hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高圧下での筋肉タンパク質変性機構の解析

超高圧下での筋肉構成タンパク質の変性機構を、組織学や生化学的手法に加えて、物理化学的手法を加えることにより研究した。(アクチン)1.ε-ATPのアクチンからの解離速度と,メチオニン由来プロトンNMRシグナルの消失速度がほぼ一致することから、一定以上の圧力が加わると、ATPがアクチン分子から解離し、それに伴ってDNaseI及びアクチン結合部位であるメチオニン領域が急速に崩壊して、結果的にATP交換能、DNaseI阻害活性能あるいは重合能を失うのではないかと推測された。2.処理圧力の増加に伴ってα-ヘリックス含量が減少し、300MPaを超えると不可逆的な変性を起こすことが明らかになった。(ミオシンおよびトロボミオシン)1.ミオシンの圧力下でのATPase活性は、加圧とともに増加し、100MPaの加圧下で最大活性を示した。さらに圧力を加えると活性は低下した。加圧後、圧力を開放し、ATPaseとCDスペクトルを測定した結果、200MPa^400MPaにかけて、活性の著しい低下とα-ヘリックス含量の減少が認められた。2.トロポミオシンに圧力を加え、解放後にα-ヘリックス含量を算出した結果、トロポミオシンが酸や熱と同様に、超高圧に対しても安定なタンパク質であることが判明した。(ミトコンドリアと結合組織)1.ミトコンドリアのCa^<2+>取り込み能の低下は、圧力によって誘起される内膜成分のATPase活性部位の遊離と相関した。2.筋肉内結合組織の筋周膜の構造は、処理圧力の増加につれて破壊されるが、プロテオグリカンの抽出性の変化は認められなかった。(プロテアソーム)筋肉内在性タンパク質分解酵素,プロテアソームの圧力下での活性を測定した結果、50MPaまでの圧力では加圧に伴い活性は増加したが、その後は徐々に低下し、200MPaの圧力ではほぼ失活した。構造の緩やかな変化が活性の増加につながると考えられる。(β-ラクトグロブリンおよび高圧解凍)1.NMRスペクトルから、乳タンパク質β-ラクトグロブリンは中性域よりも酸性域の方が圧力に対して強く,柔軟であるが,酸性pHにおいても加圧処理により天然状態の構造は一部失われるものと結論した。2.凍結肉の流水解凍と高圧解凍を比較した結果、200MPa以下の高圧解凍は豚肉からのドリップの減少をもたらすと同時に肉の軟化を生じ、肉製品の加工に有力な方法であることが明らかになった。筋肉塊に圧力を加える場合でも、抽出タンパク質に圧力を加える場合でも、それによって生じる状態変化を理論的に解明するためには、超高圧下での筋肉構成タンパク質や筋肉内の膜構造を構成するタンパク質の変性機構を明かにする必要がある。今年度は、筋肉内結合組織膜のプロテオグリカン抽出量に及ぼす高圧処理の影響を研究するとともに、筋原線維の主要構成成分の一つであるアクチンの高圧による変性機構を光学的手法(高圧下の蛍光およびUV、CD、NMRスペクトルの測定等)により測定し。

以下のような結果が得られた。1.高圧処理区における結合組織からのプロテオグリカンの抽出量および分子量分布には、未処理区との間に大きな差異は認められなかった。2.熟成区においては、プロテオグリカンの抽出量の低下およびその低分子化が認められた。このことは、結合組織膜に対する高圧処理と熟成との影響に顕著な差異があることを示している。3. 4次微分UVスペクトルの結果から、ATPが存在してもG-アクチンの変性は不可逆的であることが判明した。変性に伴うΔG^0は38.6kJ/mol,△Vは-123ml/mol,遷移圧力は293MPaであった。4. G-アクチンのCDスペクトルの結果から、処理圧力の増加に伴ってa-へリックス含量が減少し、300MPaを超えると不可逆的な変性を起こすことが明らかになった。このことは蛍光スペクトル測定からも確かめられた。5. ^1H NMRスペクトルの2.055ppmのシグナル強度が圧力強度の増加とともに減少し、400MPaで完全に消失することが明らかになった。筋肉塊に圧力を加える場合、それによって生じる状態変化を理論的に解明するためには、超高圧下での個々の筋肉構成タンパク質や筋肉内膜構造を構成するタンパク質、あるいは、筋肉内在性蛋白質分解酵素の変性機構を明らかにする必要がある。1.分光光学的手法により、ATPが存在しないとき、F-アクチンは150 MPaの圧力で不可逆的な変性を始め、300MPaで完全に変性するが、ATPが存在すれば、その保護効果により変性が始まる圧力は250MPaと高圧側にシフトすることが判明した。2.^1HNMRスペクトル上で、200MPa以上の圧力を加えると、G-アクチンの44,47-Met由来の2.052ppmのシグナル強度が圧力依存的に減少し、それに伴って、DNaseI阻害能、重合能も失われた。このことは、アクチンは高圧下でATPを遊離すると、まず44,47-Met残基を含む矢じり端ドメイン構造が分子内部に埋もれ、その構造変化に伴いアクチンモノマー間で新たな会合体を形成し不可逆的に変性することを示唆している。3.低い圧量では、筋小胞体に比べて膜構造がしっかりしているためミトコンドリア膜や膜成分への影響は受けにくいが、膜構造が崩壊し、内膜成分であるATPase活性部位の遊離が引き起こされるような圧力になると、ミトコンドリアはCa^<2+>を保持できなくなり、Ca^<2+>筋原線維内に漏出する。さらに300MPaほどの圧力になるとマトリックス成分の崩壊がおこり、Ca^<2+>取り込み能は完全に失われることが明らかになった。4.筋肉内在性多機能タンパク質分解酵素,プロテアソームの圧力下での活性変化を高圧装置を設置した蛍光分光高度計によりリアルタイムで測定した結果、50MPaまでの圧力では加圧に伴い活性は増加したが、その後は徐々に低下し200MPaの圧力ではほ失活した。CDスペクトルの測定から、構造の緩やかな変化は活性の増加につながると考えられる。今年度は、筋原線維の主要な構成成分であるミオシン及びトロポミオシンの高圧下での構造変化をCDおよび蛍光スペクトルから解析し、ミオシンの生物活性の変化は、圧力下および圧力解放後のATPase活性測定により研究した。応用的な検知から凍結肉塊を圧力によって解凍した時の、物性や微細構造の変化についても研究した。
バイオリアクターを活用したトリチウム除去システムの高度化に関する研究

トリチウム取り扱い施設のトリチウム除去システムでは、トリチウムガスを酸化するトリチウム酸化触媒塔に貴金属触媒を用いるが、室温、高水蒸気濃度、低水素濃度の条件ではその機能を失う。従来の貴金属触媒法の欠点を補う新たな手法として、土壌中の水素酸化細菌の水素酸化機能に着目した。本研究では、工学的アプローチにより水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を応用したトリチウム酸化反応器(バイオリアクター)の開発を目的とし、バイオリアクターを活用することにより既存トリチウム酸化触媒塔の欠点を補完したトリチウム除去システムの高度化を目指している。本研究では、実験により土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を把握し、酸化特性を発揮するための最適条件の精査し、高活性の土壌水素酸化細菌を固定化してバイオリアクターを構築し、反応器としての実用性を評価することを計画している。本研究において、土壌水素酸化細菌が通常の貴金属触媒塔は真逆の水素酸化特性、特に室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的な酸化を行える水素酸化細菌は触媒を補完する特性を持つことを明らかにした。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、実験で取得したトリチウム酸化特性データからトリチウムの酸化の反応速度を評価した結果、反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることがわかった。また、土壌水素酸化細菌をトリチウム酸化反応器へ応用するため、高活性を持つ土壌の水素酸化細菌を暴露法によりバイオキャリア(市販の微生物固定化担体)に固定化し、トリチウム酸化特性試験を実施した。バイオキャリアのトリチウム酸化反応率は土壌のそれのおよそ20%程度であったが、極めて簡易的な固定化方法でもトリチウム酸化性能を確保できることが確認できたため、固定化の向上により水素酸化細菌のトリチウム酸化反応器への適用可能性を見出した。現在までに、ガス流通式のトリチウム酸化実験装置を完成させ、土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性データを取得することができ、土壌水素酸化細菌が室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的にトリチウムを酸化できる特性を明らかにすることができた。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、トリチウムの酸化反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることも明らかにできた。成果は、国際学会で発表することができ、世界の多くの研究者と議論する事ができた。現在は、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌(酵素)をバイオキャリア(微生物担体など)へ固定化する方法を継続的に試験し、水素及びトリチウムを用いた酸化特性把握試験を進めている。H30年度に引き続き、土壌水素酸化細菌をトリチウム酸化反応器へ応用することを目的として、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌(酵素)をバイオキャリア(微生物担体など)に固定化する方法を精査する。バイオキャリアに対して流量、温度、水素濃度等の条件を変えた実験を継続して行い、トリチウム酸化特性データを取得する。本研究成果を取りまとめ、国内学会等で発表する。H29年度は、土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性の把握に注力した。ガス流通式の実験装置を新規に製作し、近隣から容易に入手可能な水素酸化細菌を有する各種土壌のトリチウム酸化特性を調べた。各土壌は、いずれも同程度のトリチウム酸化性能を有することを確認した。代表的な土壌についてトリチウム酸化活性に影響すると考えられる水素濃度、酸素濃度、水分濃度等の条件を変えてトリチウム酸化性能に関する実験データを取得した。トリチウム酸化性能は空気中の水素濃度と同じ濃度において最も高く、水素濃度が高くなるに従い低下し、高濃度水素では一定化する傾向が確認できた。本実験により通常の貴金属触媒塔は真逆の特性を示すことを明らかにした。室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件で効率的な酸化を行える水素酸化細菌は触媒を補完する特性を持つことがわかった。実験により土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を把握し、酸化特性を発揮するための最適条件を精査し、予定通りにトリチウム酸化に関する基礎データを蓄積した。現在、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌(酵素)をバイオキャリア(微生物担体など)へ固定化する方法を調査している。バイオキャリアを入手し、土壌暴露による水素酸化細菌の固定化、簡易な微生物培養法を試している。予定していた土壌中の水素酸化細菌の同定分析作業が未実施であるが、現在実験と並行して進めており、研究の進捗への影響はない。

本研究では、工学的アプローチにより水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を応用したトリチウム酸化反応器(バイオリアクター)の開発を目的とし、バイオリアクターを活用することにより既存トリチウム酸化触媒塔の欠点を補完したトリチウム除去システムの高度化を目指している。本研究では、実験により土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性を把握し、酸化特性を発揮するための最適条件の精査し、高活性の土壌水素酸化細菌を固定化してバイオリアクターを構築し、反応器としての実用性を評価することを計画している。本研究において、土壌水素酸化細菌が通常の貴金属触媒塔は真逆の水素酸化特性、特に室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的な酸化を行える水素酸化細菌は触媒を補完する特性を持つことを明らかにした。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、実験で取得したトリチウム酸化特性データからトリチウムの酸化の反応速度を評価した結果、反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることがわかった。また、土壌水素酸化細菌をトリチウム酸化反応器へ応用するため、高活性を持つ土壌の水素酸化細菌を暴露法によりバイオキャリア(市販の微生物固定化担体)に固定化し、トリチウム酸化特性試験を実施した。バイオキャリアのトリチウム酸化反応率は土壌のそれのおよそ20%程度であったが、極めて簡易的な固定化方法でもトリチウム酸化性能を確保できることが確認できたため、固定化の向上により水素酸化細菌のトリチウム酸化反応器への適用可能性を見出した。現在までに、ガス流通式のトリチウム酸化実験装置を完成させ、土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化特性データを取得することができ、土壌水素酸化細菌が室温、低濃度水素、高湿度という通常の触媒が適さない条件でも効率的にトリチウムを酸化できる特性を明らかにすることができた。土壌水素酸化細菌のトリチウム酸化の工学的特性として、トリチウムの酸化反応速度は水素濃度に依存する一次反応で評価できることも明らかにできた。成果は、国際学会で発表することができ、世界の多くの研究者と議論する事ができた。現在は、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌(酵素)をバイオキャリア(微生物担体など)へ固定化する方法を継続的に試験し、水素及びトリチウムを用いた酸化特性把握試験を進めている。H29年度に引き続き、高活性を持つ土壌から水素酸化細菌(酵素)をバイオキャリア(微生物担体など)へ固定化する方法を調査する。高活性を持った土壌及び水素酸化酵素を固定化したバイオキャリアに対して流量、温度等の条件を変えた実験を継続して行い、トリチウム酸化効率に対する温度、流量、水素濃度依存性を測定する。土壌におけるトリチウムの酸化反応において、反応の素過程(境膜内拡散、表面反応等)を想定し、土壌水素酸化細菌によるトリチウム酸化の反応機構を明らかにすることを予定している。蓄積した実験データを基にトリチウム酸化反応速度を評価し、バイオリアクターとしての実用性を検討する。
メラノーマの腫瘍内および腫瘍間におけるBRAF変異の多様性の解析

BRAFV600E変異を有する11例のメラノーマ原発巣について、腫瘍内部のBRAF変異細胞の分布についてdroplet digital PCR (ddPCR)を用いて解析した。さらに、そのうち9例について転移巣のBRAF変異を解析した。原発巣の変異率は18.5%83.3%で、腫瘍内部の変異率の差は少なかった。転移巣のうち3例で変異率が0.02%1.03%の低値であり、変異細胞がごく少数であることが示された。以上より、メラノーマの腫瘍は、BRAF変異型と野生型の細胞が比較的均一に様々な割合で混ざり合っている可能性が考えられた。部分的に病変部を細出することの可能な、比較的大型のメラノーマを選別し、ダイレクトシークエンスでBRAF変異を有する症例を11例集めた。そのうち、転移巣の切除組織がある症例は8例だった。転移巣8例中、3例でBRAF変異を認めなかった。1原発巣を部分別に細出し抽出したDNAについてBRAF変異の割合の検討:原発巣11例のうち、比較的小型な2例は2か所、その他は3か所を部分的にlaser microdissection法で切り出し、DNAを抽出した。DNAは非常に微量であったため、cast PCR法での推奨DNA量に到達せず、解析はdroplet digital PCR(ddPCR)法にて行った。ddPCR法によるBRAF変異の定量解析の結果、3(2)か所のBRAF変異率の平均値は18.5%83.3%だった。同症例における部位別の変異率の差は50%以上の変異率を持つ症例についてはまれだった。2原発巣と転移巣におけるBRAF変異の比率の定量的な比較:転移巣のダイレクトシークエンス法での解析でBRAF変異を認めなかった3例の、原発巣での変異率は74.1%、34.4%、18.5%だった。転移巣での変異率をddPCR法で解析したところ、順に1.30%、0.19%、0.02%でほとんど変異陽性の細胞が含まれないことが示唆された。これらの結果より、原発巣の腫瘍細胞は、BRAF変異細胞とBRAF変異のない細胞が比較的均一に混ざり合っている可能性が考えられた。転移巣でのBRAF変異の消失は、腫瘍細胞が微量である故の偽陰性の可能性もが完全には否定できないものの、きわめて高感度のddPCRでもBRAF変異の割合は1%以下であり、BRAF変異のないメラノーマ細胞で転移巣が占められていることが示された。cast PCR法での実験はデータが得られなかったが、1年目で予定していた実験はおおむね終了し、11症例の免疫染色の準備段階である。1MART-1免疫染色を用いた陽性細胞の割合の算出初年度に行った研究結果より、原発巣の腫瘍細胞は、BRAF変異細胞とBRAF変異のない細胞が比較的均一に混ざり合っている可能性が考えられた。個々の症例における変異の割合の差は、Laser microdissectionで炎症細胞や間質細胞が少ない部位を部分的に切り取った病変部であるため、腫瘍細胞以外の要素に依存する可能性は低い。それを明らかにするため、MART-1免疫染色後の陽性細胞の割合を算出した。11症例のそれぞれ23部位のMART-1陽性細胞の割合の中央値は92.9と高値であり、メラノーマ細胞以外の細胞の混入は微量でBRAF変異割合に大きな影響は与えないことが示された。2転移病巣についての検討11例のメラノーマのうち、転移巣の切除術を受けた症例が9例あり、9例のSanger法によるdirect sequencingでは3例でBRAF変異を認めなかった。前年度に行ったddPCRを用いた変異割合の解析で、これら3例は1.30%、0.19%、0.02%とごくわずかにBRAF V600E変異を含んでいた。BRAFV600E変異特異的抗体であるVE1を用いた免疫染色で11例のメラノーマ原発巣で陽性であることを確認後、原発巣と転移巣のBRAF変異率が大きく異なった3例について、転移巣のVE1免疫染色を行った。3例中1例の転移巣はddPCR結果と同様にVE1陰性だったが、2例はddPCRでの変異率がごくわずかにも関わらず陽性に染色された。この結果は免疫染色とddPCRによる評価の不一致を示した。BRAFV600E変異特異的抗体であるVE1を用いた実験を開始している。予備実験で染色条件を確認したが、全自動免疫染色装置を用いた染色が最適と考え、条件設定を進めている。

Laser microdissectionで切り取った腫瘍部位に間質細胞や炎症細胞の混入が極めて少ないことを、VE1免疫染色に加えて、MART-1免疫染色を用いた病理組織所見で確認し、BRAF変異率の差がメラノーマ細胞以外の細胞の混入に起因するものではないことを示す。メラノーマ当初計画していたよりも、安価で実験を進めることができた。また、想定した場合よりもDNAが微量であったことより、cast PCR法からdigital droplet PCR法に主たる解析方法を切り替えたのが予定よりも早期だったため、cast PCR法を用いた実験が少なかった。そのため、次年度使用額が生じた。BRAFV600E変異特異的免疫染色法をVENTANA全自動免疫染色装置で開始する予定である。そのための実験試薬などの消耗品費や論文投稿費として、平成28年度請求額と併せて使用する計画である。
塩基性薬物の個人別投与計画作製の為の血中α∋-酸性蛋白の迅速簡易定量試薬の開発

塩基性薬物の体内動態が個体間や個体内で大きく変動する一原因として、血中【α_1】-AG濃度の変動が考えられる。従って【α_1】-AG濃度の変動を的確に把握し、【α_1】-AGの結合体としての性質を知ることは、塩基性薬物の体内動態を予測し、適切な投与計画を立てる上で重要である。しかし今日まで充分な研究が行われていない。私たちはこのために次に示すような研究を行なった。(a)けい光色素オーラミンO(AO)を用いた【α_1】-AGの簡易定量法の確立と応用。(b)塩基性薬物の血清蛋白結合における【α_1】-AGの寄与を簡単に求める方法の確立。(c)内因性物質ステロイドホルモンと塩基性薬物の【α_1】-AG上結合部位の関係。(d)ラット,犬,人間における【α_1】-AGと塩基性薬物の血清蛋白結合の種差。(e)ラットにおけるPhenobarbital処理による【α_1】-AG濃度の変動。(f)異なる【α_1】-AG濃度を持つラット間におけるプロプラノロールの体内動態の比較。(a)の研究により、AOが塩基性薬物と【α_1】-AGとの相互作用の研究に適したけい光probeであることが示され、またAO法の開発は、【α_1】-AGの迅速かつ簡便な定量を可能にしたため、急病時における塩基性薬物の適切な投与計画を作製するために臨床応用が可能であると考えられる。さらにラットや犬等の実験動物を用いて、血清蛋白結合を測定し、人間における結果と比較した所、血清蛋白結合の面からは犬の方が良いモデルになるものと思われる。又、血清に対する塩基性薬物結合における【α_1】-AG蛋白の寄与を見積もるための簡便な方法として、スルフォサリチル酸と、DEAE-celluloseを用いる方法を開発し、臨床の場への応用も可能であることとした。
リアルタイム画像カーナビのための効率的車々間データ配信技術

ドライバーの行きたい場所の「現在の画像」を車々間通信および広域通信システムの併用によって伝達し、ドライバーに掲示する「リアルタイム画像カーナビ」の実現をめざし以下の要素技術を開発した。(1)位置依存情報に対する地理的、時間的に変化する要求発生に対応したVANET上の位置依存情報配信手法,(2)ランダムネットワークコーディングと車両移動方向情報を利用した高信頼性位置依存情報配布方式,(3)ソフトウェア無線機を用いたアドホックネットワークデータ配信手法の評価テストベッド,(4)複数地点での車載カメラ画像を入力とした仮想視点画像の自動生成方式、他。ドライバーの行きたい場所の「現在の(動)画像」を車々間通信および路車間,広域通信システムの併用によって伝達し,ドライバーに掲示するリアルタイム画像カーナビシステム実現を目的とし,車々間通信によって車載カメラで撮影した(動)画像情報を,それを必要とする車両へ低遅延かつ無線通信路の混雑を誘発することなく配布し,車両間で共有するための要素技術の基礎的な開発を進めた.1.車々間ネットワークの高速シミュレーションのため,汎用GPUを用いた計算処理が行えるようにオープンソースのシミュレータの改造を行い,単純な線形型のノード管理を行っている場合に対して,ノード1000台の場合4.9倍の高速化を実現した.さらに,ソフトウェア無線機を用い,省スペースの型の無線アドホックネットワークテストベッドを構成する方法について実験的に検討を進め,屋外環境ならば,本研究で今後進めるネットワークコーディングを用いた情報配布方式の基礎的な評価に適用できることを確認した.2.ネットワークコーディングと車両の移動特性に基づいて,効率的に車両が取得した位置依存情報(画像等)をOpportunisticな方式で配布するための方式(改良R2D2V)を開発し,シミュレーションによって,移動方向,データの生成からの経過時間に基づいてデータ配信頻度を制御する本方式によって大幅なトラフィック削減が可能であることを確認した.3.道路上の車両密度に応じて情報複製を配置する車両を決定し,かつ情報の要求を配送する経路を制御する方式評価のために,実道路上の車両移動シナリオを用いた評価用のネットワークシミュレータ設計,および移動シナリオデータ生成方式の設計を行った.4.複数箇所で撮影したカメラ画像を用い,位置情報を用いず画像情報のみからパノラマ画像を生成する方式,および三次元モデルを構成するシステムを設計し,試験実装を行った.運転者が行きたい場所の「現在の(動)画像」を車々間通信および路車間、広域通信システムの併用によって伝達し、運転者に掲示するリアルタイム画像カーナビシステム実現を目的としネットワーク、画像処理両面からの技術開発を行った。【A:ネットワーク】車々間ネットワーク上の異なる通信要求発生に伴う応答データの送信数を減らすための方法として、要求マップ(Demand Map, DMap)を用いた位置依存情報配信方式について、詳細な検討を行い、Soft State Sketchを用いたDMapの構成と配布方式を設計した。また、同方式の簡易版のプロトコルLive VANET CDNを設計し、シミュレーションにより、同方式によって要求発生源の地理的分布の動的変化に基づいて、適切に情報配信経路を適応させることが出来ることを確認した。また、車々間通信とセルラネットワークの組み合わせによって情報配信領域を拡大する方法の基礎的検討を行った。【B:送信頻度・電力制御機構】各車両が定期的に送信するビーコンパケットの送信電力を送信のたびに段階的に変更するパターンを周期的に繰り返す方式を設計し、シミュレーションにより、遠距離でのパケット到着間隔に関して、同程度の送信電力を持つ他手法に対して提案手法では長い到着間隔が発生する頻度が少ないことを確かめた。【C:画像再構成機構】車載カメラで撮影した道路状況の画像に対して、視点を仮想的に前方に移動させた画像生成およびその無線通信に関する実機検証を行い、仮想視点画像を生成可能であることを確認した。また、2つの異なる視点での画像を統合した画像合成方法を構築するために、2つの画像間で視覚特徴点のマッチングを行い、対応する部分を検出する方法を実装・検討した。運転者が行きたい場所の「現在の(動)画像」を車々間通信および路車間,広域通信システムの併用によって伝達し,運転者に掲示するリアルタイム画像カーナビシステム実現を目的とし,車々間通信によって車載カメラで撮影した(動)画像情報を,それを必要とする車両へ低遅延かつ無線通信路の混雑を誘発することなく配布し,車両間で共有するための要素技術の基礎的な開発を進めた.1.ネットワーク:前年度に整備した実道路データを用いた車両移動シナリオを用いたシミュレーション環境に加え,車々間通信による位置依存情報配布機構の可視化のためのインタフェースを実装した.複数の車両による異なる視点の要求を集約し,車々間ネットワーク上の異なる通信要求発生に伴う応答データの送信の数を減らすための方法として,要求マップ(Demand Map, DMap)を用いた位置依存情報配信方式の基礎設計を行い,上記シミュレータで基礎的評価を行った.さらに,リアルタイム画像カーナビ実現のためのユーザインタフェースと問い合わせメッセージの構築手法を設計し,ユーザインタフェースのプロトタイプ実装を行った.2.送信頻度・電力制御

機構:車両密度が高い場合に車両から発せられる各トラフィックにより無線通信が占有されないような,送信電力制御手法について開発を行うことをめざし,文献調査に取り組み,特別な制御パケットを用いず,段階的に異なる送信電力を用いた信号送信を周期的に繰り返す方法について基礎的な設計と評価を行った.3.画像再構成機構:単一画像を元に視点をずらした画像を生成する技術として,画像を特徴抽出により複数の領域に分割し,3次元空間内の平面としてモデル化した領域に対して視点位置に応じた透視投影変換を行う方式について,車載カメラ画像を対象としたシステムの実装を行った.複数車両から生成される特定地点の車載カメラ画像を求める要求をまとめ、車々間通信およびセルラ網を用いた通信により効率的に要求元の車両に提供するシステムのための要素技術の開発をネットワーク技術、画像処理技術の側面から行った。ネットワーク技術での成果は次の2つである。1)車々間アドホックネットワークにおける1ホップ内定期的通信とFM-Sketchを基本とした機構にもとづいて、低通信量、低メモリ使用量で特定位置像に関する要求の地理的分布を共有する機構を設計し、シミュレーションによりその基礎的効果を確かめた。この機構と昨年度までに設計した位置依存情報へ要求の地理的・時間的に応じた情報配信手法を組み合わせることで、位置依存情報壁類似の要求をまとめ、効率的な位置依存情報配信が可能となる。2)セルラ網を主体とし車々間通信を組み合わせることでサーバ負荷を軽減しつつオンデマンド型で位置依存情報を提供する機構を開発し、シミュレーションでその効果を明らかとした。画像処理技術での成果は次の2つある。1) 2台の車載カメラで撮影した道路状況の画像に対して、2つの視点の間の場所に仮想的な視点を設け、その視点での画像を生成する技術を開発した。2枚の画像の間の対応を取るために水平方向のエッジと垂直方向のエッジの交点を用い、対応のとれた特徴点について3次元位置情報の推定を行い、その位置情報にもとづいた平面の組み合わせにより透視投影モデルを用いて仮想視点画像を生成する方法を開発した。実画像を用いた基礎的な実験により、実際の画像と大きく異なることのない仮想視点画像を10秒程度という実時間性の制約を満たしながら得ることができることを確認した。2)ドライバが発した位置依存要求への要求コマンドをコンテキスト情報で補うことで、状況に応じた画像の撮影位置を決定するための手法を開発した。26年度が最終年度であるため、記入しない。情報通信工学26年度が最終年度であるため、記入しない。
学校経営における養護教諭の役割に関する学校組織論的研究

平成12年度の研究については、平成11年度のアンケート調査(「養護教諭の勤務構造とメンタル・ヘルスに関する調査」全国公立学校養護教諭3,300名対象)の量的分析結果をもとにしながら、主として、インタビュー調査や観察調査法を用いて、それらの実証的データを解釈していく上で有用な質的データの収集・分析に主眼をおいた。研究協力が得られた小・中・高校の数校を調査のフィールドとして、比較的長期にわたり継続的に訪問し、学校経営のダイナミズムの中での養護教諭・保健室理解に努めた。調査の方法・観点としては、つぎの4つを設定した。(1)養護教諭に対してインタビュー調査を実施し、職務や学校組織および子ども観、不登校問題等に関するさまざまな養護教諭の認知的データを集積した。また、(2)学校組織的な視角からの考察を行うために、養護教諭以外の学校組織成員にもインタビューと観察調査を行った。加えて、(3)児童・生徒が認知する養護教諭についても簡単なインタビューを行っている。(4)学校経営における保健室のダイナミズムを捉えるために、保健室でのできるだけ長時間にわたる観察を実施した。以上のように、基本的には学校経営全体の中での保健室および養護教諭のダイナミズムを捉えるために、学校フィールドワーク的な調査方法に心掛けた。これらの調査から得られた多角的なデータを用いて、養護教諭への保健主事制度の導入やスクールカウンセラーの導入、教科保健担当、保健室登校などの養護教諭に対する新たな役割をめぐっての養護教諭の役割葛藤およびそのコンテクストを構成する学校組織の問題(組織特性、学校組織文化、支持的学校風土、勤務条件など)についてトライアンギュウレートな分析および考察を行っている。1研究発表としては、保健主事の養護教諭兼務制度導入の養護教諭にとってのメリット・ディメリットについて整理し、その是非の問題をめぐって視えてくる学校組織特性、学校組織文化、学校経営の問題、管理職のリーダーシップの問題、現保健主事との関係などの学校組織論的問題、および複数配置との関連、スクール・カウンセラーのインパクト等の制度的問題について明らかにしている。また、職務負担、モラール、ストレス、役割葛藤・曖昧性、多忙感との関連から質的・量的の双方向から分析し、近年の養護教諭をめぐる制度的改革の効果と問題点について指摘した。2教育経営学・教育法規に関する用語辞典において、保健室登校やスクールカウンセラー、養護教諭の職務、心の居場所などの養護教諭に関連する内容を執筆し、概念等を整理した。3保健室空間の創造と養護教諭の抱く保健室経営理念についての記述データとインタビュー・データおよび保健室フィールドワーク・データを集積し、データ間の関連について基礎的な統計処理レベルで素描した。平成11年度の研究については、「養護教諭の勤務構造とメンタル・ヘルスに関する調査」(全国公立学校養護教諭3,300名対象;平成10年2月実施)のデータをもとに、主として、保健主事制度やスクールカウンセラーの導入、教科保健担当、保健室登校などの養護教諭に対する新たな役割をめぐっての養護教諭の役割葛藤およびそのコンテクストを構成する学校組織の問題(組織特性、学校組織文化、支持的学校風土、勤務条件など)について分析および考察を行っている。1研究発表としては、保健主事制度について変遷と改正の経緯について養護教諭の職務との関連から考察した。また、保健主事の養護教諭兼務制度導入の実施状況を明らかにし、そのメリット・ディメリットについて明らかにしている。また、その是非の問題をめぐって視えてくる学校組織特性、学校組織文化、学校経営の問題、管理職のリーダシップの問題、現保健主事との関係などの学校組織論的問題、および複数配置との関連、スクール・カウンセラーのインパクト等の制度的問題について明らかにしている。また、職務負担、モラール、ストレス、役割葛藤、曖昧性、多忙感との関連から分析し、近年の養護教諭をめぐる制度的改革の効果と問題点およびその幻想について論究した。2保健室空間の創造と養護教諭の抱く保健室経営理念についての記述データの分析を行うために、養護教諭へのインタビュー調査や保健室訪問を積極的に実施した。3教育センター等での各種養護教諭研修会に参加し、そこでの研修カリキュラムや研修内容等についてVTRを撮ったりしながらデータ化した。4教育経営学領域に関する用語辞典において、保健室登校やスクールカウンセラー、養護教諭の職務、心の居場所などの養護教諭に関連する内容を執筆し、概念等を整理した。

以上のように、基本的には学校経営全体の中での保健室および養護教諭のダイナミズムを捉えるために、学校フィールドワーク的な調査方法に心掛けた。これらの調査から得られた多角的なデータを用いて、養護教諭への保健主事制度の導入やスクールカウンセラーの導入、教科保健担当、保健室登校などの養護教諭に対する新たな役割をめぐっての養護教諭の役割葛藤およびそのコンテクストを構成する学校組織の問題(組織特性、学校組織文化、支持的学校風土、勤務条件など)についてトライアンギュウレートな分析および考察を行っている。1研究発表としては、保健主事の養護教諭兼務制度導入の養護教諭にとってのメリット・ディメリットについて整理し、その是非の問題をめぐって視えてくる学校組織特性、学校組織文化、学校経営の問題、管理職のリーダーシップの問題、現保健主事との関係などの学校組織論的問題、および複数配置との関連、スクール・カウンセラーのインパクト等の制度的問題について明らかにしている。また、職務負担、モラール、ストレス、役割葛藤・曖昧性、多忙感との関連から質的・量的の双方向から分析し、近年の養護教諭をめぐる制度的改革の効果と問題点について指摘した。2教育経営学・教育法規に関する用語辞典において、保健室登校やスクールカウンセラー、養護教諭の職務、心の居場所などの養護教諭に関連する内容を執筆し、概念等を整理した。3保健室空間の創造と養護教諭の抱く保健室経営理念についての記述データとインタビュー・データおよび保健室フィールドワーク・データを集積し、データ間の関連について基礎的な統計処理レベルで素描した。
プロモーター域に配置したイントロンによる翻訳レベルのタンパク質発現増強機構の解析

イントロンによるタンパク質の発現増強機構はIntron-Mediated Enhancement (IME)として知られているものの,そのメカニズムは明らかになっていない。本研究では酵母Saccharomyces cerevisiaeの組換え体構築の容易性を利用して,IMEの機構解明を進めている。同じアミノ酸配列をコードし,塩基配列の異なるルシフェラーゼhCLucとyCLucがイントロンによる発現増強の性質が異なることを利用して,発現増強に関わる配列領域の決定を進めた。その結果,yCLucの100200 bp領域が発現増強に必要な配列であることが明らかになった。この領域のhCLucとyCLucで異なる塩基をそれぞれ変異させたところ,それぞれの変異による効果はそれほど大きくはなく,増強のレベルも様々であった。この結果から,発現増強は特定の位置の塩基による効果ではないと考えられたので,さらに領域を絞ったところ100150 bpでも十分な増強を受けることが分かった。発現増強効果のある最少イントロンの配列の重要性をさらに調べるために,異種のイントロンとその変異配列による発現増強効果を調べた。保存配列が一致するイントロンでは発現増強が見られたが,保存配列にいくつかの変異がある場合に増強できない配列があった。これらを保存配列に改変すると増強が見られたことから,S. cerevisiaeの保存配列が発現増強に重要であることが分かった。発現増強メカニズムを明らかにする目的でS. cerevisiae遺伝子破壊株セットに対して発現増強を受けるルシフェラーゼ発現プスミドを導入して調べた結果,発現増強が低下する株だけでなく,発現が高くなる株も得られた。予定通り,発現増強に必要な最小のイントロン配列とその中の重要な配列を決定でき,発現増強に関連のある発現対象となる遺伝子側の配列領域も決定できた。また,メカニズムを明らかにするための破壊株セットでの評価も進み,今後,候補遺伝子を絞り込み,機能解析に移るところまで進めたためである。発現増強に必要な発現対象遺伝子側の配列の領域は特定できたが,そこに隠された配列の意味は明らかにできていない。コードするアミノ酸配列はそのままにこの領域の塩基配列を網羅的に改変し,得られた配列の解析を進めることでその解明に取り組む。発現増強メカニズムに対しては,破壊株セットを用いて得られた候補遺伝子の既知機能を手掛かりに解析を進める。イントロンによるタンパク質発現増強はIntron-mediated enhancement (IME)と呼ばれ,植物,動物で良く知られているものの,発現増強機構は解明されていない。本研究では酵母Saccharomyces cerevisiaeを用いてIMEの機構の解明を行う。おなじアミノ酸配列の酵素ルシフェラーゼをコードする遺伝子であるyCLUcとhCLucはイントロンによる発現増強効果が全く異なる。そこで両遺伝子を組合わせたキメラ遺伝子を作製して酵母で発現させルシフェラーゼ活性を測定して,イントロンによる増強に関連する発現遺伝子側の配列の探索を行った。まず,明らかになったのは,yCLucは発現に問題があり,hCLucに比べ非常に発現レベルが低いことと,イントロンを与えることでこの問題が解決される事であった。さらに解析を進めると,yCLUcの5'側の配列に発現を低下させる原因配列が存在することが明らかになった。IMEに必要なイントロン中の配列を決定するために酵母ゲノムに存在する100 bp以下の長さのイントロンをプロモーターとコーディング配列の間に入れ発現増強を調べると,程度の違いはあったがどのイントロンでも発現増強された。そこで,発現増強効果が高く短いイントロンを選び,その配列を部分的に削除した配列を作成し発現増強効果を調べた。その結果,イントロンの5' 6塩基,ブランチポイントを含む3'側の20塩基の計26塩基が必要で,これ以上削除すると,あるいはこれらの配列に変異を入れると増強効果が大きく低下することが明らかになった。また,最小配列でさえスプライシングは生じておらず,IMEにスプライシングは必須ではないことが明らかになった。平成29年度の当初計画での目標が,(1)イントロンによる発現増強に関わる発現遺伝子側の配列を決定することと,(2)IMEに必要な最小の配列を決定するとともに発現増強とスプライシングの関係を明らかにすること,であったので,計画通り順調に進展している。

これらを保存配列に改変すると増強が見られたことから,S. cerevisiaeの保存配列が発現増強に重要であることが分かった。発現増強メカニズムを明らかにする目的でS. cerevisiae遺伝子破壊株セットに対して発現増強を受けるルシフェラーゼ発現プスミドを導入して調べた結果,発現増強が低下する株だけでなく,発現が高くなる株も得られた。予定通り,発現増強に必要な最小のイントロン配列とその中の重要な配列を決定でき,発現増強に関連のある発現対象となる遺伝子側の配列領域も決定できた。また,メカニズムを明らかにするための破壊株セットでの評価も進み,今後,候補遺伝子を絞り込み,機能解析に移るところまで進めたためである。IMEの機構解析のために,関連するタンパク質を探索することが重要であると考えている。そこで酵母遺伝子破壊株セットを用いて網羅的に,IMEに必要なタンパク質を探索する。イントロンを与えても発現の低い遺伝子破壊株が存在すれば,それらがIMEに必須のタンパク質であり,これらタンパク質の機能解析を進めることでIMEの機構を明らかにできる。また,発現に問題をおこす配列,言い換えるとイントロンにより発現増強される配列をより詳細に解析して問題の原因を突き止める。こちらのアプローチでもイントロンの役割に迫ることができる。発現増強に必要な発現対象遺伝子側の配列の領域は特定できたが,そこに隠された配列の意味は明らかにできていない。コードするアミノ酸配列はそのままにこの領域の塩基配列を網羅的に改変し,得られた配列の解析を進めることでその解明に取り組む。発現増強メカニズムに対しては,破壊株セットを用いて得られた候補遺伝子の既知機能を手掛かりに解析を進める。
層状ケイ酸塩を利用したゼオライトナノシートの層厚制御と分離膜への応用

本研究では、層状ケイ酸塩からゼオライトへの構造転換(層間縮合)の過程を制御することで、分離膜材料に資する層厚が制御されたゼオライトナノシートを作製する。さらに、得られるナノシートの層厚がナノシートからなる分離膜性能に与える影響を明らかにしつつ、層厚の制御が可能、かつ汎用的なゼオライトナノシート作製法の確立を目指す。本年度は、層状ケイ酸塩の層間縮合反応の制御による層状ケイ酸塩-ゼオライトナノシート複合体作製の第一段階として、層状ケイ酸塩RUB-15・層状オクトシリケートの層間縮合を追跡し、層状ケイ酸塩-ゼオライトナノシート複合体が得られる縮合条件を検討した。層状ケイ酸塩RUB-15に対しては、層間に銅イオンを導入した後に段階的な焼成温度での処理を試みた。試料を焼成すると、XRDパターンより層間縮合の進行に伴ってある程度の値まで層間隔が低下し、その後は銅イオンが還元された後にゼオライトへと構造転換した。これは層間の銅イオンの存在により層間縮合が妨げられたためと推測される。一方、層状オクトシリケートに対しては、有機分子であるアミド分子(N-メチルホルムアミド; NMF)溶媒存在下での還流処理を用いて層間縮合を行った。その際、NMF中に水を試薬量程度添加することで層間縮合の進行度合いが変化するという結果が得られた。さらに水の存在量を多くするにつれて層間縮合の進行が遅くなっていたことから、反応系中での水の存在が層間縮合反応の進行を抑えている可能性が考えられる。層状ケイ酸塩RUB-15の層間に金属イオンを導入した試料を加熱処理することで層間縮合反応の制御を達成しつつある。それに留まらず、アミド存在下での層状オクトシリケートの還流時に試薬量程度の水を添加することで層間縮合の進行を抑制できる可能性、さらに層状ケイ酸塩のソルボサーマル処理により層が巻く(スクロール)現象の観察にも成功するなど、当初の計画に加えて新たな縮合制御手法や新たな現象を見出しつつあるため、本年度は当初の計画以上に研究が進展しているといえる。層状ケイ酸塩から作製した層状ケイ酸塩-ゼオライトナノシート複合体の詳細な分析により、その合成を確認する。合成を確認後、その物理的処理または化学的処理による薄層化/剥離を用いた、ゼオライトナノシートの作製を検討する。また、来年度は国際学会への参加や研究出張を積極的に行い、海外の研究者と交流し、自身の研究に関する有用な議論ができるよう検討する。
高齢者の技能と健康に柔軟に対応する生産システムの設計評価用ヒューマンモデルの開発

本研究では,高齢者が技能と経験を活かし,心身ともに健康で働ける生産システムはいかにあるべきかを検討し,生産システムの構築あるいは再編において,高齢者の技能や健康状態,人員構成など時々刻々の変化にすばやく柔軟に対応するための設計評価用デジタルヒューマンモデルの開発を目的として,3年間の計画で研究を遂行した。主な成果は以下のとおりである。1.高齢者の機能特性について,本研究で定義した身体の重心移動限界および重心余裕移動限界の測定データをもとに,デジタルヒューマンモデルによって作業姿勢の困難さを定量化できるようにし,セル生産方式における作業設計に応用した。2.認知特性について,本研究で定義した瞬時視認視力や余裕視認視力,および注視点の測定データをもとに,さらに精度の高いモデルを構築し,実際の生産システム設計に応用する方法を提案した。また,聴覚について,音像の認識能力のモデル化を図った。3.行動特性について,ヒトが作業環境や作業対象との間で交換する情報についてモデル化したヒューマンモデルを,生産システムに応用した。4.技能特性について,前腕のひねり作業に着目し,その計測方法とデジタル化方法を確立するとともに,前腕ひねりの評価を可能とするモデルを構築した。また,2骨からなる前腕モデルを構築し,デジタルヒューマンモデルに組み込むための基礎を築いた。5.立ち作業における疲労評価を目的とし,下腿部のむくみを計測する3とおりの計測法,すなわちワイヤとひずみゲージによる接触式計測法,デジカメおよび3Dイメージキャプチャによる非接触式計測法を開発した。本研究では,高齢者が技能と経験を活かし,心身ともに健康で働ける生産システムはいかにあるべきかを検討し,生産システムの構築あるいは再編において,高齢者の技能や健康状態,人員構成など時々刻々の変化にすばやく柔軟に対応するための設計評価用デジタルヒューマンモデルの開発を目的として,3年間の計画で研究を開始した。初年度の結果は以下のとおりである。1.高齢者の認知,行動,技能の各特性について国内外の現状調査を行った。2.認知特性について,従来の視力検査では測れない瞬時視認視力や余裕視認視力といったものを定義し,これまでに開発した測定方法の精度を向上させた。また,聴覚について,音像の認識能力の測定方法を開発した。3.行動特性について,新規に購入した設備「眼球運動システム」を用いて被験者の注視点を測定することによって,被験者の関心事を推定する手法を開発した。今後,高齢者と若年者の関心事や視線追従範囲並びに速度の違いなどを測定する予定である。4.身体の重心移動限界および重心余裕移動限界といったものを定義し,それらの定量的測定方法について,その信頼性,実用性を検討した。5.作業者が置かれた環境や与えられた作業あるいは対象物に応じて,自動的に動作生成するためのデジタルヒューマンモデルを開発した。本研究では,高齢者が技能と経験を活かし,心身ともに健康で働ける生産システムはいかにあるべきかを検討し,生産システムの構築あるいは再編において,高齢者の技能や健康状態,人員構成など時々刻々の変化にすばやく柔軟に対応するための設計評価用デジタルヒューマンモデルめ開発を目的として,3年間の計画で研究を遂行している。2年度の結果は以下のとおりである。1.高齢者の機能特性について,本研究で定義した身体の重心移動限界および重心余裕移動限界の測定データをもとに,それらのデジタル化を図り,デジタルヒューマンに組み込んだ。これにより,生産システムの設計段階において,デジタルヒューマンにより作業姿勢の評価を行うことが可能となった。2.認知特性について,本研究で定義した瞬時視認視力や余裕視認視力,および注視点の測定データをもとに,それらのデジタル化を図り,デジタルヒューマンに組み込んだ。また,聴覚について,音像の認識能力のデジタル化方法を検討した。3.行動特性について,ヒトが作業環境や作業対象との間で交換する情報をデジタル化し,デジタルヒューマンに組み込んだ。4.技能特性については,昨年度に継続し,腕や手指の動きに潜在する技能を測定する手法について検討を行った。

特に前腕のひねりを正確に測定する手法を考案し,ひねり作業の位置の違いによるひねり量の違いと,前腕特有のひねり特性を明らかにした。5.立ち作業における疲労評価を目的とし,下腿部のむくみを計測する3とおりの計測法,すなわちワイヤとひずみゲージによる接触式計測法,デジカメおよび3Dイメージキャプチャによる非接触式計測法を開発した。本研究では,高齢者が技能と経験を活かし,心身ともに健康で働ける生産システムはいかにあるべきかを検討し,生産システムの構築あるいは再編において,高齢者の技能や健康状態,人員構成など時々刻々の変化にすばやく柔軟に対応するための設計評価用デジタルヒューマンモデルの開発を目的として,3年間の計画で研究を遂行している。最終年度の結果は以下のとおりである。1.高齢者の機能特性について,本研究で定義した身体の重心移動限界および重心余裕移動限界の測定データをもとに,デジタルヒューマンモデルによって作業姿勢の困難さを定量化できるようにし,セル生産方式における作業設計に応用した。2.認知特性について,本研究で定義した瞬時視認視力や余裕視認視力,および注視点の測定データをもとに,さらに精度の高いモデルを構築し,実際の生産システム設計に応用する方法を提案した。また,聴覚について,音像の認識能力のモデル化を図った。3.行動特性について,ヒトが作業環境や作業対象との間で交換する情報についてモデル化したヒューマンモデルを,生産システムに応用した。4.技能特性について,前腕のひねり作業に着目し,その計測方法とデジタル化方法を確立するとともに,前腕ひねりの評価を可能とするモデルを構築した。また、2骨からなる前腕モデルを構築し,デジタルヒューマンモデルに組み込むための基礎を築いた。以上の結果をもとに、3年間の研究成果をまとめた。
大規模な点事象時系列に階層ネットワークを適合させる状態空間法の構築

我々は,イベント時系列データから外因と内因の影響を読み取る枠組みを構築し,論文「Identifying exogenous and endogenous activity in social media. K. Fujita, A. Medvedev, S. Koyama, R. Lambiotte, and S. Shinomoto,Physical Review E (2018) 98:052304」を発表した.システム内でのイベント発生は,外部の要因によって引き起こされるか,系内部の自己励起によって引き起こされるかのどちらか,あるいは両方によっている.ここでは自己励起機構を備えた一般化線形モデル(GLM)をデータにフィットさせることで外部時間変動と自己励起効果を選り分けてみせる.非線形Hawkesプロセスのシミュレーションによって生成されたデータでその手法が働くことを確認し,それを特定のハッシュタグをもったツイッターデータに応用した.ニュースメディアなどによる外因とリツィートによるイベントカスケード発生の影響を選り分けたところ,外因と内因がオリジナルツィートとリツィートに近い様子を示した.社会データの解析においてはまだ十分なノウハウがなかったので,ベルギーの研究者達の協力も得て国際共同研究としてまとめることができた.方法論は一般性の高い枠組なので,今後も多くのイベント時系列に応用することが可能と考えている.また神経細胞が互いの結合を通して信号を交換している有様から神経細胞間の回路構造を推定する枠組みも構築し、現在執筆中である.そこでは1000個のホジキンハクスリー型ニューロンのシミュレーションを行ってそれに適用したところ,推定技法は高い推定能力を有することが明らかになり,それをさらに実験データに応用している.かくして科学研究費のおかげで研究が大きく進展した.自己励起システム解析手法の論文は発表された.大規模時系列から回路構造を推定する手法については現在論文投稿中であり,当初の目的はほぼ達成されたと考えている.現在投稿中の論文はほぼ完成に近づいたが,その発展の問題についても研究を開始し,その方向も順調に推移している.マルチ計測されたスパイク時系列データからニューロン間の結合を推定する研究について,これまでにもcross correlation法と一般化線型モデルGLMによる方法を吟味して結合強度に応じてどの程度の時間,スパイク列を計測すれば結合の存在を統計的に決定できるかについての考察を進め,学会発表も行った.準備的解析の結果,たとえば0.1mVの興奮性シナプス後電位の結合の推定には1000秒程度のスパイク計測が必要とされる,という結論が得られつつある.この結果は,観測者はこのレベルの結合については10分より短い時間スケールの構造変化をとらえることは出来ない,ということを意味する.ただし,各結合の変動は検知できなくとも集団としての変化を検知できる余地はあるので,そのような検知がどのような条件で可能になるのかという問題は理論的のみならず実践的にも重要になる.与えられた刺激を繰り返し与えて,動物が繰り返し同じ応答を示す際も,個々の神経細胞の活動は一般に毎回再現性はないことが知られている.このメカニズムを解明するために,ネットワークの数理モデルで,巨視的な反応は安定していても個々の要素が微視的に不安定であるという現象を取り上げ,その微視的不安定性のメカニズムを解明することに成功した.その一方,数理モデルの精密解析を行い,神経スパイクが伝播するネットワークにおいて非定常揺らぎが生じるメカニズムの解明が大きく進展した.またスパイク生成に要するエネルギーを最小化するという条件下で情報伝達を行うメカニズムについて理論的考察を行った.本年度は複数の論文発表成果があったうえに,大きなトピックの論文執筆と投稿に取り組み,投稿論文も順調に推移している.来年度には複数の大きな成果が発表出来る見込みである.(1)神経ネットワーク上の発火信号の伝播のように,不均一ネットワーク上をツイートなど時間的に短時間のメッセージやイベントが伝播する系を考え,その系の中でイベント発生が非定常揺らぎを起こす条件を調べた.そこで起こりうる非定常揺らぎをさらに活性化したり,または逆に抑制したりするための制御方法を提案した(Onaga and Shinomoto, Scientific Reports 2016).この段階では発生モデルを検討しているが,実際に計測されたイベント時系列を解析することを次のプロジェクトとして計画している.(2)サル,ネコ,ラット,マウスなどの覚醒している状態の大脳皮質から計測された神経スパイク時系列の時間的パターン特徴を調べた.発火頻度には動物種に応じて大きな差がみられるが,発火不規則性については動物種に依らず脳の機能領野に強く相関していること,また異なる動物種の同一機能領野の間に共通性がみられること,を明らかにした(Mochizuki et al., Journal of Neuroscience 2016).この解析は単一神経細胞からの信号解析ではあるが,ネットワーク内の神経細胞から発している信号に共通性が見られることから,ネットワークの信号発生メカニズムには機能領野による違いがあり,またそれらに種を超えた共通性があるということが示唆される.(3)神経発火頻度の変化において離散状態を変遷することがメタボリックコストを低く抑えることとも整合していることを示した(Kostaland Shinomoto, Mathematical Bioscience and Engineering, 2016).内容は変化がみられるが,それもこれまでの研究が大きく進展をとげた結果である.論文の内容や室に関しては予想以上に成果が上がったと考えている.大規模イベントデータの解析の準備として神経データとは異なるがシリアの複数の都市の死者数データの解析を行い論文「Correlations and forecast of death tolls in the Syrian conflict. K. Fujita, S. Shinomoto, and L.E.C.Rocha, Scientific Reports (2017) 7:15737.」を発表した.