hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロチップ化学システムによる高速化学合成の研究

本研究は、マイクロチャネルの特徴を活かした局効率マイクロ合成システムの構築を目指して、ミクロ空間の特徴、および液液界面・固液界面を活用した種々の反応を取り上げ、それらの反応効率を評価し、マイクロ合成システムの設計指針を得ることを目的とする。そのために、(1)高効率マイクロ合成システムの構築(2)パイルアップ型生産システムの開発(3)マイクロコンビナトリアル合成システムの開発(4)マイクロチャネルの特性を利用したマイクロ反応場の構築を図った。高効率マイクロ合成システムの構築のために基本となるマイクロ化学チップ内での化学反応の特徴を抽出するとともに、マイクロチップ化学合成に向けて、マイクロ単位操作と、それらを組み合わせた連続流化学プロセスによるマイクロ化学システム構築の方法論を確立した。また、様々なマイクロ化学合成システム、ならびにパイルアップシステム、コンビケムシステムを実証した。これらの成果をさらに展開するべく、マイクロ単位操作の拡充を進めた。具体的には、バルクシステムでは不可能な二層流の向流の実現とそれを利用した高効率溶媒抽出、安定化気液二層流の実現ならびに相分離により気液反応系・ガス分離プロセスの実現、細胞をその機能を維持しながらの長期培養実現、および細胞の物質生産能を利用するマイクロバイオリアクターの基礎技術を確立した。さらに、微小空間効果をより期待できるナノリアクターへの展開を進め、その作製ならびにマイクロ空間とのインターフェースを確立した。本研究は、マイクロチャネルの特徴を活かした高効率マイクロ合成システムの構築を目指して、ミクロ空間の特徴、および液液界面・固液界面を活用した種々の反応を取り上げ、それらの反応効率を評価し、マイクロ合成システムの設計指針を得ることを目的とする。初年度は、高効率マイクロ合成システムの構築のために基本となるマイクロ化学チップ内での化学反応の特徴を抽出することを目指した。具体的な反応例として、horseradish peroxidase酵素反応を取り上げた。基質としてTOOS、aminoantipyrine、および過酸化水素水を用いた。その結果、バルク反応と比較してマイクロチップ内では反応量は変わらないものの、初期反応速度は2倍以上となる明確な反応加速効果を見出した。詳細なメカニズムは更なる検討を要する。上記、酵素反応の検討を進めると共に、そのメカニズム解明に有力なツールとなる顕微分光・熱レンズ測定およびマイクロ電気化学測定を組み合わせたミクロ空間反応誘起・解析システムを作製した。これにより反応原料、中間体、および生成物の空間分布、ならびに流れの可視化を行う基礎を確立した。次年度では、酵素反応の更なる検討を進めるとともに、本システムを用い、局所反応誘起が容易な光・電気化学反応、および界面反応を中心にマイクロチップ内反応の効率を評価すると共に、空間分布解析を行い反応の特徴を明らかにしていく。平成14年度では、(1)マイクロチップを用いた化学プロセス設計の方法論の確立、(2)パイルアップによる大量合成の実証、および(3)マイクロ化学チップのコンビケムへの展開を図った。混合、反応、抽出、相分離といった単位操作をマイクロチップで実現した「マイクロ単位操作」と、それらを順につなぎ、一定流の下で順次反応を進める「連続流化学プロセス」の概念を提唱し、これにより多段階にわたる複雑な化学プロセスを設計、実現できることを示した。具体例としてコベルトイオンの湿式分析を取り上げ、一連の操作を行うマイクロ化学チップを実現した。大量合成に向けたナンバリングアップ手法によるスケールアップを、3cm×7cmのガラス基板上に作製したマイクロチャネルを10枚重ねた積層構造にした「パイルアップ型マイクロリアクター」を作製し、アミド化反応を例に取り上げ、十分な生産性(g/h・10枚)を確保できることを実証した。3枚の基板を用いたチャネルの立体交差構造を作製し、これを利用した、2種類の酸クロライドと2種類のアミンを反応させ4種類の生成物を得る2×2コンビナトリアル合成チップを作製した。本手法は原理的には無限の組み合わせが可能であり、コンビナトリアルケミストリ、反応条件検索、あるいは薬品のスクリーニングといった非常に多数の試料あるいは反応条件を、高効率にスクリーニングするための手法を与える。

本研究は、マイクロチャネルの特徴を活かした高効率マイクロ合成システムの構築を目指して、ミクロ空間の特徴、および液液界面・固液界面を活用した種々の反応を取り上げ、それらの反応効率を評価し、マイクロ合成システムの設計指針を得ることを目的とする。そのために、(1)マイクロチップを用いた化学プロセス設計の方法論の確立、(2)パイルアップによる大量合成の実証、および(3)マイクロ化学チップのコンビケムへの展開を図った。これまでに、高効率マイクロ合成システムの構築のために基本となるマイクロ化学チップ内での化学反応の特徴を抽出するとともに、マイクロチップ化学合成に向けて、マイクロ単位操作と、それらを組み合わせた連続流化学プロセスによるマイクロ化学システム構築の方法論を確立するとともに、それによる様々なマイクロ化学合成システム、ならびにパイルアップシステム、コンビケムシステムを実証した。本年度は、これらの成果をさらに展開するべく、マイクロ単位操作の拡充を進めた。具体的には、バルクシステムでは不可能な二層流の向流の実現とそれを利用した高効率溶媒抽出、安定化気液二層流の実現ならびに相分離により気液反応系・ガス分離プロセスの実現、細胞をその機能を維持しながらの長期培養実現、および細胞の物質生産能を利用するマイクロバイオリアクターの基礎技術を確立した。さらに、微小空間効果をより期待できるナノリアクターへの展開を進め、その作製ならびにマイクロ空間とのインターフェースを確立した。
病的肺リモデリングメカニズムの解明に向けたマルチスケールメカニクス解析

高輝度放射光を用いたCT計測により肺の微細構造を明らかにするとともに,その不均一な構造を表現する数理モデル,細胞膜と細胞核および細胞骨格から構成される細胞力学モデル,細胞膜の分子動力学モデルを構築し,臓器レベルの変形から組織や細胞レベルの力の伝達,張力作用下での分子膜の力学特性に至る肺内部のマルチスケールな力学状態を明らかにした.これにより,呼吸によって大きく変形する肺組織の中で,肺を構成する細胞がどのような力学的環境下に置かれ,それに対して細胞や組織がどのような応答を示すのかを明らかにしていくための計算解析プラットホームを確立した.昨年度に開発したCT画像から肺細葉を抽出するアルゴリズムを用いて,マウス肺細葉の形態計測を行った.3匹のマウスから抽出した11か所の1本の終末細気管支につながる肺細葉クラスタ(総計120個の肺細葉)の形態を統計的に分析し,肺細葉の構造と配置関係を明らかにした.この計測結果に基づいて実形状に近い肺細葉構造モデリングができるように,前年度までに構築した肺細葉不均質構造モデルを改良した.これにより肺細葉構造の不均質性および肺微小循環を考慮した肺細葉内酸素拡散解析を行い,肺細葉の不均一構造とガス交換機能との関係を明らかにした.一方,ハード面の構築が完了したマイクロCT装置の開発では,Feldkamp法による3次元画像再構築ソフトを導入し,数十μmの分解能で3次元形態計測が可能であることを確認した.異常呼吸音の再現およびそのメカニズム解明を目指し,狭窄を有する気管の理想形状モデルを用いた数値流体解析を行った.支配方程式に微圧縮性の仮定を用いる事で低マッハ数(<0.1)および中程度レイノルズ数(2000)の流れ場における圧力変動を再現した.狭窄部有無の気管を想定した直管の片側から空気を流入し,それぞれ遠方場での圧力変動を測定した結果,管長および解析サイズに関連する共振周波数が見られ,狭窄部による流れの乱れが幅広い周波数帯の圧力擾乱を増加させることが定量的に確認できた.また,理想化された気道の分岐管モデルを用いて流体音計測も行い,狭窄部でのレイノルズ数が2000を超えると測定可能な流体音が発生することが分かった.また,動物実験により,気管支喘息による気道リモデリングに伴う呼吸音の変化を動物実験で調べ,モデル実験および数値流体解析の結果と比較検討した.この他,肺組織の変形に伴う細胞の力学状態を推定するための計測と計算シミュレーションのデータ同化手法の開発,コレステロールを含有したリン脂質二重層膜の変形動態の解析を行った.高輝度放射光CT画像から,多数の肺胞で構成される肺細葉およびその集合体である小葉を,1本の終末細気管支から追跡して半自動的に抽出するアルゴリズムを開発した.これにより計測したマウス肺のCT画像を処理し,末梢気道および肺実質の微細構造のデータを取得した.その結果,肺細葉の大きさや形にはばらつきが大きく,その形態計測には統計的分析が不可欠であることがわかった.そこで,多数の肺細葉の形態データが取得できるように,高輝度放射光CTと同程度の分解能を有するエックス線マイクロCTの設計および開発を行い,その動作確認を行った.ボロノイ分割を用いて肺実質内を様々な形状を持つ肺胞で充填するモデルを構築し,それに確率論的最適化アルゴリズムを採用して,ガス輸送を最適化するように肺胞間をつなぐ気道作成アルゴリズムを開発した.これにより生成されたモデルを用いて,肺細葉内における酸素輸送シミュレーションを行った.その結果,肺細葉内の気道経路は肺胞ガス交換に対してロバスト性が高いことがわかった.細胞の接着・伸展時における形態変化および細胞骨格の配向を再現するアルゴリズムを開発し,これまでに構築してきた細胞膜,核および細胞骨格からなるエネルギー最小化原理に基づく細胞の力学モデルを拡張した.また,分子スケールでは,コレステロールを含有したリン脂質二重層膜の細胞膜モデルを構築し,その引張特性を明らかにした.これにより,肺胞壁表面に存在する肺胞上皮細胞が,呼吸にともなって伸展したときの力学状態を評価するモデルが構築できた.分岐する気道内で発生する呼吸音の流体力学的メカニズムを解明するための計測装置を開発し,理想化された分岐管モデルを用いて基礎的実験を行った.その結果,口腔で発生する歯茎摩擦音と同様に,気道狭窄によって生じたジェット流が気道分岐部の壁に衝突することにより,聴診可能な音が発生することがわかった.前年度までに開発したCT画像から肺細葉を抽出するアルゴリズムを用いて,5頭のマウス肺から得られた50個の肺細葉に対して,体積や表面積,気道の分岐数,直径,長さなどの統計学的データを取得した.また,一本の終末細気管支につながる複数の肺細葉から形成される5つのクラスター構造を調べ,ガス輸送面から考えると不利な条件となる遠位部に体積の大きな肺細葉が存在することがわかった.しかし,一次元拡散モデルを適用して各肺細葉への酸素輸送能を評価した結果,正常な呼吸状態においてはいずれの肺細葉でもガス交換機能が維持されることが示された.一方,ボロノイ領域分割と最適経路探索法を組み合わせた肺細葉の不均一な内部構造を表現する数理モデリング手法を確立し,これらの計測データに基づいた肺細葉の内部構造の再現を可能にした.

医用画像に基づくイメージベーストシミュレーションでは,気道および胸郭による拘束を考慮した解析を行い,内部構造の不均一性に加え,これらの拘束によっても肺内部に不均一な変形場が形成されることがわかった.また,肺組織の変形に伴う細胞の力学状態を推定するために,計測と計算力学シミュレーションのデータ同化手法を開発した.そこでは,基材に埋め込んだビーズの移動から接着細胞の牽引力を推定する逆問題解析を行い,適切に牽引力を推定するための測定条件を明らかにした.また,引張荷重下における細胞膜の強度や安定性を明らかにするために,実際の細胞膜に近いコレステロールを含有したリン脂質二重層膜を伸展させる分子動力学シミュレーションを行った.この他,肺音の発生および伝播解析では,空気層,粘膜層および気道壁の固体層からなる気道内の流れや音響伝播の数値シミュレーションを行った.また,動物実験および気道の単純分岐モデルや小児気道の実形状モデルを用いた実験により,気道内で発生する流体音の基本特性や音源を明らかにした.昨年度までに計測したマウス肺葉の実形状データに基づいて構築した12個のマウス肺細葉実形状モデルに対して,巨視的に等方膨張させた場合の肺細葉内部の変形解析を行った.その結果,肺細葉レベルでは,肺胞壁に作用するひずみは均一ではなく,肺胞口周辺で局所的に大きくなることが分かった.また,内部構造を肺組織表面の主曲率を用いて種類が異なる肺胞上皮細胞が存在する位置を推定し,変形解析で得られた応力場を参照することで,細胞周囲の肺組織の力学場を明らかにする方法を構築した.さらに,昨年度までに構築した肺細葉の不均質構造をパラメトリックに変化させることができる肺細葉の数理形状モデルを用いて,肺細葉の不均一な内部構造が肺組織の力学場に及ぼす影響を調べた.その結果,病的リモデリングとともに進行する肺細葉の構造変化が肺組織レベルの不均一な力学場を引き起こす可能性が示唆された.こうした病的肺のモデルとして肺気腫肺に着目し,肺気腫モデルマウスをエラスターゼを気道内に投与することによって誘導し,SPring8高分解能CTを用いて撮影を行った.前年度までに開発したマルチスケール画像抽出法を用いて肺実質の微細構造の形態計測を行った.その結果,肺気腫モデルでは肺胞壁の消失が確認され,個々の肺胞が区別できなくなり含気区域が拡大していた.さらに動態解析を行ったところ,健常モデルマウスと比較して呼吸に伴う肺細葉の変形率が小さいことが分かった.肺音の発生および伝播解析では,昨年度までに行ってきた動物実験および気道音の伝播解析で得られた結果を統合することで,喘息の進行度合いとともに変化する呼吸音と気道壁の組織構造との変化を明らかにするとともに,その病態変化を聴診で捉える肺胞音の物理的メカニズムを明らかにした.この他,肺細葉の実形状モデルに基づいた肺循環モデルを構築し,肺細葉レベルのガス交換機能を評価した.高輝度放射光を用いたCT計測により肺の微細構造を明らかにするとともに,その不均一な構造を表現する数理モデル,細胞膜と細胞核および細胞骨格から構成される細胞力学モデル,細胞膜の分子動力学モデルを構築し,臓器レベルの変形から組織や細胞レベルの力の伝達,張力作用下での分子膜の力学特性に至る肺内部のマルチスケールな力学状態を明らかにした.これにより,呼吸によって大きく変形する肺組織の中で,肺を構成する細胞がどのような力学的環境下に置かれ,それに対して細胞や組織がどのような応答を示すのかを明らかにしていくための計算解析プラットホームを確立した.当初の計画通り,肺細葉の詳細な3次元形態計測と,不均一性を有する肺細葉の形態モデルの構築手法の確立により,肺のミクロおよびマクロな力学場の解析が可能となった.
平行二輪車を基本要素とするモジュ-ル構造の作業用移動ロボットの研究

本研究は平行二輪車の上部に2腕と視覚センサを取り付け,環境や作業対象物を認識しながら作業を行うとともに,二輪車に操舵機能をもたせたものを基本要素として,他の各種モジュ-ルを組合わせることにより新しい作業用移動ロボットを実現する.平成3年3月までに実施した研究内容と成果は次の通り.1.平成2年10月まで:2腕と視覚をもつ平行二輪車モジュ-ルを設計し製作した.作業腕の軽量化のため,1個のサ-ボモ-タで2関節の曲げとハンドの開閉・回転を行うことのできる新しい機構を開発した.これは形状記憶合金を利用したクラッチ,ブレ-キを用いるもので,設計通りの作動を行った.予算と時間的制約のため,平行二輪車は既存のものを改良(ウォ-ム減速機をボ-ル減速機に変更)した.2.平成2年12月まで:作業腕の作動確認を行うとともに,姿勢検出用レ-トジャイロおよび磁気エンコ-ダを用いて姿勢の安定化制御を行った.制御腕と車輪を協調させて制御することにより,作業腕を独立に動かした場合でも姿勢の安定化を実現した.作業腕の滑らかな動作のためにトルク変化法を考察し,これと系の合成重心フィ-ドバック法の適用により,ハンドが負荷を把握している場合にも高速で滑らかな腕の動作ができることを確かめた.3.平成3年3月現在:(1)予算の関係でCCDカメラの購入はやめ,従来使ってきた256×256画素の監視用カメラを用いて外界画像取込みと処理を行っている.画像処理用のDSP(ディジタル信号処理装置)のソフトウェアを改良中.このDSPは処理速度が遅く,1画像あたり1分近くかかり,環境を認識して作業を行う際の最大のネックになっている.(2)画像処理時間の短縮を計る一方,処理時間を問題にせずに認識した画像情報に基づいて,作業腕に品物のハンドリングを行わせる実験を行い,台上におかれたピンポン玉の把握と別の場所への移動と入れ替えることに成功した.現在,ねじ込み式電球の取り付け取り外し実験に挑戦しており,次年度も研究を継続する.本研究は平行二輪車の上部に2腕と視覚センサを取り付け,環境や作業対象物を認識しながら作業を行うとともに,二輪車に操舵機能をもたせたものを基本要素として,他の各種モジュ-ルを組合わせることにより新しい作業用移動ロボットを実現する.平成3年3月までに実施した研究内容と成果は次の通り.1.平成2年10月まで:2腕と視覚をもつ平行二輪車モジュ-ルを設計し製作した.作業腕の軽量化のため,1個のサ-ボモ-タで2関節の曲げとハンドの開閉・回転を行うことのできる新しい機構を開発した.これは形状記憶合金を利用したクラッチ,ブレ-キを用いるもので,設計通りの作動を行った.予算と時間的制約のため,平行二輪車は既存のものを改良(ウォ-ム減速機をボ-ル減速機に変更)した.2.平成2年12月まで:作業腕の作動確認を行うとともに,姿勢検出用レ-トジャイロおよび磁気エンコ-ダを用いて姿勢の安定化制御を行った.制御腕と車輪を協調させて制御することにより,作業腕を独立に動かした場合でも姿勢の安定化を実現した.作業腕の滑らかな動作のためにトルク変化法を考察し,これと系の合成重心フィ-ドバック法の適用により,ハンドが負荷を把握している場合にも高速で滑らかな腕の動作ができることを確かめた.3.平成3年3月現在:(1)予算の関係でCCDカメラの購入はやめ,従来使ってきた256×256画素の監視用カメラを用いて外界画像取込みと処理を行っている.画像処理用のDSP(ディジタル信号処理装置)のソフトウェアを改良中.このDSPは処理速度が遅く,1画像あたり1分近くかかり,環境を認識して作業を行う際の最大のネックになっている.(2)画像処理時間の短縮を計る一方,処理時間を問題にせずに認識した画像情報に基づいて,作業腕に品物のハンドリングを行わせる実験を行い,台上におかれたピンポン玉の把握と別の場所への移動と入れ替えることに成功した.現在,ねじ込み式電球の取り付け取り外し実験に挑戦しており,次年度も研究を継続する.
アクチン細胞骨格制御系から見た神経回路網形成の分子機構

中枢神経回路網の形成には、神経細胞の移動、神経突起の伸長、シナプス形成などの段階が複雑に絡み合っているが、いずれにおいても細胞外シグナルに適切に応答したアクチン細胞骨格系の変化が必要とされており、Rho類似G蛋白質の関与が示唆されてきている。本研究では、神経細胞内においてRho類似G蛋白質の活性化がどのように調節されているのかを明らかにし、アクチン細胞骨格制御系の神経回路網の形成に果たす役割を解明することを目的として、以下の2つのアプローチで研究に取り組んでいる。1 STEF蛋白質の機能解析STEFはショウジョウバエのSIFのマウスホモログとして我々が同定した新規蛋白質で、これまでの実験から、Raclに特異的なグアニンヌクレオチド交換因子で、上皮系の細胞においてアクチン細胞骨格系を変化させラッフリング膜を形成させることが示されている。本研究では、このSTEF分子の神経回路網形成に果たす役割を明らかにしようと試みている。まず、in situハイブリダイゼーションによりstef遺伝子が発生過程の脳、特に神経細胞移動や神経突起伸長およびシナプスの形成の時期に一致した神経細胞で強く発現していることが明らかとなった。このタンパク質を神経芽細胞腫細胞に強制発現させると神経突起様の構造を誘導すること、また海馬初代培養細胞にこの遺伝子のドミナントネガティブ体を強制発現させると成長円錐における葉状仮足が消失し、神経突起伸長が阻害されることなどが示されたため、STEF分子が成長円錐の形成と神経突起の伸長に関与していることが示された。さらに同様の分子機構が神経細胞移動やシナプス形成の際にも用いられている可能性に関しても、今後検証していく。2神経発生過程で発現するRho類似G蛋白質活性化因子のスクリーニングと解析最近の神経科学の進展によって、Rho類似G蛋白質活性化因子(DHドメインを含んだ分子)が、神経発生・神経機能の様々な局面で重要な役割を果たしていることが予想されてきている。。我々は、種々のデーターベースを探索することによって脊椎動物のDHドメインを含んだ分子40種類を同定し、それらの神経系の発生過程における発現様式を調べた結果、神経回路網の形成・成熟過程で興味深い発現を示す新規遺伝子13種類を抽出した。今後、これらの分子の神経発生に果たす役割について解析していく。。
ゲル変形によるタンパク質結晶化の制御とそのメカニズム解明

我々はこれまで、脂質が形成するゲル状高分子構造中でのタンパク質結晶成長促進効果を研究してきた。本研究では、この研究を発展させ、高分子ゲル中でのタンパク質結晶化挙動と、ゲル変形による内部の編み目構造の変化が、そこに拘束されたタンパク質にどのような影響を与えるのかを調べていた。用いたモデル系はタンパク質としてニワトリ卵白リゾチーム、ゲルとしてアガロースとポリエチレングリコールを用いた。ポリエチレングリコール水溶液は厳密にはゲルではないが、その濃厚溶液中での高分子編み目内の閉じこめ効果を調べるために用いた。まず、アガロースゲル内における結晶成長では、ゲル表面での特徴的な結晶配向効果を見いだした。これは、ゲル表面がソフトであるため、異方的な結晶形をもつリゾチームの結晶が重力下で安定するために、自発的にある方向に配向することがその理由であると考えられる。一方、ポリエチレングリコール系では、ポリエチレングリコール自身の結晶化もタンパク質の結晶化と同時に起きる。このため、まず結晶化剤であるNaClの添加によってポリエチレングリコールの結晶化挙動がどのように影響されるのか調べた。その結果、NaClの添加はポリエチレングリコールの結晶化を促進し、それをFlory-Hugginsの格子モデルで説明することに成功した。この結果は国際学術誌に投稿し、受理されている。ゲル変形の効果については、ゲルの破壊による効果と、内部編み目の変形による効果の分離が困難であり、これまでのところその効果を実証することには成功していない。今後この研究をさらに発展させ、本研究で開発した光散乱装置を用いて、より微小な変形の元での結晶化挙動を研究していく予定である。我々はこれまで、脂質が形成するゲル状高次構造中でタンパク質の結晶化が促進される効果について研究してきた。本研究ではこれまでの研究をさらに発展させ、高分子ゲル中でのタンパク質の溶液挙動を調べている。さらに、ゲルの変形による内部の網目構造の変化が、そこに拘束されたタンパク質にどのような影響を与えるのか調べ、新たなタンパク質結晶化手法の開発へつなげることを目指している。本年度は、この目的のための観察用装置開発と、モデル系の構築を主に行った。具体的には、タンパク質として卵白リゾチームを、ゲルとしてタンパク質と相性のよいアガロースゲルを用い、ゲル内部でのタンパク質結晶化挙動を主に光学顕微鏡によって詳細に調べた。その結果、アガロースゲル中での顕著な核形成の促進効果を発見した。結晶過飽和度に対する効果は現在の定性的な研究の段階では不明である。今後はより定量的な実験を行い、ゲルの効果を詳細に調べていく予定である。さらに興味深い現象として、ゲル表面によるタンパク質結晶の配向効果を見いだした。これまでタンパク質結晶が磁場などによって配向することは知られていたが、このようなソフトな界面による配向は報告例が無く、そのメカニズムは今のところ不明である。今後、ゲル中の結晶化とゲル表面での結晶化を今年度に開発した動的光散乱装置を用いて詳細に調べ、そのメカニズムを解明する。その後、ゲル変形に対して内部のタンパク質溶液がどのように応答するのかに対して実験を行っていく。
高速電力線通信に使用される３導体電力線の信号伝搬特性と信号漏洩特性の研究

本研究では3導体電力線が電力線通信信号の伝搬特性や漏洩量に対する影響を検討した.伝搬特性の研究では,3導体電力線や電子機器をモデル化して配電系を構築して伝送特性を測定すると同時に解析を行った.その結果,電源線のグラウンド線として,真ん中の導体を使用した方が伝送特性への影響が小さいことがわかった.一方,漏洩信号成分の研究では,直線の3導体電力線を回路網でモデル化して電力線より10m離れた距離における最大漏洩磁界強度を解析した.その結果,概ね,3線の電力線から漏洩する磁界強度は2線の電力線から漏洩する磁界強度より小さいことがわかった.本研究は,3導体電力線がこの線路上を伝搬する通信信号に与える影響を把握すると同時に,伝搬信号の漏洩電磁界に対する3導体電力線の抑制効果の可能性を明らかにして,電力線通信の適用領域の拡大を図ることを目的として平成24年度より開始した.平成25年度は,2年目として,1)グラウンド面上にある電力線の簡易モデル化法の検討,2)漏洩電磁界強度推定法の検討,3)電子機器の回路網モデル化法の検討を主に実施した.昨年度,有限要素法を使用することによりグラウンド面上にある電力線のモデル化が可能なことを示したが,電力線の種類や地上高が変化するたびに数値解析を行うのは不便であるので,簡単な計算で電力線の回路網モデルを決定する方法を検討した.そこで,3導体電力線の代表的な例として,導体径,絶縁材料,導体配置が異なる5種類の電力線について,回路網モデルに使用するパラメータの地上高・周波数依存性を表す近似式を求め評価を行った.その結果,これらは導体配置の影響を強く受け,導体径と絶縁材料の影響は小さいことがわかった.また,銅細線で構成された導体の回路網モデル解析には導体外径の使用が可能なことがわかった.これらの結果より,導体の配置に着目すれば,近似式を使用して回路網パラメータの導出が可能なことがわかった.さらに,求めた回路網を使用して漏洩磁界強度を求めて測定結果と比較を行った.その結果,15MHz以下であれば漏洩磁界強度を5dB以内で推定可能なことがわかった.次に,電子機器の回路網モデルを決定するため,Sパラメータの測定結果より回路網モデルを決定する方法を検討した.その結果,3ポートSパラメータよりアドミッタンス行列を求めることにより,回路網が線形であることを仮定すれば,回路網の導出が可能なことがわかった.本研究は,3導体電力線がこの線路上を伝搬する通信信号に与える影響を把握すると同時に,伝搬信号の漏洩電磁界に対する3導体電力線の抑制効果の可能性を明らかにして,電力線通信の適用領域の拡大を図ることを目的として平成24年度より開始した.今度は,初年度として,1)電力線絶縁体の比誘電率決定方法の検討,2)3導体電力線の回路網モデル決定方法の検討,3)漏洩電磁界強度の測定準備,を主に実施した.絶縁体の比誘電率については,2導体電力線と大きな差は無いと推定されることから,まず,2導体電力線に使用されている絶縁体の誘電率を用いて,有限要素法により3導体電力線の導体間の静電容量を計算し,測定値と比較を行った.その結果両者には大きな差はなく2導体の絶縁体の誘電率が使用可能なことがわかった.次に,回路網モデルを決定するため,3導体電力線の単位長当たりの抵抗,インダクタンス,静電容量,コンダクタンスを求めた.まず,導体の抵抗,自己インダクタンス,相互インダクタンスについては,絶縁体の影響を受けないので,理論式から決定した.また,導体間の容量については,有限要素法を用いて決定した.最後に,導体間のコンダクタンスについては絶縁体の誘電損失(tanδ)から決定した.また,決定した単位長当りのパラメータを用いて,F行列のパラメータを求め,測定値とほぼ一致することを確認した.最後に,F行列パラメータを使用した3導体電力線の回路網モデルを用いて,3導体電力線から漏洩する磁界強度を簡単なモデルに対して求め測定値と比較を行った.その結果,解析結果と測定結果はほぼ一致し,回路網モデルは適切であり,今後の検討に使用可能なことがわかった.本研究は,3導体電力線がこの線路上を伝搬する通信信号に与える影響を把握すると同時に,伝搬信号の漏洩電磁界に対する3導体電力線の抑制効果を明らかにして,電力線通信の適用領域の拡大を図ることを目的として平成24年度より開始した.平成25年度は,2年目として,1)グラウンド面上にある電力線の簡易モデル化法の検討,2)漏洩電磁界強度推定法の検討,3)電子機器の回路網モデル化法の検討を主に実施した.平成26年度は,昨年度の研究を引継ぎ,1)解析法の高精度化の検討,2)電子機器のモデル化法の検討,3)3導体電力線を使用した通信の適用領域の検討を行った.昨年度は3導体電力線の代表的な例として,導体径,絶縁材料,導体配置が異なる5種類の電力線の回路網モデルを評価した.今年度は,昨年度評価を実施した5種類に加えて,難燃ケーブルも評価を行った.その結果,難燃ケーブルは比誘電率の周波数特性が良く,通信信号の伝送に対してすぐれた特性を有することがわかった.また,昨年度誤差が大きかった15MHz以上の周波数においても,測定方法や解析方法を見直すことにより,回路網モデルの高精度化を図った.

次に,電子機器のモデル化法については,昨年度3ポートSパラメータより電子機器の回路網モデルを決定する方法を検討したが,この方法では,電子機器の高さが変化する毎に測定が必要になるため,電子機器とグラウンド間の静電容量を数値解析により求めることにより,電子機器の筐体から見た等価回路の測定値と静電容量により地上高が変化した時のモデルを決定する方法を検討した.最後に,3導体電力線を使用した通信の適用領域の検討として,バランを通信端末の代わりに使用して,通信信号の伝搬特性を評価した.検討では,特にバランを接続していない導体とグランド間の抵抗値を変化させて3本目の導体の終端条件が伝搬特性に与える影響を評価した.本研究の目的は1)3導体電力線がこの線路上を伝搬する通信信号に与える影響の把握,2)伝搬信号の漏洩電磁界に対する3導体電力線の抑制効果の明確化,の2点であった.まず,3導体電力線に於いて伝送線路として使用しないグラウンド線の影響と電力線に接続される電子機器の影響について検討を行った.検討を行うに当たり,電子機器を等価回路で表す方法を検討し,得られた等価回路に基づいてLCR素子を用いて電子機器モデルを作成した.次に,3種類の電子機器モデルが接続された配電モデルを作成し,通信信号の伝搬特性を測定した.また,回路網モデルを用いて伝搬特性の解析も行った.伝搬特性の測定結果と解析結果は良く一致し,回路網モデルを用いた解析法により伝搬特性の推定が可能なことがわかった.また,伝搬特性は,接続される電子機器の影響により周波数毎に大きく変化するが,デカップリング回路を挿入することにより,周波数依存性を小さくできることを示した.最後に,3導体電源線のグラウンド線として,真ん中の導体を使用した方が伝送特性への影響が小さいことを示した.一方,漏洩磁界の検討では,さまざまな種類の電力線を用いて漏洩磁界の評価を行った.その結果,ケーブルの構造や被覆材料により線路定数は変化するが,コモンモード電流や漏洩磁界強度に与える影響は小さく.一つの式で,漏洩磁界強度を推定可能なことがわかった.また,検討に使用した直線の線路では,測定値と推定値の偏差をコモンモード電流については2dB以内に,漏洩磁界強度については5dB以内にできることがわかった.最後に,2線電力線と3線電力線を比較した結果,グラウンド線の多くの終端条件や配置条件において,3線電力線の方が,漏洩磁界強度が大きいことがわかった.本研究では3導体電力線が電力線通信信号の伝搬特性や漏洩量に対する影響を検討した.伝搬特性の研究では,3導体電力線や電子機器をモデル化して配電系を構築して伝送特性を測定すると同時に解析を行った.その結果,電源線のグラウンド線として,真ん中の導体を使用した方が伝送特性への影響が小さいことがわかった.一方,漏洩信号成分の研究では,直線の3導体電力線を回路網でモデル化して電力線より10m離れた距離における最大漏洩磁界強度を解析した.その結果,概ね,3線の電力線から漏洩する磁界強度は2線の電力線から漏洩する磁界強度より小さいことがわかった.平成26年度の目標は,1)解析法の高精度化の検討,2)電子機器のモデル化法の検討,3)3導体電力線を使用した通信の適用領域の検討であった.これらについては,概ね達成できたと判断している.まず,解析方法の高精度化の検討では,比誘電率,tanδについて,長さの異なるサンプルの線間容量,線間コンダクタンスを測定することにより,高精度化を図った.
諸外国との比較による日本のエリートスポーツ政策の評価に関する研究

本研究は、日本におけるエリートアスリートの環境の整備、および国際競技力向上を図るため、国際研究者コンソーシアム「SPLISS」に参画し、エリートスポーツ政策とトップアスリートの環境に関する定量的な国際比較研究を行い、日本のエリートスポーツ政策の主要成功要因や課題を明らかにすることを目的とした。日本のエリートスポーツシステムは他国に比べ「トレーニング施設」「国内・国際競技大会」「医科学研究」が優れている一方で、「スポーツ参加」「タレント発掘・養成」には一定の課題があることが明らかとなった。今年度は、日本におけるエリートアスリートやエリートコーチのエリートスポーツ環境(アスリートをエリートアスリートへと成長させ、専門スポーツにおいて最高水準の活躍を達成し続けることを可能とする社会・組織環境)に対する調査を実施し、スコアリングメソッドという分析方法を用いて環境を「見える化」することを中心に進めた。エリートアスリートに関しては、「タレント発掘・育成」「競技サポート」「トレーニング施設」「コーチへのサポートと養成」の環境は発展しているものの、「ポストキャリアサポート」の環境が著しく進んでいないことが明らかになった。主要な国際大会でベスト8に入るエリートアスリートとそうではないエリートアスリートでは、「スポーツ政策の組織・構造」「タレント発掘・育成」「国際・国内競技大会」の環境に差があることがわかった。また、エリートコーチにおいては「トレーニング施設」の環境が優れており、指導しているアスリートの「ポストキャリアサポート」が未発達領域であることが検証された。前年度から引き続き、日本におけるエリートアスリートのエリートスポーツ環境(アスリートをエリートアスリートへと成長させ、専門スポーツにおいて最高水準の活躍を達成し続けることを可能とする社会・組織環境)に対するデータの分析を進めた。スコアリングメソッドという方法論を用いてエリートアスリートの競技環境の「見える化」を試みた。主要な国際競技大会においてベスト8以上の成績をおさめた経験のあるアスリートは、ベスト8に入れないアスリートよりも「スポーツ政策の組織・構造(コミュニケーション)」「タレント発掘・育成」「国際・国内競技大会」の環境スコアの差異があることが明確となった。本研究は,諸外国と比較した日本のエリートスポーツ政策の評価をすることを主たる目的とし,エリートスポーツ政策の国際比較研究コンソーシアム`SPLISS (Sports Policy Factors Leading to International Sporting Success)'に参画しながら研究を推進している.本年度は,SPLISS研究のフレームワークを用いて,日本のエリートスポーツ政策の強み・弱みを定量的に検証することを目的とし研究を進めた.わが国におけるエリートスポーツ政策の評価研究は記述分析に限られている.したがって,エリートスポーツ政策の消費者的観点によって,その最も重要なステークホルダーであるエリートアスリートがエリートスポーツ政策を評価することは意義深い.その際,エリートスポーツ政策がつくり出す競技環境をエリートスポーツ環境と定義づけることで,より実態が把握できる.分析には質的データを量化できるスコアリングメソッドという方法を用いた.エリートアスリートのエリートスポーツ環境における評価によると,日本のエリートスポーツシステムの成功要因は「タレント発掘・育成システム」,「競技サポート」,「トレーニング施設」,および「コーチの供給・養成」であることが明らかとなった.これらの要因が日本の国際競技力における競争優位の源泉となっている可能性が高いことが示唆された.また,「ポストキャリアサポート」のエリートスポーツ環境は十分に整備されていないことも明らかとなった.これらの結果は,記述分析やエリートコーチまたは競技団体の強化責任者等のデータと総合的に組み合わせることにより国際競技力向上施策を立案する際の重要な資料となり得る.予定していた国内調査は全て終了した。エリートスポーツ政策の国際比較研究に関する研究者コンソーシアム(SPLISSコンソーシアム)と連携しながら研究を進めているが、扱うデータが膨大であるため国際比較はやや遅れている。各競技団体との調査日程の調整に多くの時間を要したものの,エリートアスリートの視点による競技力向上政策の強み・弱みを明らかとした.ただし,エリートコーチの視点や研究者の客観的視点までの考察には至っていない.なお,論文の投稿に際する競技団体との調整ができ次第,成果を投稿する予定である.今後の研究は、引き続きエリートスポーツ環境調査の分析を進めることと、国際比較研究が進められる。得られた各国のエリートスポーツシステムに関する情報や国際比較結果等はSPLISSコンソーシアムで著書として出版する予定である。エリートアスリートの評価だけではなく,エリートコーチや競技団体の強化責任者の評価を組み合わせた総合評価を実施する.また,得られた結果より,エリートスポーツ政策全体ではなく,強化施策(タレント発掘・育成など)に焦点を当てた研究を実施する.SPLISSコンソーシアムとともに国際比較研究のフェーズに移る.9月にイスタンブールで開催されるSPLISSコンソーシアムの会議、および11月にアントワープで開催されるSPLISSコンソーシアムが主催する国際会議「SPLISS conference」への出張が主な支出である。SPLISS conferenceにおいて各国の研究成果や、国際比較研究の成果が報告される予定である。コンソーシアムの会議参加,および海外学会発表のための航空券,滞在費.資料収集,国際会議帯同,調査帯同等,研究を補助する者への謝金等に用いる.
高齢嚥下障害患者における咽頭期障害の病態解明および治療法の確立

当科嚥下外来を受診している高齢嚥下障害患者のうち、球麻痺や仮性球麻締、脊髄小脳変性症、パーキンソン病、皮膚筋炎など咽頭期障害を有する患者に対し嚥下圧モニタリングを行った。また、咽頭に対する手術を行う患者に対しては、その術前後に嚥下圧モニタリングを行い、手術が嚥下動態に及ぼす影響について検討した。1)2.5cm間隔で4箇所に圧センサーを有するブローベを経鼻的に挿入し、喉頭ファイバースコープを用いてブローベの先端が確実に食道内に入っていることを確認した。その後pull-through法で静止時陽圧帯を同定し食道入口部とした。2)複数回のから嚥下を行い、嚥下圧曲線を記録した後、常温の水2ccを中咽頭に注入し嚥下反射の有無、嚥下反射惹起までの時間、嚥下圧曲線を記録した。常温の水2ccで反射が見られない場合は冷水2ccで同様の検査を行い、これでも反射が見られない場合は検査中止とした。3)患者の状態に合わせ基礎疾患に対する治療、嚥下訓練(間接訓練、直接訓練)を行った後、約2週間の間隔をおいて再度嚥下評価を行った。嚥下圧に関しては患者間では値に大きなばらつきが見られ定量的な評価が困難であったが、同一患者で見た場合、内視鏡による定性的な嚥下評価と嚥下圧の改善に相関がみられる患者を多く認めた。特に仮性求麻療患者では間接訓練の後に嚥下反射惹起までの時間短縮、嚥下圧の上昇が顕著にみられ、このような患者では嚥下動態も著名に改善していた。また皮膚筋炎の患者では基礎疾患の改善に伴い著名な嚥下圧の上昇を認めた。咽頭期嚥下障害を有する高齢嚥下障害患者の嚥下動態を解明するため、まず嚥下障害の自覚がない正常者を用いて嚥下圧モニタリングを行った。1)2.5cm間隔で4カ所に圧センサーを有するプローベを経鼻的に挿入し、経鼻的内視鏡を用いて先端の受圧部が確実に胸部食道内に入ったことを確認した。その後pull-through法により静止時陽圧帯を同定、この部位を食道入口部としここでプローベを固定した。2)複数回の唾液の嚥下を行い、まず嚥下圧曲線を記録した。今回の検査はコントロール群に対して行った検査であり、被検者のデメリットとなる被爆を避けるため透視下での確認は行わなかった。3)鼻腔より咽喉頭に内視鏡を挿入し、そのチャンネルから少量の冷水を注入し咽頭・喉頭を刺激した。刺激部位は、舌根、喉頭蓋谷、披裂喉頭蓋ヒダ、梨状陥凹とした。4)刺激後惹起される嚥下反射に対し軟口蓋レベル、舌根レベル、下咽頭および食道入口部それぞれの部位で嚥下圧を測定し、さらにそれぞれの圧がピークを迎えるまでに要した時間も測定した。5)水の温度を変化させ、嚥下が惹起されるまでの注入量を測定しつつ嚥下圧の測定を行った。当科嚥下外来を受診している高齢嚥下障害患者のうち、主に咽頭期に障害を有すると考えられる患者に対して、嚥下圧モニタリングを行った。また、咽頭に対する手術を行う患者に対して、その術前術後に嚥下圧モニタリングを行い、手術が嚥下動態に及ぼす影響について検討を加えた。1)2.5cm間隔で四カ所に圧センサーを有するプローベを経鼻的に挿入し、喉頭ファイバースコープでプローベの先端が確実に食道内に挿入されていることを確認した。その後、pull-through法を用いて静止時陽圧帯を同定し、食道入口部とした。同意の得られた患者に対しては透視モニター下に確実に食道入口部にプローベを挿入した。2)複数回の空嚥下を行い、嚥下圧曲線を記録した。その後、常温の水1および5ccもしくはバリウム1および5ccを用いて嚥下を行ってもらい、その際の嚥下圧曲線を記録した。可能であれば透視像も同時記録した。3)手術患者に関しては、術前および術後に同様の検査を行い検査結果の比較を行った。さらに嚥下練習に伴う嚥下圧波形の変化を記録した。4)手術患者に関しては、構音に伴う各部位での圧波形も記録し、術前術後で比較を行った。

常温の水2ccで反射が見られない場合は冷水2ccで同様の検査を行い、これでも反射が見られない場合は検査中止とした。3)患者の状態に合わせ基礎疾患に対する治療、嚥下訓練(間接訓練、直接訓練)を行った後、約2週間の間隔をおいて再度嚥下評価を行った。嚥下圧に関しては患者間では値に大きなばらつきが見られ定量的な評価が困難であったが、同一患者で見た場合、内視鏡による定性的な嚥下評価と嚥下圧の改善に相関がみられる患者を多く認めた。特に仮性求麻療患者では間接訓練の後に嚥下反射惹起までの時間短縮、嚥下圧の上昇が顕著にみられ、このような患者では嚥下動態も著名に改善していた。また皮膚筋炎の患者では基礎疾患の改善に伴い著名な嚥下圧の上昇を認めた。
燃焼制御を目的とした不均質空間内・非定常燃焼現象の理論的解明とその検証

本研究は高速噴霧拡散燃焼現象を普遍化する一つのアプローチとして、燃焼の相似性に着目し、燃焼経過、燃焼生成物、ならびに熱伝達に関するスケール効果について理論的ならびに実験的検討を試みたものである。まず、NOの生成特性に関して化学反応計算からスケール効果について検討を行い、相似燃焼系では時間スケールに比例した生成量となることを予測した。次に、燃焼の相似性とそれに基づいた燃焼生成物や部材温度の予測理論を作成し、実機における計測データとの比較を行った。その結果、模型実験装置のデータから、実サイズ機関の排気や壁面温度を理論予測通りに推定可能であることが確認できた。一方、噴霧中の空気導入特性に関する理論式の作成とその実験的検証を行い、噴霧燃焼現象を普遍化するための一理論式を提唱することができた。他方、定常拡散噴流火炎中の温度分布や渦構造の観察、ならびに試作定容燃焼装置を用いた噴霧燃焼現象の可視化解析を行い、相似性を生じるメカニズムについて様々な視点から解析を行うことができた。また、こうした実験的な研究ではデータの収集と解析に限界があるので、KIVA-IIコードを用いた燃焼の3次元数値シミュレーションの準備と改良を行い、本計算プログラムの計算精度に関する影響因子をある程度解析することができたが、燃焼をシミュレートするに足るレベルの計算を行うまでには至らなかった。以上、本研究により当初の計画にほぼ沿った成果を挙げることができたが、燃焼の相似性の精度と適用限界、ならびにその発生メカニズムの解明のためには、さらに多くの研究が必要であると言える。本研究は複雑な高速噴霧拡散燃焼現象を普遍化する一つのアプローチとして、燃焼の相似性に着目し、燃焼経過、燃焼生成物、ならびに熱伝達に関するスケール効果について理論的ならびに実験的検討を試みようとするものである。平成6年度では、まずNOの生成特性に関して化学反応計算からスケール効果について検討を行った。その結果、相似燃焼系では時間スケールに比例した生成量となること、またNO量を低減するには燃焼初期を燃料過濃とし、後半で急速混合を行う、いわゆる2段燃焼が効果的であり、混合時間の短縮が主要要素となることが示された。一方、噴霧燃焼系における空気導入特性について理論式を提唱し、実験値との比較を行った。その結果、本理論式の妥当性とその適用限界を明らかにすることができた。また、これにより、噴射系緒元や空気密度等による燃焼形態の変化現象を良く説明することができた。これらについては裏面に示すような論文に報告を行った。また、これと平行してKIVA-IIコードを用いた燃焼の3次元数値シミュレーションについても計算を行い、その計算結果の非現実的解とその原因について検討を行った。これについてはまだ、十分にシミュレーションコードの問題点を把握するまでには至っていないが、一部解析結果を自動車技術会にて講演発表した。一方、定容燃焼装置の試作はほぼ完了し、いくつかの非定常燃焼火炎を高圧容器内で形成し、写真撮影することに成功した。現在、この噴射系の改良と、動画像データの解析システム作りを行っているところである。以上、平成6年度では研究計画にほぼ従った成果を挙げられたものと考えている。本研究は複雑な高速噴霧拡散燃焼現象を普遍化する一つのアプローチとして、燃焼の相似性に着目し、燃焼経過、燃焼生成物、ならびに熱伝達に関するスケール効果について理論的ならびに実験的検討を試みたものである。前年度の研究において燃焼の相似性とそれに基づいた燃焼生成物や部材温度の予測理論が概ね完成したので、今年度は実機における計測データを収集し、理論予測値の比較を行った。またこれと平行して、噴霧中の空気導入特性に関する理論式の作成とその実験的検証を行い、噴霧燃焼現象を普遍化するための一理論式を提唱することができた。一方、定常拡散噴流火炎中の温度分布や渦構造の観察を行い、相似性を生じるメカニズムについて様々な視点から解析を行うことができた。

このほか、噴霧燃焼現象の可視化解析を目的としてこれまで進めてきた定容燃焼装置の試作を完成し、非定常噴霧火炎と非定常気体噴流火炎との構造比較を行った。今年度は単に火炎の外形形状と到達距離の比較に留まったが、両者に相似的な特徴が観察された。一方、こうした実験的な研究ではデータの収集と解析に限界があるので、KIVA-IIコードを用いた燃焼の3次元数値シミュレーションの準備と改良を前年度に引き続いて行った。その結果、本計算プログラムの計算精度に関する影響因子をある程度解析することができたが、燃焼をシミュレートするに足るレベルの計算を行うまでには至らなかった。以上、平成7年度では研究計画にほぼ沿った成果を挙げられたが、燃焼の相似性の精度と適用限界、ならびにその発生メカニズムを明らかにして行くには、さらに多くの研究が今後必要であると言える。
神経ネットワークの高次情報解析に基づく非線形動力学モデルの構築

大脳皮質は、知覚、運動、情動といった脳の高次機能を司る重要な役割を担っている。先行研究から、個々の神経細胞タイプを決定する形態や、発現分子、電気的性質等のミクロ的な知見や、あるいは特定課題に賦活する脳領野などのマクロ的な知見が得られている。しかし、個々の神経細胞の関係を、ネットワークとみなした中間(メゾ)レベルに関しては、多くが未解明である。メゾレベルの神経機能の理解するには、多数の神経細胞の解剖学的・情報論的ネットワークを同定する必要がある。メゾスケール(数十数千細胞)であっても、多くの分析に必要な計算では指数的な組み合わせ爆発が問題となる。これに対し、数理計画法の優モジュラ関数の最大化に帰着させることで、実用可能な解析法を本研究は開発する。平成28年度は、メゾスケールの多変量時系列データから情報ネットワークを推定し、その情報構造を一定水準で再現する非線形モデルの構築を目指し、概ね計画通りの研究成果を得た。これを踏まえ平成29年度の目標を、情報分割法のアルゴリズムの改善により、数百1000程度の細胞数に対する計算可能性を確かめ、その有用性を実証する事とした。具体的な成果として、情報量の集合関数の最大化に帰着される分割問題の高速な計算法の改善により、500程度の細胞数に関して、十分に実用的な計算時間で推定できることを確認した。また、非線形振動子を結合したモデルの一つであるCoupled map latticeを用いたシミュレーションを行い、潜在的な結合の強さによって推定されるクラスタの変化を調べ、比較的頑健なクラスタ推定が可能であることを示した。こうした一連の成果は、すでに計算神経科学論文誌へ投稿し、複数回の査読を経ており、まもなく採録されると見込まれる。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度の目標として、メゾスケールの多変量時系列データから情報ネットワークを推定する方法論を確立し、その情報構造を一定水準で再現する非線形モデルの構築を設定していた。平成28年度は、ほぼこの当初の計画通りに進み、順調に研究成果を得られている。具体的には、情報量の集合関数の最大化に帰着される分割問題の高速な計算法の開発を終え、200程度の細胞数までであれば、十分に実用に耐える時間で計算できることを確認した。また、非線形振動子を結合したモデルの一つであるCoupled map latticeを用いたシミュレーションを行い、潜在的に複数の情報論的なクラスタが存在するときに、それらを検出できること、そしてk-means法や階層クラスタリングなどの既存の方法論では、こうした非線形系の情報論的分割を検出できない場合があること、などの結果を得ている。こうした一連の成果は、現在、計算神経科学論文誌へ投稿する論文にまとめている。研究実績に書いた平成28年度の研究実績は、当初の計画では平成29年度上半期までに達成する目標であったが、ほぼ平成28年度中にそれを達成することができた。また非線形振動子モデルにおいて、情報論的な結合の有無を検出するのに開発した方法論が有用であることも確認している。これらのことから、現時点での研究の進捗状況は、当初の計画以上に進展していると判断した。

これを踏まえ平成29年度の目標を、情報分割法のアルゴリズムの改善により、数百1000程度の細胞数に対する計算可能性を確かめ、その有用性を実証する事とした。具体的な成果として、情報量の集合関数の最大化に帰着される分割問題の高速な計算法の改善により、500程度の細胞数に関して、十分に実用的な計算時間で推定できることを確認した。また、非線形振動子を結合したモデルの一つであるCoupled map latticeを用いたシミュレーションを行い、潜在的な結合の強さによって推定されるクラスタの変化を調べ、比較的頑健なクラスタ推定が可能であることを示した。こうした一連の成果は、すでに計算神経科学論文誌へ投稿し、複数回の査読を経ており、まもなく採録されると見込まれる。今後は、非線形振動子モデルのシミュレーションをより詳細に分析し、どのような場合に提案手法が有効であるか、その条件を調べる。また実データへの応用へと研究フェーズを移し、実験的な知見を得る方向へと進む予定である。ただし、当初連携の予定であった、実験データを取得する役割を持つin vivo班を担当する平が、米国に研究拠点を移したため、研究環境が変化し、当初予定より緊密な連携が難しくなっている。こうした現状を踏まえ、今後は、すでに実施している隔週のウェブ会議に加え、実地での密な会合の頻度を増やすなど、研究進展の遅れを補う方策を検討している。また、遠隔地での研究の連携をより容易にするため、ネットワーク経由でのデータの共有などを進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。