hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自律故障補償能力を持つ並列ハードウェアニューラルネットワークに関する研究

ニューラルネットワークによる情報処理は、適切な学習パターンさえ用意できれば詳細な問題解決のためのアルゴリズムを必要としないため、複雑な応用問題への適用が盛んに行われている。しかし、問題が複雑になるにつれ学習に要する時間が膨大となり実用的ではない。そこで、ウェーハスケールインテグレーション(Wafer Scale Integration : WSI)等のハードウェア実装による高速化が期待されている。WSIでは一部の故障がシステム全体に影響を及ぼすため、故障を補償する仕組みを組み込む必要がある。本研究では、WSI実装された階層型ニューラルネットワークにおいて、故障の影響を受けるネットワークの一部分のみで再学習を行うことで故障補償を行う部分再学習法の提案と性能評価を行った。はじめに、ニューラルネットワークで発生しうる故障について考察し、故障がニューラルネットワークに与える影響から故障の種類をニューロンの{0,1}-スタック故障、重みの0-スタック故障、リンクの単純またはFlipping故障に分類した。この分類に従い、シミュレーションにより同一モードの故障を持つニューラルネットワーク、同一種パーツにおいて複数の故障モードを持つニューラルネットワーク、任意のパーツが任意の故障モードを含むニューラルネットワークのそれぞれにおいて、故障補償時間、故障補償後のニューラルネットワークの歩留りと汎化能力について詳細な議論を行った。その結果、部分再学習法は同一故障モードにおいて歩留り、故障補償時間ともに3層すべてを使って再学習を行う手法より優れていることを明らかにした。一方、故障個所数が増えるにつれて汎化能力については若干の低下が見られた。また、複数モードの故障が混在するニューラルネットワークにおいては、部分再学習法が示した汎化能力については従来法とほぼ同等であるが、歩留りの点で低下することが明らかになった。現在の集積回路上でオープンラインからの入力については無信号状態と仮定することは適当でないため、入力信号が常に変動するライン断線故障モードをもつニューラルネットワークについてもシミュレーションを行った。また、回路規模を削減したニューロンの回路構成についても検討を行った。本研究では,ハ-ドウェア実装された階層型ニューラルネットワーク上の故障を高速に補償する部分再学習法を提案し,評価を行っている。本年度では,シミュレーションにより故障補償能力,および汎化能力について議論を行った。部分再学習法は故障リンク,あるいは故障ユニットから入力を受ける上位層のニューロン1つを単位に2層で誤差逆伝播学習を行う手法である。入力ユニットの故障については,入力層・隠れ層間,隠れ層・出力層間と2回の部分再学習を行うことで故障を補償する。各ニューロンは閾値処理を行うユニット,教師信号や重みを蓄える重みを持ち,下位層からの入力が揃えば同一層内ニューロンはそれぞれ並列に動作可能とした。入力層ニューロン64個,隠れ層ニューロン15個,出力層ニューロン32個を用いて32人分の顔画像認識を行うニューラルネットワークを作成し,これにユニット,または重みのスタック故障が発生したと仮定して再学習実験を行った。シミュレーションの結果,入力ユニットや出力ユニットのスタック故障について,3層の誤差逆伝播学習による故障補償よりも再学習時間,故障補償率の双方で部分再学習法が優れていることが明らかとなった。また,学習パターンにノイズを加えたテストパターンに対する認識率においても,学習パターン平均値の±5%程度のノイズでは部分再学習法による方が高い認識率を示し,故障ユニット数の増加に対しても高い耐性を示した。学習パターン平均値の±10%のノイズを加えた場合では,3層誤差逆伝播学習法とほぼ同等の認識率となった。以上より,階層型ニューラルネットワークの故障は部分再学習により高速・高確率に補償可能であり,汎化能力も3層全体で再学習を行った場合と同等以上であることを明らかにした。今後はFPGA等によるハードウェアシミュレーションを行う予定である。
分散電源用インバータが発生する電磁ノイズ抑制法に関する研究

分散型電源の代表である太陽光発電が国内をはじめ欧米諸国において急速に普及している。そのため,配電系統にインバータが多数接続されるようになってきた。本研究課題では,太陽光発電用インバータが複数台接続された場合における,伝導ノイズの発生状況とノイズフィルタの設計手法について研究を行った。また,複数台インバータのスイッチング手法についても検討を行った。主となる研究対象は,50W100W程度の太陽電池モジュールの背面に接続するACモジュールと呼ばれる太陽光発電の方式とした。この方式の場合には,2030台の小容量(50W100W)のインバータが同時に動作するために,伝導ノイズの発生量がインバータの動作状態やフィルタの接続法によって大幅に変化する可能性がある。まず,2台のフライバックインバータ同時動作の場合について研究を行い,インバータのスイッチングのタイミングを180度ずらすことによって,ノイズ成分が等価的に2倍になることを実験により明らかにした。一方,複数台インバータを非同期でスイッチングさせることによって特別な制御を用いることなくノイズ発生量を低減できることを示した。また,ノイズフイルタの設計では,フィルタの寄生容量を考慮して設計を行い,各インバータにノイズフィルタを設置するよりも-括設置することによって伝導ノイズを効果的に低減可能であることを解析と実験により明らかにした。以上の結果は,今後予想されるインバータ複数台動作時におけるノイズ抑制手法に関するフィルタ設計法の指針を与えるものであり,分散電源装置のさらなる普及・促進のための重要な研究成果を得ることができた。敷地面積の少ない都市部の家庭に分散電源を設置しようとする場合にはより小型な電力変換回路が求められる。太陽光発電や燃料電池発電に用いられる電力変換回路(インバータ)は電力用半導体素子を用いたスイッチング動作が行われる。スイッチング動作に起因する周波数成分を抑制するためにインダクタンスとキャパシタンスから構成されるフィルタがインバータの交流側に設置されるのが一般的である。しかし,このフィルタの小型化を目的として,インバータの高速スイッチング動作が求められている。高速スイッチングによって,従来のインバータに比べてノイズ電流の影響がまずますが増加し,他機器への通信障害や誤動作,さらには電力変換器地震の誤動作等の問題がある。そこで,高速スイッチング動作時のノイズ電流の評価と低減が重要な課題となっている。本研究課題では,ノイズ電流を測定するための電力変換回路として降圧チョッパ回路を試作し測定を行った。実際のインバータは連続動作であるが,試作した回路は1回のスイッチングのみを行い,そのときに発生するノイズ電流の測定が可能である。降圧チョッパ回路においてMOSFETのゲート駆動回路に流れるコモンモード電流を測定し,その発生要因の検討を行った。その結果,インバータの回路に流れる電流に比例してノイズ電流が大きくなることを示した。また,SiCデバイスや高速MOSFETを使用した場合についても検討を行い,半導体素子のスイッチング速度に比例してノイズ電流が増加することを示した。
平和活動からの撤退決定が可能となるとき

本研究は、「武力を用いた平和活動(armed peace operation)からの撤退決定が可能になるのは、いつか」という問いに答えるものである。大国間戦争の脅威が遠のいた冷戦終結後、武力を用いた平和活動が盛んになるとともに、撤退(終戦)の決定は介入(開戦)の決定よりも難しいといわれる機会が多くなった。例えば、米軍は、2001年に介入したアフガニスタンにおいて、2019年現在もなお駐留を継続し、「米国史上最長の戦争」と呼ばれるに至っている。科研費・特別研究員奨励費を得て進めた研究(15J04383)においては、「出口戦略のディレンマ」という構造的な要因ゆえ撤退決定が難しくなることを示したが、現地での活動が永遠に続くわけではない。では、撤退決定が可能になるのは、いつか。この点につき、既存の研究は、例えば、近く予定されている国内選挙における有権者からの批判を回避するために撤退が決定されるといったように、介入国が「目前の批判回避」のみを図ると捉えて立論してきた。一方、本研究は、撤退後に治安が悪化した場合に生じる不満を他の主体(前政権や国際機関、被介入国など)に逸らすことができる状況にあるときに可能になると考える。つまり、介入国は「将来の批判回避」をも図ると捉えるわけである。この視点の転換により、政策決定者を近視眼的な主体だとする仮定から解放してもなお撤退決定は難しいことを示し、従来の議論に比べてより構造的な要因を明らかにすることを目指した。そして、このような議論を「責任転嫁可能な好機」として概念化した3年計画のうちの2年目となる2018年度は、上記の仮説に基づいて、主に米国主導のイラク(2003年2011年)やソマリア(1992年1994年)等における活動について事例分析を行なった。3年計画の2年目となる2018年度の計画は、1イラク(2003年2011年)に関する事例分析をアフガニスタン(2001年)と同じレベルにまで深める、2アフガニスタンやイラクと同様に米国主導でなされたソマリア介入(1992年1994年)についての事例分析を新たに行なう、3米国のような個別国家ではなく国連主導でなされた事例(カンボジア、コソボ、東ティモール)にも分析対象を広げて説明を試みるという三段階に分かれていた。このうち、1については予定通りの進捗があり、2についてはアフガニスタン、イラクの両事例に比べて分析に甘さが残っているものの、一定の進捗があったといえる。一方、3においては、国連主導の活動についても、個別国家主導の活動とほぼ同様に説明ができると考えていたが、一ヶ国あたりの負担の違い等もあり、国連主導の活動については別途新たに理論構築を行なう必要があると判明した。この過程で、出口戦略(撤退)という本研究のテーマに密接に関わる論文として『国連研究』19号に査読付き論文が掲載されることとなったのは、大きな成果である。同時に、撤退ではなく介入に関する議論であるが、単行本所収論文を2本出版することもできた。介入論は撤退論にも少なからぬ影響を与えるもののため、最終年度となる次年度における分析枠組みの精緻化にも資するところが大きいといえる。最終年度となる2019年度は、三段階に分けて研究を進めていく方針である。1ソマリアに関する事例分析をアフガニスタンやイラクと同じレベルにまで深める、2国連主導でなされた事例(カンボジア、コソボ、東ティモール)について米国主導でなされた事例(ソマリア、アフガニスタン、イラク)と比較して、その異同に着目しながら新たに理論構築を行なう、3アフガニスタンやイラクを主対象にした場合と同様に論文にまとめ、査読付学術論文誌への掲載を目指す、の三段階である。とりわけ2の段階に一定の時間を要するものと思われるが、順調に進んだ場合には、次年度以降に計画していた新たな研究課題に取り組む。すなわち、在外基地からの撤退や植民地からの引き揚げといった類似事例に関する予備調査を前倒しして実施する。例えば、米軍は、2001年に介入したアフガニスタンにおいて、2018年現在もなお駐留を継続し、「米国史上最長の戦争」と呼ばれるに至っている。

初年度となる本年度は、このような議論を「責任転嫁可能な好機」として概念化したうえで、米国主導のアフガニスタン(2001年)、イラク(2003年2011年)等における活動について事例分析を行なった。初年度となる2017年度の計画は、1分析枠組みの構築、2アフガニスタン、イラクに関する事例分析、3ここまでの成果を踏まえた学会報告という三段階に分かれていた。このうち、1については予定通りの進捗があり、2についてはアフガニスタンに比べてイラクに関する分析に甘さが残っているものの、おおむね予定通りに進展しているといえる。3においては、アフガニスタンに事例を絞っての報告となったものの、次年度以降に予定している事例分析にも資する有益なフィードバックを多く得ることができた。この過程で、出口戦略(撤退)という本研究のテーマに密接に関わる論文として『平和研究』48号に査読付き論文が掲載されることとなったのは、大きな成果である。同時に、撤退ではなく介入に関する議論であるが、共編書を大阪大学出版会より出版することもできた。介入論は撤退論にも少なからぬ影響を与えるもののため、次年度に予定している分析枠組みの精緻化にも資するところが大きいといえる。本研究は、「武力を用いた平和活動(armed peace operation)からの撤退決定が可能になるのは、いつか」という問いに答えるものである。大国間戦争の脅威が遠のいた冷戦終結後、武力を用いた平和活動が盛んになるとともに、撤退(終戦)の決定は介入(開戦)の決定よりも難しいといわれる機会が多くなった。例えば、米軍は、2001年に介入したアフガニスタンにおいて、2019年現在もなお駐留を継続し、「米国史上最長の戦争」と呼ばれるに至っている。科研費・特別研究員奨励費を得て進めた研究(15J04383)においては、「出口戦略のディレンマ」という構造的な要因ゆえ撤退決定が難しくなることを示したが、現地での活動が永遠に続くわけではない。では、撤退決定が可能になるのは、いつか。この点につき、既存の研究は、例えば、近く予定されている国内選挙における有権者からの批判を回避するために撤退が決定されるといったように、介入国が「目前の批判回避」のみを図ると捉えて立論してきた。一方、本研究は、撤退後に治安が悪化した場合に生じる不満を他の主体(前政権や国際機関、被介入国など)に逸らすことができる状況にあるときに可能になると考える。つまり、介入国は「将来の批判回避」をも図ると捉えるわけである。この視点の転換により、政策決定者を近視眼的な主体だとする仮定から解放してもなお撤退決定は難しいことを示し、従来の議論に比べてより構造的な要因を明らかにすることを目指した。そして、このような議論を「責任転嫁可能な好機」として概念化した3年計画のうちの2年目となる2018年度は、上記の仮説に基づいて、主に米国主導のイラク(2003年2011年)やソマリア(1992年1994年)等における活動について事例分析を行なった。
白色EL素子用有機発光材料の研究

単一ドーパント発光材料による有機EL白色発光化のために、複合配位子分子、蛍光材料の燐光強度増大化、ホストの発光との共存、エキサイプレックス(EX)発光、青色発光用高効率ホスト材料、の研究を行った。複合配位子材料から緑色と赤色の発光、蛍光体の燐光体増感による緑色蛍光と赤色燐光の発光、赤色発光燐光材料を微量添加した青色蛍光体薄膜から白色発光、4つの蛍光分子材料の混合層で形成された4種類のEXによる超ブロードな白色光、を得た。白色有機EL素子は,テレビ用ディスプレイや,液晶ディスプレイ用のバックライトや,薄型平板照明などに利用できる。消費電力が少なく軽量でフレキシブルという利点がある。この多波長発光有機EL素子用材料の開発研究に取り組んだ。先ず,従来から用いられている赤,緑,青の3色または2色の有機EL材料を混ぜ,各々の分子から独立して発光させる方法に取り組んだ。その一つとして,青色発光するホール輸送材料TPDに高効率緑色発光のIr(ppy)_3と赤色発光PtOEP燐光分子をドープした材料で白色発光を得た。TPDホストからのIr(ppy)_3およびPtOEPドーパントへのエネルギー伝達機構を明らかにした。さらに,SimCPやmCPやCBP蛍光材料ホストにFIrpiqやFIrN4燐光分子をドープした薄膜の発光特性を調べ,蛍光材料の燐光発光機構を明らかにした。上記の多種類の分子を混ぜる方法に加えて,一つの分子から多波長発光を得る研究に取り組んだ。異なる材料の混成は,早い劣化を招き,安定性に問題があり,また材料費コストが高くなるからである。複数の異なる配位子分子をもつ一つの有機金属錯体から,それぞれの配位子からの異なる発光を取り出すことに成功した。その一つとして,Ir(ppy)_3がもつ3つのppy配位子の内,一つをキノリン分子に置き換えたIrQ(ppy)_2を合成して,540nmの緑色と660nmの赤色発光を得た。このmixed-ligandイリジウム錯体の光物性と10-300Kの温度範囲で測定しその性能を評価した。また,有機EL素子を作製しEL発光特性を調べ,励起発光緩和機構を明らかにし,このようなmixed-ligand金属錯体が白色化に有望であることを実証した。白色有機EL素子用発光材料には、蛍光材料と燐光材料とがある。燐光材料の方が高い効率であるのは理論的にも実験的にも知られているが、効率の観点からのみ材料を決めてよいのかについて疑問をもち、いくつかの蛍光材料の特性を光学測定により調べた。安定で高い輝度をもつ蛍光分子として知られているアルミニウムキノリンAlq_3がもつ特性を、その溶液、結晶および薄膜状態で光学測定を行い、状態の違いによる特性やα相γ相δ相などのいろいろな結晶相での分子振動と電子状態を調べた。Ir(ppy)_3燐光体を増感剤として用いることによるAlq_3の燐光強度の増大化に成功した。Alq_3のほかに、正孔輸送層に用いられるフェニルアミン類のTPDについても発光および吸収スペクトルを10Kから室温の範囲にわたって測定を行い、電子状態と薄膜での分子形態、および光励起発光測定による内部量子効率を調べた。90%に近い効率が得られ、青色発光材料としてTPDが有用であることを見出した。発光するドーパント材料だけでなく、ドープされる青色発光用ホスト材料にはどのようなものがよいかの材料開発研究にも取り組んだ。その一つとして,従来のCBPホストよりもSimCP2がガラス転移点やモルフォロジや電荷移動度の観点から最適であることを見出した。白色有機EL素子としては、蛍光材料を用いたものと、緑色発光Ir(ppy)_3と赤色発光PtOEPの燐光分子などの燐光材料を用いたものとの両者について発光特性を実験的に調べた。一方、電荷注入による発光のELだけでなく光励起発光PLについても測定を行い、ELとPLとの相違点(例えば、PLでは白色となるがELでは単色になる)を見出し、相違がなぜ生じたかを考察した。有機EL素子からの白色発光化には、赤,緑,青それぞれの色を発光する分子を3種類ホストにドープし3色光を一つの発光層から出す単一発光層方式が採用されている。この方式では、多種類の材料が必要であり、素子稼動中に起る色変化や相分離による劣化、異なる発光材料の間での劣化速度の違い、などが生じ不安定な素子となる。大量生産には、製造コストの低下と製造の簡便さが必要である。そのためには、1種類の発光材料を用いて白色発光させることが望ましい。それに適う方法として、1.複合配位子の利用、2.蛍光材料の燐光の利用、に取り組み、材料の探索や、白色化を可能にする条件および理論的根拠を探る研究を行った。新規白色EL用ホスト材料の開発も行った。1.に関しては、複合配位子をもつ材料での異なる配位子からの緑色と赤色の2色発光を、Ir(ppy)_2Q分子から得た。

2色発光が可能になったのはppy配位子面とキノリンQ配位子面とがほぼ直角であるためppy準位からQ準位へのエネルギー伝達が抑制されたためであることが、TDDFT計算から判明した。複合配位子分子から多色発光を得る条件を、実験と理論から明らかにした。溶液中では安定した発光を得たが、有機EL素子にした場合、赤色が強い発光となった。これは、素子内での薄膜状態では、分子間でのエネルギー移動が起ったためと結論し、分子間の間隔を広げることによりそれを避けることができるとの提案を行った。2.に関しては、蛍光体のゼロに近い燐光強度を、燐光材料をホストにしてその三重項準位からのエネルギー伝達を利用し、蛍光体からの蛍光と同程度の強度の燐光を発光させた。例えば、Bebq_2やAlq_3の蛍光体のIr(ppy)_3燐光体による増感から、緑色蛍光と赤色燐光とからなる多色発光スペクトルを得た。この方法の応用により、白色発光が可能であることを示した。
震災死傷者軽減のためのSAR戦略と救命ライフラインの機能維持に関する研究

地震時における死傷者の軽減システムの確立に焦点を当てた研究目的の中で、本年度は建物倒壊と避難行動との関係と、地震後の救助情報伝達システムに関する分析を行い、昨年から研究してきた病院ライフラインの信頼性評価についてまとめた。さらに、本研究の最終年度にあたる本年度はこれまでの研究を総括して得られた知見をまとめた。建物倒壊と避難行動に関する研究では、これまで行ってきた個別要素法による崩壊シミュレーションに建物の非線形応答特性を新たに加えて解析を行った。さらに、これらの解析結果とともに一昨年前に研究した地震動と避難行動の余裕時間に関する評価法を合わせて、建物倒壊と避難行動について分析・検討した。この研究成果は、今後海外の論文へ投稿する予定である。地震後の救助情報伝達システムに関する分析では、これまでの地震時の捜索・救助(SAR)活動における問題点として、倒壊家屋での閉じ込め者の情報が住民から防災機関に円滑に伝達されていないことを定性的に述べてきた。そこで、災害時の駆け込みによる要請記録を基にこれらの発生プロセスについて、被災程度や地理意的条件などの要因について分析を行った。さらに、病院への救命ライフラインの機能の信頼性評価については、昨年からの研究の継続として病院内部のライフライン評価とそれらの相互依存関係の部分を発展させ、神戸市域の病院に適用しリスク低減策について検討した。この研究成果は、来年度の国際会議で発表する予定である。本年度の5月9月までの4ヶ月半の間、アメリカ・ニューヨークのワイドリンガー・アソシエイツのジョゼフ・ライト氏(コロンビア大学客員教授)の指導のもとで、上記の研究の建物崩壊に関する解析プログラムについて研究をするとともに、これまでの研究成果を英文でまとめ、ライト氏の添削・校正を受けて編集作業を行い、最終報告書を仕上げた。地震時における死傷者の軽減システムの確立に焦点を当てた研究目的の中で、本年度は都市域における地震時の人的被災リスク概念、および救命活動に関わるライフラインが機能損傷した場合の影響度の評価手法について研究した。負傷者の被災地から病院までの搬送活動には、構造物被害によって生じた交通システムの械能損傷が通行時間の遅れを引き起こし、負傷者の生存率低下へ影響を及ぼす。この状況を表現するにあたり、交通ネットワークにおける橋梁損傷を受けた場合の交通量推定と、救助活動から搬送、治療過程までをモデル化して数値シミュレーションを行うことを試みた。機能損傷の影響度は、病院へ到着した負傷者の生存率が低下した値であると捉えた。この研究成果は、土木学会論文集へ投稿中であり、10月に開催された日中米のライフラインシンポジウムでも発表を行っている。本年度の511月の7ヶ月間、イタリアのミラノ工科大学のシーラ・メノーニ教授の指導のもとで都市域における地震時のリスクや緊急対応の考え方などの研究を行なった。これまで一般的に考えられてきた都市域における地震のリスク概念を把握するとともに、とくに人的被災を対象として、既往文献を整理しリスク概念規定としてまとめた。また、日本と台湾での地震発生後のSAR活動に関して、迅速かつ適切な地震後の緊急対応に関わる要因を抽出し、消防機関の活動記録からこれらの要因について比較検討を行った。これらの研究は、本年度の研究報告書の中でまとめている。現在、病院へのライフラインシステムの機能損傷による影響評価を試みている。水道システムを取り上げ、配水池から病院までの病院外部のシステム評価を行った。この成果は1月の日米のワークショップで発表している。今後病院内部のシステム評価を行なっていく次第である。
チェルノブイリ周辺甲状腺がんの分子疫学調査

小児期にチェルノブイリ事故に被災した人々に激増している甲状腺がんについて、放射線被曝の影響の有無を解明することを目的として、国際機関および旧ソ連の研究機関と共同して小児甲状腺がんの症例対照研究および被ばく者集団の追跡調査を実施するとともに、国際甲状腺組織登録バンクの運営に積極的に関与し、各種甲状腺がん関連遺伝子の解析を行い、主として以下の成果を得た。1.小児甲状腺がん組織を用いて分子生物学的解析を行い、Braf異常頻度が成人に比し低く、この遺伝子異常に対する放射線の影響が否定的であることを示した。2.過剰ヨウ素摂取による甲状腺のヨウ素飽和を示し、緊急被曝時における安定ヨウ素摂取の内部被ばく低減効果を実証した。3.甲状腺疾患とmtDNA異常との関連を精査し、mtDNA異常の特異的パターンの検出は困難でも、チェルノブイリ症例の集積により放射線刻印遺伝子異常発見が可能となることを示唆した。4.複数の遺伝子発現パターンに基づくRT-PCRで解析可能、簡便かつ高感度の、甲状腺乳頭癌遺伝子診断法の臨床応用の可能性を検討し、甲状腺がんの分子標的および免疫療法の基礎的検討を行った。5.ロシア連邦で小児期にチェルノブイリ事故に被災した約2,500人の個人被曝線量を推定し、放射線による非がん甲状腺疾患リスクの推定を試みた。
抗体L鎖を利用した新規抗体酵素の触媒機構

抗ポルフィリンモノクローナル抗体を生産する2種類のハイブリドーマ細胞(13-1,03-1)を常法により取得し、両抗体のFab領域について、ポルフィリンと結合状態でペルオキシダーゼ活性を測定した結果、03-1抗体の場合にのみ若干の活性が認められた。さらに、ハイブリドーマ細胞由来のmRNAを元に、両抗体のFab領域をコードするcDNAを、大腸菌を宿主としてクローニングし、塩基配列の決定を行った。それぞれの抗体由来のL鎖、H鎖を大腸菌内で大量発現させる系を構築し、精製した。03-1抗体,13-1抗体ともL鎖単独でも抗原結合能があるという珍しい事実が明らかにされ、ポルフィリン鉄錯体結合状態におけるペルオキシダーゼ活性を調べたところ、13-1L鎖の場合、ピロガロールを基質として高い活性が認められた(Km(H202)=4.0mM,Km(pyro)=2.3mM,kcat=667min^<-1>)。そこで、この13-1L鎖(220アミノ酸残基)とポルフィリン鉄錯体の複合体を、新規抗体酵素、L-zymeと命名した。興味深いことに、L-zymeの反応至適温度は、90°Cであった。また、L-zymeの立体構造を予測した結果、天然のペルオキシダーゼにおいて良く保存されている遠位、地位のヒスチジンに相当する残基が超可変部領域に存在すると考えられ、L-zymeは、天然のペルオキシダーゼと類似の触媒機構を有していることが示唆された。さらに、遠位、近位のヒスチジン残基を他のアミノ酸残基に置換する事により、活性を消失させることができ、この反応メカニズムを証明できた。【目的】機能分子ポルフィリンのホストタンパク質としてモノクローナル抗体をとらえ、抗体が抗原と結合して初めて酵素機能を持つ、従来の抗体酵素とは異なったモノクローナル抗体利用法を開発する。具体的な目的として、(1)モノクローナル抗体の構造予測を行ない、抗体と抗原の結合状態、及び抗体酵素の活性発現機構についての仮説を設ける、(2)抗ポルフィリン抗体の解離定数測定、(3)遺伝子への変異導入によるアミノ酸置換により、抗体酵素の構造-機能相関の解析と改変を行う、の2点が挙げられる。【2】研究成果(i)抗体酵素の構造予測塩基配列に基づくアミノ酸配列から、03-1抗体、並びに13-1抗体の両抗体について、抗原認識部位の立体構造をAbM抗体三次元構造予測プログラム(Oxford Molecular社)により推定した。予測の結果、抗体とポリフィリンの結合様式が明らかとなり、13-1抗体のH鎖CDR3に存在するTrp103が活性発現に阻害的に働いていることが示唆された。(ii)L鎖抗体酵素の解離定数L鎖のみでも抗原に結合し、活性をた結果に基づき、抗体L鎖の解離定数を蛍光消光法により測定した。13-1抗体L鎖(L-zyme)は、ポリフィリンと結合状態で高い活性を示したが、解離定数は、1.4X10^<-5>であった。この値は、モノクローナル抗体の場合の1.5X10^<-7>よりも高いが、特異的な結合であると言えた。(iii)L-zymeの性質と変異導入L-zymeは、反応最適温度が90°Cの耐熱抗体酵素であった。耐熱製の原因を遺伝子に欠失変異を導入して調べた。その結果、115-146の疎水領域が熱安定性に、147-189領域が活性に重要であることが解った。(1)抗体構造予測

Oxford Molecuar社製の抗体構造予測プログラムAbMを用いて、抗ポルフィリンモノクローナル抗体(03-1,13-1)について3次元構造を予測した結果、13-1抗体においては、抗原結合領域において、H鎖CDR3由来のTrp103の突出が認められた。このことが、13-1抗体にポルフィリン鉄錯体が結合しなかったこと、蛍光消光法によって解離定数が決定できなかった原因と考えられた。(2)抗体酵素の諸特性13-1L鎖抗体酵素(L-zyme)の反応至適温度を決定した結果、90°Cで最も高い活性を発現することが解った。定常領域を遺伝子工学的に除去した場合の、反応至適温度変化を調べた。その結果、親水性の高い領域(残基番号147-189)が活性に、疎水性領域(残基番号115-146)が熱安定性に関与していることが認められた。(3)抗体酵素の酵素化学的定数ピロガロールを基質として、酵素化学的定数を、決定した結果、Km (H_2O_2)=4.0mM,Km (pyro.)=2.3mM,kcat=667min^<-1>となった。そこで、新規抗体酵素、L-zymeと命名した。L-zymeのkcatは、既存の抗体最高であり、天然酵素にも匹敵する値であった。(4)抗体酵素の触媒機構モデル13-1抗体の超可変部領域の構造を予測からH鎖部分を除去して、L-zymeの構造予測図を作製した。L-zymeの触媒部位(予想)について、既にX線結晶構造解析により構造が明らかになっているArthromyces ramosus由来のペルオキシダーゼ(ARP)との構造比較を行った。13-1L鎖、ARP共に相似したアミノ酸の配置になっており、特に、ポルフォリン錯体が配位すると思われる両方のHis間の距離は、ARPで7.80Å、L-zymeで9.09Åと近い値であった。また、他の触媒残基についても、保存性が認められ、L-zymeは自然界のペルオキシダーゼ反応機構と類似の反応様式を備えている可能性が示唆された。
物理的圧力が花の形態構造に与える影響の解析

独自の新規実験系を用いてシロイヌナズナ花原基に人工的に物理的圧力を加え、花形態への影響を観察する。具体的には発生初期の花原基にシリコン製のマイクロデバイスを一定時間接触させて物理的圧力を与え、その後の経過を観察して花形態に変化が起きることを確認する。さらに本研究では、この花に物理的圧力を加える実験系に微小物理的圧力を測定する手法、花芽分裂組織における細胞の張力分布を算出する手法を導入することを目指す。この2つの手法を組み込むことにより、どのくらいの物理的圧力を加えると、花芽分裂組織における細胞の張力分布がどの程度変化し、それがどのような花形態の変化につながるかを明らかにすることができる。
排熱回収を指向した低温でのエタノール水蒸気改質による高効率水素製造

エタノール水蒸気改質による水素製造を低温で炭素析出なく進めるための高性能触媒と電場触媒反応プロセスを検討した。アパタイト担持Co触媒を用いることで,炭素析出を著しく抑制でき,高い安定性を示した。アパタイト担体上ではCo2+種として主に存在し,これが耐炭素析出能に優れる活性サイトとして働くことを示した。また,反応温度の低温化を志向し,触媒に微弱な電場を印加する電場触媒反応を適用した。担持金属触媒への電場印加により,150°C程度の非常に低い温度でエタノール水蒸気改質が十分な反応速度で進行することを見出した。エタノール水蒸気改質による水素製造を低温で進めうる触媒プロセスを開発することを目的に,高い活性・選択性・安定性を有する低温作動型触媒の検討を行った.反応装置には固定床流通式反応器を用い,整粒した触媒とSiC(希釈剤)を層高が10 mm程度になるように充填した.触媒として573K以下でエタノール脱水素に活性を示すことを見出しているストロンチウムアパタイト(Sr10(PO4)6(OH)2:以下Sr-P)担体にCo,Pt,Rhをそれぞれ担持して用いた.S/C=5のエタノール水溶液を気化した後にキャリアガスと混合して反応器に供給し,反応温度723-823 K,常圧でエタノール水蒸気改質を行った.生成物はGC-FIDならびにGC-TCDで定性・定量を行った.炭素析出量は酸素雰囲気下でのTPO(昇温酸化)で測定した.5 wt%のCoを担持したSr-P触媒は,823Kにおいて比較的性能の良い5wt%Co/Al2O3触媒と比べて,活性・選択性は同程度であったものの,炭素析出を数十分の一程度まで抑制できることを見出した.また反応温度を低温化するための手法として,触媒層に電場を印加した電場触媒反応(Electreforming)の適用も検討した.反応を電気的にアシストすることにより,ギブスエネルギーを底上げすることで未利用排熱が回収可能な573K以下の低温で活性を発現することを目指した.固定床流通式反応器に電場を印加しうるPt/CeO2触媒200 mgを充填し,その上下に電極を設置して直流電流を流すことで電場を印加した.電場の印加により,423 Kという従来の触媒反応では全く反応が進行しない低温においても活性が発現し,水素が高い収率および選択率で生成した.電場触媒反応の適用により大幅な低温化を達成した.当初の計画において目的の一つに挙げた低温での活性発現を達成し,低温で良い性能を示す触媒材料もいくつか見つかっている.また種々のキャラクタリゼーションや各種因子の反応への影響の検討においても,次年度以降の計画に資する予備的な知見が得られている.以上のことから研究はおおむね順調に進展していると判断した.エタノール水蒸気改質による水素製造に対し,低温でも高い活性や選択性,安定性を示す高性能触媒の検討ならびにその触媒性能に影響する因子を明らかにすることを目指した。反応装置には固定床流通式反応器を用い,整粒した触媒とSiC(希釈剤)を層高が10 mm程度になるように充填した。触媒としては,前年度に高い性能を示すことを見出しているストロンチウムアパタイト(Sr10(PO4)6(OH)2:以下Sr-P)担体に5 wt%のCoを担持したCo/Sr-P触媒を用い,823 Kでエタノール水蒸気改質を行った。Co/Sr-P触媒は,炭素析出を著しく抑制できるために高い安定性を示すことが分かった。Co/Sr-P触媒の構造や電子状態を詳細に検討したところ,Sr-P担体上のCoは還元されにくくなっており,823 Kでの水素還元後においてもCoO種として存在し,これが耐炭素析出能に優れる活性サイトとして働くことを示した。また触媒層に電場を印加した電場触媒反応(Electreforming)による反応温度の低温化検討においては,低温化に及ぼす電場印加効果の解明を目指した。電場中でのin situ DRIFT(拡散反射法による赤外分光)測定により,電場印加に伴って反応性の高いアセテート吸着種が低温でも速やかに生成すること,および生成したアセテート吸着種が水蒸気存在下で速やかに改質される(水素へと転換される)ことが示された。またH2OとD2Oを用いた活性試験により,電場は水分子または吸着OHx種の活性化にも寄与していることが示された。これらのことから,電場印加により低温(573 K以下)でもエタノール水蒸気改質が速やかに進行したと結論付けた。低温で良い性能を示す触媒系がいくつか見つかったとともに,それらの触媒がなぜ良い性能を示すのかが明らかになってきており,学理解明と高性能触媒開発に資する知見が得られつつある。以上の点から研究はおおむね順調に進展していると判断した。触媒層に電場を印加した電場触媒反応(Electreforming)による反応温度の低温化検討においては,Pt/CeO2触媒を用い,H2OとD2Oを用いた活性試験により,反応速度に及ぼす同位体効果を詳細に検討した。その結果,電場を印加した時のみ,水分子が関与する反応であるアセトアルデヒド水蒸気改質と水性ガスシフトの2つの反応過程において反応速度に同位体効果が現れ(H2Oを用いた時よりもD2Oを用いた時の方が反応速度は低下した),水分子が関与する反応が電場で活性化されることが示された。

また高活性触媒についても検討を進め,CeO2にZrO2を固溶したCe1-xZrxO2を調製し,担体として用いたところ,同触媒量あたりの活性はPt/CeO2触媒よりもPt/Ce1-xZrxO2触媒の方が高くなることを見出した。この低温電場触媒反応はエタノールの水蒸気改質だけでなく,ジメチルエーテルの水蒸気改質に対しても適用可能であり,Pd/CeO2触媒を用いて電場を印加することで,473 K以下の低温でも十分な反応速度で進行し,高い水素選択性(メタン副生の抑制)を示すことを明らかにした。ジメチルエーテルはエタノールと同じ化学式(C2H6O)で表現できるが,C-C結合を持たないため反応性が高く,高い転化率,水素収率,エネルギー効率が得られた。また,従来の触媒反応によるジメチルエーテルの水蒸気改質においては,酸触媒を用いてジメチルエーテルの加水分解を促進する必要があったが,電場触媒反応においては酸触媒が存在しなくても反応が進行した。これまでの検討により電場印加によって触媒表面上で吸着水を介したプロトン伝導が起こることが観測されているため,このプロトンがジメチルエーテルの加水分解を促進するために,酸触媒が存在しなくてもジメチルエーテルの水蒸気改質が進行すると考えた。エタノール水蒸気改質による水素製造を低温で炭素析出なく進めるための高性能触媒と電場触媒反応プロセスを検討した。アパタイト担持Co触媒を用いることで,炭素析出を著しく抑制でき,高い安定性を示した。アパタイト担体上ではCo2+種として主に存在し,これが耐炭素析出能に優れる活性サイトとして働くことを示した。また,反応温度の低温化を志向し,触媒に微弱な電場を印加する電場触媒反応を適用した。担持金属触媒への電場印加により,150°C程度の非常に低い温度でエタノール水蒸気改質が十分な反応速度で進行することを見出した。触媒の微細構造や電子状態が反応にどのような影響を与えるかを検討するため,H2-TPRやXAFS(SPring-8)測定などを行う.D2Oなどの同位体を用いて速度論的同位体効果について検討を行うとともに,反応場のその場観察(In-situ DRIFT)も行うことで,詳細なメカニズムの解明に取り組む.反応雰囲気における触媒の微細構造や電子状態をin situ XAFS(SPring-8)測定で明らかにする。また同位体を用いた速度論的検討も行う。さらに低温電場触媒反応においては,エタノール以外の基質にも適用し,基質の構造と電場印加効果との相関について詳細に検討を行うことで低温活性発現の学理を解明する。触媒化学当初,水熱合成用オートクレーブを購入予定であったが,仕様決定に時間がかかったため。少額(2505円)が残り,研究遂行上の必要な試薬等を購入するには中途半端な金額であったため,あえて使いきらず次年度に回すこととした。翌年度,水熱合成用オートクレーブおよび消耗品の購入に使用予定である。次年度の試薬等の購入に対し,当初の予算に2505円を加えて有効に使用する。
酸化的DNA障害を認識する高等真核生物由来の修復酵素

本研究では,酸化的損傷に対する塩基除去修復酵素hOGG1ならびにmNthl1の生化学的な酵素特性解析を行い,原核生物のホモログとの機能的な相違を検討した.1. 8-oxoGおよびme-Fapyを含むオリゴヌクレオチドを基質として,hOGG1およびFpgの両基質に対する活性と酵素パラメーターを調べた.8-oxoG,me-Fapyはともに両酵素の基質となることが示されたが,切断生成物は,hOGG1ではβ-脱離生成物であるのに対し,Fpgではβ,δ-脱離生成物であった.hOGG1の8-oxoGおよびme-Fapyに対するkcat,Kmは数倍程度異なったが,反応効率(kcat/Km)は同程度であった.Fpgでも同様な検討を行ったところ,hOGG1に比べ高いkcatが得られたが,基質特異性に関してはhOGG1と同様な結果が得られた.NaBH_4存在下,8-oxoGあるいはme-Fapyを含む基質とhOGG1,Fpgをインキュベートし,生成物をSDS-PAGEで分析した.その結果,両酵素で基質-酵素間のクロスリンク複合体の存在が確認された.これは,反応中間体として,酵素-基質間でSchiff baseが形成されることを示している.2.様々な損傷を含むオリゴヌクレオチド基質を用いてmNthl1と大腸菌ホモローグ(EndoIII)の基質認識の差を検討した.TGの立体異性体(5S,6R体と5R,6S体)に対する活性は,両酵素の間で有為な差は認められなかった.また,EndoIIIではTGとURに対する活性は同程度であったが,DHTに対する活性は著しく低く,TGの約1/15であった.mNthl1でもTGとURに対する活性は同程度であったが,DHTでは低かった.しかし,DHTに対する活性はEndoIIIの場合ほどの大きな差はなく,TGの1/2程度であった.本研究では,酸化的損傷に対する塩基除去修復酵素hOGG1ならびにmNthl1の生化学的な酵素特性解析を行い,原核生物のホモログとの機能的な相違を検討した.1. 8-oxoGおよびme-Fapyを含むオリゴヌクレオチドを基質として,hOGG1およびFpgの両基質に対する活性と酵素パラメーターを調べた.8-oxoG,me-Fapyはともに両酵素の基質となることが示されたが,切断生成物は,hOGG1ではβ-脱離生成物であるのに対し,Fpgではβ,δ-脱離生成物であった.hOGG1の8-oxoGおよびme-Fapyに対するkcat,Kmは数倍程度異なったが,反応効率(kcat/Km)は同程度であった.Fpgでも同様な検討を行ったところ,hOGG1に比べ高いkcatが得られたが,基質特異性に関してはhOGG1と同様な結果が得られた.NaBH_4存在下,8-oxoGあるいはme-Fapyを含む基質とhOGG1,Fpgをインキュベートし,生成物をSDS-PAGEで分析した.その結果,両酵素で基質-酵素間のクロスリンク複合体の存在が確認された.これは,反応中間体として,酵素-基質間でSchiff baseが形成されることを示している.2.様々な損傷を含むオリゴヌクレオチド基質を用いてmNthl1と大腸菌ホモローグ(EndoIII)の基質認識の差を検討した.TGの立体異性体(5S,6R体と5R,6S体)に対する活性は,両酵素の間で有為な差は認められなかった.また,EndoIIIではTGとURに対する活性は同程度であったが,DHTに対する活性は著しく低く,TGの約1/15であった.mNthl1でもTGとURに対する活性は同程度であったが,DHTでは低かった.しかし,DHTに対する活性はEndoIIIの場合ほどの大きな差はなく,TGの1/2程度であった.
単細胞動物ミドリゾウリムシと緑藻クロレラとの細胞内共生成立機構の研究

(1)ミドリゾウリムシの共生クロレラは1つずつが宿主の食胞膜由来のペリアルガルバキュオール(PV)膜に包まれている。我々はミドリゾウリムシをタンパク質合成阻害剤のシクロヘキシミドで処理して光学顕微鏡で観察すると、24時間以内に共生クロレラを包むPV膜が同調して膨張し、次にリソソーム融合阻止能力を失い、PV膜内のクロレラの消化が誘導される現象を発見した。(Kodama and Fujishima, 2008)。しかし、シクロヘキシミド処理によって誘導される一連の変化を透過型電子顕微鏡で観察した結果、PV膜の膨潤とリソソームの融合が誘導される以前にクロレラの内部構造はすでに崩壊していることが分かった。さらに、他のタンパク質合成阻害剤(エメチン、ピューロマイシン、クロラムフェニコール)で処理した場合には、上記の現象は誘導されないことを明らかにした(投稿準備中)。(2)ミドリゾウリムシとクロレラの細胞内共生には、トリコシストが多数存在する宿主細胞表層直下へのクロレラの接着が必要である。トリコシストに対するモノクローナル抗体を作製し、クロレラの再共生と除去に伴うトリコシストの変化を間接蛍光抗体法で調べた。その結果、クロレラの再共生過程では表層直下のトリコシストをクロレラが押しよけて再配列させ、トリコシストの総数も減少することが明らかになった。逆にクロレラを除去すると、クロレラ数の減少に伴いトリコシスト数が増加した。これらの結果は、共生クロレラがトリコシスト数やその配置を変化させることを示唆している(投稿準備中)。これまでにミドリゾウリムシでは、シクロヘキシミドは宿主のタンパク質合成を阻害しないが、クロレラのタンパク質合成は阻害することが明らかにされている。我々は、クロレラのタンパク質合成をシクロヘキシミドで阻害すると、24時間以内に細胞内の全ての共生クロレラを包むPerialgal vacuole(PV)膜が同調して膨潤し、その後PV膜にリソソームが融合して、共生クロレラの消化が誘導されることを明らかにした。さらに、この現象は恒明条件下(LL)のみで起こり、恒暗条件下(DD)や、光合成阻害剤のDCMU存在下では起きないことが分かった(Kodama and Fujishima,2008)。今年度、筑波大学井上研究室で透過型電子顕微鏡観察、試料作成、超薄切片作成の技術を獲得し、シクロヘキシミド処理によって誘導される上記の現象を透過型電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、シクロヘキシミドで処理した直後、PV膜の膨潤が誘導される以前にクロレラの内部構造はすでに壊れ、このクロレラはシクロヘキシミドを完全に除去した後でも分裂出来ないことが分かった。リソソーム融合やPV膜膨潤はクロレラの内部構造崩壊の後に起きる反応であることから、PV膜の機能維持にクロレラが関与していることが明らかになった。DD条件では、一連の変化(内部構造の崩壊、PV膜の膨潤、リソソームの融合)は観察されなかった。細胞内共生しているクロレラは宿主の細胞表層直下に接着しているため、宿主の原形質流動によって細胞質内を移動することはない。共生クロレラを包むPV膜の外側には、細胞直下に結合することに必要な物質や構造の存在が期待される。この構造への宿主細胞骨格の関与を調べるため、α-チューブリンに対するモノクローナル抗体を用いた間接蛍光抗体法で、宿主細胞質内におけるα-チューブリンの局在性を明らかにした。
次世代音声翻訳の研究

1A)音源教師有り手法である独立深層学習行列分析を新たに提案しその有効性を確認。生成モデルにスパース性を付与することで有意に雑音抑圧性能を改善可能と提示。B)常時音声認識を様々なドメインに適応すべく単語単位のEnd-to-Endモデルの適応法を研究。注意機構モデルを前向きだけでなく後向きに適用し組合せる方式を提案。C)一定時間待機型の逐次ニューラル機械翻訳の分析、英日翻訳では語順の違いが大きく影響することを確認。リアルタイム機械通訳システム構築に向けHMMベースのインクリメンタル音声合成手法を提案。スピーチチェーンに音声認識を統合。コードスイッチング検討。D)多言語機械翻訳のデータ欠落を補う手法を提案し翻訳精度を向上。訳語選択の柔軟性を向上させるニューラル機械翻訳方式を提案し小語彙条件下で性能向上。E)対話翻訳用にDialog State Tracking Challenge 2を用いた日英データセットとニューラルネットワークを用いたベースライントラッカーを構築。2A)音声とテキストの強調による人の知覚を主観評価で分析。音声、テキスト、動画等マルチモーダルコーパスの収集。深層学習によるマルチモーダル・マルチタスク認識の検討。B)深層学習に基づく音声特徴量変換処理と音声波形生成処理を組合せ声質変換性能の大幅な改善に成功。3撮影環境、顔向きを限定されないポートレート1枚から被写体の人物の顔の3次元形状、アルベドテクスチャ、ディスプレースメントマップ、スペキュラーBRDFを深層学習で精度よく推定する技術を開発。4違和感検出モデルの改良。意味違反のみならず統語違反の自動検出。多層パーセプロトロンにより6割程度での性能を達成。同時通訳時の通訳者の脳活動測定を実施。5同時通訳コーパス約124時間分(TED等)+約5時間分(日本記者クラブ)を構築。いずれの研究項目においても、計画に遅れを取らないよう研究を進めている。特に2018年度は、同時通訳音声コーパスの構築に注力した。1スパース性付与型独立低ランク行列分析と独立深層学習行列分析に基づき、音声認識システムとの統合を進め、雑音下常時音声認識システムの構築を行う。ダイレクト音声翻訳、リアルタイム機械通訳システム、マルチモーダルチェーンの構築を継続する。英日間の機械翻訳に適した同時機械翻訳方式の検討を行い、構築中の同時通訳コーパスを用いた性能検証を実施する。同時通訳データのデータ拡張手法について検討する。損失関数の工夫によるニューラル機械翻訳の頑健性向上に取り組む。対話翻訳のベースラインシステムを構築し、既存の枠組みで解決可能な現象と難しい現象の切り分けを行う。対話翻訳データセットの他機関研究者向けリリースを行う。2マルチ特性翻訳および感情翻訳の研究を継続して行う。深層波形生成モデルを用いた声質変換システムの高精度化に取り組むとともに、音声翻訳システムへの導入を目指し、同一言語発話対を必要としない非パラレル声質変換処理への拡張に取り組む。3頭部のみならず、キャラクタの印象を強く左右する全身像の3次元復元にも今後取り組んでいく。4違和感検出の時系列を考慮したモデルの構築と、実刺激での検出を取り組む。また同時通訳の実験データを解析し、同時通訳中の認知負荷を定量化することを目指す。5同時通訳コーパス構築を継続する。他分野化に着目する。同時機械翻訳のプロトタイプシステムを作成する。

1A)教師無し手法である独立低ランク行列分析に関して、そのスパース性を制御できるモデル(t分布・一般化ガウス分布)へ拡張し、スパース性付与が雑音抑圧能力向上に寄与することを実証。B)音響モデルと言語モデルをニューラルネットワークで統合的に内包した単語単位のEnd-to-End (Acoustic-to-Word)モデルを実現。MNMFを用いた雑音抑圧法の研究。C)統語的距離がある日英のEnd-to-Endアテンションベースの同時通訳システムを構築。半教師学習が可能なマシンスピーチチェーンを開発。D)多言語機械翻訳における原言語側のデータ欠落を特殊記号で補う手法を提案し、機械翻訳精度を改善。E)対話翻訳のデータセットを構築しIWSLT2017において公開。対話翻訳特有の現象について分析。2A)深層学習を用いて強調などの非言語情報に対応した音声翻訳手法を提案し、従来手法を大きく上回る翻訳結果を得た。B)音声波形モデリングに基づく統計的声質変換技術として、信号処理に基づく音声波形加工処理と深層学習に基づく音声波形生成処理に関する研究を進め、基盤技術を大いに改善。3口内部の不自然さを払拭すべく、歯形モデルの生成、発話時口内部のビデオシーケンスのデータベース化、リップシンクの口形状と同期した口内部映像の合成により、パッチベースのポアソンイメージエディティングの手法で実写クオリティの表情合成システムを開発。音声信号からリップシンクをリミテッドアニメ風に実現するVoiceAnimatorシステムを実現。4リアルタイムのユーザの状態推定を目指し脳波からの違和感を検出。意味違反および統語違反状態を意図的に作り出し、被験者に聞いてもらう実験で、有意な事象関連電位の出現および6割程度での機械学習モデルによる意味違反検出に成功。5学術シンポジウムの日英講演の同時通訳コーパス約5.5時間分を構築。常時音声認識において従来と全く異なる認識方式を考案したことなど、一部、当初の計画以上の進展があったが、それ以外についてはおおむね計画通りに研究が進んでいる。1スパース性付与型独立低ランク行列分析と独立深層学習行列分析に基づき、音声認識システムとの統合を進め、雑音下常時音声認識システムの構築を行う。ダイレクト音声翻訳、リアルタイム機械通訳システム、マルチモーダルチェーンの構築を継続する。英日間の機械翻訳に適した同時機械翻訳方式の検討を行い、構築中の同時通訳コーパスを用いた性能検証を実施する。同時通訳データのデータ拡張手法について検討する。損失関数の工夫によるニューラル機械翻訳の頑健性向上に取り組む。対話翻訳のベースラインシステムを構築し、既存の枠組みで解決可能な現象と難しい現象の切り分けを行う。対話翻訳データセットの他機関研究者向けリリースを行う。2マルチ特性翻訳および感情翻訳の研究を継続して行う。
レンズ由来の軸索伸長反発因子の同定

私はニワトリ6日目胚の網膜組織片とレンズを並べてコラーゲンゲル中で培養すると、レンズ側に向かって伸びる軸索の伸長が著しく抑えられることから、レンズは網膜内における極めて初期の軸索伸長に関与していることを明らかにした。レンズ由来の軸索伸長反発因子を同定するために、レンズ由来の反発分子が分泌型であることに注目して、酵母変異株を用いたsignal sequence trap法(Klein et al.,1996)を採用した。レンズ由来の軸索伸長に対する反発活性はレンズ上皮に局在するので、レンズ由来のcDNAライブラリーをスクリーニングし、レンズ上皮に特異的に発現する4つの新規分泌型タンパク質の全長cDNAの配列を決定した(clone 1,clone 15-2,clone 15-7,clone 179)。軸索伸長反発活性を検討するためにCOS細胞に各々のcDNAを導入し、Hanging drop法を用いて細胞塊を作成して、網膜組織片と共培養したが網膜神経繊線維の伸長に反発活性を示す分子はなかった。しかしながら、クローニングした分子は以下の機能を持つことが明らかになった。Clone 1;眼胞が形成される時期に網膜色素上皮細胞の一部とレンズ上皮細胞に発現が見られ、眼の形態形成に関与している。Clone 15-2 & clone 15-7;レンズの赤道上領域に発現が見られることからEquarinと命名し、クリスタリンの発現を異所的に誘導することが明らかになった。Clone 179;眼の形態形成と形づくりにおいて前-背側誘導活性を持ち、新規BMPアンタゴニストであることが判明した。ニワトリ6日目胚の網膜組織片を単独でコラーゲンゲル中で3次元的に培養すると放射状に軸索伸長が見られるが、網膜組織片をレンズと並べて同様に培養するとレンズ側に向かって伸びる軸索の伸長が著しく抑えられた。この結果からレンズは網膜内における極めて初期の軸索伸長に関与していることが明らかになった。レンズ由来の軸索伸長反発因子を同定するために、私はレンズ由来の反発分子が分泌型であることに注目して、酵母変異株を用いたsignal sequence trap法(Klein et al.,1996)を採用した。得られたクローンのcDNAをプローブとして6日目胚のレンズ切片を用いてin situ hybridization法を行った。軸索伸長に対する反発活性が見られるレンズ上皮に発現する4つの新規cDNAフラグメントが得られた。レンズ由来のcDNAライブラリーをスクリーニングして全長cDNAの配列を決定した。4種類ともそのcDNA配列から新規の分泌型タンパク質であることが明らかになったので、それぞれのcDNAをpEF/MycA発現ベクターにサブクローニングした。COS細胞に発現させ、抗My-tag抗体によりwestern blotを行いタンパクの発現を確認した。軸索伸長反発活性を検討するために、COS細胞に各々のcDNAを導入して強制発現させた。2日後にトリプシン処理を行い、Hanging drop法を用いて細胞塊を作成し、翌朝コラーゲンゲル中で6日目胚の網膜組織片と共培養したところ、網膜神経線維の伸長に反発活性を示す分子は無かった。また、slit-2が嗅覚系の神経線維や運動ニューロンの軸索伸長に対して反発活性を持つと報告されたので、slit-1,2,3それぞれを用いて上記の様に機能解析を行ったが私達の実験系では反発活性を示す分子は無かった。