLR2 mRNAの発現が上昇した.一方,機能的なCFTRの発現していないCFBE41o-細胞においては,GCによるTLR2 mRNAの発現上昇は起こらなかったことから,GCの作用はCFTR-dependentであることが示唆された.2.TLRのプロセッシングとERシャペロンまず,TLR4-WTおよびTLR4-299/399(細胞膜上に発現しないTLR4の変異体)のGFP融合タンパク発現ベクターの作製を行った.次に,TLR4のプロセッシングに関与しているER分子シャペロンを同定するために,それぞれ膜貫通型及び遊離型ERシャペロンであるCalnexin及びCalreticulinのアデノウイルス発現ベクターの構築を行った.Calnexin・CalreticulinはN型糖鎖を認識するレクチンタンパクであり,TLRの細胞内プロセッシングに十分関与している可能性がある.今後はTLRのプロセッシングに,これらの分子がどのように関与しているかを,上述したツールを用いて検討していく予定である.1.CF病態時のTLR2の発現上昇CF病態時にTLR2遺伝子の発現上昇が起こっているか否かを半定量的RT-PCR法を用いて検討した.その結果,健常人由来の16HBE14o-細胞に比べ,CF患者由来の細胞CFBE41o-細胞におけるTLR2の発現が高いことが明らかになった.次に,CFBE41o-細胞にTLR2のリガンドであるpeptidoglycan (PGN)を処理したところ,NF-κBの核内移行及び活性化が観察されたことから,CFBE41o-細胞には,機能的なTLR2が発現していることが確認できた.16HBE14o-細胞におけるCFTR機能を阻害するためにglybenclamide (GC)を処理した.その結果,GC処理により,16HBE14o-細胞におけるTLR2 mRNAの発現が上昇した.一方,機能的なCFTRの発現していないCFBE41o-細胞においては,GCによるTLR2 mRNAの発現上昇は起こらなかったことから,GCの作用はCFTR-dependentであることが示唆された.2.TLRのプロセッシングとERシャペロンまず,TLR4-WTおよびTLR4-299/399(細胞膜上に発現しないTLR4の変異体)のGFP融合タンパク発現ベクターの作製を行った.次に,TLR4のプロセッシングに関与しているER分子シャペロンを同定するために,それぞれ膜貫通型及び遊離型ERシャペロンであるCalnexin及びCalreticulinのアデノウイルス発現ベクターの構築を行った.Calnexin・CalreticulinはN型糖鎖を認識するレクチンタンパクであり,TLRの細胞内プロセッシングに十分関与している可能性がある.今後はTLRのプロセッシングに,これらの分子がどのように関与しているかを,上述したツールを用いて検討していく予定である.
体内微量元素ならびに活性酸素代謝関連酵素の動態に関する予防医学的研究--特に胃癌, 糖尿病および肝疾患を中心として--

本研究は,胃癌患者の病態と血液中または組織中微量元素の動態ならびに生体過酸化反応関連金属酵素との関係を明らかにし,さらに,糖尿病,肝疾患などの成人病についても同様の検討を行うことを目的として,以下の研究を行った.1.正常人の血液中微量元素濃度および活性酸素代謝関連酵素活性を測定し,それらの正常値を明かにした.2.胃癌患者の微量元素濃度および活性酸素代謝関連酵素の活性を測定し,検討した.その結果, (1)胃癌患者の血液中銅,亜鉛,マンガンおよびセレニウム濃度は,症度の比較的軽いStageI, II群ではすべて減少し,進行した胃癌のStageIV群では,銅およびマンガン濃度が上昇した.(2)胃癌患者の赤血球中catalase活性は上昇し, glutathione peroxidase(GSH-Px)活性は減少した.(3)血漿中GSH-Px活性は,対照群と比較して有意な上昇を示し,症度の重い群ほどその上昇は著しかった. (4)胃癌組織中亜鉛およびマンガン濃度は,正常組織と比較して有意な低SE示した. (5)血漿中の金属結合蛋白質であるalbumin, d2-macraglobulinおよびceruloplasmin量は,胃癌患者において有意な低価を示した.(6)Stage間の比較では, StageI群に比較してStageIIIおよびStageIV群で, ceruloplasmin量が上昇し,逆にalbumin,およびd_2-macraglobulin量は,低下した.3.糖尿病患者の血液中微量元素,過酸化脂質(LOP)および活性酸素代謝関連酵素活性を測定した.その結果, (1)糖尿病患者の血液中亜鉛濃度は,対象群と比較して有意な低下を示した.(2)患者群の血漿中GSH-Px活性および過酸化脂質量は,対照群に比較して有意な上昇を示した.4.肝疾患および脳血管障害患者の血液中微量元素を測定した.その結果, (1)慢性活性肝炎患者の血漿中銅濃度は,対照群に比較して有意な低下を示した.(2)脳血管傷害患者の血液中微量元素濃度は,対照群と比較して有意な低下を示した.本研究は,胃癌患者の病態と血液中または組織中微量元素の動態ならびに生体過酸化反応関連金属酵素との関係を明らかにし,さらに,糖尿病,肝疾患などの成人病についても同様の検討を行うことを目的として,以下の研究を行った.1.正常人の血液中微量元素濃度および活性酸素代謝関連酵素活性を測定し,それらの正常値を明かにした.2.胃癌患者の微量元素濃度および活性酸素代謝関連酵素の活性を測定し,検討した.その結果, (1)胃癌患者の血液中銅,亜鉛,マンガンおよびセレニウム濃度は,症度の比較的軽いStageI, II群ではすべて減少し,進行した胃癌のStageIV群では,銅およびマンガン濃度が上昇した.(2)胃癌患者の赤血球中catalase活性は上昇し, glutathione peroxidase(GSH-Px)活性は減少した.(3)血漿中GSH-Px活性は,対照群と比較して有意な上昇を示し,症度の重い群ほどその上昇は著しかった. (4)胃癌組織中亜鉛およびマンガン濃度は,正常組織と比較して有意な低SE示した. (5)血漿中の金属結合蛋白質であるalbumin, d2-macraglobulinおよびceruloplasmin量は,胃癌患者において有意な低価を示した.(6)Stage間の比較では, StageI群に比較してStageIIIおよびStageIV群で, ceruloplasmin量が上昇し,逆にalbumin,およびd_2-macraglobulin量は,低下した.3.糖尿病患者の血液中微量元素,過酸化脂質(LOP)および活性酸素代謝関連酵素活性を測定した.その結果, (1)糖尿病患者の血液中亜鉛濃度は,対象群と比較して有意な低下を示した.(2)患者群の血漿中GSH-Px活性および過酸化脂質量は,対照群に比較して有意な上昇を示した.4.肝疾患および脳血管障害患者の血液中微量元素を測定した.その結果, (1)慢性活性肝炎患者の血漿中銅濃度は,対照群に比較して有意な低下を示した.(2)脳血管傷害患者の血液中微量元素濃度は,対照群と比較して有意な低下を示した.日本人に最も多い悪性新生物である胃癌は、現在減少傾向にあるが、その原因には多くの未解明の問題が残されている。癌以外の成人病についても多くの病態学的ならびに予防医学的研究が求められている。本研究では第一に、胃癌患者の病態と血液中および組織中微量元素または生体過酸化反応関連金属酵素の動態との関係を明らかにし、次いで、糖尿病,肝疾患などの他の成人病についても同様の検討を行なうことを目的とした。本年度は、胃癌を中心として病態と活性酸素代謝関連金属酵素の動態を詳細に検討するために以下のような実験を行なった。その結果、(1)胃癌患者の赤血球中SODは、症度,転移の有無,性差に関わらず、酵素活性および酵素量ともほぼ一定の値を示し、正常人との間に有意な差は認められなかった。(2)赤血球中CAT活性では、症度2または3の患者群は、正常人に比較して有意の活性上昇が認められたが、転移の有無および性差による変動は、認められなかった。

(3)赤血球中GSH-Px活性は、症度,転移の有無によらず正常人に比較して有意に低く、また同時に測定した血漿中GSH-Px活性は、有意の上昇を示し、症度の高いもの,転移の多いものほどその傾向は、著しかった。(4)糖尿病患者においては、赤血球中SOD,CAT,GSH-Px活性の有意な増減は認められなかったが、血漿中GSH-Px活性が上昇を示した。
マイクロRNAによる情動制御の生物学的意義の解明

マイクロRNAは成熟脳に豊富に発現しているが、その機能に関する知見は極めて限定的である。本研究はコカインによって誘導されるマイクロRNAによる情動制御の分子基盤をマウス個体レベルで明らかにすることを目的とした。当該マイクロRNAの欠損マウスに、報酬系以外にも、情動系や鬱様行動の異常が見られることを明らかにした。その分子基盤の1つとしてRhoキナーゼが関与することを見いだした。またマイクロRNA自身の発現制御にSrc型チロシンキナーゼやインテグリン受容体シグナルが関与することを見いだした。本研究によって、未知な部分が多いマイクロRNAによる情動制御の分子機構の一端を明らかにすることができた。小分子非コードRNAの一つであるマイクロRNAが、様々な標的遺伝子の発現制御等を通して、発生・代謝等の多様な生物学的機能を緻密にコントロールしていることが明らかになってきている。中枢神経系においては、その発達期における役割が序々に明らかになってきている。マイクロRNAは成熟脳にも豊富に発現しているが、成熟脳における機能に関する知見は極めて限定的である。本研究はマイクロRNAによる情動、特に報酬系の制御の分子基盤をマウス個体レベルで明らかにすることを目的としている。本年度は、すでにコカイン代謝との関連性を明らかにしているマイクロRNA(中澤ら、未発表データ)に注目し、以下の解析を行った。1)当該マイクロRNAはコカイン投与によって発現が誘導される。その分子機構を解析することを目的として、種々の細胞内情報伝達関連分子の解析を行ったところSrc型チロシンキナーゼが関与していることが明らかになった。Src型チロシンキナーゼが関与するシグナル伝達機構をさらに検討した結果、インテグリン受容体によってマイクロRNAの発現自体が誘導されることを明らかにした。2)当該マイクロRNAの欠損マウスの行動実験を行った結果、報酬系以外にも、情動系や鬱様行動の制御にも関与していることを明らかにしている。その分子機構を明らかにするためにマイクロRNAの発現している脳領域や細胞種をin situ hybridizationを用いて解析し、当該マイクロRNAがグリア細胞にはあまり発現せず、神経細胞に発現していることを明らかにした。3)当該マイクロRNAの標的分子は不明な部分が多い。マイクロRNA欠損マウスと野生型マウスの様々な脳領域からRNAを抽出し、マイクロアレイの系を用いて転写量が変動している遺伝子の同定を行った。また、コカインの投与による転写調節にも注目したマイクロアレイ解析を行った。1)当該マイクロRNAのコカイン投与による発現上昇にSrc型チロシンキナーゼが関与していることが明らかにしている。本年度はさらに解析を推進し、その分子基盤の1つとしてRISC複合体の構成因子群がSrc型チロシンキナーゼによってチロシンリン酸化されることを明らかにした。2)当該マイクロRNAの欠損マウスでは、高架十字式迷路、強制水泳試験、尾懸垂試験における行動異常の他に、および情動系や鬱様行動の異常も見いだしている。その分子機構の1つとしてRhoキナーゼの関与を見いだした。3)コカインの投与による当該マイクロRNAを介した転写調節の分子基盤の1つとして、脳に特異的な転写因子群の発現変化を見いだした。4)当該マイクロRNAの欠損マウスは脳機能異常のみならず雌性不妊になることを見いだした。分子神経科学マイクロRNA自体の転写制御の分子基盤の一端としてSrc型チロシンキナーゼの関与の同定と解析を行うことができ、また、マイクロRNAの標的分子候補を複数個同定することができた。マイクロRNAの個体内での役割を明らかにするためにはさらなる解析が必要であるが、研究はおおむね順調に進展している。マイクロRNAによる報酬系制御の分子機構を詳細に明らかにするとともに、どの神経核が関与しているか、あるいはヒト疾患との関連性はあるのか、についてさらに解析を推進する予定である。2年分の研究計画自体には変更はないが、得られた研究結果から判断して、解析の順番を適宜変更したため、執行額が見込み額に比べて少額になった。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込額と執行額が異なったが、2年分の研究計画自体には変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
生理機能解析をめざした光学活性な有用生物活性物質の合成研究

1.細胞周期特異的阻害剤RadicicolおよびAcetonaphthalidineの合成及び機能解析のための類縁体合成、さらには結合蛋白精製への道を探った。その結果、ビオチン誘導体を用い、従来と異なる結合蛋白の存在が明らかになった。Acetophthalidinの誘導体の合成にも成功し、生物試験の結果、類縁体にも活性があることが明らかになった。細胞周期阻害作用を持つPreussin及び類縁体の合成研究を行い、選択的な合成に成功した。さらに、非選択的な合成により、可能な8種全ての立体異性体も合成し、活性検定を行ったところ、全てに同様な活性があるという、結果を得ている。2.植物毒素、Sorokinianinのみならず、関連した植物成長調節作用を持つPironetin, Spicifernin,Brevicompanine類の合成にも成功した。Pironetinについては、関連類縁体各種の合成により、構造一活性相関も行って、種々情報を得ている。3.植物保護に関わる各種天然物及び類縁体の合成に成功した。昆虫の摂食阻害物質は、環境にソフトな農薬としての可能性を秘めている。その一つAzadirachtinについては、世界で初めて基本的な骨格構築に成功しており、今後全合成への道を開いて行きたい。関連するジテルペンTanabalinの非常に簡単な合成にも成功し、今後この手法を一般化して、関連Clerodane型の生物活性物質合成に応用する予定である。そのほか、幼若ホルモン阻害物質Bevioximeや、貝殻虫のフェロモンの簡便合成法などにも成功した。4.酵素阻害活性を有するピロリジン及びピペリジン誘導体の合成にも成功し、構造及び、活性に関する情報を得た。1.植物の生長の抑制と共にジャガイモの塊茎形成など分化誘導にも関わり、植物ホルモン様成長調節剤として認識されつつあるジャスモン酸誘導体であるツベロン酸メチル及びグルコシドの光学活性体を高純度で合成する事に成功した。現在生理試験に提供し、機能と構造の相関を追求するとともに、関連類縁対の合成も進行中であり、新機能の開発等応用面の開拓をも目指しつつある。細胞周期阻害物質の抗腫瘍性活性に着目して、新しいタイプの制癌剤としての可能性を持ち、細胞周期特異的阻害剤で分化誘導能を有するRadicicloおよびAcetonaphthalidineの合成及び機能解析のための類縁体合成、さらには結合蛋白精製への道を探った。その結果Radicicolの新規合成法を確立しつつあり、次年度までには完成予定である。また関連類縁体の中から活性のあるものを見いだしており、現在、結合タンパク発見単離を検討中である。Acetonaphthalidineの合成についてはつい最近合成に成功し、現在共同研究者が、生物学的研究を進行中である。細胞周期阻害作用と神経突起伸長作用を合わせ持つ興味深いepolactaene及び類縁体の合成研究を行い、骨格合成に成功した。3.トリミンググルコシダーゼやマンノシダーゼの阻害剤として知られる低分子疑似糖化合物の新規合成法の開拓および誘導体化、改変による反応部位への取込み増強を目指し、強力な阻害活性をもつNectrisine及びepinojirimycin及び関連同族体の合成を行ない、類縁体を含めて、合成に成功した。活性の分離、選択性の増加などを共同研究者が探索中である。4.植物毒素、Sorokinianinの合成にもすでに成功し、現在改良合成を進めている。1.細胞周期特異的阻害剤で分化誘導能を有するRadicicolおよびAcetonaphthalidineの合成及び機能解析のための類縁体合成、さらには結合蛋白精製への道を探った。その結果Radicicolの新規合成法を確立した。またビオチン誘導体を用い、従来と異なる結合蛋白の存在が明らかになった。

細胞周期阻害作用を持つPreussin及び類縁体の合成研究を行い、選択的な合成に成功した。さらに、非選択的な合成により、可能な8種全ての立体異性体も合成し、活性検定を行ったところ、全てに同様な活性があるという、結果を得ている。2.植物毒素、Sorokinianinのみならず、関連した植物成長調節作用を持つPironetin,Spicifernin,Brevicompanine類の合成にも成功した。Pironetinについては、関連類縁体各種の合成により、構造ー活性相関も行って、種々情報を得ている。特に子の物質の持つ細胞周期阻害活性に関して、その機能解明への道が開かれつつある。3.植物保護に関わる各種天然物及び類縁体の合成に成功した。昆虫の摂食阻害物質は、環境にソフトな農薬としての可能性を秘めている。その一つAzadirachtinについては、世界で初めて基本的な骨格構築に成功しており、今後全合成への道を開いて行きたい。関連するジテルペンTanabalinの非常に簡単な合成にも成功し、今後この手法を一般化して、関連Clerodane型の生物活性物質合成に応用する予定である。そのほか、幼若ホルモン阻害物質Bevioximeや、貝殻虫のフェロモンの簡便合成法などにも成功した。
2分決定グラフ新構成法に基づく離散システム論と大規模最適化法の新展開

本研究では,2分決定グラフ(BDD)に基づいた離散システム論に対する統一的アプローチを確立することと,プロトタイプシステムを統合システムへと発展させることを目指した.これによって,従来は不可能であった離散システムの構造全体の暗黙的・効率的表現をコンピュータ上に行なうことが可能になり,新たな展開が種々可能となった.本アプローチをネットワーク信頼性解析・結び目のJones多項式計算への展開し,実際に計算システムを開発した.計算量的には#P完全で難しいとされている問題でも,構造を活用して中規模な問題を解けることを実証した.たとえば,14×14の格子状のグラフのネットワーク信頼性関数を計算することが可能となった.また,Jones多項式計算の結果により,BDDアプローチの計算位相幾何学への発展も開けた.BDDの基礎理論においても,単調論理関数とその主項のBDDのサイズに関して理論的解析を行い,指数ギャップを証明した.代数的なアプローチとの関係では,Grobner基底に代表される計算代数の離散システムへの適用についても新展開を図った.本研究では,整数計画の効率よく解けるネットワークフローの場合にこのアプローチを適用し,理論的解析がかなりのところまで進められることを示した.さらに,2分決定グラフが分岐プログラムの特殊な場合であることに着目し,計算モデルとしてのパワーを新コンピューティングモデルである量子計算に発展させる研究でも成果をあげた.具体的には,量子計算においてJones多項式との関係について検討し,さらにBDDのレベルにおいて,量子と現在の計算モデルとの間の計算能力差を示すことにも成功し,これについては発表を予定している.本研究では,2分決定グラフ(BDD)に基づいた離散システム論に対する統一的アプローチを確立することと,プロトタイプシステムを統合システムへと発展させることを目指した.これによって,従来は不可能であった離散システムの構造全体の暗黙的・効率的表現をコンピュータ上に行なうことが可能になり,新たな展開が種々可能となった.本アプローチをネットワーク信頼性解析・結び目のJones多項式計算への展開し,実際に計算システムを開発した.計算量的には#P完全で難しいとされている問題でも,構造を活用して中規模な問題を解けることを実証した.たとえば,14×14の格子状のグラフのネットワーク信頼性関数を計算することが可能となった.また,Jones多項式計算の結果により,BDDアプローチの計算位相幾何学への発展も開けた.BDDの基礎理論においても,単調論理関数とその主項のBDDのサイズに関して理論的解析を行い,指数ギャップを証明した.代数的なアプローチとの関係では,Grobner基底に代表される計算代数の離散システムへの適用についても新展開を図った.本研究では,整数計画の効率よく解けるネットワークフローの場合にこのアプローチを適用し,理論的解析がかなりのところまで進められることを示した.さらに,2分決定グラフが分岐プログラムの特殊な場合であることに着目し,計算モデルとしてのパワーを新コンピューティングモデルである量子計算に発展させる研究でも成果をあげた.具体的には,量子計算においてJones多項式との関係について検討し,さらにBDDのレベルにおいて,量子と現在の計算モデルとの間の計算能力差を示すことにも成功し,これについては発表を予定している.本研究では,2分決定グラフ(BDD)に基づいた離散システム論に対する統一的アプローチを確立することと,プロトタイプシステムを統合システムへと発展させることを目指している.これによって,従来は可能であった離散システムの構造全体の暗黙的・効率的表現をコンピュータ上に行うことが可能になり,新たな展開が種々可能になる.本年度の研究では,これまでの基礎研究で理論的にはかなり成熟した枠組みを与えることに成功しているグラフとネットワークの不変量.結び目の不変量,統計物理量の計算理論について,さらなる理論的精緻化を図った.特に,ネットワーク信頼性解析に関連した信頼度多項式の計算について,最近注目を浴びている確率化近似アプローチとは全く違った厳密解法で,中規模サイズの問題を解けるようにしたことは特筆される.システムの面でも,実際の通信網をモデル化したネットワークの平面構造から導出される性質に基づき,これまでとても厳密に解けなかったサイズ゙の問題が,本アプローチにより解けることを示した.また,これらに留まらずより広い範囲の離散システムにこの新パラダイムを適用することを行った.これは,3角形分割構造の解析,順序凸多面体と呼ばれる離散構造を通して,並列計算スケジューリングなどで現れるトポロジカル・ソ-トの列挙・数え上げにも通じる.また,この方向の成果を論文として発表することも行った.そこでは,マトロイド構造と2分決定グラフの関係が明らかにされている.本研究では,2分決定グラフ(BDD)に基づいた離散システム論に対する統一的アプローチを確立することと,プロトタイプシステムを統合システムへと発展させることを目指している.本年度の研究では,まず理論的にBDDの表現能力に関する解析結果を発表した.単調な論理関数は,集合族としては独立システム,さらには単体的複体に対応するが,その表現として集合族全体をそのまま表した場合と,集合族の極大集合の集まりのみを表現した場合について,BDDの複雑度における差を明らかにした.特別な場合として,グラフ不変量計算で応用の広いマトロイドの場合は,この2表現に本質的差異がないことを示した.一方,一般の場合は,極大集合族ではコンパクトになるが,全体集合族では指数爆発している基本的な場合を示した.さらに,結び目の不変量であるJones多項式計算とネットワーク信頼度関数の計算について,具体的にプロトタイプシステムを作成し,これまで厳密には解けなかったサイズの問題群を実際に解いて見せた.

このためには,理論と実際のギャップをうめる必要があり,平面グラフなど分離定理が成り立つクラスに関する理論的解析で大きな定数が出てきていた部分が,実際にはさほど大きな定数にならないことを実証し,実用的にうまくいくことを示した.さらに,幾何構造の離散的側面の表現に本手法が使えることを理論的に明らかにし,実際にその応用を示した.これらの広がりを通じて,本研究テーマのより広い分野への展開が図れており,本研究アプローチの有効性を示している.本研究では、2分決定グラフ(BDD)に基づいた離散システム論の展開を行っている.本年度の研究では,2分決定グラフを分岐プログラムとしてみた場合の側面に関連して,AND/OR木の探索と文書圧縮での文脈木における2分決定木のような共有構造の検討についても研究を進めた.初年度の研究においてあげた成果である絡み目のJones多項式の計算やネットワークの信頼性関数計算について,さらに計算システムの拡張を行った.具体的には,メモリの効率的活用と,BDD構造を構成しながら対象の問題の計算も同時に行うシステムの開発である.これにより,計算量的には♯P完全で難しいとされている問題でも,構造を活用して中規模な問題を解けることを実証した.たとえば,14×14の格子状のグラフのネットワーク信頼性関数を計算することが可能となった.また,この枠組みをさらに拡張することについても研究を進め,半順序のイデアルの数え上げが実用的にできるようにし,次のステップとして半順序の全順序化数の数え上げについて検討が進められるようになった。また,絡み目の結果が計算位相という新しい分野での土台となることを示して,計算位相幾何学のこれからの発展での計算システムとしても利用できるよう,結び目・絡み目の位相構造の特殊性を活用してシステムを改良中である.本研究では,2分決定グラフ(Binary Decision Diagram;BDDと略す)に基づいた離散システム論の展開を目指し,2分決定グラフを含むより一般的な分岐プログラム(Branching Program)のさらなる発展として量子版を検討し,量子計算での離散システム展開にも道筋をつけることを行っている.本年度の研究では,信頼性関数計算についての従来結果を,社会基盤のライフラインとの関係を調査し,ライフラインの危機管理をテーマとした研究会における企画講演を通して,本研究で上げられている成果を広げる活動を行った.さらに,本年度は発展として2分決定木を特別な場合として含む分岐プログラムを,新たに量子計算の枠組みで,分岐プログラムと密接な関係にあるオートマトンのレベルで計算能力の解析を行い,かつ,量子計算において離散不変量計算との関係,特に結び目のJones多項式計算について検討した.前者については,さらに量子カウンタオートマトンまで拡張して,その言語受理能力についての解析に成功し,国際会議などでの成果発表を行った.さらに,BDDのレベルにおいて,量子と現在の計算モデルとの間の計算能力差を示すことにも成功し,これについては発表を予定している.