hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ユーザーの心を読む脳認知計算的ユーザーインターフェースの研究

脳認知計算モデルを用いた他者の認知過程のモデル的再現を含む行動予測を実現するため,現実環境における行動決定の認知モデルの構築と,行動課題によるその検証を行なった.具体的には,実験室での緻密な行動分析と実世界での行動として運転場面での行動決定過程のモデル構築を同時並行で行なった.実験室課題として, Matching penniesと呼ばれる対戦ゲームについて,その行動決定過程の動的スイッチングとして計算モデル化して計算機シミュレーションを行ない,定型発達および高機能自閉症の被験者の行動と比較した.その結果,我々の行動決定にはそのスイッチングに関するパラメータがあり,対象の認識によってそれが再設定される,という脳内過程の存在が示唆された.現実場面として自動車の運転者の視線の動きと環境とを計測し,タグ化することで視線の動きをシミュレーションに必要な環境データを入手した.また擬似的な運転環境をコンピュータグラフィックスで作成し,その環境での視線の動きの再現を試みた.その結果,視線の動きの決定要因として,従来から言われてきた環境のsaliency,事物の観測,運転プランに基づく視線に加え,衝突の可能性の認識による視線の動きを加えた運転者モデルの構築ができた.脳認知計算モデルを用いた他者の認知過程のモデル的再現を含む行動予測を実現するため,現実環境における行動決定の認知モデルの構築と,行動課題によるその検証を行なった.具体的には,実験室での緻密な行動分析と実世界での行動として運転場面での行動決定過程のモデル構築を同時並行で行なった.実験室課題として, Matching penniesと呼ばれる対戦ゲームについて,その行動決定過程の動的スイッチングとして計算モデル化して計算機シミュレーションを行ない,定型発達および高機能自閉症の被験者の行動と比較した.その結果,我々の行動決定にはそのスイッチングに関するパラメータがあり,対象の認識によってそれが再設定される,という脳内過程の存在が示唆された.現実場面として自動車の運転者の視線の動きと環境とを計測し,タグ化することで視線の動きをシミュレーションに必要な環境データを入手した.また擬似的な運転環境をコンピュータグラフィックスで作成し,その環境での視線の動きの再現を試みた.その結果,視線の動きの決定要因として,従来から言われてきた環境のsaliency,事物の観測,運転プランに基づく視線に加え,衝突の可能性の認識による視線の動きを加えた運転者モデルの構築ができた.人間は他者の心の状態を,その人物の微妙な動作からでも推定できる.これは,人は他者についての心のモデルを持ち,他者の動作をそのモデルに基づいて解釈し,さらに自己の行動を決定することができるためだと考えられる.今年度は,その過程の計算論的な理解について,基礎研究と応用研究の両面から研究を進めた.(1)脳認知過程の確率的な計算モデル化:行動決定を確率過程として計算し,各瞬間の他者の起こし得る行動を計算的に予測することで,実際には観測できない内部での行動決定プロセスを推定する方式を計算論的に表現することができた.(2)対戦型カードゲームにおける他者の行動決定の計算過程をエントロピーに基づいて推定する方式を開発し,個々のプレイヤーの行動からその過程を動的に推定することを試みた.その結果,個々人の各瞬間における行動決定過程の特徴づけをすることができ,一見して同じ行動過程ではあっても被験者の注目する情報が異なる場合にはその識別と推定が可能となった.(3)自動車運転モデルでは,これまでの道路形状からのステアリングと視覚入力駆動の外界観察では不十分であることが判明した.そこで新たに外界の事物の認識によるアクティブな推論と観察実行過程のモデルを開発し,ドライビングシミュレーション時の人間の視線運動を予測モデルによって予測し,実際の視線をアイカメラで計測して各瞬間の尤度を計算することで検証した.その結果,運転者はその行動決定の直前にそのモデルに沿った行動を行なうことが示唆された.人間は他者の心の状態を,その微妙な動作から推定できる.これは,人は他者心についてのモデルを持ち,他者の動作をそのモデルに基づき解釈するためと考えられる.このような他者の心的プロセスのモデルは現在,工学的に実現及び利用可能なレベルではほとんど知られていない.本研究で我々は,自己の認知過程を計算モデル化し,それと他者の行動との比較でその背後にある内部過程を知る手法を開発し,性質の異なる二つの領域での有効性を示すことを目指し,(1)脳認知計算による他者推定手法の定式化,(2)ゲームを用いた手法の特性評価[基礎研究],(3)自動車運転という実状況での評価[展開研究]を行なった.[基本計算モデル]自己の行動決定システムの学習の完了後,その構造をコピーした形でその瞬間のタスクで利用する他者モデルの構造と初期値が定まる.しかし自己の行動決定の方略は一般に複数あり,それに対応した形での他者の行動決定の方略も複数ある.自己と他者の行動決定方略がミスマッチである場合,両者の共同作業はその意思にかかわらず不適当になる.そこで,両者の行動と成果を観察することで,他者の方略に合わせた自己行動決定方略を動的に決定する方式を開発した(分担大森:玉川大,山内:北大).[TVゲーム]対戦型ゲームに基本モデルを適用し,他者の行動決定過程を動的に推定する方式の妥当性を検討した。他者は,対戦相手である自己の振る舞いとゲームの結果から主体的に戦略を変更するものとしてモデル化し,その主体性をパラメータで表現するモデルを提案した(分担山内:北大,岡田:玉川大).[運転者モデル]

実車での運転中の運転者または助手席の擬似運転者の視線の動きを実地に計測し,基本計算モデルと同等の行動決定器の動作が実際に可能であるか検討した(分担石川:北星学園).脳認知計算モデルを用いた他者の認知過程のモデル的再現を含む行動予測を実現するため,現実環壌における行動決定の認知モデルの構築と,行動課題によるその検証を行なった.具体的には,実験室での緻密な行動分析と実世界での行動として運転場面での行動決定過程のモデル構築を同時並行で行なった.実験室課題として,Matching penniesと呼ばれる対戦ゲームについて,その行動決定過程の動的スイッチングとして計算モデル化して計算機シミュレーションを行ない,定型発達および高機能自閉症の被験者の行動と比較した.その結果,我々の行動決定にはそのスイッチングに関するパラメータがあり,対象の認識によってそれが再設定される,という脳内過程の存在が示唆された.現実場面として自動車の運転者の視線の動きと環境とを計測し,タグ化することで視線の動きをシミュレーションに必要な環境データを入手した.また擬似的な運転環境をコンピュータグラフィックスで作成し,その環境での視線の動きの再現を試みた.その結果,視線の動きの決定要因として,従来から言われてきた環境のsaliency,事物の観測,運転プランに基づく視線に加え,衝突の可能性の認識による視線の動きを加えた運転者モデルの構築ができた.対人ゲームおよび運転モデルの両者において,被験者/運転者の対人認識・行動決定のためのメンタルモデルが重要である.対人ゲームではそれは自己の行動決定のパラメータと対人認識の連合関係であり,運転者モデルでは環境における対向車の発生確率分布と環壌認識の連合関係であった.個々の課題において具体的なモデルは異なるが,その基本構造は状況→行動決定パラメータの連合であり,この研究の結論としてその一般性を検証する課題の開発が必要とされることが明らかとなった.
ロタキサン構造を基軸とするナノスケールケミカルデバイスの創製

本研究では高い電荷輸送特性を有する被覆型機能性共役分子を, nmのギャップを有する電極間で,合成化学的手法によりビルドアップ的に繋ぎ合わせ,高分子デバイスの作製を目指す.即ち,種々の機能性官能基および遷移金属錯体部位を有するロタキサン型の機能性分子ワイヤの合成法の開発を行い,被覆型プラグ分子により表面修飾したナノ電極間で,共重合および錯化反応により,これらを効率的に繋ぎ合わせ,無機化合物にはない有機化合物ならではの物性を発現する発光素子・触媒素子・センサ等のケミカルデバイスの作製を目指す.本研究では高い電荷輸送特性を有する被覆型機能性共役分子を, nmのギャップを有する電極間で,合成化学的手法によりビルドアップ的に繋ぎ合わせ,高分子デバイスの作製を目指す.即ち,種々の機能性官能基および遷移金属錯体部位を有するロタキサン型の機能性分子ワイヤの合成法の開発を行い,被覆型プラグ分子により表面修飾したナノ電極間で,共重合および錯化反応により,これらを効率的に繋ぎ合わせ,無機化合物にはない有機化合物ならではの物性を発現する発光素子・触媒素子・センサ等のケミカルデバイスの作製を目指す.
発達期の脳の細胞種特異的クロマチン動態から解明する神経回路可塑性のメカニズム

ほ乳類において、経験により神経回路の可塑性が高まる臨界期は、抑制性ニューロン(特にパルブアルブミン陽性PV細胞)の発達・成熟過程で起こる。抑制性ニューロンは複数の種類に分化するが、分化運命決定後の発達過程における遺伝子発現制御はよく分かっていない。本研究ではこれまでに、PV細胞の発達を促し臨界期を開始させる転写因子Otx2について、臨界期マウス皮質のChIP-seq、および抑制性ニューロン特異的なトランスクリプトーム解析によりターゲット遺伝子群を明らかにした。さらにクロマチン制御の観点からPV細胞発達の機構を明らかにするため、クロマチン高次構造と転写を調節し、神経発達に関与するコヒーシンに着目した。PV細胞特異的にコヒーシン関連因子を欠損するマウスを作成したところ、PV細胞の成熟遅延が見られたことから、クロマチン制御の重要性が示唆された。ChIP-seqより、コヒーシン結合部位はOtx2結合部位のおよそ半数と重なることから、Otx2がコヒーシンによるクロマチン構造変化をもたらし臨界期特異的遺伝子発現を引き起こす可能性が考えられた。現在、少数細胞からクロマチン因子のゲノムワイド解析を行うことが可能なChIL法(Harada et al., 2018)を生後脳に応用した系の構築を進め、PV細胞に限定した詳細な解析を目指している。また、臨界期の抑制性ニューロンと、皮質細胞全体から得た各々のトランスクリプトームを比較したところ、特定のコヒーシン関連因子の発現量が抑制性ニューロンでより多いことを見出した。実際に皮質中で細胞特異的な発現パターンを示すことが組織学的に確認された。この因子が細胞特異的なクロマチン制御に寄与するのか調べていきたい。今後、以上の解析を更に進めることで、細胞種特異的なクロマチン制御による遺伝子発現調節が臨界期をもたらす仕組みが明らかになると期待される。幼年期のほ乳類の脳には、環境から受けた刺激や経験に応じて神経回路が活発に再構築される(可塑性が高まる)時期がある。これは「臨界期」と呼ばれ、生涯の中で生後の一時期にしか現れない。自閉症のモデルマウスでは臨界期の異常が示唆されているように、臨界期に神経回路網が可塑性を持つことは脳の機能発達に重要である。臨界期は抑制性ニューロン(特にパルブアルブミン陽性PV細胞)が経験により成熟することで始まる。本研究では臨界期の制御機構を抑制性ニューロン特異的なクロマチン動態変化から理解することを目的とする。本年度はマウス大脳皮質において臨界期のPV細胞発達に必須な転写因子であるホメオタンパク質Otx2の下流のターゲットを探索した。まずChIP-seq法により臨界期皮質ゲノム上のOtx2の結合部位を網羅的に同定したところ、Otx2結合遺伝子群は、臨界期のみならず、統合失調症やアルツハイマー等ヒト疾患に関わる因子を多数含んでいた。更に、フローサイトメトリーを用いた抑制性ニューロン特異的なトランスクリプトーム解析(RNA-seq)により、Otx2の直接のターゲット候補として、転写制御因子、シグナル伝達因子、およびミトコンドリア因子が同定された。また、胎生期脳における報告との比較から、臨界期特異的なOtx2結合遺伝子として、PV細胞に特徴的な高頻度発火を司る因子(Kv3.1イオントランスポーター等)が明らかになった。一方で、酸化ストレス耐性に必須な遺伝子がOtx2に強く依存することから、Otx2の重要な役割としてPV細胞の高頻度発火に伴う酸化ストレスへの対応が考えられた。近年、PV細胞の酸化ストレスによる機能不全と精神疾患の関連が指摘されており、本研究の結果はOtx2がPV細胞の発達とホメオスタシス制御を通じて臨界期の回路可塑性、および神経・精神疾患に関与することを示唆する。本研究では細胞種特異的なクロマチン解析のために、生後のマウス大脳皮質から抑制性ニューロンをフローサイトメトリーにより分取することが必須である。当初はヒストン修飾のChIP解析のために脳神経細胞を生きたまま分取することを試みていたが、培養液に分取後の濃縮操作(遠心分離)により細胞に負荷を与え、細胞死を引き起こして期待通りの細胞数を得られないことから、細胞を分散させた時点でホルマリンによる架橋を行う方法に変更した。この試行錯誤により当初の計画よりも進捗が遅れた。しかしながら、現在までに抑制性ニューロンに特異的な遺伝子(Gad1)のエンハンサー領域において、活性なエンハンサーのマークであるアセチル化ヒストンH3K27のChIPにより細胞種特異的な濃縮を検出しており、今後この系を用いて網羅的解析に進めると考えている。生後の経験により神経回路の可塑性が高まる臨界期は、抑制性ニューロン(特にパルブアルブミン陽性PV細胞)の発達・成熟過程で起こる。臨界期のPV細胞発達に必須な転写因子であるホメオタンパク質Otx2について、これまでにChIP-seq法によりマウス臨界期皮質におけるターゲット遺伝子を明らかにした。トランスクリプトーム解析(RNA-seq)と併せた解析により、Otx2がPV細胞の発達とホメオスタシス制御に関わる遺伝子群を直接制御することが示唆された。一方で、Otx2は臨界期可塑性に関与する様々な遺伝子のプロモーターに結合するにも関わらず、通常の飼育条件下でOtx2機能欠損により有為に発現変動を示す遺伝子はごく一部に限られた。このことは、Otx2が臨界期に入力の変化があったときに可塑性関連因子の迅速な発現変化を可能にするよう、待機状態のクロマチン構造を作り出している可能性を示唆している。

また、クロマチン高次構造を制御するコヒーシンについても、臨界期における機能解析を進めている。まず臨界期前後のコヒーシン各サブユニットの発現をRT-qPCRにより調べたところ、発達に伴い上昇する傾向が見られた。マウス視覚野の免疫染色から、コヒーシンは成体で報告されているように、臨界期でも皮質層全体にわたり神経細胞の核に局在していた。臨界期ニューロンゲノムにおけるコヒーシンの局在をChIP-seq法で調べるために条件検討を行い、ニューロン核からコヒーシンのChIP効率を上げる条件を見いだした。コヒーシンは生後の神経発達に関与することが示されており、今後臨界期におけるコヒーシンの詳細な解析を進めることにより、臨界期クロマチン制御、とりわけ抑制性ニューロンにおける遺伝子発現制御の一端が明らかになると期待される。生後の脳の細胞種特異的なクロマチン解析はその複雑さから方法論が確立されていない。さらに、精度の高い結果を得るためには視覚野に限定するなど少ない細胞数から解析を行う必要がある。これらを克服するため、今年度も細胞種ごとの分離方法、ニューロン核の単離方法に加えて、効率の良いChIPの条件について検討を重ねたことから、当初の計画よりも進捗が遅れた。しかし、これまでにNeuN(神経細胞特異的)核からのコヒーシンChIPの効率を上げる条件を見いだしており、今後網羅的解析を行う準備が着実に進んだ。ほ乳類において、経験により神経回路の可塑性が高まる臨界期は、抑制性ニューロン(特にパルブアルブミン陽性PV細胞)の発達・成熟過程で起こる。抑制性ニューロンは複数の種類に分化するが、分化運命決定後の発達過程における遺伝子発現制御はよく分かっていない。本研究ではこれまでに、PV細胞の発達を促し臨界期を開始させる転写因子Otx2について、臨界期マウス皮質のChIP-seq、および抑制性ニューロン特異的なトランスクリプトーム解析によりターゲット遺伝子群を明らかにした。さらにクロマチン制御の観点からPV細胞発達の機構を明らかにするため、クロマチン高次構造と転写を調節し、神経発達に関与するコヒーシンに着目した。PV細胞特異的にコヒーシン関連因子を欠損するマウスを作成したところ、PV細胞の成熟遅延が見られたことから、クロマチン制御の重要性が示唆された。ChIP-seqより、コヒーシン結合部位はOtx2結合部位のおよそ半数と重なることから、Otx2がコヒーシンによるクロマチン構造変化をもたらし臨界期特異的遺伝子発現を引き起こす可能性が考えられた。現在、少数細胞からクロマチン因子のゲノムワイド解析を行うことが可能なChIL法(Harada et al., 2018)を生後脳に応用した系の構築を進め、PV細胞に限定した詳細な解析を目指している。また、臨界期の抑制性ニューロンと、皮質細胞全体から得た各々のトランスクリプトームを比較したところ、特定のコヒーシン関連因子の発現量が抑制性ニューロンでより多いことを見出した。実際に皮質中で細胞特異的な発現パターンを示すことが組織学的に確認された。この因子が細胞特異的なクロマチン制御に寄与するのか調べていきたい。今後、以上の解析を更に進めることで、細胞種特異的なクロマチン制御による遺伝子発現調節が臨界期をもたらす仕組みが明らかになると期待される。
造船における部品設計の支援システムに関する研究

本研究では,研究者が構築している造船CIMのプロトタイプ・システムであるSODASをベースに,製品モデルの情報を利用した部品情報を生成するための支援システムはどの様に考えられることが可能であるか検討することを目的とした。研究者が構築している造船の設計・生産支援システムにおいて定義される情報は,・板材,骨材を定義する部材情報・部材間の接合関係を定義する接合関係情報などがあげられる。これらの表現方法は,一般的には「属性つき形状モデル」に相当する。本研究では,先ず,板厚が属性情報として,その形状が面分形状として表現される板部材に対して,部材が存在するべき面をMould面と展開面を定義することによって,部材が存在する基準面を定義した。こおことによって,システム内の部材の形状情報を容易に取り扱うことができるデータ構造を提案することができた。また,部材の端部形状の処理に関しては,部材間の接合関係情報を有効に利用し,部材の取り合い関係を「優勢・劣勢」として簡素な関係を表現し,複雑な板部材の取り合いを簡潔にモデル化することができた。さらに,実際に板厚を処理し,接合部の開先形状や伸ばしなどを考慮することによって,実際に必要となる部材の一品形状を生成することができた。求められるこの形状情報を有効に利用することによって,部品情報からNC Cutterの情報やネスティングの情報を生成することなどにも成功した。以上のように,本研究によって,部品情報を獲得するために属性制御モデルの考え方に従って部品情報の属性表現を検討し,部材形状の定義のための様々な属性情報を新たに定義し,また,有限個の属性情報を明らかにすることとともに,それらの属性情報から部品形状が生成される処理機能を明確に定義し,一品形状を生成するシステムを構築することができた。
超新星残骸に於ける磁場増幅機構の解明とそのガンマ線バースト放射機構への応用

星間雲を内包した一般的な星間媒質から形成される超新星残骸(SNR)の性質について研究を行った。より具体的には熱的不安定性と呼ばれる一種の相転移によって現質的星間雲を形成し、その後に衝撃波を投入したときの系の進化を大規模な3次元磁気流体力学シミュレーションによって調べた。その結果、衝撃波と高密度な星間雲の相互作用によりSNR内部に乱流が生成され、乱流に伴うダイナモ効果によって磁場が強く増幅されることが明らかとなった。この磁場増幅はSNRを起源とする宇宙線加速にとって非常に重要な役割を果たしていると考えられる。また、シミュレーションの結果から期待されるSNRの観測的特徴を解析した所、最近のガンマ線宇宙望遠鏡Fermiが明らかにした星間雲と相互作用するSNRのガンマ線スペクトルを本研究のシミュレーションは非常に良く再現し、その起源が衝撃波と高密度雲の相互作用時に形成される反射衝撃波であることが明らかとなった。同様に衝撃波の速度が光速に近い場合について相対論的磁気流体力学シミュレーションを行い、宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストで必要とされる未解明の磁場増幅現象がSNRの場合と同様の磁場増幅機構で説明可能であることを明らかにした。
生徒指導困難校における児童生徒支援加配の実証的効果のあり方に関する研究

本研究の目的は、今後、児童生徒支援加配の効果を実証的に示すことが求められる全国の教育委員会及び加配校校長、加配教員に対して、その3者(研究成果によって専門職も含まれる可能性あり)が互いの立場を活かせば「暴力行為対策」での実証的が可能であることを、データや取組等も用いてわかりやすく示すことにある。そのため1都道府県教育委員会の全児童生徒支援加配の活動状況と成果を2年間にわたり考察し、実証的効果につながる必要条件を3点以内にまとめ、責任者も明示する。また、単なる条件の羅列ではなく順番性を考慮した条件設定を行うことで、条件をクリアして取組を進めれば自ずと実証的効果への共通理解も進むよう工夫したい。
モノヌクレオチド結合タンパク質の機能データベースの構築と構造機能相関の解析

本研究では、構造ゲノムプロジェクトの進展を念頭において、タンパク質の立体構造情報からその機能を予測する「第一原理的機能予測法」の開発を目指している。そこでは、従来行われていたような進化的類縁関係(配列の類似性)からの機能の類推ではなく、タンパク質の立体構造・機能相関というタンパク質の機能を直接決めているメカニズムを解明し利用することを目指す。このために(1)構造および機能がわかっているタンパク質のなかで数多くの立体構造が明らかにされているものヌクレオチド結合タンパク質に置いて、立体構造と機能情報で整理されたデータベースを構築し、(2)このデータベースから構造機能相関の経験的ルールを導き出し、構造からの機能予測法の開発を行う。14年度には前年度に同定した103のスーパーファミリー毎に機能情報を付加し、機能の類似性と構造の類似性の相関関係をしらべ、モノヌクレオチドの認識はモノヌクレオチド全体ではなくモノヌクレオチドの各部分(塩基、糖、燐酸)ごとに認識の共通パターンが存在し、その部分ごとに類似性検索を行うことによりモノヌクレオチド結合部分の予測の可能性が見えてきた。15年度には、全年度に見出したモノヌクレオチト結合のルールを基にした類似性検索法を開発し、実際に機能未知のたんばく質において、結合部位の予測を行い、良好な結果を得ることが出来た。現在これらの予測結果の実験的なサポートを得るために共同研究者を展開する準備を進めている。このために(1)構造および機能がわかっているタンパク質のなかで数多くの立体構造が明らかにされているものヌクレオチド結合タンパク質に置いて、立体構造と機能情報で整理されたデータベースを構築し、(2)このデータベースから構造機能相関の経験的ルールを導き出し、構造からの機能予測法を開発を行う。13年度においては、モノヌクレオチド結合タンパク質立体構造データペースを構築するために、Protein Data Bank(PDB)の中からモノヌクレオチド結合タンパク質をすべて同定した(約2000個)。これらすべてに対して、タンパク質との相互作用様式(結合部位の原子の空間配置)に基づいて比較分類を行い、1137個の代表構造を特定することができた。また、これらの代表構造のファミリー分類を行い、103スーパーファミリー内に属することがわかった。14年度にはこれらのスーパーファイリー毎に機能情報を付加し、機能の類似性と構造の類似性の相関関係をしらべ、構造機能相関の経験的ルールの発見を目指す。また、このルールに基づいた機能予測法の開発を同時に進めていく。
安全配慮姿勢を育み応用力を強化する化学実験支援システムに関する研究

本研究では,高等教育機関で化学実験の授業で利用することを想定し,作業者が将来独立しても安全に実験に従事できるような,新しい支援方法を開発するとともに,現場への導入容易性を追求したシステム構成法を明らかにすることを狙った.統制された実験のみならず,プロトタイプシステムを開発した上でのユーザ評価を通じて,1)危険回避と応用力醸成のためのメッセージの内容と提示場所に関する解釈の困難さの調節指針,2)応用力醸成のための正解の伝達機構,3)プロジェクタで投映された情報の視認性とプロジェクタ光のもとでの物体認識性能の向上手法,4)微小物体の高精度(誤差1.5cm以下)な測位と物体識別手法,を明らかにした.H25年度は,1)プロジェクタ・カメラシステムにおける投影補正を用いた物体認識,2)物体の形状やサイズを考慮した卓上情報投影の視認性向上,3)微少物体のIDと場所特定法の改良,4)アプリケーションケーススタディ,を行った.1)では,情報の物体上への投影により,情報の視認性が低下することと,投影光の影響により物体認識の精度が低下するという2つの問題が存在することがこれまでの取り組みで判明していた.そこで,物体認識に理想的な白色光が投影された投影面の状態を「非投影状態」と定義し,プロジェクタの投影中に非投影状態を推定する手法を開発した.プロジェクタ光の色補正が行われている状態で非投影状態の推定精度について評価を行い,色補正時の投影面の輝度が十分に明るい条件において,非投影状態が推定できることを確認した.このため,任意の投影において視認性の低下を防止し,投影面の色の推定により物体認識精度を向上するシステムが実現できる可能性を得た.2)では,前年度開発したUGD法をさらに改良して,移動した物体に対するラベル投影のための計算とラベル移動を局所化した.また,物体の影領域を計算する際に利用する物体モデルに関して,円柱に加えて直方体を導入することで,高密度に物体が配置されているときのラベル投影箇所の計算が不安定になる問題を解決した.また,提案手法を実験し延期版システムに統合して学園祭でデモを行った.3)では,奥行き方向の精度向上のために,前年度までの単眼カメラではなく,深度センサを用いることを検討した.また,手首にカメラを装着することによる利用性の低下を防ぐために,深度センサから得られる立体情報を利用した物体認識手法の基礎検討を実施した.4)では,手順が存在する作業として,アイロン掛けを取り上げ,本研究で提案しているプロジェクタ・カメラシステム構成を用いた支援システムを開発した.本研究では,高等教育機関で化学実験の授業で利用することを想定し,作業者が将来独立しても安全に実験に従事できるような,新しい支援方法を開発するとともに,現場への導入容易性を追求したシステム構成法を明らかにすることを狙った.統制された実験のみならず,プロトタイプシステムを開発した上でのユーザ評価を通じて,1)危険回避と応用力醸成のためのメッセージの内容と提示場所に関する解釈の困難さの調節指針,2)応用力醸成のための正解の伝達機構,3)プロジェクタで投映された情報の視認性とプロジェクタ光のもとでの物体認識性能の向上手法,4)微小物体の高精度(誤差1.5cm以下)な測位と物体識別手法,を明らかにした.平成24年度は,1)プロジェクタ投影と対象物の正確な関連づけ方法,2)微小物体のIDと位置特定方法,3)応用力醸成のためのメッセージ内容および提示方法,の初期検討を行った.1)に関しては,卓上にプロジェクタで危険回避情報を提示する際には,視認性の低下や解釈の齟齬をなくして情報が指す物体を正確に特定させることが必要である.このため,卓上物体の形状や作業者の視点を考慮して陰影領域を避けた情報提示位置の決定方法を考案した.Azumaらが考案したGardient Descent(GD)法を改良し,物体と情報との距離を可変にして確実に重ならない場所を決定することで,情報と物体の特定正解率および特定時間のいずれにおいてもGD法より良い結果を得た.2)に関しては,これまで4センチ四方の視覚マーカーを物体のID特定に利用していたが,実験時に邪魔になり却って作業者を危険にさらすことに繋がりかねない.ID認識にはこれまで卓上に設置したカメラを用いていたが,手首に装着したカメラと手首位置を認識する卓上カメラを組み合わせることで,8mm四方の微小マーカーの3次元座標を95%の確度で52mm以内の誤差で認識することが可能となった.3)に関してはこれまでの研究を通じて,警告メッセージに複数の解釈を持たせる「多義性」の活用により学習効果が得られることを確認していた.しかし,メッセージの多義性の高低を判断するための事前準備の負担が大きいことと,同じメッセージでも実験内容ごとに高低が変化するという問題があった.このため,メッセージ内容については多義性を利用しないこととした.一定時間を思考に与える「質問・解答形式」を提案し,その記憶効果を実験した結果,5秒,10秒,30秒のうち10秒が最も効果的であることが分かった.また,「解答」として正しい作業方法に加えて失敗例の提示による安全意識の向上を確認した.H26年度は,1)物体の形状やサイズを考慮した卓上情報投影の視認性向上手法の改良,2)微少物体のIDと位置計測手法の改良,3)アプリケーションケーススタディ,を行った.

1)では,卓上物を避けたプロジェクタ投映により視認性の高い情報提示を可能とするビューマネジメントにおいて,事前に物体の形状登録を不要とする「動的モデリング」手法を,卓上に設置したRGB-Dセンサから得られる点群から外接直方体を求めることで実現した.実験の結果,概ね実物体のサイズより大きくモデル化されたことを確認した.このような過大評価は過小評価と比べると,本来の用途であるプロジェクタ光源と物体との重なりを削減においては有利に働くため,望ましい.2)では,実験作業理解と情報投映位置決定のための物体識別と位置計測において,マッチ箱のような微小物体,ビーカーのような半透明物体を対象とすることを目指した.物体の2次元の色情報(RGB)だけでなく,奥行き情報(D)を取得可能なRGB-Dセンサを利用し,物体認識に一般的な局所特徴量に加えて物体領域の矩形情報に基づく実寸法特徴量を用いる手法を提案した.これにより,従来のような30mm四方の視覚マーカーやコイン大の無線タグの物体への貼付を不要とした.位置計測は検出可能最小物体サイズ5mm,平均計測誤差1517mm,最大誤差3031mmの性能を達成した.物体識別においては,物体領域の対角線や最大長といった情報が半透明物体を含んだデータセットにおいて効果的であることを明らかにした.3)では,前年度に引き続き手順が存在する作業としてアイロン掛けを取り上げ,本研究で提案しているプロジェクタ・カメラシステム構成を用いた支援システムを開発した.支援手法の指針として,局所的にしわ位置を示すのではなくしわ箇所全体を示すことで,作業者の行動計画に効果的であることを明らかにした.ヒューマン・コンピュータインタラクション本研究では,中等教育から高等教育前期程度の学習者による実験作業時の危険回避能力の強化を目的としたスマート実験室を対象としている.そこでは,既存の実験室への導入の用意さを意識したシステム構成法を明らかにすることを目指しているが,「1.プロジェクタ・カメラシステムにおける投影補正を用いた物体認識」,「2.物体の形状やサイズを考慮した卓上情報投影の視認性向上」や「3.微少物体のIDと場所特定法の改良」は,いずれも既存の化学実験室の制約を反映し,容易な導入を可能とする方法として,目的達成につながっていると考えている.いずれも年度当初に計画したものであり,順調に進展しているといえる.本研究では,中等教育から高等教育前期程度の学習者による化学実験時の危険回避能力の強化を目的としたスマート実験室を対象として,安全な実験を支援しつつも過度な支援は控えて「安全ボケ(依存)」を防ぐシステムの設計原理を明らかにすることを目指している.「質問・解答形式によるメッセージ提示」は,この目的達成に繋がる.さらに,既存の実験室への導入の容易さを意識したシステム構成法を明らかにすることを目指しているが,「物体形状や視点を意識した情報関連づけ方式」や「手首カメラの活用による微小マーカ特定方式」は,既存の化学実験室への導入を容易にする方法として,目的達成に繋がっている.いずれも,年度当初に計画したものであり順調に進展していると言える.H26年度は研究の最終年度であり,過去2年間で開発してきた要素技術を洗練したうえで,基盤システムに統合して実際の化学実験の場で利用評価を行う.
異種元素をド-ピングしたポリイミドフィルムの積層黒鉛化による高配向性黒鉛体の開発

本研究は、ポリイミドフィルムあるいは炭化ポリイミドフィルムにホウ素あるいは希土類元素を蒸着し、積層させた後、高温処理することにより高配向性黒鉛体を作製し、高性能黒鉛モノクロメーターを開発することが目的である。平成7年度の研究におては、ホウ素あるいはランタンの添加によりフィルムの黒鉛化は1500°C2500°Cの高温処理により、無添加のフィルムより進行するが、配向性はやや低下することを見出した。また、ポリイミドフィルムの黒鉛化は、炭素収率、面方向の収縮及び膨脹、結晶学的パラメータからフィルム厚さ125μmより厚さ25μmフィルムの方が炭素の配向性及び結晶性の発達が良好であることが判明した。平成8年度は、異なるホットプレス条件下でホウ素あるいはランタンを添加した積層フィルムを加圧状態で熱処理して、黒鉛化、フィルムの接合状態および配向性を調べて最適ホットプレス条件を見出すこと、また、ホットプレス後の高温処理の影響を調べることを目的とした。4つの異なるホットプレス操作条件を検討した結果、ホットプレス装置内に積層フィルムを設置したまま、1500°Cまで真空中で炭素化処理を行い、その後圧力を負荷した状態で高温処理を行う方法が最も黒鉛化が進行し、かつ、フィルム同士の接合もSEM観察の結果から最も良好であることが判明した。この場合も、無添加フィルムよりホウ素あるいはランタンを添加した試料の方が黒鉛化が進行した。黒鉛化の進行はホウ素あるいはランタンの炭素構造中への拡散あるいは固溶により促されたと考えられる。さらにホットプレス後2500°Cで熱処理した場合、黒鉛化度はさらに進行するが、フィルムに多くのしわが発生し、また、フィルム間に剥離が生じた。この現象はホウ素あるいはランタンを添加した試料についても観察された。このことから、剥離を防ぎ、かつ高配向性を発揮させ高配向性黒鉛体を得ることが今後の課題である。ポリイミドフィルムあるいは炭化ポリイミドフィルムにホウ素あるいは希土類元素を蒸着あるいは塗布し、積層させた後、高温処理することにより、高配向性黒鉛体を作製し、高性能モノクロメーターを開発することを目的としている。本年度は、ホウ素あるいはランタンを選び、それらの元素のフィルム面上への単独蒸着および同時蒸着がポリイミドフィルムの炭化・黒鉛化挙動に及ぼす影響を明らかにし、また、ホウ素蒸着炭化フィルム積層体をホットプレスにより焼結することにより高配向性黒鉛体の作製を試みた。原料ポリイミドフィルムへのホウ素あるいはランタンの蒸着はPVD法により行った。1500°C2500°Cの処理温度と炭化・黒鉛化されたフィルムの構造との関係をX線回析により調べた結果、無蒸着のフィルムに比較して、ホウ素あるいはランタンを蒸着したフィルムは炭化・黒鉛化がより促進されることが判明した。また、同時蒸着の場合はこれらよりさらに黒鉛化の進んだ黒鉛フィルムが得られることが明らかになった。ホウ素の場合は置換型固溶に伴う黒鉛化促進メカニズムと考えられるが、ランタンの場合はそのメカニズムはまだ不明である。一方、SEMによる組織観察から、これらの元素を導入したフィルムでは、配向性が無添加のフィルムと比較して、やや劣る傾向が認められた。加圧などの方法により、フィルム内のしわの発生を制御する必要があることが示唆された。ホウ素を蒸着後、炭化したフィルムを積層させ、ホットプレスで2100°Cで焼結させると、高温下でホウ素の拡散に伴う焼結が進行し、フィルム同士が十分強固の接合した高配向性黒鉛体が得られる見通しが得られた。今後はホウ素およびランタンを導入した高配向性黒鉛体の作製とその特性を明らかにする計画である。

このことから、剥離を防ぎ、かつ高配向性を発揮させ高配向性黒鉛体を得ることが今後の課題である。本研究は、ポリイミドフィルムあるいは炭化ポリイミドフィルムにホウ素あるいは希土類元素を蒸着し、積層させた後、高温処理することにより高配向性黒鉛体を作製し、高性能黒鉛モノクロメーターを開発することを目的としている。平成7年度の研究においては、ホウ素あるいはランタンの添加によりフィルムの黒鉛化は1500°C2500°Cの高温処理により、無添加のフィルムより進行するが、配向性はやや低下することを見出した。平成8年度は、異なるホットプレス条件下でホウ素あるいはランタンを添加した積層フィルムを加圧状態で熱処理して、黒鉛化、フィルムの接合状態および配向性を調べて最適ホットプレス条件を見出すこと、また、ホットプレス後の高温処理の影響を調べることを目的とした。4つの異なるホットプレス操作条件を検討した結果、ホットプレス装置内に積層フィルムを設置したまま、1500°Cまで真空中で炭素化処理を行い、その後圧力を負荷した状態で高温処理を行う方法が最も黒鉛化が進行し、かつ、フィルム同士の接合もSEM観察の結果から最も良好であることが判明した。この場合も、無添加フィルムよりホウ素あるいはランタンを添加した試料の方が黒鉛化が進行した。黒鉛化の進行はホウ素あるいはランタンの炭素構造中への拡散あるいは固溶により促されたと考えられる。さらにホットプレス後2500°Cで熱処理した場合、黒鉛化度はさらに進行するが、フィルムに多くのしわが発生し、また、フィルム間に剥離が生じた。この現象はホウ素あるいはランタンを添加した試料についても観察された。このことから、剥離を防ぎ、かつ高配向性を発揮させ高配向性黒鉛体を得るためには、ホットプレス条件、熱処理による結晶化、配向性の定量的計測、およびホットプレス後の高温処理の条件を今後さらに検討する必要があることが判明した。
東南アジアの「非伝統的」安全保障 -国家の対処能力と地域協力体制の現状と課題

冷戦終結後のグローバル化の進展で、国境を越える人・モノ・カネ・情報などの流れが劇的に増加し、その負の側面である、越境犯罪や違法移民、環境問題、感染症などの諸問題が、地域や国家、社会の安定と安全を脅かしているという認識から、これらの問題を安全保障の対象とする「非伝統的安全保障」という概念が生まれた。本研究が対象とした東南アジア地域は、こうした「越境する脅威」への対処能力が十分でない国もいまだに存在し、何らかの対策が急がれている。本研究では東南アジアにおける「非伝統的安全保障」問題について、越境犯罪や人身売買、感染症、違法伐採などを事例として研究をおこなった。その結果、「越境する脅威」を「安全保障化」することにより、問題解決のために国家の対処能力の向上や地域協力の重要性が認識されるようになり、それまで脆弱な立場に置かれていた人々の安全が守られるようになる可能性がある一方で、過度に「安全保障化」されることで、逆に人権侵害や環境破壊などが進展する危険性があること、さらに「非伝統的安全保障」という言説を巧みに利用して、自己の権益を拡大しようとする集団がいることなどが明らかになった。冷戦崩壊後、国家が取り組むべき課題として、麻薬取引、人身売買、海賊、違法伐採、武器密輸など、いわゆる「非伝統的安全保障」の問題が急浮上してきている。とりわけ東西の交流拠点である東南アジアは、対処能力の低い国家も多いことから、この問題は深刻である。そこで、東南アジア諸国の地域研究専門家が研究代表者、分担者となり、現地の情報をもとに問題点を的確に把握し、その上で地域間協力を視野に入れた解決の処方箋を五年間の研究で提示することを目的としている。本研究は、東南アジア各国政府における「非伝統的安全保障」の実態と課題を、地域研究の手法によって明らかにすることを目的としている。初年度となる2007年度の成果は以下のようになる。まず、6月に全体ミーティングを行った。各分担者の研究計画について議論し、今後の調査の予定等について意見交換を行った。その結果、国境を越える華人の移動、人身売買、動物の移動、資源としての砂の移動といった分担者ごとの具体的な調査テーマが明確になった。続いて、各分担者ごとに先行研究の検討を行った上でフィールドワークを実施しか。たとえば、代表者であるアビナレスは、アメリカ合衆国のワシントンDC、コーネル大学、ワシントン大学で資料調査を行い、東南アジアにおける生物の移動と安全保障についてデータを収集した。また、鬼丸はシンガポールで現地調査を行い、新興感染症に対する東南アジア島嶼部各国の対応について情報収集を行った。相沢はタイのバンコクで調査を行った。ミャンマーをはじめとした周辺国からの人身売買の受け入れ先となっているタイでは、政府がどのようにそれらを取り締まっているのか、主に制度面に関する資料調査を行った。中西はミャンマー北部で昨今激増していると言われる中国国境からの移民についてインタビュー調査を行った。初年度ではあったが、分担者が積極的にフィールドワークを行ったために、特にタイ、シンガポール、インドネシア、ミャンマーに関する基礎的なデータの収集が進んだ。なお、各分担者の調査状況はメーリングリストを活用して効率的に全メンバー間で共有されている。東南アジアでは、近年、組織犯罪の増殖と地域化が著しく、麻薬取引や人身売買、違法伐採、海賊、武器密輸などが一国の対処能力を超えたネットワーク活動を展開している。本研究の目的は、以上に加えた非正規移住や感染症などの「越境問題」に代表される「非伝統的安全保障問題」に対し、東南アジアの各国政府はどのような対処体制をもっているのか、また現にある地域協力の枠組みは、どのようなものなのかを調査し、各国政府の対処能力の問題点と地域協力の課題を解明することである。本年度は二年度目の中間成果として、「外交フォーラム」2008年10月号において、「アジアにおける日伝統的安全保障と地域協力」という特集を組み、マラッカ海峡の海賊問題、新型インフルエンザ、木材の違法売買、マネー・ロンダリング等についてこれまでの現地調査で得られた結果を公表した。その上で、特集号では海賊対策や開発援助の課題そして地域協力の在り方について、非伝統的安全保障への対策・取り組みについて提言を行った。

これまで、こうした越境犯罪の問題にかかる研究は細分化され、安全保障の問題は国際関係論、地域統合の問題は国際協力論、犯罪の問題は犯罪学、非正規移住の問題は労働経済学、感染症の問題は医学の守備範囲とされ、別々に論じられてきた。しかし、こうした問題にどう対処するかは、結局のところ、国家の対応能力と地域ガバナンスの問題といえるため、各国政治および、地域社会についての研究実績に基づいた地域研究的なアプローチが不可欠である。こうした問題関心に基づき、本年度は地域研究者による非伝統的安全保障に対するこれまでにない分析枠組みを発表した。冷戦崩壊後、国家が取り組むべき課題として、麻薬取引、人身売買、海賊、違法伐採、武器密輸など、いわゆる「非伝統的安全保障」の問題が急浮上してきている。とりわけ東西の交流拠点である東南アジアは、対処能力の低い国家も多いことから、この問題は深刻である。そこで、東南アジア諸国の地域研究専門家が研究代表者、分担者となり、現地の情報をもとに問題点を的確に把握し、その上で地域間協力を視野に入れた解決の処方箋を4年間の研究で提示することを目的としている。本年度の前半は、研究代表者、分担者たちが現地で調査や資料収集・情報収集を行った。こうした調査で本年度までに三点が明らかになった。まず、シンガポールのISEASなどが行っている非伝統的安全保障研究は実態の詳細な分析を踏まえずに、国家や国際機関への政策提言をする傾向が強く、政策提言自体も無味乾燥なものが多いことである。二つ目は、麻薬取引、人身売買、違法伐採などが「非伝統的安全保障」として国家のセキュリティ上の課題としてなることで、国軍や警察など治安を担ってきた公的暴力装置が積極的に諸問題を「安全保障化」して自らの管轄事項にしようとしている姿である。感染症問題における保健省も同様であり、非伝統的安全保障上の課題は、省庁間のセクショナリズムの争いの場と化しておりそれが問題解決能力の低下につながっているのである。三つ目は、非伝統的安全保障の問題は複眼的視野から対処すべきであるにもかかわらず、それぞれのテーマがきわめて高い専門家集団を抱えているために、他分野の研究者が安易に参入しにくく、総合的研究が思ったほど容易ではないことである。こうした点について理解を共有しながら、本年度末の3月に各自が本格的ペーパーを書き上げて、海外の連携研究者も交えて国際ワークショップを開催した。また、次年度への繰越金で研究分担者二名がインドネシアで感染症対策に関する調査を行った。冷戦終結後のグローバル化の進展で、国境を越える人・モノ・カネ・情報などの流れが劇的に増加し、その負の側面である、越境犯罪や違法移民、環境問題、感染症などの諸問題が、地域や国家、社会の安定と安全を脅かしているという認識から、これらの問題を安全保障の対象とする「非伝統的安全保障」という概念が生まれた。本研究が対象とした東南アジア地域は、こうした「越境する脅威」への対処能力が十分でない国もいまだに存在し、何らかの対策が急がれている。本研究では東南アジアにおける「非伝統的安全保障」問題について、越境犯罪や人身売買、感染症、違法伐採などを事例として研究をおこなってきた。
歯周病原菌由来の分泌小胞に着目した歯周病関連気管支・肺炎の病態解明

歯周病を惹起する歯周病原菌は,口腔領域外の組織の炎症にも関与する。なかでも,歯周病原菌による気管支炎や誤嚥性肺炎の重症化は生命の危険に直結する。しかし,歯周病原菌が気道や肺の炎症を増悪する分子メカニズムはよく分かっていない。歯周病原菌が放出する細胞外分泌小胞が上皮防御機構を破壊し,呼吸器系組織の炎症を誘導する可能性がある。歯周病原菌由来の細胞外分泌小胞は,菌固有の核酸やタンパク質分解酵素など様々な病原因子を含み,気道や肺に到達する。本研究では,歯周病原菌由来の細胞外分泌小胞が気道や肺の上皮組織に与える障害性を調べ,歯周病原菌によって誘導される呼吸器系組織の炎症の新たな分子メカニズムを解明する。
台湾集集地震における破壊伝播メカニズムの解明

1999年台湾集集地震のとき,震源断層であるチェルンプ断層がどのように動いたのかを明らかにするために,断層掘削コア試料における岩石記載,物性測定,化学分析,組織解析を実施した.その結果,高温下のみで進行する化学反応による痕跡が発見され,これは地震時に断層にて摩擦発熱が生じたことを示唆する.一方,組織解析の結果,溶融した痕跡は認められなかった.よって,地震時に断層では,摩擦発熱による間隙水圧の上昇を伴うthermal pressurizationが機能したと考えられる.1999年台湾集集地震のとき,震源断層であるチェルンプ断層がどのように動いたのかを明らかにするために,断層掘削コア試料における岩石記載,物性測定,化学分析,組織解析を実施した.その結果,高温下のみで進行する化学反応による痕跡が発見され,これは地震時に断層にて摩擦発熱が生じたことを示唆する.一方,組織解析の結果,溶融した痕跡は認められなかった.よって,地震時に断層では,摩擦発熱による間隙水圧の上昇を伴うthermal pressurizationが機能したと考えられる.地震波の伝搬過程において,"なぜ断層面沿いの摩擦係数が低下したのか"について,実際に地震のときに滑った岩石の採取およびその分析を通して,その謎を物質科学的側面から解明することが重要である.そこで,台湾チェルンプ断層掘削プロジェクト(TCDP)が立ち上がり,2004年より開始された.TCDPでは2本の掘削が行われた.本申請研究では,そのうちの2本目(HoleB)の全掘削コア試料(深度950-1350m)を高知コアセンターに運び,一連の非破壊連続物性計測を実施した.その結果の概要を以下に記す.(1)掘削コア試料の非破壊連続物性計測の結果HoleBでは,チェルンプ断層系として3帯の断層帯が確認された.浅部より,1136m断層,1194m断層,1243m断層と呼ばれる.3帯の断層帯とも,中軸部より黒色ガウジ,灰白色ガウジ,breccia帯,fracture-damaged帯が発達する.物性計測結果での大きな特徴としては,黒色ガウジにおける高い帯磁率と低い密度である.前者の原因としては,剪断に伴う磁性鉱物の細粒化もしくは昇温に伴う新たな磁性鉱物の生成が考えられる.1194m断層と1243m断層では,黒色ガウジに隣接して黒色のディスク状の物質(BM disk)が認められた.SEMでの観察の結果,hourglass構造が認められた.これは溶融の証拠として考えられるため,BM diskはシュードタキライトとして認定できる.また,同試料における炭素分析の結果,周辺のガウジ部と比較して,無機炭素量の減少が認められる.これは炭酸塩鉱物の消失によるものと考えられ,さらにこの要因としては,地震時の摩擦発熱による熱分解によると考えられる.一方,帯磁率ポイントセンサーでの帯磁率測定の結果,BM diskでの高い値が認められた.これは,上述と同じ要因であろう.1999年台湾集集地震時の破壊伝搬過程において,"なぜ断層面沿いの摩擦係数が低下したのがについて,実際に地震のときに滑った岩石の採取およびその分析を通して,その謎を物質科学的側面から解明することが重要である.そこで,台湾チェルンプ断層掘削プロジェクト(TCDP)が立ち上がり、2004年より開始された.TCDPでは2本の掘削が行われた.本申請研究課題の今年度の研究では,そのうちの2本目(HoleB)の全掘削コア試料(深度950-1350m)における化学分析および熱履歴分析を実施した.その成果の概要を以下に記す.(1)断層試料における炭素量分析断層帯における黒色ガウジ部,灰白色ガウジ部, breccia部およびその周囲の母岩にて, CHNSによる元素分析とクーロメータによる無機炭素量の測定を行った.その結果,黒色ガウジ部において,全炭素量および無機炭素量とも有意に減少していることが明らかになった.この要因は地震時の摩擦発熱に伴う炭酸塩鉱物の熱分解と考えられる.(2)反応速度論的解析による地震時の剪断応力の決定温度に対しアレニウスの関係をもつ化学反応は,反応速度論で記述することが可能である.そこで,上述の炭酸塩鉱物の熱分解の反応速度式を地震時の摩擦発熱プロファイルと連立することによって,上の実測値を制約条件として,地震時の剪断応力が1. 37MPaであることが明らかになった.1999年台湾集集地震時の断層滑り機構を明らかにするにあたり,断層が記録している摩擦発熱の痕跡は非常に重要な情報となる.温度変化は,剪断応力と変位の積を比熱と断層の幅および密度の積との商に相当するためである.今年度の研究では,新たな温度指標として炭質物に着目し,ラマン分光および赤外分光による分析を実施した.その結果,チェルンプ断層の黒色ガウジからfracture-damaged帯のすべての構造区分において,脂肪族炭化水素の-CH_2と-CH_3の官能基の存在が検出された.また,ラマンスペクトルにおけるGバンド(1580cm^<-3>)とDバンド(1350cm^<-3>)の強度比では,黒色ガウジではその比が0.86であるのに対し,それ以外の部分では0.74であった.ラマンスペクトルにおけるD/G比はグラファイト化の指標であり,その比が小さいほどよりグラファイト化が進行している.さらに,そのグラファイト化は高温ほど進行すると考えられている.

しかし,本研究結果は,他の分析結果より黒色ガウジにおける地震時の摩擦発熱による高温履歴が示されているにもかかわらず,そこでのD/Gは高い(グラファイト化が未進行)ことが明らかになった.この原因について,酸化反応による分解を提案した(平成20年9月の日本地質学学会第115回大会で発表).また,前々年度および前年度の研究により,滑り時の摩擦発熱によって様々な化学反応が生じたことが明らかになっていたが,今年度はそれらの反応によって消費されるエネルギーの定量的見積もりを実施した.その結果, 1999年の地震時には,摩擦発熱の0.79%が化学反応に消費されたことが明らかになった(この成果はHamada, Hirono, et.al.でGeophysical Research Lettersで公表した).
ゲノムワイド解析と遺伝学的解析による線虫の記憶形成過程における分子神経基盤の解明

線虫C.elegansが示す温度走性行動を指標として、記憶形成に関わる分子および神経基盤を解明することを目的に、線虫を用いた分子遺伝学的解析を行った。これまでに、本研究から、動物の記憶形成に重要なCREBのオルソログCRH-1が温度走性行動に重要な役割を果たしている可能性が示された。crh-1を欠損した変異体は温度走性において顕著な異常を示し、また、この変異体の温度受容ニューロンAFDでcrh-1 cDNAを発現させた場合のみ、この異常がほぼ完全に回復した。また、カルシウムイメージングにおいて、AFDの飼育温度に依存した反応を観察した結果、crh-1変異体では、この反応に異常が見られた。これらの結果から、温度走性行動においてCRH-1がAFDニューロンのみで機能すること、さらには、AFDニューロンがCRH-1に依存した温度記憶を保持している可能性が示唆された。本研究は、単一細胞が担う記憶のメカニズムを分子遺伝学的に解明するための、極めてシンプルなモデルシステムを提唱するものであり、記憶形成に関わる分子神経基盤を解き明かす鍵となることが期待される。もしCRH-1が温度記憶に関与していた場合、CRH-1によって転写制御される下流遺伝子が記憶の実体を担うことが期待される。マイクロアレイ解析を応用して、CRH-1の下流遺伝子の探索を行った結果、複数の膜タンパク質がCRH-1依存的に発現変動することが検出された。中でも、Na^+トランスポーターをコードするcatp-3遺伝子についての変異体がcrh-1変異体と類似した行動異常を示したことから、catp-3がCRH-1の下流遺伝子であることが期待される。catp-3がCRH-1の下流遺伝子として、膜電位の制御に関与していた場合、温度変化に依存した発現調節を受け、ニューロンの膜電位を変化させる分子として、極めて重要な例であり、核内現象と細胞膜での現象を結ぶ新たな記憶形成のモデルとして、斬新なコンセプトを提唱できる可能性を秘めている。crh-1を欠損した変異体は温度走性において顕著な異常を示し、また、この変異体の各ニューロンで個別にcrh-1遺伝子を発現させると、温度受容ニューロンAFDで発現させた場合のみ、変異体が示す行動異常が回復した。これらの結果から、AFDニューロンがCRH-1に依存した温度記憶を保持している可能性が示唆された。本研究は、単一細胞が担う記憶のメカニズムを分子遺伝学的に解明するための手がかりとなると期待される。