hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子化診療情報の患者への提供のあり方に関する調査研究

基盤的な健康情報沽用基盤の構築を進めるために、これまでポータビリティを確保したデータモデルを設計し、メッセージの暗号化および雷子署名のルールを公的規格にすることができた。またアクセスコントロールモデルとしてSAML+ID-WSFが利用可能なことを示したが、本研究期間で匿名化の指標として最小特定人数が利用可能なことを示した。また医療健康分野で利用できる共通IDの必要性を指摘できた。具体的には匿名化のあり方については、本研究で対象とする医療・健康情報では、多彩な情報が組み合わされて単純に個人識別可能かどうか判断が困難な場合があることを示し、特に時系列データではそれぞれのデータ項目が単純でも特定できる可能性があることから完全な匿名化は困難であることを示した。さらに少なくとも匿名性の程度を評価可能にすることが必要で、その指標として組み合わせ項目から計算可能な最小特定人数が匿名性の指標として利用可能なことを示すことができた。また健康情報活用基盤が真に有用であるためにはPre-populationとして健康に無関心であることが多い健康時にデータの蓄積を開始することが必須で、これを実現するためには医療健康分野でプライバシーに配慮しつつ用いることができ、本人が希望しない限り生涯不変である共通IDが必要不可欠であることを示すことができた。さらにこれまので成果を含めて厚生労働省、総務省、経産省の三省が連携しておこなった健康情報活用基盤実証事業に組み入れ、2回の市民シンボジウム等で広く公表することができ、また現在内閣官房を中心に検討が進められている税と社会保障の共通番号の議論に提言として反映することができた。基盤的な健康情報活用基盤の構築を進めるために、これまでポータビリティを確保したデータモデルを設計し、メッセージの暗号化および電子署名のルールを公的規格にすることができた。.またアクセスコントロールモデルとしてSAML+ID-WSFが利用可能なことを示したが、本研究期間で匿名化の指標として最小特定人数が利用可能なことを示した。さらにこれまので成果を含めて厚生労働省、総務省、経産省の三省が連携しておこなった健康情報活用基盤実証事業に組み入れ、2回の市民シンポジウム等で広く公表することができ、また現在内閣官房を中心に検討が進められている税と社会保障の共通番号の議論に提言として反映することができた。
遺伝子共発現ネットワーク解析を用いたイソフラボノイド生合成関連転写因子の機能解析

イソフラボノイド生合成経路に関与する転写因子の単離を目的として、イソフラボノイドを蓄積するアヤメ科植物であるジャーマンアイリス(Iris germanica)を対象に、次世代シークエンサーデータ(RNA-Seq)を用いてEST解析の整備を行った。また、ジャーマンアイリスの不定根培養細胞の時系列実験において、カスタムDNAアレイ解析を行った。さらに、ネットワークの描画トポロジーに注目して相関係数の閾値を自動的に決定する金平糖アルゴリズムによる遺伝子共発現ネットワーク解析ソフトを開発した。この解析ソフトを用いて、公開シロイヌナズナDNAアレイデータを用いて、ネットワーク解析の検証を行った。本研究では、シロイヌナズナの二次代謝生合成と転写因子の基盤研究から得られた知見を基に、シロイヌナズナには存在しないイソフラボノイド経路を有する実用植物を材料とし、DNAアレイによる遺伝子共発現ネットワーク手法を用いて、イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の単離と機能解析を行う。実用植物における二次代謝産物の遺伝子機能解析を効率化する手法としてネットワーク解析の有益性を実証し、新しい研究手法の道筋を示す。イソフラボン配糖体を高蓄積するジャーマンアイリス(Iris germanica)の培養不定根を用いた次世代シークエンスデータ(イルミナ社Hiseq1000によるRNA-Seq解析)から、Agilent社のフリーソフトeArray7を用いてDNAマイクロアレイをデザインし構築した。ジャーマンアイリスの不定根は固体培地から液体培地に移植するとイソフラボノイド生合成が活性化されることが明らかにされている。イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の単離を目的として、移植後の時系列培養細胞(0日、1日、2日、3日、4日、5日、6日、7日、14日、21日、28日)から、それぞれ全RNAを調整した。作成したDNAマイクロアレイを用いて、3反復によるジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析を実施した。ネットワークの描画トポロジーに注目して相関係数の閾値を自動的に決定する金平糖アルゴリズムを適用し共発現遺伝子群を選出した。現在、更なる遺伝子発現解析中である。本研究での金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を効率的に行う且つ、ユーザーフレンドリーなツールに改良するために、金平糖JAVAネットワーク解析ソフトの改良し、金平糖JAVA-GUI解析ソフトを開発した。現在、遺伝子共発現遺伝子用の詳細な条件検討を行っている。実用植物における二次代謝産物の遺伝子機能解析を効率化する手法としてネットワーク解析の有益性を実証し、新しい研究手法の道筋を示すことを目指した。現在、金平糖JAVA-GUI解析ソフトを用いて、イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の候補を選抜し、遺伝子のクローニングと機能解析を継続中である。ジャーマンアイリス(Iris germanica)の不定根は固体培地から液体培地に移植するとイソフラボノイド生合成が活性化されることが明らかにされている。

イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の単離を目的として、移植後の時系列培養細胞(0日、1日、2日、3日、4日、5日、6日、7日、14日、21日、28日)から、それぞれ全RNAを調整した。品質検定を行い、シークエンスライブラリーを作製後、Genome Analyzer IIx(イルミナ社)による、Multiplexed Paired-Endシークエンス解析を実施しシークエンスデータを取得した。アセンブル(ESTクラスタリング)はCLC genomics workbenchソフト(CLC bio社)用いて行い、本研究で得られたデータに加えて、Iris属植物の公開ESTデータ(6745個)及び以前取得した約3万個のESTデータ[花菖蒲(I. ensata)の花弁及びジャーマンアイリスの不定根由来]を加えたハイブリットアッセンブルを実行した。途中のBLAST検索の結果では、イソフラボンを蓄積するジャーマンアイリスの不定根ではイソフラボノイド生合成経路の上流(PALからCHIまで)のホモログは得られた。現在、Agilent社のフリーソフトeArray7を用いてDNAマイクロアレイ設計中である。予定通り、次世代シークエンスデータを用いて、アイリス属植物のDNAマイクロアレイの設計を完了し、作成したDNAマイクロアレイを用いて、ジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析を実施した。金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を行うためのデータの前処理に時間が掛かった事により、現時点で、得られたモジュールに含まれるイソフラボノイド生合成関連酵素遺伝子群に対する制御因子の候補を選抜し、遺伝子の単離段階まで、研究が進捗していない。しかし、金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を効率的に行う且つ、ユーザーフレンドリーなツールに改良するために、金平糖JAVAネットワーク解析ソフトの改良し、金平糖JAVA-GUI解析ソフトを開発した。これにより、今後の解析が順調に進むことが期待できる。マイクロアレイ実験は行っていないが、DNAマイクロアレイ設計段階まで経過している。本研究課題では、二次代謝生合成研究の推進に対し、次世代シークエンサーによるEST情報の有効活用を提案しており、アヤメ科Iris属植物のDNAアレイによる遺伝子共発現ネットワーク手法を行うための基盤が整備された。本研究課題の今後の推進方策について、ジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析に関して、金平糖アルゴリズムによる遺伝子共発現ネットワーク解析を重点的に行う。イソフラボノイド生合成遺伝子群のモジュール候補選抜を行う。イソフラボノイド生合成遺伝子群のモジュール候補に転写因子が含まれない場合には、金平糖アルゴリズムによるコアの遺伝子の数の変更などの若干のパラメータの調整を行う。アノテーションの不完全な遺伝子に関しては、シロイヌナズナやイネのGO(Gene Ontology)解析と比較しながら行う。また、アイリス属の転写因子リストもGOベースで再リスト化を行う。
統計調査で得られる統計量の漸近分布の研究

今年度は、標本調査法において最も基本的な枠組みである、有限母集団からの非復元単純無作為抽出で得られた標本の、標本中央値の漸近分布について漸近的に正規分布以外の非正則な分布に従う一例を構成し、元山斉「有限母集団からの非復元単純無作為標本において中央値の漸近分布が正規分布以外となる一例」青山経済論集,70(2019) pp.31-37に発表した。ここで得られた漸近分布は、従来の研究では見られなかった特徴を示しており、今後の研究にもつながる意義のある成果と考えられる。加えて、先進国と発展途上国を含む広範な国別の長期にわたるパネルデータの分析を行った共同研究の成果の一部を共同報告の形で、日本経済学会の秋季大会(学習院大学目白キャンパス)で、高準亨、元山斉、佐志田晶夫"Financial Stability, Impossible Trinity, and Macroprudential Policy"で報告を行った。この論文は、現在、査読付きの欧文誌に投稿中である。また、昨年度に引き続いて、有限母集団からの非復元単純無作為抽出の枠組みでの標本分位点の分布が漸近的に正規分布に収束する速度を評価するための、Berry-Esseen型の不等式の確立について検討を行った。それに加えて、非線形な回帰推定量について漸近正規性の成り立つ正則条件について検討を行った。その結果、従来の独立同一標本の枠組みでの漸近論の正則条件を、一部、有限母集団に合わせて修正した条件の下で、独立同一標本の場合と同様の漸近分布が得られることが確認された。これらの成果については、学会や研究集会等で報告を行ったのち、査読付きの欧文誌に投稿する予定である。研究計画にあげた内容について、すべてについては精査されていないが、研究を行った内容については、確実に成果は上がっており、全般としてはおおむね順調に進展していると考えている。引き続き、数理的検討を行うとともに、研究会等で報告し、数理と応用の両方の専門家から、技術的および実務上のアドバイスももらいながら、研究を進めていく予定である。近年、国内外でミクロデータと呼ばれる調査データの個票の公開が進み、統計法の改正に基づいた公的統計データの公開もその動きに拍車をかけ、従来は、集計データに基づいていた分析から調査データによる分析が主流となってきている。従来の統計・計量経済の理論の多くは、独立同一標本や時系列構造を前提として構築され、中心極限定理に代表される、豊富で魅力的な漸近理論が構築され、分析手法が確立されて来た。しかしながら、現実の調査データの多くは独立ではなく非復元の無作為抽出や、さらに複雑な層別抽出、多段抽出、クラスター抽出などで得られている。このような標本抽出の枠組みにおける推定は、ときとして推定量に偏りをもたらし、統計量の漸近分布評価を困難とする。しかしながら、このような標本抽出を行った際の統計量の分布についての研究は数学的な煩雑さ困難から未だ十分に行われているとは言い難い。本研究は、上で述べた問題に重点的に取り組み成果を挙げようとするものである。今年度は、独立同一標本における基本文献の精読を進め、中央値の漸近正規性を従来方法とは異なった手法で証明をして、元山斉「有限母集団からの非復元単純無作為標本に基づく中央値の漸近正規性の一証明」「青山経済論集」第68巻第3号2016年12月,pp.67-75.で発表をした。また、ノンパラメトリック推定で用いられる幾つかの統計量についても漸近正規性を証明して、投稿の準備を進めている。現在までは、既存研究の精査とそれらを踏まえた上での非線形統計量、ノンパラメトリック分析で使用する幾つかの統計量について漸近正規性を証明しており、投稿準備を進めている。現時点までではおおむね順調に進んでいると評価できると考えているが、投稿後、採択までのスケジュールを考えると、より一層早いペースで研究を進めたいと考えている。平成29年度は、研究計画で挙げていた社会・経済の標本調査データにおいて基本である統計量といくつかの計量分析モデルにおける推定量の漸近分布について、理論的な検討を行い、漸近分布を導出して専門誌への投稿を行った。それらの研究においては、従来漸近分布を導出する際に仮定されていた正則条件の緩和を行い、一般化を行い現実の広範な標本調査データについて適用を行う上での有用性を保証した。これにより、ミクロデータ解析における推測統計の基礎を広げた。また、それ以外にも、従来、漸近分布が導出されていなかった統計量についても漸近分布を求めることに成功し、統計的推論の可能性を拓いた。上記の漸近分布についての研究結果については、複数の大学における研究セミナーで報告を行い、今後のさらなる拡張と応用の可能性につながるコメントを頂いた。また、層別抽出、多段抽出、クラスター抽出などの複雑な標本抽出で得られたデータを用いて推定を行う際は、調査ウェイトを用いて標本を重みづけして推定を行うことが一般的であり、回帰分析を行う際も独立同一標本に対するような最小2乗法を実施をすると、時として大きな偏りが生じることが以前から指摘されていたが、調査ウェイトを用いて回帰分析を行った際のモデル選択のCp基準についての結果と、公的統計の複数の調査データをレコード・リンケージして接続(照合)した際のデータ解析の結果とその分析の限界についての論文を発表した。また、補助的な変数を用いて、ウェイトをつけて合成した仮想的なデータを作成し政策効果を評価した研究についても、学会で報告を行った。

研究の進捗状況については、一定の結果が得られていると理解しているが、論文の形でまとめあげ投稿する点については、予定よりも進んでいないため、概ね順調という表現に留めている。今年度は、標本調査法において最も基本的な枠組みである、有限母集団からの非復元単純無作為抽出で得られた標本の、標本中央値の漸近分布について漸近的に正規分布以外の非正則な分布に従う一例を構成し、元山斉「有限母集団からの非復元単純無作為標本において中央値の漸近分布が正規分布以外となる一例」青山経済論集,70(2019) pp.31-37に発表した。ここで得られた漸近分布は、従来の研究では見られなかった特徴を示しており、今後の研究にもつながる意義のある成果と考えられる。加えて、先進国と発展途上国を含む広範な国別の長期にわたるパネルデータの分析を行った共同研究の成果の一部を共同報告の形で、日本経済学会の秋季大会(学習院大学目白キャンパス)で、高準亨、元山斉、佐志田晶夫"Financial Stability, Impossible Trinity, and Macroprudential Policy"で報告を行った。この論文は、現在、査読付きの欧文誌に投稿中である。また、昨年度に引き続いて、有限母集団からの非復元単純無作為抽出の枠組みでの標本分位点の分布が漸近的に正規分布に収束する速度を評価するための、Berry-Esseen型の不等式の確立について検討を行った。それに加えて、非線形な回帰推定量について漸近正規性の成り立つ正則条件について検討を行った。その結果、従来の独立同一標本の枠組みでの漸近論の正則条件を、一部、有限母集団に合わせて修正した条件の下で、独立同一標本の場合と同様の漸近分布が得られることが確認された。これらの成果については、学会や研究集会等で報告を行ったのち、査読付きの欧文誌に投稿する予定である。研究計画にあげた内容について、すべてについては精査されていないが、研究を行った内容については、確実に成果は上がっており、全般としてはおおむね順調に進展していると考えている。これまでに得られた成果をまとめて投稿を行うと同時に、新規に対象として取り扱う統計量や関連した研究の可能性も含め文献精査を基に研究を進めていきたいと考えている。引き続き理論的な精査を行い、新たな文献の検討と応用と拡張を検討するとともに、得られた結果をまとめ専門誌への投稿を進める。平行して、セミナーでの発表を通じて、研究者からのコメントを基に、論文の改善を試みる。引き続き、数理的検討を行うとともに、研究会等で報告し、数理と応用の両方の専門家から、技術的および実務上のアドバイスももらいながら、研究を進めていく予定である。予算執行上、端数が生じたため。端数の調整の関係で微小な次年度使用額が生じた。本年度執行予定であった金額から一部の残金が生じたが、研究書籍の購入や英文校正謝金などで、今年度、執行の予定である。170円と非常に少額であるため、物品費等に含めて調整し執行を予定している。
超尖鋭な先端を持つカーボンナノチューブの電界電子放出と電子源への応用

カーボンナノチューブは,電界放出エミッターとして有利な物理化学的性質を備え,電界放出型電子源の陰極材料としての応用が期待されている。本研究では、ナノチューブからの電界放出の基礎特性の評価,ならびにナノチューブ冷陰極電子源を備えた電子ディスプレイ素子の試作を行い,下の成果を得た。1.電界放出顕微鏡法(FEM)による電子放出特性の評価作製したFEM装置を用いて,多層ナノチューブ(MWNT),ナノグラファイバー(NGF),単層ナノチューブ(SWNT),気相成長カーボンファイバー(VGCF)などの種々のカーボンナノチューブからの電子放出の基礎特性を評価した。電界放出の閾値電圧が最も低く,最も高い電流が得られたナノチューブは,酸化処理により先端を被ったMWNTであった。このあと,エミッション特性は,精製したSWNT,NGF,未処理MWNT,VGCFの順で低下した。2.カーボンナノチューブ陰極面からの電子放出特性の評価金属基板表面に塗布したナノチューブ膜からの電子放出を調べ,陰極-グリッド間距離が1mm,グリッド電圧が750Vの場合,NGFでは2.5mA/cm^2,MWNTとSWNTでは約0.1mA/cm^2の電流密度が得られた。3.雰囲気ガスのナノチューブエミッタの寿命に及ぼす影響酸素,水,窒素およびアルゴン雰囲気においてナノチューブエミッタの寿命テストを行った結果,酸素が寿命に最も悪影響を及ぼすことが明らかになった。酸素圧が10^<-7>Torr以上では,寿命が著しく低下した。4.カーボンナノチューブ電界放出電子源の試作と評価ナノチューブを陰極とする蛍光表示管を試作し,ナノチューブ電界放出電子源の性能を評価した。その結果,100μA以上の電流を観測し,実用に耐える十分の寿命と輝度を得ることができた。カーボンナノチューブは,グラファイトシートを円筒状に丸めた構造を持ち,直径が130nmと非常に細いので,その先端も曲率半径が小さく尖っている。さらに,ナノチューブは化学的に安定でしかも機械的な強度が強いので,電界放出のエミッターとして好適である。実際に,電界放出型電子源の陰極材料としての応用が期待されている。しかし,チューブ先端の電子放出部分の原子構造はもちろん、電子放出パターンや電子源としての基礎特性はまだ明らかにされていない。本年度は、まず電界放出顕微鏡(FEM)およびプローブホール電流測定装置を作製し,これらを用いてカーボンナノチューブ先端の原子構造の観察および電流-電圧特性の測定を行った。本研究では,多層ナノチューブおよび単層ナノチューブからの電子放出を調べた。閉端多層ナノチューブからの電界放出パターンには,おのおののチューブに対応した斑点が観察されたが,その内部には原子構造を反映する微細構造は観察されなかった。他方,開端多層ナノチューブにおいては、先端の開いた構造を反映したリング状のパターンを観察し,電界放出が先端部の切り口全体から生じていることを明らかにした。単層ナノチューブからの電界放出パターンは閉端多層ナノチューブからのものとよく似ていて,幾つかの斑点が観察された。それぞれの斑点は単層ナノチューブの束に対応することを示した。プローブホールを用いて測定した電流電圧特性から,電子放出開始の閾値電圧は開端ナノチューブにおいて最も低いことを見い出した。本年度は、電界放出顕微鏡法(FEM)によるカーボンナノチューブからの電子放出の基礎特性を前年度に引き続いて調べるとともに,ナノチューブを陰極とする電子ディスプレイ素子を試作しその性能評価を行った。

1.カーボンナノチューブからの電子放出特性の評価ヘリウムカス中でのアーク放電により作製した通常のカーボンナノチューブの他,水素ガス中作製の多層ナノチューブ(MWNT)と化学気相成長カーボンファイバー(VGCF)を用いて電界放出の実験を行った。(1)水素ガス中作製の多層ナノチューブ水素ガス中で炭素をアーク放電すると,陰極堆積物の表面にMWNTが高密度で成長する。水素ガス中で合成したMWNTの特徴として,カーボンナノ粒子やグラファイト結晶片などの副生成物が少ないこと,MWNTの先端部が破れささくれていることが挙げられる。これらの特徴は,電子放出材料として有利である。実際にヘリウムガス中作製の未精製MWNTよりも電子放出のしきい値電圧が低く,電流密度も高かった。(2)気相成長カーボンファイバー気相成長カーボンファイバー(VGCF)は直径が100nmオーダー,長さが数μm以上ある。未処理VGCFは直径が太く,その集合体は綿状であるために,アーク放電で作製されたMWNTにくらべ,電子放出が劣っていたが,酸化処理を施し,直径を細くすることにより,MWNTの電子放出特性に近づけることができた。2.カーボンナノチューブ電界放出電子源の試作と評価ナノチューブを陰極とする蛍光表示管を試作し,ナノチューブ電界放出電子源の性能を評価した。その結果,100μA以上の電流を観測し,実用に耐える十分の寿命と輝度を得ることができた。本年度は,実用化をより重視して,ナノチューブを金属基板表面に膜状に塗布した試料を陰極とし,二極あるいは三極管型の測定装置による電子放出特性の評価を行った。さらに,雰囲気ガスのナノチューブエミッタの寿命に及ぼす影響についても評価した。1.カーボンナノチューブ陰極面からの電子放出特性の評価多層ナノチュウーブ(MWNT),ナノグラファイバー(NGF)および単層ナノシューブ(SWNT)を電子放出素材に用いた。評価装置は陰極,グリッドおよび陽極(蛍光スクリーン)からなる三極構造をもつ。陰極-グリッド間距離を1mmとして,グリッド電圧に対する放出電流を測定した。NGFでは,グリッド電圧500Vで20μA/cm^2,750Vで2.5mA/cm^2の電流密度が得られた。他方,MWNTでは,グリッド電圧500Vで2.5nA/cm^2,750Vで0.1mA/cm^2が得られた。SWNTも,MWNTとほぼ同じ電流-電圧特性が得られた。また,グリッドを外し,二極構造(陰極-スクリーン間距離0.5mm)とすることにより,エミッシヨンパターンを観察した。その結果,SWNTからは直径約0.2mmのリング状のパターンが観察された。2.雰囲気ガスのナノチューブエミッタの寿命に及ぼす影響圧力10^<-7>から10^<-5>Torrの酸素,水,窒素およびアルゴン雰囲気において100時間にわたり放出電流の経時変化を測定した。試料には多層ナノチューブ(MWNT)を用い,これを導電性ペーストでヘアピン形フィラメントの先端に接着して陰極とした。初期放出電流を50μAとし,その後の放出電流の時間変化を調べた。その結果,放出電流の減少速度は大きい順に,酸素,水,窒素,アルゴンであり,酸素がナノチューブエミッタの寿命に最も悪影響を及ぼすことが明らかになった。
機械学習を利用した反応材料分布と環境エネルギー条件の推 定法構築

化学反応のシミュレーションには通常量子力学の計算が必要で、低分子であっても、多くの計算リソースを必要とする。本研究では、これを解決するため、関係する分子の量とエネルギーを統計分布で表現し、モンテカルロ法でシミュレーションする方法を提案、一部実装した。提案方法は粒子の状態を分布で代用するため、分子に特異的な構造に依存するような高分子の反応には向かないが、モンテカルロ法であるため計算機の能力に応じた正確さの結果を得ることができる。このため一般のパソコンで粗い結果を得てから大型計算機で正確な結果を効率よく探索可能である。プログラムは広く国民に無償利用していただけるよう公開準備をしているところである。機械学習を利用した新しい低分子専用の反応シミュレーション手法を構築するため、初年度である本年度は、主に文献調査と、関係する専門領域の研究者とディスカッションを多く行った。特に計画を中心に研究会等で積極的に発表し、広く興味を持ってくれた研究者との議論を行い、設計システムの問題点と改良方法、利用可能な既存技術、ライブラリなどを横断的に調べた。その結果、本提案システムは十分に実現可能であるものの、類似の先行研究が存在し、さらにその問題点を克服することで、新しい方向性の意義を提案できることが分かった。具体的には、申請時の方法では反応に関係する分子が同時に3つ以上である場合(最も簡単な場合は水素の燃焼である)をシミュレートできなかったが、分子が遊離してイオンになる過程(反応の素過程)も一つの化学反応として解釈することで、これを克服できることが分かった。また、プロトタイプの作成により、着目分子以外をすべて平均場と見なすと、探索空間に対して反応履歴の時系列が不足し収束しにくいことも分かった。そこで、分子を種類と運動エネルギーで区分し保持する方法を考案した。類似の先行研究としてGillespieアルゴリズムが存在するが、平衡定数として実験値を参照する必要があるため、複雑で未知の反応には利用できない。そこで、現在のところ、申請時のアイデアと反応の素過程に踏み込む方法を併用して、これを改良することに取り組んでいる。機械学習を利用した新しい低分子専用の反応シミュレーション手法を構築するため、二年目となる本年度は、主に逆問題を解くためのプログラム開発に注力した。特に順問題よりも逆問題を解くことに力点をおいて、仮定された問題についてのいくつかのサブルーチン開発を行った。また、研究会等で積極的に発表し、広く興味を持ってくれた研究者との議論を行い、設計システムの問題点と改良方法、利用可能な既存技術、ライブラリなどを横断的に調べた。昨年度見つかった類似の先行研究を実装し、その問題点を実際に洗い出した。研究の進展に伴い、申請時のアイデアからは変容しているが反応の素過程に踏み込む方法は新しく、一つの有望な提案手法として改良することに取り組んでいる。本年度も引き続き、他機関を含めた幅広い研究者と積極的に議論し、実装とその改良を行った。特に、分子基単位の計算を行うように基本的な入力仕様を変更した。これはエネルギーだけを考慮した単純な結合乖離処理だと、現実にはあり得ないイオン化が頻発するためである。本来量子計算をするべき化学反応を粗視化によって回避することが本課題のテーマの一つであるので、その代わりとして既存の知見(すなわち分子基自体の容易な解体はないという実験的事実)を利用できるように改良することは適切な方向性であると考える。ただし、環状構造をもつ分子のグラフ構造解析に問題があって、結果の出力が安定しない等の問題があり、現時点でこの結果はまだ公表していない。何かバグ等がある可能性が高いので今後精査したい。また、パラメータの入力方法をJSONからXMLに変更した。これは将来的に(出力フォーマットがXMLである)LibreOffice等の表計算ソフトからパラメータ設定できるようにするためである。次年度は結果の出力を可視化する部分にも手を入れる必要があると考えている。その他、本テーマを実行する上で様々なテスト用の擬似的なデータを(半自動的に)生成する必要があり、そのためのシステム構築を行った。実施機関の管理下にあるホストにWebページを制作し、Webからのパラメータ入力のみで、比較的複雑な時系列データを生成できるように実装を行った。この結果は広く国民に無償利用していただけるよう、将来的な公開を前提として準備しており、今年度はいくつかの学会・研究会で現状を報告した。プログラム開発は順調に推移している。擬似的なデータ生成システムも構築した。機械学習を利用した新しい低分子専用の反応シミュレーション手法を構築するため、本年度も引き続き、他機関を含めた幅広い研究者と積極的に議論し、実装とその改良を行った。現時点では反応時の計算負荷を減らすため、分子基単位の計算において新しい分子が生成されたとき、乖離しうる全パターンをメモリ上に持つという、やや強引な設計となっている。パターンは指数的に増大するので効率は悪い。環状分子などでも結合点を与えるだけで適切な分解を高速に計算できる仕組みを考えているところである。設計は可搬性を考慮して標準C++11の枠を出ないようにしているが、その枠内での並列化も今後の課題である。また、本来量子計算をするべき化学反応を粗視化によって回避することが本課題のテーマの一つであるので、成果を論文として公刊するには正確と考えられる量子計算あるいは実際の化学実験との結果を比較する必要があるが、その点でデータ入手の壁にぶつかっている。本研究がテストケースとして行っている簡易な計算は量子計算における主要なテーマでないため、比較のためのデータが見つけてられていない。

今後より積極的に他機関の研究者との連携が不可欠である。その他、本テーマを実行する上で様々なテスト用の擬似的なデータを(半自動的に)生成する必要があり、そのためのシステム構築を引き続き行った。結果は広く国民に無償利用していただけるよう、将来的な公開を前提として準備しているところである。UPSの劣化と停電のため、開発中のソースコードと計算結果とそれらのバックアップが同時に失われるという事故があり、現在一部コードの書き直しをしているところである。そのため実施期間の延長を予定している。最終年度ではC++言語にて反応シミュレータを実装し、与えられた複数の分子式から反応を起こし、物質の分布を取り出すところまでできるようになった。これを利用して水分子を含む軽分子のシミュレーションを試験的に行った。計算機の故障、買い替えや計画途上での様々な変更があったが、最終的にはシンプルさを追求し、分子の分布に従った反応分子の選択と分子内の原子選択の二段階で反応分子を選択し、ポテンシャルの差に応じた量の反応が進むとしたモデルが実際的であった。このように極端に単純化した系でも、定性的な現象が見られることは驚きでもあった。しかしながら本課題で取り組むべき「機械学習を使う」という点には未達成の部分が残った。計画では順方向としての反応からパラメータを抽出し、時間を逆行した遡及的な反応推定を行いたかったが、分布が安定するまでに相当な時間がかかり、またそもそも分布が安定しないことが多々あるために、そのままでは学習パラメータとして使えないという点が知見として得られた。研究代表者が年度途中で事務部門へ異動となったため、研究をまとめるための時間を取れず論文発表に至らなかった点が悔やまれる。設定された計画はここで終わるが、量子計算を回避しつつ、ある程度に適正な答えを得る方法として十分な手応えを得た。現在のシステムはプロトタイプということで随所に試験的なコードが挟まっているため、今後改良をすすめ、ソフトウェアを公開し、研究・開発・教育のため広く社会に供してゆきたい。化学反応のシミュレーションには通常量子力学の計算が必要で、低分子であっても、多くの計算リソースを必要とする。本研究では、これを解決するため、関係する分子の量とエネルギーを統計分布で表現し、モンテカルロ法でシミュレーションする方法を提案、一部実装した。提案方法は粒子の状態を分布で代用するため、分子に特異的な構造に依存するような高分子の反応には向かないが、モンテカルロ法であるため計算機の能力に応じた正確さの結果を得ることができる。このため一般のパソコンで粗い結果を得てから大型計算機で正確な結果を効率よく探索可能である。プログラムは広く国民に無償利用していただけるよう公開準備をしているところである。当初より実装の一部を外注することを計画していたが、人材派遣会社二社に問い合わせても適切な人材がみつからず、その結果、実装をすべて研究代表者が一人で作成することとなり、現状では進捗が遅れている感が否めない。分子内構造をある程度考慮できるようにプログラムを改良する。
社会関係資本の形成を促す感情教育の理論とカリキュラム

共感性を育成する感情教育について、理論と実践の両面から探求した。会話場面において、共感性はディヴィドソンの寛容の原則にしたがって解釈者の側に課せられる。ルーマンの社会システム論は、共感性の機能をシステム環境における複雑性の縮減として分析する。以上の理論を感情教育の教授方法として統合するために、ディヴィドソンの行為の非因果説とエンゲストロームの文化・歴史的活動理論を用いた。具体的な感情教育プログラムの適用例として、堺市教育委員会が実施する子ども堺学について考察した。平成24年度は社会関係資本の基礎を育成する感情教育の理論の構築のために、エンゲストロームの活動理論との関わりを検討した。社会関係資本は、協働を伴う活動に機能する。活動理論は、個の行為(action)と集団の活動(activity)の連結を説明する。社会的ネットワークへの参入を動機づける上で有効な「感情」がいかなるものであるか、活動理論の観点から探究した。活動理論によるなら、個の行為は帰属する共同体活動の分業として行われる。それに関連して、次の4つの様相において感情がはたらくと考えられる。(1)共同体の帰属と規範に関する感情、(2)共同体活動への分業的参加に関する感情、(3)行為における道具使用を指向する感情、(4)分業と道具使用に関するルール遵守の感情の4つである。この4つの様相において、個を社会的ネットワークへの参加を促す感情教育のあり方を構想する方向で研究を進める。平成23、24年度を通して、言語哲学的な観点から(1)の共同体への帰属と規範的感情に関連する基礎的考察を行ってきた。母語習得による社会化の過程で獲得される資質能力のうち、他者との意味の共有を可能にするコミュニケーション能力がある。クワイン、ディヴィドソンは、価値や真理の多くを他者と共有するとみなすことで、言語的交流が生じるとした。「寛容の原理」と呼ばれるこの原理こそは、共感性の基礎を育成する感情教育の根本的要素の一つである。それと並行して、協同学習の分析を通して(1)(4)における感情教育の可能性を検討している。エンゲストロームによれば、活動システムの諸要素に当該社会の内的矛盾が浸透し、それによって活動が作動する。個と集団の共感性も、内的矛盾と独立にはありえない。協同学習における矛盾と解消が共感性とどのような関連をもつか、それを明らかにすることで感情教育の方向性を見出したい。研究課題について活動理論と行為論哲学の成果を整理し、次の2点を確認した。(a)エンゲストロームの活動理論では「集団発達の最近接領域」概念が提唱され、活動システムの変換や他システムとの協働の局面に社会関係資本が活用される。(b)ディヴィドソンの行為論とルーマンのシステム論は、「個/集団」という異なる次元の社会関係資本を連接し、「個ー集団の共感性を育成する感情教育」のカリキュラムを提供しうる。エンゲストロームによれば、集団の内的矛盾を資源として特定の個に生じた拡張的学習がすべての成員に広まるとき、集団は発達し次の局面に移行する。協働とは他者に生じた拡張的学習の自己への適用の過程であり、その協働を促す「感情的道具」として機能するのが共感性である。よって共感性は社会関係資本をもたらす要因の一つとみなしてよい。感情教育の目的は社会関係資本獲得のための資質として共感性を育成することである。ディヴィドソンの理論は、感情教育のミクロな方法論を提供する。ディヴィドソンの言語哲学の帰結である「寛容の原則」は、他者関係があくまでの主体の能動的信頼によることを根拠づける。またディヴィドソンの行為論では、信念と欲求からなる「基本的理由」が行為の原因となることを明らかにしている。共感性育成の感情教育プログラムの要諦は、「基本的理由」に「寛容の原則」が組み込まれるべく学習内容と学習方法を構成することにある。ルーマンのシステム論は、ミクロに生じた感情教育の成果を集団に拡張するための理論的根拠を提供する。個の共感性は集団発達の過程ではたらき、社会関係資本を産出する。したがって感情教育プログラムのマクロな目的は、個ー集団を結ぶ方法を習得させることにある。ルーマンの構造的カップリング概念を活用することにより、心的システム(個)と環境(集団)の相互依存関係をつくりだす感情教育プログラムが可能である。2011年度は本研究のテーマの基礎的理論である「社会関係資本」および「認知心理学的な協働」について整理した。社会関係資本を「社会的ネットワークに埋め込まれた資源」(リン, 2001)と定義するとき、地位達成にかかわって「関係的資源命題」「地位の強み命題」「弱い紐帯の強み命題」の3つが定式化される。ネットワークに埋め込まれた資源が良好であること、もともとの構造的地位が良いこと、紐帯が弱いこと、この3つに応じて、社会関係資本による地位達成効果は大きくなる。

パトナム(1993, 2000)は、集合財としての社会関係資本の動態を明らかにした。組織や活動への「参加」の程度が高いコミュニティほど政治的、経済的な生産性と平等性が促進される。対面的に他者と出会う場に「参加」することが、他者信頼や寛容といった「市民的美徳」の高まりを生む。ブレトンウッズ体制崩壊後の経済のグローバリズムは、新古典派経済学に主導された市場主義的国家体制を出現させた。しかしポラニー(1957)が指摘したように、生産要素(土地、労働、貨幣)を商品化するとき社会的な弊害が生じ、社会防衛が必要となる。社会関係資本は、市場とコミュニティとの相補関係を構築するためのセーフティネットとして機能することが期待される。志水(2009)の全国学力調査結果と社会関係資本との相関分析から、経済階層下位の児童生徒に対する社会関係資本の効果が実証されている。児童生徒に社会関係資本の基礎として育成すべき資質を考えるとき、ポストヴィゴツキー学派に「協働」に関連した理論研究の蓄積がある。「社会文化理論」(ワーチ他)と「活動理論」(エンゲストローム他)に大別され、ヴィゴツキーに由来する「媒介」「内言と外言」「発達の一般発生法則(精神間/精神内)」「発達の最近接領域」「発達の内化モデルと参加モデル」といった概念を用いて研究を展開している。哲学、社会学との関連から意味の共有と共感性について理論構築する作業は順調に進んでいる。今年度で3本目の論文を作成する予定である。遅れが生じているのは、ポスト・ヴィゴツキー派の理論を整理して感情教育の論考に向か当初の予定を変更したからである。エンゲストロームの活動理論は、資本主義経済における感情教育のあり方に有効な視点を提供しうることを発見した。そこで現在、文献調査をエンゲストロームにしぼって継続中である。エンゲストロームの文献は非常に多い(著書29冊、200本近い論文)。それにもかかわらず翻訳が少ないため、文献調査に時間がかかり、計画の進行が当初の予定より遅れている。当初の計画通り、平成23年度は研究テーマに関連する先行研究の整理をおこなった。特にミクロな関係性についてのリンの議論、マクロな観点からのコミュニティ論としてのパトナムの研究を整理することにより、社会関係資本の政治経済学的側面を明らかにすることができた。また経済のグローバリズムの研究を通して、学力と学習意欲の階層間格差という社会的課題に対して、社会関係資本がセーフティネットワークとして機能するという示唆を得た。このことは、本研究のテーマである「感情教育」の実践化への大きな根拠となると考える。経済学関連の理論整理が増えたため、「共感性」「感情教育」「道徳教育」についての理論整理がやや遅れている。しかしポストヴィゴツキー派の理論整理を通して、「感情教育」の全体構想を描くことができているので、時間的な遅れを取り戻すことにそれほど大きな困難はないと考えている。平成25年度は、3年間のまとめとして次の2つについて研究をおこなう。(1)平成23,24年度に引き続いて、言語哲学と社会学的システム論にもとづく意味の共有と社会関係資本との関係の考察をおこなう。このテーマについて3本目の論文を作成する。
生体試料分析とインシリコ解析を用いた薬物乱用を立証するための分析法の構築

国内・国外を問わず、麻薬や危険ドラッグなどの薬物の乱用による傷害事件,交通事故および中毒事故等が頻発しており、薬物の鑑定に関しては、多くの分析法が報告されている。しかし、生体内では薬物が代謝されたり、胃酸など消化液による分解反応を受けたりして、親化合物の検出が困難な場合があることや、乱用者が薬物を使用(服用)した時期と、検挙後に血液や尿など生体試料を採取した時期にタイムラグがあるため、使用した時期を推定するのが困難であることなど、“薬物使用"を立証する上での問題点がある。そこで本研究では、生体試料中の微量薬物分析法を検討すると共に、薬物の使用(服用)時期や量を推定するため、薬物とその代謝物や、胃・腸など消化管内における分解物に焦点を当てて薬物動態を調査することとした。本年度は、乱用薬物を迅速に且つ網羅的に判定する分析法としてLC/TOFMSを用いた痩身用薬物の一斉分析法(Chromatography, 40(1), 2019, 19-24)や、HS-SPME-GC/MSを用いた危険ドラッグの一斉分析法(Forensic Chemistry, 2019, DOI: 10.1016/j.forc.2019.100156)を構築した。また、化学計算によって算出するLogPowとLC保持時間に基づく未知の薬物の定性分析法についても危険ドラッグを対象とした方法論を構築済みであり、現在、学術雑誌へ投稿準備中である。更に、薬物とその代謝物や、胃・腸など消化管内における分解物に焦点を当てた薬物動態調査に関しては、ベンゾジアゼピン系向精神薬、三環形抗うつ薬およびバルビツール酸系睡眠薬を分析対象物質として人工胃液を用いたin vitro実験を遂行し、生体内分解物の同定および物理化学的な挙動の解明を行っている。これらの結果から、本研究事業タイトルで示された目的は達成されたと考える。本研究申請時における平成30年度の計画では、危険ドラッグや麻薬、覚せい剤、向精神薬、有機溶剤(アルコール、シンナー、亜硝酸エステル類)などを想定し、これら乱用薬物を迅速に且つ網羅的に判定するために、LC/TOFMSやHS-SPME-GC/MSを用いた分析法を構築し、また、化学計算によって算出するLogPowとLC保持時間に基づく未知の薬物の定性分析法の検討を年度内における目標としていた。これらについては、上記の「研究実績の概要」で述べたように、すでにほぼ達成され、学術論文としても報告している。更に、平成31年度の研究計画として挙げていた、向精神薬や睡眠薬、β2作動薬などを対象として、胃液や腸液と接触して放置された際の薬物の化学的分解挙動、また肝臓での代謝を想定した酵素反応をin vitroで分析・調査し、生体試料分析における有効なターゲット物質を探索する研究に関しても、すでに開始し、有用な成果も得られている。したがって、平成30年度の研究成果としては、当初の計画以上に進展していると考える。本研究申請時における平成31年度の計画に示したように、平成30年度での先行研究として得られた成果を更に発展させて、乱用薬物の生体試料分析における有効なターゲット物質を探索する。これらについては、【現在までの進捗状況】で述べたように、人工胃液(腸液)や既存の代謝酵素などに薬物(麻薬、覚せい剤、向精神薬など)を接触させてin vitroでの分解・代謝挙動の解明を行っているところであるが、更に進めて、未知物質の同定が容易なLC/TOFMS等の機器分析を用いて薬物動態を追跡調査する。更に余裕があれば、平成32年度の計画として挙げているコンピュータシミュレーション(インシリコ)の手法を導入してヒトへの薬物動態解析の適用を検討して行く。

これらの結果から、本研究事業タイトルで示された目的は達成されたと考える。本研究申請時における平成30年度の計画では、危険ドラッグや麻薬、覚せい剤、向精神薬、有機溶剤(アルコール、シンナー、亜硝酸エステル類)などを想定し、これら乱用薬物を迅速に且つ網羅的に判定するために、LC/TOFMSやHS-SPME-GC/MSを用いた分析法を構築し、また、化学計算によって算出するLogPowとLC保持時間に基づく未知の薬物の定性分析法の検討を年度内における目標としていた。これらについては、上記の「研究実績の概要」で述べたように、すでにほぼ達成され、学術論文としても報告している。更に、平成31年度の研究計画として挙げていた、向精神薬や睡眠薬、β2作動薬などを対象として、胃液や腸液と接触して放置された際の薬物の化学的分解挙動、また肝臓での代謝を想定した酵素反応をin vitroで分析・調査し、生体試料分析における有効なターゲット物質を探索する研究に関しても、すでに開始し、有用な成果も得られている。したがって、平成30年度の研究成果としては、当初の計画以上に進展していると考える。本研究申請時における平成31年度の計画に示したように、平成30年度での先行研究として得られた成果を更に発展させて、乱用薬物の生体試料分析における有効なターゲット物質を探索する。これらについては、【現在までの進捗状況】で述べたように、人工胃液(腸液)や既存の代謝酵素などに薬物(麻薬、覚せい剤、向精神薬など)を接触させてin vitroでの分解・代謝挙動の解明を行っているところであるが、更に進めて、未知物質の同定が容易なLC/TOFMS等の機器分析を用いて薬物動態を追跡調査する。更に余裕があれば、平成32年度の計画として挙げているコンピュータシミュレーション(インシリコ)の手法を導入してヒトへの薬物動態解析の適用を検討して行く。(理由)乱用薬物の試薬類は、標準品として購入する場合一般的に高価であり、且つ購入に際して輸入品となることが多い。そのため、年度末に発注した場合、納品が翌年度になる可能性があったため、本年度事業のように3年間の継続事業においては、新年度において直ちに購入が可能になるように若干の余裕を持たせた。(使用計画)乱用薬物の分析を行うためには、上記の“理由"で記したように“標準品"が不可欠であり、更に、GC/MSやLC/MSなどのような高精度な装置で分析を行うためには、各標準品の安定同位体や分離分析に必要なHPLCカラムやGCカラムなども必要になることから、次年度の研究費では、これらの消耗品の購入を主として充てる。
神経回路におけるシナプス可塑性統合機構の解明

周囲環境との相互作用を内部状態に反映させていく「可塑性」が生体情報処理の大きな特徴と考えられている。しかしながら、LTP, LTD(長期増強.長期抑圧)に代表されるシナプスの可塑性が、生体情報処理システムとしての機能を発現する"細胞集団の振舞い"にどのように反映されるのかはこれまでほとんどわかっていなかった。本研究では細胞集団の活動に対する時空間計測手法である電極アレイ法と、個々のニューロンを可視化した培養神経回路構成手法であるアガロースマイクロチャンバ法の組み合わせにより、「シナプス可塑性統合過程」の実験的観測を目指した。得られた研究成果は以下の2項目である。(1)電極アレイ基板上に形成したラット大脳皮質培養神経回路に対して異なる2点から時間的に相関を持たせた電気刺激を高頻度に印加することにより、誘発応答特性が変化することを見出した。高頻度相関刺激経験後は、時間的に先行する刺激に対する応答に、他方の刺激に対する応答成分が含まれる場合がある。逆のケースは観測されなかった。この結果は神経回路活動レベルでの「連想」的な振る舞いにつながる現象の可能性があると考えている。(2)パターン化培養神経回路形成手法の新たな可能性につき検討した。具体的には、細胞接着性の基板上に形成した非接着性薄膜を部分的に除去する、細胞非接着性の基板上に部分的に細胞接着性の薄膜形成を行う、という2つの視点から研究を進めた。前者については、カオトロピック効果を利用したアガロース薄膜のエッチングという手法を考案し、パターン化神経回路形成を確認した。後者についてはスプレーパターニングによる微小培養領域形成、単一細胞に近い形での細胞培養手法を確立し、細胞電気活動計測に成功した。生体情報処理の特徴は、情報の分散表現と並列処理、さらに環境因子を内部状態に反映させていく可塑性にあると考えられている。しかしながら、現状、LTP, LTD(長期増強.長期抑圧)などシナプスレベルの現象が、生体情報処理システムとしての機能を発揮する"細胞集団"の振舞いにどのように反映されるのかはほとんどわかっていない。本研究では細胞集団の活動に対する時空間計測手法である電極アレイ法の適用により、「シナプス可塑性の統合過程」の実験的観測を目指している。研究計画の初年度である平成16年度は、(1)培養細胞系時空間活動計測システムの構築、(2)人工神経回路形成手法の開発、の2つを平行して進めた。(1)培養細胞系時空間活動計測システムの構築:フォトリソグラフィを利用して作製した電極アレイ基板上でラット大脳皮質ニューロンを培養し、ensemble recordingを行う実験系を構築した。入力アンプと複数のアナログスイッチとを集積化したモジュールの開発により、刺激入力点と刺激信号パターンの両者についてPCからのプログラム制御が可能となった。さらに、長期連続計測システムとすることを目指し、顕微鏡ステージ上に簡易インキュベータを構築、基礎的な条件検討を行なった。(2)人工神経回路形成手法の開発:「少数のニューロンからなる神経回路について、回路の構成要素となる全ニューロンの活動を観測する」という立場から、培養神経回路形成過程の人為的な制御を目指している。基板上にアガロースゲル薄膜を形成し、赤外レーザを走査してパターンを描く手法により、有効なガイド構造が製作可能であることを確認した。この構造上で細胞培養を行い、パターン化神経回路形成が可能であること、神経スパイクが記録できることを確かめた。少数ニューロンからなる培養神経回路を長期安定に保持する技術の確立が今後の課題である。しかしながら、現状、LTP,LTD(長期増強.長期抑圧)に代表されるシナプスの可塑性が、生体情報処理システムとしての機能の担い手である"

細胞集団の振舞い"にどのように反映されるのかはほとんどわかっていない。本研究では細胞集団の活動に対する時空間計測手法である電極アレイ法の適用により、「シナプス可塑性統合過程」の実験的観測を目指している。平成17年度は、(1)パターン刺激を利用した神経回路応答変化の誘導、(2)単一細胞活動と細胞集団活動の同時計測を目的とする人工神経回路形成、の2つの側面から研究を進めた。(1)64ヶ所の計測点を有する電極アレイ基板上でラット大脳皮質ニューロンを培養し、ensemble recordingを行った。異なる2点からそれぞれ電気刺激を行って誘発応答を記録し、ついで両者に時間的な相関関係を持たせた刺激を繰り返し入力した。その結果、繰り返し刺激後に、1点からの入力に対しても他方の入力に対する応答成分が重畳して観測される場合があることを見出した。"連想記憶"的な振舞いが神経回路レベルの現象として見える可能性があると考えている。(2)赤外レーザによりアガロースゲル層に形成したマイクロパターンをガイディング構造として、個々のニューロンとその結合構造を可視化した培養神経回路の形成を目指している。今年度は、少数ニューロンからなるパターン化培養神経回路を長期安定に保持する技術につき検討した。個々の細胞の可視化に最適な「低細胞密度」と安定した成長に最適な「一定以上の細胞密度」を両立する手法として局所的低密度培養法を開発し、その有効性を示した。シナプスの可塑性と神経回路レベルの現象とを結ぶ計測手法確立に向けた基礎技術として有望である。周囲環境との相互作用を内部状態に反映させていく「可塑性」が生体情報処理の大きな特徴と考えられている。しかしながら、現状、LTP,LTD(長期増強.長期抑圧)に代表されるシナプスの可塑性が、生体情報処理システムとしての機能を発現する"細胞集団の振舞い"にどのように反映されるのかはほとんどわかっていない。本研究では細胞集団の活動に対する時空間計測手法である電極アレイ法の適用により「シナプス可塑性統合過程」の実験的観測を目指している。研究計画最終年度である平成18年度は、以下の2項目:(1)パターン刺激を利用した神経回路応答変化の誘導、(2)単一細胞活動と細胞集団活動の同時計測を目的とする人工神経回路形成、に関する研究成果のまとめと対外発表を行った。(1)電極アレイ基板上に形成したラット大脳皮質培養神経回路に対して異なる2点から時間的に相関を持たせた電気刺激を高頻度に印加することにより、誘発応答特性が変化することを見出した。高頻度相関刺激経験後は、時間的に先行する刺激に対する応答に、他方の刺激に対する応答成分が含まれる場合がある。逆のケースは観測されなかった。神経回路活動レベルでの「連想」的な振る舞いにつながる現象の可能性があると考えている。この成果を欧州神経科学国際会議(FENS Forum)のサテライトミーティングで発表した。(2)パターン化培養神経回路形成手法の新たな可能性につき検討した。