hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境ストレスに対する作物の調節機能とその適応戦略

環境変化に対する作物の適応形態や生理機能の変化を理解するため、各研究者がこれまで用いてきた作物を対象に、環境条件と器官形成、生長調節物質、吸水、蒸散、光合成機能、物質分配との関係を中心課題として検討を行い、以下の知見を得た。1.環境条件と形態形成:イネ属における幼植物体の生長は祖先種によって異なり、深播適応性と関連する生育型は7タイプに分類されること(高橋)、ソルガムの感光性は温度によって変化し、高温と長日の組合せによって出穂が大幅に遅延すること(中野)、水稲における初期生育は胚重と密接に関連していること、が明らかになった。2.生長調節物質の役割:バレイショの塊茎形成にはジャスモン酸誘導体が関与していること(喜久田)、水稲においてABAは地上部のみならず根へ転流して根の生長にも影響を及ぼすこと(折谷)、GA阻害剤によってダイズの茎長が短縮するほか葉が肥厚して光合成速度が上昇すること(中世古)が明らかとなった。3.根の役割:根の水分屈性は温度差が根端で感知され、伸長組織の水伝導度と細胞壁の伸長係数が変化して屈曲が生じること(石原)、水ストレスに対する根系の構築パターンの可塑性は作物によって異なること(河野)、トマトの地上部の生育は根の温度の影響を受けること(稲永)、および根量の少ないバレイショ品種は乾燥条件下では気孔抵抗が増加して蒸散速度が著しく低下すること(岩間)、が明らかになった。4.物質分配特性の変化:甘藷の塊根におけるデンプン合成はADPグルコースピロホスホリラーゼ活性によって調節されていること(県)および陰葉では光合成機能の低下とともに師部積荷機能も低下していること(長南)が明らかになった。環境変化に対する作物の適応形態や生理機能の変化を解明するため、各研究者がこれまで用いてきた作物を対象に、環境条件と器官形成、生長調節物質、吸水・蒸散・光合成機能、物質分配と諸機能、との関係を中心課題として検討を行い、以下の知見を得た。1.環境条件と形態形成との関係:イネ属の幼植物体の生長には祖先種に由来し、深播適応性と関連している生育型が存在すること(高橋)、国内各地から集めたコシヒカリ種子の胚重には生産環境による変異がみられ、これが低温ストレス下の発芽、初期生長と関連すること(秋田)が明らかとなった。また、深播耐性の強い春播コムギ品種は、種子重が重く、鞘葉長が長く、幼芽の抽出力が大きいことが明らかになった(稲永)。2.生長調節物質の役割:バレイショの塊茎形成にはジャスモン酸誘導体が関与すること(喜久田)、ダイズの形態はエチレンによって矮性化し、GA阻害剤によって物質分配動向が変化して子実収量が増加すること(中世古)、また、イネの出液中に見出だされるABAやサイトカイニンの活性は品種によって異なることが明らかとなった(折谷)。3.吸水・蒸散・光合成機能:根の生理的活性の低下は、光合成系の活性ではなく、水の吸収低下を通じて光合成に影響すること(石原)、根系の異なるバレイショ品種の気孔抵抗や蒸散速度の差異は生育後半に現われること(岩間)、補償機能の大きい節根におけるリグニンの性質は作物によって異なること(河野)、およびアフリカの栽培稲Oryza glaberrimaは光合成機能面からみると、一年生の特性を有することが確認された。4.物質分配と諸機能:トールフェスクは根への乾物分配率が大きい反面、地上部のN反応が小さく、耐乾性が高いこと(中野)、およびアカクローバでは葉身の展開に伴って篩部細胞と葉緑体の構造発達が同時に進行すること(長南)が明らかになった。

環境変化に対する作物の適応形態や生理機能の変化を理解するため、各研究者がこれまで用いてきた作物を対象に、環境条件と器官形成、生長調節物質、吸水・蒸散・光合成機能、物質分配との関係を中心課題として検討を行い、以下の知見を得た。1.環境条件と形態形成:イネ属における幼植物体の生長は祖先種によって異なり、深播適応性と関連する生育型は7タイプに分類されること(高橋)、ソルガムの感光性は温度によって変化し、高温と長日の組合せによって出穂が大幅に遅延する機能が存在すること(中野)が明らかになったほか、水稲における初期生育は胚重と密接に関連しており、種子生産環境が次代の生育に影響を及ぼす可能性が示唆された。2.生長調節物質の役割:バレイショの塊茎形成にはジャスモン酸誘導体が関与していること(喜久田)、水稲においてABAは主に地上部において生成されるが、地上部のみならず根へ転流して根の生長にも影響を及ぼすこと(折谷)、およびダイズの開花始期にGA阻害剤ウニコナゾール-Pを処理すると、茎長が短縮するほか葉が肥厚して光合成速度が上昇し、子実収量が増加すること(中世古)、が明らかとなった。3.根の役割:根の水分屈性は、温度差が根端で感知され、伸長組織の水伝導度と細胞壁の伸長係数が変化して屈曲が生じること(石原)、水ストレスに対する根系の構築パターンの可塑性は作物によって異なること(河野)、トマトの地上部の生育は根の温度の影響を受けること(稲永)、および根量の少ないバレイショ品種は乾燥条件下では気孔抵抗が増加して蒸散速度が著しく低下すること(岩間)、が明らかになった。4.物質分配特性の変化:甘藷の塊根におけるデンプン合成がADPグリコースピロホスホリラーゼ活性によって調節されていること(県)および陰葉では光合成機能の低下とともに師部積荷機能も低下していること(長南)が明らかになった。
マルチメディアを用いた楽器データベースに関する研究

1.昨年度に、データ作成が完了した東京芸大小泉文夫記念資料室所蔵楽器目録の内容の確認作業を行った。楽器名に始まり、音域等の諸データや解説文に問題が多々あることが指摘され、主として音楽学関係の専門家により、確認修正作業を集中的に行った。世界の民族や言語を扱っているため、楽器名の表記などの判断が難しく、さらにそれらを計算機上にどのように表示するかが問題となり、今後の課題となった。現在、日本語版、英語版ともはぼ確認修正作業を終え、入力済みのデータに反映させる計画である。2.インターネット上での公開方法の検討を行った。現在、音楽学関係者10数名程度には公開しており、データの内容や使い勝手等を試しているところである。1が終わり次第、公開する予定となっている。窓口は東京芸大小泉文夫記念資料室が当たり、当面はパスワード付きでアクセスする計画である。3.上記データを手元のパソコンで高速にアクセスすることを目的に、CD-ROM化した。その結果、英語版、日本語版とも、MacとWindowsパソコン上で読めるようになった。機種依存をなくすためJAVAを用いた検索プログラムを開発した。4.研究分担者の「尺八データベース」のインターネットサーバー上での構築の検討を行った。5.以上の成果を、情報処理学会音楽情報科学研究会と日本音楽学会全国大会のシンポジウムで発表を行い、問題点や今後の課題などの有意義な意見を得ることができた。6.より高度な検索を目指して、関係データベースを用いた研究を行った。周辺国や同義語などからの検索も行えることを確認した。さらに、JAVAを用いて、より使い勝手がよく高機能なインターネットとのインターフェースの検討を行った。1.人文科学系のデータベースについて主としてインターネット上での状況について調べた。いくつかの図書館ではテキストでのデータベース公開がなされているが、音楽データベースでは、WWWのホームページを含めて、まだほとんど例がないことがわかった。特に国内の例はほとんどない状況であった。2.楽器データベースのプロトタイプシステムを完成させた。グラッフィックのインターフェースを持っており、使いやすいが、動的なデータ項目への対応やネットワーク上から自由に使えないなど問題点もあきらかになった。成果は、別表で示す音楽情報科学研究会で発表した。インターネット上のデータとしてWWWホームページに載せるための方式について検討した。楽器データとして東京芸術大学小泉文夫記念資料室の協力を得た。所蔵楽器カタログのデータを構造化してテキストと写真さらに音のマルチメディアデータをアクセスできる枠組みを作った。さらに、簡単な検索を行って目的のデータを見つける方式を付加した。この作成のため今年度科研費でワークステーションを購入した。完全なデータベースではないものの、データ構造の親和性が高い点と広くインターネット上で使えることから来年度も引き続き東京芸大の協力を得て完成を目指す予定である。4.本格的なデータベースの研究のため同ワークステーション上に関係データベースを載せ、楽器データベース構築に当たって必要な検討を開始した。関係データベースは、動的なデータ項目の変更や検索能力機能は強力ではあるが、マルチメディアデータの扱いやインターネットからのアクセス等の問題があり、引き続き来年度の課題である。1.東京芸大小泉文夫記念資料室所蔵楽器目録のデータを、インターネット上のWWWホームページにHTML記述して構築した。643点のデータの全ての諸データと画像ファイルを、英語版と日本語版で作成入力した。さらに、実験的に音データも数十件入力した。音色データの構築には問題があるものの、今後東京芸大と協力のもとに、データの入力ミスや誤記を確認後、公開予定である。昨年度のプロトタイプと以上の成果を、コンピュータ音楽国際会議で発表した。2.同WWWデータは、楽器分類を知っている専門家には使い易いものの、知らない人でも使えるように、検索機能を付加した。

インデックスファイルを用いて、楽器分類と地域名のそれぞれ2階層のどこからでもメニューを見ながら検索し、目的の楽器データに到達できる。付加機能として、ANDやOR検索、前の検索結果から絞りこみを行える。さらに、任意のキーワードを含む解説文からの検索機能を追加して、出版物では不可能な種々な情報検索が可能となった。それらの機能とGUIを見やすく設計することで、どこからでも容易に使える枠組みが構築できた。3.さらにより高度な検索機能を実現するために、関係データベース上の構築検討を行った。使い易さを考え、WWWブラウザからGUIを用いた問い合わせを行い、関係データベースに引き渡して検索を行なわせ、結果を再度HTML化してブラウザに表示するインターフェースを構築した。今後さらに検索項目の追加と高度な検索を目指す予定である。4.現在の所、研究分担者で独立に進めている「尺八データベース」を、WWW上の資源として統一的に扱う枠組みの検討を始めた。1.昨年度に、データ作成が完了した東京芸大小泉文夫記念資料室所蔵楽器目録の内容の確認作業を行った。楽器名に始まり、音域等の諸データや解説文に問題が多々あることが指摘され、主として音楽学関係の専門家により、確認修正作業を集中的に行った。世界の民族や言語を扱っているため、楽器名の表記などの判断が難しく、さらにそれらを計算機上にどのように表示するかが問題となり、今後の課題となった。現在、日本語版、英語版ともほぼ確認修正作業を終え、入力済みのデータに反映させる計画である。2.インターネット上での公開方法の検討を行った。現在、音楽学関係者10数名程度には公開しており、データの内容や使い勝手等を試しているところである。1が終わり次第、公開する予定となっている。窓口は東京芸大小泉文夫記念資料室が当たり、当面はパスワード付きでアクセスする計画である。3.上記データを手元のパソコンで高速にアクセスすることを目的に、CD-ROM化した。その結果、英語版、日本語版とも、MacとWindowsパソコン上で読めるようになった。機種依存をなくすためJAVAを用いた検索プログラムを開発した。4.研究分担者の「尺八データベース」のインターネットサーバー上での構築の検討を行った。5.以上の成果を、情報処理学会音楽情報科学研究会と日本音楽学会全国大会のシンポジウムで発表を行い、問題点や今後の課題などの有意義な意見を得ることができた。6.より高度な検索を目指して、関係データベースを用いた研究を行った。周辺国や同義語などからの検索も行えることを確認した。さらに、JAVAを用いて、より使い勝手がよく高機能なインターネットとのインターフェースの検討を行った。
水と空気の二相流における浸透特性の計測方法に関する研究

不飽和地盤内の浸透問題を定性的、定量的に評価する方法として、地盤内の水と空気の挙動を同時に考慮できる気液二相流解析手法が開発されており、極めて有効な数値解析手法であると考えられている。この際、入力パラメータとして、地盤内の空気および水の挙動を支配する浸透特性(物理定数)が必要となり、その設定は解析精度を左右するものである。しかし、空気の流動特性を支配するパラメータについては、その定義さえ不十分であり、確たる測定法も確立されていないのが現状である。本研究では、不飽和地盤内の水と空気の流動のメカニズムおよびそれらを支配するパラメータの定義を明確にし、水と空気の流動を支配する浸透特性の計測方法の確立を行うことを目的とする。本研究により得られた成果を要約すれば、以下のようになる。1.鉛直一次元二相流室内浸透実験モ-ルドを試作し、それを用いて不飽和砂質試料における空気および水の二相流浸透の室内非定常浸透実験を行った。2.自動電気探査装置を用いて不飽和砂質試料の比抵抗値の非定常変化を計測し、試料内の空気および水の流動挙動の定性的な把握を試みた。その結果、比抵抗値による体積含水率の非定常測定の可能性について検討し、両者の相関関係データの蓄積と関数式の確立を目的として、電極の設置等、精度の良い校正曲線の作成法についての検討を行った。3.中性子水分計を用いて不飽和砂質試料内の水分変化をリアルタイムに計測するシステムの試作を行った。また、実験結果より不飽和地盤内の空気と水の流動メカニズムに関する考察を行った。4.高精度圧力変換器を用いて、試料内複数点での間隙水圧および間隙空気圧のを計測する高精度な間隙水圧および間隙空気圧計測システムを作成した。5.不飽和地盤内の空気と水の流動を支配するパラメータの定義を明確にするとともに、実験データを数値解析により逆解析的に考察し、不飽和地盤内の空気および水の挙動に関する浸透特性を求める解析システムを開発した。本研究により得られた本年度の成果を要約すれば、以下のようになる。1.鉛直一次元二相流室内浸透実験モールドを試作し、それを用いて不飽和砂質試料における空気および水の二相流浸透の室内非定常浸透実験を行った。

また、実験結果より不飽和地盤内の空気と水の流動メカニズムに関する考察を行った。不飽和地盤内の浸透問題を定性的、定量的に評価する方法として、地盤内の水と空気の挙動を同時に考慮できる気液二相流解析手法が開発されており、極めて有効な数値解析手法であると考えられている。この際、入力パラメータとして、地盤内の空気および水の挙動を支配する浸透特性(物理定数)が必要となり、その設定は解析精度を左右するものである。しかし、空気の流動特性を支配するパラメータについては、その定義さえ不十分であり、確たる測定法も確立されていないのが現状である。本研究では、不飽和地盤内の水と空気の流動のメカニズムおよびそれらを支配するパラメータの定義を明確にし、水と空気の流動を支配する浸透特性の計測方法の確立を行うことを目的とする。当該年度での研究実績概要は以下のようである。(1)高精度圧力変換器を用いて、試料内複数点での間隙水圧および間隙空気圧の非定常挙動を計測する。大量の計測データを高速処理するために光磁気ディスク装置を組み込んだマイコンによって制御する高精度な間隙水圧および間隙空気圧計測システムを作成した。フィルターとしては、空気圧の計測にはグラスフィルターを間隙水圧の計測にはセラミックカップを使用した。(2)得られた非定常浸透実験データを数値解析による飽和・不飽和状態の気液二相流解析手法によりシミュレートして、不飽和地盤内の空気と水の流動を支配するパラメータの定義を明確にするとともに、その感度解析を行って測定方法の検討を行った。また、実験データを数値解析により逆解析的に考察し、不飽和地盤内の空気および水の挙動に関する浸透特性を求める解析システムを開発した。
霊長類大脳の運動関連皮質における情報の流れと抑制/興奮神経回路網

ラットやネコの大脳皮質ではパルブアルブミン(PV)含有GABA抑制細胞はgap結合(電気的シナプス)で互いにつながり、同期発火する。サル大脳皮質でもgap結合はPV陽性樹状突起上に存在したが、ネコでは個のPV細胞が数十個のgap結合を持つのに対し、サルでは28個のgap結合を持つのみであった。錐体細胞の細胞体周囲に終末を持つバスケット細胞はGABA抑制細胞であり、PV陽性であることが知られている。霊長類では1つの錐体細胞を取り囲むPV終末はげっ歯類よりも多い。げっ歯類では電気的シナプスを介した抑制細胞が同期発火し、興奮性錐体細胞を抑制するのに対し、霊長類では単一の抑制細胞が強力に錐体細胞を抑制し、GABA細胞が同期して行う錐体細胞の抑制は弱いと考えられる。大脳皮質の領野間連合投射の終末は抑制性GABA細胞と興奮性細胞の両方に投射する。ラットやマウスの大脳皮質においては、GABAを伝達物質とする抑制性細胞の中では、カルシウム結合タンパク質であるパルブアルブミン陽性GABA細胞が領野間投射線維終末の標的になっていることが分かっている。研究により、霊長類でもパルブアルブミン陽性GABA細胞が領野間投射の標的細胞であることが明らかになった。情報の流れを考えた場合、ゲッ歯類ではforward投射(1次感覚野→高次感覚野)はGABA抑制細胞の細胞体近傍に、feedback投射(高次感覚野→一次感覚野)は細胞体から遠位部に終末を持つという違いが有り、それが情報の制御を行っている可能性があるが、サルでは視覚系でも運動系でもそのようなforward投射とfeedback投射の標的部位における差異は明らかではなかった。一方、ラットではパルブアルブミンGABA細胞が投射性錐体細胞の細胞体を囲むようなバスケット構造をとる終末を持っていることが知られている。サルでも同様なバスケット様のパルブアルブミン陽性GABA細胞による錐体細胞周囲の終末があるが、このバスケット様構造は第一次運動野では顕著に見られるのに対して運動前野、前頭前野と高次になっていくに従い、バスケットを形成する終末密度が下っており、霊長類では情報の制御システムが領野間で顕著に異なっている可能性がある。ラットではこのパルブアルブミンGABA陽性細胞は互いにGAP結合でつながっていることが知られているが、霊長類でも同様にGAP結合が存在した。ゲッ歯類でも霊長類でも、皮質内のパルブアルブミン含有GABA抑制が同期発火し、領域内の錐体細胞を抑制していると考えられる。大脳皮質の領野間投射には第一次視覚野から上位の視覚野へという情報の流れに従ったforward投射と、その逆で、上位中枢からの統制情報などを伝えているfeedback投射がある。またげっ歯類では皮質間投射の受け手は錐体細胞と抑制性GABA細胞のうちパルアルブミン陽性細胞であり、幼弱期には投射方向による差はないが、成熟期すると、feedback投射はパルブアルブミン細胞の遠位部にミトコンドリアのない終末を、forward投射は細胞体近位部にミトコンドリアを含む終末を持つ。シナプス終末におけるミトコンドリア含有率を比べても、forward投射とfeedback投射には違いはない。霊長類では、forward、feedback投射の両方が近/遠位に終末を持ち、霊長類ではげっ歯類の幼弱期により近く、可塑性の高い状態を成熟期でも保っていると考えられる。げっ歯類や食肉類では、パルブアルブミンGABA細胞はGAP結合で互いにつながり、同期発火するという特徴を持つことが報告されている。霊長類でもGAP結合があるかどうかを、GAP結合特異的タンパク質であるコネキシン36を用いて調べた。霊長類大脳皮質でもGAP結合はパルブアルブミン陽性樹状突起上に存在したが、ネコでは1個のパルブアルブミン陽性細胞が数十個のGAP結合を持つのに対し、霊長類では2個から8個のGAP結合を持つのみであった。げっ歯類と比較して、霊長類のパルブアルブミン細胞は錐体細胞の軸索基部や細胞体により多くの終末を持ち、強力に抑制することが知られている。げっ歯類ではGAP結合により同期したGABA細胞が錐体細胞を抑制するのに対し、霊長類では単一の抑制細胞が強力に錐体細胞を抑制し、GAP結合による多数のGABA細胞が同期して行う抑制は弱いと考えられる。ラットやネコ大脳皮質では、抑制性細胞の代表であるパルブアルブミン含有GABA細胞はギャップ結合(電気的シナプス)で互いにつながり、同期発火するという特徴を持つことが報告されている。

霊長類でもギャップ結合があるかどうかをマカクサル大脳皮質を用いてギャップ結合特異的タンパク質であるコネキシン36を指標として調べた。サル大脳皮質でもギャップ結合はパルブアルブミン陽性樹状突起上に存在したが、ネコでは1個のパルブアルブミン陽性細胞が数十個のギャップ結合を持つのに対し、サルでは28個のギャップ結合を持つのみであった。ヒトの大脳皮質組織では2重染色ができなかったためパルブアルブミン陽性樹状突起にギャップ結合が存在するかどうかは確認できなかったが、運動皮質や体性感覚皮質において、コネキシン36陽性構造の密度はラットと比べて低かった。同じ傾向は霊長類に近縁種であるツパイでも認められた。一方、大脳皮質には錐体細胞の細胞体周囲に終末を持つバスケット細胞や軸索初節に終末を持つシャンデリア細胞という独特の形態を持つGABA細胞がパルブアルブミン陽性であることが知られている。霊長類では1つの錐体細胞を取り囲むパルブアルブミン終末はげっ歯類よりも多く、軸索初節における終末密度も高い。げっ歯類では電気的シナプスにより同期した抑制性GABA細胞が興奮性細胞の代表である錐体細胞を抑制するのに対し、霊長類では単一の抑制細胞が強力に錐体細胞を抑制し、多数のGABA細胞が同期して行う錐体細胞の抑制は弱いと考えられる。大脳皮質領野間比較を行った場合、サルではどの領野でもギャップ結合の数は少なく、領野差は見られなかった。一方、錐体細胞を取り囲むパルブアルブミン終末の数は一次視覚野では少なく、運動関連皮質では多い。さらに、運動関連皮の中でも前頭前野が最も多く、各領野の機能の違いを反映していると考えられる。
先天性大動脈二尖弁の臨床病理学的研究

大動脈2尖弁(Bicuspid aortic valve : BAV)は人口の1-2%に出現する先天性疾患であり、大動脈弁の石灰化と狭窄および上行大動脈の拡張(真性動脈瘤)をきたす。手術により弁の置換を行っても、上行大動脈に解離が起こり解離性大動脈瘤に進展することから、本質的に動脈壁に異常が存在することが示唆される。BAV127例の上行大動脈を病理組織学的に検討したHommeら(1)によると、著変がみられないnormal mediaが56.7%で、次いでcystic medial degeneration (CMD)が22.5%だった。CMDは大動脈の主な構成成分である弾性線維の断裂変性、粘液変性が中膜を中心にして起こる所見であるが、石灰化を伴わないとされている。一般的に加齢とともに、断片化した弾性線維にはカルシウムの沈着が起こり粥状動脈硬化症に進展していくことが報告されておりelastocal cinosis (ElCa)と呼ばれている(2)が、BAVの大動脈でElCaが起こっているとの報告はなされていない。また、家族性で、CMDがあることからBAVとMarfan症候群の類似性も報告されている。Marfan症候群の原因となるfibrillinの発現と中膜変性の関係も興味が持たれる(3)。今回、私達はBAVの上行大動脈を組織学的に詳細に検討した。材料と方法BAVに伴う上行大動脈瘤: 18例(年齢56±3.2、M/F : 11/7)とBAVを伴わない解離性上行大動脈瘤: 7例(年齢61±4.9、M/F : 5/2)を比較検討した。フォルマリン固定、パラフィン切片でHE染色、Elastica-Massontrichrome染色(EM)、Kossa染色を行ってElCaの有無を調べ、自動画像解析装置[Mitani、東京]を用いて定量的に観察した。また、αSMAの免疫染色で、平滑筋量を観察し、in situ hybridization法で平滑筋のアポトーシスの有無を調べた。さらに、Fibrilinの免疫染色を施行した。結果大動脈におけるElCaの面積比はBAV群では14.69±1.14%(4.86-33.60)だったが、コントロール群では1,38±0.14%(0.38-2.86)で、両者には有意差がみられた(P<0.001)。すなわち、BAV大動脈では非BAV大動脈に比較してElCaが有意に高度だった。また、平滑筋の減少はアポトーシスではなく壊死によるものだった。Fibrillinは全例陽性だったが、その染色強度は様々だった。高度ElCaと平滑筋の減少、弾性線維の断裂変性の原因を明らかにするためには更なる研究が必要である。参考文献:大動脈2尖弁(Bicuspid aortic valve : BAV)は人口の1-2%に出現する先天性疾患であり、大動脈弁の石灰化と狭窄および上行大動脈の拡張(真性動脈瘤)をきたす。
超臨界二酸化炭素中でのアセトンの拡散の圧力依存性

本研究では、テイラー法を用いて32,40,51°Cの超臨界二酸化炭素中でのアセトンの拡散係数を測定した。(1)アセトン注入量(濃度)を増大させると、希薄濃度では、圧力とともに拡散係数は減少するが、濃度を増加させると臨界圧力近傍で臨界点に向かって急激に減少し、0になるような挙動を示し、圧力に対して拡散係数は最大値を持つようになることを実験的に見つけた。この0へ近づく異常性は、不可逆過程の熱力学から説明され、状態方程式を用いることにより定性的にその傾向を示すことができた。(2)12MPa以上では、通常のように温度を上げると拡散係数は大きくなるが、それ以下では臨界点で0へ向かう挙動をするので、温度依存性は複雑となる。(3)超臨界域においては浮力の影響が大きいので、ループ状に管を巻いて実験を行うときは、管が水平になるように設置することを明らかにした。
シェアードスペースにおける運転挙動の解析と大規模シミュレーション環境の構築

本研究は、ヨーロッパを中心に普及している「シェアードスペース」と呼ばれる交通環境における運転者の支援を目指した。交通シミュレータ「UC-win/Road」を採用し、シェアードスペースで導入される「ラウンドアバウト交差点」を再現した。本学学生を中心とした被験者の運転データ(アクセル、ブレーキ、ステアリング)を収集し、基本統計量に加え、混合ガウス分布モデルによる分析を行った。初心運転者の多くはラウンドアバウト交差点に不安を感じるが、適切なナビゲーションにより、運転挙動が安定することが分かった。本研究はヨーロッパを中心に普及している「シェアードスペース」を参考に、より快適で安全な交通空間を構築することが目的である。この目的を達成するための第一段階として、シェアードスペースを体験するための仮想環境をシミュレータで実装することで、運転者の挙動を定量的にモデル化することが昨年度の目標であった。シミュレータとして株式会社フォーラムエイトが開発する「UC-win/Road」を採用し、シェアードスペースで頻繁に導入される「ラウンドアバウト交差点」を組み込んだ仮想のドライビング・コースを構築した。ラウンドアバウト交差点は、2013年の道路交通法の改正に伴い「環状交差点」として位置付けられ、日本においても導入が進んでいる。本研究では、愛知県一宮市に設置されている中規模のラウンドアバウトを調査し、仮想のドライビング・コースで再現した。また、運転手の走行を補助するためのナビゲーション機能をプラグインとして開発し、シミュレータに組み込むことに成功した。このドライビング・コースとプラグインは開発元が主催するコンペにおいて「環境設計情報学賞」を受賞し高い評価を得た。さらに、このドライビング・コースを用いて、本学学生を被験者として、「ペダルの踏み込みの強さ」や「ステアリングの回転角」などのログを収集した。これらのログに加え、被験者に対して実施したアンケートを分析した結果、ナビゲーション機能の有効性を定量的に示すことができた。この成果は国際会議IIMSS2015に投稿し採択された(6月中旬にイタリア・ソレントで発表予定)。また、上記のログに混合ガウス分布によるクラスタリングを適用し、運転手の挙動を5つのクラスタに分類した。この成果は国際会議ICIS2015に投稿し採択された(6月下旬にアメリカ・ラスベガスで発表予定)。隠れマルコフモデルなどの手法を用いて、時系列を考慮した運転手の挙動をモデル化することが当面の課題である。本研究は、信号や標識の設置を最低限に減らした「シェアードスペース」における、ドライバーの運転挙動を解析することを目的としている。昨年度の成果を発展させると共に、研究成果の公開・発表に注力した。国際会議IIMSS2015では、シェアードスペースにおいて効果的な「ラウンドアバウト交差点」の初心運転者に対する効果を検証した。株式会社フォーラムエイトの交通シミュレータ「UC-win/Road」を採用し、愛知県一宮市のラウンドアバウト交差点を再現した。本学学生を中心とした被験者の運転データ(アクセル、ブレーキ、ステアリング)を収集し、基本統計量による分析を行った結果、初心運転者の多くがラウンドアバウト交差点を難しいと感じること、また、適切なナビゲーションをすることで不安の解消に繋がることを示した。また、国際会議ICS2015では、上記のデータに混合ガウス分布モデル(GMM)を適用し、運転者の状態を推定する手法を提案した。ナビゲーションを導入することにより、初心運転者の運転挙動が安定することを示した。この論文は、「Computer and Information Science 2015、Springer, Vol.614」の選抜論文にも採択された。現在は、昨年度からの課題であったマルコフモデルを利用した時系列データの分析に加え、大規模シュミレーションに向けてクラウド機能を利用したシミュレータの拡張を進めている。本研究は平成26年度の成果を考慮すると「おおむね順調に進展している」と言える。当初目的としていたラウンドアバウト交差点を含む仮想のドライビング・コースを、愛知県一宮市に実在するラウンドアバウト交差点を参考に構築することができた。一方で「段差の解消」、「標識の除去」などの再現は不十分であり、完全にシェアードスペースを再現できたとは言えない。また、このドライビング・コースを利用して、被験者のログを蓄積しているが、まだその数は少なく属性に偏りがある。今後はログを増やすことで、普遍性の高い運転手の挙動モデルを構築することが必要と考える。社会システム工学より再現性の高い仮想のドライビング・コースを構築するにはヨーロッパでの取材が不可欠となる。現在は愛知県一宮市をモデルとしているが、イギリスやドイツなどシェアードスペースの導入率が高い国をモデルにできればと考えている。また、運転挙動のモデル化は過去の関連研究を参考に複数のモデルを比較する必要がある。現在は代表的な「ガウス混合分布」を採用しているが、「ニューラル・ネットワーク」や「ベイジアン・ネットワーク」などの学習モデルを利用することも検討したい。さらには、ドライビング・コースをクラウド上で構築し、不特定多数のユーザーが体験できるよう改良し、大規模シミュレーションへと繋げて行きたい。平成26年度の成果をまとめた2論文の発表が平成27年度に予定されているため。
GABAB受容体を介した上丘ニューロンのバースト発火終了機構の解明

中脳に位置する上丘は、興味の対象にすばやく視線を向ける眼球サッケード運動制御の中枢である。本研究ではマウスのスライス標本を用いてサッケード運動に先行して生成される上丘ニューロンのバースト発火がどのように終了するのかについて解析し、GABAB受容体が重要な役割を果たしていることを明らかにした。この結果は、眼球運動が適切に終了するためにはGABAB受容体の機能が重要であることを示唆している。中脳上丘中間層ニューロンのバースト発火は興味の対象にすばやく視線を向ける眼球サッケードの制御に重要である。本研究ではバースト発火に対するGABA_B受容体の役割を検討した。GABA_A受容体拮抗薬gabazineの存在下、上丘浅層を電気刺激すると中間層non-GABAニューロンでバースト発火が誘発された。GABA_B受容体拮抗薬のCGP52432(CGP)を追加すると、バースト発火の持続時間は顕著に増大した。CGPを浅層に局所投与しても同様の効果が観察され、gabazine存在下ではGABAニューロンもバースト発火を示すことから、以上の結果は、浅層のGABA_B受容体がシナプスから遊離されたGABAにより活性化されるとバースト発火の持続時間を制限する機能を持つことを示唆している。浅層に存在するnarrow field vertical cellでは局所の連続電気刺激によりCGP-sensitiveな外向き電流が誘発され、wide field vertical cellでは遠位樹状突起へのグルタミン酸パフ適用で誘発される脱分極がGABA_B受容体作動薬のパフ適用によってshunt効果で抑制された。さらに、浅層non-GABAニューロンにおいて局所連続刺激後に誘発されるEPSC_sの振幅は減弱し、この減弱はCGPにより回復したことから、連続刺激により遊離されたGABAがグルタミン酸神経終末に存在するGABA_B受容体に作用すると、グルタミン酸の遊離を抑制することが分かった。また、NMDA受容体阻害薬の浅層への局所投与は浅層のみでなく中間層のバースト発火も抑制したことから、中間層のバースト発火生成には浅層のバースト発火が必要であることが分かった。以上の結果は、浅層のGABA_B受容体は上丘局所回路でのバースト発火の持続時間を制限し、サッケードを適切に終了させる上で重要な役割を果たす可能性を示している。昨年度の研究により、上丘中間層のバースト発火の生成には浅層でのNMDA受容体を介したバースト発火が重要であることを見出した。そこで本年度は浅層でのバースト発生に重要であると考えられるwide-field vertical(WFV)cellの活動がどのように上丘局所GABA作動性ニューロンによって制御されているのかをスライスパッチクランプ法を用いて検討した。その結果、以下のことを見出した。1、WFV cellでは視神経刺激により、単シナプス性のEPSCに続き2シナプス性のIPSCが数ミリ秒後に誘発され、その減衰時定数はIPSCのほうがEPSCよりも有意に大きく、そのために連続刺激によるIPSCアンプリチュードの増大はEPSCに比べて有意に大きかった。このようなIPSCの性質により連続刺激によってもWFV cellはバースト発火を生じないと考えられた。2、アセチルコリンはGABA作動性ニューロンの軸索終末に作用することでGABAの遊離を増大させることが報告されている。WFV cellの樹状突起の遠位部と近位部にアセチルコリンをパフ適用したところ、遠位部よりも近位部においてGABA作動性入力が強いことがわかった。さらに、GABAA受容体アンタゴニストを近位樹状突起に局所適用した場合に、遠位樹状突起の場合よりも強いバースト発火が誘発された。3、F-により細胞内からGABAA受容体をブロックし、視神経を単発刺激してもバースト発火は誘発されなかったが、連続刺激によりバースト発火が誘発されたことから、単一細胞のGABAA受容体をブロックするだけではバースト発火を誘発するには不十分で、周囲の協調的な興奮性の増大が必要であると考えられた。以上の結果は、上丘局所GABA作動性ニューロンによる正確なfeedfbrward抑制がWFV cellの活動を制御していることを示している。
マウス嗅覚系における嗅細胞の軸索投射メカニズムの解明

我々高等動物は外界からの様々な情報を五感を介して識別し、行動している。この高度な情報処理は正確な神経回路構築により支えられている。マウスの嗅覚系において、匂い受容を担う嗅細胞はたった一種類の嗅覚受容体(OR)遺伝子を発現し、同一のORを発現する嗅細胞の軸索は嗅球上の特定の位置に投射し、糸球構造を形成する。つまり、匂い分子と発現するORとの結合情報は、嗅球においてはどの糸球が発火したかという位置情報(匂い地図)へと変換されている。この匂い情報は二次神経細胞である僧帽細胞を介し、高次中枢である嗅皮質へと伝えられている。本研究では、神経地図を介して接続する嗅細胞と僧帽細胞が、どのように適切なシナプス形成を行うかという問題解明のために、先行研究により機能的な違いが存在すると言われている嗅球の背腹軸方向の神経接続について研究を行った。私は、嗅球腹側に配列される僧帽細胞が嗅上皮腹側に位置する嗅細胞と同様にNrp2を発現しており、嗅球腹側において、Nrp2陽性の嗅細胞軸索とNrp2陽性の僧帽細胞が対峙していることを見出した。更に遺伝子操作マウスの解析により、嗅細胞由来のSema3Fが嗅細胞の軸索投射のみならず、僧帽細胞の細胞体の誘導及び配置にも関与していることを明らかにした。さらにNrp2を発現している僧帽細胞は嗅皮質の特定の領域に偏って投射していることが明らかになった。本研究により、嗅上皮背側に位置する嗅細胞が発現する分泌性のligand Sema3Fが、嗅細胞の軸索と僧帽細胞を共に背腹軸に沿って配向させ、両者間の適切なシナプス形成を可能にしていることを明らかにした。この知見は、神経地図を介して接続する2種類の神経細胞の集団が、シナプス形成の為にどの様に持ち寄られるのかという、脳研究全体の重要問題に糸口を与えたという意味で重要であると考えられる。これまで、神経回路形成の研究は、神経細胞がどこに投射するかということに主眼を置いて行なわれてきた。しかし、今回私は、前神経細胞由来のligandにより前神経細胞の軸索投射だけではなく、後神経細胞の細胞体の配置も制御し、前神経細胞と後神経細胞の適切な神経接続を可能にしているという新しいメカニズムを明らかにした。これまでの研究から、軸索ガイダンス分子であるNrp2を発現している僧帽細胞が嗅皮質の特定の領域に投射していることが明らかになった。今後は、この僧帽細胞がどのような機能を持っているのかを遺伝子組換えマウスを用いた行動実験などで明らかにしていく。マウス嗅覚系における神経地図形成に関しては、嗅球の背腹軸に沿って嗅上皮と投射先である嗅球との間に空間的な対応関係が存在することが知られている。しかしながら、何がその位置情報を担っているかその具体的な分子実態やメカニズムについては明らかにされていなかった。我々は、嗅上皮で濃度勾配を示して相補的に発現している軸索ガイダンス分子Neuropilin2(Nrp2)とその反発性ligandである分泌型Seam3Fに着目し解析を行った。遺伝子操作マウスを用いた今回の実験により、Nrp2とSema3Fの反発性の相互作用が、嗅細胞の背腹軸方向の軸索投射の制御に関与していることが判明した。次にこの嗅覚神経地図が機能的に働くためには、嗅細胞が二次神経である僧帽細胞の主樹状突起と正確に接続する必要がある。僧帽細胞は胎児期に脳室帯から嗅球へと移動し、やがて糸球層の内側に正しく配列して嗅細胞の軸索とシナプス形成を行う。では、僧帽細胞はどのようにパートナーである嗅細胞の軸索と適切なシナプスを形成しているのだろうか。我々は今回の研究で、腹側の僧帽細胞は腹側の嗅細胞軸索と同様、Nrp2を発現しており、その発現分布はNrp2を発現する嗅細胞の投射領域と一致していることを見出した。更に遺伝子操作マウスの解析により、嗅細胞由来のSema3Fが僧帽細胞の細胞体の誘導及び配置にも関与していることが明らかとなった。今回の研究により、背側嗅細胞由来の共通のligandが嗅細胞の軸索と僧帽細胞を共に背腹軸に沿って配向させ、両者間の適切なシナプス形成を可能にしていることが判明した。今回の研究は、神経地図を介して接続する2種類の神経細胞の集団が、シナプス形成の為にどの様に持ち寄られるのかという、脳研究全体の重要問題に糸口を与えたという意味で重要であると考えられる。

本研究では、神経地図を介して接続する嗅細胞と僧帽細胞が、どのように適切なシナプス形成を行うかという問題解明のために、先行研究により機能的な違いが存在すると言われている嗅球の背腹軸方向の神経接続について研究を行った。私は、嗅球腹側に配列される僧帽細胞が嗅上皮腹側に位置する嗅細胞と同様にNrp2を発現しており、嗅球腹側において、Nrp2陽性の嗅細胞軸索とNrp2陽性の僧帽細胞が対峙していることを見出した。更に遺伝子操作マウスの解析により、嗅細胞由来のSema3Fが嗅細胞の軸索投射のみならず、僧帽細胞の細胞体の誘導及び配置にも関与していることを明らかにした。さらにNrp2を発現している僧帽細胞は嗅皮質の特定の領域に偏って投射していることが明らかになった。本研究により、嗅上皮背側に位置する嗅細胞が発現する分泌性のligand Sema3Fが、嗅細胞の軸索と僧帽細胞を共に背腹軸に沿って配向させ、両者間の適切なシナプス形成を可能にしていることを明らかにした。この知見は、神経地図を介して接続する2種類の神経細胞の集団が、シナプス形成の為にどの様に持ち寄られるのかという、脳研究全体の重要問題に糸口を与えたという意味で重要であると考えられる。これまで、神経回路形成の研究は、神経細胞がどこに投射するかということに主眼を置いて行なわれてきた。しかし、今回私は、前神経細胞由来のligandにより前神経細胞の軸索投射だけではなく、後神経細胞の細胞体の配置も制御し、前神経細胞と後神経細胞の適切な神経接続を可能にしているという新しいメカニズムを明らかにした。これまでの研究から、軸索ガイダンス分子であるNrp2を発現している僧帽細胞が嗅皮質の特定の領域に投射していることが明らかになった。今後は、この僧帽細胞がどのような機能を持っているのかを遺伝子組換えマウスを用いた行動実験などで明らかにしていく。
人工歯咬合面の機能形態付与に関する研究

前年度までの基礎的検討の結果、新たに開発された咬合面金属用の2分割レジン人工歯は、機械的強度、耐久性、形態精度等多くの臨床的要件を十分満たしており、実用性に関して問題が無いことを確認した。これらについては既に日本補綴歯科学会、国際補綴歯科学会において報告し、International Journal of ProsthodonticsおよびDE誌に発表した。現在は、本システムにおいて臨床的に重要な事項である、暫間的なものであるレジン咬合面を何時最終的な金属に置換すべきかについての指針を得るべく、幾つかの部分床義歯、全部床義歯に実際に試用し、レジン咬合面の口腔内での形態的変化によって生ずる機能的な変化を追求している。咬合的形態はそれぞれ1カ月を目安に1週間ごとに印象採得を行なって咬合面の形態の記録を行うと同時に、機能検査として両側咬筋および側頭筋の表面EMGを記録同時に本教室開発の粒数計測による咀嚼能率判定法によって口腔機能の推移を追求している。これらのデ-タ-の集計はまだ終了していないが、現時点での見解は、この義歯装着後1カ月の期間におけるEMGおよび咀嚼能率検査では、実際観察される機能改善に関して、所謂義歯への慣れによるものと人工歯の咬合面に形成される咬合小面の関与を明瞭に分離することが出行ない。臨床的には患者自身による判断が最も貴重な基準と成っている。今後は咬合小面の形態を詳細に検討し、下顎運動との関係で考察する方が、より客観的な判定資料を提供出来るものと考える。精密高温水槽、真空加圧鋳造機、加重試験機を購入し、試作の二分割構造の咬合面金属用人工歯について以下の実験を行った。1。機械的強度(1)レジン咬合面、(2)金属咬合面実験結果として、(1)についての引っ張り強度試験では、平均8.6Kgfを又(2)については総ての試料で、レジン基底部が破折し、接合面での強度は、測定不能であった。(1)については4°C60°Cの2000回に亙る熱サイクルを与えても接合力の低下は見られなかった。2。形態精度人工歯の咬合面を金属に鋳造して、基底部に合着したものについて、各ステップにおける垂直距離の変化を観察した。その結果、分離時の沈下と合着時の浮き上がりが相殺され最終的に平均値として17μの浮き上がりを得た。これらの概況については第80回日本補綴歯科学会総会において発表し、又本年7月にカナダのトロントにて開催されるInternational Conference of Prosthodentistsにて発表予定である。このように、本人工歯の形態及び材質に関する基本的特性については試行錯誤の結果、臨床要件を十分に満たすものを得ることができた。今後当初の計画に基ずいて、KennedyII級の欠損を有するもの約20名について、この人工歯を利用した部分床義歯を装着し、機能的咬合面形態の追求を行なう。具体的には、レジン咬合面歯の咬合面に発現する咬合小面の計測とともに、EMG、及び咀嚼能率の測定を行って両者の関係を探り、暫間的なものであるレジン部を何時金属に置換すべき時期の客観的な裏付けを行う予定である。既に2分割構造を有する画期的なレジン人工歯を開発し、その機械的強度、耐久性、臨床的使用法に添った寸法精度については、各基礎実験を行ない、それぞれの項目で、総て実用性に問題のないことを確認した。それらの具体的デ-タ-に関しては既に第77回日本補綴歯科学会総会、第3回International College of Prosthodontist年次総会において発表し、またInternational Jaurnal of Prosthodonticsに投稿・受理され、印刷中である。次の課題として、実際の臨床例で本人工歯の使用に関する基本的な要件である、「どの時期に人工歯の咬合面部をレジンから金属に置換すべきか」の指針としてのデ-タを得るために、各種臨床症例において義歯人工歯として試用し、その使用期間と人工歯の咬合面形態の変化についての関係を追及している。具体的には各種の歯牙欠損例について、義歯装置後より週間ごとに人工歯咬合面部の印象採得によってそれぞれの時期における形態の記録を行ない、同時に咀嚼能率、咬筋・側頭筋の表面筋電図を記録しデ-タ-の蓄積を行なっている。現在約10例についてのデ-タ-が得られたが、今後更に症例数を増やすとともに、これらのデ-タ-解析を行ないレジン部を何時金属に交換するのが妥当であるかについての客観的な裏付けを行なう予定である。

咬合的形態はそれぞれ1カ月を目安に1週間ごとに印象採得を行なって咬合面の形態の記録を行うと同時に、機能検査として両側咬筋および側頭筋の表面EMGを記録同時に本教室開発の粒数計測による咀嚼能率判定法によって口腔機能の推移を追求している。これらのデ-タ-の集計はまだ終了していないが、現時点での見解は、この義歯装着後1カ月の期間におけるEMGおよび咀嚼能率検査では、実際観察される機能改善に関して、所謂義歯への慣れによるものと人工歯の咬合面に形成される咬合小面の関与を明瞭に分離することが出行ない。臨床的には患者自身による判断が最も貴重な基準と成っている。今後は咬合小面の形態を詳細に検討し、下顎運動との関係で考察する方が、より客観的な判定資料を提供出来るものと考える。
炭素材料を用いた大気圧マイクロ波プラズマの生成機構と炭素分子合成に関する研究

動作気圧が比較的高い条件(数十数百torr)に設定されたアルゴン、またはヘリウムガス雰囲気中において、炭素固体材料へマイクロ波を照射することによるマイクロ波放電プラズマの生成を試みた。そこで、この放電プラズマの生成維持機構、およびその放電系を炭素蒸気発生用リアクターとして利用することによるフラーレン合成に関する研究を遂行した。まず、炭素固体材料の有無によるマイクロ波プラズマ発生の相違を検討するために、プラズマ生成に要するマイクロ波入射電力の動作気圧依存性を測定した。その結果、動作気圧が増加した場合、炭素材を有する系では、炭素材の無い系と比較して低入射電力においてマイクロ波プラズマが発生することがわかった。その際、炭素材料表面は赤色に加熱され、放射温度計によりその表面温度を測定したところ、約1000Kであった。また、アルゴンガス雰囲気中に窒素ガスを0.6%添加したマイクロ波吸収電力200Wにおける放電系の炭素材表面近傍での電子温度、ガス温度および石英管壁温度などをそれぞれダブルプローブ、光吸収分光および熱電対により計測した。その結果、動作気圧20torrのとき、電子温度は約2eV、炭素分子及び窒素分子の振動温度は共に約0.35eV,窒素分子回転温度は約0.13eV、石英管壁温度は約600Kであった。以上より、中世アルゴン温度は0.050.13eVの範囲にあると推測され、この放電系は熱的非平衡であることが確認された。これよりマイクロ波プラズマの生成維持機構としては、炭素からの熱電子供給による放電維持が支配的であると考えられる。つぎに、この炭素材を有する放電リアクターによるフラーレン合成を試みた結果、ヘリウムガス系において炭素クラスターが効率よく生成され、特にその動作気圧100torrおよびマイクロ波吸収電力200Wのとき、炭素分子量が60および70のフラーレンが効率よく形成されることが質量分析により確認された。
行列の特異値分解の高速数値計算法に関する研究

行列の特異値は,データマイニングなどで重要な役割を果たし,特異値計算法の確立は,科学技術計算において大きな意義がある.行列の特異値計算では,まず直交変換により上二重対角行列に変換し,この上二重対角行列に対して反復計算を行って特異値を求める.上二重対角行列の特異値を求めるための有力なアルゴリズムがdqds(differential quotient difference with shifts)法であり,世界中で広く使われている線形計算ライブラリLAPACKにもDLASQルーチンという実装がある.本研究では,このdqds法の理論的収束性を明らかにし,それを基に高速化することを目指している.dqds法の高速化には,アルゴリズム中のシフト戦略とデフレーション戦略を改良するのが自然な方針と言える.昨年度までは主にシフト戦略の理論解析および改良を行ってきたが,本年度はそれを基にデフレーション戦略について考察し,新たにアグレッシブデフレーションというデフレーション戦略を導入することでより高速な特異値計算を実現した.アグレッシブデフレーションの概念そのものは古くから存在していたが,本研究では現代の洗練されたアルゴリズムにおいて効果的な実装を提案し,特に大規模行列に対して本手法によりアルゴリズムが高速化されることを数値データにより示し,その結果を裏付ける理論解析も行っている.また従来のdqds法では並列計算が原理的に実現し得なかったのであるが,本研究で提案したアグレッシブデフレーション付きdqds法では並列計算の可能性も視野に入るようになっており,今後の発展が期待される.また本研究で開発した新たなアグレッシブデフレーションは対称行列の固有値計算に用いられるQR法に対しても素直に導入可能であり,実際に効果的であることを数値実験により確認している.行列の特異値は,データマイニングなどで重要な役割を果たし,特異値計算法の確立は,科学技術計算において大きな意義がある.行列の特異値計算では,まず直交変換により上二重対角行列に変換し,この上二重対角行列に対して反復計算を行って特異値を求める.上二重対角行列の特異値を求めるための有力なアルゴリズムがdqds(differential quotient difference with shifts)法であり,世界中で広く使われている線形計算ライブラリLAPACKにもDLASQルーチンという実装がある.本研究では,このdqds法の理論的収束性を明らかにしている.dqds法の収束性はアルゴリズム中のシフトというものの設定法に強く依存しているため,それに関して議論することになる.今年度本研究で提案した新たな超2次収束シフトが学会誌で発表された.その後はLAPACKにおけるdqds法の実装であるDLASQにおいて実際に採用されているシフト設定法に対して収束性解析を行い,その漸近収束速度が超2次であることを証明できた.本研究では,以上のような漸近収束性解析にとどまらず,dqds法の特徴的な性質を明らかにしてきた.実はdqds法には,二種類の特異値推定法があることをつきとめ,両推定法の違いを理論的に明らかにした.そしてこの結果を,古典的によく知られた固有値計算アルゴリズムのコレスキーLR法に拡張した.またこのアルゴリズムに関しては,既存の収束定理より強い結果を示した.既存の研究では,シフト付きのコレスキーLR法においては,反復行列の右下の成分のみ理論的な収束保証がなされていたが,本研究では反復行列が対解角行列に収束することを証明し,全成分の収束保証をすることができた.行列の特異値は,データマイニングなどで重要な役割を果たし,特異値計算法の確立は,科学技術計算において大きな意義がある.行列の特異値計算では,まず直交変換により上二重対角行列に変換し,この上二重対角行列に対して反復計算を行って特異値を求める.上二重対角行列の特異値を求めの有力なアルゴリズムがdqbs(differential quotient difference with shifts)法であり,世界中で広く使われている線形計算ライブリLAPACKにもDLASQルーチンという実装がある.本研究では,このdqds法の理論的収朿性を明らかにしている.本年度はdqds法において3次収束を達成するRutishauserシフトに関し,非常に重要な性質を明らかにした.数値実験を精力的に行い,詳細にデータを集めた結果,Rutishauserシフトは,反復過程において(収朿の終盤に限らず)一旦設定できれば,それ以降の反復でも常に設定できるという,理論的にも実用的にも重要な性質を有することを発見し,この現象の理論保証に成功した.一方,特異値計算アルゴリズムは固有値計算アルゴリズムと数学的に共通する性質も多いことか自,本年度は固有値計算も研究の対象とし,いくつかの重要な結果を与えた.Wilkinsonシフト付QR法の収朿性に関して完全な解析を行った.また,Wilkinson型マルチシフト付QR法の提案とその収朿性の証明を行った.この収朿定理では,現存のRayleigh商型のものとは違い,自然な収朿性が保証されており,今後,収朿速度の理論的,実験的評価においても,より優れた性能が発揮されると期待される.行列の特異値は,データマイニングなどで重要な役割を果たし,特異値計算法の確立は,科学技術計算において大きな意義がある.行列の特異値計算では,まず直交変換により上二重対角行列に変換し,この上二重対角行列に対して反復計算を行って特異値を求める.上二重対角行列の特異値を求めるための有力なアルゴリズムがdqds(differential quotient difference with shifts)法であり,世界中で広く使われている線形計算ライブラリLAPACKにもDLASQルーチンという実装がある.

本研究では,このdqds法の理論的収束性を明らかにし,それを基に高速化することを目指している.dqds法の高速化には,アルゴリズム中のシフト戦略とデフレーション戦略を改良するのが自然な方針と言える.昨年度までは主にシフト戦略の理論解析および改良を行ってきたが,本年度はそれを基にデフレーション戦略について考察し,新たにアグレッシブデフレーションというデフレーション戦略を導入することでより高速な特異値計算を実現した.アグレッシブデフレーションの概念そのものは古くから存在していたが,本研究では現代の洗練されたアルゴリズムにおいて効果的な実装を提案し,特に大規模行列に対して本手法によりアルゴリズムが高速化されることを数値データにより示し,その結果を裏付ける理論解析も行っている.また従来のdqds法では並列計算が原理的に実現し得なかったのであるが,本研究で提案したアグレッシブデフレーション付きdqds法では並列計算の可能性も視野に入るようになっており,今後の発展が期待される.また本研究で開発した新たなアグレッシブデフレーションは対称行列の固有値計算に用いられるQR法に対しても素直に導入可能であり,実際に効果的であることを数値実験により確認している.