hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸性雨の浸透による土壌塩基類・アルミニウムイオンの溶脱予測に関する研究

すなわち、バッチ法では溶液と土壌の接触が促進されるが、浸透では両者の接触が限定されるためと考えられた。このため、土壌の最大団粒径の大きさにより土壌の比表面積が異なることを利用し、最大団粒径がそれぞれ2mm,0.4mm以下の土壌試料を用いて、計算で考慮した硫酸溶液と土壌の接触の程度を示す係数を比較した。その結果、比表面積の大きい0.4mm以下土壌の方が接触の程度が大きく見積もられた。また、硫酸溶液と塩基類の溶脱率測定値の比較からも、両土壌の計算で求めた接触の程度を示す係数と、ほぼ同様な溶脱率の比が得られた。これらより、溶液と土壌の接触程度を考慮する妥当性が示された。本研究により、海外での研究例が殆ど無い火山灰土壌に与える酸性雨の影響予測の可能性が示された。また、影響を予測する場合、酸性溶液と土壌の接触の程度を考慮する必要性のあることが新たに判明した。土壌の酸緩衝機能を表す化学平衡式と、土壌中の水分移動を近似的に表すミキシング・セルモデルを用い、pH2,3硫酸溶液が浸透した場合の土壌塩基類とアルミニウムイオンの溶脱予測を試みた。化学平衡式はアルミニウムの溶解、アルミニウムイオンとの陽イオン交換、炭酸塩平衡、硫酸イオン吸着、電気的中性条件、および硫酸イオンと塩基類の質量保存則より構成した。アルミニウムイオンとの陽イオン交換は、1次鉱物の風化による緩衝機能と共に一括して化学平衡式の中に組み入れた。ミキシング・セルの諸元は溶脱液の硫酸イオンの相対濃度比曲線に、線形吸着を仮定した溶質移動式の解析解を適用して分散長より決定した。土壌粒子と硫酸溶液との反応は両者の接触表面積に支配されため、2mm以下と0.4mm以下の火山灰土壌の団粒を供試土とした。pH2,3硫酸溶液を粒径の異なる土壌カラムに浸透させ、塩基類の累積溶脱量および硫酸イオンの累積吸着量は、いずれも0.4mm以下団粒土壌が2mm以下団粒を上回った。従って、酸性溶液と土壌の接触の程度を予測式の中に考慮する必要性が示された。化学平衡式とミキシング・セルモデルを用いた予測手法の中で、土壌粒子と溶液との接触の程度を考慮し、pH2硫酸溶液を浸透させた場合の溶脱液pH測定値と計算結果は良く一致した。しかし、pH3硫酸溶液浸透時の溶脱液pH測定値と計算値の適合は劣った。pH3硫酸溶液浸透時の硫酸イオン累積吸着量測定値と計算値を比較した結果、計算値が測定値を下回り、pH2に比較し硫酸イオン濃度が1/10と低い場合、硫酸イオンの吸着量を過小評価していることが要因と判断された。硫酸イオン吸着量を水素イオンと硫酸イオン濃度の関数で表わす必要があると推定された。
木材腐朽に関与する新規糖タンパク質の分子生物学的解析と環境汚染物質分解への利用

2種の白色腐朽菌から木材腐朽の際に、フェノールオキシダーゼ活性を示す酵素類と協奏的に作用する水酸化ラジカル生成物質を得た。これらの物質はアマドリ化合物や2価鉄を含む糖タンパク質であった。ゲノムの全塩基配列が公表されたPhanerochaete chrysosporiumから、この物質のタンパク質部分をコードする遺伝子を特定した。また、この糖タンパク質によって、リグニンモデル化合物の水酸化反応が確認された。強力なリグニン分解菌として知られ、また全ゲノム配列が発表されている白色腐朽菌P.chrysosporiumをブナ木粉添加培地で培養し、菌体外に分泌される水酸化ラジカル生成物質を回収した。その後、Sephadex G-50によるゲルろ過クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィーによって精製した水酸化ラジカル生成物質を、Tricine-SDS-PAGE後、PVDF膜にプロッテイングし、バンドを検出した。このバンドのN末端アミノ酸配列および内部配列を解析した。このアミノ酸配列とNational Center for Biotechnical Information (NCBI)などのデータベースに対して、TBLASTNを用いて相同性検索を行ったが、相同性のあるタンパク質は検出されなかった。しかし、P.chrysosporiumのゲノムデータベースに対してTBLASTNを用いて検索を行ったところ、ゲノムscaffold 2の配列中に高い相同性を示す配列が検出された。そこで、その配列を用いてプライマーを作成し、RACE-PCR産物をクローニングすることによって、水酸化ラジカル生成物質のタンパク質部分をコードする遺伝子glp1とglp2を得た。さらにこれらの遺伝子の5'末端および3'末端の非翻訳領域を解析しcDNAの完全長およびゲノムDNA遺伝子の全配列を明らかにしようとした。Gene Racerを用いたRACE法により、glp1の5'末端および3'末端、glp2の3'末端を明らかにすることができた。木材を分解する腐朽菌はその腐朽形態に関わらず、木材を分解する際に菌体外に2価の鉄を含む糖タンパク質を分泌し、その物質によって生成される水酸化ラジカルが関与していることを明らかにしてきた。そして、白色腐朽担子菌ではこの水酸化ラジカルと、他の木材成分分解酵素との協奏的作用で木材構成成分の全てを分解する。昨年までの実験により、強力なリグニン分解菌である白色腐朽菌Phanerochaetechrysosporiumから水酸化ラジカル生成物質のタンパク質部分をコードする遺伝子glp1およびglp2を得た。さらに、glp1に関しては、5'末端および3'末端の非翻訳領域を解析し、転写開始点および2つの異なる転写終結点を解析できた。Glp2に関しては3'末端は解析できたが、5'末端については引き続き解析中である。またglp1遺伝子を大腸菌に組み換え、タンパク質を発現させるために、pET-32 Xa/LICベクター系を用いた。その結果、発現は確認出来たが、発現させたタンパク質を精製するのが困難であることが判明した。すなわち、使用する酵素が誤消化を起こす可能性やその後の精製段階でかなり長時間を必要とすることがわかった。そのため、BIO-RAD社の新製品であるProfinity eXact Fusion-Tag Systemを使用し発現を試みているが、引き続き詳細な発現条件の検討が必要である。さらにこの物質を用いた環境汚染物質の分解法の確立のために、モデル化合物を用いて分解実験を行ったが、モデル化合物が水溶性でないものは反応が進行しにくく、実験条件の検討が必要である。数種の腐朽形態の異なる木材腐朽菌を用いた実験から、木材を分解する菌類はその腐朽形態に関わらず菌体外に2価の鉄を含む糖タンパク質を分泌し、その物質によって生成される水酸化ラジカルが木材腐朽に関与することを明らかにしてきた。前年度までの実験により、強力なリグニン分解菌である白色腐朽菌Phanerochaetechrysosporiumから水酸化ラジカル生成物質のタンパク質部分をコードする遺伝子glp1およびglp2を得た。さらに、glp 1に関しては、5'末端および3'末端の非翻訳領域を解析し、転写開始点および2つの異なる転写終結点を解析できた。Glp 2に関しては3'末端は解析できたが、5'末端については引き続き解析中である。またpET-32 Xa/LICベクター系を用い、glp 1遺伝子を大腸菌に組み換え、タンパク質を発現させた。しかし、発現させたタンパク質を精製する条件を種々検討したが、使用する酵素が誤消化を起こす可能性やその後の精製段階でかなり長時間を必要とすることがわかった。そのため、BIO-RAD社の製品であるProfinity eXact Fusion-Tag Systemを使用し発現を試み、発現させることができた。引き続き効率よく多量に発現タンパク質を得るために、培養条件や発現条件の検討を行うとともに精製法の検討を行った。

さらに、この物質を用いた環境汚染物質の分解法の確立のために、モデル化合物を用いて分解実験を行ったが、モデル化合物が水溶性でないものは反応の進行が遅いことがわかった。
合目的機能の統合によるオールインワンナノメディシンの開発と非侵襲がん治療への展開

平成28年度は、オールインワンナノ治療デバイスとして、温度応答機能、MRIや近赤外外蛍光イメージングによる可視化機能に加えて標的病巣がん細胞へのターゲティング機能を持たせるために、CD20陽性Bリンパ腫に特異性をもつリツキシマブを結合した多重機能リポソームや、金ナノロッドーデンドリマー複合体を作製し、そのキャラクタリゼーションと細胞実験を行った。リポソームや金ナノロッドハイブリッドにリツキシマブを結合することで、CD20陽性細胞へのキャリアの取り込みが大幅に上昇し、加温下や近赤外レーザー照射下において封入した抗がん剤が放出されることで高い細胞成長阻害効果が見られた。また、金ナノロッドと非対称デンドリマーからなるオールインワンナノベクターの開発について、粒径40nm程度の金ナノロッドと温度応答性高分子の側鎖構造を修飾した非対称カチオニックデンドリマー(デンドロン脂質)を複合化させたナノハイブリッドを作製した。このナノハイブリッドは、プラスミドDNAと効率よく複合体を形成した。また近赤外レーザーを照射すると金ナノロッドが発熱し、デンドロン末端の温度応答性側鎖が疎水化し、キャリア表面の疎水性が増大することで、細胞により効率良く取り込まれ、高い遺伝子発現を導いた。このことから、光・熱応答型遺伝子ベクターとして機能することがわかった。さらに、オールインワンナノワクチンとして、pH応答性基を導入した多糖誘導体被覆リポソームに、カチオン性脂質を組み込むと、従来の脂質アジュバントであるMPLAよりも極めて効果的に樹状細胞を活性化し、CTLの誘導に重要なサイトカインIL-12が大量に産生された。また、MPLAを含有したpH応答性ポリマー・pH応答性デンドロン脂質修飾リボソームをがん抗原ペプチドのデリバリーシステムとして用いるとそれぞれCTL・ヘルパーT細胞の誘導効率が増大することも明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない28年度が最終年度であるため、記入しない平成26年度は、オールインワンナノデバイス作成のための機能素子として、種々の機能性デンドロン脂質及び非対称構造デンドリマーの合成を行った。加温によって表面特性や集合体構造を転移するデンドロン脂質として、オリゴエチレングリコール末端を有するデンドロン脂質を合成し、その分子集合体の特性について検討した。そして、ホスファチジン酸などのアニオン性リン脂質やポリエチレングリコール脂質との超分子集合体化によって、所望の温度、pH領域において鋭敏に構造転移するデュアル応答型ベシクルの開発に成功した。このベシクルを用いることで、抗癌剤ドキソルビシンを標的細胞内部に効率よく導入できることを明らかにした。また、ポリエチレングリコール末端を持つデンドロンとリポ酸を末端にもつデンドロンを連結した非対称構造デンドリマーを合成し、その金とのナノハイブリッド作成について検討した。その結果、非対称デンドリマーと塩化金酸イオンの混合比を調節することで、サイズと形状の異なるハイブリッドナノ粒子を生成できることを明らかにした。このナノハイブリッドは、光線温熱治療デバイスとしての有用性が明らかになり、また、抗癌剤の組み込みによる光線温熱化学治療という新しいナノ治療への展開が可能であることを示した。一方、これまで開発してきた温度応答性リポソームに悪性リンパ腫特異性リガンドとして抗CD20抗体であるリツキシマブを導入し、標的がん細胞との相互作用について検討した。その結果、このリポソームは、リガンドを持たないリポソームに比べて、10倍程度高効率に標的細胞に結合して抗癌剤を導入できることがわかった。また、pH応答性高分子修飾リポソームの抗原デリバリーシステムとして機能について検討し、樹状細胞内部への抗原デリバリーにより効率よく細胞性免疫を誘導することを明らかにした。平成27年度は、オールインワンナノ治療デバイスとして、温度応答機能、MRIや近赤外外蛍光イメージングによる可視化機能に加えて標的病巣がん細胞へのターゲティング機能を持たせるために、腫瘍血管内皮細胞に特異性をもつcRGDを結合した多重機能リポソームを作製し、担癌マウスを用いた治療効果について検討した。その結果、cRGDを持たないリポソームに比べて、効果的に腫瘍組織に集積し、また、加温して抗がん剤を放出されることで効果的な腫瘍成長阻害効果が見られた。さらに、従来型の脂質相転移を利用した温度応答性リポソームおよび本研究で開発したポリマー修飾型リポソームをベースとしたcRGD結合多機能型リポソームによる担癌マウスの治療効果を比較し、本研究で開発のリポソームがより優れた腫瘍成長抑制効果を示すことを明らかにした。また、金ナノロッドと非対称デンドリマーからなるオールインワンナノベクターの開発に取り組み、粒径40nm程度の金ナノロッドと2鎖型非対称カチオニックデンドリマー(デンドロン脂質)を複合化させたナノハイブリッドを作製した。このナノハイブリッドは、プラスミドと効率よく複合化し、また、細胞に取り込まれて遺伝子発現に導いた。また、近赤外光を照射すると、遺伝子発現量が増大したことから、光応答型遺伝子ベクターとして機能することがわかった。さらに、オールインワンナノワクチンとして、pH応答性基を導入した多糖誘導体被覆リポソームを作製し、特にアジュバント活性を有する多糖誘導体を用いることで、効果的な樹状細胞活性化とCTL誘導活性を示し、担癌マウスを用いて腫瘍成長抑制効果を発現することを明らかにした。また、アジュバント活性を有するMPLAを含有したpH応答性ポリマー修飾リポソームをペプチドワクチンのデリバリーシステムとして用いるとCTL誘導効率が増大することも明らかにした。

平成27年度は、オールインワンナノ治療デバイスとして、1多機能型リポソーム、2デンドリマー金ナノロッドハイブリッド、および3pH応答性リポソームワクチンキャリアについてその性能の先鋭化と治療効果の評価について研究を推進した。1では、可視化機能、温度応答機能に加えてターゲティング機能の有効性を明らかにするとともに、従来型のリポソームに比べて、優れた治療特性を有することを明らかにすることができた。2については、ナノハイブリッドの遺伝子ベクターとしての優れた特性と遺伝子発現の光制御の可能性を明らかにすることができた。さらに、3では、多糖を用いることで生体使用に適した特質を有するシステムの開発に成功した。また、ナノシステムを用いることでペプチドワクチンの効果を増強することにも成功した。これらの結果は、本プロジェクトの目的であるオールインワンナノ治療デバイスの有用性を明らかにする重要なものである。これらのことから、当初目的は順調に達成されているということができる。平成28年度は、オールインワンナノ治療デバイスとして、温度応答機能、MRIや近赤外外蛍光イメージングによる可視化機能に加えて標的病巣がん細胞へのターゲティング機能を持たせるために、CD20陽性Bリンパ腫に特異性をもつリツキシマブを結合した多重機能リポソームや、金ナノロッドーデンドリマー複合体を作製し、そのキャラクタリゼーションと細胞実験を行った。リポソームや金ナノロッドハイブリッドにリツキシマブを結合することで、CD20陽性細胞へのキャリアの取り込みが大幅に上昇し、加温下や近赤外レーザー照射下において封入した抗がん剤が放出されることで高い細胞成長阻害効果が見られた。また、金ナノロッドと非対称デンドリマーからなるオールインワンナノベクターの開発について、粒径40nm程度の金ナノロッドと温度応答性高分子の側鎖構造を修飾した非対称カチオニックデンドリマー(デンドロン脂質)を複合化させたナノハイブリッドを作製した。このナノハイブリッドは、プラスミドDNAと効率よく複合体を形成した。また近赤外レーザーを照射すると金ナノロッドが発熱し、デンドロン末端の温度応答性側鎖が疎水化し、キャリア表面の疎水性が増大することで、細胞により効率良く取り込まれ、高い遺伝子発現を導いた。このことから、光・熱応答型遺伝子ベクターとして機能することがわかった。さらに、オールインワンナノワクチンとして、pH応答性基を導入した多糖誘導体被覆リポソームに、カチオン性脂質を組み込むと、従来の脂質アジュバントであるMPLAよりも極めて効果的に樹状細胞を活性化し、CTLの誘導に重要なサイトカインIL-12が大量に産生された。また、MPLAを含有したpH応答性ポリマー・pH応答性デンドロン脂質修飾リボソームをがん抗原ペプチドのデリバリーシステムとして用いるとそれぞれCTL・ヘルパーT細胞の誘導効率が増大することも明らかにした。平成26年度は、オールインワンナノ治療デバイスのための機能素子の合成とその機能評価および、これまで開発してきた温度応答性リポソーム、デンドロン脂質ベシクル、pH応答性リポソーム、金ナノハイブリッドへの適用について検討を進めた。
扁形動物渦虫網無腸目の進化発生生物学的研究

1.走査型電子顕微鏡を用いて無腸目Convoluta naikaiensisの初期発生の過程を詳細に記載し、産卵から孵化(約90時間後)までを以下の4期16ステージにわけた。第1期(卵割期):St.1-St.7,第2期(陥入期):St8-St.10,第3期(球形期):St.11-St.12,第4期(偏平期):St.13-St.16卵割は変形ラセン卵割で、割球の胚内部への侵入は動物極、植物極の2極で進行した。2.扁形動物渦虫綱より無腸目、カテヌラ目、多食目、卵黄皮目、順列目、棒腸目、全腔目、三岐腸目、多岐腸目の9目より17種を選び、18S rDNAのほぼ全長にあたる約2000塩基対のDNA断片の塩基配列を決定した。そのデータをもとに近隣結合法、最節約法、最尤法により系統樹を作成したところ、すべての系統樹で無腸目が渦虫類のなかで最も早期に分岐したグループであるという結論が得られた。3.扁形動物渦虫綱の無腸目、カテヌラ目、多食目、棒腸目、全腔目、三岐腸目、多岐腸目の7目のミトコンドリアの遺伝子暗号を比較した。無腸目を除く6目AAA,ATAは各々アスパラギン酸、イソロイシンを指定してたが、無腸目ミトコンドリアではリジン、メチオニンを指定してた。この事実は、無腸目は他の扁形動物が特殊化する以前の段階で分岐していたことを示唆しており、無腸目の原始性を明確に示す結果と言える。4.無腸目は体表上皮細胞とその下の筋肉組織を隔てる基底膜構造が全く存在せず、表皮と筋肉が複合構造を形成している。筋表皮複合構造の形成過程を透過型電子顕微鏡で追跡し、発生過程においても基底膜構造が出現する時期は全くないという結論を得た。この事実は、無腸目の筋肉表皮複合構造が退化の結果生じたものではないということを示唆している。無腸類の進化を考えるための基礎として、その系統的位置を知るために、扁形動物渦虫類の各目の系統的関係を18SリボソームDNA(18S rDNA)の塩基配列に基づく解析により推定した。渦虫類の系統関係に関しては、近年興った分岐分類学が、カテヌラ目を最も原始的なグループと考える点で、無腸目を最も原始的なグループとみる伝統的分類学と対立している。無腸目、カテヌラ目、多食目、卵黄皮目、順列目、棒腸目、全腔目、三岐腸目、多岐腸目の9回より17種を選び、ゲノムDNAより18S rDNAに特異的なプライマーを用いてほぼ全長にあたる約2000塩基対のDNA断片をPCR法で増幅し、ジデオキシ法により塩基配列を決定した。そのデータにDNAデータバンクから引用した菌類、原生生物、二胚葉性動物(海綿、刺胞、有櫛動物)、条虫類、吸虫類の配列を合わせて、近隣結合法、最節約法、最尤法により系統樹を作成し、それを従来の形態に基づく系統樹と比較した。結果は、渦虫類のなかで最も早期に分岐したグループは無腸目であるという点で伝統的分類学と一致し、分岐分類学の考えを指示しなかった。渦虫類の塩基配列を多くの多細胞生物の18S rDNA塩基

配列と併せて系統樹を作成した場合も、無腸目は必ず三胚葉性動物の中で最も早く分岐していた。無腸目は三胚葉性動物の起源近くに位置する動物である可能性が強く示唆する結果が得られたので、それを胚発生の解析から追究ことへと研究を進めた。従来ほとんど行われていない無腸類の発生学的研究を開始する基礎として、瀬戸内海で容易に得られるConvoluta naikaiensisを研究材料に選び、その採卵法を確立した。ついで初期発生の過程を詳細に記載中である。1.昨年度の分子系統学的解析で無腸目が三胚葉性動物の起源近くに位置する動物である可能性を強く示唆する結果が得られたので、無腸目の発生学的研究を開始した。瀬戸内海で容易に得られる無腸目Convoluta naikaiensisを研究材料に選び、その初期発生の過程を詳細に記載した。主として走査型電子顕微鏡を用いて発生段階表を作成した。発生は25°Cで正常に進行し、産卵から孵化(約90時間後)までを以下の4期16ステージにわけることが出来た。第1期(卵割期):St.1-St.7,第2期(陥入期):St8-St.10,第3期(球形期):St.11-St.12,第4期(偏平期):St.13-St.16。卵割は2つの大割球を基盤とするラセン卵割であった。割球の胚内部への侵入は動物極、植物極の2極で進行した。これらの過程は他の動物グループに類を見ないユニークなもので、動物における胚形成過程の進化を考える上で示唆に富む結果と言える。以上の知見を踏まえて、発生過程における細胞系譜をさらに後期まで明らかにするために、マーカー色素の注入による細胞追跡を試み、現在64細胞期(St.7)に至る細胞系譜を明らかにすることが出来ている。2.無腸目は体表上皮細胞とその下の筋肉組織を隔てる基底膜構造が全く存在せず、表皮と筋肉が複合構造を形成しているという点でもユニークである。このような構造がどのような過程で生じるのかを知るために、アクチンに対する蛍光抗体による観察および透過型電子顕微鏡による観察で発生を追って表皮筋肉複合構造の形成過程を追跡中である。1.先年度までに18SリボソームRNA遺伝子を用いた分子系統学的解析により、無腸目は三胚葉性動物の起源近くに位置する動物である可能性を示唆する結果を得ているが、これを確認する目的で、扁形動物渦虫綱各目の間でミトコンドリアチトクロームCオキシダーゼI (CO1)遺伝子の比較を試み、先の結論を支持する結果を得た。この解析の過程で、以下に述べるように、無腸目のミトコンドリア遺伝子暗号は扁形動物のそれと異なっていると言う結果を得た。ミトコンドリアの遺伝子暗号のいくつかに核のそれとは異なるものの存在が知られている。動物の核ゲノムでは、AAA,ATAは各々アスパラギン酸、イソロイシンを指定しているが、殆どの動物のミトコンドリアではリジン、メチオニンを指定している。ところが扁形動物と棘皮動物ミトコンドリアでは、AAA,ATAは例外的にアスパラギン酸、イソロイシンを指定しているとされている。今回、まだ調べられていない扁形動物渦虫綱の7目7種についてミトコンドリアコドンを解析したところ、無腸目をのぞいく6目では従来の結果どおりであったが、無腸目だけは、扁形動物以外の多くの動物と等しくAAA,ATAは各々リジン、メチオニンを指定していた。この事実は、無腸目は他の扁形動物が特殊化する以前の段階で分岐していたことを示唆しており、無腸目の原始性を明確に示す結果と言える。このような構造の形成過程を透過型電子顕微鏡で追跡し、発生過程においても基底膜構造が出現する時期は全くないという結論を得た。この事実は、無腸目の筋肉表皮複合構造が退化の結果生じたものではないということを示唆している。
血管内治療戦略の評価を目的とした精密人体ロボットシミュレータの構築と制御

本研究では, (1)血管内治療に係る医療技術,知見および医療機器の高度な評価を可能にする手術シミュレータを構築し, (2)得られたシミュレータを用いて,上記の評価を行なった.本研究により,動静脈・毛細血管に至る全身の血管領域と拍動血流および術中に使用されるX線透視映像を再現し,かつ医療行為が身体に及ぼす影響(血管に加わった応力等)の定量的を評価とする手術シミュレータを実現した.また技術の応用により,テーラーメイドの人工血管足場を実現し,本シミュレータを用いた評価を実施した.本研究では, (1)血管内治療に係る医療技術,知見および医療機器の高度な評価を可能にする手術シミュレータを構築し, (2)得られたシミュレータを用いて,上記の評価を行なった.本研究により,動静脈・毛細血管に至る全身の血管領域と拍動血流および術中に使用されるX線透視映像を再現し,かつ医療行為が身体に及ぼす影響(血管に加わった応力等)の定量的を評価とする手術シミュレータを実現した.また技術の応用により,テーラーメイドの人工血管足場を実現し,本シミュレータを用いた評価を実施した.1.人体ロボットシミュレータの血管拡張(全身動脈モデルの構築)血管内治療の対象となる全身の血管構造を再現するべく,脳血管末梢領域,冠状動脈領域,上肢動脈領域,下肢動脈領域について,新たに血管情報の取得(64列CT装置による心電同期撮影に基づく)し,立体モデル化のための3次元造形データの生成を実施した.特に,脳血管領域については,中大脳動脈M2領域を含む末梢血管のモデル化と,人体ロボットシミュレータへの組み込みを実施し,手術戦略検討のための環境を構築した.2.光弾性法による応力解析系の構築手術シミュレーション中に血管立体モデルの壁部に掛かる応力を定量計測するための光弾性手法の検討と,基礎実験を実施した.具体的には,血管モデル周縁部の応力を,透過型円偏光法により定量計測するための理論と光学系を設計し,実験を通じてその有効性を確認するとともに解析精度の評価を行った.また,解析範囲を周縁部からモデル表面全体に拡張するため,反射型RGB光弾性法に基づく解析理論と光学系を考案し,基礎実験を通じてその有効性を確認した.3.術中血管撮影(IVR)の再現手術中に術野観察に用いられるX線撮影環境(IVR)を,拡張現実感システムにより再現するための手法を考案し,提案手法の有効性を確認した.具体的には,手術シミュレーション中の血管モデル映像に各種の画像処理を施すことによって,術中のX線映像を再現するための光学観察系・画像処理系・インタフェース系の設計を実施した.4.新血管内治療デバイスの検討径血管的アプローチにより諸血管疾患を治療するための生分解性人工血管スキャホールドについて検討し,デバイスの試作を行った.そして,同血管スキャホールド製作のための加工法として犠牲層ディップコーティング法を確立し,デバイスの製作を行うとともに,細胞培養実験によりデバイスの生体適合性を確認した.1.人体ロボットシミュレータの血管拡張(全身動脈モデルの構築)冠状動脈領域については、医師らの指導に基づいて主要15領域(AHA分類)を含む左右冠状動脈の3次元データを精錬し、立体モデル化するとともに、人体ロボットシミュレータへの導入を行った。併せて、血管構造を含む上肢構造を構築した。これにより心疾患に対するカテーテル治療戦略の評価系を構築した。またMEMS技術を応用して、円形断面を特徴とする2次元毛細血管モデルの構築技術を確立した。一方、人体ロボットの内部に、生体内の血液流れを再現するべく、拍動ポンプの構築を行い、基礎評価を通じて有効性を確認した。2.光弾性法による応力解析系の構築手術中に医療器具操作によって血管壁に付与される応力を評価するべく、光弾性法による血管立体モデルの血管壁面応力の評価系を構築した。特に、昨年度に考案した反射型RGB光弾性法の基礎理論に基づいて、計測系を構築し、その有効性の確認と解析精度の評価を行った。また同結果を踏まえて、3次元応力の計測理論について検討を行った。3.X線血管撮影(IVR)の疑似再現手術中に体内透視撮影に使用されるX線撮影環境(IVR)を、拡張現実感システムにより、本システム上に再現するべく、昨年度までに考案した手法に基づいて、システムの構築を行い、医師による評価を通じてその有効性を確認した。4.新血管内治療デバイスの検討経血管的アプローチにより血管疾患(特に狭窄症)を治療するための生分解性人工血管スキャホールドの試作行った。昨年度の評価に基づき、細胞や周囲組織との親和性を向上するべく、血管断面上の密度にグラデーションを有するスキャホールドの構築技術を考案した。動物実験による生体適合性評価に向けた準備と基礎実験を行った。1.人体ロボットシミュレータの血管拡張(全身血管モデルの構築)最新256列CT装置により、脳動脈と脳静脈のデータを取得し、脳動静脈構造(内径1mm以上)、脳構造および頭蓋骨を人体ロボットシミュレータの頭部内に再現した.これにより、動脈および静脈の総合的な手技評価(脳静脈瘻、脳静脈奇形治療など)を可能にした。他方、冠状動脈構造を、医師指導のもとに精錬し(内径0.3mmまでの血管再現など)、レトログレードアプローチ等の新治療法のシミュレーションを可能にした。2.光弾性法による応力解析系の構築術中に医療器具操作によって血管壁に付与される3次元応力を評価するべく、CTの画像再構成原理を応用して、光弾性法による血管立体モデルの3次元壁面応力の評価系を構築した。同システムにより、血管モデルの断面形状と3次元応力を計測できることを確認した。

3.拍動ポンプの構築拍動ポンプを発展させ、より人体に近い拍動血流を再現した。具体的には、人体の血流を、DC成分(定常流成分)とAC成分(拍動成分)に分解し、各成分を再現するチューブポンプとシリンジポンプを個別に構築して、その出力を束ねる構造とした。4.X線血管撮影(IVR)の疑似再現術中に術野観察に使用されるX線映像を、X線を使用せず疑似再現するシステム(拡張現実感システム)を構築した。昨年度実現した再現映像(単純透視再現像や、DSA処理再現像など)を統合し、さらに実際の手術映像同様のインタフェース映像(文字情報や操作情報など)を付与することで、より現実に近い映像を再現した。5.新血管内治療デバイスの検討血管疾患(特に狭窄症)を治療するための生分解性人工血管スキャホールドの作成と評価を行なった。昨年度の評価に基づいて、血管断面上の密度にグラデーションを有するスキャホールドを構築した。動物実験による生体適合性評価を実施し、課題を
大腸菌ATP合成酵素の一次構造に基づく高次構造と機能の相関の解明

大腸菌ATP合成酵素の一次構造に基づく高次構造と機能の相関を明らかにするため、新しい一連の実験系を確立することを目指し、これに成功した。本酵素の活性中心を担うαとβサブユニットに対する複数のモノクローナル抗体を作成し、これらの抗体が認識する残基を決定した。これらの残基はサブユニット分子の表面に存在すると考えられる。また、活性あるαβγ複合体の試験管内再構成の実験においてこれらの抗体は、再構成を阻害した。一方、F1ATPase複合体のATPase活性をこれらの抗体は阻害しない。したがって、これらの抗体の認識する残基はサブユニットの分子集合に関与するものと考えられる。また、これらの残基のうち抗体を結合しえなくなる一残基置換の変異について酵素の性状を調べたところ、いづれもαとβのF1複合体への分子集合が異常になることが明らかとなった。また、この分子集合異常が回復するようなもどり変異を多異分離して解析したところ、もとの変異部位の他に変異が起きる場合が見い出された。以上の新しいアプローチにより、主として本酵素の分子集合に与る残基が詳細に解明できる見通しができた。現在まで、βサブユニットの40と41残基がαサブユニットとの分子集合に重要であり、αの111残基がこれら残基と対応すると考えられる結果を得ている。本研究で確立した新しい実験系は他の複合体酵素の解析にも有用となろう。本研究の成果は、1993年度生体エネルギーに関するゴードン会議(米国,ニューハンプシャー)において発表することができ、2編の論文として印刷中である。
1対N通信システムにおける同報型誤り制御プロトコルに関する研究

本研究代表者により従来提案されていた1対N同報通信システム用誤り制御プロトコルの改良を行う。従来方式は、(1)符号長が無限であるような最大距離分離符号を用いている、(2)送信局と受信局の間の伝搬遅延時間は十分に小さい、等の仮定の下で記述されていたが、本研究において、上記の仮定(1)に関して、符号長が有限である最大距離分離符号を用いた場合のプロトコルを3種類新たに提案し、そのスループット特性を解析した。新たに提案した3種類の方式は、(1)N固定方式-符号長が常に固定された最大距離分離符号を用いる方式、(2)K固定方式-情報記号数が常に固定された最大距離分離符号を用いる方式、(3)D固定方式-最小距離が常に固定された最大距離分離符号を用いる方式、である。スループット解析の結果、符号化率0.5の最大距離分離符号を用いたK固定方式と、N固定方式は、同等のスループット特性を示し、提案方式の中では最も優れていることを明らかにした。また、これらの2方式は、通信路品質が劣悪の場合には、符号長が無限の最大距離分離符号を利用した従来方式のスループット特性と比較して、スループット特性は劣るものの、通信路品質が現実的な値の場合には、従来方式と同等の高スループット特性を維持できることを示した。今後の研究課題としては、誤り制御プロトコルの性能評価としてスループット特性を同様に重要な伝送遅延特性について検討する必要がある。また、上記の仮定(2)が成立しない通信システムへのプロトコルの改良も残されている。
錐体視細胞に高い時間分解能と低い光感度をもたらす分子機構の解析

(1)錐体でのトランスデュユーシンの不活性化効率の精密測定、効率決定機構の解析活性型トランスデューシン(以降、Gt^*と略記)の不活性化反応は、視細胞(錐体および悍体)の光応答が停止する上で必須の反応であり、この反応の効率は光応答の長さを決定する要因となると考えられる。また、錐体の光応答は、悍体の光応答よりも短い。これらのことから、錐体では、悍体と比べてGt^*が高い効率で不活性化されると予想されていた。今回、錐体ではGt^*が悍体と比べて40倍以上速やかに不活性化されることが解った。この効率の差は、錐体の応答の短さを説明するに十分である。この効率が錐体で高い原因としては、Gt^*の不活性化促進因子RGS9の量が錐体で多いためだろうと予想されていたが、今回、錐体・悍体に存在するRGS9の絶対量を測定することにより、、RGS9の量が確かに錐体で多いことが解った。また、GtとRGS9の存在量の比の推定を行い、錐体ではGtの量に対してほぼ同じオーダーのRGS9が存在することを明らかにした。(2)錐体での活性型PDEを不活性化する速度の測定PDEは、Gt^*により活性化され、光応答を引き起こす。光応答の終息には、PDEが不活性化される必要があるが、その不活性化は、Gt^*の不活性化に伴って受動的に生じると考えられてきた。今回、Gt^*の不活性化によらない、PDE独自の不活性化メカニズムが存在するか検討した。しかし、そのような分子機構の存在は確認できなかった。(3)酵素反応の調節する因子の分子内メカニズムの検討視細胞において、光によって活性化された視物質は、視物質リン酸化酵素(GRK)によりリン酸化され、不活性化される。この反応は、光応答の終息に必須である。この反応をひきおこすGRKの酵素活性を調節しているS-modulin/s26と呼ばれる蛋白質が、どの部位でGRKと相互作用をしているのかを解明した。(1)錐体でG蛋白質活性化反応の効率が低い理由の解析これまでの我々の研究で、錐体において、光受容体蛋白によるGtの活性化反応の効率は、桿体の1/30であることが解った。この現象は、錐体型光受容蛋白、錐体型Gtのいずれかの性質に起因すると考えられる。どちらが原因となっているのか明らかにするため、以下の実験を行なった。実験A:桿体から桿体型Gtを精製し、これを錐体膜に加えた試料を調製した。この試料で、錐体視物質が桿体型Gtを活性化する効率を測定した。その結果、その効率は、錐体視物質が錐体型Gtを活性化する時の効率の2倍程度でしかないことが解った。この結果は、錐体型光受容蛋白がGtを活性化する効率そのものが低く、そのことが錐体でG蛋白質活性化反応の効率が低い現象の一因であることを示唆している。実験B:桿体型視物質を加えた錐体膜試料を作製し、この試料において桿体型光受容蛋白が錐体型Gtを活性化する効率を測定した。その結果、桿体型光受容蛋白による錐体型Gtの活性化効率は非常に低いことが解った。このことから、錐体での低い活性化効率の原因が錐体型Gtにもあることが示唆された。(2)錐体でPDE活性化反応の効率が低い理由の解析視細胞で、活性型GtはPDEを活性化する。錐体では、この反応の効率が桿体より低い(約1/10)ので、錐体の感度を低くする一因となる。錐体で効率が低いのは、錐体型Gt、錐体型PDEのいずれかにあると考えられる。そのどちらが原因なのか明らかにするため、以下のような実験を行なった。まず、桿体試料から、活性化された状態の桿体型Gtを精製した。この桿体型Gtが、桿体、錐体のPDEを活性化する効率を測定した。その結果、桿体型Gtは、桿体型、錐体型のPDEを同程度に活性化した。このことは、錐体においてPDE活性化反応の効率が低い理由が、PDE側でなくGt側にあることを示唆している。

この効率が錐体で高い原因としては、Gt^*の不活性化促進因子RGS9の量が錐体で多いためだろうと予想されていたが、今回、錐体・悍体に存在するRGS9の絶対量を測定することにより、、RGS9の量が確かに錐体で多いことが解った。また、GtとRGS9の存在量の比の推定を行い、錐体ではGtの量に対してほぼ同じオーダーのRGS9が存在することを明らかにした。(2)錐体での活性型PDEを不活性化する速度の測定PDEは、Gt^*により活性化され、光応答を引き起こす。光応答の終息には、PDEが不活性化される必要があるが、その不活性化は、Gt^*の不活性化に伴って受動的に生じると考えられてきた。今回、Gt^*の不活性化によらない、PDE独自の不活性化メカニズムが存在するか検討した。しかし、そのような分子機構の存在は確認できなかった。(3)酵素反応の調節する因子の分子内メカニズムの検討視細胞において、光によって活性化された視物質は、視物質リン酸化酵素(GRK)によりリン酸化され、不活性化される。この反応は、光応答の終息に必須である。この反応をひきおこすGRKの酵素活性を調節しているS-modulin/s26と呼ばれる蛋白質が、どの部位でGRKと相互作用をしているのかを解明した。
破骨細胞死の制御機構:RNAi法を用いた分子細胞生物学的解析

歯は歯根膜を介して骨に接着しており、骨を健全に保つことが歯を機能させるために不可欠である。骨は常に改造され続けている非常に動的な組織であり、骨吸収細胞である破骨細胞による骨吸収が骨改造の中心的な役割を果たしている。この破骨細胞の分化や機能に異常が生じると骨はたちまち病的な状態に陥る。破骨細胞は骨髄中に存在する造血系幹細胞に由来する大型で多核の細胞であるが、骨吸収を行なった後、細胞死に陥るとされている。しかしながら、破骨細胞が形成された後、生体内でどのぐらい機能を持ったまま生存できるのか?という点や、破骨細胞の死のメカニズムなどについては殆どわかっていないのが現状である。本研究では破骨細胞に特有の死のメカニズムを解明し、破骨細胞死の制御を基盤とした新しい骨吸収制御法の開発を行なうことを目的とする。具体的には、破骨細胞の死において機能するアポトーシス誘導分子の検索を行ない、検索された分子について、最近、世界的に広まりつつある特異的遺伝子発現制御法であるRNAi法を用いて発現を特異的に阻害し、破骨細胞死への関与を証明する。本研究では第一の目的として、試験管内での破骨細胞分化にアポトーシスを誘導する物質の検索を行った。破骨細胞分化に必須の核内転写因子NFκBの機能を阻害するカフェ酸について検討を行った。カフェ酸は骨肉腫細胞のアポトーシスを誘導したが、破骨細胞の細胞株であるRAW264細胞のアポトーシスを誘導することはできなかった。しかしながら、カフェ酸は破骨細胞分化を顕著に阻害した。破骨細胞分化にはシグナル伝達蛋白質であるTRAF6が重要であるが、カフェ酸は破骨細胞分化におけるTRAF6の発現を特異的に抑制することを明らかにした。カフェ酸が骨肉腫細胞のアポトーシスを誘導するメカニズムを明らかにするとともに、破骨細胞ではなぜアポトーシスを誘導せずに分化を特異的に制御するのか?という新たなる問題点が浮上してきた。破骨細胞のアポトーシスを誘導できるビスフォスフォネートについても解析を進めると共に、これらの問題点についてもRNAi法等を用いた分子細胞生物学的解析を行っているところである。
分子量の小さいGPCRのクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析の挑戦

Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は、細胞外のシグナルを細胞内へ伝える役割を担い、生命維持に必須な機能のほぼ全てに関与している。そのためGPCRは、様々な病気の治療薬の標的となっている。最近の創薬シーズ探索では、標的タンパク質の立体構造に基づく計算機を利用した薬物設計が利用されるようになり、GPCRの構造情報の取得は喫緊の課題となっている。GPCRは分子量が50kDa程度と小さいため、これまではX線結晶構造解析により構造決定されてきたが、大量発現が難しい点や、構造上の柔軟性のため不安定な点などが原因で、X線結晶構造解析に必要な結晶化が難しい。一方で、この数年の劇的な技術進歩により、電子顕微鏡で構造解析できるタンパク質の分子量が100kDa程度まで低分子量化し、また、分解能も向上した。そこで本研究計画では、GPCRに抗体を結合させることで分子量を大きくし、電子顕微鏡により構造解析を行うことを目的としている。本年度は、受容体に結合させる抗体の評価や配列決定などを行った。また、受容体と抗体の複合体の安定性などを評価した。受容体の単粒子解析を終えることができなかったため。抗体を結合させて分子量を大きくした受容体の複合体について、電子顕微鏡での構造解析に向けた検討を行う。平成29年度は、(1)モデルタンパク質として、構造既知のGPCRと抗体の複合体を用いて、電子顕微鏡を用いた単粒子解析のための試料調製についての検討と、(2)構造未知のドパミン受容体の抗体取得を計画した。(1)については、ペプチド受容体とその抗体を用いて、界面活性剤の種類などについて電子顕微鏡試料の調製について、電子顕微鏡を使用しながら検討した。(2)については、ドパミン受容体に対する構造認識抗体を3種類取得できた。予定していたものとは異なるGPCRではあったが、モデルGPCRと抗体との複合体について、電子顕微鏡を用いた試料調製の検討を開始できた。また、ドパミン受容体の抗体も作製できた。そのため、おおむね順調と判断できる。モデルタンパク質で得られた知見を利用し、ドパミン受容体と抗体の複合体について、電子顕微鏡での構造解析に向けた検討を行う。抗体作製を担当する予定だった連携研究者が異動し、抗体作製が困難になった。そのため、受容体の生産を担当する予定だった別の連携研究者が代行したが、研究組織外の研究者の指導により抗体を作製したため、本研究費から支出する必要がなくなった。また、代行により受容体の生産が出来なかったため、その分の支出も無かった。また、当初予定とは異なる施設の電子顕微鏡を使用したため、使用量は発生しなかった。次年度には更に二人の連携研究者が異動になり本計画研究に殆ど参加できなくなるので、研究補助員を雇い、研究を遂行する。使用を予定していた電子顕微鏡が災害により故障して使用することができず、予定通りに研究を進められなくなり、次年度使用額が生じた。抗体や受容体の生産、測定などに予算を使用する。
途上国のNGOとグローバル・ガバナンス

今年度(H30/2018年度)も前年度と同様に、理論の整理に多くの時間を費やした。主要な文献を網羅することにより、理論的な論点をまとめる作業を続けた。とくに、社会学の制度論(historical institutionalism)・世界文化論(world culture theory)の分野で、重要度の高い文献に触れて多くの知見を得ることができた。今回の研究課題では、これらの分野に議論を広げることが不可欠になってくるため、文献を通じた理論の整理という作業は有益だったといえる。また、東南アジア諸国連邦(ASEAN)の事例研究にも、多くの時間を割いた。とくに、東南アジアの市民社会・NGO活動に関する議論を整理できた。ここで念頭に置いていた論点は、市民社会・NGO活動がASEAN外交に与える影響である。市民社会・NGOは、公式レベルの政府間外交に、どのような影響を与えるのか。何か大きな影響を与えるのであれば、それを可能にする要因は何なのか。また、逆に、大きな影響を与えることがないならば、その背景にある阻害要因は何なのか。これらの論点について、ASEAN憲章の制定(2007年)以降の事例を参照しながら先行研究を批判的に検討し、議論の幅を広げることができた。今回の研究課題では、グローバル・ガバナンスにおけるNGO(非政府組織)の役割を考察するため、東南アジアの市民社会・NGOに関する議論の整理は、重要な作業だったといえる。今年度(H30/2018年度)は一定の成果を出すことはできた。しかし、全体的には研究に若干の遅れが生じている。今後は、より計画的に研究を進めていく必要があるといえる。学務と研究のバランスを、好ましいレベルに維持することが必要だといえる。今年度(H19/2017年度)は理論の整理に多くの時間を費やした。さまざまな分野における最新の文献を整理することにより、研究課題を遂行するのに欠かせない土台を形成できたと考えている。まず、東南アジア諸国連邦(ASEAN)研究の分野において、最新の文献を網羅することができた。今回の研究課題は、グローバル・ガバナンスにおけるNGO(non-governmental organization非政府組織)の役割を検討するものだが、事例研究の対象としては東南アジアのNGOを予定している。ASEAN研究の分野では、東南アジアの市民社会・NGOに関心を注ぐ研究が増えている。したがって、ASEAN研究の文献を網羅することは、重要な課題だったといえよう。ASEAN研究の文献からは、ASEAN外交における市民社会・NGOの位置づけについて多くの知識を得ることができた。市民社会・NGOはASEAN外交に、どの程度の影響を与えるのか。外交政策を大きく左右するのであれば、それを可能にする要因は何なのか。また、逆に、大きな影響を与えることが稀なのであれば、活動を阻害している要因は何なのか。近年の研究は、これらの論点を、ASEAN憲章の制定があった2000年代後半からの動きを事例研究の対象として追究している。加えて、社会学の制度論(historical institutionalism)・世界文化論(world culture theory)の分野で、多くの良質な文献に触れることができた。この分野における研究は、システム・レベルに焦点を絞った分析視点を採用したものが多いといわれている。ただし近年は、エージェント・レベルに焦点を絞った分析視点を採用した研究も出てきている。最新の文献を整理することにより、多くの知見を得ることができた。上述の通り、今年度(H19/2017年度)は一定の成果を出すことはできた。本務校での職務が多忙であったため、十分な研究時間が取れなかった。今後は、より計画的に研究を進めていく必要があるといえよう。学務と研究のバランスを、好ましいレベルに維持するための努力が必要だといえる。

今年度は、学務が多忙であり十分に計画を遂行できなかったため、今後は、より計画的に研究を遂行していく予定である。
モデル集合の同定と制御に関する研究

モデル集合をデータにもとづいて同定し,かつ制御するための基本的な理論の枠組を構築することを目指し,種々の研究を行なった.まず「モデル集合の表現法とその同定」については,連鎖散乱行列表現をとることによって既存の結果に含まれていない幾つかの新しい事実を導くことができた.次に「モデル集合の等価性の定式化と正準形式の導出」については新しい大きな成果を得た.すなわち二つのモデル集合の等価性の概念が入力の定義域と密接な関係を持ち,そのことを抜きにしては厳密に定式化できないことを示した.この結果をベースに新しい等価性の概念を導き,連鎖散乱行列で表現した二つのモデル集合が等価であるための必要十分条件を求めた.これを用いることにより,通常よく現われるモデル集合の表現の一意性が示された.「モデル集合の『情報的大きさ』の定義と制御のしやすさの定量化」については「情報的大きさ」を一種の「直径」としてとらえ,「直径」を計算する具体的なアルゴリズム,およびその上界を導出した.これにもとづく「制御のしやすさ」の問題についてはまだ研究が緒についていない.「モデル集合の簡略化と縮小」については現在引き続いて考察中である.簡略化を論じるための前提として必要なモデル集合の包含関係についてかなり大きな結果を得ている.すなわち包含関係がある条件のもとで線形行列不等式に帰着できることを示したもので,包含関係が容易に計算できることを明らかにした.「モデル集合の制御と観測」については残念ながら従来のロバスト制御以上の発展は得ていない.モデル集合をデータにもとづいて同定し,かつ制御するための基本的な理論の枠組を構築することを目指し,種々の研究を行なった.まず「モデル集合の表現法とその同定」については,連鎖散乱行列表現をとることによって既存の結果に含まれていない幾つかの新しい事実を導くことができた.次に「モデル集合の等価性の定式化と正準形式の導出」については新しい大きな成果を得た.すなわち二つのモデル集合の等価性の概念が入力の定義域と密接な関係を持ち,そのことを抜きにしては厳密に定式化できないことを示した.この結果をベースに新しい等価性の概念を導き,連鎖散乱行列で表現した二つのモデル集合が等価であるための必要十分条件を求めた.これを用いることにより,通常よく現われるモデル集合の表現の一意性が示された.「モデル集合の『情報的大きさ』の定義と制御のしやすさの定量化」については「情報的大きさ」を一種の「直径」としてとらえ,「直径」を計算する具体的なアルゴリズム,およびその上界を導出した.これにもとづく「制御のしやすさ」の問題についてはまだ研究が緒についていない.「モデル集合の簡略化と縮小」については現在引き続いて考察中である.簡略化を論じるための前提として必要なモデル集合の包含関係についてかなり大きな結果を得ている.すなわち包含関係がある条件のもとで線形行列不等式に帰着できることを示したもので,包含関係が容易に計算できることを明らかにした.「モデル集合の制御と観測」については残念ながら従来のロバスト制御以上の発展は得ていない.今年度は主としてシステム同定の側面から研究を行ない,モデル集合の概念の重要性と特徴づけにおいて成果を得ることができた.システム同定は未知のシステムのモデルを事前情報と入出力データから構成する手法である.この事前情報や入出力データは,雑音で汚されていたり量が不十分であるなど不完全であるのが普通である.したがってシステム同定では不完全な情報から未知システムを求めなくてはならず,未知のシステムは一意には決定できない.この意味で同定問題は本質的にill-posedな問題であるといえる.研究の結果,従来の同定法の本質はこのill-posed性を排除してモデルを一意に決定するために滑らかさなどの評価基準を導入しているというところにあること,これに対して,モデル集合に基づくアプローチの特色は,このill-posed性を我々の知識の不完全さを表現するものとして積極的に評価し,単一のモデルではなくモデルの集合を求めようというところにあることが認識された.上で述べたことにより,モデル集合の大きさを定量評価すれば,それは我々の情報の不完全さの定量評価になる.このことに基づいてある同定手法の解析を行ない,知識の不完全さの量は同定を行なう際の事前情報に大きく依存することがわかった.また,学習とはこの知識の不完全さが時間とともに減少していくということであり,この考え方に基づいて学習との結び付きについて考察した.上記以外にも時変システムの同定,エンジンや高炉の制御など,理論・応用の両方にまたがる多方面から,モデルおよびモデリングに対するアプローチを行なっている.次年度は主としてシステム制御の側面から研究を行ない,特にモデル集合の大きさと制御のしやすさについて考察する予定である.また,応用の方面からの研究成果とも組み合わせて構築した理論の具体的応用についても考えていく予定である.今年度は前年度の成果を引き継ぎさらに発展させていくために,特にモデル集合のシステム理論の基礎を構築することを中心に研究を行なった.モデル集合の表現としては連鎖散乱表現に基づくものが有用であるが,この表現は一意ではなく,同一のモデル集合が異なった表現を持ちうる.今年度の研究により二つの連鎖散乱表現が与えられたとき,この二つが同一のモデル集合を表現しているための必要十分条件を求めることができた.

ロバスト制御で用いられることの多い不確かさの加法的摂動表現や乗法的摂動表現は,連鎖散乱表現の特別な場合であり,上記の結果を使うことによってこれらの表現についても同一性のための必要十分条件を得ることができる.この他にもモデル集合の同定・検証については,AAK理論に基づくものやパラメータ空間の幾何学に基づくものを提案している.またモデル集合の位相的性質を表すものとして提案したモデル集合の直径は,モデル集合の同定法の性質を解析するのに有用であることがわかった.さらにモデル集合の概念を利用した新しい制御系設計法として,時変ゲインをパラメータとする二次安定化法を提案している.本研究の結果,特に複雑度という観点からモデル集合を研究することが重要であると考えるようになった.そのため,現在平成11年度科学研究費補助金基盤研究(B)として「複雑度にもとづくモデル集合の解析と時変制御に関する研究」を申請中である.