hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アジアにおける循環型社会と環境ガバナンス

例えばリサイクルでみても,中国が,鉄のスクラップ,プラスチックまで全部吸い寄せていて,日本のリサイクル・システムも大きな影響を受けており、それから中国で環境影響物質がたくさん出されていて,日本にも影響が出ているということがある。特に中国は2000年から鉄鋼生産が3倍になっており,経済成長と収入増大に国民の目が向いている。したがって,中国自身にとってメリットがあるような形で,環境協力を,日本がどうやってできるかということが1番大事で,ポスト京都議定書の大きなポイントになってくる本研究は,まず第1にアジアにおける循環型社会の構築へ向けての基礎調査として,アジア各国の統計と現地調査を行い,アジア各国における循環型社会形成の取り組みとアジア諸国間における循環資源流通の実態を明らかにし,アジアにける循環型社会構築のための政策提言を行うことを目指す。とくに,人間と自然の物質循環という軸(物質フロー側面)と,それをささえる社会的な制度・参画者関係の軸(環境ガバナンス側面)の両面から統計的調査と現地調査を行った。その際,日本で開発されてきた廃棄物の処理・管理の手法をそのままアジアに持ち込むという発想ではなく,アジアにおけるそれぞれの地域での「循環型社会」の構築という視点からの取組みが重要である。この点では,アジアの各国・地域における歴史的・社会的・文化的な背景やそれらの多様性への理解を十分に踏まえた研究を行うように留意した。そのためには,統計的調査・文献調査とともに現地フィールド調査が不可欠である。それゆえ,海外学術調査を企画したものである。本年度はまとめを行った。そのために,これまでに成果を『アジア環境白書』の英語版として刊行し,さらにアジア環境会議(APNEC09)を京都で2009年11月に開催し,そのなかでアジア太平洋地域の廃棄物の越境移動により環境汚染問題を取り上げ,多角的に分析した。
肝細胞癌におけるクロマチンリモデリング因子ARID遺伝子群の機能喪失の意義

エピジェネティクスとは、DNA塩基配列の変化を伴わない遺伝子発現・情報の厳密な調節機構である。多くの癌において癌関連遺伝子の様々なエピジェネティック異常が観察されることから、発癌・癌の進行におけるエピジェネティック異常の重要性は疑う余地がない。ARID遺伝子群(ARID1A, ARID1B, ARID2)はSWI/SNF複合体の主要な構成分子であり、肝癌を始めとする多くの悪性腫瘍において、変異・欠損による機能喪失があることが報告されている。TCGA Liver Cancerより得られた遺伝子情報の2次利用による解析をUCSC Xena Browserを用いて行ったところ、16.6%の症例でいずれかのARID遺伝子に変異が認められ、こうした症例ではtumor mitation burdenが高い傾向にあった。エピジェネティクスとは、DNA塩基配列の変化を伴わない遺伝子発現・情報の厳密な調節機構であり、多くの癌において高頻度にエピジェネティックな制御機構の異常が観察されることが報告されている。クロマチンリモデリング複合体はヒストン修飾酵素と協調して、クロマチンのダイナミックな構造変換に関与する。中でもSWI/SNF複合体の構成サブユニットの1つであるARID遺伝子群は、肝細胞癌で変異・欠損が報告されており、その機能喪失が肝発癌および癌の進行に密接に関与する可能性がある。これらの遺伝子群の変異・欠損に基づいた病態・予後解析を行うために、肝癌培養細胞株および肝癌手術検体からのDNA抽出作業を開始した。ベクター構築やマウスの維持・交配などのために、比較的時間を要した。本研究を遂行する上での環境は整いつつあり、今後研究を加速する予定である。エピジェネティクスは、DNAの塩基配列の変化を伴わない転写調節機構の1つであり、様々な癌関連遺伝子の発現調節に関与していることが知られている。こうした調節機構の破綻は、癌化や癌の進行に密接に関与するため、エピジェネティック異常の重要性はきわめて高い。クロマチンリモデリング因子には、SWI/SNF,ISWI,CHD,INO80,などが知られている。ARID遺伝子群(ARID1A, ARID1B, ARID2)はSWI/SNF複合体のコアな構成分子であり、肝癌の半数以上の症例において、機能喪失型の変異があることが報告されている。当該年度においては、Sh-RNAを用いた肝がん細胞におけるloss-of-function assayを進めており、増殖能、スフェア形成能などの解析を行った。in vitroの解析を中心に研究を遂行しているが、これまでに得られたデータの解析やベクター構築などに予想以上に時間を要した。研究の方向性は確立しており、今後本研究を加速する予定である。正常肝細胞およびARID遺伝子群の機能喪失を伴う肝癌培養細胞を用いて、抗BRG1/BRM抗体を用いたクロマチン免疫沈降シークエンス(ChIP-sequence)およびマイクロアレイ解析を行い、ARID遺伝子群の標的分子候補を抽出する。ARID遺伝子群の変異・欠損に着目し、予後予測などのバイオマーカーとしての有用性を検証する。近年、悪性黒色腫細胞においてSWI/SNF複合体の一つであるPBAF複合体の中心的構成分子であるARID2のみならず、PBRM1やBRD7などが細胞障害性T細胞による腫瘍細胞排除に関与していることが明らかにされている(Pan et al, Science 2018;359:770-5)。こうした遺伝子の機能喪失が免疫チェックポイント阻害剤の抗腫瘍効果を高める可能性があり、本研究においても検証する予定である。今年度はこれまでの研究により得られたデータの解析および今後の方針決定を中心に研究を進めたため、未使用額が生じた。これは、来年度の本研究課題の総まとめの実験や成果発表のために使用する予定である。
側頭葉てんかんにおける定位的放射線治療による海馬扁桃体破壊に伴う高次脳機能の変化:神経心理学的変化とfMRIの変化の相関

難治性側頭葉てんかんに対して一般的には選択的海馬扁桃体切除術が行われているが、我々はこの方法を一歩前進させる方法として1996年よりガンマナイフによる海馬扁桃体の定位的放射線照射を行った。本研究に登録された症例は男2例、女5例の計7例。このうち2例(男1例、女1例)では低線量(18Gy 50%照射線量)ガンマナイフ治療を施行、他の5例(男1例、女4例)では高線量(25Gy 50%照射線量)ガンマナイフ治療を施行した。各症例ともガンマナイフ治療の前後で高次機能検査を施行した。またictal-SPECT, PET, functional MRIも可能な症例において施行した。2例の低線量ガンマナイフ治療群ではそれぞれ30ヶ月、16ヶ月の追跡でも発作頻度に変化はなく治療の有効な結果が得られず、最終的には両症例とも外科的手術を施行しててんかん発作の消失をみた。またMRIにて組織反応は出現せず、高次機能検査においてもガンマナイフ治療前後で変化は認められなかった。切除標本の病理像は、通常の海馬硬化所見に加え反応性星細胞の増殖、変性神経細胞の存在など明らかな放射線照射に対する組織反応が見られたが壊死巣は小さいかもしくは見られずこの程度の組織変化では補佐速成にはつながらず、非組織障害性の照射線量で発作を抑制できる可能性は低いと考えられた。一方、高線量治療群においてガンマナイフ照射後にMRIにて海馬の組織変化及び広範な脳浮腫が認められたがいずれの症例においても発作頻度の有意な減少は認められなかった。以上の結果と文献での報告から、発作抑制には側頭葉内側構造の大部分に壊死巣を形成するほどの線量が必要と考えられる。しかし高線量では低侵襲とはいい難い脳のダメージがあり、真の有効性や至適線量分布に関しては未確定と言わざるを得ない。小壊死巣であっても至適部分であれば発作を抑制できる可能性は残されており、照射体積を減らすことで脳浮腫の軽減をはかることができると期待できる。7例の側頭葉てんかん患者の高次脳機能検査(言語性記憶テスト、非言語性記憶テスト、記憶テスト、失語症テスト、知能テスト)を行うとともにfunctional MRIを施行し、言語優位半球の道程をおこなった。また頭皮脳波、ictal SPECT、PETを施行してんかん焦点の同定を行った。このうち3例の側頭葉てんかんの患者にガンマナイフを施行した。ガンマナイフの中心線量は50Gy、周辺線量は25Gyで行った。3例とも成人例のため、術前にウェクスラー成人用知能検査改訂版(WAIS-R)とウェクスラー記憶検査改訂版(WMS-R)を施行し、術前状態を把握した。3例中の2例についてはfunctional MRIによる言語優位半球の同定の検査を施行し、1例についてはAmytal Testによって言語優位半球の同定の検査を施行した。術後の高次機能については、3例中2例は記憶の優位な低下を認めず、1例は著明な近時記憶の低下を生じていることを3例とも脳研式記銘力検査で確かめ、近時記憶の低下を生じている症例は特に綿密に経過観察中である。術前後で眼科的視力・視野検査は有意な変化を認めなかった。

ガンマナイフ照射後、頭皮脳波上は3例中2例で有意な棘波の消失を認めた。近時記憶の低下を認めている1例はこの脳波上有意な棘波の減少を認めた。発作の頻度は脳波所見に一致して、2例でほとんど発作を認めず、1例で発作の頻度が術前の1/4まで低下を認めた。MRI上術後10か月程度の時期より照射部位とその周辺のT2-強調画像での高信号化を認め、特に近時記憶の低下を生じている症例は著明に認めている。このMRI変化は今後綿密な経過観察を計画中である。以上少数例ではあるが定位的放射線照射(ガンマナイフ)による側頭葉てんかんの治療の有効性および安全性について期待できる結果となった。ガンマナイフを照射した側頭葉てんかん患者7例のフォローアップを高次脳機能検査(言語性記憶テスト、非言語性記憶テスト、知能テスト、失語症テスト)により行った。またMRI検査を施行し、照射部位やその周囲の側頭葉のMRI上の変化について経過観察するとともにその検討を行った。周辺線量が18Gyのlow-dose group2症例ではMRI上の変化を全く認めず、いずれもEngel's class IVで全くてんかん発作の軽減を認めなかった。周辺線量25Gyのhigh-dose group 5症例のうち、3症例でMRI上の変化を認めた。MRI上変化を認めたものはいずれもEngel's class II^IIIであり、MRI上の変化とてんかん発作に対する効果は関連が認められた。またAVMやcavernous angiomaに対するガンマナイフ治療によるてんかん発作抑制効果と、側頭葉てんかん患者に対するガンマナイフ照射によるてんかん発作抑制効果を比較検討した。intractable epilepsyを合併したAVM,cavernous angioma患者6症例に対してガンマナイフ照射を行ったところ4症例でてんかん発作の消失を認めた(4例ともEngel's class I)。これら"器質性"側頭葉てんかんに対して、一定の効果が得られたことは"非器質性"側頭葉てんかんに対する治療効果が期待できる結果である。しかしながら我々のこれまでの結果では、"非器質性"側頭葉てんかんに対するガンマナイフ照射の効果は、"器質性"側頭葉てんかんに対するガンマナイフ照射の効果ほど得られていない。"非器質性"側頭葉てんかんに対するガンマナイフ照射の至適線量計画の決定に今後さらなる検討を要すると思われる。難治性側頭葉てんかんに対して一般的には選択的海馬扁桃体切除術が行われているが、我々はこの方法を一歩前進させる方法として1996年よりガンマナイフによる海馬扁桃体の定位的放射線照射を行った。本研究に登録された症例は男2例、女5例の計7例。このうち2例(男1例、女1例)では低線量(18Gy 50%照射線量)ガンマナイフ治療を施行、他の5例(男1例、女4例)では高線量(25Gy 50%照射線量)ガンマナイフ治療を施行した。各症例ともガンマナイフ治療の前後で高次機能検査を施行した。またictal-SPECT, PET, functional MRIも可能な症例において施行した。2例の低線量ガンマナイフ治療群ではそれぞれ30ヶ月、16ヶ月の追跡でも発作頻度に変化はなく治療の有効な結果が得られず、最終的には両症例とも外科的手術を施行しててんかん発作の消失をみた。またMRIにて組織反応は出現せず、高次機能検査においてもガンマナイフ治療前後で変化は認められなかった。
RAGE-硫酸化GAG分子間相互作用の阻害活性をもつ革新的低分子創薬

以前我々は、コンドロイチン硫酸(CS)が肺に存在するReceptor for Advanced Glycation End-products (RAGE)に結合することで、癌細胞の肺転移が開始することを見出した。そこで本研究では、RAGEとCS鎖の相互作用阻害を示すオリゴ糖調製や合成低分子による創薬シーズの開発を目的とする。癌転移の阻害をするCS-Eを非酵素的に、低分子化する調製法を確立した。さらに、RAGE-CS相互作用の阻害を指標にしたCSオリゴ糖のスクリーニング法を開発した。これらの成果を含め国際誌に原著論文4報、総説2報を発表し、国内・国際学会での発表を5回行った。以前我々は、癌細胞やメラノーマ細胞の肺転移の分子メカニズムの重要な側面を解明した。即ち、癌細胞表面に発現している硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)多糖鎖の構造に癌性変化が生じ、肺に存在するReceptor for Advanced Glycation End-products (RAGE)と呼ばれる免疫グロブリンスーパーファミリーメンバーに補足され、転移が開始することを世界に先駆けて示した。RAGEは、癌以外にも、アルツハイマー病、糖尿病、動脈硬化、炎症、肺線維症など多くの疾患の発症や病態と関連する。本研究では、RAGEと糖鎖の相互作用阻害を分子基盤とした、従来に無い、抗がん剤以外にも応用の可能性がある、オリゴ糖や合成低分子による革新的な創薬シーズを開発することを目的とする。今年度の成果としては、共同研究者であるBasappa博士が40種類程度の新規ヘテロ環低分子化合物を合成し、ライブラリーの構築を行った(未発表)。さらに、癌転移の阻害をするコンドロイチン硫酸-E多糖鎖を非酵素的に、高温・高圧条件下で低分子化し、オリゴ糖の調製法を確立した(未発表)。また、RAGE-コンドロイチン硫酸相互作用の阻害を指標にした低分子化合物とコンドロイチン硫酸オリゴ糖のスクリーニング法を開発した(未発表)。国際誌に総説1報を発表し、国際学会での発表を6回行った。以前我々は、コンドロイチン硫酸(CS)が肺に存在するReceptor for Advanced Glycation End-products (RAGE)に結合することで、癌細胞の肺転移が開始することを世界に先駆けて示した。本研究では、RAGEとCS鎖の相互作用阻害を分子基盤とした、オリゴ糖調製や合成低分子による革新的な創薬シーズを開発することを目的とする。今年度の成果としては、海中の細菌から、CS鎖を低分子化する新規酵素を発見した(Hanら、J. Biol. Chem., 2014)。さらに、同細菌からCS鎖中のN-アセチルガラクトサミンの4位の硫酸基を脱硫酸化する新規酵素も発見した(Wangら、J. Biol. Chem., 2014)。また、CS-プロテオグリカンの一つであるRPTPbが血管内皮増殖因子(VEGF)と結合することを見い出し、CS-EがVEGF誘因性細胞移動を阻害することを見出した(Koutsioumpaら、Mol Cancer 2015)。また、RAGE-最終糖化産物の結合を阻害し、老化の指標のスクリーニング法を開発した(未発表)。以上のことから、本研究によって、CS鎖とそのオリゴ糖あるいはRAGEを標的とした癌、糖尿病、アルツハイマー病などの疾患に対する新規シーズの基盤が構築でき、将来的な創薬への発展が期待できる。国際誌に原著論文4報および総説2報を発表し、国際学会での発表を3回行った。糖鎖生物学当初の計画以上に進展している理由としては、研究計画書に記載した内容に沿って概ね遂行できている。具体的には、1)低分子化合物ライブラリーの構築、2)転移阻害活性をもつCS由来オリゴ糖画分の大量調製、3)RAGE-CS-E相互作用の阻害を指標にしたスクリーニング系の開発の3点についてである。また、査読有りの学術雑誌の総説1編および学会での発表も国際学会6件にのぼるからである。さらに、研究内容についても日本人の死因の1位を占める「がん」をターゲットとし、本研究の遂行によって、新しい作用機序の抗癌剤のシーズを開発できる。さらに、RAGEが関わる他の多くの疾病に対する創薬シーズになる可能性を秘め、将来的な国民の医療・治療法の開発に貢献出来ることも期待できるからである。今年度、新規低分子化合物の調製およびコンドロイチン硫酸-E

由来のオリゴ糖の調製法の確立ができたことから、今後これらの基盤技術を基に「RAGEとコンドロイチン硫酸との相互作用を阻害する低分子化合物のスクリーニング」について探求し、抗癌剤を含めたRAGEに起因する様々な疾患(アルツハイマー病、糖尿病、動脈硬化、炎症、肺線維症など)に対する創薬候補化合物の開発に向けた基礎から応用研究を推進する。具体的には、1)化学合成した低分子化合物ライブラリーの中から、in vitroでスクリーニングし、癌転移阻害候補物質を選別する。2)低分子化合物ライブラリーの中から選別した候補物質を用いて、高転移能を示す様々な癌細胞の浸潤・増殖・接着に対する阻害効果をin vitroで評価する。3) 1および2)で絞り込んだ候補物質を、マウスを用いて、肺への癌転移に対する阻害効果をin vivoで評価する。
新規Myc標的遺伝子mina53の細胞内及び個体内での機能解析

1、新規Myc標的遺伝子mina53の機能解析Mina53は核蛋白質であり、幾っかの転写因子に見られるJmjCドメインを持っている。そこでプロモーター活性に与えるMina53発現の影響を調べた。その結果、Mina53によるE2Fsite依存的なプロモーター活性の上昇が観察された。E2Fは細胞増殖と深く関係する転写因子であることから、E2Fsite依存的なプロモーター活性上昇活性はMina53の細胞増殖調節機能に関係すると考えられる。2006年になってJmjCドメインがヒストン脱メチル化活性と関係が深いことが報告された。そこでMina53のヒストン脱メチル化活性の有無、この活性と遺伝子発現の関係を検討していくことが今後必要となった。マウスMina53を良く認識する抗体を作製し、マウス個体でのMina53発現を調べた。その結果、精巣、脾臓、大腸など細胞増殖の盛んな組織で高い発現が観察された。精巣での発現をさらに詳しく調べた結果、Mina53は細胞増殖が盛んであるタイプA精原細胞に特に強く発現していることが分かった。以上の結果は正常個体においてもMina53が細胞増殖と関係することを示唆している。2、Myc標的遺伝子は2つに分類できるmina53と同様の方法でミトコンドリア蛋白質をコードしている新規Myc標的遺伝子mimitinをクローニングした。解析の結果mimitinは食道癌細胞等において増殖と関係する遺伝子であることが明らかとなった。上記研究等より、Myc標的遺伝子には、『全ての細胞で増殖に必須なgeneral type』と、『mimitin、mina53等特定の細胞のみで増殖と関係・しているspecific type』とがあることがわかった。specific typeの標的遺伝子をも発現促進することは、Mycが幅広い細胞の増殖を促進することと関係していると考えられる。がん遺伝子mycはヒトがんと強く関係している本研究では我々が最近同定したMycが直接発現上昇する新規遺伝子mina53について解析している。本年はまず予後が悪く予後予測も難しい食道癌に焦点を絞り、Mina53について詳しく調べた。食道癌組織におけるmina53発現を免疫組織化学的手法により調べたところ、3/4の組織でMina53発現が高いことが分かり、Mina53高発現が食道癌に特徴的なことが分かった。次にMina53発現と様々な生物学的特徴とを比較した。その結果、がんのステージ、分化度とは関係が見られなかったが、Mina53を高発現する癌を持つ患者は予後が悪いことが示唆された。さらにMina53発現は癌のステージとは独立の予後因子として扱えることが分かり、癌のステージに加えて、Mina53発現程度を考慮することにより、今までよりも適格な予後判断ができる可能性が示唆された。またmina53発現抑制により食道癌培養細胞の増殖が抑制されたことから、Mina53が癌治療の分子標的となる可能性が示唆された(Clin Cancer Res 2004、論文中の写真がこの雑誌の表紙に採用された)。Mina53の機能を解析するため、直接結合する蛋白質のスクリーニングを行っているが、非常に強く結合する蛋白質が新たに得られた。現在この蛋白質とMina53の結合の生物学的意義を調べている。個体でのMina53の役割を解明するため、Mina53ノックアウトマウスを作製した。現在バッククロスによりマウスを純化している。最後にMina53クローニングと同様の方法で新規Myc標的遺伝子mimitinをクローニングした。

この遺伝子はMycによって直接発現上昇すること、コードする蛋白質がミトコンドリアに存在すること、食道癌等の特定の細胞で増殖と関連していることが分かった。(J Biol Chem 2005)。1、新規Myc標的遺伝子mina53の機能解析Mina53は核蛋白質であり、幾つかの転写因子に見られるJmjCドメインを持っている。そこでプロモーター活性に与えるMina53発現の影響を調べた。その結果、Mina53によるE2Fsite依存的なプロモーター活性の上昇が観察された。E2Fは細胞増殖と深く関係する転写因子であることから、E2Fsite依存的なプロモーター活性上昇活性はMina53の細胞増殖調節機能に関係すると考えられる。2006年になってJmjCドメインがヒストン脱メチル化活性と関係が深いことが報告された。そこでMina53のヒストン脱メチル化活性の有無、この活性と遺伝子発現の関係を検討していくことが今後必要となった。マウスMina53を良く認識する抗体を作製し、マウス個体でのMina53発現を調べた。その結果、精巣、脾臓、大腸など細胞増殖の盛んな組織で高い発現が観察された。精巣での発現をさらに詳しく調べた結果、Mina53は細胞増殖が盛んであるタイプA精原細胞に特に強く発現していることが分かった。以上の結果は正常個体においてもMina53が細胞増殖と関係することを示唆している。2、Myc標的遺伝子は2つに分類できるmina53と同様の方法でミトコンドリア蛋白質をコードしている新規Myc標的遺伝子mimitinをクローニングした。解析の結果mimitinは食道癌細胞等において増殖と関係する遺伝子であることが明らかとなった。上記研究等より、Myc標的遺伝子には、『全ての細胞で増殖に必須なgeneral type』と、『mimitin、mina53等特定の細胞のみで増殖と関係しているspecific type』とがあることがわかった。specific typeの標的遺伝子をも発現促進することは、Mycが幅広い細胞の増殖を促進することと関係していると考えられる。
細胞融合によるアブラナ科野菜の新しい細胞質変異の作出

細胞融合によりアブラナ科の新しい細胞質変異を作出すること並びにその過程において効率的に細胞質の変異を解析する方法を開発することを目的として、キャベツと他のアブラナ科植物の細胞融合を行うと共に、ダイコン類のミトコンドリア遺伝子のPCR法による増幅と解析を行い、以下の結果を得た。1.キャベツを片親として野生ダイコン(Raphanus raphanistrum)、雄性不稔性ダイコン、クロガラシ等との細胞融合を行った。融合に際して、体細胞雑種の頻度を高めるために再分化率の高いキャベツにIOA処理を施した。その結果キャベツと野生ダイコンの組み合わせにおいて12個の茎葉が再分化し、このうち8個は植物体にまで生育した。これらについて、鉢上げをして外部形態を調査すると共に、葉緑体、ミトコンドリアにおけるDNAの変異を解析している。2.ダイコンのミトリコンドリアにおけるatpー6遺伝子の近傍について、PCR法によってDNAの増幅を調ベた。その結果、雄性不稔ダイコンとの間にはDNAの増幅の有無に差のあることが認められた。また野生のハマダイコンには、表現型上は正常でありながら雄性不稔性ダイコンと同じDNAを持つ系統が存在することが認められた。これら系統は、細胞融合により他のアブラナ科植物に雄性不稔性を導入するための有効な素材となることが明らかになった。またPCR法によってごく少量の材料でのDNAの解析が可能であったので、体細胞雑種の細胞質の迅速な検定に利用しうるものと考えられた。
質問による無矛盾仮説探索の効率化

本年度は,質問を用いた無矛盾仮説探索の一つの応用として,質問による翻訳学習について研究を行なった.翻訳は異なる言語上の2項関係としてとらえることができる.そこで,今回の研究では,翻訳の表現系として基本形式体系(EFS)を採用した.EFSは,文字列領域上の一種の論理プログラムであり,翻訳のような2項関係だけでなくより一般的な言語間の関係を記述できる.今年度は,まず,導出原理に基づいたEFS処理系の開発を行なった.EFSは文字列を項とする論理プログラムであるため,導出を行なうには計算コストの高い文字列上での単一化代入の計算が必要となる.そこで,今回,我々は,Aho-Corasick法と呼ばれる複数文字列照合技法を用いた単一化代入の計算手法を提案し,効率的なEFS処理系を表現した.現在,この処理系は単項関係を表すEFSのみを対象としているため,翻訳学習機械の実現のためには,さらに一般的なEFSに対処できるよう改良する必要がある.一方,翻訳学習アルゴリズムに関しては,辞書を背景知識として利用し,質問を行ないながら翻訳のための規則をボトムアップに構築するアルゴリズムについて研究を行なった.本アルゴリズムは,Lingによる論理プログラムの学習アルゴリズムに基づいたものであるが,対象がEFSである点と,辞書を背景知識として利用する点に特徴がある.本アルゴリズムによって,文脈自由言語から文脈自由言語の部分クラスへの翻訳が学習可能であることを示した.今回の研究では,学習可能性に関する結果は得られたが,学習における計算量に評価・改善は今後の課題として残されている.本年度は,質問を用いた無矛盾仮説探索の一つの応用として,質問による翻訳学習について研究を行なった.翻訳は異なる言語上の2項関係としてとらえることができる.そこで,今回の研究では,翻訳の表現系として基本形式体系(EFS)を採用した.EFSは,文字列領域上の一種の論理プログラムであり,翻訳のような2項関係だけでなくより一般的な言語間の関係を記述できる.今年度は,まず,導出原理に基づいたEFS処理系の開発を行なった.EFSは文字列を項とする論理プログラムであるため,導出を行なうには計算コストの高い文字列上での単一化代入の計算が必要となる.そこで,今回,我々は,Aho-Corasick法と呼ばれる複数文字列照合技法を用いた単一化代入の計算手法を提案し,効率的なEFS処理系を表現した.現在,この処理系は単項関係を表すEFSのみを対象としているため,翻訳学習機械の実現のためには,さらに一般的なEFSに対処できるよう改良する必要がある.一方,翻訳学習アルゴリズムに関しては,辞書を背景知識として利用し,質問を行ないながら翻訳のための規則をボトムアップに構築するアルゴリズムについて研究を行なった.本アルゴリズムは,Lingによる論理プログラムの学習アルゴリズムに基づいたものであるが,対象がEFSである点と,辞書を背景知識として利用する点に特徴がある.本アルゴリズムによって,文脈自由言語から文脈自由言語の部分クラスへの翻訳が学習可能であることを示した.今回の研究では,学習可能性に関する結果は得られたが,学習における計算量に評価・改善は今後の課題として残されている.
ハドロン励起状態の性質と構造における有効自由度の解明

本研究は、ハドロン励起状態(特にエキゾチックハドロン)の構造を、ハドロン動力学による記述とクォーク動力学による解釈とを相補的にとり、個々のハドロンにとってどのような自由度が本質的かを明らかにすることを目的とする。今年度の研究では、反K中間子と核子の準束縛状態と考えられるΛ(1405)共鳴状態の構造を中心課題に、生成反応の散乱断面積の計算やハドロン複合系の記述法やその判定法についての理論的考察を行った。1. Λ(1405)の生成反応計算。J-LabやSPring8におけるΛ(1405)光生成反応実験を考察するために、散乱断面積の理論計算を行った。Λ(1405)の光生成機構を有効ラグランジアンの方法でモデル化し、Λ(1405)のエネルギースペクトラムはカイラルユニタリー模型で得られた振幅を用いた。実験で得られているΛ(1405)のエネルギースペクトラムは、カイラルユニタリー模型で得られているもので矛盾なく説明することができ、光生成反応の主成分は、KbarNチャンネルから作られるΛ(1405)であることが分かった。ただ、生成機構は単純でなく、現象論的に接触相互作用を入れないと散乱断面積を再現することが出来なかった。このことより、Λ(1405)光生成機構に核子励起状態の効果などが重要な寄与を与えていると予想される。2.共鳴状態の理論的考察。共鳴状態の内部構造の変化をしらべるために、Neuman-Wignerの交差則を共鳴状態への拡張を行った。2準位模型を例にとり、複素エネルギーを持つ2準位からなる系について、性質の変化を制御するパラメータを導入し、性質の変化を追跡した。制御パラメータの複素平面上に存在する"exceptional point"が、構造を議論する上で重要な役割を演じ、共鳴状態の性質の変化が複素数の制御パラメータの幾何学的構造で議論が出来ることを示した。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ハドロン励起状態における有効自由度を検討し、多彩なハドロンを構造によって再分類する基盤を整備することを目的としている。今年度は、励起ハドロンにおける基底ハドロンの役割を明らかにするため、励起ハドロンの複合性を定量化する方法の開発を行った。励起状態の複合性は、励起状態が短寿命であるために定義自体概念的に難しい問題を含んでいるが、特定の模型を仮定した上での議論は完成しつつある。また、ハドロン自由度で記述する模型をより精密にするため、カイラルユニタリー模型を用いて、Λ(1405)生成反応におけるΣ(1385)の寄与を見積もり、実験で観測される質量スペクトルを予想した。J-PARCで行われる実験的研究へ貢献をするとともに、実験データが出たときには、結果を直接比較することで、有効模型の正しさを検証することができる。もう一点、今年度行ったことは、ハドロンに対するダイクォークの重要性を明らかにするために、重いクォークを含むバリオンの質量スペクトルの研究をしたことである。理論的実験的現状の情報収集を行うため、組織委員の一人として重いクォークを含むハドロンについて集中的に議論をする研究会を組織した。

その研究会には、本科研費を用いて共同研究者であるKim氏を招聘し、QCD和則を用いて、ハドロン中のダイクォーク相関の重要性を明らかにする研究を進めた。このKim氏との研究は、重いクォークとダイクォーク間の励起による共鳴状態を調べることにあり、特に負のパリティーを持つ励起状態がこのダイクォーク描像で再現ができるかどうかを確認する目的がある。このような研究を含めた一連の研究成果は、福岡で8月に行われた国際会議で招待講演として発表を行ったほか、日本物理学会の秋季大会などで成果報告を行った。本研究はおおむね順調に進展をしているが、今年度新しく着手したいくつかの研究について、学会等の口頭発表をして研究者との研究交流の材料となるまでの進展はあったが、論文を執筆できるような段階まで進んでいないのは残念である。今後、これらの研究成果を論文として発表をしていきたい。本新学術領域では、11月に国際会議を企画している。その場を最大限に活用をして、研究成果を発表するとともに、最新の理論的実験的成果の収集に務めたいと思っている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
非在来型触媒プロセスによる芳香族炭化水素の水蒸気改質反応

本年度、芳香族に関連した電場を活かした低温化学反応について、表面イオニクスの視点から新規の研究を進めて、2つの研究成果を導いた。1つ目は、芳香族の水蒸気改質において、表面イオニクスを活かした低温水素製造を可能にしたことである。これまで、芳香族水蒸気改質による水素製造は、550°C以上の温度を必要としてきた。これまで触媒担体の格子酸素が反応をRedox機構により促進することは知られていたが表面格子酸素イオンの移動性の担保には500°C以上の温度が必要であった。しかし高度に表面構造を制御したLa-Sr-Al-O系半導体酸化物に、微細なNi金属を担持することで、直流電場を印加すると表面イオニクスを誘起し、150°C程度の低い温度でも速やかに反応を進めうることを示した。電場印加時には格子酸素がより低温条件で触媒表面にて活性化されることでトルエンを酸化させる。その際に反応中間体である含酸素炭化水素が観測されている。上述のメカニズムは反応速度論解析、同位体酸素を用いた過渡応答解析やin-situ解析を駆使し、解明に成功したものである。2つ目は、メチルシクロヘキサンの脱水素によるトルエンへの転換を用いた水素製造において、プロトンの表面プロトニクスを活かした新たなプロセスを提案し、従来に比して大幅に低温で、効率よく水素を作りうることに成功した。本脱水素反応は従来可逆的な吸熱反応であるため、低温では生成後の水素が反応を阻害する。しかしながら電場印加により生成水素が触媒表面でプロトンがされるとむしろ次の脱水素反応を誘起することが重水素を用いた同位体効果の検討及び速度論解析、DRIFT-IR測定により見出された。本研究成果は水素社会構築のためのエネルギーキャリアを高効率で運用するための成果であり、次世代の水素利用を加速するための技術である。これらの成果を3本の論文、2件の特許にまとめ投稿・掲載した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.芳香族炭化水素の水蒸気改質における触媒担体が持つ役割の検討芳香族炭化水素の水蒸気改質反応では触媒表面に炭素が析出しやすく触媒表面の活性点の閉塞が生じやすい。一般的に触媒は活性金属と酸化物の組み合わせから成る。活性金属Coを担持させるための触媒担体としてRedOx性能(酸化物内格子酸素の移動性)を期待できるペロブスカイト型酸化物を幾つか試した。その結果、SrをドープしたLaとAlの複合酸化物が高いトルエン改質活性を示した。これは活性金属Coの高い分散性と格子酸素の高い移動性が両立したためである。電子顕微鏡等を用いた触媒表面分析からLa酸化物の金属カチオンを低価数の金属カチオンで置換することでCoが高い分散性を保ちながら触媒表面に保持されることがわかった。その際、異価カチオンとしてH-OH結合の解離活性化能が高いSr及びCaを用いると解離活性化された酸素種が改質反応を大いに促進する。2.電場印加反応場におけるトルエン水蒸気改質反応芳香族炭化水素の改質は吸熱反応であり従来873-1173 Kの高い反応温度を要求するが、自動車排熱を含む多くの産業排熱は473 K程度である。そこで触媒層に電場を印加し、反応の低温化を目指した。種々の酸化物にNiを担持して反応温度473 Kにてトルエン改質を実施した。結果として、少ない投入電力量で高い触媒活性を示したのはアルカリ土類金属をドープしたLaとAlの複合酸化物であった。電場のアシストにより熱のみでは反応が進行し得なかった低温度域でトルエンの水蒸気改質を進行させることが可能となった。電場の印加効果を解明するために本触媒上で活性化エネルギーと反応原料の分圧依存性を測定した。電場を印加した場合のみ活性化エネルギーの低下及び水蒸気分圧の依存性の低下が観測されるため、電場の印加によってH-OH結合の解離活性化が促進されていると考察された。芳香族炭化水素の水蒸気改質反応において熱のみを供給して反応を進行させた場合の酸化物担体の役割を種々の酸化物上で改質反応を進行させることで検討することができた。本研究成果はApplied CatalysisA: Generalに投稿されている。また本年度の目標は電場印加が可能な触媒反応装置を作製して最適な触媒を探索することであったが、当初の目的を達成した。熱のみの触媒反応でも高い活性を示したアルカリ土類金属をドープしたLa-Alの複合酸化物が電場改質反応でも高い活性を示した。そのためこれまでの研究から得られた知見が今後の研究に活きることも大いに期待できる。その上で本触媒上でアレニウスプロットの作成や分圧依存性試験などの速度論解析を実施することができ、研究の推進方策を思慮しやすくなった。

これまで触媒担体の格子酸素が反応をRedox機構により促進することは知られていたが表面格子酸素イオンの移動性の担保には500°C以上の温度が必要であった。しかし高度に表面構造を制御したLa-Sr-Al-O系半導体酸化物に、微細なNi金属を担持することで、直流電場を印加すると表面イオニクスを誘起し、150°C程度の低い温度でも速やかに反応を進めうることを示した。電場印加時には格子酸素がより低温条件で触媒表面にて活性化されることでトルエンを酸化させる。その際に反応中間体である含酸素炭化水素が観測されている。上述のメカニズムは反応速度論解析、同位体酸素を用いた過渡応答解析やin-situ解析を駆使し、解明に成功したものである。2つ目は、メチルシクロヘキサンの脱水素によるトルエンへの転換を用いた水素製造において、プロトンの表面プロトニクスを活かした新たなプロセスを提案し、従来に比して大幅に低温で、効率よく水素を作りうることに成功した。本脱水素反応は従来可逆的な吸熱反応であるため、低温では生成後の水素が反応を阻害する。しかしながら電場印加により生成水素が触媒表面でプロトンがされるとむしろ次の脱水素反応を誘起することが重水素を用いた同位体効果の検討及び速度論解析、DRIFT-IR測定により見出された。本研究成果は水素社会構築のためのエネルギーキャリアを高効率で運用するための成果であり、次世代の水素利用を加速するための技術である。これらの成果を3本の論文、2件の特許にまとめ投稿・掲載した。定電流を触媒層に印加することで473 Kという低温条件でトルエン改質反応を進行させた。種々の触媒の中で電場が形成されやすく(放電現象が生じない)、かつ触媒活性が高い5 wt% Ni/La0.7Sr0.3AlO2.85(以下LSAO)上で電場印加効果を検討した。電場を印加した場合(ER)と電場を印加せず外熱供給のみで反応に必要なエネルギーを供給した場合(SR)の反応温度変化試験を実施した。673 Kよりも低温度域においては特に電場印加効果が大きい。従来熱のみでは反応が進行しない温度域でも電場を印加することで触媒が活性を示すことがわかった。電場を印加した場合と印加しない場合の両条件でアレニウスプロットを作成した。電場を印加しない場合には見かけ活性化エネルギーが71.5 kJ/molという値を示したのに対して、電場を印加した場合には見かけ活性化エネルギーが21.0 kJ/molまで減少した。そのため、電場の印加によってある特定の反応過程が促進されたと考えられる。そのため電場有無の両条件下で分圧依存性を検討した。熱のみの反応では低温反応場において水の分圧依存度が大きく、水の解離活性化が律速段階になっていると考えられる。一方で電場改質反応では水分圧への依存度が減少し、トルエン分圧への依存度が増加した。このことから、印加電場によって従来低温では難しかった水の解離活性化が促進されていることがわかった。またこの電場反応場をメチルシクロヘキサン(以下MCH)の脱水素反応にも適用した。電場印加によりMCHの脱水素反応が423 Kと従来型のよりも低温条件であっても20%を超える活性を示すことを見出した。本反応系においても電場印加により活性化エネルギーが減少した。従来の高い外熱を供給する反応では反応中に触媒表面に炭素が析出することが問題であった。反応後の触媒上に析出炭素は確認されなかった。電場印加によりトルエンの水蒸気改質反応が低温で進行することを見出し、最適な触媒を探索することができた。
シグナル伝達システム解明に向けた新規光応答性分子の開発と応用

本研究では、分子機能を直接的に調べるために、シナプス内でシグナル伝達経路を選択的に活性化することができる光遺伝学的ツールの開発と新規蛍光タンパク質をベースとしたイメージング用プローブの開発を目的とした。特に、光応答性分子との併用が可能なイメージング用プローブの開発に注力した。具体的には、2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡法(2pFLIM)を用いたフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)の計測に最適化されたFRETプローブの開発に成功した。一個のシナプス内部で、シグナル伝達分子の活性化を観察したり、自在に操作することができるようになりつつある。本研究では、アクチンの重合、脱重合を制御することでシナプスの可塑性にとって重要な役割を果たしていると考えられるキナーゼに着目し、その活性を光照射によって制御(不活化)することができる光応答性阻害ペプチド分子の開発を目的とする。この分子は細胞内で1ミクロンの空間分解能、秒レベルの時間分解能でCaMKII活性を阻害できるものである。さらに、開発した分子を海馬スライスの神経細胞に発現させ、ケイジドグルタミン酸刺激によって引き起こされる長期増強に対する各種キナーゼの機能を調べる。Phototropin1は植物の光受容タンパク質キナーゼであり、青色光照射によって、LOV2ドメインに結合していたαへリックスが解離し、分子構造が可逆的に変化する。そこで、本年度は、CaMKII/PKA/PKC阻害ペプチドにLOV2を遺伝子工学的に融合させ、光照射依存的にCaMKII/PKA/PKC阻害ペプチドの活性が変化するようにすることを試みた。特に、リンカーの長さを変えたものを作製し、それぞれのタンパク質を大腸菌より精製し、in vitroでキナーゼアッセイを行ったところ、CaMKIIに光照射依存的に結合するLOV2とペプチドの作製に成功した。当初の目的であった光応答性ペプチドについて、CaMKIIについてはその阻害ペプチドの光応答化に成功した。一方で、PKCとPKAについては光応答性に改変することには成功していないが、生化学アッセイに必要なキナーゼの精製、基質の選定、抗体の選定を終えており、十分な進展があった。本研究では、分子機能を直接的に調べるために、シナプス内でシグナル伝達経路を選択的に活性化することができる光遺伝学的ツールを開発することを目的としている。これによって、個々の分子の機能のみならず長期増強誘起に必要な分子数や分子種、シグナル伝達経路を調べることが可能になる。現在までに、光応答性キナーゼ分子のプロトタイプの開発に成功している。平成29年度は、光応答性分子の活性化と下流分子の活性のイメージングを同時に行うことができるようにするため、2光子蛍光寿命イメージングに最適化した新規の蛍光プローブの開発を進めた。我々が開発した光応答性分子はLOV2ドメインを用いている。LOV2ドメインは400500nm(2光子励起では750980nm)の励起波長で構造変化するが、これは、現在我々が分子活性化イメージングに用いている蛍光タンパク質(GFP)の吸収スペクトルと重なっている。すなわち、分子活性化イメージング(GFP観察)を行っている際中に、光応答性分子を同時に活性化してしまうことになる。そこで、光活性化と分子活性化イメージングを別々の波長で励起できるようにするために、新規FRETプローブをランダム変異導入法で開発した。特に、GFPの長波長変異体であるCloverをFRETのアクセプターとし、新規開発の蛍光タンパク質(ShadowY)をFRETのアクセプターとした新規プローブの開発に成功した(Murakoshi et al. 2017)。これによって、900nmで光応答性分子を活性化し、1000nmの2光子励起(光応答性分子を活性化しない)で分子活性化イメージングを行うことができるようになった。今後は、PKCとPKAの光応答性阻害分子の開発に注力する。特に、変異導入やリンカーを改変し、コンストラクトをHeLa細胞に発現させ、FRETを観察することによって、それぞれのキナーゼに光照射依存的に結合する分子を同定する。生物物理、細胞生物、神経科学
電気的外部刺激によるラット心筋細胞の収縮リズムの制御に関する研究

16年度は培養心筋細胞内カルシウム発火の統計解析および3年間の研究の総括が行なわれた。酵素処理により単離したラット心筋細胞を透明電極上に培養し、外部電気刺激により収縮リズムの制御を行なった。刺激強度と周波数をパラメータとする相図は非線形振動子において観測されるものと類似した結果を得た。あるパラメータ領域では高次のリズムやカオティックなものも観測された。我々はさらに電気刺激に対する心筋ネットワークの応答を調べた。2次元平面上に培養された心筋細胞は時間の経過に細胞ネットワークを形成し、ギャップジャンクションを介した局所結合により集団としての振る舞いを示す。この挙動を蛍光色素を用いて細胞内カルシウム濃度変化を可視化を行ない動画像データとして集録した。得られた画像データより発光強度による時系列データを構成した。これをもとにして、系の状態を統計的性質を通して同定を行ない、機能性およびエネルギー変換の指標となりうる量の導入を試みた。これらの知見をもとにして、一連の処理、つまりデータの取り込みおよび解析を瞬時に実行し、上述した電気的外部刺激を入力信号とするリアルタイム制御を行ない、細胞が示す機能性の増幅についての実証および考察も行なってきた。これら研究結果の一部はBiophysical Chemistry誌に投稿され、近日中に掲載が決定されている。本研究の成果により、外部刺激(電気、光、薬物)による細胞活性の制御にもとづいた医用工学や再生医療への応用が期待される。本研究では、生体内に存在する非線形性を利用して外部からの電気的な入力によって生体のリズムを制御をおこない、材料の機能性を増幅させることを目的とし、これらの成果を細胞工学および再生医療への応用へ目指す。本年度はその試みの初期段階として、エネルギー変換および情報伝達の二面性を併せもつ心筋細胞に電気刺激を印加させ、自律的収縮リズムの制御についての研究を行なった。ラット胎児から取り出した心筋細胞に酵素処理を施して解離させ、不純物を取り除いた後にフィブロネクチンでコーティングしたITO電極上に展開させた。およそ48時間後から自発的な収縮を光学顕微鏡下で確認し、時間の経過とともに自己集合的にほぼ単層状に電極上を伸展していく。このサンプルに対して、パルス幅10msの矩形波を刺激強度(I:0.5-3V)、周波数(ω:1-5Hz)を二つのパラメータとして周期的に印加させた。固有収縮周期が平均3秒前後で揺らいでいるサンプルにおよそ1V以上の電気刺激に対して1:1で完全に同期する。刺激強度を一定に保ったまま周波数を徐々に増加させていくと、およそ3Hz以上から周期倍分岐が観測された。これらの結果をもとに二つのパラメータに対して相図作成した結果、高刺激強度・高周波数領域ではカオティックな多様な挙動が電気刺激によって得られることが示された。また同時に蛍光観察法を用いて収縮時のカルシウムイオンを可視化することにより、これら電気刺激時におけるカルシウム振動をリアルタイムでモニターすることに成功した。本研究では生体内に存在する非線形性を利用して、生体外部からの電気的な入力による生体リズムの制御をおこない、生物の材料としての機能性を増幅させることを目的とし、細胞工学および再生医療への応用を目指したものである。ラット胎児から取り出した心筋細胞に酵素処理を施して解離させ、不純物を取り除いた後にフィブロネクチンでコーティングした透明電極上に展開させたものをサンプルとして用いた。およそ48時間後から心筋細胞の自発的な収縮を顕微鏡下で確認した。時間の経過とともに自己集合的にほぼ単層状に電極上を伸展していく。このサンプルに対して、刺激強度、周波数などの外部パラメータに依存して収縮リズムの多用な応答が得られ、リズム制御が可能となるということを昨年度において見いだした。本年度はこれらの知見をもとに、系からの随意的な応答として心筋細胞内のカルシウム振動に着目し、蛍光観察によってその挙動をCCDカメラによって画像データとして取り込み、得られた画像データから蛍光強度による時系列データの構成をおこなった。これをもとに統計的解析を行い、系の状態を統計的性質を通して同定を試みた。これをもとに機能性およびエネルギー変換の効率の指標とについて検討をおこなった。これに伴って、これら一連の処理、つまりデータの取り込み、解析を瞬時におこない上述した電気的外部刺激の入力信号とするリアルタイム制御を可能とするハードウェアの構築をおこなった。
強相関電子系のための対密度汎関数理論の開発

本研究では以下の三つの研究項目を実行した。(1)「有限温度対密度汎関数理論」の開発:電子相関の情報を正確に含んだ「対密度」を基本変数に選んだ「有限温度対密度汎関数理論」を開発した。(2)「有限温度対密度汎関数理論」の計算スキームの開発:「有限温度対密度汎関数理論」の計算スキームで必要な、(A)対密度の探索範囲の拡張,(B)運動エネルギーの近似形の開発,(C)エントロピーの近似形の開発、を行った。(3)「有限温度対密度汎関数理論」を利用した超伝導理論の開発:対密度は「粒子数揺らぎ」を介して超伝導秩序変数に関係している。このことを利用して「粒子数揺らぎを予言する対密度汎関数理論」を開発した。26年度に行ったことを以下に列挙する。(1)「有限温度の対密度汎関数理論」の定式化を行った。まず最初に、有限温度のホーヘンベルグ・コーンの定理の証明を行った。具体的には、熱平衡状態の対密度と統計演算子の一対一対応と、ギブス変分原理の対密度に関する変分原理への書き換えの証明である。次に、熱平衡状態の対密度を構成するための参照系を導入した。今回は相互作用の無い参照系を選んだ。運動エネルギーとエントロピーの対密度を用いた汎関数表式は自明ではないが、参照系を導入することで、それらの主要な部分は取り込めるものと期待する。残余部分の取り扱いについては、次年度以降の課題である。相互作用の無い参照系における有効一粒子方程式に含まれる有効ポテンシャルは、ホーヘンベルグ・コーンの定理より導かれる。それが積分方程式の解として与えられることを示した。(2)我々は近年、絶対ゼロ度の対密度汎関数理論の開発を行ってきた。そこで得た知見は、大部分「有限温度の対密度汎関数理論」に生かせる。開発のポイントは、(i)対密度の変分原理を実行する際に、対密度をN表示可能な範囲で変化させる工夫、(ii)運動エネルギー汎関数の近似形の開発、である。(i)については、すでに開発済みの電子座標のスケーリングを利用した変分法が有効であり、(ii)については、結合定数積分を用いた厳密な表式を基礎に近似形を開発する方法が有望である。そして(i), (ii)を併用することで、精度の高い対密度が得られることが数値計算によって確認された。対密度を空間積分した相関エネルギーの再現性だけでなく、対密度の空間変化の様子として交換相関ホールの再現性についても適切であることが実証された。これらの実証結果は、「有限温度の対密度汎関数理論」においても(i), (ii)の併用が有効であることを意味している。27年度以降の研究計画で挙げた「粒子数揺らぎを予言する対密度汎関数理論」を開発した(研究目的3に相当)。具体的には次の2ステップで行った。1.超伝導状態においては超伝導特有の秩序変数が発現することが知られている。これを超伝導秩序変数という。この超伝導秩序変数が発現した時、粒子数(電子数)に揺らぎが生じ、その大きさが粒子数程度になることを証明した。この種の証明はBCS理論では知られているものの、超伝導秩序変数と結び付けて(一般的な場合で)証明したものはなかった。この知見を利用すれば、超伝導状態の発現を議論する基本的な物理量として、超伝導秩序変数の代わりに粒子数揺らぎを選ぶことができる。超伝導秩序変数と粒子数揺らぎは二次簡約化密度行列のそれぞれ非対角項と対角項に相当しており、これらの量が超伝導状態では深く関連しているということも興味深い。2.26年度に開発済みの「有限温度の対密度汎関数理論」を参考に、上述した粒子数揺らぎを予言する理論を開発した。超伝導状態の粒子数揺らぎを表すためには、対密度だけではなく電子密度も基本変数に加えなければならない。この点が「有限温度の対密度汎関数理論」と異なる点である。熱平衡状態を決める基本変数として対密度と電子密度を選び、密度汎関数理論(より厳密に言えば「拡張された制限つき探索理論」)の流儀に従って、ホーヘンベルグ・コーンの定理の証明を与えた。この定理には、熱平衡状態での粒子数揺らぎを探索する変分原理が含まれており、これを具体的に実行する計算スキームの開発が次段階である。その際には26年度に開発済みの「有限温度の対密度汎関数理論」での知見、例えば電子座標のスケーリングを利用した対密度の変動法などが大部分援用できる以上の成果は学術論文の形にまとめ現在投稿中である。また28年度に行われる国際会議においても講演予定(招待講演)である。今年度は、昨年度(平成26年度)の成果をさらに発展させることで、27年度以降の研究計画で挙げた「粒子数揺らぎを予言する対密度汎関数理論」の理論的な枠組みを完成させた(研究目的3に相当)。この理論で残された課題に関しても、26年度の成果が利用できるので、次年度以降にその完了が十分のぞめる。その他の課題についても着手しつつある。以上より、27年度の研究実施計画はおおむね達成したと判断できる。27年度に開発した「粒子数揺らぎを予言する対密度汎関数理論」の有効性を確認するために、28年度は数値計算可能なスキームにまで具体化をした(研究目的3に相当)。具体化された計算スキームは次の2つの特徴を有している: