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沈澱池における密度流現象に関する研究

横流式沈澱池の濁度密度流について調べたこの現象は沈澱池内に流入した濁水が、流入後下降しながら流下する現象である。この密度流が発達すると、濁水が池内を高速で流下すことにより、すでに沈積している粒子を底部から巻き上げ、再浮上させる。同時に沈澱池の水面近傍に逆流域を含む死水域が生じて、沈澱池の水面近傍に逆流域を含む死水域が生じて、沈澱池の機能が低下する。この研究では、沈澱池内の濁度密度流の基本的な性質を明らかにする目的で、モデル沈澱池による実験的検討と、数式モデルによる理論的解析を行った。沈澱池のモデルとして幅20cm、長さ5m、深さ1.5mの水槽を用い、濁質としては、整粒した石英砂を用いた。種々の条件における密度流の流速分布と濁質の濃度分布を測定して、現象の特微を調べた。また、理論解析では、流体及び粒子の保存則と、境界層近以をした運動方程式とから現象を表す数式モデルを導いた。このとき、密度差の取り扱いについてはブジネスク近以を用い、また池内の渦動粘性係数は一定とした。この取り扱いにより、現象は密度フル-ド数Fdcと、無次元渦動粘性係数Kとにより特微ずけられる。この数式モデルの数値解が実験結果を精度よく再現することを確認した後、これら二つのパラメ-タの値を種々変化させて濁度密度流現象を検討した。例えば、密度流の代表流速、死水域の発生状況、等濃度線の形状などとFdc、Kとの関係を求めてその特微を明らかにした。これらの結果には何れもFdcやKの値が小さくなるにつれて密度流現象が顕著になる様子が明確に表れている。また、密度流の最大流速に関しては実用的な近似式も示した。なお、本研究に関連する事項として、沈降性粒子を含む円管内流れや静水中に投入された土粒子により生じる濁度密度流などについても検討を行った。本研究は最近特に著しい発展をとげつつある密度流解析の手法を用いて、沈澱池内の密度流現象を調べ、その成果を沈澱池の運転や設計に役立てることを目的としている。沈澱池内の流体に密度差が生じる原因としては懸濁物の濃度差と池内水の温度差が考えられるが、ここでは濁水に起因する濁度密度流について調べた。今年度は1.実験室内のモデル沈澱池を用いて濁度密度流現象の観察、測定から始めた。長さ5m、深さ1.5m、幅0.2mの水槽の上流部から整粒した粒子を含む濁水を一様流入させて密度流現象を生じさせた。そして密度流の発生状況、密度流速の最大値、死水域の状況などを三次元電磁流速計や手製の濁度計を用いて測定した。2.実験は、懸濁粒子の沈降速度と沈澱池内の平均流速との比、および密度流の強弱に直接関連する密度フル-ド数の二つのパラメ-タを種々変化させて行い、現象の特徴を簡明に把握するようにした。3.これらの実験結果から得られた知見にもとずいて、沈澱池内の密度流現象を記述する数式モデルを作製した。現象解析の第一段階として、池内の乱流拡散係数を一定とし、運動方程式には境界層近似を用いた。

えられた数式モデルが上に記した実験の結果を良く再現することを確認して、このモデルの有効性を検証した。次年度は4.より実際的なモデルとして、池内の乱流現象にK-εモデルを用いて解析して、沈澱池内の密度流に関してより詳細な考察を進める予定である。5.本研究の題目に関連する事項として、傾斜板による沈降促進効果、静水中に投入された土粒子により生じる濁度密度流現象などについても検討を進めている。横流式沈澱池の濁度密度流について調べた。この現象は沈澱池内に流入した濁水が、流入後下降しながら流下する現象である。この密度流が発達すると、濁水が池内を高速で流下することにより、すでに沈積している粒子を底部から巻き上げ、再浮上させる。同時に沈澱池の水面近傍に逆流域を含む死水域が生じて、沈澱池の機能が低下する。この種の現象は広く知られており、また、沈澱池の撮作上も解明すべき重要な事項であるが、現象が複雑なために今日まで十分には調べられていない。この研究では、沈澱池内の濁度密度流の基本的な性質を明らかにする目的で、モデル沈澱池による実験的検討と、数式モデルによる理論的解析を行った。沈澱池のモデルとして幅20cm、長さ5m、深さ1.5mの水槽を用い、濁質としては、整粒した石英砂を用いた。種々の条件における密度流の流速分布と濁質の濃度分布を測定して、現象の特徴を調べた。また、理論解析では、流体及び粒子の保存則と、境界層近似をした運動方程式とから現象を表す数式モデルを導いた。このとき、密度差の取り扱いについてはブジネスク近似を用い、また池内の渦動粘性係数は一定とした。この取り扱いにより、現象は密度フル-ド数Fdcと、無次元渦動粘性係数Kとにより特徴ずけられる。この数式モデルの数値解が実験結果を精度よく再現することを確認した後、これら二つのパラメ-タの値を種々変化させて濁度密度流現象を検討した。例えば、密度流の代表流速、死水域の発生状況、等濃度線の形状などとFdc、Kとの関係を求めてその特徴を明らかにした。これらの結果には何れもFdcやKの値が小さくなるにつれて密度流現象が顕著になる様子が明確に表れている。また、密度流の最大流速に関しては実用的な近似式も示した。
新たな躁鬱病モデル動物を用いたオフラベル薬の評価

我々は、TGFβファミリーの1つである内分泌ホルモンアクチビンの脳内における量的変化がシナプス構造、不安行動、神経新生、長期型LTP、記憶形成に影響を及ぼす事を報告している。脳内アクチビンの下流因子を探索するために、独自に作製したアクチビン依存性躁鬱病モデルマウスを用いた網羅的解析を行った。その結果、多数の変動タンパクを同定し、翻訳後修飾の違いを見出した。更に、mRNA及びmiRNAアレイ解析を行った結果、多数の変動因子を見出した。今後は、オフラベル薬投与による変動分子群の影響を調べ、新たな躁鬱病治療薬を再定義する事を目指す。新たな躁鬱病治療薬開発を目的として、我々のグループが独自開発した脳内アクチビン依存性躁鬱病モデルマウスを用いて、網羅的解析を行った。野生型(WT)、アクチビン過剰発現マウス(ACM)、アクチビン阻害マウス(FSM)から海馬mRNAを精製し、アレイ解析を行った。更に、アクチビンの下流因子SmadがmiRNAプロセッシング分子に作用する事からmiRNAに対するDNAアレイ解析を行った。その結果、多数の変動因子を同定できた。変動分子に対するパスウェイ解析からWntシグナルやHedgehogシグナルとの関与が示唆された。2D次元電気泳動による網羅的プロテオミクス解析から変動分子を同定していたが、通常の二次元電気泳動では高分子量の分離が難しい。そこで、アガロースゲルによる等電点移動、Blue Native page及びOFFGEL電気泳動法などの多数の網羅的解析を試みた。その結果、OFFGEL電気泳動法による2D電気泳動によって、脳内アクチビン量に依存した多数の等電点移動を観察できた。リン酸化部位が特定されていない分子に対しては、通常のウエスタンブロット法では検討が難しいため、PhosTag電気泳動法による検定システムを立ち上げた。そして、DNAアレイ解析とプロテオミクス解析で共通して変動する分子に対して、リアルタイムPCRによる検定を行ったが、再現よく有意変動する分子は見出せなかったが、DNAアレイ解析で変動幅が大きい分子は、リアルタイムPCRにおいても再現よく脳内アクチビンに依存した変動を示した。この事は、mRNAでの変動と、タンパクレベルでの変動及び、翻訳後修飾による変動は独立した現象である事を示唆している。今後は、オフラベル薬投与による変動分子群の影響を調べ、論文投稿を行うことで、新たな躁鬱病治療薬を再定義する事を目指す。新たな躁鬱治療薬開発を目的として、申請者が作製したアクチビン依存型躁鬱病マウスを用いて、精神病薬としてはオフラベルであるハロフジノンを経口投与した所、脳内のアクチビン下流因子に影響を及ぼす事を見出していた。脳内アクチビン分子の下流因子及び躁鬱病の指標となるバイオマーカーの探索を推し進めるべく網羅的解析を行った。躁病モデルマウスである脳特異的アクチビン過剰発現マウス、鬱病モデルである脳特異的アクチビン阻害マウス、コントロールとして野生型マウスから、それぞれ海馬脳組織を摘出し、mRNAの発現変動を知るべくDNAアレイ解析を行った。更に、近年の発見によりアクチビンの下流因子である転写因子SmadがmiRNA制御に関わっていることからmiRNAアレイによる解析を行った。その結果、多くのmRNAとmiRNAを変動分子として見出した。通常のプロテオミクス解析では、アクチンなどの細胞骨格やリボソームなど細胞内小器官分子などの存在量の多いものを変動分子として同定する傾向が高い。しかし、実際はキナーゼや受容体分子などの存在量の少ない分子がシグナルカスケードにおいて重要な役割を演じていることは周知の事実である。そこでランダムペプチドカラムを利用し、稀少分子を濃縮した後に、OFFGELを応用した網羅的プロテオミクス解析を行った。脳内アクチビンによってタンパク量の変化だけでなく、タンパク翻訳後修飾を受けることを見出した。翻訳後修飾の具体的詳細を調べるべくPhosTagゲルを用いた解析を行った結果、変動分子郡の一部においてリン酸化状態が変動していることを見出した。これらの結果は、脳内アクチビンの変動により、mRNA, miRNA,タンパク量,翻訳後修飾と広範囲な影響を及ぼしていることを示しているだけではなく、これら変動分子郡が躁鬱病に対する新たなバイオマーカーになる可能性を示している。脳内アクチビン過剰発現マウスとアクチビン阻害マウスを用いた網羅的解析により、mRNAの変動のみならずmiRNAの変動も検出できた。それらデータベースを解析することで脳内アクチビンシグナルがWntシグナルとの関与の可能性も示唆できた。更に、網羅的プロテオミクスの手法を改良する事で、通常2D電気泳動にプロテオミクス解析では同定が困難な膜タンパクを変動分子として多数同定しただけでなく、翻訳後修飾の変化も捕らえることができた。

今回の解析により同定された多数の変動因子郡であるmiRNA, mRNA,タンパクに対して、ハロフジノン投与による影響を検討する。それと同時に、今回の解析により得られた多数のデータに対して、バイオインフォマティクスを駆使したデータ統合を行うことで隠れた変動因子郡を探索する。具体的にはmiRNAの標的予測との整合性、変動郡と同定された転写因子郡の予測下流因子との整合性、変動タンパク郡同士におけるインタラクションMapの作製、などの解析を行う。更に、他種のオフラベル薬の投与を行い、変動分子郡の影響を調べる。変動分子郡に対して、有意義に影響を及ぼすオフラベル薬が見つかれば、モデル動物への投与を行い、不安行動に対する影響を観察する。薬剤の購入:40万円、動物の購入及び飼育費:20万円、一般試薬の購入:20万円、抗体の購入:40万円、雑誌投稿及び英文校閲費:30万円、
対称性の破れとゲージダイナミックス

質量の起源を担うヒッグス粒子が発見されたが、その本性は未解決のままである。本計画は「はしご近似」や「ホログラフィー」の模型的計算に基づき、ヒッグス粒子が「ウォーキングテクニカラー理論」で予言された軽い複合粒子「テクニディラトン」として説明できることを示した。一方、第一原理計算方法である格子QCDの計算機シミュレーションにより、フレーバー8のQCDが「ウォーキングテクニカラー理論」の候補となること示し、他のグループも追認した。さらに、フレーバー12(複数の他グループが追認)とフレーバー8において軽いフレーバー1重項スカラーメソンを発見した。後者は「テクニディラトン」の候補である。コンフォーマル対称性をもつウォーキングテクニカラーの研究では、ホログラフィーの手法で複合ヒッグス粒子としてのテクニディラトンの研究が進展した。はしご近似によるスケール不変性の破れの評価と併用することで、その質量は典型的なテクニカラー模型で500-600GeVとなることが分かった。これはベーテ・サルピーター方程式による以前の結果とほぼ同じであり、LHC実験で観測される値である。2-ループのベータ関数が赤外固定点を持つ理論においてカイラル対称性の力学的な破れによるスケール不変性の破れの評価を行い、結合定数が一定の場合のはしご近似の結果とほぼ同じくフェルミオンの力学的な質量のオーダーであることを示した。コンフォーマル対称性を持つゲージダイナミックスの格子ゲージ理論による数値実験のプロジェクトは、9月以降機構に着任した新メンバーを中心に総勢10名の新しい研究グループが結成された。そこではKSフェルミオンでSU(3)ゲージ理論の漸近自由なフレーバー数N_f=0,4,8,12,16の場合すべてを一貫した方法で縦断的に調べる独自のプロジェクトを立ち上げて、年度末の3月に導入された機構の専用高速計算機「ファイ」で計算を開始した。一方、別のグループでN_f=10の場合をウィルソンフェルミオンで調べ、これがコンフォーマル領域に入っていることを示した。QCDのホログラフィー模型の高いカルーツア・クラインモードを積分する一般的な手法を以前に提唱したが、その詳細な展開を与え、「隠れた局所対称性」の理論との対応を具体的に明らかにした。これはさらに核子のフォームファクターの分析に適用されて威力を発揮することを示した。近似的コンフォーマル対称性をもつウォーキングテクニカラー理論検証について、理論特有の軽い複合スカラー粒子であるテクニディラトンのLHCでの証拠となりうる崩壊モードの詳細な研究を行い、600GeVおよび125GeV付近にテクニディラトンの発見の可能性があることを指摘した。いずれの場合にも標準模型のヒッグス粒子と異なり2光子崩壊のみが大きくなる特徴があることを明らかにした。格子ゲージ理論による大きなフレーバー数のQCDの計算機実験をフレーバー数=(0)、4、8、12、16の全てに対して平行して実行した。複合スペクトルの測定から、4フレーバーがハドロン相にあることを確認し、それとの比較で8および12フレーバーの場合の際立った違いを見いだした。8フレーバーがきわめてコンフォーマルに近いハドロン相すなわち1に近い異常次元をもつウォーキング理論である兆候を発見した。また、12フレーバーがコンフォーマルウィンドーに入っていて異常次元が0.4-0.5の理論である兆候を確認した。16フレーバーについてはコンフォーマルウィンドー内であることは確認したが、異常次元が摂動より遥かに大きい結果を得たため格子理論特有のアーティファクトの可能性も含めて考察を進めている。格子国際会議、などの国際会議で報告し、論文をまとめているところである。酒井-杉本模型などのホログラフィックQCDの低エネルギー有効理論を重いモードを積分して隠れた局所対称性の理論として系統的に研究した。アノマリーに関連したベクターメソンおよびZボソンのプロセスを隠れた局所対称性の理論で分析した。前年度に引き続き、複合ヒッグス模型としての近似的コンフォーマル対称性を持つウォーキング・テクニカラー理論のLHCでの検証のため、さらに理論的予言の詳細を研究した。とくにLHCで125GeVのボソンが発見されて以来、125GeVの質量の複合ヒッグスとしてのテクニディラトンの各崩壊モードの大きさを「はしご近似」とホログラフィーに基づき評価した。この評価は現在までのLHC実験データと整合している。さらに理論の予言する他の粒子(テクニパイ、テクニロー)の性質を詳しく調べLHC実験での検証に備えた。一方、より信頼性の高い格子ゲージ理論の計算機シミュレーションによる研究をさらに押し進め、前年度までにフレーバー数12のQCDが(自発的に破れていない)コンフォーマル対称性をもつことを示したのに続き、フレーバー数8のQCDは自発的に破れた近似的コンフォーマル対称性をもつウォーキング・テクニカラーの候補となる理論であることを発見した。

さらにフレーバー数12の場合にパイオンの量子数の粒子よりさらに軽いフレーバー1重項の複合スカラー粒子を発見した(Phys. Rev. Lett.に掲載)。これはその後他のグループでも確認されてほぼ確立した画期的成果である。さらにフレーバー数8の場合にもパイオンと同程度のフレーバー1重項の複合スカラー粒子を発見した。フレーバー数8はウォーキングテクニカラーの候補であり、この発見は125GeVのテクニディラトンとしての軽い複合ヒッグス粒子の候補を計算機シミュレーションによって初めてとらえたことを意味する。またデータのカイラル外挿が本質的になるため、新たにディラトンを含むスケール不変カイラル摂動論を開発し、データから質量と崩壊定数を同時に推定する公式を発見した。今後さらにデータを増やすことにより、再開されるLHC実験での検証に備える展望が開かれた。前年度に引き続き、複合ヒッグス模型としての近似的コンフォーマル対称性を持つウォーキング・テクニカラー理論のLHCでの検証のため、さらに理論的予言の詳細を研究した。とくにLHCで125GeVのボソンの兆候が報告されて以来、125GeVの質量のテクニディラトンの各崩壊モードの大きさを「はしご近似」とホログラフィーに基づき評価し、現在までのLHC実験データと整合することを示した。理論的に大きな進歩としては、ホログラフィーにおいて、テクニグルーオンの効果が大きい極限でテクニディラトンの質量が崩壊定数(弱スケール)より遥かに小さくなる理論的極限が存在することを発見した(e-Print: arXiv:1302.6859)。これはテクニグルーオンのダイナミクスを無視している「はしご近似」では実現できない極限であり、テクニディラトンが自然に軽くなる論理的根拠を与えた点で画期的である。一方、はしご近似やホログラフィーよりさらに信頼性の高い格子ゲージ理論の計算機シミュレーションによる研究を押し進め、まずフレーバー数12のQCDが(自発的に破れていない)コンフォーマル対称性をもつことを示し、さらにフレーバー数8のQCDは自発的に破れたコンフォーマル対称性をもってウォーキング・テクニカラーの候補となる理論であることを発見した。さらに計算機導入後2年間で先行研究を凌駕し、コンフォーマル対称性のあるこれらの理論で軽いフレーバー1重項の複合スカラー粒子のシグナルを世界で初めて観測した。これは125GeVのテクニディラトンとしての軽い複合ヒッグス粒子の候補の兆候を理論的に信頼できる計算機シミュレーションによって初めてとらえたことを意味する。今後さらにデータを増やし、質量以外の性質も研究することによって、2年後にアップグレードされて再開されるLHC実験での検証に備える展望が開かれた。前年度に引き続き、質量の起源としての対称性の自発的破れの複合ヒッグス模型、とくにウォーキングテクニカラー理論のゲージダイナミックスの研究を中心に展開した。
対流圏グローバルダイナミクスの研究(総括班)

平成12年度は、文部学省科学研究費補助金特定領域研究(A)「対流圏化学グローバルダイナミクス」3ケ年計画の最終年度にあたる。この研究は、オゾン及びその前駆気体、二酸化炭素等の温室効果ガス、エアロゾルとその関連気体、ハロゲン化合物など、地球環境問題と関連して重要な役割を果たしている大気成分の地球表層における循環を、グローバルな視点から定量的に把握して地球環境問題の解決に寄与すると同時に、真に定量的な近代科学としての「対流圏化学」の創成に貢献することを目的として組織された。この観点から、対流圏光化学とオゾンの収支(A01),温室効果気体の変動と循環のダイナミクス(A02),アジア・太平洋でのエアロゾルの変動と放射への影響(A03),対流圏におけるハロゲンの化学と循環(A04)の4計画研究課題を設定し、関連の公募研究と一体となって鋭意研究を進めてきた。総括班においては、2回の班会議を開催して最終年度としての全体の研究計画の立案・調整と成果の取りまとめ方針の検討を行った。また、ニュースレターNo.6,No.7を発行して広く関係者に配付し、平成13年度の研究計画の周知を図るとともに研究成果速報を行った。さらに平成13年1月1617日に北海道大学低温科学研究所においてシンポムを開催し、3年間の成果の発表とそれに関する討論を行った。その成果は平成12年度文部科学省科学研究費補助金特定領域研究(A)(1)研究成果報告書「対流圏化学グローバルダイナミクス」として取りまとめた。この研究により対流圏化学の詣問題に関する理解がこの3年間に大きく改善されたことは疑いの余地はないが、所期の目的から見てなお残された多くの問題があることも総括班の討論を通して明らかになった。対流圏は放出・吸収源が複雑に分布する地球表面と直に接しているため、時間的・空間的に極めて不均質であり、データの代表性に大きな制約があり、加えて対流圏での化学種の放出・輸送・変質・吸収の循環プロセスが著しく複雑であるため、本研究で広域的・組織的な観測研究が鋭意行われたにも関わらず、なお多くの対流圏化学種について、そのグローバルな収支の真に定量的な把握には至っていないと言わざるを得ない。とはいえ問題解決に不可欠な多くの過程とそれらのメカニズムについて確かな手掛かりがえられている。この状況を踏まえて次なるステップとして進めるべき研究の方向性も明らかにした。本特定領域研究においては、各種の大気微量成分の対流圏における大気化学過程と収支を明らかにして、現在起こっている大気組成の変動を理解するとともに、将来起こるであろう変動を正確に予測するための科学的基礎の確立を図る。このため、1)各種反応性気体成分の対流圏光化学反応における役割、特に大気の酸化能力や対流圏オゾンの収支に対する寄与、2)温室効果気体の発生源・吸収源の分布と変動及び濃度変動の原因、3)アジア・太平洋域におけるエアロゾルの物理・化学特性の変動メカニズムとエアロゾルの放射影響、及び4)対流圏のハロゲン循環とそれが対流圏化学に果たす役割、を中心に総合的な研究を進める。本総括班は、これらの全体計画を円滑かつ効果的に推進するため、研究連絡会議等を開催するほか、ニュースレター等を発行することを目的としている。本年度は、公募研究を含む研究組織構成が決定した平成10年8月11日に、仙台において全体の計画立案調整のための総括班会議を開催した。また、平成11年3月23日に仙台において全体会議を開催し、平成10年度の研究成果の報告と検討を行った。会議終了後、紀括班会議を開催し、全体の研究の進捗状況を検討すると共に、平成11年度の研究計画および連絡会議等の日程を決定した。平成10年10月および平成11年2月にそれぞれニュースレターを発行し、本特定領域研究が目指す研究の目標や内容、研究者の一覧、各班の本年度の研究成果の一部を紹介した。本年度は、三ヶ年計画として発足した本特定領域研究の第二年次にあたる。本年度の総括班の活動としては総括班会議を二回、研究成果報告会一回を開催しニュースレター第3, 4号及ぴ研究成果報告書第2部を刊行した。まず本年度のはじめの総括班会議において、A01 :対流圏光化学とオゾン収支、A02 :温室効果気体の循環のダイナミクス、A03 :アジア太平洋域でのエアロゾルの変動と放射への影響、A04 :対流圏におけるハロゲン化学と循環の各斑の本年度の研究計画を調整・決定した、また、10月の研究経遇ヒアリングに向けて、各班の威果と見通し、問題点を検討、整理した。研究経過ヒアリングの判定は、計画通り研究を推進するようにとのことであったが、そもそもの眼目である、グローバルダイナミクスの確立のため、研究組織内の連携をいっそう強化するように付帯意見がつけられた。このため第2回の総括班会議においては、グローバルダイナミクスという視点からの研究のあり方について鋭意検討を行った。物質循環のグローバルな全体像と収支の定量的評価に向けて、限られた時空間データの四次元同化(データアシミレーション)の可能性を極力経験則を廃して物理・化学の原則に立脚した数値モデルの開発の可能性について議論を深めることができた。本領域研究により、現象の説明や解釈に有効な多くのモデルが得られつつあるが、これを定量的な予測に役立つモデルヘと脱皮させることが今後の課題である。

なお、平成12年1月1314目に開催した成果報告会では、計画斑、公募班とも大きな研究の進捗があり、評価担当の班員より高い評価が得られた。平成12年度は、文部学省科学研究費補助金特定領域研究(A)「対流圏化学グローバルダイナミクス」3ケ年計画の最終年度にあたる。この研究は、オゾン及びその前駆気体、二酸化炭素等の温室効果ガス、エアロゾルとその関連気体、ハロゲン化合物など、地球環境問題と関連して重要な役割を果たしている大気成分の地球表層における循環を、グローバルな視点から定量的に把握して地球環境問題の解決に寄与すると同時に、真に定量的な近代科学としての「対流圏化学」の創成に貢献することを目的として組織された。この観点から、対流圏光化学とオゾンの収支(A01),温室効果気体の変動と循環のダイナミクス(A02),アジア・太平洋でのエアロゾルの変動と放射への影響(A03),対流圏におけるハロゲンの化学と循環(A04)の4計画研究課題を設定し、関連の公募研究と一体となって鋭意研究を進めてきた。総括班においては、2回の班会議を開催して最終年度としての全体の研究計画の立案・調整と成果の取りまとめ方針の検討を行った。また、ニュースレターNo.6,No.7を発行して広く関係者に配付し、平成13年度の研究計画の周知を図るとともに研究成果速報を行った。さらに平成13年1月1617日に北海道大学低温科学研究所においてシンポムを開催し、3年間の成果の発表とそれに関する討論を行った。その成果は平成12年度文部科学省科学研究費補助金特定領域研究(A)(1)研究成果報告書「対流圏化学グローバルダイナミクス」として取りまとめた。この研究により対流圏化学の詣問題に関する理解がこの3年間に大きく改善されたことは疑いの余地はないが、所期の目的から見てなお残された多くの問題があることも総括班の討論を通して明らかになった。対流圏は放出・吸収源が複雑に分布する地球表面と直に接しているため、時間的・空間的に極めて不均質であり、データの代表性に大きな制約があり、加えて対流圏での化学種の放出・輸送・変質・吸収の循環プロセスが著しく複雑であるため、本研究で広域的・組織的な観測研究が鋭意行われたにも関わらず、なお多くの対流圏化学種について、そのグローバルな収支の真に定量的な把握には至っていないと言わざるを得ない。とはいえ問題解決に不可欠な多くの過程とそれらのメカニズムについて確かな手掛かりがえられている。この状況を踏まえて次なるステップとして進めるべき研究の方向性も明らかにした。
セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬の抗うつ効果を予測する

我々は、「大うつ病性障害(DSM-IV)と診断され、Montgomery and Asberg depressio nrating scale(MADRS)の得点が21点以上の患者を試験に導入する。ミルナシプランを1週目まで50mg/day、以降は100mg/dayの用量で6週間にわたり投与し、抑うつ症状の変化を漁DRSを用いて評価する。PCR法を用いて遺伝子型を決定し、治療効果との関連性を検討する。高速液体クロマトグラフィーを用いてミルナシプランの血中濃度を測定し、薬物代謝の個人差と治療効果との関連性を検討する。」という計画に基づき、サンプルの収集および得られた解析の結果を進めた。抗うつ薬の直接的標的分子は神経伝達物質のトランスポーターや受容体、代謝酵素と多様であるが、このような直接的標的分子の差異にかかわらず、抗うつ薬は最終的に共通の分子を活性化または不活性化させ、それが抗うつ効果の発現に関与するという知見が得られつつある。このような分子の代表と言えるのが、神経細胞の生存に大きな役割を果たしている脳由来神経栄養因子(BDNF)である。我々は、BDNFG196A多型とミルナシプランの抗うつ効果との関連性を検討した結果、G/A遺伝子型が良好な抗うつ効果と関連していることを示した。また、既存のフルボキサミン投与患者サンプルにおいても同様の検討を行ったところ、同様の結果が得られた。すなわち、セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)であるミルナシプランと選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)であるフルボキサミンという、直接的標的分子が同一ではない抗うつ薬のいずれにおいても、BDNF G196A多型のG/A遺伝子型が良好な抗うつ効果と関連している可能性が示された。今回我々は、ノルエピネフリントランスポータ(NET)およびセロトニントランスポータ(5-HTT)の遺伝子多型が、セロトニン・ノルエピネフリン再取り込み阻害薬(SNRI)のひとつであるミルナシプランの治療反応性におよぼす影響を検討した。80名の患者が試験を完了した。NET T-182C多型においては、responder群とnonresponder群との間で遺伝子型分布(p=0.03)および対立遺伝子頻度(p=0.03)の両者に有意差がみられ、T型対立遺伝子の存在が優れた抗うつ効果に関与していることが示された。NET G1287A多型においては、A/A遺伝子型患者では抗うつ効果の発現が遅れることが示された。これらの結果とは対照的に、5-HTTLPRおよび5-HTTVNTR多型は抗うつ効果に有意な影響をおよぼさなかった。血中濃度と治療効果の間に有意な関連はみられなかった。NET遺伝子多型はミルナシプランの抗うつ効果予測因子となり、5-HTT遺伝子多型は予測因子とならないことが示された。我々は、「大うつ病性障害(DSM-IV)と診断され、Montgomery and Asberg depression rating scale (MADRS)の得点が21点以上の患者を試験に導入する。ミルナシプランを1週目まで50mg/day、以降は100mg/dayの用量で6週間にわたり投与し、抑うつ症状の変化をMADRSを用いて評価する。PCR法を用いて遺伝子型を決定し、高速液体クロマトグラフィーを用いてミルナシプランの血中濃度を測定する。」という計画に基づき、サンプルの収集および得られた解析の結果を進めつつある。BDNFその他の遺伝子多型とミルナシプランの臨床効果との関連性については現在検討中であり、興味深い結果が得られつつある。さらに詳細な検討を加えた上で発表する予定である。遺伝薬理学的検討と平行して、臨床的観点からの検討をも行っている。ミルナシプランの重症うつ病に対する効果は十分検討されていないため、我々は、大うつ病患者に対する重症度別の治療効果について検討した。80名の患者を、MADRSスコア31点以上の重症度群(n=25)、2530点の中等症群(n=30)、21点から24点の軽症群(n=25)に分類してMADRSスコアの改善率を検討した。その結果、重症群および中等症群では、軽症群に比して有意に改善率が高かった。ミルナシプランは、中等症から重症の大うつ病患者において優れた抗うつ効果を発現するものと考えられた。

我々は、BDNFG196A多型とミルナシプランの抗うつ効果との関連性を検討した結果、G/A遺伝子型が良好な抗うつ効果と関連していることを示した。また、既存のフルボキサミン投与患者サンプルにおいても同様の検討を行ったところ、同様の結果が得られた。すなわち、セロトニン・ノルアドレナリン再取り込み阻害薬(SNRI)であるミルナシプランと選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)であるフルボキサミンという、直接的標的分子が同一ではない抗うつ薬のいずれにおいても、BDNF G196A多型のG/A遺伝子型が良好な抗うつ効果と関連している可能性が示された。
脳シチジレートシクラーゼの精製及びその生成物サイクリックCMPの生理作用の研究

ラット脳シチジレートシクラーゼの活性発現にグアニンヌクレオチド結合蛋白質(G蛋白)が共役することを初めて明らかにした。これは本酵素活性がG蛋白の特異的活性化剤であるA1F_4-やGTPγSの前処理で顕著に上昇することやGTPγSによる活性化がG蛋白不活化剤であるGDPBSで抑制されることから確認された。さらにこの酵素活性は、G蛋白の特異的ADPリボシル化酵素として作用既知の2種の細菌毒素処理で影響を受けないことより、本酵素系に関与するG蛋白はアデニレートシクラーゼ系に共役するGi、Gsとは別種のものであった。シチジレートシクラーゼのラット脳粗膜画分からの精製は、GTPγS処理による活性化、CHAPSによる効率的可溶化、カラムクロマトグラフィー(ゲルろ過、DEAEセルロース)操作で行ない、この不安定な酵素を初めて約40倍の比活性にまで部分精製した。得られた酵素蛋白は末だ純化されていないが、分子量数十万の高分子として挙動する凝集体であった。その生化学的性質の解明はまだ残されているが、本酵素の精製についてはこれまで一切報告がない現在、今回の部分精製は今後の完全精製に向けて生かされるものである。これまでシチジレートシクラーゼの生理的アゴニストは全く不明であったが、その有力な内在性物質として初めてアンドロゲンを見いだした。このホルモンはシチジレートシクラーゼの触媒ユニットに直接作用し活性化するものと孝えられ、脳内における本酵素およびその生成物であるcCMPの生理作用を解明する上で重要な知見と考えられる。ストレス時における本酵素活性の顕著な変化についての予試験的な結果も得ており、本酵素系の脳機能に果たす重要な役割の解明に向けての指針となるものである。1.酵素の精製ーシチジレ-トシクラ-ゼは、ラット脳の粗ミトコンドリア画分からの可溶化、Sepharose 6Bゲルろ過、疎水クロマトグラフィ-により約30倍に部分精製されたが、回収率の低さからその酵素分子の生化学的性質は解明できていない。これは本酵素の脳内含量の低さ(サイクリックAMP生合成酵素アデニレ-トシクラ-ゼの約1/20)、可溶化後の失活の速さ(活性の半減期約1週間)、活性補助因子の関与の可能性(イオン交換クラマトグラフィ-でほぼ完全に活性が消失する)などによることが明らかになった。そこで活性測定に要していた時間(22時間)を4時間に大幅に短縮する迅速簡便法を考案し、種々の中速、高速クロマトグラフィ-による酵素の分離を検討した。これらの系を組み合わせかつ大量試料を用いて本酵素の高度精製を現在進行中である。2.酵素活性発現の制御ーアデニレ-トシクラ-ゼがGTP結合蛋白質(G蛋白)と共役し、種々の刺激に対する細胞内情報系を構築していることは周知の事実である。今回、ラット脳シチジレ-トシクラ-ゼ活性がAlF_4^ーやGTPγS(GTP非水解性誘導体)で活性化され、またGDPβS(GDP非水解性誘導体)で不活性化されたことより、その発現にG蛋白が密接に関与していることが明らかになった。しかし、ADPリボシル化実験の結果より、関与するG蛋白はアデニレ-トシクラ-ゼ系のG_sやG_iとは異なり、新たな蛋白分子であることが示唆された。本酵素がG蛋白の制御を受けることは、その生成物であるサイクリックCMPが細胞内の新たな情報伝達因子である可能性を示すものであり、膜透過型サイクリックCMPの神経細胞の突起形成作用や肝細胞の増殖抑制作用などの我々のこれまでの研究成果を裏ずけるものである。

現在、本酵素の情報伝達における役割解明とともにG蛋白の同定を行っている。シチジレ-トシクラ-ゼはラットヤやマウスの全脳膜画分中に存在するサイクリックCMP(cCMP)の生合成酵素である。本刊素の性状を膜画分レベルで調べたところ、AlCl_4^-やグアノシン5′ー0(3ーチオトリホスフェ-ト)(GTRγS)の前処理で効率よく活性化されること、GTRγSによる活性化がグアノシン5′ー0ー(2ージホスフェ-ト)(GDPβS)によって阻害されることが明らかになり、アデニレ-トシクラ-ゼの活性発現機構におけるGTP結合蛋白質(G蛋白)の関与と同様にシチジレ-トクラ-ゼの活性発現にもある種のG蛋白が重要な役割を果していることが初めて認められた。さらに、アデニレ-トシクラ-ゼとは異なる機序の調節を受ける酵素であることも確認された(以上の成果については、現在投稿論文を作成中である)。本酵素のラット脳膜画分からの精製はGTPγS処理による活性化、CHAPSによる可溶化、ゲルろ過、イオン交換クロマト操作で行ない修分精製標品を得、分子量の推定を行なったところである。しかし、完全精製に至っておとらず本酵素の分子的性状は解明出来ないため、現在電気泳動法による高度精製を試みている。また本酵素の脳内発現や生理的リガンドの探索は現在進行中である(これらの成果の一部は第64回日本生化学会(平成3年10月)で発表した)。シチジレ-トシクラ-ゼの生成物であるcCMPの生理作用については主にラット神経芽細胞腫PC12株を用いてその結経突起形成に及ぼす作用を調べた。cCMPの膜透過型誘導体ジブチリルcCMPはPC12細胞に対し有効に神経突起形成を誘導したが、その機序は神経成長因子(NGF)とは異なっていた。さらにこの突起形成に及ぼす短鎖脂肪酸の影響を調べた特に酪酸の用量依存的な抑制作用を認め、神経突起形成制御に興味ある事実を発見した(これらの成果は第64回日本生化学会で発表し、さらに現在投稿論文を作成中である)。
フォトサーマル療法を指向したペプチド集合体内部を鋳型とする金ナノ粒子合成法の開発

金ナノ粒子は特徴的な光学特性をもつ。その中でも金ナノロッドは、形態に依存して表面プラズモン共鳴に由来する特定の波長の光を吸収し、その光エネルギーを効率よく熱に変換する機能をもつことから、この機能を光熱癌治療に応用することが検討されている。従来の金ナノロッドの合成法としては、CTAB (cetyltrimethylammonium bromide)のような界面活性剤を用いる方法が一般的であるが、CTAB自体に細胞毒性があるため、金ナノロッドを医療分野に応用するためにはCTABの除去や、生体利用する際に必要となるシグナル分子の付加といった多段階の合成工程を経る必要がある。そのため本研究課題では、生体適合性を有するペプチドを鋳型とする金ナノロッド合成について検討してきた。最終年度は、界面活性剤であるCTABを参考にして、脂肪鎖を有するC11-Rペプチド(undecanoyl-Arg-NH2)および、C8-G-Rペプチド(octanoyl-Gly-Arg-NH2)を設計・合成し、CTABとペプチドの混合比を変化させることで、CTAB含率と生成する金ナノロッドのアスペクト比の関係について評価した。ペプチドを1%, 5%, 10%の割合でCTABと混合して金ナノロッドの合成を行った結果、いずれのペプチドにおいてもペプチド濃度の増加に伴い金ナノロッドのアスペクト比が減少した。これは、各ペプチドが成長過程の金ナノ粒子の長軸先端に吸着することによって長軸方向への成長を制限またはペプチドが成長過程の金ナノ粒子へのCTABの結合を阻害したと考えられる。以上より、今回合成した脂肪鎖を有するペプチドを利用することで細胞毒性を示すCTAB使用量を10%程度削減することが可能となった。本研究では、フォトサーマル療法を指向して生体適合生の高いペプチドを用いて金ナノロッドを合成する技術開発を行うものである。これまでに、RU006というアミノ酸9残基からなるペプチドの自己集合体を鋳型として用いると、リボン状金ナノ結晶が得られることがわかっている。2016年度は、RU006が集合体を形成する際に駆動力となる水素結合を阻害をすることで、リボン状の金ナノ粒子形態を短くしてロッド状へと近づけることができると考え、水素結合形成のためのアミドプロトンをもたないN-メチルアミノ酸の導入を試みた。具体的には、RU006配列中のアラニンをN-メチルアラニン置換した4種の新規ペプチド([MeA1]-RU006ペプチド, [MeA3]-RU006ペプチド, [MeA5]-RU006ペプチド, [MeA9]-RU006ペプチド)を設計、合成した。各ペプチドの二次構造を評価したところ、末端アラニンを置換した[MeA1]-RU006及び[MeA9]-RU006は濃度依存的にβシート構造を形成し、中央付近のアラニンを置換した[MeA3]-RU006及び[MeA5]-RU006はランダムコイル構造であった。これにより、ペプチド配列中央付近へのN-メチルアミノ酸導入による水素結合形成の阻害がペプチド二次構造に影響を及ぼしたと考えられる。次いで、金ナノ結晶の形態制御を試みるため、RU006と各N-メチルアミノ酸含有ペプチドの混合による金ナノ結晶合成を行った。吸収スペクトル測定の結果、RU006と[MeA3]-RU006または[MeA5]-RU006を等モル混合した場合、RU006単独の場合に比べて、比較的短いリボン状金ナノ結晶の合成が確認された。以上のことより、ペプチド配列中央付近へN-メチルアミノ酸を導入することで、金ナノ結晶の形態制御が可能であることがわかった。2016年度は、申請者の有する世界水準のペプチド設計・合成技術を駆使して、分子間距離を制御することでナフタレン環距離を変化させたペプチド集合体を構築し、それらの二次構造を円二色性スペクトル(CD)および赤外吸収スペクトル(ATR-FT-IR)を用いて評価した。また、ペプチド集合体形態を原子間力顕微鏡(AFM)および透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて評価した。次いで、これらを鋳型とする金ナノ結晶合成を試みることで、これまでに得られているリボン状金ナノ結晶形態を短くすることができた。本研究成果は、集合体内部鋳型における異方的金ナノ結晶生成メカニズムの理解に繋がると思われる。2016年度は、RU006が集合体を形成する際に駆動力となる水素結合を阻害をすることで、リボン状の金ナノ粒子形態を短くしてロッド状へと近づけることができると考え、水素結合形成のためのアミドプロトンをもたないN-メチルアミノ酸の導入を試みたところ、比較的短いリボン状金ナノ結晶の合成が確認された。そこで、2017年度は、種々の形態を有する金ナノ結晶を得ることを目的として、金ナノロッド合成において鋳型として一般的に使用される毒性のCTABの分子構造を模倣して、CTABと分子鎖長の等しいウンデカノイルアルギニンアミド(undec-Arg-NH2)およびオクタノイルグリシルアルギニンアミド(oct-Gly-Arg-NH2)を設計・合成し、塩化金酸および還元剤と混合することで金ナノ結晶の合成を試みた。その結果、undec-Arg-NH2を鋳型にして塩化金酸をアスコルビン酸で還元したところ、球状金ナノ粒子が多数凝集した形態がみられた。

反応液にAgNO3を加えて同様の実験を行うと10 nm程度の異方的な金ナノ粒子が多数凝集した形態がみられた。oct-Gly-Arg-NH2を鋳型として用いた場合でもundec-Arg-NH2と同じ傾向にあった。以上より、一般的に用いられている毒性のCTABの分子構造を模倣して設計した界面活性剤様ペプチドはAgNO3存在下において異方的な金ナノ粒子合成の鋳型となることが分かった。2017年度は、2016年度の研究成果を基に、金ナノロッド合成において鋳型として一般的に使用される毒性のCTABの分子構造を模倣して界面活性剤様ペプチドの設計・合成・金ナノ結晶合成鋳型としての効果を評価した。本研究課題の最終目標への道半ばであるが、生態的合成の高い界面活性剤様ペプチドによる金ナノ結晶鋳型効果を明らかにした。本研究成果は、集合体内部鋳型における異方的金ナノ結晶生成メカニズムを原理とするワンポット金ナノ結晶合成法開発へ繋がると思われる。金ナノ粒子は特徴的な光学特性をもつ。その中でも金ナノロッドは、形態に依存して表面プラズモン共鳴に由来する特定の波長の光を吸収し、その光エネルギーを効率よく熱に変換する機能をもつことから、この機能を光熱癌治療に応用することが検討されている。従来の金ナノロッドの合成法としては、CTAB (cetyltrimethylammonium bromide)のような界面活性剤を用いる方法が一般的であるが、CTAB自体に細胞毒性があるため、金ナノロッドを医療分野に応用するためにはCTABの除去や、生体利用する際に必要となるシグナル分子の付加といった多段階の合成工程を経る必要がある。そのため本研究課題では、生体適合性を有するペプチドを鋳型とする金ナノロッド合成について検討してきた。最終年度は、界面活性剤であるCTABを参考にして、脂肪鎖を有するC11-Rペプチド(undecanoyl-Arg-NH2)および、C8-G-Rペプチド(octanoyl-Gly-Arg-NH2)を設計・合成し、CTABとペプチドの混合比を変化させることで、CTAB含率と生成する金ナノロッドのアスペクト比の関係について評価した。ペプチドを1%, 5%, 10%の割合でCTABと混合して金ナノロッドの合成を行った結果、いずれのペプチドにおいてもペプチド濃度の増加に伴い金ナノロッドのアスペクト比が減少した。これは、各ペプチドが成長過程の金ナノ粒子の長軸先端に吸着することによって長軸方向への成長を制限またはペプチドが成長過程の金ナノ粒子へのCTABの結合を阻害したと考えられる。以上より、今回合成した脂肪鎖を有するペプチドを利用することで細胞毒性を示すCTAB使用量を10%程度削減することが可能となった。2017年度以降は、申請書の通り、鋳型となる分子あたりのナフタレン環含有数を変化させたペプチド、疎水面のリシンとナフチルアラニンの距離を変化させたペプチド、ナフタレン環を酸化電位や供与電子数の異なる芳香環に置換したペプチド、またはRU006配列の繰り返し多量体ペプチドなどを多品種合成し、ペプチド集合体形態と金ナノ結晶合成時の鋳型効果について検討を行う。
Ｗｅｂマルチメディアマイニングによる動詞概念と名詞概念およびその関係の自動学習

本研究では,3年間の研究によって,次の成果が得られた.(1)キーワードを入れるだけで,YouTubeなどのWeb上の動画共有サイトから動画を収集し,その中から自動的にキーワードに相応しい動画ショットを選択するシステムの実現.(2) Web上の静止画像を利用し,(1)の精度を向上させる方法.(3) (1)の精度を向上させるために,キーワードと動画ショットの関係をさらに効率的に利用するためのVisualTextualRank法の提案.(4)人間動作の手の動きに注目し,それを時空間特徴量として表現することによって,人間の動作から物体を推定,およびインタラクションを分析する手法の提案.本研究では,動画の視覚特徴から抽出可能な「動詞」の概念と,動作対象もしくは動作主体の「名詞」概念,およびその関係を学習する確率モデルを提案し,それをWeb上の動画共有サイトに存在する大量のタグ付きの動画像に適用することによって,動詞概念と名詞概念の間の関係を分析し,認識に利用することを目的とする.例えば,「ラーメン」を「食べる」と「ハンバーガー」を「食べる」,「人間」が「歩く」と「ライオン」が「歩く」は「動詞」概念としては同じであるが,実際の動作としては異なるため,両者の関係を考慮することにより高精度な動作・物体認識が実現できることが期待される.本年度の前半は,まず予備実験として小規模なデータセットを構築し,同じ動詞概念に属する動作の動作対象(名詞概念)の違いによる差異の分析を試みた.その結果,前年度に提案した動作データセットの自動構築手法により自動構築したデータセットを利用する場合,データセットにノイズが含まれている場合,動作の差異の発見が困難であることが判明した.そこで,本年度の後半は主に精度の高いデータセットの自動構築手法の開発を行った.成果は国際会議に投稿中である.また,データセット構築のために商用クラウドソーシングサービスの利用も行った.主に静止画のデータセット構築に関して研究を行った結果,安価に精度の高いデータセットが構築可能であることが確認された.本年度は,研究課題「Webマルチメディアマイニングによる動詞概念と名詞概念およびその関係の自動学習」の最終年度であった.本年度は,(1)Web動画収集の精度改良を行うととともに,(2)動画分類を行うための時空間特徴の改良を行い100種類のWeb動画分類の実験を実施した.(1) Web動画収集の精度改良では,主にテキストタグの共起情報を動画ランキング時に反映させるためのVisualTextualRank法を提案し,国際会議で発表を行った.(2)時空間特徴の改良では,以前に我々が研究していたドロネートライアングルを利用した動作軌跡表現を用いた時空間特徴量を改良することによって,精度の高いWeb動画分類を実現できた.本研究では,3年間の研究によって,次の成果が得られた.(1)キーワードを入れるだけで,YouTubeなどのWeb上の動画共有サイトから動画を収集し,その中から自動的にキーワードに相応しい動画ショットを選択するシステムの実現.(2) Web上の静止画像を利用し,(1)の精度を向上させる方法.(3) (1)の精度を向上させるために,キーワードと動画ショットの関係をさらに効率的に利用するためのVisualTextualRank法の提案.(4)人間動作の手の動きに注目し,それを時空間特徴量として表現することによって,人間の動作から物体を推定,およびインタラクションを分析する手法の提案.本年度は,動詞と名詞を組み合わせたキーワードに対応する動画ショットをWeb上の動画共有サイトYoutube上のWeb動画から自動抽出する技術を開発し,100種類以上のキーワードに関して実際に動画ショット自動収集実験を実施した.具体的には,"eat+ramen"や"walk+street"などの動詞と名詞を組み合わせたキーワードを用いてYoutube APIを利用してYoutubeに対してテキスト検索を行う.検索結果の上位1000本の動画についてタグの共起性を分析し,再ランキングを行う.そして,上位200本の動画を実際にダウンロードして,動画をショット分割し,それぞれのショットから時空間特徴量を抽出する.さらに,抽出した時空間特徴量を利用してショット同士の類似性を評価して類似度行列を計算し,教師データが不要なPageRank手法を適用して最終的に検索単語に対応するショットのランキングを得る.これは「検索単語に対応するショットは互いに類似していて上位に200本のWeb動画には共通に含まれ,一方,対応しないショットは互いに異なる」という仮定に基づいている.最終的には100種類の動詞名詞の組み合わせについて実験を行い,教師データなしで50%程度の精度を実現した.この成果は画像認識におけるトップカンファレンスの国際会議において発表した.こうした,教師データなしで,Webから指定キーワードの対応ショットを自動収集する研究は従来ないものであったが,精度は50%程度であり,そのまま動詞・名詞の関係分析に利用可能であるほどには精度が高くないため,その改良手法としてWeb上の静止画像も組み合わせて利用する手法を研究中で,さらなる精度向上を目指している.本年度は,同じ動詞概念に属する動作の動作対象(名詞概念)の違いによる差異の分析を大規模に実施する予定であったが,年度前半に行った小規模データセットによる予備実験の結果,前年度に提案した動作データセットの自動構築手法により自動構築したデータセットを利用する場合,データセットにノイズが含まれている場合,動作の差異の発見が困難であることが判明した.

そのため,年度後半は,高精度なデータセット構築を中心に研究を行い,大規模な動作差異分析の実験を実施するまでには至らなかった.23年度の当初の研究計画は「主に,動作と動作主体・動作対象の動詞概念,名詞概念の組み合わせに対応する動画ショットを大量のタグ付きWeb動画から自動抽出する手法について研究する.また,効率的なWeb動画収集法についても検討する.」であったが,実際に,動詞と名詞を組み合わせたキーワードに対応する動画ショットをWeb上の動画共有サイトからダウンロードして自動抽出する技術を開発し,100種類以上のキーワードに関して実際に動画ショット自動収集実験を実施し,国際会議において成果を発表した.さらに,その改良手法としてWeb上の静止画像も組み合わせて利用する手法を研究中で,さらなる精度向上を目指している.最終年度である次年度は,今年度実施予定で実施することができなかった大規模な動作差異分析の実験を実施し,新たな知見を発見することを目標とする.特に(1)同じ動作概念に属する動作で,組み合わせの対象物体(名詞)が異なると実際の動作が異なる動作概念の発見,(2)まったく異なる動作概念で実際にはほぼ同じ動作である概念ペアの発見,について,Webから収集した大規模動画データセットを用いて,実験を実施する予定である.今後は,23年度の研究成果を利用して,大規模に動詞概念と名詞概念に関係する動画ショットを大量にWeb動画から収集し,動詞概念と名詞概念の関係について時空間特徴量とエントロピー分析を用いて分析を行う.なお,得られたデータにノイズが多い場合は,自動処理にこだわらずにAmazon Mechanical Turk等のcrowd-sourcingを積極的に利用して分析に耐えうる精度のデータセットを構築する予定である.今年度は「ラーメンを食べる」と「カレーを食べる」のような動作の微小な差異を検出するための方法も研究する予定である.最終的には「ラーメンを食べる」と「うどんを食べる」は共通した動作であるが,「カレーを食べる」は異なるという,同じ動作でも対象によって動作が異なる動詞・名詞の組み合わせを自動発見することを最終目的とする.該当なしすでに必要な機材は準備済であるので,24年度の研究費は主に成果発表のための国際会議参加費等に利用する予定である.また,データクリーニングのために,Amazon Mechanical Turk等のcrowd-sourcingの利用費用にも支出する予定である.