hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ｋ空間の相平衡・相変態理論

Fe-Pt系はこれまでに相平衡状態図の第一原理計算を鋭意実行してきた系であり、自由エネルギーの近似度も数値計算の精度も共に十分に確認済みであるが、平成23年度はこの系を対象にして系の配列揺らぎに対する自発的安定性の消失する臨界温度(濃度)を求めることに成功し、既に論文として公表した。このような、臨界温度ー濃度曲線はスピノーダルオーダリング線と称されているが、Fe-Pt系で算出した<100>スピノーダルオーダリング線は不規則-L10の相境界線の下方に位置し、このことからL10変態が一次変態であることが確認できた。又、短範囲散漫散乱強度のスペクトルは、この系が<100>揺らぎに対して不安定であることを示した。連続変位クラスター変分法に関しても面心立方晶系に対して対近似の範疇で定式化を行い、原子の局所配列の情報を散漫散乱強度として導出する手法を確立し、国際会議の招待講演で発表、公表論文として投稿中である。又、連続変位クラスター変分法では、準格子点の数を多くとって計算精度を上げる為には計算機の記憶容量から大きな制約が課されるが、今後、高近似の計算を行う為に、数値計算上の問題点についても検討を開始した。拡散型変態(Replacive)も変位型変態(Displacive)も、変態過程は、原子の拡散、格子の集団変位、内部組織の形成など実空間で議論される場合が多い。これに対して、これらの相変態を、形成相を特徴づける濃度波(R変態)や格子波(D変態)の励起-増幅-伝播の過程として捉え、濃度波と格子波を統一した結晶波に基づいてk空間の理論を構築するのが本研究の目的である。本研究の具体的な成果の一つは、定式化に際して自由エネルギーの2階微分行列を求めることが必須であるが、この行列式の消滅条件から、平衡状態図に系の自発的な安定性の破れを示す臨界安定線が導入でき、相平衡-揺らぎ-前駆現象の3者の系統的な解析が可能となることである。k空間での変態を考える長所は、揺らぎに対して自発的に系の安定性の破れる温度・組成(あるいは圧力)を相平衡状態図(以下、状態図)に書き加えることができる点である。前年度までに、Fe-Pt, Fe-Niに対してかかる計算を実行したが、今年度はさらにFe-Niに対して、格子波の不安定性を検討すべく、連続変位クラスター変分法の適用を図り、磁気転位温度の計算を行った。計算材料科学,材料数理学Fe-PtおよびFe-Niについて、当初の予定である相平衡状態図、スピノーダルオーダリング温度、散漫散乱強度の3つの量を第一原理から矛盾なく算出することができた。又、これらの計算にはDebye-Gruneisen modelに基づいて熱膨張(格子振動)の効果も導入し、相平衡や相安定性(但し、有限温度における揺らぎに対するintrinsic stability)に及ぼす格子振動の効果も検討することができた。このように、濃度波のフーリエ変換に基づく諸々の計算は系を変えてもルーチン的に実行できる段階にある。しかし、格子波の理論計算は進展が鈍い。これには格子波の計算に欠かすことのできない原子変位を連続変位クラスター変分法(Continuous Displacement Cluster Variation Method; CDCVM)で計算する必要があるが、fccやbccの3次元系に対してCDCVMの効率的なプログラムの構築が遅れているためである。かかる計算には大きな記憶容量が要求される為にスーパーコンピューターが必須であり、平成25年度にはこの方面への展開を加速する。
貿易や貿易圏の存在が経済成長に与える影響についての実証分析

一つ目としては、価格の粘着性について、各産業(製造業14業種、非製造業3業種の合計17業種)別に推計した論文を作成している。Calvo(1983)のモデルによると、価格を改訂する確率を常に一定にしているものの、実際には価格の上昇局面と下降局面とでは価格の粘着性の度合いに違いがある可能性もあり、より新しいデータを用いて、分析することを試みている。価格の粘着性を推計する上では、限界費用をいかに計測するかという点が特に重要であり、サービス業の限界費用をいかに正確に把握するかという問題に直面している。また、こうした価格粘着性の度合いについて、国内の産業別の推計に限らず、国際比較も試みたいと思っている。さらに、貿易財と非貿易財の価格の粘着性の度合いを比較することで、日本が現在直面しているデフレーションの状況を説明することができないか、と思っている。その際には、日本のデフレの原因のひとつに挙げられている需要の弱さの影響をいかに取り除いて分析できないか、と思っている。また、二つ目としては、デフレ下における政策のあり方について、リカードの中立性命題が成立すると仮定するときと、成立しないと仮定するときとに分けて、金融政策や財政政策を行なう結果がどのように異なるのかということを分析している論文もあわせて作成している。この論文ではさらに、財政赤字が非常に大きいときと、そうでないときとに分けて、デフレの状況を脱出する道のりがいかに変わってくるかということについても分析したいと思っている。まず、日本の羊毛産業についての論文の作成が挙げられる。この論文では1990年代以降を中心に羊毛産業がどう展開してきたかということについてまとめている。論文名は"Wool productsmarket in Japan : Recent developments"(with Motoshige Itoh、2002年12月)になる。ここでは、羊毛製品の生産拠点に近年大きな変化が出ており、中国における紡織や縫製などの活動が拡大しているという実態を追った。90年代前半まではオーストラリアから原毛を輸入し、糸を作る工程、布を作る工程、製品にする工程など、すべてが日本で行なわれていたのだが、90年代に入ってその工程は変化したといえる。しかし、ここで重要なことは、すべての活動が中国へシフトしていったと考えるべきではなく、最終消費地としての日本市場の重要性は依然として大きいということができる。この論文では、羊毛産業の分業構造、とりわけ国境を越えた労働の分業構造を明らかにするとともに、近年の貿易パターンや流通構造の変化について分析を行なっている。また、日本の流通サービス業の自由化についてまとめた論文を作成した。論文名は"The costs and benefits of distribution services trade liberalization : Japan"(with Motoshige Itoh、2003年5月)になる。これはAPECのCommittee on Trade and Investment(貿易・投資委員会)への研究報告になる。日本の流通サービスの規制緩和は、80年代にアメリカとの深刻な通商問題として取り上げられた。89年から90年にかけての日米構造協議では大店法の規制緩和が大きな課題になったが、この大店法が規制緩和され、大型店やチェーン型の小売業が大挙して進出したことは、こうした市場アクセスの障壁に大きな風穴を空けることにつながった。この論文では、ここ10年の流通業の規制緩和の動向を追い、その効果をみたものである。また、今年度は日本評論社より「マクロ経済学パーフェクトマスター」(2003年3月)と題したスタディガイドを執筆した。まず、日本の流通サービス業の自由化についてまとめた論文を作成し終えた。論文名は"The costs and benefits of distribution services trade liberalization : Japan" (with Kim Hyun Chul他、2003年5月)になる。これは日本、韓国、中国の3カ国それぞれの国内において、流通サービスがどの程度進展しているのか、ということについてまとめたものである。全部で109ページある中、日本に関して、4772ページについて担当した。これは、APECのCommittee on Trade and Investment(貿易・投資委員会)への研究報告になる。また、サービス貿易の推移及びその重要性について考察したものとして、"Development of Human Resources and Promotion Advanced Technologies" (with Motoshige Itoh)と題した論文を作成した。これは、「Pacific Economic Papers誌に投稿中である。経済を持続的に発展させていく上では、財・サービス貿易、投資、人的交流、輸送ネットワークや情報ネットワークの拡大、効率的な金融・資本取引など幅広くあげることができる。今日では、ヨーロッパ連合やNAFTAなど様々な自由貿易協定が締結され、関税やその他の貿易障壁が取り除かれたり、直接投資が活発に進められる中でサービス貿易の重要性は今後一層高まるだろうと想像できる。こうした中で、サービス貿易の統計を概観し、経済成長との結びつきについて考察している。さらに、今年度は日本評論社より「ミクロ経済学パーフェクトマスター」(2004年6月刊行予定)と題したスタディガイドを執筆した。

Calvo(1983)のモデルによると、価格を改訂する確率を常に一定にしているものの、実際には価格の上昇局面と下降局面とでは価格の粘着性の度合いに違いがある可能性もあり、より新しいデータを用いて、分析することを試みている。価格の粘着性を推計する上では、限界費用をいかに計測するかという点が特に重要であり、サービス業の限界費用をいかに正確に把握するかという問題に直面している。また、こうした価格粘着性の度合いについて、国内の産業別の推計に限らず、国際比較も試みたいと思っている。さらに、貿易財と非貿易財の価格の粘着性の度合いを比較することで、日本が現在直面しているデフレーションの状況を説明することができないか、と思っている。その際には、日本のデフレの原因のひとつに挙げられている需要の弱さの影響をいかに取り除いて分析できないか、と思っている。また、二つ目としては、デフレ下における政策のあり方について、リカードの中立性命題が成立すると仮定するときと、成立しないと仮定するときとに分けて、金融政策や財政政策を行なう結果がどのように異なるのかということを分析している論文もあわせて作成している。この論文ではさらに、財政赤字が非常に大きいときと、そうでないときとに分けて、デフレの状況を脱出する道のりがいかに変わってくるかということについても分析したいと思っている。
トンボ類の精子の多様性:その系統的パターンと精子競争との関連

本研究では,トンボ類のDNAに基づく系統解析と精子あるいは交尾器の進化に関する解析を行った.まず,トンボ類(蜻蛉目)の内,均翅亜目に属する多数の種について分子系統関係の概略を明らかにし,精子と交尾器の形態の関係をみた.その結果,近縁種間においても,精子の形態や交尾器の形態に大きな違いがみられた.これは,交尾行動と関連して,精子や交尾器の形態に選択圧がかかっていることを示唆している.均翅亜目以外のトンボ類(ムカシトンボ亜目と不均翅亜目)では,集合精子を形成する種と無鞭毛精子を形成する種がみられた.トンボ類全体の系統樹の作成は未完であるが,精子を集合させて受け渡すことと,精子の鞭毛が消失することが,それぞれ1回,トンボ類の系統の中で生じたのではないかと推測される.本研究では,また,交尾の際にメスの体内に蓄えられている他オスの精子をかき出すことが知られているカワトンボについて,移精に伴う精子の量(精子数)と質(死亡率)の測定を行った.他オスの精子をかき出してしまうために,メスは多数回交尾をするにもかかわらず体内の精子量はほぼ一定に保たれていた.蓄えられている精子の死亡率は季節とともに高くなった.オスのもっている精子の死亡率も後半ほど高くなり,そうした精子を受け取ることによって,おそらくメス側の精子の質も低下すると考えられた.この他,カワトンボ属,コサナエ属,ウスバキトンボについて,ミトコンドリアDNAではなく,核のDNAについて分子系統学的解析を行い,その結果が外部形態の比較から得られる結果と同じになることが明らかとなった.本研究では,トンボ類のDNAに基づく系統解析と精子あるいは交尾器の進化に関する解析を行った.まず,トンボ類(蜻蛉目)の内,均翅亜目に属する多数の種について分子系統関係の概略を明らかにし,精子と交尾器の形態の関係をみた.その結果,近縁種間においても,精子の形態や交尾器の形態に大きな違いがみられた.これは,交尾行動と関連して,精子や交尾器の形態に選択圧がかかっていることを示唆している.均翅亜目以外のトンボ類(ムカシトンボ亜目と不均翅亜目)では,集合精子を形成する種と無鞭毛精子を形成する種がみられた.トンボ類全体の系統樹の作成は未完であるが,精子を集合させて受け渡すことと,精子の鞭毛が消失することが,それぞれ1回,トンボ類の系統の中で生じたのではないかと推測される.本研究では,また,交尾の際にメスの体内に蓄えられている他オスの精子をかき出すことが知られているカワトンボについて,移精に伴う精子の量(精子数)と質(死亡率)の測定を行った.他オスの精子をかき出してしまうために,メスは多数回交尾をするにもかかわらず体内の精子量はほぼ一定に保たれていた.蓄えられている精子の死亡率は季節とともに高くなった.オスのもっている精子の死亡率も後半ほど高くなり,そうした精子を受け取ることによって,おそらくメス側の精子の質も低下すると考えられた.この他,カワトンボ属,コサナエ属,ウスバキトンボについて,ミトコンドリアDNAではなく,核のDNAについて分子系統学的解析を行い,その結果が外部形態の比較から得られる結果と同じになることが明らかとなった.日本に棲息するトンボ類約200種の内,130種について,精子の外部形態の観察およびミトコンドリアDNAの塩基配列の決定(16SrRNAの約400塩基)を行った.精子の外部形態について,大きく3つのグループに区別された.第1は,通常の精子の形態を有する均翅亜目のグループである.この内,アオイトトンボ科では精液中に精子の他に黄白色の粒状物質を多数有し,そのままメスに渡された.この粒状物質の成分および機能については今後の課題である.第2は,精子束を形成するムカシトンボ亜目および不均翅亜目のオニヤンマ科,ムカシヤンマ科,サナエトンボ科,ヤンマ科のグループである.大きな精子の束を作る種から小さいものを作る種まで多様であった.第3は,鞭毛の未発達の精子を形成する不均翅亜目のトンボ科およびエゾトンボ科である.エゾトンボ科では鞭毛の部分がトンボ科のものに比べて少し長い傾向があるが,いずれも運動性(遊泳性)を欠くと考えられる.現在,トンボ類全体にわたる信頼性の高い系統樹は作成できていない.しかし,おそらく,これら3つのグルーブは精子束の形成および鞭毛の退化がそれぞれ過去において1回生じて現在のような系統になっていると思われる.今後,それぞれのグループ内での精子長,精子束サイズの変異と系統関係を解明する一方,それぞれの精子タイプの適応的意義についても検討する予定である.研究2年目の今年度は、近縁種間あるいは同一種内において、精子の形態、交尾器、配偶行動にどのような変異があるか比較研究を行うために、カワトンボ属とコサナエ属について、DNAに基づく詳細な系統解析および集団遺伝学的解析を行った.日本産カワトンボ属の分類に関しては研究者によって大きな意見の食い違いがあった.こうした分類学的意見の不一致が、その行動や生態に関する比較研究を困難にさせてきた.今回日本産カワトンボ属約750個体について、ITS1領域(核DNA)の塩基配列と外部形態を比較した結果、本属は2種に区別された.しかし、交尾器形態に関しては明らかな区別点が認められなかった.この分類方法は、従来のどの方法とも異なっていた.

また、伊豆半島から山梨県南部にかけて両種の交雑由来と考えられる集団が存在した.この交雑由来集団は両種の中間的形態を有していた.日本産コサナエ属4種(約120個体)については、ITS1領域(核DNA)の塩基配列に基づく系統解析から、従来の分類体系が支持された.交尾器形態に関しても4種の間で明らかな相違が認められた.カワトンボ属の種分化はコサナエ属4種の種分化より新しいと考えられた.こうした、系統関係を考えあわせ、今後、精子の形態と配偶行動の関連をさらに明らかにする必要がある.
混合蒸気の濃度差マランゴニ凝縮における赤外レーザー吸光法による凝縮液厚さ測定

"Positive system"と呼ばれる低沸点成分に比べて高沸点成分液の表面張力の大きい混合蒸気系の凝縮過程において、濃度差表面張力不安定によって、表面の温度分布に起因する濃度・表面張力分布が生じ,擬似的な滴状凝縮などの凝縮液形態が出現する。凝縮液抵抗は低減し、伝熱性能の飛躍的な向上が見られる条件が比較的広範に現れる。本研究は、濃度差マランゴニ凝縮現象の熱伝達機構・特性を解明するため、波長3.39μm赤外レーザー光の吸収特性を用いる新たな方法により、本現象における凝縮液膜厚の変化特性の精密測定を行うことを目的として、以下の結果を得た.(1)水-エタノール混合液体の消光性質を明らかにした.(2)レーザ光の集光により,微小な薄液膜部寸法に対応する直径約30μmのレーザ光照射寸法を実現した.(3)液膜厚さ測定位置と凝縮液挙動の対応関係を明確にした.(4)本測定の液膜厚さ1μm程度の測定へ適用可能であることを示した.さらに、(5)液膜厚さと凝縮液挙動の同時観測により,離脱液滴による掃除後の薄液膜および液滴間薄液膜の厚さ変化の測定を行った.(6)低過冷度領域から初生液滴間隔の減少に伴い最小液膜厚さは減少する傾向を示し,さらに冷却強度を増大させると,初生液瀧間隔および最小液膜厚さとも増大した.(7)最小液膜厚さは濃度の減少に伴って減少し,本測定の範囲においては約1μmであった.(8)本研究と既報の結果から,極大熱伝達率付近の過冷度域で,初生液滴間隔,離脱液滴直径,最小液膜厚さとも最小となることなど,凝縮特性曲線における熱伝達率変化特性とそれらの特性量変化の間には類似の対応関係が存在していた.(9)上記(8)から,熱伝達率のピーク付近で駆動力は最も強まると推測され,凝縮液膜は薄膜化し,その結果としての凝縮液熱抵抗の減少が熱伝達率向上の主要因の一つとなっていることが結論される."Positive system"と呼ばれる低沸点成分に比べて高沸点成分液の表面張力の大きい混合蒸気系の凝縮過程において、濃度差表面張力不安定によって、表面の温度分布に起因する濃度・表面張力分布が生じ,擬似的な滴状凝縮などの凝縮液形態が出現する。本研究は、濃度差マランゴニ凝縮現象の熱伝達機構・特性を解明するため、波長3.39μm赤外レーザー光の吸収特性を用いる新たな方法により、本現象における凝縮液膜厚の変化特性の精密測定を行うことを目的として、以下の結果を得た.(1)水-エタノール混合液体の消光性質を明らかにした.(2)レーザ光の集光により,微小な薄液膜部寸法に対応する直径約30μmのレーザ光照射寸法を実現した.(3)液膜厚さ測定位置と凝縮液挙動の対応関係を明確にした.(4)本測定の液膜厚さ1μm程度の測定へ適用可能であることを示した.さらに、(5)液膜厚さと凝縮液挙動の同時観測により,離脱液滴による掃除後の薄液膜および液滴間薄液膜の厚さ変化の測定を行った.(6)低過冷度領域から初生液滴間隔の減少に伴い最小液膜厚さは減少する傾向を示し,さらに冷却強度を増大させると,初生液瀧間隔および最小液膜厚さとも増大した.(7)最小液膜厚さは濃度の減少に伴って減少し,本測定の範囲においては約1μmであった.(8)本研究と既報の結果から,極大熱伝達率付近の過冷度域で,初生液滴間隔,離脱液滴直径,最小液膜厚さとも最小となることなど,凝縮特性曲線における熱伝達率変化特性とそれらの特性量変化の間には類似の対応関係が存在していた.(9)上記(8)から,熱伝達率のピーク付近で駆動力は最も強まると推測され,凝縮液膜は薄膜化し,その結果としての凝縮液熱抵抗の減少が熱伝達率向上の主要因の一つとなっていることが結論される.低沸点成分に比べて高沸点成分液の表面張力の大きい混合蒸気系の凝縮過程において、濃度差マランゴニ効果により凝縮液表面に凹凸が生起し、擬似的な滴状凝縮などの凝縮液形態が現れ、伝熱性能の飛躍的な向上が見られる条件が比較的広範に出現する。本申請では、濃度差マランゴニ凝縮現象の熱伝達機構・特性を解明するため、混合液の赤外レーザー光の吸収特性を利用する方法により、凝縮液膜厚の変化特性の精密測定を行うことを目的として、水-エタノール濃度差マランゴニ凝縮の凝縮液膜厚さの非定常測定に関して本年度は以下の事項を遂行した。(1)実験装置の製作:凝縮装置と工学計測系の適合性を図るための実験装置を製作した。蒸気の流入する凝縮室内の光透過経路にレーザー光に透明な部材を用いた。伝熱板としては熱抵抗を減じるため厚さを31μmの石英ガラス板を用いた。また、蒸気の冷却には通常は液体を用いるが、本測定ではレーザー光の透過性を必要とするため、液体窒素を加熱・蒸発させる低温窒素ガス噴流を冷却系に採用した。波長3.39μm赤外レーザー発振装置、チョッパー、セレン化

鉛製のディテクタおよびレーザー集光用レンズ等から構成される、混合蒸気の凝縮室を透過させるためのレーザー計測系の設計・製作を行った。(2)吸光係数の決定:試料の水-エタノール薄液膜の吸光係数を求めるため、レーザー光に対して透明な石英ガラス容器(間隔350μm)に試料を封入することにより校正し、水-エタノール混合液体の広い濃度範囲における吸光係数を実験的に定めた。(3)測定:代表的なエタノール濃度における凝縮液膜の非定常測定を実施した。滴状凝縮を示す領域における離脱液滴に掃除された直後の液膜厚さは110μm程度であり、過冷度の増加とともに小さくなる。また凝縮面は常に凝縮液でぬれていることを確認した。"Positive system"と呼ばれる低沸点成分に比べて高沸点成分液の表面張力の大きい混合蒸気系の凝縮過程において、主に濃度差表面張力不安定によって、表面の温度分布に起因する濃度・表面張力分布が生じる。濃度差マランゴニ効果により擬似的な滴状凝縮などの凝縮液形態が出現する。凝縮液抵抗は低減し、伝熱性能の飛躍的な向上が見られる条件が比較的広範に出現する。本申請は、濃度差マランゴニ凝縮現象の熱伝達機構・特性を解明するための研究の一環として、混合液の赤外レーザー光の吸収特性を用いる新たな方法により、本現象における凝縮液膜厚の変化特性の精密測定を行うことを目的として研究を遂行した。測定は、水-エタノール混合蒸気の濃度差マランゴニ滴状凝縮過程のうち、離脱凝縮液に掃除された直後に短時間現れる薄液膜厚さの非定常測定を、凝縮特性を決定する主要パラメータである凝縮面過冷度と蒸気濃度を広範囲に変化させた条件の下で行った。昨年度の結果、すなわち(1)レーザー計測系および凝縮装置の設計・製作と測定精度の検討(2)レーザー計測用凝縮装置の設計・製作、に引き続いて、本年度は水-エタノール系の濃度差マランゴニ凝縮における離脱液滴掃除過程からの凝縮液膜厚さ変化の非定常測定を行った。実験パラメータを、凝縮特性決定の主因子である凝縮面過冷度と蒸気濃度とした。その結果、濃度差マランゴニ滴状凝縮における離脱液滴に掃除された直後に現れる薄液膜あるいは液滴間に存在する液膜は非常に薄く、1μm前後であることを明らかにした。蒸気エタノール濃度の減少および凝縮面過冷度の増大に伴って液膜厚さは減少する傾向を示した。さらに、蒸気側拡散抵抗に関する検討を加え、従来得られている凝縮特性曲線の性質を明らかにした。
接着分子カドヘリンによるシナプス構造の変化と可塑性

記憶・学習に関与すると考えられているシナプスの可塑性の構造的基盤について調べた。強いシナプス活動が起こると、そのシナプスの伝達効率が増す、シナプスの長期増強(LTP)が起こる。我々は本研究では、シナプスの入力を受けるシナプス後構造=スパインの形態を、生きた神経細胞で経時的に観察する実験系を立ち上げ、LTP刺激で起こるスパインの形態変化を観察した。その結果、スパインの横幅が拡大し、シナプス前膜と接着するシナプス伝達部分の面積が拡大した。このシナプス接着面に局在する接着分子N-cadherinの動態を、蛍光蛋白質venusとの融合蛋白質を用いて観察すると、接着面の拡大に伴って、拡散する様子が観察できた。このN-cadherinの、シナプス形態変化における役割を検討する為に、dominant negativeなN-cadherinの変異体を用いてシナプス刺激実験を行った。その結果、N-cadherin機能を抑制したシナプスでは、神経活動によるシナプスの形態変化は正常に起こらないことが判明した。これらの結果から、シナプスで出会う2つの神経細胞の細胞膜をつなぎ止める接着分子カドヘリンは、シナプスの構造変化に重要な役割を果たしており、その結果、シナプスの可塑性の分子基盤となりうることが示唆された。本年度はシナプスの可塑性のメカニズムのひとつと考えられる、シナプス構造の再構築を(1)可視化し、(2)細胞接着分子の観点から検討した。(1)短期記憶の座である海馬神経細胞を培養し、蛍光蛋白質GFPを外来性に発現させることにより、薬理学的に加えたシナプス伝達刺激に反応しておこるシナプス構造の形態的変化を観察することができた。神経細胞膜が脱分極すると、興奮性シナプス後構造であるスパインが収縮し、通常みられる運動を止めた。刺激が去り、膜が再分極すると、動きが回復し、刺激後30分ほどで、スパインが正常の1.3倍に拡大した。この形態的可塑性はAMPA型グルタミン酸受容体の影響下にある。(2)上記のシナプスの動態は、接着分子カドヘリンの機能に依存していることがわかった。カドヘリンの機能阻害を導くドミナントネガティブ産物を神経細胞に強制発現させると、刺激中のスパイン収縮は通常通り見られたが、刺激後の拡大が完全に抑えられた。このように、シナプス可塑性には細胞接着分子の機能が深く関わっている可能性を指摘することができた。
テニスにおける調整力トレーニングのあり方に関する研究

テニスにおける調整力トレーニングのあり方を論じていくために、一昨年度から引き続き、今年度も国内外の選手が見につけている動き(技術)を発育発達段階に沿って、実際の試合をもとに分析してきた。分析ソフトの作成は、今後の使用目的を考慮すると、ベース自体からの練り直しが必要になり、引き続き継続している。日本選手は、ジュニア時代は上位にランキングされていても、シニアになるとその順位を維持できない。特に、男子の場合、トップ100位に入ることが非常に難しい。女子の場合は、トップ50位前後には入っており、今年は再び、国別団体戦であるフェド杯で、ワールドグループ1に入った。これは、世界ベスト8に相当する。しかし、個人のランキングを見ると、トップの杉山選手でも20位代である。体格差や筋力など、原因はいろいろと叫ばれているが、実際に見て情報を得る必要があった。そのために今年度は、世界のジュニア選手のレベルを把握するために、海外大会を視察した。世界のトップシニア選手の試合は、テレビ放送があるが、ジュニア選手の試合はあまりない。大会として選んだのは、世界4大大会のひとつであるUSオープンである。ここでは、日本選手vs外国選手、シード選手vsノーシード選手など、技術やプレースタイルをレベル別に把握できる試合が集中している。また、ジュニアとトップが同一会場で試合を行うことから、発育発達に沿った技術レベルの向上も見ることができた。有効な情報は数多くあったが、特に、ボールスピードのコントロールは、ジュニアとシニアの差が歴然であった。これを状況によって使い分けることが、トップになるための一必要条件である示唆を得た。昨年度からの、gradingの調査は上記の裏づけにもなると考えられる。今年度はさらにデータを増やすため、12歳から大学生まで、測定を行った。昨年度の結果に追加して、有用な示唆が得られると考えている。テニスにおける調整力トレーニングのあり方を論じていくためには、まず、国内外の選手が身につけている動き(技術)を発育発達段階に沿って体系的に明らかにしていくことが役立つと考えられる。このことによって、発育段階や競技レベルに即してトレーニング法(目標、手段、計画、測定評価など)を構築していく際の基礎的知見が得られるからである。なおこの課題は、実際の試合で見られる動き(技術)を分析することから始めている。このうち現時点では、世界レベルと日本レベルに分け、実際の試合でみられるショットの種類と頻度について分析し、日本選手のトレーニング目標となるテニスの技術について検討を行っている段階である。まず女子選手を対象に日本のトップジュニアから世界のトップジュニアさらに、ジュニアでありながら世界のトップ10にランクインしている選手を比較した結果、サービスのコーナーへの打ち分け、ラリーのセンターからの打ち分けに有意差が認められた。これと平行して、今後は女子選手だけではなく男子選手、ジュニアからトッププロとデータの数を増やし、プレースタイルの変遷や、今後のあるべきプレースタイルを示唆していく必要があるため、データ分析のスピード化が要求される。そのために、データ分析のソフトを開発し、データ処理を迅速に進めていく必要があるだろう。このソフトに関しては、専門家に依頼している段階である。また、発育発達という観点からテニスをみるために、年齢別に段階的に分類した試合を分析していかなくてはならない。従って、各年代で行われる大会(夏期の全日本ジュニア選手権大会など)に出向き、ジュニア選手の試合をビデオ収録することで、データを収集していくことも必要である。ただ、今回科研費採択が追加であったため、夏期の主要大会が終了しており、試合の撮影はAIGオープンと全日本選手権にとどまった。次年度からは、さらなる試合撮影とソフトの完成を目指し、その後、試合分析のデータと調整力の関連要因を結び付けていく方向で研究を進めていく。テニスにおける調整力トレーニングのあり方を論じていくために、昨年度から国内外の選手が見につけている動き(技術)を発育発達段階に沿って、実際の試合をもとに分析してきた。この試合撮影、分析は、今年度も引き続き行い、来年度も継続して行う予定である。そして、これに伴うソフト作成についても、検討しながら進めている段階である。上記のことに加え、今年度は新たに、調整力の要因とテニスの技術・技能とのつながりについて調査を行った。具体的には、調整力の一要因であるパワーの調整(grading)に注目し、テニス技術との関連を調べた。テニス競技では、すべてのショットをフルパワーで打つことが必ずしも勝ちにつながるわけではなく、状況に応じたショットをそれに適したパワーで打つことが重要になる。つまり、ショットを放つ際に出力するパワーの強弱も技術のひとつと考えられる。パワーに関しては、最大値について論じた研究が多く、出力を弱める、もしくは調整するという研究は少ない。そこで今年度の研究では、テニス選手に必要なパワーの調整能力に関する基礎的知見を得るために、パワーの最大値とその70%、50%の値を測定し、測定値と最大値から算出した目標値とを比較した。一般的なパワーを測定する手段として握力を、技術的な要素を含んだパワーを測定する手段としてメディシンボール投げを測定した。調査の結果、男子選手は競技レベルが高いほど、また最大握力値が高いほど、パワー調整能力に優れている可能性が示唆された。しかし女子選手では、上記の結果は認められなかった。この研究結果は、第56回日本体育学会において発表し、現在、投稿論文としてまとめている段階である。来年度からは、調整力本来の目的である、自分の身体のコントロールに着目し、さらなるテニス技術の分析と調整力の関連要因を結びつける方向で研究を進めていく。

テニスにおける調整力トレーニングのあり方を論じていくために、一昨年度から引き続き、今年度も国内外の選手が見につけている動き(技術)を発育発達段階に沿って、実際の試合をもとに分析してきた。分析ソフトの作成は、今後の使用目的を考慮すると、ベース自体からの練り直しが必要になり、引き続き継続している。日本選手は、ジュニア時代は上位にランキングされていても、シニアになるとその順位を維持できない。特に、男子の場合、トップ100位に入ることが非常に難しい。女子の場合は、トップ50位前後には入っており、今年は再び、国別団体戦であるフェド杯で、ワールドグループ1に入った。これは、世界ベスト8に相当する。しかし、個人のランキングを見ると、トップの杉山選手でも20位代である。体格差や筋力など、原因はいろいろと叫ばれているが、実際に見て情報を得る必要があった。そのために今年度は、世界のジュニア選手のレベルを把握するために、海外大会を視察した。世界のトップシニア選手の試合は、テレビ放送があるが、ジュニア選手の試合はあまりない。大会として選んだのは、世界4大大会のひとつであるUSオープンである。ここでは、日本選手vs外国選手、シード選手vsノーシード選手など、技術やプレースタイルをレベル別に把握できる試合が集中している。また、ジュニアとトップが同一会場で試合を行うことから、発育発達に沿った技術レベルの向上も見ることができた。有効な情報は数多くあったが、特に、ボールスピードのコントロールは、ジュニアとシニアの差が歴然であった。これを状況によって使い分けることが、トップになるための一必要条件である示唆を得た。昨年度からの、gradingの調査は上記の裏づけにもなると考えられる。今年度はさらにデータを増やすため、12歳から大学生まで、測定を行った。昨年度の結果に追加して、有用な示唆が得られると考えている。
繰り返し全数検査とそのパラメータ推定法の研究

1.品質検査の対象となるロットに含まれる不良品個数をM、1回の検査で不良品が検出される確率をθ、1回の検査のコストをcとする。本研究ではロットに含まれる製品の数は極めて多く、不良品の個数は相対的には少ないことを仮定している。検査の目的は合理的なコストで可能な限り不良品を除去すること、および残存不良品個数を精度良く推定することである。2.ロットの現状を把握するためにはT回の全数検査によりM、θを推定する必要がある。推定方式として単純最小2乗法、重み付き最小2乗法、最尤法、モーメント法を比較し、精度としては最尤法が最も良く、ただし多くの場合に計算の容易な単純最小2乗法も捨てがたいことが分かった。3.もちろんすべての不良品を発見することが望ましい。また、検査は終わらなければならない。実際的ないくつかの停止方式でのコスト、検査回数等を求めた。実際に行われている検査回数は少なすぎることを指摘した。これはすでに論文として発表している。4.不良のタイプが複数の場合は発見確率θがそれぞれで異なるが、2,3の方式を組み合わせれば推定、計算は容易である。5.検査に物理的な刺激が加わる場合は、検査により不良品が追加発生されることがある。その場合の物理モデルは知られていない。追加発生の確率として、ポアソン分布、負の2項分布などのモデルの当てはめを行っているが、データにうまく当てはまるモデルはまだ見つかっていない。1.統計的品質管理の分野では,全数検査の理論研究は終わったと考えられ、ほとんど顧みられない。これは不良品を見逃す確率を考えず,検査をすればすべての不良品が発見されると誤解されているからであるが,実際には見逃しの可能性があり、また検査のために不良品が新たに発生することも多々ある。応用現場ではそのような場合を処理するのに有益な理論・方法論を求めている。2.本研究での目的は(1)全数検査におけるパラメータ、すなわち不良品発見率および全不良品数の推定法の開発、(2)全数検査を停止するための効率の良い停止規則の構成、(3)検査によって不良品が新たに発生する場合のモデルの構成および(1),(2)のそれへの拡張、である。3.本年度は前項(2)で、実際のよく応用現場で用いられている幾つかの方法および合理的と考えられる方法に対して、停止したときの残存不良品個数の平均、全不良品を発見する確率、不良品を見逃したときのコストと検査コストを考慮した場合の期待コスト、等を計算する式を与え、その計算プログラムを開発した。4.2(1)に関しては、不良品個数は製造する製品によって様々であり、特に不良品個数があまり大きくない場合は漸近理論が用いられない。そこで、各種の場合を想定してコンピュータ・シミュレーションを行った。結果は現在整理中である。5.2(3)に関しては、新たな不良の発生は検査の物理過程で起こると考えられるので、そのモデルを作成中であり、いくつかの候補モデルとデータとの整合性を調べている。
植物体内におけるケイ素吸収・輸送・集積過程のモデル解析

作物においてケイ素は重要なミネラルであり、作物の病害や倒伏を防ぐ上で重要な役割を果たす。従って、植物体内でケイ素がどのように吸収・輸送され、そして蓄積されるのかを定量的に明らかにすることは、すぐれた収量安定性の品種開発などのために重要な課題であると同時に、近年その詳細化が求められている作物生長予測のための数理モデルの発展のためにも必須の課題である。本研究では、これまでの植物のケイ素の吸収・輸送に関わる分子生物学的な知見をもとに、数理モデルを作成し、また、作物体における濃度分布などのデータを統計的に数理モデルと融合させることにより、ケイ素輸送メカニズムの定量的に理解することを目的とする。本研究ではまず、拡散方程式系を用いて、植物の根におけるケイ素の吸収・輸送をシミュレートする数理モデルを作成した。次に、そのモデルを実験室内におけるイネの実験データと統計的に融合することにより、ケイ素の根における吸収を精緻に予測することができるモデルを開発することができた。さらに、このモデルを利用したシミュレーション実験の結果、ケイ素吸収においてイネの根に特有の二重のカスパリー線(根の障壁の役割を担う機関)とケイ素輸送体の共役が重要な役割を果たしていることなど、イネにおいて高いケイ素吸収能が実現されているメカニズムが明らかになった。さらに、数理モデルをイネの節におけるケイ素の分配をシミュレートできるように拡張し、イネにおいて、ケイ素の吸収・輸送・分配をシミュレートすることができるモデルを開発した。26年度が最終年度であるため、記入しない。従って、植物体内でケイ素がどのように吸収・輸送され、そして蓄積されるのかを明らかにすることは、すぐれた収量安定性の品種開発などのために重要な課題である。植物において、特にイネは、他の作物よりも多くのケイ素を吸収するが、本研究ではまず、これまでのケイ素の吸収・輸送に関わる分子生物学的な知見をもとに、イネの根におけるケイ素吸収過程の数理モデルを作成した。作成された数理モデルは、実験データと統計的に融合することにより、イネにおけるケイ素の吸収を精緻に再現することができるようになった。作成された数理モデルをもとに、トウモロコシやムギなどとイネの根のケイ素のトランスポーターの配置を比較し、イネの根におけるケイ素トランスポーターの特異的な配置の意義を検証した。その結果、イネの根における二重のカスパリー線が非常に重要な役割を果たしていることを明らかにすることができた。さらに、上記の研究と平行して、将来的に根からのミネラル吸収に関する数理モデルを融合する予定の作物成長もでるの根幹部分の開発が完了した(Sakurai et al. 2014)。このモデルは、日ごとの気温や降水量などの気象要素をもとに作物の成長をシミュレーションするモデルであり、このモデルにケイ素などのミネラル吸収のモデルを導入することで、更なるモデルの精緻が期待できる。上記のように、25年度は、研究実施計画の内容である、作物の根におけるケイ素吸収のモデル化と複数の作物のトランスポーター配置の比較について着実に実施できただけでなく、作物成長モデルも完成させた。本研究は、ケイ素の吸収・輸送・蓄積処過程についてのプロセスベースモデルを作成し、ケイ素の作物体内での動態を定量的に明らかにするとともに、トランスポーターの発現制御メカニズムや種間でトランスポーターの配置などが異なる要因などを解析し、また、データ同化によってモデルを精緻化するとともに、不確定要素の確率的推定なども行うことを目的としている。25年度はイネの根における数理モデルの完成と、イネと他の作物(トウモロコシやムギ)におけるケイ素トランスポーターの配置を比較することを目的としているが、その目標をほぽ完全に実行できた。

また、それと平行して、将来的にケイ素の吸収・輸送モデルを導入する本体としての作物成長モデルのベースも完成させ、論文化することもできた。上記より、本研究は当所の計画以上に進展している。平成26年度は当所計画の予定通り、以下の項目を実施する。1.ケイ素の輸送モデルをシュートの部分を含めた形に拡張する。イネの場合、ある程度環境及び品種によって違いはあるものの、バイオマスに占めるケイ素の割合は数パーセントのオーダーに保たれている。どのようなメカニズムがあれば、安定的なケイ素供給・蓄積を保つことができるのか解析する。2.ケイ素の輸送モデルを複数の根及び葉を持つ形に拡張する。これまでに蓄積された膨大な実験条件とケイ素蓄積量のデータをもとに、データ同化を行い、モデルのパラメータを作物ごとに推定し、モデルの精緻化をはかる。また同時に、モデル選択的手法により、いくつかの仮説的サブモデルを比較し、他のトランスポーターや発現制御因子の必要性について、確率的に解析する。3.上記までに得られたモデル構造を解析するプログラムを汎用的なツールとしてパッケージ化する。それにより、例えば別の作物においてトランスポーターが発見され、その配置・極性が明らかになった時、それを迅速に数理モデルに反映させ、ケイ素の作物体内での動態を計算することができるようにする。4.上記で作成した汎用ツールを他のミネラル輸送の予測にも応用する枠組みを作成する。
タブレット端末を活用する幼稚園版「学びのイノベーション」カリキュラムの実践と評価

本研究の目的は,タブレット端末を1人1台またはグループに1台,正課保育の中で必然性をもって利用する保育方法,カリキュラムを開発し,幼稚園教育要領の5領域に則した実践と評価を行い,普及モデルを提示することである。まず,保育でタブレット端末を活用している幼稚園や海外事例調査により,タブレット端末を正課保育でどのように活用し,効果が期待されるかを明らかにした。その後,正課保育に適した保育方法やカリキュラムを開発,成果をリーフレットにまとめ,シンポジウムを開催して普及に努めた。平成26年度の研究目標は,幼稚園でのタブレット端末の活用実態を把握することです。そこで,以下の調査13を計画通りに実施しました。(調査1)幼稚園が発信しているWebサイトを調査して,保育でのタブレット端末の活用状況を調査しました。(調査2)無作為抽出の1,000の幼稚園に,郵送で保育でのタブレット端末等の活用状況を調査しました。全国約14,000の幼稚園より,地域の偏りと収容定員を配慮して無作為に1,000園を抽出,郵送によりタブレット端末の活用状況,およびタブレット端末が導入できればどのような活用法がイメージできるかを調査・把握しました。(調査3)調査1・2の結果などを踏まえて,保育でタブレット端末を活用している幼稚園を選定して訪問調査を実施して,どのような保育場面でタブレット端末が活用されているかを調査しました。平成27年度の研究目標は,正課保育でのタブレット端末の活用の遊びのプランを作成して,実践を始めることです。そこで,以下の調査を計画どおりに実施して,遊びのプランを作成しました。(調査4)保育でのメディア活用効果に言及する海外資料・文献を研究分担者とともに共有しました。(調査5)韓国・蔚山科学大学の研究者と幼稚園が,保育でのメディア活用効果について研究しています。その実態について聞き取り調査を実施しました。平成26年度の調査1から3,および上記調査の結果をもとに,本研究グループと幼稚園教諭が協力して,正課保育でのタブレット端末活用の遊びのプラン(一部)を作成しました。計画どおりに,平成27年度は以下の調査4から5までを実施して,正課保育でのタブレット端末活用の遊びのプランを作成しました。平成28年度の研究目標は,本研究グループと幼稚園教諭が協力して,正課保育でのタブレット端末活用の遊びのプランを完成させ,それらを普及させることです。そこで,以下を実施しました。(普及1)遊びのプランをまとめ普及のためにリーフレットを作成しました。保育でのタブレット端末の活用に取り組む事例が,Webサイトで散見されます。鹿児島県鹿屋市のつるみね保育園では,1台のタブレット端末を活用したハイブリッド保育を展開し,県内外から多くの視察者を受け入れています。スマートエデュケーション(株)は,園児向けの自社開発アプリを活用した教育カリキュラムを保育現場に提供しています。このように,保育でのタブレット端末の活用は,園独自の取り組みや企業支援のもとで展開するなど多様で,今後保育でのタブレット端末を活用しようと考える園にとっては,どのような取り組みが良いのか判断することは難しいと考えました。そこで、全国の幼稚園の中で取り組まれているタブレット端末の活用内容やその特徴をまとめたものを一覧できる資料としてリーフレットを作成しました。(普及2)シンポジウムの開催や,研究成果を学会で発表しました。2017年2月25日に、シンポジウム「みんなで「保育でのタブレット端末活用を考えよ!」」を実施しました。1保育でのタブレット端末の活用事例集の紹介、2ワークショップ/カメラ・アルバム機能を有するアプリ「ASCA」de遊ぼう、3ワークショップ/プログラミング導入コンテンツ「ワォっち!おはなしプログラミング」、4パネルディスカッション「保育でのタブレット端末の活用効果とその場面」のプログラムを行い、約30名の参加がありました。計画通りに,以下の調査1から3までを実施して,幼稚園でのタブレット端末の活用実態を把握できました。査読論文の投稿が少し遅れています。

(調査3)調査1・2の結果などを踏まえて,保育でタブレット端末を活用している幼稚園を選定して訪問調査を実施して,どのような保育場面でタブレット端末が活用されているかを調査しました。当初の計画どおり,以下を実施する予定です。(1)作成した遊びのプランを組み合わせたカリキュラム開発を行います。抽出しました16項目で遊びのプランを実践しています。また,実践内容を振り返り,先行研究にもとづく指標をもとに評価を行い,カリキュラムを修正します。(2)正課保育でのタブレット端末を活用するカリキュラム普及のために,Webサイト,パンフレット作成およびシンポジウムを開催します。(3)研究成果は,日本教育工学会などで発表します。教育工学当初の計画通り,以下を実施する予定です。(1)協力依頼する幼稚園にタブレット端末などの機器を持ち込み,1人1台またはグループに1台のタブレット端末を活用した保育場面に応じた保育方法,カリキュラムの開発を行います。(2)開発したカリキュラムが幼稚園で導入しやすく,良好で質の高い学びを実現できるかを確認するために,普及も考慮し地域に隔たることなく複数の幼稚園と連携して,幼小連携をはじめ特別支援,園外保育などでの実践を行います。保育でタブレット端末を活用する遊びのプランを実践することが予定より少し遅れています。そのため,多少旅費の部分を次年度に繰り越しました。また,研究成果の公表が遅れており,その費用を次年度に繰り越しました。データの整理に要する学生アルバイトの確保が予定どおりに行かず,多少謝金部分を次年度に繰り越しました。次年度9月を目標に,保育でタブレット端末を活用する幼稚園訪問を終えます。活用するタブレット端末の台数不足もあり,次年度追加で端末の購入を行います。また,次年度に研究成果をまとめて公表していきます。保育でタブレット端末を活用している幼稚園Webサイトの調査を終えていますが,その整理・集計が必要です。早々にアルバイトを確保して,7月までにデータの整理を進めます。
サル栄養膜幹細胞を用いた免疫寛容性生体膜の開発に関する基礎検討 -再生医学および細胞移植への臨床応用を目指して-

近年脚光を浴びつつある再生医学の分野では、embryonic stem cell(ES細胞)の臨床応用の精力的な研究が世界中ですすめられている。これらの研究では、あらゆる体細胞への分化能を有するES細胞を目標とする組織系列の細胞に分化させ、これを患者の体内に生着させ目的細胞の機能を発揮させることを目的としている。しかしながら、この目的のためにはES細胞に対するレシピエントの免疫学的拒絶反椿を制御する必要があるが、現在のところこの制御は大きな課題で再生医学の発展のために克服すべき障壁となっている。着床期のヒト胚が母体の子宮内膜内に侵入する過程では、胚の外層に位置する栄養膜幹細胞が子宮内膜細胞との相互作用で活性化され浸潤能を獲得して胚を一塊として子宮内膜内に埋没させるとされている。この栄養膜幹細胞から分化する栄養膜細胞に特記すべき重要な特徴は、本来胎児由来の細胞であるため母体にとって異物であるにもかかわらず母体から免疫学的攻撃を受けない点である。そこで本研究はES細胞より作成した栄養膜幹細胞を用いて免疫学的に寛容な生体膜をmicrovesicleとして作成し、将来的にその中に目的とする幹細胞または分化させた機能細胞を封入して免疫学的攻撃を受けない状態での細胞移植に応用することを目的として計画された。本研究の結果、サルのES細胞をある条件で培養すると絨毛性ゴナドトロピンを分泌するようになることが観察され、この細胞をラミニン上で培養するとcytotrophoblastさらにsyncytiotrophoblastに分化する可能性が示された。また栄養膜幹細胞にケモカインレセプターが発現し、栄養膜幹細胞からの分化にケモカインが関与している可能性が示唆された。この成果は栄養膜幹細胞を用いた免疫学的拒絶反応の制御の進展に貢献するものと考えられる。
革新的な高解像度裸眼立体表示とプロトタイプ医療応用の実現

(1)昨年度までに開発してきた時分割パララックスバリア方式の裸眼立体ディスプレイについて、バリアの傾きをアークタンジェント1/3から1/6に変えることにより、サブピクセル未満のバリア位置調整が可能になり、その結果クロストークのない視域が拡大された。さらに、時分割数を可変にすることより、クロストークのない視域を奥行き方向に大幅に拡大することに成功した。(2)昨年度開発したフルハイビジョン超多眼式ディスプレイについて、観察者の奥行き方向の動きに応じて時分割数を4時分割から6時分割までアダプティブに変化させることで、クロストークのない視域を奥行き方向に広げることに成功した。また、開発した立体ディスプレイに肝臓の血管モデルなどの医療画像提示を試み、その評価を行った。(3) CT画像から各臓器の部位を自動的にセグメンテーションする技術として、ディープラーニングの一種である3D U-netに、臓器位置の確率アトラスを利用しながらファイン・チューニング転移学習を組み合わせる3D U-JAPA-Netという新たな手法を提案し、セグメンテーションの精度を向上した。提案した手法は、Core Rank Aで医療画像分野のトップコンファレンスであるMICCAIに採択され、臓器の自動セグメンテーションのコンペティションであるMulti-Atlas Labeling Beyond the Cranial Vault - Workshop and Challengeにおいて、13臓器のセグメンテーションの総合成績でグループ別世界第3位(2019年4月現在。アップロード当時は世界1位)となった。医療応用については若干遅れているが、立体ディスプレイのハードウェア開発は当初計画以上に進んでいる。今後は次の課題に取り組む。(1)これまで開発したフルハイビジョン超多眼式ディスプレイについて、焦点調節の誘導が適切にできているかどうかをリフラクトメータで測定する。(2)複数人が同時に裸眼立体視が可能なシステムのプロトタイプを製作する。具体的には、時分割パララックスバリア方式に基づく2人用の装置と、時分割指向性バックライト方式に基づくより多人数用の装置について実装を試みる。(3)ディープラーニングを用いた臓器、血管、病変等の自動抽出システムの開発を行う。前処理や評価関数に新たな工夫を導入することで、精度の向上を図る。(4)開発した裸眼立体ディスプレイの放射線科の医療現場への応用を試みる。具体的にはCT画像の表示のほか、カテーテル手術中に2次元画像をリアルタイムに3次元画像に変換するシステムをディープラーニングにより作成し、それを術者に立体ディスプレイで提示するシステムのプロトタイプ制作を試みる。(1)肝臓手術シミュレータliversimをフルハイビジョンの解像度で裸眼立体表示できるシステムを開発した。従来はサイドバイサイド方式で映像を入力していたため、ディスプレイはフルハイビジョンの解像度を提示する能力があるものの、コンテンツは半分の解像度であった。そこで左右両眼用の画像をフルハイビジョン2チャンネルで入力できるシステムを作成し、フルハイビジョンの立体表示を可能にした。同システムにliversimを実装し、医学生から評価を受け、その有効性を確認した。(2)フルハイビジョン超多眼式裸眼立体ディスプレイの製作を行った。サブピクセル構造を利用した時分割アナグリフパララックスバリアに基づく6時分割表示と3色に異なる方向の光線を割り当てることで、18視点分の映像提示を可能にした。それを左右の眼それぞれに9視点分ずつの画像を振り分け、超多眼フルハイビジョン裸眼立体表示が可能になることを確認した。(3)高速モーショントラッキングシステムOptitrakを用いて、運動視差提示におけるレイテンシー低減の効果を確認した。頭部移動時にクロストークは低減するものの、立体像が空中に定位しているように感じさせるにはまだ不十分な状態である。(4)腹腔鏡手術を想定し、拡大表示立体映像を用いた微細作業における適切な視差提示方法の調査を行った。腹腔鏡手術トレーニング用のドライボックスを使い、カメラ間の距離を変化させながら手術トレーニングを行わせることで、作業効率が高くなる視差条件を調べた結果、従来の腹腔鏡用3Dカメラよりは大きな視差を持たせることで作業効率が向上することを確認した。当初計画に挙げたものは全て実施し、ほぼ予定通りの成果を得ているため。

今後は次の課題に取り組む。(1)これまで開発したフルハイビジョン超多眼式ディスプレイについて、視域の拡大や描画速度の向上等の改善を試みる。また、各種コンテンツを提示し、従来の裸眼立体表示との比較を行い、焦点調節の奥行き感を再現することの有用性を検証する。(2)複数人が同時に裸眼立体視が可能なシステムのプロトタイプを製作し、医療用途での有用性を評価する。当研究グループが過去製作した複数人用裸眼立体表示システムは、観察者が実質2人までで、クロストークが大きく十分が画質が得られていなかった。今後はその従来装置の問題点を解消する新たなシステムの製作に取り組む。(3)ディープラーニングを用いた臓器の自動抽出システムの開発を行う。従来、裸眼立体表示を用いた手術シミュレーションシステムに表示させる臓器モデルは、手動でのチューニングが必要で制作に長時間の作業を要した。この問題を解決するため、臓器の自動抽出システムの精度向上をはかる。その手法としては、ディープラーニングを応用する。ディープラーニングに従来の確率アトラスの情報や、機械学習に転移学習を応用するなどの工夫を取り入れることにより、自動でも実用に耐えうるレベルの臓器モデルが制作できるようにすることを目指す。(1)これまで開発したフルハイビジョン超多眼式ディスプレイについて、焦点調節の誘導が適切にできているかどうかをリフラクトメータで測定する。(2)複数人が同時に裸眼立体視が可能なシステムのプロトタイプを製作する。具体的には、時分割パララックスバリア方式に基づく2人用の装置と、時分割指向性バックライト方式に基づくより多人数用の装置について実装を試みる。(3)ディープラーニングを用いた臓器、血管、病変等の自動抽出システムの開発を行う。前処理や評価関数に新たな工夫を導入することで、精度の向上を図る。(4)開発した裸眼立体ディスプレイの放射線科の医療現場への応用を試みる。具体的にはCT画像の表示のほか、カテーテル手術中に2次元画像をリアルタイムに3次元画像に変換するシステムをディープラーニングにより作成し、それを術者に立体ディスプレイで提示するシステムのプロトタイプ制作を試みる。