hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規磁気粒子イメージング法を用いた磁気送達及び磁気温熱療法の最適化システムの開発

近年、磁性ナノ粒子(MNP)を内包した薬剤を外部磁場を用いて目的の場所に送達する磁気送達法や外部から交番磁場を印加して癌細胞を死滅させる磁気温熱療法が注目されている。これらの治療法の有効性を高めるためには、集積したMNPの空間分布を可視化し、集積量を正確に定量する必要がある。最近、我々はMNPを画像化する磁気粒子イメージング(MPI)法およびその装置を開発した。そこで、我々のMPI法を用いて磁気送達や磁気温熱療法の効果を最適化するシステムを開発し、その有用性をファントムや動物実験によって検討した。その結果、開発したシステムは磁気送達や磁気温熱療法の最適化に有用であることが示唆された。近年、外部より磁場を印加して磁性ナノ粒子(MNP)と薬剤を内包したリポソーム等を目的の場所に局所集中させる磁気送達法やMNPを発熱体とした温熱療法(磁気温熱療法)が提案され、次世代のがん治療法として注目を集めている。これらの治療法を実用化して有効性を高めるためには、集積したMNPの空間分布を高精度に可視化し、集積量を正確に定量する必要がある。最近、我々はMNPの外部磁場に対する非線形応答性を利用してMNPの空間分布を画像化する磁気粒子イメージング(MPI)法および装置を新規に開発した。本研究課題の目的は、新規に開発したMPI法を用いて磁気送達や磁気温熱療法の効果を最適化するシステムを開発し、その有用性や信頼性をファントムや動物実験によって明らかにすることである。現有のMPI装置では、送信コイルと受信コイルの中心軸の一致精度を改善する必要がある。そこで、本年度はまず送信コイルと受信コイルの中心軸の一致精度を上げて感度の均一性を改善した。また、信号対雑音比を考慮してコイルの巻き数や長さを最適化した受信コイル(グラジオメータ)を作成した。並行して、ファントム実験を行って次年度以降の研究の基礎データを収集した。まず、種々の濃度に希釈した磁性ナノ粒子(リゾビスト)のサンプルをMPI装置で撮像し、MPI画像の画素値と濃度との関係を種々の条件下で測定した。また、既存の磁気温熱療法用の交番磁場発生装置を用いてサンプルを加温し、赤外線サーモグラフィーを用いて経時的に温度を測定して温度上昇量とMPI画像の画素値との関係を検討した。なお、交番磁場による加温の際には、周波数を100 kHzから1 MHzまで、磁場強度は0.5から3.5 kA/mまで変えて測定し、交番磁場周波数や磁場強度との関係についても詳細に検討した。送信コイルと受信コイルの中心軸の一致精度を向上することによって、MPI画像の画質や定量性が大きく向上した。また、ファントム実験の結果、MPI画像の画素値と磁性ナノ粒子の濃度や交番磁場による温度上昇率の間に良好な相関関係があることが判明した。これらの結果は、次年度以降の研究の基礎データとして有用であると考えられる。したがって、本年度の研究はおおむね順調に進展している。近年、外部より磁場を印加して磁性ナノ粒子と薬剤を内包したリポソーム等を目的の場所に局所集中させる磁気送達法や磁性体ナノ粒子を発熱体とした温熱療法(磁気温熱療法)が提案され、次世代のがん治療法として注目を集めている。これらの治療法を実用化して有効性を高めるためには、集積した磁性体ナノ粒子の空間分布を高精度に可視化し、集積量を正確に定量する必要がある。しかし、これらを行う有効な手段がない。最近、我々は磁性体ナノ粒子の外部磁場に対する非線形応答性を利用して磁性体ナノ粒子の空間分布を画像化する磁気粒子イメージング(MPI)法および装置を新規に開発した。本年度は、担がんマウスを用いて磁気粒子イメージング法の磁気送達への応用の可能性について検討した。まず、担がんマウスの腫瘍部に磁性体ナノ粒子(リゾビスト)を直接投与し、投与直後から腫瘍部に磁石を接触させた。また、対照群として磁石を使用しない群も作成して比較検討した。両群ともに、磁性体ナノ粒子を投与した直後、1日後、3日後、そして7日後に磁気粒子イメージング装置を用いて撮像を行った。撮像後の画像上で腫瘍部に関心領域を設定して画素値の平均値と最大値を計算した。その結果、磁性体ナノ粒子を投与して3日目に腫瘍部に磁石を接触させた群の平均画素値と最大画素値共に、磁石を使用しない群に比較して有意に高い値を示した。これより、我々の開発した磁気粒子イメージング法は磁気送達の有効性評価に使用できる可能性が示唆された。その結果、腫瘍部に磁石を接触させた群と磁石を使用しない群で、磁性体ナノ粒子を投与して3日目に磁気粒子イメージングで得られた腫瘍部の画素値に有意な差が得られた。したがって、本法の有効性が実証できたため、おおむね順調に進展している。

近年、外部より磁場を印加して磁性ナノ粒子(MNP)と薬剤を内包したリポソーム等を目的の場所に局所集中させる磁気送達法やMNPを発熱体とした温熱療法(磁気温熱療法)が提案され、次世代のがん治療法として注目を集めている。これらの治療法を実用化して有効性を高めるためには、集積したMNPの空間分布を高精度に可視化し、集積量を正確に定量する必要がある。しかし、現時点ではこれらを行う有効な手段がない。最近、我々はMNPの外部磁場に対する非線形応答性を利用してMNPの空間分布を画像化する磁気粒子イメージング(MPI)法および装置を新規に開発した。本研究課題の目的は、新規に開発したMPI法を用いて磁気送達や磁気温熱療法の効果を最適化するシステムを開発し、その有用性や信頼性をファントムや動物実験によって明らかにすることである。本年度はMPI撮像で得られたMNPの3次元分布と前年度で得られた基礎データを基に数値流体解析ソフトウェアを用いてPennesの生体伝熱方程式を解き、温度上昇量を推定して最大および平均温度上昇量を求め、推定した温度上昇量やMPI画像の画素値と腫瘍体積増加率との関係を検討して、磁気温熱療法の効果を最適化するシステムを構築した。また、煙霧化したMNPと永久磁石を用いた磁気送達システムを想定したファントム(肺を模擬したウレタンを永久磁石の直下に配置)を作成した。煙霧化したMNPの流量やウレタンと永久磁石間の距離(d)を変えて実験を行った後、ウレタンを取り出してMPI撮像し、MPI画像の画素値を定量して流量やdとの関係を検討した。その結果、MPI画像の画素値は流量の増加とともに増加したが飽和する傾向を示し、dの増加とともに指数関数的に減少した。これらの結果から、本研究によって構築した磁気送達システムの有効性やMPI法の磁気送達のモニタリング法としての有用性が示唆された。近年、磁性ナノ粒子(MNP)を内包した薬剤を外部磁場を用いて目的の場所に送達する磁気送達法や外部から交番磁場を印加して癌細胞を死滅させる磁気温熱療法が注目されている。これらの治療法の有効性を高めるためには、集積したMNPの空間分布を可視化し、集積量を正確に定量する必要がある。最近、我々はMNPを画像化する磁気粒子イメージング(MPI)法およびその装置を開発した。そこで、我々のMPI法を用いて磁気送達や磁気温熱療法の効果を最適化するシステムを開発し、その有用性をファントムや動物実験によって検討した。その結果、開発したシステムは磁気送達や磁気温熱療法の最適化に有用であることが示唆された。本年度の研究はおおむね順調に進展しているため、次年度以降も研究計画の大幅な変更を行うことなく、当初の研究計画に沿って研究を遂行する。本年度の研究はおおむね順調に進展しているため、次年度以降も研究計画の大幅な変更を行うことなく、当初の研究計画に素って研究を遂行する予定である。医用生体工学当初、送信コイルと受信コイルを一体化して両コイルの中心軸の一致精度を確保する計画であったが、受信コイルの固定方法を工夫することによって同程度の一致精度を確保できることが判明したため、後者の方法を採用した。したがって、当初予定していた予算よりも低い予算で目的が達成できたため、次年度使用額が「0」より大きくなった。当初、実験の信頼性や再現性を確保するための予算を計上していたが、思いのほか実験の信頼性や再現性が良好であったため、当初予定していた予算よりも大幅に低い予算で済んだため次年度使用額が「0」より大きくなった。翌年度分として請求した助成金と合わせた予算によって実験の信頼性や再現性を向上させるための追加実験等に使用する計画である。翌年度分として請求した予算と合わせた予算によって次の実験等に使用する計画である。
NHE3-CFTRイオン輸送複合体の機能異常による粘膜病変の分子病態

消化管や気道などの粘膜上皮の生体防御機構が正常に働くためには、粘膜を覆う管腔内液のpHが中性アルカリ性に保たれている必要がある。本研究では、CFTRとNHE3という二つの分子を中心とする複合体が、重炭酸イオン(HCO_3^-)輸送に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、HCO_3^-輸送メカニズムを統合的に解析するために、各輸送担体によるイオン輸送を数式化し、シミュレーションモデルを作成した。嚢胞性線維症(cystic fibrosis : CF)およびその関連疾患では、cystic fibrosis transmembrane conductance regulator(CFTR)の遺伝子変異による機能異常により、上皮膜組織の管腔内液が酸性化する。本年度は、CFおよび慢性膵炎において、膵導管細胞のHCO_3^-分泌が障害され膵液が酸性化するメカニズムを明らかにするために、CFのモデル動物であるΔFマウスの膵臓から小膵管を単離してH^+/HCO_3^-輸送を検討した。実体顕微鏡下で単離した小葉間膵管(径100μm)は、一昼夜培養すると両端が自然に閉じて、内腔が導管細胞上皮に囲まれた閉鎖腔となる。この膵管をHCO_3^--CO_2緩衝液(pH7.4)で37°Cで表層灌流すると、cAMP最大刺激下の溶液分泌は、ΔFマウスの単離膵管では完全に消失していた。膵管をmicropunctureして細胞膜透過性の無いpH感受性蛍光色素BCECF-dextranを管腔内に注入し、管腔内pHを測定したところ、コントロールでは8.0前後であったのに対し、ΔFマウスの膵管では7.0以下に酸性化していた。管腔をmicroperfusionして表層とは別個に灌流し、BCECF-AMを用いて細胞内pHを測定し、管腔膜のNa^+-H^+exchange(NHE)活性を比較した。ΔFマウスの膵管ではNHE活性が高く、cAMPの投与によって活性が増強された。上皮膜組織の管腔膜では、CFTRとNHEが複合体として機能することにより、管腔内液のpHを最適な状態に保っていると考えられる。嚢胞性線維症(cystic fibrosis: CF)およびその関連疾患では、cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR)の遺伝子変異による機能異常により、上皮膜組織の管腔内液が粘稠化・酸性化する。これには、CFTRとH^+/HCO_3^-トランスポータ(Na^+/H^+exchanger: NHE3、Cl^--HCO_3 exchanger: SLC26A6)の機能連関の異常が関与していると考えられている。膵液は、140mMもの高濃度のHCO_3^-を含む。CFではHCO_3分泌が障害され、膵管が粘稠な膵液で閉塞する。本年度は、膵導管細胞のHCO_3^-分泌メカニズムを明らかにするために、細胞膜上の各輸送担体(CFTR、NHE3、SLC26A6を含む)によるイオン輸送を数式化し、シミュレーションモデルを作成した。ソフトウェアにはMATLAB/Simulinkを用い、各輸送担体の輸送速度式は、電気化学的勾配と回路網熱力学を用いて導出した。解離定数、反応速度定数などは、モルモット単離膵管の管腔灌流実験をシミュレーションし、実験値と比較して決定した。この定数を用いて、イオンと水の輸送によって管腔(膵液中)のイオン組成が変化する分泌モデルを作成した。K^+チャネル、NBCl Na^+-HCO_3^-cotransporter、CFTR、SLC26A6の透過係数を上げ、AE2 Cl^--HCO3_^- exchangerの透過係数を下げることにより、140mMのHCO_^-3を含む2.8nl/min mm^2(単位上皮膜面積当たり)の膵液分泌を再現することができた。CFTRアニオンチャネルのHCO_3^-/Cl^-透過性比を、1.0、0.4(標準モデル)、あるいは0.1とすると、膵液のHCO_-^-濃度はそれぞれ144、140、126mM、膵液分泌速度は3.8、2.8、1.5nl/min mm^2であった。
中国明清道教の新研究

本研究では、道教儀礼を専門とする研究者を中心に国際的な研究交流を行うことで、清代道教の基本的な特徴を摘出した。すなわち(1)「士人による道教」。儒者としての立場や教養をもつ在家の信徒が従来の道教の枠組みを改変するような積極的かつ独創的な担い手となること。(2)「扶ケイの機能」。士人が道教の伝統に介入する際の重要な手段としての扶ケイの機能。(3)「在家と出家」。(4)「明清仏教との交流」。普度や戒律、あるいは十王信仰等に見る仏教との間の交流。(5)「南中国の諸宗教との関係」。ヤオ族の宗教をはじめ、清代以来の南中国の民間の宗教との関係把握、の5点である。明代道教については課題が残った。森由利亜(研究代表者)は、2014年12月11日香港中文大学・パリ高等研究院・早稲田大学総合人文科学研究センター(RILAS)共催シンポジウム「清代道教研究国際学術研討会ー呂祖信仰・ケイ壇與宗教革新」(会場:香港中文大学)にて“Jiang Yupu's Jueyuan Altar and the Tradition of theQuanzhen(蒋予蒲の覚源壇と全真教の伝統)"と題して研究報告を行った。丸山宏(分担研究者)は、2014年12月11日香港中文大学・パリ高等研究院・早稲田大学総合人文科学研究センター(RILAS)共催シンポジウム「清代道教研究国際学術研討会ー呂祖信仰・ケイ壇與宗教革新」(会場:香港中文大学)にて、「清朝道光年間金蓋山道壇所創造之経典初探《玉清賛化九天演政心印集経》・《玉清賛化九天演政心印宝懺》為中心之探討」と題して研究報告を行った。平成二七年度は、森由利亜(代表研究者)が9月11日にフランス、オッソワ「ポール・ランジュヴァンセンターで開催されたDaoist Lives: Colloque international d'(e)tudes tao(i)stes; In honor of Kristofer Schipper's 80's birthday(道教的生活:クリストファー・シペール80歳記念国際道教学会議)に参加し、学会報告"Tracing back Wang Changyue's Consecration Ritual for those Who Leave Their Family in History of Daoism."(「王常月の授戒儀の源流を道教出家伝戒儀の歴史に探る」)を行った。また、平成二八年3月29日30日にアメリカ合衆国ワシントン州タコマ市パシフィック・ルーテル派大学で行われた第四回日米道教会議Fourth Japan-American Daoist Studies Conferenceの準備のために、二回にわたり準備会合を持った。第一回は二七年一二月二六日、早稲田大学文学学術院キャンパス三九号館第4会議室にて、14:00ー17:00に開催。出席者は、森由利亜、丸山宏氏、松本浩一氏、広瀨直記氏(研究協力者)、林佳恵氏の5名。会議までの日程を決定した。第二回は二八年2月11日13:0018:00に、筑波大学春日エリア(春日キャンパス) 7D棟3階321室(7D321)で準備会を行った。参加者は、森由利亜、浅野春二氏、丸山宏氏、松本浩一氏、広瀨直記氏(研究協力者)、田中文雄氏(研究協力者)、蘇素卿氏(研究協力者)の七名。上記のメンバーと池平紀子氏(研究協力者)による日本語版発表原稿を検討した。その後、コロラド大学テリー・クリーマン教授とメールでやりとりしながら、第四回日米道教会議のプログラムを作成した。上記のごとく、平成二八年3月29日30日に同学会をタコマ市パシフィック・ルーテル派大学で開催。ただし、帰国日が4月1日になるため二八年度の予算から費用を支出することになった。廣瀬直記氏(早稲田大学院・研究協力者)は上清経の真偽判別に関する問題について考察。池平紀子氏(大阪市立大学[当時]・研究協力者)は、六朝道教戒について考察。森由利亜は、清朝の道教戒について考察。田中文雄氏(研究協力者)は道教の死者儀礼の展開について考察。松本浩一氏は宋元明の普渡儀礼の展開について考察。浅野春治氏と丸山宏氏はそれぞれ湖南省藍山県ミエン系ヤオ族の儀礼(清朝期に起源を有するとみなし得る儀礼)について、道教儀礼との関連を含めて考察した。平成二八年三月二九日、タコマ市パシフィックルーテル派大学で開催された第四回日米道教会議において、これらの研究成化を報告し、アメリカ側の参加者と討論を行った。「やや遅れている」とするのは、日米道教会議の開催が3月末となり、日本側参加者の帰国が4月1日となったため、二七年度予算で予定していたアメリカへの渡航費などが使用できず、来年度予算に繰り越されたことを主たる理由とする。すでに昨年度、本課題のために支給される科研費を使い切っているため、研究費に基づく研究はおこなえていない。文献に基づく清朝道教の研究を行ったのみである。

ひとつは、清朝道教における改革者として知られる王常月(1594-1680?)とその弟子たちによる清朝期における道教戒律(初真戒)の復興について、従来の私自身の議論を整理しつつ新たな結論を導いた。王常月が清朝初期に復興したとされる戒については、王常月以降の全真教徒によってそれが蒙古朝期の丘処機の戒律の復興であるという見方がなされてきたが、それが事実に基づくものではないことは私も含め従来の研究によって指摘されてきた。しかし、王常月による清初の戒律伝授が結局のところいかなる意味をもつのかという点については、従来必ずしも充分な説明がなされないか、学者によっては清初における王常月の戒律伝授自体が虚構であるとする立場をとる者すらある。そこで、本年度の研究では、王常月による戒律伝授が歴史的な事実として認定できる新資料を示し、さらにその意義が、従来考えられたように丘処機以来の全真教の戒律を復興したという点に存するのではなく、明代以来の、全真・正一双方の道士に対して授与されてきた出家戒の伝統を再興したという点にあることを示した。王常月を単に全真教の歴史の中でとらえるのではなく、道教全体の歴史の中で考えるという視点を示した。その成果は、Yuria MORI, "Tracing Back Wang Changyue's Precepts for Novices" in Daoism: Religion, History and Society, No. 8, 2016, 207-249に発表した。もうひとつの主要な研究対象は、清朝17世紀後半に生きた内丹道士で、龍門派の系譜にも与かる朱元育(朱玄育)の煉丹理論である。これについては「朱元育『参同契闡幽』の内丹法について」と題して2017年1月28日道教文化研究会で報告し、現在論文執筆に向けて研究を継続中である。本研究では、道教儀礼を専門とする研究者を中心に国際的な研究交流を行うことで、清代道教の基本的な特徴を摘出した。すなわち(1)「士人による道教」。儒者としての立場や教養をもつ在家の信徒が従来の道教の枠組みを改変するような積極的かつ独創的な担い手となること。(2)「扶ケイの機能」。士人が道教の伝統に介入する際の重要な手段としての扶ケイの機能。(3)「在家と出家」。(4)「明清仏教との交流」。普度や戒律、あるいは十王信仰等に見る仏教との間の交流。(5)「南中国の諸宗教との関係」。ヤオ族の宗教をはじめ、清代以来の南中国の民間の宗教との関係把握、の5点である。明代道教については課題が残った。当初予定していたアメリカ・コロラド大学でのシンポジウムが延期となったため。日米道教会議の開催が3月末となり、日本側参加者の帰国が4月1日となったため、二七年度予算で予定していたアメリカへの渡航費などが使用できず、来年度予算に繰り越されたが、会議自体は問題なく開催され、大きな成果を収めることができた。今後は、この会議の内容を深めて、アメリカ側の研究者との共同執筆で研究書を完成させることがひとつ。第2に、明清道教の研究の現状とその意義について共同研究による考察を深めてゆく。清代道教2015年度からは、研究会の活動を一層充実させ、より効率的に成果を蓄積することを目指したい。既に2016年3月29日から2016年3月30日にかけて、米国ワシントン州タコマ市パシフィック・ルーテル派大学で第四回日米道教会議を開催したが、日本側出席者(本課題の研究責任者と分担研究者および協力研究者)が帰国したのが(1人を除き)4月1日であったことから、2015年度予算から支出することができなかったため。
２次元酸化物ナノシートのボトムアップ合成と臨界物性の開拓

本研究では、超伝導性、強誘電性、磁性など機能の宝庫と言える酸化物をターゲットに、2次元酸化物ナノシートのボトムアップ合成に挑戦する。応募者が最近開発した「2次元ナノ界面鋳型合成法」を活用し、非層状酸化物の単層ナノシートの組成、構造を設計し、精密合成により具現化するテーラメイド合成技術を確立する。これにより、従来合成が困難な酸化物ナノシートの精密合成を実現し、酸化物の臨界膜厚で発現する特異構造、物性の開拓やグラフェンを凌駕する新機能材料を開発する。以上、2次元酸化物ナノシートの完全合成と機能開拓研究を通じ、グラフェンを凌駕する日本発の新規2次元材料技術の開発を目指す。
レニン・アンジオテンシン系の変形性膝関節症の発症および進行に与える影響

トレッドミルを用いてC57/BL6マウスおよびつくば高血圧マウス(THM)を強制走行させた。走行開始後2、4、6、8週にて左膝関節を摘出し組織学的に評価した。THMのOAスコアは4週以降有意に高く、8週後にはOAマーカー発現の有意な亢進が認められた。また、THMではRASコンポーネントであるアンギオテンシンII1型受容体(AT1R)、AT2R、ACE、アンギオテンシノーゲンの発現が認められ、AT1R、AT2Rは走行開始後経時的な発現亢進が認められた。RAS系の亢進しているTHMは運動負荷によるOAを発症しやすく、OAの発症と進展には局所RASが関与していることが示唆された。1)人工膝関節置換術時に摘出される変性骨軟骨組織のAT1R、AT2Rの免疫染色を行った.変性が比較的軽度で軟骨中層部分が残存している切片では、増殖肥大分化し、クローニングが観察される軟骨細胞において、AT1RとAT2Rの発現が確認された.しかし、症例や部位によって発現状況にばらつきを認めた.この理由として、AT1RとAT2Rの発現が比較的短期間に低下する可能性、早期に軟骨変性を進行させ軟骨組織の脱落を生じさせることが考えられた.骨・軟骨接続部においては、一部の標本において変性軟骨下層の血管侵入を受ける部位にて発現を認めた.2) 9週令オスの野生型マウス、およびTHMをケージ内で自然飼育し、飼育開始後3ヶ月で頸椎脱臼法により6匹ずつ安楽死させる.両側膝関節を取り出し、ホルマリン固定後にEDTAで脱灰、サフラニンO染色、AT1R、AT2Rの免疫染色を行った.THMでは9週令から軟骨に軽度の変性が認められ、3ヶ月令ではそれが増悪した.野生型では軟骨の変性はほとんど認められなかった.AT1R、AT2Rの免疫染色ではTHMの軟骨変性部分の肥大軟骨細胞にAT2R優位の発現が認められた.3) 9週令野生型マウス、およびTHMをトレッドミルにて2週間に1km強制的に走行させ、走行開始後2週、4週、6週、8週で6匹ずつ安楽死させ、組織染色を行い評価した.RASの活性化を生じた高血圧マウスにおいては、軟骨の変性が有意に進行しており、膝関節加わる機械的ストレスが変形性関節症のさらなる増悪因子として作用することが考えられた.増加の一途を辿る変形性関節症(OA)による関節機能障害の進行を防止し、高齢者の健康寿命の延伸を図るためには、その病因・病態の解明、予防法・薬物治療の確立は重要な課題である。本研究の目的は、高血圧症発症の因子であるレニン・アンジオテンシン系(RAS)の変形性膝関節症(OA)の発症および進行への関与をつくば高血圧マウス(Tsukuba Hypertension Mouse (THM)、ヒトレニンとヒトアンギオテンシノーゲンのトランスジェニックマウス)を用いてin vivoにて明らかにすることである.トレッドミルを用いてC57/BL6マウスおよびTHMマウスを強制走行(25m/分、30分、週5日)させた.走行開始後2週、4週、6週、8週にて安楽死させ、左膝関節を摘出し内外側コンパートメントを組織学的に評価した.THMの膝外側コンパートメントのOAスコアはC57/BL6マウスに比較して強制走行開始4週以降有意に高く、8週後にはOA変化のマーカーである10型コラーゲン、MMP-13、ADAM-TS5発現の有意な亢進、および、2型コラーゲンの有意な低下が認められた.また、8週後にはTHMにはRASコンポーネントであるアンギオテンシンII1型受容体(AT1R)、AT2R、ACE、アンギオテンシノーゲンの発現が認められた.AT1RおよびAT2Rは走行開始後2週、4週、6週、8週で経時的な発現亢進が認められた.すなわち、RAS系の亢進しているTHMは運動負荷によるOAを発症しやすく、OAの発症と進展には局所RASが関与していることが示唆された.以上の結果より、AT1R阻害薬である降圧剤が高血圧症に有効であるのみならず変形性関節症の薬物治療にも有効である可能性があり、変形性関節症の薬物的治療に新たな可能性を示すことができたと考える.トレッドミルを用いてC57/BL6マウスおよびつくば高血圧マウス(THM)を強制走行させた。外科系臨床医学・整形外科学人における組織については安定した結果が得られなかった.これは、変形性膝関節症が非常に長期にわたって進行する疾患であるのに対して、RASコンポーネントの発現時期が比較的限られるためと考えられた.

一方、つくば高血圧マウスを用いた実験においては、比較的安定した結果が得られており、RASが変形性関節症の増悪因子として役割を果たしている可能性が示唆される結果であった.予定通り、HTMと野生型マウスの自然飼育実験と走行負荷実験を継続する.また、大動脈の硬化性病変の出現、変形性関節症の長期観察を継続し、大動脈の動脈硬化性病変と変形性関節症の関連性を検討する.特に、関節軟骨変性と同時に、骨・軟骨接続部(下層の石灰化軟骨層および軟骨下骨)の病理学的変化に着目して検討を行う.X線学的検討も同時に行う.さらに、RAS抑制薬であるACE阻害薬、ARB(AT1R特異的阻害薬)、AT2R特異的阻害薬(PD123319)の投与を行い、これら薬剤による血圧の変化、動脈硬化症発症、変形性膝関節症発症および進行に与える影響をX線学的および組織学的に検討する.平成25年度に発生したマウス飼育費について証憑書類の整備が遅れたため予定通りマウス飼育費にあてる
悪性腫瘍に伴う高カルシウム血症の迅速診断法と治療法の開発

(1)〈悪性腫瘍に伴う高カルシウム血症(MAH)の迅速診断法の開発〉PTHーrPに対するmonoclonal抗体をマウスで作製し,ヒトPTHーrP産生腫瘍を移植された担癌ヌ-ドマウスに,このmonoclonal抗体を投与すると,高カルシウム血症が完全に是正されることを見いだした(〓文献(2)参照)。現在,mouseの抗PTHrP抗体を反復投与し,担癌ヌ-ドマウスの高カルシウム血症を長期にわたり是正した場合,延命効果が認められるか否かを検討中である。(4)我々はこれまで,interferonーγ(IFNーγ)がin vitroではescape現象をおこさずにPTHーrPによる骨吸収を抑制する作用があることを報告している(〓文献(3)参照)。そこで,mouseのLFNーγをin vivoに投与した場合にも骨吸収抑制作用があるか否かを検討してみたところ,担癌ヌ-ドマウスの高カルシウム血症が長期間にわたり是正されることを見いだした。(〓文献(4)参照)。(5)〈その他の成果〉その他研究費の一部を,PTHが異常に高値を呈した副甲状腺機能低下症の病態研究のために使用させていただきました。その成果は文献(5)にまとめられております。)。)。
磁性ナノ粒子自己組織化膜における超強磁性に関する研究

磁性ナノ粒子自己組織化膜に形成される集団的に各粒子の磁化が揃う「超強磁性現象」の特徴を,電子線ホログラフィーとローレンツ顕微鏡法を用いて解明することが目的である.ホログラフィー観察の結果,超強磁性の磁区構造はミクロンオーダーであり,温度変化により磁壁が移動することがわかった.また,超強磁性-超常磁性転移の観察にも成功した.動的ローレンツ顕微鏡法により,100-300nmの領域で磁化が強く揃っており,その領域の磁化ベクトルが高速に回転していることが明らかになった.本研究の目的は,ローレンツ顕微鏡法や電子線ホログラフィーを用いて,磁性ナノ粒子アレイ膜中に出現する超強磁性構造やその振る舞いを直接観察することにより,超強磁性現象の特徴を明らかにすることである.本年度は,昨年度,動的ローレンツ顕微鏡法により観察された直径8 nmのコバルトナノ粒子アレイ膜中に出現する超強磁性現象について詳しく解析を行った.室温(295 K)では100300 nmの領域で磁気ダイポールがある方向に揃い,集団的に磁化がランダムに回転していたが,温度を下げていくことによりその回転頻度が低下する現象が見出された.磁化反転する時間を統計的に解析した結果,磁化反転に伴う活性化エネルギーは0.083 [eV]であることがわかった.この値は,超強磁性の振る舞いを理論的に理解するのに大いに役立つと思われる.また,場所によっては,集団的に揃った磁化同士が渦を作っており,その渦の回転方向も高速で反転している様子も観察された.次に,直径8 nmのコバルトナノ粒子アレイ膜を磁場中で121 Kまで冷却し(Field cool),その後,無磁場中で昇温していく途中の超強磁性磁区構造を電子線ホログラフィーで観察した.冷却直後は,印加した磁場に沿って十ミクロンオーダーの領域で磁化が一様に揃っていたが,171 Kで逆向きに磁化が揃った領域が現れ,磁化ベクトルが衝突している所で,transverse wallが観察された.さらに221 Kまで昇温すると少しずつwallが移動し,271 Kで観察領域全体の磁化が反転した.以上のように,ナノ粒子アレイ膜中に形成された超強磁性は,100300 nmの小さい領域である方向に揃っており回転しているが,互いに磁気的な相互作用があると思われ,ミクロンオーダーの広い領域では,十ミクロンオーダーの大きな磁区構造を形成していることがわかった.磁性ナノ粒子自己組織化膜に形成される集団的に各粒子の磁化が揃う「超強磁性現象」の特徴を,電子線ホログラフィーとローレンツ顕微鏡法を用いて解明することが目的である.ホログラフィー観察の結果,超強磁性の磁区構造はミクロンオーダーであり,温度変化により磁壁が移動することがわかった.また,超強磁性-超常磁性転移の観察にも成功した.動的ローレンツ顕微鏡法により,100-300nmの領域で磁化が強く揃っており,その領域の磁化ベクトルが高速に回転していることが明らかになった.本研究は,磁性ナノ粒子を規則正しく配列させたアレイ膜中に出現する超強磁性現象をローレンツ顕微鏡法や電子線ホログラフィーを用いて直接観察し,超強磁性の特徴やメカニズムを解明することを目的としている.直径15 nmのFe3O4ナノ粒子をカーボン膜上に自己組織化させ,単層のアレイ膜を作製した(粒子同士の間隔(edge to edge spacing)は約2 nm).この試料の超強磁性磁区構造を電子線ホログラフィーにより観察し,室温(300 K)と低温(124 K)でその構造を比較した.その結果,室温では,膜中に15ミクロンの渦状磁区構造が観察された.また,その磁化ベクトルの回転方向はいずれも反時計方向であった.これは,各粒子の磁気ダイポール相互作用が15ミクロンの領域で閉じ,集団挙動によって渦を形成し全体の磁気的エネルギーを下げているものと考えられる.また,渦状磁区の回転方向が同じであることは渦同士にもなんらかの磁気的相互作用が働いていることも考えられる.次に,TEM内で試料を無磁場中で124 Kまで冷却すると渦は無くなり,膜のエッジと平行な方向に一様な磁区が現れた.冷却することによってダイポール相互作用が及ぼす領域が広くなり,その結果として大きな磁区(40ミクロン以上)になったと考えられる.さらに,動的ローレンツ顕微鏡法により配列の乱れのあるアレイ膜を観察した結果,室温時は,100 300 nm領域で磁気ダイポールがある方向を向き,高速で磁化反転している様子が観察された.温度を高くするとその動きはTVレートでは捉えきれないほど速くなり,温度を下げると磁化反転が徐々に止まる様子が観察された.以上の観察は,磁気ダイポール同士の相互作用が温度によってどのように変わるかを示しており,超強磁性のメカニズム解明に役立つ重要な結果である.平成23年度は,電子線ホログラフィーと動的ローレンツ顕微鏡法を用いて,1万倍以下の低倍率または中倍率で,磁性ナノ粒子アレイ膜に出現する超強磁性磁区の変化を捉えることが目的であった.超強磁性は温度によって大きく磁区構造が変化することが予想され,また,その変化を実験的に明らかにすることは,超強磁性の計算機シミュレーションなどに有用な情報を提供すると考えられるため,超強磁性磁区構造の温度に対する変化を直接観察することにした.その結果,冷却することによって渦状磁区がまとまり,大きな磁区になることが実験により証明できた。

また、動的ローレンツ顕微鏡法により時間分解能1/30 secでの磁化反転を捉えることもできた.超強磁性の磁化反転を捉えることができたのは世界初と言え,計画通りに本研究を遂行できている.現在,論文の執筆に向けて実験データをまとめている.平成23年度で得られた実験結果を発表できる形にして,論文の執筆や新聞発表,学会発表などを通してプライオリティーを確保するのを優先する.平成24年度では,超強磁性の磁区構造をナノオーダーで評価することを予定している.ナノオーダーで磁化を検出するためには,これまで以上の計測感度を持つ位相シフト電子線ホログラフィーを用いる必要があり予備実験を含め実験の準備を進める。また、ナノ粒子のサイズや間隔なども変えて、試料の状態が変わったときの磁区構造の変化も観察する予定である。ナノオーダーで磁化を検出するためには、位相シフト電子線ホログラフィーの使用が不可欠である。この手法は,電子線バイプリズムを用いて形成される干渉縞(ホログラム)を高精度にシフトする必要があるため,そのための高精度な電圧制御装置を購入する予定である.また,位相シフト法では多数枚のホログラムを同時に処理するため,高速な計算機も購入の予定である.これらの装置をできるだけ早く立ち上げ,ナノオーダーの磁化ベクトルを個々に捉え,平成23年度で得られた低倍率,中倍率のデータと比較し,計算機によるイメージシミュレーションを用いて,超強磁性現象の特徴やメカニズムを解明していきたい.イメージシミュレーション用の計算機も別途必要であれば、購入する計画である。
新規イムノグロブリン様受容体分子群PIRの生理機能の解明

マスト細胞上に発現するPaired lmmunoglobulin-like Receptor (PIR)-B遺伝子欠損マウスを開発し,マスト細胞の機能面での解析を中心に進めており,次々と興味深いことが明らかになりつつある.これまでの主な研究成果として以下の項目が挙げられる.・PIR-B欠損マウスではB細胞とマスト細胞の機能亢進が観察され,さらにアレルギーの誘発に関係するTh2型の応答が亢進することを発見した.・B細胞でのPIR-Bは恒常的にチロシンリン酸化されており,これがないとB細胞は細胞内チロシンリン酸化が亢進し,B細胞レセプター刺激による増殖応答が亢進すること.・T非依存性抗原による免疫で弱いながらも抗体産生が亢進すること.・T依存性抗原による免疫で,lgG1およびlgEの抗体産生が亢進すること.・この抗体産生の際,樹状細胞により刺激されたT細胞の産生するサイトカインは専らIL-4であること.・樹状細胞はPIR-Bによる抑制作用を受けており,これがないと細胞内チロシンリン酸化がかく乱され,抗原とりこみ後の成熟過程が阻害されること.以上により,PIR-B欠損マウスはTH2型応答を亢進させる新規なアレルギーモデルマウスとして有用である.我々が発見したマウスPaired Immunoglobulin-like Receptor(PIR)とその近縁分子gp49の生理的リガンドが何であるか,そして生体内でのPIR,gp49の機能は何かが注目されている.本研究では以下の点を明らかにする.1.PIRとgp49の生理的リガンドを明らかにする2.PIRおよびgp49の欠損マウスを作製し、それらの表現型を解析する3.PIRおよびgp49が欠損したマウスにおけるアレルギー,自己免疫疾患,癌の発症について検討するこれらにより,これまで機能未知であったPIRについてその生理的,病理的意義を明らかにする.これらの成果が得られれば,免疫制御システムに新しい重要な分子群が機能していることを証明するものであり,免疫学の発展にとって意義深い研究になるのみでなく,ヒトの疾患制御機構の解明に新たな視点を提供し,新しい薬や治療方法の開発につながる発展性を有するものである.本年度はPIRおよびgp49欠損マウスの確立,つまり遺伝子単離とベクター作製,ES細胞での標的組み換えとキメラマウスの作製,胚幹(ES)細胞RW4を用いて遺伝子ターゲティングを行い,相同組み換え体を単離した.これをC57BL/6マウス初期胚に注入してキメラマウスを得た.さらにPIRおよびgp49のリガンドの検索として,PIRおよびgp49細胞外領域の組み換えタンパクの作製を行い,PIRおよびgp49細胞外領域に対するモノクローナル抗体の作製に取り組んだ.マスト細胞上に発現するPaired lmmunoglobulin-like Receptor (PIR)-B遺伝子欠損マウスを開発し,マスト細胞の機能面での解析を中心に進めており,次々と興味深いことが明らかになりつつある.これまでの主な研究成果として以下の項目が挙げられる.・PIR-B欠損マウスではB細胞とマスト細胞の機能亢進が観察され,さらにアレルギーの誘発に関係するTh2型の応答が亢進することを発見した.・B細胞でのPIR-Bは恒常的にチロシンリン酸化されており,これがないとB細胞は細胞内チロシンリン酸化が亢進し,B細胞レセプター刺激による増殖応答が亢進すること.・T非依存性抗原による免疫で弱いながらも抗体産生が亢進すること.・T依存性抗原による免疫で,lgG1およびlgEの抗体産生が亢進すること.・この抗体産生の際,樹状細胞により刺激されたT細胞の産生するサイトカインは専らIL-4であること.・樹状細胞はPIR-Bによる抑制作用を受けており,これがないと細胞内チロシンリン酸化がかく乱され,抗原とりこみ後の成熟過程が阻害されること.以上により,PIR-B欠損マウスはTH2型応答を亢進させる新規なアレルギーモデルマウスとして有用である.申請者らのグループが発見したマウスPaired Immunoglobulin-like Receptor(PIR)とその近縁分子gp49の生理的リガンドが何であるか,そして生体内でのPIR,gp49の機能は何かが注目されており,本研究ではこれまで機能未知であったPIRについてその生理的,病理的意義を明らかにする.申請者らはマウスFc受容体分子群の研究を行う過程で予期せぬ分子群であるPIRを発見し,これらがキラー受容体分子群と近縁関係にあることを見い出した.これとほぼ時期を同じくして発見されたヒトのILT分子群,また長い間その機能が不明で注目されていなかったマウスgp49分子群もこの仲間であることが分かり,キラー受容体分子群,ILT/PIR,gp49のそれぞれの機能は何か,そして機能分担がどのように行われているのかが現在世界的に注目されている.ノックアウトマウスを作製し,生理機能の解明を進めているが,本年は特に,PIRがB細胞のシグナル伝達に対して負の制御を行っていることを発見し,抗体産生などの免疫応答にどのような負の制御効果を及ぼしているのかを解析中である.マスト細胞上に発現するPaired lmmunoglobulin-like Receptor(PIR)-B遺伝子欠損マウスを開発し,マスト細胞の機能面での解析を中心に進めており,次々と興味深いことが明らかになりつつある.

これまでの主な研究成果として以下の項目が挙げられる.・PIR-B欠損マウスではB細胞とマスト細胞の機能亢進が観察され,さらにアレルギーの誘発に関係するTh2型の応答が亢進することを発見した.・B細胞でのPIR-Bは恒常的にチロシンリン酸化されており,これがないとB細胞は細胞内チロシンリン酸化が亢進し,B細胞レセプター刺激による増殖応答が亢進すること.・T非依存性抗原による免疫で弱いながらも抗体産生が亢進すること.・T依存性抗原による免疫で,IgG1およびIgEの抗体産生が亢進すること.・この抗体産生の際,樹状細胞により刺激されたT細胞の産生するサイトカインは専らIL-4であること.・樹状細胞はPIR-Bによる抑制作用を受けており,これがないと細胞内チロシンリン酸化がかく乱され,抗原とりこみ後の成熟過程が阻害されること.以上により,PIR-B欠損マウスはTH2型応答を充進させる新規なアレルギーモデルマウスとして有用である.
現代農村における営農志向と生活史：農業近代化の経験と記憶の交差

今日の農村は異なる営農志向や生活志向が競合・葛藤する場となっている。本研究課題は、その中から、農業近代化の過程を経てきた酪農村を事例に、パイロットファームから新酪農村にいたる装置化路線と、マイペースな適正規模による放牧の道とが、これまでにどのような生活史をたどった人々によって担われたのかを明らかにし、今後への含意を得ようとするものである。ことに、今日の生活文化、食農コミュニケーション、農民的アイデンティティの問題と関連づけることを重視する。本年度においては、1)すでに作成してあった『語り聞くパイロットファーム』をもとに、現地との連絡・交流を続けた。2)今日の食農コミュニケーションと支配的表象に関する『緑の牧場の濃い牛乳』の草稿を作成した。その資料整理、データ入力等に補助を使用した。3)マイペース酪農交流会の歴史について資料分析に着手した。勤務上の都合と相手先の都合とがうまく合わせられず、計画していたフィールドワーク、とくに追加的なインタビュー、質問紙、参与観察などを実行することが難しかった。その分、データ整理と解析、資料分析に力を注ぐことになった。1)根釧パイロットファームについては原稿の再整理をすすめ、焦点をしぼった追加調査の計画を立てる。学会にて暫定版の報告を試みる。2)支配的表象と食農コミュニケーションの課題については、草稿をさらに進めて出版計画を立てる。3)マイペース酪農については、これまで10年以上にわたる交流の資料を整理し分析することによって著述を薦める。本研究課題は、その中から、農業近代化の過程を経てきた酪農地帯を事例に、パイロットファームのような大規模化・装置化の道と、マイペースな適正規模による放牧の道とが、これまでにどのような生活史をたどってきたのかを記述し、そこに潜在する選択肢と交流可能性を明確化しようとするねらいを持っている。ことに、それを個々の農家の生活史および農民的アイデンティティとの関連において、記述することをねらいとしている。本年度においては、主に次の三つをおこなった。1)根釧パイロットファームの経験についてのインタビューをふまえた草稿(連載記事)を整頓して、一冊の合本版『語り聞く根釧パイロットファーム』にまとめた。文字のみで原稿用紙換算100枚になる。これは、現今、社会的・学術的に忘却の危機にある事象について記録にとどめようとする試みの一環である。今後、これを元に関係者の協力をさらに得ながらインタビューを進めるための重要な基礎となる。2)今日の文化状況のうち、とくにロマンティックな牧場表象について、付加的な研究をおこなった。具体的に「牧場」および「牧場で飲む牛乳」に関するイメージ調査のデータ入力・解析を実施した。というのも、マイペース酪農のような代替的な農への試みが、しばしばロマンティックな食農表象と親和・共振してしまっていて、そこに当事者農家における特有の語りづらさや社会的反作用が発生していることが判明したからである。これによって、食農間のディスコミュニケーションの様態、その観点からする農家のアイデンティティ分析などが可能になる。3)マイペース酪農については関係者と通信連絡を続けており、資料も十数年分以上を収集することができた。上記2)を踏まえて草稿化に着手することができる状態になった。その分、データ整理・入力と解析、草稿化に力を注いだので、遅れを若干にとどめることができた。1)対象としている根釧パイロットファームについては先述の冊子『語り聞く根釧パイロットファーム』を関係者に送り、これをいわば呼び水として、更なる記憶や述懐を引き出すという方法に着手する予定である。具体的に、31年度内をめどに、1対象者を網羅する質問紙法、2重要な事例をしぼりこんだインタビューをおこなう。なおこれは区域内の半分(「豊原」地区分であって「美原」地区分は途上)なので、同様の作業をおこなう。単なる技術史・農業史・経営史ではなく、生活史・経験史であることを重視する。2)追加的に課題とした支配的な食農表象の分析については、独立した草稿としてまとめることができる見込みがたった。31年度中に書物として整頓する予定である。これが3)の準備作業をも兼ねている。

3)対象としているマイペース酪農については関係者との通信連絡、資料収集を積み重ねている途上であるので、これを継続する。上記2)をふまえてその内的葛藤の過程にいっそうたちいった生活史・経験史であることを目指す。1)根釧パイロットファームについては原稿の再整理をすすめ、焦点をしぼった追加調査の計画を立てる。学会にて暫定版の報告を試みる。2)支配的表象と食農コミュニケーションの課題については、草稿をさらに進めて出版計画を立てる。3)マイペース酪農については、これまで10年以上にわたる交流の資料を整理し分析することによって著述を薦める。計画していたフィールドワークが、業務の都合と向こう先の都合とがうまく合わせられずに遅延したことによるものである。その分、準備的・追加的なデスクワークをおこない、より深い聞き取りや分析を準備したので、それを実行する計画である。具体的に、「根釧パイロットファーム」については、1)これまでに作成した作品の当事者への送付、2)質問紙の準備、3)質問紙の送付と返送、4)事例をしぼりこんだインタビューを実施する。「マイペース酪農」については、これまでに得られた文書資料・歴史的資料のデータ化、その入力と分析をおこないつつ、参与観察とインタビューを準備する。このため、大学院クラスのトレーニングを受けた作業員による資料整理・データ入力作業(年間を通して)、および、補助者を随行した現地調査(年間に34回)を見込んでいる。勤務上・生活上の都合と相手先との都合を合わせることができず、計画していたフィールドワークが実行できなかったのが原因である。状況は好転しているので、課題をしぼった追加調査等を計画することにより、研究を進めてゆきたい。
選択的注意に基づく動的深層学習

ヒトの視覚的情報処理に基づく注意選択の特性を探る上で重要な指標となる顕著性マップ(Saliencymap)を畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional NeuralNetwork: CNN)によって高精度に予測する手法について,そのようなCNNが獲得した中間層ユニット(特徴抽出フィルタ)とサルの視覚野におけるニューロンとの類似性を定量的に確認する実験を行った.サルに特定の質感を有する物体表面画像を視覚刺激として提示したときの特定領野(V1野, V4野, IT野)の反応から作成した画像間非類似度行列と,顕著性マップ予測CNNに同質感画像を入力したときの各層の応答から作成した画像間非類似度行列とを相関分析すると,V1野とCNNの初期層や中高次層との間に比較的高い相関があることがわかった.これはサルのV1野がSaliency決定に重要な役割を持つ可能性があることを示唆している.V1では輪郭抽出後,図地領域分離に関する応答変調が生じることが知られており,またこの応答変調は視線位置決定に関係すると予も想されている.このことから,顕著性マップ予測CNNにおいても初期層で基本的な視覚特徴を表現しつつ,中高次層で画像中の図地分離に関する役割が獲得されている可能性が考えられる.また,同分析結果において,CNNの低中次層ではサルV1との相関が比較的低くなるものの,CNNにおける活性化処理によってその相関が高まる,という特徴的な振る舞いが見られた.これはCNNにおける活性化処理によってニューロンの役割・選択性が高まっている可能性が示唆される.脳の視覚野の処理特性を再現する研究について,まずベースとなる画像認識手法を利用するための実験環境を構築した.特に画像を入力すると別の画像を出力する畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を導入した.また,CNNで画像中の物体を検出する問題において,Faster R-CNN法を利用する実験環境を整えた.次に,ヒトの視覚処理の特性を探る上での指標の一つであるSaliency map(顕著性マップ)を入出力を画像とするCNNによって再現する実験を行った.入力を自然画像,出力(教師)を「その画像をヒトが見たときの顕著性マップ」とする画像生成CNNを1万枚超の画像セットで学習したところ,既存の数理モデルに基づく顕著性マップの予測精度を大きく超える性能が得られた(2017年5月人工知能学会で発表予定).この結果自体は先行研究によって類例が既に示されていたものの,本研究での知見として,顕著性マップのみから学習したCNNの中間層において低次層でエッジ抽出,中次層で形状や模様の認識,高次層で物体パーツや物体そのものの認識を行うフィルタ群が自律的に獲得されていることが確認された.これはヒトの視覚野における初期視覚皮質から高次視覚皮質に至る階層的情報処理の再現であり,一般の物体認識CNN(出力を通常の教師信号とする)でそのような構造が再現されることは既に知られていた(Zeilerら,2014年)が,出力を顕著性画像とした場合でも同様の結果が得られることは興味深い発見である.また,一般的な画像を大量に使用して学習したFaster R-CNNモデルにおいて,視界劣悪な状況で撮影された画像中から実験者が極めて注意深く物体を探し出してラベル付けした画像を用いてモデルの再学習を行ったところ,同様の劣悪条件下にある物体への応答性が著しく向上するという結果を得た(2017年2月SICE講演会で発表).H28年度交付申請書の研究実施計画における(A1)の「脳の視覚野の処理特性を再現する研究」については,まず顕著性マップを高精度に予測するCNNを構築することができた.顕著性マップはヒトが画像を見たときに意識的ないし無意識的に注意を向けた領域を重み付けしたものであり,注意・注視と深く関係している.CNNでそれを予測させるように学習した際に,得られた特徴抽出フィルタが大脳視覚野の低次皮質から高次皮質に向かって行われる階層的特徴抽出処理を再現するようなものであったことは,CNNというモデルでヒトの注意・注視の性質を再現する試みの十分な妥当性を示していると考えられる.また研究実施計画における(B1)の「注意に基づくDNNの動的な再学習手法の開発」については,実験者が極めて注意深く丁寧にラベル付けした画像を用いてCNNモデルの追加学習を行ったところ,対象物体への応答性が格段に向上したという結果が得られた.これは学習者(CNN)自身の注意ではなく実験者(データ作成者)の注意に基づいた再学習であり,また動的な再学習でもないが,本研究で目指す注意に基づく動的再学習手法のための有用な準備となった.また,視覚的再学習を行うために有効な学習サンプルを実データから自律的に発見・獲得するための手法の準備として,Expected Error Reduction法によるサンプル選択手法を深層ニューラルネットワークに組み込む研究も行った(実験中・投稿準備中).顕著性マップ以外のヒトの視覚特性(境界所有や図地分離など)の研究と,動的再学習の枠組みについてはまだ十分な進捗がないため,H29年度に鋭意的に研究を進めていく.前年度に,ヒトの視覚処理の特性を探る上での指標の一つである顕著性マップ(Saliency map)を畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network: CNN)によって高精度に予測する手法に関する実験を行っており,その成果を2017年5月人工知能学会で報告した.その後,そのようなCNNが獲得した中間層ユニット(特徴抽出フィルタ)の性質を分析し,ヒトの低次視覚野(V1,V2領野等)におけるニューロンとの類似性を定量的に確認する実験を行った.

さらに,サルに特定の質感を持つ画像を見せたときのV1, V2, V4, IT領野の反応を計測した生理データと,顕著性マップを予測するために学習されたCNNに同一の画像を見せたときの内部応答を計測したデジタルデータとの間で,それらの類似性/不一致性を検証する実験を行ってきた.顕著性マップを予測するCNNにおいても,ヒトやサルの初期視覚野と同様に,エッジやエッジの組み合わせで表現しうる単純な形状に反応するユニット(フィルタ)が獲得されているものの,CNN高次層と大脳高次視覚野では振る舞いに異なる傾向が見られるという知見が得られている.当該実験の成果は,次年度上半期中にまとめ,論文投稿する予定である.また,大脳視覚野およびCNNの階層構造によってもたらされる,段階的視覚情報抽出処理の特性を分析するため,正準相関分析法に基づく階層間正準相関分析法(Interlayer Canonical Correlation Analysis)を提案した.これにより,CNN内部の隣接する中間層の間における相関性/非相関性を定量化および可視化することが可能となった.当該研究の成果はシステム制御情報学会(ISCIE)論文誌に投稿し,採録された.顕著性マップを高精度に予測するCNNを前年度の段階で構築できており,今年度はさらにその性質をより詳細に解析してきた.これらの結果は次年度上半期にまとめ,論文投稿を行う予定である.また,そのような解析に用いるツールとして,CNNの階層構造における中間層同士の相関性を分析する手法(階層間相関分析法)を開発し,CNN中間層の挙動をこれまでと異なる尺度で定量化・可視化することが可能となった.この成果はジャーナル論文として採録済みである.これらより,「視覚野の基本的処理特性をDNN上で再現する研究」についてはおおむね順調に進捗していると言える.一方で,アテンション(注意)に基づくCNNの認識結果の切り替えや視覚的再学習については,まだ十分な進捗がないため,次年度に集中的に研究を進めていく必要がある.ヒトの視覚的情報処理に基づく注意選択の特性を探る上で重要な指標となる顕著性マップ(Saliency map)を畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional NeuralNetwork: CNN)によって高精度に予測する手法について,そのようなCNNが獲得した中間層ユニット(特徴抽出フィルタ)とサルの視覚野におけるニューロンとの類似性を定量的に確認する実験を行った.サルに特定の質感を有する物体表面画像を視覚刺激として提示したときの特定領野(V1野, V4野, IT野)の反応から作成した画像間非類似度行列と,顕著性マップ予測CNNに同質感画像を入力したときの各層の応答から作成した画像間非類似度行列とを相関分析すると,V1野とCNNの初期層や中高次層との間に比較的高い相関があることがわかった.これはサルのV1野がSaliency決定に重要な役割を持つ可能性があることを示唆している.V1では輪郭抽出後,図地領域分離に関する応答変調が生じることが知られており,またこの応答変調は視線位置決定に関係すると予も想されている.このことから,顕著性マップ予測