hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳内に生成される物体知覚表象による視覚的意識の消失現象の解明

本研究では,仮現運動刺激の内的な物体表象が,他の物体の視覚的意識を消失させる現象を明らかにした。実験では,仮現運動軌道上に提示される標的刺激の検出が阻害されることを見出した。さらに,この抑制効果は,仮現運動刺激と標的刺激との間の方位情報の差異が大きくなるにつれ減.した。これらの知見から,仮現運動物体表象による抑制効果がパターンの検出という比較的低次の知覚処理段階で生じ,刺激の属性が選択的に維持されることが示唆された。また,仮現運動刺激と共に提示される一過的な音が,抑制効果を強めることも明らかにした。この効果は,仮現運動中に音の周波数が変化する場合には減.した。さらに,音の効果は,仮現運動刺激と標的刺激との間の方位情報の差異によって変容しなかった。以上の結果から,聴覚刺激が時空間的に安定したより強固な仮現運動物体表象の形成に寄与することが示唆された。2つの物体を時空間的に離れた位置に交互に提示される場合,運動軌道上には何ら物理的入力が存在しないにも関わらず,物体間に滑らかな動きが物体間に知覚される。本研究の目的は,この仮現運動場面において運動軌道上に内的に形成される運動物体表象が,物理的な入力の知覚意識を消失させることを新たに示し,この現象を足がかりに脳内にのみ存在する知覚表象の特性を明らかにすることである。今年度はまず,予算の執行後ただちに必要機材を入手し,予備的な検討から最適な刺激パラメータを選定した。次に本実験を行ったところ,特に視野の周辺において,仮現運動軌道上では瞬間的に提示されるターゲット物体の検出できなくなることが示された。この現象は,仮現運動が知覚されない場面やターゲット物体が運動軌道上に提示されない場面では生じなかった。さらに,仮現運動物体とターゲット物体との間で傾きや位相といった物体特徴の一致・不一致を操作した。その結果,物体間で傾き情報が一致しない場合には,検出の抑制効果が生じないことが示されたが,位相情報に関してはそのような効果は見られなかった。これは,実際に存在する物体同士で生じるマスキング効果と極めて類似した現象特性である。以上のこと_から,仮現運動軌道上では,脳内に生成される物体知覚表象が実際に存在する物体と同じ様な振る舞いで,他の物体の視覚的・知覚意識を消失させることが分かった。この研究成果は,Journal of Vision誌に投稿中であると共に,来年度の日本心理学会などで発表予定である。また,これまで行ってきた本研究課題の予備的検討の成果が,The Japanese Journal of Psychonomic Scienceに招待論文として掲載された。2つの物体を時空間的に離れた位置に交互に提示する場合,運動軌道上には何ら物理的入力が存在しないにも関わらず,物体間に滑らかな動きが物体間に知覚される。前年度の研究成果として,仮現運動軌道上では,脳内に生成される仮現運動物体の知覚表象が,実際に存在する物体と同じ様な振る舞いで,他の物体の視覚的・知覚意識を消失させるマスキング現象を生起させることを明らかにした。今年度は,仮現運動物体と共に提示される一過的な聴覚刺激によって,知覚意識の消失現象が変容するのかを検証した。その結果,聴覚刺激を提示した条件では,提示しない条件に比べ,運動軌道上に提示される他の物体の知覚意識が消失しやすくなることが分かった。さらに,仮現運動物体間で付随する聴覚刺激の周波数特性が一致している場合には,一致しない場合よりもマスキング効果がより顕著に生じることも分かった。さらに,聴覚刺激によって,仮現運動物体と運動軌道上に提示される物体との間に特徴情報(方位情報)の違いがある場面においても,知覚意識の消失現象が頑健に生じることも示された。以上の知見から,聴覚刺激によって知覚表象を導く仮現物体が知覚的に増強され,それと共に物体知覚表象もまた増強されること,さらに,知覚表象の増強に伴い他の物理的入力に対する知覚意識の抑制効果が増大するというダイナミクスの存在が解明された。これらの研究成果は,Journal of Vision誌とVision Research誌に掲載されると共に,日本基礎心理学会第30回大会にて,優秀発表賞を獲得した。
集落排水処理施設における合理的運転管理に関する研究

本研究は農業集落排水で最も多く採用されている嫌気ろ床槽置置型接触曝気法による処理施設を対象として、とくに窒素除去を中心とした安定した処理性能を得るための合理的な運転管理方法を明らかにすることを目的として、実際に稼働中の処理施設ならびにモデル実験装置を用いて実験を行い、また数量化解析とあわせて運転管理方法について検討を加えたものである。得られた成果の概要は以下のとおりである。1)接触曝気槽に大型後生動物が大量に発生すると生物膜を減少させ、硝化の進行を妨げ、窒素除去性能に悪影響を及ぼすので、大型後生動物の大量発生が起こらないような運転管理が重要である。2)大型後生動物には、秋から冬にかけて大量発生するという、季節的な周期性がみられる。したがって秋季に大量発生を防止するための対策が必要である。3)接触ろ材の定期的な逆洗浄により大型後生物動の大量発生をある程度抑制できることが確かめられたが,完全に死滅させるためには2日程度の曝気停止が必要である。4)水温が低下する冬期には曝気槽での硝化が著しく低下するので、硝化を促進させるためには、(1)曝気槽内のDO濃度を5mg/1程度以上に保つこと、(2)嫌気槽の汚泥引き抜きを適宜行い、曝気槽へのBOD負荷を軽減すること、(3)硝化水の返送比を2程度以上に保つこと、(4)50m^2/m^3程度以上の比表面積をもつ接触ろ材を使用すること、などの留意が必要である。5)流入汚水のない夜間の4時間程度を限度として曝気停止を行えば、処理性能を悪化させることなく、電気代の節減が可能である。本年度は,愛東町青山集落排水処理施設を利用して,実験を行った。実験条件は,通常使用されている嫌気槽3室の内,1室の利用を停止し,曝気槽へのBOD負荷を高めると共に,曝気槽における過曝気を防止するため,プロワ-の間欠運転を行うというものとした。曝気槽における後生動物発生状況等の生物膜の状態観察は,7月以前は,浸漬していたテストピ-スの引き下げにより行ったが,7月以降は,工業用内視鏡(ファイバ-スコ-プ)を使用して行った。実験結果の概要は,以下のとうりである。1.4月および5月は,曝気槽の硝化能力は低下し,放流水の窒素濃度は20mg/l以上となった。4月にはミミズが,5月にはミズムシが大量発生していた。そこで,硝化能力の低下の原因を,これらの発生によるものと考え,6月の調査の約15日前に,48時間の曝気停止を行い,それらの駆除を行った。その結果,7月から11月までの期間は,硝化は良好に行われ,放流水の窒素濃度は20mg/l以下となった。2.12月以降には再び,曝気槽の硝化能力は低下し,放流水の窒素濃度は20mg/l以上となった。この期間には,ミズムシの大量発生が観察された。3.施設放流水のBOD,COD,SS濃度は,通常の運転を行った場合に比較して大差はなく,概ね放流基準以下であった。しかし,放流水の透視度はやや低下した。本年度行った,実施設における試験では,1.生物膜試料の採取が極めて困難である,2.曝気槽への流入水量,曝気量等の運転条件が自由に設定できないこと等の問題点があった。従って次年度以降は,実施設を利用した実験の継続とともに,同施設敷地内に設置した,小型モデル処理実験装置を利用した実験も同時に実施し,多角的に研究を行っていくことする。

本研究は,接触曝気方式による農業集落排水処理施設を対象とし,維持管理費の7080%を占める電気代の節減を計りながら,安定した処理性能を得るための合理的な運転管理方法を明らかにしようとするものである。本年度は,滋賀県愛東町青山集落排水処理施設と同施地内に設置した小型モデル実験装置を利用して実験を行った。また,青山処理施設で得られた過去のデ-タを用いて数量化解析を行い,この施設の窒素除去性能に,どのような因子がどのくらいの影響をあたえているか等についても検討した。1.青山処理施設での実験では,(1)曝気槽内の接触材を定期的に逆洗浄することは,曝気槽での大型後生動物の大量発生を予防する手段として有望であること,(2)ブロワ-の間欠運転により約1割の消費電力量の節減が図られたこと等が明らかとなった。1.小型モデル実験装置を用いた実験では,(1)大型後生動物の発生が曝気槽の硝化性能に大きな影響をおよぼすことが確認された。(2)また,この発生が曝気槽流出水のBOD,SS,COD濃度を高くしたり,透視度を低下させたりすること等もわかった。3.数量化解析の結果からは,大型後生動物の発生状況,ブロワ-の運転時間,返送比,曝気槽へのBOD負荷,が施設の窒素除去性能に特に大きな影響をあたえること等が明らかとなった。本研究は農業集落排水で最も多く採用されている接触曝気法による処理施設を対象として、維持管理費の7080%を占める電気代の節減を図りながら、とくに窒素除去を中心とした安定した処理性能を得るための合理的な運転管理方法を明らかにしようとしたものである。本年度は、滋賀県愛東町青山集落排水処理施設の敷地内に設置されている小型モデル実験装置を利用して、大型後生動物の発生状況とそれが処理性能に及ぼす影響について実験を継続した。また、滋賀県内で稼働している15施設での処理性能に関するデータを用いて数量化解析を行い、窒素除去に及ぼす諸因子を明らかにするとともに、安定した窒素除去を達成するための運転管理方法について検討した。得られた成果の概要は以下のとおりである。1.小型モデル実験装置による実験では、(1)大型後生動物の大量発生によって生物膜量が減少し、硝化の進行が悪化すること、(2)大型後生動物は秋から冬にかけて大量発生するという季節的周期性がみられること、(3)流人負荷量が増えるほど大量発生しやすく、それが硝化にも影響すること、が確認された。2.数量化解析の結果から、(1)曝気槽のDO濃度、(2)曝気槽のBOD負荷、(3)返送比、(4)ろ材の比表面積、(5)水温、が硝化の進行に大きく影響していることが確かめられた。3.以上のことから、良好な窒素除去を達成するためには(1)大型後生動物の発生を抑制すること、(2)十分な曝気量を与えること、(3)嫌気槽の汚泥引き抜きを行うこと、(4)返送比はある程度高く維持すること、(5)適切なろ材を選定すること、等が重要であることが明らかとなった。
熱・結晶塑性マルチスケール連成解析による最適多段圧延プロセスメタラジー

自動車車体用アルミニウム合金板材について,結晶均質化・熱・弾/結晶粘塑性マルチスケール解析法に基づく高成形能の材料創製のためのプロセスメタラジー手法を開発した.温間異周速圧延による集合組織発展の解析を行うことにより,<111>//ND方位への集積を目的とした多段圧延プロセス最適化(多目的離散最適化)を行った結果,従来材料に比べ1.6倍を超えるランクフォード値(r値)を得ることがわかった.自動車車体用アルミニウム合金板材について,結晶均質化・熱・弾/結晶粘塑性マルチスケール解析法に基づく高成形能の材料創製のためのプロセスメタラジー手法を開発した.温間異周速圧延による集合組織発展の解析を行うことにより,<111>//ND方位への集積を目的とした多段圧延プロセス最適化(多目的離散最適化)を行った結果,従来材料に比べ1.6倍を超えるランクフォード値(r値)を得ることがわかった.自動車車体用アルミニウム合金板材A6022を対象に,高成形性材料創製のための圧延プロセスメタラジー手法を開発した.結晶均質化法に基づく熱-弾/結晶粘塑性マルチスケール有限要素解析コードを開発し,板材の板厚方向に強せん断変形を導入する異周速圧延解析を実施した.圧延温度を室温および250°Cで比較した結果,250°Cにおいて圧延後の板材全面にわたり微視結晶集合組織として{111}//ND方位を集積でき,ランクフォード値(r値)の高い板材が創製できることを確認した.さらに,異周速圧延の上下ロール周速比,板厚減少率の2つを設計変数とし,圧延後の{111}//ND方位集積率を目的関数とした応答曲面法に基づく離散最適化を行った.その結果,最適圧延パラメータとして異周速比2.2,板厚減少率58.0%を得た実際の板材創製を想定し,1段目:せん断変形導入のための異周速圧延,2段目:仕上げ圧延のための板厚減少率50%の等周速圧延の多段圧延を模擬し,1段目の異周速圧延によるせん断変形集合組織導入度合いを設計変数とし,2段圧延後の板材のr値を目的関数とする最適化を行った.ここでは,板面内の平均r値を最大,かつr値の面内異方性を最小とする多目的最適化を実施した.その結果,異周速圧延によるせん断集合組織導入量の最適値を見いだした.さらに,最適圧延パラメータによって得られた2段圧延後の結晶集合組織を用いて球頭深絞り問題のマルチスケール解析を実施した結果,従来のA6022-T4等周速板材と比較して,板厚ひずみ集中の局在化が発生せず,塑性異方性による「耳」が発生しないことを確認し,本最適化手法の有効性を確認した.自動車車体用(ボディパネル用)薄板材について,高強度と高成形性能を兼ね備えた新規機能板材創製のためのプロセスメタラジー手法を開発した.アルミニウム合金A6022難加工材を対象に,異周速圧延工程により板材創製時にせん断集合組織{111}//NDを付与し,深絞り性(いわゆるランクフォード値,平均r値,およびその偏差)向上を目標とした非線形・熱-結晶塑性マルチスケールコンピュータシミュレーションに基づく多段圧延プロセスの最適化を実現した.熱間粗圧延後の6mm厚板材に対する多段圧延工程において,圧延温度,異周速圧延における異周速比を設計変数として,圧延後の板材集合組織についてr値を目的関数とした,離散最適化問題を定式化した.具体的には,2段温間圧延を想定し,成形性向上のため,平均r値(板材の垂直異方性)最大化と,r値の偏差(板面内異方性)最小化を同時に満たす多目的最適化問題とし,応答曲面法を採用して最適化を行った.その結果,圧延温度は250°C,1段目および2段目の異周速比はそれぞれ1.25, 1.65の条件が最適であることを見いだした.本最適化の効果を検証するため,通常の等周速圧延板材A6022-T43が有する集合組織との比較を行った.その結果,最適プロセスにより創製された板材の平均r値は1.6倍向上し,r値の偏差は1.78倍減少することが明らかとなり,本研究成果の有効性を確認した.さらに金属材料の微視構造を的確に考慮するため,転移蓄積を考慮したひずみ勾配論と結晶方位差理論との関係性に着目し,結晶方位分布から結晶粒界における方位差を積極的に考慮するため,従来の結晶塑性構成式を拡張した新規結晶塑性硬化発展方程式を提案した.これにより,材料硬化,塑性変形誘起の集合組織発展(結晶方位回転)を高精度に予測可能な手法を開発できた.
実験的緑内障濾過手術におけるハニカムフィルムの有用性

家兎に実験的緑内障濾過手術を行った。MMCを単独使用した場合、結膜上皮細胞の面積は大型化し、組織学的にも結膜上皮の脆弱化や部分的欠損を認めた。一方でハニカムフィルムとMMCを併用した場合は結膜上皮細胞の大型化は抑制され、健常な結膜上皮を維持していた。また両面平滑フィルムとMMCを併用した場合は、MMCを単独使用した時ほどではないが、結膜上皮細胞の不整形大型化や、部分的な結膜上皮細胞の欠損を認めた。MMCをハニカムフィルムと併用することにより、結膜上皮細胞の障害を抑制し、健常な濾過胞結膜の形成に有用であることが示唆された。コントロール、MMC、ハニカムフィルムの3グループに分け、各10眼に緑内障濾過手術を行った。そして手持ち眼圧計(トノペン)による眼圧測定、超音波生体顕微鏡(UBM)による濾過胞の形状観察、レーザー生体共焦点顕微鏡(HRT II)による結膜上皮の観察を行い、経過観察終了後に組織学的検討を行った。長期経過観察での検討のため経過観察期間は3カ月とした。MMCとハニカムフィルム眼ではコントロールよりも有意な眼圧下降が得られた。MMCとハニカムフィルム眼では眼圧下降に有意差は見られなかった。ハニカムフィルム眼では、術後3カ月でもUBMにおいて濾過胞はしっかりとした形状を保っていた。またMMC眼では結膜上皮細胞が大きく障害され、HRT IIでは結膜上皮細胞の不整形大型化や、部分的な結膜上皮細胞の欠損を認めた。結膜上皮細胞の面積は有意にハニカムフィルム眼やコントロール眼より大きくなっていた。組織学的にもMMC眼では結膜上皮の脆弱化や部分的欠損を認めたが、ハニカムフィルム眼やコントロール眼では健常な結膜上皮を維持していた。以上よりハニカムフィルムを使用した緑内障濾過手術では、術後3カ月でも結膜上皮に障害を与えることなく濾過胞を維持し、MMCと同等の眼圧下降が得られることが分かった。またMMC眼では結膜上皮の脆弱化がみられ、HRTIIで結膜上皮細胞の不整形大型化みられた。ハニカムフィルムを使用することにより術後長期に渡ってもMMCよりも安全に眼圧下降を得られる可能性が示された。動物実験ではこのように結膜上皮細胞の不整形大型化みられたという報告はなく、これはMMCの使用による術後感染症に関するリスクファクターを知る所見として非常に重要であると思われる。家兎10羽の両眼にマイトマイシンC(MMC)を併用した緑内障濾過手術を行った。さらに片眼にはハニカム構造をもったハニカムフィルムを留置し、もう片眼にはハニカム構造を持たない両面平滑フィルムを留置した。経過観察期間は1カ月とした。両群ともに術前に比し有意な眼圧下降が得られ両群間の眼圧下降に有意差は見られなかった。UBM検査では、両面フィルム平滑を使用した眼ではフィルムはテノン嚢からかなり離れた位置に存在し、ハニカムフィルム群ではフィルムはテノン嚢に裏打ちするように内壁に沿って存在していた。両面平滑フィルムとMMCを併用した群では結膜上皮細胞が犬きく障害され、HRT IIでは結膜上皮細胞の不整形大型化や、部分的な結膜上皮細胞の欠損を認めた。結膜上皮細胞の面積は有意にハニカムフィルムとMMC併用群より大きくなっていた。組織学的にも両面平滑フィルム眼では結膜上皮の脆弱化や部分的欠損を認めたが、ハニカムフィルム群では健常な結膜上皮を維持していた。以上よりフィルムのハニカム構造により、フィルムがテノン嚢に吸着することによって結膜上皮の障害が軽減されている可能性が示唆された。ハニカム構造のないただのフィルムを使用してもMMCによる結膜上皮障害を抑制させることはできず、本フィルムのハニカム構造は健常な濾過胞結膜の形成に大いに有用であることが示唆された。
染色体異常症を利用した遺伝子座位ならびに遺伝子量効果の研究

精神遅滞と多発奇形を伴う児において4番染色体長腕の介在部欠失を見出した。その欠失部位がビタミンD結合蛋白(Gc)の遺伝子座位が想定されている場に重なっているため、(1)高精度分染法による欠失部位の詳細な同定、(2)両親染色体の高精度分析、(3)患者、両親の等電点電気泳動法によるGc蛋白多型の伝播様式の検討、(4)免疫拡散法による、コントロールを含めたGc蛋白量の測定(すなわち遺伝子量効果の検討)、さらに他研究者より供与を受けたGcの相補DNAプロープにより、患者、両親のリンパ球DNAについてサザンブロット法により当該遺伝子の半定量的コピー数の検討、およびRFLPの伝播様式を検討した。[結果]:(1)4番染色体長腕の欠失部位は4q12ーq21.1と判明し、(2)両親の染色体は正常であった。(3)多型分析では、父1S、母1F、患者1Fと父ー患者で不一致がみられ、(4)Gc蛋白定量では父と患者において母およびコントロールの50%という値が得られたため、父の沈黙遺伝子が単純に患者に伝わった場合、および患者は当該部位の欠失によって半接合の状態になったという2つの可能性が考えられた。(5)しかし、相補DNAを使ったサザンブロット法では父・患者・母ともに当該遺伝子は2コピーみとめられ、遺伝子の大きな欠失はないものと思われた。[結論]:今回の検討では父ー患者のGc蛋白多型の不一致は単に父の沈黙遺伝子が患者に伝わったものと解釈され、患者で失われた4q12ーq21.1にはビタミンD結合蛋白遺伝子は存在しないものと考えられた。また本例での沈黙遺伝子は大きな欠失に由来しないことも判明した。さらに、このような研究においては、患者における単なる遺伝子量効果の検討では不十分で、両親の検討、さらには場合によっては相補DNAを使ったコピー数の検討が必要であると考えられた。
半導体レーザ光注入による光ファイバーレーザの発振周波数安定化と制御

周波数安定化された半導体レーザ光の注入による光ファイバレーザの発振周波数の安定化・制御・狭スペクトル線幅動作実現のための新手法の確立およびその性能の評価が目的である。本年度は、可飽和吸収体を組み込んだリング形およびサニャックループ形エルビウム添加光ファイバレーザを対象として、性能評価を試みた。得られた成果は以下のとおりである。1.リング形ファイバレーザの発振周波数制御実現の可否要因の探求発振周波数制御の可否と、共振器の構成の関係を調べるために、A(共振器長20.7m,吸収体長1.2m)とB(共振器長17.5m,吸収体長0.5m)、C(共振器長18.2m,吸収体長1.2m)の三種のレーザ共振器について、周波数制御特性を測定した。その結果、吸収体長が短いB以外の共振器では周波数安定化が可能となり、吸収体長中において発振光と制御光が十分干渉を起こすことが重要なことが明らかとなった。一方、周波数変動についてAとCを比較したところ、Cの方が変動がより低くなり、短共振器化、すなわちレーザ共振器の縦モード間隔を大きくすることにより安定性を改善できることが明らかとなった。また、外部注入光波長の、自由発振状態の波長からの離調の大きさに周波数安定度が大きく依存し、離調が増大するにつれて周波数安定度が低下することも明らかとなった。2.サニャックグループ形光ファイバレーザの特性偏波保存光ファイバによって光増幅器を組み込んだサニャックループ形ファイバレーザを構成し、ループ中への外部光の注入によって引き起こされる利得媒質の飽和を利用したファイバレーザの周波数制御を試みた。しかしながら周波数制御は未だ実現を見ていない。これは、外部注入光の入射時の偏波状態の不安定性に大きな原因があり、実験系の改善が望まれる。半導体レーザ光注入によって引き起こされる損失の空間的不均一飽和を利用した、光ファイバレーザの新しい発振周波数安定化と制御の手法の実証が本計画の目的である。本年度は、可飽新吸収体を組み込んだリング形およびファブリペロ形エルビウム添加光ファイバレーザを対象として、基本原理の実証を試みた。1.リング形ファイバレーザの発振周波数安定化半導体レーザ光を注入しない状態においては発振周波数が不安定に変動していたが、半導体レーザ光注入によって発振周波数が半導体レーザと等しくなり、周波数安定化が容易に実現した。しかも発振スペクトル線幅は半導体レーザの1.5MHzと比較して2桁以上小さい7.5kHzとなった。すなわち、半導体レーザ並の周波数安定度を持ち、ファイバレーザ並の狭線幅を備えたレーザが実現可能となり、本手法の有効性が実証された。2.リング形ファイバレーザの発振周波数制御半導体レーザ注入光の周波数を変化させることにより、リングレーザの発振周波数も制御可能であることが明らかとなった。リングレーザ中に半値全幅375GHz(波長3nm)の帯域通過フィルタを挿入した状態では、フィルタの中心からの離調周波数が35GHz(波長0.28nm)以下の注入光によって波長可変動作が可能であり、全幅70GHzの周波数可変動作が可能となった。それ以上の離調においては波長可変単一周波数動作は不可能だが、注入光とフィルタの中心周波数の2周波数発振が起こり、それらの発振モードの偏波状態が互いに直交していることが明らかとなった。3.ファブリペロ形光ファイバレーザの特性ファブリペロ形ファイバレーザにおいては、リング形のような周波数安定化と制御は未だ実現を見ていない。これは、共振器中の偏波状態の不安定に大きな原因があり、実験系の改善が望まれる。
マルチファンクショナルCMOSセンサ統合型マイクロリアクタシステムの開発

本研究では、小型のチップの上で化学反応や分析を行う技術として研究が進められているマイクロケミストリシステムやuTAS (Micro Total Analysis System)へ搭載するためのCMOS多機能マイクロセンサチップを開発し、これを搭載したマイクロケミストリシステムの開発を行った。成果として、目標としていた各機能を実現するセンサ回路を実証し、マイクロケミストリシステムへの搭載についても基礎的検証に成功した。申請計画に基づき、UV/VIS分光、偏光、蛍光、電気化学、pHを測定するセンサTEGを設計・試作し、動作検証を行った。それぞれの機能単位センサに関して動作確認を行い、集積化への指針を得た。また、光計測・電気化学・pHに関して液体に浸漬しての測定を実証した。上述の検証結果に基づき、光計測・電気化学計測機能を集積化したマイクロリアクタ搭載用の小型センサチップの設計・試作を行った。H18年3月より、マイクロリアクタへの組み込みと機能検証を行っていく。また、LSIチップの動作検証に用いるバッチ型リアクタを製作し、LSIチップをアラインメントするプラットフォームおよびセンサ制御システムを試作した。石英製チャンバに微小パッキン構造を導入し、正確なアラインメントでLSIセンサチップをチャンバ下部の開口部に密着し、バッチ型リアクタにおける化学種の分析を実施することが可能となった。H19年度以降、本リアクタおよび試作した複合機能センサを用いた、標的化学反応の計測機能実証を行っていく。申請計画に基づき、マルチファンクショナルCMOSセンサを設計・試作し、動作検証を行った。特にUV/VIS光測定および偏光分析機能について詳細な検討と機能実証に成功した。CMOSデバイスプロセスにおける配線層を利用して、アクティブビクセルセンサ(APS)アレイの直上に微細ワイヤグリッド構造を搭載した構造のセンサにおいて、入射光の偏光に応じた信号強度の変化を検出することに成功した。スクロースおよびメントール溶液を用いた機能評価においては、分解能0.05度での旋光度計測に成功した。さらに、マイクロリアクタへの組み込みと機能検証を行った。SiウェハをDeepRIEプロセスによって加工し、CMOSセンサと適合するバッチ型リアクタを製作し、送液機能を実現し、さらに化学種の分析を実施することが可能となった。濃度の異なるスクロース溶液を順次注入し時間経過とともに旋光度が変化する様子などの観察に成功し、in situ不斉度計測機能の基礎的な実証に成功した。最重要機能となる。偏光計測画素を用いた不斉分析機能について、これをリアルタイムで旋光度0.04度で計測することに成功した。昨年度までの研究で検証したデバイスの実用化にむけての課題解決を行った。実現した計測原理を用いながら、イメージセンサ構成を採った新しいマイクロケミストリ向け偏光計測センサを実現した。CMOSデバイスプロセスにおける配線層を利用して、アクティブピクセルセンサ(APS)アレイの直上に微細ワイヤグリッド構造を搭載した画素を、独自の設計技術によって、多数の異なるグリッド角で設計し、これを集積化したイメージセンサ型偏光計測センサを設計・試作・動作検証した。スクロースを用いた旋光度計測において、旧型のデバイス(昨年度の成果)においては1分以上を計測に要していた旋光度計測を1秒以内に完了する、リアルタイム計測技術を達成した。その際の分解能は0.04度程度であり、昨年度の技術と同程度かそれ以上を達成している。これにより、マイクロリアクタへの組み込み時におけるin situ不斉度計測機能の実証に成功した。成果として、目標としていた各機能を実現するセンサ回路を実証し、マイクロケミストリシステムへの搭載についても、基礎的検証に成功した。
ウシ体細胞クローンに用いるドナー細胞の簡易保存とくに凍結乾燥保存法の開発

クローンウシ生産に利用可能な細胞の簡易保存方法について検討した。まず、簡易凍結保存を検討した。ウシの種々の組織を、-20°C、-80°Cおよび-196°Cで凍結保存し生存細胞の取得を試みた。その結果、-80°Cでは6ケ月保存しても、耳介などから培養細胞が得られた。次に凍結乾燥保存を試みた。子牛耳介由来培養細胞を用い、トレハロース導入は、digitoninによる膜透過処理により行った。凍結乾燥後、細胞核DNAの断片化状態をComet assayにより検討した。その結果、10あるいは20μg/mlのdigitonin濃度で0.4Mトレハロースで核DNAの断片化が少なく、生存細胞と差が見られなかった。昨年度は簡易凍結により耳介、肺および筋間脂肪が簡易冷凍保存に適した細胞との結果が得られたため、本年度は和歌山県畜産試験場にて飼育されている和牛メス子牛の耳介を一部を採取し、細切したのち初代培養を行い3継代したものをセルバンカーにて凍結保存し実験に供した。培養細胞へのトレハロース導入では、昨年度細胞内薬液半自動注入装置FemtotipsIIを用いて薬剤の注入を行ったが注入に極めて多大な時間を要し非効率的であったのでdigitoninによる膜透過処理によるトレハロース導入を行った。digitonin処理後CaCl2でのリシーリングにより細胞を生存させようとしたが、トレハロースの導入はできたものの生存率は極めて低かった。このため今年度は耳介由来繊維芽細胞にdigitoninによるによる膜透過処理を行いトレハロース導入し、細胞核の正常性を確認し、核DNAの断片化が少ない条件設定を行った。これら細胞は生存性はないものの核が正常であれば核移植によりクローン胚が生産できると考えた。digitonin濃度10, 50, 100μg/mlのNIMメディウムに細胞を導入し氷温で2分間処理した。細胞を洗浄し、0.6MトレハロースNIMメディウムに導入し-80°Cで凍結した。細胞は融解後Comet assayにより細胞核DNAの断片化を調べた。陽性対照区、陰性対照区は、それぞれ、処理しない培養細胞と過酸化水素水にて処理した細胞を用いた。その結果、digitonin濃度10μg/mlでトレハロースを導入するとコメットテールが最も短く陽性対照区と同程度であった。今後、これら細胞を注入法でウシ除核卵子に注入してクローン胚を作製する予定である。本研究では、クローンウシの生産に利用可能な細胞の簡易凍結および凍結乾燥保存方法について検討した。まず、ウシ組織の簡易凍結保存を検討した。殺処分したウシから種々の組織をなんら耐凍剤を加えず-20°C、-80°Cおよび-196°Cで凍結保存し、融解後培養細胞の取得が可能かどうか検討した。-20°Cでは1週間保存した耳介および肺から培養細胞が得られたが、それ以外の組織およびそれ以上の期間では培養細胞は得られなかった。-80°Cで6ヶ月保存した耳介、肺および筋間脂肪から、1ヶ月保存した皮下脂肪および脾臓から、1週間保存した腎臓、骨髄および骨から培養細胞が得られたが、それ以外の組織およびそれ以上の期間では培養細胞は得られなかった。-196°C保存区で1週間保存した耳介、肺および筋間脂肪から培養細胞が得られたが、それ以外の組織およびそれ以上の期間では培養細胞は得られなかった。これらのことから、凍結保存温度は-80°Cで組織は耳介、肺および筋間脂肪が、細胞の簡易凍結保存に適していることが示された。次に細胞の凍結乾燥保存を試みた。簡易凍結により耳介、肺および筋間脂肪が凍結保存に適しているので、採取が容易な子牛の耳介を一部を採取し、細切したのち初代培養を行い3継代したものをセルバンカーにて凍結保存し実験に供した。培養細胞へのトレハロース導入は、digitoninによる膜透過処理によるトレハロース導入を行った。まず、0,30,40 μg/mlのdigitoninで細胞膜を穿孔し、0.6Mトレハロースを導入し凍結乾燥した。これら細胞を復水し、細胞核DNAの断片化状態をComet assayにより検討したが、いずれも核DNAの断片化が著しかった。そこで、より低いdigitonin濃度、10,20μg/mlでトレハロース濃度0.2, 0.4Mで細胞を凍結乾燥した。トレハロース濃度が0.2Mと低いと核DNAの断片化が著しかったが、0.4Mトレハロースでは、核DNAの断片化が少なく、生存細胞と差が見られなかった(P<0.05)。

23年度は、1)種々の組織の簡易凍結保存と融解後の生存性、2)培養細胞へのトレハロース導入方法の検討、の2点を実施した。1)種々の組織の簡易凍結保存と融解後の生存性屠殺直後のウシの種々の組織を12 gをクライオチューブに入れ、-20°C、-80°Cの冷凍庫およびLN2中に投入し、6ヶ月間保存した。組織採取直後、保存1週間、1月、3月および6月目に融解し培養細胞が得られるかどうか観察した。その結果、耳介、肺および筋間脂肪では、-80°Cで保存すると6ヶ月後であっても培養細胞が得られることが分かった。-20°CやLN2で保存すると、それら組織であっても1週間程度しか生存細胞は保存できなかった。以上より、耳介、肺および筋間脂肪が簡易冷凍保存に適した細胞と思われたが、今後は入手が容易な耳介由来の細胞を利用しようと考えている。2)培養細胞へのトレハロース導入方法の検討まず細胞内薬液半自動注入装置FemtotipsIIの注入効率を調べるため、PI溶液を培養した卵丘細胞に注入した。915個の卵丘細胞にPI溶液を注入したところ、そのうち57 %(521個)でPIシグナルを観察できた。注入に時間もかかり、予想していたより効率が悪く今後の凍結乾燥に十分な細胞が得られないことが分かった。このためトレハロースを細胞内導入する方法としてdigitoninによる膜透過処理を試みた。530 μg/mlのdigitonin処理しPI溶液に浸漬し、CaCl2で膜修復処理をした後、Hoechst33342で染色して細胞内へ導入効率を観察した。その結果、10-15 μg/mlのdigitonin処理でPIの導入およびその後のCaCl2での膜修復がなされることが分かった。またトレハロース導入も試みたが今のところ導入細胞での耐凍性の向上は確認できていない。トレハロースを導入して細胞の生存性を維持したままの凍結保存は困難であったが、細胞核のDNAの断片化が最小限のトレハロース導入条件が設定できた。これら細胞を凍結乾燥し、クローン胚を作製して胚の発育率を検討したい。種々の組織凍結を行い、耳介、肺および筋間脂肪が耐凍性のある組織で、-80°Cが最も適した保存温度であることを明らかにできた。また、トレハロースの導入に有効と考えたFemtotipsIIによる細胞内直接注入法は技術者の高度なスキルを要することから、誰にでも大量に生存性を減ずることなく実施することが困難であった。一方、digitonin処理は最適な濃度などが比較的短時間に設定できた。実際にトレハロースの導入も試みたが、用いた細胞が卵丘細胞であり、導入の条件設定も不十分だったので、その後の耐凍性の確認は今後の課題としたい。予定通り核DNAの断片化が少ないトレハロース導入条件が設定できた。細胞の凍結乾燥の条件を検討し、復水後の細胞核のコメットアッセイを行い再度DNAの断片化を調べるとともに、これら細胞の注入法による核移植胚の作製を検討したい。この際、細胞をそのまま注入する方法と核のみを分離し注入する方法、さらには注入法ではなく、細胞を電気融合法で導入できないかについても検討を加えたい。作製したクローン胚は、胚発生は勿論、核の断片化や染色体の状態についても以上がないかどうか検討を加えたい。用いる細胞は耐凍能が高く、最も入手が容易な耳介細胞としたい。
半数体ゲノムにおける性染色体遺伝子の機能

これまでに見いだしたゼニゴケY染色体上の遺伝子群のうち、雄ゲノムにのみ存在し、かつ雄生殖器官のみで発現している14個を「雄の生殖機能に必要な遺伝子」の候補とした。本年度はF-boxタンパク質をコードするM350E4.4遺伝子について機能解析を実施した。これまでゼニゴケの形質転換にはパーティクルボンバードメントを利用していたが、胞子を発芽させて得られた未成熟葉状体およびアグロバクテリウムを用いた高効率の形質転換法の開発に成功した(Ishizaki et al.,投稿中)。また、GFPの改変種であるmCitrineがゼニゴケにおけるレポーターとしてsGFPよりも優れていることを見いだした。M350E4.4遺伝子の発現部位を特定するため、上流約2kbをGUS遺伝子に連結したコンストラクトを作成し、アグロバクテリウム法によりゼニゴケに導入した。これまで葉状体でのGUS遺伝子の発現は認められず、生殖器官については現在解析中である。CaMV35Sプロモーターを用いて、M350E4.4遺伝子の異所発現株、発現抑制株(雄生殖器官におけるM350E4.4遺伝子の発現抑制については確認中)、F-boxドメイン部分のみあるいはF-boxドメインを欠失させたコンストラクトの過剰発現株を作成したが、これまで形態異常を示す株は得られていない。しかし、CaMV35SプロモーターでGUS遺伝子あるいはmCitrine遺伝子を発現させた形質転換体の解析から、少なくともメリステム付近でこのプロモーターが十分に機能していないことが判明した。従って、メリステム同様分裂中の細胞が多いと考えられる雄生殖器官、特に造精器においてもCaMV35Sプロモーターが十分に機能していない可能性がある。これまでに見いだしたゼニゴケY染色体上の遺伝子群のうち、雄ゲノムにのみ存在し、かつ雄生殖器官のみで発現している14個を「雄の生殖機能に必要な遺伝子」の候補とし、機能解析を実施した。まず、上述の雄生殖器官のみで発現している14個の候補遺伝子について、転写産物の配列情報を得るためにRACE法を実施した。M2D3.5遺伝子を除く13遺伝子についてはそれらのほぼ全長と思われる転写産物の塩基配列を得た。M2D3.5遺伝子はY染色体特異的反復配列が蓄積する領域に存在し、それ自身もマルチコピー遺伝子として存在する。この遺伝子がコードするRINGフィンガーモチーフの上流域は、cDNA間でのバリエーションが大きく、主要な転写産物を同定することができなかった。cDNA配列が得られた遺伝子についてはゲノム配列と比較し、それぞれのプロモーター領域を推定した。次に、GFPをレポーターとするタンパク質局在解析を試みた。これまでゼニゴケではGFPを用いたタンパク質の局在解析の報告がなかったため、GFP発現のための条件検討を行った。まず、他の植物種で実績のあるsGFPをカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターおよびノパリンシンターゼターミネーターの間に組み込んだコンストラクトを作成した。これをパーティクル・ボンバードメント法でゼニゴケ葉状体に一過的に導入したところ、sGFPの発光を認めた。しかし、同じくパーティクル・ボンバードメント法で安定形質転換を試みたが、恒常的にsGFPを発現させている固体は得られなかった。小胞体局在が予測される脂肪酸不飽和化酵素にsGFPを融合したコンストラクトでも形質転換を試みたが、sGFPの発現は認められなかった。今後用いるGFP配列やプロモーター、あるいはタグの利用を検討する。

これまでに見いだしたゼニゴケY染色体上の遺伝子群のうち、雄ゲノムにのみ存在し、かつ雄生殖器官のみで発現している14個を「雄の生殖機能に必要な遺伝子」の候補とした。本年度はF-boxタンパク質をコードするM350E4.4遺伝子について機能解析を実施した。これまでゼニゴケの形質転換にはパーティクルボンバードメントを利用していたが、胞子を発芽させて得られた未成熟葉状体およびアグロバクテリウムを用いた高効率の形質転換法の開発に成功した(Ishizaki et al.,投稿中)。また、GFPの改変種であるmCitrineがゼニゴケにおけるレポーターとしてsGFPよりも優れていることを見いだした。M350E4.4遺伝子の発現部位を特定するため、上流約2kbをGUS遺伝子に連結したコンストラクトを作成し、アグロバクテリウム法によりゼニゴケに導入した。これまで葉状体でのGUS遺伝子の発現は認められず、生殖器官については現在解析中である。CaMV35Sプロモーターを用いて、M350E4.4遺伝子の異所発現株、発現抑制株(雄生殖器官におけるM350E4.4遺伝子の発現抑制については確認中)、F-boxドメイン部分のみあるいはF-boxドメインを欠失させたコンストラクトの過剰発現株を作成したが、これまで形態異常を示す株は得られていない。しかし、CaMV 35SプロモーターでGUS遺伝子あるいはmCitrine遺伝子を発現させた形質転換体の解析から、少なくともメリステム付近でこのプロモーターが十分に機能していないことが判明した。従って、メリステム同様分裂中の細胞が多いと考えられる雄生殖器官、特に造精器においてもCaMV 35Sプロモーターが十分に機能していない可能性がある。
シナプス後部の形態制御機構

神経細胞に多いアクチン結合蛋白であるドレブリンはラット胎児では胎児型が発現しており、神経細胞の移動や突起形成といった細胞形態の変化に関与していると考えられている。成体になるとドレブリンはalternative splicingによって成体型に変換する。成体型ドレブリンのスパインへの局在を確かにするために、共焦点レーザー顕微鏡による観察を行った。シナプス前部のマーカーであるシナプトフィシンとドレブリンとの2重染色をすると、2つの抗体で染まる顆粒状の構造が互いに接しているのが見られた。このことはドレブリンのスパインへの局在が他に例がないほど強いことを示している。次にドレブリンの、アクトミオシンへの作用を調べた。ドレブリンはミオシンのATPase活性を阻害した。これらのことから、成体型ドレブリンはスパインにおいてアクトミオシンの相互作用を制御することでスパインの形態変化に関与し、シナプスの可塑性に一役買っていると考えられる。我々は、このようにシナプス後部で機能する成体型ドレブリンの発現が、シナプス後部側の発達の指標となると考えた。胎児型から成体型への変換の時間経過を詳しく調べたところ、その変換時期は生体内においても、培養下においてもシナプスが形成されると言われている時期(生後2-3週)に一致していた。培養下においても成熟した神経細胞においてはドレブリンはスパインに局在していた。培養下での成体型ドレブリンの発現やその局在の変化を調べることでシナプス後部の形成の機構を探ることができると考えている。
地名調査による中世後期・近世初期開発史の研究と日本史授業への導入の試み

本研究では、地名の調査・研究を通して、中世後期から近世初期における耕地開発の歴史を考察し、かつ、その成果を高等学校における歴史教育の現場に生かすことを目的とし、研究と教育を関連づけるための方法論的な枠組みをつくることを試みた。現地調査のフィールドとして、静岡県焼津市の旧大井川町域、大井川河口付近に開発・形成された中世の南禅寺領遠江国初倉荘域を取り上げ、現地調査をおこなった。研究方法としては、東京大学史料編纂所・国立国会図書館などで関連史料と先行研究文献を検索・収集し、現地の焼津市役所・焼津市歴史民俗資料館・焼津市立大井川図書館等でベースマップや郷土史文献を入手し、調査項目などの焦点を絞った上で、地名や民話などの聞き取り調査によって、成果を地図に反映させる作業を行うというものであった。また、3月17日には、国の重要無形民俗文化財に指定された藤守地区大井八幡宮の田遊びを見学し、ビデオで撮影・記録した。また、上記の調査・研究と並行して、勤務校である早稲田大学高等学院の授業(選択科目「日本中世・近世史」)の受講生15名とともに、学校周辺(東京都練馬区上石神井地域の地名・信仰・民俗調査を行い、その成果を11月7日の学校行事でポスター発表した。初倉荘の現地調査の成果については、授業で経過報告を行った。地図や現地で撮影したビデオや写真を活用して興味を引き出しながら、地名の史料的価値について生徒諸君の認識を深めることができた。現在編集中の「藤守の田遊び」の記録映像についても、今後の授業でその活用をしていきたい。また、学校の周辺で行ったフィールドワークについても、自ら課題を発見し、自らの足で現地を歩くことによって解答を導き出す経験は高校生にとって貴重なものであったと思われる。地名調査を日本史授業に導入する試みはまだ始めたばかりであるが、今回の研究をふまえて、今後も進めていく所存である。
農産物中の残留農薬分析における一日で行う簡易多成分一斉分析方法の開発

平成18年度は、精製効率を重視して酢酸を用いずに分析を行い、市販の農薬混合標準溶液を利用して約400種類の農薬やその代謝物の検討を行った。抽出には50mL容量のプラスチック製遠心管を用いて、あらかじめ均一化した試料10gにアセトニトリル20mlを加え、ホモジナイザーで撹拌抽出を行った。その後無水硫酸マグネシウムと塩化ナトリウムを加え、ブタをして手で激しく振盪して塩析脱水を行い、遠心分離を行って粗抽出液を得た。この粗抽出液をグラファイトカーボン(GCB)と一級二級アミン(PSA)を積層したカラムに負荷し、精製を行った。分析法を小スケールで単純化した為、数検体であれば農産物の均一化から測定可能となるまでの時間を3時間以内とすることができた。測定機器には有機リン系農薬の測定にはFPDを用い、ピレスロイド系農薬や有機塩素系農薬の測定には負化学イオン化法(NCI)GC/MSを用いた。これに加え、GC/MSのスキャンモードを用い、GCで測定可能な農薬の定性、定量を行った。また今回はLC/MS/MSを用い、GCで測定困難な農薬の分析を行った。その結果、測定可能であった農薬や代謝物は合計で382種類であった。35種類の代表的農産物を対象に添加回収試験を行った結果、70120%の回収率と20%以下の相対標準偏差が得られたものは、GC測定では256種類、LC測定では56種類の農薬で良好な結果が得られた。各農薬の検出下限値は0.150ng/gの範囲内であった。平成17年度は、検疫所が分析対象としている農薬を中心に、GC/MSで測定可能なものから約270種類を選んで検討を進めた。その後無水硫酸マグネシウムと塩化ナトリウムを加え、フタをして手で激しく振盪して塩析脱水を行い、遠心分離を行って粗抽出液を得た。GCBで色素を、PSAで脂質を除去できたが、PSAで一部の農薬が吸着される為、溶出溶媒に酢酸を加えて回収率の向上を行った。酢酸を加えることによりPSAの能力が低下し、精製効率は低下するデメリットも発生した。150種類以上の分析対象物の解析を1台の分析機械で行うのは簡易でないので、有機リン系農薬の測定にはFPDを用い、ピレスロイド系農薬や有機塩素系農薬の測定には負化学イオン化法(NCI)GC/MSを用いた。それ以外の農薬はGC/MSのスキャンモードを用い、定性、定量を行った。10種類程度の代表的農産物を対象に添加回収試験を行った結果、約240種類の農薬で70120%の回収率が得られ、相対標準偏差も多くの農薬で20%以下であった。各農薬の検出下限値は0.010.05ppmの範囲内であった。
大規模社会ネットワーク分析におけるリンクの疎構造を利用した多項式時間解法の開発

近年,オンライン社会ネットワーク上で発生する「ネット炎上」などの爆発的なダイナミクスは,情報ネットワークの普及がもたらす負の側面として大きな社会問題になりつつある.ネット炎上発生メカニズムの分析に対し,社会ネットワークの構造を知ることが重要であるが,それは直接的に観測できないため,間接的かつ効率的に求めるアプローチが必要である.我々はこれまでネットワーク共鳴法と呼ばれる方法を提案・発展させ,社会ネットワークの構造を表す行列の固有値と固有ベクトルの成分を決定する方法を確立してきた.本研究は,並列計算と圧縮センシングを組み合わせることで,固有ベクトルの符号決定処理が指数時間となる問題を克服し,多項式時間で社会ネットワーク構造推定の実現を目指すものである.この目的に対する平成30年度の実績は以下の通りである.(1)ラプラシアン行列の固有値推定手法であるネットワーク共鳴法による固有値の推定実験を行い,ネットワークのスパースな情報からラプラシアン行列の固有値を推定できることを確認した.また,固有ベクトル成分の符号決定においての手法提案と計算の評価を行い,固有ベクトルの数nが十分に大きな領域においては,計算量を指数オードからn^2オーダーまで削減できることがわかった.(2)オンライン社会ネットワークにおける構造分析について,異なる視点から検討を進めた.具体的には,基礎程式の解を解析するための摂動展開による方法に基づき,簡単なグラフ構造のネットワークモデルに対して,無限次までの摂動展開を与え,ネットワーク構造が固有値に与える影響を評価した.無限次のオーダまで考慮したことで,一方向リンクグラフの影響による固有値の変化を指数関数として表すことが可能となった.また,それを利用して固有値の推定実験を行い固有値が高精度に推定可能であることを示した.ネットワーク共鳴法や圧縮センシング技術によって,ネットワークのスパースな情報からラプラシアン行列の固有値や固有ベクトルの絶対値を推定できることを確認し,さらに固有ベクトルの符号決定においては指数オーダーから多項式オーダー(n^2)まで削減できていることから,研究目的を達成している.また,上記以外に,ネットワークの特徴を表すラプラシアン行列の固有値の推定において,振動モデルの基礎方程式を解析する上で摂動論を用いた検討を行っており,計画どおり(あるいはそれ以上)ある.本研究では,シミュレーション上に架空の単純なネットワークを作成し,検証したものである.今後はより現実的な社会ネットワーク(例えば,Twitter)を対象に分析を行うことで,固有値,固有ベクトル推定の精度の向上と計算時間の高速化を目指す.Twitter APIを使った実データ収集および解析が必須である.近年,オンライン社会ネットワーク上で発生する「ネット炎上」などの爆発的なダイナミクスは,情報ネットワークの普及がもたらす負の側面として大きな社会問題になりつつある.ネット炎上発生メカニズムの分析に対し,社会ネットワークの構造を知ることが重要であるが,それは直接的に観測できないため,間接的かつ効率的に求めるアプローチが必要である.我々はこれまでネットワーク共鳴法と呼ばれる方法を提案・発展させ,社会ネットワークの構造を表す行列の固有値と固有ベクトルの成分を決定する方法を確立してきた.本研究は,並列計算と圧縮センシングを組み合わせることで,固有ベクトルの符号決定処理が指数時間となる問題を克服し,多項式時間で社会ネットワーク構造推定の実現を目指すものである.この目的に対する平成30年度の実績は以下の通りである.(1)ラプラシアン行列の固有値推定手法であるネットワーク共鳴法による固有値の推定実験を行い,ネットワークのスパースな情報からラプラシアン行列の固有値を推定できることを確認した.また,固有ベクトル成分の符号決定においての手法提案と計算の評価を行い,固有ベクトルの数nが十分に大きな領域においては,計算量を指数オードからn^2オーダーまで削減できることがわかった.(2)オンライン社会ネットワークにおける構造分析について,異なる視点から検討を進めた.具体的には,基礎程式の解を解析するための摂動展開による方法に基づき,簡単なグラフ構造のネットワークモデルに対して,無限次までの摂動展開を与え,ネットワーク構造が固有値に与える影響を評価した.無限次のオーダまで考慮したことで,一方向リンクグラフの影響による固有値の変化を指数関数として表すことが可能となった.また,それを利用して固有値の推定実験を行い固有値が高精度に推定可能であることを示した.ネットワーク共鳴法や圧縮センシング技術によって,ネットワークのスパースな情報からラプラシアン行列の固有値や固有ベクトルの絶対値を推定できることを確認し,さらに固有ベクトルの符号決定においては指数オーダーから多項式オーダー(n^2)まで削減できていることから,研究目的を達成している.また,上記以外に,ネットワークの特徴を表すラプラシアン行列の固有値の推定において,振動モデルの基礎方程式を解析する上で摂動論を用いた検討を行っており,計画どおり(あるいはそれ以上)ある.本研究では,シミュレーション上に架空の単純なネットワークを作成し,検証したものである.今後はより現実的な社会ネットワーク(例えば,Twitter)を対象に分析を行うことで,固有値,固有ベクトル推定の精度の向上と計算時間の高速化を目指す.Twitter APIを使った実データ収集および解析が必須である.(理由)当初計画していた具体的な評価実験や学会発表の計画に対して,方式検討と実験評価は進み,様々な場で成果を発表することができた.しかし,複数の計算機およびストレージを利用した実験には至っていないため,初年度の残額と次年度研究費をあわせて利用する.(使用計画)初年度で検討した方式の性能向上のため,多種多様なシナリオを用意して実験する必要がある.また,TwitterのようなSNS上で生まれるコミュニケーションを起因としたネット炎上を理解するためには,膨大な実データを用いた評価解析が必要であり,より多くの複数計算機およびストレージを要する.
接触感染の予防に有効な低コストの非接触型多入力スイッチの開発

研究目的現在,人と機械のインターフェースは,接触型スイッチが主流となっているが,スイッチを介した接触感染や視力を求められる点を考えると,人にやさしいとは言えない。一方,非接触型スイッチは,低コストのものは1入力であり,多入力を実現する計算機処理による方式では,高コスト,高消費電力,大規模となってしまう。そこで本研究では,接触感染の予防に有効で,人にやさしい多入力の非接触型スイッチを,低コスト,低消費電力,小型の形で実現するために,シンプルな構成の手の形認識回路を用いて,数種類の手の形の認識ができる専用ICの開発を行った。研究方法専用ICの開発には,カメラ及びモニタを備えたFPGAボードを使用した。システムの動作は,ビデオカメラの画像をFPGAに入力し,専用ハードウェアで手の形の画像を認識して,結果を画像の色を変える形でモニタに出力するものとした、専用ハードウェアでは,カメラ画像を二値画像のデータに変換し,二値画像の縦方向と横方向のヒストグラムから,簡単化した離散フーリエ変換により縦横の振幅スペクトルを前処理として求めた後,その低周波成分の振幅値を特徴ベクトルの要素としてシンプルな類似度評価のアルゴリズムによりパターン分類を行うものとした。研究成果まずシステムの有効性を確認するため,10種類の手の形の画像データセットを用いて前処理とパターン分類アルゴリズムのシミュレーションを行った結果,平均90%以上の認識率が得られた。次に,ビデオカメラの画像をFPGAに入力しそのままモニタに出力する回路と条件により画像の色を変えてモニタに出力する回路を作成し,動作確認を行った。それから,二値化回路,ヒストグラム化回路,簡易離散フーリエ変換回路,パターン分類回路を作成し,機能シミュレーションを行った。今後,FPGA上ですべての開発した回路をすりあわせ,シミュレーション通りに手の形認識システムが動作するようにする。