hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代太陽電池への提案：量子井戸島による光アップコンバージョンと効率向上

量子井戸島構造という新しい量子構造を用いた光アップコンバージョンについて検討を行った。予備研究によりその機構をAuger過程によるものと推察していたが、それを支持する一連の結果を得た。また、アップコンバージョンによる光電流の検出に成功し、複数光線励起を用い、光電流と蛍光計測とを組み合わせ、キャリアダイナミクスを明らかにした。また、赤外から可視への変換だけでなく、安定な中間準位としても量子井戸島構造が有効である可能性を示し、変換効率の向上全般に利用し得る事を示した。本課題開始までに、AlGaAs中に埋め込まれたInAs量子井戸島構造を用いて、赤外光から可視光へのアップコンバージョンが可能である事を見出していた。本課題ではその効率向上を目指し、機構の詳細な解明と量子井戸島構造の形状(大きさ、密度、間隔、等)の依存性を狙っている。25年度においては、分子線エピタキシーによるInAs量子井戸島構造の作製と形状制御の検討を行うと共に、赤外光照射時に得られる光電流の計測を行った。InAsの結晶成長はGaAs(001)上については先行研究も多いが、Al0.2Ga0.8As上についての研究例は限られている。今年度、基板温度、成長速度(In flux)、As fluxと云った基本パラメーターの依存性について検討した。一般的な傾向としては1)基板温度が低い、2) In fluxが高い、3) As fluxが高い、ほど高密度になる事が認められた。GaAs上の成長と比較すると、AlGaAs上では全般に小さな島構造が高密度で出来易いが、これはAlがAs原子と結合し易いため、表面上での拡散が抑制され、核が沢山形成されるため、というモデルで理解が可能である。しかし、詳細には例えばAs fluxを振った時、濡れ層自体の形状も変化するため、単純に高密度だから小さい島構造が得られるとは限らない事等が判明した。引き続き、結晶成長機構の検討と共に、種々の形状の島構造を作製し、アップコンバージョン効率との相関の検討を行う。本課題開始までに、AlGaAs中に埋め込まれたInAs量子井戸島構造を用いて、赤外光から可視光へのアップコンバージョンが可能である事を見出し、本課題においては、その効率向上を目指し、アップコンバージョン機構の詳細な解明と量子井戸島構造の形状(大きさ、密度、間隔、等)との依存性の解明を目指している。H25年度においては、分子線エピタキシーによるInAs量子井戸島構造の作製時の形状制御の検討を行うと共に、赤外光照射による光電流の計測を行った。そして、AlGaAs上への成長について、基板温度、成長速度(In flux)、As fluxの依存性について検討し、1)基板温度が低い、2) In fluxが高い、3) As fluxが高い、ほど高密度になる事を見出した。これをGaAs上での成長と比較すると、Alの存在により、高密度の核形成がなされるためであるが、As fluxにより濡れ層の形状が変化し、結果、島構造の形状も変化する事も併せて見出した。H26年度においては、この検討を継続した。その過程で生じた問題として、下地の構造に依存して島構造の厚さ(これまでの検討からアップコンバージョンを起こさせるためにはInAs量子井戸島の厚さは2若しくは3原子層である必要があると考えている)の評価が容易でない事がある。この問題を解決するため、原子間力顕微鏡(AFM)を改良したケルビンプローブ顕微鏡(KFM)を導入する事とした。この手法により、表面のポテンシャルより厚さを見分ける試みを始めた。この検討においては、AlGaAs上のInAsの様に歪格子系で表面のポテンシャルが複雑な挙動を示す事が見出され、その機構を検討中である。併行して共同研究者と協力して、光電流計測を続けているが、15K程度の低温から室温の範囲でAuger過程が支配的である事など、我々の仮説を指示する結果となっている。本課題開始までにAlGaAsに埋め込まれたInAs量子井戸島(QWI)構造により赤外光の可視光へのアップコンバージョンが可能である事を見出し、本課題においては、その効率向上を目指し、アップコンバージョン機構の詳細な解明とQWI構造の形状(大きさ、密度、間隔、等)の依存性の解明を目指した。H27年度、QWIを用いた新規構造の設計、分子線エピタキシー(MBE)成長、並びに光計測を行なった。この結果、局在準位を導入すると、アップコンバージョン効率が向上する事を見出した。更に、同じ構造でも結晶成長の条件に依存して、アップコンバージョン効率が変わる事も観察された。具体的には、InAs/GaAs量子井戸構造を作製する時、一般にはGaAs障壁層をInAsと同じ温度で成長するが、これをより高温で成長する事で効率向上が図られた。これは欠陥・不純物の低減等によるものと推察されるが、今後詳しい検討が必要である。また、H26年度にMBEで作製されるQWI構造の厚さ(これまでの検討より2 or3原子層である必要がある)の評価が容易で無いという課題に直面し、これを解決するため、原子間力顕微鏡(AFM)を改良したケルビンプローブ顕微鏡(KFM)を導入し、InAs表面構造の検討を始め、AlGaAs上のInAsはポテンシャルの不均一性が生じる事を見出したが、この原因の検討を行った。その結果、この表面仕事関数の不均一性は歪由来と推察されるとの結論を得た。

また、アップコンバージョンによる光電流の検出に成功し、複数光線励起を用い、光電流と蛍光計測とを組み合わせ、キャリアダイナミクスを明らかにした。また、赤外から可視への変換だけでなく、安定な中間準位としても量子井戸島構造が有効である可能性を示し、変換効率の向上全般に利用し得る事を示した。MBE装置に複数回故障が生じ、結晶成長が予定通りに進まなかった。加えて、11月に大学の工事業者のミスによる停電事故が起こり、装置に大きな支障を生じ、後遺症を抱えながらも漸く復旧したのは3月となってしまった。27年度が最終年度であるため、記入しない。応用物理学上記の事故に伴い、研究計画を一部変更する事とした。結晶成長の進捗が遅れた部分について、事故以前に成長した試料を用いて、KFMによる構造評価を試みる事とした。KFMのデーター解釈については、H27年度においても引き続き検討する。現在、MBE装置の状況を見極めながら、H27年度の力点をどこに置くかも検討している。MBE装置に故障が続発したため、結晶成長が予定通りに進まなかった。MBE装置が、故障・停電事故に伴い、稼働時間が下がったため、予定していた量の原材料を消費しなかったため。基本的な計画の変更はない。上述の理由で遅れている進捗を出来るだけカバーしながら予定していた研究を推進する積りである。今年度、遅れをとり戻すべく、MBEを稼働させると共に、KFMの測定と光学測定を進めるために用いる。また、最終年度であるので、既に依頼を受けた数件の招待講演の他、成果の対外発表に努める。減額が掛かったため、申請したピコ秒レーザーを購入を断念し、それよりも少し低価格の分光器の整備に利用した。一方、25年中は別に記した通りMBE装置の故障が続いたため、結晶成長や光学計測が予定通りには進まなかったため、この分の経費が消費されなかった。また、これに伴い、海外学会の出張も控えた。申請書記載のMBEの運営の他、光学計測を昨年度の分を補うべく進める予定であるため、これに利用する。更に成果が出れば、海外学会にも参加する。
中枢神経系の発生過程における神経幹細胞の運命決定機構の解析

中枢神経系を構成する主要な細胞群であるニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトは、共通の前駆細胞である神経幹細胞から運命決定を経て分化する。本研究は、脳機能構築の理解を目指す上で重要な課題と言える神経幹細胞の運命決定を制御する分子基盤の解明を目的としており、本年度は特に、神経幹細胞の自己複製において重要な、細胞増殖誘導と細胞分化抑制というふたつの相反的事象の連動に着目して研究を推進した。神経幹細胞画分において、FGF2によるGSK3β抑制とβ-catenin安定化経路が、ニューロン抑制性のNotch1エフェクター分子Heslをコードする遺伝子の発現を増強するという前年度までの知見について、今年度は特に次の実績を得た。(1)FGF2で刺激した高密度培養神経幹細胞画分について抗β-catenin抗体を用いたChIPアッセイによりRBP-Jk結合配列を含むhels promoter fragmentが検出された。(2)β-cateninとN1ICの会合が観察され、この会合は転写共役因子p300とP/CAF双方の存在下で増強した。(3)N1ICで誘導されるhesl promoter活性化のβ-cateninによる増強が転写共役因子p300とP/CAFによりさらに増した。(4)GSK3βのdominant active formを強制発現した神経幹細胞画分がFGF2存在下で形成する一次ニューロスフェアーは、その後の単層培養による検討で分化亢進を呈した。(5)GSK3βのdominant active formの強制発現が、神経幹細胞画分の二次ニューロスフェアー形成を著しく阻害した。これらの結果はFGF2とNotch ligandによる神経幹細胞内シグナル経路群がクロストークして、増殖促進と分化抑制という相反事象を連係させ、神経幹細胞の未分化性の維持に寄与することを示唆しており興味深い。中枢神経系を構成するニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトは、神経幹細胞が分化の運命決定を受けてそれぞれの特性を備えた細胞へと成熟する。神経幹細胞の分化の運命付けの過程には、多能性を維持する機構、分化の運命付け誘導の機構、他の細胞種にならない運命付けの排他性の機構、運命付けの固定と維持の機構のそれぞれが重要であり、脳機能構築の理解にはこれらの神経幹細胞運命決定機構の解明が不可避の課題である。本年度のこの研究では特に、ニューロン分化抑制作用を発揮することで神経幹細胞の運命付けに寄与するとされるNotchシグナルに焦点を当てて取り組んだ。実験にはマウス胎仔終脳由来神経上皮細胞をbFGFで培養することで得られる神経幹細胞画分を用いた。この神経幹細胞培養系にNotch1シグナルを活性化させる(Notch1の細胞内領域を強制発現する)ことによるHes1プロモーターの活性化を、bFGFシグナルが増強することがわかった。また、この増強作用はPI_3kinase(PI_3K)-Akt-GSK3β経路を介していた。興味深いことに、GSK3β不活性化に伴い安定的に核に存在するようになるβ-catenin分子が、Nothc1分子の細胞内領域(活性型Notch1分子)と複合体を形成していることや、この複合体にさらに2種類の転写共役因子が同時に関わっていることも明らかになった。これまでに行った関連する研究の成果を併せて考察すると、一連の知見は、bFGFシグナルがWnt3aシグナルやNotchシグナルと連携して神経幹細胞の運命決定に関わっていることを示したという点で大変興味深い。
抗うつ薬の新規治療標的分子としての脳マトリックスメタロプロテアーゼの機能解析

現在臨床で使用されている抗うつ薬の治療効果には、脳内の神経栄養因子が一部関与している可能性が考えられている。申請者らのこれまでの研究から、抗うつ薬アミトリプチリンによる神経栄養因子の増加にはGi/o共役型リゾフォスファチジン酸(LPA)受容体シグナルを介したマトリックスメタロプロテアーゼ(matrix metalloproteinase 9: MMP-9)の活性増加が重要な役割を果たしていることを明らかとしている。そこで本年度は、三環系抗うつ薬アミトリプチリンで確認された作用が、アミトリプチリンだけでなく異なる作用機序を有する抗うつ薬でも同様に見られるか明らかにするために、ミルタザピン(ノルアドレナリン作動性・特異的セロトニン作動性抗うつ薬)のアストログリア細胞における神経栄養因子産生作用とそのメカニズムについて検討を行った。この研究結果は英文学術誌に投稿し現在査読中である。さらに、抗うつ薬のin vivoにおける作用を検討するために、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスの作製を行った。この研究結果は査読付英文学術誌に掲載された。本年度は以下の成果を得た。1、アストログリア細胞(ラット大脳皮質初代培養アストロサイト、ラットアストログリア由来C6細胞)において、抗うつ薬ミルタザピンが神経栄養因子(BDNF、GDNF)の発現増加を誘導することを薬理学的手法で明らかにした。2、アストログリア細胞において、抗うつ薬ミルタザピンによる神経栄養因子の発現を誘導するメカニズムとして、Gi/o共役型LPA受容体とERKの活性化が関与することを明らかにした。3、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスを作製し、表現的構成的妥当性を兼ね備えたモデル動物であることを確認した。4、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスの前頭前皮質において、MMPの機能と関連する炎症性サイトカインの発現増加を確認した。申請者らのこれまでの研究から、抗うつ薬による神経栄養因子の増加にはマトリックスメタロプロテアーゼ(matrix metalloproteinase: MMP)が重要な役割を果たしていることを明らかとしている。そこで本研究では、抗うつ薬の新たな治療標的分子として脳のMMPに着目し、抗うつ薬によるMMP活性化メカニズム、うつ病とMMP機能の関連性、そして抗うつ薬の治療効果におけるMMPの役割を解明し、MMPの新規治療標的分子としての可能性を明らかにすることを目的として行った。1、アストログリア細胞(ラット大脳皮質初代培養アストロサイト、ラットアストログリア由来C6細胞)において、三環系抗うつ薬アミトリプチリン処置によるMMP9の活性増加をザイモグラフィー法により検出した。2、複数の種類の抗うつ薬(クロミプラミン、デシプラミン、ミアンセリン、フルオキセチン、フルボキサミン、デュロキセチン)の処置により、アストログリア細胞においてMMP9の活性増加を確認した。一方で、抗うつ作用を持たない中枢神経作用薬(ハロペリドール、ジアゼパム)やモノアミン(セロトニン、ノルアドレナリン)の処置ではMMP9の活性は変化しなかった。3、アミトリプチリンによるグリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)の産生増加作用はMMP9阻害薬とMMP3阻害薬で抑制されたが、MMP2阻害薬では抑制されなかった。4、リコンビナントMMP9とリコンビナントMMP3処置により、アストログリア細胞におけるGDNFの産生が増加した。アストログリア細胞における抗うつ薬によるMMP9活性化作用とGDNF産生に関する研究成果については、査読付学術誌に受理された。薬理学的手法によるGi/oタンパク活性化によるGDNF産生機構におけるMMPの関与についての研究成果は、論文にまとめて査読付学術誌に投稿中である。1、アストログリア細胞(ラット大脳皮質初代培養アストロサイト、ラットアストログリア由来C6細胞)において、抗うつ薬によるMMP9の活性化に関与するGi/oタンパク質の直接的な活性化が神経栄養因子(BDNF、GDNF)の発現増加を誘導することを薬理学的手法で明らかにした。2、アストログリア細胞において、抗うつ薬によるMMP9の活性化に関与するGi/oタンパク質が神経栄養因子の発現を誘導するメカニズムとして、チロシン型受容体である線維芽細胞増殖因子(FGF)受容体のトランスアクチベーションとERKの活性化が関与することを明らかにした。3、アストログリア細胞において、抗うつ薬によるMMP9の活性化にSrcが関与することを薬理学的検討により明らかとした。4、アストログリア細胞において、抗うつ薬によるGi/oタンパク質活性化メカニズムとしてGi/o共役型リゾフォスファチジン酸(LPA)受容体の関与を同定した。5、アストログリア細胞において、LPA受容体刺激によりMMP9が活性化することを確認した。薬理学的手法によるGi/oタンパク質活性化によるGDNF

産生機構についての研究成果は、論文にまとめて査読付学術誌に受理された。また、抗うつ薬によるMMP9活性化メカニズムとして、LPA受容体とSrcが関与する可能性を明らかにした。一方で、動物実験に関しては、行動薬理学的解析に用いる手法(強制水泳テスト、ショ糖嗜好性テスト、社会的相互作用テスト、新奇環境下食餌行動抑制テスト)を確立し、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスを作製している。現在臨床で使用されている抗うつ薬の治療効果には、脳内の神経栄養因子が一部関与している可能性が考えられている。申請者らのこれまでの研究から、抗うつ薬アミトリプチリンによる神経栄養因子の増加にはGi/o共役型リゾフォスファチジン酸(LPA)受容体シグナルを介したマトリックスメタロプロテアーゼ(matrix metalloproteinase 9: MMP-9)の活性増加が重要な役割を果たしていることを明らかとしている。そこで本年度は、三環系抗うつ薬アミトリプチリンで確認された作用が、アミトリプチリンだけでなく異なる作用機序を有する抗うつ薬でも同様に見られるか明らかにするために、ミルタザピン(ノルアドレナリン作動性・特異的セロトニン作動性抗うつ薬)のアストログリア細胞における神経栄養因子産生作用とそのメカニズムについて検討を行った。この研究結果は英文学術誌に投稿し現在査読中である。さらに、抗うつ薬のin vivoにおける作用を検討するために、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスの作製を行った。この研究結果は査読付英文学術誌に掲載された。本年度は以下の成果を得た。1、アストログリア細胞(ラット大脳皮質初代培養アストロサイト、ラットアストログリア由来C6細胞)において、抗うつ薬ミルタザピンが神経栄養因子(BDNF、GDNF)の発現増加を誘導することを薬理学的手法で明らかにした。2、アストログリア細胞において、抗うつ薬ミルタザピンによる神経栄養因子の発現を誘導するメカニズムとして、Gi/o共役型LPA受容体とERKの活性化が関与することを明らかにした。3、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスを作製し、表現的構成的妥当性を兼ね備えたモデル動物であることを確認した。4、神経障害性疼痛誘発性うつモデルマウスの前頭前皮質において、MMPの機能と関連する炎症性サイトカインの発現増加を確認した。今年度の研究結果から、アストログリア細胞において、抗うつ薬によるMMP9の活性化が神経栄養因子GDNFの産生に重要な役割を果たす可能性が示唆された。来年度は抗うつ薬によるMMP9活性化機構について、選択的阻害薬やsiRNAを用いて検討する。また、動物実験については、行動薬理学的解析に用いる手法(強制水泳テスト、ショ糖嗜好性テスト、社会的相互作用テスト、新奇環境下食餌行動抑制テスト)を確立し、神経障害性疼痛うつモデルマウスを作製した。今後はうつモデルマウスにおけるMMP9機能を解析する。今年度の研究結果から、アストログリア細胞において、抗うつ薬によるMMP9の活性化にはGi/o
亜硝酸塩ポストコンディショニングによる心筋保護作用とその分子機序の解明

高齢化社会により手術患者も高齢化が進み,虚血性心疾患を有する患者は増えている.亜硝酸塩は心保護作用が指摘されており,周術期への応用が期待される.本研究において,ラット心筋虚血モデルに対して亜硝酸塩を投与したところ0.15mg/kgの投与により虚血によって誘発される心室性不整脈が抑制されることが示された.その機序として,低酸素環境で亜硝酸塩が還元され一酸化窒素として作用し,心筋ギャップジャンクションであるコネキシン43機能が維持されることが示唆された.心筋虚血後の心室性不整脈は致死的となることが知られており,本研究により周術期だけではなく救急領域においても今後の発展が期待される.高齢化社会と周術期管理の質的向上により,虚血性心疾患などの循環器合併症を有する患者が手術を受ける機会は増えており,周術期管理の安全性と質を高めるためには,臓器保護を意識した管理が求められる.亜硝酸塩は,近年,臓器保護作用が期待される生理的物質として報告されているが,未だ不明な点が多い.そこで今回,われわれは心筋虚血や虚血再灌流障害に対して臓器保護的に作用するかどうかについて研究を行った.Wistarラットを用い心筋梗塞モデルを作成し亜硝酸塩の投与の有無が,虚血後の死亡率や不整脈発生率へ及ぼす影響を調べた.麻酔科下に冠動脈左前下行枝を結紮し,30分継続した.異なる容量の亜硝酸塩(0, 48nM, 480nM, 4.8mM)を投与し,虚血中の血行動態,不整脈発生へ及ぼす影響を比較したところ,480nMの亜硝酸塩投与により虚血性心室性不整脈の発生を軽減できた.一方,虚血領域については影響が見られなかった.本作用は,心筋虚血前の投与により有用であり,虚血後投与については明らかな効果を認めなかった.亜硝酸塩による虚血心筋に対する抗不整脈作用は,NO阻害薬であるPTIOにより棄却されたことから,NOの関与が示唆された.一方,NOSの阻害薬併用では明らかな影響がなかったことから,好気的条件で活性を示すNOSよりも,ミトコンドリアNOSにより嫌気的条件下で亜硝酸塩が還元され産生されたNOの作用であることが示唆された.しかしながら,単離ミトコンドリアを用いた研究では,虚血再灌流条件下においても亜硝酸塩がNOへ還元されることによる作用は見られなかったことから,今後,心筋ギャップジャンクションなど不整脈発生へ関与している他の因子への影響を研究していく予定である.高齢化社会により手術患者も高齢化が進み,虚血性心疾患を有する患者は増えている.亜硝酸塩は心保護作用が指摘されており,周術期への応用が期待される.本研究において,ラット心筋虚血モデルに対して亜硝酸塩を投与したところ0.15mg/kgの投与により虚血によって誘発される心室性不整脈が抑制されることが示された.その機序として,低酸素環境で亜硝酸塩が還元され一酸化窒素として作用し,心筋ギャップジャンクションであるコネキシン43機能が維持されることが示唆された.心筋虚血後の心室性不整脈は致死的となることが知られており,本研究により周術期だけではなく救急領域においても今後の発展が期待される.周術期の心筋虚血は生命予後に直結するため,心筋虚血及び再灌流障害をいかに制御するかは,周術期管理を行う麻酔科医の命題の一つである。本研究では,心筋保護作用が期待される亜硝酸塩を用いて,心筋保護作用の効果について,ラット心筋虚血モデルを用いて研究を行った。平成24年度は,心筋保護作用を有する亜硝酸塩の臨床用量について調査し,また心筋ミトコンドリアへ及ぼす影響について調査した。Wistar ratを用い,麻酔下に冠動脈左前下行枝を結紮し,30分間継続した。結紮直前に異なる用量の亜硝酸塩(0, 48nM, 480nM, 4800nM)を投与し,虚血中の血行動態へ及ぼす影響を調査した。その結果,亜硝酸塩は,30分間の虚血による虚血領域(Area at risk)に対する影響はなかったが,480nMにおいて,虚血中の心室細動の発生率,及び不整脈の重症化が抑制された。480nMの亜硝酸塩は,心筋虚血誘発性不整脈を抑制することで心保護作用を有する可能性が示唆された。臨床用量として適正と考えられる同用量の亜硝酸塩を用いて,虚血再灌流傷害に対するポストコンディショニング作用を現在調査中である。亜硝酸塩の心保護作用には心筋ミトコンドリアが深く関与していると考えられている。亜硝酸塩が心筋ミトコンドリアへ直接及ぼす影響を調査する目的で,単離ミトコンドリアを用いて研究を行った。大気下及び,低酸素環境下において,亜硝酸塩がミトコンドリア機能へ及ぼす影響を評価した。いずれの酸素環境においても,480nMの亜硝酸塩は心筋ミトコンドリアの酸化的リン酸化活性に影響を及ぼさなかったことから,心筋保護作用には,心筋ミトコンドリアは間接的に関与している可能性が示唆された。活性酸素種,一酸化窒素や一酸化窒素合成阻害薬の関与について調査を行っている。亜硝酸塩のポストコンディショニングによる心筋保護作用を調査する目的で本研究を開始した。虚血による梗塞領域の軽減を目的としていたが,抗不整脈薬としての効果がプレコンディショニングで認められた。

また,効果的な用量と考えられた480nMは,血行動態へ及ぼす影響が極めて少なく,臨床的に有用である可能性が示唆された。25年度は,ポストコンディショニング作用についての研究を継続して行く予定である。また,亜硝酸塩が心筋ミトコンドリアへ及ぼす影響が間接的と考えられたことから,活性酸素種や一酸化窒素の関与についても引き続き研究を継続していく。亜硝酸塩のポストコンディショニング心筋保護作用について研究を継続し,さらに吸入麻酔薬による心筋保護作用との関係,機序の相違について調査する。また分子機序として,活性酸素種,一酸化窒素と心筋ミトコンドリアの関係についても引き続き研究する。24年度に購入を予定していた循環動態解析ソフトは,既に保有している機器をバージョンアップさせることで代替が可能であった。結果,購入経費が削減できたため,25年度の研究で削減分を使用する予定である。24年度に未使用であった経費と25年度予定経費は,実験動物,カテーテル等の消耗品,試薬の他,研究発表の旅費に使用する予定である。
古文書字形の機関横断的デジタルアーカイブの拡充・活用を支援する情報技術

本研究課題では、複数の研究機関が管理する古文書字形デジタルアーカイブの横断検索を実現する情報検索技術を設計・実装した。当該技術は、奈良文化財研究所のWebサイトで公開されており、利用者は任意の字形画像を検索キーとして入力できる。検索対象は、同研究所の木簡庫と、東京大学史料編纂所の電子くずし字字典デジタルアーカイブである。約19カ月の評価実験において、当検索には936,932個の画像キーが入力された。この数はテキストによる検索手法に入力された検索キー数の2倍以上となり、本研究課題で実現した検索技術が古文書デジタルアーカイブの情報検索に対する新しいニーズを開拓した可能性を示した。「字形共有のためのネットワークシステムの実現」については、2016年3月に、奈良文化財研究所・東京大学史料編纂所と共同で、字形画像をキーとしたデジタルアーカイブ検索Webサービス「MOJIZO」を公開した(http://mojizo.nabunken.go.jp)。このサービスは、研究代表者が研究・開発を進めてきたクライアント・サーバモデルに基づく古文書字形検索技術をコアエンジンとして搭載しており、多人数同時アクセスにも対応する。Webブラウザ経由で検索キーとなる字形画像を入力すると、類似した字形を含む古代木簡を「木簡字典」から検索し、結果を表示できるようになっている。現在、初版公開ということで検索速度などは慎重を期した運用となっているが、今後サービスの運用状況などを見極めながら利用しやすいシステムに改善していく予定である。「古文書字形検索の高精度化」については、上記サービスの提供に合わせて字形情報データベースの整理・拡充を行い、これまで以上に多くの字形を高精度に検索できるように改良することができた。今後、さらに多数の字形情報に対応するとともに、検索精度の向上を図っていく。「画像処理・ユーザインタフェース等の周辺技術の高次化」についても、上記サービスの公開に合わせて、利用者が十分な墨抽出処理を行っていない画像を検索キーとして入力した際にも対応できるように改良を行った。また、プロトタイプの段階ではあるが、利用者がスマートフォンのカメラで撮影した画像を簡単に処理して適切な検索キーを生成できるアプリの実装を行った。こちらについては近日中に公開できるようテスト等を重ねているところである。なお、以上の成果に関する研究報告は、2015年12月の情報処理学会シンポジウムにて報告を行ったところである。また、奈良文化財研究所と共同で、以上の成果に関する特許3件の出願も行った。平成27年度の研究計画目標として掲げた4項目のうち、「字形共有のためのネットワークシステムの実現」、「古文書字形検索の高精度化」、「画像処理・ユーザインタフェース等の周辺技術の高次化」については、研究実績の概要の欄で示した内容に対して十分な成果をあげることができた。特に、Webサービス「MOJIZO」の公開については、平成28年度以降に完成させる予定であったいくつかの目標を前倒しで達成することで実現しており、この点では当初の計画以上の成果をあげることができたといえる。さらに、これらの成果に関しては、奈良文化財研究所と共同で3件の特許出願も行った。また、平成27年度の研究計画目標として掲げたもう1つの項目である「他の古文書デジタルアーカイブとの連携」については、技術面で必要となる「横断検索のための複数サーバ連携機能」の実装および「フォーマットが異なるデジタルアーカイブに対応した情報検索機能」の実装を完了した。これらは、東京大学史料編纂所の「電子くずし字字典データベース」を用いた実証実験の最中である。こちらについても、MOJIZOのような形でできるだけ早く一般公開できるよう今後の研究活動に努めていく所存である。さらに、情報処理学会・人文科学とコンピュータシンポジウム、国立国語研究所での公開シンポジウムを通した研究報告も実施することができた。「字形共有のためのネットワークシステムの実現」、および「古文書字形検索の高精度化」については、奈良文化財研究所のWebサイト上で公開中の字形検索のためのWebサービスMOJIZO(http://mojizo.nabunken.go.jp/)に対して検証を実施し、十分な安定性を確認した上で、サーバ環境における計算負荷への余裕を活かし、搭載していた字形評価技術に改良を加えた。改良版のMOJIZOは2016年9月に公開を開始したが、その後の検証においてサービスの安定性を維持しながら字形評価の精度改善を実現できたことを確認している。さらに、字形情報の追加とメタデータの整備を実施し、サービスの有用性向上も実現できた。「画像処理・ユーザインタフェース等の周辺技術の高次化」については、上記の2016年のMOJIZOアップデートにあわせて、奈良文化財研究所と共同でMOJIZOのユーザインタフェースに対する改善も実施し、特にスマートフォンなどの小型ディスプレイを用いた際の操作性改善を実現した。また、上記MOJIZOのスマートフォンからの利用を支援すべく、iPhone用画像処理アプリ「MOJIZOkin」を実装し、2017年3月初めにApp Storeでの無償公開を開始した。当該アプリは現在までに1,400を超えるApple IDの利用者によってダウンロードされたことを確認している。「他の古文書デジタルアーカイブとの連携」については、当初の目標であった奈良文化財研究所の「木簡字典」と東京大学史料編纂所の「電子くずし字字典データベース」に対する安定的な横断検索の実現を確認した。また、以上の成果に関する研究発表、およびテレビ/新聞/Webニュースなどの報道に対して興味を示す研究者からの問い合わせも多く、今後の幅広い連携に向けた可能性についても示すことができたと考えている。2016年度は、「画像処理・ユーザインタフェース等の周辺技術の高次化」についてスマホ用アプリの公開とWebページの操作性改善による大きな進捗を実現できた。

「字形共有のためのネットワークシステムの実現」についても、多方面から大きな反響が得られたこと、多数の利用者(2016年10月以降、MOJIZOの月間平均アクセス数は30,000を超えている)が確認できたことから、高いレベルで達成できたと考えている。「他の古文書デジタルアーカイブとの連携」については、既に奈良文化財研究所の「木簡字典」、東京大学史料編纂所の「電子くずし字字典データベース」の同時横断検索を実現し、技術的にはさらに多くのデジタルアーカイブとの連携も可能な段階であることを踏まえ、今後の研究成果の積み上げに継続的な努力を行っていく所存である。研究発表については、国際学会IJDAR2016、情報処理学会の招待講演「IPSJ-One 2017」への登壇など様々な場での報告を行うことができ、研究成果の広範囲への周知も実現できたと考えている。本研究課題では、字形画像をキーとして古文書字形デジタルアーカイブを検索するWebアプリ「MOJIZO」、およびキー画像を作成・編集するiPhone用の画像処理アプリ「MOJIZOkin」の研究・開発を通して、古文書デジタルアーカイブのユビキタスかつシームレスな公開を可能にするサービスの実現を進めてきた。これまでの活動を通して、H28年3月にはMOJIZOを公開、H29年3月にはMOJIZOkinを公開し、おおむね順調な進捗を維持している。最終年度となるH29年度は、上記サービスに対する利用者視点での解析を実施して有用性を確認すると共に、主に画像処理に関する技術的なアップデートを実施した。MOJIZOは、古文書字形デジタルアーカイブ「木簡字典」と同じく奈良文化財研究所のWebサイト上で利用者に公開している。木簡字典には、キーボードなどで字種を入力して字形画像を検索する機能が備わっている。この字種による検索件数、およびMOJIZOを用いた字形画像による検索件数を比較したところ、字形画像による検索件数はH28年度の段階で字種による検索件数を上回り、H29年度上半期には字種による検索件数の約4倍に達していることがわかった。字種による検索回数はH27年度以降も増加傾向にあることから、字種による検索へのニーズがMOJIZOにシフトしたと考えるよりは、MOJIZOが字形による検索という新しいニーズを開拓したと分析するのが自然であると当方は考えている。一方で、利用者がMOJIZOに入力した画像を目視で確認したところ、画像処理が不十分であり、おそらくは利用者が意図した字形と異なる状態の画像が多数あることもわかった。その点を踏まえて、H29年度には画像処理技術の更新を集中的に実施し、H29年11月に画像処理アプリMOJIZOkinのアップデート版を投入した。本研究課題では、複数の研究機関が管理する古文書字形デジタルアーカイブの横断検索を実現する情報検索技術を設計・実装した。
日本水稲の重要遺伝子とは？

現在の日本水稲品種群の育成に貢献した遺伝子(重要遺伝子)と日本の各地に適応した遺伝子(適応遺伝子)を同定し、日本水稲育種の歴史ならびに地域や気候への適応性を遺伝子レベルで解明することを目的とする。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成品種を含めた144品種を全国6カ所で栽培して、各農業形質を測定し、全ゲノム配列を使ったゲノムワイドアソシエーション解析(GWAS: Genome-wide association studies)とQTL解析を行って関連する遺伝子を同定し、さらに重要遺伝子や適応遺伝子の区分を試みた。到穂日数、稈長、穂長、穂数について複数の関連が検出され、重要遺伝子ならびに適応遺伝子に区分ができた。今年度を含めた過去4カ年の結果GWASの検出ピークに相違があったことから、栽培条件または気象条件の差異が強く示唆された。多くが既存の遺伝子であることが確認されたが、その一方で2つの新規の農業形質遺伝子の同定に成功した。以上のように日本水稲品種集団を用いたGWASは候補遺伝子の迅速な絞り込みに有効であった。さらにその他の形質についても調査とGWASを実施して遺伝子を同定するパイプラインが確立したと言える。本年度で4ヶ年分の日本水稲品種群の形質調査を終了することができたのちGWASを実施し、一方交雑集団を使ったQTL解析によって、関与するQTLまたは遺伝子を検証でき、重要遺伝子または適応遺伝子の同定が可能になった。本研究が遺伝解析だけでなく、各品種の生育予測やゲノミックセレクションにも利用できると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。現在の日本水稲品種群の育成に貢献した遺伝子(重要遺伝子)と日本の各地に適応した遺伝子(適応遺伝子)を同定し、日本水稲育種の歴史ならびに地域や気候への適応性を遺伝子レベルで解明していくことを目的とする。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成されたものも含めた143品種を日本全国6箇所で栽培して各農業形質を測定し、ゲノムワイドアソシエーション解析(Genome-wide association studies)を行い、重要遺伝子や適応遺伝子を探索した。幾つかの既知の遺伝子が同定されたが、未知のQTL(量的形質遺伝子座: Quantitative trait locus)の存在も示唆された。各農業形質は複数箇所ならびに複数年計測されているので、遺伝子もしくはQTLの環境変動も確認された。本集団は3,000を超えるDNAマーカーによる遺伝子型が決定されたため、GWASの利点である複数の対立遺伝子を扱うことができ、1年程度で候補となるQTLもしくは遺伝子を絞り込むことができた。一方、GWASの欠点として集団構造や家計構造を考慮したGWAS解析が出来るようになったが、偽陽性検出の克服には限界があり、GWASのピークが原因遺伝子と大きく異なることがあった。GWASの結果から重要遺伝子や適応遺伝子の候補が見出された。また、各品種や系統の系譜情報を収集し、重要遺伝子や適応遺伝子を同定するための集団遺伝学的手法の準備ができた。本研究は初年度だったが、日本水稲品種群143品種を栽培し、農業形質の調査は完遂した。しかしながら、その作業コストや労力は大きいものなので、各農業形質の調査の効率化を今後考えていく必要がある。遺伝解析も順調にすすんでいる。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成品種を含めた144品種を全国6カ所で栽培して、各農業形質を測定し、ゲノムワイドアソシエーション解析(GWAS: Genome-wide association studies)を行い、関連する遺伝子を同定し、さらに重要遺伝子や適応遺伝子の区分を試みた。到穂日数については主に7カ所、稈長については3カ所に関連が検出され、それぞれ重要遺伝子が到穂日数については4カ所、稈長については2カ所、適応遺伝子が到穂日数については3カ所、稈長については1カ所に区分ができた。今年度を含めた過去2カ年の結果GWASの検出ピークに相違があったことから、栽培条件または気象条件の差異が強く示唆された。まず、染色体1にOsHESO1と命名された遺伝子が複数地点の到穂日数に関連していた。もう一つは染色体11にOsGATA28と命名された遺伝子が到穂日数だけでなく、稈長や穂長への遺伝的効果が明らかになり収量増加への貢献が期待できた。このように日本水稲品種集団を用いたGWASは候補遺伝子の迅速な絞り込みに有効であった。望外にも2つの新規農業形質遺伝子が同定できた。その他の遺伝解析も進んでおり、重要遺伝子と適応遺伝子がそれぞれ区分できた。また、各地の農業形質の調査は順調に進んでいる。遺伝資源に含まれる多様性の活用は育種における重要課題の一つである。ゲノムワイドアソシエーション解析(GWAS: Genome-wide association studies)は交配実験を行うことなく、遺伝資源の多様な形質変異に関与する遺伝子領域が検出できる。

現在の日本水稲品種群の育成に貢献した遺伝子(重要遺伝子)と日本の各地に適応した遺伝子(適応遺伝子)を同定し、日本水稲育種の歴史ならびに地域や気候への適応性を遺伝子レベルで解明することを目的とする。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成品種を含めた144品種を全国6カ所で栽培して、各農業形質を測定後にGWASを行い、関連する遺伝子を同定し、さらに重要遺伝子や適応遺伝子の区分を試みた。また各品種の全ゲノム配列が決定されたので、理想とするWhole-genome sequenceに基づくGWASが現実に実施できるようになった。これまで3ヶ年の形質データが蓄積されており、到穂日数については主に7カ所、稈長については3カ所に関連が3カ年で検出された。使用した日本水稲各品種の系譜情報や集団遺伝学的手法の整備も完了し、重要遺伝子が到穂日数については4カ所、稈長については2カ所、適応遺伝子が到穂日数については3カ所、稈長については1カ所に区分ができた。穂長や穂数のGWASも実施した。過去3カ年の結果を比較したところGWASの検出ピークに相違があったことから、栽培条件または気象条件の差異が強く示唆された。既存の遺伝子が同定されていることが確認されたが、その一方で新規の農業形質遺伝子の候補が検出された。各品種の全ゲノム配列が決定され、複数の農業形質の遺伝解析も進んでおり、重要遺伝子と適応遺伝子がそれぞれ絞込まれてきた。また、各地の農業形質の調査は順調に進んでいる。日本水稲品種群のうち作付け上位の品種および育成の母本として利用され、最近の育成品種を含めた144品種を全国6カ所で栽培して、各農業形質を測定し、全ゲノム配列を使ったゲノムワイドアソシエーション解析(GWAS: Genome-wide association studies)とQTL解析を行って関連する遺伝子を同定し、さらに重要遺伝子や適応遺伝子の区分を試みた。到穂日数、稈長、穂長、穂数について複数の関連が検出され、重要遺伝子ならびに適応遺伝子に区分ができた。今年度を含めた過去4カ年の結果GWASの検出ピークに相違があったことから、栽培条件または気象条件の差異が強く示唆された。多くが既存の遺伝子であることが確認されたが、その一方で2つの新規の農業形質遺伝子の同定に成功した。以上のように日本水稲品種集団を用いたGWASは候補遺伝子の迅速な絞り込みに有効であった。さらにその他の形質についても調査とGWASを実施して遺伝子を同定するパイプラインが確立したと言える。本年度で4ヶ年分の日本水稲品種群の形質調査を終了することができたのちGWASを実施し、一方交雑集団を使ったQTL解析によって、関与するQTLまたは遺伝子を検証でき、重要遺伝子または適応遺伝子の同定が可能になった。本研究が遺伝解析だけでなく、各品種の生育予測やゲノミックセレクションにも利用できると考えられる。
規則合金ナノ触媒の創製

化学プロセスにおける"省エネルギー化"が環境問題解決の鍵であり、高性能触媒の開発は急務の課題である。ナノメートルサイズの合金は触媒として優れた性質を示すが、更なる高性能化には、金属配列、幾何構造の原子レベルでの精密な設計が求められる。しかし、金属が規則的に配列した規則合金のナノ粒子を得るのは困難であり、ましてや触媒へ適応された例は皆無である。本研究では直径数ナノメートル程度の"規則合金ナノ粒子触媒"を創製し、高性能触媒の探索を行う。本研究で、比較的強い還元剤である無機水素化物を用いて低温で合成した結果、不規則bcc型のナノ合金の生成が確認された。さらに、水素吸蔵・放出プロセスを利用することによりCuPd合金ナノ粒子の低温での規則化に成功した。通常、CuとPdバルク合金の規則化には600度以上の加熱処理が必要であるが、低温で処理できたため、粒子間の凝集は観測されず、水素印加処理法はナノ合金の構造制御に極めて有効な方法であることがわかった。液相還元法により調製したCuPdナノ合金をTiO_2に担持させた触媒(CuPd/TiO_2)を作製し、硝酸還元反応に適用した。CuPd/TiO_2は光水分解水素発生触媒として、通常、高い触媒特性を示すPdよりも高い活性を示した。さらに、光水分解により触媒表面上で発生する発生期の水素を用いて硝酸還元を行ったところ、硝酸イオンが効率的に還元され、かつ高選択的にアンモニアが生成することが明らかになった。これは、Pd,Ptなどの単純金属や従来法で作製したCuPd触媒にはみられない性質であり、原子レベルで良く混合したCuPdナノ合金に特有の性質であると考えられる。構成金属が原子レベルで混合した固溶体型合金ナノ粒子は金属間の相乗効果により単純金属ナノ粒子では観られない特性が発現する。さらに、合金ナノ粒子中の構成金属原子の配列を制御することが出来れば、これまでにない高性能の触媒の発現が期待される。本年度は固溶体型CuPdナノ粒子の湿式法による作製とその水素圧力下での変化を詳細に調べた。此れまでに、高沸点溶媒による加熱による金属塩の還元によりCuPdナノ粒子が作製例が報告されている。その場合、Pdが先に還元され、Cuが後から還元される為、Pdコア・Cuシェル型の相分離型の粒子構造をとると考えられる。本研究では、Pdイオンの還元速度を抑え、Cuイオンと同時に還元するため、溶媒を水にし、還元剤に無機水素化物を用いて還元をおこなった。この結果、CuとPdがよく混合したCuPdナノ粒子を得ることに成功した。更に、さあざまな条件下で作製した粒子を処理することで、fcc、bccに加え、規則構造を取る粒子を得ることに成功した。また、高沸点溶媒とNaBH4還元を併用した小粒径の合金ナノ粒子合成にも成功しており、今後、構造による触媒能の違いについて研究を進めるつもりである。
高潮・高波時における護岸周辺の越波災害評価システムの開発

越波災害を誘発する低気圧の接近・通過時には護岸周辺に強大な風が吹き寄せるため,護岸越波流量を算定する際に風の影響を考慮することは重要である.しかし,風速と越波流量の関係ついて,護岸設計に適用可能な知見は少なく,越波流量に及ぼす風の影響はほとんど考慮されていないのが現状である.そこで,本研究では,有風時の護岸越波流量を定量的に評価する方法として,実務での適用実績が高い数値波動水路CADMAS-SURFに風外力を導入する手法を提案した.風が護岸前面の波浪状況を変化させる作用を計算するため,海面上の風応力によって生じる流速をモデル化し,数値計算における自由表面に付加した.また,風は護岸に沿って打ち上がった水塊を護岸背後へ輸送させる.このような風の作用による水滴移動を単相流モデルである数値波動水路において適切に表現するため,水滴の水平方向運動が加速度運動になるように水滴の処理方法を改良した.そして,提案した手法を用いて,一様勾配地形における有風時の越波現象を対象とした水理模型実験の再現計算を実施した.その結果,風が砕波を促進するために無風時に比べて砕波点が沖側になることや,直立護岸における無次元越波流量が無次元風速とともに増加する傾向を提案した計算手法はよく再現していることを明らかにした.また,リーフ地形において有風時を対象とした越波計算を行い,護岸設計において評価が必要となる許容越波流量のオーダーの越波現象は風の影響を強く受けることを示し,護岸設計の際に風の影響を考慮しなければならないことを明示した.さらに,メソ気象モデル・平面2次元数値モデル・本研究で提案した断面2次元数値モデルを用いて,越波災害予測システムを構築した.そして,沖縄本島北部の現地リーフ海域を対象とした再現計算を実施し,これまで考慮されてこなかった気象場の影響を含めた護岸越波解析が可能になることを示した.護岸周辺で発生する越波は,入射波浪のみならず,護岸形状や風など,様々な要因によって発生する.そのため,高潮・高波時における護岸周辺の越波災害を予測・評価するためには,気象場・沿岸波浪場・護岸周辺の各現象を十分に把握する必要がある.本研究では,まず,護岸周辺の現象の解明として,リーフ地形を対象に,直立護岸越波に及ぼすリーフ形状と波浪諸量の影響について水理模型実験による検討を行った.そして,リーフ海域において越波流量を算定する際には,リーフ長を考慮する必要性があること,護岸前面における長周期波成分の振幅は,入射波の非線形性および無次元リーフ長とともに増加し,リーフ上に設置された直立護岸の越波流量に影響を及ぼすことを明らかにした.また,越波解析に気象場の影響を反映させる前段階として,気象モデルWRFを用いた台風の再現計算を行った.そして,越波災害発生時における気象状況を把握する手段として,気象モデルが有効であることを示した.さらに,沖合での波の屈折・回折を含めた平面的な波浪変形を考慮した護岸周辺の越波解析を行うため,平面2次元モデルNOWT-PARIと断面2次元モデルCADMAS-SURFを連結した.その結果,平面および断面2次元モデルを有効活用することにより,波の浅水変形・屈折・回折の影響のみならず,砕波・越波現象も良好に考慮できることを示した.さらに,3次元数値モデルと比べて計算負荷が少ないため,越波対策護岸の耐波設計を行う際に役立つことを示した.越波災害を誘発する低気圧の接近・通過時には護岸周辺に強大な風が吹き寄せるため,護岸越波流量を算定する際に風の影響を考慮することは重要である.しかし,風速と越波流量の関係ついて,護岸設計に適用可能な知見は少なく,越波流量に及ぼす風の影響はほとんど考慮されていないのが現状である.そこで,本研究では,有風時の護岸越波流量を定量的に評価する方法として,実務での適用実績が高い数値波動水路CADMAS-SURFに風外力を導入する手法を提案した.風が護岸前面の波浪状況を変化させる作用を計算するため,海面上の風応力によって生じる流速をモデル化し,数値計算における自由表面に付加した.また,風は護岸に沿って打ち上がった水塊を護岸背後へ輸送させる.このような風の作用による水滴移動を単相流モデルである数値波動水路において適切に表現するため,水滴の水平方向運動が加速度運動になるように水滴の処理方法を改良した.そして,提案した手法を用いて,一様勾配地形における有風時の越波現象を対象とした水理模型実験の再現計算を実施した.その結果,風が砕波を促進するために無風時に比べて砕波点が沖側になることや,直立護岸における無次元越波流量が無次元風速とともに増加する傾向を提案した計算手法はよく再現していることを明らかにした.また,リーフ地形において有風時を対象とした越波計算を行い,護岸設計において評価が必要となる許容越波流量のオーダーの越波現象は風の影響を強く受けることを示し,護岸設計の際に風の影響を考慮しなければならないことを明示した.さらに,メソ気象モデル・平面2次元数値モデル・本研究で提案した断面2次元数値モデルを用いて,越波災害予測システムを構築した.そして,沖縄本島北部の現地リーフ海域を対象とした再現計算を実施し,これまで考慮されてこなかった気象場の影響を含めた護岸越波解析が可能になることを示した.
多峰性関数最適化における実数値遺伝的アルゴリズムの探索の効率化に関する研究

遺伝的アルゴリズム(GA)は,多くの局所解をもつ多峰性の探索空間において大域的に良好な解を発見できる強力な近似解法として注目を集めている.GAによる関数最適化への接近においては,特に,UNDX+MGGが,変数間に強い依存関係をもつ多峰性のベンチマーク関数において良好な性能を示している.UNDX+MGGは,全ての変数間に強い依存関係が存在すると仮定して,全ての変数を同時にサンプリングしている.そのため,一部の変数間にしか依存関係をもたない高次元の関数において,UNDX+MGGの探索はかなりの無駄を含んでいると考えられる.特に,多峰性関数においては,同時に探索する変数の数に対して局所解の数が指数関数的に増加するため,問題はさらに深刻になると考えられる.本研究では,各変数の依存関係をなるべく正確に推定し,その情報を用いることにより,従来手法であるUNDX+MGGよりも,効率よく探索を行うことができる実数値GAを提案することを目的としている.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる:・並列EN-GHCの並列化効率を調査するため,PCクラスタ上で,昨年度整備したベンチマーク関数へ適用し,良好な結果を得ることに成功した.遺伝的アルゴリズム(GA)は,多くの局所解をもつ多峰性の探索空間において大域的に良好な解を発見できる強力な近似解法として注目を集めている.GAによる関数最適化への接近においては,特に,UNDX+MGGが,変数間に強い依存関係をもつ多峰性のベンチマーク関数において良好な性能を示している.UNDX+MGGは,全ての変数間に強い依存関係が存在すると仮定して,全ての変数を同時にサンプリングしている.そのため,一部の変数間にしか依存関係をもたない高次元の関数において,UNDX+MGGの探索はかなりの無駄を含んでいると考えられる.特に,多峰性関数においては,同時に探索する変数の数に対して局所解の数が指数関数的に増加するため,問題はさらに深刻になると考えられる.本研究では,各変数の依存関係をなるべく正確に推定し,その情報を用いることにより,従来手法であるUNDX+MGGよりも,効率よく探索を行うことができる実数値GAを提案することを目的としている.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる:●与えられた関数の全ての変数のペアについて,依存関係を推定する方法を提案し,ベンチマーク関数を用いて有効性を確認した.遺伝的アルゴリズム(GA)は,多くの局所解をもつ多峰性の探索空間において大域的に良好な解を発見できる強力な近似解法として注目を集めている.GAによる関数最適化への接近においては,特に,UNDX+MGGが,変数間に強い依存関係をもつ多峰性のベンチマーク関数において良好な性能を示している.UNDX+MGGは,全ての変数間に強い依存関係が存在すると仮定して,全ての変数を同時にサンプリングしている.そのため,一部の変数間にしか依存関係をもたない高次元の関数において,UNDX+MGGの探索はかなりの無駄を含んでいると考えられる.特に,多峰性関数においては,同時に探索する変数の数に対して局所解の数が指数関数的に増加するため,問題はさらに深刻になると考えられる.本研究では,各変数の依存関係をなるべく正確に推定し,その情報を用いることにより,従来手法であるUNDX+MGGよりも,効率よく探索を行うことができる実数値GAを提案することを目的としている.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる:・並列EN-GHCの並列化効率を調査するため,PCクラスタ上で,昨年度整備したベンチマーク関数へ適用し,良好な結果を得ることに成功した.
コンピュータ・ネットワークを利用した理科実験支援システムと指導法の開発

理科における実験を改善するためにコンピュータとセンサーを利用したMBLは多くの可能性を秘めている。日本の学校では46人からなるグループで実験を行い、各グループの実験結果を総合して考察する場合がある。本研究では、コンピュータ・ネットワークを利用して、各グループの測定値をリアルタイムで交換できるプログラムを開発した。1.NETBIOSを利用したプログラミングを容易にする関数ライブラリを作成した。2.各種センサーからのデータに基づきリアルタイムでグラフ表示するプログラムを作成した。3.ネットワーク化されたコンピュータを利用し、上記の関数ライブラリをCALLすることによって、複数のセンサーからのデータを同一グラフに表示するプログラムを作成した。4.理科実験において、数グループが本システムを利用して行う共同実験の具体例を示した。理科実験におけるセンサーからの信号をコンピュータに取り込み、測定値をグラフ化して表示するプログラム、異なるグループの測定値をネットワークを利用して1台のコンピュータに収集してグラフ表示するプログラムの試作を行った。1センサーからの測定値をグラフ化するプログラムセンサーからマザ-ユニットに入力される信号は、RS/232Cのインターフェイスによりコンピュータに取り込まれる。これを制御し、結果を表示するプログラムを、各機種に対応するように開発した。2ネットワークライブラリの作成各種アプリケーションプログラムからネットワークを容易に利用するために、NETBIOSをコールするライブラリを開発した。このライブラリを利用すれば、ネットワークに関する専門的な知識を持たない教師でも、ネットワーク対応のプログラムの開発ができる。3ネットワーク対応の理科実験測定システム上記1と2を組み合わせ、各グループのコンピュータに入力されるセンサーからの入力データを、クラス用コンピュータに回収することを実現した。その結果、各グループの実験結果が、1台のコンピュータ画面上にリアルタイムで表示可能となった。7年度は、6年度の評価結果に基づくシステムの改善、多様なセンサーに対応できるようにシステムの拡張と評価である。システムの改善:初年度の評価結果を検討し、ネットワークが効果的に利用できるよう必要なプログラムの改善を行った。多様なセンサーへの対応:初年度に試行した以外の各種センサーが利用できるようにシステムを拡張した。指導方法の開発:コンピュータ・ネットワークを利用した理科実験支援システムを用いて授業を行うために必要となる指導方法を開発し、「指導の手引き」としてまとめた。試行を評価改善したシステムを実際の理科実験の授業で利用し、評価を行った。とくにネットワークによる情報交換と共有の効果について検討した。とりまとめ:研究の成果をとりまとめ、報告書を作成した。