hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乱流と磁場の普遍性～太陽から銀河団まで～

自己重力無衝突ダークマターが非線形領域において乱流状態になることに着目して理論を構築し、球状星団から銀河団までの速度分散、天体の質量・光度の関係とサイズ、角運動量と質量、密度ゆらぎ、磁場と天体のサイズ、の5種類のスケーリングの観測結果を全て説明しました。また、地球と太陽の磁極反転を同じマクロ・スピンモデルで表し、反転のタイム・スケールの違いがローカルなダイナモ要素の数の違いであることを明らかにしました。本年度は、自己重力無衝突ダークマターが非線形領域において乱流状態になることに着目し、自己重力系の乱流理論を構築しました。この理論に基づき、以下の5種類の観測結果(1.球状星団から銀河団までの速度分散のスケール依存性、2.質量と光度の関係と天体のサイズのスケーリング、3.角運動量と質量のスケーリング、4.密度ゆらぎのパワースペクトル、5.ダイナモ機構で生成される磁場と天体のサイズとのスケーリング)を全て説明しました。また、交付申請時には予定していませんでしたが、乱流理論の正当性を示すため、1次元モデルにて数値シミュレーションを行いました。その結果、「エネルギーが一定の流れ」の仮定を用いた乱流理論から導いた結果と、仮定を使わずに数値的に乱流の式を解いたシミュレーションの結果が一致することが確かめられ、仮定の正当性を示す根拠が得られました。これらの結果を査読付論文に発表しました。ダークマターが乱流状態になるという観点は、私達のオリジナルです。実際に5種類もの観測結果を同じ理論で説明できたところに、意義があります。次に、太陽磁場の乱流理論と同じアイデアが、地球磁場のモデルにも使えることが判明したため、地球と太陽の乱流理論の研究を並行して実施し、両者の磁場反転を説明しようとしています。地球磁場については、ドミノ・モデルを仮定した計算をほぼ終え、論文の執筆を始めています。太陽磁場については、『ひので』衛星が2009年に発見したローカル・ダイナモを仮定し、乱流の式の検討をしています。本年度は地球の磁極の反転を再現できるドミノ・モデルの数値シミュレーションを担当し、反転するためのパラメーターの範囲と意味を明らかにした。また、ドミノ・モデルではランダム力によって磁極反転が起こるが、ランダム力が無い場合にも反転を起こすバンドル・モデルを新たに提案し、数値シミュレーションを担当した結果、反転のタイムスケールとパワースペクトルの冪がドミノ・モデルよりも観測結果をより正確にフィットすることを見出した。これらのモデルは、角運動量から磁場を生成するダイナモ機構が、ローカルなダイナモ要素に分けられるというアイデアに基づく。陰山氏(神戸大)らによる地磁気の磁気流体力学(MHD)方程式を解く数値計算においても、ローカル・ダイナモと考えられる小さなプリューム・シートが多数形成されているし、『ひので』衛星が観測した太陽の磁場においても、ローカル・ダイナモと考えられる要素が発見されているため、我々のモデルは現実的である。MHD方程式を解くためには、パラメーターの値を現実とかけ離れた値にしなければ解けないため、我々のモデルは、何が磁場反転を起こしているかという物理的なエッセンスを抽出しているという点で重要である。マックス・プランク研究所(ドイツ)らのグループも同様のドミノ・モデルについて研究中であり、途中経過で我々と同じ結果を得ていることがわかったため、ドミノ・モデルに関する結果を共著論文にすることになった。さらに私が主著者のバンドル・モデルに関する論文原稿を共著で準備中である。また、過去200年間の黒点数の時間変動の観測結果を解析したところ、1/fのパワースペクトルを示すという結果も得た。現在、1/fになる理由を解析中である。まず、乱流状態を表現し、磁場反転の様子を探るため、地球の外核や太陽の対流ガメの反時計まわりのセルを1つのスピンとみなし、スピンがリング状に並ぶモデルを前年度に提唱し、継続して研究しました。当該年度は、どのパラメーターがどういう範囲の時に磁場反転が起きるのかをシミュレーションで調べ、磁場極性の反転には何が本質的に効いているのかを、地球と太陽の両方について示しました。さらに、不規則な磁場反転を起こす地球と、規則的な磁場反転を起こす太陽との違いが、スピンの数Nの違いであることを明らかにしました。地球と太陽の磁場反転を同じモデルで表現し、反転の(不)規則性の違いがスピン数N、つまり、物理的にはローカルなダイナモ要素の数の違いであることは、世界で初めて明らかにされたことであり、意義があります。その他の太陽系天体に関しては、惑星探査から磁場を持つことが判明している水星、木星とイオ、オイロパ、ガニメデ、土星、天王星、海王星の磁場の強さと天体の質量が示すスケーリング則を説明し、上記の磁場反転の結果と合わせて2本の論文にまとめました。年度後半には、より大きなスケールでの状況を研究するため、宇宙初期のインフレーション膨張に関する新しいモデルを数値計算によって調べました。

stagflationと名付けられた理論モデルでは、インフラトンのポテンシャルに少しでも負の領域があれば、宇宙は自然にインフレーション膨張を起こし、インフレーション膨張が終わる時には宇宙定数が0になることがわかりました。インフレーション膨張を記述する通常の宇宙モデルは、特に膨張の終わり方に無理がありますが、本モデルは自然に始まるだけでなく、自然に終わることが特徴であり、重要なモデルです。stagflation期における宇宙磁場の生成の研究には、取り掛かったところですが、モデルの特徴について国際会議で発表しました。本年度は、研究の最終目的に設定した「宇宙規模のスケールに存在する磁場を、初期宇宙のインフレーション理論から導くこと」に集中して研究しました。【具体的内容】先行研究により、一様なスカラー場はインフレーション膨張を起こすが、微調整が無ければ一般にポテンシャルに負の領域があり、やがて宇宙膨張が止まり(stagnant)、スカラー場が急激に変化することが知られ(stagflation)、我々の前年度までの研究により、負のポテンシャル領域とstagflationは普遍的な現象であることがわかっていました。もし、一様スカラー場が不安定ならば、スカラー場は崩壊して真空のエネルギーが無くなるため、微調整の必要が無くなり、我々が目指した理論モデルが得られたことになりますが、安定ならば、stagflationを起こした後もスカラー場が残ってしまいます。そこで、線形ゆらぎの式からスカラー場の不安定性を調べる研究を先に実施しました。スカラー場と重力ポテンシャルはバックグラウンドからの線形摂動を考え、ハッブル・パラメーターやスケール因子は解析解を使ったところ、粒子生成に伴って重力ポテンシャルのエネルギー密度が負になるにつれて、より不安定になるという結果を得て、物理学会で発表しました。【意義、重要性】従来のインフレーション膨張モデルでは、インフレーションを終わらせることができなかったり、現実と合わせるためには真空のエネルギーの微調整が必要ですが、我々の理論モデルでは、一様スカラー場が不安定になり自然に崩壊するため、インフレーションは自然に終わり、真空のエネルギー量を調整する必要も無いことが重要です。インフレーション膨張モデルに一つの道筋をつけました。太陽と地球の磁場反転について2本の論文をまとめる計画は、達成しました。さらに、太陽と地球の磁場反転メカニズムの共通点と、両者の違いを決めるパラメーターを明らかにできましたので、これらの研究に関しては当初の計画以上に進展しました。惑星・衛星の磁場の強さとスケーリング則も説明し、論文に記載しました。一方、年度後半には、銀河・銀河団の磁場の研究の代わりに、より大きなスケールでの磁場生成のメカニズムを調べるため初期宇宙の研究に取り組み、プレリミナリーな結果を国際会議にて発表しました。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はまず、最も大きなスケールでの磁場:宇宙磁場を、宇宙初期のstagflation期に乱流状態の場から生成する理論モデルを作り、宇宙磁場の見積りとスケーリングの研究を仕上げます。その暁には、小さな衛星から惑星、太陽、恒星、宇宙磁場までの様々なスケールにおける乱流と磁場の普遍性についての統一的な研究を完成させます。
社会的相互作用を考慮した自動車購入と機関選択に関する経年効果分析

本研究は,「集団効果」に着目した交通機関選択について解析を行った.まず,自分だけでなく他人の決定結果を考慮した自動車保有に関する意思決定モデルについて,その取りやめ行動と規範モデルの内容を検討した.調査は,日本・インドネシアなど7カ国を対象に行い,各国の学生間で動機付けの仕方に差異があることを示した.次に,意思決定モデル内の非対称性を持つコスト関数について,より一般的な知見を得ることを目的とした.結果として,集団効果を考慮した潜在的行動研究について,ネットワークモデリングと社会心理学の両研究を考慮した,現在進めている共同研究へと繋がっている.ワークパッケージ3(WP3)に記載の自動車保有に関する調査のデータ分析は完了している.この研究成果は既に何度か口頭発表を行い,論文は現在投稿中である.さらに,初回の調査の限界に関して議論を重ね,今年は改善を加えた調査を行う予定である.この研究では,国際的な知見を得ることとし,次の調査はレバノン,オランダ,アメリカの研究者と協力を得て実施する予定である.さらに,レバノンに位置するアメリカン大学ベイルート校の研究者であるMaya AbouZeid氏の協力により, WP6に記載されている目的に基づき,"masseffects(大衆心理効果)"に関して査読付き論文を執筆した.この論文では,様々な交通手段に関する意志決定(自動車の購入や駐車行動,交通手段の選択など)が他人から受ける影響とどのような関係にあるのかについて記述している.加えて,WP4に記載の数理モデルの作成も進行中である.昨年の報告書で述べていた論文は現在投稿中であり,この論文では,生活様式を自動車中心から公共交通中心のものへと変化させた人数の確定的推移確率および転移ダイナミクスについて記述している.ケーススタディでは,公共交通は元来不便なものであるにも関わらず,交通渋滞やサービスの改善,大衆心理効果を考慮することによって,公共交通中心の生活へと大きく変化し得ることが明らかとなった.確率モデルに関しては引き続き検討を行っている.本研究は,「集団効果」に着目した交通機関選択について解析を行った.まず,自分だけでなく他人の決定結果を考慮した自動車保有に関する意思決定モデルについて,その取りやめ行動と規範モデルの内容を検討した.調査は,日本・インドネシアなど7カ国を対象に行い,各国の学生間で動機付けの仕方に差異があることを示した.次に,意思決定モデル内の非対称性を持つコスト関数について,より一般的な知見を得ることを目的とした.結果として,集団効果を考慮した潜在的行動研究について,ネットワークモデリングと社会心理学の両研究を考慮した,現在進めている共同研究へと繋がっている.申請書に記載したワークパッケージ1(WP1),WP2に基づき,バンドン工科大学と連携し,自動車保有に影響する要因の調査・分析をインドネシア,バンドンを対象として実施した.特に,"mass-effects(大衆心理効果)"に着目し分析を行った.研究成果を国際会議で2回発表を行っている.WP4に基づき,交通需要予測における大衆心理の影響(mass-effects)を解明するため,動的な成立過程モデルを構築し,考察を行った.現時点ではモデルの決定論的な部分は構築済みであり,確率的な部分について,愛媛大学,イギリス・リード大学と共同で実施している.研究成果は近日中に論文投稿(査読付)予定である.当該論文では,社会科学,進化ゲーム理論,マーケティングの既往研究を参考に大衆心理の影響(mass-effects)を,自動車指向のライフスタイルと公共交通指向のライフスタイルの選択を行うというシナリオ分析に関するモデル化により記述した.具体的には,バスモデルと同様に構成員を「先導者」と「追従者」にわけて,それぞれにおいて2つのライフスタイルの選択割合及びそのダイナミクスを表現できるモデルを構築した.さらにケーススタディを行った結果,公共交通指向型のライフスタイルを選択する効用を低く設定した場合においても,交通混雑,公共交通のサービスレベルの向上や大衆心理の影響を考慮することにより,公共交通指向型のライフスタイルへ移行することが確認された.さらに,確率モデルをより精緻化したモデル改良についても行った.この研究は概ね計画通りに進んでいる.ただし,現在進行中の調査は本来の計画に含まれていなかった.初回の調査の結果と国際的な知見を得ることを考慮すると,この調査を追加することがプロジェクトにとって有用であると考えている.さらに,このプロジェクトの期間が終了しても継続しうる調査であると確信している.9月にはアメリカのバークレーにおいてワークショップを開催し,初回の調査の結果について議論する予定である.WP5に記載のagent based modellingは,追加調査とWP4記載の数理モデル作成のために,予定よりも多少遅れる可能性がある.研究の進捗状況は,インドネシアでの調査において,若干の手戻りが発生した程度であり,概ね計画通りである.研究初年度は,台湾,スウェーデン,レバノン,アメリカの共同研究者と分析データの収集を行っている.モデル構築に関する研究も適切に進められている.研究内容の国際会議等での発表を通じ,本研究は他の研究者からの高い関心を集めており,新たな共同研究者も加わるとともに,本研究成果の論文発表も期待されているところである.この研究は様々な方向に発展する可能性が十分にある.数理モデル作成に加え,実験に基づいた研究も継続しうると考えている.トピックの一つとして,実際の現象に適用可能な理論的な知見を得ることが考えられる.現在,台湾高速鉄道の需要と供給に関するデータを収集しており,初期段階の分析では,大衆心理効果は昨年の需要拡大の重要な要因であることが示唆された.また,別のデータも収集中であるが,こうしたデータはしばしば商業的な面で注意が必要とされ,困難が生じている.今年度の予算はおおむね下記の報告となります予算は今まで得られた研究結果の発表のための学会出席のために使用される予定です。

論文の概要は`European Symposium on Quantitative Methods in Transportation'であり、すでに投稿済みとなっています。加えて、一部の予算は日本国内で同じ分野の研究者と会議をする費用として使用される予定となっており、その中で、愛媛大学の羽鳥剛史氏と会う予定があります。一部の予算は研究のためにデータ収集のためと、学生がデータ収集に携わりデータ分析を行うために使用される予定です。5月にベイルート・アメリカン大学よりマヤ・アブダビ・ザイド氏が京都を訪問し、共同データについて討論します。Agentに着目したモデルを深い理解のために多数の書籍が必要となっています。そして、業務遂行のためにしようされるプリンターのトナーと消耗品の購入のために予算を消費する予定となっています。今年度予算は提案書で計画された通りに使用する予定である.ワシントンD.C.で毎年開催されている“U.S. Transportation Research Board"に加え“Eastern Asia Society for TransportationStudies"に出席し,研究成果を報告することを検討している.さらに,協力を得られるオランダの研究者たちと一度議論をする必要があると考えている.また,特に愛媛大学の羽鳥剛氏や東京工業大学の福田大介氏といった,同様の研究している方々とともに日本で開催される学会に出席するために幾分旅費が必要になるだろう.予算の一部は,データ加工の補助をする学生の仕事やデータ収集に使用する予定である.また,agent based modellingに関して追加の資料も必要である.最後に,ソフトウェアやプリンターのトナーなどいった消耗品に対して予算を使用する予定である.本研究を進める上での今後の方向性は多岐にわたる.計量経済モデルの開発に加え,実証的な研究も継続して実施する計画である.WP5に示したような,Agentに着目したモデルの開発といった,新たなアプローチでも進める方針である.これまでの調査・研究を継続し,より深化させることの方が,新たな手法を開発するよりもより高い研究成果が得られるものと考えている.
医学用語標準化の調査研究

本研究は、医学用語の中で、一般社会との接点にある医学用語の標準化をはかることを目的とした。「一般社会との接点にある医学用語」とは、新聞等で使われる医学用語、他の学会でも使われる医学用語、及び法令などで使われる医学用語の三種類である。平成5年度においては、日本医学会傘下の89学会を召集した会議を開催し、上記の方針について合意を得ると共に、各学会で編纂されている用語集を基礎に上記の作業を行うこととした。平成6年度には、各学会はそれぞれの学会の用語集の中で上記に相当する用語に印をつけて本研究班に提出した。提出された用語集は内科学会、外科学会、泌尿器学会、人工臓器学会、救急医学会、免疫学会、胸部疾患学会、先天異常学会、公衆衛生学会、腎臓学会、麻酔科学会、医真菌学会、小児外科学会、消化器内視鏡学会、人類遺伝学会、医用超音波学会、寄生虫学会、耳鼻咽喉科学会、眼科学会、結核学会、温泉気候物理学会、生化学会、衛生動物学会、産科婦人科学会、リウマチ学会、精神神経学会、微生物学会、栄養・食糧学会、整形外科学会、口腔外科学会、皮膚科学会、癌治療学会、リハビリテーション学会の用語集であった。これを日本医学会が編纂した医学用語集と突き合わせて、その異同がわかる一覧表を作成した。この一覧表を基礎に本研究班としての選択の基準、記述方式などについて方針を確立し、それに基づいてこの一覧表を整理し、また用語集の提出のなかった学会の意見なども参照しつつ、学術用語集として制定するべき用語の候補案を作成した。候補となった用語は18420語であった。平成5年11月12日に日本医学会傘下の各分科会の用語委員の会合を日本医師会舘において開催し、本研究を行うための基本方針を討議した。出席者は70名であった。その結果、次の方針で研究を行うこととなり、平成6年2月現在、各学会においてその作業が中である。基本方針としては、次の2点が決定された。1)現在各分科会が作成している用語集及び日本医学会用語管理委員会が編集した「医学用語辞典」を基礎資料とすること。2)今回の研究において、文部省の学術用語として制定する用語は、一般社会、医学関係の法令などの公文書及び他学会で使用される可能性のある医学用語に限定すること。しかし、実際の作業においては、各用語委員会の用語集は相互の調整がとれているとは言い難いので、これを日本医学会用語管理委員会が中心となって全体のまとめを行うことが了承され、まず、各学会が上記の方針にあてはまる用語を選出して医学用語管理委員会に年度末までに送付することとなった。制定用語を全ての医学用語について行わない理由は、医学用語は著しく数が多い上に、専門用語には、その領域の研究者しか用いないような特殊な用語もある。従って、専門領域でしか使わない用語について制定を行っても、実際上の意味はなく、また作業も著しく繁雑となり、期間内に作業を終了し得ないと考えられたからである。この一覧表を基礎に本研究班としての選択の基準、記述方式などについて方針を確立し、それに基づいてこの一覧表を整理し、また用語集の提出のなかった学会のの意見なども参照しつつ、学術用語集として制定するべき用語の候補案を作成した。

提出された用語集は内科学会、外科学会、泌尿器学会、人工臓器学会、救急医学会、免疫学会、胸部疾患学会、先天異常学会、公衆衛生学会、腎臓学会、麻酔科学会、医真菌学会、小児外科学会、消化器内視鏡学会、人類遺伝学会、医用超音波学会、寄生虫学会、耳鼻咽喉科学会、眼科学会、結核学会、温泉気候物理学会、生化学会、衛生動物学会、産科婦人科学会、リウマチ学会、精神神経学会、微生物学会、栄養・食糧学会、整形外科学会、口腔外科学会、皮膚科学会、癌治療学会、リハビリテーション学会の用語集であった。これを日本医学会が編纂した医学用語集と突き合わせて、その異同がわかる一覧表を作成した。この一覧表を基礎に本研究班としての選択の基準、記述方式などについて方針を確立し、それに基づいてこの一覧表を整理し、また用語集の提出のなかった学会の意見なども参照しつつ、学術用語集として制定するべき用語の候補案を作成した。候補となった用語は18420語であった。
機械学習に基づく新しい創薬インフォマティクス－医薬品化合物の分子設計

医薬分子の設計は、約1060個の化合物からなる広大な化合物空間から新薬候補分子を発掘する作業である。研究の目的は、ベイズ統計および機械学習を基盤とする分子設計手法の開発である。(1)実験データを活用して化学構造から性質(物性や薬理活性)のフォーワード予測モデルを構築し、(2)フォーワードモデルをベイズ則で反転し、性質から構造のバックワード予測(事後分布)を導く。事後分布から化学構造を生成し、目的の性質を有する埋蔵分子を発掘する。データサイエンスの発想に基づく新たな分子設計手法を開発し、医薬品化合物の分子設計に適用して、その潜在的有用性を実証した。統計科学に基づくドラッグデザイン手法の研究を推進した。具体的には、以下三つの課題に取り組んだ:(1)新規化学構造カーネル(グラフカーネル)の開発、(2)医薬品候補の化学構造から薬理活性や毒性を予測するモデルの開発、(3)カーネル逆像法に基づく化合物の分子設計法の開発。項目(1)のカーネルは、二つの化合物に内在する共通構造を数え上げ、化合物の類似度を評価するものである。化学構造カーネルの研究は1990年代後半から始まり、現在数種類の標準的手法が確立している。しかしながら、従来法は完全に一致する部分構造のみを類似度評価に反映するように設計されており、数原子のミスマッチがある部分構造は類似度に反映されない。本研究では、構造の完全一致という制約を緩和するより柔軟なカーネル(原子環境カーネル)と、動的計画法に基づく効率的な計算手法を開発した。さらに原子環境カーネルをサポートベクタマシンや回帰モデルと組み合わせ、化合物のアッセイデータから予測モデルを構築した。学習には12種類のデータセット(発がん性、薬理活性など)を用い、従来法の予測精度を大きく上回るモデルを得ることができた(項目(2))。項目(3)では、実験データから予測モデルを構成する過程で、化学的性質に特異的な構造を同定し、複数の化学構造を特徴空間上でブレンドすることで、新規化合物の設計を試みた。再生核ヒルベルト空間上で、混合化合物のイメージポイントを定め、新規化合物と混合化合物のノルムをギブス分布のエネルギーとする。この分布からラベル付き無向グラフをサンプリングすることで、混合化合物の内点近傍に分布する新規化学構造を探索する。フラグメントアセンブリMCMC法という手法を開発し、化合物グラフのランダム・サンプリングを行った。本研究の目的は、機械学習に基づく有機化合物の分子設計法の開発である。薬剤分子の設計を主な対象とした。薬の設計では、約10^60個の候補化合物が対象となる。この広大な化学空間から、薬に必要な性質を有する化学構造を発掘することが目的である。開発手法の構成は、以下の通りである:(1)化学構造の特徴記述子として、新規グラフカーネル(原子環境カーネル)を考案し、実験データを用いて、構造から性質(薬理活性、毒性など)を予測するフォーワードモデルを構築する。(2)フォーワードモデルをベイズ則にしたがい反転させ、性質から構造のバックワード予測(事後分布)を導く。マルコフ連鎖モンテカルロ法で事後分布から化学構造をサンプリングし、所望の性質を有する埋蔵分子を発掘する。本研究では、薬の性質に関連する12種類のデータセットを用いて、原子環境カーネルに基づき12種類のフォーワード予測モデルを開発した。さらに、薬らしさを規定する約600のルール(事前分布)を組み合わせ、フォーワードモデル(尤度)を反転させて、事後分布を導いた。最後に、マルコフ連鎖モンテカルロ法で事後分布から化合物グラフのランダムサンプリングを行った。サンプリングでは、既存化合物から約四百万個のフラグメントを切り出し、これらを構造改変用の部品とし、化合物グラフのマルコフ連鎖を生成する(フラグメントアセンブリ法と呼ぶ)。数値実験では、フラグメントアセンブリ法で複数の化合物の中間体を生成することに成功し、医薬品開発における開発手法の潜在的有用性を示すに至った。研究成果の一部については、Journal of Chemical Information and Modeling誌にて論文を発表している。統計科学カーネル逆像法に基づく分子設計に関して、設計用の目標分布に強い多峰性があることが問題となっている。したがって、化合物のサンプル系列が局所領域に停滞してしまい、多様な設計分子を抽出することが難しい。平成26年度は、この問題に重点的に取り組む。MCI(Many Integrated Core)搭載計算機を購入し、本研究の分子設計アルゴリズムを実装する予定であったが、開発が予想よりも遅れたため、購入時期を遅らせることにした。2014年度の夏以降、MCI搭載計算機を購入する。
機能オントロジーに基づいた人工物の機能理解に関する研究

本研究では対象物の構造と振舞いの記述から機能記述を半自動的に生成する機能理解システムの構築を目指して研究を行った.機能理解は(1)部品の振舞いをありえる機能解釈の集合へ写像する,(2)生成された機能解釈の間に存在する依存関係を解析し,意味のある機能解釈を同定する,(3)機能間の階層関係を生成し,対象全体が発揮する機能を同定する,の3つのステップからなる.昨年度行った(1),(2)に関する知見に基づき,本年度では(a)依存関係のさらなる考察と同定方法,(b)機能階層の知識とそれに基づく導出方法の同定を行った.まず,前者(a)について,昨年度明らかとなった機能間の依存関係をさらに解釈した「メタ機能」概念を捉え,「可能」や「供給」といったメタ機能概念を概念化し,定式化した.メタ機能は機能が他の機能に対して果たす役割を表し,機能同士がどのような協調を行って全体の機能を発揮するかを表現することができる.これらの定義を振舞いに対する条件として記述し,自動的に同定する枠組みを構築した.化学プラントや石油プラントを対象として導出実験を行い,妥当性を確認した.次に,後者(b)の機能階層について,マクロ化の際の入出力関係に関する情報量の変化に着目し,その種類を同定した.また,その種類と「手段」概念との関わりについて考察を行った.最後に,種類ごとに階層化される部分機能間の関係を同定し,階層化の枠組みを策定した.本研究は設計や診断といった問題解決において鍵となる概念である機能を振舞いから自動的に同定することを通して,機能レベルにおける設計や診断といった高度な問題解決の実現に貢献する.本研究では対象物の構造と振舞いの記述から機能記述を半自動的に生成する機能理解システムの構築を目指して研究を行った.機能理解は3つのステップからなるが,本年度では2つのステップまでについて検討を行い,(a)振舞いから機能への写像関係,(b)機能間の依存関係の種類とその特徴を明らかにした.まず前者について,機能表現言語FBRLの機能解釈プリミティブごとに振舞いから機能への写像関係を同定した,また,発電プラントや化学プラントにおける典型的な機能概念を収集し,それらの機能概念を解釈プリミティブの集合によって定義した.定義した機能概念の数は約70個となった.これらの知識に基づいて振舞いモデルから自動的に機能解釈の候補を生成し,それらを機能概念とマッピングすることによって,ありえる機能解釈を生成する枠組みを構築した.つぎに,機能依存関係について実際の化学プラントを例題として分析を行った.効率的や防止的などの依存関係の種類について考察し,種類ごとに定義と公理を整理した.特に,防止関係について詳細な議論を行い,関係を理解するための手続きとそのための知識を同定した.防止関係を同定するために,化学プラントで起こり得る「爆発」や「突沸」といった不具合事象に関する知識を収集し,異常事象モデルとしてモデル化した.FBRL機能モデルと異常事象モデルを用いて,定性推論そ行うことで機能依存関係を同定することが出来る.また,機能依存関係理解を支える定性推論における基礎概念である因果性について深い考察を行い,因果性を支える時間概念を分類,定義した.時間スケールの違いや対象を捉える視点の違いなどを明確に示すことが出来た.本研究は設計や診断といった問題解決において鍵となる概念である機能を振舞いから自動的に同定することを通して,機能レベルにおける設計や診断といった高度な問題解決の実現に貢献する.本研究では対象物の構造と振舞いの記述から機能記述を半自動的に生成する機能理解システムの構築を目指して研究を行った.機能理解は(1)部品の振舞いをありえる機能解釈の集合へ写像する,(2)生成された機能解釈の間に存在する依存関係を解析し,意味のある機能解釈を同定する,(3)機能間の階層関係を生成し,対象全体が発揮する機能を同定する,の3つのステップからなる.昨年度行った(1),(2)に関する知見に基づき,本年度では(a)依存関係のさらなる考察と同定方法,(b)機能階層の知識とそれに基づく導出方法の同定を行った.まず,前者(a)について,昨年度明らかとなった機能間の依存関係をさらに解釈した「メタ機能」概念を捉え,「可能」や「供給」といったメタ機能概念を概念化し,定式化した.メタ機能は機能が他の機能に対して果たす役割を表し,機能同士がどのような協調を行って全体の機能を発揮するかを表現することができる.これらの定義を振舞いに対する条件として記述し,自動的に同定する枠組みを構築した.化学プラントや石油プラントを対象として導出実験を行い,妥当性を確認した.次に,後者(b)の機能階層について,マクロ化の際の入出力関係に関する情報量の変化に着目し,その種類を同定した.また,その種類と「手段」概念との関わりについて考察を行った.最後に,種類ごとに階層化される部分機能間の関係を同定し,階層化の枠組みを策定した.本研究は設計や診断といった問題解決において鍵となる概念である機能を振舞いから自動的に同定することを通して,機能レベルにおける設計や診断といった高度な問題解決の実現に貢献する.
大深度における亀裂性岩盤のシーリング技術の開発

本研究では、高レベル放射性廃棄物の地層処分における岩盤のバリア機能を確保するために深度の地下水流動挙動を評価し、微細な亀裂群からなる透水経路に効率的なシーリンググラウトを行う体系化されたシステムを構築した。研究にあたっては,(1)大深度岩盤内における地質状況の評価方法の開発,(2)大深度岩盤内における水理性状の評価方法の開発,(3)地下深部の亀裂群に対する高精度かつ効率的なシーリンググラウト技術の開発の3課題に対する検討を重点的に行った。まず,(1)の課題については,TBM掘進データや反射トモグラフィー等の新しいデータ取得技術を用いて,坑道掘削時に地質状況を地球統計学によって高精度に評価するための方法を開発した。次に,(2)の課題については,クロスホール透水試験により得られた計測データを用いることによって,水みちを高精度にイメージングする技術を開発した。(3)の課題については,岩盤のシーリング技術としてのグラウトの最適注入仕様を合理的に決定するために必要となる亀裂内グラウト充填メカニズムを理論的に検討するとともに,室内および現場実験を行い,注入流量の時間変化および注入パラメータとの関係を明らかにすることで,注入システムの合理的な構築を可能にした。以上の検討結果から,低透水性の微小亀裂が分布する大深度岩盤内における水理特性の不均質性を的確に評価し,動的注入工法により確実にシーリングを行うことによって透水性を改良する亀裂性岩盤に対する合理的なフラクチャーシーリングシステムを構築することができた。当システムの構築により、地層処分技術のうち、バリアシステムの研究開発に多大の貢献を期待できると共に高圧ガス岩盤タンク、CAESなどの実現に大きく寄与できるものと考えられる。亀裂性岩盤の透水特性、特に深部地下水の選択的な流動経路の検知手段としてのクロスホール透水試験は、複数のボーリング孔を用いて注水孔と観測孔との間の透水特性を明らかにするもので、岩盤内の微細亀裂群における卓越透水経路の緻密な同定とその水理特性の評価ができる技術である。本研究には、クロスホール透水試験装置を用いて加圧孔において水圧を動的に変化させ、その圧力変動を受信孔で捉え、計測データの処理に今回新規に開発する水圧トモグラフィー手法を用いた高精度3次元クロスホール透水試験法の確立の為に予備的な実験を原位置並びに室内において実施した。さらに今年度は大深度における亀裂性岩盤へのシーリング技術のうち、注入材として超微粒子のポルトランドセメント系注入材を用い、これを注入圧を動的に変化させながら亀裂内に充填する動的注入法の予備検討を行った。脈動発生装置を改良することで、より高い周波数の脈動発生が可能な現場注入システムを開発した。また、今年度に実施した原位置注入試験から、動的注入工法が静的注入工法に比べて、同一地山に対してより多くのグラウト材を短時間で注入できることを確認した。動的注入工法の特性として、今回追加試験を実施した24Lu程度の岩盤に対しては10Hz程度の脈動が最適であること、振幅の大きさと注入効率の相関は低く、注入脈動圧の低圧部をより低くすることの方が効果的であること、静的注入終了後に動的注入を行った場合、更なる再注入効果のあることが明らかになった。高レベル放射性廃棄物の処分施設においては,深部地下水環境を維持するために,従来のダム建設やトンネル建設などでは透水性改良の対象とされていなかった低透水性の岩盤の微小亀裂についてもシーリングを行い,透水性を改良することが必要となる。しかしながら,従来のグラウチング工法ではこのような低透水性岩盤の微小亀裂を十分に改良することは困難であり,新たなグラウチング工法の開発が必要である。そこで,本研究では,グラウト材の流動性を向上させて目詰まり発生を抑制すると考えられる動的注入工法に着目して系統的な検討を行っている。

動的注入工法は一定の定常注入圧に振動圧を付加してグラウトを注入する工法である。本研究では,長時間にわたってグラウト注入が可能である実用的な動的注入装置の開発,静的注入工法に対する動的注入工法の優位性の確認,動的注入工法によるグラウト注入メカニズムの解明,対象岩盤に応じた効果的な注入仕様の決定方法の確立,などの課題に取り組んでいる。これまでに,室内実験および現場実験において,静的注入と比較して動的注入では初期注入流量が増加し,また総注入時間も増加することを確認しているが,今年度は,グラウト材の動的注入メカニズムに関して,グラウト材の(1)流動メカニズム(流動性の向上)と(2)充填メカニズム(目詰まり発生の抑制)の2つに分けて詳細な検討を行った。まず,(1)流動メカニズムを明らかにするために,人工亀裂模型を用いた室内実験および理論的検討を行い,注入パラメータと流体の見かけ粘性の低下に関する関係を明らかにした。次に,(2)充填メカニズムを明らかにするために,現場実験および理論的検討を行い,注入流量の時間変化および注入パラメータとの関係を明らかにした。これにより,対象とする亀裂に対する最適注入パラメータを数値シミュレーションにより決定することが可能となり,注入システムの合理的な構築が可能となった。大深度岩盤内の地下水の不均質流れは,水みちとなる不連続面のみを地下水が支配的に流れるために生じる。したがって,このような水みち(卓越透水経路)を特定することが重要であるが,通常のジオトモグラフィーをベースとする技術では水みちを精度よく把握することが困難であり,これまでと異なる新しい調査・イメージング手法を開発する必要がある。そこで,本年度は,これまでに本研究で開発しできたクロスホール透水試験の結果から,多次元尺度構成法と逆距離補間法を利用して,不均質な岩盤の水理地質構造を合理的に推定する手法を構築した。次に,構築した手法の妥当性・有効性を検証するために,数値シミュレーションによる検討を行ったところ,様々なタイプの水理地質構造を適正に再現できることが判明した。また,岩盤のシーリング技術としてのグラウトの最適注入仕様を合理的に決定するために必要となる亀裂内グラウト充填過程モデルを理論的に構築した。このモデルの妥当性を検証するために,超微粒子のポルトランドセメント系注入材を用いて,岩盤亀裂を模擬した人工亀裂模型に対する注入実験を行ったところ,動的注入効果が確認されるとともに,構築したモデルによってグラウト流量の経時変化をよく説明できることが判明した。さらに原位置グラウト試験結果に対して本モデルを適用したところ,グラウト流量の経時変化が試験結果とよく適合したことから,当モデルの妥当性と有効性が確認された。以上の結果から,低透水性の微小亀裂が分布する大深度岩盤内における水理特性の不均質性を的確に評価し,動的注入工法により確実にシーリングを行うことによって透水性を改良する亀裂性岩盤に対する合理的なフラクチャーシーリングシステムを構築することができた。
欧州ランドスケープ条約が各地域の景観・観光政策に及ぼす効果発現の実証的研究

欧州ランドスケープ条約は、欧州評議会によって2000年に公開されたランドスケープに特化した唯一の国際法であり、2012年現在で40か国が調印している。本研究では、欧州ランドスケープという国際的な取り組みが、各国・地域の景観政策、関連政策にどう反映されているか解明し、主要施策として位置付けられているランドスケープ特性評価の技術的手法の分析、各地域の具体プロジェクトの実施、支援手法を明らかにした。平成22年度の研究結果は、以下の3件の研究論文提出と1回の学会発表で成果を発信して来た。論文1:「欧州ランドスケープ条約の社会的意義とランドスケープの定義」は、欧州諸国が欧州ランドスケープ条約を取り入れるようになった社会的背景と意義、条約で規定したランドスケープという用語定義に焦点を当て、既往研究・資料を基に諸議論の内容・結果を分析している。最終的には日本における国土利用計画、全国計画でのランドスケープ定義の意味、政策展開の方向について示唆点を導出している。論文2:「Meaning and the Methods of Historic Land-use Assessment in Scotland」は、英国スコットランドの歴史的土地利用アセスメントに着目し、歴史的土地利用の概念とアセスメントの目的と方法について明らかにし、日本での応用可能性について考察することを目的に実施した。その結果、(1)景観そのものの歴史性に加えて、景観を支えている土地利用レベルの歴史性を措定することが可能であること。そのため、(2)従来の歴史的環境評価、歴史的景観評価の対象とはならなかった地域においても新たな視点より歴史性を評価でき、保全の在り方を見いだしうること。3)以上の手法は、歴史的景観や歴史的環境が失われている日本の市街地や郊外部において新たな歴史的環境評価及び保全の視点を提供しうること等を指摘した。論文3:「英国におけるランドスケープ特性評価の理論と手法」は、欧州ランドスケープ条約が掲げる主要施策の一つである、ランドスケープの特定、評価、質目標設定のプロセスを先進的に実施している英国のランドスケープ特性評価の理論と手法を明らかにすることを目的としている。その結果、(1)ランドスケープ特性評価は、価値判断とは分離されたランドスケープの基礎目録であること、(2)ランドスケープは、独自のタイプとエリアを持つこと、(3)ランドスケープは目指すべき固有の質目標があること、(4)ランドスケープ政策は関連政策へ波及して行くこと、(5)日本の土地利用評価の手法としても応用の可能性を探る必要があることを把握した。平成23年度の研究結果は、以下の2件の研究論文提出とそれぞれの学会での発表により成果を発信してきた。●論文1:「国土の持続的な土地利用のための土地適性評価のあり方について-日本の土地分級、韓国の土地適性評価、英国のランドスケープ特性評価手法を事例に-」は、欧州ランドスケープ条約が掲げる主要施策の一つである「ランドスケープ特性評価」の英国の手法を日本、韓国の既存土地評価手法と比較分析したものである.この研究を行う意義としては、現在国土政策局が模索中である、「地域特性を生かした土地適性評価手法について」(筆者は、当勉強会のオブザーバーとして参加)に対して、以下の示唆点を導出することができた。つまり、土地適性評価は(1)純粋に土地の特性を把握するための評価(特性評価)、(2)政策目標に対してどの程度適しているかの適性評価(政策に基づく判定)の二段階構成で展開する方法がある。この二つの評価を区別して評価する手法は、国内の土地適性評価手法の策定に参考になる、ということがわかった。●論文2:「欧州における国土レベルでの土地評価技術に関する基礎的検討」は、土地利用計画の観点が開発必要量という需要面からの視点から、場所の質や安全安心性能・環境性能・農業生産性などの供給面からの視点を勘案した総合的な土地利用コントロール手法が必要という観点に立っている。このためには供給側となる土地についてのきめ細かな観点を加味した科学的・客観的評価技術・手法が求められる。論文1と同様な意義をベースに、国土全域を対象とした海外の土地評価手法の動向を把握し、日本国内への応用可能性を検証するための研究として、英国のランドスケープ特性評価とオランダのロケーションファインダー、ドイツのランドシャフト分類を調査・分析した。.平成24年度の研究結果は、以下の1件の研究論文提出と3件の国内・海外講演により成果を発信してきた。●論文:日本造園学会関東支部大会、筑波大学(2012年11月24日);「欧州ランドスケープ条約の各国の取り組み状況にみるランドスケープ行政の特徴」は、条約を批准したヨーロッパ各国の実施状況を関連法の制定状況、ランドスケープの定義、主務官庁の役割で分析し、実施体制の特徴を日本との比較で考察した。その結果、(1)条約の主務官庁は、先進国の場合は、農村/自然/漁業省、環境及び計画省、環境及び農村省、農業/森林/環境/水管理省など行政自身の管轄範囲が広い統合型行政機関の場合が多く、後発国の場合は、条約を受けて環境省内にランドスケープ保全/管理課を特別に設けて多分野の政策に波及しているケースが見られる。

(2)日本の景観法は、条約に劣らない政策を持っているが、ランドスケープが定義されず、都市計画部局が担当していることで、ヨーロッパのような生物環境、自然環境保全、土地利用計画など国土・地域全域にまでに拡大していない課題が浮き彫りになった。●講演1:国土地理院地理地殻活動研究センター地理情報解析研究室主催(2012年7月31日);「英国型Landscape Character Assessmentの応用」●講演2:韓民族科学技術者総合学術大会ー環境/エネルギー1分科、韓国科学技術会館(韓国、2012年7月5日);「持続可能な土地利用管理のための土地特性評価政策について」研究の目的であった「ランドスケープ特性評価」の技術的手法と適用事例等の研究を予定通り進め、学術論文としてまとめるなど、一定の成果を出しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成22年度から平成23年度にかけて調査した内容を諭文としてまとめて行くことが、今後の課題である。平成24年に学会諭文としてまとめて投稿しても、公開・発表になるのは平成25年になる場合も考えられるが、引き続き結果を発信していく予定である。
極低温ＬＥＥＤ・ＳＴＭを用いた２次元量子流体・固体研究

グラファイト表面に吸着したヘリウム3(3He)とヘリウム4(4He)の1原子層目と2原子層目の量子状態相図を比熱測定から研究し、従来の理論予想を覆し、2次元3Heが超低密度の液体に自己凝集すること、3Heと4Heの2層目に1層目に対して整合な固体相が存在することを発見した。後者は、恐らく零点格子欠陥を含む新奇な量子固体と考えられる。グラファイト表面に吸着したクリプトンの1層目整合固相の初めてのSTM観測に成功し、吸着サイトが炭素ハニカム格子の中心であることを特定した。また、希釈冷凍機温度で作動するLEED装置開発のための詳細設計を行った。希釈冷凍機で実現する0.3K以下の極低温下で作動する低速電子線回折装置(極低温LEED)の設計を進め、熱流入量や測定感度の詳細見積もりを行い、十分開発可能であるとの結論を得て、論文発表した(印刷中)。また、また、極低温LEED実験に先立ち、ヘリウム4の4/7整合相の安定性を熱力学的に調べるため、従来のグラフォイルより単結晶子サイズが10倍以上大きいZYXグラファイト基板上で熱容量と蒸気圧測定を行うための実験装置を開発した。性能確認のため、ヘリウム4の1層目√3×√3整合相の局在-非局在転移(T=3K)に伴う熱容量異常を精密測定したところ、グラフォイル基板に比べ相転移の臨界領域が1桁近く拡がり、熱容量ピークも2倍に達するなど、期待通りの性能を確認した(論文印刷中)。一方、超低温走査トンネル顕微鏡を使って、単結晶グラファイト表面に物理吸着したキセノン単原子層の試料を作成するために最適な温度・圧力条件を探索した。そうして得られた試料に対し、走査トンネル分光測定を行ったところ、予備的な結果ながら、キセノン√3×√3整合相が形成されている表面で、グラファイトの表面電子状態密度に2eV程度の大きなエネルギーギャップが観測される様子を捉えることができた。これを電気伝導度の測定からも確認するための準備として、劈開グラフェンにフォトリソグラフィー法で安定して微少電極を作成する技法も開発した。グラファイト表面に物理吸着したヘリウム3(3He)およびヘリウム4(4He)の13層目の単原子層の相図を実験的に探った。0.1 < T < 4 Kで2層目4Heの熱容量と蒸気圧測定を行い、4/7相と考えられる低密度整合相の存在を強く示唆する結果を得た。4/7相は「超固体現象」発見の期待が集まる低密度量子固体であり、最近の第一原理計算では相自体の安定性が否定されていた。次に、3層目の3Heでは2 < T < 80 mKの熱容量測定から気液相分離現象を見出した。これは、これまでの理論計算の再検討を促す可能性のある重要な結果である。観測された2次元液体3Heの臨界密度は0.9 nm-2程度と非常に低密度である。グラファイト表面に物理吸着したクリプトン(Kr)の極低温STM/STS観測を行った。単原子層Kr固体の原子配列を初めて実空間観測することに成功し、1/3整合相の吸着原子サイトがグラファイト・ハニカム格子の中心に一致することを確認した。これは、グラファイト上のすべての吸着子を通じて初めての実空間確認と思われる。Kr固体のナノアイランド上で、バンドギャップ形成とも考えられる表面電子状態密度の大きなギャップ構造を観測した。しかし、アイランド以外のグラファイト表面でも同様のデータが得られており、現在、その原因を究明中である。極低温LEED開発のための大部分の設計を終了した。グラファイト表面に物理吸着したヘリウム3(3He)およびヘリウム4(4He)の13層目の各単原子層の相図を実験的に探った。13層目の3Heでは2 < T < 80 mKの熱容量測定から気液相分離現象を発見し、2次元3Heの自己凝集現象を初めて指摘した。これは、これまでの理論計算の再検討を促す重要な結果である。観測された2次元液体3Heの臨界密度は0.6 nm-2と自然界でもっとも低密度の液体であることも判明した。次に、0.1 < T < 4 Kで1および2層目4Heの熱容量と蒸気圧測定を行い、2層目では4/7相と考えられる低密度整合相の存在を明確に示した。これは超固体現象発見の期待が集まる低密度量子固体であり、最近の第一原理計算では相自体の安定性が否定されていたので、こちらも理論予測を覆す結果として大きな注目を集めている。より低密度域では、圧縮性の一様液体相と気液相分離領域の存在を初めて明確にした。

この他、1層目4Heの1/3整合相の局在ー非局在相転移に伴う比熱異常の密度依存性に大きな非対称性を観測し、ドメイン壁構造の存在を間接的に示す結果を得た。グラファイト表面に物理吸着したクリプトン(Kr)の極低温STM/STS観測を行った。単原子層Kr固体の初めての実空間観測に成功し、1/3整合相の吸着原子サイトがグラファイト・ハニカム格子の中心に一致することも確認した。これは、すべての吸着子を通じて初めての実空間確認と思われる。Kr固体のナノアイランド上で、バンドギャップ形成とも考えられる表面電子状態密度の大きなギャップ構造を観測したが、アイランド以外のグラファイト表面でも類似のデータが得られていることから、今のところその原因は不明である。極低温LEED開発のための設計が終了し、光学系や電子ビーム導入弁の液体窒素温度での動作テスト準備を進めた。グラファイト表面に物理吸着した1および2層目の3Heと4Heの状態相図、そしてグラファイト表面の擬2次元電子系の電子状態変化を、(1)原子レベルの構造・分光観測と、(2)熱容量や蒸気圧の熱力学的測定、の両面から決定するという当初の研究目的に照らして、(1)は当初の予想より若干進捗が遅れ、(2)は当初の期待以上の成果が得られた。(1)のうちSTM/STS実験はほぼ順調に進み、少なくともグラファイト最表面のバンドギャップ形成の当否は早晩、決着がつく予定である。他方、極低温LEED装置の開発は少々遅れている。(2)については、期待以上の成果が得られた。特に、2層目4Heの低密度整合相(4/7相)の存在が実験的にほぼ確実になったことは、今後、超固体現象の発見に発展する可能性を秘めた重要な成果である。ここでは、単結晶子サイズが従来のグラフォイル基板より10倍大きいZYXグラファイト基板を低温吸着実験に使用できることを実証したことが大きく役立っている。さらに、3層目3Heの自己凝集現象の発見は、理論的に予測されていない2次元3Heの液化現象の可能性もあり、やはり基礎学問上、重要な成果である。25年度が最終年度であるため、記入しない。グラファイト表面上2層目4Heの状態相図を熱容量と蒸気圧の測定から調べる過程で、低密度整合固相(4/7相)の存在を強く示唆する結果が得られた。これを確証するため、さらに高精度の測定を実施する。また、この相の超固体性という画期的な現象を10 mKまでのねじれ振り子測定から確認するための実験装置の設計を進める。その際、ZYX基板を用いることで、従来のねじれ振り子実験では不明瞭だった、超流動応答が観測される正確な密度域の同定をめざす。また、グラファイト上3Heの3層目の気液相転移が12層目ではどのように観測されるかについて、まずはグラフォイル基板を使って実験を進める。以上は、本研究の目的に照らしても最優先すべき重要課題であるので、研究グループの人的・資金的な資源を集中して実施する。原子・分子吸着によるグラファイト表面でのバンドギャップ形成に関しては、より再現性の高いSTSデータ取得を目指す。併せて、グラフェン試料を使った伝導度測定のための実験装置も準備する。極低温LEEDの開発は、最終的な設計を完了し、光学系と電子ビーム導入弁の低温動作という要素技術の実証実験を準備する。
受精から第一分裂にいたる発生のタイミング

1.ヒトデ卵のDNA複製の時期:チミジンのアナログであるBrdUのDNAへのとり込みによってDNA複製の時期をしらべた。3分ほどのパルス標識で,BrdUが検出できるよう工夫した。第一回目のS期は雌性・雄性両前核のそれぞれで,核融合する前から始まった。成熟がすんでから受精した場合,融合核の中で雄性前核に由来すると思われる小部域が区別できた。この部域では,まわりの部域よりもS期がより永く続いた。S期の核のBrdUラベルのパターンと,クロマチン染色のパターンとをコンピューターによる画像解析によって比べたところ,両者は(雄性前核由来部域のS期延伸のときを除いて)常によく一致した。即ちDNA合成がクロマチンの全域にわたって同時に進行していることが示唆された。2.人工的に融合したヒトデ卵母細胞での減数分裂の停止:ヒトデの未成熟卵母細胞及び成熟中の卵母細胞を融合させる手段を習得した。ヴァセッキー他(1986)によるポリエチレングリコールの使用に做い,少数の卵母細胞で融合を導くことができた。未成熟卵母細胞同士を融合させたあと卵成熟を誘起すれば,のちの極体放出は融合しない卵母細胞の極体放出と同じ頃におこるので,融合それ自体は減数分裂の進行に影響しないと判断した。減数分裂の進行が1回分だけずれているような融合体を作ったところ,おくれている側は第2極体を放出しないまま前核化した。減数分裂を終った核の前核化を促す因子が卵細胞質中に存在することが,この観察によって示唆された。1.ヒトデ卵に予めとり込ませたブロモウラシルを標識にして受精后第1回のDNA複製時期(S期)をしらべてきたが,初期ヒトデ卵では検出に十分な量のブロモウラシルが卵内に入るまでには10分以上かかるため,従来はS期についてただその開始時刻が特定できるのみであった。本年度はこのとりこみ方法を改善し,3分間でブロモウラシルが卵内に入るようになった。新しいこの方法で可能になった,ブロモウラシルのパルス標識により,第1回目のS期にあっては,精子前核に由来すると思われる融合核の部分が,卵前核由来の部分に比べてよりおそくまでS期を続けていることがわかった。この,第1回S期の期間と,次にくる核分裂,更に第2回以后のS期との時間間隔を,いくつかの条件下で培養した胚につて測り始めている。2.核分裂前期の進行に伴うクロマチンのパタンの変化を定量的に長現するパラメ-タ-をつくり出したいと考え,本年度購入になるコンピュ-タ-のメモリ-にとり込んだヒトデ卵核のクロマチンパタンの2次元像を解析・処理している。これも本年購入の画像処理市販ソフトに依存して,それが提供する種々の画像処理ユニットを組み合せ,いかなる組み合せの処理であれば,クロマチンパタンの「客観的な」パラメ-タが得られるか現在まだテスト中である。3.卵細胞を人工的に融合させる安定な手段をさがしており,ヒトデの未成熟卵母細胞については,ポリエチレングリコ-ルと直流電気パルスの併用が有効とわかった。まだ,低い頻度で融合が実現しただけで更に改善を努力中である。バフンウニの受精卵についても同様の方法を試みているが,恐らく卵長の徴じゅう毛の存在のためか,まだ融合に成功していない。1.ヒトデ卵のDNA複製時期(S期)を検出するためのブロモデオキシウラシルの標識は,前年度の努力で3分程に短縮することができ,その結果,S期の開始時刻と共にその終了時刻も定められるようになったので本年はS期の間での,DNA複製部域の核内でのパタンをしらべた。S期の前半は均一な分布を示していた複製部域が,后半では凝集してくることがわかった。

ただし卵をおそく(卵成熟終了后に)受精したときの1回目のS期に限って「線維状」ともいうべき分布のパタンであった。どの場合も複製部域を示す抗ブロモウラシル抗体のラベルと,クロマチンの染色像は一致した。即ちヒトデ初期胚の核にあっては,クロマチンのほぼ全域にわたってDNA複製が同時進行していることが示唆された。2.1に示す結果の内,複製部域のラベルとクロマチン染色パタンとの比較は,本研究費により購入したコンピューターと画像解析ソフトを使ってなされた。同じソフトを使い共同研究分担者はカエルの卵の受精に伴う表面付活波の進行を解析し,特に受精に関して遺伝的な異常のある変異卵の表面収縮波を正常のものと比較することができた。3.ヒトデの未成熟卵母細胞と,成熟中の卵母細胞とを人工的に細胞融合した。これにより減数分裂の回数が1回分ずれているような融合体を観察したところ、おくれている側は第2極体を放出しないまま前核化した。減数分裂したあとの核の前核化を促す因子が卵細胞質中に存在することが示唆された。