hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軸索機能画像によるアルツハイマー病脳皮質神経細胞数の定量

本研究は申請者がカリフォルニア大学在職時代に開発した磁気共鳴画像による軸索機能解析法(軸索画像axonography)の臨床応用開発を目的とした行われた。近年まで、非侵襲的手法により、神経細胞のみを画像化する方法論は存在しなかった。申請者は神経細胞軸索原形質流による水分子の運動を拡散の不等方性解析を用いて解析することにより、ラットの脳・脊髄において20μのレベルで神経軸索の走行方向、密度定量、原形質流速計測を非侵襲的に画像化することに成功した。現在、この方法論は磁気共鳴軸索画像(MRX)と呼ばれている。脳皮質における軸索の密度は神経細胞の密度と相関する。従って、理論的にはMRXにより神経細胞の絶対数を非侵襲的に定量することも可能となる。本研究は神経変性疾患におけるMRXの臨床応用と神経細胞絶対数定量法の開発とを目指して行われた。拡散強調画像において拡散テンソルD_<app>^ζのどの成分がecho信号の強度Sに影響を与えるかは傾斜磁場パルスのかけ方で決まり、スカラー項G^TD_<app>^ζGで決定される。一般にclosure relationshipΣ_i|u_i><u_i|を用いてスカラー積<G|D_<app>^ζ|G>は正規直交基{u_i}に展開できる。ここから、同一断層面で、full tensor analysisには少なくとも7つ(G=0の場合も含め)、三次元不等法性コントラスト法(3DAC)でも3つの拡散強調画像(DWI)を作成する必要があることが分かる。従って、MRXの臨床応用にはまず、超高速画像法の導入が欠かせない手法となる。そこで初年度は、共鳴方式によるエコーブラナー(EPI)法に基づいた超高速拡散強調画像法の開発と導入に焦点を合わせた。本研究が〓した具体的な成果は、まず、臨床例を対象としたfull tensor analysisと3DACの施行に成功したことである。当初の研究計画ではすぐに神経細胞絶対数定量法開発に着手する予定であったが、MRXの一般臨床装置での施行要求の声が高く上がり、その要求に答えることが第一と判断されたため、初年度後半から一般臨床装置用softwareの開発に着手し、現在、Version 1の無償配布に到達している。神経細胞の絶対数を選択的にかつ非侵襲的に定量する方法論は存在しなかった。近年、Nakadaらは神経細胞軸索原形質流による水分子の不等方性運動を利用することにより、ラットの脳・脊髄において20μのレベルで神経軸索の走行方法、密度定量、原形質流速計測を非侵襲的に行う方法論を開発した(磁気共鳴軸索画像)。よって、この手法により神経細胞の絶対数を非侵襲的に定量することができる。本研究はこの磁気共鳴軸索画像を用いた神経細胞絶対数定量法の臨床応用である。本年度は磁気共鳴軸索画像法のヒトへの施行とその超高速化を行った。拡散テンソルD_<app>^ζは対称な二次のテンソルである。拡散テンソルD_<app>^ζのどの成分がecho信号の強度Sに影響を与えるかは傾斜磁場パルスのかけ方で決まり、スカラー項G^TD_<app>^ζGで決定される。一般にclosure relatip Σ_i|u_i〉〈u_iを用いてスカラー積〈G|D_<app>^ζ|G〉は正規直交基{u_i}に展開できる。ここから、同一断層面で、full tensor analysisには少なくとも7つ(G=Oの場合も含め)、三次元不等法性コントラスト法(3DAC)でも3つの拡散強調画像(DWI)を作成する必要があることが分かる。従って、超高速画像法の導入は軸索画像の臨床応用には欠かせない手法となる。我々は共鳴方式によるエコープラナー(EPI)法に基づいた超高速画像法を用いることにより、ヒトにおけるfull tensor analysisと3DACの施行に成功した。

ここから、同一断層面で、full tensor analysisには少なくとも7つ(G=0の場合も含め)、三次元不等法性コントラスト法(3DAC)でも3つの拡散強調画像(DWI)を作成する必要があることが分かる。従って、MRXの臨床応用にはまず、超高速画像法の導入が欠かせない手法となる。そこで初年度は、共鳴方式によるエコーブラナー(EPI)法に基づいた超高速拡散強調画像法の開発と導入に焦点を合わせた。本研究が〓した具体的な成果は、まず、臨床例を対象としたfull tensor analysisと3DACの施行に成功したことである。当初の研究計画ではすぐに神経細胞絶対数定量法開発に着手する予定であったが、MRXの一般臨床装置での施行要求の声が高く上がり、その要求に答えることが第一と判断されたため、初年度後半から一般臨床装置用softwareの開発に着手し、現在、Version 1の無償配布に到達している。神経細胞の絶対数を選択的にかつ非侵襲的に定量する方法論は存在しなかった。近年、Nakadaらは神経細胞軸索原形質流による水分子の不等方性運動を利用することにより、ラットの脳・脊髄において20μのレベルで神経軸索の走行方向、密度定量、原形質流速計測を非侵襲的に行う方法論を開発した(磁気共鳴軸索画像)。脳皮質における軸索の密度は神経細胞の密度と相関する。よって、この手法により神経細胞の絶対数を非侵襲的に定量することができる。本研究はこの磁気共鳴軸索画像を用いた神経細胞絶対数定量法の臨床応用である。磁気共鳴軸索画像法のヒトへの施行とその超高速化を行った。拡散テンソルD_<zpp>^ζのどの成分がecho信号の強度Sに影響を与えるかは傾斜磁場パルスのかけ方で決まり、スカラー項D'D_<zpp>^ζGで決定される。一般にclosurerelationshipΣ_i|U_i><U_i|を用いてスカラー積〈G|D_<zpp>^ζ|G〉は正規直交基{U_i}に展開できる。従って、超高速画像法の導入は軸索画像の臨床応用には欠かせない手法となる。我々は共嶋方式によるエコープラナー(EPI)法に基づいた超高速画像法を用いることにより、ヒトにおけるfull tensor analysisと3DACの施行に成功した。不等方性を示す拡散テンソルの固有値はfast axonal flowを反映する最大固有値とrestricted diffusionと考えられるふたつの小さな固有値からなるとの生物学的原則を元に、テンソルのtraceからfast axonal flowの定量を図ることができる。現在、主な神経変性疾患における軸索機能定量を開始している。
サンゴ年輪による氷河の熱帯海洋の復元

サンゴ年輪記録と環境条件の関係を明らかにして,氷期のサンゴ礁の成立条件を明らかにするための基礎調査を実施した.氷期のサンゴ礁の成立条件を明らかにして,化石サンゴの採取可能性を探索するために,サンゴ礁前方の地形の精密音響測深をパラオ諸島において実施し,琉球列島における結果と比較した.さらに,これまでにミクロネシアの広域で採取されたサンゴ礁掘削コアを整理して,年輪記録解折に適当なサンゴ化石を選び出した.パラオ諸島においては,サンゴ年輪記録と環境条件との対比を行なうために,現生サンゴコアを採取した.同諸島においては,水温・塩分の連続観測とともに,半月に1回の海水試料と降水試料の採取を本研究期間にわたって実施した.さらに光合成・石灰化などの生物代謝,産卵などの生活史,白化などのイベントがどのようにサンゴ骨格に記録されるかを明らかにするための調査を実施した.年輪記録の解析について,水温と降水量の指標としてもっとも重要なサンゴ骨格の酸素同位体比測定について,新たに導入された質量分析計(Finnigan MAT252)と炭酸塩試料の自動前処理システムの立ち上げを行ない,その精度・確度について検証を行なった.オーストラリア国立大学では,質量分析計_-自動炭酸塩前処理装置を用いて測定を行なっている.また水温の指標として近年注目されているストロンチウム/カルシウム比の表面熱電離型質量分析計による測定も行っている.そこで,オーストラリア国立大学において,測定条件などについて研究連絡を実施した.ストロンチウム/カルシウム比の測定を予察的に実施した.サンゴ年輪記録と環境条件の関係を明らかにして,氷期のサンゴ礁の成立条件を明らかにするための基礎調査を実施した.氷期のサンゴ礁の成立条件を明らかにして,化石サンゴの採取可能性を探索するために,サンゴ礁前方の地形の精密音響測深をパラオ諸島において実施し,琉球列島における結果と比較した.さらに,これまでにミクロネシアの広域で採取されたサンゴ礁掘削コアを整理して,年輪記録解折に適当なサンゴ化石を選び出した.パラオ諸島においては,サンゴ年輪記録と環境条件との対比を行なうために,現生サンゴコアを採取した.同諸島においては,水温・塩分の連続観測とともに,半月に1回の海水試料と降水試料の採取を本研究期間にわたって実施した.さらに光合成・石灰化などの生物代謝,産卵などの生活史,白化などのイベントがどのようにサンゴ骨格に記録されるかを明らかにするための調査を実施した.年輪記録の解析について,水温と降水量の指標としてもっとも重要なサンゴ骨格の酸素同位体比測定について,新たに導入された質量分析計(Finnigan MAT252)と炭酸塩試料の自動前処理システムの立ち上げを行ない,その精度・確度について検証を行なった.オーストラリア国立大学では,質量分析計_-自動炭酸塩前処理装置を用いて測定を行なっている.また水温の指標として近年注目されているストロンチウム/カルシウム比の表面熱電離型質量分析計による測定も行っている.そこで,オーストラリア国立大学において,測定条件などについて研究連絡を実施した.ストロンチウム/カルシウム比の測定を予察的に実施した.研究初年度の本年は,サンゴ礁の環境条件(水温・塩分など)の時間・空間的変動とそれを規定する要因,サンゴの生物的条件とサンゴ年輪記録との関係など,サンゴ年輪を解析するための基礎的調査を,パラオ諸島サンゴ礁とオーストラリアグレートバリアリーフとにおいて実施した.ミクロネシアパラオ諸島では,サンゴ年輪記録解析のために,1998年1月から設置している水温・塩分計の記録を読み出した.また,パラオサンゴ礁礁湖(ラグーン)内の水温・塩分構造を測線沿いに計測した.同諸島では,海水の酸素同位体比を決定する要因を明らかにするために,1998年から現地の海水試料を1ヶ月に2回採取してもらっており,その試料を回収し日本に持ち帰った.オーストラリアグレートバリアリーフ,オルフェウス島において,サンゴ礁環境条件・サンゴの繁殖生態とサンゴ年輪記録との関係を明らかにするために,サンゴの産卵時期と環境条件との関係について調査を実施した.さらにオーストラリア国立大学において,ザンゴ礁年輪の研究者と研究連絡を行なった.同大学における同位体計測,微量金属計測の手法を見学するとともに,彼らのフィールドである西南太平洋と,我々のフィールドである西北太平洋との考えられる相互関係について議論した.氷期のサンゴ礁の成立条件を明らかにして化石サンゴの採取可能性を探索するために、サンゴ礁前方の地形の精密音響測深をパラオ諸島において実施し,琉球列島において行った結果と比較した.さらに,これまでにパラオ諸島を始めとするミクロネシアの広域から得られているサンゴ礁堀削コアを整理して,年輪記録解析に適当な1万年前以降のサンゴ化石を選び出した.パラオ諸島においては,気候変動の指標(proxy)の妥当性を検証するために,現世サンゴコアを採取した.同諸島においては,同時に,水温,塩分の連続観測と半月に1回の海水試料と降水試料の採取を2年間にわたって実施した.同観測と試料採取は,今後も継続する予定である.さらに,光合成・石灰化などの生物代謝,産卵などの生活史,白化などのイベントがどのようにサンゴ骨格に記録されているかを明らかにするための基礎的調査を実施した.今後骨格は記録とこれら環境条件との関係を詳細に比較するための解析を進める.水温と降水量の指標としてもっとも重要なサンゴ骨格の酸素同位体比測定について,新たに導入された質量分析計(Finnigan MAT252)と自動炭酸塩試料前処理システムの立ち上げとその精度・確度について,検証を行った.

また,水温の指標として近年着目されているストロンチウム・カルシウム比について,表面熱電離型質量分析計による測定を予察的に実施するとともに,現在その測定を進めているオーストラリア国立大学において測定の条件等について研究連絡を実施した.
仮想環境下における仮想生物に関する研究

近年、人口現実感あるいは仮想現実感と呼ばれる研究が盛んである。我々が人間の行動を分析して、疑似体験構造をリアルに違和感なく五感に感じさせるには、ソフト・ハードの融合が不可欠になる。その一つの課題として仮想生物の研究がある。新しい試みとして人間の音声に含まれる話者の基本的感情をニューラルネットワークを利用して認識し、コンピュータ・グラフィクスで作った人間の表情と音声によって反応するシステム「ニューロベビ-(NB)」を構築する。本システムは、話者がディスプレイのキャラクターに話しかけてその反応により実際に人と話をしているような疑似体験が出来るようになる。また本システムは、ハードウェア・インターフェースとして握手マシーンを持つ。握手した力がフィードバックされることにより現実感を増すことになる。このように本システムは、人間からの特徴量を認識し反応することによって、人間の聴覚、視覚、触覚に働きかけることいよって現実感を与える。本年度は8月にロサンゼルスで行われたSIGGRAPH`95においてロサンゼルスと日本を結びUSA用のニューロベビ-と日本用のニューロベビ-でお互いの感情をニューロベビ-を介して交信する実験を行った。その際、何パターンかのニューロベビ-を用意して感情の伝わり方を変化させた。
酸素運搬できないヘモグロビン濃度の光を用いた無侵襲高精度計測

一酸化炭素などの影響で酸素運搬できなくなったヘモグロビン濃度を知ることは人命を守るうえで重要であり、本研究では可視光・近赤外光を用いて簡便かつ精度良く測定できる方法を検討した。モンテカルロシミュレーションによる光伝播解析と生体模擬試料実験、ヒト実測を行った結果、酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度の計測に加えて一酸化炭素及びメトヘモグロビンの濃度変化を従来より高精度に算出する演算アルゴリズムを開発することができた。本年度は、酸素運搬できない一酸化炭素ヘモグロビン(COHb)及びメトヘモグロビン(MetHb)の濃度を精度良く定量化するための基礎的な検討として、光センサ配置の最適化法と精度の良い解(O2Hb、HHB、COHb、MetHbの濃度)の決定法を考案するために、光伝播の理論解析と装置開発、基本特性試験を行った。理論解析:生体組織中の光伝播をモンテカルロシミュレーションで解析した。表皮、真皮、脂肪、筋肉の層構造を考慮し、各層の厚みや光学定数が測定値に及ぼす影響を定量的に把握した。多数の状態を考慮した反復演算であったが、汎用のPC5台を用いて約2ヶ月で解析を完了した。可視と近赤外領域(520850nm)の解析を進め、各波長における効果的なセンサ配置距離を決定することができた。装置開発と基本特性試験:広波長帯域に対応した装置にするために光源として8波長LEDを使用し、6つの光センサを光源から異なる距離に配置し、波長、皮膚や脂肪の厚みなどに応じて最適な距離の受光データを選択して測定できるようにした。生体模擬試料を用いた実験の結果、理論解析の同様の傾向を確認でき、さらに実際の計測におけるS/N比を定量的に評価した結果、680nm830nmの範囲での測定がCOHb濃度算出に適していることなどが明らかとなった。これらの成果は第17回医用近赤外線分光法研究会で発表するとともに、詳細な結果を加えた論文を学術雑誌へ投稿した。酸素運搬できない一酸化炭素ヘモグロビン(COHb)及びメトヘモグロビン(MetHb)の濃度を精度良く定量化するための基礎的な検討として、光センサ配置の最適化法と精度の良い解(O2Hb、HHB、COHb、MetHbの濃度)の決定法を考案するために、光伝播の理論解析と装置開発、基本特性試験を行った。多数の状態を考慮した反復演算を行い。可視と近赤外領域(520850nm)の解析を進め、各波長における効果的なセンサ配置距離について検討した。本年度はさらなる高精度化も目指しノイズの低減を行った。生体模擬試料を用いた実験の結果、理論解析の同様の傾向を確認でき、さらに実際の計測におけるS/N比を定量的に評価した結果、680nm830nmの範囲での測定がCOHb濃度算出に適していることなどが示唆された。また、四肢や足、指などいくつかの部位を対象とした試験も行い、より測定に適した部位についても検討した。これらの成果は論文及びと学会発表で発表するとともに、国際特許出願した。生体組織中の酸素運搬できないヘモグロビン濃度を光で無侵襲的に測定できるシステムの開発を目指して、本年度はファントム実験とヒト実測を行った。平成22年23年にかけて試作した吸光物質濃度計測装置は、可視から近赤外の8波長で送受光器間距離10mm20mmにおける測定ができるようにゲイン等が調整してあり、各波長での空間的な光強度の傾きを取得できる。その空間的傾きに対して光輸送理論から導出された式を適用することで光吸収係数が算出される。光量のSN比とHb吸光スペクトル形状の差異に着目して8波長のデータから最適な3つの光吸収係数を選択し、連立方程式を解くことで酸素化ヘモグロビン濃度[O2Hb]及び脱酸素化ヘモグロビン濃度[HHb]、一酸化炭素ヘモグロビン濃度[COHb]の絶対量を算出した。生体の不均質性や波長による散乱係数の違いを考慮した種々の演算アルゴリズムを考案し、羊血液を混合した生体模擬試料を用いた実験で妥当性を検証した。ヒト実測は、COHb濃度が異なると考えられる7名の喫煙者を対象に実施し、光計測と血液ガス分析装置の測定値を比較した。その結果、[COHb]の相対的変化に関しては、血液ガス分析と同様の傾向を得ることができた。

また、[COHb]絶対量についても、個人間でのばらつきは有するものの、[COHb]が0から2%という極めて低濃度の条件においてガス分析装置との相関が示された。これらの測定システムに関して国際会議で発表し、信号処理アルゴリズムに関連する内容で海外査読付き論文誌Review of Scientific Instrumentsに投稿し、掲載された。COHb濃度の絶対量を光で定量化可能な手法を開発でき、健康・医用モニタリングへの応用が期待できる。ヘモグロビン濃度計測装置の試作、基本特性試験、理論解析が順調に遂行でき、その成果についても学会発表と学術論文で発表できており、当初計画していた内容のとおり進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、試作機の精度等の基本特性をより向上させるために、多様な対象で実験結果を蓄積し問題点の洗い出しなどを行う予定である。高精度化のための問題解決のためには光伝播解析をベースとして検討を進めていく。
卵母細胞の減数分裂過程におけるオルガネラの動態解析

これまで我々は、マウス卵細細胞におけるミトコンドリアや小胞体の動態を解析してきた。本研究では、卵母細胞オルガネラの動態制御機構と局在が持つ生理機能の解明を目指す。オルガネラ機能の低下は卵子の老化と関連するため、本研究で得られた知見から不妊治療への糸口が見出される可能性もある。オルガネラの時空間的変化の解析に、ライブセルイメージングは極めて有効な手法である。平成29年度は、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、ミトコンドリアと小胞体の三次元タイムラプス画像を取得し、動態解析のための観察条件の確立を行った。平成30年度はオルガネラ局在化が果たす生理機能の解明を目指し以下の実験に取り組んだ。(1)ミトコンドリアの動態とATP濃度の関係を明らかにするために、ATPプローブであるATeamを用いて減数分裂過程のATP蛍光イメージングを行った。減数分裂時の卵母細胞と第一極体への分裂において、ミトコンドリアの凝集とほぼ同じタイミングでATP濃度の上昇が観察された。(2)卵表層に局在する小胞体の役割を明らかにするために、小胞体特異的Ca2+プローブを使用して、受精後のCa2+オシレーションの測定を行った。阻害剤を用いてアクチン重合を阻害すると卵表層の小胞体クラスターの形成が妨げるが、Ca2+オシレーションのパターンも異常を示すことが明らかとなった。(3)高齢マウスから採取した卵母細胞のF-アクチン分布を調べた。通常の卵母細胞と比較して、卵表層のF-アクチン分布が不連続なものが多く観察された。当初の計画どおり、ミトコンドリアと小胞体の局在の生理機能として、それぞれ減数分裂過程でのATP濃度と受精時のCa2+オシレーションへの関与を明らかにしたため。F-アクチン制御経路の役割を解明するために、アクチン重合を制御するFormin2やArp2/3の阻害実験を行ったが、阻害剤による効果は認められたが、siRNAによるノックダウン法では有効な阻害効果が現れなかったため、近年開発されたタンパク質阻害法であるTrim-away法による阻害実験を試みる。また、高齢マウス由来の卵母細胞におけるオルガネラの動態評価に引き続き取り組む。平成29年度は、まず共焦点レーザー顕微鏡を用いて、ミトコンドリアと小胞体の三次元タイムラプス画像を取得し、動態解析のための観察条件の確立を行った。レーザー照射による卵への細胞毒性は大きく、多数の画像取得により卵母細胞の減数分裂が停止することが分かり、レーザー照射を最小限とすることで、第一減数分裂過程の両オルガネラの動態観察が可能となった。また本研究では、オルガネラ動態の制御機構としてF-アクチンに着目し、F-アクチン観察のための蛍光プローブとして、ユートロフィンのカルポニン相同領域にGFPを融合させたGFP-UtrCHを作製し、減数分裂時のアクチン蛍光イメージング手法を確立した。F-アクチン制御経路の役割を解明するために、アクチン重合を制御するFormin2やArp2/3の阻害実験を行ったが、阻害剤による効果は認められたが、siRNAによるノックダウン法では有効な阻害効果が現れなかったため、今後の検討の余地がある。さらにミトコンドリアの機能解析として、ATPプローブであるATeamを用いて、減数分裂過程のATP蛍光イメージング手法を確立した。老化した卵子の解析を行うために、6070週齢の雌マウスから卵母細胞の採取を行ったが、得られる卵母細胞の数にばらつきが大きく、適切な週齢が定まっていない。今後は得られた卵母細胞の解析も併せて、加齢卵のオルガネラ動態の評価を行う。蛍光タンパク質プローブ等のオルガネラ動態を解析するためのツールは、おおむね準備が整った。今のところ研究計画の遂行に大きな障害はなく、平成30年度の計画遂行に向けて順調に進展していると評価した。

(2)卵表層に局在する小胞体の役割を明らかにするために、小胞体特異的Ca2+プローブを使用して、受精後のCa2+オシレーションの測定を行った。阻害剤を用いてアクチン重合を阻害すると卵表層の小胞体クラスターの形成が妨げるが、Ca2+オシレーションのパターンも異常を示すことが明らかとなった。(3)高齢マウスから採取した卵母細胞のF-アクチン分布を調べた。通常の卵母細胞と比較して、卵表層のF-アクチン分布が不連続なものが多く観察された。当初の計画どおり、ミトコンドリアと小胞体の局在の生理機能として、それぞれ減数分裂過程でのATP濃度と受精時のCa2+オシレーションへの関与を明らかにしたため。前年度までに準備・合成した材料を用いて、減数分裂過程でのミトコンドリアおよび小胞体の動態と機能を解析する。F-アクチン制御因子の阻害実験については、SiRNAによるノックダウン法の他に、つい最近タンパク質を特異的に阻害する方法として開発されたTrim-away法も検討する。また小胞体の機能解析として、小胞体特異的Ca2+プローブを用いて、受精後の小胞体内Caオシレーションを測定する。高齢マウス由来の卵母細胞の解析も引き続き行い、老化卵子におけるオルガネラの正常性を評価する。F-アクチン制御経路の役割を解明するために、アクチン重合を制御するFormin2やArp2/3の阻害実験を行ったが、阻害剤による効果は認められたが、siRNAによるノックダウン法では有効な阻害効果が現れなかったため、近年開発されたタンパク質阻害法であるTrim-away法による阻害実験を試みる。また、高齢マウス由来の卵母細胞におけるオルガネラの動態評価に引き続き取り組む。
音声信号の自己相似性を用いた極低ビット符号化方式に関する研究

本研究では,線形予測係数ベクトルの時間変化パタンを,線形予測係数ベクトル系列自身が有する自己相似性を用いることにより効率的にセグメント量子化が可能な方法を提案する.信号の自己相似性を利用した符号化方式として,CELP系音声符号化方式において用いられている適応コードブックが挙げられる.これは近接した時間における駆動音原信号に,ピッチ周期毎の強い自己相似性があることを利用したものであると言える.このように信号の自己相似性を効率的に利用することが出来れば,歪みを小さく抑えつつ低いレートでの符号化が可能であると推測される.一方,文字やバイナリコードなどの離散シンボルの符号化に目を向けると,辞書をベースとした符号化方式が数多く提案されている.研究代表者は,そのなかで一般にLempel-Zivアルゴリズムとして知られている辞書ベースの圧縮符号化アルゴリズムを連続値系に適用することを考え,その結果,具体的なセグメント量子化方法を提案するに至った.本研究では,線形予測係数の1つであるLSP係数に対して,LSP係数が有する時間的な自己相似性に着目し,ユニバーサル符号化の1つであるLZ符号化を応用することにより,LSP係数を効率的に情報圧縮符号化する方法を提案した.抽出されたLSP係数の時間変化パタンは,時間的な連鎖系列,いわゆるセグメントとして抽出され,これに対して提案方式を用いて学習を行うことによりセグメント符号帳を得る.このセグメント符号帳を用いてLSP係数のセグメント量子化を行う実験を行った結果,Split-VQや多段VQといったフレーム単位での量子化法に比べ,歪み/符号化速度の観点から大幅な性能改善が得られ,また,フレーム間の時間的な相関を利用する符号化の1つであるMA予測VQと比較した結果,1フレームあたり3ビットの情報量の圧縮を達成することができた.本研究では,線形予測係数ベクトルの時間変化パタンを,線形予測係数ベクトル系列自身が有する自己相似性を用いることにより効率的にセグメント量子化が可能な方法を提案する.信号の自己相似性を利用した符号化方式として,CELP系音声符号化方式において用いられている適応コードブックが挙げられる.これは近接した時間における駆動音原信号に,ピッチ周期毎の強い自己相似性があることを利用したものであると言える.このように信号の自己相似性を効率的に利用することが出来れば,歪みを小さく抑えつつ低いレートでの符号化が可能であると推測される.一方,文字やバイナリコードなどの離散シンボルの符号化に目を向けると,辞書をベースとした符号化方式が数多く提案されている.研究代表者は,そのなかで一般にLempel-Zivアルゴリズムとして知られている辞書ベースの圧縮符号化アルゴリズムを連続値系に適用することを考え,その結果,具体的なセグメント量子化方法を提案するに至った.本研究では,線形予測係数の1つであるLSP係数に対して,LSP係数が有する時間的な自己相似性に着目し,ユニバーサル符号化の1つであるLZ符号化を応用することにより,LSP係数を効率的に情報圧縮符号化する方法を提案した.抽出されたLSP係数の時間変化パタンは,時間的な連鎖系列,いわゆるセグメントとして抽出され,これに対して提案方式を用いて学習を行うことによりセグメント符号帳を得る.このセグメント符号帳を用いてLSP係数のセグメント量子化を行う実験を行った結果,Split-VQや多段VQといったフレーム単位での量子化法に比べ,歪み/符号化速度の観点から大幅な性能改善が得られ,また,フレーム間の時間的な相関を利用する符号化の1つであるMA予測VQと比較した結果,1フレームあたり3ビットの情報量の圧縮を達成することができた.音声符号化方式は近年著しい進歩を遂げ,低ビットでの音声符号化技術は,移動体通信の普及に大きな貢献をもたらした.音声や画像の低ビット符号化の要素技術として欠かせないものに,ベクトル量子化が挙げられる.音声符号化の分野において1kbit/s程度での符号化方式が近年盛んに研究されているが,ソース・フィルタモデルを用いて音声の分析合成を行う場合,線形予測係数の時間変化までをも含めてベクトル量子化することが低ビット化の要請から必要となる.本研究では,線形予測係数ベクトルの時間変化パタンを,線形予測係数ベクトル系列自身が有する自己相似性を用いることにより効率的にセグメント量子化が可能な方法を提案した.すなわち研究代表者は,一般にLempel-Zivアルゴリズムとして知られている辞書ベースの圧縮符号化アルゴリズムを連続値系に適用することを考え,その結果,具体的なセグメント量子化方法を提案するに至った.音声信号の線形予測係数を対象として提案方式を評価した結果,MSVQやSplit-VQのようなフレーム単位でのベクトル量子化と比較して,歪みとレートの関係において高い性能を実現できることが確認された.また,時間的相関を利用する方式であるMA予測VQとの比較においては,DMOSによる主観評価とスペクトル歪による客観評価ではほぼ同等の性能が得られた.本研究では,増分分解を単に連続データ系列に拡張したものを基本に用いたが,入力バッファの形式やコードブックの大きさの制限方法など,改良の余地が残されている.今後は,こうした観点から提案方式に改良を加えていく必要がある.本研究では,線形予測係数ベクトルの時間変化パタンを,線形予測係数ベクトル系列自身が有する自己相似性を用いることにより効率的にセグメント量子化が可能な方法を提案した.音声信号が有する時間的な自己相似性を効率的に利用することが出来れば,歪みを小さく抑えつつ低いレートでの符号化が可能であると推測される.一方,文字やバイナリコードなどの離散シンボルの符号化の分野では,辞書をベースとした符号化方式が数多く提案されている.こうした方式はすでにアーカイブの作成やソフトウェアのWeb上での配布など,様々な目的に実用されている.

研究代表者は,そのなかで一般にLempel-Zivアルゴリズムとして知られている辞書ベースの圧縮符号化アルゴリズムを連続値系に適用することを考え,その結果,具体的なセグメント量子化方法を提案するに至った.本研究では,線形予測係数の1つであるLSP係数に対して,LSP係数が有する時間的な自己相似性に着目しLZ符号化を応用することにより,LSP係数を効率的に情報圧縮符号化方式を提案した.抽出されたLSP係数の時間変化パタンは,時間的な連鎖系列,いわゆるセグメントとして抽出され,これに対して提案方式を用いて学習を行うことによりセグメント符号帳を得る.このセグメント符号帳を用いてLSP係数のセグメント量子化を行う実験を行った結果,Split-VQや多段VQといったフレーム単位での量子化法に比べ,歪み/符号化速度の観点から大幅な性能改善が得られ,また,フレーム間の時間的な相関を利用する符号化の1つであるMA予測VQと比較した結果,1フレーム当り3ビットの情報量の圧縮を達成することができた.
幼児におけるカテゴリー化様式の要因分析

幼児の分類学習におけるカテゴリー化様式(全体的、分析的)に影響する要因を検討するために、図式的な顔刺激と全身刺激を用いて、8つの実験を行った。すべての実験で、学習の初期、完成期および過剰訓練後にカテゴリー化様式を査定した。訓練量:8つの実験を通して、学習の初期から完成期にかけて分析様式者が増加し、全体様式者が減少した。ただし、全身刺激の強族類似課題では、訓練の効果が顕著でなかった。族類似性:学習事例が持っている各カテゴリーの典型価の数によって標本(典型)事例と学習事例の族類似性を操作した。この要因を組み入れたすべての実験において、分析様式者は弱族類似課題でより多く、全体様式者は強族類似課題で多いという結果が一貫して得られた。刺激:分析様式者は顔刺激でより多く、全体様式者は全身刺激でより多かった。その原因は、変化する次元の集中(顔)ー分散(全身)ではなく、変化する属性の多様性であることが確かめられた。学習事例数:学習事例の数(3と6)は顔刺激でも全身刺激でも、カテゴリー化様式にはほとんど影響しなかった。教示:顔刺激の強族類似課題においてのみ、全体様式者は"似ている"教示でより多く、分析様式者は"仲間"教示でより多かった。個人差:個人差の要因として、知覚・概念という認知型、認知発達としての保存段階、知能(精神年齢)を取り上げたが、いずれもカテゴリー化様式に有意な影響を及ぼさなかった。以上の諸結果から、被験者の要因よりも、訓練量、課題、刺激といった要因が幼児のカテゴリー化様式の決定因であると結論することができる。5次元2価からなる人工的な顔刺激と全身刺激を用い, 2つの標本事例の下に学習事例を分類させる分類学習において,幼児のカテゴリー化様式(全体的,分析的)に影響する要因を検討するために,次の実験を行った.実験I:刺激(顔,全身)×類似性(高,低)の要因計画で,標本事例と学習事例の類似性が変えられた.高類似課題では全体的様式を用いる者が多く,低類似課題では分析的様式を用いる者が多かった.顔刺激では全身刺激よりも分析的様式を用いる者が多かった.学習が進につれて分析的様式を用いる者が増加した.実験II:刺激(顔,全身)×学習事例数(3, 6)の要因計画で,高類似課題で学習事例数が変えられた.学習事例数はカテゴリー化様式に全く影響しなかったが,実験Iと同様に,顔刺激で分析的様式を用いる者が多く,学習が進むにつれて分析的様式を用いる者が増加した.実験III:顔刺激を用い,類似性(高,低)×教示(似ている,仲間)の要因計画で, "似ている顔"という教示と"同じ仲間の顔"という教示の効果を調べた.高類似課題では仲間教示の方が分析的様式を用いる者が多かったが,低類似課題では教示の効果がなかった.類似性および学習の程度の効果は実験Iと同じであった.実験IV:実験IIIと同じ計画で全身刺激を用いて実験を行ったが,教示の効果はほとんどなかった.実験Iと同様に,低類似課題で分析的様式を用いる者が多く,学習が進むにつれて分析的様式を用いる者が増加した.以上のように,幼児のカテゴリー化様式は用いられる刺激,標本事例と学習事例の類似性,学習の程度および教示によって影響されていることが明らかである.今後は,これらの要因がカテゴリー化様式に影響するメカニズムを明らかにしていきたい.昨年にひきつづき、幼児の分類学習におけるカテゴリー化様式(全体的、分析的)に影響する要因について検討した。実験I:刺激(顔、全身)×変化する属性の多様性(1種、4種)の要因計画で、分類学習の初期、完成期、過剰訓練後にカテゴリー化様式を査定した。顔と全身の間に有意差がなかったが、分析的様式者は4種類変化でより多く、全体様式者は1種類変化でより多かったことから、変化する次元の集中(顔)・分散(全身)ではなく、変化する属性の多様性によることが確かめられた。

実験II:価の変化(大、小)×族類似性(強、弱)の要因計画で顔刺激を用いて実験を行った。小変化刺激の方が大変化刺激よりも分類学習が困難であったが、この次元価の変動性はカテゴリー化様式に全く影響を及ぼさなかった。分析様式者は弱族類似課題でより多く、全体様式者は、強族類似課題でより多かった。これらの結果から、次元価の弁別性は2つの標本事例間の弁別性を規定するが、族類似性のように、標本事例と学習事例の弁別性とは関係がないことが示唆された。実験III:知覚・概念という認知型と全体・分析というカテゴリー化様式の間には、全く関係がなかった。実験IV:保存性(保存児、非保存児)×族類似性(強、弱)の要因計画で実験を行った結果、カテゴリー化様式と保存性の間に関係がなく、弱族類似課題だけで学習とともに非保存児の分析様式者が増加した。実験V:知能(MAの高、低)×族類似性(強、弱)の要因計画で実験を行った結果、カテゴリー化様式と知能の間に関係がなく、弱族類似課題だけで低知能児の分析様式者が学習とともに増加した。昨年度の成果と合わせてみると、認知型、保存性、知能といった個人差の要因よりも、刺激、課題、訓練量の要因が様式の決定因といえる。
介護初期における家族介護者向けの認知症ケア教材の改良と実用化に向けた実証研究

本研究の当該年度の目的は、2013-2016年度の若手研究B及び博士論文の研究で得られたデータに基づいた評価項目を再分析し、認知症ケア教材(Ver.1)の精錬を行なうことである。尚、教材開発過程の5段階(初期分析、設計、開発(制作)、実施、評価)のうち、初期分析と再設計までを行なうこととしている。本年度は、1前研究で得られた家族介護者から得られたインタビュー内容から、「介護初期の家族介護者が認知症介護で抱く困り事、不安等の様相」について再分析を行った。その結果、家族介護者は、介護の場面だけに限らず認知症高齢者との生活場面において、様々な疑問や不安に直面していること、先のことも不安に抱えつつも、今の疑問を解消したいという気持ちが強く現れていることが明らかになった。21の様相を踏まえ、前研究で得られた実証データの教材開発過程に沿って整理し、修正検討項目と新規検討項目に分類した。修正検討項目として、内容面においては、5項目(サービス内容の提示方法の修正、専門用語の修正など)、機能面においては3項目(音声のコントロール機能の修正など)が抽出された。新規項目では、内容面においては、3項目(コミュニケーションの要点の例の追加など)、機能面においては、3項目(ビデオのコントロール機能の追加など)であった。3現在2で得られた新規検討項目について、先行研究による初期分析を行なっている段階である。4現在、3までの教材作成内容の再構築と並行して、教材内容の設計の終了後、早期にアプリケーションへアップデートができるよう、2019年度に行う予定であったアプリケーションの再構成をを行っている。アプリケーションの再構成には、家族介護者が認知症ケア教材を使用する際の学習履歴のデータを収集できるようにログ機能を追加した。当初の平成30年度の目的は、前研究で得られたデータに基づいた評価項目を再分析し、認知症ケア教材(Ver.1)の精錬を行なうことである。具体的には、前研究の実証データから、新規追加項目と修正項目を明確にし、教材の再設計内容を整理することである。しかし、認知症ケア教材に新たに追加する項目内容の初期分析に時間を要しており、当初の計画よりやや遅れている。2019年度は、2018年度に行なった初期分析・再設計をもとに、認知症ケア教材(Ver.2)を製作し完成させることが次年度の前半までの計画である。2018年度の計画が当初の予定より遅れているため、2019年度の後半まで教材製作に時間を要する可能性がある。しかし、2018年度から初期分析・再設計に並行して、アプリケーションの再構成を行っているため、教材の再設計を終了した後、早期にアプリケーション化が可能となり、その後の家族介護者への効果検証へとスムーズに実施できると考える。1新規追加項目を教材内容に追加するための初期分析を行う。2教材内容を再設計する。3教材機能面の修正項目と新規項目を教材媒体に追加修正を行う。42、3に基づき教材製作を行う。

2018年度の計画が当初の予定より遅れているため、2019年度の後半まで教材製作に時間を要する可能性がある。しかし、2018年度から初期分析・再設計に並行して、アプリケーションの再構成を行っているため、教材の再設計を終了した後、早期にアプリケーション化が可能となり、その後の家族介護者への効果検証へとスムーズに実施できると考える。1新規追加項目を教材内容に追加するための初期分析を行う。2教材内容を再設計する。3教材機能面の修正項目と新規項目を教材媒体に追加修正を行う。42、3に基づき教材製作を行う。認知症ケア教材の追加項目内容の作成がやや遅れているため、再製作費用を使用することが出来なかった。現在、追加項目内容の初期分析の最中であり、まとまり次第、教材内容の再製作を行う予定である。
戦後日本社会における社会意識の趨勢解明：コーホート分析の開発と実証的議論

本研究の概要は、戦後から現代までの日本社会を対象として社会意識がどのように変化しているかを把握することである。具体的には、「年齢・時代・コーホート」という時間軸上の基底的な3効果に着目し、社会意識の時系列変化を生み出している要因を捉えることを目指す。そこで時系列変化を3効果に要因分解するため、ベイズ統計モデリングを利用したAPC分析を提案する。そして開発したモデルを用いて、特に現在「若者の保守化」などと指摘されるものが実際に生じているのか、そのような現象はAPC効果のどれに起因するかを明らかにし、今後の日本における社会意識の変化を考察していく。
浸透圧センサーTRPチャネルの同定と細胞容積調節メカニズムにおける役割の解明

前年度に低浸透圧刺激などの機械刺激を感知し活性化する、いわゆる「センサー」として働くイオンチャネルがTRPM7(Transient Receptor Potential Melastatin 7)であることを同定した。一方、細胞調節性細胞減少(RVD)の際に最初に外的環境変化を感知(センス)すると考えられる分子実体は不明であったが、前年度に発見した「センサー」として働くTRPチャネルの可能性が高いと考え、TRPM7を内在的に発現しているHeLa細胞を用いて実験を行った。まず電気生理学的に浸透圧刺激による細胞容積増大で活性化する電流があるかどうかを検討した。その結果、活性化する電流成分を見出し、それがTRPM7であることが薬理学的性質、siRNAの作用によって判明した。そこで、RVD初期に見られる細胞内Ca^<2+>上昇がTRPM7を介して行われているのかをfura2を用いた細胞内Ca^<2+>イメージング法で検討した。その結果、前年度に用いたTRPM7の阻害剤(Gd^<3+>、ruthenium red、SKF96365)およびsiRNAの作用によりRVD初期に見られるCa^<2+>上昇が抑制されることが分かった。最後にRVD過程に実際にTRPM7がかかわるのか否かを同じく阻害剤、siRNAを用いて単一細胞容積測定法で検討した結果、RVDの抑制効果を得た。これらの結果より細胞容積増大をセンスしてRVD初期過程で細胞内Ca^<2+>上昇をトリッガーするイオンチャネルはTRPM7であることが分かった。上皮系細胞において、パッチクランプ法を適用し浸透圧センサーとして機能するイオンチャネルを探索した結果、細胞外液の浸透圧変化を感知し活性化する非選択的カチオンチャネル電流を見つけた。さらにこのチャネルは細胞外液灌流やパッチピペット内への陰圧での機械刺激を与える事によっても活性化されることも判明した。詳細にチャネルの電気生理学的性質を調べると約25pSのコンダクタンス、Ca^<2+>透過性を有し、30dyn/cm^2の灌流刺激や3cm-H_2Oのパッチピペット内陰圧負荷による機械刺激で活性化する機械受容チャネルである事が分かった。薬理学的性質は、Gd^<3+>,ruthenium red, SKF 96365に感受性があることがわかった。近年まで、哺乳類において機械受容チャネルの分子実体は不明であったが、最近になり様々な刺激によって活性化されるTRP(Transient Receptor Potential)チャネル遺伝子ファミリーが明らかになってきているので、TRPチャネルがその候補であると考え、まずRT-PCR法で上皮系細胞においてTRPチャネルの発現を選別した。その結果、主にTRPM7チャネルの発現を確認した。そこでTRPM7チャネルに対するsiRNAを用いたノックダウン法で上皮細胞に発現する機械受容チャネルがTRPM7の分子実体であるかどうかを確認した。TRPM7に特異的なsiRNAを用いたノックダウンの結果、RT-PCR法によるmRNA、western blotting法による蛋白、パッチクランプ法による電流の抑制を確認した。これらの結果より、上皮細胞においてTRPM7チャネルが浸透圧センサーとして機能していることが判明した。
地方分権化時代における市町村合併のあり方に関する実証分析

現在、全国で市町村合併が熱心に議論されている。直接の契機は、1995年の地方自治法改正により住民発議によって合併協議会設立の建議ができるようになったことであるが、その背後には、1960年前後の昭和の大合併によってできた現在の行政区画が、時代に合わなくなっていることであるという共通認識が自治体や住民にあることである。本研究では、全国の市町村合併の実例を調査し、その目的を明らかにした。その結果、市町村合併には次のような3つのパターンがあることが明らかとなった。(1)政令指定都市や中核市などの権限の多い行政体になるためのステップ・アップを目標とした合併、(2)地域における中核都市を作るための地域おこし型合併、(3)都市圏の拡大とともに周辺部と中心地を整合的にとし開発するための開発指向型合併、である。本研究では、主に(1)と(2)について焦点を当てて調査を行った。(1)では、静岡県の静岡市と清水市の合併による政令指定都市、埼玉県の浦和市・大宮市などの3市1町の合併による政令指定都市、あるいは川口市を中心とする合併構想もある。(2)ではすでに合併を済ませたところでは長野県上田市があり、構想段階では、兵庫県淡路島の1市10町の合併、京都府の学研都市の合併構想などがある。合併は今のところ、地方議会の抵抗などがあり進んでいないが、住民への合併運動の浸透は相当なものがある。合併しなければ地域が生きていけないという事態が明らかになるにつれて、平成の大合併がおこる可能性はきわめて高い。調査の結果から見て、合併の動機として最も大きいのは財政である。現在は、地方交付税制度によってどのような小さな自治体もそれなりの財政収入が確保できているが、これがなくなれば合併は雪崩を打っておこるであろう。今後は、地方財政制度の面から、合併政策のあり方を見直すべきである。
SAC-CI法を中核とする大規模計算システムの構築と実用化

(1)高速化:大型ベクトル計算機の能力、容量を最大限に引き出すようにアルゴリズムの改良、ベクトル化を行った。まず、SAC85プログラムにおいて最も計算時間を要するバミルトニアン行列の計算とその対角化部分を重点的に行った。前者では、従来のものとは全く異なるアルゴリズムを提案し、それを採用することにより5倍程度の加速に成功した。後者では、ベクトル化率の向上により20倍、更に収束性の改善により10倍程度の加速に成功した。また、収束性の改善によりこれまで求まらなかった解も計算できるようになった。これらの成果から現在の制約は計算時間よりもむしろ一時的に保存するデータの取り扱いに移行した。(2)ワークステーション化:ワークステーションユーザーが急速に増加していることを考慮し、SAC/SAC-CI法のプログラム(SAC85)がUNIX環境で作動するように全てのステップを変更した。その際、入出力ファイルの取り扱いを自動化し、また、計算規模に関係なく一つのモジュールで計算できるようにメモリーアクセスに変更を加えた。更に、結果解析プログラムなどを追加した上で、プログラム全体の統一を行った。その際、マシン依存性がある箇所について対応できるように整備を行った。(3)プログラム使用法の簡略化:理論を十分理解していないユーザーでも無理なく使用でき、正しい結果を得ることができるように配慮した入力方法に変更した。このため、計算パラメーターは我々の経験から得たデフォルト値を設定し、不要なパラメーターは入力から除外した。また、中間データを保存する外部ファイルをユーザーが意識しないで計算ができるようにファイル構造を改善した。更に、入力についてはプログラムマニュアルの再整備を行った。結果の出力内容については再検討を行い、一般ユーザーに分かり易い出力を行うように変更した。(4)応用計算:大規模分子に対する応用として、(a)光合成反応中心を構成するスペシャルペア、Bacteriochloro-phyll、Bacteriopheophytinなどの励起状態の研究、(b)フタロシアニンなどの色素化合物の研究、(c)過酸化水素分解酵素であるHRPCOおよびHRPのcompound IIのモデル系の研究などで成果を挙げた。また、(d)SAC-CI法を用いた構造最適化法の開発に成功し、励起状態反応面の精密な解析を行った。従来のSAC85プログラムにおいて最も計算時間を要するハミルトニアン行列の計算とその対角化部分を重点的に行った。前者では、従来と全く異なるアルゴリズムを提案し、それを採用することにより5倍程度の加速に成功した。従って、効率的にデータを使用するアルゴリズムを検討する必要があることがわかった。

その際、入出力ファイルの取り扱いを自動化し、また、計算規模に関係なく一つのモジュールで計算できるようにメモリーアクセスに変更を加えた。(3)応用計算:(i)オキシヘムポルフィリンの電子構造とデオキシポルフィリンへの移行過程の研究、(ii)光合成中心に存在するMg-ポルフィリンの光励起状態の研究、(iii)フェロセンの励起状態の研究などで満足できる成果をあげた。(1)高速化:大型ベクトル計算機の能力、容量を最大限に引き出すようにアルゴリズムの改良、ベクトル化を行った。まず、SAC85プログラムにおいて最も計算時間を要するハミルトニアン行列の計算とその対角化部分を重点的に行った。前者では、従来のものとは全く異なるアルゴリズムを提案し、それを採用することにより5倍程度の加速に成功した。後者では、ベクトル化率の向上により20倍、更に収束性の改善により10倍程度の加速に成功した。また、収束性の改善によりこれまで求まらなかった解も計算できるようになった。これらの成果から現在の制約は計算時間よりもむしろ一時的に保存するデータの取り扱いに移行した。従って、効率的にデータを使用するアルゴリズムを検討する必要があることがわかった。(2)ワークステーション化:ワークステーションユーザーが急速に増加していることを考慮し、SAC/SAC-CI法のプログラム(SAC85)がUNIX環境で作動するように全てのステップを変更した。更に、結果解析プログラムまどを追加した上で、プログラム全体の統一を行った。この際、マシン依存性がある箇所について対応できるように整備する必要があることが分かった。(3)プログラム使用法の簡略化:理論を十分理解していないユーザーでも無理なく使用でき、正しい結果を得ることができるように配慮した入力方法に変更した。このため、計算パラメーターは我々の経験から得たデフォルト値を設定し、不要なパラメーターは入力から除外した。また、中間データを保存する外部ファイルをユーザーが意識しないで計算ができるようにファイル構造を改善した。更に、入力についてはプログラムマニュアルの再整備を行った。結果の出力内容については再検討を行い、一般ユーザーに分かり易い出力を行うように変更した。(4)並列化:SAC/SAC-CI法では、積分変換など分散処理に適した部分が各所に存在する。実際に、積分変換部分に並列化を行ったところ、並列化効率がほぼ線形的に得られることを確認した。この際、並列化ではディスクIOが律速となることが判明し、今後ディスクIOについても並列化を行うことが重要であることが示唆された。
危険回避能力の深部脳機能ネットワーク仮説の提案と検証

高齢者の自動車運転において認知機能低下による重大事故リスクの増大が社会的問題となっており、運転可否を評価する客観的評価法の確立と同時に健康・運転寿命を延伸する効果的方法の実現が求められている。しかし、従来の脳画像に基づく評価法では認知症のタイプにより異なるタイプの事故や危険運転を発症するメカニズムを説明することができなかった。そこで本研究では、脳のネットワークのダイナミクスの障害の特徴からこのタイプの違いを説明することを試みることとした。この研究の成果は、運転技術の可否を脳機能に基づき客観的に判断する技術を提供するものであり、超高齢化社会の安全安心に資するものと期待される。
オレフィンの精密重合を指向した高性能遷移金属錯体触媒(特異なナノ反応場)の設計・創製

本課題はオレフィンの精密重合を指向した高性能遷移金属錯体触媒の設計・創製に関する基礎研究である。具体的には、オレフィン系共重合体の精密合成に高性能を発揮するチタン触媒の分子設計・合成を目的としている。特にチタン錯体触媒によるエチレンとスチレンとの共重合に焦点を絞って、平成17年度は以下の主な成果を得た。ケチミド配位チタン錯体、(C_5Me_5)TiCl_2(N=C^tBu_2)、を用いると、エチレンとスチレンとの共重合が初めてリビング挙動を取ることを明らかにした。このリビング共重合は、種々のエチレン圧力、スチレン濃度や重合温度の条件下でもリビング重合挙動を示した。この共重合における触媒活性は使用するCp'配位子に依存し、かつ生成ポリマーのミクロ構造は使用するアニオン性支持配位子の影響を強く受けた。特にMAO助触媒存在下、アリロキソ配位チタン錯体触媒、(C_5Me_5)TiCl_2(O-2,6-^iPr_2C_6H_3)、では効率よくスチレンが取り込まれた共重合体のみを優先的に生成するが、トリクロロ錯体、(C_5Me_5)TiCl_3、では共重合は進行せずにポリエチレンとシンジオタクチックポリスチレンを与えた。さらにそれぞれのジメチル錯体を合成し、ホウ素助触媒存在下での共重合を試みると、アリロキソ配位錯体触媒からは共重合体のみが得られるのに対し、トリメチル錯体触媒からはポリエチレンのみが得られた。この実験事実は、スチレン重合と共重合が異なる活性種(酸化状態)で進行していることを強く示唆し、重合機構の解明に向けた極めて有用な知見である。より高性能触媒の創製を目的に、各種フェノキシイミン配位子を有するハーフメタロセン型チタン錯体の合成手法を確立し、配位子上の置換機の異なる錯体の構造決定を行なった。オレフィン重合における触媒活性への配位子効果に関する知見を確立するつもりである。具体的には、1)オレフィン系共重合体の精密合成に高性能を発揮するチタン触媒の分子設計・合成や、2)オレフィンの精密重合に有効なバナジウム錯体触媒の設計・創製を目的としている。平成16年度の主な成果は以下の通りである。チタン錯体触媒によるオレフィン重合の機構解析...スチレンの単独重合とエチレン/スチレン共重合における触媒活性種に関する基礎的な知見を得るために、配位子の異なる各種非架橋ハーフメタロセン型チタン錯体触媒、Cp'TiCl_2(X)[Cp' cyclopentadienyl ; X:アニオン性支持配位子]、を合成し、触媒活性、生成ポリマーの組成分布への温度依存性や配位子効果に関する詳細な実験を行なった。その結果、ほとんどの錯体触媒では共重合体のみを優先的に与えるものの、ある特定のCp配位錯体を用いるエチレンとスチレンとの共重合において、生成ポリマーの組成分布に温度依存性が見られた。シンジオタクチックポリスチレンの割合は高温ほど増加し、室温付近では共重合体のみを与えた。これらの実験事実より、スチレン重合における触媒活性種と共重合における触媒活性種が異なることが強く示唆された(11月に第34回石油・石油化学討論会で口頭発表)。また、ある特定の錯体触媒、(C_5Me_5)TiCl_2(N=C^tBu_2)、を同共重合に用いると、重合が室温や40°Cでもリビング重合挙動を取ることを明らかにした。これはリビング重合挙動を示したはじめての報告例である。一方で触媒活性は使用するCp'配位子に大きく依存し、かつ生成ポリマーのミクロ構造は使用するアニオン性支持配位子の影響を強く受けた(論文投稿中)。

より高性能触媒の創製を目的に、各種フェノキシイミン配位子を有するハーフメタロセン型チタン錯体の合成手法を確立し、配位子上の置換機の異なる錯体の構造決定を行なった。オレフィン重合における触媒活性への配位子効果に関する知見を確立するつもりである。