hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯林樹種によるケイ素利用の生態学的研究の開拓

熱帯自然林が持続的な生態系を維持するメカニズムを理解する努力の一環として、本研究では、土壌風化の要となるケイ素と植物の相互関係をマレーシアの熱帯低地林と山地林において調査した。具体的には優占樹種の葉におけるケイ素蓄積、トラップで定期的に回収されたリターサンプルのケイ素濃度、および、土壌A層上部のケイ素可給性を定量化した。得られた結果は、生葉とリターの両者において山地林よりも低地林の方が植物を介してのケイ素循環は大きいこと、さらに、熱帯低地林の樹種の多くがケイ素蓄積という形質をなんらかの理由で進化させ、ケイ素循環と土壌の化学物性に大きな影響を与えている可能性を世界で初めて明らかにした。初年度の活動としては、まず、2014年6月に日本熱帯生態学会において、当研究課題を紹介した。また、7月までには実験室整備を完了し、植物葉の粉砕とケイ素濃度の定量化を効率よく行えるようになった。また、1年目の主要な研究活動として予定されていたボルネオ島キナバル山での研究については、研究分担者の北山兼弘教授との現地調査を行い、実験室におけるリターと生葉のケイ素濃度の定量化は予定通り進行している。キナバル山の海抜高度が異なるサイトで集められたリターのケイ素濃度を比較した結果、高度700mのサイトと比べ、高度1700m、2700m、3100mの森林では葉リターに含まれるケイ素濃度が大幅に低いという興味深い結果が得られた。これに対して、ケイ素可給性が異なると予測される蛇紋岩と堆積岩という2つの母岩タイプではリターのケイ素濃度に違いが見られなかった。これらの結果は森林群集のリターのケイ素濃度は土壌のケイ素可給性よりも樹種組成の違いを反映していると考えられ、この予測を検証するため、生葉のケイ素濃度の土壌ケイ素可給性の分析を現在進行中である。さらに、研究地としては新たにマレーシア半島のパソ研究林を加え、生葉、リター、土壌のケイ素可給性を定量した。この研究は、学部4回生の石澤秀紘氏が卒業研究課題としておこなったもので、植物を介してのケイ素循環が土壌のケイ素可給性や樹種の空間分布にどのように影響するか、という新たな課題にチャレンジできた。この結果は、2015年3月の日本生態学会においてポスターとして発表され、現在、投稿論文を準備中である。まとめると、「熱帯樹種はケイ素蓄積を能動的行う種からケイ素を排他的に貯めない種まで大きな違いが有る」、という当研究の主要な仮説の一つは検証でき、さらに、海抜高度や母岩の影響についても、新たな知見が得られた。高温多湿の熱帯の環境では化学反応と生物活動が1年を通じて盛んなため、岩石からの土壌の生成と風化の速度が速く、植物の生育や生態系炭素固定機能に必要な栄養塩類が土壌から失われやすい。このような環境で熱帯自然林が持続的な生態系を維持するメカニズムは全球レベルの生態系の理解にも重要だが、土壌風化の要であるケイ素の動態に熱帯森林樹種がどのように関与するかはこれまで調べられてなかった。本研究では、植物を介してのケイ素循環という新しい課題の開拓を目的として、土壌風化度の異なる森林において、植物を介してのケイ素循環を定量化する基礎データを集めた。半島マレーシアの低地林とボルネオ島マレーシア・サバ州のキナバル山(標高700-3100 m)の森林調査区において、優占樹種の葉におけるケイ素蓄積、トラップで定期的に回収されたリターサンプルのケイ素濃度、および、土壌A層上部のケイ素可給性を定量化した。生葉とリターからは乾燥・粉末化後にアルカリ溶液でケイ素を抽出し、また、風乾土壌からは蒸留水で振とう後に溶出するケイ素濃度を測定した。この結果得られた新たな知見は、以下のようにまとめられる。多くの熱帯林の主要構成樹種間には、能動的にケイ素を吸収・蓄積する種からケイ素を排除する非蓄積種まで、葉におけるケイ素蓄積濃度に大きな違いがあった。ケイ素高蓄積樹種は低地林に多く、標高が高くなるほどケイ素蓄積種の頻度は減少し、葉リターのケイ素濃度も標高が高いほど低かった。キナバル山には、堆積岩と超塩基岩という対照的な母岩から生成した土壌があるが、意外にも、同じ標高では土壌上部のA層のケイ素可給性には違いが見られなかった。まとめると、本研究は、熱帯低地林の樹種の多くがケイ素蓄積という形質をなんらかの理由で進化させ、ケイ素循環と土壌の化学物性に大きな影響を与えている可能性を世界で初めて明らかにした。本研究は土壌のケイ素供給度と葉やリターのケイ酸濃度を定量比較して、熱帯林生態系での植物を介したケイ素

循環の研究を開拓する、という大きな目的をもつ。植物種の多様性の非常に高いボルネオ島において土壌風化度が異なる複数のサイトを選ぶという計画で申請し、この当初の計画は順調に進行している。さらに、半島マレーシアのサイトも加えたため、初年度においては予定どおり、または,それ以上の成果達成ができたと考える。植物生態学平成27年度の研究課題の推進方向としては、(1)ボルネオ島サバ州、キナバル山サイトでの生葉と土壌のサンプルの実験室での分析を終え統計解析をまとめる、(2)半島マレーシアのパソ研究林サイトでの結果を査読付き国際紙に発表する、(3)ボルネオ島サラワク州ランビル国立公園での生葉と土壌の現地調査を行う、(4)これまでの結果を論文としてまとめ、今後の研究推進方向を定め、平成28年以降5年間の研究課題と計画を定める、という4点である。ランビル国立公園での調査については、平成27年度の前期に、同サイトでの研究経験のある共同研究予定者と相談して、調査許可などを得る必要があり、これによっては細かい研究計画が変更する可能性がある。初年度(平成26年度)の実験計画うち、人件費・謝金で予定していた活動の一部を学生の課題研究として遂行したため、経費の節約ができた。一方、申請書に予定していなかった調査地も追加したこと、又、当初予定していなかった国内学会で研究報告をしたことから、旅費が増額した。これらの調整の結果、残額が発生したが、実験室での分析予定のサンプルの総数が増えること、また、課題研究に参加する学生が2名になること、から、平成27年度の必要経費は、当初の配分額より大きくなると予想される。よって、初年度予算の残額を次年度に使用することを希望する。課題研究に参加する学生が1名から2名に増えるため必要な旅費にあてる。
霊長類胚性幹細胞の多分化能維持に関わるシグナル伝達機構の解析

マウスES細胞はLIF存在下で未分化状態を維持できるが、霊長類ES細胞の未分化状態の維持には支持細胞(フィーダー細胞)が必須であり、LIFは効果を持たない。本研究ではSTAT3ついてリン酸化型、非リン酸化型それぞれを特異的に認識する抗体を用いてウェスタンブロット法による解析を行い、LIF刺激による挙動を解析した。ヒトならびにサルES細胞を用いてLIF-STAT3情報伝達経路を調べたところ、予想に反しSTAT3はLIF刺激によってリン酸化され核内へ移行し、標的遺伝子の転写を活性化することがわかり、霊長類ES細胞においてLIF-STAT3シグナル伝達経路は機能していることが明らかとなった。そこで霊長類ES細胞の未分化性維持へのSTAT3の役割をより詳細に解析するため、ドミナントネガティブSTAT3を作製しその強制発現の効果を検討した。既に報告されているようにSTAT3は、二量体化に必須であるリン酸化部位に変異を入れることでドミナントネガティブ体として作用し、これをマウスES細胞に強制発現させた場合、LIFやフィーダー細胞存在下であっても未分化状態を維持することが出来ずすみやかに分化していく。一方、サルES細胞にドミナントネガティブSTAT3を強制発現させたところ、内在性STAT3のリン酸化や核移行ならびにSTAT3標的遺伝子の転写活性化はいずれもドミナントネガティブSTAT3によって阻害されているにもかかわらず、その強制発現株は形態学的にも未分化であり、またアルカリフォスファターゼ,SSEA-4,NanogやOct-3/4等の未分化マーカーの発現も認められ多分化能を維持していることが確認された。このことから、霊長類ES細胞の未分化性維持はマウスES細胞と根本的に異なりLIF-STAT3非依存的な機構を介していることが強く示唆された。本研究はヒトを含めた霊長類ES細胞の多能性維持機構を解明することにある。ES細胞の多能性維持機構についてはマウスES細胞での解析が進んでいる。マウスES細胞はLIF(白血病阻止因子)存在下で未分化状態を維持できるが、霊長類ES細胞の未分化状態の維持には支持細胞(フィーダー細胞)が必須であり、LIFはマウスES細胞で見られるような効果を持たない。LIFはその受容体に結合することで転写制御因子であるSTAT3を活性化するシグナル伝達系が重要であることがマウスで示されている。霊長類ES細胞でLIFが機能しない原因として、霊長類ではSTAT3の発現量が低い、シグナル伝達系のどこかでブロックされている、などが考えられていた。そこでまずカニクイザルES細胞でSTAT3がどのような挙動を示すのかを解析した。その結果STAT3タンパク質自体はマウスES細胞と同等といえる量が発現されていることが確認された。次にLIFによるSTAT3の活性化を調べた。STAT3はLIF受容体を介して特定のアミノ酸がリン酸化されることにより活性化される。そこでLIFによる刺激の有無によりSTAT3の活性化状態がどのように変化するかリン酸化型、非リン酸化型それぞれを特異的に認識する抗体を用いたウェスタンブロット法により解析した。予想に反し、LIF刺激によりSTAT3はその転写活性化を発揮するに十分な活性化を受けていることが明らかになった。さらに活性化に伴っての核内への集積も認められたため実際に標的遺伝子の転写を促進しているものと考えられる。現在、標的遺伝子についてマウスES細胞との差異や機能面での違いを解析している。これにより霊長類ES細胞でLIF/STAT3シグナル伝達機構が未分化状態の維持にどのように寄与しているのかを明らかにできると考えられる。本研究はヒトを含めた霊長類ES細胞の多能性維持機構を解明することを目的としている。

昨年度までにマウスES細胞も未分化状態維持に重要な機能を持つLIFがカニクイザルES細胞はその効果が見られないにもかかわらず、STAT3をリン酸化することにより活性化し、同時に活性化に伴っての核内への移行が起きることを確認した。16年度研究計画の目的は、このシグナル伝達機構がどのように働いているのかを解析することであった。カニクイザルES細胞でもマウスES細胞と同様のシグナルが核内に伝達されていることから、他の遺伝子の転写制御がどのように行われているのかを調べたところマウスES細胞と同様の遺伝子発現を活性化していることが分かった。このためSTAT3のドミナントネガティブ型タンパク質を強制発現させることによりLIFからのシグナル伝達を阻害することを試みた。この操作により予想通りLIF添加による遺伝子の活性化は阻害されたにも関わらずサルES細胞は未分化状態を維持していた。この結果はカニクイザルES細胞の未分化状態の維持にLIFが効果を示さないことが、LIFからのシグナル伝達経路が阻害されていたり抑制的フィードバック機構が強いなどの理由ではなく、サルES細胞ではSTAT3の活性化による遺伝子発現制御機構がES細胞の未分化状態維持には必須ではないことを示唆するものと考えられた。この研究成果は幹細胞研究の専門誌であるStem Cellsに投稿・掲載された。ヒトES細胞でもLIF/STA3シグナル伝達経路はカニクイザルES細胞と同様に機能していると考えヒトES細胞でも同様の解析を行った。このほか霊長類ES細胞の未分化状態の維持に寄与する因子の探索を行い一定の成果を上げた。これらの成果は再生医療におけるヒトES細胞の利用に貢献するものと期待される。
波群の浅水・砕波変形に伴う長周期波の定量の評価

現地波浪の汀線付近での挙動(特に遡上波形)は短周期(風波成分)と長周期成分に分けて扱う事により、合理的で高精度の定量的評価が可能になると考えられる。その基礎的な研究として単一波群を対象に、既往の研究を集大成したモデルと室内実験との比較検討を行った。モデルは、短周期(基本波)成分については砕波・放物運動型モデルを採用し、遡上波形は基本波の周期によって定まることとした。長周期成分については、まず、(0)沖側境界で入・反射波の分離を行い、さらに入射長周期成分を拘束波と自由波にわけ、(1)前者については測定地点が浅海域であれば、その後の基本波の浅水変形による拘束波の変化と発生する自由波とほぼキャンセルして見かけ上は不変であると見なす、(2)後者の自由波については独立に浅水変形するものとした。ついで、(3)砕波点の変動に伴い発生する長周期波(のうち岸向きに進行するもの)をMizuguchiモデルで見積もり、(4)以上全ての長周期成分は、基本波の砕波後は自由波となりかつ汀線で完全反射するものとした。具体的には、砕波点での鉛直変位を2倍したものを斜距離に変換した。実験結果との比較は、まず、波群中の最大遡上高について行った。基本波および3種の長周期波の位相差を無視し、可能最大および可能最小遡上高をモデルより求め実験と比較した。ついで、位相関係を考慮したモデルも作成、遡上波の時系列波形の形で実験と比較した。結果は共に、定性的にも(入射長周期波中の自由波の有無、基本波の波高・周期による違い、波群特性の差による傾向について)、定量的にも満足すべきものであった。ただし、長周期波に関するモデリングにおいて、(0)沖側境界での入・反分離、入射波における拘束波と自由波の分離および(3)砕波点の変動の評価に改良の余地がある。単一波群を用いて一様勾配(1/20)斜面上での浅水・砕波変形と遡上に関する一連の実験を行った。実験は、波群中の基本波の周期、波の数、波群中の最大波高、波群造波に伴って発生する自由長周期波制御の有無を適当に組み合わせて行った。主要な地点では水位と流速変動の同時測定を行い、長周期波の入反射分離を行った。長周期波に関して得られた結果は以下の通りである。1)単一波群の浅水変形に伴う自由長周期波の発生は無視できる程に小さい。理由は、浅水変形に伴う波群形状の変化の割合が微小なためである。2)砕波点の変動に伴う岸向き及び沖向きの長周期波の発生は、Mizuguchi(1995)の単純なモデルにより定量的にも精度よく予測できる。3)長周期波は遡上域で完全に反射される。また、遡上域で新たに発生する長周期波は観察されなかった。以上の3点を組み込んだモデルを作ることにより、少なくとも一次元波群に伴う長周期波の浅海域での定量的評価は可能となる。加えて、遡上域においては汀線近傍に到達する長周期波の成分が重要であり、実験を行うにあたっては自由長周期波の存在に注意を払う必要のあることもわかった。今後は、長周期波が短周期波(の砕波、遡上)に及ぼす影響の評価の検討とモデル化をおこなう予定である。あわせて、不規則波を波群性の波と見なすことの定量的な妥当性についても検討する。

現地波浪の汀線付近での挙動(特に遡上波形)は短周期(風波成分)と長周期成分に分けて扱う事により、合理的で高精度の定量的評価が可能になると考えられる。その基礎的な研究として単一波群を対象に、既往の研究を集大成したモデルと室内実験との比較検討を行った。モデルは、短周期(基本波)成分については砕波・放物運動型モデルを採用し、遡上波形は基本波の周期によって定まることとした。長周期成分については、まず、(0)入射波の長周期成分を拘束波と自由波にわけ、(1)前者については測定地点が浅海域であれば、その後の基本波の浅水変形による拘束波の変化と発生する自由波とほぼキャンセルして見かけ上は不変であると見なす、(2)後者の自由波については独立に浅水変形するものとした。ついで、(3)砕波点の変動に伴い発生する長周期波(のうち岸向きに進行するもの)をMizuguchiモデルで見積もり、(4)以上全ての長周期成分は、基本波の砕波後は自由波となりかつ汀線で完全反射するものとした。具体的には、砕波点での鉛直変位を2倍したものを斜距離に変換した。実験結果との比較は、波群中の最大遡上高について行った。まず。基本波および3種の長周期波の位相差を無視し、可能最大および可能最小遡上高をモデルより求め実験と比較した。定性的には(入射長周期波中の自由波の有無、基本波の波高・周期による違い、波群特性の差による傾向については)満足すべきものであったが、定量的にはモデルにかなりの改良の余地があることがわかった。詳細な検討はこれからであるが、長周期波に関する上記のモデリング中の(0)入射波における拘束波と自由波の分離および(3)砕波点の変動の評価における誤差が大きく影響しているようである。位相関係を考慮したモデルについては今後の課題として残った。
地震防災識獲得支援のための対話型地震防災教育システムの開発に関する研究

1.研究目的本研究は学習者がパーソナルコンピュータから地震防災に関する知識を引き出しながら学習を行う対話型の地震防災学習ソフトウェアの開発を行った。2.研究実施内容システム開発では、ソフトを制御するプログラムが入ったメインディレクトリと後に述べる教室モードの学習画面上に表示される仮想生徒や図書館モードで参照用学習画面に用いるグラフィックファイルを格納するグラフィックディレクトリ、学習者に表示する質問文や解説文と言ったデキストデータを納めるテキストディレクトリを設け、格納されるBMPデータやテキストデータをそれぞれ作成した。最後にソフト全体の制御用プログラムをC言語で作成した。ソフトのインターフェイス部分の開発としては、通常学習を行う教室モードの画面作成と既存の地震防災学習ソフトの内容をカード型データベース化し、その内容を検索、閲覧することができる機能を付加し、図書館モードとした。また、学習者の名前の登録機能、教室モードと図書館モードどうしの切り替え機能を作成した。これにより、学習画面に表示する仮想の生徒からの質問に答え、もし学習者が分からない内容について質問を受けたときは、図書館モードにコンピュータに不慣れな学習者でも容易に切り替え、質問してきた内容について検索・閲覧して調べて教室モードへ戻り、仮想生徒の質問に答えることができるようになった。以上開発したシステムを山口大学工学部知能情報システム工学科の大学生30人に使用してもらい、操作性等についてアンケート調査を行った。その結果、操作性や画面構成については扱いやすい、見やすい等のよい回答を得た。さらに、仮想生徒の質問内容や構成については適切という意見を多く得た。しかし、その一方で、図書館モードに関しては操作がし難いや音声が少ないといった意見も得た。この点については今後の課題となるものと考える。
唐宋代四川地域における千手観音信仰

本年度の研究では、四川地域の成都盆地東部に集中する晩唐期の千手観音像を主たる研究対象とし、これらの像が、腹前で阿弥陀の定印を結ぶことを筆頭に、四川地域における中唐期までの造像と異なる特徴を示すことに着目した。千手観音関連の経典では、千手観音を信仰しそのダラニを唱える者が「いかなる浄土にも往生できる」という功徳を説くが、弥陀定印をはじめとする晩唐期の造像に見られる特徴が、数ある浄土の中でも特に阿弥陀浄土への往生を願う信仰と結びつくものである可能性について、同時期の四川地域における仏教信仰の動向に鑑みながら探ることを目的とした。そのためまず、これまで未見であった四川地域東部に残る晩唐期の記年作例3件を調査・撮影した。またこれに加え、イギリス、大英博物館並びにフランス、ギメ東洋美術館にて、敦煌莫高窟蔵経洞から発見された絹本や紙本の絵画(所謂「敦煌画」)晩唐期の千手観音像10件あまりの調査・撮影を行った。これらは、四川と並んで千手観音像の多い敦煌地域に残る作例の中でも、晩唐期から五代にかけての記年作例が含まれる重要な作例群である。本年度の調査結果と昨年度までに収集済みのデータを合わせた結果、四川地域に残る唐宋代の千手観音像に関しては、全ての記年作例と、報告や論文から把握できる作例のほぼ全件を網羅することができた。このため、記年作例が少ないことから年代比定が困難とされてきた四川地域の作例に関して、おおよその年代比定を行うことが可能となり、時代ごとの形式変遷を把握することができた。また、大英博物館とギメ東洋美術館所蔵の作例に関しても、実地調査を行うことで持物や眷属の種類や位置を具体的につかむことができ、四川の作例を分析する上での手がかりを得ることができた。四川地域に残る作例の大半(報告書、論文などで確認できる70件の作例中65件)を調査し、作例のデータを整理し終えたことで、同地域の作例についておおよその年代比定を行うことが可能となった。そのため、本年度課題とした晩唐期の作例についても、時代特有の形式を把握することができ、時代背景と結びつけた分析を行うことが可能となった。四川地域における唐・宋代の千手観音信仰と造像について、引き続き文献・金石史料を収集し、実作例と結びつけた分析を進める。また、四川地域特有の造像形式について見識を得るために、同地域と隣接しており、造像に影響を及ぼしていると思われる雲南省の観音像とその信仰形態について調査を進める予定である。本年度は、(1)四川省に現存する唐宋代の千手観音像のうち、重要作例や未調査作例を現地調査し、関連経典の内容と照らし合わせながら四川地域の千手観音像の大半を占める「大悲変相図」の場面同定を行う手掛りを得ること、(2)これまでに実施した調査と(1)の調査結果を踏まえて浄士往生信仰と関連したモチーフを含む作例の分布状況を確認すること、(3)(1)・(2)の結果を踏まえて唐宋代四川地域における千手観音図像の展開について総合的な見解を構築すること、を主眼として研究を進めた。現地調査は四川省の庵堂寺摩崖石刻造像、聖水寺摩崖造像、重龍山摩崖石刻造像、白岩寺摩崖石刻造像、看灯山摩崖造像、飛仙閣摩崖造像にて20件、河南省の龍門石窟にて2件、計20件の唐代作例を対象として、2011年3月11日から31日にかけて実施した(地理的には四川と隔たる龍門の作例は、中国における現存最古の千手観音像である可能性が指摘されており、四川省内で最古とされる盛唐期の作例との比較を行う上で重要と判断したため調査対象に含めた)。調査の結果、次の成果が得られた。まず、天復七年(907)銘の付された庵堂寺像が、同時期に制作された複数の記年作例と図像上の共通点も多く、晩唐期の図像的特徴を考える上での基準作例となり得ることが確認できた。また、庵堂寺、白岩寺、看灯山の作例を調査したことで、現在四川省に残る唐宋代の作例の殆どを実見し終え、同地域における図像の展開を考える上での地盤を整えることができた。その結果個々の作例を相対化することが可能となり、晩唐期の図像が中唐以前の図像の簡略形であり、唐宋代四川地域の大悲変相図の場面同定を行う上では、中唐以前の作例が重要となること、また浄土往生信仰と結びつくモチーフが特に成都盆地西部の丹稜県、〓峡市に残る中唐頃の作例に集中することなどを確認することができた。

そのためまず、これまで未見であった四川地域東部に残る晩唐期の記年作例3件を調査・撮影した。またこれに加え、イギリス、大英博物館並びにフランス、ギメ東洋美術館にて、敦煌莫高窟蔵経洞から発見された絹本や紙本の絵画(所謂「敦煌画」)晩唐期の千手観音像10件あまりの調査・撮影を行った。これらは、四川と並んで千手観音像の多い敦煌地域に残る作例の中でも、晩唐期から五代にかけての記年作例が含まれる重要な作例群である。本年度の調査結果と昨年度までに収集済みのデータを合わせた結果、四川地域に残る唐宋代の千手観音像に関しては、全ての記年作例と、報告や論文から把握できる作例のほぼ全件を網羅することができた。このため、記年作例が少ないことから年代比定が困難とされてきた四川地域の作例に関して、おおよその年代比定を行うことが可能となり、時代ごとの形式変遷を把握することができた。また、大英博物館とギメ東洋美術館所蔵の作例に関しても、実地調査を行うことで持物や眷属の種類や位置を具体的につかむことができ、四川の作例を分析する上での手がかりを得ることができた。四川地域に残る作例の大半(報告書、論文などで確認できる70件の作例中65件)を調査し、作例のデータを整理し終えたことで、同地域の作例についておおよその年代比定を行うことが可能となった。そのため、本年度課題とした晩唐期の作例についても、時代特有の形式を把握することができ、時代背景と結びつけた分析を行うことが可能となった。四川地域における唐・宋代の千手観音信仰と造像について、引き続き文献・金石史料を収集し、実作例と結びつけた分析を進める。また、四川地域特有の造像形式について見識を得るために、同地域と隣接しており、造像に影響を及ぼしていると思われる雲南省の観音像とその信仰形態について調査を進める予定である。
相互依存関係を持つ異種タスクの同時処理に関するＧＰＧＰＵによる高速化の研究

汎用的な生物物理モデルは数式と常微分方程式の集合である.変数はイオン濃度などの物理量を表す.生物物理シミュレーションは変数の時間変移を計算する.Flintは,大規模で多種多様な生物物理モデルのシミュレータである.様々なモデルを処理するための数式の中間コード表現を用いている.本研究ではGPUを用いてFlintを高速化する二つの方法を提案する.第1の方法はインタプリタ方式であり,中間コードを自動的に並列化する.第2の方法は中間コードからソースコードに変換する.ソースコード量が少なくなり,そのコードのコンパイル時間が短くなる.シミュレーションコード実行性能は,後者の前者の2.4倍である.汎用的な生物物理モデルは数式と常微分方程式の集合である.変数はイオン濃度などの物理量を表す.生物物理シミュレーションは変数の時間変移を計算する.Flintは,大規模で多種多様な生物物理モデルのシミュレータである.様々なモデルを処理するための数式の中間コード表現を用いている.本研究ではGPUを用いてFlintを高速化する二つの方法を提案する.第1の方法はインタプリタ方式であり,中間コードを自動的に並列化する.第2の方法は中間コードからソースコードに変換する.ソースコード量が少なくなり,そのコードのコンパイル時間が短くなる.シミュレーションコード実行性能は,後者の前者の2.4倍である.高性能計算(HPC)分野でGPGPUは有効な技術として定着している.行列積計算など特定の計算をするGPUプログラムの開発が研究の中心である.他の計算をするには他のGPUプログラムの開発が必要である.GPGPUをより広範囲で有効とするためには,次の2つのGPGPU技術の開発が不可欠と考え,その開発を研究目的としている.a)概念上,異種タスクを多数同時に処理するGPGPU技術.b)コンパイラのように任意のユーザ定義式を処理可能とするGPGPU技術.そのための具体的題材として,ユーザが生体機能記述言語により生体機能をモデルとして記述し,それをシミュレーションすることを題材に研究を進めている.平成23年度は,常微分方程式および関数の集合で表された生体モデルを対象に,その数式群の数値解を計算する.数式に従い、単純な四則演算だけでなく指数関数などの複雑な関数も含む多種の命令をGPUが実行する必要がある.GPUは内部に多数のコアを持つ並列計算機であるが,それらのコアは複数個ごとにグループ化されており,グループごとに処理内容を統一したときに処理効率が高い.一方,処理内容を統一できない場合は,GPUでの性能向上は望めない.これを解決することが,上記a)およびb)の問題点の解決の最も重要である.上記a)の問題点を解決するために,スタックマシンを用いたインタプリタ方式を考え,それをさらに高速化する手法を開発した.また,この手法の副産物として,b)の問題点への手がかりになっている.現在、CPUの1コアでの実行に対して,GPUでは最大で約30倍の高速化を達成した.汎用生体機能シミュレータをGPUおよびGPUクラスタで高速化することに成功した.約12万心筋細胞,約460万個の微分方程式を含む心臓モデルFSKに対して,1台のGPU Tesla K20を用いて実時間4秒間(0.005ミリ秒間隔で80万ステップ)のシミュレーションを約2時間で実行できる.これは,スーパーコンピュータ「京」の128 CPUコアを用いた並列計算の性能に相当する.さらにGPU装備のPCを複数台用いて並列実行する場合は,シミュレーション対象の大きさに適切なPC台数の範囲において,台数効果が得られている.PC間でデータ転送する際に,GPUとPC間で効率よくデータ転送できるように,GPU内部でのデータの並び順を工夫した.シミュレーションの高速化により,例えば心室筋細胞の膜電位ダイナミクスを再現する生体機能モデルの研究が加速し,薬物動態から心臓電気生理までの統合的にシミュレーションでき,新しい強心薬ベスナリノンの濃度に依存して心臓が正常な動きに戻ることの確認できている.シミュレーション対象の生体モデルが大規模になると,シミュレーションの計算を表現するサイクルなしのグラフが大規模になり,GPUのソースプログラムを生成することに数時間かかる.これを高速化するために,グラフの分割に工夫する必要があるが,今後の課題である.高性能計算分野でGPGPUは有効な技術として定着している.行列積計算など特定の計算をするGPUプログラムの開発が研究の中心である.他の計算をするには他のGPUプログラムの開発が必要である.GPGPUをより広範囲で有効とするためには,次の2つのGPGPU技術の開発が不可欠と考え,その開発を研究目的としている.a)概念上,異種タスクを多数同時に処理するGPGPU技術.b)コンパイラのように任意のユーザ定義式を処理可能とするGPGPU技術.そのための具体的題材として,ユーザが生体機能記述言語により生体機能をモデルとして記述し,それをシミュレーションすることを題材に研究を進めている.平成24年度は,遅延微分方程式(DDE)および関数の集合で表された生体モデルを対象に,その数式群の数値解を計算できるようにした.これにより,処理可能な生体機能モデルの対象を拡大できた.GPUは内部に多数のコアを持つ並列計算機であるが,それらのコアは複数個ごとにグループ化されており,グループごとに処理内容を統一したときに処理効率が高い.一方,処理内容を統一できない場合は,GPUでの性能向上は望めない.これを解決することが,上記a)およびb)の問題点の解決が最も重要である.上記a)の問題点を解決するために,スタックマシンを用いたインタプリタ方式を考え,それをさらに高速化する手法を開発し,その手法の副産物として,b)の問題点も開発した.

DEEを用いた視覚野神経モデルは,興奮性神経細胞を縦横101個のメッシュ状に並べたものを上下2層に接続したモデルである.このモデルは代数関数を1,377,145個,常微分方程式を387,638個,遅延微分方程式を20,402個の数式規模である.この処理時間に関して,CPUの1コアでの実行に対して,GPUでは最大で約24倍の高速化を達成した.計画では,平成23年度は解決アイデアの検討し,平成24年度にそのアイデアをGPGPUとして実装するものであったが,実際には平成23年度中にその段階まで進んでいるため.25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度までの達成度は計画通りである.GPGPUに関しては計画ステップを前倒しに実施する.なお,計算対象に関するGPGPU処理で考案した方法は,共有メモリのマルチコア・コンピュータでの実行にも適用可能なので,GPUだけでなく実行環境をマルチコアコンピュータにも拡張し,性能比較する.25年度が最終年度であるため、記入しない。GPGPUに関しては計画ステップを前倒しに実施する.なお,計算対象に関するGPGPU処理で考案した方法は,共有メモリのマルチコア・コンピュータでの実行にも適用可能なので,GPUだけでなく実行環境をマルチコアコンピュータにも拡張し,性能比較する.また,新たに心筋細胞モデルを実験対象とする.このモデルは規模が大きいので複数GPUでの処理を試みる.ただ,モデル規模が大きくなると,対応するグラフの規模が大きくなり,使用するメモリ量が増加することが問題であり,この対策が新たな課題となる.
シナプス後肥厚部(PSD)特異蛋白質の検索と機能解析

PSDはシナプス後部を形成する単なる構造物としてではなく、近年LTPに関連したダイナミックな形態と機能変化を示す機能的細胞構造として注目を集めている。本研究は、PSDのダイナミックにして特徴的形態を形成する物質根拠とそのメカニズムを追究するべく、PSD特異的モノクローナル抗体を用いたPSD構成蛋白質の検索とその機能解析を目的とし、本年度は以下PSD-Zip45の機能解析とPSD-Zip70のクローニングおよび機能解析を行った。N末側にEVH1ドメイン、C末側に特有のロイシンジッパー・モチーフを有するscaffolding蛋白質で、EVH1ドメインはI型代謝性グルタミン酸受容体(mGluR1およびmGluR5)と結合し、ロイシンジッパー・モチーフは強力な自己多量体形成能を示す。シナプスへのPSD-Zip45ターゲッティング機構を、海馬培養ニューロンにPSD-Zip45プラスミドをマイクロインジェクションすることにより検討し、PSD-Zip45のシナプスへのターゲティングはEVH1ドメインとC末端側のロイシンジッパーモチーフが必須であることを見い出した。同時に、PSD-Zip45のEVH1変異あるいはロイシンジッパー欠損蛋白質の海馬ニューロンへの大量発現により、Shankのシナプスターゲティングは阻害されるがPSD-95,GKAPは影響を受けないことから、シナプス後部でPSD-Zip45/Shank系とPSD-95/GKAP系のコンパートメントが存在し、PSD-Zip45/Shank系はPSD-Zip45によりアクチン細胞骨格と関連することを明らかにした。また、PSD-Zip45のトランスジェニックマウスを作製し、このマウス海馬ニューロンを用いてPSD-Zip45のシナプスにおけるダイナミクスを明らかにした。N末側にミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターを、C末側にロイシンジッパー・モチーフを有する蛋白質で、dendritic spineに局在する。N末側のミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターは細胞膜への結合とraft構造へのターゲッティングに重要であること、さらにラット大脳シナプトソームの詳細な分画法により、PSD-Zip70はPSDとdendritic raftに局在する蛋白質であることを明らかにした。COS7細胞共発現系を用いて、PSD-Zip45によるmGluR1αクラスター形成を証明した。同時に、PSD-Zip45のEVH1変異あるいはロイシンジッパー欠損蛋白質の海馬ニューロンへの大量発現により、Shankのシナプスターゲティングは阻害されるがPSD-95,GKAPは影響を受けないことから、シナプス後部でPSD-Zip45/Shank系とPSD-95/GKAP系のコンパートメントが存在することを明らかにした。N末側のミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターは細胞膜への結合とraft構造へのターゲッティングに重要であること、さらにラット大脳シナプトソームの詳細な文画法により、PSD-Zip70はPSDとdendritic raftに局在する蛋白質であることを明らかにした。

同時に、PSD-Zip45のEVH1変異あるいはロイシンジッパー欠損蛋白質の海馬ニューロンへの大量発現により、Shankのシナプスターゲティングは阻害されるがPSD-95,GKAPは影響を受けないことから、シナプス後部でPSD-Zip45/Shank系とPSD-95/GKAP系のコンパートメントが存在し、PSD-Zip45/Shank系はPSD-Zip45によりアクチン細胞骨格と関連することを明らかにした。また、PSD-Zip45のトランスジェニックマウスを作製し、このマウス海馬ニューロンを用いてPSD-Zip45のシナプスにおけるダイナミクスを明らかにした。N末側にミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターを、C末側にロイシンジッパー・モチーフを有する蛋白質で、dendritic spineに局在する。N末側のミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターは細胞膜への結合とraft構造へのターゲッティングに重要であること、さらにラット大脳シナプトソームの詳細な分画法により、PSD-Zip70はPSDとdendritic raftに局在する蛋白質であることを明らかにした。
プロテオミクス解析手法を用いたアルドステロンの血管細胞への直接作用の解明

アルドステロン(Aldo)は心血管系組織のミネラロコルチコイド受容体(MR)に直接作用し、心血管障害を惹起する機序が提唱されている。我々は今回、その現象の細胞レベルでの分子機序を解明する目的で、血管内皮細胞でMRを介して遺伝子発現が誘導される因子の網羅的解析と病態との関連の検討を行った。初代血管内皮細胞では継代に伴い急速にMRの発現低下、応答減弱が生じるため、最終的にMR遺伝子をヒト血管内皮細胞株(EAhy926)に恒常的に遺伝子導入した細胞株(MR-EAhy)を作成し、MR-EAhyが生理的血中濃度(10^<-10>10^<-9> M)のAldoで良好なMR依存性の遺伝子転写応答を生じることを確認した。次いで、MR-EAhyにおいてAldo(10^<-9> M)刺激下で発現誘導される遺伝子群をtranscriptome解析し、発現が有意(p> 0. 05)に増加した125遺伝子中、real-time RT-PCRによる二次スクリーニングにより、1) Aldo非刺激時の基底発現レベルが高く(RT-PCRのCt値30未満)、2) Aldo刺激により1. 5倍以上の発現増加を示し、3) MR拮抗薬(スピロノラクトン10^<-6> M)にて完全に発現が抑制される、12遺伝子(FKBP5, DDIT4, CCL23, NEDD9, EPS8, ESM-1, AKAP12, ERRFI1, ANGPTL4, S1P3, IGFBP3, SNF1LK)を選定した。このうちFKBP5, CCL23, NEDD9, ESM-1, ERRFI1, ANGPTL4, IGFBP3, SNF1LKの7因子につてイムノブロットでAldoによる蛋白レベルでの発現が確認された。これら7因子のうち、Aldo誘導性高血圧モデルラットの大動脈壁において対照ラットに比しESM-1(約10倍)、SNF1LK(約3倍)、ANGPTL4(約3倍)のmRNA発現増加が認められ、いずれもスピロノラクトン投与により有意に発現の抑制が認められた。本研究の結論として、MR遺伝子導入ヒト血管内皮細胞株を用いたトランスクリプトーム解析を起点に蛋白レベルへの翻訳が確認され、Aldo血管障害モデルで発現が増加するESM-1、SNF1LK、ANGPTL4の3遺伝子を同定した。これらの遺伝子産物のAldo誘導性血管炎における病態生理学的意義が注目される。本研究では血管内皮細胞(EC)および平滑筋細胞(VSMC)にウイルスベクターを用いてMR, GRを過剰発現させた細胞を用い、1)血管細胞においてMR活性化を介してゲノミック作用で発現誘導される遺伝子をプロテオーム解析の手法により蛋白レベルで検索、2)MR(およびGR)過剰発現細胞を用い,血管細胞におけるMR活性化を介したノンゲノミックな作用を検討し、また動物実験レベルでの検討も予定している。

まず初年度はヒト血管内皮細胞株EAhy926を用い、アデノウイルスベクターおよびレトロウイルスベクターによる遺伝子導入を行った。(MR-EAhy1,2)。アデノウイルスによるMR遺伝子導入は一次ウイルスのレベルでMR発現が確認されたが、その後のウイルス増幅の過程でMR発現量の力価が上がらず、実用困難であったことと、MR依存性転写活性の検出に用いる3xGRE作動-Luciferase(LUC)ベクターを、同細胞への極めて遺伝子導入効率の問題よりアデノウイルスベクター化せざる得ない状況もあり、レトロウイルス(pMX-IP, PLAT-A:共に東大医科研、北村教授より分与)による遺伝子導入に変更し、最終的に2系統のMR遺伝子導入EAhy926細胞株を確立した。これら2系統の細胞とも、生理的血中濃度3x10^<-10>M-10^<-9>Mのアルドステロンにより、38倍の3xGRE-LUC活性と、上皮細胞でのMRの一次応答遺伝子のひとつであるserum and glucocorticoid inducible kinase(SGK)-1の24倍のmRNA発現誘導を示した。現在、よりアルドステロンへの反応が顕著なMR-EAhy2に対し、10^<-9>Mのアルドステロン刺激の有無によるトランスクリプトーム解析をAgilent社DNAマイクロアレイにて解析中である。本研究では血管内皮細胞(EC)および平滑筋細胞(VSMC)にウイルスベクターを用いてMR,GRを過剰発現させた細胞を用い、1)血管細胞においてMR活性化を介してゲノミック作用で発現誘導される遺伝子を網羅的手法(プロテオーム、DNAマイクロアレイ)で解析し、2)MR(およびGR)過剰発現細胞を用い,血管細胞におけるMR活性化を介したノンゲノミックな作用を検討し、また動物実験レベルでの検討も予定している。本年度は昨年度に確立したレトロウイルスによるMR遺伝子導入EAhy 926細胞株の解析を行った。MR-EAhyではMR依存性の転写活性能が増強されており、生理的濃度のアルドステロン刺激(10-9M)、非刺激下の本細胞株の遺伝子発現動態の差異をAgilent社DNAマイクロアレイ解析した。Aldo刺激により有意(P<0.05)に変動した遺伝子は発現増加群(187)、減少群(176)認められ。そのうちの上位のものにつき、realtime RT-PCで発現確認を行った。これらの遺伝子群には血管新生関連因子(Angpt1)、内分泌代謝関連遺伝子(CRLR, adrenomedullin, α1-adrenergic receptor, IGFBP-3)などが含まれており、これらの遺伝子産物のAldoによる心血管障害における病態生理学的意義につき解析を進める予定である。関連して、原発性アルドステロン症では、高アルドステロン血症により血管内皮脳障害が生じることを報告した。本研究の目的は血管内皮細胞(EC)にウイルスベクターを用いてMRを過剰発現させた細胞を用い、血管細胞においてMR活性化を介してゲノミック作用で発現誘導される遺伝子を網羅的手法(DNAマイクロアレイ)で解析し、アルドステロンによる心血管障害の分子機序を解明することにある。昨年度に作成したMR遺伝子導入EAhy926細胞株のDNAマイクロアレイ解析を行い、Aldo刺激により有意(P<0.05)に変動した既知の遺伝子群を、real-time RT-PCRにてアルドステロン発現誘導の再現性を確認し、特に基礎発現量が高く、アルド刺激で1.5倍以上の発現増加を示し、MR拮抗薬で発現誘導が阻害される、12の遺伝子(FKBP5, DDIT4, CCL23, NEDD9, EPS8, ESM-1, PRKA
臨界点近傍の物性値の急激な変化を利用した環境汚染物質除去装置に関する研究

本研究は吸着キャピラリー拡散管を用い,臨界点付近で,高精度な拡散測定手法の確立とその実測データの蓄積を目的とする.本年度の成果としては:1.前年度の引き続き臨界点近傍用の拡散係数の測定装置の改良を行い,より一層測定システムの温度・圧力を安定させ,測定が難しいとされていた有機金属化合物の超臨界二酸化炭素中の拡散係数の高精度な測定に成功した.ついでに,装置付随する保持因子を測定し,超臨界二酸化炭素中の無限希釈部分モル体積値も蓄積した.2.臨界点のまわりで,拡散係数の測定では, CIR法はTaylor法より,測定精度が高く,有効であることを確認できた.3.拡散の測定では,応答曲線にしばしば歪みやテーリングが起こる.これまでの拡散モデルでは,うまく解決することができなかったが,本研究ではラングミュア吸着という新しい拡散モデルを提案(拡散管内壁で,溶質と固定相との間で起きている吸着は線形吸着ではなく,ラングミュアタイプの吸着)することにより,理論応答曲線が実測応答曲線を精度よく再現することに成功した.これによって,歪みやテーリングが起きている場合でも,正確な拡散係数の測定が可能となった.4.液体から超臨界流体まで幅広い範囲で各種有機化合物の拡散係数に適用可能な相関式を目指し,ここでは,拡散係数が溶媒の温度,粘度,および溶質の分子量との相関について検討し,広範囲な粘度(密度)範囲,溶質分子量範囲における推算式を提案した(D_<12>=αM^βT^γη^δ).本研究はキャピラリー拡散管を用い,臨界点近傍の二酸化炭素について,高精度な拡散測定手法の確立とその実測データの蓄積を目的とする.今年度の成果としては,以下の三点が挙げられる.1.臨界点近傍用の拡散係数の測定装置を製作:圧力をより高精密にコントロールできるシリンジポンプを用い,また新たに高圧用円筒状タンクを高温槽に入れ,実験の温度・圧力をより安定に制御でき,臨界点付近での高精度な拡散測定が可能となった.2.臨界点近傍用の拡散係数の測定装置の検証:二酸化炭素の臨界点近傍で、吸着キャピラリーカラムを用い,本研究グループが提案したクロマトグラフィックインパルス応答(CIR)法より,測定装置の有効性を実証した.同時に,臨界点付近では,Taylor法よりCIR法の方が格段に優越であることを始めて実験より明らかにした.3.臨界点近傍で拡散係数の実測:(1)ミリストレイン酸とそのエステル(低分子脂質),およびクラウンエーテル(幅広い分野への応用が期待され)について35-70°C,8-30MPaの範囲で二酸化炭素中の拡散係数と分配率を求めた.また,分配率から部分モル体積を導出した.さらに,分子形状の影響を検討し,分子構造による拡散係数への影響も実測できることを始めて示した.(2)これまでのTaylor法では不可能とされていたが,CIR法を用いれば,混合物質のそれぞれの拡散係数を同時に正確に測定できることを始めて明らかにし,複数応答ピークから各種物質の拡散係数を同時に決定できる手法を提案した.(3)物質によって,応答曲線にTailingが生じたり,また注入量を増やしても,Tailingが生じたりする.これは溶質の線形吸着では説明困難であり,拡散管内壁での溶質と固定相との間ではラングミュアタイプの吸着になっている可能性を示唆しているように思われる.本研究はキャピラリー拡散管を用い,臨界点付近で,高精度な拡散測定手法の確立とその実測データの蓄積を目的とする.本年度の成果としては,以下の三点が挙げられる.1.前年度の引き続き臨界点近傍用の拡散係数の測定装置の改良を行った:UV検出器の入口と拡散カラムと水平に設置できるように恒温水槽に穴を開け,また、セルと恒温水槽との距離を近づけ,システム全体温度をより一層安定させ,さらにインジェクターの出口を拡散カラムと水平に設置し,初期注入の影響を最小限に抑えることで,実験の温度・圧力をより安定に制御でき,臨界点付近での高精度な拡散測定が可能となった.そして,臨界点付近での拡散測定では,Taylor法よりCIR法の方が優れていることを明らかにした.2.蓄積された拡散データと文献値を用い,液体から超臨界流体まで幅広い範囲で拡散係数の相関の検討を行った:ここでは,溶質を固定し,溶媒として超臨界二酸化炭素,各種液体溶媒中における相互拡散係数および,その溶質の自己拡散係数についてD/Tと溶媒粘度ηとの関係について検討し,広範囲な粘度(密度)範囲における推算式(D/T=αη^β)は有効であることが確認できた.3.溶質によって,応答曲線にしばしばTailingが生じる.これは拡散管内壁での溶質と固定相との間で起きている吸着は線形吸着ではなく、ラングミュアタイプの吸着になっている可能性あることがわかった.今後,ラングミュア吸着モデルによる正確なデータ解析が期待できる.本研究は吸着キャピラリー拡散管を用い,臨界点付近で,高精度な拡散測定手法の確立とその実測データの蓄積を目的とする.本年度の成果としては:1.前年度の引き続き臨界点近傍用の拡散係数の測定装置の改良を行い,より一層測定システムの温度・圧力を安定させ,測定が難しいとされていた有機金属化合物の超臨界二酸化炭素中の拡散係数の高精度な測定に成功した.ついでに,装置付随する保持因子を測定し,超臨界二酸化炭素中の無限希釈部分モル体積値も蓄積した.

2.臨界点のまわりで,拡散係数の測定では, CIR法はTaylor法より,測定精度が高く,有効であることを確認できた.3.拡散の測定では,応答曲線にしばしば歪みやテーリングが起こる.これまでの拡散モデルでは,うまく解決することができなかったが,本研究ではラングミュア吸着という新しい拡散モデルを提案(拡散管内壁で,溶質と固定相との間で起きている吸着は線形吸着ではなく,ラングミュアタイプの吸着)することにより,理論応答曲線が実測応答曲線を精度よく再現することに成功した.これによって,歪みやテーリングが起きている場合でも,正確な拡散係数の測定が可能となった.4.液体から超臨界流体まで幅広い範囲で各種有機化合物の拡散係数に適用可能な相関式を目指し,ここでは,拡散係数が溶媒の温度,粘度,および溶質の分子量との相関について検討し,広範囲な粘度(密度)範囲,溶質分子量範囲における推算式を提案した(D_<12>=αM^βT^γη^δ).
実時間メモリ管理機構を用いた動的包摂システムによるヒューマノイドの行動成長の実現

本年度はロボットの歩行動作における実時間メモリ管理機構の評価実験を行った.また,認識行動プロセスの獲得手法として,道具操作動作プロセスの獲得と,認識に基づく動作選択プロセスの獲得を行った.具体的には人間がゴミを掃く道具操作行動を対象に,道具の把持位置と動作軌道群を獲得し,視覚で得られる環境認識結果に基づき動作群から適切な動作の選択することが可能になった.1)実ロボット行動時の実時間メモリ管理機構の性能評価実ロボットの行動時の実時間メモリ管理機構の性能評価のため,歩行動作するロボットシステムにおいて実時間メモリ管理機構のあり,なしの双方の状態を構築した.ここで,ゴミ集め処理が走った場合でも実時間メモリ管理機構を持つことで安定な歩行動作が実現できることを示した.2)モデルベース認識に基づく人間の道具操作行動の視覚観察人間と動作物体のモデルベースな視覚認識に基づき,ホウキでゴミをはく行動において人の手の動き,道具の動き,ゴミの動き情報の獲得を実現した.3)人間の道具操作の観察に基づく動作プロセスの獲得道具操作行動の観察結果から道具に対する把持点と移動軌道が得られる.物体操作行動プランナはこれらの情報を入力とすることで全身の動作軌道を生成できるが,視覚で得られた動作を初期値とし,近傍点を探索することでロボット身体で実現可能な動作を獲得した.4)環境認識に基づく認識行動プロセスの獲得人間の道具操作時の環境状態の変化の記憶から,現在の環境状態から目標とする環境常態に到達するため適切な道具操作動作の選択が可能になる.これにより,変化が存在する環境においても,目標とする環境状態へ到達するために,環境に基づいた適切な動作選択が可能な認識行動プロセスを生成した.本年度は実時間メモリ管理機構の構築と実ロボットを用いた評価実験,静的包摂システム上での認識行動プロセスの教示生成手法の構築を行った.1)実時間メモリ管理機構を持ったロボットシステム言語の開発三次元モデラと並列処理を特徴とし,プロセスをデータとして扱うことでプロセスの自律的生成と消滅が容易なEusLisp言語に対して実時間メモリ管理機構の一つであるリターンバリア方式の統合を行った.2)ヒューマノイドのシステムソフトウェア環境の開発EusLisp言語基盤を用いて身体モデルを用いた経路姿勢計画,認識による環境記述獲得,動作記述実行系をもつヒューマノイドのシステムソフトウェア環境を構築した.等身大ヒューマノイドを用いてこれらの機能の統合実験を行った.3)実ロボットを用いた実時間メモリ管理システムの性能検証実時間メモリ管理システムの評価と検証のためにロボットの身体三次元モデル処理を行いながら実ロボットの動作生成を行い,実時間メモリ管理システムとロボットのシステムソフトウェア環境が共存可能なことを示した.4)静的包摂システム上での認識行動プロセス生成法の構築認識行動プロセスの生成法として人間が直接ロボット身体を誘導して動作姿勢の始点と終点を教示する方法,視覚認識可能な操作対象物体の動きの始点と終点を教示する方法を構築し,これらの代表点からロボットの運動を計画する動作姿勢・物体操作プランナの構築行い,静的包摂システムに組み込んだ.本年度はロボットの歩行動作における実時間メモリ管理機構の評価実験を行った.また,認識行動プロセスの獲得手法として,道具操作動作プロセスの獲得と,認識に基づく動作選択プロセスの獲得を行った.具体的には人間がゴミを掃く道具操作行動を対象に,道具の把持位置と動作軌道群を獲得し,視覚で得られる環境認識結果に基づき動作群から適切な動作の選択することが可能になった.1)実ロボット行動時の実時間メモリ管理機構の性能評価実ロボットの行動時の実時間メモリ管理機構の性能評価のため,歩行動作するロボットシステムにおいて実時間メモリ管理機構のあり,なしの双方の状態を構築した.ここで,ゴミ集め処理が走った場合でも実時間メモリ管理機構を持つことで安定な歩行動作が実現できることを示した.2)モデルベース認識に基づく人間の道具操作行動の視覚観察人間と動作物体のモデルベースな視覚認識に基づき,ホウキでゴミをはく行動において人の手の動き,道具の動き,ゴミの動き情報の獲得を実現した.3)人間の道具操作の観察に基づく動作プロセスの獲得道具操作行動の観察結果から道具に対する把持点と移動軌道が得られる.物体操作行動プランナはこれらの情報を入力とすることで全身の動作軌道を生成できるが,視覚で得られた動作を初期値とし,近傍点を探索することでロボット身体で実現可能な動作を獲得した.4)環境認識に基づく認識行動プロセスの獲得人間の道具操作時の環境状態の変化の記憶から,現在の環境状態から目標とする環境常態に到達するため適切な道具操作動作の選択が可能になる.これにより,変化が存在する環境においても,目標とする環境状態へ到達するために,環境に基づいた適切な動作選択が可能な認識行動プロセスを生成した.