hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
延髄中枢化学受容におけるPhox2b陽性ニューロンのCO2感受性のイオン機構

これら,CO2感受性ニューロンは,Phox2b陽性であり,血管に接触するようにして配置されていることが確認された.22-23年度の研究の結果,延髄吻側腹外側部(parafacail region)のPhox2b陽性細胞は,直接CO2濃度変化を受容することがわかった.多くの場合,高CO2受容性脱分極はカリウムチャネルの閉鎖によることがわかった.24年度は,カリウムチャネルの候補である酸感受性カリウムチャネル(TASK1,2,3)の延髄吻側腹外側部における発現をin situ hybridization法を用いて調べ,高CO2刺激受容における関与を検証した.また,pFRG/Pre-Iニューロンの活動をカルシウムイメージングを用いて検証した.TASK1, 2, 3チャネルは,吻側延髄では顔面神経核の運動ニューロンに強く発現していた.しかし,その腹側部にあるpFRGには明瞭な発現は見られなかった.顔面神経核のニューロンから膜電位を記録し,高CO2/低H+に対する応答を調べた.低H+に対しては脱分極応答を示したが,高CO2刺激に対しては,過分極応答を示した.一方, pFRG/Pre-Iニューロンは,いずれの刺激に対しても脱分極応答を示した.これらの結果から,TASKチャネルはpFRG/Pre-IニューロンのCO2感受性には主要な役割は果たしていないことが確認された.カルシウムイメージングによりpFRG/Pre-Iニューロンのバースト活動を,非常に明瞭にとらえることに成功した.ただ,これらのニューロンがPhox2b陽性ニューロンであるかどうかの同定は困難であった.この問題を解決するために,我々はPhox2b遺伝子の発現制御領域下に蛍光タンパク質(EYFP)を発現させたトランスジェニック(Tg)ラットを作成した.現在,このラットを用いてカルシウムイメージングによるpFRGニューロンのバースト活動の解析を行っている.Phox2b陽性-pFRGニューロンが直接CO2濃度変化を受容することが,証明されたので,計画はおおむね順調に進展している.24年度が最終年度であるため、記入しない。残っている重要な研究課題は,CO2受容の分子機構の解明である.これまでの研究で,カリウムチャネルの閉鎖が関与することは明らかになった.今後は,カリウムチャネルのサブタイプを明らかにする必要がある.24年度が最終年度であるため、記入しない。
共鳴振動触媒素子によるマイクロリアクター内の液相反応の活性化

マイクロリアクター内の液相触媒反応の活性化を目的とし、強誘電体結晶による共鳴振動効果を固定化酵素の触媒反応に応用した。グルコースオキシダーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、D-およびL-アミノ酸オキシダーゼ酵素を強誘電体共鳴振動素子に固定化した後、設計製作したマイクロリアクターに組み込み、酵素触媒の活性変化を調べた。共鳴振動発生によりすべての固定化酵素において,その触媒活性が23倍増加すること、共鳴振動が反応の活性化エネルギーを減少させることを見出し、共鳴振動が反応基質と酵素間の相互作用を強め、活性化をもたらすことを明らかにし、固定化酵素の液相触媒反応の活性化にきわめて有用であることを結論した。本研究は、液相反応用の触媒活性化に対する革新的方法の開発を目的とし、高周波電力印加により強誘電体結晶に発生する共鳴振動の効果を用いる研究であり、本初年度は、異なる種類の共鳴振動素子の製作、共鳴振動特性の解析、反応用マイクロリアクターの設計製作、共鳴振動素子への酸,金属、あるいは酵素触媒の固定化法の検討を行い、作製できた共鳴振動触媒素子を用いて液相反応に対する予備的応用試験を行った。単分域構造を持つ強誘電体基板として、長方形状のLiNbO_3単結晶および円盤形状のPb(Zr,Ti)O_3焼結体(共に自発分極軸は表面に垂直で、厚み振動)を用いた。前者では、高周波スパッタリング法により、基板表面にCu金属電極を蒸着し共鳴振動素子とした。ネットワークアナライザー解析より、それぞれ3.6MHz、および2.2kHzの第一共鳴振動周波数を持つことを示した。形状の異なる共鳴振動触媒素子の組み込みに適するマイクロリアクターを設計製作した。共通要素として、マイクロリアクターの反応部の反応液相の厚さは200μmとし、高周波電力印加用の電極ピンを備え、反応液を保持するテフロンのシールドパッキングをもつ構造とした。反応システムでは、反応液をシリンジポンプで押し出し、2液反応では、それぞれをマイクロチップ混合器内で混合し、マイクロリアクターへ導入した。共鳴振動素子に対して、酸触媒としてスカンジウムテレフタレートSc(OTf)_3、金属触媒としてIn,および酵素触媒としてグルコースオキシダーゼ(GOD)のそれぞれの固定化法について検討した。この中で、Sc(OTf)_3酸触媒を固定化させた共鳴振動酸触媒素子を用いて、マイクロリアクター内で、アルドール縮合反応であるベンズアルデヒドとアセトフェノンからカルコンを生成する液相反応に対する効果を調べ、共鳴振動発生によりSc(OTf)_3酸触媒の活性が顕著に増加することを明らかにした。本研究は、液相反応に対する不均一触媒の活性化のための革新的方法の開発を目的とし、触媒を固定する強誘電体基板に発生できる共鳴振動の効果を明らかにするものである。昨年度までに、グルコース酸化反応に対する固定化グルコースオキシダーゼ酵素の触媒活性化に共鳴振動が有効なことを示した。本年度は、固定化酵素に対し共鳴振動による活性化法が普遍性を持つかについて検証するため、酵素として、補酵素にCu金属イオンを含むガラクトースオキシダーゼ(GAD)、立体選択性をもつD-およびLーアミノ酸オキシダーゼ(それぞれDーAODおよびLーAOD)酵素を用いた。シランカップリング法を用いて強誘電体基板に酵素を固定化し、固定化酵素量は水晶振動子法によって測定した。反応溶液に溶解させた酵素では、共鳴振動によって活性化はほとんど見られないのに対し、固定化した,GAD, D-AOD,およびL-AOD酵素では、いずれの場合も24倍の活性増加が生じた。また、反応基質が存在しない場合には,共鳴振動を行っても、固定化酵素の活性化は生じないこと、さらに、共鳴振動停止後において、酵素の活性化状態は反応基質が存在する場合にほぼ保たれるが、反応基質が無い場合には徐々に消失することを見出した。共鳴振動により反応障壁が減少すること、本反応がミカエリス・メンテン式に沿って進行し、Lineweaver-Burkプロットより求められるミカエリス定数Kmが共鳴振動により顕著な減少を見せることを示した。共鳴振動は、固定化酵素の構造緩和を誘起し、反応基質分子と酵素間の相互作用が増す作用を持ち,これによって活性化が生じる機構を明らかにした。これらの結果から、共鳴振動は、どのような種類の固定化酵素に対しても活性化効果を引き起こす普遍性を持ち,きわめて有用な方法であることを結論した。本研究は、液相反応用の触媒活性化のための革新的方法の開発を目的としており、本年度は、固定化酵素の液相触媒反応の活性化に及ぼす共鳴振動効果を明らかにすることを行った。強誘電体結晶素子として、2.2 kHzの共鳴振動周波数を持つ多結晶チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)素子にグルコースオキシダーゼをシランカップリング法により固定化した後、設計・製作したマイクロリアクターに組み込み、共鳴振動状態の有無におけるグルコース基質酸化反応に対する酵素触媒活性の変化を調べた。

酵素活性は、反応によって生成するH2O2量をクロノアンペロメトリ法により測定し求めた。反応温度278300 Kにおいて、共鳴振動発生により酵素触媒活性が23倍増加すること、および反応温度依存性より、共鳴振動が反応の活性化エネルギーを13 %減少させることを見出し、共鳴振動が固定化酵素の活性化に有用であることを示した。さらに、共鳴振動による活性化は、グルコース基質存在下でのみ生じること、および、共鳴振動を停止した場合に、グルコース基質が無い場合には共鳴振動発生前の低活性にまで戻るが、グルコース基質が存在すると高い酵素活性状態が維持され続けることを見出した。酵素の固定化状態+基質分子の存在+共鳴振動の組み合わせが、固定化グルコースオキシダーゼ酵素の活性増加と活性化状態の保持をもたらすことを示した。この結果は、共鳴振動がグルコース基質と酵素間の相互作用を強め、特異的な活性化状態を形成させる効果を持つことに基づくものであり、グルコースオキシダーゼ酵素のフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)と2つのヒスチジンで構成された活性部位に対し、共鳴振動がグルコース基質の配位を促進する効果をもつことを提唱した。共鳴振動触媒素子の作製では、これまでに気相反応に対する触媒活性化で取得した知見がそのまま適用でき進展が容易であった。液相反応に対しては、強誘電体としてLiNbO_3単結晶とともに用いたPb(Zr,Ti)O_3焼結体では、強度と気密性がややおとるため扱いづらい点はあったが、この試料に対しても最終的にはマイクロリアクターの設計も問題なく行うことができ、異なる種類の触媒の固定化も行うことができ、研究は順調に進んでいる。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究で、液相触媒反応の中でも最も興味深くまた重要な固定化酵素による触媒反応に対して、共鳴振動によりその触媒活性が23倍増加する新規な現象を始めて見出すことができた。酵素固定量依存性、共鳴振動活性化条件の検討および反応温度依存性等に基づき、共鳴振動が、巨体分子である酵素に対して活性化作用をもつことを示せたこと、および共鳴振動による活性化が、酵素の活性構造と反応基質の相互作用に影響を与えて、活性化状態を作り出すことを明らかにすることができ、共鳴振動の効果について、非常に意義深い成果を挙げることができた。本研究の基盤である共鳴振動触媒素子の作製と反応を行わせる場としてのマイクロリアクターの設計製作は本年度でほぼ完了したことから、共鳴振動効果を種々の液相反応に対し広く展開する。本年度は、代表的な酵素であるグルコースオキシダーゼによるグルコース基質分子の酸化反応について、共鳴振動効果を明らかにできた。来年度は、この反応系に対して詳細な反応動力学的解析を行い、活性構造に及ぼす共鳴振動効果かの寄与を明らかにするとともに、他の種類の酵素として、補酵素をふくむガラクトースオキシダゼや立体選択機能を持つD,L-アミノ酸オキシダーゼ酵素等に展開し、固定化酵素の触媒作用に及ぼす共鳴振動効果の普遍性を確立する。
放射線、化学物質の継世代的(遺伝的)影響-マイクロサテライト突然変異誘発と疾病

N5雄親マウスへの原子炉放射線(中性子0.2Gy+γ線0.2Gy/時間)、0.2、0.4、0.8、1.2 Gy精原細胞期照射により、F1マウスのマイクロサテライト突然変異が対照群に比べほぼ直線的に増加し、突然変異率は、3.5x10^<-2>/Gy/遺伝子座であり、60Coガンマ線と比較し、原子炉中性子線のRBEは約16になった。変異はメンデル遺伝し、白血病も有意に増加した。遺伝子発現の異常も子孫マウスに見られた。親マウスへの化学物質投与、放射線照射により、突然変異だけでなく腫瘍や形態異常、各種疾病が次世代に誘発されることを野村が実験的に示し、反復配列DNA突然変異も検出された。本研究では、放射線、化学物質の継世代的(遺伝的)影響(生殖細胞突然変異)を、マウスマイクロサテライト突然変異を指標に高感度、正確、迅速に検出し、発生する白血病、生活習慣病、あるいは遺伝子発現異常との関連を調査する。1.マイクロサテライト突然変異の検出:原子炉中性子線(UTR-KINKI;中性子0.2Gy+γ線0.2Gy/時間)、0.1、0.2、0.4、0.6Gy照射したN5雄マウスを3ヵ月以降(精原細胞期照射)に正常N5雌マウスと交配し、死産仔を含め得られた全てのF_1マウスのマイクロサテライト遺伝子座(n1,n3,n5,n6)で突然変異の検出を行った。そのうちn6遺伝子座では、平成21年3月末現在で、0.2、0.4、0.6Gy照射で、5/328(1.5%),9/311(2.9%),6/435(1.4%)と、対照群2/681(0.3%)に比べ増加していた(0.4Gy;p<0.001)。0.1Gy照射群は21年度に終了予定である。^<60>Coガンマ線高線量率(0.57Gy/min)、低線量率(0.2mGy/min)照射実験は突然変異の解析中である。2.マイクロサテライト突然変異と疾病、遺伝子発現異常の相関:中性子線、ガンマ線照射を受けたF_1マウスはマイクロサテライト突然変異調査の後、21年度にかけ約1年間、奇形、腫瘍発生、生活習慣病、その他あらゆる疾病を調査中である。腫瘍および臓器を凍結保存し、がん関連遺伝子の変異、遺伝子の発現異常をSequencer、マイクロアレイを用い調査する。現在、0.4Gy照射群で、有意な白血病の上昇が見られている[13/228(5.7%)、対照群3/218(1.4%);p<0.05)]。親マウスへの放射線等の作用により、突然変異だけでなく腫瘍や形態異常、各種疾病が次世代に誘発されることを野村が実験的に示し、反復配列DNA突然変異も検出された。1.マイクロサテライト突然変異の検出:原子炉中性子線(UTR-KINKI;中性子02Gy+γ線0.2Gy/時間)、0.1、0.2、0.4、0.6Gy照射したN5雄マウスを3ヵ月以降(精原細胞期照射)に正常N5雌マウスと交配し、死産仔を含め全てのF_1マウスのマイクロサテライト突然変異の検出を行った。未完であった0.1Gy中性子線照射群を21年度に終了した。n6遺伝子座で、4/643(0.63%)と対照群2/681(0.3%)に比べ僅かに増加、0.2、0.4、0.6Gy照射結果[5/328(1.5%),9/311(2.9%),6/435(1.4%)]と、ほぼ直線的に増加している。^<60>Coガンマ線5Gy高線量率(0.57Gy/min)、低線量率(0.2mGy/min)照射群では、突然変異率は4/192、0/139であった。2.疾病、遺伝子発現異常との相関:F_1マウスはマイクロサテライト突然変異調査の後、1年間、奇形、腫瘍、生活習慣病他、あらゆる疾病を調査した。臓器を凍結保存し、がん関連遺伝子の変異、遺伝子の発現異常を調査している。0.4Gy照射群で、有意な白血病の上昇が見られた[13/228(5.7%)、対照群3/218(1.4%);p<0.05)]が、0.1Gy照射F_1マウスでは差はない。しかし、フェノバール1年間投与で高率に肝がんが発生している。

親マウスへの放射線等の作用により、各種疾病が次世代に誘発されることを野村が証明し、反復配列DNA突然変異も検出した。本研究では、放射線等の継世代的(遺伝的)影響(生殖細胞突然変異)を、マウスマイクロサテライト突然変異を指標に高感度、正確、迅速に検出し、発生する白血病、生活習慣病、あるいは遺伝子発現異常との関連を調査した。1.マイクロサテライト突然変異の検出:原子炉放射線(UTR-KINKI;中性子0.2Gy+γ線0.2Gy/時間)、0.2、0.4、0.8、1.2Gy照射したN5雄マウスを3ヵ月以降(精原細胞期照射)に正常N5雌マウスと交配し、死産仔を含め全てのF_1マウスのマイクロサテライト突然変異を検出した。n6遺伝子座で、それぞれ4/630(0.63%)、5/293(1.7%)、9/301(3.0%)、6/392(1.5%)と対照群1/661(0.15%)に比べほぼ直線的に増加し、突然変異率は、3.57x10^<-2>/Gyである。^<60>Coガンマ線5Gy高線量率(0.57Gy/min)、低線量率(0.2mGy/min)照射群では、突然変異率は4/192、0/139であった。原子炉中性子線のRBEは16になる。2.疾病、遺伝子発現異常との相関:F_1マウスはマイクロサテライト突然変異調査の後、1年間、各種疾病を調査した。白血病発生率は、0.4、0.8、1.2Gy照射により4/221(1.8%)、13/225(5.8%)、6/220(2.7%)と対照群16/579(2.8%)に比べ、0.8Gy照射で有意に増加している(p<0.05)。肝腫瘍は直線的に増加した(P<0.001)。マイクロサテライト変異との相関はなかった。0.1Gy照射F_1マウスに、フェノバールを1年間投与すると、メスF_1マウスに肝がんが非照射群の9倍発生した。遺伝子発現の異常を調査した。
連想記憶CNNの理解度推定を用いたE-learningシステム

本研究は、自主学習型e-learningシステムにおいて、システム自身が自律的に学習者に的確なフィードバックを与えるシステムを構築する目的で行われた。そのためにはシステム自身が学習者の理解度を推定する機能を備えなければならないため、本研究ではあいまい分類に優れた性能を有する連想記憶セルラニューラルネットワークを用いて設計を行った。本研究では、正答率・解答時間・難易度の客観的データから推定のための学習者データを作成した。各種実験の結果、本システムの有用性が示され、本研究が今後の教育分野の発展の一助となることが期待される。本研究では、教師が介在しないタイプのE-learningシステムに「何らかの判断材料をもとに学習者が理解できているか否かをシステムが判断する」、「理解度に応じて適切な学習メニューを提供する」機能を持たせることにより、E-learningによる学習効果の向上をめざしている。判断システムには人工知能モデルの1種であり、あいまい分類に有効とされる連想記憶CNNを用いている。本年度は(1)E-learningコンテンツの制作、(2)難易度や学習履歴情報等を加えた理解度推定のための連想記憶CNNの設計を行った。(1)については基本博報技術者試験のためのコンテンツをHTML+CSSベースで作成した。教材部分は完成しているが、演習問題DBなど未完成な部分もあるので継続して行う。(2)についてはこれまでは連想記憶CNNに従来の2値出力関数を用いていたため、表現できる理解度状態の種類が少なかった。そこで3値出力関数を用いて表現できる理解状態の種類を拡大した。実験によって評価を行ったところ、その有用性を確認した。ただし、分類精度が2値のときに比べ、低下したデータがみられた。これは理解度状態の種類を増やしたことによる影響とも考えられるので、この点の改善を次年度以降はかっていく。また、推定のための情報の種類が少ない(正答率・解答時間・難易度)ため、今後は学習履歴・学習時間といった情報を含めて設計を行う予定である。これまでの研究成果では従来の2値出力CNNにおいて理解度推定の有用性は示唆されていたが、表現できる理解度の種類が少ないことが問題であった。具体的には2値出力であるがゆえ設計できる記憶パターンに限界があったこと、またこれに付随して推定情報の種類が少なかったことが原因であった。これは本システムの実用化に向けて大きな障壁となっていた。そこで当年度はe-learningにおける学習者の理解度の多様化を目的とし、連想記憶セルラニューラルネットワーク(CNN)の設計について重点的に設計・検討した。従来の2値出力CNNを3値に拡大することによって、推定できる理解度の種類を拡大することができた。さらに3値に拡大したことにともない、問題の難易度を推定情報に加えたことにより、より細かく学習者の理解度を設定することができた。また正答率・解答時間および難易度をテストデータとした推定実験において、それらの組合せによる解釈からその妥当性が示唆された。さらに本手法の推定性能を評価するため、従来法である線形モデルとの比較実験を行った。実験は全データを推定用データと評価用データに分け、推定用データから得られた理解度が評価用データから得られた理解度と一定しているかその適合率で判断するものである。実験結果からその有用性を見出すことができた。今後多値化を進めることによってさらに多様化を推進できることが期待される。今後はこれらに加え、各モジュールを結合し、システムの完成をめざしたい。最終年度の計画では、理解度推定の多様化のために多値出力CNNを用いて設計を行い、システムを構築することであった。その第1歩として3値出力CNNを用いることによる詳細設計を行った。詳細設計では正答率・解答時間および難易度を評価基準として学習者の理解度を定義・設計した。有用性の検証には研究代表者の所属する大学の学生にWebテストを実施し、得られたデータを用いることとした。実験の結果、それらの組合せによる解釈からその妥当性が示唆された。3種類の情報を推定に用いたことにより、より詳細な推定ができたと考えられる。さらに連想記憶CNNがこの問題解決に有効であるかを検証するための比較実験を行った。比較対象には従来研究で推定に用いられている線形モデルや非線形モデルの代表である階層型ニューラルネットワークを用いた。線形モデルとの比較では、連想記憶CNNとの適合率の比較において高い値を宗した。このことから連想記憶CNNによる問題解決の有効性が示されたといえる。階層型ニューラルネットワークについては非線形モデルである連想記憶CNNと線形モデルとの比較の意義についての指摘を踏まえたものであった。
機械学習アルゴリズムのための最適グラフ構成法に関する研究

生物学におけるタンパク質の相互作用ネットワークやソーシャルネットワークにおけるリンク構造など,様々な場面でネットワークとして表現されるデータの解析に注目が高まっている.このようなネットワークは数学的には「グラフ」と呼ばれる.本研究ではグラフとしての特徴をもつデータを扱う基本アルゴリズムの開発を行ったものであり,グラフ上での予測問題において既存の手法とくらべ高い精度を持つことを実験的に確認することに成功した.生物学におけるタンパク質の相互作用ネットワークやソーシャルネットワークにおけるリンク構造など,様々な場面でネットワークとして表現されるデータの解析に注目が高まっている.このようなネットワークは数学的には「グラフ」と呼ばれる.本研究ではグラフとしての特徴をもつデータを扱う基本アルゴリズムの開発を行ったものであり,グラフ上での予測問題において既存の手法とくらべ高い精度を持つことを実験的に確認することに成功した.本研究はグラフに基づく機械学習アルゴリズムに関するものであり,特にグラフ上でのラベル推定問題に関して取り組むものである.例えばタンパク質相互作用ネットワーク上での機能予測問題ではグラフのノードが一つのタンパク質であり,それぞれのタンパク質の持つ生物学的機能を予測する.タンパク質の機能はいくつかのカテゴリが知られており,それらをラベルとして機能既知のタンパク質から未知のタンパク質のラベル(機能)を推定する.データの種類が多様化するなかで,複雑な構造を表現するためのグラフという手段は非常に強力でありこのような問題の重要性が増している.グラフ上での推定問題はすでに広く扱われてきたが,近年の計測技術の発展に伴い一つの予測問題に対して複数のグラフが得られることが一般的になってきた.そこで本研究では与えられた複数のグラフを結合し,より高精度にラベル推定を行う手法の開発を行った.特に提案法では複数グラフの中に予測にとって不要なものが含まれている場合を想定し,予測に有益なグラフを選び出し結合する手法の開発をおこなった.実践的には様々な情報が得られる中でどれが真に有用ななのか分からない場合がほとんであるため,これは非常に重要な特徴となる.また,実際にタンパク質の機能予測データを用いて精度の実証も行った.本研究では機械学習におけるグラフ上での推定問題,特に半教師付き学習,のための最適グラフ構成法を取り扱うものである.本年度はこれまでの研究成果を国際会議,国際ジャーナルに投稿し,その成果発表を行うことができた.具体的には,複数グラフ上での推定問題に関する論文が国際ジャーナルIEEE Transactions on Neural Neworks and Learning Systems (IEEE TNNLS)に,半教師推定のためのグラフパラメータ最適化に関する論文が国際会議Neural Information Processing Sysmtes (NIPS)にそれぞれ採択された.これらはともに情報学分野における国際的に高水準なジャーナル・国際会議である.複数グラフ上での推定問題ではグラフが複数与えられた時にそれらをどのように結合し,ノード上での予測を行うかを取り扱った.特に,多量のグラフが与えられた場合に不要なグラフの存在を考慮して,ラベルとの整合性が悪いものが自動的に排除されるような枠組みを考える事で精度の向上を示した.多様なグラフ情報の入手が容易になったいま,このような技術の必要性は高い.グラフパラメータの最適化は,ラベルの少ない半教師学習問題にとっては難しい問題であり,本研究では入力データに潜む低次元構造の存在を仮定することでパラメータを推定し,高い精度での予測が可能であることを示した.入力データに対してラベルを得られることが難しい状況は重要な場面にこそ多く(例えばタンパク質の機能予測では多くのタンパク質は未だ機能未知である),適切なパラメータの推定手法は実用上重要性が高い.本研究課題はグラフに基づく推定問題において入力となるグラフをどのように生成するかに関して着目するものであり,当初には2つの大項目として複数グラフの結合問題と数値データからのグラフ推定問題を掲げた.昨年度はおもに前者のグラフ結合問題について取り組み,おおむね当初の予定通りにアルゴリズムを設計し,既存法を上回る精度を検証することができた.また成果については国内の機械学習の研究会(情報論的学習理論と機械学習研究会)で発表を行うとともに,国際論文誌にも投稿を行っている(現在査読中).以上の観点から,当初の研究計画に合う程度従って研究を進行することができていると考えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は2つ目の課題項目であった数値データからのグラフ推定について主に取り組む.データのもつ相互関係に着目する場合に数値データをグラフとして表現することがしばしば行われる.例えば,遺伝子発現データにおいて相関の高い遺伝子は共発現遺伝子と呼ばれ機能的に何らかの相互作用を行っていると推定する場合がある.そのような場合データのグラフ表現はデータに潜む関係性を表現する手段として頻繁に用いられる.昨年度に引き続き本研究ではグラフ上の推定問題に着目するため,最終的な推定精度の向上に寄与するような数値データグラフ変換法を考える.多くの既存の手法では調節の難しいパラメータが出現することが多く,実験者の経験と試行錯誤によって設定されることが多く,これが精度を悪化する場合がある.ここでは入力数値データの構造を捉えるようなパラメータを自動に推定することでそのような問題を持たない手法の設計を目指す.現在アルゴリズムのプロトタイプを設計し国内研究会(情報論的学習理論と機械学習研究会)において中間的な成果を発表した.より大規模な実験検証を行い国際会議,国際論文への今年度の投稿を予定している.25年度が最終年度であるため、記入しない。
スメクチックA液晶における電傾効果の基礎的研究と高速光モジュレ-タ-への応用

第1年目の研究結果の1として、電場を印加し電傾効果を生じさせると分子の傾き角ばかりではなく、層の変形も誘起されていることを示唆するデ-タが得られた。当該年度はこのことを明らかにする実験を行った。1.層がガラス界面と垂直になるように表面処理したセルを組み、透過のジオメトリ-でX線回折実験を行った。分子軸の傾きが誘起されることによって層間隔が変化するが、その変化はそれほど大きくないので、電場無印加時の層間隔のブラッグ角に検出器を固定し、X線散乱強度をセルの回転角の関数として測定した。印加電場の増加に従い、2つのピ-クがほぼ対称に現れ、間隔が広がった。このことはSmA相において電場を印加し、電傾効果を生じさせると同時に「く」の字層構造が誘起されることを意味する。結果の解析から層の傾き角は比較的低電場では分子の傾き角にほぼ等しいことが確認された。2.上述の実験は層の変形がセル界面に垂直方向に限られると仮定しての解析であった。しかし、偏光顕微鏡による組織観察によってセル面内にも層の変形が生じていることが予想される。このことをX線を用いて確認するためには透過ラウエ写真をとる必要がある。このため1と同様な極薄のガラスを用いてセルを作製し、透過ラウエ写真を撮影した。しかし、現在のところガラスによる散乱強度が強く実験は成功していない。3.電傾効果は常誘電相におけるソフトモ-ドの励起に対応するので、分子の誘起傾き角が転移点に近づくにつれて大きくなるのに対応して誘電率の増加がみられるはずである。本研究では誘電率の自動測定装置を開発し、このことを確認した。研究の第1の目的であったスメクチックA液晶の電傾効果に基く分子配向変化を光透過率変化として精度良く測定した。これによって以下の点が明らかになった。1.理論から予想されるように透過率の変化量は印加電圧の自乗に比例する。2.理論から予想されるように規格化された透過率の応答特性は印加電圧に依存しない。すなわち高速光モジュレーターとして用いようとする場合、印加電圧を増加することは高速化には本質的ではなく、実効的な粘性係数の小さな材料の開発が必要であることがわかった。3.電場を印加した時の透過光の応答特性は理論から予想されるような単一指数関数にはならず、少なくとも二成分以上の指数関数で表わされる。このことは電場印加時に分子の傾き誘起のみではなくスメクチック層の変形を伴っていることが示唆される。3の結果をふまえ、スメクチックA相での層変形の基礎的なデータを得るためにホモジニアスセルを用いてX線回折実験を行った。電場を印加しない場合でもわずかな層間隔変化によると思われる層の「く」の字構造(シェブロン構造)が誘起されるこがわかった。すなわち、ネマチック-スメクチックA相転移直後ではほぼブックシェルフ型の層構造を持つが、温度の低下に従い、シェブロン構造が形成される。電場を印加し、電傾効果を生じさせた時には更に大きな層間隔変化が生じるので層の変形も当然予想される。現在、電場印加時の層変形のX線回折実験を行っている。第1年目の研究結果の1つとして、電場を印加し電傾効果を生じさせると分子の傾き角ばかりではなく、層の変形も誘起されていることを示唆するデ-タが得られた。1.層がガラス界面と垂直になるように表面処理したセルを組み、透過のジオメトリ-でX線解析実験を行った。

分子軸の傾きが誘起されることによって層間隔が変化するが、その変化はそれぼど大きくないので電場無印加時の層間隔のブラッグ角に検出器を固定し、X線散乱強度をセルの回転角の関数として測定した。印加電場の増加に従い、2つのピ-クがほぼ対称に現れ、間隔が広がった。このことはSmA相において電場を印加し、電傾効果を生じさせると同時に「く」の字層構造が誘起されることを意味する。結果の解析から層の傾き角は比較的低電場では分子の傾き角にほぼ等しいことが確認された。2.上述の実験は層の変形がセル界面に垂直方向に限られると仮定しての解析であった。しかし、偏光顕微鏡による組織観察によってセル面内にも層の変形が生じていることが予想される。このことをX線を用いて確認するためには透過ラウエ写真をとる必要がある。このため1と同様な極薄ガラスを用いてセルを作製し、透過ラウエ写真を撮影した。しかし、現在のところガラスによる散乱強度が強く実験は成功していない。3.電傾効果は常誘電相におけるソフトモ-ドの励起に対応するので、分子の誘起傾き角が転移点に近づくにつれて大きくなるのに対応して誘電率の増加がみられるはずである。本研究では誘電率の自動測定装置を開発し、このことを確認した。
東アフリカの遊牧社会における「近代化の経験」と生活の再構築に関する総合的地域研究

(1)フィールドワークと一次資料の分析太田と孫は2007年7-8月に、北ケニアの牧畜民レンディーレとトゥルカナを対象とした実地調査を行なった。この時期にレンディーレ社会における14年に一度の男子集団割礼(成人儀礼)がおこなわれた。この儀礼の調査をとおして、グローバリゼーションにともなう急激な社会・経済変化のなかで、人口・世帯構成や牧畜生業における労働力の調整に重要な役割をもつ年齢制度がどのように維持されているのかを明らかにすることが可能になった。また、太田は難民キャンプが牧畜トゥルカナの社会・経済・生態に与える影響に関する継続調査をおこなった。こうした実地調査から得られた一次資料の分析作業は現在も進められている。(2)研究結果と新たな展開の可能性太田と孫は生態と社会・経済との関連や、生業経済と地域経済システムの相互関係、そして通時的な変動という視点から、遊牧社会における社会変化と生活の再構築に関する総合的地域研究を試みた。その結果、人びとが不確実性を特徴とする自然環境と急激な社会環境の変化に対処しながら遊牧生活を維持できたのは、自然資源の共同利用と社会的な協力関係に支えられた高い「移動性」と、新しい経済活動を模索し生業の多角化を試みつつ、生業経済の中心に家畜を置く「柔軟性」であることが明らかになった。現在、こうした総合的地域研究の手法からアフリカやアジアの遊牧諸社会の比較研究に着手しており、遊牧社会における持続可能な開発のあり方を検討している。(1)これまでに収集した一次資料の分析ケニアのトゥルカナ社会においては、結婚に際して夫方から妻方に多数の家畜を婚資として贈与する慣行があるが、太田は、その頭数を決定する会議における人びとの発話を分析することをとおして、人びとは、従来には維持されてきたさまざまな慣行が次第に実施されなくなってきていることを認識しており、それを遵守しようとする者と、変化を容認しようとする者とのあいだに葛藤があることを明らかにした。孫は、レンディーレ社会における家畜群の動態と、遊牧領域や移動パターンなどの生態学的分析、人口動態や世帯構成の変化、居住形態の変化、そして地域の社会的・経済的な動態を分析した。(2)国際ワークショップの主催と成果出版2006年11月9-13日には、京都大学で国際シンポジウム「総合的地域研究の新地平:アジア・アフリカからディシプリンを架橋する」が開催されたが、このなかでサテライト・ワークショップ『ユーラシア・アフリカ遊牧社会のゆくえ:「移動性」と「柔軟性」の可能性をさぐる』を企画・実施した。この成果は『ASAFAS Special Paper : Mobility, Flexibility, and Potential of Nomadic Pastoralism in Eurasia and Africa』という論文集として出版した。太田はこの過程にアドバイザーとして参加し、孫は実質的な企画・運営と出版の編者をつとめた。(3)比較研究の資料収集のためのフィールドワーク孫は2006年8月に、レンディーレ社会における大旱魃の被害と社会・経済的変化の継続調査をおこなった。また、2007年2-3月には、南アフリカ共和国とナミビアにおいて、乾燥地域の牧畜民の生業活動と遊牧戦略に関する比較研究をおこなった。
健康リスク分析のための高レベル道路交通騒音の予測と曝露人口推定法

本研究は、高レベル道路交通騒音に曝露される人口の推定法を確立することを目的とする。そのために、藤本一壽(研究代表者)は道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音の予測法を研究して新しい予測法を提示した。平栗靖浩(研究分担者)は国勢調査などの入手可能なデータベースから住戸ごとの居住者数を精度よく推定する独自の方法を考案した。これらの研究成果を統合することで、高レベル道路交通騒音に長期間曝露されることの健康リスクについて研究するための道路交通騒音曝露人口の推定法が達成された。本研究は、高レベルの道路交通騒音に長期間曝露されることの健康リスクについて研究するためのデータ構築に向けて、[研究1]道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音の予測法、および、[研究2]国勢調査などの入手可能なデータベースから住戸ごとの居住者数を精度よく推定する方法、について研究し、これら2つの研究成果を統合して、[研究3]高レベル道路交通騒音に曝露される人口の推定法を確立することを目的とする。[研究1](担当:藤本一壽/研究代表者)では建物・建物群背後における道路交通騒音予測法を、[研究2](担当:平栗靖浩/研究分担者)では、数値地図などから建物内の居住者数を推定する手法を研究し、[研究3](担当:藤本、平栗)では、これらの研究成果を統合させ、高レベルの道路交通騒音に曝露される人口の推定法を確立する。平成25年度は、藤本は、「道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音レベルの予測法」を研究し、昨年度提案した点音源モデルに基づく戸建て住宅群による道路交通騒音減衰量の新しい予測法を基に、建物高さと受音点高さの変化に対応可能な予測法に拡張した。平栗は、「基盤地図情報や国土数値情報などの公開データを活用した建物内の居住者数推定手法」を研究し、昨年度開発した道路沿道建物の住居/非住居判定アルゴリズムの改良を行い、戸建て住宅の高精度な判別および市内全域の建物の判別ができるように改良した。戸建て住宅は十分な精度で判別できるが、集合住宅の判別制度がまだ十分でないので、次年度に改善したい。[研究1](担当:藤本一壽/研究代表者)では建物・建物群背後における道路交通騒音予測法を、[研究2](担当:平栗靖浩/研究分担者)では、数値地図から建物内の居住者数を推定する手法を研究し、[研究3](担当:藤本、平栗)では、これらの研究成果を統合させ、高レベルの道路交通騒音に曝露される人口の推定法を確立する。初年度である平成24年度は、藤本は、「道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音レベルの予測法」を研究した。これまで行ってきた直線道路に面する地域の住戸ごとの道路交通騒音レベルの予測法をふまえて、模型実験によって建物による騒音減衰量を求め、点音源モデルに基づく戸建て住宅群による道路交通騒音減衰量の新しい予測法を提案した。平栗は、「国勢調査などの入手可能なデータベースから住戸ごとの居住者数を精度よく推定する方法」を研究した。急速に整備が進んでいる各種の地理情報について、データの種類や構造、収集方法などを調査・分析して、住居ごとの居住者数を効率的に推定するために有効なデータベースを選別し、住民基本台帳などの地方公共団体が保有する独自のデータも調査した。その結果、「基盤地図情報」、「国土数値情報」、「住宅・土地統計調査」、「国勢調査」が本研究で活用できることを見出し、これらの各種地理情報データを用いて、熊本市と岡山市を対象とした住居系建物の居住者数を試算した。本研究は、高レベルの道路交通騒音に長期間曝露されることの健康リスクについて研究するためのデータ構築に向けて、[研究1]道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音の予測法、(担当:藤本一壽/研究代表者)、および[研究2]国勢調査などの入手可能なデータベースから住戸ごとの居住者数を精度よく推定する方法(担当:平栗靖浩/研究分担者)について研究し、これら2つの研究成果を統合して、[研究3]高レベル道路交通騒音に曝露される人口の推定法を確立する(担当:藤本、平栗)ことを目的とする。平成26年度(最終年度)は、藤本は、道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音の予測法を研究し、昨年度までに提案した点音源モデルに基づく戸建て住宅群による道路交通騒音減衰量の予測法F2012の簡易計算式を作成した。

これにより、高レベルの道路交通騒音に曝露される人口の推定に必要な“道路に面する地域における住戸ごとの道路交通騒音"が容易に予測できるようになった。平栗は、「国勢調査などの入手可能なデータベースから住戸ごとの居住者数を精度よく推定する方法」を研究した。昨年度の研究により得られた「基盤地図情報」、「国土数値情報」、「住宅・土地統計調査」、「国勢調査」に加えて新たな地理情報として、Google Maps Javascript APIを用いた施設情報データベースの構築について検討し、その有用性を明らかにした。また、岡山市の幹線道路沿道の住居/非住居判別調査結果を基に、居住者数の推定精度を明らかにした。以上から、本研究の目的である「高レベル道路交通騒音に長期間曝露されることの健康リスクについて研究するための道路交通騒音曝露人口の推定法」を提示した。建築環境工学[研究1](担当:藤本)では、点音源モデルに基づく戸建て住宅群による道路交通騒音減衰量の予測法(建物高さと受音点高さを考慮した予測式)を提案し、研究成果を、日本建築学会大会(3編)、九州支部研究発表会(2編)、日本騒音制御工学会研究発表会(1編)、日本音響学会騒音・振動研究会(2編)、inter-noise2013 (1編)、日本音響学会研究発表会(1編、招待講演)で発表した。提案した予測法は、環境省「騒音に係る環境基準」の評価に活用できるもので、我が国の道路交通騒音予測法の標準であるASJ RTN-Modelの最新版Model 2013にも採用された。このように、研究目標を十分達成しており、“研究は順調に進行している"と自己評価できる。[研究2](担当:平栗)では、さまざまな市街地に立地する住居系建物に対する居住者数推定アルゴリズムを提案し、研究成果を、日本騒音制御工学会研究発表会(1編)と日本建築学会九州支部研究発表会(1編)で発表した。提案したアルゴリズムは、国土交通省国土地理院の基盤地図情報2500や国土交通省国土政策局の住宅・土地統計調査および国土数値情報、総務省統計局の国勢調査結果に含まれるデータを活用するもので、いずれのデータベースも無償公開されているのでユーザビリティが高く、戸建て住宅に関しては高い推定精度を有している。しかし、集合住宅に関しては推定精度が十分ではなく、当初掲げた今年度達成目標は完全に達成できているとはいえない。とはいえ、集合住宅の推定精度向上に関する現実的対応策が想定できているので、“研究は順調に進行している"と自己評価する。[研究1](担当:藤本)では、点音源モデルに基づく戸建て住宅群による道路交通騒音減衰量の予測法を提案した。これは、わが国で最も一般的に用いられている「日本音響学会道路交通騒音予測計算法」にそのまま組み込むことができるだけでなく、沿道の戸建て住宅地の「騒音に係る環境基準」の評価に活用できる実用性の高い予測法である。そしてこの成果を、日本建築学会九州支部研究発表会(2013年3月)2編、日本音響学会騒音・振動研究会(2013年3月)で発表した。これは、本研究の交付申請書に掲げた研究目標を十分達成しており、“研究は順調に進行している"と自己評価できる。[研究2](担当:平栗)では、道路交通騒音常時監視対象道路の沿道100mに立地する住居系建物に対する居住者数推定アルゴリズムを提案した。
マルチレベル分析を用いた、高齢者の口腔と全身の健康格差に関する社会疫学研究

所得格差が大きいと健康が悪い理由の一つに、所得格差が大きい地域ではソーシャルキャピタルが減弱してしまうことが挙げられる。このメカニズムを、個人単位の研究で適切な分析手法を使って検討した研究は少ない。そこで、高齢者の主観的健康感と歯の本数用いて研究をした。その結果、主観的健康感よりも歯の本数の方が、所得格差の影響を受けやすく、所得格差が大きい地域に住む人は歯の本数が少なかった。地域のソーシャルキャピタルは、主観的健康感と所得格差の関係を少しだけ弱めた。研究方法:2010年に地域の健康高齢者を対象とした質問紙調査を行った。主観的健康感(良い・悪い)および残存歯(20本以上、19本以下)を目的変数、教育年数(社会経済状態)、年齢を説明変数として性別で層化したロジスティック回帰分析を行った。結果:男性2024人、女性2378人から回答を得た。年齢を調整したうえでも、学校教育年数が13年以上の者に比べて短い者で主観的健康感が悪いオッズが高い傾向にあった(男性:教育年数6年未満;OR=2.2(p=0.102)、6-9年;OR=1.5(p=0.015)、10-12年;OR=1.7(p=0.001)。女性:教育年数6年未滴;OR=1.3(p=0.517)、6-9年;OR=1.5(p=0.029)、10-12年;OR=1.1(p=0.480)。)。残存歯数においても同様に、年齢を調整したうえで、学校教育年数が13年以上の者に比べて短い者で残存歯数が少ないオッズが高い傾向にあった(男性:教育年数6年未満;OR=3.9(p=0.005)、6-9年;OR=1.8(p<0.001)、10-12年;OR=1.4(p=0.012)。女性:教育年数6年未満;OR=3.3(p=0.002)、6-9年;OR=1.6(p=0.001)、10-12年;OR=1.2(p=0.114)。)。結論:高齢者の主観的健康感、残存歯数に、教育年数が低いほど健康状態が悪いという格差が語められた。特に残存歯数においてその傾向は顕著であった。研究目的:口腔の健康格差は、国際歯科学会(IADR)でも研究議題とされ、注目を集めている。また、口腔と全身の健康もその重要性が認識されている。そこで、1)口腔の健康格差と2)口腔と全身の関連、の研究を行った。研究方法:研究1)所得格差と口腔及び全身の健康の関連の研究マルチレベル分析により、所得格差と、口腔の健康(歯の数が19本以下かどうか)および全身の健康(主観的健康感)の関連を3451名のデータベースを用いた横断研究で検討した。研究2)口腔の健康が死因別死亡に及ぼす影響の研究ベースライン時の口腔の健康(歯の数が20本以下かどうかと噛めるか)が、4年後の3種類の死因別死亡(癌、循環器系疾患、呼吸器疾患)に与える影響について、生存分析を用いたコホート研究で検討した。研究結果:研究1)所得格差が大きい地域に住んでいる人は、主観的健康感が悪い危険性が1.39倍、歯の本数が少ない危険性が1.86倍高かった。また、所得格差の主観的健康感への影響を、ソーシャルキャピタルが16%和らげた。研究2)歯が少なくよく噛めない人は、循環器系疾患や呼吸器系疾患による死亡の危険性が、それぞれ80%以上高かった。口腔の健康と癌の関連は、媒介因子により説明された。癌は、種類により発生メカニズムが異なるため、歯の状態が影響しないガンも存在することが有意差の認められなかった理由の可能性があり、ガンの種類別の研究が必要だろう。結論:所得格差が、口腔の健康に関連していることが示された。また、不良な口腔の健康は、循環器系疾患や呼吸器系疾患の死亡リスクを高めた。
悪性中皮腫リスクバイオマーカーとして がん抑制因子BAP1活性検査の実用化研究

研究目的(概要)悪性中皮腫はアスベスト暴露にて発症する極めて致死率の高い疾患で、特殊な治療ケースを除き早期切除が唯一有効な治療方法である。早期診断を診断を期待できるバイオマーカー開発への社会的要請は高い。それ故に中皮腫関連遺伝子で新規がん抑制因子BAP1の体細胞変異が高頻度に認められたことは重大な発見であった。BAP1は緩慢ながん抑制因子であるため生殖細胞変異による家族性がん症候群を来す。我々はBAP1タンパクのがん抑制機能としてDNA二重鎖損傷修復への寄与があることを砂防レベルで突き止めた。以上を踏まえて等研究計画で以下の二点を明らかにする。I:遺伝子修復タンパクとしてBAP1機能活性が中皮腫サンプルで機能活性評価方法として的腕切るか悪性中皮腫倦怠とアスベスト暴露軍の関連性を臨床疫学的に検討する。II:アスベスト曝露群で先天的/後天的なBAP1タンパクの機能低下が招待的な悪性中皮腫発ガンリスクアクターとなり得るかBAP1ノックアウトマウスと細胞を用いて検討する。達成実績(概要)I:BAP1機能低下確認の指標となる遺伝子不安定性の検証をBAP1遺伝子改変中皮細胞を用いてのコメット回s系と免疫染色法及び、ウェスタンブロット解析にて検証し、BAP1遺伝子変異導入部(ドメイン)により顕著な不安定性への影響差を確認できてた。人サンプルでの検証試験を行う上で重要な知見を得た。II:BAP1ノックアウトマウス胚をレシピエントマウスに受精させ、ノックアウトマウスの作成を行なった。出産に成功したノックアウトマウスの遺伝子型判定を行なったところ、ノックアウトマウスの作成が確認できなかった。BAP1ノックアウトマウス胚の入手を行なったのちに、妊娠マウスでの再現を試みた。出産したマウス新生仔全ての遺伝子型判定を行なったところ、全て自然型であったため、BAP1ノックアウトマウスの作成が実現できなかった。2019年度にはBAP1ノックアウトマウス成体の直接入手にて実験計画を継続する。研究目的(概要)悪性中皮腫はアスベスト暴露にて発症する極めて致死率の高い疾患で、早期切除が唯一有効な治療法である。早期診断を期待できるバイオマーカー開発への社会的要請は高い。それ故に、中皮腫遺伝子で新規ガン抑制因子BAP1の体細胞変異が高頻度に認めたことは重大な発見であった。BAP1は緩慢なガン抑制因子であるため生殖細胞変異による家族性がん症候群を来す。我々はBAP1タンパクのガン抑制機能としてDNA二重鎖損傷時修復への寄与があることを細胞レベルで突き止めた。以上を踏まえて当研究計画で以下の二点を明らかにする。I:遺伝子修復タンパクとしてBAP1機能活性が中皮腫サンプルで機能活性評価法として適応できるか悪性中皮腫検体とアスベスト暴露群の関連性を臨床疫学的に検証する。II:アスベスト暴露群で先天的/後天的なBAP1タンパクな機能低下が将来的な悪性中皮腫発癌リスクファクターとなり得るかBAP1ノックアウトマウスと細胞を用いて検討する。達成実績(概要)I:BAP1機能低下確認の指標となる遺伝子不安定性の検証をBAP1遺伝子改変中皮細胞を用いてコメット解析と免疫染色法及び、ウェスタンブロット解析にて検証し、BAP1遺伝子変異導入部(ドメイン)により顕著な不安定性への影響差を確認できた。II:BAP1ノックアウトマウス胚を作成者より入手してマウス作成を行った。現在、マウス胎児誕生の確認が完了している。マウス胚の輸入手続き当初の予想以上に日数を要した。また、マウス胚の凍結手技が岡山大学の指定するものに合致しなかったため外部委託となったため、予定した日程でのノックアウトマウス作成が行えなかった。

BAP1ノックアウトマウス胚の入手を行なったのちに、妊娠マウスでの再現を試みた。出産したマウス新生仔全ての遺伝子型判定を行なったところ、全て自然型であったため、BAP1ノックアウトマウスの作成が実現できなかった。ノックアウトマウス作成に注力する。疫学的解析推進のため、学内倫理審査認可を目指す。2019年度にはBAP1ノックアウトマウス成体の直接入手にて実験計画を継続する。予定期間内でのノックアウトマウス入手が達成できず、継続課題として翌年度に持ち越されたためノックアウトマウス作成が完了しなかったため、研究計画として予定されていたノックアウトマウスを用いた研究が次年度へと持ち越しになったため。本年度ではBAP1ノックマウス成体の直性購入を行い、実験継続、完了を目指す。
3次元濃淡画像のリアルタイム変形手法の開発とその医用画像処理への応用

本申請課題では,医学の場における高精度3次元画像の新しい利用法の確立を目指して,3次元濃淡画像変形とその結果のリアルタイム可視化を行う手法について組織的に検討し,利用法に最も適した計算手法に関しての検討を行った.(1)変形モデルの構築人体内部での変形は,充実(中身の詰まった)臓器とそれに付随する組織それぞれの変形であるため,これらの相互接触型変形をモデル化した.さらに,人体内部構造の簡単なモデルを構築し,これに対して開発した変形モデルをあてはめた.この変形モデルには,有限要素法・質点ばねモデルといった古典的な変形計算手法だけでなく,人体構造に特化した変形モデルも検討した.(2)濃度値情報からの人体内部構造の認識手法の開発3次元CT像などでは,臓器形状,その内部構造などはすべて濃度値として表現される.そこで,濃度値情報を解析することで,中に含まれる臓器位置,その外形,内部構造を認識する手法を開発した.(3)人体内部構造と変形モデルの対応付け手法の開発(2)で認識された人体内部構造と変形モデルを対応付ける手法を検討した.(4)変形過程を保持するデータ構造の検討変形過程を効率的に保持するデータ構造に関して,可視化処理との兼ね合いも含めて組織的に検討した.(5)変形過程のリアルタイム可視化手法の開発変形過程においては膨大なデータ量を持つ3元濃淡画像の内容が刻々と変化することになるため,これをリアルタイムで可視化する手法を検討した.(6)人体アトラスの構築リアルタイム3次元画像変形を利用した画像セグメンテーションシステムを実現するために、それに必要な腹部臓器アトラス(セグメンテーション結果の集合)の構築を行った.本申請課題では,医学の場における高精度3次元画像の新しい利用法の確立を目指して,3次元濃淡画像変形とその結果のリアルタイム可視化を行う手法について組織的に検討し,利用法に最も適した計算手法に関しての検討を行った.(1)変形モデルの構築人体内部での変形は,充実(中身の詰まった)臓器とそれに付随する組織それぞれの変形であるため,これらの相互接触型変形をモデル化した.さらに,人体内部構造の簡単なモデルを構築し,これに対して開発した変形モデルをあてはめた.この変形モデルには,有限要素法・質点ばねモデルといった古典的な変形計算手法だけでなく,人体構造に特化した変形モデルも検討した.(2)濃度値情報からの人体内部構造の認識手法の開発3次元CT像などでは,臓器形状,その内部構造などはすべて濃度値として表現される.そこで,濃度値情報を解析することで,中に含まれる臓器位置,その外形,内部構造を認識する手法を開発した.(3)人体内部構造と変形モデルの対応付け手法の開発(2)で認識された人体内部構造と変形モデルを対応付ける手法を検討した.(4)変形過程を保持するデータ構造の検討変形過程を効率的に保持するデータ構造に関して,可視化処理との兼ね合いも含めて組織的に検討した.(5)変形過程のリアルタイム可視化手法の開発変形過程においては膨大なデータ量を持つ3元濃淡画像の内容が刻々と変化することになるため,これをリアルタイムで可視化する手法を検討した.(6)人体アトラスの構築リアルタイム3次元画像変形を利用した画像セグメンテーションシステムを実現するために、それに必要な腹部臓器アトラス(セグメンテーション結果の集合)の構築を行った.(1)変形モデルの構築人体内部での変形は,充実(中身の詰まった)臓器とそれに付随する組織それぞれの変形であるため,これらの相互型変形をモデル化した.さらに,人体内部構造の簡単なモデルを構築し,これに対して開発した変形モデルをあてはめた.この変形モデルには,有限要素法・質点ばねモデルといった古典的な変形計算手法だけでなく,人体構造に特化した変形モデルも考慮した.(2)濃度値情報からの人体内部構造の認識手法の開発3次元CT像などでは,臓器形状,その内部構造などはすべて濃度値として表現される.従って,濃度値情報を解析し,その中に含まれる臓器位置,その外形,内部構造を認識する手法を検討した.(3)人体内部構造と変形モデルの対応付け手法の開発(2)で認識された人体内部構造と変形モデルを対応付ける手法を検討した.(4)変形過程を保持するデータ構造の検討変形過程を効率的に保持するデータ構造に関して,可視化処理との兼ね合いも含めて組織的に検討した.(5)変形過程のリアルタイム可視化手法の開発変形過程においては膨大なデータ量を持つ3次元濃淡画像の内容が刻々と変化することになるため,これをリアルタイムで可視化する手法を検討した.複数のワークステーションに変形処理,可視化処理をそれぞれ分担させ,それらをリアルタイムで操作できる仕組みとして,計算サーバ装置を高速ネットワーク装置で結合し,リアルタイム変形計算プラットフォームの開発を開始した.(6)人体アトラスの構築リアルタイム3次元画像変形を利用した画像セグメンテーションシステムを実現するために、それに必要な人体アトラスの構築を行った.本研究では,医学の場における高精度3次元画像の新しい利用法の確立を目指し,3次元濃淡画像変形とその結果を可視化する手法について組織的に検討する.「小児肛門奇形手術シミュレーション」「仮想腹腔鏡システム」「仮想病理展開標本生成」「画像セグメンテーション」といった、具体的利用法を定め、それぞれに最も適した画像変形手法は何であるのかを検討するものである.本年度は以下の項目の研究を行った.(1)臓器相互関係を考慮した変形モデルの構築