hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
階層的モード分割に基づくマルチスケール行動モデルの構築と応用

人間の行動を理解し,数理的にモデル化することは,自動車におけるドライバへの支援に代表される人間への支援系の設計において重要な課題である.本研究では行動にみられる階層性の数学的表現を試み,「階層的なハイブリッドシステムモデル」とその同定手法を確立した.実際に自動車運転行動に適用し,少ないモード数の抽象的な行動モデルから,多数のモードを持つ具体的な行動モデルまでをシームレスに記述可能となり,モデルの精度とパラメータ数や計算量とのトレードオフを自在に調整できる可用性の高いモデルが構築できた.本年度は自動車運転中のドライバの行動に対して行動解析を行うためのツールとして,新しい行動モデルの理論的な整備を行った.一般に,行動の数理モデルを構築する際には,そのモデルの入力となる変数を如何に必要十分に選択するかが第一の鍵となる.研究者は,データクラスタリングの技術に基づく行動の階層的モデル構築に取り組んできたが,本手法が対象とする,多様な状況を含むような行動データをモデル化する際には特にこの変数選択が問題となる.すなわち,状況が変化するにつれて必要となる入力変数が異なる場合がある.例えば,追い越し時には右レーンを走行する車両までの車間距離が必要だが,前方車を追従するに当っては不要となる場合等である.このような問題に対して,本年度の研究では可変変数型区分線形モデルを提案し,理論的整備を行った.本モデルは,複数の線形モデルを内部に持ち,それらを状態の部分空間毎に割り当て,切り替えながら時間発展するモデルである.本年度は,上記モデルの提案に加え,その同定手法をも確立した.本モデルを同定するにはまず,一連の状況で必要となりうる大規模な変数集合をあらかじめ用意しておき,ある時刻t付近の局所的なダイナミクス,すなわちドライバの行動を表現する入出力関係において不要となる変数を,情報量基準を基に取捨選択することで,時刻t付近にいおてドライバが使用している変数を抽出する.その後に,これらの利用変数を元に一連の行動を分節化することで,分割された各モードごとに異なる入力変数を用いた線形モデルを同定することが可能となった.本研究では、人間の行動の特徴の一つである動作の階層性に着目し、抽象化レベルを可変とした階層的なモード分割構造を有する行動表現を可能とする「マルチスケール行動モデル」の創出を目指し研究を行っている。本年度は、階層的な行動モデルを構築する際に大きな問題となったモデルの複雑さを解決するために、モデル選択手法の導入に注力した。当初の研究計画では、人間の内部状態を表す生体信号を観測信号として加えることで、より明確な階層構造の構築をめざすとしていたが、行動信号に加えて環境信号、生体信号と複数の情報を利用するにあたり、モデル中に含まれるパラメータが膨大になることに伴い、行動モデル構築の際のモデル精度の向上が困難となることが明らかとなった。そこで、モデルを構築する際に、行動を記述するために必要な入出力関係のみを抽出し、パラメータを削減するため、情報量に基づくモデル選択手法をマルチスケール行動モデルに適用する手法の確立を目指し、研究を進める事とした。具体的には、マルチスケール行動モデルにおける1各モードのダイナミクスを記述する際のモデル選択問題と、2モードを切り換えるための判別条件を記述する際のモデル選択問題、の二つを解決する必要があった。1の問題に対しては、あらたに、モードごとに回帰変数の次元が異なるハイブリッドシステムモデルを提案、その同定手法を確立することで、モデルの記述能力をできるだけ落とさず、パラメータ数を大幅に削減することができた。2の問題に対しては、問題を簡単化してモードの切り換えの生起確率をモデル化する際の変数選択問題を考え、実行動データに対して適用することで行動決定のために重要な変数のみを抽出し、パラメータ数の少ない判断モデルを構築した。ただし、これらの結果を利用して生体信号を取り込んだマルチスケール行動モデルの構築には至っておらず、今後の継続研究が望まれる。人間の行動を理解し,数理的にモデル化することは,自動車におけるドライバへの支援に代表される人間への支援系の設計において重要な課題である.本研究では行動にみられる階層性の数学的表現を試み,「階層的なハイブリッドシステムモデル」とその同定手法を確立した.実際に自動車運転行動に適用し,少ないモード数の抽象的な行動モデルから,多数のモードを持つ具体的な行動モデルまでをシームレスに記述可能となり,モデルの精度とパラメータ数や計算量とのトレードオフを自在に調整できる可用性の高いモデルが構築できた.連続・離散ハイブリッドシステム(以下ハイブリッドシステム)の同定手法に立脚した行動のモード分割手法を拡張し,人間行動に見られる階層性を表現するための階層的なモード分割構造を有するモデルである「マルチスケール行動モデル」の構築を目指し,本年度は以下の2つの項目について研究を実施した.一つ目は,マルチスケール行動モデルを数学的に記述するための理論面からの整備である.従来型のハイブリッドシステムでは,システムの状態空間を一定の数の部分空間に切り分け,それぞれに異なる動特性を付与したモデルである区分的ARXモデルが用いられているが,これは階層性の表現は不可能であった.本研究では,システムの状態空間の分割を階層的に行うというアイデアを提案し,さらに,連続的な状態空間を分割する決定木(Decision Tree)の新しい数学的記述法を提案することで,階層的なモード分割構造を数学的に矛盾なく記述することに成功した.二つ目は,本行動モデルのシステム同定手法についての理論構築である.

従来型のハイブリッドシステムの同定手法(Ferrariら[2001])では,各観測データ点付近の局所的な動特性を表現する特徴量を基に,k-meansクラスタリング手法によりシステム同定を行ったが,本研究では新たに階層的クラスタリング手法を導入し,各モードごとの階層的な類似性を定量化し,階層構造の構築を可能とした.さらには,各観測データ点の特徴量に関する信頼度を,パラメータの分散として考慮することで,観測データのアウトライアに対してロバストなシステム同定を可能とする手法を提案し,システム同定の精度向上も達成された.本研究における本年度の研究予定としては,階層的行動モデルを構築する際に最も問題となる,モデルの説明変数選択への依存性について検証し,現象(本研究では人間の運転行動)を説明するために不可欠な説明変数を自動的に抽出する手法を模索することであった.本年度の研究では,このような問題に対して,説明変数を状況に応じて切り替えながら現象を説明できる新しいモデル,すなわち可変変数型区分線形モデルを新たに提案し,数理的に整備した.また,一連の行動データのみから,提案したモデルに包含される説明変数の選択,および説明変数の寄与度,すなわち回帰係数の双方を同時に推定するためのシステム同定手法を確立できた.また,数値実験によりそのシステム同定手法の有効性を示すことができた.以上のことから,本年度の研究により本研究はおおむね計画通りに進捗していると自己評価する.当初の研究予定では,3カ年での研究を通して,(1)マルチスケール行動モデルの数理表現の確立,及び同定理論の構築と整理,問題点の整理,(2)行動の観測情報を用いて人間の行動の提案モデルに基づいたモデル化と行動解析,(3)行動信号に対して生体信号を取り込む事による人間の内部状態を考慮したモデル構築手法の検討,(4)提案モデルとして表現された行動モデルを用いた人間の行動支援系の設計手法の確立,の大きく4つの達成目標があり,本研究により(1)の項目についてはほぼ達成されている.また,(2)の達成のための試験装置製作も同時並行的に進めており,今後比較的短い時間において行動の観測実験を実行できる状態にあることから,おおむね順調に進展していると考える.これまでに確立した行動モデルの有用性を検証するために,ドライビングシミュレータや実車(小型の電気自動車)を用いた行動データの観測実験を行い,人間による運転行動のデータを取得する.また,これまでに確立した行動モデルの構築手法を駆使し,取得したデータから行動モデルを構築し,行動モデルに基づく行動の解析や,得られた行動モデルを用いたドライバへの支援装置設計手法や,行動の特徴,ならびに特性に基づいた車両インタフェース設計手法の確立を目指し研究を進める予定である.本年度の研究は理論面での構築が主であり,実験装置を製作しつつも,理論的な成果の発表や関連分野での情報収集,数値実験に比重が置かれていた.
クリ黒色実ぐされ病に関する研究

石川県能登地方における本病の伝染経路は、黒根立枯病による枯死クリ樹枝幹上に形成された本菌の柄胞子、或は子のう胞子による肥大期のイガへの風媒伝搬であることがわかった。従って本病の防除対策は、伝染源としての黒根立枯病による枯死クリ樹の撲滅と、肥大期のイガへの薬剤散布の実施にあると考えられる。本菌は2832°Cの高温での生育が良好であり、感染後の果実の腐敗の進展も高温条件下で著しい。従って感染後の89月に高温が予想される異常残暑の年には特に感染防止のための薬剤防除に留意する必要がある。本菌に対する有効薬剤の第1次スクリーニングの結果、供試した45種類の薬剤のなかからベンレート,トップジンM,ダイホルタン,オキシン銅などが有効薬剤として選抜された。本菌の106分離菌株を供試して有効薬剤に対する耐性菌の検出を行ったところ、ベンレート,トップジンMは感性菌に対する最低生育阻止濃度(MIC)が低い反面耐性菌の数も多く、これに対してダイホルタンはMICはより高いが耐性菌の数は少ないことがわかった。しかもベンレート或はトップジンM耐性菌はおおむねダイホルタンに対して感性であることから、ベンレート或はトップジンMとダイホルタンの混用散布が、薬剤防除上最も有効な手段であると考えられる。このことは実際の圃場試験においても確かめられ、トップジンMとダイホルタンの混用がそれぞれの薬剤の単用よりも高い防除効果を示した。収穫果並びに貯蔵果の被害調査並びに接種試験の結果、本病に対するクリの抵抗性品種は有磨であることが確認された。従って本病の激発地では栽培品種として有磨の導入が被害回避のための有効な手段であると考えられる。
光合成順化過程において二酸化炭素濃度を感知するセンサー分子の同定

緑藻クラミドモナスはCO_2が欠乏するとそれを感知してシグナルを伝達し、光合成順化に必要な遺伝子群の発現を誘導する。この機構は無機炭素濃縮機構(CCM)と呼ばれ、CO_2欠乏条件において無機炭素を細胞内に能動的に濃縮し、無機炭素に対する親和性を上昇させる。アレイ解析により、炭酸脱水酵素Cah1をはじめとしたCO_2欠乏誘導性遺伝子を網羅的に同定したが、発現調節の出発点となるCO_2のセンシング機構については明らかでない。CO_2欠乏誘導性遺伝子群を誘導できない変異株ccm1が単離され、その原因遺伝子CCM1が同定されている(Fukuzawa et al.,2001;Xiang et al.,2001)。CCM1よりもさらに上流に位置するCO_2センサー分子が破壊された変異株を単離するために、レポーター遺伝子Cah1の発現調節に異常をきたした変異株の単離を遺伝子タギングにより行った。約30,000株のタグラインからCCM1よりさらに広範囲にわたってCO_2応答性を示さない株が単離されないこと、CCM1が破壊された株が複数単離されたことから、CCM1自身がCO_2センサー分子であることが示唆された。CCM1はN末端領域に2つのZnフィンガードメインを持ち、申請者の研究グループでは亜鉛結合に関与する残基の置換実験を行い、その重要性を証明した。また進化上クラミドモナスと近縁なボルボックスのCCM1オーソログとの配列比較から、核移行シグナルや保存されたドメイン構造を見いだした。また免疫蛍光染色法により、クラミドモナスCCM1が環境中のCO_2濃度に関わらず核に局在することを見いだした。申請者の研究グループではCCM1がin vivoで複合体を形成していることを明らかにしている。CCM1複合体の構成成分を決定し、その遺伝子の発現抑制株を単離し、その特性を解析することで、CCM1のCO_2センサー分子としての機能が明らかになると考えられる。緑藻クラミドモナスはCO_2が欠乏するとそれを感知してシグナルを伝達し、光合成の順化に必要な遺伝子群の発現を誘導する。この機構は無機炭素濃縮機構と呼ばれ、CO_2欠乏条件において無機炭素を細胞内に能動的に濃縮し、無機炭素に対する親和性を上昇させる。これまでにcDNAアレイを用いて、細胞表層に局在する炭酸脱水酵素CahlをはじめとしたCO_2欠乏誘導性遺伝子を網羅的に同定してきたが、これらの遺伝子群の発現調節の出発点となるCO_2のセンシング機構についてはまだ明らかでない。そこでCahlプロモーターとレポーター遺伝子Arsを融合したコンストラクトを持つ株を宿主株として用いて、Cahl遺伝子の発現調節に異常をきたした変異株の単離を遺伝子タギングにより行った。現在までに約30,000株のタグラインを作成し、レポーター遺伝子の発現を指標にして、Cahl遺伝子をCO_2過剰条件で抑制できない変異株S12、及びCahl遺伝子をCO_2欠乏条件で発現できない変異株S20を単離した。S12株は、CO_2過剰条件でも無機炭素を能動的に濃縮し、野生株に比べて光合成の無機炭素に対する親和性が増加していた。またcDNAアレイ解析より、Cahl以外の複数のCO_2欠乏誘導性遺伝子を含む33種類の遺伝子がCO_2過剰条件で抑制されていなかったことから、S12株の原因遣伝子はCO_2のシグナル伝達に関与すると考えられる。またS20株はCO_2欠乏条件における無機炭素濃縮能が野生株に比べて1/2に低下しており、光合成の無機炭素に対する親和性が低下していた。これらの変異株における外来DNAの挿入数は1コピーであったことから、変異株の原因遺伝子を同定することは容易である。

CCM1複合体の構成成分を決定し、その遺伝子の発現抑制株を単離し、その特性を解析することで、CCM1のCO_2センサー分子としての機能が明らかになると考えられる。
半導体微小共振器における複合量子系の結合・干渉ダイナミクス

本年度は,半導体微小共振器に観測される2量子間で生じる結合状態の変化を明らかにすることを目的に研究を行った。下記に主な研究成果を示す。1.新たに種々の共振器構造を有するCuCl半導体微小共振器試料を作製し,角度分解透過スペクトルを調べた。その結果,共振器層厚と分布ブラッグ反射鏡の周期数を変えることで,光子と励起子との間の結合状態が劇的に変化することを見出した。特に,光子の緩和速度が励起子と光子との結合エネルギーより大きくなると,励起子と光子の結合状態が強結合状態から弱結合状態へと変化することを発見した。また,理論グループから提唱された,量子開放系における不連続準位間の結合を表す現象論的非エルミート有効ハミルトニアンを用いた解析を行うことで,励起子と光子の間で生じる非対称な共振器ポラリトンモードが説明できることを見出した。2.Floquet手法を取り入れた複素スペクトル解析を基に,高次高調波発生の超高速ダイナミクスに関する理論構築に成功した。この構築した理論である複素Floquetスペクトル解析から高次高調波の時間ー周波数分解スペクトルを理論計算した。その結果,高次高調波強度のプラトー領域やカットオフエネルギーを再現できることを見出した。3.位相が制御されたダブルパルス励起に必要なnmオーダーで制御が可能なマイケルソン干渉計を構築し,2つの光学パルス間の位相差の制御ができることを確認した。このnmオーダー制御ーマイケルソン干渉計を用いたダブルパルス励起による2量子間の結合性のコヒーレント制御の可能性について検討した。4.ダブルパルス励起による2つのコヒーレントフォノン間の制御に関する理論を構築し,実験結果との比較検討を行った。その結果,理論計算から得られた,ダブルパルス間の時間差に対するコヒーレントフォノンの強度変化や位相の変化が実験結果と一致することがわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。半導体微小共振器に観測されるラビ振動とコヒーレントフォノン間(2量子振動間)で生じる結合の態様の変化を明らかにすることを目的に,種々の共振器構造を有する試料を作製し,2量子振動間の結合の要因について検討した。下記に研究成果を示す。1.半導体微小共振器において,共振器層内のCuCl活性層の位置や活性層厚を変えた試料を作製し,その試料におけるラビ振動とコヒーレントフォノン間の結合ダイナミクスについて研究を行った。その結果,活性層の配置を共振器層内の光の電場分布に対して節の位置から腹の位置に変えることで,コヒーレントフォノンの振動振幅が3倍以上に増幅されることを見出した。このコヒーレントフォノン振幅の増幅は,共振器層内の電場振幅と励起子波動関数との重なり度に起因しているためと考えられる。すなわち,ラビ振動とコヒーレントフォノンの結合は,共振器層に閉じ込められた光電場,励起子,および,フォノンによる各波動関数の空間分布の重なりに起因しているためと考えられる。2.半導体微小共振器において,角度分解発光スペクトルを測定することによって,不純物準位と共振器ポラリトンとの結合について調べた。その結果,共振器ポラリトンの1つである低分枝ポラリトンのエネルギーが不純物準位のエネルギーに近づくと,不純物準位および低分枝ポラリトンからの発光強度が共に増強することを見出した。この発光強度の増強は,低分枝ポラリトンと不純物準位が弱結合しているために生じていると考えられる。3.光子・励起子・フォノンによる複合量子系の緩和ダイナミクスを理論的に明らかにするため,緩和時間を議論することが可能な量子Liouville方程式を基に,微視的立場からファノ共鳴に関する理論構築を行った。上記の研究成果に示したように,半導体微小共振器に観測されるラビ振動とコヒーレントフォノン間(2量子振動間)で生じる結合の態様の変化を明らかにすることを目的に,種々の共振器構造を有する試料を作製し,2量子振動間の結合の要因について検討した。その結果,ラビ振動とコヒーレントフォノンの結合は,共振器層に閉じ込められた光電場,励起子,および,フォノンによる各波動関数の重なりに起因することを見出した。さらに,量子Liouville方程式を基に,微視的立場からファノ共鳴に関する理論構築に成功した。これらの研究結果を見出したことから,本研究は概ね順調に進んでいると考えている。一方,新規に導入した真空蒸着装置を用いて,半導体微小共振器を作製していたが,作製した半導体微小共振器の結晶性があまり良好でなかった。これは,作製した分布ブラッグ反射鏡(DBR)における多層膜構造の劣化が原因であった。DBRにおける多層膜構造の劣化を防ぐために,膜厚制御のための電子機器の導入,膜厚制御プログラムの作成,および,蒸着源の輻射熱の抑制などを行い,新規真空蒸着装置の改良を行った。その結果,結晶性の良い半導体微小共振器の作製が可能となった。今後は,改良した新規真空蒸着装置を用いて,次年度の研究計画に沿って研究を行う予定である。半導体微小共振器に観測される2量子間で生じる結合状態および干渉状態の変化を明らかにすることを目的に,種々の共振器構造を有する試料を作製し,角度分解透過スペクトルの変化について検討した。

また,量子開放系における不連続準位と連続状態との間で生じる非対称な光学吸収スペクトルに関して,量子Liouville方程式を基に,非エルミートハミルトニアンを用いて,微視的立場から理論構築を行った。下記に主な研究成果を示す。1.半導体微小共振器において,共振器層内の光子の閉じ込め度合いを示すQ値を変えた試料を作製し,その試料における角度分解透過スペクトルを測定することで,光子と励起子との間の結合状態の変化について研究を行った。その結果,半導体微小共振器のQ値によって,共振器ポラリトンモードの有無が生じることが明らかとなった。これは,弱結合状態と強結合状態の間の変遷を意味している。また,共振器ポラリトンモードによる透過スペクトルが,入射角とともに,対称形状と非対称形状の間で変化することを見出した。共振器ポラリトンモードの共鳴エネルギーと半値幅の入射角依存性,および,そのスペクトル形状の変化は,光子と励起子との結合を表す非エルミートハミルトニアンから得られる複素固有値および複素固有ベクトルを用いて,説明できることを見出した。2.多重量子井戸構造において,ポンプ・プローブ分光法で得られた時間分解反射率変化が,励起子量子ビートとフォノンの結合を表す非エルミートハミルトニアンを用いた解析によって,説明できることを見出した。3.量子Liouville方程式を基に,非エルミートハミルトニアンを用いて,微視的立場からファノ干渉に関する理論構築を行った。その結果,光学吸収に観測される非対称なスペクトル形状は,非エルミートハミルトニアンの複素固有値および複素固有ベクトルに起因していることが明らかになった。半導体微小共振器に観測される励起子と光子間(2量子間)で生じる結合現象や干渉現象の要因を明らかにすることを目的に,種々の共振器構造を有する試料を作製し,2量子間の結合状態の変化およびスペクトル形状の変化(ファノ干渉スペクトル)について検討した。その結果,2量子間の結合状態の変化やスペクトル形状の変化は,量子間の結合を表す非エルミートハミルトニアンから得られる複素固有値および複素固有ベクトルを用いて説明できることを見出した。この非エルミートハミルトニアンを用いた解析は,ファノ干渉に関する理論研究の成果を基に得られたものである。本研究課題の中心となる目的に対して基本的研究成果を見出したことから,本研究は概ね順調に進んでいると考えている。また,量子干渉である励起子量子ビートとコヒーレントフォノン間の結合ダイナミクスに関しても,同様に,非エルミートハミルトニアンを用いた解析によって説明できることを見出した。ただし,半導体微小共振器において,同じ量子干渉であるラビ振動とコヒーレンフォノン間の結合ダイナミクスに関しては,今後の課題となった。最終年度で,ラビ振動とコヒーレンフォノン間の結合ダイナミクス,および,結合状態のコヒーレント制御を行う予定である。本年度は,半導体微小共振器に観測される2量子間で生じる結合状態の変化を明らかにすることを目的に研究を行った。1.新たに種々の共振器構造を有するCuCl半導体微小共振器試料を作製し,角度分解透過スペクトルを調べた。その結果,共振器層厚と分布ブラッグ反射鏡の周期数を変えることで,光子と励起子との間の結合状態が劇的に変化することを見出した。特に,光子の緩和速度が励起子と光子との結合エネルギーより大きくなると,励起子と光子の結合状態が強結合状態から弱結合状態へと変化することを発見した。
染色体に組み込まれたヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)の動態に関する研究

ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)が染色体に組み込まれた形で存在する家系についで検討を続けているが、その後の検討で家系数は増加し、我々の施設で現在4家系が確認された。第1家系については22q13の位置に組み込まれていることが判明し、臨床症状は子が慢性腎不全、親は健康成人であった。2家系目は原因不明の肝機能異常の原因検索を依頼された患者で、FISHによる検討で、この家系も22q13の位置に組み込まれていることが判明した。この患者の臨床症状は上記の通り一過性の肝機能異常であったが、現在は正常化している。親は肝機能異常ならびに特発性血小板減少性紫斑病を発症し、血小板数は4万/mm3から10万/mm3を前後している。3家系目は不明熱の原因検索を依頼された。発熱はサイトメガロウイルス感染症によるものであることを確認し、治癒とともに発熱は認められなくなった。その後自己免疫性溶血性貧血を発症したが、現在はコントロール良好である。親も同様に自己免疫性溶血性貧血患者である。4家系目は不明熱、不明発疹の原因検索を依頼された。基礎疾患として、原因不明の精神運動発達遅滞が認められるが。発熱、発疹は一過性であった。親は健康成人である。この家系は希望によりその後の検討ができていない。いずれの患者もHHV-6が親から子へ遺伝的に伝播したものであると考えられる。患者末梢血単核球からRT-PCR法によってmRNAの検出を試みたが陰性であった。Westernblottingによる解析で蛋白の発現は認められなかった。抗体反応は昨年度報告したHHV-6 DNAをtransfectionしたCV-1細胞を用いて測定したが、いずれも陰性であり、HHV-6 gBに対する抗体は産生されていなかった。今後はどの位置で染色体に組み込まれているか、どのような機序で組み込みが行われたかについて検討をすすめる予定である。ヒトヘルペスウイスル6(HHV-6)が染色体に組み込まれた形で存在する家系を発見した。患者末梢血単核球を培養し、患者細胞から感染性ウイルスが同定されるか、抗原検出が可能か否かを間接蛍光抗体法で検討したところ感染性ウイルス、抗原ともに検出されなかった。そこで、HHV-6の再活性化をおこすために行ってきた方法(IL-2による刺激、IL-1βによる刺激、HHV-7の刺激、麻疹ウイルスの感染)によりHHV-6の再活性化を試みたがウイルスは検出できなかった。次に、染色体にintegrateした形で存在するHHV-6に対して生体は抗体反応を認めるか否いなかについて検討した。通常の間接蛍光抗体法では抗体価は陰性であった。そこで、HHV-6DNAをtransfectionしたCV-1細胞と用いて、間接蛍光抗体法を施行した。HHV-6既感染の患者においては陽性であったが、integrationした患者の血清では陰性であった。今後は、免疫沈降法等、別の方法を用いて抗体の存在を更に検討する予定である。3番目に、染色体に組み込まれているHHV-6がfull lengthで存在するかについて検討した。HHV-6は161kbからなる2本鎖DNAウイルスであるが、そのgenome内に10箇所のprimerを設計してPCRを施行したが、いずれの領域においてもDNAは検出可能であった。今後はさらに領域を増やして検討予定である。親は健康成人である。
抗菌光線力学療法のための新しい光増感性金ナノクラスターの開発

本研究では、金ナノクラスター(AuNCs)(約1nmの金粒子)を光増感剤とする一重項酸素(1O2,活性酸素の一つで強い酸化力がある)発生メカニズムを明らかにし、1O2を大量発生するAuNCsを創出することを目的とした。AuNCsを含む種々の新規光増感剤(金銀合金ナノクラスター、AuNCsとタンパク質複合体、AuNCsと天然高分子との複合ナノゲル)を開発し、その光増感作用により発生する1O2が歯周病の殺菌に有効であることを見出した。20歳以上の約80%の人が歯周病といわれている状況下で、AuNCsを用いたa-PDT治療は、新しい歯周病治療法として、歯周病患者の治療に貢献できると期待される。金ナノクラスターによる一重項酸素生成効率(Q効率)を決める因子として、金ナノクラスターのサイズ(金18量体、金25量体、金38量体)と保護剤(グルタチオン:SG、ホスファチジルコリン類似分子:MPC、アルブミン:BSA)の効果を検討した。Q効率は、クラスターサイズに依存し、金38量体<金18量体<金25量体の順にQ効率が高くなることがわかった。上記いずれの系も、マイクロ秒オーダーの蛍光寿命を示すことが観測されたことから、三重項励起状態の存在が示唆された。他方、同じ金25量体で保護剤の異なる金ナノクラスターでは、BSA-Au25 > Au25(SG)18という結果となった。Au25(SG)18では一重項酸素による金ナノクラスターの酸化分解が起こるのに対し、BSA-Au25では、一重項酸素による金ナノクラスターの酸化分解が起こっていないことが確認された。このBSA-Au25の高い安定性が、一重項酸素の持続的な生成と、Au25(MPC)18やAu25(SG)18に比べて高いQ効率に寄与していると考えられた。金ナノクラスターによる光殺菌治療の歯科への応用を目指して、歯科用LED光照射器により金クラスターを光照射した際の一重項酸素の発生と、口腔内細菌および生体細胞に与える影響について評価した。金ナノクラスターの添加と光照射はS.mutansに対してバイオフィルム形成を抑制、死菌を増加させた。増殖能、乳酸産生能は金ナノクラスター濃度依存的に有意に抑制された。生体細胞のSEM観察,LIVE/DEAD染色の結果から細胞の付着伸展には影響はなく、死細胞は認められなかった。CCK-8 Assayにおいて高濃度の金ナノクラスター添加と光照射を繰り返し行うと増殖が抑制された。これらの結果から、生体細胞よりも細菌の一重項酸素感受性が高いことが明らかになり,光殺菌治療の歯科応用の可能性が示唆された。本年度の目標は、一重項酸素発生に及ぼす金ナノクラスターサイズや保護剤の効果を明らかすること、及び金ナノクラスターの光増感作用による口内細菌の抗菌・殺菌能の検証であった。金ナノクラスターサイズや保護剤の効果を明らかにすることで一重項酸素発生効率の高い金ナノクラスターを見いだせたこと、金ナノクラスターの光増感作用が、口内細菌の抗菌・殺菌に有効であることを実証できたことから、研究計画通り、順調に進展している。以上の結果から,BSA-AuNCs/MB複合体を構築することで,エネルギー移動を利用した高効率な1O2生成能を有する新規光増感剤を開発することができた。本年度の目標は、高効率な1O2生成能を有する金ナノクラスター含有タンパク質複合体の創成、及び金ナノクラスター含有タンパク質複合体の光増感作用による歯周病菌の抗菌・殺菌能(a-PDT)の検証であった。1O2の発生効率Qが70%を超える高効率な1O2生成能を有する金ナノクラスター含有複合体を見出したこと、及び歯周病菌に対してa-PDT効果を実証できたことから、おおむね本研究は順調に進んでいるといえる。本年度は、金ナノクラスターの合金化や有機色素や高分子との複合化した光増感剤を新規に開発した。これら、金ナノクラスター光増感剤によるa-PDT効果を口内細菌に対して実証することができた。1)FRET機構を利用した金ナノクラスター/有機色素複合体による高効率1O2発生:生体親和性の高いウシ血清アルブミンで保護された金25量体金クラスター(BSA-Au25NCs)と1O2を発生する光増感剤であるメチレンブルー(MB)との複合体(BSA-Au25NCs / MB複合体)を合成した。紫外可視吸収スペクトルより,BSA-Au25NCs / MB複合体は,BSA-Au25NCsとMBそれぞれ特有の吸収を示すことから,複合体の形成を確認した。BSA-Au25NCsの蛍光ピークとMBの吸収ピークが重なっており、BSA-Au25NCsをドナー、MBをアクセプターとするエネルギー移動の可能性が示唆された。このエネルギー移動(FRET)は,複合体におけるBSA-Au25NCsの蛍光強度の減少ならびに蛍光寿命が短くなることから示された。BSA-Au25NCs / MB複合体(0.3:1)のエネルギー移動効率は,57.2%であった.2)合金ナノクラスターとキトサンナノゲルとの複合体による凝集誘起型光増感剤による高効率1O2

発生:金と銀の合金クラスター(AuAgNCs)とキトサンとの静電的な架橋により生成する「合金クラスター含有キトサンナノゲル:AuAgNCs@nanogel」を創成した。AuAgNCsの蛍光寿命寿命は1.7マイクロ秒であったのに対し,AuAgNCs@nanogelでは3.4マイクロ秒と2倍以上に増大した。白色光照によるAuAgNCs@nanogelの1O2生成能はAuAgNCsの4倍以上であった。上記の光増感剤についてのa-PDT効果を口内細菌に対して実証することができた。BSA-Au25NCs / MB複合体の添加と光照射はS.mutansに対してバイオフィルム形成を抑制、死菌を増加させた。本研究では、金ナノクラスター(AuNCs)(約1nmの金粒子)を光増感剤とする一重項酸素(1O2,活性酸素の一つで強い酸化力がある)発生メカニズムを明らかにし、1O2を大量発生するAuNCsを創出することを目的とした。AuNCsを含む種々の新規光増感剤(金銀合金ナノクラスター、AuNCsとタンパク質複合体、AuNCsと天然高分子との複合ナノゲル)を開発し、その光増感作用により発生する1O2が歯周病の殺菌に有効であることを見出した。20歳以上の約80%の人が歯周病といわれている状況下で、AuNCsを用いたa-PDT治療は、新しい歯周病治療法として、歯周病患者の治療に貢献できると期待される。金ナノクラスターを包含した高分子複合体(金ナノクラスター含有型充填剤)の創製と光励起金ナノクラスターのPDT評価を行う。<PDT利用に向けた金ナノクラスター含有型充填剤の創製>金ナノクラスター含有型充填剤として、高分子電解質と金ナノクラスターとのイオンコンプレックスを合成する。使用する高分子電解質は、アルブミン、リゾチーム、キチン・キトサンのカチオン系ポリマーである。高分子電解質との複合化は、金ナノクラスターの安定性向上だけでなく、歯周病菌を守るバイオフィルムへの透過性付与、歯周ポケットへの注入容易性などの効果が期待される。<金ナノクラスター含有型充填剤のPDT評価>金ナノクラスター含有型充填剤を光増感剤として発生する一重項酸素発生効率を評価する。光照射は、波長450nm(青色LED、歯科用光照射機)、650 nm (赤色)と808nm(近赤外)のLEDレーザー(100mW)を用いて行う。光照射時間は、1分10分の間とする。検討項目としては、(i)光照射+金ナノクラスター含有型充填剤、(ii)光照射のみ、(iii)金ナノクラスター含有型充填剤のみ、(iv)対照群(光照射無し、金ナノクラスター含有型充填剤も無し)の4つである。細胞・細菌増殖抑制効果の定量的指標として、一週間経過後の対照群(iv)の細胞(細菌)生存率を100 %とした時の、(i)(iii)の生存率を求めることにより、金ナノクラスター含有型充填剤を光増感剤として発生した一重項酸素による細胞・細菌増殖抑制効果を調べる。金ナノクラスターを包含した天然高分子ゲル(金ナノクラスター含有型充填剤)の創製と光励起金ナノクラスターの殺菌効果(a-PDT)の検討a-PDTの実用化利用に向けて、金ナノクラスターを包含した天然高分子ゲルを調製する。光励起した金ナノクラスター存在下で細胞増殖試験、歯周病原因菌を含む種々の細菌に対するa-PDTによる殺菌効果を評価し、歯周病治療における有用性を検討する。金ナノクラスター含有型充填剤は、天然高分子ゲルをベースとし、金ナノクラスターを均一に分散したものである。金ナノクラスター含有型充填剤の調製において、使用する天然高分子は、キチン・キトサンを用いる。
強力な抗感染症作用を持つ特異構造天然物の全合成と構造活性相関・化学生物学への展開

広範な薬剤耐性菌に対する強力な抗菌作用を有する放線菌二次代謝産物amycolamicinの全合成について,大きな進展を見た。amycolamicinを構成する5つの構成ユニット(A-E)のうち,最大の課題であった新規単糖(amycolose)を含むDEユニットの調製を完了した。DEユニットの調製では,2,3-ジアルコキシケトン中間体に対するアルコキシビニルリチウム試薬の付加が高ジアステレオ選択的に進行することを見出し,対応する3級アルコールを単一の立体異性体として得ることに成功した。また,DEユニットの2種のメチルグリコシド型アノマー(amycolamicinの分解産物であり,細胞毒性を持つ)の合成にも成功した。Cユニットの調製に関しても,Heck反応と不斉還元を経る簡潔なDiels-Alder反応前駆体の合成ルートを確立し,Cユニット調製完了も間近な状況であるため,次年度の早い時期にamycolamicinの世界初の全合成を達成できるものと考えている。極めて強力な抗トリパノソーマ活性を持つ放線菌二次代謝産物actinoallolide Aについては,最大の難関であったマクロラクトン化をケテン中間体を経ることによって実現したが,最終段階である鈴木-宮浦クロスカップリング反応による側鎖の連結がうまく進行していない。引き続き反応条件を探索するとともに,現在は,他の連結法についても検討している。抗菌作用とともに様々な有用生理作用を持つ放線菌二次代謝産物nonthmicin Bについては,鍵反応となるTHP/THF環構築法の開発に取り組んでいるところである。nonthmicin Bの全合成に関してはワンポットTHP/THF環構築法の開拓に進展が見られていないが,amycolamicinの全合成研究は大きく進展し,actinoallolide Aについても全合成の完成間近となっている。amycolamicinについては,DEユニット(amycolose部位)の調製を完了するとともに,Cユニット(デカリン部位)の調製も完成間近であるため,残す課題は,新規糖amykitanoseとテトラミン酸からなるABユニットの調製とA-Eユニットの連結による全合成の完成である。ABユニットの調製については,グルコースからの誘導とともに,不斉反応を利用した短工程合成法についても検討する。テトラミン酸部位の調製については定評のある合成法を使う予定であり,問題は少ないと考えている。actinoallolide Aについては,残す課題はマクロラクトン部位と側鎖部位の連結のみである。鈴木-宮浦クロスカップリングとともに,他の連結法についても網羅的検討を行い,全合成を完成させたい。nonthmicinについては,鍵反応となるTHP/THF環構築法の確立に全力を注ぎ,研究を進展させたい。放線菌が生産する強力な抗トリパノソーマ活性物質であり,THF環を内包した前例のない12員環型マクロライドであるactinoallolide Aの全合成に向けて,2017年度は,マクロラクトン環部位と側鎖部位の両者の調製に成功した。マクロラクトン環部位については,既知のアルドールに対し,向山型ビニロガスアルドール反応を施して単一異性体として付加体を得た後にアリル型臭化物に導き,Seebachラクトンとのアルキル化に付して4置換不斉中心を構築した。生成物をアルデヒドに変換後,再度のビニロガスアルドール反応により一挙に6炭素増炭した。脱保護の後,加熱によりジオキシン環をケテンに変換した所,円滑なマクロラクトン化が進行して,所望の12員環マクロライド構造の構築に成功した。さらに,THP環部位の官能基の調製など数工程の官能基変換により合成標的分子のマクロライド部位の調製に至った。側鎖部位については,(R)-3-ヒドロキシイソブタン酸メチルを原料として,Coery-Fuchs法による増炭,E選択的ヨードビニルたいの形成,3-ブタノンの立体選択アルドール反応を鍵工程として高収率で調製することができた。薬剤耐性菌に対する広範な抗菌活性を有するamycolamicinについては,安価なグルコサミンを原料として,ジクロロピロールカルボン酸でアミド化した後,1,6-アンヒドロ糖へと導き,4位水酸基の選択的保護,3位水酸基の酸化,アリルグリニャール試薬の立体選択的付加,1位のジチアンへの変換,6位のキサンテートへの変換まで進行している。抗パーキンソン病活性などの多様な生理作用を持つnonthmicin Bについては,THF-THP連結部位の構築反応の開発をモデル基質を用いて実施している段階である。actinoallolide Aの全合成については順調に計画が進行しているが,計画段階では容易と思われたamycolamicinのDEユニットの調製は,立体選択性,位置選択性ともに十分とは言えず,低収率の工程も含まれているため,進行が遅れている。nonthmicin Bについては,キーステップのモデル基質での検討に止まっている。

Cユニットの調製に関しても,Heck反応と不斉還元を経る簡潔なDiels-Alder反応前駆体の合成ルートを確立し,Cユニット調製完了も間近な状況であるため,次年度の早い時期にamycolamicinの世界初の全合成を達成できるものと考えている。極めて強力な抗トリパノソーマ活性を持つ放線菌二次代謝産物actinoallolide Aについては,最大の難関であったマクロラクトン化をケテン中間体を経ることによって実現したが,最終段階である鈴木-宮浦クロスカップリング反応による側鎖の連結がうまく進行していない。引き続き反応条件を探索するとともに,現在は,他の連結法についても検討している。抗菌作用とともに様々な有用生理作用を持つ放線菌二次代謝産物nonthmicin Bについては,鍵反応となるTHP/THF環構築法の開発に取り組んでいるところである。nonthmicin Bの全合成に関してはワンポットTHP/THF環構築法の開拓に進展が見られていないが,amycolamicinの全合成研究は大きく進展し,actinoallolide Aについても全合成の完成間近となっている。actinoallolide Aの全合成については,残すは,マクロラクトン部位と側鎖部位をB-アルキル鈴木-宮浦カップリングにより連結した後,保護基を除去するだけとなっており,このままの計画で全合成を完成させたい。amycolamicinのDEユニットについては,これまでのように糖から誘導する方法に加えて,鎖状立体制御による調製についても検討して,より効率的な調製法の開拓を目指す。nonthmicin Bについては,モデル基質での検討で問題点が明らかとなりつつある分子南東部の構築法の見直しと,小林アルドール反応による北側部位の早期の完成を目指す。amycolamicinについては,DEユニット(amycolose部位)の調製を完了するとともに,Cユニット(デカリン部位)の調製も完成間近であるため,残す課題は,新規糖amykitanoseとテトラミン酸からなるABユニットの調製とA-Eユニットの連結による全合成の完成である。ABユニットの調製については,グルコースからの誘導とともに,不斉反応を利用した短工程合成法についても検討する。テトラミン酸部位の調製については定評のある合成法を使う予定であり,問題は少ないと考えている。actinoallolide Aについては,残す課題はマクロラクトン部位と側鎖部位の連結のみである。鈴木-宮浦クロスカップリングとともに,他の連結法についても網羅的検討を行い,全合成を完成させたい。nonthmicinについては,鍵反応となるTHP/THF環構築法の確立に全力を注ぎ,研究を進展させたい。
文章編集操作の記録・分析に基づく作文指導方法の研究

■ロジック・ツリーを使って作文するツール「トピック・ライター」の、ロジック・ツリーにあたる「ワークシート」をGoogleスプレッドシートで作れるようにした。また、文のジグソー・パズル「ジグソー・テキスト」のパズルも、スプレッドシートで作れるようにした。これらによって、指導者や研究者が簡単にワークシートやパズルを作れるようになり、さまざまな工夫が出てきた。■さまざまな学会・研究会で発表した結果、われわれ以外にも、ジグソー・テキストを採用した授業や研究が出てきた。■トピック・ライターのワークシートでは、完成形の文章に加えて、それを書くときに考慮すべき点も併せて書き出すようにワークシートを工夫して、テクニカル・ライティングの授業や就活指導で使った。「用語の説明」ワークシートでは、前年度まで使っていたものに、読み手や読み手の特徴(ペルソナ)を記入する欄を先頭に追加した。「自己紹介書」ワークシートは、就活で使われる自己紹介書に、志望する会社の業種の特徴や、希望する職種で求められるスキルを記入する欄を先頭に追加したものである。これらのワークシートを使った作文で編集操作を測定・分析したところ、「用語の説明」では、用語の概念を編集した後で、戻って、読み手の特徴を編集するといった行動の特徴が見られた。「自己紹介書」では、希望職種を編集した直後に志望動機を編集するといった行動の特徴が見られた。■ロジカルシンキングの授業で、Work Breakdown Structure (WBS)や2軸マップにジグソー・テキストを適用する事例があった。並べ替え操作を測定しているので、今後、分析する。■ジグソー・テキストのプログラム版であり、プログラム・コードのジグソー・パズル「ジグソー・コード」を使った実験では、if文やfor文といった構文から先に整える行動の特徴が見られた。ワークシートによる作文行動や、並べ替え作文パズルの操作に、説明できるパターンを見出せた。また、パターンを想定してワークシートやパズルを開発して、実際にパターンを確認できるようになった。さまざまなワークシートやパズルを開発して、授業や実験で使って、さまざまなパターンの存在や、パターンの意図や効果などを検証する。読解・作文のアプリケーションを新規開発または改善して、ライティング演習で使い、受講生の行動を測定・分析した。アプリケーションの操作に傾向が見られ、レビュー結果や考え方と関係している可能性を示せた。ここまでの成果を研究会等で発表・ディスカッションした。この結果は想定以上である。次のステップに向けたディスカッションは、翌年度に持ち越した。■トピック・ライターのレビュー・ワークシートワークシートに基づいて作文する文章エディター「トピックライター」用に、文章レビューのワークシートを開発した。このワークシートをテクニカル・ライティングの演習で使い、レビューの様子を測定・分析した。文章を書くときの編集操作パターンと、その書かれた文章をレビューするときのパターンとに関係があること示せた。■ジグソー・テキスト文のジグソー・パズル「ジグソー・テキスト」は、パズル(課題)の文章を読み解き、適切な順序に並べ替え作文するアプリケーションである。ジグソー・テキストをテクニカル・ライティングの演習で使い、読解・作文の様子を測定・分析した。パズル操作の測定データを分析して、パズルの解き方の傾向を読み取れる可能性を示せた。■今年度の研究成果として、学会発表を9件実施した。9件中、招待講演を1件、国際学会1件である。第1ラウンドとして、システム開発、演習・講義で測定・分析、研究会で発表するところまで進むことができた。第一ラウンドとしては開発、成果の発表等予定に従って概ね順調に進呈している。大きな問題は発生していない。

今年度2017年度に得られた測定データや分析結果の解釈、今後検証すべき仮説や演習・講義の内容についてディスカッションし、それに基づいて演習・講義の内容を調整して測定・分析する。さまざまなワークシートやパズルを開発して、授業や実験で使って、さまざまなパターンの存在や、パターンの意図や効果などを検証する。(理由)合宿の実施を次年度に繰り越した。システム開発および運用をクラウド環境で行い、開発用ノートPCを次年度に繰り越した。演習では受講生は自分の端末を使ったため、タブレット端末の購入を次年度に繰り越した。(使用計画)合宿を実施する。開発用ノートPCおよびタブレット端末を導入する。ワークショップ実施が次年度に繰越になったため。全額ワークショップ実施に利用する。
事例ベース推論におけるクリティカルな事例の発見

事例ベース推論による概念学習において,概念を表現するために必要最小限の事例の集合のことを,本研究ではクリティカルな事例の集合と呼ぶ.本研究の目的は,このクリティカルな事例集合を発見するための手法の提案およびその手法の理論的解析を行なうことと実際の応用分野への適用を行なってその有効性を検証することである.本研究の成果は以下である.未知の論理関数に関するクリティカルな事例ベースの近似構築法の提案今まで我々が行なってきた集合の包含関係に基づく類似度を使った事例ベース推論により,1つの事例ベースは論理関数を表現する.このことから,未知の論理関数に対して,サンプリングおよび所属性質問を行なうことにより,クリティカルな事例ベースを近似する手法を提案した.上記手法のPAC学習による解析事例の集合に確立分布を導入することにより,上記手法のPAC学習による解析を行なった.それによれば,アルゴリズムの出力の事例ベースによる分類誤りがεを超える確率がδを超えないようにでき,さらに,論理関数fに対して,fを表現するのに必要な事例ベースの最小の大きさが,|DNF(f)|をfの選言標準形の最小サイズ,|CNF(f)|を連言標準形の最小サイズとしたとき,事例のサンプル数が,たかだか(1/εln1/δ)・|DNF(f)|・(1+|CNF(f)|)であり,アルゴリズム中で必要な所属性質問の数はたかだかn^2・|DNF(f)|・|CNF(f)|となる.事例ベース推論による概念学習において,概念を表現するために必要最小限の事例の集合のことを,本研究ではクリティカルな事例の集合と呼ぶ.本研究の目的は,このクリティカルな事例集合を発見するための手法の提案およびその手法の理論的解析を行なうことと実際の応用分野への適用を行なってその有効性を検証することである.本研究の成果は以下である.未知の論理関数に関するクリティカルな事例ベースの近似構築法の提案今まで我々が行なってきた集合の包含関係に基づく類似度を使った事例ベース推論により,1つの事例ベースは論理関数を表現する.このことから,未知の論理関数に対して,サンプリングおよび所属性質問を行なうことにより,クリティカルな事例ベースを近似する手法を提案した.上記手法のPAC学習による解析事例の集合に確立分布を導入することにより,上記手法のPAC学習による解析を行なった.それによれば,アルゴリズムの出力の事例ベースによる分類誤りがεを超える確率がδを超えないようにでき,さらに,論理関数fに対して,fを表現するのに必要な事例ベースの最小の大きさが,|DNF(f)|をfの選言標準形の最小サイズ,|CNF(f)|を連言標準形の最小サイズとしたとき,事例のサンプル数が,たかだか(1/εln1/δ)・|DNF(f)|・(1+|CNF(f)|)であり,アルゴリズム中で必要な所属性質問の数はたかだかn^2・|DNF(f)|・|CNF(f)|となる.
高速大規模電磁界解析手法の開発および電磁環境影響評価手法への適用

本報告書において,階層型領域分割法に基づくfull-wave電磁界解析手法の高速化検討および大規模解析の実問題への適用を試みた。まず高速化手法として,階層型領域分割法における釣り合い問題の反復計算に対して有効な前処理手法として知られているBDD(BalancingDomainDecomposition)前処理の導入を検討した。続けて大規模解析の実用問題として約2千万複素自由度規模の通勤電車内環境モデルによる電磁界解析を実施し、解析が可能であることを示した。また,NICT数値人体モデルを用いた人体内の大規模解析に適用し、PCクラスタを用いて実用時間内に解析が可能であることを示した。本研究課題は,階層型領域分割法基づく大規模電磁界解析手法の高速化検討,および電磁環境問題への適用に関する研究である。本研究において,領域分割法に適した前処理として知られるBalancing Domain Decomposition (BDD)前処理の電磁界問題への適用検討をおこなった。BDDは,解析領域に対して粗いグリッドを用いて領域間のつり合い問題の収束性を向上させるマルチグリッド法の考え方を前処理として適用する方法であり,Numann問題を解いた時の解に粗いグリッドによる修正解を加えるアルゴリズムである。この粗いグリッドを辺要素関数空間が持つ性質を満たすように構成する必要があり,本研究において検討を進めた。しかしながら,高速化効果を示すにはいたらず,今後引き続き検討を進めることとする。また,BDDとは異なるアプローチとして,インターフェース反復計算に対角スケーリング前処理付きConjugate Orthogonal Conjugate Residual (COCR)法を適用し,約2,000万複素数自由度の問題において33%の計算時間が削減され,高速化効果が認められた.手法の実証として一般生活環境における電磁環境問題の一つである通勤電車内において携帯電話を使用した際の環境影響を評価することを想定し,環境を丸ごとモデル化した。解くべき数値モデルは,複数材料によって構成され複雑形状を有する大規模モデルであり一般に数値解を得ることは困難であるが,本研究において開発した手法によって解析可能であることを示した.また,人体内部の電磁界暴露計算手法の数値例を示すため,(独)情報通信研究機構(NICT)において公開されている数値人体モデルデータベースに基づき有限要素数値モデルを作成し,本数値モデルを用いた解析を行い,計算に成功した。この粗いグリッドを辺要素関数空間が持つ性質を満たすように構成する必要があり,本研究において検討を進めている。また,BDDとは異なるアプローチとして,インターフェース反復計算に対角スケーリング前処理付きConjugate Orthogonal Conjugate Residual (COCR)法を適用し,約2,000万複素数自由度の問題において33%の計算時間が削減され,高速化効果が認められた。手法の実証として一般生活環境における電磁環境問題の一つである通勤電車内において携帯電話を使用した際の環境影響を評価することを想定し,環境を丸ごとモデル化した。解くべき数値モデルは,複数材料によって構成され複雑形状を有する大規模モデルであり一般に数値解を得ることは困難であるが,本研究において開発した手法によって解析可能であることを示した。また,人体内部の電磁界暴露計算手法の数値例を示すため,(独)情報通信研究機構(NICT)において公開されている数値人体モデルデータベースに基づき有限要素数値モデルを作成し,本数値モデルを用いた解析を行い,計算に成功した。本研究課題は,大まかに分けて以下の3ステップによって進める。1.解析手法の高速化2.電磁環境解析における数値例の提示,および評価3.人体内部の電磁界計算の実施,評価上の2.3.はフレームワーク構築のレベルにおいてほぼ完了している。1.に関しては,BDDの検討をさらに進める必要があるが,一方で対角スケーリング前処理付きCOCR法によって一定の高速化効果が得られることがわかった。以上によって,本研究課題は,おおむね順調に進展していると考えられる。階層型領域分割法におけるインターフェース反復計算の高速化手法である,BDD前処理の検討を続ける。これと平行して,解析コードの詳細なチューニングを含む様々な高速化検討を実施することによって,手法の性能向上をはかる。平成24年度の7月に数値解析手法研究に関する世界最大規模の国際会議The 10th WORLD CONGRESS ON COMPUTATIONALMECHANICS (WCCM 2012)に,本研究課題に関する内容によって,講演を行う予定である。

また,本研究課題に関する内容によって23報ジャーナル論文として投稿する予定である。また,これらの事前準備として共同研究者との研究打ち合わせのための出張を実施する予定である。これらの費用として,研究費を使用する予定である。