hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
協働する人からの指摘・要望の自然言語表現を反映したロボットの状態識別・軌道生成法

タスクの階層性についてより深く検証することが求められるが,その入口として,HTN(Hierarchical Task Network)などのタスク表現との関係を考察している.人と環境を共有しながら協働するロボットに,タスクの実行状況を自然言語により識別する能力をもたせる方法を研究開発した.2018年度は,前年度までに構築したタスク表現をベースにしながら,タスク実行状況と文章データとを結びつける方法を考え直し,より大規模のデータに対しても適用な可能な枠組みとするための方法を考案・評価した.データ収集側では,ロボットのタスク実行状況を撮影した動画を利用し,クラウドソーシングによる文章データの収集を行った.これにより,一つの動作に対して150-300文程度の文章を収集することが可能になり,大量の文章データをもとに自動的に文章の識別を行うことが可能になった.自然言語による文章とカテゴリ(ロボットの動作実行状況)を対応づける方法に関して,これまでの方法での文章とカテゴリ(タスクに成功・失敗した等)の対応づけという単純な結びつけ方法から,それぞれのサブタスクの実行状況との結びつけを評価する枠組みに変更を行った.具体的には,昨年度考察したHTN(Hierarchical Task Network)というタスク-サブタスク間の階層関係を記述するタスク表現方法をベースにして,各サブタスクの実行状況について「実行」「未実行」「文章からは判断できない」という3種類の離散信号を対応させる.各サブタスクについて,対応づけを学習する際に,タスクのもともと持っている順序制約などの条件を取り込む方法について検討した.またこれらの動作識別方法の開発と並行して,ロボットの動作の際にタスクの成功・失敗に関する要因を推定する研究を行った.具体的には,画像特徴からタスクの成功・失敗に関わる予測に関する検討を行い,ロボットの動作を知覚する複数のセンサ情報をもとに,情報間の依存関係の推定を行う動作学習方法を開発した.昨年度までの進捗において課題となっていた,「タスクの階層性」,つまり,あるタスクをより細かいタスク(サブタスク)に分割することができる場合に,自然言語の文章が,そのタスク・サブタスクのどの部分について言及しているのかを特定する方法について,人の設計知識に過剰に依存せずに推定する方法について一つのアプローチを見出すことができた.この点で一つの進展があった.また,この研究プロジェクトにおいては,「ロボットのタスク実行状況の識別」という問題の背後にある「タスク成功・失敗の要因の推定」という課題があり,研究計画には明示していないものの長期的な視点では重要な意味をもつ研究課題と考えている.この課題についても,依存関係の推定という枠組みを検討し評価することができた点での進展があった.一つの課題は,より複雑なタスク表現や多くの文章に対してこの枠組を適用し,問題点を発見し解決することである.タスクの階層性について,より詳細な検討を行う必要がある.
衝撃波遷移領域から下流域での非熱的高エネルギー電子加速

無衝突衝撃波は,超音速プラズマの運動エネルギーを熱エネルギーに変換すると同時に、効率よく非熱的超高エネルギー粒子を形成するメカニズムとして宇宙空間において重要な役割を果たしている。しかし、その物理メカニズムについての理解は限られている。本研究では,波乗り加速(surfing acceleration)に着目して、その加速効率やエネルギースペクトル、衝撃波ダイナミックスの解明に向けた研究を行った。得られた主な成果は、1)衝撃波領域で波乗り加速に効く大振幅電場は、二流体不安定(ブーネマン不安定)により励起されており自由エネルギーはイオンに対する電子の運動エネルギーであるが、非線形段階ではイオン音波との競合により共鳴イオンからエネルギーを得て更に大振幅に成長できることを見出した。また、これはプラズマ周波数が電子サイクロトロン周波数より大きいときのみ有効であることも明らかにした。2)斜め衝撃波では、ローレンツ力が弱まることと高エネルギー電子が上流に流出する効果の競合により約70度で加速効率が最大になることを見出した。3)従来はコヒーレントな波動における波乗り加速の議論であったが、より現実的な系への適応を念頭に、乱流場における波乗り加速の効率について調べた。これまでの常識とは異なり、乱流場により波乗り加速の効率があがることを明らかにした。これは乱流場による速度空間拡散により、波乗り加速過程が有効となる速度空間へと粒子を注入できることによるものである。4)臨界マッハ数を超えた衝撃波では、衝撃波の再形成(Shock Reformation)が起きることが知られていた。我々はマッハ数を更に上げていくと、選択的電子加熱により波の急峻化が弱まり、衝撃波再形成過程も弱まることを指摘した。従来衝撃波再形成はイオンダイナミックスで支配されると考えられてきたが、高マッハ数の衝撃波では電子の寄与も重要であることを見出した。宇宙空間における無衝突衝撃波は,超音速プラズマの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する過程として重要な役割を果たしている。地球前面でのバウショック,太陽フレアにより励起された惑星間空間衝撃波,超新星爆発にともなう衝撃波,活動銀河核からの宇宙ジェット先端での衝撃波など,宇宙において衝撃波は様々な物理現象の理解に欠かせない。本研究では,高エネルギー電子加速に焦点を絞り,大規模数値シミュレーションを実行し,衝撃波の高エネルギー粒子加速をプラズマ・ミクロ過程から理解することを目指しており、特に筆者らが提案してきた電子波乗り加速のメカニズムを解明することである。平成14年度の成果として大きく二つ挙げられる。まず第1は、衝撃波上流での磁場の強度が、電子波乗り加速に必要な大振幅のソリトン的電場とそれに伴う電子密度の極小域の構造に、どのような影響をあたえるかについて考察した。この大振幅電場は、主にイオンと電子の相対速度を自由エネルギーとして、ブーネマン不安定により励起されることが分かっている。磁化電子と非磁化イオンプラズマ中でのブーネマン不安定の線形解析や数値シミュレーションをもちいてその時間空間発展を考察した。プラズマ周波数が電子サイクロトロン周波数より大きな場合は、ソリトン的電場構造が発達して電子加速が有効であることがわかったが、逆の場合は大振幅の電場が成長せず、衝撃波遷移領域での電子波乗り加速は起きないことが明らかにされた。2番目の成果は、大振幅の波動励起の自由エネルギーは主にイオンに相対速度を持つ電子プラズマの運動エネルギーであるとされてきているが、非線形段階では一部のイオンが大振幅電場と共鳴して運動量・エネルギー交換をしていることを突き止めたことである。イオン音波が重要な役割を果たしていることがわかってきており、現在その運動量・エネルギー交換効率の評価を行っている。

宇宙空間における無衝突衝撃波は,超音速プラズマの運動エネルギーを熱エネルギーに変換すると同時に、効率よく非熱的な超高エネルギー粒子を形成するメカニズムとして重要である。しかし、物理メカニズムについての理解は限られている。本研究では,衝撃波近傍での波乗り加速を介した高エネルギー電子加速に焦点を絞り,大規模数値シミュレーションを用いて衝撃波の高エネルギー粒子加速をプラズマ・ミクロ過程から理解することを目指している。本年度は、主に次の2本の柱を立てて研究開発をおこなった:1)粒子コードを用いた斜め衝撃波での加速プロセスの研究、2)非熱的高エネルギー粒子分布を計算するのに有利であるブラソフコードの開発を行った。斜め衝撃波研究については、斜め磁場になることによる電子補足に効くローレンツ力が弱くなり加速効率を上げるほうに働くメカニズムと、一方、斜めになりsubluminalな領域になると高エネルギー電子が上流に流出するため、2流体不安定の成長が遅くなり、補足電場の強度が弱くなり加速効率を下げる働きがあることを見出した。両者の兼ね合いで、およそ衝撃波角が70度程度に非熱的粒子加速が最大になる領域があることが明らかになり、従来考えられていた以上に電子の波乗り加速が重要であることが解った。ブラソフコード開発は、順調に進んでおり静電コードにおける2流体不安定が精度よく計算できていることを確かめた。また境界条件も、衝撃波問題に必要な自由境界の開発もおこない、衝撃波系での計算も出来る見込みが出てきた。現在電磁コードへの拡張を行っている。無衝突衝撃波は,超音速プラズマの運動エネルギーを熱エネルギーに変換すると同時に、効率よく非熱的超高エネルギー粒子を形成するメカニズムとして宇宙空間において重要な役割を果たしていることがよく知られている。しかし、その物理メカニズムについての理解は限られている。本研究では,最近注目されてきている波乗り加速(surfing acceleration)について、その加速効率やエネルギースペクトル、衝撃波ダイナミックスの解明に向けた研究を行った。本年度の成果は、1)従来はコヒーレントな波動における波乗り加速の議論であったが、より現実的な系への適応を念頭に、乱流場における波乗り加速の効率について調べた。これまでの常識とは異なり、乱流場により波乗り加速の効率があがることを明らかにした。これは乱流場による速度空間拡散により、波乗り加速過程が有効となる速度空間へと粒子を注入できることによるものである。2)臨界マッハ数を超えた衝撃波では、衝撃波の再形成(Shock Reformation)が起きることが知られていた。我々はマッハ数を更に上げていくと、選択的電子加熱により波の急峻化が弱まり、衝撃波再形成過程も弱まることを指摘した。従来衝撃波再形成はイオンダイナミックスで支配されると考えられてきたが、高マッハ数の衝撃波では電子の寄与も重要であることを見出した。3)加速された高エネルギー粒子のスペクトルを精度良く議論することを目指し、電磁ブラソフコードの開発を行った。空間1次元・速度空間
エネルギー散逸を伴う電子ダイナミックスの理論と材料物性

通常、実在する分子系は、有限温度の条件下において周りの環境と相互作用しており、必然的に分子と周りの環境との間では振動・回転エネルギーの出入りや電子エネルギーの出入りが起こっている。本研究では特に電子エネルギーの散逸を伴う分子系、すなわち電子溜めと相互作用している分子系における電子ダイナミックスの理論的解明を目標とした。散逸系電子ダイナミックスを理解するための理論構築とその理論に基づく数値計算方法の実在分子系への適用を試みた。また、電子物性及び電子ダイナミックスと物質が持つ機能性やその制御との関係を調べた。実在系分子においては、分子と周りの環境(例えば固体表面、電極、溶媒等)との間で起こるエネルギーの散逸を正しく記述することが必須である。本研究課題では、周りの環境(固体表面や電極等)と露に相互作用している多電子系に注目し、電子エネルギーの散逸を伴う電子ダイナミックス理論の構築及びその数値計算的解法への展開を目的とする。特に、(1)金属表面吸着分子系における電子移動及びそれに伴う解離ダイナミックス、(2)半導体ナノ構造における光誘起伝導ダイナミックス、(3)数ナノメートルサイズ領域における金属クラスターの線形・非線形光学応答、(4)電気化学反応過程の解析を具体的な研究の対象とする。実在する分子系は、有限温度の条件下において周りの環境と相互作用していることが多く、必然的に分子系と周りの環境との間では熱的エネルギーの出入りや電子のやり取り(別の言葉で言えば電子エネルギーの散逸)が起こり得る。我々のグループでは特に電子のやり取りが起こる分子系、すなわち電子溜め(例えば電極や表面、溶媒等)と相互作用している分子系において引き起こされる量子多体系(電子・スピン・励起子)ダイナミックスの理論的解明を目標として研究を進めている。電子エネルギー散逸の効果を露に考慮に入れた量子多体系ダイナミックスの詳細は、理論的にも実験的にも十分に行われていないのが現状である。例えば多電子系の場合、電子相関や可干渉性等の量子多体系特有の問題が露骨に現れること、また一般的に電子が関わる現象は非常に短い時間スケールで起こること等が加わるため、散逸を含む多電子系ダイナミックスの理論的取り扱いは格段に難しくなる。本研究では、この複雑な散逸量子多体系ダイナミックスを理解するための理論構築とその理論に基づく数値計算方法の実在分子系への適用を目標としている。この研究課題には電子エネルギー散逸を取り込む問題と量子多体系ダイナミックスを記述する問題の2つが存在する。そこで我々は、各々の問題点に焦点を絞った課題を設定し、集中的に研究を進めた。先ず、表面吸着分子系の電子物性や電子ダイナミックスをミクロレベルで記述するために、電子エネルギーの散逸を考慮に入れた新しいクラスターモデル理論の開発を行った。この方法論では表面吸着原子系を有限サイズのクラスターで近似しているが、クラスターの端において適切な境界条件を課すことで半無限系であるはずの表面を正しく記述することに成功した。このモデルを使い、表面吸着原子系の電子物性を明らかにし、また電子移動速度を評価した。電子ダイナミックスの研究課題としては、リング状分子(Na_<10>及びC_6H_6)に対して円偏光レーザーパルス光を照射したときの電流発生のメカニズムとこの円電流発生に伴う磁気モーメントの誘起に関する理論的・数値計算的解明を行った。また、電子物性及び電子ダイナミックスと物質が持つ機能性やその制御との関係を調べることを目的として、金チオラートクラスターの電子物性の研究も行った。電子ダイナミックスを実時間・実空間領域で直接的に解析するための数値計算手法を時間依存密度汎関数理論に基づいて開発した。昨年度に引き続きリング状分子に対して円偏光レーザーパルス光を照射したときの電流発生のメカニズムとこの円電流発生に伴う磁気モーメントの誘起に関する理論的・数値計算的解明を行った。その結果、レーザーパルス光による共鳴励起を使うと、非常に効率的に電流を発生させることができ、光誘起電流は電場に対する二次の非線形光学応答過程であることが分かった。レーザー光による超高速かつコヒーレントな電流の制御も可能であると考えられる。表面吸着分子系の電子物性や電子ダイナミックスをミクロレベルで理解するために、吸着系と表面の間で起こる電子エネルギー散逸の効果を考慮に入れた新しいクラスターモデル理論の開発を行った。このクラスターモデルにおいては表面吸着原子系を有限サイズのクラスターで近似しているが、クラスターの端において適切な境界条件を課すことで半無限系であるはずの表面を正しく記述することに成功した。また、吸着系から表面への電子移動速度を見積もることにも成功した。チオラート分子によって保護された様々な金クラスターを対象として、その電子構造と光学的性質の解明を行った。最近の実験によると、金25個から成るクラスターにチオラート分子18個が結合したクラスターは特異的に安定であることが報告されているが、その安定性の起源を理論的に解明した。

1.表面吸着分子系の電子物性や電子ダイナミックスをミクロレベルで理解するために、吸着系と表面の間で起こる電子エネルギー散逸の効果を考慮に入れた新しいクラスターモデル(OCM)理論の開発を行った。OCM理論に基づいて表面吸着モデル系に対する断熱ポテンシャル曲線を描くと、吸着種由来の電子状態と表面電子状態が透熱的に分離しており、少数の透熱ポテンシャル曲線が系のダイナミックスを支配していることが分かった。そこで実際に少数の透熱ポテンシャルを抜き出し、そのポテンシャル曲線上で核波束ダイナミックスの計算を行い、表面吸着種の光誘起振動励起メカニズムの解明を行った。特に光励起後に引き起こされる吸着種のコヒーレントな振動運動の詳細な解析を行った。2.電気化学反応を分子レベルで理解するために、有限温度密度汎関数理論に基づいた化学ポテンシャル(μ)一定の電子状態計算手法の開発を行い、この計算手法を電気化学環境下におけるNO分子の電子状態計算に適用した。長距離補正を施して微分不連続性を満たした汎関数を用いれば、電気化学的環境下にある分子の電子状態計算を正しく行うことができることを示した。3.量子ドット列におけるエネルギー散逸を伴う励起子移動の理論的研究を行った。量子ドット列の各サイト間のエネルギー移動を議論する場合、しばしば個々のサイトの固有状態を基にしたサイト基底表現が用いられる。しかし、厳密には量子ドット列全系のハミルトニアンを対角化した固有値基底表現を使わなければならない。過去の学術論文等で頻繁に使われているサイト基底表現は、固有値基底表現を基に低次の摂動展開の結果導き出されることを解析的に示すことができた。また、サイト基底表現では、熱平衡状態が実現しないことやエネルギー的に禁制であっても励起子がポテンシャル井戸の外に飛び出てしまう等の物理的に奇異な結果を導き出す恐れがあることも分かった。1.表面吸着系の電子物性や電子・核ダイナミックスを分子レベルで理解するためには、吸着系と表面の間で起こる電子エネルギーの散逸を正しく記述することが必須である。我々は、吸着原子と金属表面との間で起こる電子エネルギーの散逸を考慮に入れた新しいクラスターモデル理論を開発し、金属表面吸着種の光誘起振動励起過程の核波束ダイナミックスの計算を進めてきた。前年度までの研究に引き続き、少数の透熱ポテンシャルを抜き出し、そのポテンシャル曲線上で核波束ダイナミックスの計算を行い、貴金属表面吸着種の光誘起振動励起メカニズムの解明を行った。2.時間依存密度汎関数理論に基づいて、分子の光吸収振動子強度分布を正確に計算するための大規模並列化実時間・実空間電子ダイナミックス法の開発を行った。振動子強度分布を正確に記述するためには、光イオン化過程を正確に取り扱う必要がある。我々は並列化によって、十分広い空間の計算を可能にし、更に吸収ポテンシャルを置くことにより、光イオン化過程を高い精度で記述できることを見出した。この手法を用い、C_<60>分子に対しては初めて第一原理計算により空間領域に関して収束した振動子強度分布を得ることに成功し、実験値を高い精度で再現することを見出した。
精神疾患とセロトニン受容体遺伝子多型の分子病態解明

1.薬理遺伝学研究目的の精神疾患患者サンプルの収集と整備:非定型抗精神病薬(精神分裂病約100名)及びSSRI(大うつ病性障害約150名)での薬剤反応性、副作用を検討した検体を収集した。同意が得られた患者からはBリンパ球を株化保存している。薬剤反応性は、非定型抗精神病薬リスペリドンの治療反応性評価はPANSSを、またSSRIフルボキサミンに関してはHAM-Dを用いて計量化した。サブタイプ2B、4、5A遺伝子のアミノ酸翻訳領域の新規変異検索・同定を行った。アミノ酸置換を起こすcSNPs5個を含む計21個のSNPsを同定し、日本人集団での頻度、連鎖不平衡について検討した。3.遺伝子遺伝子多型と精神疾患及び薬剤反応性との関連性検討分裂病患者は変異型であるSer型5-HT_<5A>を正常対照者と比べ有意に多く持っていることを見いだした。リスペリドンの反応性について、HTR2A、DRD2、COMT各遺伝子でのSNPsマーカーと関連性を検討したが、優位な関連の見いだせた遺伝子はなかった。(1)C6グリオーマ細胞にPro型・Ser型の5-HT_<5A>を発現、受容体の発現量および種々の抗精神病薬への親和性を結合実験を行い検討した。transient発現での^<125>I-LSD結合実験を行い、LSD親和性の違いは認められなかったが、Ser型の受容体発現量はPro型の半分以下であった。安定発現も行い同様の結果を得た。(2)forskolinで細胞を活性化した場合の5-HT_<5A>受容体数増加や5-HTに対する親和性変化について比較した。Pro型はフォルスコリンによる分化が抑制されたがSer型では分化が誘導された。ミクロフィジオメーターでのフオルスコリン感受性ではPro型・Ser型で差が認められた。(3)C6グリオーマ細胞にstable transfectionした5-HT_<5A>受容体の活性をミクロフィジオメータ(細胞外pH測定用機器)を用いて測定する方法を確立し、Pro型・Ser型の5-HT_<5A>の機能を比較した。5HT_<5A>への5-HT刺激反応は内因性β受容体と比べ非常に弱く高濃度(100μM)の5-HTが必要だった。結合実験でも5-HT親和性は他の5-HT受容体サブタイプに比較して低く、他の内因性伝達物質がある可能性が考えられた。
リー・ヤンゼロとQCDの相構造 - 実験と理論と数値計算の総合的アプローチ

QCD相構造を明らかにするために、高エネルギー重イオン反応の多重度分布の実験データ及び格子QCDからカノニカル分配関数を求めた。その両者からリー・ヤンゼロ分布を計算した。ここで必要な高精度計算手法と正確な高次多項式からゼロ点を求める手法を開発した。相転移を見出すための実験のエネルギー領域を明らかにした。リー・ヤンゼロは、大分配関数のゼロ点で、その分布は系の相転移状態について大局的な情報を提供してくれる。特に体積無限大で実化学ポテンシャル上にこのゼロ点が現れた時は、系の相転移点を示す。これまで、有限密度QCDの実験、及びシミュレーションデータからリー・ヤンゼロ点分布をどのようにして精度よく求めるかの手法を開発してきた。この目的のためには、大分配関数をカノニカル分配関数を係数とするフガシティ多項式として表現すると、精密な計算が可能になることを示してきた。これまでの格子QCDの数値計算では、大きなバリオン数までカノニカル分配関数を計算することが難しく、体積無限大極限でどのような振る舞いをするかについての知見を得ることが難しかった。そこで、クォーク質量を大きく取り、ホッピング・パラメータ展開(逆質量展開)により、フェルミオン行列式をフガシティであらわに表現する定式化とその計算コードを開発した。もちろん、ホッピングパラメータ展開は現実の軽いクォークには適用できないが、これまでほとんど研究が行われてこなかった有限温度・密度QCDのリー・ヤンゼロの振る舞いを調べるテストケースとしては重要であり、どのような情報が得られるかについて明らかにすることで、ポスト京計算機の時代に行うべきシミュレーションを明らかにすることができる。今回、初めて有限密度で相転移線を捉えることができ、また、格子化に起因して現れる偽のピークなどについても調査することができた。本研究は、格子QCDの数値計算、実験データからLee-Yangゼロ点の分布を調べ、クォークとグルーオンの力学であるQCD(格子量子色力学)の相構造を調べることを目的としている。QCDの相構造を数値シミュレーションで調べるためには、格子QCDの有限温度、有限密度の情報が必要となる。しかし、格子QCDは有限密度では符号問題という困難があり、これまで信頼できる結果を得ることは難しかった。この問題を解決するためにカノニカル法という手法で研究を進めている。カノニカル法で構成したグランドカノニカル分配関数からLee-Yangゼロ点を求めるためには、高い次数の多項式からそのゼロ点を求めることが必要となる。そのような方法はリーマンによって提唱されていたが、実現は難しかった。本研究では倍精度をはるかに超える多倍長計算を使用することによってこの問題を解決することができた。本年度は、実験値と格子QCDの数値結果からLee-Yangゼロを求めて解析を行うとともに、その高温での振舞いについても振舞いを近似的に求めた。格子QCDのシミュレーション、実験データから多倍長計算を使用して実際にLee-Yangゼロを求めることができた。今後の課題としては、より低温での振舞いを調べ、中性子星などの研究へ繋げることが考えられる。また、現在はバリオン数に対応する化学ポテンシャルを使ってグランドカノニカル分布を構成し、Lee-Yangゼロを求めているが、実験で測定されているものは陽子数分布である。一方、荷電化学ポテンシャルを使って構成するカノニカル法は、数値シミュレーションおよび実験において求めることが可能であり、より直接的な比較が可能になる。この可能性を探求する予定である。QCDの相構造を明らかにするためにリー・ヤンゼロの構造を調べることが本研究の目的である。リー・ヤンゼロは大分配関数の複素フガシティ空間のゼロであるが、大分配関数のフガシティ級数の係数がカノニカル分配関数Znであるため、このZnを正確に求めることが重要となる。Znは虚数化学ポテンシャル領域で計算可能であり、いったんZnが求まればフガシティは複素数にすることが可能なのでリー・ヤンゼロを求めることができる。最終年度の本年は、格子QCDのシミュレーションを高統計にして統計誤差を低減するのみならず、Znの計算における系統誤差を解析してより信頼度の高い計算手法を開発した。その第一は、これまで化学ポテンシャルがゼロの点のみで計算されていたZnを、いろいろな純虚数化学ポテンシャルの点での計算を合わせることで求める手法である。また、温度を固定してフガシティで積分することで虚数化学ポテンシャルの関数として大分配関数が求まることを示し、このフーリエ積分としてZnを求める手法も開発した。この2つの手法による結果が矛盾しないことを確認し、さらにクォーク質量が大きい領域でホッピングパラメータ展開によって求めた結果とよく一致することを確認した。このように計算したZnを使ってリー・ヤンゼロを求めた。また、バリオン数分布には近似的な漸化式が成立することを見いだし、この漸化式を使って非常に大きな数のZnまで求めることが可能となった。このようにして求められたZnは第一原理計算ではないが、最大のnを変えた時にリー・ヤンゼロがどのように振る舞うかを調べるために非常に有用である。大きなバリオン数までのカノニカル分配関数をホッピングパラメータ近似によって求め、どこまでのバリオン数の情報が相転移線の位置を確定するために必要であるかの見通しが立ってきた。

また、カノニカル法によって、圧力、密度分布、感受率などの熱力学諸量、カイラル凝縮、中間子の伝搬関数を求める定式化を構成し、実際にそれらによって結果が得られることを示した。より低温での数値シミュレーションの実行格子サイズを変えた時のLee-Yangゼロの分布の変化の調査荷電化学ポテンシャルによるカノニカル法の構成と、それからのLee-Yangゼロ分布の構成現在は、u, dクォークに相当する2フレーバーQCDのシミュレーションを遂行しているが、さらにs-クォークを導入し、ストレンジネスに対応するLee-Yangゼロ分布の構成原子核物理学カノニカル法では、純虚数化学ポテンシャルでの大分配関数を計算する。ホッピングパラメータ近似により、任意の純虚数化学ポテンシャルでの値を求めることができたため、比較的少ない計算機資源で計算を行うことができ、手法のテストを行った。次のステップに向けて得られた非常に重要な知見は、意味のある結果を得るために必要な純虚数化学ポテンシャルの点は数百であるということである。ホッピングパラメータ近似を使わなければ、数百点での計算が必要であり、必然的に数百倍の計算資源が必要となる。しかし、これは現在の京スーパーコンピュータでも可能な範囲であり、次期スーパーコンピュータで行えば、QCD相図について決定的な結果が得られると思われる。ホッピングパラメータ近似によらず、現実のクォーク質量での計算の準備を行うことが、今後の研究のための非常に重要な作業となる。Lee-Yangゼロの数値計算法を構築し、そのデータとして必要な純虚数領域での格子QCD計算のコードの開発とその確認が終わっている。これまで空間が8*8*8および10*10*10の小さな格子で計算してきた。極東連邦大学と共同研究を開始し、そこのグループにより16*16*16および24*24*24の大きな格子上での計算が実行可能となった。そのデータ取得を待ってLee-Yangゼロの計算とその物理的解釈、とくに相転移の情報を引き出すこととした。計画遂行中に、リー・ヤンゼロ点分布から得られる物理的結果がカノニカル分配関数のバリオン数領域によってどのように影響を受けるかを明らかにすることが重要であることが明らかになってきた。このため、計算コストの軽いホッピングパラメータ近似によって広範なパラメータ領域を調査した。ホッピングパラメータ近似による計算は、スーパーコンピュータ等を使用せず、研究室のコンピュータで計算を行うことが可能であるため、高速コード開発のための情報収集やミーティングの旅費が予定よりはるかに小額で済んだ。また高速ワークステーションの購入も次年度以降にすることとした。この結果をもとに、次年度は現実のクォーク質量に近い領域でより大きな格子によって計算を行う。そのためには、大量の計算資源、及び研究協力者と集中して作業を行う必要があり、計算費、旅費が次年度で必要となる。共同研究打ち合わせのための極東連邦大学への旅費に使用する計画である。
超高感度磁場計測に向けた光格子磁力計の開発

本研究では、極低温まで冷却されたアルカリ原子を光格子に閉じ込めることで、高感度で高空間分解能を有する磁力計の開発を行った。磁気光学トラップによってルビジウム原子の予備冷却を行い、偏光勾配冷却による冷却温度の更なる改善を行うことで、原子を光格子中に捕獲することに成功した。また新たにレーザー光源や周波数安定化システムの開発を行うことで、磁場を測定するための非線形磁気光学回転の実験系の構築を行うことができた。これらの開発によって光格子磁力計を実現するために必要とされる技術の確立を行うことができた。磁場を高感度、高空間分解能で測定する技術は、基礎物理分野や地球科学分野、医学分野などの幅広い領域で必要とされている。本研究では、極低温まで冷却されたアルカリ原子を光格子に閉じ込めることで、空間分解の高い超高感度な磁力計の開発を目指す。今年度は、Rb原子を磁気光学トラップ(MOT)により捕獲し、偏光勾配冷却(PGC)による更なる冷却を行い、その後光双極子力トラップ(ODT)、光格子に移行することを試みた。まず外部共振器型半導体レーザーから発振されたレーザー光をテーパーアンプに通すことで光強度を増幅し、MOTに使用した。音響光学素子を用いて光の周波数と強度を精密に調整し、MOTを行うための真空チャンバーに照射することで、Rb原子を捕獲することに成功した。しかし飛行時間法によって見積られた原子集団の温度が高く、この温度では十分な個数をODT、光格子に捕獲することができないため、PGCによる更なる冷却を行った。真空チャンバー周りに3軸の補正コイルを設置することで残留磁場を精密に制御し、レーザー光の周波数と強度を調整することにより、最終的に目標としていた温度まで原子集団を冷却することに成功した。次にこの冷却された原子集団に、ODT用のレーザー光を照射し捕獲することを行った。捕獲された原子の個数や寿命などの基本パラメータは吸収イメージング法によって見積ることができた。PGCにより冷却温度を改善したことにより、ODTによって捕獲された原子数が約200倍程度増強された結果を得ることができた。次にODT用のレーザー光をミラーで反射させることで光格子を形成し、吸収イメージング法で吸収画像を取得することに成功した。本年度は、Rb原子をMOTにより捕獲し、PGCにより数10マイクロケルビンまで冷却を行い、ODT中と光格子中に多くの原子を効率よく移行することを目標としていた。この計画に対し、MOTにより原子を捕獲後、ヘルムホルツコイルによって残留磁場を精度よく補正し、PGCを効率よく働かせることで十分な温度まで原子を冷却することに成功した。光源の安定性の改善を行い、光の強度や周波数依存性について詳細に調べることで、効率の良い冷却方法を確立することができ、この効果によってODT中に原子を効率よく移行することが可能となった。また高感度磁場測定を行う上で重要となるコヒーレンス時間の見積りを行うため、ODT中での原子の捕獲時間の測定を行い、およそ数100ミリ秒のトラップ寿命を確認できた。これは真空チャンバー内の真空度を大きく改善したことによる効果と考えられる。現在のところ捕獲時間は、ODTに用いているファイバーレーザー光の強度による散乱レートに依存しているため、焦点位置でのビームウェストを広くし、捕獲個数を維持しつつ散乱レートを下げることで数秒程度には改善することが可能である。さらに光格子中に原子を捕獲することに成功し、その画像を吸収イメージング法によって撮影することができた。吸収画像から十分な原子数が光格子中に捕獲されていることが分かった。これらの結果は期待された通りの成果であるため、研究は概ね計画通りに進行していると考えられる。高い感度と高い空間分解能を有する磁場測定技術は、基礎物理分野を始めとして多くの領域で必要とされている。本研究では、極低温まで冷却されたアルカリ原子を光格子に閉じ込めることで、高感度で高空間分解能を有する磁力計の開発を目指す。昨年度はルビジウム(Rb)原子を磁気光学トラップ(MOT)によって捕獲し、偏光勾配冷却によって原子集団の冷却温度の更なる改善を行うことで、光格子中に原子を捕獲することに成功した。今年度は非線形磁気光学回転(NMOR)を測定するための光源として、2台の外部共振器型半導体レーザー(ECDL)の開発を行った。偏光の回転角度観測のためのプローブ光源と、Rb原子の磁気副準位に偏極するためのポンプ光源をARコーティングの施された半導体素子を用いて製作し、両方共にRb原子に共鳴する780 nmの波長の光を発振させることに成功した。またRb蒸気セルを用いた周波数変調分光法の実験系の構築を行い、周波数安定化回路にこの信号を入力することで、ECDLへのフィードバック信号を得ることができ、周波数安定化を行うことが可能となった。ポンプ光を原子に照射後、ポンプ光の偏光と同じ偏光を有するプローブ光を入射することで透過光強度の変化を観測することができ、原子が磁気副準位に偏極されていることを確認できた。またプローブ光の偏光面の回転度合を検出するため、偏光ビームスプリッタによって光を分け、その強度差を観測するための測定系の構築も行うことができた。これらの実験によって得られた結果を、国際・国内の学術会議で報告することができた。

磁気光学トラップによってルビジウム原子の予備冷却を行い、偏光勾配冷却による冷却温度の更なる改善を行うことで、原子を光格子中に捕獲することに成功した。また新たにレーザー光源や周波数安定化システムの開発を行うことで、磁場を測定するための非線形磁気光学回転の実験系の構築を行うことができた。これらの開発によって光格子磁力計を実現するために必要とされる技術の確立を行うことができた。今後の研究の推進方策として、光格子中に捕獲された原子を用いて非線形磁気光学回転(NMOR)の測定を行い、どの程度の感度と空間分解能を達成できるかの評価を行う。これまでの研究で、光格子中にRb原子を十分な数捕獲することに成功しており、信号強度としては十分な個数を達成している。光格子中の原子を通過してきたプローブ光の偏光面の回転度合いをロックイン検出器によって測定することで、磁場への感度を見積ることが可能となる。またこの実験に並行して、現在Rb蒸気セルを用いたNMORの測定を行っており、この測定技術を光格子に応用することで光格子磁力計の研究を推進し、蒸気セルによる磁力計との性能の比較を行う。研究を遂行する上で重要となる要素は、NMOR用の光源と光格子用のファイバーレーザー光源の強度の安定性を確保し、補正コイルによる地磁気、実験機器からの磁場を十分に抑制することにある。光源の強度の安定性についてはフィードバック回路を用いて改善することが可能であり、また磁場補正についてはヘルムホルツコイルを用いた消磁システムを構築することで改善を行う。さらにNMOR信号より磁場感度を見積ることができた後は、光格子を3次元へと拡張する。この実験セットアップについてはすでに導入しているため、光学系やパラメータの調整を行うことで3次元光格子を実現し、光格子磁力計の性能評価を行う。量子エレクトロニクス、素粒子・原子核
データ解析における階層的知識構造の抽出に関する研究

本研究課題のテーマはデータからの知識獲得について,特に知識の持つ階層構造の抽出の立場から高性能アルゴリズムの開発,もしくは計算複雑度の解明を明らかにすることにある.人間が理解しやすい構造(たとえば階層性)を持った知識はある特別なクラスに属する論理関数の抽出問題として捉えることができる反面,それらを的確かつ厳密に捉えるアルゴリズムの構築は理論上・実際上難しいものであった(計算困難).本研究ではこれらの計算困難な知識抽出にまつわる問題群に対し,現実的な制約の下でなら,もしくは厳密ではなく近似的にならば、これらの問題が実際上・また理論上十分高速に解決可能であることを示した.本研究課題のテーマはデータからの知識獲得について,特に知識の持つ階層構造の抽出の立場から高性能アルゴリズムの開発,もしくは計算複雑度の解明を明らかにすることにある.人間が理解しやすい構造(たとえば階層性)を持った知識はある特別なクラスに属する論理関数の抽出問題として捉えることができる反面,それらを的確かつ厳密に捉えるアルゴリズムの構築は理論上・実際上難しいものであった(計算困難).本研究ではこれらの計算困難な知識抽出にまつわる問題群に対し,現実的な制約の下でなら,もしくは厳密ではなく近似的にならば、これらの問題が実際上・また理論上十分高速に解決可能であることを示した.データからの知識獲得について,特に知識の持つ階層構造の抽出の立場から研究を行う.申請者はこれまで論理関数を用いたデータ解析について研究を行ってきた.論理関数抽出の立場から見ると,知識の階層構造抽出は,例えば分解構造を持っ論理関数抽出問題として捉えることができる.本研究では,これらの結果を踏まえ,より広範な知識階層構造抽出問題について取り組む.概念のもつ階層性は,知識構造における本質的な性質の一つであり,既存の手法によって得られた知識整理などの面においても重要な役割を果たすと考えられている.本研究は,これらの問題に対するモデル化・計算複雑度の解析を通して,このテーマに対する効率的なアルゴリズム設計を目指すものである今年度は特に,知識構造をグラフとしてモデル化した際に現れる最適構造抽出に関する問題について取り組んだ.まず問題の計算複雑度を明らかにし,それに対する精度保証付き近似アルゴリズムを開発すると共に,現実的な求解の観点から局所探索に基づく高精度アルゴリズムの開発を行った.データからの知識獲得について,特に知識の持つ階層構造の抽出の立場から研究を行う.申請者はこれまで論理関数を用いたデータ解析について研究を行ってきた.論理関数抽出の立場から見ると,知識の階層構造抽出は,例えば分解構造を持つ論理関数抽出問題として捉えることができる.本研究では,これらの結果を踏まえ,より広範な知識階層構造抽出問題について取り組む.概念のもつ階層性は,知識構造における本質的な性質の一つであり,既存の手法によって得られた知識整理などの面においても重要な役割を果たすと考えられている.本研究は,これらの問題に対するモデル化・計算複雑度の解析を通して,このテーマに対する効率的なアルゴリズム設計を目指すものである今年度は昨年度に引き続き,知識構造をグラフとしてモデル化した際に現れる最適構造抽出に関する問題について取り組んだ.具体的には,知識が非巡回階層構造を持つ場合(たとえばWebなどが持つ重複を持つ階層構造)について,その構造強化問題を定式化し,最適な強化を行うことがNP困難(かっ近似困難)であることを示した.一方で,P≠NPの仮定の下で,最適な近似を行う多項式時間アルゴリズムを提案した.これにより,本問題に対しては理論的には最善のアルゴリズムが得られたこととなる.本研究課題のテーマはデータからの知識獲得について,特に知識の持つ階層構造の抽出の立場から高性能アルゴリズムの開発,もしくは計算複雑殿解明を明らかにすることにあった.申請者がこれ以前に取り組んできた論理関数を用いたデータ解析について研究の立場から見ると,人間が理解しやすい構造(たとえば階層性)を持った知識はある特別なクラスに属する論理関数の抽出問題として捉えることができる.概念のもつ階層性は,知識構造における本質的な性質の一つであり,既存の手法によって得られた知識整理などの面においても重要な役割を果たすと考えられている.本研究は,これらの問題に対するモデル化・計算複雑度の解析を通して,このテーマに対する効率的なアルゴリズム設計を目指すものであった.最終年度である今年度は, (これまでの年度で得られた知見から)知識構造をグラフとしてモデル化した際に現れる最適構造抽出に関する問題について,また得られた知識構造を蓄えた知識ペースから,いかに効率的かつロバストに演繹を行うかについて,の2点に焦点を絞り取り組んだ.前者に関しては知識構造をグラフとして表現した際に,関連知識をクラスタ化する問題において,そのクラスタサイズをバランスさせる問題をバランス化尺度の最適化問題として定義することにより,高速なアルゴリズムを設計することに成功した.後者に関しては,ロバストな演繹は一般には(残念ながら)計算困難であることが判明したが,実際上の利用でよく現れると考えられる「短い表現」の知識活用に限定すると,十分高速な演繹が可能であることが判明した.
メタノール燃料電池車の燃料タンクに利用可能な新しい高耐食性表面処理鋼板の開発

メタノール燃料電池車の燃料タンクに利用可能な新しい高耐食性表面処理鋼板の開発を目的として,不純物であるH_2O,NaCl,およびHCOOHを含むメタノール中において,溶融めっき法で作製したSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食挙動と腐食機構を調べた.0.1-30%H_2Oを含むメタノール中もしくは,0.1-30%H_2O+0.1%NaCl含むメタノール中では,めっき鋼板は高い耐食性を示した.これらの溶液中でのめっき鋼板の腐食速度は,0.66μg・m^<-2>・s^<-1>以下の値を示した.しかし,0.1-30%H_2O+0.1%HCOOHを含むメタノール中では,わずかに腐食し,めっき鋼板の腐食速度は2.43.5μg・m^<-2>・s^<-1>の値を示した.0.1-30%H_2O+0.1%NaClを含むメタノール中におけるアノード及びカソード分極曲線測定の結果,めっき鋼板の腐食電位はZnのそれとほぼ一致し,めっき鋼板の孔食電位はSnのそれとほぼ一致した.0.1%H_2O+0.1%NaClを含むメタノール中における浸漬腐食試験後のめっき鋼板の表面皮膜についてオージェ電子分光分析(AES)とX線光電子分光分析(XPS)を行った結果,多量のZnの酸化物と水酸化物と極微量のSnの酸化物と水酸化物から皮膜が構成されていることが分かった.したがって,H_2OやNaClを含むメタノール中での溶融めっき法で作製したSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食機構は,めっき相中のZn相の選択溶解によると推察される.メタノール燃料電池車の燃料タンクに利用可能な新しい高耐食性表面処理鋼板の開発を目的として,不純物であるH_2O,NaCl,およびHCOOHを含むメタノール中において,溶融めっき法で作製したSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食挙動と腐食機構を調べた.0.1-30%H_2Oを含むメタノール中もしくは,0.1-30%H_2O+0.1%NaCl含むメタノール中では,めっき鋼板は高い耐食性を示した.これらの溶液中でのめっき鋼板の腐食速度は,0.66μg・m^<-2>・s^<-1>以下の値を示した.しかし,0.1-30%H_2O+0.1%HCOOHを含むメタノール中では,わずかに腐食し,めっき鋼板の腐食速度は2.43.5μg・m^<-2>・s^<-1>の値を示した.0.1-30%H_2O+0.1%NaClを含むメタノール中におけるアノード及びカソード分極曲線測定の結果,めっき鋼板の腐食電位はZnのそれとほぼ一致し,めっき鋼板の孔食電位はSnのそれとほぼ一致した.0.1%H_2O+0.1%NaClを含むメタノール中における浸漬腐食試験後のめっき鋼板の表面皮膜についてオージェ電子分光分析(AES)とX線光電子分光分析(XPS)を行った結果,多量のZnの酸化物と水酸化物と極微量のSnの酸化物と水酸化物から皮膜が構成されていることが分かった.したがって,H_2OやNaClを含むメタノール中での溶融めっき法で作製したSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食機構は,めっき相中のZn相の選択溶解によると推察される.目的:化石燃料の代替エネルギーの一つとして,メタノールを用いたシステムが挙げられている.メタノールは強いプロトン性の極性溶媒であるため,従来からのガソリンタンク用のPb-Sn合金めっき鋼板は激しく腐食され実用に耐えない.これに替わる材料として,Sn-Zn系合金めっき鋼板が有望視されているが,耐食性に及ぼす材料因子,環境因子の影響についてはまだよく分かっていない.本研究の目的は,Sn-Zn系合金めっき鋼板のメタノール環境中での耐食性に影響を与える環境因子,金属組織・組成の材料因子と耐食性の関係の検討し,新しい高耐食性表面処理鋼板の開発することとする.方法:Sn-Zn系合金めっき鋼板の耐食性を検討するために,水や各種不純物を添加した溶液を作製し浸漬腐食試験を行う.溶液紺成は水分濃度を0-30%としこの溶液に合成過程で混入する可能性のある酢酸,ギ酸,使用環境中から混入する可能性の高いNaClを添加したメタノール溶液を用いる.また,非水溶液系の測定に適したAg/Ag^+照合電極を用いた電流-電位曲線測定を行う.実験結果:H_2O, NaClおよびHCOOHを添加したメタノール中でのSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食機構について検討した結果,以下のことが分かった.1.0.1-30%H_2O-メタノールもしくは0.1-30%H_2O-0.1%NaCl-メタノール中では,Sn-8%Zn合金めっき鋼板は優れた耐食性を有する.しかし、0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-

メタノール中では,全面腐食の腐食形態を示す.2.0.1-30%H_2O-0.1%NaCl-メタノール中でのSn-8%Znめっき鋼板の分極曲線の腐食電位はZnの腐食電位にほぼ等しく,孔食電位はSnの孔食電位にほぼ等しい電位を示す.また,Zn相の溶解により腐食が進行する.3.0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-メタノール中におけるSn-8%Znめっき鋼板の分極曲線はZnに類似している.また,Zn相の溶解により腐食が進行する.地球環境問題の深刻化および石油資源の枯渇化に備えたエネルギー問題などにより,化石燃料の代替エネルギーとして,メタノールを用いたシステムが有望視されている.メタノールは液体燃料であるため取り扱いが簡便で,かつ,エネルギーのリサイクル性の観点から"クリーンエネルギー"としても注目されている.しかし,メタノールは強いプロトン性の極性溶媒であるため,耐食性の高いメタノールタンク用材料が必要となる.Sn-Zn系合金めっき鋼板が有望視されているが,耐食性に及ぼす組成や組織などの材料因子,溶液中の水分や不純物の種類・濃度などの環境因子の影響についてはまだよく分かっていない.本研究の目的は,Sn-Zn系合金めっき鋼板のメタノール環境中での耐食性に影響を与える環境因子の検討すること,およびSn-Zn系合金めっき鋼板の金属組織・組成と耐食性の関係の解析することとする.H_2O, NaClおよびHCOOHを添加したメタノール中でのSn-8%Zn合金めっき鋼板の腐食機構について検討した結果,以下のことが分かった.1.0.1-30%H_2O-メタノールもしくは0.1-30%H_2O-0.1%NaCl-メタノール中では,Sn-8%Zn合金めっき鋼板は優れた耐食性を有する.しかし,0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-メタノール中では,全面腐食の腐食形態を示す.2.0.1-30%H_2O-0.1%NaCl-メタノール中でのSn-8%Znめっき鋼板の分極曲線の腐食電位はZnの腐食電位にほぼ等しく,孔食電位はSnの孔食電位にほぼ等しい電位を示す.また,Zn相の溶解により腐食が進行する.3.0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-メタノール中におけるSn-8%Znめっき鋼板の分極曲線はZnに類似している.また,Zn相の溶解により腐食が進行する.4.0.1-30%H_2O-0.1%NaCl-メタノール中での腐食後の表面皮膜は,Znの酸化物と水酸化物(少量のSnの酸化物と水酸化物)で構成されている.一方,0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-メタノール中での腐食後の表面皮膜は,2価および4価のSnの酸化物と水酸化物で構成されている.5.0.1-30%H_2O-0.1%HCOOH-メタノール中におけるSn-8%Znめっき鋼板はZn相の選択溶解により表面にSn成分の酸化皮膜を形成し,本環境中で耐食性を示す.
プロテオームによる糖尿病の病態解析法の開発

(1)プロテオーム解析環境の構築:2006年現在、アガロース2次元電気泳動法とLC/MSを使い、クーマシー染色で可視化できる全てのタンパク質(ゲル中に0.1μg以上)を重日約80サンプル同定できるプロテオーム解析環境を実現した。同定率は90?95%である。(2)糖尿病モデル動物の各種臓器の発現プロテオーム解析:OLETFラットとそのコントロールLETOの28種類の臓器を経時的に(6週齢、12週齢、20週齢、30週齢、40週齢で)プロテオーム解析を行った。OLETFラットでは30週齢から糖尿病が発症するが、発現プロテオームには発症前後での急激な変化は認められなかった。(3)タンパク質の酸化ダメージ検出法の開発(1):活性酸素種(ROS)によって酸化傷害を受けたタンパク質を2次元電気泳動パターン上で検出する方法を開発した。糖尿病を発症したOLETFラットの心筋で酸化傷害タンパク質が優位に増大することが分かった。(4)タンパク質の酸化ダメージ検出法の開発(2):生体中の非生理的な酸化傷害蛋白質に結合する安定同位体標識アフィニティー・タグ(TOP : Tags for Oxidized Proteins)を開発した。TOPを使うと、組織中の微量蛋白質の酸化傷害に関しても分析することが可能となる。(5)独自のペプチド抽出法を用いた疾患ペプチドーム解析:生体組織、体液中に存在する個々のペプチドの量的情報を失うことなく、再現性良く、高効率でペプチドを抽出するためのペプチド抽出法を開発した。本方法を使い、正常マウス(+m/+m)と糖尿病モデルマウス(db/db)の腎皮質中のペプチドを抽出し、糖尿病特異的なペプチドを同定することに成功した。また、がん患者血清に含まれるがん特異的ペプチドを単離・同定することに成功した。(6)がん細胞を免疫源とした疾患診断に有用なモノクローナル抗体の網羅的獲得:廣橋説雄らが1984年に報告した未精製抗原を使う免疫法に独自のアイデアを加えて、多数の抗体を高効率に(年に1000個程度)獲得する手法を開発した。獲得した抗体は腫瘍組織・細胞や血中等に流出した腫瘍関連タンパク質と反応し、非腫瘍性組織や健常人血清とは反応しないものがある。今後は有用抗体を効率的に絞り込む手法の開発を予定している。(1)これまでの2次元電気泳動法は各タンパク質の電気泳動的易動度と存在量の情報を与えるが、糖尿病解析にはこれだけでは不十分である。タンパク質の病的翻訳後修飾の情報(の一部)を得るため、酸化ストレスにより誘導されたタンパク質側鎖のアルデヒド基の検出法を開発した。これを使い、糖尿病モデルOLETFラット左心室の複数のタンパク質が酸化傷害を受けていることを発見した。(2)OLETFラットに高カロリー特別食を与えたものと普通食を与えたものについて各種臓器のプロテオームを解析し、腎皮質での異常を発見した。腎皮質全体では特にhsp70が特別食を与えたラットで増加していた。

また腎皮質を細胞分画し、特にミトコンドリア画分で多数のスポットに異常を検出した。2000年7月末に導入したLC-イオントラップ型質量分析計は、研究室メンバーの訓練と運転条件の最適化に約半年を要したが、現在、ほぼ2個/時間の速度と80%のヒット率でタンパク質を同定できる。(3)糖尿病患者血清アルブミンの酸化傷害が健常人と比べて進行していることを検出した。(4)医学部内で、ヒト組織と体液のティッシュ・バンクをセンター化し、平成14年度から予算を計上・実現する計画が認められた。ティッシュ・バンク運用開始と同時に、病院内の遺伝子カウンセリング体制を発足させる。(5)糖尿病病因タンパク質の機能を阻害するペプチドをランダム・ペプチド・ライブラリーの中から発見する。この戦略を実現するために、新規配列特異的なDNA結合タンパク質を用いる方法を考案した。このタンパク質のDNA結合ドメイン(102残基)が3本のαヘリックスとβシートから構成されていることを明らかにした。(1)昨年度開発した酸化傷害タンパク質特異的染色法を使い、糖尿病モデルラット各種臓器のプロテオーム解析をおこなった。(2)酸化傷害タンパク質を質量分析で検出するためのタグ、TOP(Tags for Oxidized Proteins)を開発した。TOPの化学構造は、(Affinity tag)-(Linker)-(Reactive site)で表され、中央のLinker領域を安定同位体で標識し、2種類のTOP(TOP1、TOP2)を作成する。Angiotensin II(8アミノ酸残基のペプチド)を人為的に酸化したものを使い、このタグの実証実験を行った。正常組織と疾病組織から得たタンパク質粗抽出液にそれぞれTOP1、TOP2を反応させ、反応後、両者を混合し、質量分析を行う。これによって疾病特異的に酸化傷害を受けたタンパク質を検出することができる。MS/MSにより酸化傷害部位を特定すれば、酸化傷害によるタンパク質の機能障害が解明できる。TOPの特徴は、(a)酸化傷害タンパク質を検出、(b)未反応試薬の除去が容易、(c)難溶性タンパク質の分析も可能、(d)微量の酸化傷害タンパク質の検出も可能、の4点である。(3)我々の2次元電気泳動法を使うと、転写・翻訳関係タンパク質を検出・同定できることが分かった。(4)栄養過多給餌によりOLETFラットに糖尿病を早期に発症させたときのプロテオーム変化を、普通食の場合と比較、解析した。(5)ヒト・組織と体液のティッシュバンクを開設した。(5)糖尿病性腎症により亡くなった患者由来の腎臓組織の解析を行った。【1】疾患プロテオミクスの構成要件、戦略目標が明確化した。「プロテオミクス」は一般に、【1-1】「タンパク質の網羅的同定と含有量決定(タンパク質発現解析)」と考えられているが、これだけでは糖尿病研究には不十分であることが分かった。これに加えて、【1-2】「(正常&病的)翻訳後修飾によるタンパク質の機能状態変化の網羅的解析(機能プロテオーム解析)」と、【1-3】「プロテオームの変動について多変量解析を行い、診断・治療のターゲットタンパク質群を発見すること」が必要である。【2】プロジェクト初年度の研究は、目標