hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨へのひずみ遮蔽を生じないインプラント創製のための配向性を基軸とする設計指針構築

骨へのひずみ遮蔽(骨の健全性を維持するために必要な正常な負荷がかからなくなる現象)による周囲骨の強度低下、結果としての骨折を生じないインプラントの実現が急務であるものの、未だ実現には至っていない。骨への悪影響の無いインプラント創製を目指して、ひずみ遮蔽と骨強度を強く決定する骨配向性の関係性の解明を試みた。インプラントの使用に関わらず、骨へのひずみ低下は配向性劣化、強度低下をもたらすものの、ひずみ遮蔽度合を低減する低ヤング率インプラントの使用により、配向性劣化と強度低下を緩和可能であることが示された。骨へのひずみ遮蔽による周囲骨の強度低下、結果としての骨折を生じないインプラントの実現が急務であるものの、未だ実現には至っていない。その要因として、骨への負荷ひずみ量と骨強度との関連性が明らかになっておらず、さらに、骨強度を支配する骨アパタイト配向性の重要性がインプラント設計の際に認識されていないことが考えられる。ひずみ遮蔽の影響を生じないインプラント創製のための指針作成に関する基礎的知見を獲得することを目的として、インプラント非埋入モデルを用いた骨配向性に対する低応力状態の影響の解明を試みた。坐骨神経切除により大腿骨を減荷すると、骨量が著しく低下したのみならず、減荷中に形成された骨組織中における骨長軸方向(通常負荷時の主ひずみ方向に相当)に沿ったアパタイト/コラーゲンの優先配向性が、坐骨神経切除していない逆側のコントロールよりも有意に低下していた。さらに同一部位にて骨細胞の形態・配列の異方性も著しく低減していた。以上より、低ひずみ状態が骨の異方的微細構造さらには力学機能を等方化することを初めて明らかとした。すなわち、骨はひずみ低減状態下においても、その環境に対して適応変化をすることが示された。これは、インプラント埋入後のひずみ遮蔽(低減)状態により骨質が劣化することを示唆する。次年度は、実際のインプラント埋入下での有限要素解析と配向性、力学機能解析を実施し、負荷ひずみ量と配向性低下の関係性について明らかにしていく予定である。基礎的知見としての減荷下での配向性劣化をすでに実証し、インプラント埋入後のひずみ遮蔽下での状態をある程度模擬することに成功した。次年度の実際のインプラント埋入試験に向け、同一素材で異なるヤング率を示すインプラントの試作を終えており、滞りなく計画を遂行していることから、おおむね順調に進展していると自己評価できる。インプラント非埋入下での低ひずみ(ひずみ遮蔽)の影響は、骨量減少のみならず主ひずみ方向に沿った骨基質配向性の等方化として現れた。すなわち、配向性の低下がひずみ遮蔽の指標となることを示した。さらに、ひずみ感受を担うとされる骨細胞が、正常なひずみ場を適切に感受できないと考えられる形状へと変化し、負荷環境が正常化した場合でも配向性が正常化しにくい状態になることが分かった。実際、高剛性のインプラント埋入によるひずみ遮蔽状態を作製した場合、インプラント非埋入の場合と同様に骨基質配向性は低減し、ひずみ遮蔽の影響が顕著に表れた。ひずみ遮蔽を抑制し得るインプラントの実現に向けたパイロットスタディとして、特殊な手法にて、同一素材(チタン合金)でヤング率の異なるインプラントを作製し、埋入試験を実施したところ、低ヤング率インプラント埋入群においては、高ヤング率群と比較し、骨量の減少、主応力方向に沿った骨基質配向性の低下、さらには同方向への骨ヤング率の低下を有意に抑制できることが明らかとなった。骨細胞もより正常な形状を維持していた。本モデルでは、材料の化学的性質が同一であることから、ひずみ遮蔽のみの影響を特化してとらえることが可能である。すなわち、低ヤング率インプラントがひずみ遮蔽と結果としての骨劣化の抑制に有効であることが示された。ただし、完全なひずみ遮蔽の防止には至ってはいないことから、低ヤング率化に加えて新たな方法論(例えば、インプラント埋入とともに力学負荷やそれに相当する刺激を負荷する等)を導入することが必要となるであろう。大きな研究計画の変更の必要は現状発生してはいない。次年度は、実際のインプラント埋入下での配向性、骨力学機能劣化の発生の有無とひずみとの関係を理解するべく、種々のヤング率を示す素材にて作製したインプラントを動物骨に埋入する。よりヒトで生じ得る現象に類似させるべく、リモデリング動物を用いた実施を計画している。さらに、配向性変化の機序解析のため、応力状態を反映する可能性のある骨細胞の形態を蛍光を用いてイメージングする。ひずみ遮蔽による配向性低下が回避できないという結論に至る場合、インプラント埋入後に図2右の強制負荷モデルにより人為的に配向性維持に必要な力学刺激を負荷することを検討する。
恐怖消去に関連するエピジェネティックな転写調節の検索

脳内DNAメチル化変化のもたらす行動変化とその基盤を探るため、メチル化反応に使われるメチルドナーを欠乏させた食事をマウス生後3-6週に与えた。これによる行動変化の背景にはNMDA受容体NR2Bサブユニットの海馬における発現の差があると考えられた。ついで、人における恐怖条件付けと恐怖消去において、P50抑制の変化は、信号の性質によって異なり、危険であると判断されるような状態ではP50抑制率が弱まることがわかった。恐怖消去にepigeneticな転写調節が関与しているかを明らかにするため、恐怖消去に伴うDNAメチル化の差異の網羅的スクリーニングをマウス脳において行い、C57BL/6Jマウス(7-8週齢、オス)を用い、恐怖条件づけ後と消去後において、SAGEとmicroarray、メチル化アレイを用いた遺伝子解析を行った。消去後で、56の遺伝子で転写調節の変化がメチル化の変化と関連していることを見いだした。今後、さらに検討を進める。また、NMDA系の学習成立の役割と同時にセロトニン系のストレス反応の情動制御の役割の連携が恐怖消去の成立に重要という仮説のもと、C57BL/6Jマウスにおいて、NMDA系のD-セリンが恐怖消去の促進作用を有することを示し(Matsuda et al., revised submission)、抗うつ薬として市販されている選択的セロトニン再取込阻害薬パロキセチンやフルボキサミンが恐怖消去の促進作用を有する可能性を示した(Ohba et al., in preparation)。一方、ヒトにおいて、健常コントロール群と強迫性障害患者群との間で、条件づけられた恐怖の消去過程において、感覚ゲート機構である聴覚誘発電位P50抑制の正常化が遅延する所見を発見した(Nanbu et al., 2010)。また、ヒトの恐怖条件づけと感覚ゲート機構の関連の研究からの推測で、マウスにおいて、感覚運動ゲート機構であるプレパルス抑制が、恐怖条件づけによって、増強し、恐怖消去によっても回復しないことを発見した(Ishii et al., 2010)。これらの結果から、恐怖条件づけと感覚ゲート機構および感覚運動ゲート機構に何らかの関連性が示唆された。1.メチルドナー欠乏食による脳内DNAメチル化変化のもたらす行動変化とその基礎的基盤について出生後に受けるメチル化変化を制限するために、メチル化反応に使われるメチルドナー(メチオニン、コリン、葉酸)を欠乏させた食事マウス生3-6週に与えて(メチルドナー欠乏群)、発達期=小児期にDNAメチル化変化をもたらされるモデルとして使用した。このメチルドナー欠乏群が、成長後(生後12週)の恐怖や不安反応に普通食群との変化をもたらすかを恐怖と不安を測定する実験パラダイムを用いて検討したところ、(1)恐怖条件付けによる恐怖反応は両群で同等、(2)恐怖消去はメチルドナー欠乏群が速い、(3)広い空間に不安を覚えるマウスの習性を利用したOpen field試験において、メチルドナー欠乏群が不安の少ない反応、を得た。この結果の、特に(2)と(3)は当初の推定(メチルドナー欠乏群が普通食群に比べて恐怖や不安に対する感受性が高く、治療反応性が悪い)と逆で、意外であった。メチルドナー欠乏食による、発達期に起きたDNAメチル化の再編成に原因があると考えるが、恒常的な変化かは定かではない。さらに、マウス扁桃体、海馬のNMDA受容体サブユニット(NR1,2A,2B)の発現解析により、扁桃体NR2Bサブユニットの発現が、メチルドナー群で対照群に比して有意に低い結果を得た。これにより、メチルドナー欠乏食による、発達期に起きたDNAメチル化の再編成は行動と、その基盤としてのNMDA受容体発現変化をもたらすと考えられた。2.人における古典的恐怖条件付けと恐怖消去によって変化する聴性誘発電位P50の変化について。健常者において、安全でない信号条件で、P50抑制が弱まる一方で、安全条件ではそのような変化が見られなかったことにより、恐怖条件付けと恐怖消去において、P50抑制の変化(=感覚ゲート機構の変化)がもたらす一定の役割を確認できた。1.メチルドナー欠之食による脳内DNAメチル化変化のもたらす行動変化とその基礎的基盤について出生後に受けるメチル化変化を制限するために、メチル化反応に使われるメチルドナー(メチオニン、コリン、葉酸)を欠乏させた食事をマウス生後3-6週に与えて(メチルドナー欠乏群)、発達期=小児期にDNAメチル化変化をもたらされるモデルとして使用した。このメチルドナー欠乏群が、欠乏食終了後すぐ(生後6週)と、成長後(生後12週)の恐怖や不安反応に普通食群との変化をもたらすかを、昨年度から継続して、恐怖と不安を測定する実験パラダイムを用いて検討した。その結果、不安を測定するOpenfield試験では6週令時には差がないが、12週令時には欠乏食群で、移動距離に差があった。高架式十字迷路では、6週時には不安がなく、12週時には不安が強い結果であった。

恐怖条件付け後の消去時には、どちらの週令時にも恐怖消去が遅れる結果であった。その背景にはNMDA受容体NR2Bサブユニットの海馬における発現の差があると考えられる結果も得た。2.人における古典的恐怖条件付けと恐怖消去によって変化する聴性誘発電位P50の変化について。健常者において、安全でない信号条件で、P50抑制が弱まる一方で、安全条件ではそのような変化が見られなかったことにより、恐怖条件付けと恐怖消去において、P50抑制の変化(=感覚ゲート機構の変化)は、信号の性質(安全か危険かによって異なり、危険であると判断されるような状態ではP50抑制率が弱まることが、恐怖や不安の獲得に役割を果たしていることがうかがえた。これに関して、International Journal of Psychophysiology誌に投稿し、アクセプトされた。
キトサン-液晶ハイブリッドマイクロカプセルの合成と薬剤の膜透過制御特性

本研究では、バイオ新素材である海老や蟹の外殻成分であるキチンを脱アセチル化して得られるバイオ新素材であるキトサンと液晶性物質をハイブリッド化(ポリイオンコンプレックス化)することにより温度センサー機能を有する薬剤徐放性マイクロカプセルを合成した。さらにカプセルに内包させた抗癌剤の徐放透過実験を行い、薬剤の透過速度、透過量と外界温度との関係を明らかにした。具体的には次に挙げるような方法で行った。1.キトサン-液晶ハイブリッドマイクロカプセルの合成キトサンの製膜法は、キトサンと内包する抗癌剤の希塩酸水溶液をトルエン中に超音波分散させながら、架橋剤であるグルタルアルデヒドを滴下し、マイクロカプセルを合成した。後に、このマイクロカプセルを液晶のエタノール溶液中に分散させ、ポリイオンコンプレックス型マイクロカプセルを合成した。液晶物質としては、人口脂質であるビスオレイルスルホコハク酸ナトリウムおよびビスオレイルリン酸を用いた。また、内包する薬剤としては、泌尿器系腫瘍に対する抗癌剤であるシスプラチン{塩化白金(II,IV)アンミン}類を用いた。2.マイクロカプセル中からの薬剤の透過制御放出実験容積100ml程度のガラス製の攪拌槽を自作して、薬剤の透過速度および透過量に対する温度およびキトサンとハイブリッド化させた液晶物質の影響について調べた。実験は、pH調整したリンゲル生理食塩水中へ、1.で合成したマイクロカプセルを所定量入れ、マグネチックスターラを用いて槽内を攪拌した。水溶液中へ透過してきたシスプラチンの濃度変化は、時間毎に水溶液をサンプリングし、原子吸光々度計で白金イオン濃度を分析して求めた。なお、この装置は所定の温度に保った恒温相中に漬けて温度を一定に保った。この徐放実験より、抗癌剤の移動速度が急激に変化する温度が観察された。このクニック温度は、液晶の相転移温度にほぼ一致する結果が得られた。現在、人間の体温付近に相転移温度を有する液晶物質の探索を続行している。
移植片対宿主病の早期診断を可能とするバイオマーカーの探索

同種造血幹細胞移植において,移植片対宿主病(GVHD)は重要な合併症である.リンパ球におけるNotchシグナルはGVHDの増悪に関与することがマウスで示されたことから,我々はヒト同種移植後のリンパ球におけるNotch分子の発現を網羅的に解析した.その結果,同種移植後のNK細胞上にのみNotch1分子が発現し,その発現にはドナーソースによる相違(臍帯血移植で高発現)を認めた.またNK細胞上にNotch1を高発現している症例群で,GVHDの増悪はなかったが,再発が抑制された.このことは,Notch1によるNK細胞の活性化が,GVHDを増悪させずに移植片対腫瘍効果を発揮させる可能性を示すものである.移植片対宿主病(GVHD)は早期診断に苦慮することが多い。申請者は、GVHDの早期診断に最適なバイオマーカーを見出す過程でNotch分子に着目した。移植後にGVHD標的臓器上のNotchリガンドを介してエフェクターT細胞が活性化され、GVHD発症に関与するという仮説を立て、これを証明するための研究を遂行した。(株)三菱化学メディエンスとの共同研究として、筑波大学附属病院における同種造血幹細胞移植患者血球上のNotch分子の発現を、大規模かつ網羅的にフローサイトメトリーで解析できるシステムを構築した。このシステムによりCD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞、NK細胞に分けてNotch分子各サブタイプの発現を解析した。移植後患者末梢血590検体を解析した結果、当初の予想に反して、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞にNotch分子の発現を認めなかった。しかしCD56陽性NK細胞上にNotch1分子の発現を認め、その発現強度は臍帯血移植症例のNK細胞で、他の移植片(骨髄、末梢血幹細胞)と比較して有意に強かった。また全検体でNotch2、Notch3分子の発現を認めなかった。NK細胞上のNotch1の発現とGVHDの発症に相関を認めなかったが、驚くべきことにNotch1高発現群にて移植後の再発が有意に抑制された。これまで、Notch分子を介してNK細胞の分化・増殖、および細胞障害活性が促進されることが報告されていることから、造血幹細胞移植後も同様の機序にてNotch分子によるNK細胞の活性化が再発抑制に寄与しているものと考えられた。また将来的には、移植後にNotch1分子を制御することにより、GVHDを増加させることなく移植片対白血病(GVL)効果を促進させられる可能性が見出された。申請者は、GVHDの早期診断に最適なバイオマーカーを見出す過程で、特にNotch分子に着目した。また移植後にGVHD標的臓器上のNotchリガンドを介してエフェクターT細胞が活性化され、GVHD発症に関与するという仮説を立て、これを証明するための研究を遂行した。申請者は(株)三菱化学メディエンスとの共同研究として、筑波大学附属病院における同種造血幹細胞移植患者血球上のNotch分子の発現を、大規模かつ網羅的にフローサイトメトリーで解析できるシステムを構築した。このシステムは、日常診療として行われるフローサイトメトリー解析の際に、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞、NK細胞に分けてNotch分子各サブタイプの発現をルーチンに解析できる。これにより、移植後のNotch分子の発現パターンが明らかとなり、またGVHDの発症前後、およびGVHDを発症した患者と発症しなかった患者間で比較することが可能となる。その結果、CD4陽性T細胞,CD8陽性T細胞にはNotch分子の発現を認めなかったが,CD56陽性NK細胞上にNotch1分子の弱い発現を認めた.移植1ヶ月後では,骨髄移植症例にて有意にNK細胞上のNotch1分子の相対蛍光強度が強かった.これに対し,移植2ヶ月後,3ヶ月後では,臍帯血移植症例のNK細胞で有意にNotch1分子の相対蛍光強度が強く,それ後経時的に減弱した.また全検体でNotch2,Notch3分子の蛍光強度の増強を認めなかった.おおむね当初の計画通りに進展しており、順調である。GVHDを再現できる同種異系マウス造血幹細胞移植モデルを作製し、GVHDの重症度を定量的に検出する方法を確立する。異なるMHC分子を有するマウスどうしを用いた造血幹細胞移植では、移植後早期(移植後5日から10日)に運動能力の低下、体重減少、下痢を認めるようになり、移植後10日から20日にGVHDで死亡する。申請者は、MHC classIとしてHー2dを持つBALB/c

マウスをレシピエントとして致死量の放射線を照射し、MHC classIとしてHー2bを持つC57BL/6マウスをドナーとして造血幹細胞移植モデルを構築する。ドナーの大腿骨から骨髄液を採取し、そのうち骨髄細胞1×107個をレシピエントマウスの尾静脈より移植する。その結果生じるGVHD(脱毛、姿勢異常、体重減少、下痢)を数値化することで、GVHDの重症度を定量的に比較する。また、このGVHDマウスモデルを用いて、Notch受容体・リガンドに対する中和抗体を投与し、出現した急性GVHDの程度を定量的に解析する。T細胞の活性化に最も関与するNotch受容体・リガンドのサブタイプに関して、それらを阻害する中和抗体を、GVHDマウスモデルに対して1回につき100mg、1週間毎に計10回を尾静脈より投与する。コントロールIgを投与したマウスを陰性コントロールとし、また全てのNotchシグナルを抑制するγセクレターゼ阻害薬を投与したマウスを陽性コントロールとする。これらのGVHDマウスモデルにおける急性GVHDを定量的に比較することで、各サブタイプに対する中和抗体による急性GVHDの抑制効果を実験的に証明する。研究試薬(500千円)、マウス購入(600千円)、培養ガラス・プラスチック製品(500千円)計1600千円
直腸がん術後３大機能障害に対する多職種協働ケアモデルの開発

平成30年度研究計画では、3大機能障害を抱える直腸がん術後患者に対する介入モデルを用いて、介入群と対照群に対し調査を行い、統計的分析による比較検討をすることで、多職種共同ケアモデルを完成させる予定であった。しかし、前年度からの進捗の遅れにより、実施に結びつなかなった。そこで、介入モデルの作成に向けて、直腸がん術後男性患者が行っている機能障害への対処内容を抽出した。その結果、抽出された対処内容として、39の説明概念と10の概念が抽出された。概念は、≪Soilingの受け方の工夫≫≪Soiling・尿漏れが起こる前の排泄≫≪Soilingを改善させる運動≫≪Soilingのための行動制限≫≪肛門の荒れの予防≫≪いざという時のための準備≫≪薬物療法による症状抑制≫≪排便調整のための食生活の工夫≫≪気持ちを整える工夫≫≪生活習慣の改善≫であった。直腸がん術後男性患者は、機能障害自体への対処だけでなく、それに付随する症状への対処や予防的対処行動も行っていたことがわかった。また、生理機能の障害は自尊心を傷つけるため、対処を続けるにはメンタルヘルスマネジメントが必要であり、それを行えている患者もいた。これらの対処を強化していくためには患者個々に合った対処を検討していく必要がある。患者のレディネスを充分に把握した上での退院後の生活を想定した支援を提供することが重要となる。例えば、Soilingの受け方として、様々な体型に対応するために、フィット感や日常の行動などを考慮して、パットの形状やサイズを検討することができる。また、食生活の工夫として、生理解剖的な視点だけでなく、栄養学を元に1週間の食事プログラムなどを提案することも可能である。よって、退院後の生活状況やサポート、職場復帰など様々な背景をベースとした系統的かつ複合的な看護支援を検討する必要が示唆された。これまでに得られたデータをもとに、直腸がん術後患者の自己対処に関する内容の分析ができている。これらの結果を考慮した上でフィールド調査を実施し、介入モデルの具体化に向けて、検討を進めていく。また、所属機関において、新カリキュラムおよび旧カリキュラムが平行して展開されていることもあり、新たな講義科目の準備や他教員の教育研究指導に時間を要しており、調査が進まない状況となっている。現在、調査フィールドとの調整を行っている。実施可能となったら、早急に3大機能障害の発生頻度・時期・程度とQOLや自尊感情の調査を実施する。その結果を元に介入モデル案の作成をしていく。なお、事前調査結果を再度確認し、本調査における機能障害への対処方法などの質問項目に活用できるかも検討していく。平成28年度は、既存の直腸がんに関する和・英文献をもとに、近年のトレンドやその傾向を再認識したうえで、直腸がん術後患者に起こる3大機能障害の発生頻度・時期・程度と患者のセルフケア内容を明らかにすることと、直腸がん術後患者の問題状況を主観的・客観的に捉えることであった。1.直腸がん・3大機能障害に関する文献の把握と評価項目の検討直腸がんに関する過去10年間程度の和・英文献を収集・精読・分析し、近年のトレンドやその傾向を再認識した。また、がんのその治療により起こる機能障害に関する知見を収集するため、泌尿器系悪性腫瘍や骨盤内悪性腫瘍や心因性の機能障害についての文献も閲覧した。それらを参考に、調査における評価項目および使用する尺度を検討した。2.3大機能障害の発生頻度・時期・程度と患者のセルフケア内容とQOLや自尊感情の調査3大機能障害の発生頻度・時期・程度に加えて、患者が行っているセルフケア内容を明らかにするために、まず、性機能障害が著明にあらわれる男性患者を対象に、術後に機能障害を受け入れていくプロセスを明らかにした。その結果、男性直腸がん患者は排便障害に翻弄され、排尿障害,性機能障害も追い打ちをかけるように起こり、この複合的な機能障害が相互に影響して日常生活に支障をきたし、自尊心へのダメージも負っていたことが明確となった。しかし、対処方法を模索する中で3大機能障害全てへの実態理解が進む中で自分なりの対処ができ始め、3大機能障害への対処方法の確立へとつながっていたこともわかった。以上より、確立した対処方法の効果の程度や周囲のサポートによって、前向きな受け入れ、諦めによる受け入れという異なる2つの受け入れに至ることが明らかとなった。直腸がん術後における3大機能障害の様相と患者が行っているセルフケア内容を明らかにするために、まず、性機能障害が著明にあらわれる男性患者を対象に、術後に機能障害を受け入れていくプロセスを明らかにした。その結果、男性直腸がん患者は,3大機能障害による複合的な弊害を受ける中で,対処方法を確立し,障害を受け入れていくことが明確となった。そのため,排便障害単独のプロセスに焦点を当てるのではなく、排尿障害と性機能障害を含めた3大機能障害の受け入れを一つの構造として捉える必要性が示唆された。よって、明らかになったプロセスをもとに,機能障害のレベルや対象者のレディネスに応じた構造化された支援プログラムを開発していく。平成28年度における到達目標までには至らなかったため、次年度調査を実施し、プランを推進していく。平成29年度は、包括的アセスメントツール暫定版の作成および介入内容の決定を行う予定であった。しかし、調査を予定していた群馬大学医学部附属病院が組織再編途中であったため、調査を実施することができなかった。

また、平成28年度の進捗も遅れていたため、3大機能障害の出現時期やその程度と対処方法(セルフケア内容)の調査が実施できておらず、包括的アセスメントツール暫定版作成のためのデータが得られていなかった。そこで、平成29年度においては、用いる測定尺度を検討した。.QOL調査票は包括的尺度と疾患特異的尺度に大別されるが、本研究においては、群間比較を直腸がん患者間で実施するため、疾患特異的尺度を中心としていくこととした。当初の予定では、QOLの詳細を明らかにするために、European Organization for Research and Treatment of CancerQLQ-C30日本語版(C30J)およびEORTCQLQ-CR38としていた。しかし、対象者の負担を軽減するために、EORTC QLQ-CR38のみを使用することとした。また、自尊感情を測るSelf-EsteemScale、セクシュアリティーを測るSexual Self-Schema Scale、肛門機能評価のためのウェクスナースコアとしていたが、ウェクスナースコアではなく、大腸がん患者専用に開発された調査票であるFACT-Cを使用することとした。群馬大学医学部附属病院に通院している直腸がん術後患者20名を対象として調査をする予定であったが、前出のとおり組織の再編途中であったため、外部者である研究者が立ち入ることは難しかった。平成30年度研究計画では、3大機能障害を抱える直腸がん術後患者に対する介入モデルを用いて、介入群と対照群に対し調査を行い、統計的分析による比較検討をすることで、多職種共同ケアモデルを完成させる予定であった。しかし、前年度からの進捗の遅れにより、実施に結びつなかなった。そこで、介入モデルの作成に向けて、直腸がん術後男性患者が行っている機能障害への対処内容を抽出した。その結果、抽出された対処内容として、39の説明概念と10の概念が抽出された。概念は、≪Soilingの受け方の工夫≫≪Soiling・尿漏れが起こる前の排泄≫≪Soilingを改善させる運動≫≪Soilingのための行動制限≫≪肛門の荒れの予防≫≪いざという時のための準備≫≪薬物療法による症状抑制≫≪排便調整のための食生活の工夫≫≪気持ちを整える工夫≫≪生活習慣の改善≫であった。直腸がん術後男性患者は、機能障害自体への対処だけでなく、それに付随する症状への対処や予防的対処行動も行っていたことがわかった。また、生理機能の障害は自尊心を傷つけるため、対処を続けるにはメンタルヘルスマネジメントが必要であり、それを行えている患者もいた。これらの対処を強化していくためには患者個々に合った対処を検討していく必要がある。患者のレディネスを充分に把握した上での退院後の生活を想定した支援を提供することが重要となる。例えば、Soilingの受け方として、様々な体型に対応するために、フィット感や日常の行動などを考慮して、パットの形状やサイズを検討することができる。
機械刺激・液性刺激による心筋細胞肥大の分子機構の解明-心筋・非心筋細胞の相互関係

心肥大の発症・進展には、心筋細胞における変化だけでなく、線維芽細胞の増殖やそれに伴う細胞外マトリックスの増加や線維化が認められ、心筋細胞と非心筋細胞のクロストークの意義が注目されている。我々は、心筋細胞と非心筋細胞をほぼ100%分離培養し、心筋・非心筋細胞の単独培養系及び共培養系を確立した。この系を用い、液性因子であるエンドセリン-1(ET-1)、カルディオトロピン-1(CT-1)さらに、細胞外マトリックスであるファイブロネクチン(Fn)の心肥大での役割を検討した。ET-1とCT-1は、培養系においては主として非心筋細胞で分泌され心筋細胞に働いて心筋肥大を惹起する、パラクライン因子であることを受容体拮抗剤あるいは、中和抗体を用いて証明した。しかしながら、CT-1とET-1で引き起こされる心筋肥大のパターンは異なっており、CT-1は長軸方向に細長く肥大させるのに対してET-1は縦横比がほぼ一定の肥大させる。また、肥大のマーカーであるANP・BNP分泌を検討するとET-1と比べCT-1はBNPをより選択的に分泌亢進させることを明らかにしそれがmRNAの安定化より転写を亢進させた結果であることをRun-onアッセイで証明した。Fnに代表される細胞外マトリックスは従来心臓においては心臓の拡張能を低下させる受動的な存在として考えられていたが、我々は本研究で能動的にFAKを介して心筋細胞内に情報を伝達し心筋細胞肥大に関与している可能性を示し、心筋細胞と非心筋細胞とのクロストークに液性因子だけでなく細胞外マトリックスもその言語として働いていることを証明した。以上、心肥大発症・進展における液性因子あるいは細胞マトリックスを介した心筋-非心筋細胞のクロストークの重要性が示唆された。心肥大は、心血管合併症の危険因子であるばかりでなく、その予後の規定因子となることが証明され、その発症機序・治療法の開発が急務である。心肥大では、心筋細胞における変化だけでなく、線維芽細胞の増殖やそれに伴う細胞外マトリックスの増加や繊維化が認められ、これら心室での心筋細胞と非心筋細胞のクロストークが重要である。この系を用い、G蛋白共役型受容体のアゴニストの一つであるエンドセリン-1(ET-1)と、gp130とlcukemia inhibitory factor(LIF)受容体のヘテロダイマーのリガンドであるカルディオトロフィン-1(CT-1)の心筋細胞肥大における意義を検討した。新生仔ラット心筋細胞培養系においては、ET-1、CT-1ともに心筋細胞の肥大を惹起しANP・BNPの遺伝子発現を亢進させる。しかし、両者では、肥大の形態に大きな差が存在した。すなわち、ET-1は心筋細胞を丸く肥大させるのに対してCT-1は心筋細胞を細長く肥大させる。また、ANP・BNP遺伝子発現においてもCT-1はBNPをより有意に刺激させることが証明された。昨年までにET-1が心臓においてはいわゆる非心筋細胞から分泌されてパラクライン因子として心筋細胞肥大に働くことを証明した。CT-1は心筋細胞と非心筋細胞の両者で遺伝子発現しておりその量は非心筋細胞の方が約3倍多かった。また、心筋細胞に非心筋細胞の培養上清を添加したり、非心筋細胞との共培養系にすると、心筋細胞は肥大しANP・BNP分泌が亢進するが、CT-1に対する中和抗体を作製すると、この抗体はこの効果を有意に減弱させた。

以上の結果から、ET-1とCT-1は心臓局所因子として心室のリモデリングに関与していることが証明された。心肥大では、心筋細胞と非心筋細胞のクロストークが重要である。最近我々は、興味深い知見を観察した。第一には、エンドセリン-1 (ET-1)と新しい肥大因子であるカルディオト口フィン-1 (CT-1)に関して検討を加えた。ET-1はラット非心筋細胞より生合成され心筋細胞を直接肥大させることを我々は既に報告してきたが、CT-1もET-1と同様に培養系においては主として非心筋細胞で分泌され心筋細胞に働いて心筋肥大を惹起する、パラクライン因子であることを中和抗体を用いて証明した。しかしながら、CT-1とET-1で引き起こされる心筋肥大のパターンは異なっており、CT-1は長軸方向に細長く肥大させるのに対してET-1は縦横比がほぼ一定の肥大させる。また、肥大のマーカーであるANP・BNP分泌を検討するとET-1と比べCT-1はBNPをより選択的に分泌亢進させることを明らかにしそれがmRNAの安定化より転写を亢進させた結果であることをRun-onアッセイで証明した。ET-1とCT-1のBNP遺伝子転写調節機序をリポーター遺伝子を用いて更に検討すると、ET-1はBNP転写開始点より約200bp上流に存在するMCATとGATAが協調して働いていることを確認したがCT-1に応答するエレメントはBNP遺伝子転写開始点より上流6Kbpまでには存在しなかった。ファイブロネクチンに代表とされる細胞外マトリックスは従来心臓においては心臓の拡張能を低下させる受動的な存在として考えられていたが、我々は本研究で能動的にFAKを介して心筋細胞内に情報を伝達し心筋細胞肥大に関与している可能性を示し、心筋細胞と非心筋細胞とのクロストークに液性因子だけでなく細胞外マトリックスもその言語として働いていることを証明した。
分裂準備帯の細胞モデル作製の試み

分裂準備帯は分裂面の挿入位置決定に必要な細胞質分裂装置である。分裂準備帯は、組織の中にある細胞で重要であり、単離したものでは出現しても、その機能を果たさないことがある。そのため、有機的に構築された細胞集団での分裂準備帯の研究は必要であり、分裂準備帯の細胞モデルができれば、分裂準備帯の分子機構の解明を飛躍的に進歩させられる可能性がある。そこで本研究では、分裂組織を数層の細胞からなるシートにし、そこで分裂を起こさせる条件を検討し、次にこのシートから分裂準備帯を機能を保ったまま細胞膜をこわした細胞モデルを作製することが可能かどうか検討することを目的に研究を行った。まず、タマネギ根端分裂組織を材料として細胞モデル構築を試みた。本研究費で購入した2種のマイクロスライサ-で根端を50-200umの厚さの縦断切片を作製し、この切片で細胞分裂が進行できる条件について検討した。その結果、スライスした組織で細胞分裂の観察が可能になった。しかし、根端0.5mm以下にスライスされた場合10分以内に分裂準備帯も含めてすべての表層微小管が消失することが分かった。そこで、現在微小管安定溶液にdetergentとtaxolを入れた溶液下で直接組織をスライスし、細胞モデルを作る条件を検討している。根端分裂組織では、スライスしたもので分裂準備帯をうまく残すことに問題があったので、気孔分化に関係する細胞分裂が見られる表皮についても検討することにした。タマネギ表皮では、従来孔辺母細胞の分裂はスライスした表皮でも観察できたが、不等分裂を進行させることはできなかった。本研究でスライスした組織で不等分裂を進行できる条件が見つかったので、将来はこれを使ったモデル作製も試みたい。
術前門脈塞栓術の至適塞栓方法と肝肥大予測バイオマーカ探索

門脈塞栓術は、肝切除術前に切除予定区域の門脈をあらかじめ塞栓することで、残存肝容量を増大させる手技である。しかし、門脈塞栓術後も約8%の頻度で術後肝不全となり、その場合の致死率は50-80%である。残存肝を十分肥大させておく必要があるが、至適門脈塞栓方法は明らかではない。また、十分な残存肝肥大効果を早期に予見できるバイオマーカーがあれば、追加塞栓の適応決定や肝切除時期の決定において大変有用であるが、バイオマーカーは確立されていない。本研究では、より適切な門脈塞栓術の方法を模索し、残存肝肥大効果を早期に予見できるバイオマーカーの確立を目指すことにより、肝切除成績の更なる治療成績向上に貢献する。
災害救助用群ロボットネットワークシステム

本研究の当初の目的は,研究代表者が先に提案した群ロボットを用いた災害救助システムである「被災者発見システム」に関して,(1)システム運用方式の検討,(2)システムの高信頼化の検討,および(3)ネットワーク伝送方式の高効率化の検討である.これらの目的に関して,以下の成果を得た.(1)および(2)に関して,SRRC方式(Search and Relay Robot Classification)を提案し,その有効性を計算機シミュレーションによって確認した、SRRC方式は,被災者発見システムを構成する個々のロボットが,ネットワークトポロジーにおける自己の位置を基準として適切に行動し,探索目的地にいたる連鎖ネットワークを形成する方式である.連鎖ネットワークは,その形成と変形を自律的に行う機能を持つ.したがって,未知領域の効果的な探索が可能となる.同方式によって,被災者発見システムによる災害現場内未知領域の実時間探索が実現する.ここに実時間探索とは,群ロボットを用いた災害救助システムに対する要求条件であり,SRRC方式の提案にあたって研究代表者が提示した.同条件では,各ロボットとオペレータの間に常に通信パスが存在し,かつこの通信パスは群ロボット自身によるアドホックネットワークによって形成される.同通信パスによって,ロボットが被災者を発見したときのオペレータによる即時検証が可能となり,災害救助システムの信頼性を高めることが可能とする.被災者発見システムの信頼性向上に関しては,さらに各ロボットへの遠隔給電方式について検討した.(3)のネットワーク伝送方式に関しては,SRRC方式によって形成される連鎖ネットワークの特性に関連した検討を進める必要があり,現在検討中である.本研究の当初の目的は,研究代表者が先に提案した群ロボットを用いた災害救助システムである「被災者発見システム」に関して,(1)システム運用方式の検討,(2)システムの高信頼化の検討,および(3)ネットワーク伝送方式の高効率化の検討である.これらの目的に関して,以下の成果を得た.(1)および(2)に関して,SRRC方式(Search and Relay Robot Classification)を提案し,その有効性を計算機シミュレーションによって確認した、SRRC方式は,被災者発見システムを構成する個々のロボットが,ネットワークトポロジーにおける自己の位置を基準として適切に行動し,探索目的地にいたる連鎖ネットワークを形成する方式である.連鎖ネットワークは,その形成と変形を自律的に行う機能を持つ.したがって,未知領域の効果的な探索が可能となる.同方式によって,被災者発見システムによる災害現場内未知領域の実時間探索が実現する.ここに実時間探索とは,群ロボットを用いた災害救助システムに対する要求条件であり,SRRC方式の提案にあたって研究代表者が提示した.同条件では,各ロボットとオペレータの間に常に通信パスが存在し,かつこの通信パスは群ロボット自身によるアドホックネットワークによって形成される.同通信パスによって,ロボットが被災者を発見したときのオペレータによる即時検証が可能となり,災害救助システムの信頼性を高めることが可能とする.被災者発見システムの信頼性向上に関しては,さらに各ロボットへの遠隔給電方式について検討した.(3)のネットワーク伝送方式に関しては,SRRC方式によって形成される連鎖ネットワークの特性に関連した検討を進める必要があり,現在検討中である.平成18年度の研究において,被災者発見システムによる広域探索方式を提案し,計算機シミュレーションによってその有効性を確認することができた.ここに被災者発見システムとは,研究代表者が先に提案した災害救助システムであり,アドホックネットワークで接続された群ロボットとモニタ局からなる.各ロボットが自律的パス修復を行ってネットワークの維持を行い,この結果災害現場において被災者の実時間探索を行うことができる点に特長がある.実時間探索とは,各ロボットとオペレータの間に常に通信パスが存在し,同通信パスによって,ロボットが被災者を発見したときのオペレータによる即時検証が可能となる方式である.実時間探索は,これ以外にも被災者発見時に救助隊の即時の出動が可能となるなどの理由により,災害救助システムにおける本質的に重要な方式である.提案した方式は,被災者発見システムを構成する個々のロボットが,ネットワークトポロジーにおける自己の位置を基準として,探索ロボットと中継ロボットに適宜に自己を分類し,この分類にしたがって適切に行動する方式である.探索ロボットは災害現場内を探索ロボットどうしの協調行動にもとづいて探索する.中継ロボットは,オペレータが待機するモニタ局と主探索ロボットとの通信パスを維持するように行動する.提案方式は,探索ロボット/中継ロボット分類手順,および各ロボットの行動アルゴリズムを含む.これらの方式の組み合わせによって,被災者発見システムによる災害現場内の実時間探索が実現する.平成19年度の研究において、被災者発見システムを構成する各ロボットに対して遠隔給電を行うことを可能にする低周波磁気共振機構の基本原理を確認し、さらに複数ロボットによる他ロボットに対する協調的給電システムの効果を確認することができた.低周波磁気共振機構とは、送電側コイルが比較的低周波の振動磁界を発生させ、この振動磁界に反応した受電側コイルに対して電力を送電する遠隔送電システムである.振動磁界の周波数は、電磁波による電力の散逸が生じない程度に低く設定するので、理論的には100%の送電効率を得ることができる.しかしながら、送・受電側の両者のコイルにおいて大きな電流が流れ、この結果コイル中の抵抗が電力を消費するので必ずしも高い送電効率が得られないという問題点がある.例えばMITによって行われた実験例では、約10MHzの周波数と直径25cmのコイルを用いた2mの距離の電力伝送において約40%の電力伝送効率が報告されている.低周波磁気共振機構の被災者発見システムへの応用を目的とした今年度の研究結果は、以下の2点である。(1)磁気共振を利用した従来の調相結合トランスに類似の回路モデルを用いて低周波磁気共振機構の解析を行い、小型のロボットに搭載することを想定した直径10cmのコイルを用いて5Wの非接触

電力送電を行うシステムの設計値を検討した.この結果、10KHzの共振周波数と26cmのコイル間距離において目的とする電力伝送が可能となり、コイル内の消費電力は伝送電力の10%以下となることがわかった.(2)複数のロボットが協調して他のロボットに給電するシステムの基礎検討として、2台のロボットが1台のロボットに遠隔給電を行うシステムの検討をおこなった.この結果、送電ロボットの配置を並列型とした場合に,直列型に較べて効果的な送電が可能となることがわかった.
ストレス応答タンパクの多様性についてーαNACとMUC1の核内での働きー

低酸素における細胞死に小胞体ストレスが関係しているのではないかと言われているが、その伝達経路は現在の所ほとんど分かっていない。今回、私たちは、GSK-3β依存性にγ-taxilinとαNACが減少する事によって、小胞体ストレスを介した細胞死が誘導される事を発見した。そして、その小胞体ストレスの経路はそれぞれ違った経路を選択していた。さらに、γ-taxilinが発現減少すると、アルツハイマー病の発症時に誘導されるtauのリン酸化が起こる事を発見した。この事は、アルツハイマー病の発症に、γ-taxilinやαNACが関与している事を示唆しているのかもしれない。本研究の目的は、細胞質と核内で別の働きを有するストレス応答蛋白(dual-function stress response protein)であるαNACとMUC1に注目し、DNA障害修復機構におけるこれら2つの蛋白の相互作用を解明することである。特に、細胞のストレス死において、αNACとMUC1とが協調して、あるいは拮抗的に働くメカニズムを明らかにしたいと思っている。平成25年度は、以下の実験を計画した。1, DNA障害を引き起こす電離放射線、化学療法剤等の刺激に対し、αNAC-CおよびMUC1-Cのa)蛋白質レベルb) mRNAレベルc)細胞内局在d)細胞死の変化等を解析し、その動態を明らかにする。次に、2, αNAC-CとMUC1-CのsiRNAおよびDNA vector作製と、大腸菌において蛋白を精製しrecombinant proteinを作製する。これらを細胞に導入することで、免疫沈降、luciferase活性、細胞死の判定等を行う予定である。本年度は、細胞導入に必要となる、αNAC-CとMUC1-C siRNA、DNA vectorおよび蛋白を作製する実験を進行している。αNAC-CとMUC1-C siRNAおよびDNA vectorは作製を完了し、現在蛋白作製を行っている。本研究の目的は、細胞質と核内で別の働きを有するストレス応答蛋白(dual-function stress response protein)であるalpha NACとMUC1に注目し、DNA障害修復機構におけるこれら2つの蛋白の相互作用を解明することであった。特に、細胞のストレス死において、alpha NACとMUC1とが協調して、あるいは拮抗的に働くメカニズムを明らかにしたいと考え研究を始めた。平成26年度は、alpha NACおよびcleaved alphaNACの働きについて研究を行った。DNA障害時により細胞死が起こる際に、alpha NACはカスパーゼ依存性に切断される事を発見した。alpha NACのリコンビナント蛋白の精製を行い、様々なカスパーゼを使用して切断の検索を行いカスパーゼ3にて切断される事が分かった。また、カスパーゼ3の抑制剤によって、切断が抑制されることも分かった。本研究の目的は、細胞質と核内で別の働きを有するストレス応答蛋白(dual-function stress response protein)であるαNACとMUC1に注目し、DNA障害修復機構におけるこれら2つの蛋白の相互作用を解明することであった。特に、細胞のストレス死において、αNACとMUC1とが協調して、あるいは拮抗的に働くメカニズムを明らかにしいと考え研究を進めた。しかし、αNACとMUC1の結合関係は認められず、協調関係はないようであった。そこで、新たにαNACに結合している蛋白であるγ-taxilinとの関係性に着目して、それらが協調して、あるいは拮抗的に働くメカニズムを研究した。γ-taxilinの発現が減少する事によって、細胞死が引き起こされる事を発見した。そして、その細胞死の経路は、αNACと同様にER stressを介しており、さらにミトコンドリアにも関与している事が分かった。しかし、ER stressの経路の内、αNACはPERKの経路のみを惹起していたが、γ-taxilinにおいては、それに加えて、IRE1α、JNKの経路を活性化している事が分かった。さらに、γ-taxilinの発現減少においてのみ、アルツハイマー病にて発現する事が認められているtauのリン酸化が誘導される事を発見した。このことは、アルツハイマー病の発症に、γ-taxilinが関与している事を示唆しているのかもしれない。研究はおおむね順調に進展していると思われる。歯学・病態科学系歯学・歯科放射線学さらに研究を進めて、cleaved alpha NACの働きを解明したい。研究はおおむね順調に進展していると思われる前年度に予定していた研究をすべて遂行出来なかったため。さらに研究を進めて、DNA障害修復機構におけるαNACとMUC1の相互作用を解明したい。前年度に計画していた研究に使用する。予定していた実験のすべてを本年度に終わらせることができなかったため、実権計画を変更したため今年度に前年度の終了しなかった実験を行う予定である
破骨細胞に影響を与える骨肉腫細胞由来エクソソーム内分子の解明

骨髄環境の恒常性を維持している破骨細胞は骨肉腫細胞の存在下にその分化が抑制されて数が減少し、さらにその状況下に肺転移が促進されていることが報告されている。一方、骨肉腫など希少がんの腫瘍細胞がエクソソームの分泌を介してどのように生体内の細胞と情報伝達しているかについてはほとんど知られていない。そこで、骨肉腫細胞由来エクソソームが、骨髄環境の恒常性維持のために働いている破骨細胞にどのような分子や機序を通じてがん細胞の進展・環境形成に寄与しているかを解明することで、破骨細胞の分化を維持し、肺転移の抑制につながる骨肉腫の新たな治療戦略の可能性を探索する。
メトリックラーニングに基づく大規模実データの分析手法と理論評価に関する研究

本研究課題では,近年その蓄積が容易かつ大規模となっている電子データに対する分析手法として,機械学習の一手法であるメトリックラーニングに着目し,大規模実データへの適用のための各種手法について検討を行った.具体的には,正則化を用いたロバストな解の導出法の提案,データ選択による計算コストの低減法の提案,複数の局所的距離計量を仮定,統合した分析の方法について検討し,その有効性を示した.これらの手法は分析対象データの規模や分析時に重点を置く内容(計算に要するコストや分析精度など)により使い分けることが可能であり,大規模実データへの適用可能性を示した.2014年度の研究実績として,実データへのメトリックラーニング手法の適用可能性を検討するため,従来手法の問題点の改善を行った.具体的には,以下に示す3点について提案を行った.1点目は,l1正則化を用いたメトリックラーニング手法の提案であり,これは高次元なデータを対象とした場合メトリックラーニング手法で学習すべきパラメータ数が過多となり,正確なパラメータ推定が難しいという点を改善するための手法である.当該手法について,その詳細な定式化,ならびに複数のベンチマークデータを用いた性能解析を行うことでその有効性を示した.2点目は複数の計量行列を用いた距離計量の学習方法の提案と,それを用いた新規入力データの分類手法の提案であり,複数のカテゴリからなる学習データの統計的特徴を詳細に把握することが可能な手法であるといえる.この手法を用いることで従来のメトリックラーニング手法と比較し,その分類精度が向上することをシミュレーション実験により確認することができた.3点目は最適な計量行列を導出するための最適化問題の検討であり,従来行われている手法で用いられていなかった複数カテゴリの情報を考慮した最適な計量行列導出の手法について提案を行った.加えて,正則化パラメータを変更することにより,その役割が変化することを示した.当手法を用いることで新規入力データの分類精度が向上することを確認するとともに,正則化パラメータの変化による分類精度の差異についても検討を行った.上記の研究のうち,1点目,2点目共に論文投稿を行い,条件付き採録となっている.本研究では,1)統計的学習理論,確率論の知見を援用したメトリックラーニング手法の汎化誤差の理論解析,2)凸最適化手法を用いた大規模データに対する効率的な計算手法の開発,3)メトリックラーニング手法の実問題への適用手法の開発を主な研究目的としており,平成27年度に関しては,このうち1), 2)について重点的に研究を行い,3件の論文採録,ならびに国際会議での発表を3件(全て査読有)行った.また,査読無の論文に関しても1件投稿,採録された.具体的には,よりロバストな結果を得ることができるメトリックラーニング手法の提案と,それが保持する理論的性質の解析,大規模データを対象とした場合に発生する過学習の抑制のためのスパースなパラメータ推定方法の提案,導出を行った.加えて,得られた学習データのカテゴリ毎に計量行列を求め,それらを有効に用いる手法を提案することで,従来用いられているメトリックラーニング手法と比較し,高い分類性能を達成することができる手法を提案した.また,メトリックラーニング手法の応用的手法に関してもアプローチを行い,計量行列学習の性能向上に有効であるデータのみを適切に選択する方法,新規入力データの分類時に得られた計量行列を効果的に組み合わせることによりその性能を向上させる方法についても提案を行った.これらのうち,複数の計量行列を学習するための方法論は計算量を犠牲にしてしまうものの,高い性能を達成することができるため,計算量の低減方法を含めて今後も継続的に研究を進めていく予定である.平成27年度に関しては,それまでに得ることのできた知見を基に,複数のメトリックラーニング手法の性能向上法の提案や,その理論的特性を解析するとともに,メトリックラーニング手法の応用に関する研究を行うことができた.これらにより,メトリックラーニング手法を用いることによる様々な知見を得ることができ,その活用は本研究課題の目的の一つとしている,3)メトリックラーニング手法の実問題への適用手法の開発,のための一助となると想定される.その一方で,平成27年度に計画していた実データの分析のためのメトリックラーニング手法の検討に関しては,データの提供が遅れてしまったため,大きな進捗を得ることができなかった.これまでに提案した各種メトリックラーニング手法は,汎用的な手法であるということができ,それらを直接実データへ適用したとしても,データの規模により計算量が増加してしまう,パラメータ数の増加に伴い過学習が生じてしまう,不要な特徴を含むことによる分析性能の低下が発生するなど,データ特有の問題が生じてしまう可能性がある.この点に関してはデータ受領後より継続して検討を行っており,得られたデータに適したメトリックラーニング手法の開発,検討を継続して行っていく予定である.また,得られた研究成果についても査読付き論文が3件,査読無の論文が1件,国際会議での発表が3件,国内での学会発表が4件と概ね順調であると言える.本研究課題ではメトリックラーニングにおける理論評価に関する検討,効率的な計算手法の提案,ならびに実データへの適用手法の検討を行うことを目的としていた.このうち,理論評価に関しては2014年度にその一部を,効率的な計算手法の提案については2015年度に実施し,それぞれ学術論文として投稿,掲載された.2016年度については,大規模実データへの適用を検討するとともに,メトリックラーニング手法におけるさらなる性能向上を目的とした新たなデータ分析手法の提案を行った.

前者の大規模実データへの適用に関してであるが,他のメトリックラーニング手法同様計算コストの増加により,現実的な計算時間で最適解を得ることが難しいという問題が生じた.このような点に関して,最適な計量行列を相対的に低い計算コストで学習するための手法について検討を行い,その結果を論文として投稿,掲載された.これにより,メトリックラーニング手法を実データの分析へ適用することは計算コストの面から難しいという問題点を解決できる可能性が生じた.後者のメトリックラーニング手法のさらなる性能向上に関しては,複数の計量行列を同時に学習,それらを分類時に活用することでその性能を向上させる方法について提案を行った.複数の計量行列を用いたメトリックラーニング手法はこれまでにも存在しているが,2016年度に検討した手法では得られる計量行列がスパースとなる手法,ADMMと呼ばれる最適化手法を用いて効率的に計量行列を学習することができる手法をそれぞれ提案した.これらの手法についてはそれぞれ査読付き国際会議にて発表を行った.本研究課題では,近年その蓄積が容易かつ大規模となっている電子データに対する分析手法として,機械学習の一手法であるメトリックラーニングに着目し,大規模実データへの適用のための各種手法について検討を行った.具体的には,正則化を用いたロバストな解の導出法の提案,データ選択による計算コストの低減法の提案,複数の局所的距離計量を仮定,統合した分析の方法について検討し,その有効性を示した.これらの手法は分析対象データの規模や分析時に重点を置く内容(計算に要するコストや分析精度など)により使い分けることが可能であり,大規模実データへの適用可能性を示した.本研究は「実データへの適用のためのメトリックラーニング手法の構築」,ならびに「分類誤差の理論評価法の提案」の二つの目的により構成されている.前者の「実データへの適用のためのメトリックラーニング手法の構築」に関しては新たな手法の提案ならびにその有効性の検証を実施することができた.これらの結果を査読付き国際会議で発表,ならびに論文投稿を行っており,当初の予定以上の進捗状況であるといえる.一方で後者の「分類誤差の理論評価法の提案」に関しては,従来行われている理論解析を直接適用することが難しいということが判明したため,当該内容に関する研究進捗としてはやや遅れてしまっている.両者を総合的に鑑みると,進捗状況に一長一短はあるものの,おおむね順調に進展していると考えられる.平成28年度は,主に1)メトリックラーニング手法の性能向上に関する研究,2)実データへのメトリックラーニング手法の適用について検討を行っていく予定である.特に2)に関しては,既に述べている通り,取り扱うデータ毎にその特性,生じるであろう問題点が異なることが想定され,問題が発生するごとに適切にその内容を検討しながら分析を進めていく予定である.1)に関しては,複数の計量行列を学習するための手法に着目し,分析性能を向上させるための方法を検討,提案する.