hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
記憶形成時における海馬神経興奮と連動したシアリダーゼ活性変化のインビボ解析

糖鎖構造の末端を修飾するシアル酸は、記憶において重要な役割を担う。しかし、どのように制御されているのか詳細については不明な点が多い。本研究では、糖鎖からシアル酸を脱離させるシアリダーゼの働きに着目し、記憶形成におけるシアリダーゼの役割を検討した。本研究により、シアリダーゼによる記憶形成時の迅速なシアル酸脱離が記憶に不可欠であることが見いだされた。本年度ではラット海馬における恐怖条件付け文脈学習時のシアリダーゼ活性変化のin vivo計測を行うとともに、シナプス開口放出におけるシアリダーゼの機能について検討した。初めに、恐怖条件付け文脈学習時のシアリダーゼ活性変化についてインビボマイクロダイアリシス法を利用して検討した。Wistar系雄性ラット(8週齢)の海馬に微小透析膜を挿入した。覚醒下、ホームケージ内で人工脳脊髄液(ACSF)による灌流を開始した後、ラットをフット刺激チャンバーに入れて電気刺激を与え、再びホームケージに戻した。灌流液中に回収されたシアル酸量を高速液体クロマトグラフィーで測定した結果、学習時に海馬細胞外液に含まれるシアル酸量が有意に増加することが見出された。ラットの記憶が成立していることを確認する目的で、翌日にラットをフット刺激チャンバーに入れた。その結果、フット刺激を与えていない群と比較してフリージング時間が有意に延長した。次に、インビボマイクロダイアリシス法を利用してグルタミン酸放出におけるシアリダーゼの役割について検討した。ラット海馬をACSFで灌流した後、シアリダーゼ阻害剤(DANA、0.1-1 mM)を含むACSFで灌流した。海馬細胞外液中のグルタミン酸量は、DANAの濃度依存的に増加した。次に、シナプス開口放出におけるシアリダーゼの影響を検討した。海馬神経初代培養細胞におけるシナプス開口放出を蛍光色素FM1-43で計測した結果、DANAを作用させることによって開口放出が促進された。以上より、恐怖条件付け文脈学習時にシアリダーゼ活性が増加すること、また、シアリダーゼが海馬興奮性神経伝達の制御に関与することが示唆された。シアル酸は主に糖鎖構造の末端を修飾し、個体発生時の神経回路構築において重要な役割を担う。細胞表面に発現した糖鎖は細胞内に取り込まれた後に修飾されることから、構造変化には比較的長時間(数時間から数日)を要すると考えられてきた。研究代表者は、シアル酸脱離に関与するシアリダーゼの酵素活性が神経細胞の表面で検出されることを見出した。糖鎖構造が細胞表面で制御されるのであれば、神経伝達の様なミリ秒オーダーの現象に応答して、細胞表面の糖鎖構造を迅速に変化させることが可能であると考えられる。しかし、細胞表面の糖鎖構造の変化を高速で捉えた例は無い。本研究では、「神経興奮と連動した極めて短時間における糖鎖構造の制御が、記憶形成時の神経回路形成に重要な役割を担う」との作業仮説のもと、記憶形成時におけるシアリダーゼ活性の変化をインビボ条件下で解析し、記憶におけるシアリダーゼの役割解明を目指す。本年度でははじめに、記憶におけるシアリダーゼの関与を検討した。シアリダーゼ阻害薬(DANA)をラット海馬CA3領域に投与した結果、記憶能が有意に低下した。そこで、記憶の基礎過程である長期増強現象に対するシアリダーゼの役割を検討した。細胞外電位記録法により測定した海馬苔状線維-CA3錐体細胞間の長期増強は、DANAを添加することによって有意に抑制された。次に、インビボマイクロダイアリシス法を利用して記憶形成に伴ったシアル酸修飾糖鎖の構造変化を解析した。予備検討の結果、ラット海馬の細胞外液中に含まれるシアル酸量は、学習時に増加する傾向が得られた。以上より、シアリダーゼがシナプス可塑性の制御を介して記憶に関与すること、また、記憶形成時にシアリダーゼ活性が変化することが示唆された。糖鎖構造が極めて迅速に修飾を受けている可能性がある。シアリダーゼには細胞内局在が異なる4種のアイソフォーム(NEU1、NEU2、NEU3、NEU4)がある。これまでの検討から、シアリダーゼが記憶に関与することが明らかになっている。本年度では、記憶の制御に関与するシアリダーゼアイソフォームについて検討を行った。当講座で開発した組織染色用のシアリダーゼ活性プローブ(BTP3-Neu5Ac)でラットの海馬急性切片を染色した結果、苔状線維終末に比較的強いシアリダーゼ活性が検出された。この活性は、苔状線維を電気的に高頻度で刺激(25-100 Hz)すると、刺激頻度に応じてただちに増加した。また、この増加はテトロドトキシンで電位依存性ナトリウムチャネルを阻害することによって抑制された。神経興奮と連動してシアリダーゼ活性が迅速に変化していることが示唆された。次に、BTP3-Neu5Acによって検出されるシアリダーゼアイソザイムについて検討した。ラット各種シアリダーゼアイソザイム(NEU1-4)を培養細胞に過剰発現させた後、細胞可溶化液を利用してBTP3-Neu5Acの加水分解を行ったところ、NEU2とNEU4によって効率良く加水分解された。次に、NEU1-4に対する各種抗体を利用してラット海馬切片の免疫組織染色を行った。その結果、苔状線維終末にはNEU3やNEU4が比較的豊富に発現していることを見出した。

ラット海馬にNEU3やNEU4に対するsiRNAを持続的に投与したところ、モリスの水迷路によって評価した海馬依存性記憶能が低下した。以上より、海馬の神経機能に関わるシアリダーゼアイソザイムの一部が明らかとなった。動物がもつシアル酸の主な分子種としてN-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)とN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)が知られている。Neu5Acはホ乳動物の脳に豊富に存在し、記憶や神経回路形成、神経伝達の調節に重要な役割を担う。一方Neu5Gcは、脳においてNeu5Gcの合成に関わる酵素(CMP-Neu5Ac hydroxylase, CMAH)が発現していないことから、脳に含まれる量は極めて微量である。また、ヒトはCMAHを欠損しており、Neu5Gcを合成することが出来ない。研究代表者らはラジオアイソトープ標識されたNeu5Gcを合成し、ラットの尾静脈に投与したところ、投与3時間後に海馬から比較的高い放射活性が検出されることをオートラジオグラフィーを利用した実験から明らかにした。そこで海馬に含まれる放射活性を詳細に解析したところ、GM1やGD1a、GD1b、GT1b、GQ1bなどのガングリオシドから放射活性が検出された。食餌などに由来して血中に取り込まれたNeu5Gcのうち一部は脳に移行し、糖脂質などの構成成分として利用されることが示唆される。シアリダーゼはNeu5Acと比較してNeu5Gcに対する基質特異性が低いことから、糖鎖に含まれるNeu5GcはシアリダーゼによるNeu5Acの加水分解を競合的に阻害することによってシアリダーゼによるシアル酸シグナルの制御が乱れ、海馬の機能に影響する可能性がある。糖鎖構造の末端を修飾するシアル酸は、記憶において重要な役割を担う。しかし、どのように制御されているのか詳細については不明な点が多い。本研究では、糖鎖からシアル酸を脱離させるシアリダーゼの働きに着目し、記憶形成におけるシアリダーゼの役割を検討した。本研究により、シアリダーゼによる記憶形成時の迅速なシアル酸脱離が記憶に不可欠であることが見いだされた。本年度では、当初の研究計画に準じて海馬の神経機能に関わるシアリダーゼアイソザイムの一部を明らかにした。また、研究代表者を中心に開発した新規シアリダーゼ活性染色プローブを利用して、神経活動と連動したシアリダーゼ活性の変化を可視化することに成功した。論文や学会発表によってこれらの研究成果を多数報告した。以上のことから、おおむね順調に進展している、と判断した。神経糖鎖生物学これまでに、神経活動と連動して海馬のシアリダーゼ活性が増加することを見出した。しかしながら、シアリダーゼ活性の増加によって加水分解を受ける内在性基質については不明である。哺乳動物の脳における主要なシアル酸分子種はN-アセチルノイラミン酸であるが、研究代表者は、脳内に希少なシアル酸分子種であるN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)が微量に存在することを見出している(投稿準備中)。そこで、シアリダーゼの神経機能制御におけるシアル酸分子種の違いや内在性の基質(糖脂質や糖タンパク質)について重点的に調査する。当初の研究計画に準じて研究を遂行し、シアリダーゼ活性が記憶形成時に変化することやシアリダーゼがグルタミン酸開口放出の制御に関与することが示唆された。これらの研究成果は、論文や学会発表を通じて報告した。
準結晶構造をもつソフトマターメソフェイズの探索

最も準結晶構造に近いA15結晶を形成する非イオン性界面活性剤(CiEjと表記され、iは疎水性を担うメチレン鎖の炭素数、iは親水性を担うエチレンオキサイド基の数を表す)C12E8を用い、ミセル相から六方最密格子、体心立方格子、A15格子のミセル間相互作用と、形成される構造との相関を明らかにした。実験を中性子小角散乱(SANS)とX線小角散乱(SAXS)を用い、得られた散乱関数をモデル散乱関数でフィットし、構造因子を求めた。実験から得られた構造因子を再現するミセル間相互作用をモデルから計算し、その結果ミセル間には弱い湯川型の斥力ポテンシャルが存在する事を示した。さらに、中性子スピンエコー法(東京大学物性研究所・全国共同利用実験設備)により各秩序相に対する動的構造因子を測定し、ミセルのコロナ鎖がお互いに重なり合う事による、中間散乱関数の変化を実験的に捉える事に成功した(現在論文執筆中)。しかし、この結果をもとに親水鎖と疎水鎖の長さを変えた非イオン性界面活性剤を用いて、準結晶相ないしはσ相の探索を行ったが、求める構造は得られなかった。そこで、非イオン性界面活性剤の表面を高分子で修飾し、ミセル間相互作用を変調することにより新しい結晶構造が現れるか検討中である。平成18年度は非イオン界面活性剤の親水鎖と疎水鎖の長さをパラメーターとしての相図作成し、準結晶相ないしはσ相の探索を行うと共に、ミセルの動的構造因子の測定から親水鎖の広がりと結晶構造の関係を明らかにする研究を推進した。最も準結晶構造に近いA15結晶を形成する非イオン性界面活性剤(CiEjと表記され、iは疎水性を担うメチレン鎖の炭素数、jは親水性を担うエチレンオキサイド基の数を表す)C12E8を用い、ミセル相から六方最密格子、体心立方格子、A15格子のミセル間相互作用と、形成される構造との相関を明らかにした。実験を中性子小角散乱(SANS)とX線小角散乱(SAXS)を用い、得られた散乱関数をモデル散乱関数でフィットし、構造因子を求める。さらに、中性子スピンエコー法(東京大学物性研究所・全国共同利用実験設備)により各秩序相に対する動的構造因子を測定し、ミセルのコロナ鎖がお互いに重なり合う事による、中間散乱関数の変化を実験的に捉える事に成功した。この結果を基に、現在シミュレーションにより実験データを再現するモデルの構築を行っており、このモデルをKamienらの理論計算と比較する事により、準結晶探索の方針を決定する。
熱帯樹木の根系成長におよぼす土壌物理性の影響

熱帯地域の樹木について土壌の硬さが根系の伸長に及ぼす影響を調べた。まず、熱帯で広く植栽されている早成樹Gmelina arboreaの稚樹を.塩化ビニル製の管に土壌を圧縮して作成した圧密土層に植え付け,5ケ月間の成長と根系の発達を調べた。G.arboreaの稚樹の根系が発達できる硬さの限界は土壌硬度14kg/cm^2から38kg/cm^2の間にあること、成長には根系が発達できる深さ(有効土層厚)が大きく影響していること、圧縮した土壌に根系が侵入できても、その根系の形態は土壌の硬さによって影響を受けることが明らかになった。同様にParaserianthes falcataria,Acacia mangium,Melaleuca cajuputiの実生の根が,圧密土層を貫通するまでの口数を調べたところ,M.cajuputiの根は他の2種に比べて貫通に要する口数が少なかった。また、土壌容積重が0.7g/cm^3以上になると、貫通に要する日数が多くなった。また,根がより小さな孔隙に貫入することができるほど圧密土層中で伸長成長しやすく貫入能が高くなると考え,根の貫通に最低必要なふるいのメッシュの大きさを調べた。M.cajuputiは他の2種に比べて、より小さいメッシュのふるいに貫通した。M.cajuputiは他の2種より小さい孔隙を貫通できることが一因となって、より堅密な土壌中で根を伸長させる能力を持つものと考えられる。東南アジアにおける造林樹種である早成樹のうち,まずGmelina arboreaについて,土壌の硬さと根系の発達の関係を調べた。塩化ビニル製の円筒内に作成した圧密土層上で芽生えを,温室内で5ヶ月余育成したところ,山中式硬度指数で25cm以下の圧密土層上で育成した場合は,ほぼ同様の成長経過を見せたが,同指数30cmの土層上では次第に成長速度が鈍り樹高成長が最も悪い結果となった。土層内の根系を調べたところ,土壌が硬くなるにしたがって表層の柔らかい土層と圧密土層の協会まで根系が達するとそこから水平方向に向きを変えて伸長する根が多く根系が表層部分に集中する傾向があった。同指数30cmの圧密土層内にはほとんど根系の発達が観察されず,根の侵入できる堅さの限界を上回っていたものと考えられる。圧密土層による根系の発達が抑えられた結果,地上部の成長も抑制されたのであろう。Melaleuca cajuputiとAcacia mangium,Paraserianthes falcatariaについても,圧密土層の大きさを小さくして同様の実験をおこなった。いずれの種も土層が堅密であるほど,根系が土層を貫通するのに長い時間を要したが,Melaleuca cajuputiが硬い土層でも最も短い時間で貫通した。すなわち3種の中ではMelaleuca cajuputiは硬い土壌内で根系を発達させる能力が最も高いといえよう。圧密土層への貫入能を詳細に明らかにするために,目の細かい篩上に芽生えを植え,根の篩目の貫通を調べたところ,Melaleuca cajuputiの根は最も細かい53μmの篩目をも貫通した。より狭く細い孔隙でも根を貫入させることが,粗孔隙の少ない堅密な土壌内に根系を発達できる能力の一部であることを示唆している。熱帯地域での造林技術の確立を念頭におき,水分条件や光条件を変えた際に,根の堅密土層への貫入能がどのように変化するかを明らかにするべく,新たな実験を準備している。
自由表面近傍における乱流の構造と機構に関する研究

本研究は自由表面近傍の流れの乱れについて、数値計算と実験によりその構造と機構を解明することを目的として、平成2年度から3年にわたり実施された。初年度は自由表面が変形する場合について自由表面近傍の乱れの構造について調べるために、開水路内の跳水の実験と計算を行った。熱膜流速計により跳水の前後における自由表面近傍の変動流速を計測し、跳水後部の乱動場を調査するとともに、自由表面を含む2次元粘性流場の計算手法を開発した。平成3年度は計算法を3次元に拡張し、非線形水波の一種である孤立波の数値計算を行い、自由表面条件の離散化手法の整合性と精度を検討した。また、これを鉛直円柱のまわりの流れに適用し、円柱前方の円弧状の砕波近傍に生ずる乱れの生成の機構を検討した。平成4年度は、前年度の研究の延長として、自由表面を貫通する鉛直円柱まわりの自由表面近傍の波高と波面の乱れの計測と、それに対応する流れの数値計算を行った。まず波高の計測については、曳航水槽においてサーボ式波高計で波面の高さ及び波面の乱れを計測した。また、数値計算はナビエ・ストークス方程式に基づく有限体積法を用い、これに外部境界の外での波の減衰、さらに自由表面条件等の改良を施した。その結果、円柱後部の剥離領域はフルード数の増加とともに後退し、前後端部における波高差も拡大するなど、計算結果は概ね実験結果と良好な一致を示し、本計算法の実用性が検証されたものと考えられる。3年間の研究を通じ、自由表面を有する粘性流の挙動、自由表面近傍の乱れの発生機構、およびその構造について有用な知見を得ると共に、剥離を伴う粘性流場と自由表面の干渉に関する予測手法を確立することができた。自由表面を1つの境界とする自由乱流がその近傍でどのような構造を持つのか、そしてその構造がどのような力学的な機構で形成されるのかということを明らかにするため、実験と計算を行った。自由表面は大きい密度差をもつ2つの流体の不連続面であり、乱れの運動に対して壁面と似た拘束条件を与えると考えられ、また一方では自由表面は剪断応力が働かない特異面であり、特別な不安定性の要因となると考えられる。今年度は自由剪断乱流の組識的な構造が自由表面という拘束条件によってどのように変化するかを調ベるため、自由表面が急激に変形する開水路内の跳水について自由表面近傍の乱れの構造を調べた。跳水は自由表面が不安定になって波高が不連続に変化する現象であり、砕波の一種である。まず設備備品として購入した熱膜プロ-ブを用いて流速変動を計測するシステムを開発した。プロ-ブのサポ-トが渦励起振動を起こさないように十分注意して設計し、計測デ-タをAD変換して統計処理を行うソフトを開発した。曳航水槽において一様流中で計流したところ、曳航台車の振動などいくつかの問題点が伴明したが、ある程度大きな乱れの成分の計測には支障はないことが分かった。つぎに線形理論によって跳水が起こる条件を予測し、開水路を設計した結果、ほぼ理論値と一致する波高差の跳水を実現できた。熱膜流速計で跳水の前後で自由表面近傍の変動流を計測した結果、跳水は激しい乱れを伴うことが分かった。また2次元ナビエ・スト-クス方程式を有限体積法で解く計算方法を開発し、非線形な自由表面条件を組み込んで、実験と同じフル-ド数で数値シミュレ-ションを行った。その結果、跳水は計算でも再現され、跳水が起こる詳細な過程が明らかになり、また大規模の渦運動を伴うことが分かった。自由表面の1つの堺界とする自由乱流がその近傍でどのような構造を持つのか、そしてその構造がどのような力学的な機構で形成されるのかということを明らかにするため、初年度の研究成果を踏まえてさらに詳しい実験と計算を行った。初年度は2次元開水路内を伝播する移動跳水について実験によって調べ、激しい乱れを伴うことを明らかにしたが、本年度はこの自由表面近傍の乱れについてさらに詳しいデ-タを取るため、開水路内に2次元バンプを置き、その後方で定常な跳水を再現した。これによって、乱れの構造を調べるのに十分長い計測時間のデ-タが得られた。初年度開発した熱膜流速計による計測・解析システムを多チャンネルの場合に拡張し、X型プロ-ブを用いて定常跳水前後の平均流速分布、乱れの強さの分布、レイノルズ応力分布を計測した。この結果、乱れは跳水の先端より発生し、平均流速が急減速される領域において急速に増幅され、同時に鉛直方向にも拡散されることがわかった。サ-ボ式波高計で計測した変動波高と観測結果から、この跳水による乱れの発生は跳水前面で起こっている小規模な砕波とそれに伴う空気連行と密接な関係があることが考えられた。また、初年度に開発した2次元の計算方法を3次元に拡張し、自由表面を含む3次元の乱流の数値シュミレ-ションを可能とした。まず、非線形水面波の一種である孤立波の数値実験を行い、非線形な自由表面条件の離散化方法の整合性と精度を検討した。さらに自由表面を貫通する鉛直円柱まわりの粘性流に応用し、円柱表面に発達する堺界層および円柱から剥離した渦が自由表面と相互干渉する過程を明らかにした。また高フィ-ルド数では円柱での前方の円弧上の波が砕け、3次元の砕波によって乱れが生成されることが検証された。

本研究は自由表面近傍の流れの乱れについて、数値計算と実験によりその構造と機構を解明することを目的として、平成2年度から3年にわたり実施された。初年度は自由表面が変形する場合について自由表面近傍の乱れの構造について調べるために、開水路内の跳水の実験と計算を行った。熱膜流速計により跳水の前後における自由表面近傍の変動流速を計測し、跳水後部の乱動場を調査するとともに、自由表面を含む2次元粘性流場の計算手法を開発した。平成3年度は計算法を3次元に拡張し、非線形水波の一種である孤立波の数値計算を行い、自由表面条件の離散化手法の整合性と精度を検討した。また、これを鉛直円柱のまわりの流れに適用し、円柱前方の円弧状の砕波近傍に生ずる乱れの生成の機構を検討した。平成4年度は、前年度の研究の延長として、自由表面を貫通する鉛直円柱まわりの自由表面近傍の波高と波面の乱れの計測と、それに対応する流れの数値計算を行った。まず波高の計測については、曳航水槽においてサーボ式波高計で波面の高さ及び波面の乱れを計測した。また、数値計算はナビエ・ストークス方程式に基づく有限体積法を用い、これに外部境界の外での波の減衰、さらに自由表面条件等の改良を施した。その結果、円柱後部の剥離領域はフルード数の増加とともに後退し、前後端部における波高差も拡大するなど、計算結果は概ね実験結果と良好な一致を示し、本計算法の実用性が検証されたものと考えられる。3年間の研究を通じ、自由表面を有する粘性流の挙動、自由表面近傍の乱れの発生機構、およびその構造について有用な知見を得ると共に、剥離を伴う粘性流場と自由表面の干渉に関する予測手法を確立することができた。
新規事業における創発的市場プロセスにマーケティングマネジメントが果たす役割の解明

企業が新事業開発において直面する、創発的な市場プロセスの特性を定式化し、このプロセスのなかでマーケティングの果たす役割と、そのマネジメントの機制とをとらえることに努めた。本年度は、理論研究と事例研究とを平行して進めた。理論面では、産業の誕生時における、技術と用途の出会いの偶発性を克服し、成長期へ向けて産業が離陸していくための要件とその機制を特定化するために、既存研究の整理、分析を行い、理論的な考察を進めた。産業が成長期へ向けて離陸していく上で重要なのは、拡張製品の投入とデファクト・スタンダードの成立であり、この2つの要件の成立を契機として、製品の扱いやすさ・使い勝手の向上による初期採用者の取り込み、需給両サイドのリスク低減、多様なニーズに応える製品群の登場、補完産業の整備などが進むことで、自己組織的な市場成長を生み出す、相互補完的な役割期待の形成(現実への没入(インボルブメント))がうながされるとの見通しを得た。この研究成果の概要を、図書(『ゼミナール・マーケティング入門』)にて公刊した。事例研究(ケーススタディ)としては、新事業開発にかかわる企業事例を収集し、これらの企業がどのようなマーケティングマネジメントを行い、そのことが、どのような機制を通じて、市場の創発ひいては新たな事業の確立へとつながっていったのかを分析した。この研究成果の一端を、図書(『ゼミナール・マーケティング入門』)及び論文(「ナイキを飛躍させた新しいスタイルのプロモーション」、「ファミコンに見るハードとソフトの連携の仕組み」)にて公刊した。本年度は、研究テーマに関し、理論、現象の2つ側面から研究に着手した。まず、理論面では、既存研究の整理・分析を通じて、マーケティング・プロセスから生じる、新たな製品・サービスの供給とそれに対するニーズの相補的な関係の創発という現象を的確にとらえるための理論枠組みを検討した。従来の経済学や経営学そしてマーケティング論の主流であった要素還元主義や構造主義的なアプローチ、あるいは市場を均衡形成の場としてとらえるアプローチでは、内発的な変化と、秩序の正当化の問題を扱いえない。この限界を克服するための理論的機制として自己組織性あるいはオートポエシスという機制に注目することが有効であるとの認識を得た。この理論的な機制が、具体的な市場プロセスのなかでどのように機能しているかの分析、及びそのマネジリアルなインプリケーションについては、今後の課題である。現象へのアプローチとしては、まず日本企業の新規事業への取り組みに関する資料収集を進めるとともに、業界の異なる8社に対するインタビューを行った。近年では消費の多様化・流動化が加速し、市場適応を進めるだけでは企業経営が成り立たなくなってきているとの認識を得た。換言すれば、企業の側から市場を主体的に組織化していく新たな仕組みが求められているということである。上述した市場プロセスの自己組織性の分析を進めることは、この問題に対する対処法を導くための基礎となると考えられる。加えて、マーケテイング・プロセスと買い手のニーズの相補的な関係を確認するために、異なる統制条件のもとで被験者に商品評価を求める実験を行い、データを収集した。なお、この実験は当初予定していなかったものであるが、理論研究を進める中で、当初予定していた質問票調査と比較して必要性が高いと判断したため、先行して実施することとした。
在宅看護ケアで活用できるリンパ浮腫評価モデルの開発

本研究は,1)リンパ浮腫患者の皮膚表面の硬さとリンパの貯留状況の両側面を考慮したリンパ浮腫II期を定量的に評価後に,2)訪問での在宅看護ケア場面での活用に向けた「在宅ケアで活用できるリンパ浮腫評価モデル」の開発を目的とする。本研究は,現在の曖昧な点があるII期前期・後期のリンパ浮腫の程度をより簡便な方法により定量的に評価を試み、エコーなどの高価な医療機器を持たない人員不足にある訪問看護ケア場面の活用につながる。
高精度形状可変ミラーを用いた走査透過型Ｘ線顕微鏡の開発

これまでに開発した4枚の高精度形状可変X線ミラーを用い,二段二次元アダプティブ集光光学系を構築した.本光学系は一次元で2枚の形状可変ミラーを配置し,1枚目のミラーでX線を共通焦点へ集光する.そして,拡散したX線を2枚目の形状可変ミラーで最終焦点へ集光する.このとき,1枚目の形状可変ミラーの形状は,光源と共通焦点を焦点とする楕円に,また2枚目の形状可変ミラーは,共通焦点と最終焦点を焦点とする楕円に変形する.形状可変ミラーの形状を変形し,共通焦点の位置を変化させることで,最終焦点における集光径の大きさを変化させる光学系である.SPring-8において本光学系を用い,2種類の集光径を一つの光学系で実現する,可変集光実験を行った.結果,集光径を最大としたとき,水平方向において半値幅90 nm,垂直方向において半値幅120 nmの二次元集光に成功した.また,集光径を最小としたとき,水平方向において半値幅480 nm,垂直方向において1.3 μmの集光を実現した.この実験は世界初の試みであり,結果は今後のアダプティブX線光学の分野に大きなインパクトを与えるものである.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。1.大変形・高精度形状可変ミラーの開発これまでに長さ100mm,厚さ5mmの合成石英基板の両面に,圧電素子を接着した構造の形状可変ミラーを開発し,最大変形量5μm,変形精度2nmPVの性能を達成していた.今年度は,さらなる大変形が可能な形状可変ミラーの開発を目指して,これまでの構造を見直し,圧電素子2枚を接着したバイモルフ構造の両面に0.5mmという極薄の合成石英基板を接着した,バイモルフ形状可変ミラーを開発した.この新型形状可変ミラーにおいてFEMシミュレーションを行った結果,最大変形量100μmという大変形が可能であることがわかった.また,実際に圧電素子と合成石英基板を接着して形状可変ミラーを作製した.2.二次元アダプティブ集光光学系の構築2枚の形状可変ミラーを用いた二次元アダプティブ集光光学系(開発目標である4枚の形状可変ミラーによる集光システムの1段目)を構築し, SPring-8において集光実験および波面補償による形状可変ミラーの形状制御実験を行った.まず,これを遂行するために,形状可変ミラーを高精度にアライメントできるミラーマニピュレータの開発を行った.ミラーマニピュレータを設計するためには,許容できるアライメント誤差を知る必要がある.そこで,コンピュータシミュレーションによる波動光学計算を行い,必要な許容アライメント誤差を検討した.得られた結果に基づきミラーマニピュレータの設計,作製を行った.開発した形状可変ミラー,ミラーマニピュレータを用い, SPring-8 BL29XULにおいて集光実験を行った結果,水平方向において半値幅65nm,垂直方向において半値幅110nmの二次元集光に成功した(図1,2).この成果は,形状可変ミラーを用いたX線二次元集光では,世界最小となる集光径であり,すでに論文を投稿済みである.また, 2枚の形状可変ミラーを用いた水平方向集光のみの一次元二段集光実験を行った.その結果,最終焦点において90nmの回折限界集光を達成した.これまでに開発した4枚の高精度形状可変X線ミラーを用い,二段二次元アダプティブ集光光学系を構築した.本光学系は一次元で2枚の形状可変ミラーを配置し,1枚目のミラーでX線を共通焦点へ集光する.そして,拡散したX線を2枚目の形状可変ミラーで最終焦点へ集光する.このとき,1枚目の形状可変ミラーの形状は,光源と共通焦点を焦点とする楕円に,また2枚目の形状可変ミラーは,共通焦点と最終焦点を焦点とする楕円に変形する.形状可変ミラーの形状を変形し,共通焦点の位置を変化させることで,最終焦点における集光径の大きさを変化させる光学系である.SPring-8において本光学系を用い,2種類の集光径を一つの光学系で実現する,可変集光実験を行った.結果,集光径を最大としたとき,水平方向において半値幅90 nm,垂直方向において半値幅120 nmの二次元集光に成功した.また,集光径を最小としたとき,水平方向において半値幅480 nm,垂直方向において1.3 μmの集光を実現した.この実験は世界初の試みであり,結果は今後のアダプティブX線光学の分野に大きなインパクトを与えるものである.26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画である,大変形・高精度形状可変ミラーの開発および二次元アダプティブ集光光学系の構築に加えて,一次元二段アダプティブ集光光学系の構築についても行い,次年度に行う予定である二次元二段集光実験に向けて,ノウハウの蓄積や課題の抽出を行うことができ,二段アダプティブ集光光学系の構築に向けて,有用な知見が得られた.4枚の形状可変ミラーを用いた,二段アダプティブ集光光学系の構築を行い, SPring-8においてX線集光実験を行う.また光学系の集光径可変機能を用い,異なる集光X線によるサンプルの計測を行う.
微生物プロセスのモデリングと逆問題解析および数値シミュレーション

バクテリアやカビとそれらの生育に必要となる炭素源との相互関係,あるいはウイルスとホストの相互関係のような微生物と微生物が依存する要因との相互関係を数学の枠組みの中で考察された。微生物によるポリマー解重合プロセスに関しては,ポリマー重量分布(質量分布)と微生物個体数に関するモデルから派生する逆問題が数値的に解析され,また数値シミュレーションも行われた。また養鶏場内での鳥インフルエンザ感染プロセスに関しても数学的考察がなされた。平成25年度は,平成24年度に引き続き,ポリマー生分解評価の数理的解析法を確立させ,また鳥インフルエンザ抑制に向けた養鶏ファーム管理方法を提案することを目標に,モデリング,解析,シミュレーションによる研究を行うことを計画した。ポリマー生分解に関しては,特に分解率の時間ファクターに関する研究に重点を置いた。分解率は分子量ファクターと時間ファクターに分解される。時間ファクターには,溶存酸素量,温度,微生物個体数などがあるが,特に微生物個体数の場合に着目し,解析を行った。微生物の増殖率は,微生物個体数と微生物が利用可能な炭素源としてのポリマー量に依存するとした。すなわち,微生物個体数が平衡状態を維持するために要する単位個体数あたりの炭素量があり,微生物個体数は,単位個体数あたりの炭素源がこの炭素量より大きいとき増加し,単位個体数あたりの炭素源がこの炭素量より小さいとき減少する。この前提のもと,ポリエチレングリコール(PEG)に関する実験結果を解析に導入し,分解率分子量ファクターと時間ファクターを求めた。分解率分子量ファクターと時間ファクターが得られた後,初期値問題を数値的に解くことによりポリエチレングリコールの推移に関するシミュレーションを行い,数値結果と実験結果を比較した。ポリエチレングリコールに関しては,従来用いられた実験結果ばかりでなく,PEG 6000の微生物コンソーシウムE1の培養前と培養2日後,4日後,7日後の質量分布に関する実験結果も用いたポリマーの生分解プロセスでは,分解者であるバクテリアやカビは炭素源としてのポリマーの十分な供給のもとで生育し,不十分な供給のもとでは減少し,更にポリマーの枯渇とともに消滅すると予想される。また,鳥インフルエンザに関しては,養鶏ファームに侵入した鳥インフルエンザウイルスは養鶏ファーム内の鶏をホストとして増殖し,ホストである感染個体の除去により減少し,更に十分な感染個体の除去により鳥インフルエンザウイルスは養鶏ファーム内から一掃されることが予想される。いずれの場合も微生物が栄養源あるいはホストという外部要因により成長あるいは減少し活動状態が変化する。この微生物の増減と外的要因の変化プロセスを数学的にモデル化し,モデルに基づく解析を行うことを目標とした。更にモデルに基づく数値シミュレーションを実施しモデルの妥当性を検証するも目標とした。平成24年度には,ポリマーの生分解と鳥インフルエンザに関してこれまでに得られた結果を更に追究し,モデリング,解析,シミュレーションによる研究を行うことを目標とした。ポリマー生分解に関しては,微生物とポリマーと微生物の変化プロセスに関するモデルに基き,実験結果を導入した解析と逆問題の解析および数値シミュレーションを行うことを目標とした。養鶏ファーム内の鳥インフルエンザ感染プロセスに関しては,未感染個体,感染個体,ウィルスばかりでなく排泄物など感染媒体の影響も考慮にいれた研究を行うことを目標とした。前述の目標のもとで行った研究の結果を国内外の研究集会で発表し,また論文もいくつか発表した。平成26年度は,平成24年度と平成25年度に引き続き,ポリマー生分解評価の数理的解析法を確立させ,また鳥インフルエンザ抑制に向けた養鶏ファーム管理方法を提案するため,モデリング,解析,シミュレーションによる研究を行い,また得られた成果を研究集会での研究発表や論文として発表することを目標とした。また,ポリマー生分解や鳥インフルエンザで開発された数理的手法を他の微生物プロセスに対し適用することも視野においた。ポリマー生分解に関しては,平成25年度に引き続き,特に分解率の時間ファクターに重点を置いた。分解率は分子量ファクターと時間ファクターの積として表される。分子量ファクターは従来用いられてきた手法により求められる。分解率の時間ファクターには,溶存酸素量,温度,微生物個体数などがあるが,平成26年度は平成25年度に引き続き,特に微生物個体数に着目した。微生物の増殖率は,微生物個体数と微生物が利用可能な炭素源としてのポリマーに依存する。微生物個体数が平衡状態を維持するために要する単位個体数あたりの炭素量があり,微生物個体数は,単位個体数あたりの炭素源がこの炭素量より大きいとき増加し,単位個体数あたりの炭素源がこの炭素量より小さいとき減少すると想定した。また活性を失う微生物個体数の割合は一定であるとの仮定もおいた解析も行った。これらの前提のもと,ポリエチレングリコール(PEG)の生分解実験結果を分解率の分子量ファクターと時間ファクターの逆問題の解析に導入し,分解率時間ファクターを数値的に求める手法に関する考察を行った。分解率が得られた後に初期値問題を数値的に解くことによりポリエチレングリコールの重量(質量)分布推移に関するシミュレーションを行い,解析結果と実験結果を比較した。本課題の補助事業期間は当初平成24年度平成27年度であったが平成24年度平成28年度への機関延長申請が採択された。現時点までの研究活動としては,ポリマー生分解に関しては,前年度に提案された分解率の時間ファクターに対する手法を更に発展させた。前年度に提案された手法は,実測データから得られた残留ポリマー量の離散点における時系列をターゲットとしてパラメータの値を特定するというものである。特に,時間ファクターを微生物個体数として,初期微生物個体数σ_0 ,炭素源に対する制約がない場合の比増殖速度kおよび微生物が平衡状態を維持するために必要となる単位個体あたりのポリマー量hの三つのパラメータの値を特定するものである。

平成27年度以降の成果としては,特に次の結果があげられる。初期微生物個体数と比増殖速度に対する二つの非線形方程式にNewton-Rapson法を適用することにより,その解となるσ_0とkがhの関数として表される。そこでhが満たすもう一つの非線形方程式に二分法を適用する手法とNewton法を適用する手法が提案された。またσ_0 , k , hが解となる三つの非線形方程式にNewton-Rapson法を適用する手法とσ_0 , k , hに対する非線形最小2乗問題にGauss-Newton法を適用する手法が提案された。これらの手法はポリエチレングリコールの生分解プロセスに適用された。鳥インフルエンザに関しては,特に養鶏場内での感染プロセスに関して次の成果が得られた。未感染個体とウィルス濃度を未知変数,1次元座標と時間を変数とする非線形拡散方程式モデルには,ある条件下で鳥インフルエンザの感染プロセスを表す進行波解が存在することが示された。ポリマー生分解に関しては,分解率の時間ファクターに現れるパラメータの値を求めるための逆問題の解析にNewton-Raphson法やGauss-Newton法を適用する手法が提案された。すなわち実測データから得られた残留ポリマー量の離散点における時系列をターゲットとする逆問題にNewton-Raphson法やGauss-Newton法を適用する手法が提案された。鳥インフルエンザに関しては,未感染個体とウィルス濃度を未知変数,1次元座標と時間を変数とする非線形拡散方程式モデルに関する結果が得られた。これらの結果は,すでに論文として発表された。以上の理由から現在までの進捗状況としては,おおむね順調に進展していると判断される。当初平成24年度平成27年度であった本課題の補助事業期間は平成24年度平成28年度への機関延長申請が採択された。ポリマー生分解に関しては,平成27年度までに提案された分解率の時間ファクターの解析手法を更に発展させた。平成27年度までに提案されたポリマー重量分布(質量分布)と微生物個体数に関する数学モデルでは,重量分布分解速度の時間ファクターである微生物個体数の式に初期微生物個体数,炭素源に対する制約がない場合の比増殖速度および微生物が平衡状態を維持するために必要となる単位個体あたりのポリマー量の三つのパラメータが含まれる。これら三つのパラメータの値に対する逆解析では,残留ポリマー量の離散点における時系列をターゲットとしてパラメータの値を特定するため三つの非線形方程式にNewton-Rapson法の応用法と非線形最小2乗問題へのGauss-Newton法の応用法が示された。これらの数値的手法はポリエチレングリコールの生分解プロセスに適用された[1]。
粗度急変部の水理特性に関する研究

本研究は,1).滑面から大型粗度に急変している位置で発生している跳水とWaveの水理特性,2).粗度急変流の内部境界層の発達,3).水路幅が跳水に及ぼす影響の三事項について実験的に考究した。1)については,大型粗度として桟型とブロック型を用い,次の結果を得た。(1)跳水の発生条件では粗度の影響が見られた。Waveの発生は段落ち部でのWaveの発生条件式が適用できる。(2)跳水表面渦長は,大型粗度によって30%40%減少する。(3)Waveの水面特性値は段落ち部のWaveの関係とほぼ一致している。(4)跳水内の流速分布を主流部と境界層に分け、各々の特性を明らかにする。(5)跳水内の最大流速のテイ減は,対数の関係式で示される。(6)境界層の発達状況を3区間に分け,各々の特性を明らかにする。2)については,(1)滑面上と粗面上の流速分布および乱れ強度分布特性を明らかにする。(2)内部境界層の厚さは,流速分布より乱れ強度分布からの方がより明確に求められる。(3)内部境界層(δ)の発達は流下距離(x)に対して,δ=a・x^bの関係になっていて,bの値は0.7である。粗度大きさおよび粗度密度の影響については,さらに検討する必要がある。3)については,アスペクト比(水路幅と水深の比)の違いによる跳水への影響を共役水深比,水面変動,エネルギ-減殺率,流速分布の点から明らかにし,特に水路幅の水さい場合には,水面形,流速分布に違いが見られ,これが跳水長に影響を与えていることを明らかにする。1.水路底面粗度が滑面から粗面に急変する場合の粗度急変点から新たに発達する内部境界層の発達,および流速分布,乱れ特性を実験的に検討した。(1).幅10cm,長さ7.0mの実験水路を使用し,粗面として直径1.0cmと2.0cmの均一のビ-玉を用いた。水深が水路幅の1/2以上になると,側壁からの影響が水路中心部の流速分布に及んでいる。(2).十分に発達した粗面上の鉛直乱れ強度(u')の減少の割合はZ/Hのほぼー1/3乗で減少している。(3).粗度面から25mm以下での乱れ強度は,粗度急変点から流下距離60cmまで直線的に増加している。それに対応して底面付近の流速は直線的に減少していく。(4).平均流速,乱れ強度の分布から内部境界層の発達が認められ,その発達は流下距離に対してほぼ直線的で,粗度規模の大きいほど発達の早いことが明らかになった。2.滑床面のエプロン部から大型粗度を有する護床工の粗度急変部で生じる跳水現象を幅0.7m,長さ23mの実験水路を用い,大型粗度には高さ2.4cmの直方体を使用して実験的に検討した。(1).粗度急変部で跳水の他にWAVE FLOWが発生した。この跳水とWAVEの発生条件を明らかにした。跳水渦長の減少が認められた。(2).各WAVE FLOWの水面形状に相似性が認められ,その水面形の幾何学的特性を明らかにした。1.滑面から大型粗度の急変部での跳水とWaveについて.

水利構造物下流のエプロン部と護床工部の粗度急変部,特に大型粗度(桟型とブロック型)上での跳水とWave内の流速特性を明らかにした。(1).跳水内の流速分布を主流部と境界層部に分け解析し,境界層部の流速分布を指数分布則で示し,その指数の変化と流下距離の関係を明らかにする。(2).跳水内の最大流速テイ減は対数式で求められる。(3).境界層の発達を三区間に分け,各区間の発達状況を明らかにする。(4).Wave内の流速分布および最大流速のテイ減は,段落ち部で発生しているWaveとほぼ同じである。(5).Wave内の逆流域の規模は、射流フル-ド数と比例関係にあり,逆流域の最大高さの関係を明らかにする。2.粗度急変流の内部機構について.滑面から粗面(面径α2cmのガラス玉使用)に府面粗度が急変している時に生ずる粗度急変流の内部境界層の発達を中心に実験的に考究した。(1).粗面上の流速分布は,基面の位置を粗度頂面より1/4α下方に移動することによって対数式で示される。(2).粗度密度の異なる場合の流速および乱れ強度の変化と流下距離(x)の関係を明らかにする。(3).内部境界層の厚さ(δ)を流速分布と乱れ強度分布から求め,その比較検討を行なった。(4)内部境界層の発達は,δ=a・x^bの関係で表わすことができ,bの値は約0.7である。
クロマチン構造転移の統計物理学

近年の1細胞レベルのトランスクリプトームやエピジェネティクス解析などの技術発展により、哺乳類細胞の分化過程における分子的な状態変化の詳細が明らかになってきた。しかし、なぜ安定な細胞種は遺伝子発現空間上に飛び飛びにしか存在しないのか、なぜ細胞分化は基本的に不可逆なのか、といった本質的な問いへの答えはまだ出ていない。そこで本研究では、細胞核内のクロマチンの構造変化そのものが、細胞分化現象の離散性・不可逆性と密接関わっている可能性に注目し、理論物理・データ解析の2方向から研究を進める。
信号の離散性を利用した大規模過負荷ＭＩＭＯ信号検出とその理論解析

1. SOAV(Sum of Absolute Values)最適化のアイデアとAMP(Approximate Message Passing)アルゴリズムを用いた離散値ベクトル再構成の一般化を行った.以前の検討では未知ベクトルの分布を制限していたが,任意の離散分布に対して適用できるように拡張し,その理論解析を行った.また,理論解析結果を用いて,SOAV最適化問題に含まれるパラメータを決定する手法を提案した.計算機シミュレーションにより,問題のサイズが大きい場合には,AMPアルゴリズムの特性とその理論解析結果がよく一致することを示した.2.従来のSOAV最適化に基づく離散値ベクトル再構成の手法は実数領域における最適化問題を解くものであるため,一般の複素数値をとる離散値ベクトルの再構成には不適切な場合があった.そこで,従来の実数領域における最適化問題を複素数領域における最適化問題に拡張し,複素離散値ベクトルの再構成のための手法を提案した.計算機シミュレーションにより提案手法の推定値の精度を評価し,別のアプローチと比べて良い性能を達成可能であることを示した.MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)信号検出などの通信の問題では推定すべき信号は一般に複素数値をとるため,提案手法はそのような問題に適した手法であると考えられる.その具体例として,上りリンク過負荷MIMOにおけるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送やサイクリックプレフィックスを用いたシングルキャリア伝送などにおける提案手法の特性を評価し,その有効性を示した.SOAV最適化のアイデアとAMPアルゴリズムに基づく離散値ベクトル再構成の一般化によって,これまで適用できなかったような離散分布に対する当該アルゴリズムの理論解析結果も得られるようになった.また,複素数領域における最適化を用いた手法は一般の複素離散値ベクトルの再構成に適用可能であり,過負荷MIMO信号検出を含めた様々な通信の問題への応用が期待できる.以上より,本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる.様々な応用における提案手法の特性を計算機シミュレーションなどで評価し,提案手法が良い特性を達成する条件やその理由について検討する.また,それぞれの応用に固有の性質を利用した特性の改善や計算量の削減などについても検討する.以前から検討していた凸最適化に基づく大規模過負荷MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)信号検出法についてのさらなる検討を行った.まず,LDPC(Low Density Parity Check)符号を用いた大規模過負荷MIMOシステムへの応用を行い,凸最適化を用いた信号検出と復号を繰り返し行う手法を提案した.計算機シミュレーションによって,信号検出と復号を繰り返し行うことで特性が大きく改善されることを示した.また,提案手法で用いる凸最適化問題の解の誤差の上界を理論的に導出した.凸最適化とは異なるアプローチとして,圧縮センシングに対して提案されているAMP(Approximate Message Passing)アルゴリズムの離散値ベクトル再構成への応用を行った.提案手法のDAMP(Discreteness-aware AMP)アルゴリズムは,解きたい問題がある特定の性質を満たす場合,上記の凸最適化に基づく手法に比べて少ない計算量で良い特性を得られる.さらに,状態発展法と呼ばれる理論を用いて,提案手法の漸近的な特性を評価し,再構成に必要な条件を導出した.これにより,このアルゴリズムを用いた大規模MIMO信号検出が成功するための条件が得られ,受信アンテナが送信ストリーム数よりも少ない場合でも信号検出が成功する場合があることが示された.センサネットワークなどのシステムにおいて送信信号などの観測を行う場合を想定し,従来のAMPアルゴリズムを分散的に実行するアルゴリズムを提案した.提案アルゴリズムを用いることにより,各センサは自分の近傍にあるセンサとのみ情報交換を行って信号検出を行うことが可能になる.凸最適化を用いた大規模過負荷MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)信号検出に関する理論解析結果を得たことにより,今までなされていなかった理論的な検討が進んだといえる.さらに,LDPC (Low Density Parity Check)符号の復号と提案信号検出法を組み合わせた手法は,従来の手法では得られない特性を達成可能であり,応用上重要な結果である.近似メッセージ伝搬(Approximate Message Passing, AMP)アルゴリズムのアイデアに基づく提案手法は,SOAV最適化に基づく手法よりも低演算量であり,その漸近的な特性が理論的に解析可能であると言う特徴がある.対象とする線形観測モデルに制限はあるものの,大規模過負荷MIMO信号検出の代表的なモデルにも適用可能であるため,得られた成果は理論と応用の両面で大きな意義があるといえる.また,新たに提案した分散AMPアルゴリズムはセンサネットワークなどの分散的なシステムへの適用が可能であり,応用上重要な結果であると期待できる.以上の理由より,本研究課題はおおむね順調に進展していると期待できる.1. SOAV(Sum of Absolute Values)最適化のアイデアとAMP(Approximate Message Passing)アルゴリズムを用いた離散値ベクトル再構成の一般化を行った.以前の検討では未知ベクトルの分布を制限していたが,任意の離散分布に対して適用できるように拡張し,その理論解析を行った.また,理論解析結果を用いて,SOAV最適化問題に含まれるパラメータを決定する手法を提案した.計算機シミュレーションにより,問題のサイズが大きい場合には,AMPアルゴリズムの特性とその理論解析結果がよく一致することを示した.2.従来のSOAV最適化に基づく離散値ベクトル再構成の手法は実数領域における最適化問題を解くものであるため,一般の複素数値をとる離散値ベクトルの再構成には不適切な場合があった.

そこで,従来の実数領域における最適化問題を複素数領域における最適化問題に拡張し,複素離散値ベクトルの再構成のための手法を提案した.計算機シミュレーションにより提案手法の推定値の精度を評価し,別のアプローチと比べて良い性能を達成可能であることを示した.MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)信号検出などの通信の問題では推定すべき信号は一般に複素数値をとるため,提案手法はそのような問題に適した手法であると考えられる.その具体例として,上りリンク過負荷MIMOにおけるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送やサイクリックプレフィックスを用いたシングルキャリア伝送などにおける提案手法の特性を評価し,その有効性を示した.SOAV最適化のアイデアとAMPアルゴリズムに基づく離散値ベクトル再構成の一般化によって,これまで適用できなかったような離散分布に対する当該アルゴリズムの理論解析結果も得られるようになった.また,複素数領域における最適化を用いた手法は一般の複素離散値ベクトルの再構成に適用可能であり,過負荷MIMO信号検出を含めた様々な通信の問題への応用が期待できる.以上より,本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる.これまでは目的関数が凸になるようなクラスのみの範囲で検討を行っていたが,圧縮センシングの分野では非凸な目的関数を用いることで良い特性を達成できる場合があることが示されている.それらの結果を応用し,より良い特性を達成する信号検出法の開発に取り組む.AMP(Approximate Message Passing)アルゴリズムの特性は,問題のサイズが小さい場合に大きく劣化することが知られている.そこで,応用上重要である有限なサイズの問題に対しても良好な特性を達成するための検討を行う.また,観測行列が特定の構造をもつ場合の検討も行う.様々な応用における提案手法の特性を計算機シミュレーションなどで評価し,提案手法が良い特性を達成する条件やその理由について検討する.また,それぞれの応用に固有の性質を利用した特性の改善や計算量の削減などについても検討する.
酸素依存性短寿命突然変異体への酸素耐性遺伝子の導入による寿命解析

老化における活性酸素の役割を調べるために、C.elegansから活性酸素に対する耐性遺伝子の分離と、酸素に高い感受性を示す突然変異体を分離した。この耐性遺伝子を酸素高感受性突然変異体に導入しその役割を調べた。結果は、1.マンガン-SOD遺伝子を分離し、塩基配列を決定した。2.mev-1と名付けた突然変異体は寿命が酸素濃度に依存して変化し、さらに銅、亜鉛SODの活性が野生株の半分以下であるが、老化の指標となる自己蛍光物質(リポフスチン)がmev-1では野生株よりも早期に出現し、特に高濃度の酸素下ではそれが顕著に現われることから、mev-1が酸素に関わる早老症であることを示した。3.銅、亜鉛SOD遺伝子(sod-1)は第1染色体上に存在することが知られていたが、最近になり第3染色体に位置する新しい銅、亜鉛SOD遺伝子(sod-4)が見いだされ、mev-1がSOD遺伝子そのものである可能性が出てきた。しかしながらRT-PCR法では野生株とmev-1との間にはこの遺伝子の発現量の違いは見られなかった。この遺伝子の働きを調べるために、上流2kbと下流1kbを含む野生型のsod-4遺伝子をmev-1に導入し、酸素感受性と寿命の変化を調べているが、酸素耐性を示す虫はまだ得られていない。4.さらにもう1つの酸素感受性突然変異体、mev-3、を分離し、酸素濃度に依存した産卵数の減少や成長の遅れ、さらに寿命短縮を示すことを見出した。トランスポゾンをマーカーとしてこの遺伝子クローニングを試みているが、常にmev-3と連鎖するトランスポゾンを見いだしたので現在その分離を行なっている。今年度は線虫、C.エレガンスの酸素感受性突然変異体であるmev-1の遺伝子のクローニングを試みた。この突然変異体は、酸素毒に対する防御機構の1つの酵素である銅/亜鉛を含むスーパーオキサイドデスムターゼ(銅/亜鉛SOD)の活性が野性株の半分しか見られないが、銅/亜鉛SOD遺伝子は他の染色体上に存在することが知られており、このmev-1遺伝子はこの酵素の活性を調節するものと思われた。しかしながら最近、このmev-1遺伝子と同じ位置にもこのSOD遺伝子が存在することが判明し、mev-1遺伝子がSOD遺伝子そのものである可能性が出てきた。この2つのSOD遺伝子はアミノ酸のレベルで約50%の類似性を示した。すでに判明している銅/亜鉛SOD遺伝子は他の生物で見いだされているSODと同じもので、ヒトとC.エレガンスの間で約50%の類似性を示している。RT-PCR法により野生株mev-1におけるmRNAの発現量をしてみると、両者に違いは見られなかった。今回見いだされたSODはヒトとの類似性は50%であったが、その類似を示す位置はすでに判明しているSODとは異なっていた。現在、この新たに見つかったSOD遺伝子の発現量を調べている。またこの遺伝子をmev-1に導入し、酸素に対する感受性を調べることにより、mev-1遺伝子とこのSOD遺伝子が同一であるかを調べると共に、寿命の変化を調べる系を作成している。これらの結果から他の生物にも2つの銅/亜鉛SODを持つことが考えられ、1つと信じられてきた銅/亜鉛SODの発現、と調節の機構を考え直す必要が出てきた。この耐性遺伝子を酸素高感受性突然変異体に導入し、その役割を調べた。結果は、(1)マンガン-SOD遺伝子を分離し、塩基配列を決定した。