hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デジタル史料批判：エビデンスベース人文情報学のための連結指向型研究基盤

本年度は3つのサブテーマについて研究を進め、研究発表、データベース公開、アプリ改良などの形式で研究成果を公表した。1.デジタル史料批判の基盤構築:Digital Critique Platform (DCP)の構築と公開に取り組んだ。データリポジトリに用いるDSpaceの機能を拡充し、データのインポートに加えてエクスポートも可能とした。特にサブテーマ3のモバイルアプリ「メモリーグラフ」との連携については、FirebaseによるシングルサインオンとメモリープラットフォームのAPI機能を活用し、DCPリポジトリにインポートした古写真にメタデータを付与し、メモリーグラフのプロジェクトとしてエクスポート可能とした。2.デジタル史料批判の実践:ドイツのルール大学ボーフムに所属するErika Forte博士との共同研究関係に基づき、ハンガリー科学アカデミーに赴き、M.A.Steinが残した写真史料の現状を調査し、特にコータンに関するデジタル史料批判の精度を高める情報を得た。また国際公文書館会議東アジア地域支部(EASTICA)国際会議「シルクロード記録遺産の保護とアクセス向上」において成果発表を行い、文化遺産保護に関係する研究者からのフィードバックを得た。3.デジタル史料批判の拡大:モバイルアプリ「メモリーグラフ」の機能を拡張し、フィールドワークを重ねることにより、多人数で古写真を撮影してその意味を読み解く市民科学的方法論を発展させた。また非文字史料を対象とした史料批判の一つとして、2019年2月に京都大学と連携して「華北交通アーカイブ」を公開し、中国から大きな反響を得た。また古写真のメタデータ付与に基づく検索に加えて、地理情報と関連付けた写真の読み解きや、機械学習による自動タグ付けの活用など新しい方法論を導入し、地図や写真を活用した史料批判を国際的な規模に展開できた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はデジタル史料批判について、以下の3つの視点から研究を進めた。(1)デジタル史料批判の基盤構築:デジタル史料批判プラットフォーム(Digital Criticism Platform)の構築に向けて、2つの点からシステムに改良を加えた。第一に、写真と景観をマッチングする「メモリーグラフ」モバイルアプリについては、アプリを再設計して機能を大幅に向上させたバージョンをリリースするとともに、データ管理のための認証機能にGoogle Firebaseを導入した。第二に、データ蓄積を担うリポジトリに関しては、基盤となるソフトウェアDSpaceにも同じくGoogle Firebaseを認証機能として導入することで、モバイルアプリとの通信に同一の認証機能が利用できるようにした。そして、デジタル史料批判の理論的な枠組みについても、1件の招待論文にまとめて発表した。(2)デジタル史料批判の実践:シルクロード探検隊の中でも特にドイツ隊と英国隊が調査した史料に焦点を合わせ、シルクロード地域の遺跡照合に関する研究を進めた。そしてその成果を、1件の招待論文および1件の国際会議にまとめて発表した。(3)デジタル史料批判の拡大:提案する方法論の有効性を検証しより一般化するためには、様々なデータを対象に方法論の有効性と限界を検証しなければならない。そこで今年度は、華北交通写真のアーカイブを対象にデータの基礎的な整備を行った。華北交通とは第二次大戦前後に華北地方で交通事業を展開した企業であるが、この企業が残した数万枚の古写真を鉄道路線図と対応付けて解釈するという時空間的な写真の解釈に取り組み、その成果を華北交通写真に関するミュージアム展覧会に出展した。以上、デジタル史料批判プラットフォームというインフラストラクチャーの整備と、その上に今後の載せていく研究データの整備という、2つの側面から研究を並行して推進した。本研究は、デジタル史料批判の基盤構築、デジタル史料批判の実践、デジタル史料批判の拡大という3つの柱から構成されるが、それぞれについて論文/国際会議での発表やシステム/アプリの公開など、対外的に成果を発信するとともに研究成果の実利用を進めることができたため、おおむね順調に進展していると評価する。1.デジタル史料批判の基盤構築:Digital Critique Platform (DCP)の構築を進めた。今年度は、シルクロード遺跡の基礎情報を入力するためのメタデータスキーマを設計し、それを入力するためのウェブインタフェースを構築した。次にDCPの全体的な設計および既存ツールとの連携については、最終年度での改良と完成に向けて課題を明確化した。2.デジタル史料批判の実践:シルクロード探検隊が過去に撮影した古写真の保存状況について、ベルリンやロンドンのミュージアムを訪問して現地調査し、これらの活用について担当者とのディスカッションを行うとともに、担当者が来日した際には東京でも打ち合わせを行った。さらに中国においてもシルクロード探検史料の整理を行い、現地に保存されている実物の史料も合わせ、シルクロード探検報告書の地図の内容を分析した。この成果は、シルクロード探検に関する複数の史料の参照関係を解明するための足掛かりとなるものである。3.デジタル史料批判の拡大:モバイルアプリ「メモリーグラフ」はバージョンアップを繰り返しながら機能を充実させ、主要な機能を完成させることができた。また学術的な利用に加えて市民科学としての利用についても、京都や長崎などで事例を積み重ねた。一方、非文字史料の史料批判については、日本古典籍を対象に研究を進め、IIIF Curation Viewerのキュレーション機能も活用した画像分析を進めた。最後に、京都大学東南アジア地域研究研究所と連携した「華北交通アーカイブ」については、数万枚に及ぶ古写真のキャプション入力をほぼ終了し、最終年度での公開に向けた作業が進行中である。本研究は3つのサブテーマを立てて、それぞれが緩やかに連携しながら進める体制を取っている。それぞれのサブテーマは独自の進展を見せており、全体としておおむね順調に進展していると評価している。まずサブテーマ1

「デジタル史料批判の基盤構築」は、最終年度のシステム公開に向けての作業を進めている。次にサブテーマ2「デジタル史料批判の実践」は、新しい史料の発掘も含めて分析の範囲を着実に広げている。最後にサブテーマ3「デジタル史料批判の拡大」は市民科学への進展に関して共同研究者を新たに増やすことができるなど、研究体制がより整ってきた。以上、3つのサブテーマとも、順調な進展であると評価する。本年度は3つのサブテーマについて研究を進め、研究発表、データベース公開、アプリ改良などの形式で研究成果を公表した。1.デジタル史料批判の基盤構築:Digital Critique Platform (DCP)の構築と公開に取り組んだ。データリポジトリに用いるDSpaceの機能を拡充し、データのインポートに加えてエクスポートも可能とした。特にサブテーマ3のモバイルアプリ「メモリーグラフ」との連携については、FirebaseによるシングルサインオンとメモリープラットフォームのAPI機能を活用し、DCPリポジトリにインポートした古写真にメタデータを付与し、メモリーグラフのプロジェクトとしてエクスポート可能とした。2.デジタル史料批判の実践:ドイツのルール大学ボーフムに所属するErika Forte博士との共同研究関係に基づき、ハンガリー科学アカデミーに赴き、M.A.Steinが残した写真史料の現状を調査し、特にコータンに関するデジタル史料批判の精度を高める情報を得た。また国際公文書館会議東アジア地域支部(EASTICA)国際会議「シルクロード記録遺産の保護とアクセス向上」において成果発表を行い、文化遺産保護に関係する研究者からのフィードバックを得た。3.デジタル史料批判の拡大:モバイルアプリ「メモリーグラフ」の機能を拡張し、フィールドワークを重ねることにより、多人数で古写真を撮影してその意味を読み解く市民科学的方法論を発展させた。また非文字史料を対象とした史料批判の一つとして、2019年2月に京都大学と連携して「華北交通アーカイブ」を公開し、中国から大きな反響を得た。また古写真のメタデータ付与に基づく検索に加えて、地理情報と関連付けた写真の読み解きや、機械学習による自動タグ付けの活用など新しい方法論を導入し、地図や写真を活用した史料批判を国際的な規模に展開できた。デジタル史料批判という方法論をさらに一般化するために、今後は以下の3点の課題に取り組む計画である。
環境化学物質のT細胞免疫応答攪乱による炎症性腸疾患増悪と大腸発がん促進機構の解明

本研究では、強力な酸化ストレス作用を有するトリブチル錫が潰瘍性大腸炎の発症・増悪、さらに炎症に起因する大腸がんの発生と進展に関与する可能性について検討を行った。大腸特異的発がん化学物質アゾキシメタンと大腸炎誘発剤デキストラン硫酸ナトリウム投与による潰瘍性大腸炎マウスモデルを用いて、トリブチル錫曝露により大腸炎の増悪に伴って大腸発がんが促進されることを見いだした。腫瘍の発生に先立ってTh2型サイトカインとTh2型サイトカインによって発現誘導される活性化誘導シチジン脱アミノ酵素(AID)の発現が誘導されること、この発現がトリブチル錫曝露により増強されることを見いだした。一方、内因性抗酸化因子チオレドキシンを過剰発現させたトランスジェニックマウスでは、大腸炎が増悪される一方でと大腸発がんが抑制されていた。我々は既にトリブチル錫が酸化ストレス作用を介してTh2細胞分化を促進しTh2型免疫を増強することを示している。従ってこれらの結果は、トリブチル錫曝露による炎症性大腸発がん促進作用にT細胞免疫応答攪乱によるAID発現増強を介した癌原遺伝子や癌抑制遺伝子の突然変異誘導が寄与している機構を示唆している。本研究は、環境化学物質曝露による炎症性腸疾患の発症・増悪のメカニズムの解明を目的とする。クローン病や潰瘍性大腸炎炎に代表される症性腸疾患は難治性であり、大腸癌を合併することの多い疾患である。その病因は不明であるが、腸菅粘膜局所におけるTh1、Th2、Th17による過剰免疫応答が関与していることが明らかになりつつある。平成21年度の本研究では、アゾキシメタン腹腔内投与により発がんを惹起し、デキストラン硫酸ナトリウムの自由飲水による大腸炎症を介した発がん促進系(AOM/DSS大腸発がん系)を用いて強い酸化ストレス作用を有する環境化学物質トリブチル錫の大腸炎症増悪作用と発がん促進作用を検討した。トリブチル錫の腹腔内投与により、体重減少と大腸短縮が加速されており、大腸炎症が増悪されていた。さらに大腸炎症の増悪に伴って、大腸に発生するポリープ数が増加し、H&E染色による病理組織学的解析と免疫組織染色によるb-カテニンの核内集積の解析から大腸発がんが促進されていることが明らかになった。大腸炎症と大腸発がんにおける酸化ストレスの関与を調べるために、抗酸化因子チオレドキシンを過剰発現するトランスジェニックマウスにAOM/DSSによる大腸発がんを誘発した結果、大腸発がんが抑制されていた。これらの結果から、環境化学物質トリブチル錫は酸化ストレス作用を介して大腸炎症を増悪し、大腸発がんを促進している可能性が示唆される。平成21年度の本研究では、アゾキシメタン腹腔内投与により発がんを惹起し、デキストラン硫酸ナトリウムの自由飲水による大腸炎症を介した発がん促進系(AOM/DSS大腸発がん系)を用いて、強い酸化ストレス作用を有する環境化学物質トリブチル錫の大腸炎症増悪作用と発がん促進作用を明らかにした。本年度は、トリブチル錫曝露によるこの大腸発がん促進作用が、癌遺伝子や癌抑制遺伝子の突然変異を誘導することで発がんに関与することが明らかなactivation-induced cytidine deaminase(AID)の発現増強を介していることを示唆する結果を得た。研究代表者等は以前より、トリブチル錫は酸化ストレス作用を介してTh2細胞分化を促進することでTh2型免疫を増強することを示してきた。また、AID発現はTh2型サイトカインIL-4、IL-13により誘導されることが示されている。本研究より、トリブチル錫のTh2型免疫増強作用によるAID発現増強が間接的に発がんを促進している機構が推定された。潰瘍性大腸炎はクローン病と共に難治性の炎症性腸疾患であり、高率に大腸がんを合併する原因不明の慢性炎症疾患である。

我が国における潰瘍性大腸炎の患者数は10万人強で、近年急増傾向にあり、その対策が急務とされている。発症機序は不明であるが、腸管粘膜局所の免疫監視機構の破綻により腸内細菌に対する過剰免疫反応が誘導され、その結果局所への炎症細胞の遊走と活性化が持続的に起こることで組織破壊に至ると考えられている。本研究では、強力な酸化ストレス作用を有するトリブチル錫が潰瘍性大腸炎の発症・増悪、さらに炎症に起因する大腸がんの発生と進展に関与する可能性について検討を行った。大腸特異的発がん化学物質アゾキシメタンと大腸炎誘発剤デキストラン硫酸ナトリウム投与による潰瘍性大腸炎マウスモデルを用いて、トリブチル錫曝露により大腸炎の増悪に伴って大腸発がんが促進されることを見いだした。腫瘍の発生に先立ってTh2型サイトカインとTk2型サイトカインによって発現誘導される活性化誘導シチジン脱アミノ酵素の発現が誘導されること、この発現がトリブチル錫曝露により増強されることを見いだした。活性化誘導シチジン脱アミノ酵素は癌原遺伝子や癌抑制遺伝子の突然変異を誘導する内因性ナチュラルミューテーターとして発がんに関与することが示されている。一方、内因性抗酸化因子チオレドキシンを過剰発現させたトランスジェニックマウスでは、大腸炎が増悪される一方でと大腸発がんが抑制されていた。我々は既にトリブチル錫が酸化ストレス作用を介してTh2細胞分化を促進しTh2型免疫を増強することを示している。従ってこれらの結果は、トリブチル錫曝露による炎症性大腸発がん促進作用にT細胞免疫応答撹乱による活性化誘導シチジン脱アミノ酵素発現増強を介した癌原遺伝子や癌抑制遺伝子の突然変異誘導が寄与している機構を示唆している。
聴覚障害者を対象とした日本語能力テストの開発のための基礎的研究

本研究は、日本語能力に問題を抱えている聴覚障害者が、自分自身の日本語能力を客観的に把握し、学習に活かすことができるような日本語能力テストを開発すること、及び体系的な日本語指導法を考案することを最終的な目標としている。そのための基礎となる研究として、特に聴覚障害者の日本語能力の実態及び誤用の背景について、文理解実験や文法テストの実施、聴覚障害者の日本語個別指導、聴覚障害者を雇用する企業等の実態調査等、様々な観点から客観的に把握することを目指した。本研究により、聴覚障害者特有の文処理のプロセス及び誤用のメカニズムの一端が明らかになった。本研究は、日本語能力に問題を抱えている聴覚障害者が、自分自身の日本語能力を客観的に把握し、学習に活かすことができるような日本語能力テスト開発のための基礎となる研究である。平成18年度は特に、聴覚障害者の日本語能力の実態及び誤用の背景を客観的に把握することを主眼において研究を進めた。まず、日本語能力試験を聴覚障害学生に実施し、文法的な誤用の中で特に緊急性の高いものについてピックアップを行った。その結果を基に、まず格助詞の理解と産出の両面を更に深く問うような問題群を作成、実施した。結果を分析したところ、「に」格の誤用が目立つことから更に「に」と関わる受身、使役文等のテストを作成中である。また、アスペクトや否定、敬意表現、複文に関する問題も作成中である。これらの問題は19年4月に実施し、結果を分析する予定である。19年度以降は、聴覚障害者が企業等で働く際、実際にどのような日本語力が必要とされているか、どのようなコミュニケーション上の困難があるのか等も具体的に把握し、テスト作成に役立てることを目指している。そのため、聴覚障害者を雇用している企業でインタビュー調査を行う予定である。また、聴覚障害者の複文理解と音声的情報との関連について、7月の国際認知科学会(カナダ)でポスター発表を研究協力者と共に行った。発表した内容は、論文としてまとめ投稿した。現在査読中である。その後、現在まで更なる文理解の実験を行うために実験例文を作成中である。この実験は今年度早々行う予定である。その他、聴覚障害学生の作文やメールの分析、日本語の読解、作文の指導などを継続的に行っている。平成19年度は、聴覚障害者を雇用している企業の実態調査、聴覚障害者が特に学習・指導が必要な文法項目の選定、聴覚障害者の複文理解と音声的情報との関連に関わる論文投稿と実験を行った。まず、聴覚障害者を雇用している企業2社でインタビュー調査を行った結果、聴覚障害者が企業等で働く際、健聴者と同様の日本語力が必要とされていること、聴覚障害者の中でも日本語力にほとんど問題のない人材が現実には雇用されていることが分かった。しかし、実際には健聴者と聴覚障害者の日本語運用能力には差が見られることが多い。そのため、平成19年度は、聴覚障害者に対する効率的な日本語指導に役立てることを目的として、大学で日本語を学ぶ外国人目本語学習者(日本語能力試験2級以上),健聴の大学生、そして聴覚障害を持っ大学生に、聴覚障害者が特に苦手と思われる文法項目をピックアップして作ったテストを実施し、聴覚障害者特有の問題を浮き彫りにすることを試みた。結果として、外国人学習者にも聴覚障害者にも共通して誤答が多く見られるものもあったが、聴覚障害者に特有の、特に配慮して学習させるべき項目がいくっか明らかになった。この結果については、来年度学会発表などで公表する予定である。また、聴覚障害者の複文理解と韻律情報との関連について、一昨年7月の国際認知科学会(カナダ)でポスター発表した内容を改訂し、論文としてまとめたものが学会誌『Joumal ofJapaneseLinguistics23』に掲載された。その後、更なる文理解の実験を行うために実験例文を作成し、健聴者50人に対して予備実験を行ったが、本実験を進めるまでには至っていない。その他、聴覚障害学生の日本語の読解、作文の指導などを継続的に行っている。平成20年度の研究目的は次の2点である。(1)聴覚障害者の日本語運用において特に問題のある文法項目についてのこれまでの調査結果をまとめる。(2)聴覚障害者の職場での言語使用場面などを考慮し、テストの場面設定をいくつか考案する。(1)に関しては、テスト作成時の予測に反して高い正答率が得られた問題もあった一方で、極端に正答率が低い問題も見られた。このような極端に正答率が低い文法項目に関しては、より詳細な検討の必要性が示唆された。特に、複文理解の問題に起因する誤用が目立ったことは注目に値する。

具体的には、従属節を作ること自体が不得意であることに加え、間接疑問文に関わる誤用、「(する)と」等の接続助詞を使うべきときに正しく使用できないこと、「の」「こと」の適切な使い分けに関する誤用などが多く見られた。また、ある程度まとまった長さの文章を書かせた場合には、主述が一致せずねじれ・不整合を起こしてしまう例や、並列に並びえない要素を並列してしまう誤用が多く見られた。(2)に関しては、企業では電話対応等を除くと、業務遂行に当たっては健聴者と全く同じ働きを求めており、日々多くのビジネス文書を理解し、処理する力と、同僚と支障なくコミュニケーションする力が必要であることが明らかになったため、特に社内でのEメール使用等に関わる場面設定が必要不可欠であることがわかった。
インプラント周囲炎の細菌学的診断方法と治療法の開発

本研究の目的は治療が難しいとされているインプラント周囲炎の原因究明と新規診断・治療法である。インプラント周囲炎・歯周炎が存在する患者の口腔内から、各疾患罹患部位のプラークを採取し、メタトランスクリプトーム解析により歯周炎・インプラント周囲炎それぞれで活動性の高い細菌種と機能遺伝子を網羅的に調べる。治療の前後でこれらのデータを比較し細菌学的見地から疾患の原因究明と新規診断治療法の開発を行う。
転写に共役したＤＮＡ傷害に起因する新規乳癌発症機構の解析

乳癌の大部分を占める非遺伝性散発性乳癌の発症には、エストロゲンの長期暴露が関与する。乳腺上皮にエストロゲン刺激が加わるとDNA傷害が誘導されるが、ヒト乳癌細胞株MCF7においてGANPの発現を低下させるとエストロゲン刺激後に過剰なDNA傷害を誘導した。このことが乳腺特異的GANP欠損マウスで見られる乳腺構築異常と密接に関わると考えられ、乳腺上皮におけるGANPの発現は乳癌発症に抑制的に働くことが示唆された。実際、ヒト非遺伝性散発性乳癌416例の検体を用いてGANPの発現低下が予後不良因子となることを証明した。2)乳腺上皮細胞の増殖、分化に及ぼす「転写共役型DNA傷害」の影響乳腺特異的GANP欠損マウスを妊娠、出産後の乳腺組織を摘出し、組織学的解析を行ったところ、細胞増殖の低下を伴う乳腺組織構築の異常を認めた。次にこの表現型がGANP以外のTREX2複合体の構成因子であるPCID2欠損でも認めるかを解析した。MAD2 mRNAの転写に関わるPCID2の乳腺特異的欠損マウスを作成し、妊娠、出産後の乳腺組織構築を解析した。現在、解析数が少ないが組織構築異常を認めることが示唆されている。3)GANPが制御する乳癌発症に関与する分子(群)の確定平成24年度に解析した遺伝子の中で、複数の候補遺伝子の発現をPCRで確認した。その結果、乳癌発症という観点からBRCA2に着目した。この分子の発現はGANPノックダウン細胞で転写レベルで減少していることが明らかになった。GANPによるBRCA2の転写制御にmRNA核外輸送が関わるかはまだ結論は出ていないので、平成26年度に引き続き解析を行う。4)ヒト乳癌臨床検体におけるGANPタンパク発現低下の原因の探索これまでに名古屋市立大学乳腺外科92例の非遺伝性乳癌の検体を抗GANP抗体による免疫染色にて解析し、悪性度の高い乳癌は正常乳腺や上皮内癌と比較してGANPの発現が著しく低下していることを見出した。平成25年度は熊本大学乳腺外科450例の検体も免疫染色で解析し、同様な結果を得た。同時にganp mRNAの発現もリアルタイムPCRで解析したが、mRNAの発現は悪性度と相関しなかった。1)正常乳腺上皮細胞におけるGANP発現上昇の意義GANPはリンパ組織の胚中心で高い発現を認め、その理由として転写共役型遺伝子傷害を保護するためであることを最近見出した。乳腺上皮でGANPの発現が高い理由としてエストロゲンの関与を考えたが、ヒト乳癌細胞株MCF7を用いた解析ではエストロゲン刺激前後でGANPの発現に変化を認めず、他の外的刺激(紫外線、放射線など)でもGANPの発現に変化は見られなかった。乳腺上皮においてもGANPの発現が遺伝子傷害の抑制に関与する可能性を考え、MCF7をエストロゲンで刺激後、コメットアッセイを行った。GANPをノックダウンしたMCF7はコントロールの細胞と比較してエストロゲンによる遺伝子傷害が増加し、逆にGANPを過剰発現させた細胞はコントロール細胞に比べて遺伝子傷害が減少した。2)乳腺上皮細胞の増殖、分化に及ぼす「転写共役型DNA傷害」の影響正常マウスと乳腺特異的GANP欠損マウスを妊娠させて乳腺組織を摘出し、組織学的解析を行った。1)の結果から妊娠時のエストロゲンによる遺伝子傷害が乳腺組織に影響を与える可能性が考えられた。妊娠後期、出産直後、出産後1週間、出産後2週間で乳腺を摘出し、ヘマトキリンーエオシン染色による組織解析を行った。その結果、乳腺特異的GANP欠損マウスでは乳腺構造の発達障害が起こることが判明した。3)GANPが制御する乳癌発症に関与する分子の確定これまでにGANP結合分子の同定を行ったが、現時点でDNA修復、細胞周期、ゲノム安定性などに関与する分子は同定されていない。そこで、MCF7を用いたganpノックダウンによりGANPの発現を低下させ、核外輸送が障害されるmRNAを網羅的遺伝子発現プロファイルにより解析した。数十種の候補が得られているが、実際にmRNA核外輸送が障害されているかに関しては平成25年度に解析する。2)乳腺上皮細胞の増殖、分化に及ぼす「転写共役型DNA傷害」の影響平成24年度に解析したように、乳癌細胞株MCF7細胞でGANPの発現を低下させ、エストロゲンで刺激すると、コントロール細胞に比べてDNA傷害が過剰に誘導される。GANPノックダウン細胞は増殖速度が低下し、TUNEL陽性細胞が増加した。このことが乳腺特異的GANP

欠損マウスで認める乳腺組織構築異常と関連することが強く示唆された。平成26年度に所属機関を異動したことで、遺伝子改変マウスを用いた研究を予定通り遂行することができず、乳腺特異的PCID2欠損マウスにおける乳腺の組織解析をさらに進めることができなかった。3)GANPが制御する乳癌発症に関与する分子(群)の確定GANPが制御する分子として乳癌発症の観点からBRCA2に着目し、GANPがBRCA2を転写レベルで制御していることを確認した。GANP欠損はBRCA2 mRNAの核外輸送に異常を認めず、どのように調節しているかは今後の解析が必要である。予備実験では、GANPがBRCA2 mRNAの安定化に関わるという結果が得られている。4)ヒト乳癌臨床検体におけるGANPタンパク発限低下の原因の探索抗GANP抗体を用いた熊本大学乳腺内分泌外科416症例の免疫組織染色の結果、GANPが独立予後因子であることが明らかとなった。また40例の乳癌組織を解析したところ、GANP mRNAのスプライシング異常を約25%で認めた。遺伝子転写に伴うスプライシング異常がGANPタンパク発現低下の一因として考えられた。病態医化学2)乳腺上皮細胞の増殖、分化に及ぼす「転写共役型DNA傷害」の影響pcid2ーfloxedマウスとwapーcreマウスとの交配がスムーズに行えず、乳腺特異的PCID2欠損マウスの作成には予想外の時間を要してしまった。妊娠、出産後の乳腺組織の解析を行うことができたが、解析数が不十分であるため、引き続き解析を続ける。3)GANPが制御する乳癌発症に関与する分子(群)の確定平成24年度に同定した複数の候補遺伝子の中で、遺伝性乳癌発症に関わるBRCA2に特に着目した。その理由として、これまで非遺伝性散発性乳癌におけるBRCA2の関与は議論があり、GANPによるBRCA2の新しい制御機構はこの問題にアプローチするために重要な知見となる可能性があるためである。4)ヒト乳癌臨床検体におけるGANPタンパク発現低下の原因の探索コホート研究の場合、複数の独立した集団を解析することにより、得られた結論をさらに強固にすることができる。交付申請書には記載していないが、平成25年度はこれまでの名古屋市立大学乳腺外科92例の検体に加え、熊本大学乳腺外科450例の検体を解析した。今回の解析からタンパク発現低下の原因として転写レベルでの制御の可能性は低く、別の原因(タンパク分解など)を考慮する必要性がある。1)正常乳腺上皮細胞におけるGANP発現上昇の意義交付申請書では乳腺組織でGANPが発現上昇する外的刺激を明らかにすることを記載したが、GANPの発現を誘導する外的刺激は明らかにできていない。しかし、免疫系の解析による情報からGANPの発現が上昇する意義はDNA傷害を抑制することであり、実際MCF7を用いた解析でこの点を明らかにすることができた。乳腺の発達にはエストロゲンが重要であり、このホルモンはDNA傷害を誘導することが種々報告されている。
生体親和ナノマテリアル創製のための大気圧中温プラズマ流システムの開発

プラズマの反応性熱流動場を利用した生体親和ナノマテリアル創製システムの設計指針を得るために、プロセスの土台を成す諸現象に対して、化学工学的見地および流体工学的見地から実験・理論・数値計算によって多角的に研究を行った。その結果、ナノ粒子の集団的形成と移流・拡散輸送過程や大気圧プラズマ流の乱流的挙動が明らかとなったほか、動的はく離現象、局所外部撹乱に対する境界層受容性やストリーク構造と噴流の干渉といった流体力学的な不安定性に関する基礎知見も得られた。またプラズマ流中での前駆体溶液の分裂過程に対するSPH法の適用可能性を見出すことができた。本年度も、前年度に引き続き実験および理論・数値計算の両面から、ナノマテリアル創製システムの土台を構成する個々の基礎プロセスに着目して多角的なアプローチを図った。まず化学工学的立場から生体親和性の強いチタンがプラズマ流中で共凝縮によりホウ化物ナノ粒子を形成する過程を実験および数値計算によって詳細に調べ、各種パラメーターが生成物のサイズや機能性に与える影響を明らかにした。一方で流体工学的なアプローチとして、高周波誘導結合型プラズマ流と直流プラズマジェットの相互干渉現象の非定常3次元数値計算に世界で初めて成功した。この成果により、プラズマ装置内部の電磁熱流動場とその渦構造に関する新たな知見が得られ、今後のプロセス設計の指針が見出された。またナノ粒子群成長の本質的な機構を考慮しながらも簡易的に計算することができる方程式系を理論的に導き、この新モデルがこれまでしばしば用いられてきた煩雑な計算モデルと同一の結果を与えることを示した。この成果により、今後の大規模計算における計算負荷の軽減が期待できる。さらに粒子法の一種であるSPH法を用いて、液膜の飛散現象および液中気泡の消滅現象のシミュレーションを試み、プラズマ流中における前駆体溶液の分裂および蒸発過程についての粒子法の適用可能性を見出すこともできた。加えて流動場の高効率な制御を目的として、翼型と噴流を組み合わせた乱流発生デバイスや蛇行低速ストリーク発生デバイスの開発を行った。デバイスの設計には遺伝的アルゴリズムを用いた数値解析的手法も取り入れており、現在も進行中である。本年度は、理論・数値計算および実験の両面から、ナノマテリアル創製システムの土台を成す個々の基礎プロセスに対して多角的にアプローチし、研究の更なる深化を図った。まずナノ粒子群の集団的成長および移流・拡散輸送現象を同時に矛盾なく、かつ簡易的に数学表現できる方程式系を導き、さらに非物理的な数値拡散を抑えながら解析を進めることのできる計算アルゴリズムを構築した。またその適用範囲を拡張し、複数のプラズマジェットおよび非電離気体が相互作用することで形成される複雑な流動場を明らかにすると共に、磁場による流動制御の可能性を示した。加えてプラズマ流中における前駆体溶液の分裂および蒸発過程の数値解析手法の土台を構築すべく、粒子法の一種であるSPH法を用いた気液二相噴流のシミュレーションも試みた。またプラズマ流の制御において必須となる流体力学的な不安定性に関する知見を得るため、二次元翼と噴流を組み合わせて生成した局所外部撹乱に対する境界層受容性や、ストリーク構造と噴流の干渉による不安定化の過程を実験計測によって調べた。同時に数値計算とも組み合わせ、渦輪衝突によって生成される局所撹乱や縦渦の前縁受容メカニズムについても詳細に調べた。以上の研究を通して見出された知見は、流体工学・プラズマ工学・化学工学・材料科学に渡る分野横断的なものであり、学際的な成果を得ることができたと言える。また本年度だけで国内外を合わせて5件の招待講演を行なったことからも、本研究に対する注目度は高く、今後の更なる展開が期待されていると言える。本年度は、実験のみならず理論および数値計算による両面からの研究により、ナノマテリアル創製システムの土台を成す個々の基礎プロセスに対して多角的なアプローチを図った。まず実験的研究においては、化学工学的立場から生体親和性の強いチタンがプラズマ流によってホウ化物ナノ粒子を形成する過程に注目し、原料供給量や分率が最終生成物のサイズや機能性に与える影響を明らかにした。また流体工学的立場からは非定常性の強い流動場に着目し、動的はく離現象や音波発生時の渦構造を熱線プローブ計測によって詳細に調べ、その知見を基に、はく離制御および音波制御にも成功した。一方、理論的研究においては、これまで研究代表者が独自に構築してきた二成分系ナノ粒子群の集団的成長過程の数理モデルの深化を図り、ホウ化チタンナノ粒子群の形成過程をより詳細に明らかにした。また今まで1次元問題にしか適用できなかった金属ナノ粒子群生成モデルを2次元プラズマリアクター内における生成過程計算に拡張することにも成功した。同時に今後の大規模計算における計算負荷を軽減するために、ナノ粒子群成長の本質的な機構を考慮しながらも簡易的に計算することができる方程式系を導いた。

さらにプラズマ流中における前駆体溶液の分裂および蒸発過程の解析手法の土台を構築すべく、粒子法の一種であるSPH法を用いて、気液界面の大変形を伴う液柱分裂過程および二相噴流、マランゴニ対流を伴う複雑熱流動場のシミュレーションにも成功した。加えて誘導結合型プラズマ流における極めて複雑な電磁熱流動場の3次元数値計算にも成功し、その渦構造を明らかにすることができた。より正確に物理現象を再現し詳細な知見を得るための数値計算手法の開発およびシステムの土台を成す個々の基礎プロセスに関する実験的研究は順調に進展しているが、大気圧中温プラズマ流によるナノマテリアル創製の統合的なシステム化についてはやや遅れている。東日本大震災による研究の遅れが主な理由である。本年度の初頭は、大気圧中温プラズマ装置の転倒による故障、電源の復旧の遅れ、度重なる余震によって実験を遂行できる環境にはなかった。そのため、年度前半の研究計画を変更し、理論的研究の深化を図ることで前述の成果を得ることができた。年度後半にはシステムの土台を成す個々の基礎プロセスに着目し実験を行なうことはできたが、大気圧中温プラズマ流システムによるナノマテリアルの創製には成功していない。これまでに得られている知見を基にして、数理モデルや計算アルゴリズムの深化も図りながらスーパーコンピューターを利用した高精度の大規模計算による現象解明を試み、さらに有効なシステムの設計指針を得る。またエアミスティノズルと送液デジタルポンプを組み合わせた前駆体溶液注入デバイスの開発・改良を行う。そして大気圧中温プラズマ流を用いたナノマテリアル創製プロセスについて、流動特性と物質機能の相関を見出し、システムの最適化を目指す。今後は、エアミスティノズルと送液デジタルポンプとを組み合わせ、プラズマ流中に前駆体溶液を原料として注入するためのたシステムを作成する。そして実際に大気圧中温プラズマ流を用いてナノマテリアルを創製することを試みながら、流動特性と物質機能の相関を見出し、システムの最適化を図る。また同時に、これまでに得られている知見を基にして、数理モデルや計算アルゴリズムの深化も図り、スーパーコンピューターを利用した高精度の大規模計算による現象解明も試みる予定である。次年度使用額は、当初計画していたプラズマ発生部および前駆体溶液注入デバイスの改良、高速データ処理装置の購入を次年度に延期することによって生じたものであり、それらに必要な経費として平成25年度請求額とあわせて使用する予定である。次年度使用額は、当初計画していたプラズマ発生部の加工、エアミスティノズルおよび高速データ処理装置の購入を次年度に延期することによって生じたものであり、延期したプラズマ発生部の加工、エアミスティノズルおよび高速データ処理装置の購入に必要な経費として平成24年度請求額とあわせて使用する予定である。
魚類モデルによるグリア性境界膜形成と細胞移動の制御機構研究〜FCMDモデル構築へ

ゼブラフィッシュの様々な発生ステージにおけるfukutin遺伝子の発現パターンをin situハイブリダイゼーション(ISH)法により検討した。fukutin mRNAは、受精後きわめて早期(受精後4時間前後)より検出され、zygoticな遺伝子発現の開始とほぼ同時に転写が始まると考えられる。発生が進み、組織の分化が生じた後も中枢神経系を含む胚の広い領域で発現が認められ、この発現パターンは幼魚においても同様であった。さらに、他の脳奇形を呈する筋ジストロフィー症関連遺伝子(LARGE、POMGnT1)のゼブラフィッシュオーソログについても発現パターンを検討したところ、同様に中枢神経系を含む広い領域で発生早期より持続するびまん性の発現を呈しており、αジストログリカンの糖鎖修飾が中枢神経系の発生に関与することを示唆している。次に、Fukutin蛋白質の翻訳を阻害するモルフォリノアンチセンスオリゴヌクレオチド(MO)をゼブラフィッシュ受精卵に注入し、発現阻害が胚発生に与える影響について検討した。MOの注入により用量依存的な発生障害が認められた。障害は個体の広汎な領域に見られ、fukutinの発現パターンを反映したものと考えられた。配列の異なる複数のMOを用いてMOの作用の標的特異性を検討したところ同様の結果を得たことから、発生障害はFukutinの発現阻害による特異的な作用であると確認された。中枢神経系に蛍光タンパク質を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュ2系統(is1-GFP、HuC-Kaede)を用いFukutinノックダウンの効果を検討したが、予想に反して著明な発生障害は認められなかった。Fukutinあるいはグリア性境界膜そのものの中枢神経系発生における役割が、魚類と哺乳類では大きく異なっている可能性があり、この問題に関するさらに踏み込んだ基礎的な研究が望まれる。fukutin遺伝子は、魚類からヒトまで脊椎動物に共通して、中枢神経系に発生の初期段階から広く発現していることが確認された。さらに、他の脳奇形を呈する筋ジストロフィー症関連遺伝子(LARGE、POMGnT1)のゼブラフィッシュオーソログについても発現パターンを検討したところ、同様に中枢神経系を含む広い領域で発生早期より持続するびまん性の発現を呈していた。MOの注入により、用量依存的な発生障害が認められた。障害は中枢神経系に限らず広汎な領域に見られ、fukutinの発現パターンを反映したものと考えられた。現在は、中枢神経系の発生異常を詳細に検討するために、ニューロンマーカー等を用いたISHならびに免疫組織化学法による解析を行っている。さらに、RNAの共注入によるレスキュー実験用の発現コンストラクトの作製を行っている。また、発現阻害実験における蛋白質量の解析などを行う上でFukutin蛋白質を特異的に認識する抗体が必要であると判断し、ウサギポリクローナル抗体を作製することにした。抗原蛋白質の大腸菌を用いた大量発現に成功し、現在、精製作業を行っている。昨年度に引き続き、Fukutin蛋白質の翻訳を阻害するモルフォリノアンチセンスオリゴヌクレオチド(MO)をゼブラフィッシュ受精卵に注入し、Fukutin発現阻害が中枢神経発生に与える影響について検討した。MOの注入により、用量依存的に神経発生障害が認められた。

障害は中枢神経系に限らず広汎な領域に見られ、昨年度に明らかにしたfukutinの発現パターンを反映したものと考えられた。MOの作用の標的特異性を配列の異なる複数のMOを用いることで検討し、同様の結果を得た。fukutinをコードする人工RNAをMOと共に注入し、MOによる神経発生障害の回復を試みたところ、部分的な回復しか得ることが出来なかった。RNAの細胞内での安定性が低いか、あるいはRNAから蛋白質への翻訳効率が十分高くなかった可能性が考えられ、現在も再検討を重ねている。さらに、MOの中枢神経発生への影響をさらに詳細に解析するために、中枢神経ニューロン全般(HuC-Kaede)および運動ニューロン特異的(isl-GFP)にそれぞれ蛍光蛋白質を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュ系統を用い、これらの受精卵にMOを注入し、中枢神経ニューロンの発生に対する影響に特に焦点を当てた検討を行った。菱脳領域に発生する臓性遠心性ニューロン等(三叉神経、顔面神経、舌咽神経などの各神経核や三叉神経節などのニューロン)の位置や神経核の形態の解析を現在も継続して行っているところである。また、抗ラミニン、抗ジストログリカン抗体を用い、グリア性境界膜やその裏打ち構造に障害があるか否か、および直下の中枢神経系の発生障害との相関性についても検討している。
明治期図画手工教科書データベース構築に向けた総合的調査研究

本研究は、明治期の図画手工教科書に掲載された図様の画像データベースを構築し、web上での公開を通して、日本の近代化過程における美術教育の展開について包括的な理解を得られるようにすることを目指した。新たな様式である西洋画が普及する際、流通した部数の圧倒的な量から見て、教科書以上に影響力を持ったメディアはあるまい。その重要性を認めた収集家による目録が研究者のみに知られていたのに対し、本研究は複数の目録を統合した報告書の刊行とフリーワード検索が可能な画像データべースの試験的な公開により、明治期の日常生活で見られる事物や当時の美意識に触れるための貴重なイメージソースを、多くの人々に開かれたものとした。本研究は、明治期に刊行された図画手工教科書の全容解明と、その保存および活用に向けた総合的調査を目的とする。平成27年度には、まず明治期図画手工教科書の所蔵状況調査を実施した。総合目録の作成に向けて、私家版を含めた既存の目録や刊行記録等を収集し、記載されたデータを集成する作業を進めると同時に、研究代表者・分担者の所属機関が所蔵する資料について、デジタル画像データの作成に着手した。特に、研究分担者角田の企画による「没後100年五姓田義松最後の天才」展(神奈川県立歴史博物館主催)に関連し、五姓田派が関与した図画教科書に着目した。年度末の平成28年3月には、美術科教育学会の一般発表および美術教育史研究部会において、研究成果の報告を行った。明治期図画手工教科書の所在調査については未調査の機関等も残されているが、既存目録の整理と統合は順調に進んでいる。特に研究分担者金子により、明治19年から明治33年までの小学校検定教科書、それ以降の中学校検定教科書の発行状況が明らかにされたことは大きな前進であり、従来の断片的な情報では捉えきれなかった教科書群の全体像解明に向けた着実な成果と考えられる。デジタル画像データ作成については、人件費を要する組織的なデータ処理は次年度に持ち越して主に撮影用機材を充実させ、データ作成の仕様を慎重に検討中である。本研究の目的は、明治期に刊行された図画手工教科書の全容解明と、その保存および活用に向けた総合的調査を行うことである。多様性に富む明治期図画手工教科書の総体を詳らかにするべく、それらの総合的データベース構築に向けて目録の整備を進めるとともに、資料の一部についてはデジタル画像データ化を行い、試験的なデータベースの運用に取り組む。劣化が進行する資料の保存と活用に加え、図画工作・美術科教育の成立要因を多角的に捉え直す意義もある。平成28年度には前年度に引き続いて、研究代表者・分担者の所属機関が所蔵する資料についてデジタル画像データの作成および処理を進めた。明治前期から中期の初等教育用検定教科書と明治後期の国定教科書についての作業を継続するとともに、中等教育用教科書のデータ化にも着手した。また、これまでデジタル化が完了した画像データを体系的に整理しながら、データベース化した段階で得られる知見からどのような分析が可能となるか、また、どのような活用方法を見出せるか、研究代表者・分担者それぞれの観点から考察を深めた。さらに、美術教育史に関する国際比較研究に向けて、欧米の近代図画教育の方法論や教材等に関する情報収集を進めた。8月末から9月にかけてはカナダ、アメリカにおいて、ヨーロッパからイギリスを経由して北米に伝播した図画教科書に関する調査を行った。また、10月末には、ミュンヘンで開催された国際シンポジウムDrawing Education Worldwide! (主催:ミュンヘン美術史中央研究所、ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン)に研究代表者および分担者がパネリストとして招待され、発表を行った。平成29年3月末には美術科教育学会静岡大会において研究の進捗状況を報告するとともに、研究組織外の研究者に対して協力を依頼し、明治期図画手工教科書の活用に向けて具体的方策を講じた。明治期図画手工教科書の所在調査、研究代表者・分担者の所属機関が所蔵する資料についてのデジタル画像データ化は当初の計画以上に進展しており、総合目録の暫定版の作成もおおむね順調に進展している。国際比較研究に向けた研究者グループとの連携についても、国際シンポジウムへの参加を通して予想以上に充実させることができ、欧米の近代図画教育の方法論や教材等に関する情報収集も順調に進んでいる。蓄積された画像データに基づいた試験的な画像データベースの作成については、専門業者との契約を必要とするため次年度に持ち越した。しかし、年度末の学会発表等により研究組織外の美術教育研究者との連携協力の可能性が高まり、試験的に運用するデータベースのモニターとして活動してもらえることが期待できる状態となった。以上のような観点から、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。本研究は、図画工作・美術科教育の成立要因を多角的に捉え直すことを意図して、明治期図画手工教科書の総合的調査を実施し、その全容解明と資料の保存・活用を可能にする画像データベースの構築を試みるものである。今年度は、資料の所蔵調査と総合目録の暫定版作成を継続するとともに、研究代表者・分担者の所属機関が所蔵する資料を中心に、デジタル画像データを体系的に整理し、どのようなデータベースにするか、設計業者と具体的に検討を進めた。年度末の2018(平成30)年3月、その成果として「明治期図画手工教科書データベース(サンプル版)」(http://dista.ccsv.okayama-u.ac.jp)の公開を開始、「美術科教育学会第40回滋賀大会」における口頭発表でデモを行った(3月30日、於:滋賀大学)。

本データベースはフリーワード検索により、複数タイトルの教科書から同一モチーフの図を抽出し、一覧して比較できることに特徴がある。現在のデータ数は2300点余りであるが、1万点に及ぶ撮影済データから順次、収録件数を拡大する。これにより、複数の教科書間の引用関係や影響関係がおのずと明らかになるだろう。また、明治期の児童生徒の臨画作品について、手本となった教科書を探し出すことも容易となる。このほか、論考4編と資料編からなる報告書も刊行した(3月30日発行)。資料編には、教科書検定以前および検定を受けたものについて現在わかる限りのタイトルをリスト化した「明治期図画手工教科書目録」、12タイトルの影印版による「主要図画教科書図像総覧」を掲載した。遺憾ながら所蔵調査は未完了で、検定を受けていない画手本や画帖等を網羅できなかったことが反省点である。引き続き調査研究を進め、データベースの充実を図るだけでなく、資料群の存在をより多くの人々に伝えるべく、実物の展示やワークショップ開催にも取り組みたい。本研究は、明治期の図画手工教科書に掲載された図様の画像データベースを構築し、web上での公開を通して、日本の近代化過程における美術教育の展開について包括的な理解を得られるようにすることを目指した。新たな様式である西洋画が普及する際、流通した部数の圧倒的な量から見て、教科書以上に影響力を持ったメディアはあるまい。その重要性を認めた収集家による目録が研究者のみに知られていたのに対し、本研究は複数の目録を統合した報告書の刊行とフリーワード検索が可能な画像データべースの試験的な公開により、明治期の日常生活で見られる事物や当時の美意識に触れるための貴重なイメージソースを、多くの人々に開かれたものとした。引き続き、明治期図画手工教科書の所在調査とデジタル画像データ化を進める。これまで注目してきた明治前期の鉛筆画教科書だけでなく、明治中期の毛筆画教科書についても調査を進め、その多様性を明らかにしたい。さらに明治後期については、尋常小学・高等小学用国定教科書から中等教育用図画教科書、手工および用器画教科書までを視野にいれて作業を進める。画像データベースの設計についても具体的に検討を開始する。デジタル化を完了した画像データを体系的に整理し、試験的にモニターに配布して、明治期図画手工教科書を縦覧することで見えてくる美術教育史の課題や、美術教育の現場で画像データベースをイメージ・ソースとして活用する方法等を探る。ミュンヘンにおける図画教育史に関する国際シンポジウムへの参加は、当初の計画にはなかった展開であるが、この機会に研究交流を深め、美術教育史に関する国際共同研究の実施に向けて基盤を固めたい。平成29年度が最終年度となるため、明治期図画手工教科書についての所在調査と総合目録作成を終了し、画像データベースの試験的運用を開始する。
散逸系のパターン選択問題に現れるハミルトン構造

本研究では、勾配・歪勾配構造をもつ反応拡散方程式を調べた。この構造に注目すると、反応拡散方程式の定常解の安定性をハミルトン形式を利用して調べることができる。また、捕食者の休眠が被食者-捕食者系の個体群動態を安定化する効果をもつことを示した。「勾配・歪勾配系」とよばれる反応拡散方程式は、ハミルトン構造という解析力学の基本的形式を備えている。例えば、散逸系のパタ-ン形成の研究において代表的な方程式として広く知られているFitzHugh-Nagumo型の反応拡散方程式やSwift-Hohenberg方程式は勾配・歪勾配系であり、その分岐パタ-ンの研究においては、解析力学の方法論が適用できる。本研究では、勾配・歪勾配構造をもつ反応拡散方程式におけるパタ-ン選択問題に解析力学の方法論を用いて取り組む。また、これに関連する様々な問題にも取り組む。例えば、散逸系のパターン形成の研究において代表的な方程式として広く知られているFitzHugh-Nagumo型の反応拡散方程式やSwift-Hohenberg方程式は勾配・歪勾配系であり、その分岐パターンの研究においては、解析力学の方法論が適用できる。本年度は、研究のスタートとなる年度であり、周期係数の線形ハミルトン系に関する基本的な問題を調べた。本年度に得た主な研究結果は、周期係数の線形ハミルトン系の非退化multiplierの挙動を特徴づけるKreinの公式とよばれるものを、2重に退化したmultiplierの場合に拡張できたことである。これは、周期係数の線形ハミルトン系の定義するモノドロミー行列のシンプレクティック性を利用して導かれるものであり、非退化な場合と異なりデリケートな議論が必要である。この結果は、東北大学の柳田教授との共著論文として、Journal of Differentiall Equations 230(2006)pp.446-464において発表することができた。また、本年度は生態学の問題についても取り組んだ。ロトカ・ボルテラの捕食者-被食者モデルでは、被食者がロジスティック成長して捕食者がHolling II型の機能的反応を持つ場合、被食者の環境収容力が増加すると個体群ダイナミクスは不安定化することが知られている。すなわち、平衡点の局所安定性は失われ、安定な周期解が発生する。しかも、被食者の環境収容力が増加するにつれて周期解の振幅は増大し、非常に大きく変動するようになる。そのため、たまたま周期解が小さな値をとったとき、わずかな環境変動によって解の値が0になり絶滅が起きやすくなることが示唆される。この理論的な予測に基づいて、Rosenzweigは湖沼生態系における富栄養化の危険性を警告し、環境条件が良くなると絶滅が起きる可能性があるということから、この現象を「富栄養化の逆説」と呼んだ。この逆説を解消するための数理モデルを京都大学の仲澤氏、東京大学の霜田氏と共同で提案した。これは、京都大学数理解析研究所講究録に掲載されることが決定している。昨年度に引き続いて、勾配・歪勾配構造をもつ反応拡散方程式系の研究を行った。この構造をもつ反応拡散方程式は、ハミルトン構造という解析力学の基本的形式を備えている。例えば、FitzHugh-Nagumo型の反応拡散方程式やSwift-Hohenberg方程式は勾配・歪勾配系であり、その分岐パターンの研究においては、解析力学の方法論が適用できる。本年度は、これまでに得られた結果を整理して、それをAdvanced Studies in Pure Mathematics, vol. 47, pp. 635-646(2007)において発表した。とくに、勾配・歪勾配構造の概念の導入、エバンス関数と固有値問題の関係、空間周期定常解のエックハウス不安定性を解説した。また、本年度は環境科学の問題にも取り組んだ。近年、地球表面の大気や海洋の平均温度は上昇を示し、それに伴い海水面の上昇や降水量の変化が観測されている。実際、計測機器を使用した地球規模での気温の観測によると、地球表面の大気や海洋の平均温度は、1896年から1900年頃に比べて0.75°C暖かくなっている。この原因は人間の産業活動に伴って排出される二酸化炭素にある。この問題を静岡大学の本田氏、大阪大学の細田氏、京都大学の高橋氏と共同で考察し、時間遅れを含む微分方程式によるモデル化を行った。この方程式には周期解が現れる。その成果は京都大学数理解析研究所講究録に掲載されることが決定している。本研究の主要なテーマである、勾配・歪勾配構造をもっ反応拡散方程式系の研究を行った。本年度は、反応拡散方程式系に現れるチューリングパターンの波数選択の問題に取り組み、その結果をJapan Journal of Industrial and Applied Mathematics, vol.25,pp.281-303(2008)において発表した。また、新しい研究テーマを開拓するために、ショウジョウバエの中腸幹細胞系の増殖分化の問題を、神戸大学理学研究科の安達卓准教授と共同で考察した。

ショウジョウバエの中腸上皮の組織は、主に幹細胞、前駆細胞、内分泌細胞、吸収細胞の4種類の細胞からなり、それらはWntおよびNotchシグナルによって制御されている。Wntシグナルを活性化する細泡を実験的に特定し、幹細胞系に関する増殖分化のモデル方程式を提案して解析を行うことにより、この幹細胞系はある条件の下で定常的に維持されることがわかった。この結果をThe second China-Japan Colloquium of Mathematical Biology, August4-7,2008,Okayama Universityにおいて発表した。ロトカ・ボルテラの捕食者-被食者モデルでは、被食者がロジスティック成長して捕食者がHolling II型の機能的反応を持つ場合、被食者の環境収容力が増加すると個体群ダイナミクスは不安定化することが知られている。そのため、たまたま周期解が小さな値をとったとき、わずかな環境変動によって解の値が0になり絶滅が起きやすくなることが示唆される。この理論的な予測に基づいて、Rosenzweigは湖沼生態系における富栄養化の危険性を警告し、環境条件が良くなると絶滅が起きる可能性があるということから、この現象を「富栄養化の逆説」と呼んだ。この逆説を解消するためにロトカ・ボルテラの捕食者-被食者モデルを拡張した3変数の常微分方程式モデルを提案しJ.Math.Biol.58(2009)459-479において発表した。この研究は大阪大学基礎工学研究科の小川知之、京都大学生態学研究センターの仲澤剛史との共同研究である。また、このモデルにおいてmixed-mode振動やカオスのような複雑な解の挙動が観察されるパラメータ領域をAUTOとよばれる分岐解析ソフトウエアを用いて調べ、そのメカニズムを幾何学的特異摂動論にもとづいて明らかにした。これは、九州大学の千葉逸人との共同研究であり、Chaos19(2009)043121で発表した。以上の研究は「非線形性の生み出す複雑さ」という観点において、散逸系やハミルトン構造の研究と関連があるといえるだろう。