hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
気中放電路の進展と湿度との相関に関する研究

放電現象は,多くのパラメータを持った確率的現象であり,湿度は,放電の進展に影響を与える重要な因子の一つであり,多くの研究者によって,放電と湿度との相関に関する研究が行なわれている.過去における科学研究費の補助を得て行なった,放電現象と湿度との相関に関する研究により,放電現象と湿度との関係に関して,新たな知見も得られたが,今だ不明の点も多い.これらの点をふまえ,湿度コントロールを行なった実験箱中で,針一平板電極を使用し, 550mmのギャップ長における,インパルス放電路の進展と湿度との関係について,イメージコンバータカメラ,イメージインテンシファイアを用いた光学的観測,ならびに,放電遅れ時関の測定を行なった.本年度は,昨年度の成果を基に,放電の各過程について詳細な観測を行ない,多くの成果が得られた.実験結果については,未整理の部分も多いが,放電路の進展に対する湿度の影響については,インパルス放電においてはコロナの進展過程において,その影響が最も強く現われることが判明した.2年間にわたる実験結果については,未整理の部分も多いが,本研究により多くの実験結果が得られ,また,これらの中には,新たに詳細な実験研究を行ない解明すべき点も多く含まれている.今後は,得られた実験結果につき整理,ならびに検討を早期に行ない,放電路の進展と湿度との相関の解明の一助としたい.放電現象は、確率的現象であり、湿度が放電に与える影響は大きく、放電と湿度との相関について解明すべき点は多い。過去における科学研究費の補助により行なった放電現象と湿度との相関に関する研究により、多くの成果を得ているが、これらの成果より、湿度は、放電路の進展に強い影響を与えることが予測された。これらの成果を基として、湿度コントロールを行なった実験箱中で、針-平板電極を用い、550mmの各種ギャップ長における放電路の進展状況について、イメージコンバータカメラ,イメージインテンシファイヤを用いた光学的観測、ならびに、放電時間遅れの測定を行なった。本年度は、電圧印加時点より、フラッシュオーバーに至る放電の全過程の観測に重点をおき、実験研究を進めた。この結果、コロナ開始電圧に対する湿度の影響は少ないが、放電路の進展状況は、湿度に大きく依存することが観測され、放電路の進展状況と湿度との相関がはっきりと表わされた写真も撮影できた。実験結果については、未整理の部分も多いが、今後は、実験結果の解析を行なうと同時に、放電路の進展について、放電過程の各部分ごとに、詳細な光学的観測、ならびに、電気的測定を行ない、放電路の進展状況と湿度との相関について検討を行なう予定である。放電現象は,多くのパラメータを持った確率的現象であり,湿度は,放電の進展に影響を与える重要な因子の一つであり,多くの研究者によって,放電と湿度との相関に関する研究が行なわれている.過去における科学研究費の補助を得て行なった,放電現象と湿度との相関に関する研究により,放電現象と湿度との関係に関して,新たな知見も得られたが,今だ不明の点も多い.これらの点をふまえ,湿度コントロールを行なった実験箱中で,針一平板電極を使用し, 550mmのギャップ長における,インパルス放電路の進展と湿度との関係について,イメージコンバータカメラ,イメージインテンシファイアを用いた光学的観測,ならびに,放電遅れ時関の測定を行なった.本年度は,昨年度の成果を基に,放電の各過程について詳細な観測を行ない,多くの成果が得られた.実験結果については,未整理の部分も多いが,放電路の進展に対する湿度の影響については,インパルス放電においてはコロナの進展過程において,その影響が最も強く現われることが判明した.2年間にわたる実験結果については,未整理の部分も多いが,本研究により多くの実験結果が得られ,また,これらの中には,新たに詳細な実験研究を行ない解明すべき点も多く含まれている.今後は,得られた実験結果につき整理,ならびに検討を早期に行ない,放電路の進展と湿度との相関の解明の一助としたい.
ナノスケールのin vivo角層細胞間脂質分子構造解析

人体の表面に存在する角層は、角層細胞とその細胞間を埋める脂質から構成されており、生体を防御する障壁(バリア)として極めて重要な機能を果たしている。角層細胞間の脂質は、セラミド、脂肪酸、コレステロールなどの分子から構成されており、これら脂質分子はその極性に応じて特定の方向に規則正しく配向し、層板状の膜様構造(ラメラ構造)をとると推定されている。しかし、この分子構造は、電顕による形態的観察や、剥離した角層の一部、あるいは再構成した膜モデルのX線回折によって類推されたものであり、生体における分子配向は不明である。従来、生体の角層に直接X線を照射してこれら脂質の分子配向を解析することはX線ビーム幅が広く不可能であったが、昨年度からの本研究により、SPring-8で発生されるマイクロビームX線を使用すれば生体の角層からでもX線回折像を記録可能であることが明らかになった。本年度は、皮膚疾患をもつマウス皮膚表面から真皮側に直径5μmのマイクロビームX線を段階的に照射し、小角X線回折像を記録した。その結果、魚鱗癬モデルマウスの角層では、対照で観察される13nm周期の規則正しい回折像は見られず、角層細胞間脂質分子の配向が不規則で、その周期性も不均一あることが示唆された。アトピー性皮膚炎モデルマウスでは、軽症の皮膚炎部位ではほとんど回折像に異常はないが、重症の病変部では回折像の強度に変動がみられ、周期性の異常が示唆された。以上より、SPring-8で発生されるマイクロビームX線は生体の角層バリアの分子構造を評価する上で、極めて有用であると考えられた。角層の細胞間を埋める脂質は、セラミド、脂肪酸、コレステロールなどの分子から構成され、皮膚のバリア機能を担う重要な役割を果たしている。角層細胞間では、これら脂質分子が極性に応じて特定の方向に規則正しく配列し、層状の膜構造(ラメラ構造)を形成して安定に存在すると想像されている。しかし、この構造は、電顕による形態的観察や、剥離した角層の一部、あるいは再構成した膜モデルのX線回折像からシミュレートされたもので、in vivoにける角層細胞間脂質の構造の実体は解明されていない。従来、皮膚に直接X線を照射して角層細胞間脂質の構造を解析することはX線のビーム幅が広く不可能であった。しかし、80億電子ボルトの加速エネルギーにより世界最高性能のマイクロビームX線を発生することができる大型放射光施設SPring-8を使用すれば、生きた皮膚の角層に直接X線を照射して角層細胞間脂質の分子構造を反映するX線回折像を観察することが可能である。本年度は、まず、成獣マウス皮膚を対象に直径5μmのマイクロビームX線を照射し、in vivoの角層から得られるX線回折像を記録した。X線は角層表面から真皮側に向かってビームを移動し、経時的に小角X線散乱の回折像をCCDカメラにより記録した。その結果、ヘアレスマウス皮膚では13nm周期の層状結晶構造に由来する回折像が得られた。次に19.5日目のB6マウス胎仔皮膚に対して同様の小角散乱実験を行い、同様の13nm周期の規則正しい配向を示す結晶構造由来の回折像を記録することができた。従来のin vitroの研究では、より短周期の層状構造の存在が示唆されていたが、今回のin vivoの実験からは、短周期層状構造に由来する回折像は認められなかった。次年度には、アトピー性皮膚炎、魚鱗癬モデルマウスを用いて病的皮膚における角層細胞間脂質構造解析を実施する予定である。
O.minuta酵母の基礎生物学を進めるための遺伝学的基盤解析系の確立

異種タンパク質生産に適したメタノール資化性酵母Ogataea minutaにおいて、自在な遺伝学的解析を可能とする系の構築を試みた。接合型を決定するMAT遺伝子座位の解析を行ったところ、MAT遺伝子座の外側に一組の逆向き反復配列が存在し、この反復配列に挟まれたDNA領域が反転することにより接合型変換が生じることを明らかにした。また、本種が二倍体として栄養増殖できることを明らかにした。さらに、O. minutaの自律複製配列の候補となるDNA断片を12種類取得することに成功した。メタノール資化性酵母Ogataea minutaにおいて自在な遺伝学的解析を可能とすべく、有性生殖が可能な株を確立し、また、染色体に組み込まれることなしに自律的に複製可能なプラスミドの構築を行うことを目的とする。平成26年度は、以下のような研究を行った。O. minutaNBRC10746株がa型もしくはα型のどちらの接合型であるかを、RT-PCR法により調べた。その結果、本株ではMATa1遺伝子が発現しており、a型であることがわかった。いっぽう、NBRC 10746株を改変して作製したYRI1株では、MATa1、MATα1、MATα2のすべてが発現しているという結果が得られた。これらの株のMAT遺伝子座付近の塩基配列を詳細に検討したところ、この酵母種ではMAT遺伝子座を挟むように逆向き反復配列が存在し、この箇所に逆位を生じることにより接合型の相互変換が起こることが明らかになった。また、この逆位による接合型変換は、栄養培地での培養中に生じることが明らかになった。RT-PCRの鋳型となるDNAを単離するための培養時に、YRI1株では接合型変換が生じた集団が出現した結果、先述の結果になったと考えられる。O.minutaゲノム上の自律複製配列(ARS)をプラスミドに挿入することにより、染色体上に組み込まれることなしに酵母細胞内で複製可能なプラスミドを構築することができる。これを実現するため、O. minutaのゲノムDNAを染色体組み込み型プラスミドに挿入したライブラリを作製した。このライブラリをO. minuta株に導入し、プラスミドを染色体に組み込むことなしに保持している株をスクリーニングすることにより、ARSの候補となるDNA断片を11種類得ることができた。平成27年度は、以下のような研究を行った。O. minutaNBRC10746株が接合・胞子形成を行う条件を探すため、ゲノム上のTDH1遺伝子座位にハイグロマイシンB耐性遺伝子を挿入した株と、ゲノム上のAOX1遺伝子座位にゼオシン耐性遺伝子を挿入した株を作製した。これらの株を様々な培地の上で混合し、いくつかの温度条件下に置いた後、ハイグロマイシンBかつゼオシン耐性の株が得られるかを調べたところ、2%モルトエキス培地上に25°Cで置いた場合に両薬剤に耐性の細胞が得られ、この条件を用いれば効率的に接合・胞子形成を起こすことができることを明らかにした。前年度に取得した、自律複製配列(ARS)の候補を含むプラスミドの保持率を測定した。多くのプラスミドは一晩培養すると、保持率は5%程度にまで低下したが、ときおり100%近い保持率となる場合があることを見出した。環状プラスミドであってもゲノム上に取り込まれるイベントが生じ、このときに保持率がほぼ100%を示すと考えられる。ARSのみをプラスミドに導入するのでは高保持率が期待できないことがわかったため、セントロメア配列をゲノム上から探すこととした。O. minutaNBRC10746株の接合型はα型であることが前年に判明している。同一バックグラウンドでa型の株を取得することを試みた。いろいろな条件を試した結果、胞子形成条件においた細胞を50°Cで10分処理することにより、a型株を取得することに成功した。熱を加えることにより、胞子が濃縮されたためと考えられる。交付申請書に記述した研究実施計画におおむね沿った形で研究が進められているため。平成28年度は、以下のような研究を行った。前年度に取得したO. minutaNBRC10746alpha株と、二重薬剤耐性(ゼオシンおよびハイグロマイシンB)を利用することにより、NBRC 10746株における二倍体を取得することに成功した。この二倍体株は一倍体に比較して約1.3倍の大きさであり、倍増時間や形態は一倍体株とほぼ同一であること(YPD培地、30°Cにおける倍増時間約120分、扁平率約90%)を明らかにした。また、この二倍体株が効率よく胞子形成を行わせる条件を見出し、マイクロマニピュレータによる胞子の四分子解析に成功した。これより、O. minutaにおいても遺伝学的解析手法が適用可能であることを明らかにした。

前年度に取得した自律複製配列(ARS)保有プラスミドの有効性を調べるため、グリコシルホスファチジルイノシトールの脂質リモデリングに関与するPER1遺伝子の破壊を試みた。その結果、O. minutaにおいてper1遺伝子破壊株は重篤な増殖遅延を示すことを明らかにした。この増殖遅延の表現型は、O. minutaのARSおよびPER1遺伝子(Saccharomyces cerevisiae由来あるいはO. minuta由来)が挿入されたプラスミドを導入することにより相補されることを見出した。これにより、ARSを含むプラスミドがO. minutaにおいて実用可能であることを明らかにした。異種タンパク質生産に適したメタノール資化性酵母Ogataea minutaにおいて、自在な遺伝学的解析を可能とする系の構築を試みた。接合型を決定するMAT遺伝子座位の解析を行ったところ、MAT遺伝子座の外側に一組の逆向き反復配列が存在し、この反復配列に挟まれたDNA領域が反転することにより接合型変換が生じることを明らかにした。また、本種が二倍体として栄養増殖できることを明らかにした。さらに、O. minutaの自律複製配列の候補となるDNA断片を12種類取得することに成功した。交付申請書に記述した研究実施計画におおむね沿った形で研究が進められているため。おおむね今の方向性を保ちつつ、さらなる研究の進展を図る。遺伝学、分子生物学おおむね今の方向性を保ちつつ、さらなる研究の進展を図る。研究補助者の雇用期間が当初想定していた期間よりも短くなったため、平成27年度には人件費として想定していた額に残額を生じた。雇用期間の関係で、平成26年度に人件費として想定していた額を実際の使用額が下回ったため、次年度使用額となった。平成28年度においては、次年度使用額を充当して研究補助者を当初計画の期間より長く雇用することとし、研究の加速を図る計画である。平成27年度においては、次年度使用額の分を充当して研究補助者を当初計画していた期間より長く雇用することとし、研究の加速を図る計画である。
血圧測定時の内皮傷害？　カフ圧迫後の内皮機能低下現象の解明と動脈硬化診断への応用

一般的な血圧測定では上腕にカフを巻き,血圧以上に加圧して上腕動脈を閉塞し,その後,徐々に減圧する際の血流回復の様子を計測して血圧を知る.この際,血管が圧平されることが血管壁にどのような影響を与えるのか調べるため,上腕動脈の内皮機能を臨床で頻用されるFMD法で計測,平滑筋機能を我々が開発したPMC法で計測し,血管圧平の影響を調べた.その結果,血管圧平により内皮機能が低下するが,平滑筋機能は変化しないこと,また,内皮機能の回復は若年者ほど早い可能性が示唆された.また,この現象を動物で再現する実験系の確立も進めた.血圧計測時の圧平が血管壁に与える影響を調べるため2年間の研究を進めている.研究2年目の本年度は,前年度に引き続き血圧測定を模擬した血管圧平前後の内皮細胞と平滑筋の機能変化のデータを蓄積した.具体的には,上腕にFMD/PMC計測装置の密閉容器を装着し,末梢の前腕部をカフで5分間駆血し,血流を再開した後の上腕動脈の径拡張量(FMD)を超音波プローブで測定した.次に密閉容器内に陰圧をステップ状に負荷して上腕動脈を受動拡張させた後の径収縮量(PMC)を計測した.この後,一旦,密閉容器を取り外し,上腕部にカフを巻き,カフ圧を収縮期血圧と拡張期血圧の平均圧で30心拍保持するなどして血管を圧平した.その後,再び容器を装着し計測を行った.その結果,何れの被験者でも,FMD値は血管圧平により半減したが,20歳代の学生では24時間後に元のレベルに戻っていた.一方,回復の程度は加齢により低下し,50歳代では回復に4日以上を要することが判った.一方,PMC値については血管圧平に伴う変化は見られなかった.これより血管圧平によりFMD値が低下すること,この回復には年齢により差があることが示唆された.家兎総頸動脈でin situにてFMDを再現する実験系の確立については,血管周囲を満たす生理食塩水の温度が低下しないよう加温系を工夫するととともに,この中に希薄ノルアドレナリンを加えることでFMD現象を生じさせることに成功した.また,血圧計測を模擬した血管の圧平により,FMDが有意に低下しおよそ1/2になることも明らかとなった.更に,FMDが低下した総頸動脈の内面をエバンスブルー染色により観察したところ,内皮細胞が剥がれることによる青染部分は圧平部位の5%以下しか観察されず,FMD低下の原因が血管圧平に伴う内皮細胞の剥離により生じるものではない可能性が示された.一般的な血圧測定では上腕にカフを巻き,血圧以上に加圧して上腕動脈を閉塞し,その後,徐々に減圧する際の血流回復の様子を計測して血圧を知る.この際,血管が圧平されることが血管壁にどのような影響を与えるのか調べるため,上腕動脈の内皮機能を臨床で頻用されるFMD法で計測,平滑筋機能を我々が開発したPMC法で計測し,血管圧平の影響を調べた.その結果,血管圧平により内皮機能が低下するが,平滑筋機能は変化しないこと,また,内皮機能の回復は若年者ほど早い可能性が示唆された.また,この現象を動物で再現する実験系の確立も進めた.血圧計測時の圧平が血管壁に与える影響を調べるために,2年間にわたる研究を進めている.研究初年である本年度は,主にヒト上腕動脈を対象とし,様々な年齢・性別の被検者について,現有するFMD/PMC計測装置を用い,内皮機能の指標としてFMD値,平滑筋機能の指標としてPMC値を血圧測定操作を模擬した血管圧平の前後で計測した.具体的には,上腕にFMD/PMC計測装置の密閉容器を装着し,末梢の前腕部をカフで5分間駆血し,血流を再開した後の上腕動脈の径拡張量を測定した(FMD計測).次に密閉容器内に陰圧をステップ状に負荷して上腕動脈を拡張させた後,上腕動脈の径収縮量を計測した(PMC計測).この後,一旦,密閉容器を取り外し,血圧計測を模擬した血管圧平を行った.即ち,上腕部にカフを巻き,カフ圧を収縮期血圧と拡張期血圧の平均圧で30心拍保持することで血管を圧平した.その後,再び,容器を装着してFMD計測とPMC計測を行った.以上より,血管圧平前後でのFMD値,PMC値の変化を比較した.その結果,何れの被験者においても,FMD値は血管圧平により半減したが,20歳代の学生3名では24時間後には元のレベルに戻っていることが判った.一方,35歳より上の被験者3名ではFMD値の回復に4日程度を要することが判った.一方,PMC値については血管圧平に伴う低下や上昇は見られなかった.これより,血管圧平によりFMD値が低下すること,この回復には年齢により差が有ることが示唆された.また,家兎総頸動脈でin situにてFMDを再現する実験系の確立についても検討を開始し,血管を周辺組織から剥離して血管径を明瞭に観察する方法,血管を動かさずに血流を途絶・再開させる方法,血管にカフを巻いて圧平する方法などを確立したが,まだ明瞭なFMD現象の再現には至っていない.ヒトでの上腕動脈圧

平前後でのFMD/PMC値変化の計測に関しては,研究開始当初の実験担当者の不慣れもあり,データ数が余り多くは得られていないが,翌年度進める予定であった家兎総頸動脈を用いたFMD再現実験が相当程度進んで居るから.ヒト上腕動脈圧平前後でのFMD/PMC値の変化に関し,データの蓄積を計る.その後,現状の血管圧平プロトコルは実際の血圧計測よりも圧平回数が多い可能性があるので,プロトコル変更し,通常の血圧測定を行った場合にどうであるのか,調べる.家兎総頸動脈におけるFMD応答の再現実験に関しては,血管周囲を満たす液体の温度が低下しないよう更に加温系を工夫したり,剥離量を減らすなどの工夫をしてFMD現象が再現されるようにする.その後,血管圧平後の内腔名をSEMで観察するなど予定した観察を進める.4000円弱と小額であるので,来年度に合算使用する.
日本における「生き物供養」「何でも供養」の連環的研究基盤の構築

本年度は中国・台湾で研究成果を発表して日本の生き物供養の意義を問うた。また、ホームページに搭載するコンテンツを増やすだけでなく、所在を示す地図ナビゲーションの運用方法を従来のGoogle MapからOSM(Open Street Map)への対応に改めた。研究分担者との情報交換は個別に密に行ったが、そこにおいてホームページの果たした役割は大きかったといえよう。なお、参考情報のナビゲーション充実のために進めてきた『古事類苑』動物部の全文入力作業は今年度で終了した。このデータの利用には、さらに高次で有効な利用も可能なので、今後は『古事類苑』に焦点をあてた成果の発表も積極的に進めることで、他の部の入力と併せ、ナビゲーションの充実を図りたい。上記概要を以下に例示すると次の通りとなる。1.ホームページの更新と改良:搭載データの更新を行った。その際、碑の位置情報表示をこれまでGoogle Mapで行ってきたが、Googleが2018年6月から月のアクセス数が2万8千を超えるサイトにはプロテクトをかける方針に変更したため、本研究の供養碑データベースも月替わりの初日あるいは早々にプロテクトにより正常に表示出来なくなる状態に陥った。そのため、Open Street Map(OSM)を利用した情報提供のデータベースへと変更を行った。2.ナビゲーション機能の充実:供養碑のカテゴリーを古事類苑の部門と連携させたナビゲーションの本格運用を始めた。また、それが有効に機能するようにアイコンを作成し、整えた。3.ペット供養の取材:近年盛んになったペット供養の実態を調査するために、取材先に霊園も増やして調査を行った。4.台湾調査の充実:日本による統治の影響を受けたため、台湾に於ける生き物供養には、中国と日本両方の影響が見られることが分かり、獣魂碑と畜魂碑や文字供養碑を中心に調査を深めることができた。文字供養碑や獣魂碑と畜魂碑については台湾全土レベルで所在をほぼカバーできた。その他、日本国内における蚕供養についても悉皆に近い調査結果を得る事ができている。さらに、google Map非依存の地図情報ナビゲーションに移行できたことは、当初の計画以上の成果であった。(1)データの新たな追加は続けるが、研究期間内に全部を網羅することは不可能なほどに該当の供養碑が存在していることが明らかになってきた。そのため、重点を絞った調査・分析につとめ、まず第一に日本全県単位で未踏県のないようにすることを心がけたい。その際に、地域により供養碑のありように差があるのかという観点で分析・調査を行うようにつとめる。たとえば、馬頭観音が日本の東西で祀られ方が異なることの多いことが判明してきていることから、今年度は西における実地調査を進めることで、東西の日本文化の表象的差異を明らかにするなど、網羅性を担保しつつも、さらに発展的な研究に繋がるような素材の蒐集につとめる。(2)海外調査は、台湾を重点的に進める。特に、桃園空港ー台北線が開通して便利になったこともあり、沿線に残される日本統治時代の供養碑の調査を進める。なお、研究協力者のツテを頼ってのことであるが、中国大陸で確認される供養碑の実態調査と、近年流行の兆しを見せ始めたペット供養の実態の調査を行う。(3)データベースUIの向上:データベースの視認性とインターフェイスの向上をはかる。とくに、前年度まで使っていた無償のGoogleMapが、Googleを利用した無償サービスのアクセス回数を超えたため、マップが正しく表示されない現象が現れるようになったため、新たにOpen Street Map(OSM)の適用に変更したことにより、障害は回避できるようになったが、まだ操作に習熟しているとは言い難い状況なので、今後はそれへの習熟を新たな課題としたい。なお、『古事類苑』の入力についてはデータの整備と『器物部』の一部を入力対象にすることを予定している。今年度の供養碑取材で最も大きな特徴は、ペット霊園を加え始めた点である。この種の霊園は、古いものでは江戸時代から存在したが、近年になってからは相当に数を増やしてきている。しかも、ペットと同じ墓に入るものも少なくなく、事情はさまざまである。さらには、中国でもペット霊園が確認されるようになったようである。このことは、経済力の向上で生活に余裕が生まれたためとむいえようが、対して日本におけるペット霊園はホームページでも数多くが見受けられるようになったことは、本研究の期間内の達成目標を改めて再設定する必要が浮上してきたといえる。研究成果の発表については、本研究主題をテーマとするセッションを和漢比較文学会(於:国文学研究資料館)で開催した。内容は、研究代表者による趣旨説明に続いて、研究分担者の発表2件およびプロジェクト研究員の発表1件の4件の発表を行い、参加者60余名の3分の2が懇親会まで参加するという好評を得た。また、蓄積されたデータ要した研究も、さまざまな視点で可能になってきた。特に、橋の供養碑は、橋の完成によって、それまで苦労を掛けていた牛馬の安楽に導く点で供養になることが、願文の記述や、馬頭観音の位置関係から実証されるようになってきたことは、大きな成果である。さらに、海外での講演も行った。文学・情報、文化などさまざまな視点から論じることの出来る内容は好評を博している。供養対象物は今後もますます多様なものになると予想されるが、その全貌を把握するために、対象の分類を『古事類苑』の見出し(分類目録)に集約させることでインターフェイスの簡素化をはかる準備を整えた。

具体的には、供養対象物のアイコンを作成し、次期データベースの改良時に、これらのアイコンを反映させる予定である。また、多言語化も進めて、供養対象物の中国語訳を行った。これらはすべて平成29年度に予定していたことだったが、一足早く準備が整った。研究2年目を終えた2018年3月末段階での供養データ件数は2518件、3016枚の写真枚数を数えた。近年は特に台湾において、類似のテーマを扱う研究も増えてきた。それらの成果も取り入れつつ、独自性をどこに出していくかについて、研究分担者に適宜業績を紹介し、情報を共有するとともに、実地踏査箇所の面で協力を仰ぐようにつとめた。データベースのインターフェイスについては、分類に『古事類苑』に従った分類を新たに立てた。すなわち、動物・器用・地・天・文学・方技・服飾・植物・産業・神祇・遊戯の11部門に大別して階層化構造によるインデックスを別に設け、インターフェイスの多重化を図った。また、公開データベースにSQL式の雛形を用意することで、掛け合わせ検索による複数の供養碑の相関性を求めることができるようにした。現在、馬頭観音・橋供養碑・道供養碑に相関関係があることを把握しているが、その実証サンプルを集積するために東京近郊を中心に重点的に取材を進めている。そのために、地方史や自治体のホームページからの情報を網羅的に調査し、随時実地踏査を行った。また、台湾の文字供養碑・義犬供養関係資料を入手した。これにより、日台における供養観の比較を行う事が可能となり、その成果を次年度に発表することとした。なお、研究成果を発表した際の助言に従って、今年度から建碑時期の記録の他、供養されるべき事柄が発生した時期も記録するようにつとめ、改めてデータの再検討を行う作業を開始した。古事類苑の項目を利用したユーザインターフェイスの構築は予想以上早く完成し、公開データベースにて検索可能とした。搭載されるデータ件数も、全体の目標の半数に到達した。研究2年目でこれだけの数に達したことは当初の計画を上まわる収集速度である。本年度は中国・台湾で研究成果を発表して日本の生き物供養の意義を問うた。また、ホームページに搭載するコンテンツを増やすだけでなく、所在を示す地図ナビゲーションの運用方法を従来のGoogle MapからOSM(Open Street Map)への対応に改めた。研究分担者との情報交換は個別に密に行ったが、そこにおいてホームページの果たした役割は大きかったといえよう。なお、参考情報のナビゲーション充実のために進めてきた『古事類苑』動物部の全文入力作業は今年度で終了した。このデータの利用には、さらに高次で有効な利用も可能なので、今後は『古事類苑』に焦点をあてた成果の発表も積極的に進めることで、他の部の入力と併せ、ナビゲーションの充実を図りたい。上記概要を以下に例示すると次の通りとなる。1.ホームページの更新と改良:搭載データの更新を行った。
生物色素に着目した教材・カリキュラム研究

本年度の教材研究では、色素の生物濃縮を可視化するモデル生物・最適色素の検討および、色素の抽出・検出法の検討を行った。生物濃縮を可視化するモデル生物としては、アメリカザリガニを用いた先行研究を参考に、同様の甲殻類であるタマミジンコや白色のサワガニブルーに対する給餌による体色変化の観察を行った。その結果、アメリカザリガニ同様に食べ物に含まれる色素により体色変化が観察できることを見出した。また、甲殻類以外の生物種でのモデル生物教材の探索として、サケ科魚類であるニジマスの飼育装置を組み立て、飼育を開始した。色素の抽出・検出法の検討においては、学校でも扱われている薄層クロマトグラフィーをはじめ、株式会社ユニフローズにより学校教育用に開発されたe-HPLCことりを用いて、アスタキサンチンの分離条件の検討を行った。基礎的研究では、国外のカリキュラムデザインの実態を把握するためにミシガン州立大学のJ.クレイチェック教授のもとを訪問し、連携を行っている。面接ではミシガン州での同氏の取り組みや問題解決型学習の具体的方法について質問を行い、知見を得た。また、本研究について色素の単元計画のアドバイスとして問題の配置や探求の過程の明確化という視点を頂いた。訪問の後には米国での科学教育の取り組みの一貫としてシカゴ科学博物館を訪れた。生物に関する体験型展示の方法や子どもたち向けの実験教室など日本国内の物よりも規模が大きく、また、頻繁に多くの人々が訪れていることを知ることができた。科学的素養の育成という視点から教育環境の重要性を知ることができた。教材研究では、色素の生物濃縮を可視化するモデル生物・最適色素の検討として、予備実験レベルにおいて、カロテノイド色素であるオレンジ色のアナトー色素含有餌を作製し、体色の白いサワガニブルーやタマミジンコに対して給餌試験を行った。その結果、マクロなレベルでオレンジ色に体色変化させることに成功した。また実験室レベルでの飼育試験として、ニジマスの幼魚が飼育できる装置を組立て、飼育を開始した。もう一つの課題である色素の抽出・検出法の検討では薄層クロマトグラフィーやHPLCで色素の分離ができるようにアスタキサンチンの分離条件の検討を行った。理論研究では科学的探究の方法としての理科教育の在り方について検討を進めている。具体的にはどのような単元構成が探究の方法を深めるのか、という視点での検討である。教材研究に応じた単元開発を更に進めていきたい。本年度は、赤色のアスタキサンチンやオレンジ色のアナトー色素含有餌によるサワガニやミジンコの体色変化や色素の分離条件の検討を行った。次年度は他の色を呈するカロテノイド色素も用いて、サワガニやミジンコ以外にダンゴムシなどの他の甲殻類を対象にして、モデル生物教材や色素の分離条件の検討を行う。またサケ科魚類における体色変化も同様に餌の開発を行いながら観察を行う予定である。さらに、餌や紫外線などにより体色変化のおこる両生類や爬虫類などにも生物種を広げ、色素の抽出や遺伝子レベルで体色の要因となる合成遺伝子に着目した教材開発も行っていく。具体的には脱皮の皮から色素やDNAを抽出し、見た目の色の要因を化学的、遺伝学的な視点からアプローチできる教材開発を行っていく。理論的研究ではこれまで開発してきた教材を用いた単元の内容構成の総括を行いたいと考えている。更には、本研究で提案した単元が現在の新学習指導要領においてどの点に位置づくのか、評価基準にも照らすことによって運用可能性を見出したいと考える。

もう一つの課題である色素の抽出・検出法の検討では薄層クロマトグラフィーやHPLCで色素の分離ができるようにアスタキサンチンの分離条件の検討を行った。理論研究では科学的探究の方法としての理科教育の在り方について検討を進めている。具体的にはどのような単元構成が探究の方法を深めるのか、という視点での検討である。教材研究に応じた単元開発を更に進めていきたい。本年度は、赤色のアスタキサンチンやオレンジ色のアナトー色素含有餌によるサワガニやミジンコの体色変化や色素の分離条件の検討を行った。次年度は他の色を呈するカロテノイド色素も用いて、サワガニやミジンコ以外にダンゴムシなどの他の甲殻類を対象にして、モデル生物教材や色素の分離条件の検討を行う。またサケ科魚類における体色変化も同様に餌の開発を行いながら観察を行う予定である。さらに、餌や紫外線などにより体色変化のおこる両生類や爬虫類などにも生物種を広げ、色素の抽出や遺伝子レベルで体色の要因となる合成遺伝子に着目した教材開発も行っていく。具体的には脱皮の皮から色素やDNAを抽出し、見た目の色の要因を化学的、遺伝学的な視点からアプローチできる教材開発を行っていく。理論的研究ではこれまで開発してきた教材を用いた単元の内容構成の総括を行いたいと考えている。更には、本研究で提案した単元が現在の新学習指導要領においてどの点に位置づくのか、評価基準にも照らすことによって運用可能性を見出したいと考える。本年度計画していた生態調査や比較研究のための海外調査の日程が調整できなかったため、旅費予算が使いきれなかった。次年度にこれら調査に行く予定である。またモデル生物の仕入れ時期が調整できず、予算が残ってしまったため、次年度にモデル生物の探索を行う予定である。
照射装置内に組み込んだビデオカメラによる高精度定位集光照射

ライナックによる定位集光照射(radio-surgery)は通常の放射線治療に用いる装置を利用するため、専用機であるガンマナイフよりもはるかに経済性に優れている。半面ではライナックradio-surgeryはともすれば精度面、安全面がおろそかになる危険をはらんでいる。1mm以下の幾何学的精度があると言われる、ガンマ・ナイフと同程度の位置設定を可能とするため、Beam′s Eye Monitorを利用した位置決めシステムをした。Beam′s Eye Monitorは、ライナックの光学的に線源等価位置に小型CCD TVカメラを設置し、固定装置の照準器と併用してリアルタイムの位置モニターを可能とするものである。水と等価なファントム材料を用いて、線量分布測定用のファントムを作成した。モニター装置を慶応大学医学部放射線科のライナック装置(三菱ML6M)に取り付け、照射精度、安定性を確認し、ファイルを用いて、線量分布の測定を行なった。精度試験のため、照射中心に小球を置き、照射をおこないBeam′s Eye Monitor像を記録した。小球が常にモニター像の中心に見れれば小球が正確に照射されることとなる。CCDカメラの画像をビデオ入力装置により、コンピュータに取り込み、照準器の十字線のズレを検知した。その結果、位置決め精度は0.3mm以内であることが確認された。さらに、臨床応用を考慮すると、精度、安定性は重要であるので、更に患者治療時にも照合写真が撮影できる装置を開発した。この装置を用い、臨床例でも精度を調査したが、その結果、ほぼ同様の精度で位置決め可能であることが判明した。
古細菌を特徴づけるジフィタニルグリセリル蛋白質に関する研究

ハロバクテリアにおいて放射性メバロン酸由来の脂質修飾タンパク質を見いだし、その構造解析からそれらが古細菌特有のジフィタニルグリセリル化タンパク質であることを明らかにしてきた。この研究を進展させるために行った今年度の成果を以下に示す。◎ジフィタニルグリセリル化タンパク質のタンパク質部分の特定をするために、種々のカラム条件を検討しこれらのタンパク質の精製を試みた。ブチルトヨパールでの疎水クロマトグラフィによって吸着する放射性タンパク質は、オクチルグルコシドによる段階的濃度勾配法により溶出した。その後DEAEイオン交換クロマトグラフィでの食塩による濃度勾配法をもちいて放射性タンパク質を分離精製した。三種の主な放射性タンパク質が分離されたが、これらの画分のSDSポリアクリルアミド電気泳動解析から21kDaに相当するタンパク質は単一であることがわかり、現在そのタンパク質の構造解析をしている。◎メバロン酸由来のジフィタニルグリセリル化タンパク質を主な脂質タンパク質として持つハロバクテリアにおいて、放射性のゲラニオール、ファルネソ-ル、そしてゲラニルゲラニオールのとりこみ研究もおこなった。その化合物もSDSポリアクリルアミド電気泳動解析から、タンパク質へ取り込まれることが確認された。特にゲラニオールに関して更に詳細に検討し、放射性ゲラニオールはハロバクテリア特有の糖結合ドリコール化合物群へ取り込まれることも見いだされた。またゲラニオールは、低濃度で同細菌の成長を止め、高濃度では容易に溶菌作用を示した。培養外液のゲラニオールは菌体の中に取り込まれ酸化されゲラニル酸として菌体外に放出されることも示された。今後、ジフィタニルグリセリル化タンパク質生合成系の解明を中心にゲラニオールによるハロバクテリアの成長阻害との関係も追求していく予定である。
推論の複雑性に関する圏論的アプローチ

本研究は認知課題難度の背景にある神経生理学的プロセスを特定する目的で行われた。圏論における直積あるいは直和によって定義される課題難度が神経生理学的なレベルにおける前頭-頭頂間同期性に対応しているという仮説を立て、それを検証する実験を行った。その結果、視覚探索課題における標的定義次元数(直積の引数)やカテゴリ判断課題におけるオブジェクトのパーツ数(直和の引数)が増加するに伴って、前頭-頭頂間同期性が強くなることが示された。推論能力の違いを決定している要因について、これまでの作業記憶負荷に基づいた理論では結果を十分には説明できていない。これに対して、我々は圏論に基づいた新しいアプローチを考案し、課題関連次元の統合および分離(直積および直和)が重要であると提案した。本年度は実験的研究および理論的研究を行った。実験的研究では、課題遂行中の脳波の位相同期性を解析し、そのデータに基づいて理論の検証を行った。実験参加者は妨害刺激の中に提示された標的の位置判断課題を遂行した。刺激は3次元(色、方位、周波数)の特徴で構成されており、標的を特定するのに必要な直積の次元数(production arity)を独立変数として操作した。刺激提示後200-250ms区間の前頭一頭頂間における低ガンマ帯域(22-34Hz)の位相同期性を解析した結果、直積の次元数(unary,binary,and ternary)の増加に伴って同期性がほぼ線形に高くなることが明らかになった。一方、高ガンマ帯域(36-56Hz)では直積の次元数の効果は認められなかった。これらの結果は、直積処理が高次な認知活動に関連しており、位相同期性を指標として評価可能であることを示している。また、本研究では位相同期性解析のための統計手法の開発も行った。位相同期性解析では、膨大な数の多重比較が必要であるため、有意性検定の修正が困難であった。そこで、optimal discovery手続きを発展させ、第一種過誤の危険率を維持したまま位相同期性解析の検出力を向上させる方法を提案した。さらに、理論的研究では、プルバックを用いて、課題関連次元に何らかの制約があるような場合にも適用できるように圏論的アプローチを拡張した。この拡張は次年度以降の実験的研究を進める上で重要であると考えられる。本研究の目的は、圏論に基づいて複雑な事象に対するヒトの認知メカニズムを理解することにある。この目的に沿って、本年度も昨年度に引き続き、実験、理論、方法論の3つのアプローチを行った。(1)実験的アプローチでは、圏論における直積の引数をパラメトリックに3段階(一次、二次、および三次)で操作した視覚探索課題を用いて、脳波の位相同期性を検討した。その結果、標的の定義次元数(すなわち直積の引数)の増加に伴って前頭-頭頂間の位相同期性が線形に増加することが明らかになった(Phillips, Takeda, & Singh,2012)。この結果は、圏論の直積に基づいた複雑な事象の認知プロセスにおいて、脳内の位相同期性がその過程を反映することを示唆している。(2)理論的アプローチでは、quasi-systematicityをもつ課題(例えば、色と方位の2属性の直積において赤と垂直および青と水平は結合されるが、赤と水平の間に系統的な結合がない課題)においても、ファイバー積(プルバック)の概念を援用することで圏論による説明が可能であることを示した(Phillips & wilson,2011)。本理論に基づくと、上記の視覚探索実験における標的定義特徴次元(色、方位、周波数など)の数はファイバー積の引数に対応させることができる。(3)方法論的アプローチでは、脳波の位相同期性解析における多重比較の問題について新しい統計手法を提案した。位相同期性解析では、時間×周波数×電極ペアの計測値に対して多重比較を行い、その統計値を修正する必要があるが、これまでの方法では第2種の過誤が起きる可能性が高かった。これに対して、optimal discovery procedureの適用など、統計解析方法を発展させた(Singh, Asoh, & Phillips,2011)。この目的に沿って、実験的研究と理論的研究を行った。実験的研究:我々が提案している圏論的アプローチでは、直積および直和の引数が認知的複雑性を定義していると想定している。昨年度までに行った実験的アプローチでは、視覚探索課題における直積の引数(標的を定義している特徴の次元数)を系統的に操作し、前頭ー頭頂間の位相同期性が引数の増加に応じて強くなることを明らかにした。そこで本年度は、認知課題における直積と直和の双対原理を確認するため、直和の引数を段階的に操作し、前頭ー頭頂間位相同期性との関係性を検討した。実験参加者は画面上に提示されたオブジェクトが乗り物か否かの判断をするカテゴリ判断課題を遂行した。

オブジェクトは1個のシルエット、2個あるいは3個に空間的に分割されたシルエットで提示され(引数13に対応)、分割されている刺激を判断するにはオブジェクトを結合する(直和を求める)必要があった。実験の結果、引数の増加にともなって刺激提示後200-400 ms×30-40 Hz帯域の前頭ー頭頂間位相同期性の増加が観察された。この結果は、昨年度の直積を検討した視覚探索の結果(引数の増加に伴う175-225 ms×30ー38 Hz帯域位相同期性の増加)とオーバーラップしている。カテゴリ判断課題を用いた直和の結果について更なる分析が必要であるものの、これらの結果を総合すると、複雑な認知における圏論的計算原理が前頭ー頭頂間の位相同期によって実装されているとする仮説を一般化できる可能性を示している。理論的研究:これまでの圏論的アプローチを発展させ、数学や言語などにおいて扱われているような再帰的構造にも適用できるように拡張した(Phillips & Wilson, 2012, in press)。3つのアプローチ(実験、理論、方法論)のいずれにおいても新しい成果があり、これらが国際誌にも掲載されていることから、概ね順調に進展していると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度までに、圏論における直積処理の引数と前頭-頭頂間の脳波位相同期性の関連について明らかにしてきた。最終年度は、直和処理が脳波位相同期性に与える影響について仮説の実験的検証を行う。さらに、圏論における直積および直和が様々な推論過程の基礎となっており、個人の推論能力を決定しているという仮説を検証するため、脳波位相同期性について個人内での安定性を確認する実験を行う。
哺乳類の神経分化を制御する細胞内分子機構

哺乳動物の神経発生過程では、初期には未分化神経前駆細胞が維持されるが、後期にはこれらの細胞からニューロンやグリア細胞が分化し、複雑な脳神経系が形成される。我々は、この過程の細胞内分子機構を明らかにするために、bHLH因子に注目し解析を行った。膜蛋白Notchは未分化状態の維持に重要であるが、Notchが活性化されると抑制性bHLH因子Hes1およびHes5の発現が増加した。Notchの機能にHes1やHes5が必要かどうかをしらべるためにHes1欠損マウス、Hes5欠損マウス、Hes1-Hes5ダブル欠損マウスから神経前駆細胞を調製し、活性型Notchを発現させた。その結果、Hes1かHes5のどちらかが欠損してもNotchによる分化抑制がみられたのに対して、両方が欠損するとNotchによる分化抑制はかなり解除された。すなわち、Hes1およびHes5はNotchの必須のエフェクターとして初期の未分化細胞の維持に関わることが示された。次に、後期の発生過程におけるbHLH因子の機能をしらべた。後期では、Hes5は分化しつつあるグリア細胞に特異的に発現しており、さらにレトロウイルスを用いてHes5を強制発現させるとグリア細胞への分化が誘導された。逆に、Hes5欠損マウスではグリア細胞数が減少した。一方、Hes1はニューロンやグリア細胞への分化を抑制し、前駆細胞の状態を維持した。また、ニューロンに特異的に発現するbHLH因子Math3やMash1を強制発現させると前駆細胞からニューロンへの分化を促進し、グリア細胞への分化を抑制した。以上の結果から、神経前駆細胞の維持、前駆細胞からニューロンへの分化、前駆細胞からグリア細胞への分化のいずれもがbHLH因子によって抑制されることが明らかとなった。これらbHLH因子間のバランスが分化のタイミングや正常なニューロン・グリア細胞数比に重要であることが示された。哺乳動物の神経系では比較的均一な神経前駆細胞から極めて多種類のニューロンが分化していくが、この過程には膜蛋白Notchを介した分化抑制が重要な役割を担っている。ショウジョウバエの知見から、哺乳動物のNotchによる分化抑制にヘリックス・ループ・ヘリックス型の分化抑制因子Hesの関与が示唆されているが詳細は不明である。Notchによる分化抑制の細胞内分子機構を明らかにするために、まずNotchによってHes遺伝子群の発現が制御されているかどうかをしらべた。Hes1,Hes2,Hes3,Hes5のプロモーターにルシフェラーゼ遺伝子をつないだレポーターと活性型Notchの発現ベクターを共発現させたところ、Hes1とHes5の遺伝子発現のみがNotchによって誘導されることがわかった。また、Notchによって内在性のHes1とHes5の発現も増加した。したがって、Notch-Hes1/Hes5経路の存在が明らかとなった。次に、Notchによる分化抑制にHes1やHes5が必要かどうかをしらべた。レトロウイルスをもちいて活性型Notchを発現させたところ、野生型マウスの場合と同様、Hes1ノックアウトマウスやHes5ノックアウトマウス由来の細胞に対しても分化抑制を引き起こした。したがって、Hes1あるいはHes5のどちらかが欠損してもNotchは分化を抑制できることが示された。このことからHes1とHes5はお互いに補いあっている可能性が考えられた。

Hes1は神経分化因子Mash1を抑制して神経分化を阻害するが、以上の結果から、Notch-->Hes1/Hes5--|Mash1(-->活性化;--|抑制化)という経路が神経分化を制御していることが強く示唆されたが、今後、Hes1-Hes5ダブルノックアウトマウスに対してNotchが分化を抑制できるのかどうかを解析することが必要となった。哺乳動物の神経発生過程では、比較的均一な神経前駆細胞がら極めて多様性に富んだニューロンが分化する。この多様性に富んだ神経細胞が分化していく過程では、細胞間相互作用による側方抑制が重要であることが示されている。すなわち、分化が始まった細胞は周囲の細胞が同じ種類の細胞に分化するのを抑制する現象である。この側方抑制には膜蛋白Notchの関与が知られているが、Notchが活性化されてから分化抑制に至る細胞内分子機構についてはよくわかっていない。最近、このNotch経路でbHLH型転写因子Hesが重要な役割を担うことが示唆されている。そこで、神経細胞の多様性を生み出す分子機構を明らかにする目的で、Notch経路におけるHesの役割について解析を行った。まず、活性型Notchによって内在性のHes1とHes5の発現が増加したので、両遺伝子がNotchの機能に必要がどうかを調べるために、Hes1あるいはHes5が欠損したマウス、およびHes1とHes5が同時に欠損したマウスを作製した。これらのマウスから調製した細胞に対して、活性型Notchを発現するレトロウイルスを感染させて分化制御を調べた。その結果、Hes1あるいはHes5が欠損した場合には野生型のときと同様、Notchによる分化抑制がみられたのに対して、Hes1とHes5が同時に欠損したときにはNotchによる分化抑制が解除された。すなわち、(1)Hes1がHes5のどちらががあればNotchは機能できること、そして(2)両遺伝子はNotchの下流で必須のエフェクターとして機能することが明らがとなった。HesはbHLH型神経分化転写因子Mash1の機能を阻害して分化を抑制することが知られている。これらの結果から、哺乳動物の神経分化は「Notch→Hes1/Hes5┫Mash1→ニューロンへの分化」(→促進;┫抑制)という経路で制御されることが示された。神経性網膜をモデル系として用いて、ニューロンやグリア細胞の分化がbHLH因子によってどのように制御されるのかをしらべた。網膜では、抑制性bHLH因子Hes5は神経前駆細胞や分化しつつあるグリア細胞に特異的に発現していた。レトロウイスルを用いてHes5を強制発現させるとグリア細胞への分化が誘導され、ニューロンへの分化は抑制された。逆に、Hes5欠損マウスではグリア細胞数が減少した。したがって、Hes5はグリア細胞への分化決定過程を促進することが示された。一方、bHLH因子Hes1を強制発現させるとニューロンやグリア細胞への分化を抑制し、細胞を前駆細胞の状態で維持した。また、ニューロンに特異的に発現するbHLH因子Math3やMash1を強制発現させると前駆細胞からニューロンへの分化を促進し、グリア細胞への分化を抑制した。以上の結果から、神経前駆細胞の維持、前駆細胞からニューロンへの分化、前駆細胞からグリア細胞への分化のいずれもがbHLH因子によって制御されることが明かとなった。
計算複雑性クラスの階層構造の理論的解明と回路設計システムの新評価法の提案

より難しい問題を解くには,より多くの計算時間や記憶領域が必要になることは直感的に明らかである.計算時間や記憶領域などの計算資源をどのくらい使用すれば,どの程度の難度の問題が解けるのかを理論的に解明するのが,計算量クラスの階層性の研究である.本研究では,非決定性回路族の深さと非決定性ゲート数の関係について調べた.その結果,ゲート数がnの多項式,深さがlognの多項式の任意の非決定性回路族は,非決定性ゲート数を多項式の範囲で増やすことで,深さをO(log n)まで小さくできることを証明した.また,いくつかの組合せ問題のNP完全性・PSPACE完全性を証明した.n変数の関数f(x1,x2,...,xn)に対して,素子数がnの3乗の回路を設計したとする.はたして,良い回路が設計できたかどうかは,どのように評価すれば良いだろうか.たとえば,任意に小さい定数ε>0に対して,素子数がnの(2ーε)乗の如何なる回路でも関数fは計算できないといった最適性が,理論的に証明できればいいのだが,その証明は非常に難しいことが知られている.さらに,そのような具体的な関数fが実際に存在するか否かさえも分かっていない.本研究の目的は,計算に必要な時間や記憶領域などの計算資源量に基づく計算複雑性クラス間の包含関係や,クラス間の階層性を明らかにすることである.そして,クラスとクラスの間に存在する真に難しい関数を人工的に作成し,システム評価に役立てる.二つの計算複雑性クラスA,Bの間に,真の階層性が存在するとは,クラスAがBに包含されており,かつ,クラスAに所属しているがクラスBには所属していないという言語が存在するということである.2012年度の研究では,多項式時間で受理できる言語のクラスPと,それを包含しているクラスNPについて,クラス間の関係を調べた.その結果,一般化四川省と呼ばれる組合せ問題がNP完全であることが分かった.この結果は,クラスPとNPの真の階層を裏付ける一つの証拠を提供している.また,計算幾何学における可視性問題の一種である最少警備員配置問題がNP困難であることも示した.さらに,クラスNPを包含しているクラスPSPACEに対しても,PSPACE完全となる問題を見つけることができた.これらは,クラスPとNP間,および,NPとPSPACE間に存在する具体的関数の有力な候補となる.また,最少警備員配置問題の研究では,警備員数の上下限(必要十分条件)を,従来の結果より強めることにも成功している.n変数の関数f(x1,x2,...,xn)に対して,素子数がnの3乗の回路を設計したとする.はたして,良い回路が設計できたかどうかは,どのように評価すれば良いだろうか.たとえば,任意に小さい定数ε>0に対して,素子数がnの(3ーε)乗の如何なる回路でも関数fは計算できないといった最適性が,理論的に証明できればいいのだが,その証明は非常に難しいことが知られている.さらに,そのような具体的な関数fが実際に存在するか否かさえも分かっていない.本研究の目的は,計算に必要な時間や記憶領域などの計算資源量に基づく計算複雑性クラス間の包含関係や,クラス間の階層性を明らかにすることである.そして,クラスとクラスの間に存在する真に難しい関数を人工的に作成し,システム評価に役立てる.NP完全問題は,クラスNPに属するが,クラスPには属さないと強く予想されている問題である.2013年度の研究では,どのような問題がクラスPに属するのか,または,NP完全になるのかを探求した.その結果,組合せ問題の一種である一般化ピラミッド問題や,ペンシルパズルの一つが,NP完全であることが証明できた.また,計算幾何学分野において重要なテーマである可視性問題のNP困難性も証明している.直交多角形内の2点が「互いにr可視である」というのは,2点を対頂点とする長方形が多角形内に含まれているときをいう.このようなr可視性の条件下で,最少人数の警備員の配置を見つける問題が,NP困難であることを示した.n変数の関数f(x1,x2,...,xn)に対して,素子数がnの3乗の回路を,設計したとする.はたして,良い回路が設計できたかどうかは,どのように評価すれば良いだろうか.たとえば,任意に小さい定数ε>0に対して,素子数がnの(2ーε)乗の如何なる回路でも関数fは計算できないといった最適性が,理論的に証明できればいいのだが,その証明は非常に難しいことが知られている.さらに,そのような具体的な関数fが実際に存在するか否かさえも分かっていない.本研究の目的は,回路の素子数や段数に基づく計算複雑性クラスの階層定理を証明することや,クラス間の包含関係を明らかにすることである.そして,クラスの階層の間に存在する真に難しい関数を人工的に作成し,システム評価に役立てる.2011年度の研究では,計算機モデルとして,一様論理回路族に着目した.論理回路のゲート数や段数,非決定性ゲートの有無が,計算能力にどのように関係しているのかを明らかにした.具体的には,ゲート数がnの多項式,深さが多項式対数の任意の非決定性回路族は,非決定性ゲートを多項式の範囲で増やすことで,深さをO(log n)まで小さくできることが証明できた.