hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
静止堆積層を伴うスラリーの流動に関する研究

粗粒子を含む沈降性スラリーの輸送システムは、切込炭の輸送、坑内充填、港湾の浚渫および埋立造成、埠頭における荷役、海洋開発など多くの分野にわたってその輸送の効果が期待されているが、それらのシステムでは、濃度、流速、流れの状態等の時間的な変動の少ない、一定な輸送条件に維持することは、極めて困難な場合が多い。それゆえ、輸送設計に当たっては、予め、輸送条件の変動を考慮し、堆積限界速度以下の流動域を含めた広い範囲を計算の対象とする必要がある。さて、輸送管路に堆積層が形成された状態で、スラリーの濃度の増加あるいは流速の減少等の変動が起きると、堆積層の厚みが増大し、管閉塞を生じる危険度が高くなる。このため、輸送条件と管内堆積層の厚みとの関係および堆積層の厚みの増加に伴う水力勾配の変化を明確にすることは、粗粒子を含む沈降性スラリーの安全・確実な輸送設計上、極めて重要である。しかし、従来より報告されている研究成果は研究者によって異なり、これらの関係を容易に算定できる実用的な一般式は見い出し得ないのが現状である。本研究では、堆積限界速度以下のスラリーの流動機構について理論的に考察し、その流動現象を包括的に説明し得る一般式を導出した。その研究成果は全編3部からなり、第1部では、輸送条件に対する管内濃度q^^-と吐出し濃度Cとの比q^^-/Cおよびすべり速度の関係を考慮し、それらの算定式を導いている。また、第2部では、管内の濃度分布を考慮した水力勾配の算定式を導出し、これまで未解決とされてきたDurand-Condoliosの式、堆積層の厚み比と比エネルギーとの関係ならびにBatchelorの無次元数などについて検討している。さらに、第3部では、水力勾配を規定する流れ機構に堆積層の厚みが密接に関係すると見なして考察し、その計算方法を確立している。一般に,沈降性スラリーを輸送する場合,輸送条件の変動が避けられない輸送システムでは,管路底部に一時的な堆積層が形成されるといわれている.輸送管路内に堆積層が形成されると,スラリーの濃度の増加あるいは流速の減少に伴って堆積層の厚みが増大し,管閉塞を生じる危険度が高くなる.したがって,堆積限界速度Ud以下のスラリーの流動域において,種々の輸送条件に対する管路内の堆積層の厚みと管内濃度および水力勾配を計算し得る一般式を提示することは,沈降性スラリーの安全・確実な輸送設計上極めて重要と考えられる.しかし,従来報告されている研究結果は,研究者によって異なり,これらの関係を容易に算定できる実用的な一般式は見い出し得ないのが現状である.本研究では,沈降性スラリーが円管路内を輸送されるときの,粒子に働く力および粒子を輸送するのに必要なエネルギーの平衡式等について理論的に考察し,粒子のすべり速度,管内濃度gと吐出し濃度Cとの比g/C,管内濃度分布ならびに水力勾配に関する一般式を導出したまた, υ>υ_dの領域に対して得られた結果ならびにBagnoldの考え方に基づき,堆積限界速度υ_d以下のスラリーの流動について考察し,輸送条件から計算できる堆積層の厚みおよび水力勾配の算定式を提示した.導出されたこれらの式は,流送実験によって定められる実験定数を含まないため,適用範囲が広く,一般式として十分使用できることを,従来発表されている実験結果から確認した.さらに,以上の研究結果を基礎して,これまで未解決とされてきた幾つかの問題点,すなわちDurand-Condol:asの式,比エネルギーならびにBatchelorの無次元数等について検討し,本研究で導いた一連の計算式を用いると,堆積限界速度以下のスラリーの流動が的確に把握し得ることを示した.粗粒子を含む沈降性スラリーの輸送システムは、切込炭の輸送、坑内充填、港湾の浚渫および埋立造成、埠頭における荷役、海洋開発など多くの分野にわたってその輸送の効果が期待されているが、それらのシステムでは、濃度、流速、流れの状態等の時間的な変動の少ない、一定な輸送条件に維持することは、極めて困難な場合が多い。

さらに、第3部では、水力勾配を規定する流れ機構に堆積層の厚みが密接に関係すると見なして考察し、その計算方法を確立している。スラリーの平均速度υが堆積限界速度υm以下に減少し続けると、堆積層の厚みが増大して流路の断面が縮小する。このときのスラリーの流れは、堆積層上の流路における流動として解析されるため、υ_d以下の輸送条件に対する水力勾配i_mの計算精度は、堆積層の厚みhの計算精度に大きく依存すると言える。本研究では、前年度の研究をさらに進めて、「河川における懸濁粒子は河床に衝突して垂直応力を与える」というBagnoldの結果に基づき、υ_d以下のスラリー流動について理論的に考察し、輸送条件から計算できる堆積層の厚みの算定式を導出した。また、本研究課題の研究で得られた一連の研究結果を併用した。輸送設計上の計算手順を示し、定量的な堆積状況ならびに粒子の移動状況の把握が困難とされてきたυ_d以下の領域に対し、依頼度の高い数値シミュレーションが可能であることを示した。なお、結論は次のように整理される。1.フルード数Fr(=υ/√<4gR>;g;重力加速度、R:堆積層上の流路の水力半径)は、管径Dおよび粒子の物性値が一定のとき、堆積層の厚み比hr(=h/D)=0.20.6の範囲で、吐出し濃度Cのみの関数として表わし得る。2.堆積層が消失する瞬間の状態を相当厚みh=de/2(de:粒子の球等価直径)の状態で置き換えて堆積限界速度υ_dを計算すると、粒子径dが約1mm以上のときは現象を満足しないが、d>2mmの場合、Durandの結果にほぼ一致した結果が得られる。3.輸送条件によって堆積層の厚みが変動することを考慮し、スラリーの平均速度υと水力勾配i_mとの関係を計算すると、臨界速度υ_cがυ_c<υ_dとなる結果が得られ、実用流連の設定は慎重に行なう必要がある。
鳥類に至る系統における胸郭の形態進化:機能形態学と発生生物学からのアプローチ

鳥類特有の胸郭構造とその祖先の胸郭構造の対応関係を解明するために、現生主竜類(ワニ、ニワトリ)の胚を用いて胸郭の発生過程を比較した。ワニ胚において肋骨の3分節パターンは神経や筋の位置と対応して生じており、鳥類型2分節の肋骨パターンとの差は、単なる骨化の程度の違いではないことが示唆された。中生代獣脚類化石からの復元によると、鳥類型2分節の肋骨パターンの成立が呼吸機能の進化にとって特に重要であったと考えられる。鳥類は、気嚢を備えた呼吸器を獲得するとともに、それを換気するための特有の胸郭構造を進化させた。本研究は、爬虫類の多くが持つ3分節の肋骨の発生と鳥類型の2分節の肋骨の発生を比較することで、どのような発生上の改変が生じて鳥類型胸郭が成立したのかを解明しようとするものである。3分節型肋骨を持つ動物としては、鳥類に系統的にもっとも近い動物の1つであるアメリカアリゲーター(Alligator mississippiensis)を用いている。ここでは、まずアメリカアリゲーターの胚発生をできる限り詳細にモデル生物と比較できるような条件を整えることが成功の鍵となる。平成22年度は、米国ルイジアナ州の研究機関およびシカゴ大学の協力の下、6月にアメリカアリゲーターの卵を入手し、8月までに各発生段階の胚を固定した。Ferguson Stage(FS)11-22の胚(107個体)は組織切片用にSerra's Fixativeで固定し、FS22-28(12個体)は透明標本(AA染色)用にホルマリンで固定した。その中からFS11、13、15、17、19、22の各発生段階の組織切片用サンプルを用いて、胸郭部分を連続切片とし、免疫組織化学法で神経を可視化した後、3次元再構築ソフトを用いて筋、肋骨、肋間神経の空間的分布パターンの変化を明らかにした。これにより、ワニと鳥類の間で胸郭の筋骨格系の発生過程を比較し、対応関係を詳細に明らかにする基礎ができあがった。現生羊膜類における胸郭構造の発生機構を調べることで、構成要素である骨や軟骨、筋が、タクサ間でどのように対応しているのかを探るのを主目的として本研究を展開した。これが解明されることにより、化石記録に見られる形態進化と照合して、系統発生にともなう胸郭構造の進化プロセスを追っていくことができるはずである。発生過程ごとにニワトリ、アメリカアリゲーター、マウス、スッポン胚の組織切片を作製し、適宜、免疫組織化学染色を行い、各動物で肋骨や体壁筋等が形成されていくプロセスの観察を行った。また、ニワトリ胚に対してはin situハイブリダイゼーションにより関節形成に関与する遺伝子(Wnt9a、Gdf5)の発現パターンを調べたが、当初の予想と異なり肋骨間にできる関節ではWnt9a、Gdf5の発現は見られなかった。多くの爬虫類と同様にアリゲーターは3つに分節した肋骨を持っているが、骨-軟骨間の境界(哺乳類の肋骨-肋軟骨境界と形態的に類似)である背側2節間の境界は、骨化が始まる早い段階(Ferguson Stage 24)ですでに現れていた。また、胚の連続切片を3次元的に再構成して発生を追っていったところ、この地点は肋間神経外側枝の分岐ポイントと一致するようであった。この境界も、単なる骨化の前線ではなく、それ以前の段階ですでに肋間神経の分枝と対応するような境界として現れている可能性が考えられる。腹側2節間の境界の形成は、Ferguson Stage 17までには成立しており、鳥類の2節の肋骨間にできる関節の形成と組織学的に似ていることが分かった。本研究は、3節に分節する肋骨の発生過程を調べた初めての例である。
情報倫理教育の充実に向けた道徳教育カリキュラム開発に関する研究

情報社会の進展に伴い、新学習指導要領において道徳教育における情報モラル教育を充実することとされるなど、情報社会における情報倫理教育の必要性が認識されている。本研究では、これまでの施策で充実されてきた情報モラル指導を中心としたモデルカリキュラム開発の成果を踏まえつつ、より創造的な情報倫理を育てるため、様々な情報を活用して主体的に情報を発信する能力を育てる道徳教育カリキュラムを開発した。子どもを取り巻く情報環境の大きな変化に伴い、情報モラルの指導や情報化社会に参加する態度の育成が喫緊の教育課題となっているにもかかわらず、学校における道徳教育では、これらの課題に取り組むためのカリキュラム開発がほとんどなされてこなかったのが現状である。本研究では、情報化社会を生きるうえで求められる市民性である情報モラルと情報リテラシー(情報活用力)の育成を視野に入れた情報倫理教育の充実を今日の道徳教育の課題と受けとめ、小・中学校の道徳教育における情報倫理教育の体系的なカリキュラムモデルを提案し、実践可能な教材や指導方法の開発を行う。本年度は、情報教育に関するこれまでの国内外の実践の成果について、収集した資料に基づいて分析し、下記の研究成果を得た。1.諸外国における情報倫理教育のカリキュラム開発の現状の分析情報教育に関する文献を翻訳し、倫理教育に関する現状と傾向をとりまとめた。2.国内先進校における実践事例の分析情報モラル教育の実践校ならびに道徳教育の研究校を取材し、情報モラル教育に関する指導計画や道徳授業の実践例を収集した。引き続き、研究協力校において、教材や指導事例について検討を進めている。本年度は、研究協力校における実践例を分析し、以下の研究成果を得た。1.道徳教育における情報倫理教育のカリキュラム・フレームワークに関する理論的検討諸外国の事例や我が国の先行事例を整理した。また、本研究所において新たに作成したカリキュラムモデル「情報モラル教育実践ガイダンス」(平成23年3月刊)と「カリキュラムチェックリスト」を生かして、各学校におけるカリキュラムづくりの具体的方策を検討した。2.カリキュラム開発の事例研究研究協力校における実践事例の分析に基づき、小・中学校における道徳の授業で使用可能な「情報モラル」を題材とした資料の開発を行った。その成果を生かし、文部科学省における道徳教育の教材作成に関する協力者会議において、情報モラルに関わる資料の作成に協力した。本研究では、情報化社会を生きるうえで求められる市民性である情報モラルと情報リテラシー(清報活用力)の育成を視野に入れた情報倫理教育の充実を今日の道徳教育の課題と受けとめ、小・中学校の道徳教育における情報倫理教育の体系的なカリキュラムモデルを提案し、実践可能な教材や指導方法の開発を行った。本年度は、実践校の成果に基づき指導方法を検証し、以下の研究成果を得た。1.道徳教育における情報倫理教育のカリキュラム開発のためのガイドラインの提案諸外国の事例や我が国の先行事例、及び本研究所作成のカリキュラムモデル「情報モラル教育実践ガイダンス」(平成23年3月刊)と「カリキュラムチェックリスト」を生かして、各学校において道徳教育のカリキュラム開発をするための指針を作成した。また、今後のカリキュラム開発には単に情報モラルの学習だけでなく、情報発信や共有を進める授業方法の開発が必要であるため、協働学習を推進する道徳授業の在り方について報告書にとりまとめた。2.情報モラル教材の開発研究で開発した教材例をもとに、文部科学省における道徳教育の教材開発に関する協力者会議において情報モラル・情報倫理に関する教材を開発、その指導方法を検討して提案した。
複合現実感（MR）が拓く高齢歩行者用教育システム

本研究では高齢歩行者を対象として,視聴覚機能の低下によって交通事故に遭う危険性のある高齢者を教育できるシステムを構築した。最終年度では,拡張現実(以後,AR)を用いて実際の交通環境において,車両のみを仮想的に再現可能なシステムを構築した.また,歩行者が直線の車道を横断し,横断時に仮想車両と衝突する危険が生じた場合,警告可能な車道横断能力教育システムを開発した.この車道横断能力教育システムを用いて,若年者および高齢者を対象として,車道横断検査実験および車道横断教育実験を実施した.その結果,高齢者は若年者と比べ,車道横断能力に統計的な有意差は生じなかった.その原因として,高齢者は非常に個人差が大きく,若年者と変わらない能力を有している高齢者も多かった.しかし,高齢者の中には車道横断能力の低下した高齢者が存在し,我々の構築した検査システムが能力の低下した高齢者を検出できることも明らかになった.さらに,我々の提案した視覚警告による車道横断能力教育システムは教育効果が低かった.これは,視覚刺激による教育であったため,若年者に対しても,高齢者に対しても警告手法としては十分でなかった可能性が挙げられる.没入型VRソリューション(通称CAVE)を用いた仮想交通環境での検査システムの車道横断能力結果およびARを用いた実空間での検査システムを用いて車道横断能力検査結果を比較すると,高齢者は主に右側から接近してくる車両の確認が多く,事故に遭う高齢者はそのほとんどが左側から接近してくる車両と衝突していることがわかった.これは,高齢者が直線の車道横断中に左右の車両をほとんど確認しないで横断することが原因であることが示唆された.したがって,高齢者の車道横断時の交通事故を減少させるためには,車道の左側から接近してくる車両に対する警報および教育手法を提案する必要があると考える.本研究は、様々な交通環境で歩行者に接近してくる車両をリアルタイムで複合的に現実空間に呈示させ、高齢者にも安全に道路横断などの交通環境を体験し、教育できるシステムの開発を目的としている。本年度は、没入型バーチャルリアリティ呈示システム(以下CAVE)において、完全バーチャルリアリティ環境で高齢者の車両知覚特性を調べた。その結果、高齢者は若年者と比べ、昼、夕方、夜のすべての条件において、車両の接近速度を誤って知覚していた。しかし、高齢者は個人差が大きく、人によって異なるが、車両の接近速度を誤って知覚している高齢者を明らかにできた。本課題では、CAVEのような大型のシステムを要せず、簡易なシステムで実施できるシステムを目指している。そこで、CAVEと同様な検査をヘッドマウントディスプレイ(以下HMD)に移植して、同様な結果が得られるかを検討した。その結果、HMDを用いても、CAVEと同様な結果が得られることがわかった。本課題は被験者に対して安全に道路横断などの交通環境を呈示し、教育するために、建物、光、道路などの交通環境は現実空間を利用し、車両のみをバーチャルに呈示する複合現実を最終目標としている。この複合現実は、道路横断を体験・教育する際に、被験者本人が移動した場合でもリアルタイムで車両の位置等が変化し、あたかも本当の車両が移動しているように呈示する最新の技術である。本年度は、その基礎的な検討のため、被験者が停止している状況において、現実空間と仮想車両が複合的に呈示した。その結果、複合現実感を利用し、車両を呈示できることがわかった。本年度は3Dアニメーションによる完全バーチャルリアリティで高齢者の知覚特性を定量的にし、様々な検査条件を明らかにすることだった。しかし、CAVEの大型システムをHMDに移植し、同様な検査も実施できたことから、想定以上に進展している。この複合現実は、道路横断を体験・教育する際に、被験者本人が移動した場合でもリアルタイムで車両の位置等が変化し、あたかも本当の車両が移動しているように呈示する最新の技術であるが、本年度は、すでに複合現実感を利用し、車両を呈示できている。さらに、車両が接近している際の危険な道路横断や交差点での死角からの車両の進入の際の危険な道路横断時には事故を未然に防ぐような警報システムの開発にも取り掛かっている。本研究は、様々な道路環境で歩行者に接近してくる車両のみを複合現実(Mixed Reality;MR)を利用し呈示させ、安全に交通環境を体験し教育できるシステムの開発を目指している。そのため、はじめに没入型バーチャルリアリティ環境で完全バーチャルリアリティで、高齢者の車両知覚特性を定量的に明らかにする必要がある。そこで、若年者および高齢者を対象として、完全バーチャルリアリティ環境において運転者および歩行者の状況で道路横断が危険だとするタイミングについて検討した。その結果、歩行者の状況では若年者に比べ、高齢者は横断が危険だと感じて横断を中断する際の歩車間距離が大きく、早めに道路横断を危険だと判断していることがわかった。また、両被験者において、運転者の状況よりも歩行者の状況の方が歩車間距離が大きく、早めに道路横断を危険だと判断していることがわかった。さらに、両被験者において、道路状況が雪の場合で歩行者の状況だと最も歩車間距離が大きくなることがわかった。次にMRを利用して安全に交通環境を体験させるための導入として、バーチャルリアリティ環境の道路部分を実際の環境とするため、拡張現実(Augumented Reality;AR)を導入した薄暮前後の車両接近速度弁別能力を評価するシステムを構築した。

このシステムには外部カメラとヘッドマウントディスプレイを用いた構成として、ビデオシースルー方式のARとした。接近する車両のみを仮想車両として呈示できる。その結果、バーチャルリアリティ環境の代替可能な条件が明らかになった。本結果から、MRを利用し呈示させ、安全に交通環境を体験し教育できるシステムの開発に向けた検査条件および課題が明らかになった。本研究は、様々な道路環境で歩行者に接近してくる車両のみを複合現実(Mixed Reality;MR)を利用し呈示させ、安全に交通環境を体験し教育できるシステムの開発を目指している。そのため、はじめに没入型バーチャルリアリティ環境で完全バーチャルリアリティで、高齢者の車両知覚特性を定量的に明らかにする必要がある。完全バーチャルリアリティ環境での高齢者の車両知覚特性が明らかになりつつある。今後はさらに様々な条件を抽出し、さらに安全に交通環境を体験し、教育できるシステムを構築していく。本研究では高齢歩行者を対象として,視聴覚機能の低下によって交通事故に遭う危険性のある高齢者を教育できるシステムを構築した。最終年度では,拡張現実(以後,AR)を用いて実際の交通環境において,車両のみを仮想的に再現可能なシステムを構築した.また,歩行者が直線の車道を横断し,横断時に仮想車両と衝突する危険が生じた場合,警告可能な車道横断能力教育システムを開発した.この車道横断能力教育システムを用いて,若年者および高齢者を対象として,車道横断検査実験および車道横断教育実験を実施した.その結果,高齢者は若年者と比べ,車道横断能力に統計的な有意差は生じなかった.その原因として,高齢者は非常に個人差が大きく,若年者と変わらない能力を有している高齢者も多かった.しかし,高齢者の中には車道横断能力の低下した高齢者が存在し,我々の構築した検査システムが能力の低下した高齢者を検出できることも明らかになった.さらに,我々の提案した視覚警告による車道横断能力教育システムは教育効果が低かった.これは,視覚刺激による教育であったため,若年者に対しても,高齢者に対しても警告手法としては十分でなかった可能性が挙げられる.没入型VRソリューション(通称CAVE)を用いた仮想交通環境での検査システムの車道横断能力結果およびARを用いた実空間での検査システムを用いて車道横断能力検査結果を比較すると,高齢者は主に右側から接近してくる車両の確認が多く,事故に遭う高齢者はそのほとんどが左側から接近してくる車両と衝突していることがわかった.これは,高齢者が直線の車道横断中に左右の車両をほとんど確認しないで横断することが原因であることが示唆された.したがって,高齢者の車道横断時の交通事故を減少させるためには,車道の左側から接近してくる車両に対する警報および教育手法を提案する必要があると考える.本課題は高齢者の教育システムとして開発するため、実際の事故回避の動作を分析する必要がある。そのため、被験者の動作を計測するシステムを構築する必要がある。また、高齢者に効果的に事故回避のための教育ができるのかについても別途検討しながら進めていく予定である。
ブースティング技術を用いた知識発見アルゴリズムに関する研究

本研究では,発見というタスクを,既存の知識では説明が十分にできない事象に遭遇したときにその説明を可能にするような仮説的知識を生成することと捉え,その基本モデルとしてブースティングスキーマを用いて,知識発見の原理を解明しようとするものである.ブースティングとは,精度の低い複数の仮説をうまく統合することによって精度の高い仮説を構成する手法であり,計算学習理論の分野における最も重要な成果の1つにあげられる.ところが,これまで開発されてきたブースティング技術は,本質的に概念学習のための技術であり,仮説として2値を取る関数(あるいは2値を取る関数に還元できるもの)しか取り扱っていないため,知識発見の道具として用いるには不十分である.そこで,本研究では,実数やベクトルなど,より一般的な数学的概念を値として取る関数に対して,統一的に論じることのできるブースティングのモデルを提案し,その上で,仮説の表現によらないブースティングの一般的な手法を確立しようとしてきた.そのため,仮説の性能を表す尺度として,従来のブースティング技術の基盤となっている仮説の誤り確率に代わり,仮説と目標関数との間の相互情報量を採用した.相互情報量は,対象とする関数の取る値がN値でも,加算無限でも,あるいは実数でも定義される量なので,関数のクラスに依存しない統一的な議論が可能となる.さらに,ブースティングは,目標関数との間の相互情報量が小さい(弱)仮説をうまく統合して相互情報量が十分大きい仮説を構成することと自然に定義できる.このモデルの下で,本研究では,トップダウン型決定木生成アルゴリズムが,情報量に基づくブースティングアルゴリズムに拡張できることを示した.また,情報量を与えるエントロピー関数として,Shannonエントロピー関数に代わり,より凸性の強い関数を提案し,これを用いると弱学習の条件をさらに緩めることができることを示した.本研究では,発見というタスクを,既存の知識では説明が十分にできない事象に遭遇したときにその説明を可能にするような仮説的知識を生成することと捉え,その基本モデルとしてブースティングスキーマを用いて,知識発見の原理を解明しようとするものである.ブースティングとは,精度の低い複数の仮説をうまく統合することによって精度の高い仮説を構成する手法であり,計算学習理論の分野における最も重要な成果の1つにあげられる.ところが,これまで開発されてきたブースティング技術は,本質的に概念学習のための技術であり,仮説として2値を取る関数(あるいは2値を取る関数に還元できるもの)しか取り扱っていないため,知識発見の道具として用いるには不十分である.そこで,本研究では,実数やベクトルなど,より一般的な数学的概念を値として取る関数に対して,統一的に論じることのできるブースティングのモデルを提案し,その上で,仮説の表現によらないブースティングの一般的な手法を確立しようとしてきた.そのため,仮説の性能を表す尺度として,従来のブースティング技術の基盤となっている仮説の誤り確率に代わり,仮説と目標関数との間の相互情報量を採用した.相互情報量は,対象とする関数の取る値がN値でも,加算無限でも,あるいは実数でも定義される量なので,関数のクラスに依存しない統一的な議論が可能となる.さらに,ブースティングは,目標関数との間の相互情報量が小さい(弱)仮説をうまく統合して相互情報量が十分大きい仮説を構成することと自然に定義できる.このモデルの下で,本研究では,トップダウン型決定木生成アルゴリズムが,情報量に基づくブースティングアルゴリズムに拡張できることを示した.また,情報量を与えるエントロピー関数として,Shannonエントロピー関数に代わり,より凸性の強い関数を提案し,これを用いると弱学習の条件をさらに緩めることができることを示した.
パーキンソン病患者に対する深部脳刺激による睡眠覚醒障害改善機序の解明

パーキンソン病(PD)の治療としての視床下核深部脳刺激療法(STN-DBS)による非運動症状としての睡眠障害の改善効果につき検討した。Polysomnographyを解析した結果、DBSチューニング終了後に、睡眠効率、睡眠構築断片化の改善とともに、REM期%の正常化が判明、REM期を減らす一般的な睡眠薬に比べDBSが自然な睡眠を引き起こしている可能性が示唆された。パーキンソン病における脳深部刺激(Deep Brain Stimulation、以下DBS)による睡眠障害改善効果についてParkinson's Disease Sleep Scale(PDSS)による主観的評価を17人に、Polysomnography(PSG)による客観的評価を術前5名、術後かつ電気刺激調節後の2名行ってきた。PDSSについては電極埋め込み後早期から改善を示しており、micro-lesioningeffectによる運動機能の改善が背景となっていると推察される。また、術前PSGのデータが得られた5名については睡眠効率平均60.7%(25.4%84.4%、健常若年成人は7597%)と低下を示しており、睡眠構築障害、断片化が認められている。調節後評価結果の得られたのは2名のみであるが、構築の改善、効率化が確認できており、今後もデータを蓄積していく予定である。尚、懸念されたDBSによる脳波へのアーチファクトについてはモンタージュの工夫により解決している。計7名の治療前後PSGにつき、睡眠生理学的データを国際基準(R&K法(Rechtschaffen and Kales,1968))に従い解析した結果、過去の報告と同様、DBSチューニング終了後に、睡眠効率、Total Sleep Timeの延長、睡眠構築断片化の改善が見られた。また、REM/non-REM期ともに延長するが、特にREM期の占める割合が増加し正常値とされる20-25%に近づくことが分かった。REM期を減らす一般的な睡眠薬に比べ自然な睡眠を引き起こしている可能性があると考えられた。特に、PD発症後比較的早期に手術となった対象に著しい増加があり、羅病期間の長さとREMの変化は有意な逆相関を示した。これは、ドーパミン投与量の減量効果よりも関連が強かった。DBS調整後のドーパミン減量が容易であるが故にREMリバウンドが起こっているとも考えられるが、神経変性があまり進行していないためにREM on/offに関わる神経系に影響が出やすい可能性もある。すなわち、視床下核DBSが直接脳幹REMスイッチに作用を及ぼしている可能性である。今後患者背景を詳細に解析し、症例数を積み上げるとともに、その機序を検討するため、PET・SPECTおよび髄液及び血清中の睡眠覚醒関連神経伝達物質の定量解析、更にPSGで得られた脳波の周波数解析なども利用してSTN-DBS刺激前後での睡眠覚醒神経系の活動性の変化を評価する予定である。
がん原物質活性化酵素と発がんリスク

2.樹立したサルモネラ菌の変異原性試験系としての有用性をaflatoxin B_1(AFB_1)と4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone(NNK)をモデル物質として検討した。AFB_1を用いた変異原住試験では、CYP1A2、CYP2A6、CYP2C8あるいはCYP3A4を発現するTA1538を用いたときにのみ、変異原性が認められた。また、NNKでは、CYP1A1.CYP1A2、CYP2A6、CYP2C19、CYP2E1あるいはCYP3A4を発現するYG7108を用いたときにのみ、変異原性が認められた。したがって、突然変異の検出スペクトルが異なる両菌株を組み合わせて用いることにより、広範な化学物質の変異原性の評価が可能になると考えられる。3.新規変異原物質2-Phenylbenzotriazole誘導体の代謝的活性化にヒトCYP1A1が関与することを明らかにした。また、アセチル抱合化も本物質の代謝的活性化に関与することを示した。4.喫煙者である非肺がん患者と肺がん患者ではCYP2A6遺伝子型の頻度分布が有意に異なった。さらに、酵素活性の欠失した全欠損型ホモではオッズ比が0.24と著しく低下し、全欠損型アリルの存在が肺がんリスクを低下させることが示唆された。5.さらにCYP2A6全欠損型アリルの存在は、小細胞肺がんと扁平上皮がんのリスクを低下させることも明らかにした。1.チトクロームP450(CYP)の発がんにおける役割の検証を培養細胞レベル、個体レベルで行なった。CYP3A7を導入したCHL細胞を樹立し、アフラトキシンB_1が細胞内で活性化されることを示した。CYP3A7遺伝子導入マウスを作出し、高い確率でアフラトキシンB_1による遺伝子損傷が誘発されることを示した。一方、in vitroの研究でよってヒト肝におけるアフラトトキシンB_1主活性化酵素がCYP3A4であることの立証、CYP4B1が3-メトキシ4-アミノアゾベンゼンを活性化することの証明、P450モデル化合物による毒性代謝物生成機構の研究がなされた。さらに、がん原物質の体内動態と発がんの相関に関する研究を遂行し、標的組織血中濃度下面積を指標として発がんの予測は可能なことを示した。2.チトクロームP450の遺伝的多型と発がんリスクの関連について研究を遂行した。CYP2D6において、酵素の活性部位に3アミノ酸残基の挿入を引き起こす9塩基挿入を見いだした。CYP1A2の5'-上流域に遺伝子変異を認めた。また、ヒト肝P450構成の個人差について検討し、CYP2E1および3A4に日本人と白人の間に差があることを示した。さらにヒトCYP4B1にも遺伝子多型が存在する可能性を示した。3.発がんに関するチトクロームP450の発現制御機構について研究を遂行した。CYP1A1の誘導にかかわるArntが、ホモダイマーを形成しDNAに結合することを見いだした。CYP1A2の芳香族アミンによる誘導が、Ahレセプターとの結合に必須とされる構造を持たない化合物によっても起こることから、Ahレセプターを介さない機構の関与が明らかになった。また、乳癌組織でのアロマターゼmRNA発現の亢進と発がん・増殖性(悪性度)との間に相関を認めた。1.ヒト胎児に特異的に発現するCYP3A7を導入したトランスジェニックマウスにアフラトキシンB_1を投与し、遺伝子損傷が起こることを明らかにした。また、ニトロソアミンの活性化を触媒するCYP2E1を導入した細胞はニトロソアミンに高感受性を示した。2.日本人において初めて見いだしたCYP2D6遺伝子の9塩基挿入突然変異の頻度の解析を終えた。

また、新たにCYP2A6の変異を示唆する結果を得た。3.個体ががん原物質にどの程度暴露されたか、などの情報を元に計算するとある程度発がんの予測が可能となると考えられる。そこで本研究班では、まずこのような理論が発がんに適用できるか否かを検討し、さらにPhIPを例にして、PhIPのDNAアダクトの生成とその動態などの情報を元に、いくつかの仮定を置き、それが正しいとすれば、PhIPのヒトへの発がんリスクが予測できると結論した。また、がん原物質を活性化するCYP1B1を新たに見いだした。4.ヘテロサイクリックアミンの活性化に中心的に働く、CYP1A2を誘導する最小の化合物を明らかにした。多くの多環芳香族炭化水素を活性化するCYP1A1の誘導的発現に働く調節因子の一つAmtにヒトにおいて変異体があることを見いだした。5.膀胱に存在し、がん原物質を活性化するCYP4B1を新たに見いだした。また、乳がん組織周辺でのアロマターゼ発現亢進に組織特異的多重エクソン1のスイッチングが寄与していることを明らかにした。さらに、誘導性の一酸化窒素合成酵素(iNOS)にヒトで遺伝的多型があること、微小管を標的とする抗がん薬やヒトの神経芽細胞腫の細胞ではiNOSが誘導されるが、抗がん薬による誘導のみがIRF-1やNF-kBに依存していることを見いだした。1.ヒト胎児の主要なP450であるCYP3A7のcDNAを導入したトランスジェニックマウスにアフラトキシンB_1を投与し、CYP3A7が肝に発現しているM10系では肝に、腎に発現しているM2系では腎においてアフラトキシンB_1とグアニンの付加体が生成することを明らかにした。2.CYP1B1はがん原物質活性化能が高いことが知られているCYP1A1やCYP1A2に匹敵するがん原物質活性化能を持つことを見いだした。また、CYP1B1はステロイド産生臓器、乳腺、腎臓等で発現が高いことを見いだした。3.膀胱で発現しているCYP4B1のmRNAが膀胱がん患者の膀胱の正常部位および末梢血リンパ球において非膀胱がん患者よりも多く発現していることを見だした。4.たばこの煙に含まれるNKK等のがん原物質を活性化することが知られているCYP2A6の遺伝子全欠損が日本人に存在することを明らかにした。5.アロマターゼ遺伝子の転写制御に関わるプロモーターのスイッチングと発がんの相関を解析した結果、乳がんのリンパ腺転移とアロマターゼの発現の間に強い相関性があることが判明した。6.がん原性ヘテロサイクリックアミンであるPHIPのin vitro代謝試験やin vitroDNAアダクト生成試験等の情報から、PHIPのヒト乳腺上皮細胞におけるDNAアダクトの生成がある程度予測可能であることを明らかにした。7.誘導型一酸化窒素合成酵素はINF-γ存在下でビンクリスチンやタキソ-ルで誘導され、一酸化窒素がアポトーシスに抑制的に作用することを見いだした。8.2-methoxy-4-nitroanilineによるCYP1A2の誘導が硫酸鉛で抑制され、デキサメサゾンで抑制の解除が起こることを明らかにした。9.CYP1A1の誘導に必要な因子Arntの核内への移行に必要なペプチドおよびアミノ酸配列を明らかにした。1.がん原物質による発がんが、がん原物質の体内動態数学モデルにより予測可能であることを示した。2.ヒトCYP2E1あるいはCYP2A6とNADPH-チトクロームP450還元酵素を同時発現する大腸菌やサルモネラ菌を構築し、種々のニトロソアミンの代謝的活性化能について検討した。
岩澤理論の発展と展開

岩澤理論は、整数論の中で大変活発に研究され発展している分野、理論のひとつである。現代では、さまざまな方向に岩澤理論は発展しているが、この年度に得られた成果は以下のとおりである。多変数岩澤理論における岩澤加群の構造について研究し、以下の成果を得た。Bleher, Chinburg, Greenberg, Kakde, Pappas, Sharifi, Taylorは最近、虚2次体上のZp^2拡大上の不分岐岩澤加群(のある指標成分)に対して、それが擬零加群であれば有限部分加群を持たないことを示したが、われわれはこの研究で、(ある弱い条件の下で)岩澤加群が擬零加群であるという仮定をはずすことができることを示した。また、KIASのChan-Ho Kimとの共同研究で、超特異還元を持つ楕円曲線の岩澤理論の精密化について研究した。楕円曲線がpで超特異還元を持つときに、円分Zp拡大の部分体上での、楕円曲線のp Selmer群とmodular記号についてのMazur Tateの予想、およびその精密化である代表者が約20年前の論文で定式化した予想について研究し、ある条件の下でそれらを証明することに成功した。また、King's College LondonのD. Burnsおよび大阪市大の佐野との共同研究で、ゼータ関数の各整数点と対応するStark元の一般化を定義し、それらがみたす合同式を正確に定式化した。2017年度、東京大学において、岩澤理論を主題とする国際研究集会Iwasawa 2017を開催し、世界第一線の研究者を多数招聘し、研究を推進した。この集会は2週間にわたり、最初の週にはPreparatory Lecture Seriesとして4つの集中講義を行い、次の週に本会議を行った。世界15ヶ国からから230名以上が参加する大規模で活発な研究集会となった。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。岩澤理論は20世紀の後半に創始された理論であるが、整数論において大変活発に研究され発展している分野、理論の一つである。岩澤理論の中核をなすのは、いわゆる岩澤主予想と呼ばれる関係である。この関係を簡潔に述べると、イデアル類群やSelmer群などの数論的に重要な群へのGalois群の作用から決まる特性多項式(代数的なもの)が、p進L関数というp進解析的なゼータ関数(解析的なもの)と一致する、というものである。われわれは、岩澤理論の精密化を、さまざまな観点から研究している。すなわち、イデアル類群やSelmer群などの数論的対象物をGalois群の作用をこめた加群とみなし、その構造を岩澤主予想(特性多項式)よりも詳しい精密な形で、ゼータ関数もしくはp進ゼータ関数から取り出せることを研究している(この理論を精密化された岩澤理論と呼んでいる)。ひとつの定式化は、イデアル類群や楕円曲線のSelmer群、あるいはもっと一般のp進表現のSelmer群のような数論的対象物に対して、その高次Fittingイデアルをゼータ関数起源の元で書き表す理論を作ることであり、さらにはその理論の一般化、精密化について研究している。また、この理論とさまざまな予想との関係についても研究している。さらに、ゼータ関数の特殊値と代数的対象物とのつながりについて、新しい観点から研究を進めている。この関係を簡潔に述べると、イデアル類群や楕円曲線のSelmer群さらにはその一般化にあたるさまざまなcohomology群などの数論的に重要な群へのGalois群の作用から決まる特性多項式(代数的なもの)が、p進L関数というp進解析的なゼータ関数と一致する、というものである。われわれは、代数的なものとp進解析的なものとの間に上記のような特性多項式以上の詳しい関係がある、という岩澤理論の精密化について、さまざまな観点から研究している。また、ゼータ関数、L関数の整数点での値(特殊値)と代数的対象物との間のつながりについて、新しい観点から研究を進めている。この年度に得られた成果について述べると、まず、有理数体上に定義された楕円曲線のSelmer群の構造について、モジュラー記号を用いた新しい方法で、その構造を決定する定理を得た。また、その方法でたくさんの数値例を計算した。さらに進んだ構造に関する結果も得た。一般の代数体上のL関数の値に対応する代数的な対象物として、Rubin Stark元というものがあるが、King's College LondonのBurnsおよび佐野昂迪との共同研究により、この元の同変玉河数的観点からの新しい解釈を得て、それをSelmer群のGalois加群構造の研究に応用した。また、任意の代数体上に岩澤主予想を一般化して、任意の整数点に対応するRubin Stark元の理論も構築した。実績の概要のところにも述べたように、有理数体上に定義された楕円曲線のSelmer群の構造について、モジュラー記号を用いた新しい方法で、その構造を決定する定理を得た。さらに、Rubin Stark元に関する研究も、さまざまな点で大きく進展した。

たとえば、イデアル類群のGalois加群構造を決める構造定理に同変玉河数予想的観点から新しい証明を与え、さらにその一般化を行ったこと、ある種のコホモロジー群のGalois加群構造に関する定理を得たこと、任意の代数体上に岩澤主予想を一般化したこと、任意の整数点に対応するRubin Stark元の理論も構築したこと、などである。2014年6月にアメリカのBoston大学で行われた国際研究集会、および2015年3月にイギリスのCambridge大学で行われた国際研究集会で、研究代表者の栗原が上記の新しい成果についての講演を行った。また、以上の成果については、さらなる発展が見込まれる。岩澤理論は、整数論の中で大変活発に研究され発展している分野、理論のひとつである。岩澤理論の中核をなすのは、いわゆる岩澤主予想と呼ばれる関係である。この関係を簡潔に述べると、イデアル類群や楕円曲線のSelmer群さらにはその一般化にあたるさまざまなcohomology群などの数論的に重要な群へのGalois群の作用から決まる特性多項式(代数的なもの)が、p進L関数というp進解析的なゼータ関数と一致する、というものである。われわれは、代数的なものとp進解析的なものとの間に上記のような特性多項式以上の詳しい関係がある、という岩澤理論の精密化について、さまざまな観点から研究している。また、ゼータ関数、L関数の整数点での値(特殊値)と代数的対象物との間のつながりについて、新しい観点から研究を進めている。この年度に得られた成果について述べると、King's College LondonのBurnsおよび佐野昂迪との共同研究では、ゼータ関数の値と関連する代数的な元であるゼータ元の観点からRubin Stark元を研究した。特にそれを、Selmer群のGalois加群構造の研究に用いた。また、p進L関数が自明な零点を持つ場合にも、ゼータ元のふるまいを解析することにより、ある条件のもとに同変玉河数予想のp成分を証明した。自明な零点がない場合には、このことは知られていたが、そうでないときは初めての結果である。また、Rubin-Stark元をs=0だけでなく、一般の整数点で定義することに成功し、それらがp進族をなすことを示した。また、Muenchen防衛大のGreitherとの共同研究により、総実代数体上のCM体でその基礎体上Abelなもののideal類群のマイナス成分のPontrjagin双対のGalois加群の構造について、詳しく調べた。まず最初に、Burnsおよび佐野昂迪との共同研究では、ゼータ元の観点からRubin Stark元を研究するという手法が、今までいろいろな研究者達によって得られていたさまざまな結果を統一する結果をもたらすことがわかってきた。また、新しく構成したSelmer群(あるいはWeil etale cohomology complex)もさまざまな対象を調べるときに有効であることがわかり、さらに研究を進める。また、p進L関数が自明な零点を持つ場合のゼータ元のふるまいについても、その様子がはっきりわかってきたので、特別な場合に同変玉河数予想を証明したが、さらに発展させていきたいと考えている。
スペクトル密度推定の平滑化パラメータ選択の統計理論とその応用に関する研究

ノンパラメトリック関数推定法における「平滑化パラメータ」とは、関数近似誤差(統計学の用語では推定量の偏りに相当する)と推定量の分散とのトレードオフを制御する役割をもつ。本研究では一般化ベルンシュタイン多項式近似に基づいたスペクトル密度推定量及び確率密度推定量を提案した。特に、平滑化パラメータに相当する多項式次数だけでなく、古典的なベルンシュタイン推定量を繋ぐ役割をする第2パラメータの選択にも注目し、漸近バイアス・分散・平均2乗誤差などの公式を導出し、漸近正規性も証明した。本研究のターゲットは(ベクトル値)定常時系列のスペクトル密度(行列)推定であるが、非定常の枠であっても類似した概念と知られる、いわゆる、almos tperiodically correlated process(APC)の文献調査を本年度の前半に行い、mixing条件下での漸近理論、及び、sabsampling法によるスペクトル解析の数学的基礎を養った。当初、平滑化パラメータ推定については解析的手法を主としたアプローチを21年度以降に行う予定であったが、subsampling法、あるいは、ブートストラップ法による計算機に基づく数値的な方法も対抗馬として考察すべき対象であると意識するに至った。また、過去の研究成果である「ベルンシュタイン法によるスペクトル推定」も一種の平滑化法である。この場合のバンド幅に相当する平滑化パラメータはベルンシュタイン多項式の次数であり、この方面での漸近理論も本研究で対象とされるわけだが、ベルンシュタイン法の文献調査を通じて、新しい視点でベルンシュタイン・スペクトル推定量を拡張する構想を持ち、既に、ある拡張されたスペクトル推定量の漸近バイアス・分散公式等を導出することに成功している。興味深い点として、先行研究の分散公式(レフリー付きジャーナルJTSAに掲載された)と同じになったことがあげられ、2乗バイアスの積分値の大小からAIMSE性能比較ができるため、付随する解析的な計算をさらに遂行したいと考えており、この方向で21年度早期に論文としてまとめ、専門雑誌に投稿したいと考えている段階である。本研究のターゲットは(ベクトル値)定常時系列のスペクトル密度(行列)関数であり、ノンパラメトリック推定法において漸近バイアスと漸近分散のトレードオフ関係をコントロールする平滑化パラメータの選択に注目した。多くの平滑化法の中から「一般化ベルンシュタイン法」を研究対象として、提案される密度推定量の漸近バイアス・分散公式を導出することに成功(昨年度の研究成果として、その一部を本年度の秋の日本数学会の統計数学分科会で報告した)しており、本年度はそれをもとにして計算されたAMISEによる性能比較を詳細に検討した。当初は一般化ベルンシュタイン法に必要な第2平滑化パラメータを標本数に無関係に考えていたが、標本数に依存してもよい状況下においてもAMISE公式を導出することに成功し、その結果、第2平滑化パラメータが1(なお、第2平滑化パラメータが1のときは古典的なベルンシュタイン推定量になる)より大きいときAMISEは増加関数になり、標本数とともに発散するときにはAMISEのオーダーが0.8にならないことも分かった。従って、一般化ベルンシュタイン法が古典的なベルンシュタイン法をAMISEの視点で改善するとしたら第2平滑化パラメータは1以下の正数でなければいけないから、その範囲におけるAMISEの最小化問題を解くことで一般化ベルンシュタイン法の数理がみえてきた。また、漸近理論を支持する数値例も検討した。このような方向での研究成果に対して論文を専門雑誌に投稿しており、現在その改訂版が審査されている段階である。本研究のターゲットは(ベクトル値)定常過程のスペクトル密度(行列)関数である。密度関数をノンパラメトリックに推定する際に漸近バイアスと漸近分散とのトレードオフ関係を制御する役割をもつ平滑化パラメータを選択する数理統計理論に注目し、特に、多くの平滑化法の中から「一般化ベルンシュタイン法」を中心に研究を進めた。(1)ベルンシュタイン法の漸近理論に不可欠な数学事項を整理した。具体的には、2項分布の確率関数の積の和の近似公式の誤差評価をするため独立な格子点分布の和の分布のBerry-Esseen型評価法の技術を様々な状況下で応用した。(2)専門雑誌へ昨年度に投稿していた改訂版の審査待ちに対して、今年度の夏にさらにマイナーな修正を加えたものが採択された。本研究プロジェクトの核として、専門雑誌Statistical Methodologyで「一般化ベルンシュタイン多項式に基づいたスペクトル/確率密度推定量を提案し、それらの漸近バイアス、分散、MSE/MISE公式及び漸近正規性」を公表した。(3)非対称カーネル法及びベルンシュタイン法による確率密度推定量の漸近バイアスのオーダーを改善した推定量の漸近分散公式を導出することも試み、また非対称カーネル法及びベルンシュタイン法の異なるタイプを統一的に議論することに着手した。(4)ベルンシュタイン法は、スペクトル密度関数のような周期関数または台を有界区間とする確率密度関数の推定に応用されたが、(2)(3)のテーマは半無限区間で定義された関数の推定問題へ拡張できるはずだから、半無限区間の場合の密度推定の文献調査をした。
局所光照射装置を用いた細胞時計の光同調シグナルと細胞同期シグナルの伝達機構の解析

高等植物の概日時計機構は細胞自律的である一方で、個々の細胞の時計位相は周りの細胞から影響を受けていることが予想されている。我々は1細胞レベルでの概日発光リズム解析技術を開発してきた。本研究ではさらに植物体の微小領域に局所光を照射する装置を開発し、発光リズム解析装置と組み合わせることで、概日時計の光同調シグナルと細胞同期シグナルの伝達機構解析を可能にした。この間にコウキクサにおける安定形質転換植物体の作成にも成功し、細胞間レベルの位相同期メカニズムだけでなく、組織間や、個体間(親フロンドと娘フロンド間)の概日時計位相の解析を行うことに成功した。地球上の多くの生物は地球の自転・公転に伴う周期的な環境変化を前もって予想し準備・適応するために概日時計機構を獲得してきた。高等植物では、時計機構と外環境(光)とを同調させるために重要な光受容体が、ほぼ全ての細胞で機能している。そのため、概日時計機構は細胞自律的で、全ての細胞に独立して存在していると考えられている。しかしながら、植物のすべての組織(細胞)で一様な光刺激(強さ、長さ、波長)を受容できるわけではない。このような状況下においても、植物の時計機構は各細胞が同期した時刻情報を維持し、個体として統率された生理反応を引き起こしている。本年度はイボウキクサ(Lemna gibba)とコウキクサ(Lemna minor)のフロンドを用いて解析を進めた。申請時にはウキクサ(Spirodela polyrhiza)を用いる予定だったが、申請者らがコウキクサの形質転換法を確立し、コウキクサにおいても共同研究者らによってゲノム情報が利用可能になったためである。作成予定だった局所光照射装置は、直径300μm以下の照射円を光照射の目標としていたが、予想よりも植物体内で光の拡散が大きく、より広い範囲で光量のグラデーション照射が起こった。しかしながら装置の設計自身は終了し解析が進められた。今回は白色光を用いた解析によって、概日時計機構を維持する光量、リセットする光量の解析を行ったが、次年度は単色光を用いてこの現象の波長特性を解析していく、さらに光受容体の機能欠損ウキクサ植物を作出し、光入力と光量・光質の関係を解析していく予定である。27年度に計画していた局所光の照射装置の設計と測定条件の調整はほぼ終了した。この装置を用いて白色の低光量下の植物の概日時計機構の遺伝子発現変動に関する基本的データを収集することができた。光源の単色光での測定はまだ行っていないが、問題なく解析は進むと考えている。全ての細胞に独立して存在していると考えられている高等植物の概日時計機構は細胞自律性が高いことが近年報告されている。しかしながら、植物のすべての組織(細胞)は一様な光刺激(強さ、長さ、波長)を受容できるわけではない。28度は主にコウキクサ(Lemna minor)のフロンドを用いて解析を進めた。申請者らがコウキクサの形質転換法を確立したため、概日発光レポーターを一過的に導入した細胞と並行して、概日発光レポーターを保持する形質転換植物体も用いて解析を行った。生物発光のタイムラプス画像からリズムの定量解析のための画像処理ツールを構築し、成長と発光リズムを同時解析する事が可能となりウキクサ個体の各フロンドを別々にリズム解析することが可能とした。一部は自動化にも成功している。コウキクサの公開ゲノム情報を利用し、コウキクサにおける時計遺伝子ホモログのクローニングはほぼ完了し、野生株内での経時的な遺伝子発現解析も終えた。しかし、過剰発現体の作成では、コサプレッションが頻繁に起き、適切な過剰発現個体が得られない遺伝子もあったため解析が遅れた。概日時計をエントレインする最低光量については安全光と考えられていた緑色の光源でさえ時計を光同調できることがわかり、フィトクロムAの情報伝達系が機能していることが示唆された。赤色・遠赤色・青色光のLEDを用いた解析から、時計の周期が波長によって変化し、頑健性も大きく変化することが見出された。光受容体の欠損変異株作成にはCRISPR/Cas9を用いて作出を試みたが、変異導入が予定道理に起きず、スクリーニングを継続している。28年度に計画していた解析は概ね終了したが、過剰発現体の作成でコサプレッションによって十分な形質転換体が得られなかった点と、論文出版が次年度にずれ込んだため、研究期間の延長を行ったため、やや遅れていると判断した。本年度は、申請者らが作成に成功したコウキクサ(Lemna minor)の概日発光レポーターを保持する形質転換植物体を用いて解析を行った。タイムラプス発光撮影で得られた、生物発光の経時変化画像を解析するための画像処理ツールは、昨年度まではImageJのマクロをベースにしたものであったが、今年度はPythonベースで実装することにより、より汎用性の高い解析を可能とした。