hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
先進ゲノム解析研究推進プラットフォーム

3高度情報解析支援ネットワーク活動においては、A)基盤的解析パイプラインによる支援と高度化開発として、DDBJ解析ワークフロー「Pitagora-Galaxy」の実装、微生物ゲノムアノテーションパイプライン「DFAST」の開発、B)総合的ゲノムアノテーションの支援と高度化開発として、真核生物ゲノムアセンブリ結果評価ツール「CEGMA」の開発、オーソログ遺伝子解析ツール「SonicParanoid」の開発、ミニアライメントツール「minialign」の開発、メタゲノムアセンブリツール「metaplatanus」の開発、Illumina+PacBioハイブリッドアセンブリツールの開発、アンプリコンメタゲノムクラスタリングツール「SaturnCluster」の開発、メニーコア超高速相同性検索ツール「PZLAST」の開発、C)多層統合ゲノム情報解析技術を駆使した支援と高度化開発として、MiniIONでのRNA-seq解析技術の開発、TC conversionを考慮に入れた検索ツール「LAST」の拡張、3C解析技術の高度化、を進めた。成果論文欄には支援による成果と支援技術高度化等の関連成果論文を挙げた。・研究支援代表の下、研究支援分担者21名、連携研究支援者26名、総勢48名の班員が全国16の大学・研究機関(部局数は25)から参加して支援体制を構築した。また、国立遺伝学研究所を中核機関とし、参加する班員が所属する主な機関を連携機関とする連携ネットワークを形成して、機関の支援を受けられるように連携機関間で連携協定を締結した。・以上の体制のもと、支援課題公募を行い、245件の応募があり、領域外委員を多数とする審査委員会において経費等の制限から95件を採択し、支援公募を行った。採択課題の支援技術分類は;新規ゲノム決定: 14件、変異解析: 25件、修飾解析: 25件、RNA解析: 58件、メタゲノム解析等: 4件、超高感度解析: 22件、情報解析のみ: 3件、合計151(採択1件あたり複数の技術支援がある)であり、多様な技術の提供ができた。初年度のため開始が少し遅れたが、一部試料準備ができないケースもあるが、データ産出はほぼすべて終了した。・支援技術の高度化のための活動も大規模DNAシーケンシング支援、高度情報解析支援共に進めることができた。1総括支援活動では、支援課題の公募を行い、領域外有識者による審査委員会により選考し、支援を行った。経費上限設定など多くの採択ができるように努めた結果、応募188件、採択93件(採択率49.5%)となった。支援の成果として2017年度に54報の論文発表がなされた。2大規模配列解析拠点ネットワーク支援活動においては、最先端技術を提供するためにそれらの整備や高度化を進めた。遺伝研拠点では染色体の端から端までの連続した配列完成を目指して、ロングリードシーケンサー(PacBio Sequel)、長鎖DNA試料調製技術、さらに1分子ゲノムマッピングシステム(Irysシステム)の最適化を進め、実際の試料に応用した。東大柏拠点では、1細胞解析技術を整備し支援に供するとともに、Nanopore MinIONを用いた一連の要素技術開発を進めた。九大拠点では微生物ゲノムのNGS解析最適化を進めた。札幌医大拠点ではLiquid Biopsyによる体細胞における低頻度変異検出技術開発を進めた。3高度情報解析支援ネットワーク活動では、支援から浮かび上がった課題を解決するソフトウェアの開発を進めた。
レム睡眠の生理的意義の遺伝学的手法による解析

夢を生じることで知られるREM睡眠は、一部の脊椎動物に固有の生理状態であり、脳の高次機能に関わることが期待される。しかしながら、その生理的な役割は今なお不明である。本研究では、従来のREM睡眠阻害方法(強制覚醒や薬剤投与)が抱える問題点(ストレスなどの副作用やリバウンドの影響)を克服するために、遺伝学的手法を用いた独自のアプローチを取った。具体的には、REM睡眠の中枢部位で特異的に神経発火抑制遺伝子を誘導できるトランスジェニックマウスを作製した。夢を見ることで良く知られるREM(急速眼球運動)睡眠は、高等脊椎動物に固有の現象であり、脳の何らかの高次機能に関わると考えられる。REM睡眠中の脳では、他の睡眠段階あるいは覚醒時と比べても神経活動が活発であることから、REM睡眠の生理的意義は単なる休息とは考えにくい。本研究ではREM睡眠の生理的意義を調べるに当たり、REM睡眠が生誕前後に最も頻繁に見られるという知見に着目し、脳発達に関わる可能性を検証する。胎児や新生児には従来の睡眠阻害方法である覚醒強制や手術を適用することは困難であることから、本研究ではマウスを用いた遺伝学的手法によるREM睡眠の阻害を試みる。具体的には、マウス脳においてREM睡眠の制御を担う神経核を同定し、人為的に神経活動を抑制する遺伝子を発現させ、これにより一定期間REM睡眠を低下させ、脳発達への影響を評価することを目指す。上記の目的を達成するために、次の3種類のトランスジェニックマウスの作製を行うこととした:(1)REM睡眠中枢神経核に選択的にDNA組み換え酵素Creを発現するもの、(2)DNA組み換え酵素Creの存在下でREM睡眠中枢神経核に選択的に薬剤感受性転写因子tTAを発現するもの、(3)tTA存在下で神経活動抑制遺伝子を発現するもの。最終的には3種類すべての組み換え遺伝子を有する三重トランスジェニックマウスを作製することにより、薬剤制御下でREM睡眠を調節できるものと期待される。本年度は、個々のマウス系統の作製を行ったので、今後これらの系統の交配および表現型解析を進める。上記の目的を達成するために、次の3種類のトランスジェニックマウスの作製を行った:(1)REM睡眠中枢神経核に選択的にDNA組み換え酵素Creを発現するもの、(2)DNA組み換え酵素Creの存在下でREM睡眠中枢神経核に選択的に薬剤感受性転写因子tTAを発現するもの、(3)tTA存在下で神経活動抑制遺伝子を発現するもの。本年度は、これまでに作製した個々のマウス系統の交配を行い、三重トランスジェニックマウスを作出した。本トランスジェニックマウスは、REM睡眠の生理的意義を知る上で非常に有用なモデルとなることが期待される。
変動圧力測定に基づく圧力勾配および流体粒子加速度の評価と微細渦構造の統計性の解明

従来のコンデンサマイクロフォンを用いた静圧測定法を改良し、半導体型圧力センサとマイクロフォンを併用した測定法及びデータ処理法を開発した。マイクロフォンは非常に微小な変動を捉えるが、その構造上の制約から低周波成分が20[Hz]程度までしか周波数応答が保てない。これに対して半導体型圧力センサは、最小分解能が10[Pa]程度とおおきいが、直流成分まで計測できる周波数応答性を有する。両者の特性をいかすことにより、流れ場の特性に合わせて広範のRe数での計測を可能とした。また、測定精度を向上させるために、静圧プローブ形状(静圧管長さ、静圧孔の大きさ及び数、配置)、角度特性について測定精度への影響を明らかにした。昨年度の知見をもとに、乱流境界層中の静圧変動の計測、壁面静圧との同時測定、変動速度と変動静圧との同時測定をおこなった。静圧管は、菅径と肉厚の異なる5種類を準備し、流れ場の最小スケール、微細渦構造が測定誤差に与える影響を評価した。その結果、平均静圧分布から計算される壁垂直方向のRMSは直接測定と良い一致を示した。シアーの大きな壁近くでの変動圧力の統計的性質から、境界層中の微細渦構造を抽出できる可能性がわかった。また、流体粒子の加速度を評価するためには、現状の測定系では空間分解能が十分ではなく、より微細な加工を施した静圧プローブを作る必要があることがわかり、現在、その改良のための準備を進めている。速度と静圧変動との同時測定では、乱流境界層の境界層厚さ付近で、流れ方向速度と変動圧力が大きな正の相関を示すことがわかり、層外主流の乱流領域へのエントレインメントを特徴付ける統計量となる可能性がわかった。壁面と乱流中の静圧変動との相関は、本研究で初めて計測された。変動圧力の計測で最も懸念された点は、測定圧力に含まれる動圧の影響である。この点を定量的に明らかにするために、直接数値計算(DNS)との比較をおこなった.変動圧力の標準偏差P'は流れ場の動圧(pu'^2)とP'/(pu'^2)【similar or equal】0.8の関係を満たし、Reとともに若干増加する。この傾向はDNSの結果と極めて良い一致をしている。また、P'の確率密度関数型の比較もおこない、両者の良好な一致を確認した。以上のことから、本圧力プローブでの測定値に含まれる動圧の影響は極めて少ないとの結論を得た。マイクロフォンは非常に微小な変動を捉えるが、その構造上の制約から低周波成分が20〔Hz〕程度までしか周波数応答が保てない。

これに対して半導体型圧力センサは、最小分解能が10〔Pa〕程度とおおきいが、直流成分まで計測できる周波数応答性を有する。両者の特性をいかすことにより、流れ場の特性に合わせて広範のRe数での計測を可能とした。また、測定精度を向上させるために、静圧プローブ形状(静圧管長さ、静圧孔の大きさ及び数、配置)、角度特性について測定精度への影響を明らかにした。昨年度の知見をもとに、乱流境界層中の静庄変動の計測、壁面静圧との同時測定、変動速度と変動静圧との同時測定をおこなった。静圧管は、管径と肉厚の異なる5種類を準備し、流れ場の最小スケール、微細渦構造が測定誤差に与える影響を評価した。その結果、平均静圧分布から計算される壁垂直方向のRMSは直接測定と良い一致を示した。シアーの大きな壁近くでの変動圧力の統計的性質から、境界層中の微細渦構造を抽出できる可能性がわかった。また、流体粒子の加速度を評価するためには、現状の測定系では空間分解能が十分ではなく、より微細な加工を施した静圧プローブを作る必要があることがわかり、現在、その改良のための準備を進めている。速度と静圧変動との同時測定では、乱流境界層の境界層厚さ付近で、流れ方向速度と変動圧力が大きな正の相関を示すことがわかり、層外主流の乱流領域へのエントレインメントを特徴付ける統計量となる可能性がわかった。壁面と乱流中の静圧変動との相関は、本研究で初めて計測された。
道徳的判断過程の発達的ならびに国際比較的研究

道徳的な判断をおこなうのにどのような情報を必要とするか、それぞれの情報が判断形成にどれだけの重みを持つかについての発達的ならびに日米比較研究をおこなった。[方法]主研究の方法は、情報補完法と名づけたもので、被験者にまずいくつかの道徳的に問題のある行動について、背景の事情やくわしい状況を抜きにした簡単な記述(骨格情報)を読みきかせ、その道徳的な適否を6段階尺度で判断させる。次に14項目のリストの中から、より適確な判断をするために必要だと被験者が考えるものをえらばせ、順次その内容情報を提供し、判断の変化を記録する。被験者は日米の大学生約230名、中学生(一部高校1年生を含む)約200名で、男女はいずれもほぼ同数であった。[結果]1、骨格情報のみによる判断でも、情報を得た後の判断でも、日本の大学生は男女とも米国の大学生よりも寛容な判断をする傾向があった。この傾向は中学生ではあまり明確ではない。2、大学生、中学生を通じて、日本の被験者は米国の被験者よりも、行為者の行為時および行為後の「気持ち」に関する情報を必要とする傾向が強かった。これに対し米国の被験者は事実関係の情報を要求する傾向が顕著だった。3.一般的に日米の差は大学生において、中学生におけるよりも顕著だった。[考察]この結果に見られるような日米の差異を、日米の社会化の文化の差異と関係づけて考察した。なおこの関連で、理想的自己像のライフコ-ス的発達の調査を行い、日本の資料は分析を終わったが、米国の資料は米国の協同研究者の資金により目下収集中である。本年度は、道徳的判断過程に関する基礎的な文献・資料の収集を行なうとともに、東らが開発した、骨格情報を与えて、判断を問い、その後補完情報を請求させる方法(情報補完法とよぶ)を用いて、日本の大学生130名について、デ-タ収集をした。その上、別途収集された米国の大学生100名についても、同様に検討した。その概要は以下の通りである。1)日米共に、判断に必要な情報として、動機の情報があげられた。2)日米間で差がみられたものの中で、日本でよく選択された情報は、現在の心境、当時の心境、性格である。また、アメリカでは、日本よりも多く選択された情報としては、行為の程度、前科、無齢の3つである。3)コ-ルバ-グ法でみられたような性差は認められなかった。4)中高生用については、年齢差を考慮し、大学生と共通のスト-リ-と異なるスト-リ-の2種類を設定した。中高生においても、大学生と同様の結果がみられた。5)情報補完法とコンピュ-タプログラム化することについて、検討された6)小学校4、5年生から大学生までの段階別に、善悪基準の発達を調査する質問紙を作成するための文献資料の収集と検討がなされた。以上のことから、情報補完法が、道徳的判断過程の研究において、有効であることが示唆された。平成元年度に得た、日米の大学生・中高生についての資料に基づき、つぎのような分析の検討を行なった。1)a)各情報が判断の形成および変化に対してもつ影響力。b)各情報の請求理由c)反応のパタ-ンの分析d)上のa)b)についての文化間、男女間、年齢間の比較e)情報請求の理由の時系列的分析以上の分析から、骨格情報のみでの道徳的判断では、日米で判断のスケ-ル値に差がみられ、補完情報を得るにしたがって、その差が少なくなって行く傾向が見られた。また、補完情報の内容がどんなものであるかによって、判断の変化に、日米で差がみられた。

2)情報請求パタ-ンとKohlbergの刺激材料を比較し、後者が欧米型情報に偏していることを示した。3)日米間での比較に於て、スケ-ルの各段階を表わすことばがスケ-ルで異なることが、必要な情報の選択に影響しているかどうかが検討され、本方法で用いたスケ-ルは本研究における限り、その影響を無視し得るものであることがみいだされた。4)中間研究報告を作成、表わした。(「道徳的判断過程の発達的比較文化的研究」発達研究vol6.)5)「いい子」「よい人」の属性及び概念に関する面接調査項目の原案を作成し、実施方法・実施時間等に関する検討を行なった。1)情報補完法による道徳的判断過程の調査結果についての分析を続行した。特に骨格情報による判断において、まだ与えられていない情報に関する推測をどのように判断に折りこむかについての日米比較のため、判断理由の報告を分析した。これと、与えられた情報の内容が行為を重大化するものであるか軽度化するものであるかによる判断変化をあわせて日米を比較したが、エピソ-ドの種類との交互作用が大きく、統計的に有意な結論を得るには至らなかった。2)情報補完法による道徳的判断が、一般的に、米国大学生においてよりも日本大学生において寛容性の高い方向に偏ることを見出し、これについての理論的考察をおこなった。但しこの傾向は、中・高校生においては明確には認められない。発達差と、判断の誤差量の多少との両面から考察した。3)道徳的判断はどのような「人間のあり方」をよいものとするかということを深く関係するので、神奈川県において1才ー80才のサンプル約1200名について、20項目の質問に対する反応の面接調査をおこない、分析した。「人気」「正義感」「人柄」「成功性」の4因子を抽出し、因子得点の年齢変化を調べた。「人気」は年齢が進むにつれ重要性を失い、「正義感」は小学生と老年において高く、「人柄」はティ-ンエイジでピ-クであり、「成功性」は中年期で高くなることがあきらかになった。この経過の型にあまり性差はない。4)中間研究報告を作成、発表した。(道徳的判断過程における認知的枠組みの比較文化的研究及び「なりたい自分」像のラインコ-ス的変動。共に発達研究vol7.1)5)研究結果の考察を中心に日本人の道徳判断についての最終報告を作成中である(本年度3月完成予定)
免疫性腎炎に対する脱分化脂肪細胞療法の開発

我々は平成27年から29年度の科研費(15K09280)にてDFATの細胞移植が免疫性腎炎を改善する事を見出した。この研究を基に今後DFAT移植の臨床応用を目指して、ANCA関連腎炎モデルおよびループス腎炎モデルに経静脈的にDFATを移植し、腎機能、尿蛋白、腎組織障害への作用を検討することが今回の研究の目的である。ANCA関連腎炎のモデル動物であるSCG/ThpNkcマウスに対して1×10の5乗個/頭DFATの細胞を移植して、その後1時間、24時間、1週間後、2週間後の体内分布を検討した。結果は移植1時間後にDFATは肺にトラップされている様子が確認され、移植後1週間後以降トラップされているDFATが減少していた。またいずれの時期も肺以外への臓器の移行は認められなかった。同様に細胞移植を行い1ヵ月後にsacrificeを行い、血液や各臓器を採取して腎症に対する移植の作用効果を検討した。コントロール群と比べて移植群の方が生存率の改善を認めた。腎組織所見では移植群の方が糸球体障害指数(GIS)について有意に改善を認めた。real-time PCR法でICAM、VCAMにおいては両群に優位な発現の差を認めず、TSG-6の発現は投与群で優位な上昇を認めた。尿蛋白排泄量に関しては両群とも有意差を認めなかった。採血結果においては移植群の方がBUN、Cre、MPO-ANCAが低下していた。脾臓細胞におけるActivated Tregの発現は両群に有意差を認めなかった。さらにDFATを3回投与する群を設けて前述の単回投与群と比較したが、現時点では治療効果が増強する結果は得られなかった。DFAT細胞移植の腎障害改善のメカニズムの一つとして移植後TSG-6が発現することにより抗炎症作用のみならず、免疫調整作用があることが予想されるがそれ以外に作用機序があるか検討中である。しかし論理的に説明できる結果がまだ得られていない。そのため次の想定しているループス腎炎モデル動物への検証が出来ていない。各炎症性マーカーについての遺伝子発現やウエスタンブロット法による蛋白発現、フローサイトメトリー法によりTregの割合の差異を再度検証中である。免疫調整機能以外にも腎症改善のメカニズムを検討中である。DFATの細胞移植は単回投与では腎症改善の効果が診られているが、移植の回数や移植するDFAT細胞の個数を再度検討する。今回の腎症改善メカニズムについてエクソソームが関係している可能性もあり、培養DFATからexosomeを抽出してmRNAを解析、抽出exosomeをSCGマウスに静脈注射を行い腎臓でTSG-6が上昇するかを検討する。また、腎臓・肺においてreal-time PCR法でTSG-6, IL-1, IL-6, IL-10, TNF-α, PGE2を、FACS解析法で膵臓・腎臓のTreg, M1マクロファージ、M2マクロファージを、Western blot法で免疫制御分子(TSG-6、IDO)、Th1-type cytokine(IFN-γ、TNF-α)、M1マクロファージ関連サイトカイン(MCP-1、IL-6、IL-12)、M2マクロファージ関連サイトカイン(CCL17、IL-4、IL-10、mannose receptor)を検討して免疫調整のメカニズムも検討を継続する。

各炎症性マーカーについての遺伝子発現やウエスタンブロット法による蛋白発現、フローサイトメトリー法によりTregの割合の差異を再度検証中である。免疫調整機能以外にも腎症改善のメカニズムを検討中である。DFATの細胞移植は単回投与では腎症改善の効果が診られているが、移植の回数や移植するDFAT細胞の個数を再度検討する。今回の腎症改善メカニズムについてエクソソームが関係している可能性もあり、培養DFATからexosomeを抽出してmRNAを解析、抽出exosomeをSCGマウスに静脈注射を行い腎臓でTSG-6が上昇するかを検討する。また、腎臓・肺においてreal-time PCR法でTSG-6, IL-1, IL-6, IL-10, TNF-α, PGE2を、FACS解析法で膵臓・腎臓のTreg, M1マクロファージ、M2マクロファージを、Western blot法で免疫制御分子(TSG-6、IDO)、Th1-type cytokine(IFN-γ、TNF-α)、M1マクロファージ関連サイトカイン(MCP-1、IL-6、IL-12)、M2マクロファージ関連サイトカイン(CCL17、IL-4、IL-10、mannose receptor)を検討して免疫調整のメカニズムも検討を継続する。
多様な量子ビームその場観察技術を用いた新規アルミニウム合金水素化物の探索

高温高圧合成は常圧近傍では得ることのできない物質を合成できる有効な手法である。高温高圧法を利用して、軽量で小型かつ安全な水素貯蔵法を実現することを目的としてアルミニウム合金水素化物の探索を行った。探索を効率的に進めるために複数の量子ビームその場観察技術の開発を行った。アルミニウムと銅の合金を10万気圧800°Cの高温高圧下で反応させることで、目的とするアルミニウム合金の水素化物を得ることに成功した。また、高温高圧下での金属の水素化反応をX線吸収微細構造測定や中性子線回折測定によりその場観察することに成功した。研究計画に従い、平成25年度はAl3X(X; 4, 5族元素)系合金の水素化反応の探索と、中性子線回折(ND)測定用高温高圧セルの開発を行った。Al3Zr合金を9 GPaまで加圧した後、水素流体中で加熱し、昇温過程を放射光その場観察した。607°Cで熱膨張とは異なる格子の膨張が観察され、水素化反応が進行することが明らかになった。格子の膨張率は1.3%であったが、これは過去にAl3Tiで観察された値(1.6%)と同程度であった。Al3NbおよびAl3Vの試料調整も完了しており、同様の水素化反応の探索を進め、格子膨張量や水素化温度圧力の関係を明らかにする。放射光その場観察用の高温高圧セルのデザインをもとにして、中性子線回折(ND)測定用高温高圧セルの開発を行った。開発のポイントは、中性子実験用に大容量の試料を加圧および加熱できるようにすること、および中性子を透過する材料をセル構成材料として用いることである。試料サイズΦ2.0-1.9mmhで8 GPa, 1000°C、および試料サイズΦ3.0-2.5mmhで6 GPa, 1000°Cを発生し、その中で金属の水素化反応を実現できるセルを開発することに成功した。これらのセルを使った中性子その場観察実験を既に行い、金属の水素化反応を観察することに成功した。研究計画に従い、Al-TMおよびAl-RE合金水素化物の探索、金属水素化反応の中性子線回折その場観察の実験を進めた。Al-TM系合金の新規水素化物の実現と、純鉄の高温高圧水素化反応のその場観察に成功した。得られた成果は、軽量な水素吸蔵合金の実現や、そのための合成反応過程解明に役立つものと期待される。Al-TM系合金水素化物の探索研究として、AlNiおよびAlNi3の新規水素化物の実現に成功し、AlNi3水素化物の合成については論文発表を行った。NiもAlと同様に難水素化材料と考えられている。難水素化金属の組み合わせからなる合金の水素化物が安定に存在できる理由が明らかになれば、今後の材料開発研究の指針をあたえるものになると期待される。Al-RE系合金水素化物については、新規物質を得ることができなかった。Al-Y系では安定なYH2やYH3が生成してしまい、それ以上反応が進行しなかった。一方、探索の過程で純Euの高温高圧実験を進め、その温度圧力相図を決定することに成功した。本成果について論文発表を行った。本研究は、量子ビーム応用技術を駆使し、高温高圧下での新規アルミニウム合金水素化物の探索を行い、その水素化反応機構を明らかにすることを目的とするものである。これまでほとんど報告の無いアルミニウム基合金水素化物の実現は水素貯蔵材料開発・金属水素化物の基礎物性解明に有効な知見を与えると期待される。アルミニウム合金水素化物の探索を進め、Al2Ca合金を出発物質として4 GPa, 600°C以上の高温高圧環境下で水素化物が合成できることを明らかにした。現在、結晶構造や水素化物の熱力学的安定性の評価を進めている最中である。これらの予備的な結果から、既に報告のあるカルシウムアラネートとは異なる結晶構造を有する新規水素化物が得られていることが確認されている。高温高圧下での金属水素化反応のXANES観察技術を確立するため、Al2Y合金の高温高圧XANES行った。YH2の生成に伴うY K吸収端のXANESプロファイルの変化を測定することに成功した。得られた結果は常圧近傍で観察されるYの水素化反応時のプロファイル変化と良く一致していて、目的とする技術が確立できていることが確認できた。単結晶アルミニウムの水素化反応を対象として、角度分散型放射光その場観察実験を行った。単結晶試料を出発物質とすることで、粉末試料を用いた場合と比較して、水素反応プロセスに変化が現れることを期待したが、その様な反応は観察されなかった。実績の概要で説明したとおり、Al-RE系合金水素化物の実現をのぞいて、研究は計画通りに進展している。新物質の探索ではターゲットの全てが必ずしも合成可能である訳ではないことを考慮すると、おおむね順調に進展していると評価できる。

高温高圧合成平成27年度は、計画通り角度分散回折測定を行う。またAl-RE系で計画していたXANES測定は、純Euの水素化反応を対象に実験を進める。Al-TM系の新物質探索は、予定を上回るペースで成果が出ているが、引き続き探索を進める。本年度が最終年度となるため、年度後半は論文執筆を中心に研究成果のとりまとめを行う。実績の概要で説明した通り、研究計画で定めた初年度の目標は既に達成し、Al3X合金の水素化反応の実現、および中性子その場観察実験用のセル開発が完了している。またその他の系として、Al2Cuの新規水素化反応の発見や、他のアルミニウム合金の新規水素化反応の実現にも成功しており、本研究課題全体としても、順調に進展していると考えられる。平成27年度の直接経費とあわせて物品を購入するため。Al-RE(RE;希土類金属)およびAl-TM(TM;遷移金属)合金系の水素化反応の探索を行う。Al-RE系ではアルミニウムに数at.%以下の希土類を固溶させた合金の水素化によりAlH3のAlを一部希土類金属で置換したAl1-xRExH3の実現をめざす。置換によりAlH3の安定温度圧力領域を制御できる可能性を調べることが主目的である。また希土類金属は実験を行うBL14B1の入射X線の強度のエネルギー依存性、および高圧セルのX線透過能を考慮した場合、XANES測定に最も適していると考えられる。このためAl-RE軽合金水素化物が実現した場合には、速やかに水素化反応過程のXANES測定を行う。Al-TM系は前倒しですでに一部水素化反応の探索が進んでいるが、引き続き探索を進める。短時間(分オーダー)で反応が完了する系については、秒オーダーでの時分割測定を試みる。平成27年度の直接経費とあわせて、超硬製アンビルトップ(1個あたり\50,000、6個セットで使用)を購入予定。平成26年度の直接経費とあわせて高圧発生用の超硬製アンビルトップを購入するため。平成26年度の直接経費とあわせて超硬製アンビルトップ(1個あたり\50,000)を購入する予定である。
動的構造変化を発現する、新規アロステリック制御型不斉触媒の創製

アミド型配位子とランタノイドからなる触媒系は適度な柔軟性と剛直性を併せ持つというユニークな特性を有するため、新たな触媒機能を発現できるものと期待し研究を行ってきた。前年度までにランタン/アミド型配位子を用いた触媒的不斉アミノ化反応の開発に成功している。今年度は本触媒系の更なる有用性を示すべく、遷移金属を添加することにより従来の触媒では困難な反応の効率的活性化を行うことを主眼に置いた。標的反応として活性化されていないアルキンに対するエノラートの触媒的不斉付加反応(Conia-ene反応)を設定した。ソフトルイス酸/ハードルイス酸ブレンステッド塩基ヘテロバイメタリック触媒を用いることでソフト金属アルキン錯体に対してハード金属エノラートが求核攻撃するといったように、同時に2つの異種金属による活性化が可能な触媒の設計により、効率的な反応促進が実現可能と考え研究に着手した。検討の結果ソフト金属源として酢酸銀とPPh-3、ハード金属源としてLa(O^iPr)_3と天然型バリンより調製可能なアミド型不斉配位子を各々用いたマロナメートの分子内触媒的不斉Conia-ene反応がAcOEt中0°Cにて進行し63%収率90%eeにて目的の生成物を与えた。またメチルアセトアセテート由来の基質を用いた場合、2mol%の触媒量にて反応は進行し83%収率94%eeにて目的の生成物を与えた。La(O^iPr)_3といった塩基性触媒存在下でも銀触媒が失活することなく反応促進に寄与していることは特筆に値する。本研究はソフトルイス酸/ハードルイス酸ブレンステッド塩基ヘテロバイメタリック触媒を用いてπ-acidを活性化する先駆的な研究であり、今後本触媒系を用いた更なる反応開発が強く期待される。AS-3201はアルドース還元酵素阻害剤であり、糖尿病の合併症を抑える有望な経口治療薬として現在臨床開発中である。AS-3201は不斉中心を一つもつスピロスクシンイミドであるが、そのエナンチオマーは活性が極めて弱いため光学分割が必須である。従来はシンコニジンを用いた光学分割を行っていたが、工業スケールでシンコニジンを回収・再利用することは非現実的であり、合成効率の低下及び廃棄物の増加が問題になっていた。そこで私は市販化合物より1段階で合成可能なスクシンイミドに対して触媒的不斉アミノ化反応を行うことにより、AS-3201の効率的な合成経路の確立を試みた。その結果、La(O^iPr)_3とバリンからカラムフリーに容易に調製可能なアミド型リガンドを用いた際に目的のアミノ化反応が高い立体選択性にて進行することを19年度までに見出している。20年度は本触媒系を工業スケールでも適用可能なものにすることを目標とした。まず、空気に不安定である(La(O^iPr)_3の代わりに空気中容易に取り扱い可能なランタン源の検討を行ったところ、有機溶媒にも比較的溶解性の高いLa(NO_3)_3を用いた際に良好な結果を与えた。尚、La(O^iPr)_3は塩基性であるのに対しLa(NO_3)_3は中性の塩であるため、塩基の添加が必須であった。種々の塩基を検討したところ、アキラルな塩基を添加した際何れも反応は進行するものの不斉収率は中程度にとどまった。そこでキラルな塩基を検討したところ、バリン^tBuエステルを塩基として用いた際に収率、立体選択性ともに満足いく結果が得られた。さらに本反応は100gスケールでも進行し、酢酸エチル中空気下わずか1mol%の触媒量で>99%収率、91%eeにて目的物を与えた。得られた生成物は5段階の化学変換と1回の再結晶により光学的にも純粋なものへと変換できることを確認している。当研究は現在製薬会社にてプロセス研究が行われており、近い将来工業化されることが期待されている。触媒的不斉アミノ化反応は窒素原子を含む不斉炭素中心を効率的に構築可能であり、特に医薬品合成において多様な活用が期待される。筆者は博士1年までにN-無置換のスクシンイミド誘導体1とジ^tBuアゾジカルボキシラート3に対する不斉アミノ化反応が硝酸ランタンとアミドからなるリガンド、バリン^tBuエステルの3成分からなる触媒を用いて高い収率かつ立体選択性をもって進行することを見出している。また得られた生成物は5段階の化学変換と1回の再結晶により光学的にも純粋な糖尿病合併症治療薬AS-3201(現在、全世界で臨床試験フェーズIII)へと変換することができた。本年度は本反応の有用性の拡張を志向し、基質適用範囲の拡張及び本触媒反応の反応機構解析を行った。1の構造に着目し種々の基質を検討したところ、1と同様にアミドのtrans位に水素原子を有するN-無置換α-アルコキシカルボニルアミド2に対する触媒的不斉アミノ化反応が最高>99%収率、>99%eeにて進行することを見出した。本実験事実は触媒と基質における水素結合が立体選択性に重要であることを示している。次にESI-MS、NMR、CDスペクトル測定結果を行ったところ、本触媒はランタンを中心にリガンド及びバリン^tBuエステルの会合が速い動的平衡下にあることが示唆された。動的平衡下に存在する触媒、基質2及び3がランタンを中心に金属配位と水素結合を介して高度に組織化された会合状態をとった際に高い立体選択性にて反応が進行するものと考えられる。

加えて、反応速度論的解析により反応速度は触媒及び3の濃度に依存性があることが確認された。さらに本触媒反応の活性化エネルギーを算出するためEyring plotを検討したところ、反応の進行には非常に高い活性化エントロピーが必要であることが示された(ΔS^≠=-2.68x10^2J mol^<-1>K^<-1>)。以上の結果から本反応の律速段階は3がランタンに配位し、反応に適切な立体構造を構築する段階であると推測している。現在、本動的触媒と酵素との類似性及び動的触媒を用いた触媒的不斉炭素-炭素結合形成反応への応用を検討している。アミド型配位子とランタノイドからなる触媒系は適度な柔軟性と剛直性を併せ持つというユニークな特性を有するため、新たな触媒機能を発現できるものと期待し研究を行ってきた。前年度までにランタン/アミド型配位子を用いた触媒的不斉アミノ化反応の開発に成功している。今年度は本触媒系の更なる有用性を示すべく、遷移金属を添加することにより従来の触媒では困難な反応の効率的活性化を行うことを主眼に置いた。標的反応として活性化されていないアルキンに対するエノラートの触媒的不斉付加反応(Conia-ene反応)を設定した。ソフトルイス酸/ハードルイス酸ブレンステッド塩基ヘテロバイメタリック触媒を用いることでソフト金属アルキン錯体に対してハード金属エノラートが求核攻撃するといったように、同時に2つの異種金属による活性化が可能な触媒の設計により、効率的な反応促進が実現可能と考え研究に着手した。検討の結果ソフト金属源として酢酸銀とPPh-3、ハード金属源としてLa(O^iPr)_3と天然型バリンより調製可能なアミド型不斉配位子を各々用いたマロナメートの分子内触媒的不斉Conia-ene反応がAcOEt中0°Cにて進行し63%収率90%eeにて目的の生成物を与えた。またメチルアセトアセテート由来の基質を用いた場合、2mol%の触媒量にて反応は進行し83%収率94%eeにて目的の生成物を与えた。La(O^iPr)_3といった塩基性触媒存在下でも銀触媒が失活することなく反応促進に寄与していることは特筆に値する。本研究はソフトルイス酸/ハードルイス酸ブレンステッド塩基ヘテロバイメタリック触媒を用いてπ-acidを活性化する先駆的な研究であり、今後本触媒系を用いた更なる反応開発が強く期待される。
尿中ポリアミンのTLCの分離・誘導体化蛍光分析とその癌診断への応用

1.胃癌,大腸癌,その他の身体の表面から診断の困難な内部癌(肝,膵,卵巣,前立線など),血液疾病,悪性リンパ腫などに対する従来の検便法および注腸または内視鏡などの臨床検査法に加える新しい一次スクリーニング法の確立を研究目的として,"尿中ポリアミンのTLC分離・誘導体化蛍光分析とその癌診断への応用"に関する研究を平成3年度に引き続き同4年度の文部省科学研究費(一般研究C)の補助金を仰ぎ実施した。2.平成3年度に引き続き,各種ポリアミン混合溶液をTLCプレート上で展開分離したのち,1-ピレンアルデヒドなどの芳香族アルデヒドを用いて蛍光誘導体化し,得られたTLC上の蛍光スポットを島津二波長フライングスポットスキャナ(CS-9000)により連続測定するポリアミンのTLC相互分離と蛍光誘導体化反応を繰り返し実験した。3.平成3年度の報告書に記したように,プレート上に展開した各種ポリアミンの蛍光団の蛍光強度は,展開溶媒が気化すると劣化するので溶媒が気化しないようにスポット上に有機溶媒に溶かしたコーティング剤を塗布して薄い皮膜をつくることに専ら検討を注いだ。その結果,ある一定時間蛍光強度を一定に保持することに成功したが,依然として定量的な結果は残念ながら得られなかった。科学研究費の補助を仰げない平成5年度にも引き続きこの点の検討を続ける所存である。1.胃癌,大腸癌,その他の身体の表面から診断の困難な内部癌(肝,膵,卵巣,前立腺など),血液疾病,悪性リンパ腫などに対する従来の検便法および注腸または内視鏡などの臨床検査法に加える新しい一次スクリ-ニング法の確立を研究目的として“尿中ポリアミンのTLC分離・誘導体化蛍光分析とその癌診断への応用"に関する研究を平成2年度から同4年度まで文部省科学研究費(一般研究C)補助金を仰ぎ着手した。2.平成2年度には,各種ポリアン混合溶液をTLCプレ-ト上で展開分離したのち,1ーピレンアルデヒドなどの芳香族アルデヒドを用いて蛍光誘導体化し,得られたTLC上の蛍光スポットを島津二波長フライングスポットスキャナ(CSー9000)により連続測定するポリアミンのTLC相互分離と蛍光誘導化反応の基礎的実験を行なった。3.プトレシン,カダベリン,スペルミン,スペルミジンなどのポリアミンを1ーピレンアルデヒドと反応させると,Schiff's baseの強い蛍光団を生成することを,蛍光スペクトルおよびGCマススペクトルにより明らかにした(Freseniu's z Anal.Chem.334,710(1989)),これと並行して,benzylamine,cyclohexylamine,2ーpbenyl ethylamine,tyramine,dopamine,norepinephrine,tryptamine,seretoninなどの芳香族第一アミン類をノ-ピレンアルデヒドで蛍光誘導体化し,プレカラムHPLCで測定する方法を検討し,その成果をFreseniu's J.Anal.Chem.338.265268(1990)に報告した。1.胃癌,大腸癌,その他の身体の表面から診断の困難な内部癌(肝,膵,卵巣,前立腺など),血液疾病,悪性リンパ腫などに対する従来の検便法および注腸または内視鏡などの臨床検査法に加える新しい一次スクリ-ニング法の確立を研究目的として,"尿中ポリアミンのTLC分離・誘導体化蛍光分析とその癌診断への応用"に関する研究を平成2年度に引き続き同3年度の文部省科学研究費(一般研究C)の補助金を仰ぎ実施した。2.平成2年度に引き続き,各種ポリアミン混合溶液をTLCプレ-ト上で展開分離したのち,1ーピレンアルデヒドなどの芳香族アルデヒドを用いて蛍光誘導体化し,得られたTLC上の蛍光スポットを島津二波長フライングスポットスキャナ(CSー9000)により連続測定するポリアミンのTLC相互分離と蛍光誘導体化反応を繰り返し実験した。3.プレ-ト上に展開した各種ポリアミンの蛍光団の蛍光強度は,展開溶媒が気化すると,劣化することが判った。これに再び同じ溶媒をスプレ-すると元の蛍光強度を示した。そこで,プレ-ト上に展開した各種ポリアミン蛍光スポット上に,溶媒が気化しないうちに有機溶剤に溶かしたコ-ティング剤を塗布して薄い皮膜でスポットを被うと,ある一定時間蛍光強度を一定に保持できることが判った。

しかし,定量的な段階までにはいたっていない。目下,そのコ-ティング剤について検討を進めている。1990年の日本分析化学会(第39年会)および1991年の日本分析化学会(第40年会)でそれぞれ発表した(ヒト血清中のHSAPの蛍光分析」および「尿中の葉酸の蛍光分析」に関する研究はいずれも表題の尿中ポリアミンの研究と密接な関係を有するものであり,これらの研究と併行して今後仕事を進展させたい。1.胃癌,大腸癌,その他の身体の表面から診断の困難な内部癌(肝,膵,卵巣,前立腺など),血液疾病,悪性リンパ腫などに対する従来の検便法および注腸または内視鏡などの臨床検査法に加える新しい一次スクリーニング法の確立を研究目的として,"尿中ポリアミンのTLC分離・誘導体化蛍光分析とその癌診断への応用"に関する研究を平成3年度に引き続き同4年度の文部省科学研究費(一般研究C)の補助金を仰ぎ実施した。2.平成3年度に引き続き,各種ポリアミン混合溶液をTLCプレート上で展開分離したのち,1-ピレンアルデヒドなどの芳香族アルデヒドを用いて蛍光誘導体化し,得られたTLC上の蛍光スポットを島津二波長フライングスポットスキャナ(CS-9000)により連続測定するポリアミンのTLC相互分離と蛍光誘導体化反応を繰り返し実験した。3.平成3年度の報告書に記したように,プレート上に展開した各種ポリアミンの蛍光団の蛍光強度は,展開溶媒が気化すると劣化するので溶媒が気化しないようにスポット上に有機溶媒に溶かしたコーティング剤を塗布して薄い皮膜をつくることに専ら検討を注いだ。その結果,ある一定時間蛍光強度を一定に保持することに成功したが,依然として定量的な結果は残念ながら得られなかった。科学研究費の補助を仰げない平成5年度にも引き続きこの点の検討を続ける所存である。
『平家物語』右田毛利家本系統諸本に関する調査・研究

この研究は、『平家物語』の本文生成の実態を明らかにするための基礎的研究として、新出の右田毛利家本系統の諸本について、二年度にわたって調査・研究するものであった。昨年度はまず右田本(山口県立図書館蔵)・諏訪本(諏訪市立図書館蔵)・相模本(相模女子大学附属図書館蔵)・小野本(岡山大学附属図書館蔵)・松雲本(大東急記念文庫蔵)の5本がこの系統に属することを明らかにした。そして、写真撮影等によるそれらの本文の収集に努めるとともに、右田・諏訪・相模の主要三本の関係を明らかにしてきた。今年度は引き続き松雲本を中心にこれらの諸本の関係について検討したが、その結果、松雲本は相模本と近似し、兄弟関係に立つことを明らかにすることが出来た。また新たに高倉寺本(天理図書館蔵)に注目して調査を進めたが、この本も同類の本文を含むことを知り得た。一方、この系統の諸本研究上の重要性に鑑み、相模本を古典文庫に活字化して紹介してきたが、昨年度に上・中巻(巻一八)を刊行、下巻も解読を付して近刊の運びとなった。なお、右田本系統諸本はいずれも複数のテキストの取り合わせから成るものであり、巻単位の検討が不可避であったが、この研究によって『平家物語』の諸本(特に八坂系)研究にあっては巻単位の検討が必要なことが指し示された。これは方法上の成果の一つである。おわりに、本研究にはなお残された課題も多いが、とりわけ1.このように巻毎に系統を異にするテキストを取り合わせる本文生成の実態の解明、2.右田本の独自本文(旧右田本)の生成論的位置づけ、3.右田本の作品論的読み、などが重要な問題になる。本研究は、『平家物語』の本文生成論のための基礎的研究として、従来知られることのなかった右田毛利家本系統諸本について二年度にわたって調査・研究するものであるが、予備調査も含めて本年度までに、右田本(山口県立図書館蔵)・諏訪本(諏訪市立図書館蔵)の全巻及び相模本(相模女子大学附属図書館蔵)・小野本(岡山大学附属図書館蔵)・松雲本(大東急記念文庫蔵)の一部がこの系統に属することを明らかにしてきた。そこで、改めて右田本・諏訪本・相模本を実地に調査するとともに、これらの本文を写真撮影等により収集し(他本は市販のマイクロフィルム等に収められている)、本文研究の準備を整えた。その上で、右田・諏訪・相模の主要三本について校合を行った結果、右田・諏訪両本は親本を同じくする兄弟本であること、相模本の巻一・四・五・七・八・九・十一も同類であることが判明した。本年度の研究成果のうち、右田本の覚一本系諸巻及び「灌頂巻」相当部については論文としてまとめたが(岐阜大学国語国文学第24号・岐阜大学教育学部研究報告第45巻第2号)、ここでは覚一本系諸巻は第一類本から第二類本に至る中間段階の本文を伝え、「灌頂巻」は下村本系の取り合わせであるという結論を得ている。一方、相模本については古典文庫に本文の活字化を進めている。なお、次年度は問題の諸本の生成・伝来環境に注意を払いつつ、なお新しいテキストの発掘に努めるとともに(高倉寺本の一部が本系統に関わる可能性が高い)、右田本の独自本文の成り立ちを、巻七・巻十二を中心に他系統との関わりのもとに検証していく予定である。

昨年度はまず右田本(山口県立図書館蔵)・諏訪本(諏訪市立図書館蔵)・相模本(相模女子大学附属図書館蔵)・小野本(岡山大学附属図書館蔵)・松雲本(大東急記念文庫蔵)の5本がこの系統に属することを明らかにした。そして、写真撮影等によるそれらの本文の収集に努めるとともに、右田・諏訪・相模の主要三本の関係を明らかにしてきた。今年度は引き続き松雲本を中心にこれらの諸本の関係について検討したが、その結果、松雲本は相模本と近似し、兄弟関係に立つことを明らかにすることが出来た。また新たに高倉寺本(天理図書館蔵)に注目して調査を進めたが、この本も同類の本文を含むことを知り得た。一方、この系統の諸本研究上の重要性に鑑み、相模本を古典文庫に活字化して紹介してきたが、昨年度に上・中巻(巻一八)を刊行、下巻も解説を付して近刊の運びとなった。なお、右田本系統諸本はいずれも複数のテキストの取り合わせから成るものであり、巻単位の検討が不可避であったが、この研究によって『平家物語』の諸本(特に八坂系)研究にあっては巻単位の検討が必要なことが指し示された。これは方法上の成果の一つである。おわりに、本研究にはなお残された課題も多いが、とりわけ1.このように巻毎に系統を異にするテキストを取り合わせる本文生成の実態の解明、2.右田本の独自本文(旧右田本)の生成論的位置づけ、3.右田本の作品論的読み、などが重要な問題になる。
機械学習に基づく汎用的な組合せ最適化アルゴリズムの自動構成

組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新に生じる現実問題を短期間で解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化して高性能なアルゴリズムを適用することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手法を提案し,汎用的かつ高性能な組合せ最適化アルゴリズムを実現する.組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新たに生じる現実問題を短期間で解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化し,その問題に対する高性能なアルゴリズムを開発することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手続きを提案することで,汎用的かつ高性能な組合せ最適化アルゴリズムを実現する.本年度は,実世界から収集された大規模データに基づく大規模かつ多様な整数計画問題に対して,局所探索法を雛形とするメタヒューリスティクスを開発した.局所探索法は,現在の解に対してごく少数の変数の値に変更を加えて(近傍操作)得られる解集合(近傍)の中に改善解があれば,その解に移動する手続きを繰返すメタヒューリスティクスの基本戦略である.その設計における自由度は大きく,個々の問題に含まれる特徴的な構造を把握した上で,探索空間,解の評価,近傍の定義,移動戦略などの各要素を注意深く設計することで高性能な局所探索法を実現できる.近傍内の改善解を発見するための探索は近傍探索と呼ばれる.局所探索法では,計算時間の大部分が近傍探索に費やされるため,大規模な組合せ最適化問題に対応する上でその効率化は最も重要な課題である.そこで,集合被覆・集合分割問題に対する高性能な局所探索法を基に,近傍探索において解の評価値の計算を高速化する手法と,改善の可能性の少ない解の探索を省略する手法を開発し,数百万変数の大規模な整数計画問題に対応できる高性能な局所探索法を実現した.組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新たに生じる現実問題を短期間で解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化し,その問題に対する高性能なアルゴリズムを開発することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手続きを提案することで,汎用的かつ高性能な食合せ最適化アルゴリズムを実現する.本年度は,大規模な0-1整数計画問題に対して局所探索法を雛形とするメタヒューリスティクスを開発した.局所探索法の設計における自由度は大きく,個々の問題に含まれる特徴的な構造を把握した上で,探索空間,解の評価,近傍の定義,移動戦略などの各要素を注意深く設計することで高性能な局所探索法を実現できる.局所探索法では,計算時間の大部分が近傍探索に費やされるため,大規模な組合せ最適化問題に対応する上でその効率化は最も重要な課題である.そこで,0-1整数計画問題において近傍解の評価値を高速に計算する手法と,制約行列の列ベクトル間の類似度を指標に用いて改善する可能性の高い近傍解を抽出する手法を開発し,数百万変数の大規模な0-1整数計画問題に対応できる高性能な局所探索法を実現した.さらに,開発した局所探索法を既存の整数計画ソルバーと並列実行し,暫定解の情報を交換することでアルゴリズムの性能向上を実現した.また,高性能なアルゴリズムの開発と並行して,現実社会におけるいくつかの応用事例を整数計画問題に定式化し,具体的な解決策を提示した.本年度は,0-1整数計画問題に対する局所探索法の開発以外にも,商用ソルバーとの並列実行によるアルゴリズムの性能向上,整数計画問題を用いた現実世界の応用事例の解決など,多方面に渡り研究成果を挙げることができた.組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新たに生じる現実問題を解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化し,その問題に対する高性能なアルゴリズムを開発することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手続きを提案することで,汎用的かつ高性能な組合せ最適化アルゴリズムを実現する.本年度は,現実社会におけるいくつかの応用事例に対して組合せ最適化アルゴリズムを開発した.具体的には,電気自動車の充放電計画,電子ジャーナルの購読計画,ラスタ図形の詰込み,観測データに基づく人の移動履歴の推定,商品推薦の最適化,学校の時間割などが挙げられる.商品推薦の最適化では,確率的劣勾配法と価格法を併用する手法により30億変数におよぶ超大規模な問題例に対して現実的な計算時間で精度の高い解を求めることができた.

また,電子ジャーナルの購読計画では,限られた予算の下で購読タイトルを決定する問題を整数計画問題に定式化し,分野による偏りのない現実的な購読計画案を作成することができた.本年度は,汎用性の高い組合せ最適化問題に対する局所探索法を開発するとともに,現実社会のいくつかの応用事例に対する組合せ最適化アルゴリズムを開発し,それらの解決に貢献した.組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新たに生じる現実問題を解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化し,その問題に対する高性能なアルゴリズムを開発することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手続きを提案することで,汎用的かつ高性能な組合せ最適化アルゴリズムを実現する.本年度は,現実社会におけるいくつかの応用事例に対して組合せ最適化アルゴリズムを適用した.具体的には,商品推薦の最適化,観測データに基づく人の移動履歴の推定,混雑緩和を実現する経路推薦などが挙げられる.特に,商品推薦の最適化では,誘導局所探索法の近傍探索を高速化により,30億変数におよぶ超巨大な問題例に対して現実的な計算時間で精度の高い解を求めることができた.誘導局所探索法は,各制約条件の違反度に対する重み係数を適応的に調整しながら,局所探索法を繰り返し実行することでより精度の高い解を探索するメタヒューリスティクスである.しかし,商品推薦の最適化では,問題例が大規模で局所探索法1回当たりの計算時間が長くなり,各制約条件の違反度に対する重み係数が十分に調整できないまま計算が終了していた.そこで,本研究では,局所探索法における改善解の探索を乱択化することで,局所探索法の計算効率を大幅に改善し,現実的な計算時間で精度の高い解を求めることに成功した.組合せ最適化の専門知識を持たない利用者が,産業や学術の幅広い分野において日々新に生じる現実問題を短期間で解決するには,これらの問題を整数計画問題などの汎用的な組合せ最適化問題に定式化して高性能なアルゴリズムを適用することが望ましい.しかし,問題の汎用性が高まればアルゴリズムの性能向上に利用できる特徴的な構造が失われるため,汎用的な組合せ最適化問題に対して高性能なアルゴリズムを開発することは困難である.本研究では,実行時に個別の入力データからアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を発見し,アルゴリズムの設定や構成を自動的に決定する手法を提案し,汎用的かつ高性能な組合せ最適化アルゴリズムを実現する.本年度は,数百万変数の大規模な整数計画問題に対応できる高性能な局所探索法を実現し,その研究成果を人工知能分野の国際会議であるAAAI-15にて発表した.大規模な0-1整数計画問題に対する効率的な局所探索法は実現できたので,次は現実世界の応用事例に現れる多種多様な0-1整数計画問題からアルゴリズムの性能向上に役立つ構造を短時間で発見する手法を開発する.
Ac-229を利用したTh-229mの原子核壊変特性の解明

229mThは229Th原子核の第一励起準位であり,8 eV程度と極端に低い励起エネルギーを持つ.基底状態の229Thをレーザーにより229mThに核励起できれば,超高精密な原子核時計を実現できると期待されている.核励起に必要なレーザーの条件を決定するために,本研究では,229mThの励起エネルギーを0.1 eV程度の精度で決定し,229mThのγ線放出半減期を決定することを目的とする.それらを実現するために,229Acを用いた新しい手法によって229mThを適切な化学状態に制御した上で,229mThの内部転換電子分光測定およびγ線測定を行う.229mThは229Th原子核の第一励起準位であり,8 eV程度と極端に低い励起エネルギーを持つ.基底状態の229Thをレーザーにより229mThに核励起できれば,超高精密な原子核時計を実現できると期待されている.核励起に必要なレーザーの条件を決定するために,本研究では,229mThの励起エネルギーを0.1 eV程度の精度で決定し,229mThのγ線放出半減期を決定することを目的とする.それらを実現するために,229Acを用いた新しい手法によって229mThを適切な化学状態に制御した上で,229mThの内部転換電子分光測定およびγ線測定を行う.