hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コレシストキニンA受容体欠損ラットの病態と適応 副題:自然発症CCK-A受容体遺伝子欠損動物および遺伝子ターゲッテイング動物による検討

CCK-A受容体遺伝子欠損ラットは、今までに摂食亢進、胃への液状餌投与による膵蛋白分泌の減少、膵のサイズの縮小と発育の遅れ、膵外基礎分泌が低い、内外CCK-刺激に対する無反応、インスリン放出の欠陥(障害)など、種々の異常が発見され報告されている。今回も、胃酸分泌の亢進、胃排出速度の遅延が、新たに確認された。胃内CCK-B/gastrin受容体遺伝子の過発現、胃粘膜の肥大、壁細胞の過形成が観察され、CCK-A受容体遺伝子欠損ラットの胃酸分泌の亢進の原因と考えられた。また、胃排出速度測定におけるレセルピン投与の効果の違いから交感神経の機能増加が推測された。また、高架式迷路実験で観察された、不安類似行動は、CCK-A受容体遺伝子欠損だけでなく、幾つかの神経伝達物質が複雑に関与していると思われる。CCK-A受容体ノックアウトマウスの作成に成功し、その病態の観察を開始した。このマウスは通常飼育ではCCK-A受容体遺伝子欠損ラットに見られた様な著明な肥満は認められなかった。また、胃酸分泌、胃排出速度にも著明な差は認められなかった。しかし、一年齢以上の胆石発症率に遺伝子タイプで相違がみられ、胆嚢のCCK-A受容体の存在が胆石発症に大きく関与している事を示唆した。CCK-A受容体遺伝子欠損ラットは兄弟交配をくり返しで確立した系である為、複数の遺伝子異常の存在の可能性もある。今後はCCK-A受容体ノックアウトマウスについて、食餌内容をはじめとする生活環強の変化、他の遺伝子異常マウスとの掛け合わせなどを計画し、CCK-A受容体と肥満や、糖尿病などの生活習慣病との関連を検討して行く必要があると考えている。1.胃酸分泌機能および胃内CCK-B/gastrin受容体遺伝子発現CCK-A受容体欠損ラットおよび正常対照ラットに静脈より、ガストリン(16μg/kg/h)またはヒスタミン(100nmo1/kg/h)を持続注入し経時的に胃液を採取し、胃液中の胃酸をタイトレーターを用い測定した。基礎分泌に差はなかったが刺激に対してはCCK-A受容体欠損ラットの胃酸分泌は有意に亢進していた。また、胃を前胃および体部に分割し、粘膜をかきとり、胃酸分泌の促進に関与しているCCK-B/gastrin受容体mRNAをNorthern blotで解析したところ、CCK-A受容体欠損ラットでは対照に比し増加していた。2.胃排出速度プェノールレッドの経口投与を行い、投与後15、30、60分の胃内のプェノールレッド残量から胃排泄速度を算出し、CCK-A受容体欠損ラットと正常対照ラットで比較したが、予想に反し欠損ラットの方が遅延していた。3.中枢におけるCCK-A,B受容体の機能分担行動異常に関しては、すでにopen field testにより、欠損ラットの探索行動が低下することを確認し報告した。しかし、grooming timeの延長、糞便回数、排尿回数の増加については、その機序がはっきりしていないままであるので、これらの情動異常の機序を検討するため、迷路実験を行い、検討中である。情動には、脳内のドーパミンニューロンが関与していることが想像されている。一方、脳内のドーパミンニューロンとCCKニューロンとは共存している率が高い。よってCCKがCCK受容体を介してドーパミンの作用を修飾し、行動異常をもたらしている可能性もある。そこで、大脳辺縁系ことに海馬、視床下部、黒質、孤束核などを摘出し、ドーパミン、カテコールアミンの組織内濃度の測定を開始した。

11年度はCCK-A受容体欠損ラットの胃の機能及び中枢におけるCCK-A受容体の役割について検討した。12年度は以下の事を検討した。ドーパミン組織内濃度の測定:大脳辺縁系を摘出し、ドーパミン、カテコールアミンの組織内濃度を測定し、正常ラットと比較したが、差を認めなかった。PETによる画像化:当研究所のPET施設において、D2-receptor ligandによりラット線条体を画像化し、本系のラットと正常ラットを比較したが、相違は認められなかった。CCK-A受容体ノックアウトマウスの作成に成功。胆汁膵液分泌はCCKに反応しない事を確認した1.胃排出速度:ラットとは異なりCCK-A受容体ノックアウトマウス胃排出速度は正常マウスと差が認められなかった.しかし、CCK投与による抑制刺激に対して、正常マウスは著しい効果を見せたがノックアウトマウスではCCK投与は全く効果がなかった。2.胃酸分泌:基礎分泌では遺伝子タイプでの差は認められなかった。ヒスタミン刺激に対してはいずれも分泌が亢進していたが、CCK-A受容体遺伝子欠損ラットで観察された様な分泌亢進の増加はCCK-A受容体ノックアウトマウスには見られず、正常マウスと有意な差はなかった。このことからCCK-A受容体欠損が、胃酸分泌亢進の直接的原因でない事を示唆した。
霊長類にみられる昆虫食行動の採食生態学および文化生態学的側面からのアプローチ

霊長類の昆虫食行動には地域差があることが知られており、なかでもチンパンジーのアリ採食行動の地域差は、環境要因だけでは容易に説明ができない文化的行動として扱われている。だが、これまでのチンパンジーのアリ採食行動の研究は、道具を使用する場合しか着目されておらず、アリの生態的な調査はほとんどなされてこなかった。そこで本研究では、タンザニアのマハレ山塊国立公園生息する野生チンパンジーを対象に、道具を使用する・しないといった行動のバリエーションがどのようなアリの生態に対応して生じているものなのかを明らかにすることで、アリとチンパンジーの相互作用を多角的な視野から捉えることを目的とした。そこで、タンザニア・マハレ山塊国立公園にて、チンパンジーの採食行動の観察と平行してその地域に生息するアリの分布・営巣状態などの生態調査を行った。食べられているアリの種類は樹の幹や枯れ枝に生息するアリで、幹に生息するアリの場合は道具を使用するが、枯れ枝に生息するアリの場合は道具を使用せずに採食していることがわかった。道具を使用する場合とそうでない場合では利用される樹種が異なっており、枯れ枝内のアリ採食は幹に生息するアリ採食とは異なる文脈で生じていることがわかった。また大木の幹は固定されているが、枯れ枝は折って持ち運びが可能であるにも関わらず、複数個体が集まっている状況で生じることが多く、ある個体が枯れ枝のアリを採食し始めると他個体も同調するような、協調的採食行動であった。枯れ枝内のアリの生態に応じた採食行動は、道具を伴う採食行動とは異なるアリの生態に対する認識を必要とし、それは複数個体で共有される性質をもっている可能性がある。道具を使用するアリ採食行動と枯れ枝内アリ採食行動はそれぞれアリの生態と関わって独立に形成された相互作用であり、チンパンジー同士の相互作用もそれに応じて異なる側面をもつと考えられる。霊長類の昆虫食行動には地域差であることが知られており、そのなかでチンパンジーのアリ採食行動の地域差は、環境要因だけでは容易に説明ができない文化的行動として扱われている。しかしながら、これまでのチンパンジーのアリ採食行動の研究では環境要因といってもアリの存在の有無が観察者によっておおまかに評価されているだけで、アリの生態とチンパンジーの行動とを同時に調査する試みはあまりなされていない。平成17年度は、野外での調査方法の確立を目的としていた。まずは調査対象にしている2箇所のチンパンジー調査地(タンザニア:マハレ山塊国立公園、ウガンダ:カリンズ森林)において、これまでに採集されたアリの標本をもとにアリ相の比較をおこなった。その結果、マハレでは14属35種、カリンズでは27属106種のアリが採集されていた。両地域で明らかにされたチンパンジーの採食リストと対応させると、両地域に共通して生息する7属10種のうち、1種はカリンズのみ、3種はマハレのみで採食されており、4属6種はどちらでも採食されていないことが明らかになった。アリの採集方法が異なるため、採集頻度の増加に伴い今後各地の生息種数は増加すると考えられるが、チンパンジー調査地で重点的に調査すべきアリの種類は少なくとも上記の10種にしぼられた。それらの生息密度、生息場所と生活形態に伴う匂いや攻撃性などの性質と、チンパンジーの行動とかどのような関係にあるかを実際に観察することが今後の課題となる。なかでも枯れ枝に生息するシリアゲアリは両地域で同様な性質をもつにも関わらず、異なる匂い物質を持っていることが示唆されており、それがチンパンジーの採食行動の有無に影響を与えている可能性が考えるられている。そこで、10種のなかでも特に枯れ枝内に生息しているアリの生態と、チンパンジーの枯れ枝内のアリ採食行動の調査に焦点をあて野外での調査を進める。チンパンジーの採食行動が"文化的"であると表現されるのは、環境が同様であるにもかかわらず、個体詳によって食べる種類やその食べ方が異なり、それが世代を超えて伝承されていると考えられるからである。その観点から、チンパンジーは地域個体群ごとに異なるアリ採食文化を持っていることが示唆されてきた。採食文化がどのように維持されているのかを明らかにするには、採食される側の調査が不可欠であるが、チンパンジーの行動研究が進む一方で、採食対象となるアリの調査はほとんど行なわれていない。本研究ではアリの生態とチンパンジーの行動とを同時に調査することでチンパンジーのアリ採食文化の新たな側面を描き出すことを目的としている。枯枝に生息するアリ類を採食する行動は、マハレ山塊国立公園(タンザニア)のみで頻繁に観察されている。マハレでの行動観察から、コドモがオトナよりも頻繁に採食しており、コドモは樹上、オトナは地上で行っていることが多いことが明らかになった。道具を使って働きアリのみを採食する場合と異なり、枯枝の中に生息するアリは一度採食されると巣ごと全滅することが多いことが明らかになった。現在も現地調査を行なっており、この採食行動と採食されるアリの生活史がどのように関係しあっているのかを追求していく予定である。また、チンパンジーの生息している2地域(カリンズ森林:ウガンダ、ボッソウ村:ギニア)での実地調査から、各地域の枯枝の中にもマハレで採食されるのと近い種類が生息しており、利用可能であるにも関わらず採食されていないことが明確になった。

だが、カリンズ森林で行なった糞分析から、これまでは採食が確認されていなかったオオアリが採食されていることがわかり、今後、カリンズ森林のチンパンジーが採食しているアリの種類は増加する可能性がある。採食文化についての議論は、調査地の状況も加味したうえで進めていく必要がある。霊長類の昆虫食行動には地域差があることが知られており、なかでもチンパンジーのアリ採食行動の地域差は、環境要因だけでは容易に説明ができない文化的行動として扱われている。だが、これまでのチンパンジーのアリ採食行動の研究は、道具を使用する場合しか着目されておらず、アリの生態的な調査はほとんどなされてこなかった。そこで本研究では、タンザニアのマハレ山塊国立公園生息する野生チンパンジーを対象に、道具を使用する・しないといった行動のバリエーションがどのようなアリの生態に対応して生じているものなのかを明らかにすることで、アリとチンパンジーの相互作用を多角的な視野から捉えることを目的とした。そこで、タンザニア・マハレ山塊国立公園にて、チンパンジーの採食行動の観察と平行してその地域に生息するアリの分布・営巣状態などの生態調査を行った。食べられているアリの種類は樹の幹や枯れ枝に生息するアリで、幹に生息するアリの場合は道具を使用するが、枯れ枝に生息するアリの場合は道具を使用せずに採食していることがわかった。道具を使用する場合とそうでない場合では利用される樹種が異なっており、枯れ枝内のアリ採食は幹に生息するアリ採食とは異なる文脈で生じていることがわかった。また大木の幹は固定されているが、枯れ枝は折って持ち運びが可能であるにも関わらず、複数個体が集まっている状況で生じることが多く、ある個体が枯れ枝のアリを採食し始めると他個体も同調するような、協調的採食行動であった。枯れ枝内のアリの生態に応じた採食行動は、道具を伴う採食行動とは異なるアリの生態に対する認識を必要とし、それは複数個体で共有される性質をもっている可能性がある。道具を使用するアリ採食行動と枯れ枝内アリ採食行動はそれぞれアリの生態と関わって独立に形成された相互作用であり、チンパンジー同士の相互作用もそれに応じて異なる側面をもつと考えられる。
プロチウム導入による機能性ダイヤモンド電極の電気化学特性制御

硼素をドープした導電性ダイヤモンド電極は、きわめて広い電位窓と微小な残余電流を有し、しかも酸化還元種に対する応答が良いという特異的に優れた電極材である。ダイヤモンド表面の終端水素や表面近傍に存在する原子状水素の存在が表面の伝導性や電子放出能に大きく影響することが示唆されているが、ダイヤモンド内に局在する水素原子がどのような電子状態を形成しているか、あるいはどのような機構でダイヤモンド表面特性を変えるのか、という点については、完全な理解には至っていない。本研究では、ダイヤモンド薄膜表面及び表面近傍層における原子状水素の濃度を直接決定すると同時に、薄膜の電気化学特性・光電気化学特性との相関を細部まで調べ、水素が及ぼす影響を定量的に評価した。ダイヤモンド電極表面の原子状水素濃度を測定する手法としては、電子線励起脱離(ESD)と飛行時間型質量分析装置(TOF-MASS)を利用した走査型水素顕微鏡により表面層に局在する水素原子を検出・画像化した。測定はプラズマアシストCVD成長後のAs-Grown試料、アノード酸化処理を行った試料、および重水素化した硫酸の重水溶液中で重水素発生を行った試料について行った。各試料のESD-TOF-Massスペクトルから、As-Grown表面と比較すると、電解処理表面(重水素発生・アノード酸化処理の双方)で明らかに酸素の存在量の増大ならびに酸素の状態の変化が明らかになった。アノード酸化処理による酸素シグナルの増大は予想通りであるが、重水素発生表面でも酸素が導入されていることは注目に値する。すなわち、この結果から予想されるダイヤモンド電極表面における水素発生反応機構は、終端水素自身が中間体であるということを示唆している。終端水素が引き抜かれ、残ったダングリングポンドが水と反応したからこそ、表面に酸素種が導入されたと考えられるからである。現在、その面内分布を明らかにする実験を検討している。
ジルコニアを基体とした新規な高酸化物イオン導電性固体の開発

Sc_2O_3-ZrO_2系固溶体の焼結は一般に極めて高温(2000°C)を要するが、本研究では共沈法、ゾル-ゲル法、超音波粉霧法等各種方法により微粉体を合成し低温焼結(1700°C以下)での緻密体の作成を試みた。その結果、共沈法が優れているのを見いだした。この方法によって、あとの洗浄処理や仮焼処理をうまくやると、ほとんど1700°C,12時間の焼結で100%に近い焼結体がどの組成でも得ることが可能となった。過去の導電率のデータを再確認、精密化するべく、特にジルコニアと種々の三価金属を含む酸化物との固溶系を作成し、多くの組成のジルコニアの導電率測定を行った。固溶するイオンのサイズと組成によるが、これまでに期待されたようにSc_2O_3-ZrO_2系が優れた電解質であることを見いだした。また、高温強度の向上を目指し、そのためにAl_2O_3,SiO_2との複合体について、低温合成法を組み合わせて添加材と機械的強度と導電率との関係を検討した。最も高い導電率を示す組成11-12mol%Sc_2O_3で少量のAl_2O_3を添加すると室温でも立方晶が安定化されることは実用上重要な発見である。アルミナ添加によりスカンジア安定化ジルコニアの菱面体相組成において、立方晶として低温まで安定化されることが分かった。SOFCは最低5万時間の運転が実用上要求される。一般に安定化ジルコニアの導電率はその組成により経時的に変化することが報告されているので、本研究で検討された最適電解質組成(高導電率、高機械的強度)電解質の導電率の経時的変化について検討した。スカンジア安定化ジルコニアのスカンジアリッチ域(1112%)でほとんど経時変化が見られなかった。Sc_2O_3-ZrO_2系固溶体の合成を共沈法、クエン酸法、ゾル-ゲン法等により試みた。特に、ク塩酸法によつて得られた固溶体微粉末は比較的低い温度での焼結が可能であつた。1700°C,12時間の焼結で90%以上の理論密度の焼結体がえられた結果、Sc_2O_3組成が3-12mol%の範囲の焼結体を合成した。Sc_2O^3、3-4mol%で単斜晶、5-6mol%で正方晶、8-9mol%で立方晶、11-12moL%で菱面体晶が得られた。これらの結果は報告された状態図とほぼ対応しているが、正方晶の存在範囲がいささか高いSc203組成側であつた。正方晶の導電率は1000°Cでお約0.1S/cmとY_2O_3安定化ジルコニア(YSZ)のそれとほぼ同じ導電率を示した。また立方晶の導電率は1000°Cで0.3S/cmとYSZの約3倍の値を示した。なお、立方晶Sc_2O_3安定化ジルコニアの機械的強度はYSZのそれとほぼ同じで三点曲げ強度は室温で約250MPであつた。また、菱面体晶を示したSc_2O_3、10-12mol%組成固溶体に約0.3%のAl_2O_3を添加すると室温での立方晶が安定化されことが認められた。

本研究では高温固体電解質燃料電池の高性能化をめざし、高い酸化物イオン導電率を示す固体の探索をまざしてきたが、これまでの期待されたようにSc_2O_3-ZrO_2系が優れた電解質であることを見いだした。とくに、クエン酸法で合成することにより比較的低温で緻密な焼結体が得れることがみいだされたのは特記できる成果である。また、最も高い導電率を示す組成11-12mol%Sc_2O_3で少量のAl_2O_3を添加すると室温でも立方晶が安定化されることは実用上重要な発見である。しかし、YSZに比べその焼結温度は高いのでその低温化が今後の課題である。また、Sc_2O_3は高価であるための他の希土類元素との混晶系も検討する必要があろう。固体酸化物燃料電池(SOFC)は構成材が全て固体あるためシステムが簡単となりケかっ良質な廃熱が得られる等の利点があるので最も期待されている次世代の発電方式である。しかし、作動温度が現時点では1000°ケと高い。この作動温度は電解質として用いる固体酸化物イオン導電体に基因する。本研究ではSOFCの作動温度の低温化を目指すための高酸化物イオン導電性固体の探索を行った。とくに、高い酸化物イオン導電が期待できるSc_2O_3-ZrO_2系について検討した。この系は極めて焼結が困難であるが、共沈法で微細な粉体を作製しかっ少量の焼結助剤としてAl_2O_3を添加することにより理論密度の95%以上の焼結体が得られた。室温ではSc_2O_36-9mol%の組成範囲で立方晶が、10mol%以上で稜面体晶が得られた。しかし、いずれの組成でも高温では立方晶となつた。導電率の組成変化について検討した結果、1000°ケではSc_2O_311mol%で最大の導電率が得られた。この組成の導電率の温度変化によると、約650°ケで稜面体晶から立方晶への転移による導電率の急激な上昇が観測された。なほ、Sc_2O_311mol%の稜面体晶を示す組成に約0.3と少量のAl_2O_3の添加で室温でも立方晶が安定化され650°ケ近くでの導電率の急変は認められなくなつた。ZrO_2-Y_2O_3系ではY_2O_3含量が7-9molでは1000°ケでアニールする事により導電率の経時変化が認められたが、ZrO_2-Sc_2O_3系でもSc_2O_3の低組成では同様な経時変化が認められたが、Sc_2O_311mol%では数千時間にわたり導電率の変化は認められなかつた。これらの結果から、Sc_2O_311mol-ZrO_289%は優れたSOFC電解質であることが認められた。本研究では高温固体電解質燃料電池の高性能化をめざし、高い酸化物イオン導電率を示す固体の探索をまざしてきた。M_2O_3-ZrO_2系(M=三価金属)固溶体の合成を共沈法、クエン酸法、ゾル-ゲル法、噴霧熱分解法等により試みた。特に、共沈法によりあとの洗浄処理や仮焼処理をうまくやると、ほとんどどの組み合わせにおいても1700°C,12時間の焼結で100%に近い焼結体が得られた。そこで、系統的にイオンサイズの異なるM^<3+>イオンを選び(Sc^<3+>、Y^<3+>、Nd^<3+>、Gd^<3+>、Dy^<3+>、Yb^<3+>など、及びこれらの固溶系)固溶体を作成、構造とその温度変化、酸素イオンの導電率の測定(バルクと粒界)を行い、固溶イオンの違いによる酸素イオン導電性の違い、最大導電率が現れる固溶組成決定などの精密化を行った。固溶可能な3価イオンのうちではZr4+と同じサイズのSc3+がやはり高いイオン導電率を示した。Sc_2O_3、3-4mol%で単斜晶、5-6ol%で正方晶、8-9mol%で立方晶、11-12mol%で菱面体晶が得られた。これらの結果は報告された状態図とほぼ対応しているが、正方晶の存在範囲がいささか高いSc_2O_3組成側であった。正方晶の導電率は1000°Cでお約0.1S/cmとY_2O_3安定化ジルコニア(YSZ)のそれとほぼ同じ導電率を示した。
運動トレーニングによる体脂肪量減少効果の分子機構の解明

運動や運動トレーニングおよび食事制限が体脂肪量を減少させる分子機構を解明する目的で,脂肪細胞の分化・増殖やアポトーシスを制御する分子群の変化を中心に次の5つの角度から研究を行った:(I)ラット脂肪細胞のアポトーシスおよび生存シグナルに及ぼす運動の影響,(II)脂肪細胞の脂肪代謝に関わる遺伝子群の食事や運動による発現変化,(III)腫瘍壊死因子α(TNF-α)のシグナル伝達に及ぼす運動トレーニングの影響,(IV)ラット膵ランゲルハンス島のインスリン分泌に及ぼす運動トレーニングの影響,(V)ラット脂肪細胞のβ-アドレナリン受容体-Gタンパク質の運動による変化.その結果,以下の知見が得られた.(I)運動が脂肪細胞の生存シグナルとアポトーシスシグナルの変化に及ぼす影響をBcl-2/Bax比から検討した結果,後腹膜脂肪細胞および皮下脂肪細胞では運動後には生存シグナルが増強し,副睾丸脂肪細胞では運動後にアポトーシスシグナルの増強が起こる.(II)絶食や復食によって脂肪細胞の代謝に関わる遺伝子群に著しい変化が起こるが,運動は復食時の脂肪細胞の代謝能に影響を与え,復食前の運動は脂肪分解を促進するが摂食量を抑制することが明らかとなった.(III)脂肪細胞において,TNF-αが誘導する種々の遺伝子発現は運動トレーニングによって増強され,特に脂肪合成関連遺伝子発現の低下と生存シグナルの増強が引き起こされた.(IV)インスリン分泌応答の運動トレーニングによる低下には,抑制性Gタンパク質の減少と神経型一酸化窒素合成酵素タンパク質と活性の増加が関与していた.(V)運動によるβ-アドレナリン受容体とGタンパク質の変化はユビキチン-プロテアソーム系が関与していることが示唆された.以上のように,本研究は運動による体脂肪減少効果の分子機構を解明するためのきわめて重要な知見を提供している.運動や運動トレーニングおよび食事制限が体脂肪量を減少させる分子機構を解明する目的で,脂肪細胞の分化・増殖やアポトーシスを制御する分子群の変化を中心に次の5つの角度から研究を行った:(I)ラット脂肪細胞のアポトーシスおよび生存シグナルに及ぼす運動の影響,(II)脂肪細胞の脂肪代謝に関わる遺伝子群の食事や運動による発現変化,(III)腫瘍壊死因子α(TNF-α)のシグナル伝達に及ぼす運動トレーニングの影響,(IV)ラット膵ランゲルハンス島のインスリン分泌に及ぼす運動トレーニングの影響,(V)ラット脂肪細胞のβ-アドレナリン受容体-Gタンパク質の運動による変化.その結果,以下の知見が得られた.(I)運動が脂肪細胞の生存シグナルとアポトーシスシグナルの変化に及ぼす影響をBcl-2/Bax比から検討した結果,後腹膜脂肪細胞および皮下脂肪細胞では運動後には生存シグナルが増強し,副睾丸脂肪細胞では運動後にアポトーシスシグナルの増強が起こる.(II)絶食や復食によって脂肪細胞の代謝に関わる遺伝子群に著しい変化が起こるが,運動は復食時の脂肪細胞の代謝能に影響を与え,復食前の運動は脂肪分解を促進するが摂食量を抑制することが明らかとなった.(III)脂肪細胞において,TNF-αが誘導する種々の遺伝子発現は運動トレーニングによって増強され,特に脂肪合成関連遺伝子発現の低下と生存シグナルの増強が引き起こされた.(IV)インスリン分泌応答の運動トレーニングによる低下には,抑制性Gタンパク質の減少と神経型一酸化窒素合成酵素タンパク質と活性の増加が関与していた.(V)運動によるβ-アドレナリン受容体とGタンパク質の変化はユビキチン-プロテアソーム系が関与していることが示唆された.以上のように,本研究は運動による体脂肪減少効果の分子機構を解明するためのきわめて重要な知見を提供している.運動トレーニングが脂肪組織量を減少させることは良く知られている。この体脂肪量の減少は主に脂肪細胞の縮小によるとされているが、脂肪組織のCellularityに及ぼす運動の影響について確たる証拠は得られていない。本研究の主たる目的は、運動トレーニングがadipogenesisや脂肪細胞のcellularityに及ぼす影響を詳細に解明することにある。現在、脂肪細胞の分化に関与する因子は、CCAAT/エンハンサー結合タンパク質(C/EBP)、リガンド依存性核内受容型転写因子(PPARγ)やステロール調節エレメント転写因子(SREBP)が想定されている。これらの因子は脂肪細胞から放出される腫瘍壊死因子α(TNF-α)や一酸化窒素(NO)の修飾を受ける。そこで本年度は、脂肪細胞の分化に関与する因子群とTNF-αやNOの相互作用と、運動や絶食が脂肪細胞の大きさに及ぼす影響を検討した。脂肪細胞をTNF-αと6時間培養すると、caspase3とPPARγの遺伝子発現が著しく上昇した。NOはTNF-αによるcaspase3の遣伝子発現上昇を抑制した。しかし、抗アポトーシス作用を持つBcl-xL遺伝子発現はTNF-αの影響を受けなかった。さらに、脂肪細胞径に及ぼす運動と食事の影響について検討した。絶食は細胞径を著しく低下させ、復食によってほぼ回復する。運動はこの復食による細胞径の回復を有意に抑制することが明らかとなった。また、運動後の脂肪組織ではTNF-αの含量が有意に増加るすとともに、脂肪細胞合成酵素の遺伝子発現も著しく低下することが明らかとなった。以上の結果から,TNF-αは白色脂肪細胞のアポトーシスシグナルを増加させ,NOはこれを抑制するものと推測され、運動は脂肪合成に関わる遺伝子発現を著しく低下させることが明らかとなった。前年度において脂肪細胞のアポトーシスは腫瘍壊死因子α(TNF-α)によって引き起こされることを確認した。しかし一方で、TNF-αは生存シグナルをも増強させる。

そこで、本年度はTNF-α受容体以降のシグナル伝達経路の運動トレーニングによる変化を中心に検討した。実験にはWistar系雄ラットを用い、コントロール群(CR)とトレーニング群(TR)に分けた。TNF-α(20ng/ml)で脂肪細胞を培養したところ、抗アポトーシス作用を持つIAP2遺伝子の発現が誘導され、逆に脂肪合成に重要な酵素であるfatty acid syntase (FAS)の遺伝子の発現は減少した。これらの変化は運動トレーニングによって増強され、IAP遺伝子の発現を誘導するIκB kinaseβ遺伝子もTRで増加した。しかしながら,アポトーシスを引き起こすcaspase-3の活性化は両群ともに見られなかった。さらに,Mn-superoxide dismutase酵素量がTRで増加した。以上のことは,TRの脂肪細胞では生存シグナルが増強していることを示唆している。さらに、単回運動の影響について検討した。その結果、細胞の生存に働くBcl-xL遺伝子発現がCRでは減少するものの、TRではその発現低下が見られなかった。また、TRのFAS遺伝子発現は単回運動で有意に減少した。TUNNEL法により脂肪細胞のアポトーシスを確認したが、両群ともに脂肪細胞のアポトーシスは観察されなかった。以上のことから、運動トレーニングによって脂肪細胞のTNF-αに対する反応性が増強されるが、その影響は脂肪細胞の数ではなく大きさの減少を引き起こす方向に強く働き、脂肪組織量の減少が引き起こされるものと思われる。一方で、脂肪細胞は運動トレーニングによって生存シグナルが増強することが示唆された。
表面官能基化ZrO2ナノ微粒子を用いた高透明ハイブリッド材料の新展開

水中に分散している無機ナノ微粒子を用いて1次粒子径を保ったまま有機溶媒に相移動させながら同時に表面疎水化処理化を行うユニークな表面機能化方法を見いだした。この方法で表面処理したNPsは、様々な有機媒体中にナノ分散できるだけでなく、高分子マトリックス中にもナノ分散させることが可能であり、透明性を損なうことなく高屈折率なハイブリッドバルク材料を与える有用な元素ブロックである。今年度は、この手法をより一層発展させるために以下の項目について検討を行った1. ZrO2 NPsのTEMおよびSAXS測定を行い、粒子径分布を考慮した散乱関数と比較検討を行うことによって精密特性解析手法を確立した。この手法の開発によって、得られるハイブリッド材料のより精密な解析が可能となった。また、ZrO2 NPsの密度を決定する手法を提案し、決定した。NPsの密度はバルクの値よりも小さくなることを実験的に証明した。2.これまでZrO2 NPsの表面処理剤としては主にカルボン酸が有用であることを報告してきたが、逐次系ポリマーに対しては耐熱性が低下するなどの問題点があった。そこで、エポキシ樹脂モノマーを表面処理剤としてZrO2表面に修飾させることで、直接ZrO2微粒子をモノマー中にナノ分散させ、その場重合させることで“見かけ上"表面処理剤フリーでZrO2を導入した各種エポキシハイブリッド材料の合成法を確立した。3.光硬化反応を用いることで容易に重合・硬化できるthiol-ene樹脂に着目し、ZrO2ナノ微粒子を凝集することなく有機モノマー中に分散可能な表面処理剤の設計およびthiol-ene反応可能な部分を有するZrO2ナノ微粒子を用いたハイブリッド材料の創製について検討を行い、種々の基礎的な知見を得ることができた。28年度が最終年度であるため、記入しない。有機・無機ハイブリッド材料は文字通り,有機物と無機物をナノレベルまたは分子レベルで複合化させた高機能性の先端材料であり,様々な分野で注目されている。有機・無機ハイブリッド化技術は,有機材料の熱的・機械特性の向上,電気特性・気体の透過性の制御,および光学特性特に屈折率や分散の制御を可能とすることが期待される。しかしその一方で,10nm以下の無機ナノフィラーをポリマーマトリックス中に高含有率かつナノ分散する方法は必ずしも確立されていないのが現状である。本研究では,水中でナノ分散している透明なZrO2ナノ微粒子分散液を表面処理剤として炭素数が4以上のカルボン酸などを用い,トルエン/水/アルコールによる新規表面処理化方法によって,凝集することなくトルエン中にナノ分散する手法を開発した。この方法によって表面疎水化処理されたZrO2ナノ微粒子は,乾燥後も様々な有機溶媒やモノマーに自発的に溶解(分散)可能であり,ビニル系モノマーの重合によって熱硬化性の高屈折率かつ高透明なハイブリッドバルク材料を得るための基礎的理念を明らかにした。また,表面機能団としてビニル基,アリル基、ヒドロキシ基,アゾ基,エステル基,ジチオエステル基,チオール基,エポキシ基,アミノ基,アミド基、ハロゲン基などを導入したZrO2微粒子の合成する手法を確立した。表面官能基化された様々のZrO2を用いて,ポリウレタン,エポキシ樹脂,ポリエステル,ポリカーボネート,シリコン樹脂などとのナノハイブリッド化や熱可塑性ハイブリッド創製に必要な基礎的要素技術の確立,チオールーエン重合やチオールーイソシアナート重合などクリック化学を利用したハイブリッド化も行った。さらに,ミニエマルション重合法によってナノ微粒子が100nmサイズの高分子微粒内にナノ分散したハイブリッド微粒子の合成と高性能かつ高透明なラテックス膜を合成する方法を確立した。当初の計画通り、順調に進んでいる。各種表面官能基を有するZrO2微粒子の合成,それを用いた各種高分子とのハイブリッド化,およびハイブリッド微粒子の合成法について精力的に研究を行い、それらの基礎的理念を確立しつつある。

3.光硬化反応を用いることで容易に重合・硬化できるthiol-ene樹脂に着目し、ZrO2ナノ微粒子を凝集することなく有機モノマー中に分散可能な表面処理剤の設計およびthiol-ene反応可能な部分を有するZrO2ナノ微粒子を用いたハイブリッド材料の創製について検討を行い、種々の基礎的な知見を得ることができた。これまで得られた各種の研究成果をもとに,最終年度では最もハイブリッド化が困難である、ポリチオウレタンとシリコン樹脂とのハイブリッド化の達成と熱可塑性ハイブリッド樹脂の開発を行い,研究の完成を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。
特異な対称構造を持つクモヒトデから探る振る舞いの多様性の発現機序

現在のロボットは,設計時に想定した稼働環境や使用目的に極度に最適化されているため,その振る舞いは著しく単調かつ画一的であり,またそれゆえに環境や身体の変化に対して脆弱である.一方で生物は,身体が持つ膨大な自由度の間に時空間的秩序を生み出すことで,適応的かつ多様な振る舞いを自己組織的に創り出している.本研究では,特異な対称性を持ち,自切する動物であるクモヒトデに着目し,状況依存的に多様かつレジリアントな振る舞いを発現する機序の解明を目的とした.その結果,比較的シンプルな自律分散制御則によって優れた適応性と耐故障性を有する振る舞いを再現できることを実験的に明らかにした.本年度に得た結果を以下に具体的に示す:(1)腕内協調の発現機序をモデリングするために,クモヒトデが環境内のとっかかりをどのように活用して腕を動かしているかについて行動観察実験を行った.その結果,環境からの圧情報に応じた反射メカニズムが腕内協調で主たる役割を果たしているとの結論に至った.この結果に基づき,腕内協調の数理モデルを構築し,シミュレーションで検証した結果,実際のクモヒトデの動きを再現することができた.(2)神経回路モデルの素過程をactive rotatorのような抽象度の高いモデル素子ではなく,leaky integratorに基づいた中程度の抽象度を持つモデル素子を基盤とした腕間協調モデルを提案した.シミュレーションで検証した結果,行動観察実験で得られた一部の振る舞いの再現には成功したものの,依然として不備があることが確認できた.このことから,腕間協調メカニズムのモデル化にはさらなる工夫が必要であることが理解できた.(3)腕間協調メカニズムを調べるために,すべての腕を盤近くまで切り落としたクモヒトデを用いるという,新奇な行動観察実験方法を考案した.さらに,クモヒトデの局所麻酔の方法も開発した.(4)クモヒトデロボットのプロトタイプモデルに関する考察を行った.(5)腕内協調とヘビのロコモーションの間には何らかの通貫原理の存在を示唆する結果が得られた.本年度に得た成果を以下に具体的に示す:(1)クモヒトデの腕を切断し,残存本数に応じたロコモーション様式を発現することを実験的に確認した.(2)周口神経環の切断実験を行い,切断箇所の数に応じて振る舞いが変化することを実験的に確認した.(3)生物学者との有機的な連携を勘案し,神経回路モデルの素過程をactive rotatorのような抽象度の高いモデル素子ではなく,leaky integratorに基づいた中程度の抽象度を持つモデル素子を基盤とすることに決めた.(4)上記(3)に基づき,一椀の動きを実現する神経回路モデルを二つ提案した.本年度に得た結果を以下に具体的に示す:(1)クモヒトデの腕を切断し,残存本数に応じてどのようなロコモーションが発現するかについてのキネマティクスデータを収集した.その結果,残存本数に呼応して推進に適したロコモーション様式が即座に自己組織化されることを確認した.(2)これまでに提案した腕間協調モデルの再検討を行った.その結果,環境からの手応えを推進に利するものかそうでないものかを即座に峻別し,推進に利する手応えを積極的に活用することが可能な自律分散制御則に関する新しい数理モデルを構築することができた.(3)上記(2)の自律分散制御則の妥当性をシミュレーションを通して確認した.その結果,上記(1)で得られた生物行動実験結果と高い整合性が得られた.(4)上記(2)で提案した腕間協調モデルの数理モデルの妥当性を検証するために,クモヒトデロボット実機を新たに設計・製作した.その結果,シミュレーションと同様の結果を得ることができた.以上を踏まえると,今年度に提案した腕間協調モデルはクモヒトデの腕間協調メカニズムを的確につかんだモデルとなっていると期待される.本成果は,既存のロボットでは実現不可能であった高いレジリアンスを実現できる基盤技術となることもあわせて期待される.最終年度に得た結果を以下に具体的に示す:(1)いかなる動物ロコモーションも,環境から得られる反力が推進に利するものか否かを瞬時に峻別して,推進に利する反力のみを積極的に活用することで生み出されているという,原点回帰のアイデアに立ち戻ってこれまでに構築したモデルを再考察した.その結果,「手応え(TEGOTAE)」という概念を導入するに至った.ここでいう手応えとは,制御器の意図とその意図に従って行動を行った結果,環境から得られた反力との整合性を表している.この手応えを定量化する関数(手応え関数)に基づいて,クモヒトデの腕間協調メカニズムの立式化を試みたところ,従来モデルに比べて見通しの良い表現を得ることができた.この数理モデルをシミュレーションで検証したところ,残存腕数に応じて生物学的にも妥当な振る舞いが発現することを確認した.(2)上記(1)で得られた,手応えに基づく腕間協調に関する数理モデルを,クモヒトデ型ロボット実機を製作し,実装したところ,シミュレーション結果を整合する結果を得た.

このことは,手応えに基づく数理モデルが,実世界とのインタラクションを要請される行動主体の振る舞い生成において重要な指導原理となる可能性を示唆している.現在のロボットは,設計時に想定した稼働環境や使用目的に極度に最適化されているため,その振る舞いは著しく単調かつ画一的であり,またそれゆえに環境や身体の変化に対して脆弱である.一方で生物は,身体が持つ膨大な自由度の間に時空間的秩序を生み出すことで,適応的かつ多様な振る舞いを自己組織的に創り出している.本研究では,特異な対称性を持ち,自切する動物であるクモヒトデに着目し,状況依存的に多様かつレジリアントな振る舞いを発現する機序の解明を目的とした.その結果,比較的シンプルな自律分散制御則によって優れた適応性と耐故障性を有する振る舞いを再現できることを実験的に明らかにした.クモヒトデは捕食者に襲われた際に,腕を自切して逃避することが知られている.その際,腕の残存本数に応じて新しい振る舞いを即座に自己組織化する.このメカニズムは未知であったが,本年度に提案した自律分散制御則はこの振る舞いをかなりのよく再現可能であることが実験的にも明らかにできた.これは,これまでにないレジリアントなロボットを創成するための基盤技術ともなるものである.これらの成果のインパクトと意義は,2014年度の計測自動制御学会学術奨励賞をはじめ3件の学会受賞が授与されていることからも明らかであろう.以上を踏まえ,当初の計画以上に進展していると断言できる.27年度が最終年度であるため、記入しない。システム工学,ロボット工学,数理生物学今年度は主として腕間協調メカニズムの数理モデリングとその妥当性の検証を行った.次年度では,これまでに提案した腕内協調メカニズムを再考し,腕間協調メカニズムと腕内協調メカニズムをいよいよカップリングさせることを行う.これにより,クモヒトデが発現するレジリアントかつ多様な振る舞いの自己組織化メカニズムの解明を目指す.そして,腕内にも複数のアクチュエータを実装することで,しなやかな動きを実現するクモヒトデロボットの開発も行う予定である.さらに,マイクロCT画像を元に周口神経環の位置を同定し,周口神経環の切断実験にも再度チャレンジする予定である.これらの結果は,インパクトの高いジャーナルに投稿する.本研究でモデル生物として着目しているクモヒトデは,生物学の分野ではきわめてマイナーな動物であり,依然として未知な部分が多い.このような背景の中で暗中模索しつつ,すべての腕を盤近くまで切り落としたクモヒトデを用いた腕間協調メカニズムを調べる行動観察実験方法や局所麻酔方法の開発など,生物学的にも興味深い顕著な知見を蓄積しつつある.さらに,腕内協調メカニズムの優れた数理モデルや,新奇な腕間協調モデルの提案など,興味深い結果が出つつあることは強く主張しておきたい.クモヒトデは生物学的にも未知な部分が多い生き物である.そのため,暗中模索の段階から手作りの実験装置などを用いて行動観察をまず行ってきたが,周口神経環切断時の振る舞いなどに関してこれまでに知られていなかった知見を得ることができた.27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度に開発した行動観察実験方法に基づいてさらなる実験を行い,実際のクモヒトデの腕内協調メカニズムを説明しうる数理モデルの構築を進める.また,構築した腕内協調メカニズムと腕間協調メカニズムを連関させる方策についても議論する.さらに,クモヒトデロボットのプロトタイプモデルの設計・製作を行う予定である.今年度得られた行動観察実験において,周口神経環切断時の振る舞いは個体差が大きいという問題があった.この問題に関しては,周口神経環の切断方法や切断の確認方法に関しての知見が蓄積されたので,次年度はまず信頼性の高い行動データの取得に努めたい.
生物界の第4のドメインに属する微生物の遣伝子構成の解明と純粋培養の試み

この研究は、水田土壌からリボソームRNA遺伝子のクローンとして検出された系統的に他の生物と隔たった微生物の遺伝子構成の解明と培養を試みるものである。昨年度は、遺伝子として検出される第4ドメイン生物の濃縮法を確立するため、マグネチックビーズを用いた方法を試験した。昨年度の試験では、第4ドメインに対して特異的なプライマーをビーズに付着させて、第4ドメイン生物の濃縮も試みたが、充分な量の濃縮はできなかった。そこで、今年度は古細菌全体を濃縮させ、予測される古細菌の存在量を高い回収率で回収できることを確認した。最終的には、遺伝子ライブラリーを作製するのに充分な細胞は得られなかったが、実験規模を拡大させれば遺伝子ライブラリーの作製が可能な段階に到達した。培養法については、いろいろと検討したが、成功には至っていない。そこで、第4ドメイン生物の生態的分布を調べることとした。今回は、海洋の堆積物からクローンが分離できるか試験した。東京湾で採取した堆積物全てから第4ドメイン生物のクローンが分離され、クローン間の塩基配列は非常に大きな多様性を示した。以上の結果から、第4ドメイン生物は海洋にも広く生息していることが確かめられた。また、FISH法を用いて海洋堆積物中の第4ドメイン生物と古細菌の量を測定したところ全生物量の1020%に達することを明かとした。このことは、温泉や塩湖などの特殊な環境に生息すると考えられている古細菌が自然界に広く分布していることを示している。この研究は、還元的条件の土壌中で16SリボソームRNA遺伝子のクーロンとして検出された微生物の遺伝子構成の解明と培養を試みるものである。本年度は研究の第一年度目として、遺伝子として検出される第4ドメイン生物の濃縮法をマグネチックビーズにこの微生物の16SrRNAの特異配列に相補的な蛍光ラベル合成DNAをストレプトアビジンとビオチンの親和性によって付着させ、このビーズを用いてターゲット微生物が濃縮できるかどうか検討した。この方法はこれまでに一度も報告されていないため、実際の実験に先立ち大腸菌を用いたモデル実験で確認を行った。この結果、大腸菌では濃縮が可能であることが判明し、次に第4ドメイン生物の濃縮を行った。ターゲットとした生物がビーズに結合することは確認されたが、土壌1グラム当たり10^5程度の密度でしか存在しないため、回収される細胞はごく少ないという問題が生じた。現在、第4ドメイン生物を大量に濃縮する方法を開発するいろいろな試みを行っている。細胞の分離と培養の試みとは別に、蛍光ハイブリダイゼーション法による第4ドメイン微生物の土壌中での観察も試み、球形の細胞だけが蛍光染色されることが確認された。また、細胞数は1グラム土壌あたり10^5であり、クローン分析による結果と近い値で計数された。蛍光染色される細胞は非常に蛍光強度が強く、第4ドメイン生物は土壌中で活発に増殖していることが示唆された。
教員養成系大学における教師の質向上・保証のための知的ｅポートフォリオ・システム

本申請課題では,教師の質向上・質保証を実現する教員養成を支援する統合システムを開発した。本システムは,(a)多次元時系列eポートフォリオ・データベース・システム,(b)コンピテンシ・マネジメント・知的支援システム,(c)教職ライフ統合SNS,(d)eラーニング&eアセスメント促進知的支援システム,(e)教育実習知的支援eポートフォリオ・システム,(f)正課外活動知的支援eポートフォリオ・システム,に対応する各サブシステム群から構成され,それらが統合することで一つのeポートフォリオシステムとなる。また,本システムは,関連の強いサブシステム群ごとに検証実験が行われた。本年度は、(a)多次元時系列eポートフォリオ・データベース・システム,(b)コンピテンシ・マネジメント・知的支援システム,(c)教職ライフ統合SNS,(d)eラーニング&eアセスメント促進知的支援システム,(e)教育実習知的支援eポートフォリオ・システム,(f)正課外活動知的支援eポートフォリオ・システム,に対応する各サブシステムの設計および、必要に応じてコーディングを行った。また、コーディングした箇所に対しては、単体試験を実施し、既存システムを流用した部分は、組み合わせ試験を行った。本研究課題は,教師の質向上・質保証を実現する教員養成を統合的に支援することを目的に,eポートフォリオ・システムを開発した。まず,本研究のアプローチの確立を目的に,調査・検討およびモデル開発を行った。具体的には,国内外の教員養成を行う大学のその養成方法や支援手法等を調査し,それらを統合的に精査することで本研究に適用した。特に,教育の質保証を掲げた大学についてのラーニングアウトカムズに対応するeポートフォリオの取り扱い方法や運用状況についての把握を行った。次に,先の調査をもとに,本研究が開発を目指すシステムの各サブシステムに搭載するアプローチの支援モデルの検討と開発を行った。開発したシステムは,(a)多次元時系列eポートフォリオ・データベース・システム,(b)コンピテンシ・マネジメント・知的支援システム,(c)教職ライフ統合SNS,(d)eラーニング&eアセスメント促進知的支援システム,(e)教育実習知的支援eポートフォリオ・システム,(f)正課外活動知的支援eポートフォリオ・システム,に対応する各サブシステム群から構成され,それらが統合することで一つのeポートフォリオシステムとなる。これらサブシステム群から成るeポートフォリオ・システムは,関連の強いサブシステム群ごとに検証実践が行われた。その結果,授業,実習,正課外活動の三つの活動場面を統合的に連携し,横断的な支援を実現できる可能性が明らかになった。本年度は,本研究のアプローチの確立を目的に,調査・検討およびモデル開発を行った。まず,現存の国内外の教員養成を行う大学のその養成方法や支援手法等を調査し,それらを統合的に精査することで本研究に適用するための検討を行った。モデル開発過程においては,ネット上に設置した会議室とEメールを組み合わせ,適宜全員でレビューを継続的に実施した。今年度、(a)から(e)に相当するシステムの設計および開発について行った。これら一つ一つのサブシステムは、新規に設計・開発したもの、既存システムを流用および改良して開発したものがあり、それぞれが単体でシステムとして動作する。しかし、これらサブシステムをいかに統合していくかの方針が、まだ確定していないのが現状である。本研究では,(a)多次元時系列eポートフォリオ・データベース・システム,(b)コンピテンシ・マネジメント・知的支援システム,(c)教職ライフ統合SNS,(d)eラーニング&eアセスメント促進知的支援システム,(e)教育実習知的支援eポートフォリオ・システム,(f)正課外活動知的支援eポートフォリオ・システム,をサブシステムとする統合システムを開発するが,その各サブシステムの支援モデルについての検討および開発を終えることができた。来年度の大きな課題は、各サブシステムをいかに統合していくかの問題を解決することである。しかしながら、現場での利用を考えると必ずしも統合しなければならないというものではないということが分かってきた。そこで、実行可能性と現場利用での有効性等を吟味し、来年度の研究成果につなげていく必要がある。各システムの設計および開発は、それぞれ単体システムとしても十分に有意味なものであると考えられる。よって、単体システムとしての有効性を評価し、学会等で発表していきたいと考えている。また、本研究成果は、本学の基盤システム内にもアイディアや技術が反映されている。よって、この点についても外部に積極的にアピールしていきたいと考えている。研究計画に則り,システム開発へと進めて行く予定である。

しかし,それぞれのサブシステムのニーズも高いため,各サブシステムを独立で開発することも検討中である。仮に,独立に開発することになっても本研究の遂行に支障を来すことはない。次年度研究費に対しては、予定通りに使用していく。次年度研究費に対しては,予定通りに使用していく。
ホモロジー論的視点からのパーコレーションの高次元化の研究

平成30年度は白井(研究代表者)と平岡(研究分担者)および竹居(連携研究者)は,パーシステントホモロジーをランダム曲線に応用するための予備的な議論を行った.曲線に対するパーシステント図の現れ方を考えるとその個数はカタラン数と関連することがわかり,その極限の様子などを調べる議論の基礎となることが期待される.白井・平岡・落合によってトーラス上(周期境界条件)の方体複体上のラプラシアンの固有値について計算された.この場合は,固有値の計算が少し簡単になり,その応用として,方体複体上のパスに関する伊原型のゼータ関数の計算をおこなった.また,特別な場合については,トーラスの各辺の長さから決まる整係数多項式による因数分解についても議論を行った.この結果は論文として執筆して,数理研講究録別冊への掲載が決まった.一般の格子複体の場合にスペクトルの状況は複雑であるが,ほぼ計算が完了している.これらを用いて,全域非輪体の数え上げの問題を考察中である.また,平岡・見上によって,d次元の方体複体において(dー1)次元の穴に着目した新しいパーコレーションの類似物が導入され,相転移現象の存在が確認された.また,臨界確率よりも面の出現確率が大きい場合には,無限サイズの穴のクラスターの存在についても証明された.この研究は,余次元1の場合のパーコレーションであるが,余次元が2以上の高次元のパーコレーションの定義への一つの可能性を示唆しているものである.具体的なトーラス上のセル複体上のラプラシアンの固有値の計算を進展させて,セル複体上におけるサイクルを定義して,そのゼータ関数の計算を行った.また,トーラス化しない場合もある程度複体のラプラシアンの計算が実行されて,全域非輪体の数えあげの準備が整った.高次元の複体のパーコレーションについては平成30年度に引き続き,分担者の平岡らが考察した余次元1の場合のパーコレーションを参考に,複体上のパーコレーションの妥当な定義についての模索を続ける.また周期的な格子複体の場合に計算した複体のラプラシアンの固有値の計算を,周期境界条件がない場合について計算して,それを用いて全域非輪体の個数を計算してその極限のエントロピーについても考察する.平成29年度は白井(研究代表者)と平岡(研究分担者)および竹居(連携研究者)によってパーコレーションの概念の高次元化に向けて予備知識の共有を行った.特に竹居により,グラフの場合におけるパーコレーションの最新の研究状況の報告とともに,連結成分の個数に対する中心極限定理の議論を行った.これは0次元のホモロジー群(もしくは0次元ベッチ数)に関するものである.このことは高次元の複体におけるパーコレーションの拡張の可能性および高次元ホモロジー群による無限クラスターの定義についての議論に発展し,その可能性とともに問題点も考察した.高次元複体上の無限クラスターの定義についても議論したが,現状ではまだ納得の行く形の定義には至っていない.部分的に平岡らによって2次元の格子複体において,格子の穴に着目した形でパーコレーションの類似物についての結果が得られ,これは複数の研究会で報告された.また,白井と平岡は格子複体において一様全域非輪体の数え上げを実行するために,複体上のラプラシアンのスペクトルについて考察を始めた.一般の格子複体の場合にスペクトルの状況は複雑であるが,糸口がつかめつつある.また格子複体を周期境界条件のもと考えると,スペクトルの計算は一般の場合に比べて容易になる一方,一様全域非輪体の定義について再考察が必要となることが明かになった.格子複体の場合のスペクトルと関連する結果については,現在論文を執筆中である.パーコレーションの高次元化の問題についてはまだその定義のための手掛かりを模索中であるが,具体的な格子複体について全域非輪体の計算のために行った複体のラプラシアンのスペクトルの計算が進み,その副産物として複体のゼータ関数についての応用が得られたため.平成30年度は白井(研究代表者)と平岡(研究分担者)および竹居(連携研究者)は,パーシステントホモロジーをランダム曲線に応用するための予備的な議論を行った.曲線に対するパーシステント図の現れ方を考えるとその個数はカタラン数と関連することがわかり,その極限の様子などを調べる議論の基礎となることが期待される.白井・平岡・落合によってトーラス上(周期境界条件)の方体複体上のラプラシアンの固有値について計算された.この場合は,固有値の計算が少し簡単になり,その応用として,方体複体上のパスに関する伊原型のゼータ関数の計算をおこなった.また,特別な場合については,トーラスの各辺の長さから決まる整係数多項式による因数分解についても議論を行った.この結果は論文として執筆して,数理研講究録別冊への掲載が決まった.一般の格子複体の場合にスペクトルの状況は複雑であるが,ほぼ計算が完了している.これらを用いて,全域非輪体の数え上げの問題を考察中である.また,平岡・見上によって,d次元の方体複体において(dー1)次元の穴に着目した新しいパーコレーションの類似物が導入され,相転移現象の存在が確認された.また,臨界確率よりも面の出現確率が大きい場合には,無限サイズの穴のクラスターの存在についても証明された.この研究は,余次元1の場合のパーコレーションであるが,余次元が2以上の高次元のパーコレーションの定義への一つの可能性を示唆しているものである.