hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
言語と画像の情報統合によるスポーツ映像の意味内容解析及び構造化に関する研究

近年,テレビやビデオ映像などのマルチメディア情報の普及に伴い,映像データに対する効率的な検索システムなどへの要求が高まっている.これらのシステムの構築には,映像データの意味内容記述が不可欠である.本研究では,この意味内容記述にかかる労力を軽減するべく,映像データの自動的な意味内容解析法の開発を目的としている.本研究では,映像データの中でも特に放送型スポーツ映像を対象に,映像を構成する意味的な基本要素(ストーリーユニット)を定義し,ストーリーユニットへの自動分割及び各ストーリーユニットに対する意味内容記述の自動生成を目指している.提案手法ではクローズドキャプション(CC)と呼ばれる音声をテキスト形式にしたもの、及び画像ストリームを利用する.まずCCを構成する可変長のセグメントを単語及び文の出現特徴などのベイジアン学習によりスポーツ番組を構成する4種類のシーンに分類した結果から,CC内のストーリーユニットの境界を検出する.一方,画像ストリーム上の特徴を利用し,例画像との比較及び画像内に出現する試合状況に関する情報を含むオーバーレイの検出により,映像上のストーリーユニットの境界も同様に検出する.さらにオーバーレイ内の文字認識により各ストーリーユニットの試合状況に関する情報を抽出する.最後に各ストリームより抽出したストーリーユニット内の特徴(CC:イベントを表すキーワード,画像:例画像との類似度,試合状況に関する情報)を利用し,スポーツの試合の流れに関する知識を基に両ストリームの解析結果の対応付けを行う.本手法を実際のスポーツ映像に適用することで,スポーツ映像をストーリーユニットに分割し,同時に試合状況及びイベントに関するインデキシングが可能になり,各ストリームより抽出した結果に対し,除去・補完を行うことにより,より正確な試合の流れに沿った構造化が可能であることを示した.近年,テレビやビデオ映像などのマルチメディア情報の普及に伴い,映像データに対する効率的な検索システムなどへの要求が高まっている.これらのシステムの構築には,映像データの意味内容記述が不可欠である.本研究では,この意味内容記述にかかる労力を軽減するべく,映像データの自動的な意味内容解析法の開発を目的としている.本研究では,映像データの中でも特に放送型スポーツ映像を対象に,スポーツ中継番組・スポーツの試合それぞれの構造を考慮した上で,スポーツ映像を構成する意味的な基本要素(ストーリーユニット)を定義し,各ストーリーユニットに対する意味内容記述の自動生成を目指している.さて,スポーツ映像中で実況中継が行われていることから,音声をテキスト形式にしたクローズドキャプション(CC)と呼ばれる言語ストリーム中に多くの重要な意味内容が含まれていると考えられる.そこで,映像中の各ストーリーユニットに対して対応するCC部分を特定することで意味内容の獲得を試みた.本手法ではまず,CCを可変長のセグメントの並びとみなし,各セグメント内の単語及び文の出現特徴などのベイジアン学習により,各セグメントをスポーツ番組を構成する4種類のシーンに分類する.さらにその結果の利用により,ストーリーユニットの境界を検出し,CCをストーリーユニットに分割する.一方,画像ストリーム上の特徴を利用し,例画像との比較により,映像上のストーリーユニットの開始部分も同様に検出する.最後にこれら両ストリームの解析結果の時間的な対応付けにより,映像中のストーリーユニットに対し,意味的に対応するCC部分を注釈として付与することを実現した.本手法を実際のスポーツ映像に適用することで,単一ストリームを利用するよりも効率的に意味内容記述が行えることを確認し,得られた記述が映像検索システムへの利用において有効なものであることを示した.近年,テレビやビデオ映像などのマルチメディア情報の普及に伴い,映像データに対する効率的な検索システムなどへの要求が高まっている.これらのシステムの構築には,映像データの意味内容記述が不可欠である.本研究では,この意味内容記述にかかる労力を軽減するべく,映像データの自動的な意味内容解析法の開発を目的としている.本研究では,映像データの中でも特に放送型スポーツ映像を対象に,映像を構成する意味的な基本要素(ストーリーユニット)を定義し,ストーリーユニットへの自動分割及び各ストーリーユニットに対する意味内容記述の自動生成を目指している.提案手法ではクローズドキャプション(CC)と呼ばれる音声をテキスト形式にしたもの、及び画像ストリームを利用する.まずCCを構成する可変長のセグメントを単語及び文の出現特徴などのベイジアン学習によりスポーツ番組を構成する4種類のシーンに分類した結果から,CC内のストーリーユニットの境界を検出する.一方,画像ストリーム上の特徴を利用し,例画像との比較及び画像内に出現する試合状況に関する情報を含むオーバーレイの検出により,映像上のストーリーユニットの境界も同様に検出する.さらにオーバーレイ内の文字認識により各ストーリーユニットの試合状況に関する情報を抽出する.最後に各ストリームより抽出したストーリーユニット内の特徴(CC:イベントを表すキーワード,画像:例画像との類似度,試合状況に関する情報)を利用し,スポーツの試合の流れに関する知識を基に両ストリームの解析結果の対応付けを行う.本手法を実際のスポーツ映像に適用することで,スポーツ映像をストーリーユニットに分割し,同時に試合状況及びイベントに関するインデキシングが可能になり,各ストリームより抽出した結果に対し,除去・補完を行うことにより,より正確な試合の流れに沿った構造化が可能であることを示した.
関節リウマチにおけるＳＤＦ－１による関節破壊機序解明

関節リウマチ(RA)の病態は疾患活動性と骨関節破壊で別なメカニズムが存在するという仮説を立証するため免疫組織学的手法を用いてRA滑膜組織の研究を施行した。滑膜組織の免疫組織学的な新しい評価法を樹立しImmunohistological Score (IH score)と称した(Kanbe K, et al. Mod Rheumatol 24:910-914,2014)。疾患活動性にSDF-1、大関節破壊にCXCR4、手足関節破壊にCD4が有意に関係していた。RAの骨関節破壊機序はTリンパ球が首座にあり滑膜組織のCXCR4がRAの大関節破壊に関係していることが明らかとなった。関節リウマチ(RA)の病態のメカニズムは未だ解明されていないが、生物学的製剤治療により変化した滑膜組織を調べると明らかに抗サイトカイン療法の効果が表れていることを認めた。しかしながら、現在組織学的な評価法は特に免疫染色において確立されておらず、まずこの評価法の確立を目指した。Visual Analogue Scale (VAS)を用いてgradingを0-5まで6段階に行い、例えばTNF-α抗体にて染色した滑膜組織を3名の検者にて24スライドのVASをつけると、Inter observer: κ=0.88542(z=6.04346, P<0.001, 95%CI0.49-0.93)、Intra observer: κ=0.89916(z=6.93457,P<0.001, 95%CI0.65-1.0)であった。この方法をImmunohistological Score (IH score: grade 0-5)と称した。このIH scoreを用いて生物学的製剤治療中における滑膜組織のサイトカイン発現パターンを調べる。Chemokineの1種であるStoromal cell drived factior 1はchemokineの1種でそのレセプターはG-coupled protein receptorに属する。CXCR4,CXCR5と並んでHIV co-receptorとして重要であり、エイズウイルスのT-cellへの感染に関与するレセプターである。我々はCXCR4が関節軟骨培養細胞に発現していることを発見し、そのligandであるSDF-1が関節滑膜培養細胞に発現していることを認めた。最近CXCR4の発現も滑膜組織に見られることを発見し、生物学的製剤によるSDF-1レセプターの発現強度をIH scoreを中心に疾患活動性、CRP、MMP-3、血清TNF-α、IL-6、CD20、CD68との関係を調べて現在研究を進めている。RAの病態の場は主に関節の滑膜増殖にあるといわれているが、組織学的にみるとOAとの最も違う所見はTNF-α, MMP-3, CD68を表面マーカーとするマクロファージの増殖であることを我々は確認した。マクロファージより産生されるサイトカインの中で近年注目されているのがTNF-αであり、膜型TNF-αに結合する抗TNF-α抗体療法、すなわち生物学的製剤であるインフリキシマブ、アダリムマブ、ゴリムマブがある。抗TNF-α抗体療法により治療した滑膜組織12例のTNF-α,IL-6, MMP-3, RANKL, CD4, CD8, CD20, CD68, MAP kinase (ERK, c-JNK, p38)の発現を免疫染色法にてMethotrexate治療10例と比較した結果、抗TNF-α抗体療法ではTNF-αの有意な抑制が認められた。ゴリムマブ使用した10例の滑膜組織ではMTX群(コントロール)と比較してCD68、CD4, CD8, CD20,c-JNKの抑制効果が有意に認められた。一方、Storomal cell drived factior 1はchemokineの1種でそのレセプターはG-coupled protein receptorに属する。さらにRAの血清中にOAより有意に高いSDF-1濃度であることを認め、軟骨培養細胞にSDF-1添加にて軟骨細胞がMMP-13発現およびapotosisを起こすことを見出し報告した。ゴリムマブ使用滑膜組織のSDF-1発現抑制を確認し現在研究を進めている。整形外科関節リウマチに対して使用した生物学的製剤1212例のうち、infliximabを用いた401例中滑膜組織16例(抗TNF-α群)、平均年齢62.7歳、平均罹患期間

8.75年、平均MTX使用量6.25mg/week,平均ステロイド使用量2.34mg/day,平均Disease acrtivityscore (DAS28) 4.64、平均Larsen grade 3.0、平均ARASHIscore 4.31、平均Infliximab使用期間1.66年の滑膜組織を調べた。滑膜の採取部位は原則として膝:ACL付着部、股関節:円靭帯付着部、足関節:腓骨内側、肘関節:上腕骨滑車切痕周囲、肩関節:腱板疎部、手関節:遠位橈尺関節付近、指関節:関節包橈側、脊椎:椎間関節としている。H.E.染色及び免疫染色を用いて、TNF-α,IL-6,MMP-3, CD4, CD8, CD20,CD68, RANKL, BrdU, stromal derived factor 1(SDF-1)、CXCR4の発現をIH scoreらの方法に従い解析した。その結果、滑膜のTNF-αはDAS28(CRP)およびCRPに有意に関係していた。しかし滑膜のIL-6は相関を認めなかった。この中で、滑膜のTNF-αとIL-6は有意に逆相関を認めた。SDF-1レセプターであるCXCR4はDAS28(CRP)およびCRPに相関し、TNF-αを含めたサイトカイン発現との関係を現在研究中でありin vitroの培養実験へと進めている。平成24年度の研究到達度はin vitro実験で滑膜組織培養が進行中であり、抗TNF-α療法におけるSDF-1レセプター、CXCR4の発現抑制が骨関節破壊にいかに関与しているかを含め次年度の計画と進行している。当施設で関節リウマチに対して使用した生物学的製剤910例のうち、infliximabを用いた388例中滑膜組織15例(抗TNF-α群)、平均年齢65.1歳、平均罹患期間13年、平均MTX使用量6.3mg/week,平均ステロイド使用量2.7mg/day,平均Disease acrtivityscore (DAS28) 3.4のH.E.染色及び免疫染色を用いて、TNF-α,IL-6,MMP-3, CD4, CD8, CD20,CD68, RANKL, BrdU, stromal derived factor 1(SDF-1)の発現をFarahat MNらの方法に従い解析した。Control群、平均年齢64.5歳、平均罹患期間11年、平均MTX使用量6.7mg/week,平均ステロイド使用量2.4mg/day,平均DAS28 3.5の滑膜組織を用いた。その結果TNF-α, SDF-1の抑制は有意に認められ、IL-6, CD20の発現は有意に増強していた。このことはTNF-αとSDF-1が滑膜組織において相互に制御されている可能性がありin vitroの培養実験へと進めている。平成24年度の研究到達度はin vitro実験で滑膜組織培養が進行中であり、抗TNF-α療法におけるSDF-1の発現抑制が骨関節破壊にいかに関与しているかを含め次年度の計画と同時進行している。研究遂行にあたり
専門用語管理支援システムの研究

どのような研究分野においても、そこで使用される用語を把握し、管理することは重要な課題である。しかしながら特にわが国では、用語管理を十分な形で行っている研究分野は多くはない。この理由の一つが用語管理のための環境が整備されていないことにあると考えられる。本研究では用語候補提案機能を備えた用語管理データベースを、Web環境で利用可能な形で実装し、識者からの聞き取りによって、システムが有望な環境となり得ることを確認した。また、用語候補提案の基礎となる用語抽出機能の改善を併せて行った。平成25年度は、24年度に作成した第一次システムの評価とより効率的な実装、データの統合性を向上させるデータベース構造の見直し及びシステムから統計機能を呼び出すインタフェースの実装とその利用方法の検討を行った。第一次システムの評価として、複数の外部識者にシステム概要を説明し、基本機能およびユーザインタフェースに関する意見を聴取した。結果として用語候補提示機能は有用であるが、ユーザインタフェースについては、より見やすくなるよう改善することが望ましいという意見が得られた。またシステムの実装について、Ruby on RailsおよびApache + Mod wsgiによるステートフルな実装について検討し、実際にシステムを構築した。用語管理データベースではデータベースのレコードの間に、用語間関係に逆関係が存在すること、1用語間関係レコードは二つの用語レコードを親に持つという相互関係が存在することが分かった。この関係をWebアプリケーションフレームワークであるRails等で用意されたレコード間依存関係保守の枠組み内で管理するため、1.逆関係を順関係とまとめて一つのレコードにする、2.親子関係の一方を保守するためのダミーレコードを追加するというデータ構造に変更することにより、提供される保守フレームワーク内で一貫性を管理できるように変更した。統計機能の呼び出しについては、RubyからR統計機能を呼び出すインタフェースを整備した。また、統計機能の活用方法について、形態素辞書メンテナンスのためのデータベースを実装し、登録形態素の変更を行えるシステムを整備した。このデータベースを用いて、登録形態素を変更しながら用語候補抽出精度がどのように変化するかに関する予備的実権を行った。またこれと平行して、変更による効果が期待できる形態素を推定する方法についても検討を開始した。今年度はシステムの基本設計とオープンリソースの組み合わせによるシステムの第一次的実装を行った。統合的用語管理のためのデータベースとして、用語テーブル、シソーラステーブル、多義語テーブルを中心とし、用語管理支援のためにさらに、文献抄録テーブルおよび用語候補テーブルを用意することとした。これらについて具体的なスキーマを決定した上で、MySQLデータベース管理システムを用いて第一次バージョンのデータベースを構築した。データベーススキーマ定義にあたっては、学会などあらかじめ決められた複数の研究分野について、分野ごとに独立したデータベースをそれぞれ複数のメンテナがWebブラウザ経由で、ネットワークを介して操作することが可能な環境を提供できるようにした。このデータベースを保守する環境として、ApacheWebサーバとRubyおよびPythonによるCGIを組み合わせた試験的システムを構築した。このシステムには用語候補抽出機能を用いた用語管理支援を統合しており、さらに補助的な機能として、用語とシソーラスデータのアップロード/ダウンロード機能も組み込んでいる。これと並行して、統計処理機能を統合する目的で、オープンソースであるR統計パッケージと、パッケージをRuby,Python言語から呼び出すインタフェースに関する調査を行い、両言語から統計パッケージを呼び出すための環境を構築した。これにより、データベースと統計解析を統合できる環境の整備を完了した。本年度は、統計処理機能との連携を利用しつつ、専門文書からの日本語用語抽出に関わる方式の改良を実施した。具体的には、1.用語抽出において誤りの原因となる傾向の強い形態素を統計的に同定し、これらをより誤りが少なくなると考えられる形に置き換えることにより、一定の抽出精度向上が実現できることを明かにした。2.1.の結果を精査することにより、形態素解析誤りに特定のパタンが存在することを明かにするとともに、これらの誤りを修正することによって、より一層の抽出精度向上が可能となることを明かにした。3.従来の方式では外来語に対して特別の考慮を払っていなかったが、特に理工系文書における外来語の重要性に鑑み、外来語を系統的に扱う方式を組み込むことにより、外来語の関連する用語について、抽出性能の大幅な改善が可能となることを明かにした。用語抽出アルゴリズムに上記の諸点を組み込むことにより、用語抽出性能を大きく改善することが可能となった。データベースシステム構築に関して、当初予定の機能の実装と評価を行い、問題点のいくつかを明かにすると同時に、データベース構造については具体的な改善案を考案し、これに従って実際に実装を試みるなど、システム構築の面からは当初予定よりも順調に作業が進んでいる。統計的手法のシステムからの呼び出しと利用については、統計パッケージ呼び出し環境の整備を完了し、利用方法の検討に入ったが、より具体的な利用方法については今後検討を必要とする段階である。システムの概要を決定するのみならずデータベースとデータ操作システムの実装およびその基本機能確認まで完了したことは、当初の予定より進んでいる点である。一方で形態素関連の解析に関する検討がやや遅れている点を考慮するなら、ほぼ当初計画どおりの進展状況であると考えられる。

今後はユーザインタフェースについてさらに検討を加え、より直感的でわかりやすいインタフェースの実現を目指すとともに、統計的機能を活用した、登録形態素変更の用語候補抽出精度の変化について明らかにしていく。また、これと平行して形態素分類の再検討を進める予定である。今後の研究推進の方策としては、まず試作したシステムのユーザインタフェースの機能評価と改善を行う。実際にシステムを使用することを通して、機能面や使い勝手の評価を行い、これに基づくシステムの改訂を進める。一方で、現在のCGIによるステートレスなシステム実装を、より効率の良いステートフルな実装に変更していくことを目指す。またこれと平行して、用語管理支援のための統計的手法に関する検討を行い、システムに機能を統合する方向性を明かにする。さらに、形態素統計解析に基づいて用語候補抽出アルゴリズムの洗練を行うことを予定している。システム構築を進める中で、ハードウェアを強化する必要が生じたため、平成26年度でサーバ主記憶とハードディスク容量の強化及びブートドライブのSSD化を図る必要がある。サーバ装置の主記憶/補助記憶強化のため物品費を使用する。連携研究者・岡山大学竹内孔一講師との連絡打ち合わせ及び学会発表のため旅費を使用する。研究補助のため謝金を使用する。システム評価と開発のための環境を整備するため、新規にノートPCを購入する。連携研究者(岡山大学竹内講師)との連絡、および研究発表のために旅費を使用する。システム開発補助のために学生への謝金を使用する。その他、資料印刷などに研究費を使用する予定である。
アルカリイオンをドープしたシリカ担持バナジウム酸化物によるアルカンの光酸化反応

1.シリカに高分散担持したバナジウム酸化物(VS,2.5wt%V_2O_5)にアルカリイオンをドープすると反応の有効波長が長波長側にシフトするだけでなく,アルカンの部分酸化反応にも有効であることが見出された。本研究においては,シリカ担持バナジウム酸化物による低級アルカンの光部分酸化反応のメカニズムを調べ,アルカリイオンのドープの効果について検討することを目的とした。2.バナジウム酸化物表面種:リン光スペクトルから、ルビジウムイオンを添加したVSはアルカリイオンと相互作用したバナジウム酸化物発光種が非常に少ないことがわかった。ルミネセンスでの定量は不可能であるが、プロパンの光酸化反応の結果から、反応に関与する表面種のうち、ルビジウムイオンと相互作用を持つバナジウム酸化物はS400は75%以上あるものと推測された。3.プロパンの光酸化反応:VO_4とS400の双方が活性化される310nm以上の波長の光照射を行った場合,アルカリイオンを添加した触媒の方がVSよりも活性が高い。しかし,アルカリイオン添加VSは,CO,CO_2の選択率が大きかった。部分酸化成生物の選択率を見ると,VSは種々のアルデヒドが生成しているのに対し,アルカリイオン添加VSはアセトンが選択的には生成している.次に,S400だけを励起する390nm以上の光を照射して反応を行った.VSはほどんど不活性であったのに対し,アルカリイオン添加VSはUV-31フィルターを用いたときより活性は落ちたが,反応は進行した.一方,CO,CO_2への選択率は減少し,アセトンの選択率,収率ともに増大した.これは,310-390nmで励起されたVO_4が逐次酸化を起こすサイトであるか,あるいは,S400が310-390nmで励起された場合完全酸化活性が顕著となるかどちらかであることを示している。
高純度半導体型単層カーボンナノチューブによる高性能伸縮性トランジスタの開発

伸縮性を有する基板上に高密度な半導体型単層カーボンナノチューブ(s-SWCNT)膜を用いたイオンゲル電気化学トランジスタを作製し、世界に先駆けて伸縮性高性能エネレクトロニクスの基盤を構築することを目標に研究を行った。PDMS基板へのs-SWCNT薄膜転写技術の確立、電極・イオンゲル膜の伸縮性テストを行うことにより、その結果、ON/OFF電流、および移動度の両者において、19%まで延伸させた状況においても性能劣化の見られない、伸縮性デバイスの作製に成功した。本研究では、伸縮性を有する基板上に高密度な半導体型単層カーボンナノチューブ(s-SWCNT)膜を用いたイオンゲル電気化学トランジスタ(ECT)を作製し世界に先駆けてs-SWCNT厚膜を用いた伸縮性高性能エレクトロニクスの基盤を構築することを目標に研究を行っている。特に、課題1: PDMS基板へのs-SWCNT厚膜転写技術の確立、課題2:電極およびイオンゲル膜の伸縮性テスト、課題3: PDMS基板上での素子作製および伸縮性を含めた特性測定、の三つの課題を達成することを目標としている。これまで、早稲田大学竹延大志教授との共同研究により以下の手法を用いることにより、19%の伸縮性を備える電界効果型トランジスタを作製することに成功した。はじめにソース・ドレイン電極を形成したPDMS基板を延伸させ、延伸させた状況下において、密度勾配遠心分離精製によって得たs-SWCNT厚膜を転写を行った。ここで良好な伸縮性能を得る為、転写条件の最適化、および厚膜の膜厚の最適化を行った。その結果、巧妙にWavyな薄膜構造となったs-SWCNTチャネルを形成することに成功した。即ち、課題1について十分目標を達成した。同チャネル上にイオンゲルおよびゲート電極を形成することでECTデバイスの作製を行い、伸縮性テストを行った。ここでは、伸縮させた状況における伝達特性およびキャパシタンス特性を測定することにより、ON/OFF電流、および移動度の評価を行った。ON/OFF電流、および移動度の両者において、19%まで延伸させた状況においても、ほぼ一定値を示していた。しかしながら、20%以上に延伸させたところ、移動度において明確な減少傾向が見られた。以上の結果により、19%の伸縮性能を備えるデバイス作製に成功した。よって、課題2、課題3ともに十分目標を達成した。本研究は、伸縮性を有する基板上に高純度な半導体型単層カーボンナノチューブ(S-SWCNT)膜を形成し、イオンゲル電気化学トランジスタ構造を用いて、伸縮性高性能エレクトロニクスを実現することを目標に研究を行っている。研究当初において、解決すべき課題として、課題1:PDMS基盤へのs-SWCNT厚膜転写技術の確立課題2:電極およびイオンゲル膜の伸縮性テスト課題3:PDMS基板上での素子形成および伸縮性を含めた特性評価を掲げていた。早稲田大学竹延大志教授との共同研究により、これら課題を解決し、結果として、"転写条件の最適化、SWCNT膜厚の最適化、Wavy構造のチャネル形成により、19%の伸縮性の範囲においてON/OFF電流比および移動度において性能劣化のないデバイスが可能である"という結果を得ることに成功し、伸縮性デバイスの作製が十分に可能である知見を得た。また、この成果に基づいて、本年度は、電極部分において伸縮性を備える金属型単層カーボンナノチューブを用いたall-carbon nanotubeデバイスの作製を試みた。ポリイミドフィルム上(厚み50μm)に、金属型単層カーボンナノチューブによる電極構造、チャネルには半導体型単層カーボンナノチューブ、絶縁部分にはイオンゲルの構造をインクジェット方式により形成し、イオンゲル電気化学トランジスタ構造を作製した。その結果、ON/OFF電流比として10^3以上、移動度として10 cm^2/Vs以上のトランジスタの作製に成功した。また、世界で最も曲率半径が小さい曲率半径100マイクロメートルにおいても動作可能であることを検証し、世界最高性能の折り曲げ性能を備えるデバイス作製に成功している。以上の成果について、結果を取り纏め、現在、論文を学術誌に投稿中である。物性物理学本研究における達成目標として、課題1: PDMS基板へのs-SWCNT厚膜転写技術の確立、課題2:電極およびイオンゲル膜の伸縮性テスト、課題3: PDMS基板上での素子作製および伸縮性を含めた特性測定を掲げている。前述のように、PDMS基板へのs-SWCNT厚膜を転写する技術を確立しており、よって十分に課題1を達成した。また、実際にs-SWCNT厚膜をチャネルとして用いたPDMSデバイスにおいて伸縮性テスト・特性評価を行うことを達成しており、課題2・課題3についても十分に達成している。よって、順調に進展していると評価している。以上の成果に基づいて、今後もまた連携研究者である早稲田大学竹延大志先生との共同研究を通して、更なる伸縮性の改善を目標に研究を行う。
医療用ピンポイントX線の実現に向けたレーザープラズマビーム源の高度化

これまでに、ガスターゲットに0.2Tの外部磁場を印加する事により、発生電子ビームの指向性及び、発生安定性が飛躍的に向上する事が確認されている。これは、電子発生時のプラズマ計測の結果及び、シミュレーションの結果から、レーザーのプリパルスによって生じるプリプラズマ形状が外部磁場によって制御されている為であると考えられる。しかし、発生する電子ビームのエネルギースペクトルは熱的なエネルギースペクトルな為、実用上に問題がある。この問題については、シミュレーションの結果から、より高強度な外部磁場を印可する事により、チャネル状のプリプラズマが形成され、単色の電子ビームの発生が可能である事がシミュレーションの結果より示唆されている。そこで、新たに1Tの磁場を発生させる磁気回路の設計、製作を行い、1T外部磁場印加実験を行った。その結果、チャネル状のプリプラズマの発生が確認された。また、1Tの外部磁場をガスターゲットに印加する実験を行う際、意図的にレーザーの圧縮用グレーティングへの入射角をずらし、レーザーのプリパルスレベルを変化させる事により、準単色電子ビームの発生が確認された。本研究では医療用ピンポイントX線源の実現に向け、レーザープラズマカソードの高度化を行っている。レーザープラズマカソードとはレーザー航跡場加速という従来型加速器とは異なる新しい加速方式を用いた電子ビーム源である。レーザー航跡場加速では、ガスターゲットに超短パルスレーザーを入射し、レーザーパルスの前部でガスターゲットをプラズマかすると同時に、光速程度の位相速度をもつプラズマの疎密波を励起する。この様にレーザーパルスによって生じたプラズマの疎密波はレーザー航跡場と呼ばれ、このレーザー航跡場によって電子を加速する方式をレーザー航跡場加速と呼んでいる。現在では、従来型加速管の1000倍にも達する100GV/mの加速勾配が実験的に実証されている。このレーザー航跡場によって加速されるべき種電子をガスターゲットの内部で生じるプラズマ電子から供給する方式はレーザー航跡場加速の中でも特にレーザープラズマカソードと呼ばれている。これまでに、ガスターゲットに0.2Tの外部磁場を印加する事により、発生電子ビームの指向性及び発生安定性が飛躍的に向上する事が確認されている。しかし、発生する電子ビープのエネルギースペクトルは熱的なエネルギースペクトルな為、実用上に問題がある。そこで、新たにITの磁場を発生させる磁気回路の設計、製作を行い、IT外部磁場印加実験を行った。レーザー航跡場加速では、ガスターゲットに超短パルスレーザーを入射し、レーザーパルスの前部でガスターゲットをプラズマ化すると同時に、光速程度の位相速度をもつプラズマの疎密波を励起する。これまでに、外部磁場をガスターゲットに印加することにより、プリプラズマ形状を制御する事はレーザープラズマカソードから発生する電子ビームの性質に強く影響する事が確認されている。そこで、磁場強度及びレーザープリパルスレベルの変化による発生電子ビームの特性依存性を調べる実験を行った。その結果、1Tの外部磁場をガスターゲットに印加する実験を行う際、意図的にレーザーの圧縮用グレーティングへの入射角をずらし、レーザーのプリパルスレベルを変化させる事により、準単色電子ビームの発生が確認された。
映像の時空間変動のモデル化による屋外でのロバストな移動対象検出の実現

昨年度に行った検討では,画像パターンの微小な変化が線形モデルに従うときに,背景と対象と識別が可能であることを示したが,本年度は,任意の画像パターンに対してその変化を効率的に記述する手法の検討を行った.この手法では,画像パターンの自己相関に着目し,画像上で観測された変化と自己相関を比較することで,観測された変化が動的シーンでみられる揺らぎによるものなのか,検出対象によるものなのかを識別する.従来の手法では,処理対象の画像が持つ2次元空間構造,すなわち2次元の隣接関係には着目せずに,画像を単なる1次元データとして扱うものが多く,そのために性能に限界があったと考えられる.これに対し,本手法で着目する自己相関は2次元空間構造を現したものであり,これを利用することで精度の向上が期待される.本年度はこの考え方に基づく手法の基本的な有効性を確認した.この考え方は,動的環境下の対象検出のみならず,画像解析の様々な面に応用が可能である.その一例として,画像同士のマッチングにおけるサブピクセル単位での変位推定に応用を試みた.対象検出が,画像に発生した変動が対象によるものかどうかを識別する問題であったのに対し,サブピクセル推定は画像の変動からその変位を精密に推定する問題と位置づけることができる.すなわち,平行移動による画像の変化を精密にモデル化する,という面では本質的に同様の問題であるといえる.この問題についても,先述の自己相関を用いた2次元空間構造の記述を行い,従来提案されている手法に比べて精度が向上することを確認した.本研究の目的である屋外でのロバストな移動対象検出を実現するために,本年度は時空間変動モデルの有効性検証を行ってきた.その成果として得られた知見は以下のとおりである.1.映像パターンの時間変動のモデル化屋外シーンを撮影した映像のある特定領域の時間経過に伴う変動を詳細に解析したところ,1)映像のパターンが1次の自己回帰モデルに従う,2)そのパターンが画像上を滑らかに平行移動する,という条件が成立したときに,映像パターンの変化は局所的に線形モデルで近似できることが明らかになった.この近似が成立する環境では,背景のパターンの変動と移動対象による変動を容易に識別することが可能になり,簡便かつ頑健な移動対象検出が実現可能になると期待される.具体的には,着目した領域の微小時間間隔でのパターンの変化を観測し,その変化が線形モデルで近似できるか否かを評価する尺度を定義し,背景領域の変動と移動対象の存在を識別する.今年度はこの考え方に基づく手法の予備実験を行い,その基本的有効性を確認した.2.階層的木構造モデルによる空間的な変動の記述1.でモデル化した変動はあくまである領域に着目したときの時間的な変動である.人が事象を観測するときにはより広域の整合性を検証し,個々の観測結果の統合や例外的な観測結果の排除を行っていると考えられる.このことを効率よくモデル化するために,階層的木構造モデルを用いて,空間的な関係を記述するモデルを考案した.このモデルでは,画像領域に対応付けられるノード間の親子関係が,画像上の包含関係に相当するようになっているので,各ノードに対応する観測結果を空間的構造に応じて統合することができる.このモデルは,1.で述べたモデルをベースとして構成するものであるため,現在はその基本的な有効性が確認できた段階である.今後.1.の結果を踏まえて検討を進めていく.昨年度に行った検討では,画像パターンの微小な変化が線形モデルに従うときに,背景と対象と識別が可能であることを示したが,本年度は,任意の画像パターンに対してその変化を効率的に記述する手法の検討を行った.この手法では,画像パターンの自己相関に着目し,画像上で観測された変化と自己相関を比較することで,観測された変化が動的シーンでみられる揺らぎによるものなのか,検出対象によるものなのかを識別する.従来の手法では,処理対象の画像が持つ2次元空間構造,すなわち2次元の隣接関係には着目せずに,画像を単なる1次元データとして扱うものが多く,そのために性能に限界があったと考えられる.これに対し,本手法で着目する自己相関は2次元空間構造を現したものであり,これを利用することで精度の向上が期待される.本年度はこの考え方に基づく手法の基本的な有効性を確認した.この考え方は,動的環境下の対象検出のみならず,画像解析の様々な面に応用が可能である.その一例として,画像同士のマッチングにおけるサブピクセル単位での変位推定に応用を試みた.対象検出が,画像に発生した変動が対象によるものかどうかを識別する問題であったのに対し,サブピクセル推定は画像の変動からその変位を精密に推定する問題と位置づけることができる.すなわち,平行移動による画像の変化を精密にモデル化する,という面では本質的に同様の問題であるといえる.この問題についても,先述の自己相関を用いた2次元空間構造の記述を行い,従来提案されている手法に比べて精度が向上することを確認した.
非荷重による骨量減少における、骨髄細胞のシグナル伝達の変化と分化異常の解明

平成14年度、p53遺伝子欠損マウスの膝関節を伸展位でバンデージ固定し、p53遺伝子の欠損が、非荷重・不動による海綿骨量減少と骨形成低下を防止することを明らかにした。骨髄細胞内のp53遺伝子を介したシグナル伝達の亢進が、不動性の骨量減少に関与していることを示した。このようなin vivoの現象は、骨髄細胞培養の結果と一致していた。また、誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)遺伝子欠損マウスでは、非荷重により低下した骨形成と海綿骨量は、再荷重しても回復が認められなかったことから、非荷重後の再荷重による骨形成の回復にはiNOS由来の一酸化窒素が必須であることがわかった。平成15年度、非荷重状態では、PTH間欠投与によるc-fosの発現亢進が抑制され、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fの形成およびosteocalcin発現の増加が抑制され、骨形成増加効果が減弱すること、非荷重状態では、PTH投与により未熟な骨芽細胞の割合が増加するためRANKLの発現が増加し、破骨細胞形成が亢進すること、を明らかにした。平成16年度、非荷重による骨形成能の低下は、骨髄細胞におけるPECAM-1(CD31)の発現低下と関係していること、非荷重後の破骨細胞分化の亢進は、骨髄細胞におけるPTHシグナルを介したRANKL発現亢進と関連していること、を明らかにした。3年間の研究から、非荷重により、骨髄細胞において、骨芽細胞系細胞はp53遺伝子を介したアポトーシスシグナルとPECAM-1の発現低下により分化異常が生じ、骨形成が低下していること、破骨細胞系細胞はPTHシグナルを介したRANKLの発現亢進により分化が促進され、骨吸収が増加していることがわかった。長期間の臥床やギプス固定のような不動状態では、骨量減少が急激に生じる。この骨量減少は、p53遺伝子を介したアポトーシスが骨芽細胞や骨細胞に生じたためであるという仮説を立てた。この仮説を検証する目的で実験を行った。8週齢の雄性、p53遺伝子欠損マウスp53(-/-)と野生型マウスp53(+/+)を用いた。マウスの右後肢を膝関節伸展位でバンデージ固定し、固定していないマウスの右後肢と比較した。固定していないマウスの脛骨では、海綿骨構造、骨形成、骨吸収は、p53(-/-)とp53(+/+)で差はなかった。p53(+/+)では、1週間の不動化により、海綿骨量は、対照群の77%にまで有意に減少したが、p53(-/-)では、減少しなかった。不動化後の骨形成率は、p53(+/+)では、有意に減少したが、p53(-/-)では、減少しなかった。不動化後の破骨細胞数と破骨細胞骨接触面は、p53(+/+)では、有意に増加したが、p53(-/-)では、増加しなかった。骨髄細胞培養では、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fとmineralized noduleの形成が、p53(+/+)では、有意に減少したが、p53(-/-)では、減少しなかった。不動化した脛骨の骨髄細胞では、p53 mRNAの発現が亢進していた。TUNEL (terminal dUTP nick-end labeling)法で陽性の骨細胞と骨髄細胞が、p53(+/+)では不動化後に増加していたが、p53(-/-)では変化がなかった。

これらのデータは、不動化したマウスにおけるp53遺伝子の欠損が、海綿骨量減少の防止や骨形成低下の防止と関連していることを示している。このようなin vivoの現象は、骨髄細胞培養の結果と一致していた。骨髄細胞内のp53遺伝子を介したシグナル伝達の亢進が、不動性の骨量減少に関与していると考えられた。我々は、p53遺伝子欠損マウスの膝関節を伸展位でバンデージ固定し、p53遺伝子の欠損が、不動による海綿骨量減少と骨形成低下を防止することを明らかにしてきた。骨髄細胞内のp53遺伝子を介したシグナル伝達の亢進が、不動性の骨量減少に関与していることを示した。今年度は、非荷重後の海綿骨量減少過程において、骨の細胞増殖及び分化調節に関わる遺伝子発現の変化と副甲状腺ホルモン(PTH)の関与の有無を明らかにする目的で実験を行った。8週齢のC57BL/6J、雄マウスを用い、尾部懸垂を1週間行った。PTH 40Mg/kgを連日皮下に間歇投与する群(PTH群)とvehicleを投与する群(V群)を作成した。非荷重により、V群では海綿骨量は減少したが、PTH群では正常荷重群と同レベルに維持された。次に、非荷重後1週間の骨髄細胞における遺伝子発現をquantitative RT-PCRで解析した。PTH群では、PTH/PTHrP受容体の発現増加効果は非荷重によりさらに亢進した。PTH群では、osterixの発現増加効果は非荷重により影響を受けなかったが、c-fos、osteocalcinの発現増加効果は非荷重により減少した。PTH群では、RANKL、TRAPの発現が増加した。1)PTH間歇投与は、荷重・非荷重に関わらずPTH/PTHrP受容体の発現亢進を介して、osterixの発現を増加させること、2)非荷重状態では、PTH間歇投与によるc-fosの発現亢進が抑制され、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fの形成およびosteocalcin発現の増加が抑制され、骨形成増加効果が現弱すること、3)非荷重状態では、PTH投与により未熟な骨芽細胞の割合が増加するためRANKLの発現が増加し、破骨細胞形成が亢進すること、が明らかとなった。我々は、非荷重状態では、副甲状腺ホルモン(PTH)間欠投与によるc-fos発現亢進が抑制されるため骨形成増加効果が減弱すること、PTH投与により未熟な骨芽細胞の割合が増加するためRANKLの発現が増加し、破骨細胞形成が亢進すること、を明らかにしてきた。今年度は、非荷重状態の骨髄細胞における、血管内皮細胞関連因子と骨形成能との相互関係を明らかにする目的で実験を行った。後肢を非荷重にした尾部懸垂モデルマウスの脛骨骨髄細胞と、骨芽細胞株と血管内皮細胞株を用いた。これらの実験結果から、非荷重による骨形成能の低下は、骨髄細胞におけるPECAM-1発現の低下と関連していることがわかった。骨髄細胞内のPECAM-1は、荷重・非荷重のセンサー分子として働いている可能性がある。
臨界期終了過程の分子メカニズムの解明

本研究は視覚皮質臨界期可塑性を終了に導く新規分子制御機構を解明し、弱視回復治療に応用することを目的とし、特にミエリン化との関連に着目し研究を展開した。前年度、ミエリン化に伴い軸索での局在が現弱するCNR/Pcdh-aファミリーが臨界期可塑性のブレーキとして機能することを明らかにした(Morishita, et. al., SFN abstract 2006、Cur Opi Cell Bio1 2007)。このようにCNR/Pcdh-aを含む分子群がミエリン化の下流で局在を変えることからミエリン化が眼優位可塑性に与える影響は大きいと考え、本年度はミエリン化と臨界期可塑性の終了との関連について解析を行った。Harvard大学He研究室との共同研究で、ミエリン化に伴い発現が増加し、ミエリン中の再生阻害分子の受容体であるNogoReceptorを解析した。同分子の欠損マウスの眼優位可塑性の電気生理学的解析を行った所、本来では可塑性がみられないアダルトにも可塑性がみられ、Nogo receptorがアダルトにおける主要な可塑性のブレーキであることが明らかとなった。また同分子の欠損マウスに対し、臨界期中に長期単眼閉遮を施した後に開眼し、弱視からの回復の程度を解析した所、野生型マウスでは弱視が回復しない条件においても、回復が見られた。このマウスは、弱視からの回復が認められた初めてのケースであり、Nogo Receptorを介するミエリンからのシグナルを抑制することが弱視回復治療の新たなストラテジーとして示された。本研究は視覚皮質臨界期可塑性を終了に導く新規分子制御機構の解明を目的とし、特にミエリン化との関連に着目し本年度の研究を展開した。まずCNR/Pcdh-aファミリー、細胞接着因子L1,やGAP43といった一連の蛋白質群の軸索での局在が、軸索でのミエリン化に伴い減弱することを明らかにした。このことは、ミエリン化が軸索の成熟過程でより積極的に関与していることを示唆する知見であった(Morishita et al.,Eur.J Neurosci,2004,研究発表Morishita et al JBC2006、研究発表(総説)、森下・八木2006)。このダイナミックなミエリン化の時期は視覚皮質では眼優位可塑性の臨界期の時期に対応していたことから、ミエリン化、ならびにミエリン化により局在を変える蛋白質群が臨界期の可塑性に関わる可能性も想定し、CNR/Pcdh-aノックアウトマウスの眼優位可塑性の電気生理学的解析を行った。その結果、CNR/Pcdh-aノックアウトマウスでは通常では可塑性の見られない短期間(2日)の単眼閉遮でも眼優位可塑性がみられ、CNR/Pcdh-aが眼優位可塑性のnegative regulatorとして機能していることが示唆された(Morishita etal, Cold Spring Harbor Meeting 2006,Society of Neuroscience 2006)。このようなCNR/Pcdh-aを含む分子群がミエリン化の下流で局在を変えることからミエリン化が眼優位可塑性に与える影響は大きいと考えられ、研究代表者は2006年6月よりHarvard大学He研究室との共同研究でさらにミエリン化と臨界期可塑性の終了との関連についての包括的な解析を開始している。
オレフィン分離のためのソルト/ポリマー・ブレンド・キャリア輸送膜の設計

本研究では、銀ソルトをキャリアとする促進輸送膜の透過機構を検討し、そのベンゼン/シクロヘキサンの蒸気透過法による分離特性を評価した。銀ソルトをナフィオン粒子と共に担持したソルト薄膜を多孔性テフロン基材上に作製した。また、銀イオンで交換したナフィオンイオン交換膜とソルト膜の透過性を比較検討した。ソルトキャリア膜の透過機構としては、キャリア自体が膜中を拡散するモ-ビルキャリア機構とキャリアは移動せずベンゼンがキャリアと反応しながらホッピングして拡散する固定キャリア機構の2通りが考えられた。銀イオンの移動度と促進輸送性能を評価し、キャリアの移動が促進輸送に影響を与えているか検討した。ソルトキャリア膜、ナフィオンイオン交換膜それぞれの銀イオン移動度の湿度依存性を、インピーダンスアナライザーにより測定した。また、ベンゼン透過性の湿度依存性を測定した。銀イオン移動度およびベンゼン透過性に対する湿度の依存性はよく一致し、イオンの移動によって促進輸送効果が発現していることが分かった。つまり、キャリアがベンゼンと反応した後に、キャリアごとコンプレックスが膜中を移動するモ-ビルキャリア機構であると考えられる。それぞれの膜に対する湿度依存性は、ナフィオン膜の場合湿度が低い領域ではベンゼンの透過性が促進されないが、ソルト膜では低い湿度領域でも高いベンゼン選択透過性を示すことが分かった。実用的には、ソルト膜の方が有利になると考えられる。ソルト膜の場合、相対湿度30%以上で、ベンゼンのシクロヘキサンに対する選択性は300以上、フラックスは0.2kg/m^2h程度と極めて高い選択透過性を得ることができた。
無線ネットワークのための多中継伝送に適した新しい再送制御方式の提案

現在,通信トラヒックの増大に対し,限られた通信資源を有効に利用し,高信頼で高速な通信技術が益々求められている.本課題では,要素技術として再送制御(ARQ)に着目する.はじめに,マルチホップ通信における新しい再送制御方式としてパケット合成に基づく方式ならびに適応中継方式を提案する.さらに,実環境として流星バースト通信に適した再送制御方式としてGBi-ARQ方式を提案し,その性能を評価する.現在,通信トラヒックの増大に対し,限られた通信資源を有効に利用し,高信頼で高速な通信技術が益々求められている.本課題では,要素技術として再送制御(ARQ)に着目する.はじめに,マルチホップ通信における新しい再送制御方式としてパケット合成に基づく方式ならびに適応中継方式を提案する.さらに,実環境として流星バースト通信に適した再送制御方式としてGBi-ARQ方式を提案し,その性能を評価する.無線アドホックネットワークは、複数の無線端末が即時的に協力して構成したネットワークのことで、災害時通信や車車間通信などの応用分野が期待される。本ネットワークではパケットは複数の無線端末を中継しながら送られる、いわゆる多中継伝送(マルチホップ伝送)される。この無線アドホックネットワークにおいて高速、高信頼化を実現するため、本研究ではリンク層における主要な要素技術である自動再送制御方式(ARQ)に着目する。一般的な再送制御では、受信端末では各通信毎にパケットの誤り判定を実施し、もしパケットに誤りが含まれていると判断された場合に送信端末に再送を要求する。しかし、多中継伝送では中継端末が複数存在し、どのような基準でどの端末に再送要求をするかといった、柔軟性の高い再送制御を考えることができ、適切な再送制御が通信性能の改善につながると考えられる。21年度は、無線多中継伝送に適した自動再送要求方式の検討として、Rate-Compatible LDPC符号を利用した再送要求方式について検討した。まず、多中継伝送で一般的に用いられる復号中継型ではない、判定中継型の中継方式に着目し、その再送制御における通信性能を評価した。その結果、通信路環境の劣化した高誤り率領域では十分な特性が得られないまでも、ある程度良好な通信路環境であれば、LDPC符号の効果によって中継端末にかける負荷を低減しながら満足する通信性能が得られることを確認した。さらに、その性能の改善のため、パケット信頼度判定を利用した復号中継型と判定中継型を組み合わせた中継伝送を提案し、その再送制御の性能を提案した。そして、提案方式がスループット特性と中継端末負荷の観点から有効性であることを確認した。無線アドホックネットワークは、複数の無線端末が即時的に協力して構成したネットワークのことで、災害時通信や車車間通信などの応用分野が期待される。本ネットワークでは情報は複数の無線端末を中継しながら送られる、いわゆる多中継伝送(マルチホップ伝送)される。この無線アドホックネットワークにおいて高速、高信頼化を実現するため、本研究ではリンク層における主要な要素技術である再送制御に着目する。無線多中継伝送に適した再送制御の検討として、(1)Rate-Compatible LDPC符号を利用した再送要求方式おけるパケット合成に関する検討(2)実通信環境への適用を考え、特に流星バースト通信路に適応した再送制御方式に関する検討を実施した。(1)では、受信機においてLDPC符号の復号に失敗して送信機に再送要求を実施する際に、すでに受信したパケットを破棄せず、再送によって得られたパケットと合成して復号する方法について検討した。硬判定中継に伴う多中継伝送の場合、パケットに含まれる各ビットの信頼度情報が途中で失われるため、パケット合成に基づく復号における尤度情報の取得が問題となる。そこで、複数の受信パケットから二値尤度を推定する方法を提案し、それによってパケット合成に基づく再送制御の特性改善を示した。(2)では実環境として流星バースト通信路を取り上げ、それに適したGBi再送制御方式を提案した。GBi再送制御方式は、畳み込み復号に基づく信頼度情報を利用しビット単位で再送を行う方式である。そのスループット特性を評価し、提案方式の有効性を確認した。平成23年度は、無線多中継伝送に適した自動再送要求(ARQ)方式の検討として(1)再送端末を中継端末群から適応的に選択する再送制御方式の提案(2)実用環境である特に流星バースト通信路に適応した再送制御方式に適した同期方式の提案、を行いスループット特性に基づいて提案方式の有効性を確認した。(1)パケット信頼度推定に基づく再送制御における中継端末の適応選択方式の特性評価硬判定中継を適用した多中継伝送では、パケット中継ごとにパケット内の誤りビット数が増加するが、パケットの信頼性が高いと判断される場合、中継端末は次の端末にパケットを中継する。一般的な再送制御では、受信端末が再送を必要と判断したとき、送信端末に再送を要求する。しかし、送信端末まで再送を要求するには、再送要求パケットの伝送時間が長くなり、スループットの劣化の原因となっている。そのため本研究では、LDPC符号の性能に基づいてパケットの信頼性を判断し、送信端末ではなく、適応的に選ばれた中継端末に再送を要求する方式を提案した。本方式ではパケットの信頼性の判定基準を導き、そこから再送要求する中継端末を決定する。本提案方式の特性評価の結果、スループットが改善することを示した。(2)実通信環境としての流星バースト通信路に適した再送制御方式の特性改善

これまで実通信環境として流星バースト通信路に代表される確率的減衰通信路に着目し、それに適した再送制御方式であるGBi-ARQ方式を提案し、その性能評価を実施した。GBi-ARQ方式は畳み込み符号に基づく再送制御方式であり、それに基づいた簡易な信号の同期方式が必要であった。本研究では、GBi-ARQに適した逐次型の同期方式を提案し、特性を評価した。その結果、スループット特性が大きく改善することを示した。