hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異種の学習マルチエージェント系に関する研究

単純な決定規則で行動するエージェントを複数用意し,その間に蜜なインタラクションを持つような系を走らせ,全体の挙動が創発されるのを実験的に調べる研究が,物理,数学のみならず,人工知能,人工生命の研究において最近非常に活発に行われつつある.しかし,これまで扱われてきたエージェントは,非常に単純なものであり,その行動決定規則自身も静的で,設計者がある程度全体の挙動を予測可能であり,創発性という意味では,不十分な面がある.また,もう一つの重要な問題として,エージェントが同じ行動決定アルゴリズムをもつという意味で,均質であることがあげられる.以上の背景から,我々は,動的に自分自身の行動決定規則を変化させる学習機能をエージェントに持たせ,さらにその学習アルゴリズムが不均質であるようなマルチエージェント系を,様々な視点から構成し,個々のエージェントのパラメータの変化により,全体の挙動がいかに創発されるかを調べ,個が全体に及ぼす影響を実験的に探ることを目指した.初年度は,異なった強化学習アルゴリズムによる異種マルチエージェント系における種々の実験をおこなった.ここで,異なった強化学習アルゴリズムとは,Q学習において学習率と行動選択を変えたものを意味する.このパラメータの違うの学習アルゴリズムに注目し,それぞれのパラメータをもつエージェントを用意し、同じ環境で行動学習を行わせて学習マルチエージェント系を構成する.まずは,それぞれの学習アルゴリズムをもつ2つのエージェントから始めた.実際に実験に用いたエージェント間のハンタラクションは,以下のものである.経験の共有:各エージェントが実際に行動することにより経験した,状態-行動-報酬の3つ組を共有する.これは,各エージェントで同じ表現を用いて比較的素直に共有できる.実験の結果,特に局所最適解をもつ報酬において,2つの異種のエージェント間において相補性が見られた。
脳室周囲白質軟化症モデルマウスに対するシュワン細胞移植の検討

我々は早産児に好発し、後に精神運動発育遅延を来すが未だ治療法の無いPVL(脳室周囲白質軟化症)に対して再生医学を生かした治療を目指して現在我々は研究を行っている。PVLモデルマウスの作成は、Pierre Gressensらの報告している手法に従い、glutamate analogであるIbotenateを用いた。すなわち、生後5日のマウスにエーテル麻酔をかけ、ハミルトンシリンジを用いて脳室周囲にIbotenateを注入した。その後、生後10日、PFAにて心内環流後に脳を取り出し、数時間ホルマリン固定した。sucroseにて脱水和した後、-70°Cで一晩凍結した後冠状断の凍結切片を作成した。標本はHE染色後、光学顕微鏡にてcystの形成や白質の層構造の乱れを確認した。昨年度も報告したが、Ibotenateは報告の半量の5μgで投与すると1時間以内に痙攣を生じ、組織ではcyst形成がみられ、報告の量(10μg)より安定した成績が得られることがわかった。作成したCystを経時的に評価することが重要と考え、当院動物実験施設で利用可能な超音波検査を用いた検討を繰り返した。その結果、15Mhzの最小プローベにても極めて大きなCystは描出可能なものの、微細な白質の病変は捉え難く、超音波検査で得られた所見と病理組織との間に解離が見られることもあり、超音波検査でマウスの脳病変を経日的に評価することは困難との結論に到った。以上の結果、cystの評価はやはり従来の方法に従い、病理・組織学的な方法をとらざるを得ないと判断した。このため、Ibotenate投与後、日齢毎に脳を取り出し切片を作成し、cystの大きさの測定を行い、またオリゴデンドロサイト前駆細胞や他の神経幹細胞などの変化をレクチン・O4・GFAPなどのプローブを用いた免疫染色法で評価することとした。この手法を用いて、神経幹細胞をCyst内に移植する実験にとりかかり、現在どの程度の分化段階の細胞を移植するのが効果的かを検討している。また、移植部位・方法を含めた検討も引き続き行ってゆく。早産児に好発し、後に精神運動発育遅延を来すが未だ治療法の無いPVL(脳室周囲白質軟化症)に対して再生医学を生かした治療を目指して現在我々は研究を行なっている。まず、Pierre Gressensらの報告している手法に従い、glutamate analogであるlbotenateを用いてPVLモデルマウスの作成を計画した。具体的には生後5日のマウスにエーテル麻酔をかけ、ハミルトンシリンジを用いて脳室周囲にlbotenateを注入する。そして生後10日、PFAにて心内環流後に脳を取り出し、5日間ホルマリン固定する。その後30%sucroseで脱水和し、冠状断の凍結切片を作成する。標本はH-E染色後、光学顕微鏡にてcystの形成を確認する。ここまでの手技を確実に行えるよう検討した結果、lbotenateは報告の半量の5μgで投与すると1時間以内に痙攣を生じ、組織ではcyst形成がみられた。報告の量では、痙攣の後死亡する例がみられた。次に、cystを経時的に評価する手法を考えた。組織標本を作成するにはその時点で殺戮し、その後の評価が出来なくなるためである。マウス脳の画像評価としてはmicro CT, functional MRIなどが報告されているが、当院動物実験施設では利用できず、超音波検査による評価を試みることとした。15Mhzの最小のプローベにてcystの描出が可能であり、lbotenate投与後の経時的な変化をどの日齢まで追えるか検討中である。また、微細な行動異常の出現がないか、今後行動解析にかけてみたいとも考えている。そして、目標の再生治療の前にcyst周囲の神経幹細胞の経時的な変化を見ることを計画している。具体的にはPVLモデルマウスと正常マウスの双方の全脳あるいは脳室周囲を日齢毎に取り出し、nestin染色してその経時的な変化を比較したいと考え、只今準備中である。

その結果、15Mhzの最小プローベにても極めて大きなCystは描出可能なものの、微細な白質の病変は捉え難く、超音波検査で得られた所見と病理組織との間に解離が見られることもあり、超音波検査でマウスの脳病変を経日的に評価することは困難との結論に到った。以上の結果、cystの評価はやはり従来の方法に従い、病理・組織学的な方法をとらざるを得ないと判断した。このため、Ibotenate投与後、日齢毎に脳を取り出し切片を作成し、cystの大きさの測定を行い、またオリゴデンドロサイト前駆細胞や他の神経幹細胞などの変化をレクチン・O4・GFAPなどのプローブを用いた免疫染色法で評価することとした。この手法を用いて、神経幹細胞をCyst内に移植する実験にとりかかり、現在どの程度の分化段階の細胞を移植するのが効果的かを検討している。また、移植部位・方法を含めた検討も引き続き行ってゆく。
発達期における摂食機能の神経制御機構についての組織学的解析

本研究ではマウスの吸綴(母乳を吸う)運動がどのように制御されているかを調べる事を目的とした。上唇部の感覚入力は吸綴反射に重要であるが、生後12日では、上唇部の感覚入力は吸綴運動に既に関与していないようであった。また、摂食機能の発達過程に歯の萌出はおきるが、脳内の神経細胞に豊富に発現しているカルシニューリンという分子が歯の形成にも関与している事がわかった。マウスの舌下神経核に神経標識物質を注入し、舌下神経ニューロンのpremotor neuronを同定する試みを昨年度から引き続き行った。舌下神経核周辺に標識物質を注入する事は可能であったが、舌下神経核のみに注入することは困難であった。注入した標識物質が脳幹のどの部位に達しているかも解析したが、標識物質を検出する事ができず、今回試みた方法では舌下神経ニューロンのpremotor neuronを同定することは難しく、他の方法を検討する必要があると思われた。次に離乳期のマウスの偏側の眼窩下神経を切断し、洞毛を含む上口唇部の感覚刺激を遮断させた状態で吸啜させ、脳幹部の感覚入力を担う領域でのc-fosの発現に変化がおきるかを調べた。生後12日のマウスを対象に生後2日目と生後10日目に偏側の眼窩下神経を切断し、解析をおこなったが、切断側と非切断側でのc-fosの発現には違いが無いようであり、生後12日では哺乳と上口唇部からの感覚入力にはあまり関連が無いようであった。もう少し、離乳の早い段階での解析がこれからの課題と思われた。歯の萌出は摂食機能の発達に重要な役割を果たすと考えられる。脳のニューロンに豊富に発現している転写調節因子であるカルシニューリンが、歯の形成に関わっているかをマウスを使って解析した。カルシニューリンがエナメル芽細胞や象牙芽細胞に発現している事が確認された。カルシニューリンが摂食機能の発達に広く関わっている可能性が示唆された。当初の計画では実験動物としてラットを使用する予定であったが、免疫組織化学に使用できる抗体の種類が多い事や遺伝子組み換え技術が発達している事を考慮し、マウスを実験動物として使用する事にした。吸啜行動をさせた生後3日のマウス脳幹部においてc-fosを発現しているニューロンを調べた。吸啜行動をさせた仔ラットの延髄脳幹部でのc-fosを発現しているニューロンについてはすでに報告がある。その仔ラットでの報告と同様に、吸啜行動をさせた生後3日のマウスには孤束核、延髄網様体、三叉神経脊髄路核にc-fosを発現しているニューロンがみられた。さらに、これまで報告のなかった最後野、三叉神経中脳路核、傍小脳脚核、三叉神経運動核周囲の橋網様体にもc-fosを発現しているニューロンがみられた。吸啜行動をさせた生後6日のマウスの脳幹部では延髄網様体においては生後3日のマウスとくらべ、腹側領域にc-fosを発現しているニューロンが多くみられた。三叉神経脊髄路核においても同様の傾向がみられ、腹側領域にc-fosを発現しているニューロンが多くみられた。さらに生後3日ではみられなかった、縫線核、下唾液核にもc-fosを発現しているニューロンがみられた。生吸啜行動をさせた後12日のマウスの脳幹部ではc-fosを発現しているニューロンは減少しているようであった。このように摂食機能の発達期において脳幹部のc-fosを発現しているニューロンに変化がみられる事は、摂食機能の発達期に摂食機能の神経制御機構になんらかの変化がおきていることを示唆している。また、舌下神経核への標識物質の注入を試みているが、適切な注入位置、標識物質の量がまだ決定できず、現在検討中である。感覚入力の神経標識は現在、眼窩下神経を標識する事によって吸啜時の上唇部への感覚入力が脳幹部のどこに投射しているかを検討中である。神経標識を用いての、吸啜運動に関わる運動ニューロンのpremotor neuronの同定、摂食機能に関わる感覚入力を担う三叉神経とその2次ニューロンの同定が遅れている。当初の計画では実験動物としてラットを使用する予定であったが、免疫組織化学に使用できる抗体の種類が多い事やや遺伝子組み換え技術が発達している事を考慮し、マウスを実験動物として使用する事にした。そのため、標本が小さくなり、神経標識物質を脳幹部に注入する手技が難しくなり、適切な条件設定に時間がかかってしまっている。神経標識を用いての、吸啜運動に関わる運動ニューロンのpremotor neuronの同定、摂食機能に関わる感覚入力を担う三叉神経とその2次ニューロンの同定を可及的速やかに行い、当初の計画通りに研究を遂行していきたい。

万が一、神経標識をもちいて吸啜運動に関わる運動ニューロンのpremotor neuronの同定、摂食機能に関わる感覚入力を担う三叉神経とその2次ニューロンの同定がうまくいかない事も想定される。その場合には、摂食機能の発達期における脳幹部のc-fosを発現しているニューロンの変化(c-fosを発現しているニューロンの領域の変化や、c-fosを発現しているニューロンが発現している他の分子の変化)を解析する事によって、発達期における神経制御機構の解明に寄与できると思われる。次年度使用額については平成24年3月に物品費として使用済みである。次年度も実験動物、薬品などの消耗品に費用がかかり、調査研究旅費、成果発表等の旅費も必要となる。
性質・状態の意味を表す日本語動詞「スル」の用法と英語の対応表現に関する研究

本研究では、動詞「スル」を用いて事物の状態や性質を表す「彼女は美しい髪をしている」のような表現を考察対象とする。言語のふるまいを詳細に捉え、理論言語学における知見の参照や異言語との対照を通じ、問題となる表現の実態と特徴について見通しを示すことが目的である。言語使用における人間の認知の働きに注目し、考察対象とする言語表現の意味と形式の結びつきについて明らかにすることを目指す。本年度には当初の研究計画に従い、考察対象とする言語表現の事例を広く収集したうえで、その分析と考察を進めた。この結果として、問題となる表現に関する先行研究が分析・観察の対象としてこなかったタイプの事例を豊富に収集することができた。具体的には、言及対象となる事物に対し事態の経験者である表現主体の知覚的・体感的評価を通じて捉えられた状態や性質を描写する表現、また、無生物である物体の部分についてメタファー的言語化を通じて言い表す表現などに関し、実例を中心に多様な例が得られている。上に挙げたようなタイプの表現は、先行研究の知見においては不適格な表現になることが予測されるものであるが、実際のところ特定の条件においてはこうした表現も数多く産出されるという実態が捉えられた。この発見をもとに、考察対象となる表現の基本的性質と成立基盤について、主に認知言語学の知見を参照し、理論的観点から考察を行った。これを通じ、動詞「スル」によって事物の状態・性質に関する意味を表す「XはYをしている」形式の表現の成り立ちは、事物に対する経験者の「捉え方」に大きく影響されるものであるという見通しが得られた。また、英語における対応表現との対照、構文論的観点からの考察にも取り掛かっている。これらの成果については、国内外の関連学会における複数の口頭発表にて公開しており、合わせて現在はそれらに基づく学術論文の投稿および投稿準備を進めている。現在までに得られた成果を土台とし、続く研究においては、考察対象となる言語表現の実態と性質について認知的観点から説明づける試みを加速させる。これに加えて、英語を中心とする異言語との対照研究を進めていく予定である。研究初年度には、考察対象とする言語表現の事例を広く収集し、その実態と基本的性質について掘り下げた検討を行うことを取り組みの軸とした。現時点において、従来の研究においては注目を集めてこなかったタイプの事例が豊富に得られ、また、このことが理論的観点からの考察にも着実につながっている。これにより、問題となる言語表現についてさらに見通しを深めることが期待される状況である。このため、当初に予定された計画の推進状況は順調であると言える。研究開始時に計画していた被験者調査については現在までに実施が行えていないが、これは研究を進める中で当初予定していた以上に興味深い事例や現象が見つかり、調査計画を改めて検討のうえ、より効果的な調査をデザインすることが有益と考えられたためである。こうした事情から、被験者調査については研究2年目の年度において実施を予定し、具体的に準備を進めている。英語表現との対照については研究初年度の終盤にすでに着手しており、現在はその初期的成果の公開に向け取り組みを進めている。この観点からの研究は本年度に展開することを予定しており、さらなる発展が見込まれる。研究初年度の成果をふまえ、今後は1さらなる言語事例の収集および考察対象とする言語表現の適格性に関する被験者調査、2主に認知言語学の観点による理論的考察、そして3異言語における対応表現との対照、というそれぞれの取り組みを進める。これにより、事物の状態や性質に関する意味を表す「スル」の表現にどのような広がりが認められるか、また、この言語表現について人間の認知との兼ね合いからいかなる理論的説明が与えられるか、ということを検討し、問題となる言語現象を通じて日本語の特徴の一端を明らかにすることを目指す。なお、前年度に得られた研究成果については、すでに学術論文として査読を受けているもの、刊行を控えているものが数件あるが、引き続き国内外の学会等で研究知見の公開を進めつつ、関連する分野の研究者との意見交換などに結び付ける。

また、英語における対応表現との対照、構文論的観点からの考察にも取り掛かっている。これらの成果については、国内外の関連学会における複数の口頭発表にて公開しており、合わせて現在はそれらに基づく学術論文の投稿および投稿準備を進めている。現在までに得られた成果を土台とし、続く研究においては、考察対象となる言語表現の実態と性質について認知的観点から説明づける試みを加速させる。これに加えて、英語を中心とする異言語との対照研究を進めていく予定である。研究初年度には、考察対象とする言語表現の事例を広く収集し、その実態と基本的性質について掘り下げた検討を行うことを取り組みの軸とした。現時点において、従来の研究においては注目を集めてこなかったタイプの事例が豊富に得られ、また、このことが理論的観点からの考察にも着実につながっている。これにより、問題となる言語表現についてさらに見通しを深めることが期待される状況である。このため、当初に予定された計画の推進状況は順調であると言える。研究開始時に計画していた被験者調査については現在までに実施が行えていないが、これは研究を進める中で当初予定していた以上に興味深い事例や現象が見つかり、調査計画を改めて検討のうえ、より効果的な調査をデザインすることが有益と考えられたためである。こうした事情から、被験者調査については研究2年目の年度において実施を予定し、具体的に準備を進めている。英語表現との対照については研究初年度の終盤にすでに着手しており、現在はその初期的成果の公開に向け取り組みを進めている。この観点からの研究は本年度に展開することを予定しており、さらなる発展が見込まれる。研究初年度の成果をふまえ、今後は1さらなる言語事例の収集および考察対象とする言語表現の適格性に関する被験者調査、2主に認知言語学の観点による理論的考察、そして3異言語における対応表現との対照、というそれぞれの取り組みを進める。これにより、事物の状態や性質に関する意味を表す「スル」の表現にどのような広がりが認められるか、また、この言語表現について人間の認知との兼ね合いからいかなる理論的説明が与えられるか、ということを検討し、問題となる言語現象を通じて日本語の特徴の一端を明らかにすることを目指す。なお、前年度に得られた研究成果については、すでに学術論文として査読を受けているもの、刊行を控えているものが数件あるが、引き続き国内外の学会等で研究知見の公開を進めつつ、関連する分野の研究者との意見交換などに結び付ける。
天体分野学習の新時代：悪天時の観察もネットツールでｗｅｌ－ＣＡＭ！

小学校第6学年理科「月の満ち欠け」学習では、日々変わる月の形を観察・記録することが重要だが、晴れの日が続くことは日本ではなかなかない。そこで天候条件に左右されにくいよう、ネット経由で晴れているサイトの月を観察できるツールWel-CAMを開発し、教育実践や教員研修に活用した。このツールは、月の満ち欠けと同時に、月と太陽の相対的位置関係も把握することができるよう工夫されている。これにより、観察結果にもとづいて子どもたちが現象の規則性を調べ、その原理を納得・理解することができるようになると期待される。研究2年目は、Wel-CAMシステムの開発(ハードウェア、ソフトウェア)を行うとともに、教育現場における「月の満ち欠け」学習の実態を調査した。開発においては、特にインターフェイス(Wel-CAMはウェブブラウザ経由で操作を行う)の改良を中心に、カメラ機能の制御方法を確立した。これにより、利用者が簡単確実にカメラの露出時間やズームをコントロールできるようになった。実際の設置・運用のための打合せを共同研究者(島根大学、秋田大学)と行い、次年度の設置に備えた。熊本の連携研究者(出水南小学校、丸山修教諭)の協力で、熊本市小学校理科部会の教員研修会に出講し、われわれの開発してきた教材を利用した授業法の普及をはかるとともに、教育現場における「月の満ち欠け」学習の実態についての情報を取得。教材・教授法に関するニーズを知ることができた。小学校理科「月の満ち欠け」学習で観察機会を増やすため、インターネット上のツールを提供することを目標に、Wel-CAM開発を行った。光学22倍ズームCCDカメラの遠隔操作機能を調査しインターフェイスを作成。ウェブブラウザを経由してカメラのズーム、露出時間、コントラストを操作することに成功した。カメラ架台の駆動部にはサーボモータを採用し、月の自動追尾機能を実現している。従来の星座カメラでは屋外設置ケース中に(熱に弱い)PCを入れていたため、昼間に使うWel-CAMを同方式にした場合、環境による劣化が心配された。そこで屋外ケース中にはカメラ、架台は入れるものの、PCは数十メートル単位で離れた屋内に置く方法を検討した。中間をイーサネットケーブルで置き換える「USBエクステンダ」を採用することで、この方式を実現できるようになった。また、太陽の光っている方位と月カメラの向いている方位の「相対的な位置関係」を示すため、オイル中で自由に回転するボールコンパスを別カメラで撮影する方法について検討した。25年度にはこれら開発済みパーツを屋外ケースに収めたものを複数サイトに設置し、小学校理科の授業実践を開始する。参加メンバーによる打合せ会合を5月、11月、12月、2月に各一回ずつ実施した。小学校での授業実践は7月・11月(西宮市立上ヶ原南小)、10月(富山市立浜黒崎小、千代田区立富士見小)、11月(港区白金小)、12月(札幌市立新琴似緑小、新陽小、倶知安小)に各学校で一回ずつ、メンバーまたは連携教員が実施。熊本市立龍田小では10月に二回、千代田区立九段小学校では7月に三回(臨海学校含む)、9月に二回、2月に二回の授業を実施した。「月の満ち欠け」に関する教員研修は、8月6日(東京都小学校理科部会)、25年1月26日(岩国市教育センター)で実施。後者は読売新聞岩国版に記事が掲載されている。インターネット経由で「月の満ち欠け」観察を可能とするツールWel-CAMを、ハード・ソフトとも開発完了した。Wel-CAMのカメラは光学22倍ズーム(電動)であり、広角モードで「地上風景と月との位置関係」を認識、月へズームしてゆけば「満ち欠けの様子」がはっきりと見える。学習指導要領(小学校理科第6学年)では、「月の満ち欠けを太陽との位置関係において理解する」ことが求められている。そこで、月へ向いた主カメラを真上から見下ろす副カメラを併設し、カメラの向いている方向(月)と太陽方向との相対関係を理解できるようにしている。昼間の授業中に青空の中で月を観察できることが求められるため、日射で装置の温度が高くなり過ぎないよう、アクリルドームへの遮熱コーティングやペルチェクーラの設置、カメラをサバイバルシートでくるむなど可能な限りの工夫を施している。ズームのコントロール、明るさの微調整、主カメラと副カメラとの切替はユーザがウェブブラウザから操作することができる。一方、月の導入と自動追尾はユーザには開放せず、システムおよび管理者がそれを行う仕様とした(導入・追尾精度が「最大ズーム」時にはやや不足気味で、改良の求められるところである)。3台のWel-CAMを製作し、宇宙科学研究所(相模原市)、島根大学教育学部(松江市)、秋田大学教育文化学部(秋田市)に設置した。

「月の満ち欠け」を取り扱う授業を複数の小学校(熊本市詫麻東小・川尻小・川上小・西里小、神戸市妙法寺小・道場小、隠岐の島西郷小)で展開し、われわれの開発したカリキュラムの効果を実証した。十分な観察を行った上で、実験室において再現実験を実施することにより子どもたちの理解が深まった。感想文の中に「これまであまり分からなかったけど、よく分かるようになった」という声が多数あり、開発したツールやカリキュラムの有効性を示している。熊本での授業実践の様子は熊本日日新聞(2014年10月15日)、隠岐での授業実践の様子は山陰中央新報(2014年9月5日)に掲載されている。惑星大気科学前年度にそろえた主要パーツや操作インターフェイスの基本をもとに、屋外設置・安定稼動のための大幅な改良(ハード、ソフトとも)を完了した。これらのことから、開発に関しては順調に進展していると評価できる。教育カリキュラムの検討についても、メンバー間で密に打合せを行っている上、教員研修におけるデモを行うとともに、現場教員と情報交換を行い教育ニーズを吸い上げている。これらのことから、教育カリキュラムの検討や普及に関しても、順調に作業を進めていると評価できる。当初計画において、24年度は「Wel-CAM開発の年」と位置づけている。「研究実績の概要」で述べたとおり、主要パーツや操作インターフェイスの基本はそろい、次のステップでは実際に屋外設置ケース中に組み込んで各サイトへ設置・運用ができるところまできている。また、教育カリキュラムの検討についても、メンバー間で密に打合せを行っている上、各地の小学校で「月の満ち欠け」実践を行いながら現場教員との意見交換も進めている。さらに教員研修の機会も2度もち、そのうち岩国のものは「効果的な取り組み」として読売新聞岩国版に取り上げられている。研究の最終年度は、年度の前半でWel-CAM設置を完了し、9月以降に配置されている小学校理科「月と太陽」授業で活用する。教員研修会での活用も予定されている。それらを通じて、この新しいツールの使い勝手、子どもたちの受け止め方などを評価し、研究をまとめる。成果については、教育系学会での発表および報告論文の出版を行う。25年度にはWel-CAMのインテグレーションを行い、各サイトに設置する。研究提案時には東北エリアは仙台市天文台の協力を仰ぐ予定であったが、担当の職員が退職してしまった。それを埋め合わせることができ、かつ科学教育に熱意・知識を有する上田晴彦氏(秋田大学)を研究分担者として迎え入れた。したがって、東北エリアは秋田大学にWel-CAMを設置することが可能で、エリアが欠けることはない。年度の前半で設置を完了し、後半は実際の小学校理科授業で活用する段階に入る。24年度にも8小学校で授業実践をする機会をもったが、25年度も同程度の数の学校で授業実践を行う予定である。それらを通じて、この新しいツールの使い勝手、子どもたちの受け止め方などを評価し、改善点を明確にする。年度末までにはそうした改善を施し、26年度の授業実践と研究まとめへと進めてゆく計画である。該当なし
認知症予防をめざした運動指導へのロコモ２５スコアの有効性

超高齢化社会を迎えるわが国にとって、高齢者の身体と心身の健康問題は重要である。運動器障害により要支援・要介護となるリスクの高い状態をロコモティブシンドローム(LS)と呼ぶ。本研究では、認知機能低下の予防を目的とした運動指導を強化する対象者にLSの診断ツールであるロコモ25を基準にした運動機能評価の適応の有効性について明らかにすることを目的とする。今年度は運動機能および認知機能へのロコモ25スコアの関与について明らかにした。大阪府貝塚市在住の210名の60歳以上の方(男性54名、平均年齢75.4歳、女性156名、72.9歳)を対象に、ロコモ25の質問票に回答していただいた。認知機能の評価にはMMSE(Mini-Mental State Examination)を用いた。また、運動機能の指標として握力、歩行速度の測定を行った。MMSEスコアが27点以上を認知機能正常、26点以下を認知機能低下と判定した。その結果、男性ではロコモスコアの平均は5.8点で、女性の平均は、9.9点であった。MMSEスコアについては、男性では平均が27.4点、女性では平均が28.5点であった。また、女性において歩行速度とロコモ25スコアとの間に関係のあることが明らかとなった。これは男性では見られなかった。MMSEによる認知機能の分類結果とロコモスコアとの関係については、男性では見られなかったが女性では関係が認められた。そこで女性においてMMSEに含まれる7領域の中で最もロコモ25スコアに関係する領域について解析を行った結果、時間見当識との強い関係が明らかとなった(p<0.01)。以上の結果より、女性において運動機能および認知機能とロコモ25スコアには関係があり、特に歩行速度と時間見当識との間に強い関連のあることが明らかとなった。認知症予防のための評価ツールとしてロコモ25の有用性が示唆された。2018年の目標である地域在住者210名の参加により運動機能および認知機能へのロコモ25の関与を明らかにすることができ、初年次の課題を完了することができた。現在、2年目の課題に向けての介入研究を開始しており、本年度の課題も完結することが可能と考えられる。計画通り、地域在住高齢者を対象としたロコモ25スコア別にクラス分けをした3ケ月間の運動介入教室を行い、その前後における運動機能、認知機能などを比較することで、認知機能向上に向けた運動介入へのロコモ25スコアの有効性を明らかにする予定である。当初の計画では研究対象者に謝金を支払う予定であったが、市との共催の健康教室として自主参加形式で行なったため、謝金を支払わなかったため当該助成金が生じた。次年度は、成果物としての論文分登校時の英文校正費として使用する予定である。
チンパンジーの遺伝子と染色体に関する比較進化学的研究

本研究では、チンパンジーの遺伝子と染色体に関する比較進化学的立場からの解析を通し、ヒトゲノムの進化ならびに種特異性を探索することを究極の目的とした。そのために、(1)オリゴキャッピング法を用いて、チンパンジーの完全長cDNAライブラリ-を作製し、既存の配列データベースにほとんど登録がなされていないチンパンジーmRNA配列情報の蓄積を行い、(2)ヒトmRNA配列、ゲノム配列と比較を行い、遺伝子の発現や機能に影響を及ぼす遺伝情報の差異を検出し、(3)大規模ゲノムの再編成である染色体構造変化部の特定のために、比較ゲノムハイブリダイゼーション(CGH)法の技術開発を行った。この結果、チンパンジーの皮膚、脳、肝臓由来の質の高い完全長cDNAライブラリーが作製できた。主に脳組織由来の5'側ワンパスシークエンスデータ(ESTs)7,000を得た。新規遺伝子探索と、相同遺伝子の進化解析のため、比較テンプレートとしてヒトのmRNA配列(NCBI RefSeqの約15,000配列)を用いた。その結果、1,652種のヒトと相同な遺伝子の配列を得た。塩基配列レベル(非翻訳領域(UTR)、タンパク質コード領域(CDS))とアミノ酸レベルでの両種間の比較解析を行い、相同性の高さを確認した。これらの配列からチンパンジー20遺伝子を選び、全長配列のシークエンシングを行い、今後の機能解析の基礎データとした。なお、解析結果はデータベースとして公開(http://pri.biol.s.u-tokyo.ac.jp/)している。また、共同研究により、FISH法によるヒト-チンパンジーのゲノム比較マップの作成、カニクイザルやヨザルの遺伝子座に関する比較進化学的解析も行った。一方、CGHの変法を開発し、今後の染色体レベルでの種間差の解析に有用であることを示す結果を得た。
循環器疾患におけるSDF-1αのバイオマーカーとしての臨床的有用性の検討

Stromal cell-derived factor-1α(SDF-1α)は急性心筋梗塞や心不全などの病態下、心筋の炎症により産生され、その修復過程で重要な役割を果たすケモカインの一つである。本研究の目的は基礎実験にて報告されているSDF-1αの、循環器疾患における臨床的意義について明らかにすることである。平成30年度はこれまで当院に入院した循環器疾患患者から収集した血液サンプルのSDF-1α値をELISAにて測定し解析した。その結果、慢性冠動脈疾患患者の末梢血SDF-1αの高値群は、短期間の推算糸球体濾過量(eGFR)の低下と関連していることが分かった。そのための末梢血SDF-1α値は短期間の腎機能低下の予測因子であることがわかった。この結果を査読付き英文雑誌にて報告した(Clin Exp Nephrol 2019, in press).基礎実験において心臓以外にも様々な臓器でSDF-1αの産生が報告されているが、腎臓においてもSDF-1αが産生され、腎機能障害との関連が報告されていた。今回の結果は基礎実験で示されているSDF-1αと腎機能障害との関連が、臨床においても確認されたこと考えられる。またこれまで、SDF-1αと心疾患の関連について報告していたが、今回腎不全との関連が明らかになったことで、SDF-1αが心腎連関において重要な役割をしていることが示唆される。今回の研究において、循環器疾患において様々な観点からSDF-1αのマーカーとしての重症性を示すことができたが、今後さらに多くの症例や、異なる患者背景の症例で確かめていく必要がある。本研究の目的は基礎実験にて報告されているSDF-1αの臨床的意義について明らかにすることである。平成28年度は心筋梗塞や心不全で当院に入院した患者から血液サンプルの収集を行なった。また、陳旧性心筋梗塞患者の末梢血血液サンプルでSDF-1α値を測定した。その結果、SDF-1α高値が将来の二次心血管イベントの予測因子になることが明らかになった。この結果を査読付き英文雑誌にて報告した(J Cardiol. 2017;69(1):320-325)。また米国心臓秒学会会議、日本循環器学会学術集会で学会報告をおこなった。今後さらに心不全や慢性腎臓病などの患者群において、SDF-1αのバイオマーカーとしての臨床的有用性について検討していく予定である。以下に発表した論文概要を示す。192名の陳旧性心筋梗塞患者の末梢血血漿サンプルを用いて、ELISA法でSDF-1α値を測定した。心血管イベント(心臓死、非致死性心筋梗塞、不安定狭心症)が起きるまで最大90か月フォローした。その結果30人の心血管イベントが発生した。多変量コックス比例ハザード解析において、SDF-1α高値群(>2162pg/mL)は既存のリスク因子とは独立した危険因子であることが分かった(HR: 1.98; 95%CI: 1.38-2.85; p<0.001)。またBNPを含んだ従来のリスクファクターにSDF-1αを追加することで、心血管イベントの予測能が上昇した。以上より、陳旧性心筋梗塞患者における末梢血液中SDF-1αが将来の二次心血管イベントの予測因子になることが明らかになった。急性心筋梗塞患者、心不全患者で来院する患者の登録、血液採取、臨床指標評価、フォローアップを行った。症例は順調に登録できており、今後も継続していく予定である。また陳旧性心筋梗塞患者の末梢血サンプルでSDF-1α値を測定した。SDF-1αのレセプターであるCXCR4、CXCR7発現細胞の種類、細胞数、その遊走能と、SDF-1αの関連についての基礎実験は、平成28年度中は施行できなかった。今後施行していく予定である。Stromal cell-derived factor-

1α(SDF-1α)は急性心筋梗塞や心不全などの病態下、心筋の炎症により産生され、その修復過程で重要な役割を果たすケモカインの一つである。本研究の目的は基礎実験にて報告されているSDF-1αの臨床的意義について明らかにすることである。平成29年度は心筋梗塞や心不全で当院に入院した患者から血液サンプルの収集を継続した。また収集した血液サンプルのSDF-1α値をELISAにて測定し解析した。その結果、循環器疾患とSDF-1αの関連について、以下の2つの点が明らかになった。1急性心筋梗塞患者にアンギオテンシンII受容体拮抗薬を投与することで、梗塞心筋からのSDF-1αの産生が抑制されることがわかった。さらに慢性期のSDF-1αの産生が抑制されることで、左心機能低下や左室リモデリングの進行が軽減することが明らかになった。この結果を査読付き英文雑誌にて報告した(J Cardiol.2018;71:367-374)。2冠動脈疾患患者において、末梢血SDF-1αの高値群は、短期間の腎機能障害進行と関連していることがわかった。そのため末梢血SDF-1α値は腎不全の予測因子になりうることがわかった。この結果を米国心臓病学会会議、日本循環器学会学術集会で報告した。今後さらに心不全などの患者群において、SDF-1αのバイオマーカーとしての臨床的有用性について検討していく予定である。急性心筋梗塞患者、心不全患者で来院する患者の登録、血液採取、臨床指標評価、フォローアップを行った。症例は順調に登録できており、今後も継続していく予定である。また収集した血液サンプルでSDF-1α値を測定し解析した。1急性心筋梗塞患者にアンギオテンシンII受容体拮抗薬を投与することで、梗塞心筋からのSDF-1αの産生が抑制され、心機能低下と左室リモデリングの進行の改善に関連していることが明らかになった。2冠動脈疾患患者における、末梢血SDF-1α値の上昇は短期間の腎機能障害進行と関連していることがわかった。末梢血SDF-1α値が腎不全の予測因子になりうることがわかった。SDF-1αのレセプターであるCXCR4、CXCR7発現細胞の種類、細胞数、その遊走能と、SDF-1αの関連についての基礎実験は、平成29年度中は施行できなかった。今後施行していく予定である。Stromal cell-derived factor-1α(SDF-1α)は急性心筋梗塞や心不全などの病態下、心筋の炎症により産生され、その修復過程で重要な役割を果たすケモカインの一つである。本研究の目的は基礎実験にて報告されているSDF-1αの、循環器疾患における臨床的意義について明らかにすることである。平成30年度はこれまで当院に入院した循環器疾患患者から収集した血液サンプルのSDF-1α値をELISAにて測定し解析した。
連想計算の代数に基づく並列連想計算方式の研究

本研究の目的は、膨大な情報に基づく連想過程に計算的な基礎づけを与え、「連想の情報学」の基盤となる情報処理技術を提供することである。申請者らが開発中の「連想計算エンジンGETA(Generic Engine for Transposable Association)」が高速実行する連想計算の数学的構造を「連想計算の代数」として定式化し、その代数構造に基づくプログラム変換により汎用性の高い並列連想計算方式を提案する。提案方式はGETAを用いてPCクラスタ上に実装し、その実用上の有効性を検証する。平成13年度は、主に次の研究を行った。●GETAでサポートされている各種類似性計量による連想計算を一般化し、連想計算の代数モデルを構築する。インデックス行列の基本操作を抽象化し、代数的なデータ構造としてモデル化し、GETAで高速処理可能な類似性計量の数学的特徴について考察した。●連想計算の代数モデルに基づき、計算的に等価な並列連想計算方式をいくつか定式化した。各並列方式がどのような類似性計量の連想計算に適用可能かについて検討した。特に、インデックス・データの均一な分割により、各計算ノードでの計算に逐次処理と同一の類似性計量を使用する場合を中心に検討した。●GETAのサポートする基本ライブラリを利用して、本年度導入したPCクラスタ(16CPU規模)上に、上記で検討した並列連想計算方式を実装し、各種類似性計量に関する連想計算の性能比較を行った。
プラスミド・ネットワーク解析による臨床由来薬剤耐性プラスミドの動態解明

本研究では類縁関係にあるプラスミドは同一起源の遺伝子を共有することを利用し、ネットワーク解析の技法を用いてプラスミドの類縁関係を俯瞰的に把握するためのwebアプリケーションopen iPATを作成した。Open iPATを用いると公共データベースに登録された類縁関係にあるプラスミドを、ネットワーク図上に示すことができるだけでなく、薬剤耐性遺伝子リスト、不和合性タイピング、採取された国、ホスト、採取年などの情報を容易に取得することができる。さらに、パンゲノム解析やコアゲノム解析を行い結果をグラフィカルに表示する機能を実装し、プラスミドの類縁関係を詳細に解析することを可能にした。公共データベースからネットワーク経由で完全長プラスミド配列情報を自動的に取得する仕組みを構築した。また、プラスミド配列の不和合性タイプデータベース、薬剤耐性遺伝子データベースを収集し、プラスミドの不和合性タイプ判定、薬剤耐性遺伝子検索ができるようにした。次世代シークエンサーによって解読されたプラスミド配列情報から不和合性タイプ判定、薬剤耐性遺伝子検索、類似プラスミド検索などができるプラスミド総合解析ツールをwebアプリケーション(GPAT)として作成した。次世代シークエンサーから出力される配列データはプラスミド全長と比べて非常に短く、プラスミドと無関係な配列も含まれるため、無関係な配列や質の悪い配列を取り除いたのちに短い配列をつなぎ合わせて1本又は数本程度の連結配列(コンティグ)にするための工程もGPATには含まれている。また、GPATによって生成されたコンティグと類似の遺伝子を持つプラスミドを検索し、類似の遺伝子を持つプラスミド同士を連結するプラスミド・ネットワーク解析を行うソフトウエア(ipat)を開発した。GPAT・iPATはサーバーに対する負荷が大きいため一般公開はしていないものの、感染症研究所で行われている行政検査などで活用されている。平成28年度にはGPAT・iPATからサーバーに対する負荷の軽い部分だけをスピンアウトさせ、一般公開できるバージョンを構築することを予定している。プラスミドの採取時期、採取地域などの情報も取得済みであるが、容易に検索できる仕組みがまだ完成していない。平成28年度はテキストマイニングの技術を用いてこれらの情報を容易に検索できる仕組みを構築してゆく予定である。さらに、新たに配列を決定したプラスミドと近縁なプラスミドを上記のプラスミド・データベースから検索し、プラスミド・ネットワーク解析を行うソフトウエアGPAT・iPATを開発し、プラスミドのクラスタリング方法の検討を行った。その結果、共通遺伝子を持つプラスミドをつないでゆくネットワーク解析は遠縁のプラスミドの関係性を示すには有効であるが、ごく近縁のプラスミド間の関係性を解析することは困難であることが明らかになった。この問題を解決するために、共通でない遺伝子の数を比較することでプラスミド間の隔たりを評価する方法を検討している。さらに、サーバーに対する負荷が大きいために一般公開できないGPAT・iPATから、負荷が比較的小さい部分だけをスピンアウトさせ一般公開できるバージョンを平成28年度に開発する。既存のプラスミド解析ツールGPAT・iPATはサーバーに対する負荷が大きいために一般公開することができなかった。そのため、負荷が比較的小さいネットワーク解析の部分のみをスピンアウトさせたopen iPATを開発し、必要な解析をweb上で実行できるようにした。開発したopen iPATは解析したいプラスミド配列を入力すると類似のプラスミドを完全長プラスミドデータベースから検索し、ネットワーク解析を行って近縁のプラスミドとの関係をグラフィカルに示すことができる。Open iPATが利用する完全長プラスミドデータベースには2015年度に構築した公共データベースから完全長プラスミド配列を自動的に取得する仕組みを改良して、採取時期・国・地域・宿主・文献情報等のメタ情報をテキストマイニングを用いて抽出し類縁プラスミドのメタ情報を容易に参照できるようにしたものを用いた。このプラスミド配列データベースはGenEpid-Jデータベースにも組み込まれ、国内初のコレスチン耐性遺伝子遺伝子(mcr-1)の検出にも貢献している(PMID: 27855068)。困難であったごく近縁のプラスミド間の比較を可能にするために、解析対象の全ての遺伝子の有無を利用して系統解析を行うpan genome解析、対象となるすべてのプラスミドで保存されている共通遺伝子のSNP解析を行うcore genome解析を行い、結果を図示する機能を実装した。公共データベース上の類縁のプラスミドのメタ情報をユーザーに提示する機能も有しており、解析したいプラスミドの出自をより容易に推測できるようにした。また、実データを用いて解析を行い、解析の妥当性を検証した。平成29年度には、さらに多くのプラスミドを用いて解析を行い利用状況に応じて必要な改良を行うとともに、成果を論文として公表する。2015年度に開発した公共データベースから完全長プラスミド配列を自動的に取得する仕組みに、2016年度は取得した情報から採取時期・国・地域・宿主・文献情報等のメタ情報を抽出し容易に検索できるデータベースを自動的に構築する仕組みを追加した。このデータベースは2016年度に既存のGPAT・iPATからスピンオフさせたopen iPATの検索データベースとして使用するばかりでなく、GenEpid-Jにも実装され、国内初のコレスチン耐性遺伝子遺伝子(mcr-1)の検出にも貢献している(PMID: 27855068)。

Open iPATには、GPAT・iPATでは解析困難であったごく近縁のプラスミド間の比較を可能にするために解析対象の全ての遺伝子の有無を利用して系統解析を行うpan genome解析や、対象となるすべてのプラスミドで保存されている共通遺伝子のSNP解析を行うcore genome解析を実装した。平成29年度には、さらに多くのプラスミドを用いて解析を行い利用状況に応じて必要な改良を行うとともに、成果を論文、学会発表にて公表する。医療現場では抗菌剤が聞かない細菌によって治療が困難になる事例が増大している。その中でも薬剤耐性遺伝子がプラスミド上に存在している場合には他菌株へ容易に伝達しうるために対策がより困難となる。プラスミドはホストの生存に必ずしも必要な要素ではないため、組み換えなどが起こりやすく、薬剤耐性プラスミドが拡散した場合にその全容をつかむことが難しくなってしまう。本研究では類縁関係にあるプラスミドは同一起源の遺伝子を共有することを利用し、ネットワーク解析の技法を用いてプラスミドの類縁関係を俯瞰的に把握するためのwebアプリケーションの作成を試みた。平成28年度までに既存のプラスミド解析ツールGPAT・iPATからサーバーに対する負荷の比較的低いネットワーク解析部分のみをスピンアウトさせたopen iPATを作成した。Open iPATはクエリプラスミドと類縁関係にあるプラスミドを公共データベースに登録された完全長プラスミドから見つけだし、その関係をweb上でグラフィカルに表示する機能を持っている。平成29年度は実データの解析を通してopen iPATのさらなる改良を行い、薬剤耐性遺伝子リスト、不和合性タイピング、採取された国、ホスト、採取年などの情報を示すことを可能にした。さらに、パンゲノム解析やコアゲノム解析を行い結果をグラフィカルに表示する機能を実装し、プラスミドの類縁関係をより詳細に解析することを可能にした。成果を論文として発表する準備を行っていたが、論文完成前に転職することになり、論文発表には至らなかった。本研究では類縁関係にあるプラスミドは同一起源の遺伝子を共有することを利用し、ネットワーク解析の技法を用いてプラスミドの類縁関係を俯瞰的に把握するためのwebアプリケーションopen iPATを作成した。Open iPATを用いると公共データベースに登録された類縁関係にあるプラスミドを、ネットワーク図上に示すことができるだけでなく、薬剤耐性遺伝子リスト、不和合性タイピング、採取された国、ホスト、採取年などの情報を容易に取得することができる。さらに、パンゲノム解析やコアゲノム解析を行い結果をグラフィカルに表示する機能を実装し、プラスミドの類縁関係を詳細に解析することを可能にした。公共データベースから完全帳
常時励起大気音波検出のための高分解能絶対圧型気圧計の開発

これまで我々はパロサイエンス社の絶対圧型高精度気圧計に我々自身が開発したロガーを組み合わせた気圧測定システムを製作し大きな成果を上げてきた、本研究はこのシステムを更に改造し分解能の大幅な向上を図ろうとするものである。ポイントは2点ある。1つは我々が使用してきた絶対圧型気圧計に最近パロサイエンス社から発売された差圧型気圧計を組み合わせることにより、メカニカルフィルターの特性を気にせずに絶対圧を従来よりも高感度で測定できるようにすることである。もう1つは従来よりも時計を5倍高速にし記録システムをこれに見合う設計へと変更することにより分解能を5倍に引き上げることである。本研究により第1の点と第2の点を組み込んだ絶対圧型高分解能気圧測定システムの試作機が完成した。試作機はサージタンク2機からなるフィルターの一端を針で外界と通じ、もう一端でタンク内の絶対圧を測ると同時に差圧計でタンク内と外界との差圧を測定するものである。ロガーには50MHzの恒温相付き高精度時計を組み込み、この時計により絶対圧計の水晶発振数と差圧計の水晶発振数を測り両者を独立に出力する。全体は保温機ボックスにコンパクトに組み込み対流による熱擾乱を最小化した。完成した試作機の性能試験により従来よりも分解能が大幅に向上していることを確認した。但し、実用化のためには、より定量的、且つ多様な環境での性能確認が今後求められる。本年度は、交付申請書に従って以下の研究を実施した。(1)レファレンス周波数を上げるための最適クロックの検討とその入手これまでに開発したシステムの回路を大幅変更することなく周波数を上げられる限界は50MHであるとの結論に達し(現行TIMEXは10MHz)、50MHzの時計を探した。当初予定のクリスタルOCXO-9740C-DXBO1-60Mhzは納期が7ヶ月と異常に長い上、納期3ヶ月以内の京セラのvcdtcxo13a_iと同様デジタル制御で周波数を安定させているため、周波数がロジカルに変動してしまい精度以下の値が無効値となってしまう。このため動作温度範囲において0.1ppmの精度を上回れず1秒サンプリング以上では分解能を上げるメリットが無いとの結論に至った。恒温漕型の水晶発振器の場合はその変動はアナログ的にスムーズに変動し、その変動の時定数も気温変動と同じく長いので、計測値に温度に対する揺らぎがあっても分解能を上げた分有効なデータを得られる筈である。この観点から入手可能なクロックの中で最も特性の良い物OCXO-9168A-CEAOO-50MHz (NDK)であるとの結論を得た。この時計の絶対精度は0.03ppmであるが、短期的には0.005ppmの安定度が見込まれる。ただ納期はこれも7ヶ月と長いので現在早期納入を交渉中。(2)差圧計と絶対圧計を組み合わせたシステムの設計と組み立て差圧計、絶対圧計を入手し、機械的なローパスフィルターを作製し、それらをシステムとして一体化して1つの容器に納めた。まだ最終的なチューニングはできていないが予備的実験によれば当初見込んだ分解能は達成できる見通しである。現在、より分解能をあげるための容器詰め物を探している最中である。ポイントは2点ある。
白血球毒素産生細菌における毒素蛋白の存在様式に関する研究

〈方法〉A.a301-b株をブレインハートインフュージョン(0.5%酵母エキス,0.4%NaHCO_3を含む)培地で,嫌気あるいは好気条件で培養した。菌体表層DNAは,菌体を制限酵素処理後,遠心上清をアガロースゲル電気泳動で検出した。毒素の検出は,濃縮培養上清および菌体制限酵素処理後の上清について,家兎抗毒素血清を用いてイムノブロッティングで行った。IEMは,マウス由来の抗DNA抗体を菌体と反応させ,ゴールドラベルした抗マウスIgM抗体と反応後,電子顕微鏡で観察した。〈結果と考察〉1)菌体表層のDNA量:嫌気培養では対数増殖期の初期で最も多く検出され,静止期で著しく減少した。好気培養では対数増殖期の初期で多く検出されたが,中期から静止期にかけて減少した。2)毒素産生:嫌気培養では,対数増殖期の培養上清および制限酵素処理上清からは検出されなかったが,静止期の培養上清からは毒素が検出された。好気培養では,いずれも毒素は検出されなかった。3)IEMによる観察:抗DNA抗体を用いたIEMでは,ゴールド粒子が菌体表面に観察され,A.aにおけるDNAの異所的局在が確認された。また,A.aでは熱ショック蛋白質GroELの菌体表層局在を示唆する報告があるが,抗GroEL抗体を用いたIEMにより,GroELについても,その菌体表層への異所的局在が確かめられた。