hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
定量的指標を用いた脳形態および脳機能の統合的解析

Voxel-base法では脳内に広汎な加齢性容積低下・MD上昇、前方白質構造有意のFA低下が観測された。年齢×性別の交互作用は容積では観測されなかった一方、女性に比べて男性FAでは右下前頭回をはじめとして脳内に散在性に有意に強い負相関部位が、男性MDでは右中心後回下白質をはじめとして比較的広汎に有意に強い正相関部位が認められた。全脳・局所の両者ともに加齢性変化には有意な男女差が認められ、疾患群解析における年齢・性別マッチングの重要性および正常データベース構築における男女の区別・階層化の重要性が示唆された。本研究では平成18-19年度において全脳および特定の局所脳容積・拡散テンソル指標の加齢性変化、脳容積変化と拡散テンソル指標の加齢変化の違い、脳容積変化と拡散テンソル指標の加齢変化の男女の違いを明らかにしてきた。脳内局所による違いはあるものの、加齢に伴い脳は萎縮し、MDは上昇、FAが低下することは確実である。ただしここまでの研究では男女別の群間比較や、多数の被験者における年齢に対する相関解析であり、個々の症例についてその脳容積・拡散テンソル指標が生理的加齢変化の範囲内なのか、生理的加齢変化を逸脱し、病的な萎縮・拡散テンソル変化なのかという情報を付与しにくい。そこで平成20年度においては脳容積・拡散テンソル指標を男女別・左右別に階層化し、脳実質を前頭葉、頭頂葉、側頭葉、後頭葉、深部基底核と深部白質、辺縁系、中脳、橋、延髄、小脳前葉、小脳後葉について分割し、正常データベースを構築した。その結果、加齢に従い脳容積は減少し、MDは上昇、FAは低下することが観測され、voxel-base法と正常データベースの結果は良く一致していた。これまで客観性を欠いていた脳容積・機能指標を定量化することによって、臨床的にも経時的変化の比較しやすいデータを提供可能になる可能性が示唆された。MD・FA画像の画像コントラストは低く、視覚的な病変検出が一般的に困難な場合が多い。また多発性硬化症などの病態ではTl・T2強調などのMRI画像で視覚的には正常に見える部分でも、MD・FA値には異常が生じていることが報告されているものの、画像コントラストが低いことから視覚的・定性的評価にはなじまない。MRI画像に含まれる豊富な情報を画像統計解析の手法を駆使して抽出することにより、生理的変化や各種病態における脳形態・脳機能に関する知見が集積され、-人一人の症例の診断に還元されることが期待できる。
社会的困難の集中する地域において自立をめざす若者の支援に関する理論的・実証的研究

本研究は、地域経済の疲弊が著しく、貧困・社会的格差に基づく不利が集中している都市の典型事例であるとともに、生活保護受給世帯など、困難を抱える子ども・若者への先進的な自立支援を行っている北海道釧路市を主なフィールドとして、1)子ども・若者が社会的自立の過程で直面する課題や困難の実態を明らかにするとともに、2)そうした困難を抱える若者への支援について釧路市における実践等を通して、その意義や到達・課題を具体的・実証的に明らかにする、3)以上を踏まえて、複雑で様々な困難を伴った若者の「学校から社会へ」の移行を支えうるような教育実践・自立支援を理論的・実践的に構想することに取り組み、一定の成果を上げた。平成26年度の研究実績は以下の通りである。1)東京都内の普通科高校卒業者に対する経年的な聞き取りをベースに、単著の論文を執筆・発表した。論文では1「大人になること」を当事者がどのように経験し、またそれを見通しているのか、2そこにはどのような困難があり、また当事者は何に依拠してその困難を乗り越えようとしているのか、について論じるとともに、「成人期」の把握をめぐる国際的・国内的な理論動向の整理を試みた。その際、「大人への移行は個人化・個別化し、従来のように共通の像はもはや描けない」とする論を批判し、現在においても若者たちの多くが「離家・就業・家族形成」といった「移行の三つの側面」に関わって、自身の「成長」を評価・認識していることを明らかにするとともに、従来の青年期に比して、「就業」が必ずしも移行の全体構造を引っ張る軸とはなっておらず、移行の形態が複雑化していることを指摘した。2)「若者の教育とキャリア形成に関する調査」(YCSJ)に研究分担者として参加し、そこで得られた知見に基づき他の共同研究者とともに国際学会での報告を行った。報告のテーマは以下の通りである。1主として不安定な移行過程にある若者たちへの聞き取りをベースに、2彼らがどのような困難に直面しているのか、その背景には学歴・職業履歴・ジェンダー・家族関係・友人関係・地域性など、移行にかかわるどのような要因が存在しているのか、3彼ら自身はその困難をどのように捉え、意味づけ、それと向きあおうとしているのか。3)このほかに、報告者が調査フィールドとしている、北海道釧路市における、社会的困難に直面する若者たちの現状とそこから得られた知見について、学会や地域の福祉・教育関係者が参加する学習会等で、報告を行った。4)平成27年度には、上記の研究成果に基づき、新たな著作を刊行する予定である。2015(平成27)年度における研究成果・実績は以下の通りである。1)釧路市「高校進学希望者学習支援プログラム」(Zっと!Scrum)について、「学習支援事業」の先進例としての意義と課題を分析し、この事業が、単なる学習支援・進学支援の枠を超えて、参加した子どもたちの自尊感情の恢復を支えるとともに、子どもたちを支える多様な大人たちのネットワークを豊富化し、さらにはそのような関係形成の当事者として、子どもたち自身をエンパワーする、当事者の「生活全体を支える重層的な支援」の場となってきたことを明らかにした。2)調査対象地域である釧路市における子どもの貧困と子ども・若者の社会的自立をめぐる課題について、地域の教育・福祉関係者を対象とした報告を行い、意見交換等によって新たな知見を得ることができた。3)「若者の教育とキャリア形成に関する調査」(YCSJ)に研究分担者として参加し、インタビュー調査から得られた知見をもとに、「働くこと」を(とりわけ移行の困難を抱えている)若者たちがどのように経験しているのかについて分析を行った。4)「若者支援政策の評価枠組み構築に向けた日欧比較研究「社会的教育学」援用の可能性」に研究分担者として参加し、国内外の若者支援の実践について最新の知見を得るとともに、その分析枠組に関する調査研究を行った。研究計画からの大幅な遅れはなく、おおむね順調に推移している。2016(平成28)年度における研究成果・実績は以下の通りである。1)調査対象地域である北海道釧路市および道東地域の経済状況および若年者の進路動向、雇用状況の把握のために、引き続き公的な統計データの収集・更新・分析を行ない、一定の知見を得ることができた。2)事業開始から10期目を迎える釧路市「高校進学希望者学習支援プログラム」(Zっと!Scrum)について、改めてこれまでの取り組みの意義や課題を整理するとともに、生育歴の中に困難を抱える子ども・若者を支援するために、今後どのような施策や取り組みが求められるか、これまでの研究成果を踏まえて一定の提起を行った。3)当事者への聞き取りなどをもとに、不安定な移行過程にある若者が「働くこと」をどのような形で経験しているか、その実態を明らかにするとともに、彼ら・彼女らを支えるために必要な施策や支援のあり方について一定の提言を行った。4)早期離学者の学校から仕事への移行をめぐる国際比較のワークショップに参加し、不安定な移行状況にある若者たちの状況の異同について最新の知見を得るとともに、移行支援において求められる視点についてのアイデアを得ることができた。5)以上の内容を含む、これまでの研究成果を、報告冊子「社会的困難の集中する地域において自立を目指す若者の支援に関する理論的・実証的」としてまとめ公開するとともに、これまで調査に協力していただいた方々に配布し、意見交換の機会を得た。調査・研究の進捗は、おおむね研究計画通りに進行しているため。

なお不安定な移行過程にある若年者の状況に関わる国際比較データの収集およびそこから得られる知見に基づく考察を実施するために、補助事業期間の延長を申請し認められたところである。1)イギリス・ドイツ等から招聘された研究者と日本の研究者によって合同で開催された研究シンポジウムに参加し、そこで得られた不安定な移行過程にある若年者の状況に関わる国際比較データの分析を行い、一定の知見を得た。2)これまで研究費補助事業で得られた知見を改めて整理し、移行をめぐる困難に直面する若者の支援に必要なのはどのような視点や枠組みなのかを、調査対象地域である釧路・道東地域の実態に即して改めて明らかにし、今後の調査研究の展開に必要な資料・情報の整理・分析を行った。3)調査対象地域である北海道釧路市および道東地域の経済状況および若年者の進路動向、雇用状況の把握のために、引き続き公的な統計データの収集・更新・分析を行ない、一定の知見を得た。また、釧路市「高校進学希望者学習支援プログラム」(Zっと!Scrum)への参与観察を継続するとともに、今後の子ども・若者支援の課題や,必要な取り組みについて関係者と意見交換を行った。4)以上の知見を踏まえた研究成果の還元を、1貧困や経済的疲弊のもとで暮らす子どもたちを支える地域や学校教育のあり方とはどのようなものか、2長期的な産業構造の転換と、その下での移行過程の不安定化を、自身の「キャリア(仕事・教育・生活)」として生きる若者たちの現実と、彼ら・彼女らを支える制度や実践のあり方とはどのようなものか、をテーマにした書籍(共同執筆)の刊行という形で実施した。本研究は、地域経済の疲弊が著しく、貧困・社会的格差に基づく不利が集中している都市の典型事例であるとともに、生活保護受給世帯など、困難を抱える子ども・若者への先進的な自立支援を行っている北海道釧路市を主なフィールドとして、1)子ども・若者が社会的自立の過程で直面する課題や困難の実態を明らかにするとともに、2)そうした困難を抱える若者への支援について釧路市における実践等を通して、その意義や到達・課題を具体的・実証的に明らかにする、3)以上を踏まえて、複雑で様々な困難を伴った若者の「学校から社会へ」の移行を支えうるような教育実践・自立支援を理論的・実践的に構想することに取り組み、一定の成果を上げた。研究計画からの大きな逸脱はなく、おおむね順調に推移しているものと判断できる。ただし若干の遅延があり、次年度使用額が発生した。そのため今後は研究状況の推移を踏まえ、随時計画の調整を行っていきたい。最終年度にあたる本年は、研究成果のとりまとめを行うとともに、随時補足的な調査活動を行う。具体的には以下のように計画している。1)釧路・道東地域における子ども・若者支援事業について、調査から明らかになった全体像を整理するとともに、必要な聞き取りを補足的に行う。2)同様に、公的な統計調査や行政による政策文書等を更新するとともに、高校の進路指導担当教員や教育行政・労働行政の関係者への補足的な聞き取りを行う。3)過去2年間に行った聞き取り調査データの詳細な分析を行うともに、引き続き学会報告や学術論文の作成に取り組む。また学会報告および執筆論文の到達をふまえ、申請者の責任において、さらに具体的な政策提言や学校教育実践
確率制御理論の応用的研究

確率制御問題の数値解法の研究を行い、数学的に厳密に収束が保証され、かつ広範囲の問題に適用でき実装も容易な新しい近似手法の開発に成功した。この手法は計算時間の短縮についてまだ研究の余地があるが、既存手法には欠けていた厳密性・汎用性を兼ね備えている。さらに、より単純で使いやすい近似法の研究を行い、確率制御問題に対応するハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の2次近似により解を生成する手法の近似誤差を評価した。その結果、問題の目的関数が2次的で、状態のダイナミクスが線形に近い場合は、単純な2次近似法でも精度が高いことが分かった。昨年度に引き続き、確率制御問題の数値解法の研究を行った。既存の数値解法については、いわゆる次元の呪いの問題が存在し、例えば有限差分法や有限要素法を用いて高次元の状態空間を持つ問題を解くのは難しい状況である。この問題を解決するため、昨年度は次元に依存しないモンテカルロ法に基づく新手法を開発したが、これは多大な計算時間を要するという問題があった。そこで本年度は、制御問題に付随するハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の2次近似法について研究し、新しい数値解法を開発した。この提案手法により、方程式の近似解が解析的に求まるため、高次元の問題であっても高速に解くことが可能になった。数学的な誤差解析により、ハミルトニアンが2次の構造に近ければ近い程、制御問題の近似精度も高いことを証明した。応用として、ある界面の時間発展を求める問題とファイナンスにおける動的ヘッジ問題に適用し、有用性を確認した。以上の成果を1編の論文としてまとめ、学術雑誌に投稿中である。提案手法は高速に近似解を生成するため、上記の応用のみならず、自動制御の問題、例えば自動車のサスペンション制御、ヘリコプターの着陸の制御や、生物の運動解析、ロボットの設計等、様々な問題に適用可能であり、応用上の大きな展開が期待できる。また、今回の研究は連続時間モデルを対象としているが、同じ接近により離散時間モデルに対して適用可能である。これにより離散的な制御問題、例えばテトリス等のビデオゲームにも応用できるようになる。本年度は、連続時間確率制御問題に付随するハミルトン・ヤコビ・ベルマン(HJB)方程式の数値解析の研究を実施した。制御システムが線形の場合にはHJB方程式の解は状態変数の2次関数として表されることが知られており、この点を加味して、本研究ではHJB方程式の解の2次近似アルゴリズムを導出し、その厳密な誤差評価を行った。まず被制御過程に制御変数付きのオイラー・丸山近似を適用することによりHJB方程式の時間離散化を行い、各時間ステップにおける値関数の2次近似の剰余項を評価した。時間離散化においては、Krylovによる軟化子を用いる手法を採用し、片側の誤差が時間ステップの1/4乗のオーダーであることを示した。さらに、方程式全体の誤差については、時間離散化誤差と空間変数に関する2次近似誤差、および2次近似を評価する領域の半径の逆数に分解できることを示し、これにより、各時間ステップの2次近似が広い領域で上手くいけばいくほど方程式の解の精度も高くなるという直感にも整合する結果が得られた。この2次近似法をいくつかの具体例に適用し、精度と使いやすさを数値的に検証した。その結果、実装は非常に容易で高い計算速度を持つこと、および境界条件が2次関数的であるときには精度が良いことが確かめられた。ゆえに、次元が高い実際上の問題に対しても適用可能であることが示唆される。以上の成果を一編の論文としてまとめ、学術雑誌に投稿中である。当該年度の研究実施のために先行研究の詳細な調査を行った結果、確率制御問題の数値計算に関しては大きく二つの問題があり、一つは「研究の目的」にも記載したように次元の呪いが存在すること、もう一つは収束の厳密な証明のためには強い仮定が必要となることが分かった。当初の研究計画では、ファイナンスなどに現れる特殊な問題に対して前者の問題を解決するような近似法の開発を考えていたが、この調査を受けて、一般のモデルに適用できる汎用性のある近似の方が重要と考え、この方向で研究を進めた。その結果、粘性解の意味で値関数が対応するハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の一意解となるような広いクラスの確率制御問題に対して適用可能であり、かつ実装が比較的容易な近似法の導出に成功した。既存研究の中で、最も弱い条件下で適用可能なのは、Semi-Lagrangian法と呼ばれる有限要素法的な手法であるが、これは多次元の補間を要するものであり、実装は簡単ではない。また、今回導出した手法においては、必要となる条件付期待値の計算に対して様々な数値計算法を使うことができる。例えば、準乱数を用いた数値積分やモンテカルロ法によるカーネル密度推定などである。この意味で提案手法は次元の呪いに対しても比較的強い。

現在は具体的な実装の研究を進めており、この完了の後、解析解が得られるような人工的な問題に対するパフォーマンス評価やファイナンスにおける高次元の動的最適化問題などへの適用を行い、有効性を検証する。現在得られている理論的な収束の結果とこれらの数値計算の研究を併せて一編の論文として纏め投稿する予定である。本研究は確率制御理論の応用上の問題の解決を目的とし、不可避な事項として新たな数値解法の開発を大きな研究課題として掲げ研究計画を策定した。具体的な研究目的は連続時間モデル、ジャンプを含むモデルそれぞれに対する数値解法の研究を進めることであった。現在まで連続時間モデルに適用可能な手法の開発は概ね完了し、同じ接近によりジャンプを含むモデルや離散的なモデルに対する近似手法の開発も見込まれることから、本研究は「研究の目的」に照らしておおむね順調に進展していると言える。連続および不連続な経路をもつ確率制御問題に対する数値計算法の開発とその具体的な応用が本研究の目的であった。当該年度においては連続な経路をもつ確率制御問題の理論的な近似アルゴリズムの導出とその収束の厳密な証明に成功した。これは本研究の達成に関して最も不確実性の高かった点である。残る研究課題は導出したアルゴリズムの具体的な実装と応用、および不連続な場合に対する数値計算法の開発である。最後の課題に関しては連続な場合と類似の手法の正当化が期待できる。本研究がおおむね順調に進展していると言えるのは以上のような状況による。連続時間モデルに対して開発した2次近似法のジャンプモデルや離散時間モデルへの適用について研究する。特に、厳密な誤差評価を行い、各時間ステップにおける動的計画作用素が2次の構造に近ければ近い程、制御問題全体の近似精度が上がることを証明したい。この理論研究の後、現実上の問題に適用し有用性を検証する。今後は、導出したアルゴリズムの具体的な実装と応用、および不連続な場合に対する数値計算法の開発を目指す。特に次年度においては、連続モデルに対する実装の確立と実際的な応用への適用を行いたい。該当なし資料として図書の購入および数値計算のための東京工業大学tsubame計算サービスを利用する。また、研究発表のために旅費を使用する。予定金額は以下の通り。消耗品費:図書50千円、計算サービス50千円旅費:研究発表(国内100千円、外国300千円)
虚血再灌流傷害における活性酸素の発生とアポドーシスの関係-電子スピン共鳴法とフローサイトメトリーを用いた研究-

6-formylpterin(6FP)、geranylgeranylacetone(GGA)ならびにpropofolなどの薬剤が活性酸素制御剤としてどのような性質を有し、また種々の虚血再灌流モデルにおいて、どのような効果を示すかを検討するため、以下のような実験を行った。研究1 6FPのperoxynitrite消去能について化学的に発生させたONOOとチロシンを反応させ、ニトロチロシン(NT)の生成量を測定した。このNTの生成量に及ぼす6FPの影響をみたところ、6FPはONOOの消去能は弱かった。研究2 6FPののマクロファージにおける一酸化窒素(NO)産生に及ぼす影響についてマクロファージの樹立細胞株であるRAW264:7をリポ多糖類とインターフェロン-γで刺激し、誘導性NO合成酵素(iNOS)を発現させた。6FPはこのiNOS発現を抑制した。研究3 GGAの抗酸化作用について:ラット肝細胞を用いて、GGAが細胞内で抗酸化剤として働くthioredoxinの発現を促進することが分かった。またこの作用により、エタノールによる肝細胞傷害を緩和した。研究4 6FPの細胞内活性酸素(ROS)産生作用について6FPはNAD(P)Hと反応して、ROSを産生することが分かった。またこの作用により、種々の細胞でアポトーシスの誘導や抑制、細胞増殖抑制などの多彩な現象を引き起こした。研究5高血糖下の脳虚血再灌流傷害における麻酔薬propofolの神経保護作用についてラット虚血再灌流モデルと核磁気共鳴法を用いてpropofolの効果を検討した結果、propofolは脳内乳酸蓄積ならびに脳浮腫の形成を抑制し、神経保護作用を示した。本年度は肝細胞を用いて、アポトーシスを誘導し、アポトーシスの有無と活性酸素との関係について調べた。(方法)1.ラット肝臓をコラゲナ-ゼ処理して肝細胞を抽出し、インスリンを加えてインキュベ-タ内で12時間培養した。2.12時間後、肝細胞にアポトーシスを誘導するため、抗Fas抗体(CH-11)、腫瘍壊死因子(TNF)ならびにリポポリ多糖類(LPS)を投与した。なお、各アポトーシシス誘導物質に対する感受性を高めるため、蛋白合成阻害剤シクロヘキサミド(CHX)、転写阻害剤アクチノマイシンD(ActD)、ならびに同じく転写阻害剤ガラクトサミン(GalN)をそれぞれ同時に投与した。3.24時間後にトリプシナイズにより細胞を回収し、アポトーシスに伴うDNAの断片化の定量的評価、細胞死の程度、活性酸素発生の程度ならびにアポトーシスの実行因子であるカスパーゼの活性化の程度を調べた。DNAの断片化は蛍光色素ヨウ化プロピジウム(PI)を用いて、フローサイトメーターにて測定した。細胞死の程度はミトコンドリア活性をみるMTT活性により測定した。活性酸素発生は、過酸化物に反応して蛍光を発する色素DCFH-DAを用いて、フロ-サイトメ-タ-にて測定した。カスパーゼの活性化はイムノブロッティング法にて調べた。(結果)1.抗Fas抗体(CH-11)と蛋白合成阻害剤シクロヘキサミド(CHX)の組み合わせが、最も効率よく、DNAの断片化ならびにMTT活性の低下をもたらした。本年度は肝細胞ならびに実験動物を用いて、全身性炎症誘発剤により肝細胞傷害を誘発し、活性酸素消去剤ならびに産生剤の傷害抑制効果について検討した。1.初代肝培養細胞における肝細胞傷害の誘発と活性酸素消去剤ならびに産生剤の効果の検討(方法)ラット肝臓をコラゲナーゼ処理して肝細胞を抽出し、インスリンを加えてインキュベータ内で2時間培養した。2時間後、肝細胞傷害を誘発するため、腫瘍壊死因子(TNF-α)と転写阻害剤アクチノマイシンD(ActD)を同時に加えた。

また薬物投与群では活性酸素消去剤であるPBNや産生剤である6-ホルミルプテリン(6FP)も加え、24時間培養した。(結果)24時間後の形態観察、MTT活性ならび肝逸脱酵素(GOT/GPT)測定の結果、活性酸素消去剤であるPBNはTNF-α+ActDによる肝細胞傷害を抑制しなかった。一方で、活性酸素産生剤である6FPは肝細胞傷害を抑制した。2.実験動物における肝細胞傷害の誘発と活性酸素消去剤の効果の検討(方法)肝細胞傷害を誘発するため、ラットにリポポリ多糖類(LPS)と転写阻害剤ガラクトサミン(GalN)を同時に投与した。また薬物投与群では、活性酸素消去剤であるPBNをLPS+GalN投与30分前に投与した。LPS+GalN投与後6時間にわたり、血圧ならびに心拍数の変動を観察するとともに、一部に例では核磁気共鳴(NMR)法を用いて、肝ATPの増減を観察した。実験の最後に採血を行い、GOT/GPTを測定した。(結果)LPS+GalNにより、血圧ならびに心拍数の変動は見られなかったが、肝ATPは著しく低下し、LPS+GalN投与6時間後のGOT/GPTも投与前に比べ増加した。PBNの投与はこのATPの低下を抑制することはなく、またGOT/GPTの増加も抑制しなかった。以上より、全身性炎症誘発剤による肝傷害においては、活性酸素消去剤よりも産生剤が有効である可能性が示された。
高度好熱菌グリシン開裂系超分子複合体のX線構造解析

グリシンの生体内での分解反応は4種類のタンパク質(P, H, T, L)からなる多酵素複合体であるグリシン開裂系によつて触媒される。本研究は、グリシン開裂系の構成タンパク質さらにはそれらの複合体のX線結晶構造解析を行うことにより、代謝経路全体を原子レベルで解明することを目的としている。研究方法としては、高度好熱菌Thermus thermophilus HB8由来のタンパク質を用い、まず単独成分で立体構造を決定し、次にそれらの構造をもとにグリシン開裂系を超分子複合体として構造解析する方針ですすめた。昨年度までに、全構成タンパクの大量発現系の構築と精製をおこない、HおよびLタンパクの構造決定とPタンパクの結晶化に成功している。今年度の研究経過を以下に示す。(1)Pタンパクの結晶化および予備的回折実験:Pタンパクは分子量約20万のα_2β_2テトラマーのビタミンB6酵素であり、グリシン開裂系の第一ステップの反応である脱炭酸反応を触媒する。昨年度に引き続き結晶化条件の最適化をすすめた。c軸が371Åと長いため回折斑点を分離することが課題となっていたが、SPring-8のBL45XUにてR-AXIS Vを検出器に用いて測定したところ分離に成功し、2.4Å分解能のデータセットを収集することができた。結晶は空間群P3_121またはP3_221に属している。溶媒含量および自己回転関数を計算したところ、2回軸で関係付けられた(αβ)_2が非対称単位に1つ存在することがわかった。現在、重原子多重同形置換法による構造決定をすすめている。(2)Hタンパクの構造解析:2.5Å分解能で構造精密化を行った。マメのHタンパクと比較したところ、構造上よく保存されている領域を見出した。また、分子表面の静電ボテンシャルもよく保存されていることから、他の構成タンパクとの相互作用に関与する領域であることが示唆された。グリシンの生体内での分解反応は4種類のタンパク質(R, H, T, L)からなる超分子複合体(多酵素複合体)であるグリシン開裂系によって触媒され、5種類の補酵素(PLP, FAD, NAD, THF,リポアミド)が関与する。昨年度から開始した本研究は、グリシン開裂系の構成タンパク質さらには超分子複合体の立体構造のX線結晶構造解析を行うことにより、代謝経路全体を原子レベルで解明することを目的としている。本年度は以下の研究成果が得られた。Pタンパク:Pタンパクは2つのサブユニット(P1およびP2)からなるタンパク質であるが、昨年度は不溶性発現にしか成功していなかった。今回、両方のサブユニットを大腸菌内で共発現させることにより、ネイティブ型と同じ性質をもつ組換えPタンパクを得ることができた。さらにPタンパクの結晶化を行い、最大2.7Åの回折像を測定することに成功した。Lタンパク:結晶化および回折データ測定を行ない、分子置換法により構造を決定した。Lタンパクは他の生物種由来のものでは2.4Å分解能が最高であったが、今回初めて1.6Å分解能で構造の精密化を行ない、活性部位の微細構造および耐熱化機構についての知見を得ることに成功した。Hタンパク:結晶化および回折データ測定を行ない、分子置換法により構造を決定することに成功した。その構造をもとにしたホロ型Hタンパクの構造解析を現在行なっている。Tタンパク:様々な結晶化条件を検索したが結晶は得られなかった。現在、Tタンパク・Hタンパクの複合体での結晶化条件の検索を行なっている。
デカナノ電界効果トランジスタの分子動力学的手法による電気伝導シミュレーション

バルクSi、およびSi-MOSFET反転層中の電子輸送をアンサンブルモンテカルロ(EMC)法と分子動力学(MD)法を結合させたシミュレーション方法(EMC/MD法)を用いて解析し、その計算精度を確認した。本手法では、個々のキヤリア運動を追跡することで半導体中の電気伝導を模擬するが、フォノン散乱はEMC法を用いて確率論的に、一方クーロン散乱、すなわちキャリアと点電荷(他の自由キャリアまたは陰イオン)の相互作用は、MD法により決定論的に取り扱う。今回はまず、本手法の妥当性を確かめるためのテストケースとして、アクセプタイオンをドープしたバルクSi中の電子輸送を解析し、静的遮蔽効果が正しく働いているか否かの検証を行った。系内のポテンシャル分布の時間平均値を空間的にフーリエ変換して誘電関数の波数依存性を調べたところ、解析的に導出されるDebye-Huckelの式と同等の結果が得られ、本手法の妥当性が確認された。次に応用例として、nチャネルMOSFETの反転層電子輸送シミュレーションを行った。ゲート電圧を変化させ、表面電荷密度と移動度の関係を調べたところ、キャリア濃度低下と共に移動度が減少する、いわゆるロールオフ現象が再現され、イオン化不純物の遮蔽効果が正しく働いていることが示された。特に解析的手法では難しい複雑なデバイス構造中の電子輸送解析に対して、EMC/MD法が威力を発揮するものと期待される。本年度は、分子動力学/アンサンブルモンテカルロシミュレーション(MD/EMC)法を微細半導体デバイスの電気伝導シミュレーションに適用する際のメリット・デメリットを明確化した。結果、Si-MOSFETにおいて電子濃度の薄い弱反転領域では、高精度なシミュレーションが期待できるが、強反転領域については、顕在化する量子効果のため、今後何らかの工夫が必要となることがわかった。今回例題として、MOSFET閾値近傍における反転層電子移動度の低下、すなわち移動度ロールオフ現象の再現を試みた。具体的には、計算機上に想定した仮想空間内部に、点電荷(基板不純物・反転層電子)をランダムに配置、チャネル水平方向(ドレイン電界)および垂直方向(ゲート電界)の一定電界を印加した上で、系内部の電子挙動を長時間追跡した。電子には、外場のほか、イオン化不純物および他の電子からのクーロン力を作用させ、それら多数の合成力のもと、ニュートン方程式に従って運動させた。一方、電子-フォノン散乱については従来のMC法を用いて確率的に生起させた。計算結果には、電子移動度が電子濃度とともに上昇する傾向がはっきりと現れ、イオン化不純物電荷に対する電子の遮蔽効果がMD/EMC法で正しく反映されることを証明することができた。今回の結果から、本手法が、電子濃度が薄く遮蔽効果の弱い半導体デバイス内部の電子伝導シミュレーションに対し、有効であることが分かった。
IGFシグナルを増強するクロストーク機構研究の新展開

インスリン様成長因子(IGF)は、多くの細胞の増殖・分化誘導をはじめとして、広範な生理活性を示すことが広く知られている。IGFは、単独で作用が弱い場合が多く、他のホルモン・成長因子と協同して活性が増強される点が特徴である。我々は、甲状腺由来FRTL-5細胞をトロピックホルモンであるTSHやcAMPアナログで長時間前処理することにより、IGF-I依存性DNA合成が増強されることを発見した。この分子機構を解析した結果、cAMP長時間処理に応答してsrcファミリーキナーゼが活性化、p125をチロシンリン酸化、チロシンリン酸化p125に結合したPI3-kinaseが活性化され、Shc mRNAが増加、その結果p66Shc量が増加する。更に、p66ShcのIGF-I依存性チロシンリン酸化が増強され、この増強はMAP kinase経路に伝えられ、この経路の活性化がcAMPとIGF-Iによる相乗的な細胞増殖誘導に必須な役割を果たすことを明らかにした。そこで、我々は、チロシンリン酸化p125の単離・精製を進め、部分アミノ酸配列を解析したところ、新規タンパク質であることがわかった。一方、FRTL-5細胞のTSH前処理により新しく合成されたタンパク質がIRS-2と相互作用し、IGF-IレセプターキナーゼがIRS-2をよりチロシンリン酸化することを見出した。このように、IRS-2のIGF-I依存性チロシンリン酸化が増強され、IRS-2下流のPI3-kinase経路のシグナルを一過的に強める結果、細胞増殖が著増することも明らかとなった。p125、IRSAPを介した2つの異なる経路により起こったIGFシグナルの増強は、G1サイクリン量を増加、CDK inhibitor量を減少させ、その結果CDK2/4の著しい活性化を生じ、細胞増殖の相乗的誘導が引き起こされることがわかった。インスリン様成長因子(IGF)は、多くの細胞の増殖・分化を誘導し、さらに細胞死の抑制や細胞機能の維持に重要な役割を果たしていることが広く知られている。IGFは、単独で作用が弱い場合が多く、他のホルモン・成長因子と協同してその活性が増強される点が特徴である。それにも関わらず、現在まで、他の細胞外因子によるIGF活性の増強機構については、ほとんど明らかにされていない。我々は、甲状腺由来正常細胞FRTL-5において、チロシンリン酸化125kDaタンパク質(p125)が、IGFシグナルと他のシグナルのクロストークを仲介する新規シグナルタンパク質であることを見出した。そこで、今回、p125の単離・同定を試みた。チロシンリン酸化p125は、FRTL-5細胞をcAMPで長時間処理することにより細胞質画分に増加、PI3-kinase p85調節サブユニットに結合することが明らかとなっている。そこで、静止期のFRTL-5細胞をチロシンホスファターゼの阻害剤orthovanadateの存在下dibutyryl cAMP(Bt_2cAMP)で48時間処理し、細胞質画分を調製後、この抽出液を抗PI 3-kinase p85調節サブユニット抗体カラムに供し、p85結合画分を調製した。結合タンパク質を変性溶出後、これをC4逆相HPLCに供してp125画分を濃縮し、SDSポリアクリルアミド電気泳動(SDS-PAGE)を用いて、p125を他の分子から単離することに成功した。現在、この画分を集積し、アミノ酸配列解析を行っている。一方、p125をチロシンリン酸化するようなキナーゼは細胞膜画分に存在し、チロシンキナーゼ阻害剤genistein感受性で、cAMP処理時間や処理濃度に応じて活性の上昇が認められた。さらに基質特異性を調べたところ、srcファミリーキナーゼである可能性が示された。

p125、IRSAPを介した2つの異なる経路により起こったIGFシグナルの増強は、G1サイクリン量を増加、CDK inhibitor量を減少させ、その結果CDK2/4の著しい活性化を生じ、細胞増殖の相乗的誘導が引き起こされることがわかった。インスリン様成長因子(IGF)の生理活性は、他のホルモン・成長因子により増強されることが知られている。我々は、甲状腺由来FRTL-5細胞をトロピックホルモンであるTSHやcAMPアナログで長時間前処理することにより、IGF-Iレセプターキナーゼ基質のひとつであるp66 ShcのIGF-I依存性チロシンリン酸化が増強され、この増強はMAP kinase経路に伝えられ、この経路の活性化がcAMPとIGF-Iによる相乗的な細胞増殖誘導に必須な役割を果たすことを明らかにした。この際、p66 Shcの増加は、Shc mRNAの増加を介して引き起こされ、この転写速度の上昇には、チロシンリン酸化p125によるPI3-kinaseの継続的な活性化が必要であることを発見した。そこで、我々は、チロシンリン酸化p125の単離・精製を行い、部分アミノ酸配列を決定したところ、新規タンパク質であることがわかった。一方、FRTL-5細胞のTSH前処理は、IGF-Iレセプターキナーゼの他の基質であるIRS-2のIGF-I依存性チロシンリン酸化も増強し、IRS-2下流のPI3-kinase経路のシグナルを一過的に強める結果、細胞増殖が著増することも明らかとなった。この際、長時間のcAMP刺激によりIRS-2量は変化しないが、新しく合成されたタンパク質がIRS-2と相互作用するため、IGF-IレセプターキナーゼがIRS-2をよりチロシンリン酸化するようになるという新しいクロストーク機構が存在することを見出した。そして、p125、IRSAPを介した2つの異なる経路により起こったIGFシグナルの増強は、G1サイクリン量を増加、CDK inhibitor量を減少させ、その結果CDK2/4の著しい活性化を生じ、細胞増殖の相乗的誘導が引き起こされることを明らかにした。
銀河円盤内での星団形成過程と星団のバリエーションの起源の解明

銀河系内にある星団には、古くから知られている球状星団、散開星団の他、近年では若くて散開星団よりも高密度かつ大質量の星団、ガスに埋もれた星団など、様々な種類の星団が見つかっている。本研究では、それらの様々な星団の形成過程について、どのような共通点があり、どのような相違点があって様々な星団の形成に至っているのか、銀河という環境との関係を明らかにする。分子雲からの星団形成シミュレーションを行った結果、天の川銀河で典型的な分子雲では散開星団が、星形成銀河で典型的な分子雲では若い高密度星団が形成することがわかった。また、天の川銀河のモデルも検討し、天の川銀河に似た銀河を形成するための条件も明らかにした。Smoothed particle hydrodinamics (SPH)法を用いて、乱流を持つ分子雲を初期条件とした流体計算を行ない、その結果に基づいて、分子雲の密度に依存した星形成効率を仮定してガス粒子を星粒子に置き換え、N体計算でその後の星団の力学進化を追った。本研究では星形成自体を扱うことはできないため、他の研究や観測の結果を利用して密度に依存した星形成効率を仮定し、その後のN体シミュレーションを続け、形成した星団が観測されている星団を再現できることを示した。また、観測されている高密度の星団が形成されるためには、ガスの密度が高い領域では星形成効率が50%を超える必要があることがわかった。次の段階として星形成効率を固定し、分子雲の質量、密度などの初期条件を変えて同様のシミュレーションを行い、分子雲の初期条件と形成する星団の関係を調べた。その結果、近傍のスターバースト銀河で典型的な高密度かつ大質量の分子雲からは、天の川銀河では稀にしか見られないがスターバースト銀河に特徴的でよく見られる若い高密度大質量の星団(young massive cluster)が形成された。一方、天の川銀河で典型的な分子雲の初期条件からは、古典的な散開星団やOBアソシエーションが形成された。これは、これらの銀河で星形成過程に違いはなく、分子雲の状態が形成する星団を決定していることを示唆している。また、天の川銀河に存在する若い高密度大質量星団は、分子雲同士の衝突など、何らかの理由で高密度かつ大質量の分子雲が形成された結果生まれると考えられる。本研究の目的である銀河円盤内のバーや渦状腕の運動を受けての分子雲での星団形成を取り扱えるように、東京工業大学の斎藤貴之博士のN体/流体計算コード「ASURA」を改良した。ASURAに既に入っているガスの銀河内の遠紫外線によるフィードバック、冷却関数や星からのフィードバック(水素ガスの電離)、ガスの冷却関数の組み合わせをテストし、より良い仮定を調べた。星形成条件に関してもいくつかのパターンを試し、これまで使用していた星形成の条件(局所的な密度から得られるガスの自由落下時間あたりの星形成効率を一定として、星形成効率に応じてランダムにガス粒子から星粒子に変化させる)を用いて、観測結果を再現(全体で星形成効率1数%、高密度領域で30%程度)できることを確認した。また、平成26年度から行ってきた、星団形成シミュレーションの結果、主に、初期条件と形成する星団の関係をまとめ、論文として出版した(Fujii & Portegies Zwart 2015, MNRAS, 449, 1, 726; Fujii 2015, PASJ, 67, 4, id.5910; Fujii & Portegies Zwart 2016, ApJ, 817, 1, id.4)。同時に、平成28年度以降に行う予定のシミュレーションに向けて、銀河の初期条件について検討した。最適な初期条件を見つけるためには、銀河全体のシミュレーションが必要となるが、計算コストを減らすため、まずはガスを含めず、ダークマターと星のみで銀河円盤を再現し、N体シミュレーションを行った。銀河円盤、バルジ、ダークマターハローのパラメータを様々に変えて、天の川銀河に近いバーや渦状腕構造を再現できるパラメータ範囲を特定した。コードの開発はおおむね予定通りに進んでいる。平成27年度に本来予定していた、星団の高精度積分法を流体コード「ASURA」に組み込む作業がまだ完全には終了していないが、銀河円盤の初期条件の検討については、平成28年度に行う予定の内容を前倒しで行った。また、平成27年度内に、これまでの研究結果を3つの論文にまとめ出版することができた。本研究は、星団の形成過程と銀河の運動の関係を明らかにするために、流体/N体シミュレーションを行い、銀河中での星団形成シミュレーションを行うことを目的としている。これまでに、流体のみを扱う分子雲のシミュレーションから、星団のみを扱うN体シミュレーションへ接続する手法を開発した。平成28年度は、その手法をさらに発展させ、分子雲の流体シミュレーションの中で徐々に星が形成する仮定を取り入れ、流体シミュレーションを続けながら形成後の星団を星団に必要な高精度の積分法で扱えるシミュレーション手法の開発を行った。開発したコードは現在テスト段階である。シミュレーションコードの開発と同時にこれまでに行ってきた銀河円盤モデルのシミュレーションの結果をまとめて論文を執筆した。この論文は近日中に投稿予定である。この研究では、銀河円盤中心の棒状構造が発展する条件が、m=2のモードが成長するのに必要な理論的時間に依存していることを明らかにした。これは、棒状構造を持たない銀河では、棒状構造(m=2のモード)が成長する時間スケールが長いために、現在までにはまだ形成していないことを示唆している。この棒状構造の成長に必要な時間は、銀河円盤のダークマターハローに対する質量比といった銀河の構造に依存する。

また、星団の母体となる分子雲の観測的研究を行っている研究チームに本研究のシミュレーションの結果を提供し、共著者として論文を執筆した。この論文は平成28年度中に受理され、出版されている(Nguyen-Luong, Q. et al. 2016, ApJ, 833, id. 23, 12 pp.)。さらに、平成28年度はこれまで開発した手法やコードを提供し、宇宙初期に最初にできる星団とその中での星の合体からの中間質量ブラックホール形成のシミュレーションへの応用を行った。この研究結果は、現在論文にまとめて投稿中である。平成28年度は10月から産休・育休を取得したため、研究の進捗状況は当初の予定よりやや遅れている。最終年度は、まず、昨年度までに行った円盤銀河のシミュレーションについてまとめた論文を投稿し、その論文は査読付き雑誌に受理された。次に、これまでに行ってきたシミュレーションから最も天の川銀河に近いモデルを選び、より多くの粒子を用いて再計算を行い、2018年4月25日に予定されている位置天文衛星Gaiaのデータリリース2に向けた模擬観測を行った。その結果をまとめた論文は、現在、投稿準備中である。その後、銀河全体をガス入りで扱うためのコード開発を行った。天の川銀河全体をガス入りで行う計算は、今後、論文にまとめていく予定である。研究期間全体を通じては、1.分子雲とそこから生まれる星団の関係の解明、2.円盤銀河の力学進化の解明、3.天の川銀河モデルの構築、4.銀河内で星団形成を取り扱える新しいコードの開発を行った。より具体的には、まず、分子雲とそこでの星形成を仮定したシミュレーションを行い、乱流を持つ分子雲が作り出すフィラメント状の構造を初期条件とする星団の形成・進化シミュレーションの手法を確立し、母体となる分子雲と生まれる星団の関係を明らかにした。次に、1億粒子を用いて、銀河円盤、バルジ、ダークマターハローを全て粒子でモデル化した世界最大規模のシミュレーションで、銀河円盤の力学進化の多様性とその条件を明らかにした。シミュレーション結果は粒子数(分解能)に依存することが知られていたが、これほどの規模で、様々な銀河のパラメータについて、サーベイ的なシミュレーションを行った例は過去になく、査読者からも高い評価を得て、査読付き雑誌に受理された。また、そこで得られた、銀河のパラメータと生じる構造の関係から、天の川銀河に近い銀河を形成する条件を探し、最大80億粒子を用いて、天の川銀河モデルのシミュレーションを行った。銀河系内にある星団には、古くから知られている球状星団、散開星団の他、近年では若くて散開星団よりも高密度かつ大質量の星団、ガスに埋もれた星団など、様々な種類の星団が見つかっている。本研究では、それらの様々な星団の形成過程について、どのような共通点があり、どのような相違点があって様々な星団の形成に至っているのか、銀河という環境との関係を明らかにする。分子雲からの星団形成シミュレーションを行った結果、天の川銀河で典型的な分子雲では散開星団が、星形成銀河で典型的な分子雲では若い高密度星団が形成することがわかった。
知的画像切り出しシステムの試作研究

(1)指定された対象の概略の領域の決定2次元のカラ-画像をほぼ均一な領域に分割する方法を研究し、それによって求めた領域を解釈の初期情報とした。画像の解釈に3次元情報を利用する方法が有効であるので、初期情報からある程度解釈を行い、解釈に基づいて3次元情報を推定し、その3次元情報を利用してさらに解釈を進める方式をとった。いくつかの実画像で実験を行い、その能力を確かめた。さらにカラ-画像から両眼立体視で求めた距離情報を利用して、より複雑なシ-ンを解釈する方法を得た。(2)概略の領域から正確な領域の決定まず、従来の方法を検討した結果、人間のように顔や洋服などの異なる部分からなる対象に適用できないことが分かった。そこで、対象領域が複数の部分領域で構成されるとし、その部分領域を求めた後、部分領域毎に背景との境界点を求める方法を開発した。(3)高速画像切り出しプロセッサの設計・試作簡単な画像処理のためには、高速プロセッサが存在するが、画像切り出し処理に対しては簡単な処理の組合せだけでは実現できない。そのうち、高速化の効果が大きい処理は、カラ-画像の領域分け(セグメンテ-ション)に用いる2次元ヒストグラム作成と、画像の特徴点を求めるための2次元のフィルタリング(20x20程度)である。構造可変型プロセッサに、これらの処理を行うハ-ドウェアをを加えることにし、ハ-ドウェアを設計試作し、実際に画像の切り出しを行って、その効果を確かめた。道路シ-ンのカラ-画像を例にとって、指定された対象に対応する代表的な領域を求めるために、対象に関する種々の知識を利用する研究を行った。知識としては、対象の色や明るさ、形、大きさ、他の物との位置関係などである。これらの知識を単独で用いたのでは一般性のある認識はできないので、複数の知識を用いて、対象の候補を絞るというアプロ-チをとった。たとえば道路シ-ンで自動車を認識するためには、まず色や明るさから街路樹、空、道路などの候補領域を抽出し、道路候補領域内の通行区分線を求めて道路を認識し、その方向から自動車の向きを推定し、通行区分線や道路の境界線から画像上の自動車の大きさを推定すればよいことがわかった。画像を色や明るさに基づいて領域分けしたり、対象の代表的な領域から出発して対象領域全体の境界線の候補を得るためにカラ-画像を領域分けする研究を行った。まず色の飽和度を用いて、色の濃い部分と薄い部分に分け、前者は画像の2次元特徴空間(明るさと色相)におけるヒストグラムに基づき、後者は明るさだけのヒストグラムに基づいて、領域分けする手法を開発した。また、画像の明るさの変化から領域の境界を直接求め、画像内での境界の方向性、連続性などから、通行区分線や道路境界などを抽出する方法を得た。両眼立体視の研究では、領域法と特徴法をそれぞれ実験した。領域法では、大きさの異なる複数の領域を用いればよく、特徴法では、特徴における明るさの差の大きいほうから順に対応付けていけばよいことがわかった。得られた候補を組み合わせて正確な対象領域を決定するために、対象領域に関する知識としてどのようなものがあり、それをどのよういに表現すればよいかを検討した。1.画像の種々の特徴に基づいて対象領域の候補を得るため、カラ-画像に対する輪郭抽出と領域抽出のアルゴリズムを開発、改良した。これを種々の画像に対して適用して、どのアルゴリズムを高速化することが有効であるかを決定した。さらに、それを高速化のための専用プロセッサの構成を決定した。それは、既存の画像処理装置に、いくつかのディジタル信号処理器(DSP)を付加したものである。さらに、両眼立体視の手法を用いて得られる距離情報とカラ-画像処理を組み合わせて、より正確なな画像切り出しを行った。また、両眼立体視を高速化するのに有効な画像処理をいくつか選択し、専用プロセッサの構成に反映させた。

2.指定された対象に対応する代表的な領域を決定するため、画像を解釈してその代表的な領域を求める研究を行った。その結果、2次元画像の解釈に対象シ-ンの3次元情報を利用する方法が有効であることが分かった。この方法は、カラ-画像から明確な特徴を抽出してある程度の処理を行った時点で、まちがいなく解釈できる部分を解釈し、その解釈に基づいて対象シ-ンの3次元情報を推定し、その結果を用いてより不明確な部分の解釈を進めていくという繰り返しを行う。3.輪郭抽出や領域抽出の結果は必ずしも正確でないため、片方で欠けている情報を他方で補うことにより、単独の結果より正確な領域を求める方法を開発した。また、対象領域の境界の候補が与えられたときに、画像内の対象に関する知識を利用して正しい境界を求める研究を行った。対象に関する知識と、画像における形との関係をいかに記述するかが問題であることが分かった。1.指定された対象の概略の領域の決定前年度、画像の解釈に3次元情報を利用する方法が有効であることが分かったので、その方法を拡張した。すなわち、2次元のカラ-画像から行える解釈、解釈に基づいて推定できる3次元情報を分類した。また、その3次元情報をどのように利用できるかを検討し、いくつかの実画像で実験を行い、その能力を確かめた。さらにカラ-画像から両眼立体視で求めた距離情報を利用して、より複雑なシ-ンを解釈する方法を得た。2.概略の領域から正確な領域の決定従来の方法はほぼ一様な領域を対象としているため、人全体のように顔や洋服などの異なる部分領域からなる対象には適用できない。本研究では対象領域が複数の部分領域で構成されるとし、その部分領域を求めた後、部分領域毎に背景との境界点を求める。この方法で、複雑な背景にある複雑な対象を切り出すことができた。3.高速画像切り出しプロセッサの設計・試作簡単な画像処理のためには、高速プロセッサが存在するが、ある程度複雑な処理に対しては必ずしも簡単な処理の組合せだけでは実現できない。そのような処理のうち、高速化の効果が大きい処理は、カラ-画像の領域分け(セグメンテ-ション)に用いる2次元ヒストグラム作成と、画像の特徴点を求めるための2次元のフィルタリング(20x20程度)である。構造可変型プロセッサに、これらの処理を行うハ-ドウェアをを加えることにし、ハ-ドウェアを設計試作し、実際に画像の切り出しを行って、その効果を確かめた。
2重荷電交換反応によるハイパー核の生成・崩壊のスペクトルとハイペロン混合

2重荷電交換反応である(K〓,K〓)や(π〓,K〓)などを用いたハイパー核の生成・崩壊のスペクトルを歪曲波インパルス近似の範囲で計算し、反応機構を理論的に調べた。その結果、ハイペロン混合に起因する戸口の状態を経由する1段階過程が重要であり、今後のJ-PARC実験によるデータとの比較によって〓N-ΛΛおよびΣΝ-ΛΝ結合など相互作用の性質についての貴重な情報が得られることが分かった。さらに中性子星の内部構造を解き明かす手掛かりにもなる。稼動を開始した大強度陽子加速器施設(J-PARC)によって,ハイペロンを含んだ原子核(ハイパー核)の存在様式やこれを構成するバリオン粒子(ハイペロン-核子、ハイペロン-ハイペロン)間の相互作用が解明されると期待されている。本研究では,歪曲波インパルス近似と多配位チャネルに拡張されたグリーン関数法を活用して,(π^-,K^+)や(K^-,K^+)の2重荷電交換反応によって生成される中性子過剰ハイパー核の生成反応スペクトルの理論計算を行った。ハイペロンは中性子星の中心部でも出現すると考えられており,中性子星などの構造や高密度核物質の性質を明らかにする手掛かりが得られる可能性がある。^<16>Oを標的核にした(K^-,K^+)反応によるΞ-ΛΛハイパー核の反応計算では,ΞN-ΛΛ結合をあらわに考慮して,ΛΛ核の束縛状態からΞ^-核の連続状態までの領域のスペクトルを求めた。予想される大きさのΞN-ΛΛ結合ポテンシャルを仮定した場合,^<16>_<ΛΛ>Cの励起状態J^π=1^-,2^+はΛΛハイパー核内部でΞ^-粒子の成分が大きく混合する(510%)ため,K^-p→K+Ξ^-の1段階過程によって核内Ξ-成分を直接励起してΞ^-p→ΛΛ結合から生成することができる。その結果,生成断面積は約10nb/srになり,これまでの実験データとも矛盾しない。ΞN-ΛΛ結合の大きさは現存するモデルに強く依存するため,この理論スペクトルと実験結果の比較によってΞ^-ポテンシャルとΞN-ΛΛ結合の貴重な情報が得られると期待できる。一方,K^-p→π^0Λ,π^0p→K^+Λの2段階反応によるΛΛ生成についてグラウバー近似の範囲で評価すると,1段階過程により1オーダー小さい生成断面積になることが分かった。また(π^-,K^+)反応による中性子過剰核の生成スペクトルにおいて,^<10>_ΛLiなどのΛハイパー核に現れるシグマ混合や生成断面積を正確に求めるためには,模型空間に適した有効ΛN-ΣN相互作用を用いることが重要であるため,その計算手法を検討した。稼動を開始した大強度陽子加速器施設(J-PARC)によって、ハイペロンを含んだ原子核(ハイパー核)の存在様式やこれを構成するバリオン粒子(ハイペロン-核子、ハイペロン-ハイペロン)間の相互作用が解明されると期待されている。本研究の目的は、多配位チャネルに拡張されたグリーン関数法を活用して、2重荷電交換反応によって生成される中性子過剰なハイパー核などの生成反応スペクトルを求め、実験データとの比較から構造と相互作用の特徴を明らかにすることである。今年度は、多配位チャネルに拡張されたグリーン関数法の計算コードを開発するとともに、ハイペロン-原子核間の相互作用を解明するために有効な反応過程の検討を進めた。その結果、ヘリウム3原子核を標的にした(K-,π±)反応によるハイパー核生成スペクトルの理論計算によって、A=3シグマハイパー核ΣNN(3He_Σや3n_Σ)の束縛状態のスペクトルを求めた。特に過去にBNLで行われた2重荷電交換反応実験(K-,π+)によってΣNN束縛状態は存在しないことが示唆されていた[Barakat,NPA547(1992)157c]が、束縛状態の生成率が相対的に小さくなる機構があるためにピークとして観測されないことが分かった。これはΣN相互作用の特徴であるスピン-アイソスピン依存性によって、芯核NNのスピン1重状態とスピン3重状態の混合が生じるためであり、ハイパー核生成スペクトルはバリオン混合とともに芯核状態の混合にも強く影響を受けることが分かった。本研究よる理論予測はΣNN束縛状態の実験的な探索を進める上で不可欠なものである。また一方で、シグマ粒子-原子核間ポテンシャルの強さは未だ定量的に確定されていないが、シグマ粒子-原子核の弾性散乱の角分布によって、ポテンシャル内部の振る舞いの差異を明らかにする可能性が高いことを示した。大強度陽子加速器施設(J-PARC)で展開されるハイパー核の性質をバリオン-バリオン(BB)間相互作用に基づいて微視的立場から理解することは本研究課題の主要な目的のひとつであった。