hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗原性強化弱毒サルマラリア生ワクチン開発に向けた研究

赤血球表面に発現している抗原の転写抑制が解除されているか否か、また、抗原性が強化されているか否かを検証する。1赤血球侵入能力の制御技術開発については、得られた組換え体についてヒト赤血球への侵入能力向上を定量的に評価する。2抗原性強化技術の検証・確立については、プラスミドのデザインを再検討し、PkSETvs-iKO原虫もしくはPkSETvsドメインKO原虫の作製を完了し、赤血球表面に発現している抗原の転写抑制が解除されるか否か、また、抗原性が強化されているか否かを検証する。遺伝子発現を調整する系による原虫を得ることができなかったため、当初予定していた条件下ノックダウンの影響評価を検討できなかった。発現調節用のプラスミドのデザインを変え、原虫リガンドおよびPkSETvsの条件下ノックダウン原虫を作製するためのプラスミド構築、原虫培養、原虫の遺伝子改変、タンパク質質発現解析等の分子細胞生物学解析を行うための試薬の購入に用いる。ヒト赤血球への侵入能力が強化されたP. knowlesi株の解析を行うための試薬に加え、発現調節用のプラスミドのデザインを変え、PkSETvs-iKOおよびPkSETvsドメインKOを作製するためのプラスミド構築、原虫培養、原虫の遺伝子改変、タンパク質発現解析等の分子細胞生物学解析を行うための試薬の購入に用いる。
ＤＮＡ二重鎖切断修復による挿入・欠失のゲノムへの蓄積特性の解析

ゲノム上に生じるDNA二重鎖切断と、その修復によって生じた挿入・欠失の発生率とそのゲノム配列依存性の特性を明らかにすることを目標として研究を行った。当初はゲノム中1カ所の特異的な配列をhoming endonucleaseで切断することを計画していたが、この方法ではある特定の配列上での変異の発生特性しか明らかにすることができない。そのためフリーラジカルを発生する薬剤、Bleomycin Sulfateを用いてゲノム全体にDNA二重鎖切断を導入し、ゲノム全体の配列決定を行い変異の検出、解析を行うことにした。これに伴い、導入された変異だけではなく、変異率と配列依存性を明らかにするためにDNA二重鎖切断自体の数と分布を明らかにする必要があり、その点について平行して実験系を作成し解析を行った。DNA二重鎖切断の数、分布については二本鎖DNAのアダプターを切断末端に結合する手法を改良して用いた。DNA二重鎖切断の数を明らかにするために、ゲノムの切断末端にライゲーションされたアダプターのみを定量的PCRで検出する手法の開発を目指した。しかしこの開発した方法では結果に再現性が得られず、DNA二重鎖切断の数を検出する方法として利用することができなかった。次にDNA二重鎖切断のゲノム全体での分布を明らかにするために、アダプターが結合したDNA末端付近の配列を次世代シーケンサで配列解析した。その結果、遺伝子領域と遺伝子間領域にDNA二重鎖切断の発生頻度に優位な違いを発見した。DNA二重鎖切断修復による変異を同定するために、集団中にごくわずかな変異を効率的に次世代シーケンサによって検出する実験系を新たに構築した。そこからBleomycin Sulfate処理による変異が酵母ゲノム上に約200個発見された。26年度が最終年度であるため、記入しない。ゲノム上に生じるDNA二重鎖切断と、その修復によって生じた挿入・欠失の発生率とそのゲノム配列依存性の特性を明らかにすることを目標として研究を行っている。この目的のために、フリーラジカルを発生する薬剤を用いてゲノム全体にDNA二重鎖切断を導入し、ゲノム全体の配列決定を行い変異の検出、解析を行う。そのため、1.細胞あたりのDNA二重鎖切断の数と分布を明らかにする、2. DNA二重鎖切断を導入した細胞に生じた変異を検出する、の2点について平行して研究を進めた。DNA二重鎖切断の数を明らかにするために、ゲノムの切断末端にライゲーションされたアダプターのみを定量的PCRで検出する手法を独自に開発した。この手法を用いてアダプターのコピー数を計測し、DNA二重鎖切断の数を定量した。次にDNA二重鎖切断のゲノム全体での分布を明らかにするために、アダプターが結合したDNA末端付近の配列を次世代シーケンサで網羅的に配列解析した。この結果これまでに細胞中で報告されていなかった、フリーラジカルによる染色体ゲノム上に生じるDNA二重鎖切断の不均一性を示唆する結果が得られた。DNA二重鎖切断修復による変異を同定するために、増殖の際や、処理前に集団中に含まれる変異を除く実験系を構築した。薬剤処理をしていない細胞を用いて、薬剤処理を行わない場合変異が検出されないことを確認した。さらに、細胞あたり数百のDNA二重鎖切断を導入する条件で細胞を処理し、生存した細胞12クローンの全ゲノム配列決定を行った。この実験からは同定された変異が非常に少なく、変異率を計算するまでには至らなかった。

研究課題の遂行に、複数の新規実験系の樹立が必要であり、各手法の設計、結果の検証に相応の時間がかかっている。DNA二重差切断を定性的、定量的に解析する実験系では再現性など検証できていない点も残るがデータが得られ始めている。変異の検出については検出手法の検証にとどまっており、DNA二重鎖切断のの導入条件について更に検討が必要となった。DNA二重鎖切断の特性解析では、データの検証をすすめ、新規実験系の提案として成果を論文として発表することを目指している。また、DNA二重鎖切断を定量的に解析できるようになったことを利用し、DNA二重鎖切断の導入手順を薬剤濃度と処理時間を中心に改良し、DNA二重鎖切断修復による変異の効率的な検出、定量を試みる。
生体素材,組織の構造・構成と力学特性に関する研究

1.収縮期におけるイヌ左心室の残留ひずみをスライス法により計測し,内膜側で圧縮,外膜側で引張の残留ひずみの存在を明らかにした.この結果を,残留応力を考慮した力学モデルに応用し,酸素消費量の分布と調和性の高い応力分布を得た.従来問題になっていた,内膜側の異常な応力集中を大幅に緩和した結果である.(阿部)2.ウシ大動脈由来の培養内皮細胞を用い,流れの方向が細胞の形態と細胞骨格構造に及ぼす影響について検討し,細胞が流れの方向性をも感知して形態を変化させることを明らかにした.さらに,細胞を疎な状態で培養すると細胞は流れに反応しないことを見いだした.(佐藤)3.骨の組織形成における機械的刺激の影響を探るため,骨芽細胞様細胞に機械的刺激を負荷し,細胞増殖率および骨芽細胞の活性が有意に高くなること,およびこの刺激がcAMP,cGMP,PGE_2セカンドメッセンジャー系へと伝達されていることを示した.(立石)4.コラーゲン分子の溶液中での会合による組織化をレオロジー的に調べ,会合と_PHとの関係を明らかにした.また,イヌの頚動脈と腹部大動脈について,血管の組織構造,組織要素が及ぼす力学特性の影響について明らかにした.(升田)5.興奮収縮連関の素過程の検討を通じて活性化パラメータの発展式を改良し,受動的特性や等尺性収縮時の変形特性のみならず,従来記述困難であった等張性収縮時の収縮量の時間変化を含む種々の条件下での心筋の挙動を記述できる心筋構成式モデルを定式化した.(村上)6.除負荷は細胞の代謝を介さず凍結処理膝蓋腱の超微細構造を速やかに変化させ,力学的特性を低下させた.一方,負荷は繊維芽細胞の活動を介して,除負荷によって低下した膝蓋腱の力学的特性を回復させた.こうして,代用材料としての自家移植腱は,生体内の力学的環境の影響を受け,旺盛なリモデリングを起こすことが証明された.(安田)1.酸素消費量が局所仕事に対応するものとし、それが壁厚方向に一様に分布する力学モでルの基本構成を、残留応力の存在を考慮することにより、呈示した。またイヌ摘出心による組織酸素分圧を計測するなど、モデルの傍証を開始した。(阿部)2.培養内皮細胞に流れのせん断応力を負荷することによって、細胞が硬くなるように力学的性質が変化した。これは、細胞の内部構造物である細胞骨格、特にマイクロフィラメントに依存していた。また、流れの方向性によって細胞の反応に変化がみられることが明らかとなった。(佐藤)3.細胞と材料との相互作用を細胞接着強度、細胞接着面積をパラメータとして評価したところ、細胞接着因子をコーティングしたアルミナに初期接着した線維芽細胞はアルミナに初期接着した線維芽細胞に比べ、細胞接着強度は約5倍、初期接着面積は約3倍という有意な差がみられた。(立石)4.PVAゲル、アルギン酸、ポリウレタン、コラーゲン等の生体関連材料の力学的性質を測定し、生体素材の力学的性質を明らかにした。また低せん断レオメータおよび生体用力学測定装置を製作し、コラーゲン分子の配向と組織化および血管の力学物性の測定に着手した。(升田)5.心筋を心筋線維と間質からなる複合材料と考え、非圧縮性、横等方性、等尺性張力のひずみ速度依存性ならびに活動レベル依存性等を仮定して、心臓の有限要素法解析に使用できる速度形の力学的構成式を定式化した。その結果、弛緩期だけでなく収縮期の挙動をも記述できる可能性をえた。(村上)6.移植されたコラーゲン性代用材料のモデルである家兎の凍結処理膝蓋腱に対して、定量的負荷軽減を行う新しい実験方法を開発した。その結果、移植されたコラーゲン性代用材料は、負荷の減少という力学的環境の変化に対して、引張強度および弾性係数の低下と断面積の増加という適応を行うことがわかった。(安田)1.イヌ左心室をバリウム含有溶液で潅流することにより収縮期に近い心停止状態とした.この状態で薄い心室横断切片を作り,左室自由壁切断前後での切片表面のマーカの変位から残留ひずみの計測を試みた.その結果,心内膜側においては円周方向に圧縮,半径方向に引張の残留ひずみが認められた.(阿部)2.ウシ大動脈由来の培養内皮細胞を用い,流れの方向が細胞の形態と細胞骨格構造に及ぼす影響について検討した.流れを対向的に加えた場合には,一方向のみに流れの加えた場合に比べて細胞の反応は弱く,細胞の流れの方向性をも感知していることが予想された.(佐藤)3.骨芽細胞の骨形成能の一つの指標である細胞内のアルカリ性ホスファターゼ活性を定量して,高重力が細胞活性に及ぼす影響を検討した.高重力負荷によりこの活性が有意に上昇し,高重力の刺激が骨芽細胞様細胞の細胞活性に影響していることを示した.(立石)4.PVAゲルの膨潤と力学緩和,ポリウレタンフィルム,イヌの動脈の一軸および二軸伸長変形下における力学的性質を測定し,生体モデル物質と生体組織の力学特性の相違点を明らかにした.また,脈動応力下における血管の変形挙動を解析するシステムを構築した.(升田)5.心筋の能動・受動的状態をともに記述する構成式を興奮収縮連関を考慮に入れて定式化し,等尺・等張性収縮実験,Ca^<2+

>濃度変化と関連した心変力作用の特徴を記述した.このモデルを心臓左心室の有限要素シミュレーションに組込み,心周期の解析が可能となった.(村上)6.完全および部分的除負荷により凍結処理膝蓋腱の力学特性は低下した.この効果は非細胞成分によることを明らかにした.完全除負荷後に再負荷をした実験では,除負荷の期間が3週間以内の短期間の場合には力学特性は一定の値をとったが,長期間になると低下した.(安田)1.収縮期におけるイヌ左心室の残留ひずみをスライス法により計測し,内膜側で圧縮,外膜側で引張の残留ひずみの存在を明らかにした.この結果を,残留応力を考慮した力学モデルに応用し,酸素消費量の分布と調和性の高い応力分布を得た.従来問題になっていた,内膜側の異常な応力集中を大幅に緩和した結果である.(阿部)2.ウシ大動脈由来の培養内皮細胞を用い,流れの方向が細胞の形態と細胞骨格構造に及ぼす影響について検討し,細胞が流れの方向性をも感知して形態を変化させることを明らかにした.さらに,細胞を疎な状態で培養すると細胞は流れに反応しないことを見いだした.(佐藤)3.骨の組織形成における機械的刺激の影響を探るため,骨芽細胞様細胞に機械的刺激を負荷し,細胞増殖率および骨芽細胞の活性が有意に高くなること,およびこの刺激がcAMP,cGMP,PGE_2セカンドメッセンジャー系へと伝達されていることを示した.(立石)4.コラーゲン分子の溶液中での会合による組織化をレオロジー的に調べ,会合と_PHとの関係を明らかにした.また,イヌの頚動脈と腹部大動脈について,血管の組織構造,組織要素が及ぼす力学特性の影響について明らかにした.(升田)5.興奮収縮連関の素過程の検討を通じて活性化パラメータの発展式を改良し,受動的特性や等尺性収縮時の変形特性のみならず,従来記述困難であった等張性収縮時の収縮量の時間変化を含む種々の条件下での心筋の挙動を記述できる心筋構成式モデルを定式化した.(村上)6.除負荷は細胞の代謝を介さず凍結処理膝蓋腱の超微細構造を速やかに変化させ,力学的特性を低下させた.一方,負荷は繊維芽細胞の活動を介して,除負荷によって低下した膝蓋腱の力学的特性を回復させた.こうして,代用材料としての自家移植腱は,生体内の力学的環境の影響を受け,旺盛なリモデリングを起こすことが証明された.(安田)
遺伝子増幅法(PCR)による胆道閉鎖症の病固解明の試み

胆道閉鎖症初回根治手術時生検肝組織11例、同じく根治手術時摘出肝外胆管3例、肝十二指腸靭帯内リンパ節3例を対象として用いた。対照として地疾患で開腹生検を施行し肝私見切除を要した患児(神経芽細胞腫、小児肝癌等)の肝組織を用いた。まずレオ3型ビールスを培養し、それよりRNAを抽出し、逆転写酵素を用いてcDNAを合成した。次にレオ3型ビールスに特異的なprimerをcomputer解析により決定した。さらにこのprimerを用いてPCR法にて目的とするDNAを増幅し、その特異性を確認し、感受性について検討した。充分な特異性、感受性が得られたことを確認の後、上記方法を用いて本症患児より採取された対象組織につきレオ3型ビールスの検出を試みた。なお対照例についても上記と同様な操作を行なった。Primer1とPrimer2を用いたrepeated PCR法による胆道閉鎖症患児生検肝組織、肝外胆管ならびに肝十二指腸靭帯内リンパ節よりレオ3型ビールスRNA検出の結果は、Table1のごとく目的とする増幅反応物は検出されなかった。まとめると胆道閉鎖症患児の肝、肝外胆管、肝十二指腸靭帯内リンパ節を対象として、PCR法を用いてレオ3型ビールス核酸の検出を行なったが、上記対象いずれにもそれを検出することはできなかった。従って本症の病因としてレオ3型ビールス感染は否定的と思われる。まずレオ3型ウイルスを培養し,それよりRNAを抽出し,逆転写酵素を用いてcDNAを合成した。次にレオ3型ウイルスに特異的なPRIMERをCOMPUTER解析により決定した。さらにこのPRIMERを用いてPCR法にて目的とするDNAを増幅し,その特異性を確認し,感受性について検討した。充分な特異性,感受性がえられたことを確認の後,上記方法を用いて本症患児より術中に採取された組織を用いて,レオ3型ウイルスの検出の試みを開始した。術中採取の組織としてはいまのところ肝,肝外胆管,肝十二指腸間膜内のリンパ節などであるが,PILOTSTUDYの域を出ない胆〓〓においては,レオ3型ウイルスの検出はなされていない。当然他疾患コントロ-ル検体での検索も必要と考えている。又今後は検索数を増やすと同時に,PRIMERも単一のものでなく複数にして試みる必要もあるであろうし,さらにPCR法の感度を上げる意味において,検討の余地が残されているものと考える。先年度の研究準備状況、パイロットスタディの結果をうけ、さらに研究を進め以下の結果を得た。1.胆道閉鎖症例初回根治術時生検肝組織八例、肝外胆管3例、肝十二指腸靭帯リンパ節3例について検出を試みたが、いずれもレオ3型ウイルスは我々の方法では確認できなかった。2.再根治例肝組織7例についても、いずれも検出できなかった。3.肝疾患を伴わない患児生検肝組織8例についても検索を行ったが、いずれも検出できなかった。今回我々は、単一のプライマーを用いて検索を行なったが、上記のごとくレオ3型ウイルスRNAは検出できなかった。特異性という点を考慮し、さらに複数のプライマーを用いた検索が必要であろう。しかし現時点での結論として、胆道閉鎖症の病因としてレオ3型ウイルス感染は考えにくいものと考えた。
病院感染対策の実施状況と規定要因に関する日英比較研究

日本と英国の大学病院のクリティカルケア領域、外科病棟、内科病棟に勤務する看護師の医療関連感染防止の実態とその課題を明らかにすることを目的に、自記式質問紙を用いた量的調査を行った。知識だけでは実践には結びつかず、態度が実践に結びつく重要な因子であると考えられた。90%以上の看護師が感染対策に関する研修に参加しており、一般的な感染予防知識の普及はされつつあり、専任看護師の配置が態度、実践に影響しており意義は大きいことが示唆された。さらに態度から行動変化に至るまでに、態度・実践にリンクするような手法を用いた教育プログラムの開発と実施が急務であることが示唆された。本研究は、日本と英国の大学病院のクリティカルケア領域、手術室、外科領域に勤務する看護師の医療関連感染防止に対する知識・技術・態度とその規定要因を分析し、調査を実施する日本と英国の結果比較を通して両国の看護師に影響する規定要因の違いを比較し、感染予防対策教育プログラムを構築することを目的としている。平成24年度は昨年度に作成した調査用紙のパイロットスタディの実施、調査用紙の修正、最終調査の実施を主におこなった。1)パイロットスタディの実施、調査用紙の修正印刷:日本、英国ともにパイロットスタディを実施し、調査内容の修正を行った。2)調査の実施日本:昨年度作成した調査用紙を印刷し、大学病院医療情報ネットワークに登録されている医学部附属大学病院123施設のうち協力の得られた42施設に対し1500部の調査用紙を配布した。592部の回答が得られ(H25年4月22日現在)、これからデータ入力分析を実施する予定である。英国:デ・モントフォート大学倫理委員会へ申請し、平成25年7月に調査実施できるよう病院と調整中である。調査はオンラインで実施する準備をすすめている。本研究は、日本と英国の大学病院のクリティカルケア領域、手術室、外科領域に勤務する看護師の医療関連感染防止に対する知識・技術・態度とその規定要因を分析し、調査を実施する日本と英国の結果比較を通じて両国の看護師に影響する規定要因の違いを比較し感染予防対策教育プログラムを構築することを目的としている。平成25年度の実施内容を以下に示す。日本:調査用紙を用いて、大学病院医療情報ネットワークに登録されている医学部附属病院123施設のうち、協力の得られた42施設に対し1500部の調査用紙を配布し、有効回答が得られた632名の結果について統計学的手法を用いた分析をおこなった。結果、態度得点と実践得点に中程度の関連性があり、知識だけでは実践に結びつかず、態度は実践に結びつく重要な因子であると考えられた。90%以上の看護師が感染対策に関する研修に参加しており、一般的な知識の普及はされつつあることが示唆された。知識があり、重要だと認識しているにも関わらずゴーグルの着用の実施率が51.6%と低い。着用しやすい形状を選択し、適切な場所へ配置するなどの取り組みが必要となる。さらに知識得点が低かった接触感染予防策と静脈留置カテーテル管理は、態度や実践率も低い。医療関連感染の原因菌の多くは接触感染する耐性菌であること、血流感染は重篤な感染症に至るため、態度・実践にリンクするような教育介入が急務である。専任の感染管理担当看護師の存在は、態度得点と関連があり、専任看護師の配置の意義は大きい。さらに態度から行動変化に至るまでに、これら看護師がどのようなサポートを行うかも重要であるということが考察された。英国:調査票をオンラインで実施するよう、フォーマットの修正を行った。病院の感染対策チームから了承が得られ、デモントフォード大学から倫理審査の結果を待っている。(海外協力研究者)日本と英国の大学病院のクリティカルケア領域、外科病棟、内科病棟に勤務する看護師の医療関連感染防止の実態とその課題を明らかにすることを目的に、自記式質問紙を用いた量的調査を行った。平成23年度の実施内容は、主に以下の3つである。英国の倫理審査にて承認が得られ次第、調査を開始する予定である。1.質問紙(日本語、英語)作成:海外協力研究者のスーパーバイズを受けて作成した。文献レビュー、英国の看護の実態を病院見学を通して行い、質問項目の妥当性を検討した。日本における感染教育の貢献に寄与するため、質問項目に「標準予防策」「創傷ケア」「ドレーン管理」「静脈カテーテル管理」等の知識、技術について、さらに教育背景を反映させた。現在、作成した質問紙を印刷し、配布準備を行っている。2.調査対象の検討:日本、英国の大学病院の手術室・集中治療室・救命部門に勤務する看護師2,000人程度(日英1,000人ずつ)を対象とする。

抽出方法については、日本では大学病院医療情報ネットワークに登録されている、医学部附属病院・研究所附属病院に勤務する看護師とし、英国はUniversity Hospitals of Leicester 3病院に勤務する看護師とする。調査方法は、対象病院の院長および看護部長宛てに、本研究に関する研究計画、調査用紙を送付し、研究協力の得られた施設の看護師に、研究協力依頼書、調査用紙を別添でつけ、同意する意思のある場合のみ返送を依頼することとした。3.本学研究審査会の申請(日本)本学の研究倫理委員会への申請をおこない、承認された。「順看倫第23-28号」(英国)デ・モントフォート大学の研究倫理委員会へ申請書類作成し、申請中である(海外協力研究者)本研究は、日本と英国の大学病院のクリティカルケア領域、外科病棟、内科病棟に勤務する看護師の医療関連感染防止に対する知識・技術・態度とその規程要因を分析し、調査を実施した日本と英国の結果比較を通じて、両国の看護師に影響する規程要因の違いを比較し感染予防対策プログラムを構築することを目的とした。日本、英国の倫理審査にて承認が得られ、調査を実施した。日本の大学病院のクリティカルケア領域、外科病棟、内科病棟に勤務する看護師1,500人、英国の大学病院の看護師1000名を対象に、医療関連感染防止対策の実態調査(知識・技術・態度)を実施した。調査内容は、基本属性およびCDCガイドラインの内容を踏まえて研究協力者とともに独自に作成した。知識得点は正答数、態度、実践は5段階リッカート尺度を用いて点数化し、それぞれ統計学的手法を用いて分析を行った。調査の結果、正しい知識があっても実践に結びついていないことが明らかになった。90%以上の看護師が感染対策に関する研修に参加しており、一般的な知識の普及はされつつあることが示唆された。また、専任の感染管理担当看護師の存在は態度得点と関連があり、態度が実践に結びつく重要な因子であることから、専任看護師の配置の意義は大きいと考える。また知識得点の低い接触予防対策が必要な患者への隔離予防策と静脈留置カテーテル管理は、態度や実践率も低かった。医療関連感染の原因菌のほとんどが接触感染する耐性菌であること、血流感染は重篤な感染症に至るため、態度・実践にリンクするような手法を用いた教育が急務であることが示唆された。さらに易感染のハイリスク患者を対象とするクリティカルケア領域に所属する看護師の感染対策実施状況は、内科病棟と比べて有意に低かったことから、その原因の究明と対策の必要性が示唆された。感染看護英国での調査が、病院での感染症流行時期と重なり、施設での協力が困難な状況であった。感染症の流行が終息した現在、実施時期について改めて調整中である。英国での調査も質問紙での実施で準備をすすめていたが、対象施設からの依頼によりWeb調査への様式を変更があり、その調整に時間をした。その後、英国では冬季のインフルエンザやノロウイルス感染症による感染症流行時期になり調印が多忙で調査が困難であるという理由から調査が延期されていた。以上かっら英国における調査とその結果集計、分析が遅延している。
ハイブリッド触媒系による拡張π共役分子の迅速合成法の開発

拡張π共役有機化合物は、その特異な電子的・光学的性質から、有機材料の分野において幅広く応用が期待されている。しかしながら、既存の合成方法および効率の観点から見ると実用レベルに達している例は非常に少なく、アクセス可能な分子骨格についても未だに大きな制限がある。したがって、拡張π共役化合物を扱う様々な分野においてブレークスルーをもたらすには、新たな分子設計と革新的な高効率合成法の開発が急務である。申請者らは近年、遷移金属錯体を触媒とした新規反応の開発により、従来法ではアクセスできない新しい拡張π共役化合物の効率的合成に成功している。しかし、これまで用いてきた反応単独では合成できる化合物の構造に制約があり、さらなる発展には新たな切り口による飛躍が必要である。このような背景のもと、本年度における研究ではとくに、申請者らが近年開発した新たな拡張π共役分子構築法である「縫合反応」を、それに引き続くアルケンの異性化反応と組み合わせることにより、従来法ではアクセスが困難であった、多様な置換パターンのフルオレン誘導体を温和な条件下、容易にかつ高効率で合成する手法の開発に成功した。フルオレン類は発光性あるいは導電性有機材料の母骨格としての利用が期待されているが、その多くが分子内環化反応を鍵段階とした逐次反応によって骨格構築がなされており、それぞれが調製容易な2分子間での効率的なフルオレン骨格の構築が可能となる本合成手法は、当該分野に大きな進歩をもたらす成果であると言える。反応開発が比較的順調に進んだため、概ね当初の予定に沿って研究を遂行することができた。2018年度の進捗を踏まえ、2019年度はとくに、これまで2段階の連続反応を逐次的に行っていたプロセスをハイブリッド化すること、および、このコンセプトを他の有用な拡張π共役分子の効率的合成法に適応・展開することを中心に取り組む予定である。
廃棄物・水・空気による循環型排煙脱硫プロセス

酸化カルシウム,窒化アルミニウム,硫酸水溶液を原料として、80°C・48時間の加熱処理によりエトリンガイト単相を合成できることを明らかにした。また、合成したエトリンガイトを200°Cで加熱処理することによりフッ素の高度処理が可能であることがわかった。実還元スラグ、実アルミニウムドロス残灰、硫酸水溶液を原料としてもエトリンガイトを合成可能であることを明らかにしたが、pHの調整が適宜必要であることがわかった。シンプルなプロセスで難処理性の還元スラグとアルミニウムドロスを本提案プロセスにて有効利用できる可能性は高く、排煙脱硫プロセスなど硫酸酸性雰囲気における副生物リサイクル技術としても展開できる。転炉および電気炉から年間約1400万トン発生する製鋼スラグは、未反応CaOに起因する膨張やアルカリ水溶出などから、高炉スラグと比較してその有効利用が困難である。本研究では、製鋼スラグをアルミニウム産業から年間数十万トン規模で排出されるアルミニウムドロス残灰と同時に排煙脱硫システムにて原料として利用し、合成物質としてエトリンガイト(Ca6Al2(SO4)3(OH)12・26H2O)を製造するプロセスを提案する。エトリンガイトを65°C以上で加熱して脱水したメタエトリンガイトは、優れた水質浄化性能を有することが明らかになっており、消石灰に代わる高度水処理材料として注目される機能性物質である。本研究では、製鋼スラグとアルミニウムドロス残灰を排煙脱硫プロセスに投入するシステムを想定し、両廃棄物の主成分であるCaOとAlNを硫酸水溶液中で反応させエトリンガイトを合成する基礎反応について実験的かつ化学平衡論的に検討した。CaOおよびAlN粉末を80°C硫酸水溶液にて9時間反応させたときの固体回収物のXRDパターンは全てエトリンガイトのピークと一致した。また固体回収時の溶液のpHは11.5であった。化学平衡論的な解析ではCaCO3およびCa(OH)2がエトリンガイトよりも安定であると予想されたが、CaO、AlN、硫酸水溶液を原料としてpHをアルカリ性にシフトさせつつエトリンガイトを単相で合成できることを明らかにした。またAlN由来のアンモニア共存下においてもエトリンガイトを合成可能であることがわかった。またアルミニウムドロス残灰を排煙脱硫システムで単独利用し、残灰中のメタルおよび窒化物と排煙中の硫黄を固定する基礎反応についても実験的かつ平衡論的に検討し、硫酸アルミニウム塩として固定化可能であることを明らかにした。想定したシステムにおける基礎反応がおおむね順調に起こることが基礎実験により明らかになった。また目的物質であるエトリンガイトは単相で回収可能であることがわかり、実廃棄物を用いた場合も高純度に回収できる可能性がある。研究代表者のネットワークにより鉄鋼メーカーおよびドロス処理メーカーから最新の各廃棄物に関する情報が得られており、また各業界からの関心度が非常に高いことを確認している。転炉および電気炉から年間約1400万トン発生する製鋼スラグ(脱硫スラグなど)は、未反応CaOに起因する膨張やアルカリ水溶出などから、高炉スラグと比較してその有効利用が困難である。本研究では、製鋼スラグの新リサイクルプロセスとして、アルミニウム産業から年間数十万トン規模で排出されるアルミニウムドロス残灰を同時に利用したエトリンガイトの合成を提案した。本研究では、製鋼スラグとアルミニウムドロス残灰を硫酸水溶液中で反応させエトリンガイトを合成することを目的とし、基礎反応について実験的かつ化学平衡論的に検討した。そこでは、酸化カルシウム,窒化アルミニウム,硫酸水溶液を原料として、80°C・48時間の加熱処理によりエトリンガイト単相を合成できることを明らかにした。また、合成したエトリンガイトを200°Cで加熱処理することによりフッ素の高度処理が可能であることを明らかにした。また、実還元スラグ、実アルミニウムドロス残灰、硫酸水溶液を原料としてもエトリンガイトを合成可能であることを明らかにしたが、pHの調整が適宜必要であることがわかった。シンプルなプロセスで難処理性の還元スラグとアルミニウムドロスを提案プロセスにて有効利用できる可能性は高い。構造材料としてのエトリンガイト利用価値が高まれば大量のスラグドロスを処理可能となり、排煙脱硫プロセスなど硫酸酸性雰囲気における副生物リサイクル技術としても展開できる。実スラグおよび実ドロスを用いたエトリンガイト合成試験を行う。既に実廃棄物については入手しており、現在は合成試験のための各廃棄物の分析データを収集している。また、想定通りにエトリンガイトが実廃棄物から合成できた場合、合成したエトリンガイトの水質浄化剤特性として、フッ素の除去性能をを試験する予定である。

うまく合成できなかった場合は原料の前処理としてボールミルによる粉砕や溶液pHの強制的な調整などにより改善を行うことで対応できると予想している。環境化学工学協力を依頼した企業から所望するサンプルを順調に調達でき、模擬試料を作成するために考慮したサンプル準備費および分析費分の当該助成金が生じた。本研究の提案プロセスを実証するための試験装置について、より詳細なデータを測定するための電極類や分析費用に充てる計画である。また、成果発表の旅費および論文投稿の費用とする。
ナノ結晶粒の協調運動による形態の形成

泡、細胞、ナノ結晶セラミックスなど、セル構造の集合体の協調運動による変形に共通する力学的原理を探究することを目的として、ナノ結晶セラミックスの協調運動による形態形成の特徴を調べ、これにより得られる新しい知見に基づいて3次元的幾何学モデルをコンピュータ上に構築して、形態形成の予測・制御の可能性を検討した。1)ナノ結晶セラミックスの協調運動による形態形成の特徴を解明するために適したモデル材料として、3mol%203安定化正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)を選定し、その高温変形挙動、粒界偏析との関係、単結晶の変形との関連を調べた。正方晶ジルコニア単結晶の降伏応力の大きさより、粒内転位による変形は超塑性に大きな寄与をなしえないことを示した。2)微細粒多結晶体の高温変形における普遍的な現象としての「超塑性」の本質を探るため、3次元シミュレーションを行い、結晶粒のダイナミックな運動と形態の変化を調べた。粒界すべりによる変形を再現するとともに、粒子スイッチングが結晶粒同士の接触の形成と分離のプロセスであることを明確にした。3)粒界が形成する3次元ネットワーク構造のトポロジー変化は結晶粒の相互運動によって生じるだけでなく、曲率に駆動された粒界の運動(粒界移動)による粒成長においておこる。粒成長の決定論的な3次元粒界シミュレーションを行い、任意の初期構造から出発しても遷移期の後、定常的な粒界構造に到達すること、粒成長速度に関するvon Neumann-Mullins則、隣接粒子のトポロジーに関するAboav-Weaire則が成立することを示した。さらに、「生き残った粒子」の統計に基づく粒成長概念に対して、「消失する粒子」の統計に基づく粒成長概念の再定式化を提唱した。泡、細胞、ナノ結晶セラミックスなど、セル構造の集合体の協調運動による変形に共通する幾何学的原理を探求することを目的として、ナノ結晶セラミックスの協調運動による形態形成の特徴を解明するための研究を、実験とシミュレーションの両面から進め、大きな進歩が得られた。1)モデル材料系平成10年度は平均粒径が200nmである3mol%Y203-安定化正方晶ジルコニアを対象とし、粒界すべりにおける粒界ダイナミクスを観察した。高温で粒界エネルギーを駆動力とする粒界運動による粒子の消失過程を調べるため、粒成長を観察し、粒径と時間との間に成立する3乗則を確認した。粒界すベりによる巨大変形が粒界移動を促進することによる粒界運動の影響を見るために、変形に誘起された粒成長を調べ、粒径の対数と真ひずみとの間に成立する比例関係を確認した。さらに、巨視的な変形による粒子形態変化が粒界エネルギーに駆動された粒子形状の回復モデルと定量的な一致することを示した。また、より微細なナノ結晶材料を創製する手法について検討した。2)粒界ダイナミクスのメゾスコピックシミュレーション微細粒多結晶体の高温変形における普遍的な現象としての「超塑性現象」の本質を探るために仮想物質の超塑性の3次元シミュレーションを行い、結晶粒のダイナミックな運動と形態の変化を調べた。粒界すべりによる変形を再現するとともに、粒子スイッチングが、結晶粒同士の接触の形成と分離のプロセスであることを明確に示した。また、超塑性における結晶粒の重心の運動は液体中の分子の運動と類似し、アモルファス固体の粘性流動につながることが示唆された泡、細胞、ナノ結晶セラミックスなど、セル構造の集合体の協調運動による変形に共通する力学的原理を探求することを目的として、ナノ結晶セラミックスの協調運動による形態形成の特徴を調べるとともに、3次元的幾何学モデルをコンピュータ上に構築することを検討し、下記の結果が得られた。

1)モデル材料系前年度に引き続き平成11年度はジルコニア多結晶体を対象とし、イットリア固溶濃度がより低い正方晶ジルコニアを熱間静水圧成形により緻密化し、極めて微細な材料を合成することに成功した。この微細材料に対して、粒界すべりによる変形挙動と、高温で粒界エネルギーを駆動力とする粒界運動による粒子の消失過程、すなわち、粒成長を調べた。この材料では、1200°C程度の低温でも著しい粒成長がおこった。粒径と時間との間には3乗則は成立しなかった。さらに、高温変形において、ある種の降伏現象を見出した。2)粒界ダイナミクスのメゾスコピックシミュレーション微細粒多結晶体の粒界が形成する3次元ネットワーク構造のトポロジー変化に関して、粒界移動による粒成長における3次元モデルを構築した。粒界エネルギー、移動度は等方的であるとした。任意の初期構造から出発しても、遷移期の後、定常的な粒界構造に到達した。定常構造が維持される領域で粒径は二乗則に従った。粒成長速度に関するvon Neumann-Mullins則はより一般的であり、遷移期、定常期においても成立した。3次元に拡張された粒径と粒子の面数に関するPerimeter則と隣接粒のトポロジーに関するAboav-Weaire則も遷移期、定常期において成立した。泡、細胞、ナノ結晶セラミックスなど、セル構造の集合体の協調運動による変形に共通する力学的原理を探求することを目的として、ナノ結晶セラミックスの協調運動による形態形成の特徴を調べるとともに、3次元的幾何学モデルをコンピュータ上に構築することを検討し、下記の結果が得られた。1)モデル材料系前年度に引き続き平成12年度もジルコニア多結晶体を対象とし、イットリアを固溶しない単斜晶ジルコニアを熱間静水圧成形により完全に緻密化し、モデル材料を作成した。この材料は高温で相転移し、高温試験温度では正方晶ジルコニア多結晶体(TZP)となった。イットリアを固溶した材料(Y-TZP)に比べて、TZPの粒成長速度は極めて速く、粗大化した。TZPは1350°Cでみかけの降伏現象を示し、微細粒Y-TZPの超塑性とは異なる挙動を示した。このみかけの降伏現象は、試験片側面付近に生じたキャビティによるもので、熱処理により粗大化したY-TZPでも観察された。2)粒界ダイナミクスのメゾスコピックシミュレーション微細粒多結晶体の粒界が形成する3次元ネットワーク構造のトポロジー変化のモードを解析した。曲率に駆動された粒界運動にもとづく決定論的な3次元シミュレーションにより粒成長による組織形成プロセスの素過程を解析した。最隣接粒子数fの増減が面生成スイッチングと面消失スイッチングによるものであり、正常粒成長の定常構造における面数分布は粒子スイッチングと粒子消滅のダイナミクスのバランスで決定されることを示した。さらに、粒子が不規則に配列した系の超塑性的変形における3次元トポロジー変化を解析した。結晶粒が等軸形状を維持するためには、単位せん断ひずみあたり、一定の面生成スイッチングと面消失スイッチングが必要で、これに満たない場合、アスペクト比が増加することを示した。
随意運動の神経回路モデルとロボット制御への応用

随意運動を行うために、脳が解くべき問題は、(1)運動軌道の作業座標上での計画、(2)作業座標の身体座標への変換、(3)目標実現に必要なトルクの計算、(4)運動の制御である。この中、本研究では、手先の移動という運動を対象に(1)から(4)を直接解く問題を扱った。すなわち、手先の移動は、関節に与えるトルクの時間変化を最小にするような軌道に沿って行われるとして、そのために必要な最適のトルクを計算する神経回路モデルを提案し、それによる三関節マニピュレ-タの制御成績を検討した。なお、生体では、拮抗する一対の筋肉によってトルクは生成されているので、筋張力の時間変化を最小にするという基準にも拡張可能なモデルとしている。神経回路モデルによる最適軌道生成の手順は二段階に分けられる。(1)制御対象の順ダイナミクスを、学習によって神経回路内に獲得する。三層神経回路と制御対象とに共通の入力を与え、二つの出力が等しくなるように神経回路の層間の結合係数をバックプロパゲ-ション法によって修正する。(2)順ダイナミクスを学習した神経回路の出力に目標軌道を教示し、その誤差を入力として神経回路にフィ-ドバックし、同時に入力層の神経細胞間の電気的結合を活性化すると、入力層からの信号は、トルク変化最小の基準を満たす制御信号を生成する。本研究によって、(1)トルク変化最小という規範が、生体の手先の運動を、単純な自由運動のみならず、経由点を指定した場合、障害物の回避が必要な場合などを含めて、よく説明出来ること、(2)上記神経回路モデルが、トルク変化最小軌道をうまく生成できることが明かにされた。さらに、カスケ-ド型神経回路モデル、逆ダイナミクスモデルによる軌道生成や、把持運動への拡張が検討された。ヒトが手先をある位置から他の位置へ動かすときの軌道は無数に存在する.われわれは,その中から一つの軌道を選んでいるわけであるが,選択された軌道は,何等かの意味で最適になっていると考えられる.MITのグループは,すでに,手先の運動の加速度の時間変化率が最小になる軌道が選択されているというモデルを提案していた.これを躍度最小モデルという.これに対し,われわれは,より適用範囲の広いトルク変化最小モデルを提案した.これは,関節に与えられるトルクの時間変化が最小になるように軌道が選ばれるするものである.このような評価基準を満足する軌道を解析的に求めることは困難で,繰り返し探索で正解に達する広義ニュートン法を導入した.この結果は,躍度最小モデルでは説明出来なかった(1)腕の大きな運動, (2)経由点を指定した運動, (3)バネに抗しての運動などの実験結果ともよい一致を示した.なお,この探索法は制御対象のダイナミクスが未知でも最適軌道が決定できる故,ロボット制御にも応用できると考えられる.次の段階として,神経回路モデルによる最適軌道の決定と制御の問題をとりあげた.まず,四層構造の神経回路モデルの中に,制御対象の順システムの内部モデルを逆伝播学習法によって形成する.次に,順システムの出力が目標値と一致するように入力側でのトルクを修正するという方法を計算機シミュレーションによって検討した.その結果,トルク変化最小軌道の生成の可能なことが示された.神経系の高次機能は、シナプスの伝達効率の可塑的変化によって獲得されると考えられている。この考えを、人間が生後、訓練によって運動の熟達する過定にあてはめ、その神経回路モデルに焦点をあてて研究を進めてきた。随意運動は、(1)運動の目標の設定(2)作業空間での目標軌道の決定(3)身体空間での目標の決,定(4)目標実現に必要なトルクの計算

(5)運動の制御の五つの段階に分けて考えることが出来る。今年度は(2)と(4)の過程に関連して、トルク変化最小という基準での最適軌道を生成する神経回路モデルの研究を行った。神経回路は4層構造をなしている。まず、この神経回路のなかに制御対象の順システムを形成する。そのためには、制御対象と神経回路の両方に適当な訓練用の運動指令(トルク)を共通に与え、それぞれの出力を比較する。その差が0になるように神経回路内のシナプスの結合係数を誤差逆伝播学習則によって修正する。その結果、順システムの内部モデルが出来あがる。次に、このようにして形成された内部モデルを使って最適軌道を生成する。そのために、第1層からの入力と制御対象からの出力は完全に遮断する。その代わりに、出力層の最下端の細胞の出力と最終目標位置とを比較し、その差を第2層の細胞列の入力として与える。また、第2層の細胞間には電気的結合を与える。その結果、細胞間には互いの出力の差が最小になるような相互作用が働く。第2層の出力はトルクであり、これはトルク変化を最小にすることに相当する。神経回路全体としての働きを解析すると、トルク変化を最小にしながら、最終的には、目標点に手先をもっていくような運動指令生成できることがわかる。なお、時間の刻み毎に神経回路を用意する繰り返し構造の神経回路モデルによって、運動系のダイナミクスのベクトル場を学習させることにも成功している。手の随意運動が、トルク変化最小という評価関数によって計画されているという立場にたって、行動実験と神経回路モデルの構成を行ってきた。1.デ-タグロ-ブを用いて、対象物体への手先の移動と把持のための手の構えを計測するためのソフトウエアシステムを開発し、デ-タグロ-ブの性能評価を行った。その結果、親指の運動に関し、測定精度を向上させることが必要となり、現在、その改良を進めている。2.トルク変化最小モデルに従う最適軌道を生成するため、これまで、運動系の順ダイナミクスモデルを用いていたが、フィ-ドバック誤差学習法による制御システムとの整合をとるため、逆ダイナミクスモデルによる最適軌道生成を検討した。その結果、この方法でも最適軌道に近い解の得られることが明らかにされた。3.重力場で垂直に運動する3関節マニピュレ-タロボットを試作し、関節の運動でみられる静止摩擦の影響を少なくできるダイナミクスの学習アルゴリズムを検討し、実際の制御で良い結果を得ている。4.カスケ-ド形神経回路モデルに運動系の順ダイナミクスを獲得し、これによって最適軌道を生成する方法は、昨年度から試みられてきたが、手先の自由運動のみならず、経由点を指定した運動、障害物回避運動でも最適軌道の生成されることが示された。5.3年間の研究成果のまとめと今後の問題点の整理を行った。成果については、本研究期間中に出版された論文・総説および印刷中のもの併せて、和文30編、英文9編を、それぞれ一冊にまとめ報告書を作成した。残された課題としては、手の運動の計測システムの改良とそれを用いてのデ-タベ-スの作成、リズム運動と随意運動とを統合した制御モデルの構成などがあげられる。
高密度星磁気圏での電磁場エネルギー散逸機構と高速電波バーストの起源の解明

中性子星やブラックホールなどの高密度天体に見られる活動性、特にウィンドやジェットなどは、その天体が持つ強い磁場が深く関連していると考えられている。本研究の目的は、高密度天体が周囲に形成する磁気圏において起こることが期待されている電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーへ変換、さらにその粒子が電磁波を放射するまでの一連の機構に対し、解析的モデルや粒子シミュレーション等を用いた解析からその解明に迫ることである。1.ブラックホール近傍での電磁カスケードによる電磁場から粒子へのエネルギー変換過程を明らかにするため、電磁カスケードの結果として生成される粒子数に対してこの値を見積もるための解析的モデルを構築した。これは数値計算結果を解析する上で指標となる。2.ブラックホール近傍での電磁カスケード現象を明らかにするため、粒子生成と一般相対論的効果を考慮したプラズマ粒子シミュレーションを行った。結果として、電磁カスケードによる粒子へのエネルギー変換効率、さらに観測されるガンマ線光度とエネルギースペクトルに対する背景光子場の依存性を明らかにした。3.連星中性子星合体からの重力波イベントGW170817に付随したガンマ線イベントGRB 170817Aに対して提案しているショートガンマ線バーストの散乱モデルは、このイベントに付随していた残光の観測データとも無矛盾であることを明らかにした。また、これまでは散乱成分の明るさは解析的な見積もりであったのに対し、散乱過程に対する数値計算を行うことで散乱成分の明るさの角度依存性を明らかにし、将来的に検出されるイベントの数が増えることで統計的に他のモデルと区別できる可能性を示した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。中性子星やブラックホールなどの高密度天体の活動性には、その天体が持つ強い磁場が関係していると考えられている。本研究の目的は、これらの天体が周囲に形成する磁気圏において電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーに変換される機構に対して粒子シミュレーション等から迫ること、特に、高速電波バースト(以下FRBと略す)と呼ばれる大強度の電波放出現象の起源の解明に向けたモデルを構築することである。初年度は、粒子シミュレーションコード作成とともに、FRBに対する今年度の観測の進展を利用してモデルに基づく理論的制限を行った。1.中性子星の磁極近傍に対して粒子の流入、流出に伴って起こる可能性のあるプラズマ不安定性を明らかにするための粒子シミュレーションを行った。この結果新しいプラズマ不安定性を発見し、これに起因して放射される電波が中性子星から観測されている電波パルス放射を説明できる可能性を示した。2. FRBの光度とその継続時間の最新の観測データから、中性子星磁気圏からのパルス放射モデルに対してその中性子星の表面磁場と回転周期に対する強い制限を与えた。その結果、磁気圏からバースト的なFRBを放出するモデルは許されるパラメーター範囲が非常に狭いことを明らかにした。3.解析的モデルを用い、中性子星磁気圏でどの程度の電磁場のエネルギーが粒子のエネルギーに変換されているかを調べた。モデルの結果を観測と比較することで、検出されている非熱的X線と可視光の光度の観測値はシンクロトロン放射の光度の理論的上限値に対応していることがわかった。これは、磁気圏で電磁場のエネルギーフラックスの半分程度までが粒子のエネルギーフラックスに変換されていることを意味する。今年度、高速電波バーストに関して大きな観測的進展があった。この結果をもとに理論的解析を進めた結果、「研究実施の概要」で述べたように、本研究で想定していたより粒子シミュレーションで調べるべきパラメーター範囲を小さくできるなどの予期していなかった成果が得られた。そのため、粒子シミュレーションでの粒子生成を含む場合のコード作成は当初の予定よりやや遅れているものの、総合的には当初の想定通りの進展であると考えている。中性子星やブラックホールなどの高密度天体に見られる活動性は、その天体が持つ強い磁場が深く関係していると考えられている。本研究の目的は、高密度天体が周囲に形成する磁気圏において電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーへ変換、さらに電磁波として放射される一連の機構に対して解析的モデルによる解析、粒子シミュレーション等から迫ることである。1.中性子星連星の合体後に形成するブラックホールから放出される相対論的ジェットからの放射と考えられているショートガンマ線バーストに対し、我々が提案した理論モデルを観測データに適用した結果、中心天体の活動に起因すると考えられる2つの長時間放射成分が普遍的に存在することを明らかにした。また、得られた結果をもとに長時間放射成分とその散乱成分のフラックス分布を求め、現在稼働中の重力波望遠鏡の重力波が検出可能な範囲でSGRBが起きた場合にX線で検出できる割合を明らかにした。2.連星中性子星合体からの重力波イベントGW170817に付随したガンマ線イベントGRB 170817Aの観測データに対し、ショートガンマ線バーストの散乱された成分と解釈できる可能性を提案した。これにより、今回検出された連星中性子星合体イベントに典型的なショートガンマ線バーストが付随していた可能性を示した。3.高速電波バーストの候補でもある中性子星からの巨大電波パルスの電波とX線の同時観測データに対し、放射に寄与している粒子数に対する制限を与えた。本年度、連星中性子星の合体に伴う重力波が初めて検出され、これに伴う幅広い帯域の電磁波も同時に検出された。この新たな情報により、連星中性子星合体に伴うエネルギー解放現象に対する定量的な制限がはじめて得られた。本研究では連星中性子星の合体に伴うエネルギー解放現象の解明が主要な目的の一つであり、今後粒子シミュレーションで扱う際に、とるべきセットアップを想定以上に明確にすることができた。シミュレーションコード開発はやや遅れているが、総合的にみれば当初の想定通りの進展であると考える。

中性子星やブラックホールなどの高密度天体に見られる活動性、特にウィンドやジェットなどは、その天体が持つ強い磁場が深く関連していると考えられている。本研究の目的は、高密度天体が周囲に形成する磁気圏において起こることが期待されている電磁場のエネルギーから粒子のエネルギーへ変換、さらにその粒子が電磁波を放射するまでの一連の機構に対し、解析的モデルや粒子シミュレーション等を用いた解析からその解明に迫ることである。1.ブラックホール近傍での電磁カスケードによる電磁場から粒子へのエネルギー変換過程を明らかにするため、電磁カスケードの結果として生成される粒子数に対してこの値を見積もるための解析的モデルを構築した。これは数値計算結果を解析する上で指標となる。2.ブラックホール近傍での電磁カスケード現象を明らかにするため、粒子生成と一般相対論的効果を考慮したプラズマ粒子シミュレーションを行った。結果として、電磁カスケードによる粒子へのエネルギー変換効率、さらに観測されるガンマ線光度とエネルギースペクトルに対する背景光子場の依存性を明らかにした。3.連星中性子星合体からの重力波イベントGW170817に付随したガンマ線イベントGRB 170817Aに対して提案しているショートガンマ線バーストの散乱モデルは、このイベントに付随していた残光の観測データとも無矛盾であることを明らかにした。また、これまでは散乱成分の明るさは解析的な見積もりであったのに対し、散乱過程に対する数値計算を行うことで散乱成分の明るさの角度依存性を明らかにし、将来的に検出されるイベントの数が増えることで統計的に他のモデルと区別できる可能性を示した。繰り返しFRBを起こすイベントの存在が報告された結果、中性子星の自転速度の進化もしくは中性子星表面のゆがみに起因する磁気ループの発展などによる磁力線再結合に関連する機構がFRBの起源として有力である。この状況でのFRBの放射機構の解明には、研究計画で想定していた電流変化を伴う状況での電磁カスケード現象を理解する必要がある。これは、当初想定していた連星中性子星合体で明らかにするべきことと本質的には同じである。よって、当初の計画どおり中性子星磁気圏での粒子シミュレーションを用いた研究を進め、FRBの放射メカニズム解明に向けて電磁カスケードの結果としてのプラズマ粒子のエネルギー分布の電流依存性を明らかにする予定である。繰り返す高速電波バースト天体に対する観測、連星中性子星の合体に伴う電磁波の観測により、高速電波バーストが起こりうるパラメーター範囲に対する制限は当初の想定以上に強くなった。
レニー・ダイバージェンスに対する多層融合化規準への拡張と議員定数問題への応用

本研究課題の核心は,『ダイバージェンスそれ自体で指数の最適解を与えることが出来ない場合,どのような指数の調整項を追加すれば最適解を得ることが出来るのか,またその一般化の定式化はどうなるのか』であり、本研究課題の目的は、Renyiダイバージェンスを基にして指数の調整項を付与した最適な一般化拡張ダイバージェンスの多層融合化した定式化とその議員定数問題への適用、となる。この核心と目的に対して、2018年度における研究実績の概要は以下の通りである。1番目の達成目標であるRenyiダイバージェンスにおける指数の調整項の決定理論的候補選定とその最適な指数の決定による拡張ダイバージェンスの定式化を行う予定であったが、調整項の候補リストに思いのほか時間がかかり、候補選定まで至らなかった。しかしながら、2番目の達成目標である指数を持つ一般のダイバージェンスに対し拡張ダイバージェンスを適用することによる一般化拡張ダイバージェンスとしての理論的定式化を行うために, Renyiダイバージェンスだけでなく,他の指数を持つダイバージェンスへの適用可能性を探る事に関しては、モデル評価規準の一つとして、本研究に関連した外れ値に強いロバストなダイバージェンスに関する共同研究の結果、漸近的に選択の一致性と頑健性を両立する情報量規準を得た。これを、本研究における調整項の候補選定への足掛かりとする予定である。当初の予定では、2018年度には1番目と2番目の目標を達成する予定であった。しかしながら、2番目の達成目標に関しては一部であるものの、達成されたものと考えることが出来るのであるが、1番目の達成目標であったものが達成されなかったため、現在までの進捗状況としては、(3)やや遅れている、となる。2019年度の研究推進に対する方策は以下の通りである。2018年度での実績で、外れ値に強いロバストなダイバージェンスに関して漸近的に選択の一致性と頑健性を両立する情報量規準を得たことを、本研究における調整項の候補選定への足掛かりとした上で、3番目の達成目標である一般化拡張ダイバージェンスでの指数に客観事前分布を適用してBayes法を利用した多層融合化ダイバージェンスの定式化の提案を行うことと、遅れている1番目の達成目標であるRenyiダイバージェンスにおける指数の調整項の決定理論的候補選定とその最適な指数の決定による拡張ダイバージェンスの定式化を行うことを同時に推進する予定である。海外でのシンポジウムに参加しなかったため、次年度使用額が生じた。翌年度分として請求した助成金と合わせて、国内国外のシンポジウム参加費用と使用する計画である。