hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グローバル地球磁場変動観測システムの開発

グローバル地球変動磁場観測システムの開発を行なった。リングコアーによるフラックスゲート磁力計に組み合せるディジタルデータロガーのタイプ、設置地域の違いによる次の3タイプがある;モデルA(オーロラ帯など高緯度用、委託観測による1カ月週間毎のテープ交換)、モデルC(中緯度を中心とした日本周辺用、委託観測による3週間毎のテープ交換)、モデルE(赤道地域でのデータ取得のために半無人記録装置、一部フラッシュメモリーカードの導入)。記録感度とサンプリングレイトはA、C、Eモデル各々について、125pT-1Hz,50pT-1Hz,7.5pT-3秒とした。開発の仕上げとして、各地でのフィールド観測を実施した。想定した問題が実地観測では予想以上の複雑さで現れた。電源関係(停電対策,蓄電池充電,データ取得の停止と再開),機器温度環境(過剰対応),機器の操作ミス(合理的な操作性)など,各モデルとも,半年以上の期間に渡り,問題への対応を現地との連携で(主にプログラムROMの改良交換)進めた結果,不可抗力と思われる(落電,盗難,重機器による地下埋設部の破損)を除けば,安定にデータが取得することのできる水準に達した。遠隔地データ取得の将来を目指した実験として,静止衛星(ひまわり)を利用して北海道(女満別)よりの磁場データの取得実験を開始した(郵政省通信総合研究所,運輸省気象庁地磁気観測所の関係者の協力を得る)。観測データは,貴重な高時間分解能データとして超高層物理研究に各分担者が利用するとともに一部は学術情報ネットワーク上に公開され,国内外の研究者の利用に供されている。時間分解能1秒を基本とした長期磁場観測システムとして、設置条件のうち主に連続観測期間の違いによる、モデル1(20日1カ月以内に記録交換)、モデル2(3カ月から半年)、モデル3(半年以上)を順に設計・開発を進めることにした。記録媒体としては、現在考えられるROM、磁気ディスク、光磁気ディスク、ストリ-マタイプカセット磁気テ-プ、8ミリビデオ、DATなどの中からモデル1とモデル2には使用実績、開発コストの点でストリ-マ-タイプカセット磁気テ-プの40メガバイト及び130メガバイトをそれぞれ使い、モデル3についてはDATを採用することにした。平成2年度は主に基本となるモデル1デ-タロガ-の開発・完成に重点を置きデ-タ取得率および操作性向上のためのソフトウエア-の改良を進め、標準時刻信号への強制同期機構を付加したモデルが完成した。モデル1観測装置はプリンタ-を利用した現場での波形モニタ-記録とともに海外の委託観測地点からの良質の記録を提供しつつある。大容量ロガ-の実際の使用において問題となる停電対策について、九州大学のグル-プを中心に太陽電池を利用したシステムを試作テストを行い所期の性能を得ることができた。オメガ電波を利用した自動時刻較正装置の開発については九州大学のグル-プの開発モデルによるフィ-ルドテストの結果、実用化の見通しが立ち、利用条件、コストの点での短波の標準電波を用いた市販品と比較、使い分けについて検討を進めつつある。この研究は太陽風-磁気圏結合に起因する地球磁場擾乱グロ-バル特性の研究観測システム開発を目的とする。極寒から熱暑、現地研究機関から半無人に渡る様々な設置環境を想定して次の3のタイプの磁場観測・記録装置の開発を行っている。磁力計センサ-部とデ-タ集録機構の違う、モデル1(委託観測による6週間毎のテ-プ交換)、モデル2(委託観測による18週間毎のテ-プ交換)、モデル3(赤道地域でのデ-タ取得のために半無人記録装置)について、機器の基本的な開発を平成2年度までに完了し、平成3年度は各研究グル-プが係わる、カナダ北極域、北欧、赤道域等に実際に設置してデ-タの取得実験を開始した。これまでにあった記録機器の不安定、時刻精度などの個々の問題は概ね解決され各地で順調に磁場デ-タが取得されつつある。

各観測地域固有の問題(標準時刻電波の受信状況、気温、小動物が起こすケ-ブル類への障害、委託する操作員の熟練度)への適応も進んだ。磁気テ-プ駆動部については耐用時間及び信頼性の点で保守への対応を改善する必要が生じた。取得された大量の磁場デ-タは大容量ファイルシステムへ順次蓄積されつつありデ-タベ-ス化されつつある。そのデ-タ資源のグル-プ間共有、あるいは内外の研究者が利用することが出来きるよう、デ-タネットワ-ク上での公開について実験を始めた。今後の衛星通信システムの広がりと一般化を想定して、衛星通信を利用した遠隔地(北海道・女満別)よりの磁場観測値の実時間伝送の実験を行うため、電波発射装置の輸入し、同時に電波発射の免許申請を開始した。本格的な実験の開始は平成4年度となる。1)磁気圏擾乱の研究を目的とした、グローバル地球変動磁場観測システム(磁力計と組み合せるデータロガーの種類と設置地域により使い分ける)3タイプ;モデル1(委託観測による6週間毎のテープ交換)、モデル2(委託観測による18週間毎のテープ交換)、モデル3(赤道地域でのデータ取得のために半無人記録装置、フラッシュメモリーカードの導入)の開発の仕上げとして、各地でのフィールド観測を実施した。想定した問題が実地観測では予想以上の複雑さで現れた。電源関係(停電対策、蓄電池充電、データ取得の停止と再開)、機器温度環境(過剰対応)、機器の操作ミス(合理的な操作性)など、各モデルとも、半年以上の期間に渡り、問題への対応を現地との連携で(主にプログラムROMの改良交換)進めた結果、不可抗力と思われる(落電、盗難、重機器による地下埋設部の破損)を除けば、安定にデータが取得することのできる水準に達した。遠隔地の長期委託観測実験の場合、複合要因による問題は解決に時間を要する。例、モデル3の記録装置について(長時間テープドライブの仕様の違いから停電後の記録再開時に重ね書きが発生するという深刻な問題が発生し、原因の究明と対応に3カ月を要した。観測データは、貴重な高時間分解能データとして超高層物理研究に各分担者で利用するとともに一部は学術情報ネットワーク上に公開し国内外の研究者に利用されている。2)昨年度導入した衛星データ送信装置は電波発信免許取得・接続試験の後、北海道の女満別(気象庁地磁気観測所)に設置した。静止衛星(ひまわり)を利用した国内の遠隔地(北海道・女満別)磁場データの取得実験の先峰として継続される(郵政省通信総合研究所、運輸省気象庁地磁気観測所の関係者の協力を得る)。
対話型証明と秘密分散に基づく認証方式・署名方式の設計及び安全性評価

IDストリングとこれに対する複数のデジタル署名の知識を識別不可能証明システムで証明するAND合成証明システムを定義し,一般的に構成する指針を与えた.キーアイデアは,IDストリングへコミットし,IDストリングとデジタル署名を証拠とし証拠識別不可能なうちに知識を証明するものである.このシステムを構成部品に用い,単一のアイデンティティのユーザが複数の権限機関から属性証明書を付与される匿名属性認証スキームのシンタックス及び安全性を定義した.また,提案スキームを構成する一般的雛形を設計し,安全性を評価した.関連研究も含み成果を雑誌論文で4件,学会で14件発表し,また国際研究集会会議録3件を編集した.ユーザの属性に基づき電子認証・電子署名を行う方式は,マイナンバーの改善課題等,プライバシー保護の現実的課題に鑑み,要望が高まっている.この要望に応えること,またそのための方式を理論的に設計し評価することを目的とする本研究を遂行した結果,研究代表者はH27年度,下記の研究実績を得た(《》内は技術用語,[ ]内は発表形態).■第一の課題である《Σプロトコルの秘密分散による拡張に基づく属性ベース認証方式及び属性ベース署名方式》については,学術上また実用上意義を有する《ペアリング演算を用いない方式》について設計を行った.結果として《属性ベース二階層署名方式》を発表した[国内研究会ISEC予稿論文1件,及び国際会議ICISC2015予稿論文1件].なお,当該の設計の特徴の一つはいわゆる《標準モデル》での実現である.その着想には《匿名証明書システム》の従来技術を解析したことで得た.■第二の課題である《識別不可能性難読化のアプローチによる属性ベース署名方式の設計》については,次に述べる第三の課題を優先したため,実績を得なかった.■第三の課題である《応用としての評判システムの設計》については,インド統計研究所の海外研究協力者と共同で設計を行い,被評定者の属性に基づく署名による表現豊かな《評定スキーム》を発表した[コンピュータセキュリティシンポジウム予稿論文1件,暗号と情報セキュリティシンポジウム予稿論文1件].■その他,属性ベース署名方式の設計を遂行した上で,次の関連技術について実績を得た:《認証方式》,《デジタル署名方式》,《秘密分散方式》[コンピュータセキュリティシンポジウム予稿論文1件,暗号と情報セキュリティシンポジウム予稿論文2件,国際会議AsiaARES予稿論文1件,国際会議ACM-IMCOM予稿論文1件,国際会議ProvSec2015予稿論文1件].交付申請書で計画していた三つの研究課題(「研究実績の概要」で言及したもの)に対し,次の理由により,研究はおおむね順調に進展していると判断した.■第一の課題については研究結果を2件の成果物にまとめ発表することを計画していた.1件目は《属性ベース二階層署名方式》であり,国際会議での発表実績を得た.2件目は《Σプロトコルの秘密分散による拡張に基づく属性ベース認証方式及び属性ベース署名方式,ただしペアリング演算を用いないもの》であり,本報告時点(2016年5月)でePrintの形態で投稿済みである.■第二の課題については実績を得なかったものの,代わって第三の課題についてH28年度計画から前倒しし,研究を推進した.研究結果をまとめ,2件の発表実績を得た(計画段階では1件).■他,計画外の関連発表6件の実績を得た.本研究の目標は,属性ベース認証・属性ベース署名などの暗号学的要素技術に対し,対話型証明システムを設計するアプローチで原理を解明し効率を追究することである.第2年度であるH28年度は下記の研究実績を得た.原理・効率解明の研究課題"Σプロトコルの秘密分散法による拡張に基づく方式"については,"対角線上証拠識別不可能な証明システム"の着想を得,下記4件の予稿論文に示した.a)"知識の証明のバンドリングとそのデジタル署名への応用", ISEC研究会(9月); b)"効率が良く追跡可能な属性ベース署名", SCIS2017(1月); c)"結託耐性を備えたアイデンティティ識別不可能な属性認証方式",火の国情報シンポジウム2017(3月); d)"対角線上証拠識別不可能な証明システム", ISEC研究会(3月).計算機科学の学術的観点からは,対話型証明システムの研究領域において"対角線上証拠識別不可能な証明システム"の着想を得,国内研究会および国内シンポジウムで発表したなど,原理を部分的に解明する成果を得た.また,暗号学的要素技術を現実に応用する観点からは,"被評定者の叙述を伴うデジタル署名による表現豊かな評定スキーム"の提案方式を国際会議で発表したなど,情報発信した.更に,関連成果のうち特に"秘密分散法"については,インパクトファクターが比較的高い(1.08)ジャーナル論文誌に採択されたなど,計画外の成果物を得た.これらの状況から,当初の計画以上に進展したものと判断した.本研究の目標は,対話型証明システムを主要な構成部品とするアプローチで属性ベース暗号プリミティブを設計し評価することであった.1最終年度のH29年度は,対話型証明を秘密

分散の手法で拡張し属性ベース証明システムを構成する従来設計(本研究代表者らが寄与)に対し,コミットメントスキームを組み込む着想を得,属性プライバシと秘密鍵結託耐性を両立する属性ベース認証方式の設計を進めることが出来た.ただし目標を完全に達成するには至らなかった.研究実績としては,属性プライバシーを実現する属性ベース認証方式・属性ベース署名方式の基本設計を国際会議(IEEE BITS2017)にて1件発表した.続いて,両立する設計の具体的構成を国内研究会(電子情報通信学会情報セキュリティ研究会)で1件発表した.続いて,両立する設計の一般的構成の指針を国内シンポジウム(SCIS2018)にて1件発表した.2他,対話型証明システムを用いないアプローチの設計もした.属性ベース暗号方式を選択暗号文攻撃に対し安全にする課題に対し,従来の(強力な)汎用方式に対し短い暗号文長・少ない暗号化計算量を実現する個別方式を設計した.これを国際会議(IEEE BITS2017)及びジャーナル論文誌(ASTES Journal)にて各々1件ずつ発表した.IDストリングとこれに対する複数のデジタル署名の知識を識別不可能証明システムで証明するAND合成証明システムを定義し,一般的に構成する指針を与えた.キーアイデアは,IDストリングへコミットし,IDストリングとデジタル署名を証拠とし証拠識別不可能なうちに知識を証明するものである.このシステムを構成部品に用い,単一のアイデンティティのユーザが複数の権限機関から属性証明書を付与される匿名属性認証スキームのシンタックス及び安全性を定義した.また,提案スキームを構成する一般的雛形を設計し,安全性を評価した.関連研究も含み成果を雑誌論文で4件,学会で14件発表し,また国際研究集会会議録3件を編集した.H28,29年度も交付申請書の計画に基づき,三つの研究課題(「研究実績の概要」で言及したもの)について研究を推進する.■第一の課題については,発表実績をまだ得ていない2件目《Σプロトコルの秘密分散による拡張に基づく属性ベース認証方式及び属性ベース署名方式,ただしペアリング演算を用いないもの》に関し,H27年度に得た着想に基づき設計および安全性評価を推進する.研究結果を国際会議にて1件発表する.■第二の課題については,《識別不可能性難読化》の《ゼロ知識証明への適用》についてJinan大学の海外研究協力者と共同で研究を立ち上げ,調査および設計を推進する.研究結果を国内シンポジウムにて1件発表する.■第三の課題については,引き続きインド統計研究所の海外研究協力者と共同で《評定スキーム》の設計を精密化・高機能化し,国際会議にて1件発表する.第3年度であるH29年度は,第2年度までに部分的に解明した原理"対角線上証拠識別不可能な証明システム"の全容を解明する.推進方策として,はじめに"toy example"の"対角線上証拠識別不可能な証明システム"を設計する."toy example"は暗号学上よく知られた「結託攻撃」への耐性を持たない簡易なものとし,国内研究会等にて上期中に発表する.次いで,結託攻撃に耐性のある"対角線上証拠識別不可能な証明システム"を一般的に構成する課題に挑戦する.H29年度内の国際会議での採択を目標とする.暗号理論本研究課題が係わる研究発表のうち,国際会議NSS2016での発表1件は,その旅費(日本-台北)が別予算から支払われた.このため,次年度使用額が24万円余り生じた.H29年度に,本研究課題が係わる研究領域の海外研究者を日本へ招き研究討議する旅費として,もしくは,研究代表者が海外で研究発表するための旅費として使用する.
瞬間凍結・マイクロダイセクション法を用いた-細胞からの遺伝子単離への挑戦

植物ゲノム解析研究分野において、機能遺伝子の迅速な単離方法の開発は益々その重要性が増大している。そこで、研究代表者がこれまでに培った遺伝子単離技術を活用し、遺伝子発現が進行中の細胞領域をマイクロダイセクション法で取得後、cDNAライブラリーを作製し、特定の組織でのみ発現する機能遺伝子の取得を目標とした。今年度は、加圧凍結法による試料中のmRNAの安定性の確認と微量組織からのcDNAライブラリー作製を試み、ライブラリー中のcDNAの解析を行った。開花後3日目のイネ種子を瞬間凍結し、コンパウンドで固定後切片化し、レーザーメスにより標的細胞周囲を焼き切り、その後レーザーの焦点を変更し特定領域細胞塊のみを打ち上げ、上部に設置したトラップに回収した。この操作を繰り返し、50細胞塊を集め、フェノール抽出により核酸を回収した。Oligo(dT)マグネットビーズでpoly(A)RNAを精製し、cDNA合成後、恒常的に発現しているイネActin I cDNAをPCR法で増幅し、予想される分子量の位置にバンドを確認した。この実験系でmRNAが分解されることなく抽出されていることが確認出来た。次に、微量組織由来cDNAライブラリーの作製を行った。上記と同様にレーザーメスで調製した100細胞塊よりpoly(A)RNAを抽出し、cDNA合成後、末端にプライマー配列を付加するPCR法によりcDNA断片を増幅した。その後、cDNAをλファージベクターに組み込み、cDNA断片の挿入が確認されたクローンの塩基配列を決定した。葉緑体ゲノム配列由来の配列、既知の遺伝子と相同性を示すクローンが多数認められたが、新規の遺伝子をコードしていると考えられるクローンが15%程度存在した。PCRを介することで、余分なDNAを増幅する欠点はあるが、微量特定細胞由来のcDNAライブラリーを作製することが可能であることが判った。今後は、出発細胞数を更に微量化し、ベクターおよび形質転換技術を高め、最終的には一細胞由来のcDNAライブラリー作製の可能性が広がった。今年度は、cDNAライブラリー作製の為に必要な基盤技術の確立を行った。研究対象は登熟期のイネ胚乳組織とした。イネゲノム解析の基準品種である日本晴と、栽培期間が短く個体数確保が容易な矮性イネ(豊雪矮性)を実験材料に選定した。開花後2,3,4日目の種子の形態観察を行い、内胚乳とアリューロン層への分化開始時期を詳細に調査した。組織観察と生化学的な解析の結果、分化開始時期は開花後3日目と考えられた。そこで、開花後3日目の種子を瞬間凍結し、コンパウンドで固定後切片化し、レーザーメスにより目的部分の組織をマイクロダイセクションした。精密に分離した微量組織を出発材料にmRNAを調整し、逆転写反応を行い、組織特異的cDNAを合成した。既に取得している開花後3日目に特異的に発現する2種類のcDNAクローンの塩基配列データに基づき、PCR用プライマーを設計し、逆転写反応後のcDNAを鋳型とし、cDNA断片の増幅を試みた。切断分離した数個の細胞からなる微量組織を出発材料に用いた場合でも、特定のcDNA断片を増幅できたことから、数細胞レベルでのcDNAライブラリー作製には、何ら問題が無いことが判った。今後は、出発細胞数を更に微量化し、ベクターおよび形質転換技術を高め、最終的には一細胞由来のcDNAライブラリーを作製し、細胞特異的に発現する遺伝子の候補を集める予定である。

今後は、出発細胞数を更に微量化し、ベクターおよび形質転換技術を高め、最終的には一細胞由来のcDNAライブラリー作製の可能性が広がった。
赤外反射分光法による半導体電極-溶液界面反応機構の研究

本研究の研究内容は、(1)溶液中でSiやGaAsウェーハの内部多重反射赤外スペクトルを測定し、固液界面物質の同定を行う。また、これらの物質の濃度が電極電位や半導体基盤の種類(n型かp型か、あるいはキャリア濃度のちがい)によってどのように変わるかを明かにする。(2)ポーラスシリコンの形成過程をその場分析する。さらに、(3)電極電位を変化させた場合の効果や光照射効果も明らかにすることであった。本年度の研究実績は以下の通りである。(1)作用電極作成プロセスの改良AlやAuなどの金属を裏面に蒸着したSi作用電極を作成することにより、電極電位-電流特性の再現性の向上に成功し、電極電位を変化させた場合の効果を測定することが可能となった。(2)HF溶液中で電圧を印加されたSi(100)表面のエッチング過程の"その場"観察溶液中のSi(100)表面のSi-H_x伸縮震動スペクトルの解析から、印加電圧がおよそ1Vでその挙動が変化することがわかった。印加電圧が1V以上のときにはSi-H_xのピークは次第に減少、もしくは変化しないのに対して、印加電圧が1V以下のときにはSi-H_xのピークは電圧印加とともに増加した。前者は、電気化学研磨が進行し、Si表面が平坦であり、後者はポーラスシリコンが形成し、表面積が増加したことを示している。(3)ポーラスシリコン初期形成過程の原子レベルでの解明ポーラスシリコンの表面はSi-H_2が優勢であるが、その初期形成過程では一度Si-H_2が減少し、Si-Hが増加することが初めて観察された。これは、エッチングされる以前のSi(100)表面に存在していたSi-H_2がエッチングされ、その結果Si-Hが生成したと考えられる。このように、本研究では赤外分光法を用いることにより原子レベルでのエッチング過程を観察する技術を開発し、ポーラスシリコンの初期形成過程を解明した。
分布型流出モデルによる実時間洪水予測手法の構成に関する研究

1.分布型モデルによる実時間流出予測の基礎理論を構成した。まず対象とする河道網をいくつかの部分河道網に分割する。つぎに、個々の河道網の流れのモデルに対して、2次元的な相関を有するノイズモデルを導入する。こうして構成される分布型の確率過程的流出モデルにフィルタリング理論を適用して、状態量の推定を更新する。2.一般に、斜面系からの流出を分布型モデルで計算しようとすると計算量が非常に多くなり、計算に多大な時間を要してしまうため、実時間で流量を予測するうえでは大きな支障となる。そこで本研究では、分布型のモデルを基礎としながらも、流域斜面系からの流出を高速に計算することが可能なモデルを開発した。3.河川流量の予測には精度の高い降雨予測が必要となる。降雨予測の手法として、本研究では、気象-水文結合モデルを利用することを念頭に置いているが、気象-水文結合モデルの精度を高めるためには、気象現象と水文現象の境界面である表土層における土壌水分量を正しく評価することが必要不可欠である。このような観点から、本研究では、地表面温度情報とカルマンフィルター理論を用いて表土層の土壌水分量を予測・補正する手法を開発した。4.実時間洪水予測を行なう際には、洪水制御施設からの放流量も予測する必要がある。これらの関係を考慮しつつ、洪水時の貯水池操作を効果的に支援するためのシステムを開発した。1.分布型モデルによる実時間流出予測の基礎理論の構成ある程度大きな格子を流域にかけ、格子内の河道網を単位として河道網全体を取り扱う方法を開発した。これにより、個々のグリッド内の河道網とそこでの流れのモデルに導入するノイズに対し、グリッドの2次元座標を対応させ、線的に扱う河道網系を2次元的にも扱えるようになった。こうして構成される分布型の確率過程的流出モデルにフィルタリング理論を適用して、時々刻々得られる流量観測情報を用いて状態量の推定を更新する手法を開発した。2.GISによる流域数値モデルの構成流域地形をグリッドごとに表現するデータ形式を考案し、国土数値情報からこのデータ形式へ自動的に変換するツールを開発した。また、グリッドごとのデータを統合するツール、統合されたデータを再区分するツールを開発して、対象とする河川流域を任意の格子サイズで区分できる流域数値モデルを構成した。3.河道網系グリッドモデルの構成斜面については、変勾配・変斜面幅中間流・地表面流モデル、河道網については、河道網集中型kinematic waveモデル、河道網dynamic waveモデルの二つの河道網系グリッドモデルを基礎とした確率過程的モデルを開発した。4.気象-水文結合モデルによる降雨予測JSM88-SiBUC結合モデルをベースに、降雨事象のシミュレーションモデルを構成し、過去の降雨事例を対象に計算を行ないモデルの性能を確認した。5.貯水池操作に必要な予測情報の形態および精度の検討実時間洪水予測を行なう際には、洪水制御施設からの放流量そのものも予測する必要がある。これらの関係を考慮しながら、流入量,降水量の予測値とその精度が貯水池操作に与える影響を分析した。近年、レーダー雨量計に見られるように、水文量の一部については、その空間的な分布が時々刻々入手でき、また、流域内の標高の分布や河道網の位置などの地理情報に関しても詳細に得られるようになってきている。このように、流域内の雨水の流動を物理的基礎に基づいて追跡するような分布型のモデルを使う条件が整ってきている。本研究では、河川流域の分布型流出モデルに対してフィルタリング・予測理論を適用するためのアルゴリズムを開発し、分布型の実時間流出予測手法を開発することを目的として研究を行なった。その成果をまとめると以下のようである。1.一般に、斜面系からの流出を分布型モデルで計算しようとすると計算量が非常に多くなり、計算に多大な時間を要してしまうため、実時間で流量を予測するうえでは大きな支障となる。2.河川流量の予測には精度の高い降雨予測が必要となる。

降雨予測の手法として、本研究では、気象-水文結合モデルを利用することを念頭に置いているが、気象-水文結合モデルの精度を高めるためには、気象現象と水文現象の境界面である表土層における土壌水分量を正しく評価することが必要不可欠である。このような観点から、本研究では、地表面温度情報とカルマンフィルター理論を用いて表土層の土壌水分量を予測・補正する手法を開発した。3.実時間洪水予測を行なう際には、洪水制御施設からの放流量も予測する必要がある。これらの関係を考慮しつつ、洪水時の貯水池操作を効果的に支援するためのシステムを開発した。
非弾性トンネル分光法によるナノシリコンのフォノン特性解析

ナノ構造半導体中では,ナノサイズへの閉じ込め効果によって,電子だけでなく,フォノンも特性が大きく変調される可能性がある。これまで,フォノンへの閉じ込め効果は理論的には指摘されているものの,実験的には殆ど調べられていなかった。本研究課題では,ナノ半導体中におけるフォノンのエネルギー,特に電子と強く相互作用するフォノンのエネルギーが,ナノ半導体のサイズ縮小で受ける影響を明らかにすることを目的とする。具体的には,独自の極薄膜シリコンMOS構造を作製し,ナノ薄膜シリコンへ電子をトンネル注入し,そのトンネル電流の2次微分特性を解析することにより,電子-格子相互作用に関与するフォノンのエネルギーを調べる。本年度は,トンネル酸化膜を有するMOS容量の作製と非弾性トンネル分光法の測定系立ち上げを行った。トンネル電流を観測するためには,低抵抗のシリコン基板上に厚さ2nm程度のシリコン酸化膜を形成する必要がある。ところが,低抵抗シリコン基板の酸化速度は,一般的なシリコン基板の酸化速度に比べて圧倒的に速く,通常の酸化条件で酸化を行うと,瞬時に5nm程度のシリコン酸化膜が形成されてしまうという問題があった。今回,酸化温度を700°C程度まで下げ,酸化膜形成後のアニール処理などを実施することで,厚さ2nm程度のトンネル酸化膜を形成することに成功した。また,ロックインアンプやナノボルトメータを活用することで,低ノイズのコンダクタンスを微小電圧領域で取得する測定系を構築することに成功した。これらの基礎技術の構築により,次年度以降でナノ構造シリコンにおけるフォノン特性解析を実施する道筋をつけることができた。
非同期録音機器を利用可能にするマイクロフォンアレイ信号処理の研究

マイクロフォンアレイ信号処理は、複数のマイクで録音した信号を処理し、音の到来方向を推定したり、雑音の中から目的音を強調したりすることを可能にする重要な技術です。マイクロフォンアレイ信号処理では、チャンネル間の微小な時間差が重要な情報となっているため、従来は複数のマイクロフォンが同期して録音される必要がありました。これに対し本研究では、スマートフォン、ノートPC、ICレコーダーなど、同期していない複数の録音機器をアレイ信号処理に用いるために、録音信号を事前情報なしに同期させたり、録音信号からマイクロフォンの位置を推定したりする技術を開発しました。本研究の目的は、非同期録音信号のブラインドアラインメント技術の確立と、非同期録音機器に基づく音源定位・音源分離システムの構築である。従来のアレイ信号処理では同期録音可能なアレイマイクの使用が前提であり、これがシステム構築上の大きな制約となっていた。これに対し本研究では、PC内臓マイク、ICレコーダ、ビデオカメラ、といった同期がとれていない複数の録音機器を用いたアレイ信号処理を可能にするために、録音機器の位置、録音開始時刻やサンプリング周波数の機器間のミスマッチなどを録音信号のみから推定する、「ブラインドアラインメント」技術を確立することを目指す。また、この技術を用いて音源定位・音源分離の適用範囲を拡大し、音声認識をはじめとする多様な音響入力システムに貢献する。平成25年度は、1)サンプリング周波数ミスマッチの補償アルゴリズムの構築、2)音の発信を利用したブラインドアラインメントの簡便な解法、3)交通量モニタリングへの応用、を行った。1)は重要な問題であり、微小なサンプリング周波数ミスマッチでさえ、アレイ信号処理には深刻な問題を引き起こす。我々は、音源が移動しないという確率モデルに基づく最尤法によるサンプリングミスマッチ量のブラインド推定とその補償アルゴリズムを構築した。2)では、近年、普及が著しいスマートフォンをマイクロフォンとして用いることを前提とし、音の発信を利用することによって、スマートフォンの位置を推定しつつ、チャンネルも同期させる手法を構築した。3)では、音響システムへの応用の1つとして、道路の両脇に設置した非同期マイクで録音した音響信号から、交通量を推定する検討を行った。本研究の目的は、非同期録音信号の時空間ブラインドアラインメント技術の確立と、非同期分散録音機器に基づく応用システムの構築である。平成26年度は、まず、ブラインドアラインメント技術の確立に向けて、1)サンプリング周波数ミスマッチの補償アルゴリズムの構築、2)音源到来時間に基づく音源位置・マイク位置の同時推定アルゴリズムの構築、3)音源到来時間差に基づく音源位置・マイク位置の同時推定アルゴリズムへの発展を行った。1)は時間方向に関するアラインメント問題を扱うものであり、微小なサンプリング周波数ミスマッチでさえアレイ信号処理には深刻な問題を引き起こすため、異なる録音機器を用いた分散録音を用いたアレイ信号処理を行うための必須の技術である。我々は昨年に引き続き,時間周波数領域におけるサンプリングミスマッチ量のブラインド推定とその補償アルゴリズムを構築した。2)3)は、空間方向のアラインメント問題であり、少数のパラメータのグリッドサーチ以外は全てのパラメータを閉形式で求めることができる画期的なアルゴリズムを導出した。また、応用システムの構築へ向けて、4)非同期分散マイクロフォンによる音源分離、5)スマートフォンとファイル共有システムを用いた分散録音システムの実現、6)交通量モニタリング、7)非負値観測信号の相関推定アルゴリズムの構築を行った。4)は同期誤差に頑健な非負値行列分解を用いた手法を発展させた。5)はiPhoneとDropboxを用い、非同期分散録音の一形態を実現した。6)は具体的な応用として、交通量を非同期分散マイクにより計測する手法を複数検討した。7)では、同期誤差により位相差情報が信頼できない場合でも、これを欠損データとして扱い、信号間の相互相関を推定する新しい効率的なアルゴリズムを導出した。平成27年度の成果として主なものは以下の通りである。まず、音源・マイク位置の同時推定法としては、1)平成26年度に引き続き、到来時間(Time Of Arrival; TOA)に基づくマイク音源の同時位置推定手法について研究を進め、少数パラメータの探索を除き、閉形式で解が求まる安定・高速なアルゴリズムを導出し、数値実験による評価を行った。2)フランス第7大学との共同研究として、120個の大規模マイクロホンアレイを用いた実環境実験を行い、1)で導出した手法の有効性を確認した。3)到来時間差(Time Difference Of Arrival; TDOA)に基づくマイク音源の同時位置推定手法として、距離行列の低ランク性を利用してTDOAからTOAを推定し、前述のアルゴリズムにより推定する新しい手法を提案した。次に、同期ずれに頑健な振幅ベースの信号処理法として、4)時間チャネル領域での非負値行列分解を用いた振幅ベースの音声強調法が、同期ずれに頑健であることを示した。5)アドホックマイクロホンアレーによる音響イベント検出のために、空間ケプストラムという新しい空間パターン特徴量を創出し、実環境実験により有用性を示した。6)同期ずれの影響を受けやすい位相情報を用いず、振幅情報のみから2つの複素信号間の相互相関を推定するEMアルゴリズムを導出した。また、応用システムとしては、7)ブラインド同期、ブラインド音源分離、音声認識を組み合わせ、複数台のiPhoneを用いた複数話者同時音声認識システムを構築した。8)交通量モニタリングへの応用においては、道路の両端に2chのマイクロホンアレイを分散させ、走行車の速度モデルを構築することが走行方向推定に有効であることを確認した。また、その他、9)SiSEC2015という音源分離キャンペーンにおいて、混合信号を非同期録音したものから音源分離する新しいタスクを提案した。特にICレコーダーによる実録音データを公開した。

マイクロフォンアレイ信号処理は、複数のマイクで録音した信号を処理し、音の到来方向を推定したり、雑音の中から目的音を強調したりすることを可能にする重要な技術です。マイクロフォンアレイ信号処理では、チャンネル間の微小な時間差が重要な情報となっているため、従来は複数のマイクロフォンが同期して録音される必要がありました。これに対し本研究では、スマートフォン、ノートPC、ICレコーダーなど、同期していない複数の録音機器をアレイ信号処理に用いるために、録音信号を事前情報なしに同期させたり、録音信号からマイクロフォンの位置を推定したりする技術を開発しました。本研究の2大目的であったブラインドアラインメント技術の確立、非同期分散録音に基づく応用システム構築のどちらにおいても、研究計画時には想定していなかった技術的な進展が得られ、ジャーナル論文1本、査読付き国際会議論文3本を出版した。また、招待講演を2個行い、本共同研究で日本音響学会学生優秀発表賞を2件受賞するなど、当該分野に大きなインパクトを与えたと考えられるため。27年度が最終年度であるため、記入しない。音響信号処理要素技術が確立されつつあると考えられる。平成27年度はデモシステムや応用システムの構築に力をいれていく。「研究実績の概要」で述べたように、ブラインドアラインメント技術、ならびにその応用について、複数の理論的、技術的な進展が得られたため。雇用していた特任研究員が研究所のPDポジションを獲得し、雇用経費が不用となったため。理論面では、マイク音源同時定位の新しいアルゴリズムについて進行中であり、これを引き続き進める。また、要素技術ができつつあるので、平成26年度以降は、デモシステムや応用システムの構築に力をいれていく。研究効率化のため、新たな特任研究員、もしくは技術補佐員を雇用する人件費として使用する。特任研究員の雇用に際し、適任者を見つけるのに時間がかかり、雇用が予定より遅れたため。雇用開始の遅れに合わせて雇用期間を延長し、人件費として使用する。
消化器癌及び乳癌の転移能を有する細胞の生物学的特性の解析

腫瘍の生物学的悪性度評価における癌細胞核DNAの意義を検討した。核DNA量測定はパラフィン包埋切片を用い、Flow cytometerにて測定した。大腸癌144例におけるploidyパタ-ンの出現頻度はdiploid(D)63例、aneuploid(A)81例であった。stage別ploidyパタ-ンの出現頻度に有意な相関は認められず、リンパ節・腹膜・肝転移の進行例においてAの頻度が増加する傾向を認めた。Kaplan-Meier法による累積生存率を求めると、D群の5、10生存率は74%、66%であるのに対し、A群ではそれぞれ39%、32%で、有意の差でA群の生存率が低かった。胃癌235例ではD群155例、A群80例であった。5生率はD群64%、A群46%であり、有意差はないもののD群が予後良好な傾向を示した。そこで、分化型でDを示す群と低分化型でAを示す群を比較すると、前者が有意に良好であった。癌基底膜成分の破壊あるいは消失が、浸潤・転移能の強い癌にみられることが考えられる。そこで大腸癌62例のパラフィン切片においてABC法による癌腺管上皮基底部のtype IV collagen免疫組織化学的染色を行い、その染色程度により限局型、中間型、広範型の3型にわけた。Kaplam-Meier法による生存率をみると、限局型の予後が悪いが有意差はみられなかった。乳癌細胞のホルモン依存性をみるため、無血清培養細胞増殖におけるホルモンの影響について調べた。ヒト乳癌22症例において14例(63.6%)にコラ-ゲン・ゲル上、又は内にコロニ-形成を認めた。同時に行った血清培養より良好な結果であった。コロニ-を認めた14例のうち7例に、エストラジオ-ル(E_2)のdoubling time(D.T.)に及ぼす結果をみると、エストロジェン受容体の有無にかかわらずE_2添加にて全例にD.T.の短縮を認めた。コラ-ゲン・ゲル内における初代培養細胞増殖形態についてみると、3次元的に突起様構造を形成しつつ増殖するのが特徴的であった。腫瘍の生物学的悪性度の評価におけるFlow cytometryによる癌細胞核DNA量測定の意義を検討した。方法:核DNA量は40μmのパラフィン包埋ブロック3切片を脱パラフィン後、0.25%トリプシンにて37°C15時間インキュベートし、単離裸核細胞とした。これをVindelφvの方法によりpropidium iodideにて核染色し、Epics Flow Cytometerにて測定した。CV値8%以下のものを評価可能とし、ヒストグラムの解析はDNAindex(DI)=1をdiploid、DI≠1をaneuploidとした。結果:大腸癌92例についてパラフィンブロックより核DNA量測定をした。diploid49例(53%)、aneuploidは43例(47%)であった。核DNA量と臨床病理学的因子である腸瘍占居部位、肉眼型、組織型、Stage、P因子、H因子、n因子及び壁深達度とは有意の相関はえられなかった。Kaplan-Meier法にてploidyパターン別累積生存率を求めた。

diploid群の5年、10年生存率はそれぞれ65.7%、44.3%であるのに対し、aneuploid群のそれは35.1%、23.4%で有意(P<0.01)にaneuploid群は生存率の低下していることが示された。更に、同一病期進行度における生存率は両群に有意差はなかったが、aneuploid群の生存率が低下する傾向を認めた。またStageを規定する因子の陰性例における検討では、Po及びHoにおいて有意差(P<0.01)をもってaneuploid群の生存率の低下がみられた。胃癌235例のついても同様な検討を行ったところ、diploid155例(66%)、aneuploid80例(34%)であった。組織型別によるploidyパターンの出現頻度に差はみられなかった。5生率はdiploid64%、aneuploid46%であり、有意差はないもののdiploidが予後良好な傾向を示した。そこで、分化型でdiploidを示す群と低分化型でaneuploidを示す群を比較すると、それぞれ68%、22%で前者が有意(P<0.05)に良好であった。以上によりFlow cytometryによる核DNA量の解析は腫瘍の悪性度評価に有用であった。大腸癌の生物学的悪性度における細胞核DNA量の意義について、DNAIndex(DI)からみた核DNA量と臨床病理学的因子及び予後との関連について検討した。大腸癌144例のうちdiploid63例(43.7%)、aneuploid81例(56.3%)でDIは1.30±0.35であった。aneuploidにおけるDIは1.11.2及び1.51.6にピ-クをもつ二峰性の分布を示した。stageIII及びVにおいてDIは高値を示した。組織学的所見との関連をみると、低分化型癌ではDIは有意に高値であった。DIの二峰性分布パタ-ンから、aneuploidを1.0<DI≦1.4(low aneuploid)群と1.4<DI(high aneuploid)群にわけ、予後を検討したところ前者は後者にくらべ低い傾向を示したが有意差はなかった。癌基底膜成分の破壊あるいは消失が、浸潤・転移能の強い癌にみられることが考えられる。そこで大腸癌62例において重要な基底膜構築成分であるtypeIV collagenの局在とその予後との関連をみた。パラフィン切片においてABC法による癌腺管上皮基底部のtype IV collagen免疫組織化学的染色を行い、その染色程度により限局型、中間型、広範型の3型にわけた。Kaplam-Meier法による生存率をみると、限局型の予後が悪いが有意差はみられなかった。乳癌細胞のホルモン依存性をみるため、血清成分の影響をうけない無血清培養を行い、培養細胞増殖におけるホルモンの影響について調べた。ヒト乳癌22症例において無血清培養を行い、このうち14例(63.6%)にコラ-ゲン・ゲル上、又は内にコロニ-形成を認めた。同時に行った血清培養より良好な結果であった。コロニ-を認めた14例のうち7例に、エストラジオ-ル(E_2)のdoubling time(D.T.)に及ぼす結果をみると、エストロジェン受容体の有無にかかわらずE_2添加にて全例にD.T.の短縮を認めた。コラ-ゲン・ゲル内における初代培養細胞増殖形態についてみると、3次元的に突起様構造を形成しつつ増殖するのが特徴的であった。
小中学生における体力，身体活動量，睡眠の質に関する研究

本研究は、ActiGraphを用いて,児童および生徒の睡眠の質(睡眠効率)と身体活動量および体力との関係について検討することを目的とする。すなわち,1日本の児童・生徒におけるActiGraphの精度の検証について,2児童・生徒の睡眠と身体活動量との関係についてを,それぞれ検討することにより,小・中学校の子どもの睡眠の質と身体活動量等との関係について明らかにし,小児における健全な発育・発達特に睡眠の質的指導の改善が身体活動量や体力に影響を与えることを検証することにより,健全な発育につながる睡眠についての考え方や児童・生徒の保健指導に応用できるものと考える。
過渡応答データに基づく可視化技術を用いたパラメータ空間設計法の構築

過渡応答,極配置,ロバスト感度などの複数の制御系設計仕様を同時に満たす制御器を求める問題に対し,新しいパラメータ空間設計法を提案し,設計ツールボックスをMATLAB上で開発した.この方法は医療のMRIデータの可視化に用いられているボリュームレンダリングを利用している.設計制約を満たす制御系パラメータの許容集合が3次元パラメータ空間内の物体としてディスプレイ上に可視化される.本研究の目的は,申請者のいままでの成果を発展させて,3次元可視化に基づくパラメータ空間法を構築し,2つの制御系設計問題に対する設計法を確立することである.ひとつは線形制御器を凌駕する性能を発揮する非線形制御器の設計問題であり,もうひとつはパラメータ空間を利用した最適制御理論の評価関数の重みの選定問題である.本年度には,以下の2つのことを行った.評価関数値のボリュームデータが与えられる場合に,このデータを用いて3次元パラメータ空間における等値面を描画するソフトウエアをMATLAB上で作成した.この描画システムを用いると,複数の等値面を重ねて描け,複数の仕様を同時に満たすパラメータ値を容易に見つけることができる.これにより目標の半分が達成できた.このシステムの改良と種々の制御問題に対するボリュームデータの高速計算が今後の検討課題となる.この等値面の描画システムを非線形補償器であるSPANフィルタの設計問題に適用した.数式モデルが与えられる場合を検討し,閉ループ系のステップ応答をシミュレーションで求め,オーバーシュート,アンダーシュート,整定時間の3つの評価指標を計算し,ボリュームデータを求めた.これにより適切なパラメータ値が容易に見つけられた.非最小位相系のフィードバック系に対して,SPANフィルタを用いることでアンダーシュートが改善されたが,この数値実験では改善幅はあまり大きくないことが分かった.本研究の目的は,申請者のいままでの成果を発展させて,3次元可視化に基づくパラメータ空間法を構築し,2つの制御系設計問題に対する設計法を確立することである.ひとつは線形制御器を凌駕する性能を発揮する非線形制御器の設計問題であり,もうひとつは最適制御理論の評価関数の重みの過渡応答を用いた選定問題である.前年度に,ボリュームデータが与えられる場合に,このデータを用いて3次元パラメータ空間における等値面を描画するソフトウエアをMATLAB上で作成している.この描画システムを用いると,複数の等値面を重ねて描け,複数の仕様を同時に満たすパラメータ値を容易に見つけることができる.本年度は,1入力1出力の制御対象の周波数応答データを用いて,ロバスト制御のための感度制約や相補感度制約を満たす制御器の設計法について検討した.これはPID制御器だけでなく位相進みや遅れ補償器のようなパラメータが線形に含まれない場合にも適用できる方法であり,従来の平面法に比較して優れている. GPUによる並列計算プログラムをMATLABの並列計算toolboxを用いて作成できた.数値実験ではボリュームデータの計算が1秒以内で計算でき,十分に実用的であることを確認した.さらに,H∞制御の評価関数で3つのパラメータを指定して,これらのパラメータと評価関数の関係を3次元パラメータ空間に描画する課題を検討した.これに関してはparforコマンドを用いてボリュームデータを計算し計算時間の評価をおこなった.計算時間は数分かかるが,設計上は許容範囲内で計算できることを確認した.今回は周波数応答データが与えられるとして,ボリュームデータの計算プログラムの開発を行った.これはMATLABのGPUのツールを用いて作成できた.許容集合の描画システムの開発については,担当する学生が入れ替わったが,新人でも前年度のプログラムを一部書き換えることで描画システムを構築できた.当初予定していたL2ゲインの計算の高速化と少ない格子点の計算による高速化は行っていない.これはGPUの並列計算が可能であれば,十分に高速に計算可能であることが分かってきたことによる.最適制御やH∞制御の評価関数の重みの選定の課題については,研究を始めているが,parforでの計算のみでGPUでの計算プログラムは作成できていない.これはToolboxの制約による.しかしながら,parforでも数分程度の時間をかければ計算できるので,今後は応用面での利用法や有用性の検討が必要と考えている.以上のように,予定以上に進展した部分とそうでない部分があるので,おおむね順調に進展していると考えている.本研究の目的は,申請者のいままでの成果を発展させて,3次元可視化に基づくパラメータ空間法を構築し,2つの制御系設計問題に対する設計法を確立することである.ひとつは線形制御器を凌駕する性能を発揮する非線形制御器の設計問題であり,もうひとつは最適制御理論の評価関数の重みの選定問題である.前年度までに,ボリュームデータを用いて3次元パラメータ空間における等値面を描画するソフトウエアをMATLAB上で作成した.この描画システムを用いて,周波数応答に基づくロバストPID制御器の設計や非線形制御器設計について検討した.本年度は,まず,種々のグラフの描画に対応できるように等値面を描画するプログラムを改良した.つぎに,閉ループ系の極を指定領域内に配置するためのパラメータ空間設計を検討した.固有値の並列計算はMATLABではマルチコアによる計算実験を行った.固有値計算は計算量が少ないので,通常の計算でも実用レベルの時間で実行できた.20次元程度の小さい正方行列ではGPUにより極めて高速に実行できることを確認した.正規化既約分解法によるH∞制御設計を検討し,2慣性系の軸トルク制御問題をとりあげ極配置,過渡応答,ロバスト制約など複数の制約を満たす解領域をパラメータ空間法で描いた.

最後に,パラメータ空間法では描画領域を適切に選定する良い方法が無かったので,新しい試みとして静的出力フィードバック系の安定化ゲイン集合に含まれる点をHit and Runというランダマイズドアルゴリズムにより無作為に生成し,これにより描画領域を効率的に選定する方法を提案した.過渡応答,極配置,ロバスト感度などの複数の制御系設計仕様を同時に満たす制御器を求める問題に対し,新しいパラメータ空間設計法を提案し,設計ツールボックスをMATLAB上で開発した.この方法は医療のMRIデータの可視化に用いられているボリュームレンダリングを利用している.設計制約を満たす制御系パラメータの許容集合が3次元パラメータ空間内の物体としてディスプレイ上に可視化される.許容集合の描画システムの開発については,描画システムをMATLABで構築する目的は基本的に達成された.今回はSPANフィルタの設計問題に対して構築したが,今後は,一般のボリュームデータに対して汎用的に扱えるようにシステムの改善をおこなう予定である.26年度の計画の半分は当初の計画通りにすすんでいる.SPAN非線形制御器の設計については,平成27年度に行う予定であったが,上記の描画システムの開発が早めに進んだので,前倒し26年度に行った.描画の表示や解を容易に見つけることができたので,有効性が確認でき大幅に進展した.この場合には数式モデルが与えられるとした場合を扱っており,シミュレーションでのステップ応答計算を数万回おこなった.MATLABでの最も簡単なparforを用いた並列計算でも数分で計算できることを確認した.L2ゲインの高速計算アルゴリズムについては,予算の都合で予定していたGPUボードの購入は行わずに,高機能パーソナルコンピュータのGPUを購入した.この検討は27年度におこなう予定である.以上のように,予定以上に進展した部分と後回しになった部分があるので,ほぼ順調に進展している.28年度は数式モデルが与えられる場合のパラメータ空間設計法を引き続き検討する.すなわち,最適制御の重み関数の選定法を検討し,具体例について有用性を検証する.具体例として,2慣性系の軸トルク制御問題をとりあげ極配置,過渡応答,ロバスト制約など複数の制約を満たす解領域をパラメータ空間に描画し,設計を試みる.さらに,当初の予定には含まれていないが,パラメトリックなモデル誤差に対するロバスト制御器のパラメータ空間設計法を検討することにした.並列計算を利用するのでランダマイズドアルゴリズムによる領域の確かさを確率的に保証する方法を検討する.制御工学27年度はL2ゲインの高速計算アルゴリズムの開発と数式モデルが与えられる場合のパラメータ空間設計法を引き続き検討する.26年度におこなったボリュームデータの計算では,parforを用いた計算をおこなった.その理由は,この検討を通して,GPUを用いた並列計算やsimulinkとparforを組み合わせた並列計算をおくなうことが容易でないことが分かったことによる.これらの適用法については今後も引き続き検討する.上記はプログラミング方法の選定による高速化である.
プロモータ領域のメチル化を利用した遺伝子発現制御の進化的な獲得

ヒトやマウスなどの哺乳類を用い、DNAメチル化の遺伝子発現制御における役割が詳細に研究されてきたものの、その知識は必ずしも生物一般には当てはまらない。無脊椎動物ではメチル化自体が失われている場合もあるが、トランスポゾンの抑制がよく知られており、脊椎動物においてはその機能が発現制御に利用されたと考えることが自然である。本研究ではそれら進化上の境界付近に位置する脊椎を持たない脊索動物であるカタユウレイボヤと軟骨から成る脊椎を持つヤツメウナギについて、網羅的なプロモータ配列決定とそれらのメチル化解析を行い、両種の比較から遺伝子発現制御機構が進化上どのように獲得されたかにを調べた。ゲノムDNAのメチル化がエピジェネティクスの一翼として、遺伝子発現制御に重要な役割を果たしていることはよく知られている。しかしこのことは、動物に限れば哺乳類においてよく研究されてきたに過ぎず、魚類を含めた脊椎動物にまでおおよそ当てはまることは確認されているものの、ホヤやウニなどの無脊椎動物においては状況がかなり異なる。ヒトでは全ゲノム中の約70%のCpGサイトはメチル化を受けており、他の脊椎動物もそれに近いグローバルなDNAメチル化を受ける。一方、例えばカタユウレイボヤでは、全ゲノムの約半分に相当する領域がメチル化を受けており、しかも、複数の遺伝子を含む数kbから数百kbにおよぶ比較的長いメチル化、非メチル化領域が交互に混在することが示されている。このメチル化パターンは、よく知られたヒトゲノムとは大きく異なり、発現制御との関わりは明確になっておらず、また、真菌など単純な真核生物でも示されているトランスポゾンの抑制機能でさえ、ホヤにおいては疑問視されている。脊椎動物の原始的な特徴を残す無顎類に加え、原索動物、棘皮動物を用いた広範囲なメチル化解析から、脊椎動物と無脊椎動物の間にパターンの大きな違いがあることが分かっており、DNAメチル化を利用した巧妙な遺伝子発現制御は、進化上、脊椎動物が誕生したごく初期に起こったグローバルなメチル化パターンの変化とともに獲得されたと考えるのが自然である。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置する種を用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定、およびプロモータ近傍のDNAメチル化解析を行う。複数の種から得られたデータを比較検討することにより、転写制御を担うエピジェネティクスの進化的な構築過程を明確にして、遺伝子発現さらには細胞リプログラミングの人為的制御の基盤創出を目指す。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置するカワヤツメおよびカタユウレイボヤを用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定を行った。参照配列が存在しないカワヤツメについては独自にゲノム配列決定も行い、転写開始点下流に限らず、上流の配列も取得し両種におけるプロモータ配列の構造的な違いを明らかにした。