hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
子供の安心・安全環境に資するコミュニティ機能の維持と地域ESDの構築

本研究では、子供の安心・安全環境に資するコミュニティ機能の維持と地域ESDの構築を目的に、伝統的な地縁組織やコミュニティ活動が現在も維持されている歴史都市(京都、フエ)と、伝統的な地域コミュニティ活動がほとんど失われており、ほぼ地域コミュニティ活動がない現代都市(西宮、ダナン)において調査を進め、1地域環境における子供の安心・安全環境阻害要因の整理、2子供の安心・安全環境に資するコミュニティ機能の解明、3子供の安心・安全環境に資するコミュニティ機能を持続する地域ESDプログラムの構築、を行った。そして、4地域の地域特性による地域ESDプログラムの相違点の解明し、他地域への適用方法を構築した。研究計画通り、子供の安心・安全環境に資するコミュニティ機能を持続する地域ESDプログラムの素案を構築し、ベトナムでパイロット事業を実施しているため。まちづくりベトナムで実施しているパイロット事業の結果を分析し、地域特性による地域ESDプログラムの相違点を解明する。さらに他地域への適用方法を検討する。研究1年目(平成25年度)の実施計画を行っただけでなく、研究2年目(平成26年度)に計画していた西宮におけるパイロット事業を、研究1年目にすでに実施しているため。ベトナムで実施中のパイロット事業において、調査協力者が提出する報告書の提出が2015年になるため、調査協力者に支払い予定だった謝金を2014年度ではなく、2015年度に支払うことになったため。西宮で既に実施始めているパイロット事業を調査しながら、研究2年目の計画である各地のESDプログラムの構築とパイロット事業の実施を進めていく。2014年度に支払い予定だった調査協力者への謝金を、2015年度に支払う。研究1年目は現地調査地の研究協力者の協力により、謝金、アンケート実施経費、ワークショップ諸費用が予定していた額より安価で済んだため。次年度の予算合計1,625,634円の使用計画は以下の通り。関係図書、統計書の購入:100,000円、消耗品費:50,000円、国内旅費:62,000円、外国旅費:700,000円、人件費・謝金:500,000円、その他:213,634円。
木材材面における節識別のためのパーソナルコンピュータによる画像処理システムの研究

画像処理により木材材面上に現れた節を自動識別するパーソナルコンピュータを用いた画像処理システムを構築し、画像入力から画像処理までに要する演算時間ならびに精度について検討した。加工現場への導入が可能な低コストで省スペースの画像処理システムを構築するために、家庭用のビデオカメラ(ソニー(株)社製CCD-TR1000)をパーソナルコンピュータ(アップル(株)社製マッキントッシュIIVX)に接続した。ビデオ入力用インターフェースであるビデオデジタイザ(ラスターオプス(株)社製C/B24STV)により、このビデオカメラからヒノキの材面を256階調でパーソナルコンピョ-タにデジタル画像として入力できるようにした。このようなシステムで、節を含むヒノキ板目面における節の自動識別実験を行い、画像入力から画像の2値化による節の識別までに要した時間を求めた。次に、これにより得られた2値化画像上の節と人間の視覚により識別した節の径について相関係数を求めた。また、岐阜大学情報処理センターの画像処理エキスパートシステムで、同様の実験を行い、これら二つのシステムの比較を行った。そして、70×120(mm)の材面の場合、画像入力から画像の2値化までに要した時間は、パーソナルコンピュータ、エキスパートシステムとも40msec程度であった。パーソナルコンピュータ、エキスパートシステムで要した時間に差がなかったのは、エキスパートシステムの画像入力用のカメラがパーソナルコンピュータにより制御されていたため、最も時間の要する画像入力で差がなかったためと考えられる。また、人間の視覚により識別した節径との相関は、今回用いたヒノキに関しては、相関係数0.9以上と高かった。以上、このようなパーソナルコンピュータによる画像処理システムを用い、人間の視覚と同程度で節を識別できることがわかった。
多重縮環ポリアセン－メタロセン・ハイブリッドπ共役系分子の合成

直鎖状多重縮環拡張π共役系分子であるアセン類と、芳香族錯体であるメタロセンとのハイブリッド化合物の合成を検討した。母核となるメタロセン部位にはフェロセンを選択し、「フェロセンの配位圏内でのアセン骨格の構築」を検討した。フェロセンの同一シクロペンタジエニル基上の隣接する位置に2つのアリル基を導入した化合物を合成しグラブス触媒存在下で反応させると、閉環メタセシス反応が速やかに進行しジヒドロインデニル骨格を有するフェロセンがほぼ定量的に得られる。同様の反応をデカアリルフェロセンに適用すると、単一分子内五重閉環メタセシス反応が進行し、架橋ビステトラヒドロフルオレニル鉄錯体が高収率で得られる。多重縮会拡張π共役系分子であるアセン類とメタロセンとのハイブリッド化合物の合成を検討した。母核となるメタロセンとしては、取り扱いの容易さを考慮してフェロセンを選択した。本年度は、ルテニウム触媒閉環メタセシス反応を駆使した、「フェロセンの配位圏内でのアセン骨格の構築」に関して検討を行った。全置換フェロセンであるデカアリルフェロセンを、第二世代グラブス触媒存在下、ジクロロメタン中で反応させると、同一分子内5重閉環メタセシス反応が進行し、単一架橋、ビス(テトラヒドロフルオレニル)フェロセン誘導体がほぼ定量的に生じることを見出した。この際、異性体である5重架橋「スーパーフェロセノファン」の生成は認められなかった。本反応の高い「単一架橋体選択性」は、ポリアリルフェロセンの閉環メタセシス反応において、同一環上での閉環反応が架橋閉環反応よりも優先することを示している。実際、1,1',2-トリアリルフェロセン誘導体を用いたコントロール実験において、同一環閉環メタセシス反応生成物が排他的に、かつ定量的に得られ、架橋体の生成は全く観測されなかった。この実験事実は、デカアリルフェロセンの反応における上記の選択性の結果と整合性がある。直鎖状にベンゼノイド芳香環が多重縮環した拡張π共役系分子であるアセン類と、遷移金属芳香族錯体であるメタロセンとのハイブリッド化合物の合成を検討した。母核となるメタロセン部位には、取り扱いの容易さを考慮してフェロセンを選択し、「フェロセンの配位圏内でのアセン骨格の構築」に関して検討を行った。フェロセンの同一シクロペンタジエニル基上の隣接する位置に2つのアリル基を導入した化合物を合成し、第二世代グラブス触媒存在下、ジクロロメタンあるいはベンゼン中で反応させると、閉環メタセシス反応が速やかに進行しジヒドロインデニル骨格を有するフェロセンがほぼ定量的に得られる。また、同様の反応を「ジアリルインデニル基」を有するフェロセン類に適用すると、3つの環が縮環した「ジヒドロフルオレニル基」を有するフェロセンが高収率で得られる。これらのフェロセン生成物において新たに生じた6員環を酸化的に脱水素すると芳香化され、多重縮環メタロセンが得られることを見出した。また、類似の反応をアリル基とビニルアミノ基を有するフェロセン類に適用すると、ジヒドロピリジンとフェロセンが縮環した化合物を得ることができ、それを芳香化すれば「ピリジン縮環フェロセン」が高収率で得られる。有機合成化学当初計画したアセン類とフェロセンが縮環した分子の構築に成功しており、おおむね順調であると考える。今後は、初年度に合成した分子の物性評価を試みるとともに、他の構造を有する分子の構築法の開発も検討する。大学の単価契約により、溶媒などが当初より安い価格で購入出来たため。平成25年度に生じた未使用額については、平成26年度に実施する計画のうち、実験消耗品(薬品、ガラス器具など)を購入する費用に充てる。
語彙資源を用いた概念の語彙化の分析・記述に関する研究

概念の語彙化の言語による相違は,多言語の語彙知識ベース・言語的オントロジーを構築する際に考慮すべき最大の課題である.そこで,ある言語の語彙概念を表す「単語」に対応する異言語の表現が語彙化されているかを判定する基準を明らかにし,さらに,語義タグ付きのコーパスと対訳資源を用いることにより,良好な精度で異言語の語彙概念を対応付けるための方法論を開発した.また,概念の語彙化の言語による共通性と差異性を表現するための情報構造モデルを提案した.概念の語彙化の言語による相違は,多言語の語彙知識ベース・言語的オントロジーを構築する際に考慮すべき最大の課題である.そこで,ある言語の語彙概念を表す「単語」に対応する異言語の表現が語彙化されているかを判定する基準を明らかにし,さらに,語義タグ付きのコーパスと対訳資源を用いることにより,良好な精度で異言語の語彙概念を対応付けるための方法論を開発した.また,概念の語彙化の言語による共通性と差異性を表現するための情報構造モデルを提案した.本研究課題では,特に語彙ギャップ(ある言語における語彙に直接対応する語彙が別の言語において存在しないという現象)に注目することにより,概念語彙化の言語による差異を分析・記述するための方法論を明らかにすることを目的とする。ここで,日本語・英語の利用可能な語彙資源を数多く組み合わせて用いることにより,収集した語彙ギャップに関するデータを定量的に分析する計算論的アプローチをとる.本年度は,主に『語彙ギャップ事例の収集』の課題に取り組んだ.本手法は,言語Xにおける語彙ユニットU_xが言語Yにおいて語彙化されているかを調べ,語彙化されていない場合,その語彙ギャップを埋める(gap filling)表現(以下,語彙ギャップ表現)を求めることにより語彙ギャップ事例を収集する.語彙ギャップの事例収集のためには,まず対訳辞書に記載されている訳語の語義を特定する「語義対応付け」が必要となる.このために対訳辞書における訳語表現と単言語辞書における語義定義文との異言語表現間の類似度を数量化するマッチング手法を実装し,評価を実施中である,なお具体的な語彙資源として,単言語・概念辞書(日本語:Lexeed,EDR電子化辞書,英語:WbrdNet, EDR電子化辞書,LDOCE),対訳辞書(EDR電子化辞書,EDICT)を用いた.次に,訳語情報として与えられている表現が語彙化されているかを判定する必要がある.本年度は,この「語彙化判定」の問題に深く関係する複合語表現(MWE : Multi-Wbrd Experession)に関する研究の調査を進めたが,具体的な手法の開発には至らなかった.一方,どのような語彙集合を双方の言語で想定するかも検討に大きく影響するため,「対象語彙集合の決定」を行う必要があり.日本語の基本語意味データベースLexeedの基本語彙相当の英語の語彙リストについての調査を継続中である.本研究課題では,特に語彙ギャップ(ある言語における語彙に直接対応する語彙が別の言語において存在しないという現象)に注目することにより,概念語彙化の言語による差異を分析・記述するための方法論を明らかにすることを目的とする.本年度は,下記の2点について取り組んだ●具体的な語彙資源として,主にEDR電子化辞書(日英対訳辞書,英日対訳辞書)を対象として,訳語情報として与えられている表現が語彙化されているかを判定する検討を進めた.より具体的には,原言語(日本語)における見出し語に対する制約条件に記述のパターン,訳語(英語)の表記のバリエーションに関する分析を進めた.さらに,対訳辞書で与えられている英訳語が英語の意味辞書Word Netにおいて,どのように語義分けされ,説明・定義されているかを分析した.また,このような言語資源をオントロジーとして見なす観点から既存研究,および,今後の研究の方向性を解説論文(人工知能学会誌.依頼論文)としてまとめた●上記の結果をもとに,さらに多言語における語義,語彙概念の対応関係を表現するための枠組みについての検討を進めた.特に,対訳辞書や意味辞書などの言語資源が言語サービス化されている環境において,動的かつ漸進的に獲得される多言語間の意味概念間の対応関係を表現するための枠組みを提案し,さらに,これらの意味的な対応関係を二次的な言語資源とするための要件について検討した.以上の結果を国際会議IWIC2011(査読あり;会議録あり.採択率42%),および,国内研究会(査読なし;会議録あり)に発表した本研究課題では,特に語彙ギャップ(ある言語における語彙に直接対応する語彙が別の言語において存在しないという現象)に注目することにより,概念語彙化の言語による差異を分析・記述するための方法論を明らかにすることを目的とする.本年度は,下記の2点について取り組んだ.●語彙資源がサービス化されている環境において,漸進的に対応付けられていく異言語の語彙概念により形成される多言語の意味ネットワークを,近年注目を浴びているLiiked Dataの考え方によって構造化するモデルを提示し,多言語セマンティックWebに関する国際ワークショップ(MSW2011,ドイツ・ボン市,2011年10月23日)で発表した.この情報構造化モデルにおいては,全体としては語彙ギャップを呈する状況においても,その要素間に対応付けを行うことができる場合の表現を含んでいる.●日本語と英語を対象に,それぞれの語彙資源における語彙概念を対応付けるために有効な情報,および,それを用いた実際の対応付け方式の検討を進め,実験的な評価を行った.

その結果,語彙概念を規定する同義語集合の対応付けにおいて,目的言語における語義タグ付きコーパスを用いた曖昧性解消が有効である一方,語義の定義・説明文を用いた異言語間のテキスト類似性を用いる方法は,最適なパラメータを決定することが自明ではないという知見を得た.この結果を意味的な語彙資源であるWordNetに関する国際会議(GWC2012,松江市,2012年1月10日),および,国内学会の研究会・年次大会において発表した.
膜結合型増殖因子HB-EGF-カルボキシ末端の新規シグナリング-遺伝子転写抑制解除の分子機構

HB-EGFのプロセシング後に細胞膜表面に残るHB-EGF-Cは速やかに核に移行し、転写リプレッサーPLZFに結合して、PLZFの核外くみ出しの反応を誘導する。これにより、PLZFにより転写抑制を受けていた遺伝子郡の発現抑制が解除され、転写が誘導されることをこれまでに明らかにしてきた。本年度は、初代培養ヒト表皮ケラチノサイトの細胞周期においてHB-EGF-CとPLZFの局在がどのように変化するかをLaser Scanning Cytometerを用いて解析した。その結果、HB-EGF-CはG1 lateに産生され、S, G2期に核に局在し、これに呼応してPLZF S, G2期に細胞質に移行することを明らかにした。これにより、HB-EGFとPLZFの発現が認められる細胞ではHB-EGFのプロセシングとC-末端シグナルが細胞周期の進行に大きく関与している可能性を示した。一方、HB-EGF-Cの標的とする転写リプレッサーがPLZFにとどまるか否かについて検討した結果、BCL-6,BAZFを含むPLZF様転写リプレッサーの複数がHB-EGF-Cと相互作用し、これによって細胞内局在を変化させることを明らかにした。以上のことから、HB-EGFのプロセシングは増殖因子としての細胞外ドメインを放出するのみならず、細胞内にシグナルを伝達するHB-EGF-Cを産生する反応でもあり、細胞周期制御に関与することを示唆した。また、HB-EGF-CはPLZFのみならず複数の転写リプレッサーを制御し、細胞増殖を多角的に制御するシグナル分子であることを示した。これにより、PLZFにより転写抑制を受けていた遺伝子群の発現抑制が解除され、転写が誘導されることをこれまでに明らかにしてきた。本年度は、ヒト表皮ケラチノサイトにおいてHB-EGF-C/PLZF/CyclinA (PLZFの標的遺伝子の一つ)が連動するかどうかを検討した結果、明らかな連動を確認した。さらに、HB-EGFのプロセシング阻害剤KB-R7785がHB-EGF-Cの産生を抑制すると共に、CyclinAの発現誘導を抑制することを明らかにした。これにより、PLZFの発現が認められる細胞ではHB-EGFのプロセシング阻害によって細胞周期の進行が遅延することをFACS解析により示した。一方、HB-EGF-C核内移行について解析を進めた結果、HB-EGF-Cは膜貫通領域を持ったまま核内へ移動すること、細胞膜表面から細胞質への取込みはクラスリン依存性のエンドサイトーシスによること、他の膜タンパク質で報告されているようなγ-セクレターゼによる膜貫通領域での切断は受けないことを明らかにした。以上のことから、HB-EGFのプロセシングは増殖因子としての細胞外ドメインを放出するのみならず、細胞内にシグナルを伝達するHB-EGF-Cを産生する反応でもあることを明らかにした。また、HB-EGF-Cが細胞増殖を制御するシグナル分子であることを初めて明らかにした。

その結果、HB-EGF-CはG1 lateに産生され、S, G2期に核に局在し、これに呼応してPLZF S, G2期に細胞質に移行することを明らかにした。これにより、HB-EGFとPLZFの発現が認められる細胞ではHB-EGFのプロセシングとC-末端シグナルが細胞周期の進行に大きく関与している可能性を示した。一方、HB-EGF-Cの標的とする転写リプレッサーがPLZFにとどまるか否かについて検討した結果、BCL-6,BAZFを含むPLZF様転写リプレッサーの複数がHB-EGF-Cと相互作用し、これによって細胞内局在を変化させることを明らかにした。以上のことから、HB-EGFのプロセシングは増殖因子としての細胞外ドメインを放出するのみならず、細胞内にシグナルを伝達するHB-EGF-Cを産生する反応でもあり、細胞周期制御に関与することを示唆した。また、HB-EGF-CはPLZFのみならず複数の転写リプレッサーを制御し、細胞増殖を多角的に制御するシグナル分子であることを示した。
腹膜障害の診断、治療戦略としてのiPS細胞由来腹膜中皮細胞の分化誘導法の樹立

ヒトiPS細胞から分化させた細胞のうち、腹膜中皮細胞特異的と考えられたFlk1/HBME-1陽性細胞をソートした。この細胞の形態は腹膜中皮細胞に極めて類似していた。次に免疫不全マウスを用いて、被嚢性腹膜硬化症(EPS)モデルマウス作成した。メチルグリオキサールを腹腔内投与することによりEPSモデルマウスを作成した。再生細胞1×10_5個/回/日を1日1回5日間連日移植した。細胞移植を行った群と細胞移植を行わなかった群との間で腹膜肥厚を比較検討した。腹膜厚に明らかな有意差を認めず、細胞移植が効果的であるとはいえなかった。未分化ヒトES,ヒトiPS細胞をマウスOP9ストローマ細胞上で分化培養液を用いて8-12日間培養した。顕微鏡にて細胞形態が敷石状であることを確認し、多能性中胚葉細胞マーカーといえるFlk1と中皮細胞マーカーであるHBME-1陽性細胞をフローサイトメトリー(FACS)にてソートし、そこで得られた細胞を中皮用培養液で培養した。さらに、動物由来であるマウスOP9ストローマ細胞の混入を避けるため、OP9ストローマ細胞を用いない中皮誘導法の確立も試みた。具体的には、ヒトES細胞をコラーゲンIVコーティングdish上で分化させ、中皮細胞を誘導し10日目にFACSにてFlk1/HBME-1陽性細胞をソートした。内皮と中皮は同じ中胚葉由来で形態も似ている。腹膜中皮細胞と本研究で分化誘導した細胞の形態は極めて類似していた。この分化誘導した細胞をFACSで解析した。内皮分画のpopulationは5.2%であり、中皮分画の存在が強く示唆された。ラット腹膜中皮細胞、ヒト培養腹膜中皮細胞を含む様々な細胞種を用いて、DNAアレイにより遺伝子を網羅的に解析した。我々は腹膜中皮細胞特異的に発現している可能性のある遺伝子として3遺伝子(Factor A,Factor B,Factor C)に着目した。この中で特にFactor Bは、フローサイトメトリーに使用可能な抗体があるため、細胞を標識し分取可能であった。しかし、この分取した細胞は、増殖力が弱く、移植ツールとしての十分量を培養することが困難であった。本来中皮細胞は増殖力が強いものであるため、この分化誘導した細胞と腹膜中皮細胞との遺伝子的相違点を十分検討する予定である。さらにFactor AならびにFactor Cに対する抗体を作成または入手し、今後これらの遺伝子をもつ細胞も分取し、検討する予定である。ラット腹膜中皮細胞、ヒト培養腹膜中皮細胞を含む様々な細胞腫を用いて、DNAアレイにより遺伝子を網羅的に検討した。腹膜中皮細胞に特異的である可能性のある遺伝子に着目した。この遺伝子に対する抗体を用いて細胞を標識し、分取した。一方、免疫不全マウスを用いて、被嚢性腹膜硬化症(EPS)モデルマウス作成を試みた。まず、既報(Washida N et al, NDT2011)で我々が報告したモデルの作成を試みた。しかし、クロールヘキシジン腹腔内投与によりマウスは短期間に死亡したため、EPSモデルマウスの作成は困難であった。次に、メチルグリオキサールを腹腔内投与することによりEPSモデルマウスを作成することとした。こちらのほうは計30匹のマウスを使用した結果、約1/3の9匹でEPSモデルを作成することに成功した。分取した再生腹膜中皮細胞は、増殖力が弱く、モデルマウスに1×10^5個/回/日を5回ずつ連日移植した。9匹のモデルマウスのうち、4匹は腹膜炎を引き起こし評価困難であった。残り5匹において腹膜形態を比較検討した。コントロールと比べ腹膜厚に明らかな有意差を認めず、細胞移植が効果的であるとはいえなかった。この研究が成功しなかった原因について、まず再生した細胞の増殖力が弱く、十分な細胞数を獲得できなかったことがあげられる。腹膜中皮細胞特異的遺伝子の同定についてさらなる十分な検討を要する。またEPSモデルマウスも完成した時点から可逆的に効果を検証することは困難である可能性がある。EPSモデルマウスの予防効果を検討する予定である。
低周波波動による高ベータプラズマの加熱とフロー駆動

プラズマ合体時に発生する磁気リコネクションは、イオンサイクロトロン周波数帯から低域混成周波数帯までの広範な揺動をプラズマ中の高ベータ領域に直接励起することができ、エネルギー変換の一部を担いうる。ガイド磁場のある場合には、単色大振幅磁場揺動が運動論的アルヴェン波として励起されるが、この揺動が担うエネルギーはイオン加熱の支配的要因ではない。ガイド磁場の無い場合には、極低周波の巨視的な揺動が励起されており、これはシアアルヴェン波としてイオンフローを直接的に駆動し、最終的にイオン温度に至るエネルギーフローの大部分を担いうることから、高ベータプラズマ加熱手段として有効であると考えられる。高いベータ値を持つ高性能炉心プラズマを実現するためには、加熱およびフローの形成が重要である。本研究では、低周波波動という手段を用いて加熱とフロー駆動の効率的な実現を目的としており、本年度はプラズマ合体による高ベータプラズマ形成時の揺動発生の計測を中心とした実験研究を実施した。低周波磁場揺動を観測する測定器を作成するにあたり、測定用コイルの巻数、素線材料等を検討し、10MHz以下程度の磁場揺動ベクトルを測定可能なプローブアレイを複数作成し、プラズマ合体実験装置に装着した。このプローブを用いて磁気リコネクション領域内外での揺動計測を実施した結果、リコネクションする磁場に直交する磁場成分(ガイド磁場)の有無という二種類のプラズマ合体について、異なった周波数帯の磁場揺動の発生が確認された。ガイド磁場の無い場合には、400kHz以下の周波数を持つ磁場揺動がリコネクション領域を含む比較的広い範囲で観測された。これはつなぎ変わった磁力線の張力による収縮運動がシアアルヴェン波を励起した可能性を指摘することができ、リコネクションによるイオン加熱と密接に関連していると考えられる。一方で強いガイド磁場の存在下では、イオンサイクロトロン周波数よりもやや高い2MHz近傍の周波数を持つ非常にコヒーレントな磁場揺動が観測された。これらの実験結果から、リコネクション領域内の局所的な磁場構造の違いないし発生する不安定性の差異によって異なる種類の揺動が発生していると考えられる。さらに、低周波揺動の発生に伴う加熱・フローの発生を観測するための、ドップラー分光システムの整備を行った。一視線でのイオン温度・流速の時間発展計測を実施し、ガイド磁場のある場合のプラズマ合体について、リコネクションに対応する時間帯での流速発生を示唆する初期結果を得た。本研究では、低周波波動という手段を用いて加熱とフロー駆動の効率的な実現を目的としており、本年度は磁気リコネクションによって励起される波動の詳細な観測と、イオン加熱との関連についての実験的検討を実施した。ガイド磁場が存在する磁気リコネクション条件の下で、イオンサイクロトロン周波数帯の大振幅磁場揺動が観測された。波動の分散関係から、最終的には運動論的アルヴェン波が励起された可能性が高い。磁場揺動の振幅は最大でリコネクション磁場の20%以上に達しており、局所的な磁場構造変化が磁気リコネクションそのものに影響を与えている可能性が示唆される。また、静電揺動の初期計測結果では、大振幅磁場揺動の発生に先駆けて低域混成共鳴周波数帯の揺動の発生が確認されており、電流シート周辺部におけるドリフト不安定性を主要因として大振幅揺動が駆動されている可能性がある。低周波揺動の発生に伴う加熱・フローの発生を観測するため、光電子増倍管を用いた時間発展ドップラー分光システムを1視線から8視線へと拡張した。これによって、イオン加熱/フローの発生について空間分解能を有した高時間分解計測が可能となった。初期的な結果として、磁気リコネクションとほぼ同じタイミングにイオン温度の短時間での増加が観測されており、揺動発生との関連性が示唆される。つなぎ変わる磁場と同程度のガイド磁場の存在下で2MHz程度の単色低周波波動が発生するメカニズムを解明するために、静電揺動の検出ならびにガイド磁場強度に対する磁場揺動の依存性を検証した。静電揺動のスペクトルは磁場揺動と同じく2MHz程度に強いピークを有するものの、高周波側にテールを引く構造をしていることから、静電波を駆動するメカニズムの存在が示唆された。一方でガイド磁場強度依存性については、10倍程度大きいガイド磁境下でも同様に2MHz近傍の単色性の強い磁場揺動が検出された一方で、ガイド磁場がほとんど無いケースでは低域混成周波数帯(13MHz)までの広い周波数帯での揺動が検出された。後者については、米国で実施された先行研究と一致する傾向にあることから、本研究で新たに発見された単色低周波揺動の発生にはガイド磁場の存在が不可欠であると考えられる。高ガイド磁場中での高速電子を検出するために軟X線計測を行ったところ、リコネクションに同期して急激な軟X線の増光現象が観測された。

トムソン散乱によるバルク電子温度計測結果と比較したところ、軟X線の増光は非熱的な高速電子によってもたらされたものと解釈できることから、単色磁場揺動の発生についても電場によって磁場に平行方向に加速された高速電子による不安定性の励起が有力であると考えられる。リコネクション上流/下流領域での、磁場、熱、フローおよび波動のエネルギー収支を定量的に評価したところ、上流側の磁場エネルギーが下流側の熱エネルギーに転換される過程において、バルクイオンフローおよび波動を介するエネルギー転換は支配的ではないことが明らかになった。高いベータ値を有する高性能炉心プラズマを実現するためには、調和的な加熱・フロー形成が必須である。本研究では、低周波波動という手段を用いて加熱とフロー駆動の効率的な実現を目的としている。前年度までの研究によって、強いガイド磁場の存在するリコネクション点近傍にて運動論的アルヴェン波が励起されていることが確認されているが、そのような場合には磁気リコネクションが非定常現象として発現し、リコネクション電場による強い電子加速が発生していることを示唆する結果を新たに得た。本研究において開発した多点同時分光計測システムを用いて不純物/バルクイオンの線スペクトル発光分布測定を行ったところ、励起エネルギーの高い線スペクトルの発光がリコネクション点近傍のごく狭い領域に局在して確認された。これは、リコネクション電場に平行なガイド磁場の存在によって電子が効率的に加速され、局所的にイオンを励起したものと考えられる。このような高エネルギー電子とプラズマ中の熱的な電子との間の相対速度は、電子の熱速度に比べて十分大きくなると見積もられ、その際に発生する二流体的な不安定性が運動論的アルヴェン波を励起しているものと考えられる。一方、ガイド磁場のない磁気リコネクションの場合には、つなぎかわった磁力線によって励起されるシアアルヴェン波がトロイダルシアフローを駆動するが、その際の流速・電流・圧力の分布を計測した結果、リコネクション時の磁場の極性に応じてイオンフロー分布が変化すること、さらにイオンフローがプラズマ電流の一部を担い、高ベータ平衡状態の維持に寄与していることが明らかとなった。特定の条件下で非常に大振幅の磁場揺動が発生することが発見され、磁気リコネクションによる高ベータプラズマ中の波動励起メカニズムの解明に大きな示唆を得ることができた。磁場揺動、静電揺動ならびにドップラー分光によるイオン温度・流速などの各種計測装置の整備開発に関しても、研究計画に沿った形で順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。新たに開発した多点同時分光計測システムを運用し、強いガイド磁場の存在する磁気リコネクションにおける局所的な線スペクトル発光現象を初めて観測することに成功し、ミクロな物理を解明するための重要な結果を得ることができた。また、低周波波動によって形成されたフロー分布と高ベータ平衡との関連についての実験的検証も、研究計画に沿った形で順調に進展している。今後は、パラメータスキャンによる大振幅低周波揺動のモード同定を行い、理論値ならびに外部アンテナを用いて実測する波動分散関係との比較を通して波動励起メカニズムの本質を明らかにする。
転写因子Oct-4のリン酸化と胚性幹細胞の性質維持との関連

胚性幹細胞(ES細胞)は、多能性を持ち、また永久継代可能なことより、将来再生医療への材料として注目されている。ES細胞のこれらの性質維持にはオクタマーファクターに属する転写因子Oct-4(Oct-3,Oct-3/4とも呼ばれる)が必須であることが知られており、またOct-4が転写因子として機能する上で、協調的に働く転写因子が必要なことが知られている。なかでもSox-2との協調的な作用の重要性は特に知られており、これらOct-4/Sox-2複合体により発現が制御される遺伝子は数多く報告されている。なお、Oct-4によるES細胞の性質維持は他のオクタマーファクターでは代償しえず、Oct-4には他のオクタマーファクターにはない固有の生化学的性質があることが考えられる。そこで私はこの固有の生化学的性質を探るため、Oct-4とOct-6のキメラタンパク質を、Oct-4の代わりにES細胞に発現させ、Oct-4が機能する上で必須の領域の同定を試みた。その結果、オクタマーファクターのDNA結合ドメインのなかのスレオニン残基の重要性を示すことが出来た。さらにコンピューター上のシミュレーションにより、このスレオニン残基は、Sox-2と複合体を形成する際、Sox-2の塩基性アミノが多く存在する領域と極めて近接する可能性が示された。この類推された構造上の特徴より、このスレオニン残基がリン酸化される可能性を考えた。そこで、(1)細胞内での^<32>Pの取込み、(2)Mass-spectrometryを応用したリン酸化の有無の同定、以上2種類の方法により、実際にこのスレオニン残基のリン酸化の可能性について検討を加え、その結果Oct-4のリン酸化の可能性が示唆された。平成18年度の計画の中心は、Oct-4が胚性幹細胞の性質維持に重要であると同定したスレオニン残基について、レスキュー実験を利用することで、さらに検討を加えた。レスキュー実験とは、神戸発生生物研究所の丹羽仁史先生により開発された実験系であり、テトラサイクリンによりOct-4の発現が制御可能な胚性幹細胞を利用する。即ち、テトラサイクリンを添加し細胞内のOct-4の発現を止め、変わりにOct-4あるいはその変異体を細胞に導入し、これを持続的に発現させることで、胚性幹細胞の多能性が維持可能か否かを調べる実験系として開発された。そこで今回の実験計画では、この系を利用し、野性型Oct-4の変わりに、スレオニン残基がリジン残基、あるいはグルタミン酸残基、あるいはバリン残基に変異させたOct-4を導入し、胚性幹細胞の性質にどのような影響が出るかを調べることとした。ここで3種のアミノ酸残基に変異させた理由は、すでに報告された結晶解析の結果を利用し、コンピューター上で主ミレーションを行なった所、このスレオニン残基は、Sox-2と複合体を形成し、UTF1遺伝子のエンハンサー上に結合する時、Sox-2のリジン残基と極めて近接することが予測されたことによる。即ち、ここでの実験系では、Oct-4のスレオンン残基がリン酸化されることで、負に帯電し、結果的にSox-2の正に帯電したリジン残基と、静電気的相互作用により、安定した複合体を取ることが出来るのではないかと予想したことによる。そこで、このスレオニン残基を正に帯電したリジン残基、あるいは負に帯電したグルタミン酸残基、中性であるバリン残基に変異させることで、どのような影響が現れるかを調べることとした。その結果、予想通りリジン残基では、胚性幹細胞の性質維持そのものが出来なくなってしまった。

一方バリン残基では、スレオニン残基に比べ胚性幹細胞の性質維持の効率は極めて悪かった。しかし一方グルタミン酸残基に変異させた場合、驚いたことにスレオニン残基の場合に比べ、胚性幹細胞の性質維持の効率は上昇した。以上の結果より、胚性幹細胞の性質を維持する上で重要性が示唆されていたOct-4のスレオニン残基は、実際負に帯電させることでより効率よく胚性幹細胞の性質維持がなされ、このことよりスレオニン残基のリン酸化の可能性が強く示唆されたものと考えている。胚性幹細胞(ES細胞)は、多能性を持ち、また永久継代可能なことより、将来再生医療への材料として注目されている。ES細胞のこれらの性質維持にはオクタマーファクターに属する転写因子Oct-4(Oct-3、Oct-3/4とも呼ばれる)が必須であることが知られており、またOct-4が転写因子として機能する上で、協調的に働く転写因子が必要なことが知られている。なかでもSox-2との協調的な作用の重要性は特に知られており、これらOct-4/Sox-2複合体により発現が制御される遺伝子は数多く報告されている。なお、Oct-4によるES細胞の性質維持は他のオクタマーファクターでは代償しえず、Oct-4には他のオクタマーファクターにはない固有の生化学的性質があることが考えられる。そこで私はこの固有の生化学的性質を探るため、Oct-4とOct-6のキメラタンパク質を、Oct-4の代わりにES細胞に発現させ、Oct-4が機能する上で必須の領域の同定を試みた。その結果、オクタマーファクターのDNA結合ドメインのなかのスレオニン残基の重要性を示すことが出来た。さらにコンピューター上のシミュレーションにより、このスレオニン残基は、Sox-2と複合体を形成する際、Sox-2の塩基性アミノ酸が多く存在する領域と極めて近接する可能性が示された。この類推された構造上の特徴より、このスレオニン残基がリン酸化される可能性を考えた。そこで、(1)細胞内での32Pの取込み、(2)Mass-spectrometryを応用したリン酸化の有無の同定、以上2種類の方法により、実際にこのスレオニン残基のリン酸化の可能性について検討を加え、その結果Oct-4のリン酸化の可能性が示唆された。
生物活性を指標とするテルペノイドジアルデヒドの系統的合成

1.セコイリドイド類の合成.インドールアルカロイドの生合成および合成上の重要中間体であるセコロガニンのゲニピンからの効率的合成については昨年度報告したが,今回は,セコロガニン合成の中間体であるエキソメチレンケトンから水素添加,バイヤー・ビリガー酸化によりキンジサイドアグリコンの合成を達成した.キンジサイドアグリコンのラクトン部をジボランで選択的に還元してモロノサイドアグリコンを,またその酸処理でサラセニンの合成を達成した.2.ペチオジアールの合成と立体化学.熱帯地方の海藻から単離されたペチオジアールは,抗微生物活性,ウニの受精卵の細胞分裂の抑制作用,サンゴ礁に生息する草食魚に対する魚毒活性が知られている. (+)-ゲニピンを原料に9行程で(+)-ペチオジアールの合成に成功し,天然の(-)-ペチオジアールのC-6位の絶対配置をS配位と決定した.また,不飽和ラクトンへ導き,立体化学の明らかなネオネペタラクトン,イソネオネペタラクトンとのNMRの比較から, C-7位の立体化学を天然物はR配位と決定した.3.セコマノアリド,マノアリドの新合成,抗炎症作用,ホスホリパーゼA_2阻害作用,アルドースリダクターゼ阻害作用を有する海産セスタテルペノイドのマノアリド,セコマノアリドを, Pd(0)触媒下,アリルクロリドと一酸化炭素, 2-トリメチルシリルー5-トリブチルスタニルフランのカップリング続いて一重項酸素によるフラン環のブテノリド環への選択的変換により効率的に合成した.1.セコイリドイド類の合成.インドールアルカロイドの生合成および合成上の重要中間体であるセコロガニンのゲニピンからの効率的合成については昨年度報告したが,今回は,セコロガニン合成の中間体であるエキソメチレンケトンから水素添加,バイヤー・ビリガー酸化によりキンジサイドアグリコンの合成を達成した.キンジサイドアグリコンのラクトン部をジボランで選択的に還元してモロノサイドアグリコンを,またその酸処理でサラセニンの合成を達成した.2.ペチオジアールの合成と立体化学.熱帯地方の海藻から単離されたペチオジアールは,抗微生物活性,ウニの受精卵の細胞分裂の抑制作用,サンゴ礁に生息する草食魚に対する魚毒活性が知られている. (+)-ゲニピンを原料に9行程で(+)-ペチオジアールの合成に成功し,天然の(-)-ペチオジアールのC-6位の絶対配置をS配位と決定した.また,不飽和ラクトンへ導き,立体化学の明らかなネオネペタラクトン,イソネオネペタラクトンとのNMRの比較から, C-7位の立体化学を天然物はR配位と決定した.3.セコマノアリド,マノアリドの新合成,抗炎症作用,ホスホリパーゼA_2阻害作用,アルドースリダクターゼ阻害作用を有する海産セスタテルペノイドのマノアリド,セコマノアリドを, Pd(0)触媒下,アリルクロリドと一酸化炭素, 2-トリメチルシリルー5-トリブチルスタニルフランのカップリング続いて一重項酸素によるフラン環のブテノリド環への選択的変換により効率的に合成した.
多段階ワンポットプロセスの開発と天然物の触媒的不斉合成への応用

触媒的不斉ヘック反応を鍵工程とする、PI3キナーゼ阻害剤ワートマンニンの不斉全合成を目的として研究を行った。その結果20mol%のTol-BINAP-パラジウム錯体の制御によりラセミ体原料の速度論的分割が高エナンチオ選択的に進行し、鍵中間体であるヘック反応成績体力96%eeで得られることを見出した。すなわち、ラセミ体原料を20mol%の酢酸パラジウム、40mol%のTol-BINAP、250mol%の炭酸カリウムの存在下、トルエン溶媒中100度で反応させることにより、分子内ヘック反応の進行した3環性鍵中間体が収率20%、96%ee、ジアステレオ選択性11:1で得られた。本反応は触媒的不斉ヘック反応を速度論的分割に応用したはじめての例であり、さらに相対配置までを高度に選択している点で評価される。今後、鈴木クロスカップリング反応と組み合わせて鈴木クロスカップリング-ヘックワンポット触媒的不斉プロセスの開発により、より高効率な合成法を確立すると同時に、ワートマンニンの全合成に向けて研究を続けていく予定である。
超塑性セラミック被覆によるC/Cコンポジットの耐熱性・耐熱衝撃性の同時向上

経済性や起動性などの点で優れた熱機関であるガスタービンの熱効率の向上を図るためには、1500°C以上の高温に無冷却で耐えうるタービン翼材料の開発が求められており、その有力候補としてC/Cコンポジットが注目されている。本材料は、高温酸化雰囲気中での酸化反応により材料強度が大きく劣化するため、構造材に適用する場合には、セラミック等を被覆して本材料を複合化することにより耐酸化性を付与する必要がある。これまで様々な被覆手法が検討されてきたが、C/C基材と被覆層との熱膨張率のミスマッチや密着性等の問題により、未だ十分な耐酸化性と耐熱衝撃性を有した被覆層を実現するには至っていない。これまでに申請者らは、独自の被覆法の開発と材料使用環境の制御により、本材料の耐熱性向上のための研究を継続的に実施してきた。しかし、耐酸化性と耐熱衝撃性を同時に兼備するというような過酷な使用条件に耐えうる材料を開発するためには、更なる複合化技術のブレークスルーが必要とされるに至ってきた。そこで本研究では、過酷な高温場で使用される材料には、CVD法、PVD法やプラズマ溶射法によってZrO_2、Al_2Oなどを遮熱コーティングすることが一般的で、熱の流入を遮蔽する事のみを重視し、熱輻射による放射冷却にはほとんど関心が向けられていなかった点に着目し、きざいの耐熱性を向上させることのできるような、輻射率の高い材料を作製することを目的とした。輻射率が高く、耐熱性にも優れたコーティング材料としてセラミックスが挙げられる。しかしながら、ZrO_2、Al_2O、MgOなどの酸化物系セラミックスのほとんどが、1000K付近から温度上昇とともに急激に輻射率が低下する傾向がある。一方、カーボン、SiCをはじめとする非酸化物系セラミックスは、1250K以上でも高い輻射率を持つ材料が多いものの、そのままの状態では1250Kを越える高温下に長時間曝されると酸化してしまうため、コーティング材料としての機能が保持できない。そので1250Kを越える高温下においても高い輻射率と耐熱性を有し、さらに施工性にも優れたセラミックスコーティング材料の研究開発を行ってきた。その結果、上記コーティング材料として、耐熱ガラスマトリックス中に高輻射率顔料であるセラミックス粉末を均一分散させた構造が適当であることが、確認された。
網膜視細胞の発生機構

申請者はほ乳類においては光を受容する唯一のニューロンである網膜視細胞の発生、分化の分子機構の研究を行っている。視細胞発生の分子機構の解明に向けて、本研究において3つのプロジェクトを行った。(1)O_<tx>2遺伝子の発現制御因子の同定網膜前駆細胞から視細胞へと分化する際にO_<tx>2遺伝子の発現が開始し、視細胞の細胞運命決定に必須であるので、O_<tx>2遺伝子の上流の活性化因子を同定することが細胞運命決定機構の解明に重要である。申請者らはO_<tx>2遺伝子を分化しつつある視細胞に発現させるプロモーター領域の解析を、トランスジェニックマウスを用いて行った。150kbにわたるO_<tx>2遺伝子のゲノム領域から解析を開始し、約500bpの領域が胎生期の分化しつつある視細胞の発現に必須であることを見いだした。現在、さらに解析を続けている。(2)網膜視細胞の細胞極性形成機構の解析申請者らは視細胞の極性形成における分子機構を解析するため、我々は上皮の細胞極性形成に重要な役割を果たすaPKCλ遺伝子の視細胞におけるコンディショナルノックアウトマウスを作成し、解析を行った。このマウスの網膜では視細胞の外節、内節、神経終末がまったく形成されず、視細胞の極性形成に必須であることが明らかとなった。さらに、このノックアウトマウスの網膜の層構造が形成されず、視細胞の極性形成が網膜全体の層構造の形成に必須であるという興味深い結果を得た(Koike et al.,2005)。(3)新たな網膜視細胞特異的遺伝子MR-Sの解析申請者らが最近単離した新規の網膜視細胞特異的遺伝子MR-Sの生化学的解析ならびに生物学的機能解析を行った。MR-Sは重合しクロマチン制御に関わっていることが強く示唆された。また、MR-Sは転写を抑制するリプレッサータンパク質としての機能を有することを見出した(Inoue et al.,2006)。申請者は網膜を用いて脊椎動物の中枢神経系の細胞運命決定の分子メカニズムの解明を目指している。網膜の中でも特に、ほ乳類においては光を受容する唯一のニューロンである網膜視細胞の発生、分化の分子機構の研究を行っている。視細胞発生の分子機構の解明にむけて、本研究において3つのプロジェクトを行った。(1)otx2遺伝子の発現制御因子の同定網膜前駆細胞から視細胞へと分化する際にotx2遺伝子の発現が開始し、視細胞の細胞運命決定に必須であるので、otx2遺伝子の上流の活性化因子を同定することが細胞運命決定機構の解明に重要である。申請者らはotx2遺伝子を分化しつつある視細胞に発現させるプロモーター領域の解析を、トランスジェニックマウスを用いて行った。150kbにわたるotx2遺伝子のゲノム領域から解析を開始し、約3kbの領域が胎生期の分化しつつある視細胞の発現に必須であることを見いだした。現在、さらに数十bp程度の範囲に同定するべく解析を続けている。(2)網膜視細胞の発生における外的因子の機能解析申請者らは細胞の運命決定における外的因子の役割を探るため、FGFR1の視細胞におけるコンディショナルノックアウトマウスを作成した。FGFR1は発生期の視細胞に強く発現している。

組織学的解析と網膜電位図を用いた生理学的解析などを行ったが、有意な変化は見られず、FGFR1は強く視細胞に発現しているにもかかわらず、視細胞の発生や維持に必須でないことが明らかとなった(論文準備中)。(3)新たな網膜視細胞特異的遺伝子MR-Sの解析申請者らが最近単離した新規の網膜視細胞特異的遺伝子MR-Sの生化学的解析ならびに生物学的機能解析を行った。MR-Sは重合しクロマチン制御に関わっていることが強く示唆された。また、MR-Sは網膜前駆細胞から視細胞の分化を弱いながら誘導することを明らかにした(論文投稿中)。申請者はほ乳類においては光を受容する唯一のニューロンである網膜視細胞の発生、分化の分子機構の研究を行っている。視細胞発生の分子機構の解明に向けて、本研究において3つのプロジェクトを行った。(1)Otx2遺伝子の発現制御因子の同定網膜前駆細胞から視細胞へと分化する際にOtx2遺伝子の発現が開始し、視細胞の細胞運命決定に必須であるので、Otx2遺伝子の上流の活性化因子を同定することが細胞運命決定機構の解明に重要である。申請者らはOtx2遺伝子を分化しつつある視細胞に発現させるプロモーター領域の解析を、トランスジェニックマウスを用いて行った。150kbにわたるOtx2遺伝子のゲノム領域から解析を開始し、約500bpの領域が胎生期の分化しつつある視細胞の発現に必須であることを見いだした。現在、さらに解析を続けている。(2)網膜視細胞の細胞極性形構の解析申請者らは視細胞の極性形成における分子機構を解析するため、我々は上皮の細胞極性形成に重要な役割を果たすaPKCλ遺伝子の視細胞におけるコンディショナルノックアウトマウスを作成し、解析を行った。このマウスの網膜では視細胞の外節、内節、神経終末がまったく形成されず、視細胞の極性形成に必須であることが明らかとなった。さらに、このノックアウトマウスの網膜の層構造が形成されず、視細胞の極性形成が網膜全体の層構造の形成に必須であるという興味深い結果を得た(Koike et al.,2005)。また、MR-Sは転写を抑制するリプレッサータンパク質としての機能を有することを見出した(Inoue et al.,2006)。
学習・適応機能による秩序形成の解明とその機械システム制御への応用

本研究では不確かさなどを含む複雑なシステムに対して競合・協調を考慮した学習や最適化などにより有益な機能を実現するための制御システム設計に関する研究を行った.ニューラルネットワークの学習により,確定的あるいは確率的な不確かさに対するロバスト制御系を構築する手法について数値計算を用いて研究を進めた.不確かさを考慮した学習法により得られた制御系の制御性能とロバスト性の定量的指標の間にべき乗則という秩序が形成されることを確認した.学習によるロバスト制御系設計方法は多目的最適化問題へと変換できる.このことから環境などの不確かさとの競合学習によるロバスト性の確保とこのための多目的最適化によるパレート最適解の形成が自然界によく見られる秩序の形成の一因と考えられる.複数モジュールの協調的適応によるタスク分解とそれによる秩序形成についても検討を行い,適用的にタスク分解を行うことができる適応型複数モジュールの強化学習アルゴリズムを提案し,その有効性を確認した.数値計算だけでなく,無人ヘリコプタの飛行制御実験に提案手法を適用し,高度制御において適応的に複数モジュールが自律的にタスク分解を行い,全体として簡単な秩序を形成することを確認した.垂直風を確率的な不確かさととらえ,それに対してロバストな無人ヘリコプタ用高度制御系の設計を行った.その結果,風に対するロバスト性を向上させるために運動方向により与えた制御タスクが分解され,それぞれの制御タスクにおいて適した制御系を学習により得ることができた.本研究では不確かさなどを含む複雑なシステムに対して競合・協調を考慮した学習や最適化などにより有益な機能を実現するための制御システム設計に関する研究を行った.ニューラルネットワークの学習により,確定的あるいは確率的な不確かさに対するロバスト制御系を構築する手法について数値計算を用いて研究を進めた.不確かさを考慮した学習法により得られた制御系の制御性能とロバスト性の定量的指標の間にべき乗則という秩序が形成されることを確認した.学習によるロバスト制御系設計方法は多目的最適化問題へと変換できる.このことから環境などの不確かさとの競合学習によるロバスト性の確保とこのための多目的最適化によるパレート最適解の形成が自然界によく見られる秩序の形成の一因と考えられる.複数モジュールの協調的適応によるタスク分解とそれによる秩序形成についても検討を行い,適用的にタスク分解を行うことができる適応型複数モジュールの強化学習アルゴリズムを提案し,その有効性を確認した.数値計算だけでなく,無人ヘリコプタの飛行制御実験に提案手法を適用し,高度制御において適応的に複数モジュールが自律的にタスク分解を行い,全体として簡単な秩序を形成することを確認した.垂直風を確率的な不確かさととらえ,それに対してロバストな無人ヘリコプタ用高度制御系の設計を行った.その結果,風に対するロバスト性を向上させるために運動方向により与えた制御タスクが分解され,それぞれの制御タスクにおいて適した制御系を学習により得ることができた.本研究では不確かさなどを含む複雑なシステムに対して競合・協調を考慮した学習や最適化などにより有益な機能を実現するための制御システム設計に関する研究を行った.平成18年度は不確かさを考慮した学習・最適化によるシステム設計とそれによる秩序形成に関して研究を進めた.特にニューラルネットワークの学習により,確定的あるいは確率的な不確かさに対するロバスト制御系を構築する手法について数値計算を用いて研究を進め,これらの学習法により得られた制御系の制御性能とロバスト性の定量的指標の間にべき乗則という秩序が形成されることを確認した.このようなシンプルな秩序形成は,自然界や生体によく見られる特徴である.数値計算に用いた学習によるロバスト制御系設計方法は多目的最適化問題へと変換できる.このことから環境などの不確かさとの競合学習によるロバスト性の確保とこのための多目的最適化によるパレート最適解の形成が自然界によく見られる秩序の形成の一因と考えられることを示した.また,複数モジュールの協調的適応によるタスク分解とそれによる秩序形成についても検討を行い,適用的にタスク分解を行うことができる適応型複数モジュールの強化学習アルゴリズムを提案し,その有効性を確認した.数値計算だけでなく,無人ヘリコプタの飛行制御実験に提案手法を適用し,高度制御において適応的に複数モジュールが自律的にタスク分解を行い,全体として簡単な秩序を形成することを確認した.本研究では不確かさなどを含む複雑なシステムに対して競合・協調を考慮した学習や最適化などにより有益な機能を実現するための制御システム設計に関する研究を行った.平成19年度はニューラルネットワークの学習により,非構造的な不確かさに対するロバスト制御系を構築する手法について数値計算を用いて研究を進め,これらの学習法により得られた制御系の制御性能とロバスト性の定量的指標の間にべき乗則という秩序が形成されることを確認した.このとき,得られる解が(1)制御性能が低い領域においてロバスト性がほぼ一定である集合,(2)制御性能とロバスト性がべき乗則に従う集合,の二つの秩序を形成することを確認した.髪値計算の結果,二つの秩序が切り替わりには制御入力が有界であるという拘束条件が強く影響を与えていることを示した.複数モジュールの学習によるタスク自律的な分解とそれによる秩序形成を行う方法としてモジュール構造を持つニューラルネットワークにより制御系を学習する方法を提案した.その適用例として,垂直風を確率的な不確かさととらえ,それに対してロバストな無人ヘリコプタ用高度制御系の設計を行った.その結果,風に対するロバスト性を向上させるために運動方向により与えた制御タスクが分解され,それぞれの制御タスクにおいて適した制御系を学習により得ることができた.

さらに,得られた制御系は従来の制御系設計法による制御系に比べて制御性能,ロバスト性いずれも向上させることができた.学習により得られた制御系により無人ヘリコプタの飛行制御実験を行い,風に対するロバスト性が向上することを確認した.また,提案手法により得られる制御系には簡単な秩序形成が確認でき,形成された秩序を利用することにより適応的にロバスト性を変化させる新たな適応ロバスト制御系へと発展させることができることを示した.