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新規ハイブリッド型ポリケタイド合成酵素Steelyの産物多様性創出機構の解明

細胞性粘菌のポリケタイド合成酵素SteelyはI型酵素とIII型酵素が融合した特徴的な構造を持つ。この酵素は細胞性粘菌の発生中期に柄細胞分化誘導分子のDIF-1を合成する。しかし、産物はDIF-1だけではない。本研究においてSteelyB酵素の第2の産物として塩素化されたジベンゾフランLCC-1を同定し、その詳細な構造決定した。この化合物の生合成経路を、放射性同位体36Clラベルや、Feeding実験により検証した。その結果DIF-1生合成の最初の2つの酵素はLCC-1合成にも共通して使われていて、発現場所を変えることによって、LCC-1生合成システムへとスイッチしていることが分かった。具体的内容:細胞性粘菌のSteely酵素は、これまで別個の酵素と考えられてきたI型ポリケタイド合成酵素(PKS)とIII型PKSが融合するという特異な構造を持つ。さらにSteely酵素の場合は発生段階に応じて、酵素の発現場所や構造を変化させ、異なる産物を与えることがこれまでの研究結果から推定された。本研究ではSteelyB酵素をモデルとして複数の異なる産物を与える産物多様性創出の機構を解明することを目的としている。本年度はまず、SteelyB酵素によって作り出される第二の化合物LCCの構造の最終決定を試みた。質量分析、NMR、および結晶解析の結果から複数存在するLCCのうちの最もメジャーなものの構造を決定することができた。これは今までに報告のない新規化合物であることが分かった。また、第二の化合物の合成には第一の産物であるDIF-1の存在が必要であることが示唆され、酵素の構造変換にその産物が関与している可能性が見出された。意義・重要性:Steely酵素が細胞性粘菌の発生段階によって、融合型から単独のIII型酵素へとその構造を変化させ、新たな産物を作り出す産物多様性創出機構を解析するもので、その反応には興味深い酵素反応を含んでいる。ポリケタイドの生合成は単に酵素反応の寄せ集めによるものではなく、その生合成機構の解明には多段階酵素反応をいかに効率的に稼働させるかを理解する必要がある。本研究はこの視点から一つの酵素が複数の産物を与える仕組みの謎に迫るものである。今年度、LCCの構造を決定したことにより生合成経路の予測が可能になった。これまで量的な問題から精製が困難であった第二の化合物LCCについて、大量培養と精製法の確立によって精製サンプルの単離に成功した。その精製サンプルについて質量分析、NMR、結晶解析を行うことによって詳細な構造を決定することができた。さらに、決定された構造に基づき生合成経路を予想することができた。また、SteelyB酵素の構造変換には第一の産物であるDIF-1の存在が必要であることを示唆する結果を得ることができ、産物多様性機構の新しい側面を見出すことができた。本研究は、細胞性粘菌においてのみ見られているハイブリッド型ポリケタイド合成酵素(PKS)であるSteely酵素をモデルとして、どのようにして一つのPKSが発生段階に応じて複数の産物を与えているのか、その生合成経路と駆動システムを解明することを目的としている。具体的な内容: I型とIII型のPKSが融合したSteelyB酵素が発生中期ではDIF-1を合成し、後期では酵素が二つに分離して、III型酵素が単独で働き、他の修飾酵素と協調してDIF-1以外の新たな化合物(LCCと呼ぶ)を作るという仮説(プロダクトスイッチ仮説)を検証するため、以下の3点を中心に研究を進めた。1)マイナーLCCの精製と同定2)生合成経路駆動システムとしてのSteelyB酵素構造変換の検証3)切断後のSteelyB酵素と同等と考えられるIII型PKS遺伝子を導入したstlB欠損株に、予想した前駆物質を与えることによってLCCの合成が回復するかの検証。意義・重要性:本研究では生合成経路の個々の段階の理解とともに、多段階酵素反応をマシナリーとして捉えた生合成制御に関する仮説を導き出したいと考えている。現在取り組んでいるのはマシナリーの稼動システム・制御機構についてで、生合成経路のスタートの部分がどのようにして制御されているのかに焦点を当てている。この点については昨年の結果と合わせて、当初の仮説を実験的データで確認することができつつあり一定の成果を得ることができたと考えている。メチル化酵素の候補として考えていたomt2については遺伝子破壊株を作成し、LCCの合成が阻害されるかどうかを検証したが、特に影響はなかったことからメチル化は別な酵素が行っていると考えられる。昨年度、構造を決定したLCC-1以外のマイナーな複数のLCCの構造を決定し、生合成経路の予測の補強を試みた。現在2つのマイナーなLCC化合物を精製しMS分析を行ったが、量的にNMRによる解析を行うことが困難であると判断された。SteelyB酵素がDIF-1の存在下でIII型PKSを切り離すという構造変化について、切断部位を特定することができた。当初の予測通りアシルキャリアープロテイン部分とIII型PKS部分の間で酵素が切り離されていることがわかった。しかし、予備的な実験ではIII型PKSのみを発現させたstlB遺伝子欠損株にLCC-1の前駆物質と考えられる化合物を与えてもLCC-1の合成が回復されておらず、この点については引き続き検証する必要があると判断される。本研究の目的は、細胞性粘菌において発見された融合型ポリケタイド合成酵素(PKS)であるSteelyがどのようにして複数の産物を与えているのかを明らかにすることにある。

29年度は前年の結果から予想していた生合成経路を再検証する必要性があると判断し、Steely酵素が産物を変える発生後期の前駆物質が何であるかを明らかにした。これまで発生後期に合成される第2の産物であるLCCー1はSteely酵素が切断されてできたIII型PKSが単独でフロログルシノールを合成し、DIF-1代謝産物とカップリングすることによって合成されると考えていた。しかし、少なくともこの経路は主要な経路ではないことが昨年の実験結果から導き出された。そこで、DIF-1の前駆物質である1-(2,4,6-Trihydroxyphenyl)hexan-1-one(THPH)をStlB遺伝子欠損株に与えるFeeding実験を行ったところ、発生後期にLCCを合成することが分かった。この結果は、発生後期に細胞性粘菌の柄に蓄積されるハロゲン化有機化合物LCCsの主要なものはDIF-1の前駆物質と同じもので合成されることを示している。しかし一方で、LCCsの一部はTHPHでは合成を回復しないことから、別な前駆物質が必要であると推定される。最後に得られたLCC-1の生体内での機能を検証した。構造が細胞性粘菌の他の種から得られた抗菌物質AB0022Aという化合物と似ていることから、抗菌活性について検証した。その結果LCC-1はグラム陽性菌である枯草菌に対してAB0022Aよりも強い抗菌活性を持つことが分かった。細胞性粘菌のポリケタイド合成酵素SteelyはI型酵素とIII型酵素が融合した特徴的な構造を持つ。この酵素は細胞性粘菌の発生中期に柄細胞分化誘導分子のDIF-1を合成する。しかし、産物はDIF-1だけではない。本研究においてSteelyB酵素の第2の産物として塩素化されたジベンゾフランLCC-1を同定し、その詳細な構造決定した。この化合物の生合成経路を、放射性同位体36Clラベルや、Feeding実験により検証した。その結果DIF-1生合成の最初の2つの酵素はLCC-1合成にも共通して使われていて、発現場所を変えることによって、LCC-1生合成システムへとスイッチしていることが分かった。今後の方針として次年度は以下の2点に絞って研究を進め、生合成経路の全体像を把握、検証したい。1)SteelyB酵素の構造変換にDIF-1がどのように関与しているのかの分子生物学的、生化学的な検証2)LCCの生合成酵素の一つとして考えられている塩素付加酵素ChlAの機能の実験的検証以上の結果に基づき生合成経路の全体像から、これまで検証することができなかったカップリング反応とメチル化の機構を推定し、生合成マシナリーと駆動システムの解明を目指したい。今後は生合成マシナリーの稼動システムの仮説を導き出すため、引き続きIII型PKS遺伝子を導入したstlB欠損株に予想した前駆物質を与えることによってLCC-1の合成が回復するかの検証を中心に研究を進める。また、マシナリー全体の制御がSteelyB酵素の産物であるDIF-1によって行われていることを検証するため、DIF-1の存在によってSteelyBのC末端側のIII型PKSが切断される機構を解明し、マシナリーの駆動制御についての仮説を導き出したい。生物分子化学
インド文化圏における仏塔の総合的研究

本研究は、とくに仏舎利の納入・安置について検討することで、ラトナギリ大塔などを中期形式の発展形態と位置付けた。高塔形式のブッダガヤー大塔とパーラ朝期のヴィクラマシーラやソーマプラなどの祠堂塔といった後期形式を仏塔展開の最終形態とし、各段階の仏塔の構造と意義の変遷について考察した。また、奉献塔と呼ばれる小型・中型仏塔にも着目し、インド・バングラデシュ・ネパールの各地域の作例を調査した。奉献塔の一面、もしくは四面に設けられた龕内の小型尊像の分析から、仏伝型の大乗仏教系の奉献塔と金剛界四仏を中心とする密教系の奉献塔の併存が明らかになった。また、仏舎利(仏弟子のものも含む)の納入・安置を前提とする仏塔に対し、奉献塔には縁起法頌などの広義の仏舎利が納入された。これらは本研究の各論として、奉献塔の供養信仰についても検証を行った。本研究は、文献資料を通じて文化全般を考察する研究方法、および考古学・美術史学の手法を用いて研究する方法の両者を総合的に駆使して、インドとその周辺地域における仏塔を研究対象とし、その思想的意味と歴史的意義を再検討するものである。より具体的には、インド文化圏に現存する仏塔をキーワードとして、仏教伽藍の中で仏塔が果たす機能的な意味、そして、部派仏教大乗仏教・密教、および8世紀以降に盛行した顕密融合仏教における仏塔信仰の思想的意味と歴史的意義を明らかにすることを目標とする。初年度は、東インド・ガンジス河流域における仏塔・小型奉献塔群の調査をはじめとして、同じくインド文化圏に属するバングラデシュ、文化圏を接する中国南部の現地調査も併せて実施した。とくに、パーラ朝期(812世紀)の仏塔の特徴を明確に見出すことのできるバングラデシュのパハルプル、マイナマティの各遺跡、インド・ビハール州のヴィクラマシーラ遺跡については、これまで種智院大学が蓄積した調査成果を踏まえた調査を実施することができた。現地遺跡では発掘後に幾度も修復が加えられるため、遺跡・遺構の現況確認と、出土品の所蔵先・内容の詳細確認に努めた。また、研究分担者の間では、複数回実施した研究連絡会を通じて、現地調査の成果と情報を共有・検討し、それぞれの研究課題へフィードバックすることを試みている。今年度おこなった研究活動として、初年度に引き続き、現地調査の実施とその成果の検証作業に重点を置いた。本研究は、インド文化圏に現存する仏塔をキーワードとして、仏教伽藍の中で仏塔が果たす機能的な意味、とくに8世紀以降に盛行した顕密融合仏教における仏塔信仰の思想的意味と歴史的意義を明らかにすることを目的とするため、今年度の調査対象地を、インドに隣接するネパールとスリランカとした。現地調査のうち、ネパール調査では、カトマンドゥ盆地に遺存している二つの巨大仏塔と、市内に多数存在する中型仏塔の基礎調査を実施した。また、スリランカ調査では、南インド仏教美術との関わりの深いアヌラーダプラを中心として、大乗仏教・密教の仏塔作例を検証した。アバヤギリ・ヴィハーラやポロンナルワからは、仏塔を模した形状の舎利容器が出土しており、また、それらの周辺地域からは密教尊像の出土例も知られていたが、今回の現地調査では、これまで見過ごされがちであった密教遺品とその信仰を確認した。また、昨年度の調査地であるガンジス河流域と比較して、相違点を検証することで、インド文化圏南部に特有の仏塔信仰の形態を新たに検討することができた。なお、研究連絡会を通じて、研究分担者の間で現地調査を通じて得られた成果と情報を共有・検討し、それぞれの課題へフィードバックして研究を前進させている。本研究は、これまでの2ヶ年を通じて、インド仏教文化圏における仏塔の構造・意義をとくに8世紀以降の顕密融合仏教の時代に絞り、総合的に調査・研究を行ってきた。最終年度となる本年度は、全体的な課題であるポスト・グプタ期からパーラ朝期に繁栄した高塔式仏塔、あるいは五祠堂型寺院の成立と発展についての問題に取り組むため、インド・ビハール州やバングラデシュ北西部に重点を置いた調査を行った。また、同時期に最盛期を迎えた小型奉献塔の考察については、ビハール州、オリッサ州、ネパール・カトマンドゥ盆地を調査対象とした。これらについては、年度初めの研究実施計画に基づき、一定の成果を得ることができた。

また、インド調査準備中に、本研究の前身に相当する平成1719年度基盤研究(B)「中インド新発掘仏教遺跡の総合的研究」(課題番号17401008)で調査対象としたチャッティスガル州シルプル遺跡について、仏塔の発掘と顕密融合仏教期のブロンズ像の発見の報と調査の機会が得られたため、急遽調査対象地に加えた。従来、仏像作例においては、8世紀以降の仏教遺跡では顕教系の作例と密教尊像の作例が並行して制作・信仰されていたことが知られているが、それは古い歴史を持つ仏塔でも同様であることが確認された。明確に表れる例としては、小型奉献塔に表現されるモチーフには、仏伝四相・八相などの顕教系従来型のものと、密教系四仏や菩薩像を加えた密教型のものが同一地域で並行して制作されていることが挙げられる。さらに詳細な考察・各論については、各研究分担者が担当して報告書として研究成果をまとめている。
FGF-2結合分子FAPの機能と応用(緑内障術後の再発予防への新しいアプローチ)

FGF-2は細胞膜受容体のリガンドとして働くほかに、産生細胞の核内で機能することが示唆されている。細胞核に移行するFGF-2は高分子量型である。我々はその核内での機能を解明する目的で、酵母two-hybrid系で高分子量型FGF-2に結合するタンパク質を検索し、FAPを見い出した。FAP遺伝子はGenBankに登録されているKIAA0092と相同性があった。FAPは500アミノ酸からなりN-末端側にトロポミオシンのコイルドコイル域と似た領域がある。また3個の核移行シグナルがC-末端側にある。HeLa細胞にGFPとの融合タンパク質としてFAPを過剰発現させたところFAPは繊維状の形体で細胞質に存在し、微小管と共局在した。そのようなHeLa細胞を微小管ネットワークを破壊するビンブラスチンで処理したが、微小管ネットワークに変化はなかったので、FAPは微小管に結合して微小管を束化し安定化していると考えた。タグ付きのFAPを適度に発現した細胞では、細胞分裂期のスピンドルポール、スピンドルと中央体の微小管部にFAPが共局在した。FAPの欠損変異体を作製して細胞に発現させて解析したところ、C-末端側の半分が微小管結合域であった。またFAPは互いに結合する性質をもつことを酵母two-hybrid assayで示した。以上の結果はFAPが自己会合能を持ち、微小管に結合することを示唆した。FAPは細胞分裂に機能していると考えられたが、核内のFGF-2との関連についてはまだ不明である。緑内障手術の成否を決める主な要因に,線維芽細胞増殖による流出路閉塞がある.我々はこの過程に深く関わるFGF-2と結合する未知分子FAPの遺伝子を,酵母two-hybrid系を用いて単離し,その役割の解析を進めている.1.FAPの発現と分布RT-PCR,ウエスタンブロットや免疫染色で,FAPはテノン嚢由来培養線維芽細胞をはじめ様々な培養細胞や正常臓器に発現していた.しかし,ある種の培養細胞ではFAPのmRNAは検出されたがタンパク質は検出されなかった.これらの細胞のFAP遺伝子に変異があるか,FAPの翻訳に調節機構があるのではないかと考え,現在解析中である.FAPは,免疫染色によりある種の細胞で細胞骨格様の分布を示した.そこで,抗FAP抗体と抗チュブリン抗体の2重染色を行なったところ,一部のFAPがチュブリンと重なって見えた.また,一部の細胞では両者の分布がほぼ一致して観察された.しかし,細胞核分裂時の紡錘糸へのFAPの共存を調べたところ,核分裂時にはFAPは細胞膜付近の細胞質に分布していた.これらのことから,細胞周期によってFAPはチュブリンと結合・解離するのではないかと推測し,タキソール法で集めた微小管分画のFAPの存在を調べたが,微小管分画へのFAPの有意な集積は検出できなかった.そこで,様々な細胞周期阻害剤の使用時におけるFAPの分布について解析を計画している.2.線維芽細胞の増殖に及ぼすFAPの影響FAPのアンチセンスオリゴヌクレオチドをヒト培養線維芽細胞の培地に添加した.免疫細胞染色およびウエスタンブロットでFAPの発現を調べたが,アンチセンスオリゴヌクレオチドによるFAP発現の有意な抑制効果はなかった.また,有意な細胞増殖抑制効果も認めなかった.そこで,FAPのアンチセンスプラスミドの導入や,FAPの発現を調節可能なプラスミドの導入を予定している.緑内障手術の成否を決める主な要因に,線維芽細胞増殖による流出路の閉塞がある.我々は,この過程に関わるFGF-2と結合する未知タンパク質FAPの遺伝子を,酵母two-hybrid系を用いて単離しその機能の解析を進めている.

1.細胞内におけるFAPの分布FAPに特異的な単クローン抗体を作製し,これを用いた免疫蛍光染色法により様々な培養細胞におけるFAPの細胞内分布を調べた.その結果、様々な細胞においてFAPは細胞内で微小管によく似た細胞骨格様の繊維状構造をとっているのが観察された.他方,FGF-2は,細胞の核に強く局在し,一部細胞質にも均一に分布していた.2.細胞内のFAPの可溶化上記の結果からFAPが細胞骨格様に分布する事が観察されたので,このタンパク質が細胞のどの分画に分布するのかを,遠心分離法とウエスタンブロット法を用いて調べた.その結果,FAPの大部分は不溶分画に存在していた.他方,チュブリンは,可溶画分と不溶画分にほぼ等量存在していた.また,不溶画分のFAPは,塩濃度を下げたところ,約50%が可溶化された.また,Triton X-100およびCHAPSなどの可溶化剤やHClあるいはEDTAなどでも,一部可溶化された.FAPが可溶化され難いのは細胞骨格様の分布をしているためと思われた.3.TaxolおよびVinblastineの影響FAPは,微小管様に分布することがわかったので,微小管の脱重合を阻害するTaxolと,微小管形成を阻害するVinblastineが,FAPの細胞内分布に与える影響を調べた.その結果、Taxolでは微小管の増生とともにFAPの線維も増生した.また,Vinblastineでは微小管構造は崩壊したが,FAPは太い線維構造をとっていた.4.細胞分裂期におけるFAP細胞増殖の特に分裂期にはチュブリンは紡錘糸を形成するが,この時のFAPの細胞内分布を調べた.その結果,prophaseからanaphaseにかけて,FAPはチュブリンと分離していたが,この時FGF-2は染色体と分離し細胞全体に分布していた.他方,telophaseからinterphaseでは,FAPはチュブリンと再び付随して分布していたが,この時FGF-2は核内に再分布していた.これらの結果から,FAPはモータータンパク質等と共同して,間期には微小管様の構造をとりFGF-2の核内あるいは細胞外への輸送に関係し,細胞分裂期には,FGF-2の核内への再分布に関係しているのではないかと予想している.緑内障手術蒼での線維芽細胞増殖による流出路の閉塞が再発原因となっている。テノン嚢線維芽細胞の増殖を促進するFGF-2に結合する未知タンパク質FAPを見い出した。その機能を解明するために、GFPなどのtagとの融合FAPを培養細胞に発現させて、発現の動態を調べた。HeLa細胞で発現させたGFP-FAPは中心体から展開する微小管の一部に重なったパターンを示し、高発現した場合には微小管の束が形成されたと思われる太い曲がった繊維が観察された。微小管の重合、脱重合をひき起こす条件下でもGFP-FAPの局在は変化しなかったことからFAPは微小管を安定化し、束化する作用があることが判明した。そこで微小管を構成するチュブリンα、βとの結合性を酵母two-hybrid法で検討したが、結果はネガティブであった。しかし同じ手法でFAP同志が強い結合性を示した。種々の欠損FAP遺伝子を作製して検討したところ、N末端側とC末端側が結合することはなく、パラレルな結合と考えられた。またFAPの微小管結合機能ドメインを欠損変異体を作製して調べたところ、C末端側が重要であることが判明した。GSTとの融合
vWF遺伝子内STRのハプロタイプ多型分析―遺伝子頻度算定と応用―

当研究室ではvon Willebrand factor(vWF)遺伝子のイントロン40に連鎖して存在する2種類のSTR(vWF-k,vWF-p)のハプロタイプについて分析し、個人識別や親子鑑定へ応用するために遺伝子頻度を算定している。これまでに57家族227名の親子のそれぞれのSTRについて型を判定し、この組み合わせによるハプロタイプを決定してきた。このうち非血縁者116名について対立遺伝子頻度の分布を求め、実際に親子鑑定や身元確認などに利用している。本研究では、さらに収集した26家族120名のDNAサンプルを分析し、あわせて83家族347名から非血縁者169名についての対立遺伝子頻度やforensic efficiency valueを検討した。その結果、非血縁者169名のハプロタイプは32の型に分類され、遺伝子型では、97のパターンに分類された(x^2値:573,自由度:496,p値:0.009)。Heterozygosityは0.947、PICは0.921、Discrimination powerは0.985であった。本研究で新たに分析したデータを加えた結果においても、まだHardy-Weinbergの平衡法則を満たしていなかった。しかし、前回の非血縁者116名の結果と比較し、3種類のハプロタイプと20種類の遺伝子型が新たに検出され、これまで以上の多型性が示された。同時に、実際の親子鑑定や身元確認などへの応用を試みた結果から、この方法が有用であると考えている。今後さらに多数の家系調査をすすめ、多くの研究者から協力が得られるように共同研究を進めていきたい。本研究ではvon Willebrand factor(vWF)遺伝子のイントロン40に連鎖して存在する2種類のSTRのハプ口タイプについて分析し、遺伝子頻度を算定することを目的にしている。便宜的にこの2つのSTRをvWF-k,vWF-pと呼んでいる。vWF-kはKjmptonらの報告による4塩基リピート、もう一つは、そこから400塩基ほど離れた部位に存在するPools van Amstelらのプライマーを用いて検出する4塩基リピートである。最大の目標はデータベースとして多数の家系からサンプルを採取することで、これまでに、74家族299名の親子のvWF-k、vWF-pを型判定し、このハプロタイプを決定した。299名のうち非血縁者は154名で、308のハプロタイプが検出された。このハプロタイプは29の型に分類され、高い多型性を示した。2つのSTR多型の組合せが同一でも、ハプロタイプでは区別された例も存在した。すなわち単独のSTR座より型の種類は増加し、高い多型性を示すことが分った。他の独立して遺伝するSTRマーカーに比べハプロイド解析法ではより多型性が高くなり、今まで難しかった血縁関係の推定に極めて有効と考えられる。又この1年間でさらに3例の解剖例の個人識別に応用し、本研究の有用性が確認された。現在のところ、新たなハプロタイプの検出は認められないが、来年以降、更に多数のサンプル採取を行う予定である。これまでに集めた家族サンプル(同意の下に採血)の中には3世代、4世代間にわたるデータもあり、かつ今後も連絡可能で、協力的な家族が多いので、単にハプロタイプの研究にとどまらず今後の貴重なDNA試料となり得る。

本研究では、さらに収集した26家族120名のDNAサンプルを分析し、あわせて83家族347名から非血縁者169名についての対立遺伝子頻度やforensic efficiency valueを検討した。その結果、非血縁者169名のハプロタイプは32の型に分類され、遺伝子型では、97のパターンに分類された(χ^2値:573,自由度:496,p値:0.009)。Heterozygosityは0.947、PICは0.921、Discrimination powerは0.985であった。本研究で新たに分析したデータを加えた結果においても、まだHardy-Weinbergの平衡法則を満たしていなかった。しかし、前回の非血縁者116名の結果と比較し、3種類のハプロタイプと20種類の遺伝子型が新たに検出され、これまで以上の多型性が示された。同時に、実際の親子鑑定や身元確認などへの応用を試みた結果から、この方法が有用であると考えている。今後さらに多数の家系調査をすすめ、多くの研究者から協力が得られるように共同研究を進めていきたい。
スピン分極で増感した光導電性有機ナノ構造体

有機物質はナノ微細加工技術なくして分子レベルで起こっている量子効果をそのままマクロな物性に反映させることのできるポテンシャルを本質的に持っている。しかしながら、有機物の量子スピン選択的な電子移動反応を利用したナノ構造体の開発はほとんど行われていない。そこで、光導電性有機ナノ構造体を対象に光誘起電子スピン分極を利用した高い電気伝導性を実証することを目的とした研究を行った。得られた成果を以下にまとめた。1)三重項増感剤として働く分子(アゾベンゼンやルミクロムなど)をドープした薄膜で、キャリア収率が磁場中で異常に大きくなる系を初めて見出した。巨大な磁場効果は、光励起で生成される励起三重項状態のスピン分極および電子正孔対のスピン緩和が重要な役割を果たしていることを明らかにした。2)10Tまでの強磁場実験を行うことで、近接電子正孔対のスピン状態のレベル交差が原因の磁場効果を初めて観測した。これは、キャリア生成が擬一次元格子で段階的正孔移動をしていることを証明する決定的な結果となった。また、1T以上の領域ではレベル交差由来の磁場効果以外にも興味深い現象が検出され、光導電性研究における強磁場実験の有用性が示された。3)世界最高の光伝導度を示すことで注目されているC_<60>をドープしたPVCz薄膜の詳細なスピンダイナミクスを初めて明らかにした。電荷移動錯体の電子励起で生成する電子正孔対は、C_<60>の局在励起一重項状態へ再結合し、局在励起三重項状態への再結合はほとんどないことが分かった。ただし、再結合で生成した励起一重項状態は励起三重項状態を経由して基底状態へ緩和する。分子性導体における光磁気伝導効果の新しい側面が明らかにされ、磁性キャリア輸送研究にとって磁場効果実験が有用であることが示され導電性における光誘起電子スピン分極の重要性を示した。そこで、本研究では光導電性有機ナノ構造体を対象に光誘起電子スピン分極を利用した高い電気伝導性を実証することを目的とした。平成15年度は以下ことを実施した。I.有機ナノ試料作成カルバゾールに代表される三級アミン化合物の有機固体中に適切なドーパント分子を導入したナノ試料を作成する。これは、購入したスピンコーターおよび真空蒸着装置を用いて行った。種々の光物理的な特徴をもつ分子を有機固体中にドープし、励起分子のスピンダイナミクスを時間分解ESRを用いて観測した。その結果、遠隔イオン対由来の信号を検出した。スピン相関ラジカル対モデルによる解析を行い、キャリア生成過程が段階的ホール移動によることを見出すことができた。II.光伝導度の磁場効果測定装置の立ち上げ本研究に即した形状の有機薄膜はさんだサンドイッチセルの作成を試みた。このために真空蒸着装置を購入した。最適なマスク形状・試料位置・蒸着条件などを見出すため試作を繰り返した結果、数百pFの静電容量をもつ応答時間の短い試料をつくることに成功した。現有するナノ秒レーザーと購入した電気計測機器を用いて、過渡光電流および過渡電荷量測定できるシステムを立ち上げた。製作を依頼したコンピューター制御の電磁石の納期が遅れたために、磁場効果を精密に調べるシステムの立ち上げは平成16年度以降に実施する予定である。

長距離正孔移動が提案された最初の実験的な根拠は、電荷散逸収率に対する電場効果であった。一方、磁場効果実験は段階的正孔移動を指示した。なぜ、実験方法の違いによって異なる結果が導き出されたのかを明らかにする目的で、電荷散逸収率に対する電場効果および散逸収率の磁場効果に対する外部電場依存性を測定した。電荷散逸収率の電場に対し指数関数的な変化を示した。これは、従来まで行われてきたオンサガー理論を用いた方法で解析できた。フィッテイングから求められた電子正孔間距離は、2nm程度であり、遠距離対の存在を確認することができた。また、外部磁場を印加した状態でもオンサガー解析は成り立ち、電子正孔間の分離距離はゼロ磁場中と等しい2nmであった。このことは、電場効果は磁場の有無に関係ないことを示している。また、電荷散逸収率の磁場効果も電場に依存しないことが分かった。以上の結果は、ジェミネート電子正孔対に対する電場効果と磁場効果の加成性が成り立つことを表しており、相乗効果が無いことを示している。外場効果の加成性は、電場が作用する電子正孔対の分離距離は磁場が影響を与える電子正孔対と異なることを示唆するものである。電場は比較的長距離のジェミネート対にそして磁場が比較的近距離のジェミネート対の動力学に影響を与えていることが分かった。近距離のジェミネート対に対する磁場効果は、スピンを利用した導電性制御の有利性を示唆するものであり、種々のドーパントを用いてスピン分極で増感する光導電性有機ナノ構造体を探索中である。有機物質はナノ微細加工技術なくして分子レベルで起こっている量子効果をそのままマクロな物性に反映させることのできるポテンシャルを本質的に持っている。しかしながら、有機物の量子スピン選択的な電子移動反応を利用したナノ構造体の開発はほとんど行われていない。そこで、光導電性有機ナノ構造体を対象に光誘起電子スピン分極を利用した高い電気伝導性を実証することを目的とした研究を行った。得られた成果を以下にまとめた。1)三重項増感剤として働く分子(アゾベンゼンやルミクロムなど)をドープした薄膜で、キャリア収率が磁場中で異常に大きくなる系を初めて見出した。巨大な磁場効果は、光励起で生成される励起三重項状態のスピン分極および電子正孔対のスピン緩和が重要な役割を果たしていることを明らかにした。2)10Tまでの強磁場実験を行うことで、近接電子正孔対のスピン状態のレベル交差が原因の磁場効果を初めて観測した。これは、キャリア生成が擬一次元格子で段階的正孔移動をしていることを証明する決定的な結果となった。また、1T以上の領域ではレベル交差由来の磁場効果以外にも興味深い現象が検出され、光導電性研究における強磁場実験の有用性が示された。3)世界最高の光伝導度を示すことで注目されているC_<60>をドープしたPVCz薄膜の詳細なスピンダイナミクスを初めて明らかにした。電荷移動錯体の電子励起で生成する電子正孔対は、C_<60>の局在励起一重項状態へ再結合し、局在励起三重項状態への再結合はほとんどないことが分かった。ただし、再結合で生成した励起一重項状態は励起三重項状態を経由して基底状態へ緩和する。
永年草地の牧草根群が土壌構造形成に関与するメカニズム

草地土壌の理化学性にもっとも関与してくる因子は“牧草根群"である。草地としての土地利用は密生作物である牧草を永年的に栽培することであるから,いったん草地造成されると,耕起などの物理的作用が土壌を変化させることは少なく,牧草根という生物が生きたまま,あるいは老朽・枯死した後まで様々なかたちで土壌に関与してくる。これまでの研究をとおして著者らは,牧草根が土壌の理学的性質を変える場合と,土壌が牧草根の生育形態を変える場合とがあることを究明してきた。そこで,この牧草根群の特長を積極的に評価することで土壌保全の役割をもたせようと試みているが一連の研究テ-マのねらいである。この一連の研究の一部としてここでは,牧草根群が土壌の構造形成に関与するメカニズムを検討した。結果の概要は以下のとおりである。(1)永年草地の地表面には約2cm厚のル-トマットが形成されるが,このル-トマットの内容物は枯死根など従来から指摘されている牧草残査物の他に多数の活性根も含まれている。そこで著者らは,ル-トマットの構成をR層(R+S)層,S層の三層に区分し,R層は牧草の活性根と位置づけた。(2)イネ科牧草の茎茸部が繁茂しつづけると,地表面に多数の白色新鮮根が発生,発達することを実際の永年草地で確認できた。著者らはこの根を“地表根"と仮称。(3)“地表根"発生メカニズムを知るためにマルチ法による発生試験をおこなった。その結果,i)地表面の日射がほとんどない,ii)地表面の湿度が100%,iii)根の伸長を妨げる物理的障害物が存在しない。などの諸条件が充たされた場合に地表根発生・発達が可能。(4)“地表根"の外部形態を調査した結果,根径において普通根との大きな差異が認められ,地表根は普通根の2次3次根に相当する太さしかもたない。(5)この“地表根"によってル-トマットR層が形成され草地土壌構造の形成に特異的な役割を呈するものと推察した。永年草地の中でイネ科牧草は豊富な繊維根群をもつ。本研究はこの牧草根群が草地土壌の物理性,特に土壌構造に関与してくるメカニズムを解明しようとするものである。本年度は主に根の形能的特徴を攻究した。結果の要約は以下のとおりである。イネ科牧草根群は、地上部紫茂状態が旺盛(CC≧70%)であると、土中ヘ侵入せずに地表面で生育する根群が成立する。筆者はこの特異な根群グル-プを′′地表根′′と仮称し、地表根が発達していわゆるル-トマット形成のメカニズムに特に注目した。地際から上方10cmの微気象は、積算日射量・風速・気温・湿度などの因子のいずれもがCC増加で変化してくる。そして、日射量が群落外のそれの10%以下,湿度が100%という条件を与える状態(CC≧70%)になると根は地表面に出現できる。そして約2カ月を経過すると地表根はほぼ完全に地表を被覆するに至る。これをモデル装置によって室内ファイトトロン内で詳しく確認した。

すると,地表根の出現タイプは三種類にグル-プ分けできた。いずれも出現部位は土中5cm深の極浅い位置から分枝して地表へとむかった根群である。さらに、地表根の形態を検討した結果、根の直径は約200μm、内部形態では中心柱の導管径が13μm、と普通根にくらベてかなり縮小していることが判った。一方で、東北、北海道の各地の永年草地おける土壌講造の完態調査からは、上述の地表根と土中5cm深の極浅い位置とを合わせたいわゆるル-トマットの存在が地表付近の土壌に大きく関与している実態を明らかにできた。以上のように,各地の実際土壌(永年草地の)および室内モデル実験の相方から、永年草地の地表根群からなるル-トマットの存在が地表付近の土壌講造の特微に大きく関与しいてる。この事実は、草地の多目的利用のひとつとなる、土壌保全機能にイネ科牧草根群が積極的な約割を果すことが予測でき、今後の重要な検討課題である。平成3年度は次の2つの実験をおこなった。(1)マルチ法による"地表根"発生試験:この試験のねらいは,イネ科主体の草地で,牧草の茎葉部が繁茂した状態のとき,地表面に多くの白色の根→地表根,を見ることができる。著者はこの地表根をR層構成因子と考えて,マルチ法で人為的に千表根を発生させる際の環境条件を検討した。その結果は以下のように要約できる。(i)マルチ区での地表根発生は処理24日後からみられ,02mmは極薄マルチ内の根量の方が土中の普通根より多く認められた。(ii)マルチ内の微気象は,日射量が外気の1%,地際湿度が約100%,地際気温は晴天時の180130%であった。(iii)地上のため根の伸長を妨げる物理的障害物が存在しない,等々の環境条件がととのうと,根の屈地性という植物生理の原則に逆らって,上方向でも根が伸長する。(2)人工装置における"地表根"発生試験:先の試験から地表根発生装置を試作し,地表根の初期形態を詳細に検討した。得られた結果の要約は次のとおり。(i)裁培開始後の地表根出現日数はKBG22日,IRG40日,Tin43,OG44,PRG50,TF51,RT57,MF64日であった。(ii)"地表根"総延長はライグラス系で大きかった。(iii)地表根の根径は草種別に大差なく200300μmの離囲であった。これは,普通根の1次根500600μmの約半分である。以上のように,本研究によって地表根の出現条件や初期形態などが明らかになった。
低強度・高周波振動刺激の骨形成活性効果の電動歯ブラシへの応用

東北大学医工学研究科の協力講座に依頼し、低強度・高周波振動刺激発生装置の制作を行った。当該装置はスイッチにより強度・周波数の切り替えが可能であり、精度を振動計測器にて実証した。その結果、各種文献にて報告されている骨形成活性効果を最大限に引き出すために設定した強度・周波数での振動刺激発生装置の開発は成功したと考えられる。次いで市販の電動歯ブラシを同条件下にて強度・周波数を測定し、比較、検討を行い、今回制作した装置との比較を行った。その後、実験動物を用いて、今回制作した振動刺激発生装置による骨形成活性効果の検証を行った。治癒期間1週・4週とした実験条件において、当該装置の骨形成活性能を振動刺激付与部位周囲をマイクロCTによる観察を行い、一定の効果を確認することができたが、各種文献で報告されている効果を得るためには、振動刺激を付与する時間、回数、タイミングなど、さらなる検討を要し、設定し製作した振動刺激発生装置の仕様についても一考を要すると考えられる。今回の標本については、固定・脱水、レジン包埋を行い、組織切片を制作中である。なお、組織切片の染色法についてはStevenel's blue and Von Gieson`s picrofuchsin redにて染色を行っている。今後は臨床応用を目指すために、ヘッドの形態を含めたブラシの形状、硬さ、また骨形成活性効果を最大限に引き出すためのさらなる比較・検討を要することが発覚した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
組織における環境リスク管理のための知識モデルの構築とナレッジベースの開発

本研究では,組織を取り巻く様々な環境リスクにおいて,従前の生活環境リスクに加えて,今後顕在化が予測される自然環境・地球環境リスクを包括的に管理する実践活動を支援することを目的とした知識モデルとナレッジベースの開発を行い,システムの実装と広く社会への公開を実行した。本研究では従前の「環境リスク管理」の概念を産業主体の一人称の視点で拡張した「組織の持続可能性を指向した環境リスク管理のための知識モデルの構築」を目的とし、研究を推敲した。まずサブゴール1「組織の持続可能性を指向した環境リスク管理のための知識モデルの開発」については、環境リスク管理のための知識の体系をモデル化について、5階層322項目からなる知識構造を定義し、実務者によるバリデーションを行った。サブゴール2「実事例データやリスク管理ツール群との紐付けによるナレッジベースの構築」については、リスクマネジメントの国際規格であるISO31000とGUIDE73で定義されている概念構造をオントロジー言語で記述し、事例ベースの骨格となる情報の構造を構築し、ウェブ実装の準備を行った。サブゴール3「成果の公開とウェブシステムへの実装と継続改善システムの構築」については,リスク管理、知的情報処理関連の学会において、3報の報告を実行し、各種専門家との意見交換を実施した。本研課題では、従前の「環境リスク管理」の概念を産業主体の一人称の視点で拡張した「組織の持続可能性を指向した環境リスク管理のための知識モデルの構築」を目的とし、環境リスク管理の実践を支援するための知識ベースの開発に係る研究を遂行した。本年度は特に,前年度の成果である環境リスク管理のための知識の体系の環境リスクドメイン参照モデルについて、8分類5階層からなる知識構造を自然言語で定義したものに対して,知識ベースとしてウェブへの実装と公開を行った。具体的には、環境リスクの大分類を大きく1.人や生態系への環境リスクの分析、2.バリューチェーンでの環境のリスク分析、3.技術開発・適用の環境リスク分析、4.環境市場・金融のリスク分析、5.社会的環境責任に伴うリスク分析,6.国際連携におけるリスク分析、7.地球環境制約のリスク分析、8.環境クライシスのリスク分析に類型化し,これらのサブ項目を計332項目として上位下位の概念で階層構造化を行い,ウェブオントロジー言語の基盤技術であるXML技術を用いてウェブシステムに実装し,参照できる環境を構築した。また書籍においては,組織のリスクマネジメントの脆弱性診断ツールの環境リスクの分野としてプログラムへの実装の支援を行い,出版を支援した。加えて「成果の公開とウェブシステムへの実装と継続改善システムの構築」については,リスク管理、環境リスクの関連学会において、2報の報告を実行し、各種専門家との意見交換を実施した。
制約のある母数に対する推定手法の開発とその応用に関する研究

統計的モデルの未知パラメータに順序などの制約が課せられている場合の推定問題を,統計的決定理論の枠組みから扱った。制約が保存された縮小型推定量や一般化ベイズ推定量などを新たに提案し,リスク関数の解析的な評価から,それら推定量のミニマクス性などについて議論した。また,提案された推定量は,これまでに提案されていた推定量より良い推定精度を持つことが数値実験から確認できた。本研究は、統計モデルの母数空間にさまざまな制約がある場合の統計的推測に対して最新の研究成果をもとに統計的決定理論の視点から再検討し、縮小型推定法やベイズ法による新たな推定手法の開発とそのデータ解析における有効性の評価、さらに関連する推測問題の発展を研究目標とする。本年度得られた主な結果は以下の3点である(それぞれを論文にまとめ、現在審査中である)。(1)指数型分布族の位置母数に順序制約がついている場合の同時推定問題において、制約つき最尤推定量の改良を考え、縮小型推定手法をもちいて制約つき最尤推定量よりよい推定量を明示的に与えることができた。(2)楕円型分布族の平均ベクトルの推定問題で、平均ベクトルがある凸集合に制約されている場合、制約つき最尤推定量がその縮小型推定量によって改良されることがわかった。(3)楕円型分布族の平均行列の縮小型推定において、平均行列に制約がない場合は古くから研究されている。しかし、縮小型推定には縮小しすぎて推定量の符号を変えてしまうという問題があり、その対処法として推定量(行列)の特異値がゼロより小さいときはその特異値をゼロに置き換える(打ち切る)という方法が考えられている。打ち切り縮小型推定量がもとの縮小推定量よりリスクが小さくなることは数値的には示されていたが、これまで理論的に証明されていなかった。この証明問題に取り組んだ結果、その証明に成功し、さらに打ち切り縮小型推定量がミニマクスであることもわかった。本年度の結果は以下の通りである。(1)楕円型分布族における、凸集合に制約されている平均ベクトルの推定問題を扱い、制約つき最尤推定量がその縮小型推定量によって改良されることを証明した。また、その改良のための条件を求めた。(この結果は査読付き論文雑誌に掲載された)(2)分散が異なる複数の正規分布において、分散パラメータ(精度パラメータ)の同時推定問題を2乗損失関数のもとで考え、縮小型および拡大型推定量がミニマクスになるための条件を求めた。また、ベイズ推定に関する事前分布の特徴付けに関する結果が得られ、この結果からいくつかの一般化ベイズ推定量を導出した。(この結果は査読付き論文雑誌に掲載された)(3)分散構造が未知のときの行列型正規分布の平均行列の推定問題において、2乗損失関数に対するある一般化ベイズ推定量のミニマクス性の証明に成功した。(この結果は査読付き論文雑誌に掲載された)(4)(3)の結果を楕円型分布族モデルに拡張し、ある一般化ベイズ推定量が最尤推定量を改良すること、すなわちミニマクス性をもつことを証明した。(この結果は査読付き論文雑誌に投稿し、現在審査中である)本研究は,統計モデルの母数空間に制約が課されている場合の統計的推測に対して,統計的決定理論の視点から新たな推定手法を開発することを目的としたが,今年度は行列型平均の推定問題を中心に研究をおこなった。行列型平均の推定問題は,平均行列の順序付けされた非負特異値の推定問題に帰着され,その「順序」と「非負」という制約がよりよい推定量を構成する上で重要な情報となる。このことに関連して,今年度は以下の結果を得た(それぞれ,査読付き論文雑誌に掲載された)。(1)分散が未知である行列型正規分布において,平均行列の推定問題を2乗損失関数のもとで考え,許容的ミニマクスなベイズ推定量を導出した。また,そのベイズ推定量の特異値について,上記の「順序」と「非負」という性質をもつことを示した。(2)相関構造が未知のときの楕円型分布モデルにおいて行列型平均の推定問題を2乗損失関数のもとで考え,ある一般化ベイズ推定量が最尤推定量を改良すること,すなわちミニマクス性をもつことを証明した。その証明において,推定量の特異値が順序をもち,非負であることを利用した。(3)楕円型分布モデルの行列型平均について,これまでさまざまな縮小推定量が提案されているが,ベクトル型平均の推定問題と同様に,過度な縮小が起こり得ることが問題となる。この問題を回避するために,縮小推定量の特異値を非負に打ち切る推定量を考え,2乗損失関数のもとで打ち切り推定量が元の縮小推定量を改良することを示した。
時系列検診データとゲノム・メタゲノム情報を統合した生活習慣病の重篤化予測の研究

本年度においては,前年度に開発されたモデルを非線形・非ガウス型の状態空間モデルに拡張し,これを実データに対して適用した.まず前年度の解析に基づいて,ある健康状態と生活習慣,遺伝子多型情報を持つ個人の重度慢性疾患に関わるバイタルデータ値の将来的な値の予測や生活習慣病の発症を予測する新たなモデルの開発に着手した.ここで状態空間モデルの隠れ変数間の因果関係を推定し,適したモデル選択するためには,観測データが得られたときの隠れ変数の条件付き確率分布を正確に求める必要がある.前年度の研究から明らかになったこととして,健康診断データのノイズの形状はガウス型ではなく,例えば食事によって中性脂肪の値が大きく上がるように,片側に裾の重い分布になっていることが挙げられる.このような特徴的な現象に対処する方法として,近年Kalman filterの理論的拡張の1つとして提案されてている,closed-skew t-distributed Kalman filterを適用した.同モデルを用いることで,前述したようなノイズを適切に表現することが可能になり,このモデルをベースにした提案モデル内の必要な構造・パラメータの推定を可能とする手法の開発も同様に行った.実際に提案手法を時系列の健康診断データに対して適用することで,健康診断時の観測ノイズの影響を吸収しつつ,環境からのバイタル値の影響を明らかにすることが可能であることが明らかになった.本研究結果は現在学術論文として執筆中である.実施計画書の通り初年度においてはまず,既存のCVDリスク予測手法の日本人への適用とモデルの拡張,知見の蓄積,加えてゲノム・腸内細菌叢メタゲノムデータを用いた生活習慣病のリスク予測手法の開発を行った.心疾患のリスク評価手法は幾つも提案されており,まずはこれらの手法に日本のコホートから得られる検診データを直接適用した.同時に,既存の指標では用いられていないバイタル情報や生活習慣データを用いた場合の,心疾患や重度慢性疾患(高血圧症・糖尿病・慢性腎不全・肝硬変・慢性膵炎)の発症・重篤化に対する予測精度の評価と予測精度の高いモデルの選択を行うことで,今後の解析に用いるべき変数の評価と選定を行った.ここにおいては,Genome Wide Asociation Studyの技法を用いて,個々人が持つ遺伝情報(SNPs)のうちバイタルデータに影響を持つ因子を抽出することや,腸内細菌叢メタゲノムデータからコンポジションのデータを抽出し,解析の変数として用いる準備を行った.次に,取得されている時系列の健診データを扱うため方法として,状態空間モデルを用いた解析手法の開発に着手した.具体的には,線形の状態空間モデルを検診データに対して適切に適用できるようにモデルの提案を行い,上述した変数を導入し(遺伝的データは取得年度が限られているため,データ数担保の観点から本解析には用いなかった),隠れ変数と外部環境変数の依存関係を推定した.これにより,相関性の高い観測変数を同時に扱い,それらの制御関係を推定することが可能になった他,生活習慣などの外部環境変数がバイタルデータや将来の疾患リスクに与える影響を推定することが可能になった.この研究成果は論文として執筆中であり,学術雑誌に投稿予定である.本年度の研究計画としては,1既存のCVDリスク予測指標の日本人への適用と説明変数に関する知見の蓄積,2ゲノム・腸内細菌叢メタゲノム情報を統合した生活習慣病のリスク予測手法の開発,を実施する予定であったが,上述した通り,双方に関して予定通り研究計画を進めることが出来た.2に関しては,データ数の問題から一時的にゲノム情報を観測変数として用いない方向で研究成果をまとめているが,新たに2017年度のデータが手に入る予定であるため,共変量としてSNPsや腸内細菌叢のデータを用いることが可能となる.また,次年度に想定していた研究計画である,非線形状態空間モデルへの拡張に関しても,先んじて理論的枠組みの構築を進めており,次年度の早い時期には実装されることが望まれる.このような観点から,進捗状況としては,おおむね順調に進展していると考えて良いと思われる.本年度においては,前年度に開発されたモデルを非線形・非ガウス型の状態空間モデルに拡張し,これを実データに対して適用した.まず前年度の解析に基づいて,ある健康状態と生活習慣,遺伝子多型情報を持つ個人の重度慢性疾患に関わるバイタルデータ値の将来的な値の予測や生活習慣病の発症を予測する新たなモデルの開発に着手した.ここで状態空間モデルの隠れ変数間の因果関係を推定し,適したモデル選択するためには,観測データが得られたときの隠れ変数の条件付き確率分布を正確に求める必要がある.前年度の研究から明らかになったこととして,健康診断データのノイズの形状はガウス型ではなく,例えば食事によって中性脂肪の値が大きく上がるように,片側に裾の重い分布になっていることが挙げられる.このような特徴的な現象に対処する方法として,近年Kalman filterの理論的拡張の1つとして提案されてている,closed-skew t-distributed Kalman filterを適用した.同モデルを用いることで,前述したようなノイズを適切に表現することが可能になり,このモデルをベースにした提案モデル内の必要な構造・パラメータの推定を可能とする手法の開発も同様に行った.実際に提案手法を時系列の健康診断データに対して適用することで,健康診断時の観測ノイズの影響を吸収しつつ,環境からのバイタル値の影響を明らかにすることが可能であることが明らかになった.

本研究結果は現在学術論文として執筆中である.次年度においては,前年度に開発されたモデルを非線形・非ガウス型の状態空間モデルに拡張する.前年度の解析に基づいて,ある健康状態と生活習慣,遺伝子多型情報を持つ個人の重度慢性疾患に関わるバイタルデータ値の将来的な値の予測や生活習慣病の発症を予測する新たなモデルを開発する.状態空間モデルの隠れ変数間の因果関係を推定し,適したモデルを選択するためには,観測データが得られたときの隠れ変数の条件付き確率分布を正確に求める必要が生じる.非線形状態空間モデルまで含む幅広い問題で隠れ変数の状態推定において頻繁に用いられるparticle filterは,隠れ変数とパラメータ数が高次元になると推定精度が著しく低下する「パーティクルの縮退」が知られており,sigma-pointを用いて確率分布を近似するunscented Kalman filterは非線形性が高くなったときの分布の近似精度が低いという問題がある.ここで,近年Kalman filterの理論的拡張の1つとして,3次モーメントまで設計可能な分布を利用する,closed-skew Kalman filterとunscented Kalman filterを統合・利用した手法を開発する予定である.特に前年度の研究から明らかになったこととして,健康診断データのノイズの形状はガウス型ではなく,例えば食事によって中性脂肪の値が大きく上がるように,片側に裾の重い分布になっていることが挙げられる.これらは3次モーメントの設計が可能な当手法で制御できる問題であり,推定精度の向上が期待される.次年度ではまずこの部分の実装と実験から始め,必要に応じた非線形モデルへの拡張を随時行う予定である.これらの結果も同様に成果をまとめた上で学術雑誌に投稿する予定である.またアプリケーションとして実社会応用が形として提供することも視野にいれている.
代数的構造の上の調和解析とランダムウォークの漸近挙動の研究

群の作用を中心とするさまざまな代数的構造の上の調和解析を応用し、ランダムウォークやマルコフ連鎖等の確率モデルの研究を行った。いろいろな構造の上のランダムウォークを統一的に理解するために、ハイパーグループの観点を重視したのが特徴である。本年度に得た具体的な結果を記す。位相群Gの作用による等質空間Xとその上のマルコフ連鎖(Mn)を考える。(Mn)がG-不変であれば、それをG上のランダムウォーク(Wn)に持ち上げることができることを証明した。Gの作用が左からのときはG上の右ランダムウォークを考えねばならないこと、したがって、(Wn)のXへの射影のマルコフ性が一般には成立しないことなど、可換な作用の場合には現れない現象が起こる。X上のG-不変なマルコフ連鎖とG上の両側K-不変な右ランダムウォークとが1対1に対応している(KはXの一点の安定化群)というのが、主定理である。したがって、X上のこのようなマルコフ連鎖の推移確率が絶対連続であれば、それを(G,K)に付随するヘッケ環の元で表せる(または近似できる)ことになる。これはハイパーグループの考察へと自然につながるものである。上記の結果はむしろ一般論であるが、具体的な確率モデルの考察の過程で抽出された問題である。たとえば、粒子の拡散を記述するベルヌ-イ・ラプラス模型を一般化して、粒子の重ね合わせを許容したモデルを考えた場合、拡散の様子はグラスマン多様体上のマルコフ連鎖として定式化できる。これはランクの高い対称空間なので、球関数の取扱いは結構厄介ではあるが、推移確率をヘッケ環の元としてとらえ直すことにより、古典群の調和解析に持ち込む筋道をつけることができたと思っている。