hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気リコネクションの多階層シミュレーション：メゾスケール構造の効果について

本研究では,プラズマ中の基礎過程であって,磁力線のつなぎ替えとそれによるエネルギーの変換がおこる磁気リコネクション現象について,微視的な効果を正しく取り扱える包括的なシミュレーションを行った.シミュレーション結果からプラズマの粒子としての性質に起因する効果である位相混合によってプラズマが強く加熱されることをを明らかにした.また,不安定性によって乱流などのメゾスケール構造を引き起こす圧力勾配などの非一様性を取り扱えるように,理論とシミュレーションモデルの拡張を行った.これにより電子圧力勾配が駆動する磁気リコネクションの理論を構築することができた.2013年度は、昨年度に引き続き国際核融合エネルギー研究センター(IFERC-CSC)の大型計算機Heliosを用いて、電子圧力勾配が存在しない場合の、磁気リコネクションの非線形ジャイロ運動論シミュレーションを行った。特に、プラズマベータの影響について解析を行った。磁気リコネクションは、磁場に蓄えられたエネルギーが爆発的に解放される現象であるが、解放されたエネルギーが運動エネルギーやプラズマ加熱などにどのように分配されるかはよくわかっていない。磁気リコネクションによるエネルギー変換を考慮する際には、一般に考えられている無衝突プラズマの取り扱いは不適切であり、衝突の効果を無視するわけにはいかない。弱衝突プラズマでは、ランダウ減衰や有限ラーマ半径効果などの運動論的な位相混合効果によって速度分布関数に急峻な構造が形成されるため、プラズマの熱化過程は、位相混合による構造形成と衝突によるその緩和によって決まるからである。昨年度までの研究から、磁気リコネクションプロセスにおいて、位相混合による粒子加熱が重要な役割を果たすことが、プラズマベータが低い場合に検証されている。2013年度の研究において、シミュレーション結果の詳細な解析を行った結果、磁気リコネクションによって解放された磁場エネルギーのおよそ1/3程度が電子の加熱に用いられていることが明らかになった。また、電子の加熱はランダウ減衰の効果が顕著な磁気セパラトリクス上で起こることが示された。プラズマベータが低い場合には、イオンの運動論効果は小さく流体的に振舞うが、プラズマベータが高い場合には、イオンの運動論効果が大きくなり、イオン加熱も無視することはできなくなる。本研究では、磁気リコネクション現象におけるメゾスケール構造の影響を明らかにするために、電子圧力勾配によって駆動されるマイクロテアリング不安定性に起因する乱流構造がある場合の磁気リコネクションの諸特性の解明を行う計画である。本年度は、メゾスケール構造の効果を考察する前の準備段階として、電子圧力勾配が存在しない場合の磁気リコネクションの解析を行った。特に、現実に観測されるような弱衝突プラズマにおける加熱の効果を調べた。ジャイロ運動論コードAstroGKを用いて磁気リコネクションの非線形シミュレーションを行うことにより、弱衝突プラズマでは電子分布関数の速度空間構造に細かい構造が形成されるため、衝突によるエネルギー散逸が強められることが明らかになった。速度空間構造の形成は、ランダウ減衰や有限ラーマ半径効果などの運動論的な位相混合効果による。弱衝突プラズマにおいては、位相混合による構造形成と衝突によるその緩和によってエネルギー散逸が決まるため、正しく衝突の効果を取り扱う必要があることが要請される。位相混合と衝突の効果を正しく取り扱って、磁気リコネクションにおける粒子加熱の過程を明らかにした初めての研究である。前述のように弱衝突プラズマにおいては速度空間に急峻な構造が形成されるため、高精度のシミュレーションが必要になる。本年度は、国際核融合エネルギー研究センター内の計算機シミュレーションセンター(IFERC-CSC)の大型計算機Heliosに計算機資源を獲得した。コードを移植するととも、性能テストを実施した。2014年度は、電子圧力勾配が存在しない場合/する場合の磁気リコネクションプロセスについて、ジャイロ運動論シミュレーションを行った。シミュレーションは、国際核融合エネルギー研究センター(IFERC-CSC)の大型計算機Heliosを用いて行った。電子圧力勾配が存在しない場合の磁気リコネクションについては、解放された磁場のエネルギーがどの程度プラズマ加熱に分配されるかを調べている。弱衝突磁化プラズマにおいては、ランダウ減衰や有限ラーマ半径効果に起因する位相混合によって、効率的にプラズマ加熱が起こることが前年度までの研究によって示されているが、2014年度の研究によって、さらにプラズマ加熱が強く起こる場所を同定した。電子の加熱は、磁力線に沿う方向のランダウ減衰によって起こるため磁気セパラトリクス上で起こり、一方イオン加熱は、磁気リコネクションが起こるX点近傍で磁力線を横切って広がる。また、プラズマベータが高い場合は磁気リコネクションの結果として生じる電流シート構造が不安定となりプラズモイドが形成されるが、これに伴ってプラズマ加熱の効果が活性化されることが明らかになった。一方、電子圧力勾配が存在する場合、マイクロテアリング不安定と呼ばれる不安定性が磁気リコネクションを駆動する。2014年度は、線形のジャイロ運動論シミュレーションによって、マイクロテアリング不安定性の分散関係を調べ、理論的な予測との比較を行った。マイクロテアリング不安定性は、衝突性の不安定性であることが理論的に知られているが、シミュレーションから、衝突周波数がドリフト周波数と同程度の時不安定となり、それ以外では安定となることが示された。理論予測と定性的に一致する結果が得られているものの、定量的には理論予測よりも強い駆動力がなければ不安定化されない結果となっており、不整合を解消した理論を構築する必要がある。本年度は、電子圧力勾配が存在する場合の磁気リコネクションプロセスであるマイクロテアリング不安定性についての成果をまとめた。共同研究者とともに、任意の衝突周波数に対する電子の電気伝導度を正しく取り扱える理論モデルを構築し、同モデルの漸近解析とジャイロ運動論シミュレーションとの比較を行った。

この解析結果から、マイクロテアリング不安定性は衝突性の不安定性であり無衝突の極限では安定であること、無衝突の極限では静電的な電子温度勾配駆動型の不安定性がリコネクションを駆動することを明らかにした。これまで、圧力勾配を含まない場合における磁気リコネクションを引き起こす不安定性(テアリングモード)について、衝突を正しく取り扱える運動論モデルを構築していたが、さらに圧力勾配を含む理論に拡張することができた。本研究課題では、微視的な効果を正しく取り扱える包括的な磁気リコネクション現象の多階層シミュレーションを行い、乱流などのメゾスケール構造の効果を解明することを目的として研究を行った。4年間の研究期間に、微視的な効果である位相混合が強いプラズマの加熱を引き起こすことを明らかにするとともに、上記のように圧力勾配を含むようにモデルの拡張を行った。ここで開発された理論モデルは、高ベータ核融合プラズマにおける電子の輸送、磁気リコネクションの室内実験におけるプラズマの加熱(特にイオン加熱)機構の解明や、太陽コロナの異常加熱など、高ベータプラズマにおける未解明の電磁的現象への適用が期待できる。しかし、当初目指した乱流などのメゾスケール構造の効果の包括的な取り扱いまでは至らなかった。当初目的の達成のため、外部駆動乱流などの効果を取り入れたモデルの拡張を進めており、さらなる研究の推進が必要である。本研究では,プラズマ中の基礎過程であって,磁力線のつなぎ替えとそれによるエネルギーの変換がおこる磁気リコネクション現象について,微視的な効果を正しく取り扱える包括的なシミュレーションを行った.シミュレーション結果からプラズマの粒子としての性質に起因する効果である位相混合によってプラズマが強く加熱されることをを明らかにした.また,不安定性によって乱流などのメゾスケール構造を引き起こす圧力勾配などの非一様性を取り扱えるように,理論とシミュレーションモデルの拡張を行った.これにより電子圧力勾配が駆動する磁気リコネクションの理論を構築することができた.本研究の目的は、圧力勾配がないプラズマとあるプラズマの磁気リコネクションの線形・非線形特性の理解である。さらに、磁気リコネクションの基礎的特性を理解した上で、マイクロテアリング不安定性などによって駆動されるメゾスケールの乱流構造が、磁気リコネクションに及ぼす影響を解明することを目指している。電子圧力勾配がない通常の磁気リコネクションの線形・非線形特性の理解については、2013、2014年度の研究によって、概ね達成できている。ここでは、磁気リコネクションを通して磁気エネルギーがプラズマの熱に変換される過程に着目し、位相混合によってプラズマが効率的に加熱されることを示した。
アジア内陸部と島嶼部との文化・経済の考古学を通しての比較研究

本研究の主要な軸となるのは、いまだ十分に解明されていない沖縄の古代経済(新石器時代晩期・グスク時代早期)である。本研究の当面の目標は、紀元前10世紀から紀元12世紀にわたる時期の自然環境とそれに規定される経済資源の使用がどのようなものであったかを把握することである。この時期についての手がかりを掴むために、琉球諸島全域にわたってフィールドワークを行った。自然環境と経済資源およびその使用を集約的にかつ深く分析し、経済的に狭く完結している沖縄の離島群を調査した。去年沖縄本島の南部や中部と先島の石垣島、西表島、宮古島に於いてフィールドワークを行い、今年は沖縄本島の北部(国頭村、東村、本部町、名護市)まで分析した。去年始めた石垣島の先史考古学の幾つか問題を深く掘り下げた。さらに、平成23年度末の与那国島でのフィールドワークを準備した。沖縄県立埋葬文化財センターと沖縄県立博物館の資料を通して、細かい海底遺跡図の研究が進めた。数か月に去年その様々な場所で取ったサンプルの分析し、資料の整理と情報を提供した。環境を分析と空間考古学に基づいて、沖縄本島の新石器時代晩期とグスク時代早期の関係、他方先島の先史時代と原史時代の関係を理解した。沖縄本島の北部、八重山諸島の石垣島の代表的な部分(川平遺跡群、米原遺跡群等)を対象に考古学的調査を実施し、古代経済の変遷の段階区分を行うとともに、現代社会にのこる古代経済の影響に基づいて、科学概念や具体的な結果等を出した。先の研究では、以下の結果を出した:(1)沖縄の旧時代の考古学の全体的な観念(2)日本とアジアの考古学に使用できる方法の創作(3)ユーラシアの大局観に日本の考古学の観念さらに、日本、中国およびヨーロッパの科学出版物のために、さまざまな論文を準備している。フィールドワークを行った際に、日本学術機関(東京大学、金沢大学)の研究員と新しい交流も始まった。沖縄本島(例えば浦添貝塚、恩納村貝塚、具志川グスク、糸数グスク、勝連グスク、今帰仁グスク等)と先島(例えば浦底貝塚、船浦貝塚、神田貝塚、フルスト遺跡、ヤンバレ貝塚、崎枝赤崎貝塚等)を見学した。その様々な場所の環境を分析し、空間考古学的な分析をした。一方では沖縄本島の新石器時代晩期とグスク時代早期の関係、他方先島の先史時代と原史時代の関係を理解した。沖縄本島、沖縄本島周辺島嶼、宮古島、八重山諸島(石垣島、西表島、竹富島、波照間島)を対象に考古学的調査を実施し、古代経済の変遷の段階区分を行うとともに、現代社会にのこる古代経済の影響に基づいて、科学概念や具体的な結果等を出した。先の研究では、以下の結果を出した:1.沖縄の旧時代の考古学の全体的な観念(新石器晩期とグスク時代の早期)2.沖縄における物質文化の発展の主要な時期の判断・全日本の考古学に使用できる研究方法の創作3.日本とアジアの考古学に使用できる方法の創作4.ユーラシアの大局観に日本の考古学の観念さらに、日本、中国およびヨーロッパの科学出版物のために、さまざまな論文を準備している。フィールドワークを行った際に、日本学術機関(東海大学、石垣市博物館等)の研究員と新しい交流も始まった。先の研究では、以下の結果を出した:

(1)沖縄の旧時代の考古学の全体的な観念(2)日本とアジアの考古学に使用できる方法の創作(3)ユーラシアの大局観に日本の考古学の観念さらに、日本、中国およびヨーロッパの科学出版物のために、さまざまな論文を準備している。フィールドワークを行った際に、日本学術機関(東京大学、金沢大学)の研究員と新しい交流も始まった。
硫黄同位体指標による顕生代の海洋無酸素化事件(OAE)の検証

硫酸還元過程の硫黄同位体効果(^<34>S/^<32>S分別)は,速度理論的には約-22‰,バクテリア異化作用においては大略-25±10‰の範囲である.しかし,環境水硫酸の還元によって固定される堆積続成硫化物の同位体比は,次の最も基本的なシステムコントロール要因によって,その範囲をはるかに越えた正負両方向への著しい変動を示す.前者は正シフト要因であり,それが機能するか否かは硫酸供給速度と硫酸還元速度の大小関係,つまり堆積盆が硫黄地球化学的に"open"であるか"closed"であるか,に依存する.一方,後者は負シフト要因であり,それが機能するか否かは生態系酸化還元環境の相違,つまり堆積盆水系が"oxic (aerobic)"であるか"anoxic (anaerobic)"であるか,に依存する.海成堆積系から報告されている硫化物の同位体比データを海水硫黄に対する見かけの分別度に注目して概観すると,それぞれ-50±10‰,-25±10‰,0±10‰の範囲に中間値を持つ3つの頻度分布ピークが認識できる.これらはそれぞれ,open/oxic,open/anoxic,closed/anoxicな古堆積盆環境に比較できる.海洋のoxic-anoxic historyを復元する上で,堆積続成硫化物のバルク同位体比は極めて重要な指標となる.地質時代には海洋無酸素事変(OAE)がしばしば生起していたらしい.OAEは海洋盆の鉱床地球化学過程に異変を生じせしめる.とりわけ注目すべきは,OAEの発生期および消滅期に生じる一次的な元素の分別的濃集現象である.発生期の"oxic toanoxic"転移境界では親銅系元素が主に硫化物相として集積し,消滅期の"anoxic to oxic"転移境界では鉄マンガン系元素が主に酸化物相として集積する.これらの"proto-ores"が保存されるかどうかは,基本的にはそれぞれの転移境界で出現した堆積盆酸化還元環境の継続時間(および埋没時間)に大きく依存するであろう.継続時間が短く新たな環境転移に曝される場合,これらの"proto-ores"は,それぞれ集積時とは対照的な酸化還元環境下で,顕著な二次的元素分別を受けるに違いない.OAEの時系列的出現様式の解明は,層準規制型鉱床類型の分化要因を理解する上で新たな戦略的基礎を与える可能性がある.硫酸還元過程の硫黄同位体効果(^<34>S/^<32>S分別)は,速度理論的には約-22‰,バクテリア異化作用においては大略-25±10‰の範囲である.しかし,環境水硫酸の還元によって固定される堆積続成硫化物の同位体比は,次の最も基本的なシステムコントロール要因によって,その範囲をはるかに越えた正負両方向への著しい変動を示す.前者は正シフト要因であり,それが機能するか否かは硫酸供給速度と硫酸還元速度の大小関係,つまり堆積盆が硫黄地球化学的に"open"であるか"closed"であるか,に依存する.一方,後者は負シフト要因であり,それが機能するか否かは生態系酸化還元環境の相違,つまり堆積盆水系が"oxic (aerobic)"であるか"anoxic (anaerobic)"であるか,に依存する.海成堆積系から報告されている硫化物の同位体比データを海水硫黄に対する見かけの分別度に注目して概観すると,それぞれ-50±10‰,-25±10‰,0±10‰の範囲に中間値を持つ3つの頻度分布ピークが認識できる.これらはそれぞれ,open/oxic,open/anoxic,closed/anoxicな古堆積盆環境に比較できる.海洋のoxic-anoxic historyを復元する上で,堆積続成硫化物のバルク同位体比は極めて重要な指標となる.地質時代には海洋無酸素事変(OAE)がしばしば生起していたらしい.OAEは海洋盆の鉱床地球化学過程に異変を生じせしめる.とりわけ注目すべきは,OAEの発生期および消滅期に生じる一次的な元素の分別的濃集現象である.発生期の"oxic toanoxic"転移境界では親銅系元素が主に硫化物相として集積し,消滅期の"anoxic to oxic"転移境界では鉄マンガン系元素が主に酸化物相として集積する.これらの"proto-ores"が保存されるかどうかは,基本的にはそれぞれの転移境界で出現した堆積盆酸化還元環境の継続時間(および埋没時間)に大きく依存するであろう.継続時間が短く新たな環境転移に曝される場合,これらの"proto-ores"は,それぞれ集積時とは対照的な酸化還元環境下で,顕著な二次的元素分別を受けるに違いない.OAEの時系列的出現様式の解明は,層準規制型鉱床類型の分化要因を理解する上で新たな戦略的基礎を与える可能性がある.<大量絶滅期の海洋環境異変の復元>顕生代の大量絶滅層準を対象とした硫黄同位体地球化学的解析を継続し、以下の新知見を得た。1)徳島県天神丸セクション、兵庫県篠山セクション、群馬県大間々セクションにおける検討から、ペル4紀新世初期トリアス紀初期にわたる長期かつ大規模な無酸素停滞成層海洋の発達と、ペル4紀末におけるその一時的崩壊現象の発生が立証された。これは世界最初の実証的知見であり、成果の一部を国際誌に発表した(Palaeogeogr.Pnlaeodimafol.Palaeoecoly.111,1994)。

2)北海道大夕張セクションにおける検討から、白亜紀セノマニアン/チューロニアン境界の海洋無酸素事変が立証された(公表準備中)。3)ニュージーランド北島のTawanuiセクションにおける検討から、古第三紀の大量絶滅期(58Ma)にバクテリア生態系の異変を示す顕著な硫黄同位体異常を見出した(公表準備中)。<鉱床生成期の海洋環境異変の検討>東北日本の北上山地及びグリンタフ地域において系統的サンプリングを実施し、中古生昇の層状マンガン鉱床及び新生昇の層準規制型黒鉱鉱床それぞれの胚胎層準の硫黄同位体的検討に着手した。予察的結果によると、これらの鉱床生成期においても顕著な海洋環境異変のあったことが示唆される。今後の成果が期待される。〈大量絶滅期の検討〉これ迄の研究を継続し新たに以下の知見を得た.1)P/Tr境界:関東山地で発見された新セクションにおいて既報告成果と同様の硫黄同位体異常が確認された.2)Cen/Tur境界:イタリアの浅海成炭酸塩セクションにおいて堆積盆の閉塞無酸素化を示唆する顕著な硫黄同位体異常を見出した.これは世界で初めての知見であり,目下更に詳細な研究で継続中である。〈鉱床生成期の検討〉代表的な層準規制型鉱床の胚胎層準を対象として検討を行い以下の新知見を得た.1)中生代層状マンガン鉱床生成期:野田玉川鉱山における精査の結果,マンガン鉱化作用に先行して海洋無酸素事変の生起していたことを証拠づける顕著な硫黄同位体シフトを確認した.2)中新世黒鉱鉱床生成期:太平山鵜養セクションにおける精査の結果,中新世中期の背弧海盆に数100万年以上継続した海洋無酸素事変の生起していたことを証拠づける硫黄同位体異常を確認した.硫酸還元過程の硫黄同位体効果(^<34>S/^<32>S分別)は,速度理論的には約-22‰,バクテリア異化作用においては大略-25±10‰の範囲である,しかし,環境水硫酸の還元によって固定される堆積続成硫化物の同位体比は、次の最も基本的なシステムコントロール要因によって,その範囲をはるかに越えた正負両方向への著しい変動を示す.前者は正シフト要因であり,それが機能するか否かは硫酸供給速度と硫酸還元速度の大小関係,つまり堆積盆が硫黄地球化学的に"open"であるか"closed"であるか,に依存する.一方,後者は負シフト要因であり,それが機能するか否かはは生態系酸化還元環境の相違,つまり堆積盆水系が"oxic(aerobic)"であるか"anoxic(anaerobic)"であるか,に依存する.海成堆積系から報告されている硫化物の同位体比データを海水硫黄に対する見かけの分別度に注目して概観すると,それぞれ-50±10‰,-25±10‰,0±10%‰の範囲に中間値を持つ3つの頻度分布ピークが認識できる.これらはそれぞれ,open/oxic,open/anoxic,closed/anoxicな古堆積盆環境に比較できる.海洋のoxic-anoxichistoryを復元する上で,堆積続成硫化物のバルク同位体比は極めて重要な指標となる.
ウイルス感染に対する宿主染色体の4D応答機構

ウイルスは宿主細胞を含む様々な細胞機能を利用・略奪することによって増殖する。そこで感染細胞の核内には、ウイルス・宿主相互作用を介した連続的な摂動が加わる。本研究では、ウイルス感染によって、染色体が調和して機能する仕組み「染色体オーケストレーションシステム(染色体OS)」がどのように制御されているかを解明することを目的としている。当該年度は、核内でウイルスゲノム(RNA)の転写・複製を行うインフルエンザウイルスをモデルとして、野生型とヒストンメチル化酵素が欠損した培養細胞を用いて、感染に伴う染色体3D構造の変化を4CならびにHi-C法で解析した。また、同ヒストンメチル化酵素と結合する、ウイルスタンパク質ならびに核内タンパク質を同定した。さらに、同ヒストンメチル化酵素の欠損(KO)マウスを用いてインフルエンザの病態を制御するメカニムズを検討した。KO細胞では、野生型(WT)に比べ、クロマチンの3-D構造が大きく変化していること、またWT細胞にウイルスを感染させるとクロマチンの3-D構造がダイナミックに変化することがわかった。また、感染させたKOマウスでは、WTに比べ、ウイルスの複製、インターフェロン応答、炎症反応が大きく変化していることがわかった。さらに、KO細胞あるいは感染させたWT細胞でクロマチン3-Dが変化した領域には、インフルエンザウイルス感染症の病態の形成に関わる、ウイルスの複製を制御する領域、インターフェロン応答に関与する領域、炎症反応に関与する領域が含まれていることがわかった。本年度は、前年度の研究を発展させて、メチル化酵素欠損細胞を用いて染色体3D構造変化を解析することができた。さらにメチル化酵素欠損マウスを用いて、インフルエンザの病態形成における同酵素の役割に関する検討を進めることが出来た。今後はウイルス感染にともなう、宿主染色体の3D構造変化(ループ形成など)のメカニズムについて、さらに検討する予定である。ウイルスは宿主細胞の核機能を含む様々な細胞機能を利用・略奪することによって増殖する。そこで感染細胞の核内では、ウイルス・宿主相互作用が引き起こされる。当該年度は、インフルエンザウイルスをモデルとして、抑制性ヒストンマークの修飾酵素に着目して、哺乳細胞あるいはマウス個体の感染系、in vitroウイルスポリメラーゼ転写・複製活性測定系を用いて解析を行った。同修飾酵素の野生型ならびに遺伝子欠損細胞を用いた免疫沈降・プロテオイクス解析から、同修飾酵素特異的にウイルスタンパク質と相互作用する核内タンパク質を同定した。また、染色体の基本構築を中心に全ゲノムレベルのタンパク質局在情報(ChIPseq)、転写情報(RNAseq)の解析を行ったところ、同修飾酵素依存的に、またウイルス感染によって、特定領域の染色体の高次構造が変化する可能性を見出した。現在、染色体3次元構造情報を、FISH法や3C法・4C-seq法で解析している。さらに、同修飾酵素の野生型ならびに遺伝子欠損マウスを用いた解析から、同酵素がウイルス感染症の病態の形成に関わっている可能性が示唆された。当初、当該年度においては、ウイルス感染に伴う宿主染色体3次元構造の変動プロファイル解析に向けた情報解析パイプラインの整備を計画していた。これに関しては、インフルエンザウイルス(H1N1/PR8株)を感染させたマウスES細胞やマウス胎児線維芽細胞を使って、ヒストンマークを中心としたChIP-seq解析、ならびにRNAseq解析を行って、次年度以降に向けた情報解析パイプラインを整えてきた。また、当初予定していた、ウイルスタンパク質と相互作用する再構成系タンパク質の同定に関しては、各種インフルエンザウイルスタンパク質を発現させた細胞の核分画を用いて、免疫沈降・プロテオミクス解析を進め、相互作用核内タンパク質を同定することができた。このようなことから、おおむね順調に進展していると考えている。当該年度は、核内でウイルスゲノム(RNA)の転写・複製を行うインフルエンザウイルスをモデルとして検討を行った。1感染したマウス肺組織を用いて、ヒストンテールのプロテオミクス解析を行ったところ、抑制性のヒストンマークである、H4K20me3が感染に伴い、経時的に低下することがわかった。2H4K20me3メチル化酵素の欠損(KO)マウス用いた検討から、KOでは感染マウスの生存率が低下し、肺病理所見が悪化し、ウイルスの増殖が亢進することがわかった。さらに同メチル化酵素とウイルスタンパク質が相互作用していることがわかった。3クロマチン免疫沈降(ChIP)シーケンス解析から、KOでは特定のドメインの活性が選択的に亢進しているのに対し、WTでは同ドメインならににその周辺は広く抑制されていることがわかった。その境界には染色体構造タンパク質CTCFが存在することがわかった。さらに、4C-seqを用いてその領域と他の領域の相互作用を解析すると、WTとKOでは染色体の構造が変化している可能性が示唆された。これらのことから、非感染状態ではサイレンシングを受けている領域が、ウイルス感染に伴って、染色体構造変化を通して、発現が制御され、これが病態に関わっている可能性が示唆された。

現在までの研究の遂行に関しては、同班の計画班の白髭博士、篠原博士と連携し、また数理解析に関しては公募班の新海博士と密に連携して研究を進めてきた。これまでのところ当初の計画に沿って、比較的順調に進んでいる。ウイルスは宿主細胞を含む様々な細胞機能を利用・略奪することによって増殖する。そこで感染細胞の核内には、ウイルス・宿主相互作用を介した連続的な摂動が加わる。本研究では、ウイルス感染によって、染色体が調和して機能する仕組み「染色体オーケストレーションシステム(染色体OS)」がどのように制御されているかを解明することを目的としている。当該年度は、核内でウイルスゲノム(RNA)の転写・複製を行うインフルエンザウイルスをモデルとして、感染(H1N1ウイルス)に伴う宿主染色体の高次エピゲノム状態のプロファイルを、培養感染細胞を用いたトランスクリプトーム解析(RNAseq)、クロマチン免疫沈降(ChIP)、染色体高次構造解析(4C, Hi-C)を行い、得られたデータを統合的に解析した。また、ヒストンメチル化酵素とウイルスタンパク質の相互作用に関して免疫沈降法で検討した。さらに、高次エピゲノム変化に関わるヒストンメチル化酵素の欠損マウスを用いて、重症インフルエンザの病態を制御する分子メカニムズに関する解析を行った。本年度は、前年度の研究を発展させて、高次エピゲノム変化に関わる分子が、重症インフルエンザの病態を制御する分子メカニムズに関する検討を進めることが出来た。当該年度は、核内でウイルスゲノム(RNA)の転写・複製を行うインフルエンザウイルスをモデルとして、野生型とヒストンメチル化酵素が欠損した培養細胞を用いて、感染に伴う染色体3D構造の変化を4CならびにHi-C法で解析した。また、同ヒストンメチル化酵素と結合する、ウイルスタンパク質ならびに核内タンパク質を同定した。さらに、同ヒストンメチル化酵素の欠損(KO)マウスを用いてインフルエンザの病態を制御するメカニムズを検討した。KO細胞では、野生型(WT)に比べ、クロマチンの3-D構造が大きく変化していること、またWT細胞にウイルスを感染させるとクロマチンの3-D構造がダイナミックに変化することがわかった。また、感染させたKOマウスでは、WTに比べ、ウイルスの複製、インターフェロン応答、炎症反応が大きく変化していることがわかった。
色覚神経機構に基づく色情報処理システムの開発

本研究は視覚情報処理における色情報の役割を明らかにするために,神経細胞の色選択性及び色受容野特性の関係を情報理論的立場から考察し,従来の神経生理学的知見と比較,検討することを目的とするものである。先ず,視覚神経系における色情報表現を調べるために,1569枚のマンセル色票分光反射率を5層ニュ-ラルネットにより解析した結果,色の物理量から心理量への変換がバックプロパゲ-ション学習により獲得されることを示した。さらに,拡張Hebb型学習側に従う自己組織化神経神経回路モデルを用いて,空間特性を考慮した色受容野の解析を行った。学習デ-タには,我々の日常視環境の特徴,すなわち,空間的な相関及び色相関の2種類の統計量で定量化されるランダムカラ-ノイズ画像を用いた。形成された色受容野は輝度及び反対色に対し選択性を示し,さらに,空間的に一様なものと,いわゆるBarー,Edgeーdetector的な空間拮抗特性を示す受容野が形成された。これらは視覚大脳皮質における二重対立型受容野に対応するものと考えられる。自己組織的形成された受容野は情報損失が最小となるように設計されたものであり,これらは視覚大脳皮質に存在する色受容野に定性的に一致することが分かった。これらの結果は,視覚大脳皮質における色情報処理メカニズムの最適性を示唆するものと考えられる。
唐代における文学と絵画芸術の交渉に関する研究

本研究は、中国唐代における文学と絵画芸術の関係の在り方を解明することを目的とし、次の三つの項目を基軸としてすすめられた。1.文学者と画家との交住、ならびに文学者の絵画受容の具体相の調査。2.文学者の絵画芸術観とそれに関連する美学の検討。3.絵画芸術が文学作品に与えた影響とそれに伴う文学観の変容の解明。上記1.2.3の研究に関して、『全唐詩』所収の試作品をはじめ、唐代文人の試作品を幅広く調査・検討することをまず第一に行なった。あわせて、各地の研究施設、図書館に赴き、関連する文学、絵画関係の資料の収集、調査を行なった。その結果、少なからぬ知見を得ることができたが、特に本研究独自の知見と言えるのは次のような点であろう。1.唐代中期以降、絵画が遠い距離を隔てた人物どおしの間で盛んにとりかわされるようになり、そのことによって、時空を越えた映像伝達のメディアとして認知されるようになったこと。2.上記の傾向と並行して、試作品もまた遠い距離を隔てて交換されることが増加し、そのなかから詩もまた絵画と同質の時空を越えた映像伝達メディアとして認知されるようになったこと。3.上記.1.2の傾向が定着するなかで、詩と絵画の間に、映像(イメージ)を表象(再現)する芸術としての同質性が見出され、それが、宋代に確立する「計画一致」の芸術観へとつながってゆくこと。以上の成果は、平成七年度中に発表する準備をすすめている。
高等植物における雌雄性の遺伝解剖的吟味

重点領域研究「植物生殖システム」(358)の運営の諸問題について、研究分担者が会し、検討した。第1回は1995年10月1日に仙台市民艮陵会館において開催し、重点領域研究の予算配分、総括班の行事予定、役割分担、総括班の予算要求案、計画研究における問題点、などについて討議した。1995年度第1回目のシンポジウムは仙台において、7月に開催し、同時に合同班会議を行う線で検討すること、シンポジウム係を長門、三上とし、若手の会係を鎌田、佐藤、ニュースレター係を鳥山、渡辺が担当することとした。第2回は1995年12月14日に神戸市ホテルサンルートにおいて開催し、1995年度のシンポジウムおよび研究連絡会議開催について具体的な審議を行い、7月下旬に仙台艮陵会館で行うこと、研究連絡会議では各自5分スピーチを行うこと、また公募研究の審査基準等の打ち合わせを行った。計画研究をつなぐ研究、例えば、花芽の誘導、雌しべの成熟過程やアポミクシス、重複受精機構、あるいは本研究に参考になる藻類など、より下等な植物の接合過程の解析などは公募研究によるものとし、若手研究者の育成を計ることとした。また、事務連絡用の各種消耗品を早めに準備し、重点領域研究が滞りなく発足できるよう準備態勢を作ることとした。
口腔機能と器官温存を目指した放射線化学療法の核酸代謝を反映するPETによる評価

口腔癌において器官を温存するためには、術前療法の正確な治療効果判定や残存腫瘍の有無の評価が不可欠である。従来の画像診断では得られない腫瘍の代謝活性を反映するFDG-PETを用いて治療効果判定に利用し有益な情報が得られた。口腔癌におけるFDG-PETと細胞増殖能、細胞密度との関係を検討し、PETにより腫瘍の性質や放射線化学療法の効果が予測可能かどうかを評価した。FDGの取り込み量SUVを測定し、細胞増殖能、細胞密度、臨床的、組織学的治療効果と比較した。重回帰分析では細胞増殖能、細胞密度、T分類によりpre-SUVやpre-postSUVを予測できた。FDG-PETは腫瘍の侵襲性を反映し、治療効果や残存腫瘍の有無が予測可能であることが示唆された。CD34抗体を用いて微小血管密度とFDGの関係を検討したところ、pre-SUVの高い腫瘍ほど、腫瘍面積あたりの血管数、血管周囲長の和が少ないことが明らかとなった。この結果は、FDGが低酸素下で腫瘍内によく取り込まれることを裏付けている。さらに、各種癌の悪性度の判定、予後予測に有用性が報告されている核小体形成領域関連蛋白(argyrophilic nucleolar organizer regions : AgNORs)についてFDG集積との関連を検討した。SUVとAgNORsスコアとを組み合わせることにより、われわれが行っている放射線併用動注化学療法の効果や残存腫瘍の有無がより正確に予測可能になった。pre-SUVが7.0より小さい群で3年累積生存率は100%であったのに対し、pre-SUV 7.0以上の群では79%であった。術前療法でCRが得られ、post-SUVが4.0より小さい場合には手術回避、縮小手術が期待できるが、pre-SUVが7.0以上でpost-SUVが4.0以上の悪性度が高く腫瘍の残存が予測される症例では、より根治的な治療や術後補助療法が選択されるべきであると考えられる。このようにFDGの集積値により予後の予測がある程度可能になりPETは臨床上極めて有用な診断法であると言える。FDG集積値から治療効果、残存腫瘍の有無、予後の予測が可能であったことから、PET診断により手術の回避(10例)あるいは縮小手術(19例)がある程度可能になった。以上よりFDG-PETはQOLの向上につながる極めて有用な診断法と考えられた。頭頸部癌において器官を温存するためには、術前療法の正確な治療効果判定や残存腫瘍の有無の評価が不可欠である。放射線化学療法前後にPETを撮影し、従来の画像診断と比較した。治療前PETでは全例FDGの異常集積を示し、sensitivityは100%で、Gaシンチ、CT、MRより高かった。治療後CT、MRでは瘢痕、肉芽組織は残存腫瘍と区別できずspecificityはCT、MRで低かったが、PET(89.5%)では正確に識別可能であった。その結果、適切な手術法が選択でき、器官温存が可能になった。

頭頸部癌におけるFDG-PETと細胞増殖能、細胞密度との関係を検討し、PETにより腫瘍の性質や放射線化学療法の効果が予測可能かどうかを評価した。治療前後にPETを撮影、FDGの取り込み量SUVを測定し、細胞増殖能、細胞密度、臨床的、組織学的治療効果と比較した。重回帰分析では細胞増殖能、細胞密度、T分類によりpre-SUVやpre-postSUVを予測できた。FDG-PETは腫瘍の侵襲性を反映し、治療効果や残存腫瘍の有無が予測可能であることが示唆された。CD34抗体を用いて微小血管密度とFDGの関係を検討したところ、pre-SUVの高い腫瘍ほど、腫瘍面積あたりの血管数、血管周囲長の和が少ないことが明らかとなった。この結果は、FDGが低酸素下で腫瘍内によく取り込まれることを裏付けている。さらに、各種癌の悪性度の判定、予後予測に有用性が報告されている核小体形成領域関連蛋白(argyrophilic nucleolar organizer regions : AgNORs)についてFDG集積との関連を検討した。SUVとAgNORsスコアとを組み合わせることにより、われわれが行っている放射線併用動注化学療法の効果や残存腫瘍の有無がより正確に予測可能になった。このため、口腔扁平上皮癌の治療方針の決定において有効な指標となる可能性があると考えられた。口腔癌において器官を温存するためには、術前療法の正確な治療効果判定や残存腫瘍の有無の評価が不可欠である。従来の画像診断では得られない腫瘍の代謝活性を反映するFDG-PETを用いて治療効果判定に利用し有益な情報が得られた。まず、放射線化学療法前後にPETを撮影し、従来の画像診断と比較した。治療前PETでは全例FDGの異常集積を示し、sensitivityは100%で、Gaシンチ、CT、MRより高かった。治療後CT、MRでは瘢痕、肉芽組織は残存腫瘍と区別できずspecificityはCT、MRで低かったが、PET(89.5%)では正確に識別可能であった。その結果、適切な手術法が選択でき、器官温存が可能になった。口腔癌におけるFDG-PETと細胞増殖能、細胞密度との関係を検討し、PETにより腫瘍の性質や放射線化学療法の効果が予測可能かどうかを評価した。FDGの取り込み量SUVを測定し、細胞増殖能、細胞密度、臨床的、組織学的治療効果と比較した。さらに、各種癌の悪性度の判定、予後予測に有用性が報告されている核小体形成領域関連蛋白(argyrophilic nuleeolar organizer regions : AgNORs)についてFDG集積との関連を検討した。SUVとAgNORsスコアとを組み合わせることにより、われわれが行っている放射線併用動
貧酸素化現象および赤潮が発生する有明海奥部の海洋構造の特性と干潟生態系衰退の原因

2005年4月2007年12月に、有明海中央部奥部海域を縦断する方向に設定した912調査地点において、冬季を除き毎月12回水質調査を行うとともに、最奥部の4調査地点では海底環境および底生生物群集の定量調査を行った。この3年間で共通に見られた現象として、梅雨明け後の7月末8月上旬の小潮時に奥部海域の広範囲にわたって海域で貧酸素水が発生したことが挙げられる。2006年8月5日には、この海域の水面下56m付近で無酸素層が観測され、海底直上でも1mg/Lを下回った場所が多かった。貧酸素水発生原因は、海底への有機物負荷の増大によって基質の有機物含量が増加したことと、酷暑のために表層水温が30°Cを超え、梅雨期に増殖した珪藻類がその熱で死滅し、その死骸が水中に懸濁している間に分解されて酸素消費に拍車をかけたことが推測された。沿岸閉鎖性海域における貧酸素水発生の原因に関する従来からの理解は、赤潮発生に伴う海底への有機物負荷量の増大にあったが、近年の地球温暖化による夏季の水温上昇が、さらに深刻な貧酸素水が発生する事態を招く原因となりつつあることがわかった。毎年夏季における貧酸素水の発生によって、奥部海域の底生生物群集は、夏季に密度および湿重量が著しく減少し、冬季に一時的に回復する季節的なサイクルを繰り返している。しかしながら、年々、冬季の回復が鈍り、スピオ科の小型多毛類およびシズクガイ、チヨノハナガイなどの環境変動に適応性の高い小型の二枚貝類しか生息できない状況となっている。この底生生物群集の著しい衰退が、同海域における底生生物に依存した食物連鎖を崩壊しつつある。このまま夏季の貧酸素水発生が続けば、有明海では、もっとも底生生物が豊かに生息する奥部海域の浅海部より海底生態系が著しく衰退し、それが有明海全体の生態系の衰退をもたらして、近い将来、生物の乏しい海域が形成される可能性が指摘される。2005年4月2006年3月まで毎月1回、有明海中央部奥部海域を縦断する方向に設定した12調査地点において水質調査を行い、8月および12月には底質の環境調査および底生生物群集の定量調査ならびに奥部海域を横断する方向に設定した6調査地点における水質調査を行った。これらの調査結果より、夏季の貧酸素化現象と大規模な赤潮を観測し、その発生過程を捉えることにより、その発生原因をさぐった。2005年の貧酸素化現象(底層水のDOが3.5mg/L以下に低下する現象)は、2004年に続いて、2005年8月下旬に、奥部海域(熊本県長洲町と長崎県有明町を結ぶ線上より北側の海域)のほぼ全域で観測された。また、赤潮も2002年から連続して奥部海域では45月、78月、1012月に3回発生している。これらの現象は、いずれも奥部海域に流入した河川水が表層の塩分を低下させて成層化した時に発生していた。表層で栄養塩濃度が急上昇し,植物プランクトンが異常増殖した。一方、底層では、夏季に表層からのDO供給量が成層構造のために低下した.

したがって,これまでの観測および過去の他機関の様々な研究結果を総合すると、奥部海域における秋季の赤潮の大規模化ならびに夏季における貧酸素化現象は1998年以降に顕著に発生しており、1997年4月に諫早湾潮受け堤防の締めきりによる潮流の現象の影響が、有明海奥部海域では成層構造の強化という形で表れていることが強く示唆された。2005年4月より継続している有明海中央部奥部海域を縦断する方向に設定した12調査地点における水質調査を、2006年度も4月12月に毎月1回行った。また、合わせて、海底環境および底生生物群集の定量調査を、有明海最奥部の4調査地点においておこなった。7月末8月上旬の小潮時には、有明海奥部で毎年貧酸素水が発生し、年々大規模化する傾向が見られるので、8月5日に有明海最奥部および諫早湾を中心にさらに15調査地点を設置し、水質調査を行った。その結果、最奥部の海底には秋季の赤潮発生によって以前よりも多くの有機物が堆積し、基質表層の有機物含量が徐々に増加する傾向が見出された。また、その場所を中心にして、夏季に貧酸素化現象が発生していた。赤潮発生が夏季の大規模な貧酸素化現象をもたらし、その発生域が徐々に拡大していることが判明した。また、2006年8月5日には、水面下56m付近にこれまでに観測された事にないようなほぼ無酸素化した層が観測され、これまでの貧酸素水発生パターンと異なり、海底からの酸素消費に加え、中層での懸濁粒子による酸素消費によって貧酸素水が発生していた。この原因は、酷暑のために表層水温が30°Cを超え、梅雨の大雨で発生した珪藻赤潮を形成する赤潮プランクトンが熱のために死滅し、その死骸が酸素消費に拍車をかけたことによることが推測された。地球温暖化による夏季の水温上昇が、諌早湾占めきりによる潮流変化がもたらした大規模な赤潮発生の効果に加わることにより、さらに深刻な貧酸素水が発生する事態を招いていることがわかった。2005年4月より継続している有明海中央部奥部海域を縦断する9調査地点における水質調査を、2007年度も4月12月に毎月12回行った。また、合わせて海底環境および底生生物群集の定量調査を、有明海最奥部の4調査地点で行った。梅雨明け後の7月8月の小潮時には、奥部海域で貧酸素水が発生し、年々大規模化する傾向が見られる。2007年は、8月のはじめに台風が接近して強風と雨をもたらしたため、2006年のように30°Cを超える表層水温の上昇は見られず、梅雨期に増殖した珪藻類が水温の極度の上昇で死滅する現象は発生しなかった。しかしながら、すでに海底に大量の有機物が堆積し、有機物含量が上昇したままとなっているので、その有機物の分解が促進され、最奥部海域の4地点(水深1015m、直線距離で約14km)でDOが0.32mg/Lの貧酸素水が発生した。底生生物群集は、夏季の貧酸素水発生のたびに密度および湿重量が著しく減少し、冬季には一時的に回復する季節的なサイクルを繰り返しているが、年々、その回復が悪くなり、スピオ科の小型多毛類およびシズクガイ、チヨノハナガイなどの環境変動に適応性の高い小型の二枚貝類しか生息できない状況となっている。そのため、この数年の底生生物群集の衰退は著しく、この海域では底生生物に依存した食物連鎖が崩壊しつつある。このような貧酸素水発生の原因となる底質の有機物含量の増加要因として、底質中の有機物の成分分析より、植物プランクトン由来の有機物の堆積が挙げられる。奥部海域では、毎年、梅雨期と秋季に赤潮が発生しているが、梅雨期には大雨で塩分成層が発達するので、底層まで沈降した懸濁粒子量には大きな増加が認められない。一方、秋季の赤潮の場合、発生した赤潮の規模が梅雨期よりも小さいにもかかわらず、塩分成層が弱いため、底層の懸濁粒子量は梅雨期をはるかに上回ることがわかった。
ロボットモデルによるタンパク質の機能発現過程の理解

主鎖構造と線形ばねで粗視化したタンパク質モデルをロボット機構と見なし,このモデルから機能発現過程の理解に有用な情報を引き出すための解析手法を考案した.これらは静的釣合状態にある外力に対する応答解析が基本となっているが,中でも,形状機構性解析と呼ぶ形状の持つ機構的性質を抽出するための解析が有効である.並列計算,再利用計算等の機能を備えた計算フレームワークを開発し,様々な系について解析を行った結果,形状機構性を含む広義のコンプライアンス特性,特に,相互作用によって生じる同特性の変動を通して機能発現過程の理解に有用な情報が得られることが分かった.タンパク質のロボットモデルは,主鎖構造と線形ばねによって構成された一種の柔軟構造体であり,そのコンプライアンス特性をロボット工学の知見により解析することが本研究の基本となる.本年度は,まず,解析アルゴリズムの拡張,具体的には「分離コンプライアンス解析」,「指定変形解析」等の導入を行った(定式化と計算機プログラムとしての実装を含む).「分離コンプライアンス解析」は,ロボットモデル上のある部位に与えられた変形が別の部位に与える変形のメカニズムを解析することを可能とし,「指定変形解析」は,モデル上に指定した領域を,指定した方向に変形させるために最も有効な力を算出することを可能とする.これらの拡張は,複数のモデル間の相互作用を理解するために有用な情報を提供するものであり,本研究において非常に重要な要素となる.さらに,限られた計算資源を有効に活用できるよう計算フレームワークの改良,特にGPGPU(General Purpose GPU)による行列計算環境の構築を行った.この行列計算環境では,GPGPUの稼働率を向上させるとともに,複数のCPUも有効活用できるよう,評価基準により選別された規模の大きな行列だけが自動的にGPGPUにより計算されるようになっている(他の計算機上のGPGPUも利用できる).本研究においては,様々なタンパク質のロボットモデルを並行して解析する必要があるが,この改良した計算フレームワークにより効率的に解析が行えるようになった.主鎖構造と線形ばねで粗視化したタンパク質モデルをロボット機構と見なし,このモデルから機能発現過程の理解に有用な情報を引き出すための解析手法を考案した.これらは静的釣合状態にある外力に対する応答解析が基本となっているが,中でも,形状機構性解析と呼ぶ形状の持つ機構的性質を抽出するための解析が有効である.並列計算,再利用計算等の機能を備えた計算フレームワークを開発し,様々な系について解析を行った結果,形状機構性を含む広義のコンプライアンス特性,特に,相互作用によって生じる同特性の変動を通して機能発現過程の理解に有用な情報が得られることが分かった.本研究では,タンパク質を主鎖構造とばねで構成された柔軟構造体として粗視的にモデル化し,これを一種の柔軟ロボット機構と捉え,ロボット工学的視点によって,そのコンプライアンス特性(外力に対する応答性)を評価することを基本とする.本年度は,主として,本手法を複数のタンパク質を含む系に適用するための理論的拡張,計算フレームワークの考案,計算機プログラムとしての予備実装を行った.まず,空間内に任意に配置した複数のモデル間にばねを配置した系について,系全体のコンプライアンス特性の評価を可能とする理論的拡張が必要であった.これに際し,一つのモデルを対象に開発した解析手法を単純に拡張するのではなく,計算の効率性を重要視した新たな解析基礎式の導出も含む形で拡張を行った.この新たな解析基礎式に基づけば,別々のCPUで計算した各モデルの計算結果を融合していくことで計算を進めることが可能となる.加えて,モデルの配置変更,モデルの追加に際して,過去の計算結果の一部を再利用することで計算の効率化を図ることも可能となる.このほか,モデルの柔軟成分だけを抽出する自由度圧縮アルゴリズムや部分的に剛体を導入するアルゴリズム等の開発も行った.さらに,これらをまとめた,計算フレームワークを考案した.このフレームワークは,モデルごとのコンプライアンス計算や自由度圧縮計算を行う複数のプロセス,計算過程を再利用可能な形で保存するためのライブラリからなる.このフレームワークの予備実装を行い,試験的に計算を行った結果,8000残基以上を含む系の解析が可能であることを確認した.タンパク質の機能発現過程を理解するためには,複数のタンパク質モデルを含む系を扱うことが不可欠である.本年度考案した計算フレームワークは,このような系の効率的解析を可能とするものであり,今後の本研究の基盤となるものである.最終年度においては,新たに,タンパク質の「局所構造の運動適合性解析」,「形状機構性解析」等を考案し,これらの定式化とプログラム実装を行った(解析結果の可視化を含む).さらに,これらと前年度までに開発した計算プラットフォームを組み合わせ,タンパク質を含む様々な系ついて解析を行った.「局所構造の運動適合性解析」は,タンパク質の局所構造の運動特性が構造全体の中で保存される度合いを評価するものである.解析の結果,特に,タンパク質の運動において重要な役割をしている部位の運動特性は,構造全体の中で概ね保存されていることが分かった.「形状機構性解析」は,タンパク質の形状に内在するロボット機構的な性質を抽出するものであり,具体的には,局所球状領域とその領域外の間の分離コンプライアンス特性を評価することにより行われる.タンパク質どうしの相互作用を含む系,4次構造形成過程など,様々な系について解析を行ったところ,例えば,阻害因子が結合することで形状機構性が全体的に低下するなど,形状機構性の変化とタンパク質の機能発現の間に密接な関係があることが明らかとなった.本研究全体の成果を以下にまとめる.

まず,解析理論面においては,ロボット工学的知見を基に,「分離コンプライアンス解析」,「変形指定解析」,「局所構造の運動適合性解析」,「形状機構性解析」等,タンパク質の機能理解に有効な解析手法を考案し定式化した.また,プログラム実装面においては,並列計算,再利用計算,自由度圧縮,解析結果の可視化等の機能を備えた,計算フレームワークを開発した.これらを組み合わせ,様々な系について解析を行った結果,タンパク質の形状機構性を含む広義のコンプライアンス特性,特に,相互作用によって生じる同特性の変動が,機能発現過程に重要な役割を果たしていることが分かった.ロボット工学前年度(1年目)は,複数のロボットモデルを含む系の解析を可能とする専用の計算フレームワーク(複数のコンピュータ上で動作するプロセスと,計算の途中経過を再利用可能な形で保存するライブラリからなる)を考案し,計算機プログラムとしての実装を行った.そして,本年度(2年目)は,複数のモデル間の相互作用に関する情報をより効率的に取得することを目指し,分離コンプライアンス解析と指定変形解析という新たな解析手法を開発するとともに,GPGPUによる行列計算環境の構築を柱とする計算フレームワークの改良を行った.なお,計算フレームワークを中心とする研究成果については平成25年8月に国際会議において発表した.また,分離コンプライアンス解析と指定変形解析を中心とする研究成果については平成26年8月に国際会議において発表することが決まっている.本研究では,タンパク質のロボットモデルを用いた解析を通し,タンパク質の機能発現過程をロボット工学の知見を活かして理解することを目的としている.タンパク質の機能発現は,内部運動を媒介とする相互作用を通して行われるため,複数のモデルを含む系の効率的な解析,および,モデル間の相互作用特性の評価は非常に重要な課題である.上述のように,これまでの研究によって,これら本研究における重要な課題がおおむねクリアできたことになる.以上の研究進捗状況を踏まえ,現在までの達成度を「おおむね順調に進展している」と判断した.これまでに開発した一分子モデルを対象とした解析手法を,複数のモデルを含む系を解析できるように拡張した(並列計算,再利用計算可能).また,モデルの柔軟成分だけを抽出することで,系の自由度を圧縮するためのアルゴリズムや部分的に剛体を導入するためのアルゴリズムの開発も行った.さらに,これらをまとめた計算フレームワーク(複数のコンピュータ上で動作するプロセスと,計算の途中経過を再利用可能な形で保存するライブラリからなる)を考案し,これをコンピュータプログラムとして予備実装した.試験的に計算を行った結果,8000残基以上を含む大規模な系について計算可能であることを確認した.本研究においては,複数のモデルを含む系について解析を行うことが必要不可欠である.ロボットモデルは粗視化モデルであるとはいえ,計算時間や使用メモリーについて十分に配慮しなくては現実的な計算を行うことはできない.