hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学習過程における適応のモデル化とパターン認識における個人差の問題への応用

本研究はいわゆるPAC学習モデルに基づき,環境が変化していく状況のもとでの学習,すなわち,適応の論理的にモデルを確立し,適応アルゴリズムの性質を解明しようとするものである.適応アルゴリズムは,例題を1個ずつ入力する度に仮説を更新していく,いわゆるインクリメンタルな学習過程としてモデル化することができると考えられる.そこで,インクリメンタルな学習による概念形成過程の仕組みを,学習アルゴリズムの振舞いそのものに立ち入って解明しようとしてきた.まず,インクリメンタルな学習過程の重要な戦略として,例題の中に反例が生じない間はそれまでの仮説を更新しないという保存性の概念や,例題の数が増すに従って仮説の精度が増大するという単調性の概念に注目し,そのような性質を持つ学習アルゴリズムの概念形成過程を調べた.その結果,ある自然な条件のもとで,保存的,あるいは単調な学習アルゴリズムが出力する仮説は,与えられた例題系統の情報がある意味で圧縮された表現形式となっていることを示した.そのような仮説は,学習対象である概念の本質的な情報をよく捉えているとみることができる.また,単調で,かつ,常に目標概念に含まれる仮説を出力する,片側誤り学習アルゴリズムについて,学習に必要な例題数の上界を,新しく切辺集合(pargicle set)の概念を導入して評価した.この一般的に必要例題の上界を,目標関数のクラスが,n次元ユークリッド空間のn次元直方体からなるクラスの場合に適用して,これまで知られている上界を改良する上界を導くとともに,この上界が,定数の違いを無視すると下界に一致することをしめした.これらの結果は,インクリメンタルな学習アルゴリズムが,質の高い仮説を効率よく出力できることを示している.しかし,このアルゴリズムの適応の能力については,まだ解明されていない.今後は,本研究で示したアルゴリズムが,環境の変化に対してどの程度robustであるかを調べるとともに,適応可能性の妥当な定義を与える予定である.本研究はいわゆるPAC学習モデルに基づき,環境が変化していく状況のもとでの学習,すなわち,適応の論理的にモデルを確立し,適応アルゴリズムの性質を解明しようとするものである.適応アルゴリズムは,例題を1個ずつ入力する度に仮説を更新していく,いわゆるインクリメンタルな学習過程としてモデル化することができると考えられる.そこで,インクリメンタルな学習による概念形成過程の仕組みを,学習アルゴリズムの振舞いそのものに立ち入って解明しようとしてきた.まず,インクリメンタルな学習過程の重要な戦略として,例題の中に反例が生じない間はそれまでの仮説を更新しないという保存性の概念や,例題の数が増すに従って仮説の精度が増大するという単調性の概念に注目し,そのような性質を持つ学習アルゴリズムの概念形成過程を調べた.その結果,ある自然な条件のもとで,保存的,あるいは単調な学習アルゴリズムが出力する仮説は,与えられた例題系統の情報がある意味で圧縮された表現形式となっていることを示した.そのような仮説は,学習対象である概念の本質的な情報をよく捉えているとみることができる.また,単調で,かつ,常に目標概念に含まれる仮説を出力する,片側誤り学習アルゴリズムについて,学習に必要な例題数の上界を,新しく切辺集合(pargicle set)の概念を導入して評価した.この一般的に必要例題の上界を,目標関数のクラスが,n次元ユークリッド空間のn次元直方体からなるクラスの場合に適用して,これまで知られている上界を改良する上界を導くとともに,この上界が,定数の違いを無視すると下界に一致することをしめした.これらの結果は,インクリメンタルな学習アルゴリズムが,質の高い仮説を効率よく出力できることを示している.しかし,このアルゴリズムの適応の能力については,まだ解明されていない.今後は,本研究で示したアルゴリズムが,環境の変化に対してどの程度robustであるかを調べるとともに,適応可能性の妥当な定義を与える予定である.
空気覚メディアの基礎研究

本研究は,空気を媒体とした全く新しい感覚「空気覚(air-sensation)」の創造と開発を目的とし,具体的には,空気流発生装置の機能を改善し,空気覚誘発物理場を測定する.次に,構築した物理場の特性と心理・生理的特性との関係を明らかにする.更に得られた心理ー生理ー物理の相互関係から,新感覚の空気覚を考慮した新感性モデルを構築する.最後に新感覚の空気覚を応用した情報伝達技術(新メディア,新コンテンツ,新医療など)の検討を行う.2017年度では,空気流発生装置の機能を改善した.電圧素子である圧電振動素子を用いて,先行研究で開発した装置を省エネ化し,電気音響変換ができないか検討した.さらに1振動当たりのストローク量を増加させるため圧電素子の組み込み方を工夫し,圧電素子への入力電圧をより高くするための増幅回路を開発し,改善前に比べて約2倍のストローク量を達成した.しかしながら,先行研究と同等のストロークまでは達していないため,今後も開発を進めていく.空気流発生装置を用いた感応評価実験では,空気流発生装置に2種類の信号を入力したときの空気流刺激と,一般的な扇風機による風を被験者に与え,感応評価を行った.同一の圧力エネルギーで比較をすると,空気流発生装置による空気流刺激は冷感を伴うことがわかった.2018年度では3次元空間の空気流の場を測定するため,超音波センサを用いた簡単なシステムの試作を行った.超音波センサの動作は確認できたが,空気場の精密な計測までは到達していないため,引き続き開発を続ける.また,空気流発生装置を用いた感応評価実験では,触覚刺激に対して敏感な被験者が空気覚刺激に対しても敏感であることが示された.このことより空気覚の応用研究への発展が期待できる.空気流発生装置の開発について以下に示す.2017年7月に圧電素子を用いたスピーカについて特許を取得.圧電素子の固定方法を工夫し,ストローク量を増加させることに成功.電圧が高いほど圧電素子はよく曲がるため,先行研究プロジェクトでは60[Vpp]程であった入力電圧を150[Vpp]とするための増幅回路を開発した.これらの改善により先行研究で開発した電スピーカ方式に比べて約2倍のストローク量である±2mmを達成した.しかしながら,ダイナミックスピーカと同等のストローク(±5mm)までは達しておらず,使用する圧電素子サイズや形,増幅回路出力の大電圧化などを検討する.次に3次元空間空気場測定について次にまとめる.超音波センサを用いたシステムの試作を行った.送信用超音波センサから正弦波信号を出力し,受信用超音波センサでそれを受信する.この時,1対の超音波センサ間に空気の流れがあると,送信信号と受信信号の間に差分信号が作成できる.これを3対の送受信超音波センサを水平ー鉛直ー奥行方向の軸から45度回転させた軸上に設置した.センサの入出力が確認できたが空気場の精密測定には至っていない.最後に空気流発生装置を用いた感応評価実験について以下にまとめる.空気流発生装置に正弦波とステップ状の2種類の信号を入力したときの空気流と,一般的な扇風機による風を被験者に与え感応評価を行った.刺激した部位は,手の甲,手のひら,頬,背中で,同条件で風速計および楽器用のマイクで測定を行った.同一の圧力エネルギーベースで比較すると,どの部位でも与えた空気流発生装置による空気流刺激は扇風機に比べて冷感を伴うことがわかった.また,空気流刺激の絶対閾評価実験と触圧覚の絶対閾評価実験を行ったところ,手の平における空気流刺激の絶対閾値が広い被験者ほど触圧覚閾値が小さい傾向を示した.空気流刺激装置の改善に関しては,圧電素子自体を,銀入りの導電性インクを用いることにより自作し,フレームと屈曲部を一体成型し,スピーカフレームに接着を必要としない方法を試みる.さらに増幅回路を見直し,200[Vpp]の電圧を与えられるように改善する.また,先行研究によるダイナミックスピーカを用いた空気流発生装置をさらに空気流発生装置の発射角度(ロール,ピッチ,ヨー),発射位置(x,y,z軸)などを制御できるような位置決め機構を導入する.そして入力信号の任意波形化(波形,振幅,タイミング)を制御する手法を検討し,筐体や振動体の物理要素に合わせた信号を入力する.これらの改善により,空気流の強さや質,発生位置などを自由に制御しの機能改善を達成する.空気場測定器の開発に関しては,送受信用超音波センサ対の数や軸を増やし,空気場の変動を測定可能な空間範囲を広げていく.今後1m立方空間の空気場変動を測るシステムを検討する.この計測評価システムを使って多機能化した空気流発生装置の物理特性を測定する.これらの事項を達成し空気覚の応用を検討する.具体的にはゲームや映画などのコンテンツに空気覚を応用した実験を行ったり,冷感を伴う空気流発生装置をエアコンディショナーの送風部に用いる応用を行ったり,省エネ化した空気流発生装置を植物工場に使用したり,アロマオイルなどの匂い刺激と複合したりと,多数の応用例を検討中である.

また,五感(触覚,嗅覚,聴覚,視覚,味覚)を複合的に使った感応評価実験を検討し,エンターテイメントなどに空気覚刺激を用いる際の指標としたい.本研究は,空気を媒体とした全く新しい感覚「空気覚(air-sensation)」の創造と開発を目的とし,具体的には,空気流発生装置の機能を改善し,空気覚誘発物理場を測定する.次に,構築した物理場の特性と心理・生理的特性との関係を明らかにする.更に得られた心理ー生理ー物理の相互関係から,新感覚の空気覚を考慮した新感性モデルを構築する.最後に新感覚の空気覚を応用した情報伝達技術(新メディア,新コンテンツ,新医療など)の検討を行う.その中で2017年度では,まず空気流発生装置の機能改善を行った.先行科研費プロジェクトにおいて,空気流発生装置の電気・音響変換部には複数個のダイナミックスピーカを用いた.ダイナミックスピーカは電流素子のため,多数の空気流発生装置を駆動させると,電力が必要となる.そこで電圧素子である圧電振動素子を用いて,電気音響変換ができないか検討した.さらに1振動当たりのストローク量を増加させるため圧電素子の組み込み方を工夫し,圧電素子への入力電圧をより高くするための増幅回路を開発し,改善前に比べて約2倍のストローク量を達成した.しかしながら,ダイナミックスピーカと同等のストロークまでは達していないため,今後も開発を進めていく.次に3次元空間の空気流の場を測定するため,超音波センサを用いた簡単なシステムの試作を行った.最後に,空気流発生装置を用いた感応評価実験では,空気流発生装置に2種類の信号を入力したときの空気流刺激と,一般的な扇風機による風を被験者に与え,感応評価を行った.同一の圧力エネルギーで比較をすると,空気流発生装置による空気流刺激は冷感を伴うことがわかった.このことより空気覚の応用研究への発展が期待できる.圧電振動素子を用いた空気流発生装置を開発した.2017年7月にこの方式の特許(出願番号:特願2017-145273,名称:圧電振動体およびこれを用いた圧電スピーカ)を取得.さらに圧電素子の固定の仕方を工夫し,振動のストローク量を増加させることに成功.電圧が高ければ高いほど圧電素子はよく曲がるため,先行研究プロジェクトでは60[Vpp]程であった圧電素子への入力電圧を150[Vpp]とするための増幅回路を開発した.これらの改善により先行プロジェクトで圧電素子を用いたスピーカ方式に比べて約2倍のストローク量である±2mmを達成した.しかしながら,ダイナミックスピーカと同等のストローク(±5mm)までは達していないため,使用する圧電素子サイズや形などを検討しこれを超えたい.次に3次元空間の空気場を測定するため,超音波センサを用いた簡単なシステムの試作を行った.超音波センサの送信器から正弦波信号を出力し,受信側の超音波センサでそれを受信する.この時,間に空気の流れがあると,送信信号と受信信号の間に差分信号が作成できる.いわゆるドップラー効果を用いた空気流の速度測定器を試作した.3対の送受信超音波センサを水平ー鉛直ー奥行方向の軸から45度回転させた軸上に設置し,3次元の空気場の動きを測定できるようにした.最後に,空気流発生装置を用いた感応評価実験では,空気流発生装置に正弦波とステップ状の2種類の信号を入力したときの空気流刺激と,一般的な扇風機による風を被験者に与え感応評価を行った.刺激した部位は,手の甲,手のひら,頬,背中である.同条件で風速計および楽器用のマイクで測定を行った.同一の圧力エネルギーベースで比較すると,どの部位でも与えた空気流発生装置による空気流刺激は扇風機に比べて冷感を伴うことがわかった.この研究については発表1回,論文1本にまとめた.本研究は,空気を媒体とした全く新しい感覚
グラフ最適化問題に対する高速アルゴリズムの理論設計と実装開発

本研究では、グラフ上の離散最適化において代表的な問題である、独立点集合問題、次数制限グラフ上のトラベリングセールスマン問題、帰還点集合問題、枝支配集合問題に対して、多項式領域厳密アルゴリズムを分枝アルゴリズムに基づき設計し、これらの時間計算量の理論的上界が現在、最良のものであることを証明した。この他,枝支配集合問題に対する多項式領域厳密アルゴリズムの設計、次数制限グラフ分割問題に対するカーネル構成アルゴリズムなどの設計、グラフ構造上の施設配置ゲーム対する結託耐性メカニズムの設計を行った。グラフ理論におけるNP-困難な最適化問題の中で,独立点集合問題,節点被覆問題,支配枝集合問題などはよく知られた代表的な研究対象である.まず,支配枝集合問題対して,解のサイズkに関するFPTアルゴリズムの計算時間を従来最良であったO(2.3147のk乗)を,本研究では,O(2.2351のk乗)へ大きく短縮した.最大次数3のグラフ上の最大独立点集合に対しては研究代表者らにより,理論的計算量が現時点で最良であるアルゴリズムが提案されているが,研究代表者の研究室の学生の修士論文として,このアルゴリズムの実装と計算機による性能評価を行った.また,FPTアルゴリズムを持つ節点被覆問題を含む形で,新たに,節点の次数の上下限を満足する部分グラフの抽出問題を定式化し,これに対してFPTアルゴリズムが存在することを証明した.この結果は,支配枝集合問題にある制約を課した厳密マッチング問題がFPTアルゴリズムを持つという従来の結果も含んでおり,次数制約を持つ関連の問題の複雑度を決定する上で役立つ結果である.平面的なグラフを2枚の半平面に,点は2半平面の共通軸に並べ,各半平面内で枝交差が生じないように埋め込めるかどうかという問題は一般にはNP-困難であるが,半平面へ割り当てる枝集合が予め指定されていれば,埋め込み可能性が線形時間で判定出来ていた.しかし,従来の方法は相当に複雑であり,本研究では,平面構造に基づく新しい性質を利用し,簡便なアルゴリズムと通常の平面判定への帰着という二種の方法を提案することができた.巡回セールスマン問題や独立点集合問題は,グラフに関するNP-困難な最適化問題の中で古典的な問題として知られており,これらを厳密に解くためには,動的計画法に基づく指数領域アルゴリズムあるいは分枝限定法に基づく多項式領域アルゴリズムが用いられる.本研究ではグラフの最大次数が3,4,5,6に制限されたn節点グラフ上の巡回セールスマン問題,グラフの最大次数が5であるn節点グラフ上の独立点集合問題に対して,それぞれ計算量の上界がO(1.2312のn乗), O(1.692のn乗), O(2.4723のn乗), O(3.0335のn乗),O(1.1736のn乗)である分枝限定法アルゴリズムを設計した.これらは多項式領域アルゴリズムの計算量としてはいずれも現在最良のものである.グラフ上の忌避型施設配置ゲーム問題に対する戦略耐性メカニズムの数学的な基本性質をいくつか明らかにした.木状構造の距離空間での施設の配置候補地の集合が提携戦略耐性メカニズムを持つための必要十分条件を明らかにした.また,直線構造の距離空間におけるメカニズムの戦略耐性の定義の緩和とメカニズムの達成できる全体利得との間に成り立つトレードオフの関係を導出した.この他,与えられたグラフを平面上に,すべての節点が外面に現れ,かつ各枝あたり2個までしか枝交差を持たないように埋め込めることができるかを判定する線形時間のアルゴリズムを設計した.この結果は,従来,グラフの平面への交差無し埋め込み,各枝高々1回の交差を許す1-平面埋め込みの研究結果をさらに一歩前進させるものである.巡回セールスマン問題や独立点集合問題は,グラフに関するNP-困難な最適化問題の中で古典的な問題として知られている.これらを厳密に解くアルゴリズムの計算の理論的上界の改善を行った.これらは,本研究の効率の良いアルゴリズムを設計するという目的を果たしている.グラフ描画問題における2-平面グラフ埋め込み問題に関して,外平面の制約条件下での線形時間アルゴリズムの設計を行った.これは離散構造の研究における成果に当たる.この他,グラフ上の忌避型施設配置ゲーム問題に対する戦略耐性メカニズムに関して数学的性質をいくつか明らかにした.複数のプレーヤーから報告される位置情報に基づき候補地を決定する過程(メカニズム)を設計する問題では,メカニズムは事前にプレーヤーに周知されるとし,プレーヤーが自分の位置報告を恣意的に変更しても決定される候補地がそのプレイヤーとって有利に変化しない,戦略耐性をもつメカニズムが必要である.この研究は,単一目的関数をもつ最適化問題を解く従来型のアルゴリズムに対して,入力情報の恣意的な変化にも耐性のある安定なアルゴリズムという高度な概念を対象にしており,取引問題など現実問題への応用上重要である.本研究では、情報化社会において、広範な現実問題が共有する離散構造上の特徴を抽出し、これに基づいたアルゴリズムの設計の理論の構築を行うことを目指していた。本研究を通じ、グラフ上の離散最適化において、代表的な問題である、独立点集合問題、次数制限グラフ上のトラベリングセールスマン問題、帰還点・枝集合問題に対して、多項式領域厳密アルゴリズムを分枝アルゴリズムに基づき設計し、これらの時間計算量の理論的上界が現在、世界最良のものであることを証明した。これらの結果を得るために、本研究では、「シフト」と呼ぶならし計算量と漸化式生成法というアルゴリズムの新しい解析手法を導入した。

前者は、分枝ルールに対応した漸化式の系を解く際の解析をより精密に行うための技法で、後者は、解析に必要な漸化式の本数を変数の個数程度に減らすための手法である。いずれも、アルゴリズムの設計・解析技術の理論基盤の構築に寄与する成果であり、当初の目的を果たしている。この他、最近普及の進むドローンの利用を組み入れた新しいタイプの配送計画のモデル化を行い、これに対する近似アルゴリズムの設計を行った。また、離散データの可視化に向けた課題として、グラフの描画問題に対する数学的結果を得た。最終年度では、さらに、枝支配集合問題に対する多項式領域厳密アルゴリズムの設計、次数制限グラフ分割問題に対するカーネル構成アルゴリズムなどの設計、グラフ構造上の施設配置ゲーム対する結託耐性メカニズムの設計を行った。本研究では、グラフ上の離散最適化において代表的な問題である、独立点集合問題、次数制限グラフ上のトラベリングセールスマン問題、帰還点集合問題、枝支配集合問題に対して、多項式領域厳密アルゴリズムを分枝アルゴリズムに基づき設計し、これらの時間計算量の理論的上界が現在、最良のものであることを証明した。この他,枝支配集合問題に対する多項式領域厳密アルゴリズムの設計、次数制限グラフ分割問題に対するカーネル構成アルゴリズムなどの設計、グラフ構造上の施設配置ゲーム対する結託耐性メカニズムの設計を行った。グラフに関するNP-困難な最適化問題の中で,よく知られている支配枝集合問題に対して,新しいグラフ論的考察により,FPTアルゴリズムの計算量を改善することができた.2枚の半平面への平面グラフの埋め込みについても見通しの良い新しい線形時間アルゴリズムを開発した.これらは,本研究の効率の良いアルゴリズムを設計するという目的を果たしている.支配枝集合問題に対するFPTアルゴリズムの研究においては,支配枝集合問題の解のサイズに対する新しい下界の式や解析の精度を向上させるための組み合わせの式に対する新しい不等式を導入している.この不等式は他の問題にも使える解析のツールであり,本研究の目的であるアルゴリズム設計に関する一般的な設計手法を提供できたことになる.また,グラフの次数制約をもつ部分グラフの抽出問題に対して,FPTアルゴリズムを設計できた成果は,いくつかの既知の成果を統一的に扱う設計手法を与えたことになる.この他,最大次数3のグラフ上の最大独立点集合に対しては,理論的計算量が現時点で最良であるアルゴリズムを実際に計算機上で実装し,その実用的な性能を検証した.これもアルゴリズムの理論的性能と実用的性能の比較するという本研究の目的のひとつを果たしている.27年度はおおむね順調に進展があったので,今後も27年度と同じ推進方策に沿って研究を遂行していく.すなわち,代表的なグラフ最適化問題に対するアルゴリズムの改良に向けた新しい手法の開発を試みること,既存の結果を統一的に扱う広い問題クラスに対する一般的なアルゴリズムの枠組みの導出を行うことである.
多孔質により蛋白膜形成および内皮化を促進させるA-Cバイパス用人工血管の開発

内面構造と漏水性がA-Cバイパス用小口径人工血管の開存性と内皮細胞被覆に及ぼす影響を検討した。異なった内面構造(平滑膜、散在性小孔を伴った平滑膜、ミクロ多孔質)と異なった漏水率(0,2.7,11,37,39,58ml/min/cm^2)のミクロ多孔質の管壁をもつ6種類のポリウレタン製人工血管(内径1.5mm,長さ1.5-2cm)をラットの腹部大動脈に直線状に端々吻合で植え込み、術後3カ月間まで評価した。その結果、0または2.7ml/min/cm^2という小さな漏水率をもつ人工血管は内面構造にかかわらず、早期に血栓性閉塞した。漏水率が11ml/min/cm^2で内面構造が散在性小孔を伴った平滑膜である人工血管は開存性は良好であったが、内皮細胞被覆はほとんど認められなかった。しかし、漏水率が37あるいは58ml/min/cm^2で内面構造が散在性小孔を伴った平滑膜である人工血管は開存性は良好であり、かつ内皮細胞被覆は全内面の約半分以上に認められたが、内面全体に認められたものはなかった。一方、漏水率が39ml/min/cm^2であり、かつ内面構造がミクロ多孔質である人工血管は良好な開存性とほぼ完全な内皮細胞被覆が得られた。すなわち、満足すべき開存性を得るためには、漏水率が約11ml/min/cm^2以上であること。そして、良好な開存性かつ高度な内皮細胞被覆を達成するために漏水率が約約11から39ml/min/cm^2ないしはそれ以上であり、かつ内面構造がミクロ多孔質であることが望ましいことが示唆された。さらに高度に達成された内皮細胞被覆が慢性期において、そのまま維持されていくのか否か評価する人工血管植え込み実験を行った。すなわち、ミクロ多孔質の管壁構造を持ち、かつ漏水性を備えた内径1.5mm、長さ10cmのポリウレタン製小口径人工血管をラットの腹部大動脈に植え込むという厳しい条件で評価した。その結果、232日というの長期間にわたり開存が得られることが判明した。このラットはさらに長期間の継続飼育観察下にある。以上述べたとおり、ミクロ多孔質構造を小口径人工血管の設計概念に導入することの妥当性が示唆された。内面構造と漏水率の異なったミクロ多孔質の管壁をもつ4種類のポリウレタン製人工血管(内径1.5mm)を作製した。それらをラットの腎動脈下、腹部大動脈に端々吻合で植え込み(長さ15-20mm)、開存性と内皮化を含む治癒性を検討した。内面が平滑かつ無孔で、漏水率0ml/cm_2/minの人工血管は全例急性期に閉塞した。内面が平滑であっても散在性の小孔があいており、漏水率11ml/cm_2/minを有する人工血管は満足すべき開存性を示したが、内皮化は不良であった。

一方、漏水率39ml/cm_2/minを有し、かつ内面がミクロ多孔質の人工血管では、良好な開存性を示し、かつ1例を除く全例で内腔面全体に及ぶ内皮化が見られた。しかし、ミクロ多孔質の内面を有していても、漏水率が2.7ml/cm_2/minと小さい人工血管では開存性も内皮化も不良であった。以上より、開存性を獲得するためには、内面構造に関わりなく、漏水率をある一定レベル以上に設計することが重要であり、内皮化の向上には、内面は平滑よりもミクロ多孔質が優れていることを示した(1994年、日本胸部外科学会総会および1995年、The 5th International Symposium on Artificial Heart & Assist Devices発表)。さらに、新たにミクロ多孔質の管壁をもつポリウレタン製の人工血管(内径1.5mm,漏水率100ml/cm_2/min以上)を作製し、これをラットの腹部大動脈に置換したところ、漏水率39ml/cm_2/minの人工血管よりも植え込み後内腔面の内皮化がさらに促進されることが示唆された。これと同様の管壁構造をもつポリウレタン製人工血管(内径3-4mm)を犬の頸動脈および大腿動脈に植え込み、開存性、治癒性を評価をおこなっているところである。結果が良ければ、そのグラフトをcoronary positionに植え込み評価する実験に移行する予定である。我々はこれまでに異なった内面構造(平滑膜またはミクロ多孔質)と異なった漏水率(0,2.7,11,39ml/min/cm^2)のミクロ多孔質の管壁をもつポリウレタン製小口径人工血管を作製した。そして長さ1.5-2cmのこれらの人工血管をラットの腹部大動脈に植え込み、3カ月間まで評価した。そして、満足すべき開存性を得るためには、漏水率が約11ml/min/cm^2以上であること。そして、良好な開存性かつ高度な内皮化を達成するためには(1)漏水率が約39ml/min/cm^2ないしはそれ以上であること、あるいは(2)漏水率が約39ml/min/cm^2ないしはそれ以上であり、かつ内面構造がミクロ多孔質であることが望ましいことが示唆された(1994年、日本胸部外科学会総会および1995年、The 5th International Symposium on Artificial Heart & Assist Devices発表)。次に、この結果に基づき、漏水性をもつモクロ多孔質ポリウレタン製小口径人工血管(内径1.5mm、長さ10cm、146ml/min/cm^2)を作製した。至適漏水率を追究するため、試みに漏水率はこれまで試験された人工血管のなかでは最も大きかった39ml/min/cm^2よりもさらに大きな146ml/min/cm^2とした。そして、このグラフトをループ状にしてラットの腹部大動脈に植え込むという厳しい評価モデルを採用し実験を行い、約7カ月目の生存ラット(n=3)を得た。このうち1匹のラットを76日目と133日目に開腹してグラフトの開存を確認した。引き続き一年以上の長期植え込みを行い、開存性、安全性、そして内皮化の状態を評価する予定とした。結果が良ければ、そのグラフトを犬などのcoronary positionに植え込み、評価する実験に移行する予定である。
学術分野共通性を優先した修訂情報付き英語科学論文コーパスの構築

日本人が執筆した論文に修訂情報が付与されたコーパスが構築されれば,日本人学術英語解明において新たなコーパス研究が展開されることが期待される.論文の規範性は学術分野にも強く依存する.そこで本研究では「表現に対する学術分野共通性」という尺度を導入した.この尺度によって,分野に依存しにくい論文内の断片に優先的に修訂情報を付与することができる.本研究では,日本人による論文の英文概要を中心に,延べ語数約2万語規模の修訂情報が付与し,整備した.平成27年度は,研究実施計画に従い,次のような検討を行い,成果をあげた.1.修訂情報を付すべき,日本人が書いた英語科学論文断片の収集:申請書にも記したように,過年度の課題の英語科学論文収集の成果も活用しつつ,諸般の事情により機械的な収集が難しいものについては手動で,論文断片を収集,蓄積した.2.論文断片に対する学術分野の共通性(分野共通性)を計量する技術の開発:論文断片をどのように考えるか,何を特徴量として分野共通性を推量するか,ということに関する予備的議論を行った.今年度は,比較的同定しやすい「文」を言語断片とし,動詞を中心にその推定し,その連続範囲に注目することとした.3.修訂情報の付与作業の試行:アブストラクト等の非常に小さな論文断片に対して,修訂情報を試行的に付与し,その基準に関する予備データを蓄積した.初年度ということで,【研究実績の概要】に書いたのが,ほぼ進捗状況と一致する.平成28年度は,研究実施計画に従い,次のような検討を行い,成果をあげた.1.分野に特徴的な語彙の同定法:次項で活用するため,分野ごとの論文集に含まれる語彙のうち,各分野に特徴的なものを同定する方法を検討した.このような語彙の同定は長年,統計量を用いた方法など,数多く研究されていたが,どのように閾値を設定すべきなのか,といった点で議論の余地があった.本研究では,適当な分類モデルの下で「分野の類似関係が崩れるか否か」といった観点で閾値を設定する.また,内容を担う名詞をまずは候補とし,特徴語と認定された名詞に共起する語を,特徴語の候補に加える漸増的な方法を策定した.2.論文断片に対する学術分野の共通性(分野共通性)を計量する技術の開発:平成27年度の同項目の成果を継続し,推進した.分野情報が付された文に対して,前項で提案した方法で同定した各分野の特徴的な語彙をマスクし,文中の語や定型表現などの出現情報に基づき,文の分野を推定するモデルを与えた.前項の分野間の類似性を考慮し,分野構成を多少アレンジした推定分野のエントロピーを分野共通性の一尺度とした.3.小さな論文断片に対する分野共通性の付与:アブストラクト等の小さな論文断片に対して,修訂情報を試行的に付与し,その修訂情報を付すべきデータを蓄積した.分野共通性を計量するにあたって,特徴語同定の重要性の再認識と開発に時間を要した.これは本来,研究実績2に資する副次的な事柄で,関係分野ではすでに研究し尽くされたように考えられていたが,実際に従来研究の知見を活用しようとすると問題点が数多く明らかとなり,良い意味で予想外の遅滞と考えている.また,成果発表や修訂情報の付与に関する遅れを勘案し,上記のように判断した.【研究実績の概要】(800字以内,改行5回まで)本年度は,主に次のようなテーマを重点的に推進した.1.分野共通性の推定法の開発:過年度までに編纂した分野共通性に強くかかわる語彙リストを活用し,適当な言語断片に対する分野共通性の推定法の開発を行った.言語断片の分野共通性は,それに含まれる文の分野共通性の平均として与える(本来は長さ等も検討すべきであろうが,今後の課題である).文の分野共通性は,当然,それに含まれる語彙が大きな影響を与えると考えられる.しかし,英語科学論文の手引きなどに挙げられている例文を観察すると,著者らの専門分野の術語や特殊な表現が存外に含まれており,読者はそのような専門的な表現は,適当に読み飛ばして本来感得すべき広く使われる表現の構造などをとらえている.そこで,本研究では言語断片内の係り受け関係(<係る語,係られる語>の組で,今回は係りの種類は考慮しない)に注目した.係り受け関係の分野共通性を係る語・係られる語の分野共通性の高い方の値を与える.言語断片を文としたとき,単純に文内の語の分野共通性の平均で与えた場合よりも提案手法の方が有効であることが確認された.2.研究会英文概要を対象とした分野共通性の推定:昨年度までに収集,蓄積していた研究会英文概要にたいして,1で提案した分野共通性を付した.3.修訂情報の付与とデータベース化:2で付した分野共通性に基づき英文概要に英語母語話者によって校正を施した.それらの校正情報を語の入れ替え,時制の変化,構造の変化などに類型化し,データベース化した.校正対象となった英文は1,064文で延べ語数は19,599語である.本データは,別課題の構造変化に関する校正情報データベースと併せて公開する.日本人が執筆した論文に修訂情報が付与されたコーパスが構築されれば,日本人学術英語解明において新たなコーパス研究が展開されることが期待される.論文の規範性は学術分野にも強く依存する.そこで本研究では「表現に対する学術分野共通性」という尺度を導入した.

この尺度によって,分野に依存しにくい論文内の断片に優先的に修訂情報を付与することができる.本研究では,日本人による論文の英文概要を中心に,延べ語数約2万語規模の修訂情報が付与し,整備した.実施計画通りに進めて行くことを予定している.修訂情報の基準の策定,擦り合わせについては,実際に進めて初めて分かる困難さも予想されるため,可能な限り早く作業等を早める.実施計画通りに進めて行くことを予定している.成果の公開が進んでいないため,修訂情報の付与に加え,成果発表・論文投稿等を重点化する.英語教育分担研究者の立命館大学文学部田中省作教授が、年度末に海外出張を計画していたが、立命館大学学内業務の関係でできなくなったため.研究代表者の徳見道夫と研究分担者の宮崎佳典は、今年度予算を使い切ったが、研究分担者の田中省作は、今年度、実験やデータ作成に時間が取られ、予算が使い切れなかった。田中省作教授の学外出張か研究課題に緊急に必要な機器の購入にあてる予定.田中省作は、次年度には、研究発表を大幅に増加して、作成した英文データを校正会社に委託して修訂情報を付してもらう予定である。その金額はおよそ90万円強である。
演奏様式に基づく東南アジア音楽文化圏の再画定

本研究は、従来のゴング・チャイムという楽器ではなく、インターロッキング様式という楽器演奏法(個別音分担奏)に着目して東南アジア音楽文化圏を再画定しようという試みである。3年間の現地調査の結果、この新しい音楽文化圏の北限である台湾から、南限のインドネシアに至るまで、その中間に位置するブルネイも含めて、東南アジアにおけるオーストロネシア語族の分布域にインターロッキング奏法が見られることが明らかになった。すなわち、本研究の目的である東南アジア音楽文化圏の再画定が可能となったのである。さらに、音高を伴うポリリズムを原初形態とするインターロッキング奏法の成立過程の一端を解明することもできた。本研究「演奏様式に基づく東南アジア音楽文化圏の再画定」は、東南アジアの音楽文化圏を規定するゴング・チャイムという楽器ではなく、特にオーストロネシア語族の分布域において歴史を通じて広く用いられてきたインターロッキングという楽器演奏法、すなわち、ゴング・チャイムも含めて複数人で音高を分担して旋律を組み立てるという行為に着目して、東南アジア音楽文化圏を再画定しようという試みである。本研究は従来の音楽学・音楽史研究では注目されなかった分野に関わるものであり、あらかじめ参照できる資料がほとんどないために、主として現地調査の手段をとる。平成25年度は、平成24年度に始めた台湾邵族の杵音の調査を続行すると同時に、ブルネイ・ダルサラーム(以下、ブルネイと略す)のゴング・チャイム音楽とその楽器についての調査に着手した。邵族の調査は平成25年度で終了する予定であったが、杵音が本来の儀式として行われる旧暦8月の邵族新年祭に実際に参加し、杵音の演奏を体験することができた。ブルネイは音楽情報がきわめて少ないため、現地で一から情報を探す必要があった。そこで、まず現地の知人の助けを借りてクダヤン族のグリンタンガンgulintanganに接することができた。グリンタンガンはゴング・チャイムを中心とするアンサンブルで、フィリピンやボルネオ島に広範に分布する。しかし、クダヤン族はゴング・チャイムの代わりに木琴を用いる。インターロッキング奏法におけるゴングと木(や竹)の楽器の互換性について、新たに考察を行なう必要性を感じた。また、文化・若者・スポーツ省に所属する音楽家たちの協力を得て、ゴング・チャイムを用いるブルネイ族のグリンタンガンの構成楽器を調査し、演奏の録画を行なうことができた。本研究「演奏様式に基づく東南アジア音楽文化圏の再画定」は、東南アジアの音楽文化圏を規定するゴング・チャイムという楽器ではなく、特にオーストロネシア語族の分布域において歴史を通じて広く用いられてきたインターロッキングという楽器演奏法、すなわち、ゴング・チャイムも含めて複数人で音高を分担して旋律を組み立てるという行為に着目して、東南アジア音楽文化圏を再画定しようとする試みである。平成24年度は台湾原住民族の一部族である邵族の杵音の調査を行なった。杵音は音高の異なる8本の杵を使ったインターロッキング奏法で演奏される。数少ない文献の記述より、杵音は旧暦8月の邵族豊年祭の前夜に行なわれると認識していたが、実際に杵音を行なう演奏者にインタビューしたところ、現在では観光客対象の歌舞上演の機会でのみ演奏されるということがわかり、結果的に歌舞上演場のステージで行なわれる杵音を調査することとなった。豊年祭の幕開けを告げるという特定の役割を持つ音楽が本来のコンテクストから切り離されてしまった形で伝承されている実態が明らかになった。なお、インドネシアで行なわれた第22回国際アジア歴史学者会議において、本研究の概要と意図について発表したが、一つの音楽文化圏を、特徴的な楽器ではなく、通時的に存在する楽器演奏法で再画定するという着眼点の斬新さが歴史学者の注意を引きつけ、多くの賛同を得ることができた。本研究はあらかじめ参照できる資料がほとんどないために、主として現地調査の手段をとる。平成26年度はインドネシアでの現地調査に集中した。インドネシアにはインターロッキング様式で演奏されるアンクルンという楽器がある。アンクルンはインドネシアの代表的な民族楽器であり、本研究の着想の発端となった楽器である。インドネシア全土で広く用いられるが、その起源は西部ジャワ(スンダ)とされる。

そこでまず、西部ジャワのバンドゥンにあるスリ・バドゥガ博物館にて、古来儀式に用いられていた古式アンクルンの収蔵品を調査した。さらに、インドネシア文化芸術大学バンドゥン校を訪問し、学長及び音楽学部アンクルン科教員と意見交換を行なった。その結果、インドネシアにおいても、アンクルンの歴史についてはまだ研究が進んでいないことを痛感した。しかし彼らとのディスカッションにより、西洋音階に調律して旋律を演奏する現代式アンクルンに対して、儀式に用いられた古式アンクルンは元々旋律演奏を目指したのではなく、音高を伴うポリリズムの性格を持っていたことが判明した。最終年度に至って、本研究の中核をなすインターロッキング様式が、組楽器によるポリリズム奏から次第に旋律奏へと発達していったプロセスを確認できた。と同時に、台湾、ブルネイ・ダルサラーム、インドネシアにおけるインターロッキング様式の記録資料を収集することができた。音楽学「平成25年度の研究実施計画」に記載したとおり、ブルネイの音楽調査を重点的に行なうことができた。現地の知人や文化・若者・スポーツ省の音楽家たちの協力なくしては調査は不可能であった。ただ、ブルネイでの調査に時間を費やしてしまい、ボルネオ島の他地域(マレーシアのサバ・サラワク両州やインドネシアのカリマンタン州)の調査に手を回すことはできなかった。しかし、ブルネイに比べてマレーシアやインドネシアの音楽情報は比較的豊富であるため、情報量が圧倒的に少ないブルネイでの調査に集中したのは妥当であると考える。そしてその結果、今まで海外に紹介されることがなかったブルネイのグリンタンガンに接して、金属製のゴングとその代替として機能する木や竹の楽器の互換性と、インターロッキング奏法に関するさらなる問題点を見出すことができたのが平成25年度の成果である。「平成24年度の研究実施計画」に記載したとおり、台湾原住民族の一部族である邵族の杵音を重点的に調査することができた。演奏者の一人がインフォーマントとして、杵音という音楽について、そして邵族が置かれている現状について多くの情報を提供してくれた。また、台湾において邵族に関する文献を数点入手でき、調査の際の資料として活用することができた。「平成26年度の研究実施計画」に記載したとおりの現地調査を行なう。平成26年度はインドネシアのジャワ、バリを主たる調査地とする。インドネシアのインターロッキング奏法を行なう音楽としては、ジャワのアンクルンangklungやコテアン・ルスンkotekan lesung、バリのブンブン・ゴビョグbungbung gobyogが挙げられる。アンクルンは竹筒を組み合わせた楽器、コテアン・ルスンとブンブン・ゴビョグは臼を杵で搗く楽器である。コテアン・ルスンとブンブン・ゴビョグは限られた地域で行われている音楽であるため、調査に時間を過度に費やすことはないと考える。しかし、アンクルンは今やインドネシアの国民的楽器といわれるものの、楽器の歴史はまったく解明されていない。アンクルンはインターロッキング奏法を行なう代表的な楽器であり、本研究を始めるきっかけの一つとなった楽器でもある。フィールド・リサーチだけではなく、文献探究も丁寧に行ないたい。
小児期発症メタボリックシンドロームにおけるカルシウムシグナルの役割

Calreticulinの欠損マウスを作成し、そのホモ体は胎生致死となることがわかった。しかしヘテロ体は野生型と表現型が同じであるため、欠損マウスはヘテロ体で維持することが可能である。この欠損マウスとcalcineurinのconstitutive active formを心臓特異的に発現したトランスジェニックマウスを交配することによって全身にcalreticulinが欠損したleanマウスを得た。また時間、組織特異的過剰発現トランスジェニックマウスは、cre-loxPシステムを用いたトランスジーンによる発現調節系を用いて作成した。このトランスジーンはin vitroにおいてcre recombinaseを発現させることによりcalreticulinの過剰発現を誘導できた。それゆえ、肝細胞、膵臓β細胞などのそれぞれの組織に特異的にcre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスと交配させることにより、calreticulinの過剰発現を発生、成長の各段階に誘導可能となった。このトランスジェニックマウスでは、心臓における過剰発現とその表現型を明らかにした。また、それぞれの組織でcre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスとの交配を行った。さらに私は、マウスの内胚葉系組織から肝細胞、膵内分泌細胞などへ分化する内胚葉系幹細胞を分離、分化誘導した。一方で、calreticulin欠損ES細胞を作成し、肝細胞、膵臓、インスリン産生β細胞、心筋細胞、脂肪細胞などを分化誘導をおこなった。これらの体性幹細胞、ES細胞を用いて、それぞれの細胞へ分化させる過程においてカルシウムシグナルの異常による各組織のメタボリックシンドロームにおける病態を明らかにした。Calreticulinの発現レベルを膵臓β細胞、血管内皮細胞のそれぞれにおいて調節できるトランスジェニックマウスを作成した。これはloxP配列とストップコドンにより制御されたcalreticulin過剰発現トランスジェニックマウスと、組織特異的cre recombinase発現マウスとの交配により行う。組織特異的cre recombinase発現マウスとして、膵臓β細胞、血管内皮細胞特異的なプロモーターであるインスリンプロモーター、tie-2プロモーターの制御下にcrerecombinaseを発現するトランスジェニックマウスを用いた。前者のトランスジェニックマウスを用いて、脂肪細胞特異的にcre recombinaseを発現するマウスと交配し、脂肪細胞特異的なcalreticulin過剰発現マウスを作成する。このときウエスタンブロット法を用いることにより、脂肪細胞におけるcalreticulinの発現量を野生型と比較する。トランスジーン由来のcalreticulinの発現は、トランスジーンの3'端に存在する小胞体残留シグナルの5'側に挿入したhemagglutinin (HA)タグを、抗HA抗体を用いることにより検出する。このHAタグは、すでにcalreticulinによるカルシウムシグナル調節を障害しないことをin vitroにおいて確認している。また脂肪細胞における内因性、外来性をあわせたcalreticulinの発現量は、calreticulinに対するポリクローナル抗体を用いて検出し、野生型との発現量の違いを比較する。このトランスジェニックマウスにおいて、肝臓、膵β細胞、脂肪細胞における糖、脂質代謝にっいて解析をおこなっている。Calreticulin欠損マウスは、脂肪組織の発生が障害されるとともに、糖、脂質代謝異常をおこすことが示唆されている。一方で、過剰発現マウスにおいても糖の産生、貯蔵やインスリンの産生、分泌などに異常を認めている。

このトランスジーンはin vitroにおいてcre recombinaseを発現させることによりcalreticulinの過剰発現を誘導できた。それゆえ、肝細胞、膵臓β細胞などのそれぞれの組織に特異的にcre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスと交配させることにより、calreticulinの過剰発現を発生、成長の各段階に誘導可能となった。このトランスジェニックマウスでは、心臓における過剰発現とその表現型を明らかにした。また、それぞれの組織でcre recombinaseを発現するトランスジェニックマウスとの交配を行った。さらに私は、マウスの内胚葉系組織から肝細胞、膵内分泌細胞などへ分化する内胚葉系幹細胞を分離、分化誘導した。一方で、calreticulin欠損ES細胞を作成し、肝細胞、膵臓、インスリン産生β細胞、心筋細胞、脂肪細胞などを分化誘導をおこなった。これらの体性幹細胞、ES細胞を用いて、それぞれの細胞へ分化させる過程においてカルシウムシグナルの異常による各組織のメタボリックシンドロームにおける病態を明らかにした。
生体流れに関わる疾患の診断・治療・予防のための計算ナノバイオメカニクスの新展開

平成25年度(平成25年4月1日平成25年4月25日)の研究内容は,細胞スケールにおける生体力学および分子生物学の融合を目指したシミュレーション技術の開発であり,主な成果は以下のとおりである.(1)平成24年度に開発した細胞の接着に関連するligand-receptor結合の計算力学モデルについて,これを格子ボルツマン法と有限要素法に基づく流体ー膜連成計算手法へと導入し,血小板血栓形成,マラリア感染赤血球の血管内皮細胞上の回転運動,がん細胞の血管内皮細胞への接着を対象としたシミュレーション手法の開発に着手した.(2)平成24年度にクライオ電子線トモグラフィー法を用いて解明した気管繊毛の三次元内部構造を考慮し,ダイニン分子の滑り運動に由来する個々の気管繊毛の運動と,これによって駆動される周囲の流れ場の連成シミュレーション手法の開発に着手した.(3)平成24年度までに赤血球の希薄・準希薄懸濁液を対象として,境界要素法と有限要素法に基づく流体ー膜連成計算手法を開発し,循環器のマクロスケールの解析で必要となる粒子応力テンソル,自己拡散テンソルを算出している.これを赤血球濃厚懸濁液へと拡張するため,細胞濃厚懸濁液を対象とした大規模GPUシミュレーション手法の開発に着手した.(4)平成24年度に開発した実形状の胃に対する液体食物流動(食物攪拌)の計算力学モデルについて,これを相の異なる液体や固体運動を連成する手法へと改良し,様々な食物および胃液などの流動を解析するための計算力学モデルの開発に着手した.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の主な成果は以下のとおりである。(1)マラリア感染赤血球の接着特性のシミュレーションについて、第一に、接着プロセスの第一ステップであるマラリア感染赤血球が血管壁近傍へと移動する現象のメカニズムを明らかにした。第二に、大規模並列計算のための、微小循環シミュレーション手法を構築した。第三に、原子間力顕微鏡を用いた接着因子の分子レベルでの接着・離脱特性を導入するため、分子間の接着・離脱反応を確立的に記述する接着モデルを導入した。(2)血小板接着因子のシミュレーションについて、第一に、狭窄血管における血小板血栓形成のプロセスを明らかにした。第二に、血小板血栓と赤血球の相互作用について解析を実施した。(3)細胞スケールにおけるシミュレーション技術の開発について、第一に、細胞膜モデルとしてのバネモデルと連続体モデルの振る舞いを解析的に比較検討した。第二に、せん断速度の大きさによって赤血球の配向が変化することを発見し、このメカニズムを振動伸張流れを用いて説明した。第三に、共焦点micro-PIVシステムを用いた観察により、微小血管分岐部と合流部における赤血球挙動の違いを明らかにした。(4)組織・臓器スケールのシミュレーション技術の開発について、第一に、呼吸器系の複雑な管内流れをGPUを用いて大規模並列計算するための手法として、適合サブドメイン法を開発し、実形状肺内気流の計算を用いてこの有効性を実証した。第二に、共焦点micro-PIVシステムを用いた実験によって大腸菌の集団遊泳とエネルギ輸送を解明し、また、小腸内での微生物および栄養素の輸送について計算シミュレーションを用いてこれらを解析した。(5)電子顕微鏡構造解析を用いて、気管上皮細胞の繊毛細胞の三次元構造を解明した。(6)慣性を応用し、血液からがん細胞を分取するバイオチップなどを開発した。これらの成果は、雑誌論文、および国際会議論文として報告している。平成25年度(平成25年4月1日平成25年4月25日)の研究内容は,細胞スケールにおける生体力学および分子生物学の融合を目指したシミュレーション技術の開発であり,主な成果は以下のとおりである.(1)平成24年度に開発した細胞の接着に関連するligand-receptor結合の計算力学モデルについて,これを格子ボルツマン法と有限要素法に基づく流体ー膜連成計算手法へと導入し,血小板血栓形成,マラリア感染赤血球の血管内皮細胞上の回転運動,がん細胞の血管内皮細胞への接着を対象としたシミュレーション手法の開発に着手した.(2)平成24年度にクライオ電子線トモグラフィー法を用いて解明した気管繊毛の三次元内部構造を考慮し,ダイニン分子の滑り運動に由来する個々の気管繊毛の運動と,これによって駆動される周囲の流れ場の連成シミュレーション手法の開発に着手した.(3)平成24年度までに赤血球の希薄・準希薄懸濁液を対象として,境界要素法と有限要素法に基づく流体ー膜連成計算手法を開発し,循環器のマクロスケールの解析で必要となる粒子応力テンソル,自己拡散テンソルを算出している.これを赤血球濃厚懸濁液へと拡張するため,細胞濃厚懸濁液を対象とした大規模GPUシミュレーション手法の開発に着手した.(4)平成24年度に開発した実形状の胃に対する液体食物流動(食物攪拌)の計算力学モデルについて,これを相の異なる液体や固体運動を連成する手法へと改良し,様々な食物および胃液などの流動を解析するための計算力学モデルの開発に着手した.本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)クライオ電子線トモグラフィー法と呼ばれる,特殊な電子顕微鏡(CTと同じ原理で微細な物質の3次元構造を解析できる)を用い,哺乳類(マウス)気管繊毛の三次元内部構造を世界で初めて解明することに成功した.

(2)血小板やマラリア感染赤血球の接着に関連するligand-receptor結合を数理モデル化し,細胞・組織レベルのシミュレーション手法に導入することによって,様々な接着因子が血管壁近傍の細胞挙動に与える影響を明らかにするためのシミュレーション手法を構築した.(3)格子ボルツマン法のGPU計算に基づく呼吸の患者個別モデリング手法を開発し,臨床現場に設置可能なパーソナルコンピュータでの計算を可能にした.またこれを用いて吸入型薬剤の実形状気管支への沈着量を解析し,粒子径に応じた息止めの効果を明らかにした.(4)実形状の胃に対する食物流動を初めて解析し,幽門前庭部において時間平均的な再循環が生じていること,この再循環領域で攪拌が進行することを明らかにした.また,様々な姿勢に対する解析より,幽門が胃体部より上部に位置するような姿勢においては撹拌効率が低くなることを示した.(5)前年度に開発したがん細胞を血液から分離する診断用バイオチップを改良した.これは慣性力を応用して分離するPDMS製バイオチップであり,多段階方式により85%の回収効率および120倍の濃縮に成功した.本年度は震災の影響で研究開始時期が大幅に遅れたにも関わらず、当初の計画以上の研究を実施することができた。今年度の研究計画は、主に分子スケールおよび細胞スケールのシミュレーション技術の開発と実験による検証であり、組織・臓器スケールのシミュレーション技術の開発は次年度以降に実施する予定であった。しかしながら既に、大規模並列GPU計算を用いた組織・臓器スケールのシミュレーション技術の基盤を構築することに成功した。また、同様に次年度以降に実施する予定であった細胞の生体力学を応用した診断用バイオチップについても、がん細胞を血液から分取する慣性を応用したチップの開発に成功している。これらが、当初の計画以上に進展していると評価する理由である。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究計画は分子スケールおよび細胞スケールの研究課題が中心であった.これらのスケールでは,電子顕微鏡による気管繊毛の三次元構造の解明をはじめ,当初の研究計画にはなかった成果も次々と上がっている.さらに,平成25年度以降に計画していた臓器スケールの研究課題にも着手しており,臨床応用可能な薬物吸入効果の患者個別シミュレーション手法の構築や胃内部の再循環と食物撹拌の関係の解明に成功している.これらの成果は海外の一流雑誌に10件の査読付論文として発表し,また5件の招待講演を含む31件の国際会議発表を実施しており,当初の計画以上に進展しているとする根拠である.当初計画どおり、当面は分子スケールから臓器スケールまでの統合シミュレーション技術の開発を推進する。特に以下の項目について推進する。(1)マラリア感染赤血球や血小板血栓に関わる接着分子のナノスケールの運動を導入した、微小循環シミュレーション技術の開発(2)気管繊毛のナノスケールの構造・運動を導入した、気道上皮細胞がつくる流れのシミュレーション技術の開発。(3)赤血球膜のナノスケールの分子運動を導入した、赤血球の新しい細胞モデルの開発と組織・臓器スケールシミュレーションとの統合。当初計画どおり,当面は分子スケールから臓器スケールまでの統合シミュレーション技術の開発を推進する.特に以下の項目について推進する.