hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代高速光リンクのための光波回路‐光学素子間の高効率光結合の実現

本研究では、今後必要とされる100400 Gbpsレベルの高速光リンクを見据え、新規ポリマー光導波路デバイスの提案並びにマルチモード・シングルモード光ファイバ(MMF・SMF)との低損失光結合を実現し、オンボード光回路へ応用することを目的としている。平成30年度の研究では、波長分割多重(WDM)伝送用多波長信号合波デバイスの実現に向けた、分岐型マルチモードポリマー光導波路の最適構造設計及び作製を行った。作製の際には、当研究室で独自に考案した、円形GI型コアを形成可能であるMosquito法に加え、同じくGI型屈折率分布を形成可能であるインプリント法を採用した。最終目標である4分岐の構造の前に、まずは2分岐から作製を検討した。Mosquito法では、構造乱れのない2分岐型光導波路の作製条件を確立している一方で、同一導波路内でのチャネル間の損失差が問題であった。分岐構造の再設計や作製時温度環境の見直しを行うことで、チャネル間損失差を0.3 dB程度にまで低減することができ、低損失な円形GI型コアの分岐型光導波路の作製に成功した。インプリント法にて作製したGI型コアの分岐型光導波路は、特有の光閉じ込め効果により、分岐部での光漏洩をSI型に比べ大きく抑えることができる一方で、入射部にて開口数の大きなVCSEL光源との結合損失の増大が懸念事項となっていた。そのため、導波路作製工程内に含まれる紫外線露光条件を見直し、最適なGI型屈折率分布の形成を試みたところ、1 dBもの損失低減を達成した。この分岐型光導波路を用いて、26 Gbpsの高速信号伝送及び2波長信号同時伝送に成功し、波長分割多重伝送用素子への応用に足る光導波路の作製に至った。以上の検討により、100400 GbpsレベルのMMF-WDMリンクの構成素子としてのポリマー光導波路の有用性を明らかにした。本研究課題の目的である、100400 Gbpsレベルの高速光リンクを見据えた、新規ポリマー光導波路デバイスの提案並びにMMF・SMFとの低損失光結合の実現を目指すにあたり、マルチモード光リンク、シングルモード光リンクの双方向からの検討を計画している。平成30年度当初の計画では、当該年度内はマルチモード光リンクに焦点を当て、波長分割多重伝送による高速化を目指し、分岐型マルチモードポリマー光導波路の最適構造設計及び作製を行う計画であった。一方で、オフボード光配線に、MMFに代わり、伝送帯域距離積に優れたSMFの使用が望まれつつある。特に、高速な外部変調が可能となるSiフォトニクス技術の進展とともに、シングルモード光リンクへの期待は一層高まっている。そこで本研究では、Siフォトニクスチップと呼ばれるオンチップSi細線導波路と、SMFの間を高効率に接続するスポットサイズ変換器として、新たなシングルモードポリマー光導波路素子を提案することを目指している。これは、平成31年度の研究計画として位置付けていた。平成30年度の研究では、当初計画していた分岐型マルチモードポリマー光導波路の検討と並行して、シングルモードポリマー光導波路作製に関する基礎検討に取り組むことができた。当研究室独自考案のMosquito法でのシングルモード光導波路作製条件確立に加え、従来の矩形SI型導波路作製法である直接露光法の新規導入に初めて着手し、作製環境及び作製条件の確立に成功した。これにより、新たなシングルモードポリマー光導波路素子を、矩形SI型コアと円形GI型コアの比較を取り入れながら作製・評価していく土台が整ったと言える。これは、平成31年度の研究を遂行するにあたり、大きな進展と言える。本研究では、Si細線導波路-SMF間のMFD差を縮小するためのスポットサイズ変換器の機能を備える新たなシングルモードポリマー光導波路素子を提案し、結合効率の向上を目指す。今後の研究の推進方策としては、まず、シングルモードテーパ導波路の最適構造を、光波伝搬理論解析にて決定する。光損失を増大させることなくスポットサイズを変換するために必要な、テーパ長やコア形状、コア内屈折率分布について明らかにした後、実際に断熱結合を実現するための、Si細線導波路とSSCの接続形態について明らかにする。実験面では、Mosquito法及び直接露光法を用いて、実際にシングルモードテーパ光導波路の作製条件を詳細に検討していく。Mosquito法では、円形状のコア断面を維持しつつ、コア径を軸方向に変化させる2次元テーパ構造を形成可能であるのに対し、直接露光法では、コア高さは一定のもと、コア幅のみを1次元的に変化させるテーパ構造となるので、その影響について特に注視しながら検討を重ねる。以上の検討を基に、Si細線導波路及びSMFと低損失光結合を実現するポリマー光導波路型SSCを作製・評価し、得られた結果を取りまとめ学会発表を行う。

最終目標である4分岐の構造の前に、まずは2分岐から作製を検討した。Mosquito法では、構造乱れのない2分岐型光導波路の作製条件を確立している一方で、同一導波路内でのチャネル間の損失差が問題であった。分岐構造の再設計や作製時温度環境の見直しを行うことで、チャネル間損失差を0.3 dB程度にまで低減することができ、低損失な円形GI型コアの分岐型光導波路の作製に成功した。インプリント法にて作製したGI型コアの分岐型光導波路は、特有の光閉じ込め効果により、分岐部での光漏洩をSI型に比べ大きく抑えることができる一方で、入射部にて開口数の大きなVCSEL光源との結合損失の増大が懸念事項となっていた。そのため、導波路作製工程内に含まれる紫外線露光条件を見直し、最適なGI型屈折率分布の形成を試みたところ、1 dBもの損失低減を達成した。この分岐型光導波路を用いて、26 Gbpsの高速信号伝送及び2波長信号同時伝送に成功し、波長分割多重伝送用素子への応用に足る光導波路の作製に至った。以上の検討により、100400 GbpsレベルのMMF-WDMリンクの構成素子としてのポリマー光導波路の有用性を明らかにした。本研究課題の目的である、100400 Gbpsレベルの高速光リンクを見据えた、新規ポリマー光導波路デバイスの提案並びにMMF・SMFとの低損失光結合の実現を目指すにあたり、マルチモード光リンク、シングルモード光リンクの双方向からの検討を計画している。平成30年度当初の計画では、当該年度内はマルチモード光リンクに焦点を当て、波長分割多重伝送による高速化を目指し、分岐型マルチモードポリマー光導波路の最適構造設計及び作製を行う計画であった。一方で、オフボード光配線に、MMFに代わり、伝送帯域距離積に優れたSMFの使用が望まれつつある。特に、高速な外部変調が可能となるSiフォトニクス技術の進展とともに、シングルモード光リンクへの期待は一層高まっている。そこで本研究では、Siフォトニクスチップと呼ばれるオンチップSi細線導波路と、SMFの間を高効率に接続するスポットサイズ変換器として、新たなシングルモードポリマー光導波路素子を提案することを目指している。これは、平成31年度の研究計画として位置付けていた。平成30年度の研究では、当初計画していた分岐型マルチモードポリマー光導波路の検討と並行して、シングルモードポリマー光導波路作製に関する基礎検討に取り組むことができた。当研究室独自考案のMosquito法でのシングルモード光導波路作製条件確立に加え、従来の矩形SI型導波路作製法である直接露光法の新規導入に初めて着手し、作製環境及び作製条件の確立に成功した。これにより、新たなシングルモードポリマー光導波路素子を、矩形SI型コアと円形GI型コアの比較を取り入れながら作製・評価していく土台が整ったと言える。これは、平成31年度の研究を遂行するにあたり、大きな進展と言える。本研究では、Si細線導波路-SMF間のMFD差を縮小するためのスポットサイズ変換器の機能を備える新たなシングルモードポリマー光導波路素子を提案し、結合効率の向上を目指す。今後の研究の推進方策としては、まず、シングルモードテーパ導波路の最適構造を、光波伝搬理論解析にて決定する。
結核菌特異TLR2リガンド全血刺激法による奇異反応診断の確立

研究計画時の結核患者5名、健常者5名にそれぞれ5名加えた10名ずつの検討では、全血を抗酸菌由来TLR2リガンド刺激後のTNF産生量は、LAMAoyama(10・g/nl):107.9±59.7vs.43.8±18.4,p=0.005,LAM MS:1338.7±642.8vs.682.4±295.3,p=0.009と結核患者で有意に高値であったのに対し、他のTLRリガンドであるPam3Cys、LPS、CpGオリゴでは有意差は認められなかった。また、結核治療によりTNFα値は低下した。このことから、結核患者では抗酸菌由来脂質抗原に対するTNFα産生能が亢進していることが示唆された。第51回ICAAC(2011年9月シカゴ、アメリカ)にて発表した。この応答が結核という疾患に特異的であるか確認するために、引き続き結核患者25名、細菌性肺炎6名、肺癌2名、間質性肺炎7名、非結核性抗酸菌症10名、その他の呼吸器疾患4名、健常者6名の60名を登録した。これらのうちの一部の患者検体でTNFα値の測定を行ったところ、肺癌患者では健常者と同程度であったが、非結核性抗酸菌症患者では高値を示した。同じ抗酸菌疾患症では結核と同様の振る舞いをしめし、これらの抗酸菌由来抗原に対する応答では疾患特異性は示せていないと考えられた。本研究開始にあたり、京都大学研究科、医学部附属病院倫理委員会により、「ヒト結核感染免疫におけるTLRリガンド誘導TNFαの役割について」として承認を得た。研究計画時の結核患者5名、健常者5名にそれぞれ5名加えた10名ずつの検討では、全血を抗酸菌由来TLR2リガンド刺激後のTNF産生量は、LAMAoyama(10μg/nl):107.9±59.7vs. 43.8±18.4, p=0.005, LAM MS : 1338.7±642.8 vs. 682.4士295.3, p=0.009と結核患者で有意に高値であったのに対し、他のTLRリガンドであるPam3Cys、LPS、CpGオリゴでは有意差は認められなかった。この応答が結核という疾患に特異的であるか確認するために、引き続き結核患者15名、細菌性肺炎6名、肺癌2名、間質性肺炎7名、非結核性抗酸菌症10名、その他の呼吸器疾患4名、健常者6名の50名を登録した。これらの結果の一部は第85回日本結核病学会(2010年5月、京都)にて発表した。
巨大災害と家計の人的資本投資：ネパール大地震・家屋損壊データ再調査による実証分析

経済学では、自然災害が、道路や企業の設備更新を通じて長期経済成長を押し上げる正のマクロ経済効果が知られています。しかし、個人レベルの長期効果には不明な点が多くあります。マクロ統計に反映される家計所得の維持・向上が、被災による半ば強制された移転や子どもが教育受ける機会を断念すること、すなわち個人厚生の低下により実現されている可能性もあるため、自然災害の個人レベルでの長期効果とそのメカニズムを解明することは重要です。本研究は、2015年大震災時にネパール政府が作成した家屋損壊指標を含む家計データの追跡調査を実施することで、自然災害が個人の厚生に与えた影響を計測し、そのメカニズム解明を目指します。
口腔がんの発生に関与する遺伝子多型と生活習慣の相互作用

口腔がん患者122人よりインフォームドコンセントを得た後、血液サンプルおよび質問票により生活習慣に関する情報を収集した。血液サンプルからはゲノムDNAを抽出し、以下に示す遺伝子多型について遺伝子型を調べた。また、非がん患者241人についても同様に遺伝子型を調べ、遺伝子型の口腔がん発がん危険度を解析した。また、生活習慣のうち、口腔がんの危険因子である喫煙、飲酒についてそれぞれの遺伝子型ごとに危険度を算出し、高危険群を検索した。環境中の化学物質を活性化し反応性を高めるフェーズIの酵素群についてはCYP1A1,CYP2E1遺伝子に存在する多型について、活性化された物質を反応性の低い物質に無毒化するフェーズIIの酵素群についてはGSTM1,GSTT1遺伝子に存在する多型について、さらに、損傷を受けたDNAを修復するヌクレオチド除去修復(NER)に関与する因子のうちXPA,XPC,XPF,XPG,ERCC1遺伝子に存在する多型について、それぞれの遺伝子型を調べた。また、食道がんにおいて、喫煙・飲酒による発がん危険度が遺伝子型によって異なっていたL-myc遺伝子の多型についても遺伝子型を調べた。その結果、1)CYP2E1のc2/c2型、CC型、XPAのAG/GG型、ERCC1のAA型の各遺伝子型は、口腔がんの危険度と有意に相関していた。2)CYP2E1のc1/c1,c1/c2型、ERCC1のCC,CA型の各遺伝子型について、口腔がんの喫煙による発がん危険度が有意に高くなっていた。3)飲酒による口腔がんの発がん危険度に影響する遺伝子型は本研究においては見つからなかった。
前立腺の炎症関連発癌と遺伝子変異誘導酵素AIDの上皮内異所性発現

前立腺組織におけるPropionibacterium acnes(アクネ菌)を検出する抗体は完成したが、AIDをパラフィン組織切片にて検出する抗体の作成にはいまだ成功していない。アクネ菌の細胞内感染は転写因子であるNF-κBを誘導する。また、NF-κBはIL-6の活性化を通してSTAT3の活性化を誘導し、NF-κBとSTAT3は共同して癌遺伝子の活性化、がん抑制遺伝子の抑制などの機序により癌化に関連する。本年度は、本学において病理学的に前立腺肥大と診断された12症例、および前立腺癌と診断された24症例の全摘出された前立腺手術材料のホルマリン固定組織の割面標本を用いて免疫染色を行った。その結果、前立腺肥大群に比べて前立腺癌群においてNF-κBやSTAT3が高率に発現していることから、非癌部を含めた前立腺全体に転写因子が誘導されることが前立腺癌発生の一因となっている可能性が示唆された。またアクネ菌とNF-κBもしくはSTAT3がともに陽性である腺管の割合も癌症例において著しく高く、アクネ菌陽性像とNF-κBもしくはSTAT3の陽性像に統計的に関連性が認められる割合が癌群において高いことから、臨床例においてもアクネ菌の細胞内感染がNF-κBおよびSTAT3の活性化に関連している可能性がでてきた。また、アクネ菌陽性腺管とSTAT3発現とに相関を有する症例の大部分は、本菌陽性腺管とNF-κB発現とも相関がみられ、連続切片においてもNF-κBとSTAT3発現腺管が一致することから、NF-κBの活性化がSTAT3の活性化を誘導していることが示唆された。次年度は、パラッフィン切片にて明確な陽性像を検出しうるAID抗体を完成させ、本年度に検出した前立腺組織におけるアクネ菌潜伏感染と炎症性転写因子の活性化およびAID酵素の発現という発癌関連因子との直接的な関連性を証明することにより、アクネ菌感染と前立腺発癌の関係を立証したい。ピロリ菌による慢性胃炎と胃癌発症が遺伝子変異誘導酵素AIDの異所性発現で関連付けられる可能性が示唆されたことを受け、我々は前立腺においても同様の機序を考え、Propionibacterium acnesの細胞内感染に起因した慢性炎症と発癌との関連について検討を進めてきた。In vitro環境下においてP.acnesを感染させた前立腺癌由来の細胞株および前立腺癌の凍結材料を用いてreal-time PCRによりAIDのmRNA量を定量したが、感染細胞、前立腺癌組織ともに発現は低値であった。前立腺癌組織においてAID発現の局在を確認する目的でパラフィン包埋切片でも有効なモノクローナル抗体の作製を試みたが、作製し得た抗体はwestern blotなど生材料には使用可能であったが、パラフィン包埋切片に対する免疫染色には使用できなかった。AIDの関与が否定的であったことから、本年度は前立腺癌組織におけるNF-κBとSTAT3についての検討を行った。前立腺癌、前立腺肥大症、泌尿器悪性腫瘍にて合併切除された腫瘍病変のない前立腺組織を使用し、転写因子の活性状態とP.acnesの局在および感染量を免疫二重染色およびreal-time PCRによって検討し、癌化との関連性について検証した。その結果、前立腺癌組織と非腫瘍組織ではほとんどの腺管でP.acnesの存在を認めた。感染量も肥大症に比べ、前立腺癌、非腫瘍組織は有意に多かった。NF-κBとSTAT3陽性腺管は、前立腺癌組織に有意に多く認められた。前立腺癌症例において腺管単位で検討したところ、P.acnesの有無と各転写因子の活性化にそれぞれ高い相関を認めた。前立腺癌組織と非腫瘍組織との間にP.acnes感染量の差はなかったものの、癌の好発部位と本菌の局在が一致しているため、P.acnesの感染と癌化には何らかの関与があるものと考える。
味覚の受容・認知機構における加齢の影響

加齢が食嗜好性に与える影響については不明な点が多い。そこで、加齢に伴う味覚嗜好性の変化と、その原因について調べた。ラットを用いた行動学的実験によって、加齢に伴い味覚閾値が高くなることや、甘味、うま味、苦味に対する嗜好性が変化することが明らかとなった。舌上の味細胞数や味神経の電気生理学的応答には加齢による影響は認められなかった。これらのことから、加齢に伴う嗜好性の変化には、末梢機能よりも中枢神経系が影響している可能性が示唆された。食べ物の美味しさを感じられることは、健康的な食生活の維持に重要である。しかし、味覚の感受性は加齢に伴って低下するという問題がある。このような味覚機能の低下の原因は明らかにされていない。そこで、加齢に伴う味覚機能の変化のメカニズムを明らかにすることを目的とし、行動学的、免疫組織化学的および電気生理学的手法を用いて検討した。実験動物として3-6、8-11、17-20、34-37、および69-72週齢の雄性ラットを用いた。様々な味質の溶液(甘味、酸味、苦味、塩味、うま味)と蒸留水のどちらを好むかを判別するために、二瓶法を用いて各味溶液の嗜好率を算出した。その結果、週齢の増加に伴って甘味またはうま味に対する嗜好率は低下した。一方、苦味の嗜好率については、週齢の増加に伴って高くなった。塩味または酸味については週齢間で差はみられなかった。さらに、同質の味について濃度比較をしたところ、69-72週齢のラットは酸味以外の味溶液では低濃度よりも高濃度の溶液を好む傾向を示した。したがって、週齢の増加に伴い、味の閾値が高くなっていること、また、甘味、うま味および苦味に対する味覚嗜好性は加齢により変化しやすいことが行動実験から明らかとなった。次に、甘味、うま味または苦味受容細胞に特異的に発現する蛋白質を免疫組織学的手法によって検出し、受容細胞の数を週齢間で比較・検討した。その結果、週齢間で受容細胞の数に大きな差は認められなかった。また各週齢のラットの舌に味溶液の刺激呈示をした際の鼓索神経(味覚神経の一つ)の応答を記録した実験でも、週齢間で応答に大きな違いは認められなかった。これらのことから、加齢に伴う味覚嗜好性の変化には、末梢機能よりも、動機づけや情動などに関わる中枢神経系の変化が大きく影響している可能性が高いことが示唆された。したがって、加齢に伴う脳機能の変化について、今後検討すべきである。加齢に伴う味覚嗜好性の変化を明らかにすることを目的とし、各成長段階における味覚嗜好性の変化について行動学的手法および免疫組織化学的手法により比較・検討を行った。本年度は特に加齢に伴って味覚嗜好性がどのように変化するかについて行動学的実験を重点的に行った。実験動物としてSD雄性ラットを用い、生後3-6、8-11、17-20および34-37週齢のそれぞれ4群を実験群とした。二ビン法により異なる味質(甘味、酸味、苦味、塩味、うま味)を呈する溶液の摂取量を測定し、各溶液の嗜好率を算出した。その結果、週齢の増加に伴って、0.3 Mショ糖の嗜好率が低下する傾向がみられたが、有意な差はみられなかった。一方、0.5 Mショ糖では、34-37週齢群の嗜好率は、3-6週齢群または8-11週齢群の嗜好率と比較して有意に低下した。0.1Mグルタミン酸ナトリウムについては、34-37週齢群の嗜好率は、3-6週齢群または8-11週齢群の嗜好率と比較して有意に低下した。また、0.3 mM塩酸キニーネでは、週齢の増加に従い嗜好率が上昇する傾向がみられたが、有意な差はみられなかった。一方、0.03 mM塩酸キニーネについては、34-37週齢群の嗜好率は、3-6週齢群および8-11週齢群の嗜好率と比較して有意に高くなった。塩化ナトリウムまたは塩酸については、週齢間で嗜好率に有意な差はみられなかった。本実験から、甘味、うま味および苦味に対する味覚嗜好性は加齢により変化することが明らかとなった。これらの味質は、II型味細胞に受容体が認められる点で共通しており、加齢による味覚嗜好性の変化の原因は、末梢の味覚受容が関与している可能性も考えられる。それゆえ、平成24年度では末梢および中枢の味覚情報伝達経路の両側面から詳細に検討する予定である。平成23年度の実験計画では、はじめに週齢による味覚感受性の違いについて行動学的手法を用いて検討し、次に、味細胞における味応答性蛋白質の発現量の週齢間での相違について、免疫組織化学的手法を用いて検討することを計画していた。

行動学的手法を用いた実験では、生後3-6、8-11、17-20および34-37週齢のそれぞれ4群の実験群にわけ、二ビン法による5基本味(甘味、酸味、苦味、塩味、うま味)の味溶液に対する嗜好性の評価を行った。その結果、甘味やうま味の嗜好性が低下する一方、低濃度の苦味においては、週齢の増加に伴い嗜好率が上昇するという結果を得た。これまでの研究において、甘味またはうま味については加齢が影響することは知られていた。一方、苦味については検討した先行研究は少なく、また苦味が週齢の増加に伴って嗜好性が上昇するという報告はない。これらのことからも、本研究の実験手法は単純ではあるが、世界的に見ても味覚の機能について新しい知見を得たものと考えられる。また、本実験の結果から、週齢の増加に伴って嗜好性に相違がみられた味質である甘味、うま味および苦味は、II型味細胞に受容体が認められる点で共通していたことから、興味深い結果を得ることとなった。従来、加齢に伴う味覚嗜好性の変化は、認知機能の低下が主な原因の一つに挙げられていた。しかし、本研究の結果は、加齢に伴う味覚嗜好性の変化が末梢の味細胞の受容機構の変化による可能性を示した結果となった。平成23年度の計画としては基盤となる結果が得られたことから、おおむね順調に実験が遂行されたものと判断した。加齢に伴い味覚嗜好性に変化がみられた甘味、うま味および苦味の3種の味質は、II型味細胞に受容体が認められる点で共通していた。一般的に、加齢による味覚認知への影響は、中枢での機能低下が原因であるとの見方が強かった。しかし、我々の実験の結果から、加齢における味覚嗜好性の変化には、末梢の味覚受容が関与している可能性も考えられ、当初計画していた免疫組織化学的手法による味細胞の形態観察に加え、さらに詳細な検討を行う必要性があると考えた。そこで、平成24年度の実験計画では、行動学的実験で採取した舌組織から有郭乳頭を含む舌組織切片の味細胞内で発現する蛋白質(G α-gustducin, PLCb2, NCAMなど)を、免疫組織化学的手法を用いての解析を行う。しかし、結果として加齢による変化が味細胞でみられなかった場合、次に考えられる部位として、味細胞から中枢に至る神経経路にあると考えられる。このような予測結果と異なる場合の対応策として、電気生理学的手法用いて舌咽神経または鼓索神経から味刺激に対する神経応答を記録し、加齢に伴う味覚の応答特性についての検討を加える。平成24年度の計画では、超高磁場MRIを用いた脳の組織学的解析も計画している。加齢に伴う脳の構造組織学的な違いを明確にすることも重要であると考え、MR撮像による構造画像および拡散強調画像を用いての神経線維の走行について、加齢による脳構造の相違を3次元的に解析する。特に味覚情報伝達経路を中心とした部位について解析を進め、行動学的実験の結果と合わせ、形態と機能との関連性を検討し、加齢による味覚嗜好性の変化を生じる原因の解明を目指す。平成24年度では、平成23年度に行った実験で採取した舌および脳を用いて組織解剖学的解析を中心に行う。この実験に用いる免疫組織化学的手法による抗体などの薬品にかかる実験費用(60万円)を計上する。実験の結果は、平成23年度の行動学的実験の結果と合わせ、国際雑誌に投稿する予定である。作成した学術論文の英文校正費用(10万円)および投稿費用(5万円)を計上する。本実験ではさらに、電気生理学的手法用いて舌咽神経または鼓索神経から味刺激に対する神経応答を記録し、中枢までの伝達経路での味質応答特性の相違についての検討を加える計画である。
安定同位体比を用いた水環境への窒素流出機構の把握

本研究では,これまで研究例の少なかった,扇状地を含む中規模流域における硝酸イオンの流出特性の解明を目的とし,各種安定同位体をトレーサーとして用いることにより,水循環と硝酸イオンの流出負荷を同時に同定・定量するというオリジナリティーのある試みを成功させた。調査流域は,上流域が山林で下流域は扇状地が形成され果樹園や畑地が広く分布する笛吹川中流域を選定した。窒素負荷が急激に増加するとされている出水時の窒素流出特性を把握するために,降水イベントによる出水を対象とし流出河川水の連続採取を行った。また,対象流域ないにおける降水および扇状地地下水を通年で採取し,水中水素・酸素安定同位体比および硝酸性窒素安定同位体比,さらに主要溶存化学成分を測定した。得られた各種安定同位体比値および主要溶存化学成分のデータの解析を行った結果,流域における硝酸性窒素の起源が主に山林起源の窒素および窒素肥料であることが明らかとなった。また,これらの窒素の出水時における流出を定量的に評価した。これらの研究成果から,河川へのNO_3^-流出負荷源としての地下水の重要性を指摘するに至った。本研究の成果は,河川への窒素流出および停滞水域における富栄養化対策を行うにあたっては,流域における地下水水質の維持管理が必要不可欠であり,硝酸性汚染の改善が進まない地下水の水質改善および管理の重要陸を指摘した。
自己位置認識誤差がセンサベーストパスプランニングの収束性に与える影響について

一般に、センサベーストパスプランニングでは、移動体はゴール方向が障害物に妨げられなければそれへ直進し、そうでなければその障害物を回避するという2種類の行動を逐次選択する。このとき、移動体のゴールGへの到達(これをデッドロックフリー特性と呼ぶ)を、コンセプト『障害物を回避し終えたのちそれから離脱するところをゴールGへ単調にさせる』で保証すると、距離アルゴリズムが誕生する。しかし、自己の位置を誤認識すると、移動体はこのコンセプトの運用を誤り、本来離れてはならないところから離脱したり、本来離れなければならないところから離れなかったりし、ゴールGから誤差分だけ離れたところ(架空のゴールG^*)へさえも到達できなくなる。本研究では、従来の距離アルゴリズムの(ゴールG^*への)デッドロックフリー特性に、移動体の自己位置認識誤差Eがどの様な影響を与えるかについて検討した。まず、移動体のコンピュータが推定する位置Aとその体自身が現実に占める位置A^*を考える。そして、位置Aを正則な射像で位置A^*へ移す誤差Eを正則誤差と定義する。すると、位置A^*も正則逆射像で位置Aに移り、コンピュータのパスPと体のパスP^*は相似形を成す。この相似関係により、対A^*が離れるべきところを頭Aで正しく認識でき、体A^*は架空のゴールG^*へ必ず到達できる。我々は、この性質を理論的に証明し、従来のアルゴリズムを修正した。また、それがデッドロックフリー特性を保持することをシミュレーションで確認した。一方、正則誤差以外が発生するとき、パスPとパスP^*は相似形を成さないので、体A^*が離れるべきところを頭Aで正しく認識できない。その結果、体A^*は必ずしも架空のゴールG^*へさえ到着できないことを理論的に証明した。また、従来のアルゴリズムを最大限デッドロックフリーにするよう修正し、その有効性をシミュレーションで確認した。
学びのセーフティネット構築の一環としての視力検査の充実に関する研究

ICT教育の推進により、「黒板の文字を判別する」遠見視力に加えて、「タブレット画面の文字を判別する」近見視力が必要になる。しかしながら、学校では遠見視力検査しか行われていない。「遠見視力検査では発見できない近見視力不良者」の存在を明らかにし、近見視力検査の必要性を検証した。近見視力検査により発見した弱度遠視や調節機能不良は、ICT教育においては調節負荷を増大させ、眼疲労の原因になり、学習能率を低下させる。早期発見・早期治療の効果として、治療により視力が改善した子どもの「視覚情報入手における負担の軽減」を検証した。学校保健安全法施行規則第6条において、学校では「幼児・児童・生徒は、毎学年定期に視力を検査する」ことになっている。その方法や技術的基準については、「児童生徒の健康診断マニュアル」の中に「学校における視力検査は、学習に支障がない見え方(視力)であるかどうかの検査である」と明記している。すなわち、学習をする上で支障となる視力の障害ないし状態を、学年当初に把握し、異常や疾病の疑いがある子どもには医療機関を受診できるようにすることが健康診断時に行う視力検査の目的である。「学習に支障ない見え方(視力)」を検査するなら「黒板の文字を判読する」遠見視力検査に加えて「教科書・コンピュータ画面の文字を判読する」近見視力検査が必要である。しかしながら、現在、学校の視力検査では遠見視力検査しか行われておらず、近見視力不良者は放置されている。そのため、「近くを見る視力」に問題があるにもかかわらず、「能力がない」「集中力がない」「根気が続かない」「努力が足りない」と思われている子どもの存在が危惧される。高橋らは、現行の遠見視力検査では発見できない近見視力不良者の「割合」および「学習能率との関連」を報告し、近見視力検査の導入を提言してきた。さらに、遠見視力検査・近見視力検査に加えて屈折検査・調節効率検査を行い、「学習に支障をきたす見え方」の実態を明らかにし、「全ての子どもに学習の機会を保証する」には近見視力検査が必要なことを検証してきた。政府はICT教育を推進し、「2019年度までに、全ての児童生徒に情報端末を配備する計画」を打ち出している。ICT教育を推進するうえで、教育現場での近見視力検査の実施は必要不可欠な条件と考える。個人差はあるが、6歳頃には視機能の発達は終了する。6歳頃までに眼の異常や疾病を発見し対処しなければ、眼鏡を装用しても一定以上の視力はでない。3歳で視力検査を受け、眼の異状や疾病を発見し治療するなら、小学校入学までに視力の改善は期待できる。すべての子どもが「視力不良による負担」なく、公平に義務教育を享受する社会を目指している。日本眼科医会調査報告によると、幼稚園・保育所、三歳児健康診査会場での視力検査実施率は低く、弱視救済の「最後の砦」と言われる就学時健康診断の視力検査実施率も自治体によって大きく異なり、未実施の政令指定都市もあった。法律で義務づけられているにもかかわらず、教育・保育現場および幼児健康診査会場で視力検査を実施しない理由を調査した。その結果、幼児の視力検査は「時間・労力がかかる」「結果に信憑性がない」等が明らかになった。その理由として、幼児は1「ランドルト環の切れ目」が理解できない2遠見視力検査(5m、2.5m)を行っているから注意集中が困難などが推察された。また、幼児が答えやすい絵視標が使われることが多く、視標の定義に合っていないため精度面での問題が指摘されている。そこで、「ランドルト環の切れ目」を「かじられたドーナツ」に見立て、眼前30cmに提示する簡易近見視力検査方法を考案した。「ランドルト環の切れ目」と「かじられたドーナツ」のイメージ定着のために、絵本『たべたのだあれ』を出版した。さらに、絵本と同じく「たべたのだあれ」クイズ遊びにより視力検査を行うために、視標提示パネルを作成した。そして、幼児が絵本の「たべたのだあれ」クイズ遊びでランドルト環に慣れてから、幼稚園や保育所で視標提示パネルを使って、視力検査を行ってきた。その結果、3歳児の視力検査可能率は約97.9%と高率であり、検査時間も一人約20秒と、信憑性のある視力検査が短時間にできることを実証した。小学生の屈折検査を実施し、屈折度が弱度のために遠見視力検査では発見し難い遠視系屈折異常の子どもの存在を明らかにした。遠視系屈折異常者は近見視力不良のために、ICT教育における学習能率は良くないことが懸念される。また、調節効率検査結果からは、調節機能不良により視力が不安定なために「見えたり」「見えなかったり」する子どもが約半数いることも判明した。学校で、遠見視力検査に加えて近見視力検査を行なえば、弱度の遠視系屈折異常や調節機能不良の子どもの発見につながる。ICT教育を推進する上で、「すべての子どもが公平に学校教育を享受する」ためには、現行の遠見視力検査に加えて近見視力検査を実施する必要がある。これらの研究成果を学会発表・論文発表などにより教育現場に報告し、さらに文部科学省担当官にも提言してきた。文部科学省は、10年ごとに「学校健康診断項目の見直し」を行っている。

「今後の健康診断の在り方等に関する検討会(第7回)」(2014年8月15日)では、眼科医会代表者から眼科領域の問題点として、1色覚検査2コンタクトレンズ眼症3近見視力検査の3点があげられ、近見視力検査に関しては、「学校長と学校眼科医の裁量により教育現場で近見視力検査を行う」ことが了解された。今後、「児童生徒の健康診断マニュアル」(学校保健会編)の「視力検査の方法」に、遠見視力検査と近見視力検査が併記され、教育現場での実施に至ることを期待している。そのために、時間・費用・労力が少なくてすむ簡易近見視力検査方法も考案した。ICT教育の推進により、「黒板の文字を判別する」遠見視力に加えて、「タブレット画面の文字を判別する」近見視力が必要になる。しかしながら、学校では遠見視力検査しか行われていない。「遠見視力検査では発見できない近見視力不良者」の存在を明らかにし、近見視力検査の必要性を検証した。近見視力検査により発見した弱度遠視や調節機能不良は、ICT教育においては調節負荷を増大させ、眼疲労の原因になり、学習能率を低下させる。早期発見・早期治療の効果として、治療により視力が改善した子どもの「視覚情報入手における負担の軽減」を検証した。法律によって、幼稚園・保育所および三歳児健康診査での視力検査実施は規定されている。機能弱視の成因の中で最も多いのは片眼性屈折異常である。自覚的視力検査が可能になる3歳の視力検査で丁寧な片眼ずつの視力検査を行えば、片眼性弱視を防ぐことができる。しかしながら、幼児の視力検査実施率は低い。そこで、短時間に正確な視力検査を実施するための視力検査方法を考案した。「子どもは近くから見える」ようになり、しかも「近くの方が注意集中はしやすい」。それなら、現行の遠見視力検査より「30cmの距離で実施する」近見視力検査の方が、検査成功の可能性が大きいと考えた。幼児期、「近くがハッキリ見えている」なら視機能面での心配はない。また、幼児の理解を得るために、絵視標が使われることが多いが、絵視標は被検査者の知的要素や視経験の影響が大きく、視力の定義にも則していないため精度に問題がある。ランドルト環は「世界視標として視力の定義に則している」が、幼児の視力検査成功率は低い。そこで、幼児に「ランドルト環の切れ目」=「ドーナツのかじられた箇所」のイメージを持たせるために、絵本『たべたのだあれ』を出版した。さらに、視力検査でも「たべたのだあれ」クイズにより「ランドルト環の切れ目」を答えられるように視標提示パネルを医療機器メーカ「はんだや」で作成した。幼児が絵本でクイズ遊びを楽しめるように無料配布し、ランドルト環に慣れてから、幼稚園・保育所で視力検査を受ける。この方法により、幼稚園と保育所で3歳児の視力検査を実施してきた。検査成功率は約97.9%と、どの先行研究よりも高率で、検査時間は一人約20秒と、信憑性のある視力検査が短時間に可能なことを実証した。啓発活動により、「3歳からできる視力検査」を全国の幼稚園・保育所、三歳児健康診査において実施するなら、視力不良による負担なく義務教育を開始できる子どもが増加する。健康教育学先行研究「小児の視覚発達の評価法に関する研究」(丸尾敏夫他、平成3年度厚生省心身障害研究、1992)によると、愛知県と埼玉県で実施した3歳児の視力検査の検査可能率は、ランドルト環の場合は約76.4%、絵視標の場合は約64.3%(不可読絵視標除外では約77%)と報告している。
帰納的学習と多段決定の概念を用いた社会資本最適配分に関する研究

平成7年度では、社会資本整備における決定問題を数理モデルとして解析することと、最適化のための学習理論として帰納的学習を取り入れる方法を考えるため、従来の研究成果を収集することに重点をおいた。また、この問題を資源配分問題として定式化するための条件、適応可能な範囲についての検討や、動的計画法からの接近を試みるとともに、基礎的理論についていろいろ検討した。平成8年度では、前年度に引き続き、不完備情報のもとでの多段決定問題を解明すると同時に、帰納的学習により政策決定をおこなう方法論について検討を行った。また、動的計画法についても、さまざまな角度から理論を深化させるとともに、基礎的理論についてもいろいろと検討を試み、いくつかの結果が得られた。したがって、研究期間を通じて、これらの研究を改善・発展させ、おおむね研究計画にしたがって社会資本配分問題への方法論に関する研究を進めていくことができた。また、当初計画したように、研究者との討論や、学習方法や基礎理論について、いろいろ検討することがこの研究の中心となり、個別的に進行する傾向があることは否めないが、当初の計画にしたがって進めることができたと思う。平成7年度の研究では、社会資本整備における決定問題を数理モデルとして解析することと、最適化のための学習理論として帰納的学習を取り入れる方法を考えるため、従来の研究成果を収集することに重点をおいた。また、この問題を資源配分問題として定式化するための条件、適応可能な範囲についての検討や、マクロ経済レベルで成立する均衡解についての動的計画法からの接近を試みるとともに、基礎的理論についていろいろ検討を試みた。この結果、基本的な枠組みとしては、社会資本整備の決定問題を解析する方法として有効な動的システム理論が適用できる可能性があるとの見通しが得られている。また、未整理のデータからの政策決定を行う方法として、帰納的学習により不完備情報の多段決定問題が有効な手段を提供する可能性があるとの見通しも得られている。当初計画したように研究者との討論や、学習方法や基礎理論についていろいろと検討することが中心となっており、個別的に進行する傾向があるが、当初計画通りに進行していると考えられる。研究推進の上での今後の課題としては、各種アンケートや日常の言語形式で記述された社会資本整備への意見などを、判断ルールにまで整備するシステムを構成することは数量化などの点でやや困難であるため、システム構成に正確に反映していないケースもありうる。しかし学問的には基礎的部分の理論を検討することが重要であり、その点を整備することから、研究計画を推進していくことも重要であろうと思われる。また、これらの結果を日本オペレーションズリサーチ学会などの研究発表会を始め、シンポジウムなどの機会を捉えて公表しあわせて研究論文の形で公刊している。平成8年度の研究では、前年度に引き続き、不完備情報のもとでの多段決定問題を解明すると同時に、帰納的学習により政策決定を行う方法論について検討を行った。また、動的計画法についても、さまざまな角度から理論を深化させるとともに、基礎的理論についてもいろいろと検討を試みた。この研究では、社会資本整備における決定問題を多段決定の問題としてとらえると同時に、決定を最適化するための学習理論として帰納的学習を取り入れる方法を考え、確率的な資源配分問題として定式化することを試みた。そのための条件、適用可能な範囲について検討を加えるとともに、多段決定問題の理論的解明について検討してきた。また、政策決定の基本的な部分について動的計画法の理論に関して検討を加え、特に基礎部分の理論については、いくつかの結果が得られた。本年度は、当初計画したように、研究者との討論や、学習方法や基礎理論についての研究が中心となり、個別的に進行する傾向があることは否めないが、当初の計画にしたがって進められていると考えられる。また、本年度が、この研究課題での最終年度となることから、これまでに得られた結果をまとめることにも、重点をおいてきた。
エクジステロイド結合部位に結合可能な非ステロイド型化合物の創製

脱皮ホルモン受容体のリガンド結合部位に結合可能な化合物を化合物データーベースからスクリーニングする.すなわち,大量の構造式データーベースから構造式一つ当たり200個のコンフォメーションを発生させる.受容体結合部位に結合可能な化学構造をコンピューターを使ってあてはめていく.受容体結合部位に結合可能と判断された候補化合物を購入あるいは合成し,昆虫細胞を用いて活性の評価を行う.活性が見出された化合物に対しては,構造変換の容易な構造を基本構造にして,構造変換を行う.その際に,分子動力学の手法を用いて,受容体とリガンドの結合エネルギーを計算して,リガンドー受容体相互作用を詳細に調べる.脱皮ホルモン受容体のリガンド結合部位に結合可能な化合物を化合物データーベースからスクリーニングする.すなわち,大量の構造式データーベースから構造式一つ当たり200個のコンフォメーションを発生させる.受容体結合部位に結合可能な化学構造をコンピューターを使ってあてはめていく.受容体結合部位に結合可能と判断された候補化合物を購入あるいは合成し,昆虫細胞を用いて活性の評価を行う.活性が見出された化合物に対しては,構造変換の容易な構造を基本構造にして,構造変換を行う.その際に,分子動力学の手法を用いて,受容体とリガンドの結合エネルギーを計算して,リガンドー受容体相互作用を詳細に調べる.
長時間全原子シミュレーションによるタンパク質揺らぎの解明

近年の計算機の目覚ましい発展にともない,タンパク質の運動を分子動力学シミュレーションで再現することができるようになった.しかし,タンパク質の複雑多様な運動の実態を把握・理解することは未だ容易ではない.そこで我々は,シミュレーション結果からタンパク質の主要な運動を特定・抽出するために,タンパク質の「遅い運動」に着目し,シミュレーション結果から効率的に同定するための手法として「時間構造に基づいた独立成分分析(tICA)」を提案し,実際,この解析手法が有用であることを示した.前年度,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)のシミュレーション結果を「時間構造をもとにした独立成分分析(tICA)」によって解析し,LAOの遅い運動の様相を明らかにした.このような運動は,その発生の有無・頻度がシミュレーションごとに異なることが予想されるため,今年度はまず,複数シミュレーションの比較によってタンパク質揺らぎの複雑多様な実態を解明することを目指した.1マイクロ秒のシミュレーションを3回実行したところ,いずれにおいても100ナノ秒オーダーの遅いドメイン運動が観察された.tICAによってLAO主鎖の遅い運動を抽出したところ,その結果は3回のシミュレーションで大きく異なっており,揺らぎの多様性が明らかとなった.一方,複数のシミュレーションで共通する遅い局所運動もみつかった.このような再現性のある運動をする部位は,機能発現にとって重要である可能性が高いと考えられる.続いて,前年度の解析で特定されたLAOの遅い運動の鍵となっていそうなアミノ酸残基をアラニンに置換した変異体,K186AとF233A,についてシミュレーションを実行し,変異の影響を調べた.その結果,変異体K186Aでは,構造がリガンド結合型の方向に大きく変化する様子が観察された.置換した残基は,野生型においてドメイン間に跨った塩橋を形成しており,この塩橋の消失が原因であったと考えられる.一方,変異体F233Aではこのような構造変化は起きていなかった.さらに,2つ目のターゲットとして,LAOと同じファミリーに属し,基質の結合にともない大きな構造変化を示すタンパク質であるマルトース結合タンパク質(MBP)を取り上げ,LAOとの共通性やMBPの独自性を明らかにすべく,長時間のシミュレーションを実行した.LAOと同じく,MBPも100ナノ秒オーダーの遅いドメイン揺らぎを示すことが確認できた.前年度までに,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)の複数シミュレーションの結果を「時間構造をもとにした独立成分分析(tICA)」によって解析したところ,シミュレーションごとに大きく異なっており,揺らぎの多様性が明らかとなった.一方,複数のシミュレーションで共通する遅い局所運動もみつかり,このような再現性のある運動をする部位は機能発現にとって重要である可能性が高いと考えられる.そこで、今年度は,さらなる解析によってタンパク質揺らぎの複雑多様な実態を解明することを目指した.まず前年度に引き続き,LAOの遅い運動の鍵となっていそうなアミノ酸残基K186をアラニンに置換した変異体K186Aについてさらなる解析を行った.5回のシミュレーションを行ったところ,いずれにおいても野生型とは異なったドメイン運動が見られ,リガンドの結合には不利な状況となった.実際,野生型のシミュレーションも5回やってみたところ,5回のうち4回まではドメイン運動をしつつもリガンドが結合できるような構造であった.ただし,残りの1回だけは,K186がD238とつくっていた塩橋が壊れ,クローズ型へと変化しており,野生型であっても鍵となる相互作用がなくなれば,構造変化が起きることがわかった.続いて,LAOで生じている遅い運動を別角度から検証すべく,これまで用いていたCα原子のデカルト座標とは異なる主鎖二面角の時系列データにtICAを適用した.その結果,抽出された運動はCα原子のデカルト座標に対するtICAの結果とよく一致しており,tICAは座標系に依らず遅い運動を抽出できることがわかった.さらに,LAOとは別のタンパク質でtICAによる解析が有効であるか確かめるため,マルトース結合タンパク質を対象としてシミュレーションを実行したところ,tICAの有効性について一定の成果は確認できた.近年の計算機の目覚ましい発展にともない,タンパク質の運動を分子動力学シミュレーションで再現することができるようになった.しかし,タンパク質の複雑多様な運動の実態を把握・理解することは未だ容易ではない.そこで我々は,シミュレーション結果からタンパク質の主要な運動を特定・抽出するために,タンパク質の「遅い運動」に着目し,シミュレーション結果から効率的に同定するための手法として「時間構造に基づいた独立成分分析(tICA)」を提案し,実際,この解析手法が有用であることを示した.タンパク質の複雑多様な揺らぎの実態,その動的機構,機能との相関を原子レベルで解明することを目的として,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)のシミュレーションを1マイクロ秒の長時間に渡って実行した.シミュレーション結果からは,LAOが大きく揺らいでいる様子が観察され,100ナノ秒オーダーの遅い揺らぎが含まれていることが明らかとなった.LAOの2つのドメインの安定性より,この遅い揺らぎはドメイン運動が支配的であることが示唆された.シミュレーション結果に対して,Cα原子を対象とした「時間構造をもとにした独立成分分析(tICA)」を適用したところ,LAO主鎖の遅い運動をモードとして抽出することができた.遅い方から5つのモードが表わす運動を解析したところ,1つは全体的な運動である前述のドメイン運動であったのに対し,残りの4つは局所的な運動であった.

局所的な運動が同定された部位について,主鎖二面角の変化や周辺残基との相互作用の変化を調べたところ,確かに遅い運動が生じていることが確認できた.これより,tICAが,タンパク質の遅い運動を,その運動が全体的であるか局所的であるかにかかわらず,うまく抽出することができる有用な解析手法であることが検証できた.tICAによる解析によって遅い運動として特定されたものは,ゆっくりと変化するものではなく,急激な変化が稀に起こるという特徴を持っていた.このような運動は,その発生の有無・頻度がシミュレーションごとに異なることが予想される.そこで,複数のシミュレーション結果を比較すべく,LAOの1マイクロ秒のシミュレーションをさらに3回実行した.また,tICAの解析結果をもとに,LAOの遅い揺らぎで鍵となっていそうなアミノ酸残基としてK186とF233を同定し,それぞれをアラニンに置換した変異体のシミュレーションを実行した.本年度の計画では,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)をターゲットとした2つの課題: 1LAOのシミュレーションの複数回実行とtICAによる比較解析,2LAO変異体のシミュレーションの実行と変異の影響解析,および,2つ目のターゲットであるマルトース結合タンパク質(MBP)の長時間シミュレーションの実行,という課題に取り組む予定であったが,これらのいずれも予定通り実行することができた.本年度の計画では,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)をターゲットとして,マイクロ秒スケールの長時間シミュレーションを実行し,その結果を用いて,(1) LAOの揺らぎのtICAによる解析,(2) LAOの遅い揺らぎで鍵となるアミノ酸残基の特定,(3) LAOの変異体のシミュレーション,という3つの課題に取り組む予定であったが,これらのいずれも予定通り実行することができた.前年度に引き続き,リジン・アルギニン・オルニチン結合タンパク質(LAO)とマルトース結合タンパク質(MBP)のシミュレーション結果の解析を進めるとともに, tICAの有用性のさらなる確認,および,解析手法としての確立を図るとともに,タンパク質揺らぎの実態解明,動的機構の理解を目指す.予定している主な内容を以下に示す.1MBPの長時間シミュレーション結果のtICAによる解析: MBPはLAOと同じファミリーに属し,基質の結合にともない大きな構造変化を示すタンパク質である.したがって,MBPのタンパク質揺らぎにはLAOと共通の特徴・メカニズムが存在することが期待される.一方,構成アミノ酸残基数は大きく異なることから,タンパク質揺らぎの全体像は大幅に違っている可能性が高い.以上のような点を明らかにするため,MBPの長時間シミュレーション結果に対して,tICAをベースとしたタンパク質揺らぎの解析を行う.2MBP変異体のシミュレーションとその解析:MBPの揺らぎの鍵となるアミノ酸残基を推定し,変異体のシミュレーションを実行する.得られた結果を野生型の結果と比較することによって,変異の影響を調べるとともに,同定部位の機能発現における重要性を検討する.
ゴレンステイン次元とゴレンステイン多元環の研究

可換ネータ環R上加群として有限生成なネータ多元環Aがゴレンステイン多元環のときは,有限生成加群はAuslander-Bridger公式を充たす。更に,gradeと次元に関する公式:grade M+dim M=dim Aも成り立つ。ゴレンステイン多元環Aは,dim A=(Aの深さ)を充たすから,Mがコーエン-マコーレー加群になることとMのgradeが(Mの深さ)に一致することが同値である。これは,コーエン-マコーレー加群のホモロジー代数的特長付けを与えている。次に,以上の実績を基に,Aは非可環フィルター環になっている場合を考える。このときはAに付随する次数付環gr Aの情報を使う。フィルター加群Mのゴレンステイン次元は付随する次数つき加群grMのゴレンステイン次元以下ということがわかった。また,グレイドは付随する次数付き加群のグレイドと一致することが,加群の条件のみで証明できた。このことは環Aに正則性あるいはゴレンステイン性の条件を課して証明していたこれまでの結果を進展させたものである。この新しい証明の成功により,コーエンマコーレー環あるいはより一般の環でも,これらのホモロジー代数的不変量による理論が展開されることを示すことができた。例えば,加群の純粋性は幾何学的純粋性と孤立素因子を持たないことに同値であるという定理の一般化等である。そして,広く研究された「アウスランダー条件を充たす正則環」が持つ性質がより一般の場合に成り立つか,という問題に一定の解答を与えた。可換ネータ環R上加群として有限生成なネータ多元環A上の有限生成加群Mのゴレンステイン次元について,それが0になるための必要十分条件はその加群の深さが環の深さに一致することである,という事実の証明を工夫し,簡略化した。それにより,数年前に疑義が提出されていた,深さとゴレンステイン次元に関するAuslander-Bridger公式:(Mの深さ)+(Mのゴレンステイン次元)=(Aの深さ)がAuslander-Bridgerによる当初の方法を用いて証明されることを示した。これから,Aがゴレンステイン多元環のときは,有限生成加群はAuslander-Bridger公式を充たす。次に,以上の実績を基に,可換ネータ環R上加群として有限生成とは限らないネータ多元環について同様の公式を考察する。先の場合は,基礎環R上の深さ,gradeを用いたが,有限生成性を仮定しないためこれらの普遍量を変更する必要がある。そこでAはフィルター環になっている場合を考える。このときはAに付随する次数付環gr Aがあるのでそれが可換ネータ環になる,という仮定の下で公式を作る。これら公式はほぼ完成し,コーエン-マコーレー加群,ホロノミック加群などへの応用を研究予定である。可換ネータ環R上加群として有限生成とは限らないネータ多元環についてAuslander-Bridger公式:(Mの深さ)+(Mのゴレンステイン次元)=(Aの深さ)考察する。Aはフィルター環,Aに付随する次数付環gr Aが可換ネータ環になる,という仮定の下で公式を考察する。このときA加群Mのゴレンステイン次元は一般には付随する次数つき加群grMのゴレンステイン次元以下ということがわかった。

従って目的の公式の為には,どのような条件の下で両者が等しくなるかについて調べる必要があるが,いくつかの部分的結果を得た。ゴレンステイン次元と非常に深い関係にある,グレイドについて研究した。グレイドは一般に付随する次数付き加群のグレイドと一致することが,加群の条件のみで証明できた。このことは環Aに正則性あるいはゴレンステイン性の条件を課して証明していたこれまでの結果を進展させたものである。この新しい証明の成功により,コーエンマコーレー環あるいはより一般の環でも,これらのホモロジー代数的不変量による理論が展開されることを示すことができた。ある環Aとそれに付随して得られる環Bについて、A加群とB加群のゴレンステイン次元の関係を明らかにすることにより、環A,Bのゴレンステイン性を中心に研究した。特に環Aがフィルター環である場合を研究した。その結果(1)両側A加群Cに付随する両側grA加群grCが半双対化加群ならばC自身が半双対化加群である。(2) grCの左C加群としての入射次元と右C加群としての入射次元が有限ならばCの左A加群としての入射次元と右A加群としての入射次元は有限である。更に,grCの左右入射次元が一致してもCの左右入射次元が一致するとは限らない(但し例は少ない。多くの例をつくることが求められる。)(2)に関して微分多項式環の部分多元環として以下のような興味深い多元環を構成した。Rは可換環で標準加群(双対化加群のこ)Wを持つとする。YはR上の微分作用素とする。AはRとWから生成された微分多項式環の部分多元環とする。AにはYの次数に由来するorderフィルトレイションが入る。CをAとWのR上のテンソル積とすると,Aのフィルトレイションは自然にCのそれを誘導し,付随するR加群はWに戻る。このことと上記(1)からCがA上の両側双対化加群であることが結論付けられる。さらに,このCは入射次元有限になり,左右の入射次元が一致している。