hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫における可塑的なマルチキュー利用：能動的な情報選択機構の解明

(2)振動キューを発信している雄を色付きエナメルで着色すると、本来の雄の体色に近い色を呈した雄に対して雌は反応を示したが、全く異なる色を呈した雄に対しては反応を示さなかった。一方、視覚情報を遮断された個体は、体色に関係なく全ての雄に反応を示した。このことから、視覚は振動情報の正確性を査定する判断基準として機能している可能性がある。これにより、本種の雌による配偶者選択の過程では、マルチキューが同時並列的に利用されていることが明らかになった。本年度は、当初の計画にあった通り、カメムシ雄の複数のキューを人工的に制御する実験系を確立し、配偶者選択に関するキュー間の相互作用の実態について厳密に調査するには至らなかった。しかし、口吻の接触により受容される化学感覚情報の重要性をカメムシ目昆虫で初めて明らかにするなど、動物の配偶行動における意思決定様式の進化を包括的に理解する上で重要な成果が得られている。これらの成果は、2編の原著論文として出版され、国内外における6つの招待講演を含む10つもの一般講演の場にて発表された。さらに、サイエンスカフェや一般商業誌等への執筆掲載も積極的に受け、社会及び国民に広く発信する姿勢がみられる。以上のことから考慮して、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。本研究課題は、複数の感覚を利用して意思決定を行う動物が利用する感覚の能動的な選択を行うことを、キンカメムシ類の配偶行動をモデル系として明らかにするものである。平成27年度までに、ナナホシキンカメムシは、雄の体色(視覚)や、基質振動(振動感覚)、体表面に分泌される化学物質(化学感覚)、などを雌が受容することで配偶者選択を厳密に行うことを明らかにしてきた。本年度は、これら複数の感覚のなかでも同時並列的な利用が予想される振動感覚と視覚について、1)カメムシの感覚受容システムの詳細を解明し、2)各種感覚の同時並列的利用様式を明らかにすることを目指した。カメムシは、腿節末梢部に弦音器官と呼ばれる特異な細胞群をもち、雄雌が振動により交信する。電気生理学的解析手法を用いて、脚から伝わる振動への脚部神経の応答を調べたところ、雄雌間の交信で利用される100Hz以下の低周波領域に強く反応を示した。外科手術により弦音器官を切除すると雄雌間の振動交信が阻害されたことから、これら細胞群が振動受容に関与していることが明らかになった。昨年度、雄の体色を色付きエナメルで着色し雌の反応を調査する実験を行ったが、本年度採集した個体で追試を行ったところ、雌は本来の体色に近い透明や緑で着色された雄が振動すると反応を示したが、黒や白で着色された雄には反応を示さない結果が得られた。複眼を被覆し視覚情報を遮断された個体はすべての色の雄に反応を示したことから、視覚情報の存在下では振動感覚情報の査定が厳密に行われている可能性が高い。一連の結果は、ナナホシキンカメムシの雌は、状況に応じて振動感覚や視覚など各種感覚情報への依存度を可塑的に変えて配偶者である雄を選択することを示唆している。本年度は、当初の計画に従い、(1)雄のキューの推定(雄のキューの特徴の把握、各キューに対する雌の情報選択行動の特定)と、(2)キューの機能の特定(雌の感覚遮断実験)、の2つの課題を遂行した。特に、(2)では、カメムシ目では初めての試みとなる脚部神経の生体染色を成功させ、振動受容感覚器である腿節内弦音器官の所在位置だけでなく、その構造や形態まで明らかにした。これにより、今後、弦音器官をピンポイントで切除する外科手術が可能となり、処理した個体の行動観察から、弦音器官を介して得られる振動シグナルの機能を推察することができる。
古人骨の高精度元素・同位体分析を用いた弥生時代の人口移動・通婚圏の研究

本年度は、これまで土井ヶ浜遺跡の西側墓地を分析対象として実施してきたSr同位体分析により、土井ヶ浜遺跡周辺とは異なる地質環境で幼少期を過ごした移住者についての追加分析と考古学的分析をおこなった。これまでの分析では形成時期の早い歯牙のSr同位体分析をおこなってきた。本年度実施した追加分析では、移住者と推定された個体の形成時期の遅い歯牙、具体的には第3大臼歯を分析し、そこで得られたSr同位体比と形成時期の早い歯牙のSr同位体比を比較した。第3大臼歯の歯冠の完成年齢はおおよそ15歳前後であることから、形成時期の早いSr同位体比と第3大臼歯のSr同位体比が異なれば、15歳前後以前に土井ヶ浜遺跡周辺に移住したこととなる。一方、それらの値が同じであれば、移住の時期は15歳前後以降になる。分析の結果、移住者と推定された第3大臼歯のSr同位体比の値は、形成時期の早い歯牙のSr同位体比と違いはなかった。そのため、これまでの分析で移住者と推定された個体は15歳前後以降に他所から土井ヶ浜遺跡周辺に移住したと考えられる。さらに、Sr同位体分析で移住者と推定された個体の埋葬様式や副葬品等の考古学情報について検討したところ、移住者と推定された個体には土井ヶ浜遺跡における一般的な貝製装飾品とは異なるものが副葬されていた。本州西端の響灘沿岸地域は、保存状態の良好な弥生時代人骨が数多く出土した地域であり、それらの古人骨資料を基に人類学や考古学の研究が展開されてきた。その中でも、土井ヶ浜遺跡は300体以上の弥生時代人骨が出土した集団墓地として、この人骨資料や埋葬遺構を用いて、人類学では金関丈夫の「渡来・混血説」に代表される日本人の形成史をめぐる議論、考古学では墓地分析に基づく弥生時代の社会組織研究がおこなわれてきた。本研究は高精度元素・同位体分析機器を用いて、土井ヶ浜遺跡出土の弥生時代人骨の歯牙エナメル質のSr同位体を分析する。ヒトの歯に含まれるSr同位体比は個人が摂取した水や食物のSr同位体比を反映する。水や食物のSr同位体比はその土地の基盤地質の値を反映するため、人骨歯牙のエナメル質のSr同位体は幼児期の生育場所や婚姻による移動、集団移住を示すとされ、土井ヶ浜遺跡の弥生人集団の移動や通婚圏を解明できると期待される。人骨歯牙のエナメル質のSr同位体比の分析結果と、これまでの親族組織研究の結果と対比することで土井ヶ浜遺跡の社会構造についてより深化した評価が可能となり、さらには弥生時代の社会組織研究全体の進展に寄与することが期待される。平成28年度は土井ヶ浜遺跡出土の人骨資料および動物骨資料の分析をおこなった。人骨資料については、土井ヶ浜遺跡・人類学ミュージアムが所蔵する土井ヶ浜遺跡出土の弥生時代人骨16体の歯牙と、同ミュージアムが所蔵する土井ヶ浜遺跡出土の動物骨資料8点の歯牙を分析した。本年度は、土井ヶ浜遺跡・人類学ミュージアムが所蔵する土井ヶ浜遺跡出土の弥生時代人骨の分析を終えた。これまでの分析により、土井ヶ浜遺跡の西側墓域の資料の89割を終えた。また、動物骨の分析を通じて土井ヶ浜遺跡周辺のSr同位体比の範囲を把握することができ、土井ヶ浜遺跡内の中で移入者を推定するための見通しが得られた。そこから外れた個体について、埋葬位置や副葬品組成等の考古学的諸属性との関連性について検討を加えた。山口県西部の響灘沿岸地域の弥生時代の埋葬跡からは保存状態の良好な古人骨が多く出土している。その中の代表的な遺跡として土井ヶ浜遺跡があげられる。土井ヶ浜遺跡は弥生時代の前期から中期を主体とした砂丘上に営まれた埋葬跡で、弥生時代の人骨が約300体以上出土している。これらの人骨資料や埋葬遺構や遺物を研究対象として、人類学分野では日本人の形成史をめぐる議論、考古学分野では社会組織研究や交流研究がおこなわれてきた。本研究は弥生時代の社会組織研究の一環として、響灘沿岸地域の弥生時代遺跡から出土した人骨資料を対象に、高精度元素・同位体分析を用いて当該地域の人口移動や通婚圏を解明するものである。響灘沿岸地域では土井ヶ浜遺跡をはじめとして、保存状態の良好な弥生時代人骨が多数出土しており、それらの資料を基に考古学分野において弥生時代の社会組織研究が展開されてきた。本研究では、その研究成果を発展させるために、幼児期の生育場所の相違、婚姻による移動、集団移住などを示す人骨歯牙エナメル質のSr同位体比の分析を通じて、土井ヶ浜遺跡の社会組織の解明、そして響灘沿岸地域全体の弥生時代のヒトの移動や通婚圏を解明する。本年度は、土井ヶ浜遺跡の弥生時代人骨資料のうち東側墓域の資料(10体)と、動物の歯牙の分析をおこなった。後者については、土井ヶ浜遺跡周辺のSr同位体比を絞り込むために必要な作業であり、動物の歯牙の値と人骨の歯牙の値を比較することで移入者を推定することが可能となった。生時代のヒトの移動や通婚圏を解明する。本年度は土井ヶ浜遺跡の東側墓地の資料の分析を完了した。動物骨の歯牙の分析を通じて土井ヶ浜遺跡周辺のSr同位体比の値の範囲を絞り込むことができた。

動物骨の分析から得られた値と出土人骨の値との比較により、移入者の推定が可能となった。本年度は、これまで土井ヶ浜遺跡の西側墓地を分析対象として実施してきたSr同位体分析により、土井ヶ浜遺跡周辺とは異なる地質環境で幼少期を過ごした移住者についての追加分析と考古学的分析をおこなった。これまでの分析では形成時期の早い歯牙のSr同位体分析をおこなってきた。本年度実施した追加分析では、移住者と推定された個体の形成時期の遅い歯牙、具体的には第3大臼歯を分析し、そこで得られたSr同位体比と形成時期の早い歯牙のSr同位体比を比較した。第3大臼歯の歯冠の完成年齢はおおよそ15歳前後であることから、形成時期の早いSr同位体比と第3大臼歯のSr同位体比が異なれば、15歳前後以前に土井ヶ浜遺跡周辺に移住したこととなる。一方、それらの値が同じであれば、移住の時期は15歳前後以降になる。分析の結果、移住者と推定された第3大臼歯のSr同位体比の値は、形成時期の早い歯牙のSr同位体比と違いはなかった。そのため、これまでの分析で移住者と推定された個体は15歳前後以降に他所から土井ヶ浜遺跡周辺に移住したと考えられる。さらに、Sr同位体分析で移住者と推定された個体の埋葬様式や副葬品等の考古学情報について検討したところ、移住者と推定された個体には土井ヶ浜遺跡における一般的な貝製装飾品とは異なるものが副葬されていた。今後は、九州大学総合研究博物館が所蔵している土井ヶ浜遺跡出土の弥生時代人骨資料の分析を実施する。具体的には、土井ヶ浜遺跡の8次調査出土人骨の分析をおこない、土井ヶ浜遺跡の西側墓域のすべての資料の分析を終える。土井ヶ浜遺跡の墓地分布は西側と東側で違いがあり、西側墓域は墓地が列状に分布している。その列状の墓地の構成原理について、Sr同位体の分析結果と人骨の形質人類学的情報と副葬品の組成等の考古学的情報を統合し、検討を進める。また、土井ヶ浜遺跡の東側墓域のうち集骨墓の資料も実施していく。土井ヶ浜遺跡の集骨墓の特徴は、複数個体の頭蓋を一つの墓壙にまとめて埋葬する点である。集骨墓に埋葬された個体間の関係についてSr同位体分析から検討を進める。平成30年度は、九州大学総合研究博物館所蔵の土井ヶ浜遺跡の人骨資料の分析を進めていく。それらの資料のうち、東側墓地の資料の分析を進めていく予定である。この墓域では、一つの墓壙に20数体以上の人が埋葬されたもの(1112号墓)もあり、Sr同位体比分析からその埋葬原理について検討する。同位体分析をおこなうための試薬(アルゴンガス、ヘリウムガス等)の使用量が、当初予定していた量よりも少量であったため。分析にのために必要な試薬(ガス代)の使用が予想より下回ったため。同位体比分析をおこなうための試薬等の消耗品の購入に使用する。
関係への所属はわれわれに何をもたらすか－他者との関係の行動科学的検討

2018年度は本研究課題の最終年度として(1)関係所属の存在論的機能研究、(2)他者との良好な対人関係を築きにくい人びとにとっての関係所属の意味、(3)他者との関係と他の資源との代替可能性の3つのテーマについて主に応用的・発展的な検討を行った。まず(1)については、死関連思考の脳情報デコーディング(柳澤,2018)ならびに東日本大震災をテーマにした検討(柳澤・他,2018)に取り組んだ。(2)についてはDark Triad特性(DT)に着目した。この特性の高い人びとの組織適応戦略(浦, 2019)、対人関係の形成戦略(田崎・中島,2018)と社会適応戦略(増井・浦a, 2018)、高DT者がリーダーとして選ればれる過程(増井・浦b, 2018)、について検討した。浦(2019)はDark Triad特性の1つであるマキャベリアニズムは成果主義的な雇用形態の組織における対人的交渉力を媒介してキャリア上の成功をもたらす可能性を示した。増井・浦a, 2018)では、治安の悪い地域に住む女性が高DTのリーダーを求める傾向にあることが示された。また田崎・中島(2018)では、高DT者の搾取的な対人関係形成戦略を明らかにした。さらに、増井(2018)は、主観的社会経済的地位と社会的孤立がインターネット上での反社会的行為(ネット荒らし)と関連することを明らかにした。(3)については、友人関係の形成に関わる個人特性についての多面的な検討(Shimizu, Nakashima, & Morinaga, 2019)を行った。シャイな人びとは友人数が少ないこと、ソーシャルスキルは外向的な行動を媒介して友人数の増大に寄与すること、自尊心は関係継続の高さと関連することが示された。また、防衛的悲観主義は他人の反応を考慮し尊重する努力を導くものの、そのことが却って自身を疲れさせる可能性が示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。対人関係への所属やそこからの離脱が人にどのような影響を及ぼすのかについて4つの視点からアプローチした。まず、孤独感が存在の有意味性を損なう可能性について、(1)横断的な調査デザイン、ならびに(2)縦断的な調査デザインによって検討した。(1)では、孤独感の強い者は過去と現在の存在の有意味性を低く評価し、それがさらに未来の有意味性を低下させる可能性が示された。この関連性は楽観性の影響をコントロールしても認められた。(2)では2ヶ月間の間隔を置いた縦断的な調査データを分析した結果、Time 1の存在の有意味性、自己統制、婚姻状況(既婚か未婚か)、日常苛立ちごとの影響をコントロールしてもなお、Time 1における孤独感がTime 2における存在の有意味性を損なうことが示された。次に、社会的な排斥が体温に及ぼす影響について実験的に検討した。CyberBall課題中の顔の表面温度をサーモグラフによって測定したところ、排斥条件において表面温度が高まっていることが示された。第3に、孤独感が体温知覚を仲介して存在の有意味性に影響する可能性について検討した。縦断的な調査データを分析した結果、孤独感の強いものは体の冷えを強く感じ、それが過去と現在の有意味性を損なう可能性が示唆された。第4に、気温と体温感覚が存在の有意味性に及ぼす影響について、体温感覚尺度と回答者の居住する都道府県の気象データを用いた分析を行った。分析の結果、存在の有意味性に及ぼす都道府県の年間平均気温と個人の知覚する体温調整機能の交互作用効果が有意であった。年間平均気温の低い都道府県に住む者は、体温調整機能が高く知覚される場合よりもそれが低く知覚される場合に有意味性を損ないがちであった。平均気温の高い都道府県に住む者の存在の有意味性は体温調整機能の影響を受けなかった。平成27年度の研究計画として(1)所属の存在論的機能についての検討、(2)所属の存在論的機能と体性感覚としての温かさー冷たさとの関連の検討、(3)他者との関係と他の資源との代替可能性の検討の3つを挙げていた。【研究実績の概要】に述べた成果から、まずこれらの計画のいずれもが順調に進められていることが分かる。加えて、計画にはなかった新たな課題への展開も認められる。具体的には、第4の実績として示した、存在の有意味性に及ぼす都道府県の年間平均気温と体温調整機能との交互作用効果についての知見である。これは、気象条件と存在の有意味性との関連を個人の知覚する体温調整機能が調整する可能性を示したものである。上記(1)から(3)の知見と考え合わせることで、社会的温かさ研究の新たな可能性を切り開くものであると評価できる。以上のことから、本研究課題は当初の予定以上の伸展を示すものであると言える。2016年度の研究実施計画では(1)関係への所属の存在論的機能、(2)所属の存在論的機能と社会的温かさとの関連、(3)他者との関係と他の資源との代替可能性の3点について検討することとしていた。(1)については、存在脅威管理理論の観点から神経科学的な手法を使って検討した(Yanagisawa, K. et al. 2017)。

人は一般に死をプライミングされた時、自らの文化的価値観に批判的な他者への評価を下げる傾向にある。しかしながら、相互依存的自己観を持つ者においては、死がプライミングされた場合でもこの評価の低下が抑制されること、そしてその過程には右腹外側前頭前野(rVLPFC)の賦活が媒介していることが示された。(2)については、まず、冷たさに対する評価と調整という2側面で捉える必要性を指摘した(川本・浦・吉本・開, 2016)。その上で、居住地の寒さー温かさと個人の冷たさ調整が孤独感ならびに存在の有意味性とどのように関連するかについて分析した。寒い地域に住む人びとのうち冷たさ調整得点が低い者は孤独感が高く、存在の有意味性が低いことが示された(浦・川本,2016)。(3)については、個人の好奇心(Kawamoto, T., Ura, M., & Hiraki, K., 2017a,b;川本・浦・開,2016)、社会経済的地位(中島・蔵永, 2016)が代替可能性を持つことを確認した。これらの検討の他にも、本研究課題をさらに発展させる方向性について探索的な検討を行った。親からのサポートが子どものエラーへの反応に及ぼす影響(Kawamoto, T., & Hiraki, K., 2017)、居住地の寒さー温かさが反社会的パーソナリティを持つ人びとの向社会性を調整すること(Masui, K. & Ura, M., 2017)が示された。2016年度の研究計画の中で想定していた全ての課題について順調な進捗状況にあり、得られた成果は高い評価を得た。まず、(1)関係への所属の存在論的機能についての神経科学的なアプローチによる研究の成果は、社会神経科学研究の領域でのトップジャーナルであるSocial Cognitive and AffectiveNeuroscienceへの掲載が決定した(Yanagisawa, K. et al. 2017)。また、(2)所属の存在論的機能と社会的温かさとの関連についての研究は、日本グループ・ダイナミックス学会2016年度優秀学会発表賞(ロング・スピーチ部門)を授賞した。さらには、本研究課題の将来的な発展に向けて新たな取り組みも始めており、これについても順調な進捗を示していることから、当初の計画以上に進展していると判断した。2017年度は(1)関係所属の存在論的機能の検討、(2)所属の存在論的機能と社会的温かさとの関連、(3)他者との関係と他の資源との代替可能性の3つのテーマについて検討した。まず(1)については、死をイメージした際に生じる時間割引効果(Yanagisawa, K., et al., 2017)や人生をイメージした際の脳内の反応(柳澤邦昭・他, 2017)に関しての検討を行った。(2)については、社会的温度調整理論の観点から2つの研究に取り組んだ。1つは、居住地の寒さを調整することの孤独感抑制機能の検討であり(浦・川本, 2017)、もう一つは、温暖な気候が冷たい心を持つ者(Dark Triad得点の高い者)の向社会的行動を促進する可能性についての検討(Masui, & Ura, 2017)である。前者では、寒い地域に居住する者の孤独感が、冷たさの調整によって緩和されることが示唆され、後者では、Dark Triad得点(DT得点)の高い者は一般に向社会的行動をとる傾向が低いが温暖な地域に住む者は、DT得点の低い者と同程度の向社会性を示すことが示唆された。(3)については、居住地の人の流動性(都道府県別の転職率)がDT傾向の高い者の他者に対する攻撃意図にどのように影響するかを検討した。
球状蛋白質フェリチンを利用した金属ナノ粒子の精密制御と触媒反応への展開

フェリチン内部でのAu-Pdバイメタル粒子の作成による水素化反応性の向上本研究はすでに、フェリチン内部にPdナノ粒子を作成し、オレフィン水素化触媒として機能することを報告している。そこで反応性の向上を狙い、フェリチン内部でのAu-Pdバイメタル粒子の作成を行った。方法は、(1)合金構造の作成を目指し、フェリチン内部にAu、Pdイオンを挿入し還元する「共還元」と、(2)コアシェル構造作成を目指し、Au(Pd)粒子を内包したフェリチンにPd(Au)イオンを挿入、還元する「逐次還元」の2種類を行った。各種測定からフェリチン内部でのバイメタル粒子形成が確認できたため、アクリルアミド水素化反応を行ったところ、コア(Au)シェル(Pd)粒子内包フェリチンではPd粒子内包フェリチンに比べ2.5倍活性が向上したが、合金粒子内包フェリチンでは活性は向上しなかった。この違いは両者の粒子構造に起因すると考えられる。また、コア(Pd)シェル(Au)フェリチンは活性を示さなかったが、これは粒子表面が不活性なAu原子で覆われているためと考えられる。以上の結果から、合金、コアシェル粒子の作り分けを実現し、コアシェル型フェリチンでは活性を向上させることができた。フェリチン内部へのPdイオン集積過程の解明予備実験から、金属イオンはフェリチン内部に特異的な結合部位を持ち、その数によりフェリチン内部の金属保持量が決まり、粒子サイズが決定することがわかっている。そこで、金属粒子サイズ制御の知見を得るべく、X線結晶構造解析によるPdイオン結合箇所の同定を試みた。Pdイオンに対する親和力の違いを確認するため、異なる量のPdイオンを含むフェリチンの構造解析を行ったところ、Pdイオンと安定に錯形成するCysやHis等からなる数カ所の領域に特異的に配位し、それらの領域にはPdイオンとの親和性に違いがあることがわかった。現在Pdイオンと親和性の高いアミノ酸の除去による粒子サイズの制御について検討中である。
角膜移植長期予後予測因子の開発

角膜移植の予後のばらつきは何故起きるのか?本研究ではSoilについて検討した。角膜移植対象患者の生体応答は多様であり、男女差、年齢など背景因子により前房水サイトカインプロファイルには多様性の存在することが判明した。角膜移植術前の前房水について移植後6ヶ月のECD基準での3群分け、3ヶ月・6ヶ月のECD変動基準での3群分け、疾病基準での3群分け、性別、Regraftの有無での群分け等で解析し、術前の前房水サイトカインプロファイルで移植後の中期予後効果が予測できることが判明した。前房水中のmiRNAも多様性を示し、SASP量を制御する5種の可溶性miRを同定した。角膜移植は、角膜内皮障害の唯一の治療法であるが、移植後ドナー角膜内皮細胞密度は経年とともに低下し、再手術を余儀なくされる場合が多い。一方で、一部の患者では、当該細胞密度が長年高水準で維持される場合も見られる。この差異に係る科学的解釈は、現在のところ明確ではない。本課題では、この問題についてドナーヒト角膜内皮細胞(Seed)の培養による細胞亜集団組成並びにレシピエント前房内微小環境(Soil)の可溶性miRNA、サイトカイン類などの組成の両面から解析を行い、長期予後規定因子を明確にすることを目的とする。現在までに、角膜移植に用いたドナー角膜組織の残余組織を我々の確立した方法で培養し、CD抗原で規定されたエフエクター細胞亜集団の存在比率をP0において100例以上、P1において82例に就いて解析終了した。同時に、角膜移植や培養ヒト角膜内皮細胞注入による再生医療を施行した患者31人の前房水中のサイトカインを27種類解析済である。IL-1Ra, IL-6, IL-8, G-CSF, GM-CSF, MCP-1, IP-10, VEGFの8種類が多量に含有されることが判明した。レーダーチヤートでの解析では術前のサイトカンプロファイルと培養細胞注入による角膜内皮組織再建の即効性・遅効性の間には相関は見出されていない。エフェクター細胞亜集団の存在比率に相関するものとしてドナー死亡後、角膜組織保存までの時間が逆相関した。同じ前房水のmiRNA含量並びにそのプロファイルについても白内障患者19例の前房水を対照に、69例の細胞注入・角膜移植患者前房水を解析した。角膜移植患者で低下するmiRsを2種を同定しその機能の検定を29年度実施予定である。逆に、角膜移植患者前房水で上昇するmiRsも4種同定された。前房水中のサイトカインが高値の時に発現の高いmiRsは3種、発現低下のものはなかった。現在までに、角膜移植に用いたドナー角膜組織の残余組織を我々の確立した方法で培養し、CD抗原により規定されたエフェクター細胞亜集団の存在比率をP0において100例以上、P1において82例に就いて解析終了した。これは予定に比較して凡そ倍以上の検体についての解析に相当する。同時に、角膜移植や我々の実施する培養ヒト角膜内皮細胞注入による再生医療を施行された患者の前房水中のサイトカインについても双方合わせて80例レベルの解析を進めることができ、前房水中に主に含有されるサイトカインプロファイルを明確にできた。このことはエフェクター含有比率、サイトカインプロファイル、miRプロファイルに就いて相互対応を解析するに十分な検体を得たことを意味する。以上の点で予想以上の進展と言える。一方、レーダーチヤートでの解析では術前のサイトカンプロファイルと培養細胞注入による角膜内皮組織再建の即効性・遅効性の間に相関は見出されていないなど新たな課題も明確にできた。前房水中のサイトカインとmiRsのプロファイルの相関解析についてはほぼ予定通りの進捗である。角膜移植の予後のばらつき(長期安定・晩期拒絶など)は何故起きるのか?「Graft」と「Soil」のいずれの問題か?角膜組織移植ではGraftのバラツキはコントロールできないが均質で高度品質を担保の細胞移植再生医療治療が開発されGraft課題は解決したので本研究ではSoilについての検討に入った。その結果、角膜移植対象患者の生体応答は多様であり、患者毎に血清Cytokine ProfileをRadar Chart化すると男女差、年齢など背景因子により多様性の存在することが判明した。一方、局所微少環境はどの程度多様か?均質か?術前の前房水について検討した。角膜移植の中期効果(移植6ケ月後の角膜内皮細胞密度(ECD)と前房水内サイトカインプロファイルに相関はあるか?

移植後6ヶ月のECD基準での3群分け、3ヶ月・6ヶ月のECD変動基準での3群分け、疾病基準(1)(2)での3群分け、性別、Regraftの有無での群分け等で解析し、術前の前房水環境サイトカインプロファイルは移植後の中期予後効果を規定することが判明した。更に、前房水のmiRNAプロファイルは多様か、前房水Cytokine Profileを規定するか検討した。前房水中にmiRNAが存在し多様性を示した。対照の白内障患者前房水に比較してのでの発現亢進・発現抑制の検討、並びに、上記、Cytokine Profileの類型との連関が認められ、SASP産生高進を介し、疾患病態、細胞変性に繋がる可能性のあるmiRNA5種を同定した。選択されたmiRNAのアルゴリズム解析(Target Scan)で標的遺伝子を推定し、現在、角膜内皮細胞への導入による機能検定を実施中である。、1疾患ドナー角膜の解析(病変細胞の作り出す前房内微小環境の予測)病変細胞により産生される因子を特定。各亜集団の作り出す液性因子との対応。一部の亜集団は病変細胞と一致?→in vitro疾患モデルへの発展性。前房水内のサイトカイン・miRsプロファイルの解析結果と比較しどの液性因子が病変(変性)角膜内皮細胞(CEC)由来なのかを明らかにする(CEC以外の産生する液性因子との区別)。2術後6ヶ月、1年、2年の角膜移植もしくは養ヒト角膜内皮細胞注入再生医療の臨床成績と照らし合わせ、(ア)Soil側液性因子のうち長期予後不良に関連すると思われる候補を絞り込む。その因子は病変CEC由来なのか?CEC以外の産生するものなのか?を特定し、前房内環境コンディショニングの必要性を検討する。(イ)(ア)で特定された因子の作用を培養CECの系で検証する。(ウ)角膜ドナー亜集団組成と長期予後との相関性:どの亜集団が存在するとよいのか?どの亜集団が存在するとよくないのか?統計処理で明確化。最終年度にすべての期間の臨床成績と照らし合わせ、実証する。本課題は29年度の研究をもって終了予定であるが、更に本課題を発展させ、角膜移植片の適応応答破綻機構を解明し、移植治療の長期予後改善を図ることに繋げる。本破綻に角膜前房環境の自然免疫・自然炎症系が如何に係るかは未知の課題である。生体組織障害・死細胞など由来のHMGB(high-mobility group box)タンパク, DNA/RNAなどのDAMPs(damage-associated molecular pattern molecules)並びにToll様受容体、CLR(C型レクチン受容体)などの自然免疫受容体の移植巣微小環境における動態解析も併せ検討する方向に繋げる予定である。眼科学検体収集が予定外に大学内で終了し、他の目的に採取されたものも活用できたために予定より30万円程度節約できた。前房水のサイトカインプロファイルが早期に確定し高価なBioplexを用いずにEliza法を中心に研究が展開できたために2セット分60万を節約できた。本来の予定に加え、選抜miRの変性内皮細胞への導入と導入細胞の機能変化を追跡する実験を追加する。そのために、miR mimics・同阻害剤の購入、細胞表面抗原発現解析のための抗体購入などで45万円。更に、標的遺伝子検定のためのPCR Array購入や3D geneキットを購入で45万を上乗せ購入予定である。
SUMO-1化による標的蛋白の機能変換と運命

ユビキチン類似蛋白であるSUMO-1はRanGAP1,p53,PML蛋白などに結合する蛋白質モデイファイアーである。SUMO-1はユビキチン経路と同様に活性化酵素(E1)、結合酵素(E2)を経て標的蛋白へと結合するが、基質に最も近いE3についてはその存在自体、不明であった。我々は出芽酵母Smt3が増殖に必須であり、機能的にもSUM0-1ホモログであること、細包質分裂面に存在するCdc3に結合することを初めて見い出した。本研究ではユビキチン類似蛋白の結合制御機構を分子遺伝学的に解析し、その生物学的意義を考察することを目的とした。2-hybrid system法で出芽酵母Smt3の結合蛋白を検索し、Nfi1を単離したが、遺伝子破壊株でのCdc3のSUMO1化に変化はなかった。これに対し、Nfi1と相同配列を持つsiz1/Ull1遺伝仔破壊株でのcdc3のSUMO1化は消失していた。また、Siz1/Ull1はcdc3と共局在した。Siz1/Ull1はUbc9や、cdc3と共沈するばかりでなく、大腸菌で調製した蛋白同士も結合した。Siz1/Ull1にはRINGフィンガーモチーフと類似領域を持つPIAsファミリーの一員である。このドメインのシステインをセリンに置換すると活性を失った。次に、SUMO1経路における各因子を大腸菌や、バキュロのシステムで調製し、in vitro系を開発した。ATP依存的にSUMO1がCdc3に、結合し、その反応はNEMによって阻害された。これらのことから、Siz1/Ull1はSUMO1経路におけるE3(SUMO1リガーゼ)であると結論した。安田らは我々と同時期に、PIAS1がp53のSUMO1リガーゼであると発表している。Smt3経路は増殖にとって必須であり、新規標的蛋白とE3を同定し、制御機構を解明することは今後の重要な課題である。
可逆的神経伝達阻止法を用いた大脳基底核ニューロサーキットパソロジーの解析

大脳基底核は運動制御のみならず、報酬・忌避行動や薬物依存に深く関与している。大脳基底核神経回路は主に直接路と間接路に二分され、共に黒質網様部に入力するが、その統合された情報の処理に関わる分子メカニズムは明らかにされていない。そこで、直接路と間接路のそれぞれに特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて、黒質網様部における神経回路特異的な情報処理機構を解析した。直接路遮断と間接路遮断は共にコカイン急性投与による行動量上昇を抑制するが、コカイン連日投与による行動量増加は直接路遮断でのみ抑制され、間接路遮断では野生型マウスと同様に観察される。そこで、直接路遮断あるいは間接路遮断を行ったマウスにコカインを投与し、黒質網様部での遺伝子発現の変化をマイクロアレイ及び定量的PCR解析したところ、コカインを投与した直接路遮断マウスでのみ黒質網様部でのephrinA5,EphA4,EphA5遺伝子の発現上昇がみられた。これらの分子は黒質網様部のGABA作動性抑制性神経細胞に共存しており、イムノアドヘジンによるこれらの分子の活性化はコカイン連日投与による行動量増加を抑制した。さらに直接路遮断時にのみコカイン投与によるephrinA5下流シグナルの増強(黒質網様部でのリン酸化Erk1/2陽性細胞の増加)がみられた。以上の結果から黒質網様部のephrinA5-EphA4/EphA5シグナルが直接路依存的にコカインによる行動変化に関与していることを示した。依存性薬物投与時の神経回路特異的な分子変化を見いだしたことは、薬物依存症における大脳基底核ニューロサーキットパソロジーの解明につながる。
精神疾患の遺伝子発現データベースの構築と分子病態解析

統合失調症は人口の1%に発症する難病であるにもかかわらず、いまだ生物学的診断法もないためにその科学的定義も不明確な疾患である。統合失調症は脳内の疾患であるにもかかわらず、末梢血にも影響が及んでいて血液中のサイトカイン濃度にも同様の変化があることが判明している。末梢血液の遺伝子変化が脳内病態を反映しているかどうかには疑問は残るものの、患者の診断に利用できる可能性がある。この原理を利用して高率で正確に診断できるようにするためには、統合失調症の末梢血マーカー分子を複数同定し、それらを組み合わせることが有効と考えられた。昨年度に引き続き、更にサンプル数を追加して末梢血マーカー分子を統合失調症患者の単核球より同定することを試み、その他精神疾患との分別能や治療との関連性を分析した。脳内に比べ各遺伝子のRNA濃度は、高いことが予想されたので、感度はやや低いがハイスループットの信頼性の高い検索できるDNAチップを用いて、約12000個の遺伝子発現プロファイリングを実施した。サンプルは患者・家族の同意のもと慢性統合失調症患者12例、急性統合失調症患者6名、健常者コントロール12例の血液から分離した単核球のRNAを用いた。その結果、各患者群と健常者の比較で144種類mRNAが統計学的有意に2倍以上の変化を呈した。変化した遺伝子の中には、SNP連鎖解析より統合失調症との関連が示唆されているニューレグリン1遺伝子も含まれていた。急性統合失調症患者での遺伝子発現変化を呈する遺伝子を含めS6タンパクキナーゼなど計16遺伝子に対して、RNAレベルの1次線形判別分析を実施させると、極めて奇麗な診断が可能であった。このような1次判別分析式に、大欝患者やパニック障害の患者データを適応しても、弁別は可能であった。これらの結果は統合失調症の発症に伴い、末梢血球にも少なからぬ影響が遺伝子発現レベルで出ていることを示している。
液晶ディスプレイ用アモルファスシリコンの高速度・高歩留まり作製法に関する研究

本研究の目的は,変調高周波放電法を用いて液晶ディスプレイ用アモルファスシリコンの高速度・高歩留まり作製の実現に向けての指針を得ることにある.このために,アモルファスシリコン成膜に用いられるシランプラズマ中のダストの蓄積と成長を抑さえるのに有効なプラズマのon,off期間,及びそのon,off期間と他のパラメータとの関係を明かにする必要がある.そこで高周波シランプラズマ中の微粒子成長過程を,レーザ散乱法(LLS),走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて調べた.その結果,微粒子は核発生,急速成長,成長飽和期の3つの過程を経て成長すること,急速成長期以降には,2種類のサイズグループの微粒子が同時に存在していること,急速成長は微粒子の凝集反応によって生じていることが明らかになった.以上の結果から,微粒子の核発生と急速成長が生じる前に放電をoffさせ,その間に放電領域内のガスを完全に交換することにより,微粒子の発生・成長を抑制できることが明らかになった.本研究の目的は,変調高周波放電法を用いて液晶ディスプレイ用アモルファスシリコンの高速度・高歩留まり作製の実現に向けての指針を得ることにある.このために,アモルファスシリコン成膜に用いられるシランプラズマ中のダストの蓄積と成長を抑さえるのに有効なプラズマのon,off期間,及びそのon,off期間と他のパラメータとの関係を明かにする必要がある.そこで高周波シランプラズマ中の微粒子成長過程を,レーザ散乱法(LLS),走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて調べた.その結果,微粒子は核発生,急速成長,成長飽和期の3つの過程を経て成長すること,急速成長期以降には,2種類のサイズグループの微粒子が同時に存在していること,急速成長は微粒子の凝集反応によって生じていることが明らかになった.以上の結果から,微粒子の核発生と急速成長が生じる前に放電をoffさせ,その間に放電領域内のガスを完全に交換することにより,微粒子の発生・成長を抑制できることが明らかになった.
フィチン酸及びその中間分解生成物の迅速定量法の確立

飼料中のフィチン酸ナトリウムが、ラットの消化管内でCa、Mg、Fe、Zn、Mnなどを不溶化し、Znに於いては、骨中蓄積量も低下させることはすでに報告したが、また同時に消化管内でフィチン酸の多くが分解されるという事実も観察している。フィチン酸の分解は、糞中に残存するフィチン酸(イノシト-ル・6リン酸=IP_6)の量で論ぜられることが多い。フィチン酸の分解生成物であるイノシト-ル・5リン酸イノシト-ル・1リン酸(以下IP_5IP_1と略す)の働きについては、その定量法が確立されていないためにほとんど考察されない。そこで、これらのIP_6及びIP_5IP_1の簡便かつ迅速な分離定量法の確立を試みた。フィチン酸及び分解生成物の標品はフィチン酸ナトリウム(Sigma社製)を6NーHClで加水分解した後、減圧乾固して得たものを用いた。HPLCイオンクロマトグラフィ-で間接吸光度法を用いることによって、IP_6を他の分解生成物から分離し、定量することができた。また、この時同時にIP_5、IP_4、IP_3IP_1を含むと考えられるピ-クが確認でき、IP_3IP_1を含むと考えられる画分を減圧乾固し、その水溶液を再度イオンクロマトグラフィ-に供することにより、さらにつのピ-クを分離した。しかし、IP_5、IP_4、IP_3、IP_2、IP_1の標品を入手することができなかったため、固定することはできなかった。さらに、食品中のIP_6IP_1を分離・定量するための前処理について検討した。食品のサンプルとしては豆腐を凍結乾燥して用いた。サンプル中のIP_6IP_1は1.2%HClで超音波により抽出し、減圧乾固後、残渣を水溶液とし、イオン交換系の前処理カラムで処理して用いた。これらの処理後、豆腐中のIP_6をイオンクロマトグラフィ-で分離・定量した。その結果、木綿豆腐中のIP_6は分離・定量できたが、絹ごし豆腐のIP_6は分離することができなかった。飼料中のフィチン酸ナトリウムが、ラットの消化管内でCa、Mg、Fe、Zn、Mnなどを不溶化し、Znに於いては、骨中蓄積量も低下させることはすでに報告したが、また同時に、消化管内でフィチン酸の多くが分解されるという事実も観察している。フィチン酸の分解は、糞中に残存するフィチン酸(イノシト-ルー6ーリン酸=IP_6)の量で論ぜられることが多い。しかし、ミネラル吸収阻害作用に差があると考えられるフィチン酸の分解生成物であるイノシト-ルー5ーリン酸イノシト-ルー1ーリン酸(以下IP_5IP_1と略す)の働きについては、その定量法が確立されていないためにほとんど考察されない。そこで、これらフィチン酸及び分解生成物の簡便かつ迅速な分離定量法の確立を試みた。現在、主に行なわれているフィチン酸及び分解生成物の分着定量法は、(1)イオン交換カラムクロマトグラフィ-、(2)細管式等速電気泳動、(3)HPLCなどである。

フィチン酸及び分解生成物の標品はフィチン酸ナトリウム(Sigma社製)を6NーHClで加水分解した後、減圧乾固して得たものを用いた。IP_6IP_1のうち、IP_6IP_3の分離定量については、HPLCイオンクロマトグラフィ-で間接吸光度法を用いることにより、成功した。しかし、この方法では、IP_3とIP_1の分離は困難であった。またフィチン酸(IP_6)を多量に含む試料の場合(多くの試料がそうであるが)Retention timeの差が小さいため、IP_6とIP_5以下の分解生成物の分離が困難となることが判った。従って現在の分析法においては、試料を3つの画分、すなわち、(1)IP_6の画分、(2)IP_5とIP_4を含む画分、(3)IP_3IP_1を含む画分に分けた後に、更に各画分の分離・定量を行う必要がある。この点については、今後検討を加える予定である。ミネラルの吸収阻害因子であるフィチン酸は、ラットの消化管内で分解されるが、フィチン酸及びその分解生成物を分離・定量する方法について検討した。平成元年度に行った実験で、HPLCイオンクロマトグラフィ-で間接吸光度法を用いることにより、フィチン酸(IP_6)及びイノシト-ル・5リン酸(IP_5)、イノシト-ル・4リン酸の分離・定量については成功したが、イノシト-ル・3リン酸(IP_3)、イノシト-ル・2リン酸(IP_2)、イノシト-ル・1リン酸(IP_1)の分離は困難であった。そこでこの分析条件下で(1)IP_6を含む画分、(2)IP_5を含むと思われる画分,(3)IP_4を含むと思われる画分、(4)IP_3IP_1を含むと思われる画分の4つの画分にわけて減圧乾固し、(2)(4)の画分については再度イオンクロマトグラフィ-で分析した。その結果、(4)の画分はさらにつのピ-クに分離した。この分析で得られた各ピ-クは,各々、IP_6、IP_5、IP_4、IP_3、IP_2、IP_1であると考えられたが、IP_5IP_1の標品は入手できなかったため、同定はできなかった。また、食品中のIP_6IP_1を分離・定量するための前処理について検討した。食品のサンプルとしては豆腐を凍結乾燥して用いた。サンプル中のIP_6IP_1は1.2%HClで超音波により抽出し、減圧乾固後、残渣を水溶液とし、イオン交換系の前処理カラムで処理して用いた。豆腐についてはこれらの前処理を施してイオンクロマトグラフィ-で分析することにより前述と同様の各ピ-クを得られた。
人工骨マーカーを用いた画像誘導放射線治療の研究

この研究の目的はcone beam CTを用いた画像誘導放射線治療で、石灰化(リン酸カルシウム)マーカーと金マーカーを比較し、isocenterを補正するのに、同程度の方法であるかどうかを評価することにある。我々の結果では、2mm3以上のリン酸カルシウムマーカーでは、治療計画CTおよびcone beam CTで、マーカーとして活用できる。このマーカーは、CTでアーチファクトがなく、治療中でも移動しないため、理想的なマーカーである。1.人工骨マーカーおよび金マーカーの整合実験2.金マーカーの臨床使用2011年5月中に口腔外科領域に3例、前立腺に43例金マーカーの挿入が終了した。3.人工骨マーカーおよび金マーカーの動物実験ラット2匹に2x2x2mm, 2.5x2.5x2.5mm, 3x3x3mmの人工骨マーカーおよびΦ1x5mmの金マーカーを2011/2/1挿入し、3/1および4/1に取り出し病理学的検討を現在実行中である。リン酸カルシウムマーカーと骨マーカーをcone-beam CT(CBCT)を用いて画像誘導下で、整合できるかどうか比較した。3種類の金マーカー(00.8mmで長さ3mm,4mm,5mm)と9種類のリン酸カルシウムマーカー(2mm^3, 2.5mm^3, 3mm^3, 1x1x3 mm, 1x1x4 mm, 1x1x5 mm, 1.5x1.5x3 mm, 1.5x1.5x4 mm,1,5x1.5x5 mm)を準備した。マーカーはアクリル円柱の中心に埋め込み、円柱をファントム内に隙間がないように設置した。CBCTで得られた各マーカーの中心と計画CTで得られた各マーカーの中心の移動距離をgray-value matchを用いて照合した。3軸の2点間移動距離は、1方向ベクトルに変換して求めた。マーカーのベクトル移動距離は、長さが増すにつれて優位に少なくなった。それぞれ、リン酸カルシウムマーカーの場合は、1.5x1.5mmでp=0.001、立方体でp=0.002、金マーカーでp=0.012であった。リン酸カルシウムマーカーの平均移動ベクトル値は、00.8x3mmの金マーカーと比較して、1.5^2x3mm(p=0,003)のみ優位に多く、2.5mm^3(p=0.008)と3mm^3(p<0.001)の立方体では優位に少なかった。3種類のリン酸カルシウムマーカー(2mm^3, 2.5mm^3, 3mm^3)と金マーカー(00.8x5mm)をネズミ2匹に挿入し、4週間後と8週間に取り出し、病理学的分析を行った。X線写真では、リン酸カルシウムマーカーの大きさ及び形状に変化は見られなかった。8週間後の病理標本では、金マーカーと比較して、リン酸カルシウムマーカーは、炎症反応の治癒が遅れているが、急性期の異物反応は認められなかった。リン酸カルシウムマーカーの孔は、微小血管及び線維芽細胞によって浸潤されていた。我々の研究では、2mm^3以上のリン酸カルシウムマーカーは強度も十分で、計画CTおよびCBCTでも明瞭な画像が得られる。このマーカーはCTアーチファクトがなく、治療中に移動する可能性がすくない。ファントム実験は、リン酸カルシウム骨ペーストを用いたマーカー(biopex)と金マーカー(original, vesicoil)との比較をcone beam CTを用いて行った。Biopexは、2mm立方3mm立方5mm立方、original金マーカーは0.8 x 5 mm、vesicoilは0.35 x 10 mm、0.5 x 5 mm、0.75 x 5 mm、1.1 x 5 mmをそれぞれ用いた。マーカーはエポキシ樹脂円柱の中心に埋め込み、円柱をエポキシ樹脂ファントム内に隙間がないよう設置した。食用肉実験は、豚肉に21G針及び23G針でbiopexを挿入してCT撮影を行った。豚肉に超音波下で21G針を用いてbiopexを挿入した。ファントム実験と食用肉実験よりBiopexの利点は、1.artifactが非常に少なく、vesicoilや他の金マーカーと比べて標的の描出が正確となる。2.marker周囲のvesicoilや他の金マーカーと異なり、放射線量は減少せず腫瘍に処方線量が照射される。3. cone beam CTを用いた照合ではvesicoilや他の金マーカーに比べ、精度がよい放射線治療に適している。4. vesicoilや他の金マーカーの挿入針が18Gまたは19Gのため、21Gや23Gの挿入が可能になれば、挿入時に痛みが軽減され患者の負担が軽減される。Biopexの欠点は、1.練和が必要であり、手技が複雑になる。2.粉剤と練和液との比率及び量をどのようにすれば理想的なmarkerが作成されるのか不明である。3.時間がたつと針内で固まり挿入が不可能になる。

4.CTを用いた照合には最適であるが、2DkVで照合するためには、5mm以上の大きさも必要であるし、その際撮影方向も考慮する必要がある。以上が判明した。国際論文に投稿したが、2mm^3以上のリン酸カルシウムマーカーを挿入するのは、臨床で実効するのは困難であるとのコメントを得て掲載されなかった。そのため、リン酸カルシウム骨ペーストを用いて注入によるマーカー挿入につき検討中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。リン酸カルシウム骨ペーストを用いたマーカーと金マーカー(00.8で長さ3mm,5mmの他に、vesicoil数種類)との比較をcone beam CT,2DkV,2DMVを用いて行う。食用肉にリン酸カルシウム骨ペーストを用いて注入しplaning CT,cone beam CTで臨床実用可能かどうか調べる。
配送スケジューリング問題に対する多項式的近似スキームの実用性向上に関する研究

本研究課題では,配送スケジューリング問題に対する多項式的近似スキーム(すなわち,多項式オーダ時間で動作する1+e倍近似アルゴリズムの族.e>0は任意の正数)の実用性の向上を目指した.特に本年度は,時間量と領域量のより少ない近似スキームの構築に主眼を置いた.まず,準備時間制約のあるパス上の配送スケジューリング問題に対して,ほぼ線形オーダ時間で動作する2+e倍近似アルゴリズムの族を発表した.これは,近似スキームではないが,これまでにこの問題に対して得ていた近似スキームの時間量と領域量を大幅に減少させるものであり,最悪ケースの近似精度保証よりも実際の計算時間やメモリ容量を重視しなければならない場合は,これが有用である.次に,同じ問題に対して,すでに得ていた近似スキームについて,理論的にどれだけ時間量と領域量を減少させられるかを検討した.これは昨年度に大体の部分はできていたが,投稿先の査読者の有益なコメントによって,より洗練された形式で記述することができた.その時間量と領域量は,それでもなお実用的には十分とは言えないものの,搬送車台数をmとするとき,およそ仕事数nのm乗のオーダは小さくなっている.これらの結果は国際的な学術雑誌に掲載された.本年度は,さらに関連する話題として,工作機械の間で複数の仕掛り品が同時並行的に搬送されるような柔軟生産セルの最適スケジューリング問題を考察し,これまでの最良近似比2を少なくとも1/6は改善する近似アルゴリズムを構築した.本研究課題の目的は,実際上,理論上ともに重要であるパスと木構造の経路における配送スケジューリング問題に対して,多項式的近似スキームの実用性の向上を図ることである.この目的を達成するため,ここでは,計算量と領域量のより少ない近似スキームの構築,また,そこで使われる数学的な技術の計算機上での実装,という2つの観点から多項式的近似スキームの実用性向上を検討している.本年度はまず,すでに得ている多項式的近似スキームについて,理論的にどれだけ計算量と領域量を減少させられるかを検討した.それでもなお実用的には十分とは言えないものの,搬送車台数をmとして,それぞれ仕事数nのm乗以上のオーダーで減少させることができた(投稿準備中).また,近似スキームではないが,搬送車が1台で経路がパスの場合は,メイクスパン最小化および最大レイトネス最小化に対して多項式的な1.5倍近似が可能であることを示した.さらに関連する話題として,配達とは逆に,いくつかの部品を集めてきて組立をおこなう場合の2段階スケジューリング問題を検討し,部品数が2のとき,それが多項式的に1.38倍近似可能であることを示した.これまでのベストな近似比は1.5である.一方,数学的な技術(データの丸め,問題の分割と統合,など)の実用性についての計算実験は検討継続中であるが,関連する話題として,搬送車(あるいは,搬送ロボット)の性能が柔軟生産セル全体のパフォーマンスに与える影響を計算実験により検討した.その結果,全体のパフォーマンスは,搬送速度のより遅い搬送車がボトルネックになっているかそうでないかに依存する,という知見を得た.本研究課題では,配送スケジューリング問題に対する多項式的近似スキーム(すなわち,多項式オーダ時間で動作する1+e倍近似アルゴリズムの族.e>0は任意の正数)の実用性の向上を目指した.特に本年度は,時間量と領域量のより少ない近似スキームの構築に主眼を置いた.まず,準備時間制約のあるパス上の配送スケジューリング問題に対して,ほぼ線形オーダ時間で動作する2+e倍近似アルゴリズムの族を発表した.これは,近似スキームではないが,これまでにこの問題に対して得ていた近似スキームの時間量と領域量を大幅に減少させるものであり,最悪ケースの近似精度保証よりも実際の計算時間やメモリ容量を重視しなければならない場合は,これが有用である.次に,同じ問題に対して,すでに得ていた近似スキームについて,理論的にどれだけ時間量と領域量を減少させられるかを検討した.これは昨年度に大体の部分はできていたが,投稿先の査読者の有益なコメントによって,より洗練された形式で記述することができた.その時間量と領域量は,それでもなお実用的には十分とは言えないものの,搬送車台数をmとするとき,およそ仕事数nのm乗のオーダは小さくなっている.これらの結果は国際的な学術雑誌に掲載された.本年度は,さらに関連する話題として,工作機械の間で複数の仕掛り品が同時並行的に搬送されるような柔軟生産セルの最適スケジューリング問題を考察し,これまでの最良近似比2を少なくとも1/6は改善する近似アルゴリズムを構築した.
イルメナイト鉄鉱からのルチルと炭化鉄の同時合成による資源の有効活用

チタンは鉄鋼、アルミニウムに次ぐ第3の金属と言われ、今後、航空宇宙産業、化学プラント、海洋、医療などの分野への利用が期待されている。現状ではチタン資源の9割は顔料用酸化チタン(主にルチル、TiO_2)として使用されているが、今後は、イルメナイト鉄鉱.(FeTiO_3)がより重要な資源になると考えられる。さて、現在、インドではイルメナイト鉄鉱を選択浸出法によって処理し合成ルチルを得ている。しかし、この方式では鉄分残さ処理が困難な現実がある。その対策として、本研究において一つの新処理プロセスを提案した。即ち、平成11年度に開始した日本-インド間共同研究の一環として、インド産イルメナイト鉄鉱をH_2S含有還元浸炭性反応ガスにより高温にて化学反応させることによりルチルと炭化鉄(Fe_3C)を同時合成し、その後に磁力選鉱し、両反応物が単独で得られる可能性を探索する。これによって浸出処理を省略でき、廃棄物対策、資源の有効活用を図ることを企図した。なお、炭化鉄は鉄スクラツプ代替の新鉄源として製鉄業界で最近特に興味が持たれている。平成12、13年度には、以下の結果を得た。1.横型固定層反応装置(25mm径石英反応管、試料1gram)にてイルメナイト鉄鉱(Ore I)と上記ガスとを800-1000°Cの温度範囲で等温反応させた。反応生成物として酸化鉄(Hematite, Magnetite, Wustite),金属鉄Fe,炭化鉄Fe_3C(θ相),遊離炭素,Rutile(TiO_2),Magneli相Ti_nO_<2n-1>(n=49),Ti_3O_5を認めた。反応前期ではイルメナイトの金属鉄とルチルへの還元が進行し、反応後期では金属鉄の炭化とルチルのより低級酸化チタンへの還元が進行した。化学分析とX線回折より求めた定量補正式より各生成物濃度を算出した。試薬より作成した合成イルメナイトの同様な反応実験も遂行した。その結果、合成IlmeniteのTiO_2化速度は鉱石Ore Iよりも多少遅かった。Ore I中のFe or θ相は多孔質Ti酸化物中に約5μm径の粒子として分散していた。還元浸炭性反応ガス中微量H_2Sは煤生成を抑制し、炭化鉄生成を促した。合成Ilmeniteでは、ほぼルチルと炭化鉄が同時合成された。2.Ilmenite鉄鉱と合成Ilmeniteの所定の酸素と硫黄分圧を有するH_2-H_2O-H_2S還元性ガスとの反応実験を800-950°Cの温度範囲で遂行した。両試料ともルチルと金属鉄が同時合成された。今後、磁力選鉱によってルチルと炭化鉄が単独で得られる条件、可能性をさらに探索する。