hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バーチャルモデルとの協調歩行に関する研究

前年度までに開発した歩行時の足の軌跡を力センサのデータと最尤推定を用いて、ユーザの歩行意図に応じて変更するアルゴリズムの効果を検証する実験を行い有効性を検証した。具体的には、ユーザが歩行感覚提示装置上で歩行動作をする際にフットパッドに加えるせん断力及び垂直抗力を計測する装置を用いて、歩行軌跡変更意図有りと無しの場合の力センサデータの時系列変化の教師データをあらかじめ計測した上で、教師データ更新ありの最尤推定を用いた歩行軌跡変更意図推定を行い、意図有りの時には歩幅や足上げ高さを一定値変更した。被験者ごとに歩行軌跡等がどのように変化するかを定量的に計測したところ、力センサの教師データと一歩毎の力センサの時系列データのマハラノビス距離が徐々に近くなり協調歩行動作が行われていることが確認できた。また、同時に個々の被験者の個性モデル推定を行うアルゴリズムを開発し、歩行意図の推定精度の向上やそれまでの個性モデルにマッチしなければ、新たな個性モデルを生成するアルゴリズムを開発した。複数人の被験者に歩行実験データを用いて個性を状態空間にプロットして、歩行動作を重ねる毎にその位置が変化して、それぞれ一定の範囲に落ち着く傾向があることが確認できた。さらに、本アルゴリズムを用いて脳卒中の麻痺患者による歩行練習が行えるプログラムを開発し、実際に歩行練習実験を行い、本人の意図にしたがって歩行軌跡が変化すること、筋電位の活動パターンが練習が進むと余計な力が抜けて適切な範囲に落ち着いたことが確認できた。これらの実験を通して、本研究のような機械と人間の協調動作には、力センサの値を用いた逐次学習最尤推定による動作変更アルゴリズムが有効であることがわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、歩行感覚提示装置、視覚提示装置の開発及び機械学習を用いた歩行意図の検出アルゴリズム開発を行った。歩行感覚提示装置は片足2自由度、腕2自由度の合計8自由度の装置で、効果器には力センサを配置したものを開発した。視覚提示装置についてはプロジェクタを用いて、前進歩行時に重要となる足元前面及び下面に映像を投影できるディスプレイ及びHMDの2種類を開発した。また、歩行意図検出にはサポートベクターマシンを使い、平地歩行時の力センサの値から歩幅の増減の意図を抽出し、それに合わせて歩行感覚提示システムの動作を制御するアルゴリズムの開発を行った。歩行意図を推定する協調歩行のアルゴリズムの開発は進んでおり、装置開発においても基礎部分が出来上がっている。システム統合については未完成の部分が残っているが、概ね順調に推移していると言える。前年度開発したハードウエアの安定性の向上とともに、最尤推定法を用いた歩行時のせん断力データの変化によって歩幅変更意図推定を自動的に判定するアルゴリズムを開発し、その有効性を検証した。歩幅増加傾向、減少傾向それぞれについて動作確認を行ったのちに、増減どちらが発生しても対応可能なプログラムを作成し、4名の被験者それぞれが事前に歩行した時のデータと実際の実験中にのデータも用いて学習を行うことで認識精度が向上し、ほぼ意図通りに推定が可能であることが確認された。また、被験者個人内での歩行スタイルの変化を学習データからの逸脱度から推定し、わざと歩行スタイルを変えるとそれがラベルづけできるプログラムを作成した。一方、異なる環境を歩行する感覚を生成するために、月面を模擬した環境や水中歩行した感覚を生成するアルゴリズムを開発し、足を振り下ろす速度が地球の重力の6分の1相当に変化したこと、水中においては足の筋活動が実際の水中歩行のそれに近くなることを確認した。さらに、頭部搭載型ディスプレイと統合するプログラムを開発しバーチャルな歩行環境の映像提示を可能なテストベットシステムを構築した。動作確認としてプール内を歩くシステムを作成し、視覚提示と足への力覚提示の水位パラメータが一致していると知覚した水位が実際の水位に近づくこと、視覚的な水位と足に加わる抵抗力計算用の水位を一致させずに提示したところ、視覚的な水位に近い知覚をする視覚優位の傾向にあることが明らかとなった。当初予定していた、機械学習を用いた歩行者モデルの更新によってユーザの意図を汲み取りつつ歩行スタイルが変化する環境が整いつつあること、また物理パラメータを変更することで様々な環境を作り出すテストベッドも出来上がり、本格的な実験が可能となったため。前年度までに開発したシステムの強度不足によるスライド機構の不具合を解消する改修を行い、協調歩行プログラムのアルゴリズムとして最尤推定を用いて前後上下の2次元的な動作において、足元の力センサの時系列変化に基づいて歩行者の歩行意図を検出し、提示する歩行軌跡を変更することを可能とした。被験者実験によって歩幅を増加させることはほぼ正確に行えること、歩幅減少については若干の練習を要するが可能であることが明らかとなった。また、これまで手すりに捕まって歩行するスタイルをとっていたが、手すり無しで歩行することでも足元の力センサの計測パターンが大幅に変わることも確かめられ、腕振り動作による歩容の変化をどのように捉えるかも一つの課題であることが明らかとなった。同時に歩行パターンによる個人差をパターンごとに分類し、その変化を追跡することで歩容の変化を捉えるプログラムの開発を進め、100次元のパターンデータをかなり少ない次元のデータで整理することが可能であることが示唆される結果を得た。異なる環境の提示については、これまで対象としていた剛体の床面から弾性体の床面提示に対象を広げて、HMDと歩行感覚提示装置による視覚および力覚による弾性床面提示プログラムを開発し、床面の物性パラメータの組み合わせを変えることで歩行時の床面の感触が変化する環境を構築した。

被験者実験によって力覚的に柔らかい床面が視覚での変形量に応じて床面の硬さ知覚が変化することが確かめられた。年度始めに計画したハードウエアの改修が完了し、ソフトウエアの改良として2次元的な動作への拡張や実世界と異なるバーチャル環境の提示システムの構築や評価実験を進めることができている。安全面とのバランスを考慮して2次元的動作において歩行軌跡を任意の点で行えるようにはなっていないが、概ね順調に進展していると言える。前年度までに開発した歩行時の足の軌跡を力センサのデータと最尤推定を用いて、ユーザの歩行意図に応じて変更するアルゴリズムの効果を検証する実験を行い有効性を検証した。具体的には、ユーザが歩行感覚提示装置上で歩行動作をする際にフットパッドに加えるせん断力及び垂直抗力を計測する装置を用いて、歩行軌跡変更意図有りと無しの場合の力センサデータの時系列変化の教師データをあらかじめ計測した上で、教師データ更新ありの最尤推定を用いた歩行軌跡変更意図推定を行い、意図有りの時には歩幅や足上げ高さを一定値変更した。被験者ごとに歩行軌跡等がどのように変化するかを定量的に計測したところ、力センサの教師データと一歩毎の力センサの時系列データのマハラノビス距離が徐々に近くなり協調歩行動作が行われていることが確認できた。また、同時に個々の被験者の個性モデル推定を行うアルゴリズムを開発し、歩行意図の推定精度の向上やそれまでの個性モデルにマッチしなければ、新たな個性モデルを生成するアルゴリズムを開発した。複数人の被験者に歩行実験データを用いて個性を状態空間にプロットして、歩行動作を重ねる毎にその位置が変化して、それぞれ一定の範囲に落ち着く傾向があることが確認できた。さらに、本アルゴリズムを用いて脳卒中の麻痺患者による歩行練習が行えるプログラムを開発し、実際に歩行練習実験を行い、本人の意図にしたがって歩行軌跡が変化すること、筋電位の活動パターンが練習が進むと余計な力が抜けて適切な範囲に落ち着いたことが確認できた。これらの実験を通して、本研究のような機械と人間の協調動作には、力センサの値を用いた逐次学習最尤推定による動作変更アルゴリズムが有効であることがわかった。来年度は引き続き機械学習アルゴリズムの改良と、平地歩行において異なる身体モデルを想定した歩行アルゴリズムを開発する。また、統合システムを完成させ、健常者による実験や歩行リハビリテーションへの応用などこれらのモデルの有効性を検証する実験を進める。前年度までに開発したシステムの改良を随時行いつつ、機械学習による協調歩行プログラムの改良として、これまで前後方向のみのせん断力を用いた歩行動作推定を足上げを含む3次元的な動作に対応させる。また、機械学習のデータの汎用化に関する研究を行う。さらに、月面や水中などの歩行環境の多様化を進める。一方、被験者実験として、平地や階段歩行時の本人の実世界での歩行時の歩行動作夜勤活動などのデータや時系列データを解析し、運動学的知見や被験者の主観評価と合わせて、アルゴリズムの有効性を検証する。
粉体ネットワーク構造の三次元解析

1.導電性のある粉体中の電気伝導から,粉体ネットワークの三次元的な内部構造と,その変化のダイナミクスを定量的に明らかにすることを目的に、スチール球に表面処理を施した試料を作成し、それらを加圧しながら電気伝導を測定する実験を行った。内部伝導の空間構造を推定するために50チャネルの電極アレイを製作し、抵抗率の多点相関を求めようとしたが、粉体同士の接触が極めて不安定で、現時点では再現性のあるデータを取得するには至っていない。しかしながら、電気伝導が距離に対して非単調に振る舞う様子も確認しており、粉体内部の非一様な応力鎖構造を反映していると思われるので、引き続いて実験系の見直しを行いたい。2.申請時の計画にはなかったが、散逸粒子系の静力学と動力学が関係するであろう例として、「金平糖」の実験を行った。金平糖の成長過程は古くから各所で取り上げられてきたが、粉体研究の立場からは、回転ドラム中で繰り返し発生する粉体の雪崩現象とパターン形成の関係、そして、本研究の主題である、雪崩よりも下の粒子が相対的に静止している相での粒子の配位と角の本数の関係などに関心が持たれる。そこで、工業的な装置は構造の異なる小型の実験装置を作成し、再現性の良い試料の作成を可能にした。その結果、結晶の形状が粒子サイズに依らず相似的に成長する領域が存在すること、界面の不安定性は粉体(結晶)のパッキングによって影響を受け、12回対称性を反映した20本の角が最終的に選択されること等を見いだし、さらに、表面の濡れによる界面の安定性を考慮した数理モデルを提案した。この成果については現在公表準備中である。3.2種類以上の粒子が揺らぎを持ちながら異なる方向に流動する系の数理モデルを考察し、安定性解析や相図の作成を行った。これは直接的には交通流を想定したモデルであるが、障害物のある場での粉体の流動性へも適用することが可能である。現在成果の公表を準備中である。研究計画初年度にあたる平成15年度は、主に実験装置の製作と調整、及び予備実験に充てた。ガラスおよびプラスチック製の各種容器と、それらの中に粉体試料を入れた上で、最大100N程度の力を上下方向に加えることのできる装置を新たに製作した。試料としては、粒子径100マイクロメータ500マイクロメータのステンレス製の球状粒子を用意し、以下の測定を行なった。・ステンレス球は導電性が高いものの、表面に形成される不動態の影響で一般に接触抵抗が大きく、導通するにはある程度以上の接点応力が必要となる。そのため、粉体内部の応力分布と導電性は密に関係していると予想される。そこで、各種形状の容器について、印加する圧力と電気伝導度(直流、交流)の関係を測定した。接点の状態を反映して、通電中はショットノイズ様の雑音が観測され、伝導度や交流インピーダンスも時間的に大きく揺らぎ、印加する圧力の履歴によっても大きく変化する。そうした中から粉体ネットワーク構造の変化に由来した情報を取り出すことは次年度への課題である。・一方、ステンレス表面が濡れた状態で同様の実験を行なうと、水の誘電特性を反映して、圧密した導電性粉体の電気伝導は容量的となる。フーリエ解析によるインピーダンス測定装置を製作し精密なインピーダンス測定を行なったところ、水分子の異常緩和のタイムスケールに較べてはるかに低い周波数領域(KHzMHz)で、アドミタンスが周波数の非整数べきで変化すること、べき指数は粉体に加える圧力によって変化することを見出した。この周波数応答は紛体内部の三次元構造を直接反映した結果と期待される。1.実験装置の製作と改良前年度に引き続き、粉体が凝集した系の三次元ネットワーク構造が、マクロな輸送現象に及ぼす影響を調べるため、ステンレス球の圧縮装置とインピーダンス測定装置の改良と調整を行なった。粉体のように摩擦が重要な系では、系の履歴性が強いこともあって、再現性の高い実験が困難であること、インピーダンス測定が周囲の誘導やノイズに敏感である点などを考慮し、粉体加圧部や測定回路の再検討を行なっており、また、試料となる単分散性の優れたステンレスビーズを新たに購入し、より安定してデータを得られる方法を探っている。2.粉体と流体が相互作用する系のモデリング圧縮された粉体系の力学的な特性の中でも、応用上特に重要と思われるのは、流体を含むような系の動である。こうした系では、地震の際の液状化現象に見られるように、摂動によって内部の圧力ネットワーク構造が劇的に変化することが知られているが、理論的な理解や満足できる数理モデル化は今なお達成されていない。本研究では、粉体と流体の挙動を構成方程式レベルから記述するために、SPHと呼ばれる方法を応用した流体・固体(粉体粒子)混合系シミュレーションシステムの開発を進めている。SPH法は、流体粒子を用いてNavier-Stokes方程式をラグランジェ描像で解く方法の一つで、自由表面や複雑な境界条件を比較的簡単にモデル化することができる。その例題として、運動する物体と流体表面の「衝突」の解析を行い、実験結果をよく再現する結果を得、さらにモデル理論を提案した(発表論文)。次年度は、流体中に粉体が分散するような系の数理モデルとその三次元シミュレーションコードを開発し、流体中の粉体のパッキング過程とその構造、外力による構造変化の解析を行なう計画である。さらに、1の実験系でも同様の「液状化」実験を試み、モデルとの比較を行なう予定である。

1.導電性のある粉体中の電気伝導から,粉体ネットワークの三次元的な内部構造と,その変化のダイナミクスを定量的に明らかにすることを目的に、スチール球に表面処理を施した試料を作成し、それらを加圧しながら電気伝導を測定する実験を行った。内部伝導の空間構造を推定するために50チャネルの電極アレイを製作し、抵抗率の多点相関を求めようとしたが、粉体同士の接触が極めて不安定で、現時点では再現性のあるデータを取得するには至っていない。しかしながら、電気伝導が距離に対して非単調に振る舞う様子も確認しており、粉体内部の非一様な応力鎖構造を反映していると思われるので、引き続いて実験系の見直しを行いたい。2.申請時の計画にはなかったが、散逸粒子系の静力学と動力学が関係するであろう例として、「金平糖」の実験を行った。金平糖の成長過程は古くから各所で取り上げられてきたが、粉体研究の立場からは、回転ドラム中で繰り返し発生する粉体の雪崩現象とパターン形成の関係、そして、本研究の主題である、雪崩よりも下の粒子が相対的に静止している相での粒子の配位と角の本数の関係などに関心が持たれる。そこで、工業的な装置は構造の異なる小型の実験装置を作成し、再現性の良い試料の作成を可能にした。その結果、結晶の形状が粒子サイズに依らず相似的に成長する領域が存在すること、界面の不安定性は粉体(結晶)のパッキングによって影響を受け、12回対称性を反映した20本の角が最終的に選択されること等を見いだし、さらに、表面の濡れによる界面の安定性を考慮した数理モデルを提案した。この成果については現在公表準備中である。3.2種類以上の粒子が揺らぎを持ちながら異なる方向に流動する系の数理モデルを考察し、安定性解析や相図の作成を行った。これは直接的には交通流を想定したモデルであるが、障害物のある場での粉体の流動性へも適用することが可能である。現在成果の公表を準備中である。
子宮頚癌抑制遺伝子のクローニング

子宮頚癌は16型や18型のヒトパピローマウイルス(HPV)によって引き起こされるが、HPVの癌遺伝子(E6E7)が発現しただけでは細胞は癌化しない。HPVのがん遺伝子に加えて、細胞のがん抑制遺伝子が不活化することが必須である。本研究は、子宮頚癌に関連したがん抑制遺伝子をクローニングし、その実態を明らかにすることを目的としている。われわれは、ヒト正常細胞由来のcDNA発現ライブラリーを腫瘍原性の子宮頚癌細胞CGL4にトランスフェクトし、腫瘍原性が影響を受けた細胞を選択して、そこからがん抑制遺伝子の候補となるcDNA (AF337)を得た。このcDNAはCGL4に導入したとき、増殖を抑制する活性を示した。つまり、トランスフェクトしても、cDNAを発現している細胞は1クローン(No.5)を除いて皆無であった。このクローンNo.5をヌードマウスに注射すると腫瘍を作ったが、その多くは問題のcDNAを失っていた。これらの結果は、この遺伝子の発現が細胞増殖に都合の悪いものであることを示唆している。AF337 mRNAは約2.3kbで、調べた全ての正常組織で発現していた。また、子宮頚癌5株を含むほとんどの癌細胞でも発現に変化がなかったが、いくつかの癌細胞株で発現の低下がみられた。この遺伝子にコードされている蛋白は、酸性領域、プロリンリッチ領域、ロイシンジッパー構造を持つので、転写因子ではないかと推測している。機能の明らかな他の遺伝子とはホモロジーがなく、新規の細胞増殖抑制遺伝子であると考えられる。ヒトパピローマウイルス(HPV)16型や18型が子宮頚がんの原因ウイルスであることが明らかになってきた。しかし、子宮頚がんの発症にはHVPが感染して、そのがん遺伝子が発現するだけでは充分でなく、それに加えて細胞のがん抑制遺伝子の不活化されることが必要である。従って、子宮頚がんの発症機構を解明するためには、このがん抑制遺伝子の本体を明らかにすることが不可欠である。子宮頚がん抑制遺伝子をクローニングするため、正常細胞由来のcDNA発現ライブラリーを腫瘍原性を持つ子宮頚がん細胞株にtransfectL、腫瘍原性を失った細胞クローンを分離した。昨年度までに、その細胞クローンからがん抑制遺伝子の候補となるcDNA(AF3)を回収し、一部、解析を行なっていたが、このcDNAは5′側の欠失した不完全なものであったため、本年度はまず、再クローニングと塩基配列決定を繰り返し、Kozakのルールに合致する蛋白合成開始コドンから終止コドンまでを含むcDNAクローニングを分離した。このAF3 cDNAは、これまで報告されたものと異なる新しい遺伝子で、N末端側に酸性領域とプロリン多含領域、C末端側にはロイシンジッパーを持つ転写因子様の蛋白をコードしている。AF3 cDNAを子宮頚がんに由来する腫瘍原性細胞にtransfectすると、このcDNAを保持した細胞クローンはほとんど得られなかった。つまり、薬剤耐性を指標にして分離した約20細胞クローンのうち、わずかに1クローンのみが低コピー数のcDNAを持ち、mRNAを発現していただけであった。このことから、AF3は多量に発現した時には、細胞の増殖を抑制する遺伝子であるということが推測できる。また、このmRNAを発現している細胞クローンをヌードマウスに注射すると、4匹のうち、3匹に腫瘍ができたが、そのうちの2つの腫瘍組織中には導入したcDNAが検出できなかった。このAF3 cDNAの存在は腫瘍の出現に都合が悪いように見える。さらに、この細胞クローンは約100P.D.培養した時、突然増殖を停止し、平たくなって死にはじめ、殆どの細胞が死滅した。この時、生き残った少数の細胞では、問題のcDNAが脱落していることが分かった。以上の結果はAF3が大腸がんや肺がんの抑制遺伝子p53と同様、細胞の増殖を負に調節するがん抑制遺伝子である可能性を示唆している。子宮頚癌は16型や18型のヒトパピローマウイルス(HPV)によって引き起こされるが、HPVのがん遺伝子が発現しただけでは癌化は起こらない。

それに加えて、細胞側のがん抑制遺伝子が不活化することが必須である。本研究は、子宮頚癌に関係したがん抑制遺伝子をクローニングし、その実体を明らかにすることを目的としている。我々は、ヒト正常細胞由来のcDNA発現ライブラリーを腫瘍原性の子宮頚癌細胞株にトランスフェクトし、増殖が抑制された細胞を選択することによってがん抑制遺伝子の候補となるcDNAクローン(AF337)を得た。この遺伝子は約380アミノ酸からなる転写因子様蛋白をコードしており、in vitroトランスレーション系では45-50kDの蛋白として検出された。mRNAの発現は調べた全ての組織で見られ、特異性はなかった。また、細胞周期にも影響されず一定の発現を示した。子宮頚癌を含めたいろいろな癌細胞株での発現を調べたところ、胃癌や膵臓癌など一部でこの遺伝子の発現低下が認められた。子宮頚癌細胞中でこの遺伝子に変異が起こっているかどうかをRT-PCR/SSCPで調べたが、まだ検出できていない。この遺伝子を親株やRat-1にトランスフェクトすると、得られる薬剤耐性の細胞コロニー数はコントロールの25-50%に低下した。しかも、それらの細胞はほとんど全てこの遺伝子を発現していなかった。従って、この遺伝子は細胞増殖を抑制する活性を持つと思われるが、誘導ベクターを用いる方法、トランスフェクションをして一過性の影響を調べる方法などの直接的な証明にはまだ成功していない。次年度はマイクロインジェクションを試みるつもりである。子宮頚癌は16型や18型のヒトパピローマウイルス(HPV)によって引き起こされるが、HPVのがん遺伝子(E6E7)が発現しただけでは細胞はがん化しない。HPVのがん遺伝子に加えて、細胞のがん抑制遺伝子が不活化することが必須である。本研究は、子宮頚癌に関連したがん抑制遺伝子をクローニングし、その実態を明らかにすることを目的としている。我々はこれまでに、ヒト正常細胞由来のcDNA発現ライブラリーを腫瘍原性の子宮頚癌細胞株にトランスフェクトし、増殖や腫瘍原性が影響を受けた細胞を選択することによって、がん抑制遺伝子の候補となるcDNAクローン(AF337)を分離することに成功している。この遺伝子は約380アミノ酸からなる転写因子様蛋白をコードしており、細胞の増殖を抑制する活性を持つと考えられる。今年度は、この遺伝子についてさらに詳しく調べるために、この遺伝子産物に対する抗体の作成を試みた。GSTとの融合蛋白は収量が低く精製に苦労したが、最終的に抗体を得、約45kDの蛋白を検出することに成功した。この遺伝子は細胞増殖を抑制するが、その発現は細胞周期により変化することはなかった。現在、細胞内局在、複合体形成、各種がん細胞での発現などについて調べている。また、AF337が細胞周期の特定の時期に停止させるかどうかを調べるため、細胞表面マーカーと共に親株にトランスフェクトし、FACSで解析したが、周期パターンに大きな変化はなかった。このことから、この遺伝子は細胞増殖を周期非特異的に止めると推測できる。
ドーピング禁止薬物の投与による代謝的適応にエピジェネティクスな制御は関わるか

本年度は,クレンブテロール摂取が骨格筋に与える影響を明らかにすることを目標に研究をおこなった.ラットに対するクレンブテロールの3週間の摂取が,特にミトコンドリアの形態とそれを制御するタンパク質の発現にどのような影響を与えるのか,検討した.その結果,速筋線維割合の増加に伴い,ミトコンドリアの体積が減少すること,また,ミトコンドリアの形態を制御するタンパク質が減少することがわかった.以上の結果をまとめ,現在学術雑誌に投稿している状況である.次に,そのような変化にエピジェネティクスな制御が関連するのか,ヒストン脱アセチル化酵素4の核移行を蛍光免疫染色法を用いて,検証した.その結果,ヒストン脱アセチル化酵素4の存在を確認できた核の数に,クレンブテロール摂取による変化は見られなかった.このことから,速筋線維割合の増加やミトコンドリア体積の減少に,ヒストン脱アセチル化酵素4の核への移行は伴わなかった可能性が考えられる.しかしながら,蛍光免疫染色法では,核内のヒストン脱アセチル化酵素4の量を定量することは難しいと考えられる.以上のことから,今後は核や細胞質分画のタンパク質を抽出して,ヒストン脱アセチル化酵素の核への移行をウエスタンブロッティング法により,定量する必要があると考えられる.研究成果を学術誌に投稿していることから,研究はある程度順調に進展していると考えられる.一方で,方法の選択を間違っていた部分もあることから,実験を行う前に,実施方法で明らかにしたいことを明確にできるのか,事前に考慮する必要があった.研究計画で述べていた脂肪細胞の解析をするには至っていない.脂肪組織重量は有意に減少していたため,脂肪細胞の熱産生タンパク質やミトコンドリアのタンパク質量も変化している可能性が考えられる.以上のことから,骨格筋の解析にとどまらず,脂肪細胞の検討を今後の検討課題にしたい.本年度は,クレンブテロール摂取が骨格筋に与える影響を明らかにすることを目標に研究をおこなった.ラットに対するクレンブテロールの3週間の摂取が,特にミトコンドリアの形態とそれを制御するタンパク質の発現にどのような影響を与えるのか,検討した.その結果,速筋線維割合の増加に伴い,ミトコンドリアの体積が減少すること,また,ミトコンドリアの形態を制御するタンパク質が減少することがわかった.以上の結果をまとめ,現在学術雑誌に投稿している状況である.次に,そのような変化にエピジェネティクスな制御が関連するのか,ヒストン脱アセチル化酵素4の核移行を蛍光免疫染色法を用いて,検証した.その結果,ヒストン脱アセチル化酵素4の存在を確認できた核の数に,クレンブテロール摂取による変化は見られなかった.このことから,速筋線維割合の増加やミトコンドリア体積の減少に,ヒストン脱アセチル化酵素4の核への移行は伴わなかった可能性が考えられる.しかしながら,蛍光免疫染色法では,核内のヒストン脱アセチル化酵素4の量を定量することは難しいと考えられる.以上のことから,今後は核や細胞質分画のタンパク質を抽出して,ヒストン脱アセチル化酵素の核への移行をウエスタンブロッティング法により,定量する必要があると考えられる.研究成果を学術誌に投稿していることから,研究はある程度順調に進展していると考えられる.一方で,方法の選択を間違っていた部分もあることから,実験を行う前に,実施方法で明らかにしたいことを明確にできるのか,事前に考慮する必要があった.研究計画で述べていた脂肪細胞の解析をするには至っていない.脂肪組織重量は有意に減少していたため,脂肪細胞の熱産生タンパク質やミトコンドリアのタンパク質量も変化している可能性が考えられる.以上のことから,骨格筋の解析にとどまらず,脂肪細胞の検討を今後の検討課題にしたい.購入すべき物品を別の予算で工面できたため,翌年度分に使用する予算とした.翌年度の消耗品に使用する.
アミノグリコシド系抗生物質による紫外線損傷DNAの認識

16S rRNAのAサイトに結合するアミノグリコシド系抗生物質は、核酸構造の類似性から、(6-4)光産物を有するDNAにも結合することが期待された。我々は11種類のアミノグリコシドについて、表面プラズモン共鳴を測定することによりDNAに対する結合を解析した。その結果、neomycin, paromomycin, apramycinについて比較的小さい解離定数が得られたが、損傷の有無で有意な差が認められなかった。当初、親和性は低いながらkanamycin Aで損傷DNAに対する若干の選択性が見られたが、詳細な解析の結果、最初に用いた14塩基対の2本鎖では測定中にDNAの解離が起こり、この薬物は2本鎖より1本鎖DNAに対して少し高い親和性を持つためであることがわかった。アミノグリコシド系抗生物質で期待どおりの結果が得られなかったのはDNAとRNAで基本構造が違うためであると考えられたので、「(6-4)光産物を有するDNA」により近い構造の「バルジを有するDNA」に結合して鎖切断を起こすneocarzinostatinの反応を調べてみたが、損傷DNAでは鎖切断は認められなかった。次に、損傷の近傍ではなく(6-4)光産物の化学構造を直接認識する分子を探すこととし、(6-4)光産物中で直線上に並んでいる3つの水素結合のアクセプターに相互作用しうる3種類のアミンを試したが、結合は検出されなかった。別の研究から(6-4)光産物中には分子内水素結合が存在することが明らかになり、これが結合を阻害していると考えられる。これらの研究と同時に、以前に結合が検出されたdistamycin Aの認識機構を詳細に解析した結果、この化合物は(6-4)光産物を有するDNAを特異的に認識しているのではなく、損傷部位の塩基対の化学構造を認識しており、(6-4)光産物は偶然にその条件を満たすことが明らかになった。当研究室で薬物-DNA相互作用の解析に用いてきたd(CGCGAATTGCGCCC)とTTに(6-4)光産物あるいはシクロブタンピリミジンダイマーを有するもの、および5'末端にビオチンを付けた相補鎖を合成し、2本鎖を形成させた後、ストレプトアビジンのセンサーチップ上に固定化した。これを用いて最初に、CDスペクトルにより解析してきたdistamycin Aの結合を表面プラズモン共鳴により調べた。流速、温度、固定化量、薬物濃度、溶液組成等の条件を検討した結果、まず、正しい形状のセンサーグラムを得るためには界面活性剤を加える必要があることがわかった。次に、distamycin Aの濃度が高いと非特異的な結合が顕著であったが、固定化量を1000RU程度に抑えて低濃度(30nMまで)で測定することによりCDの結果を少なくとも定性的には再現することができた。しかし、最大RU値と分子量からstoichiometryを求めると、CDで求めた結果(損傷のない2本鎖に対して1、(6-4)光産物を有する2本鎖に対して2)と全く逆の値となった。定量的な実験を可能にするためにはさらに検討が必要であるが、表面プラズモン共鳴法を用いて結合の特異性を調べることは可能となり、distamycin Aについてはチミングリコールを有するDNAにも結合することを明らかにした。アミノグリコシド系抗生物質については入手可能な11種類を購入して結合を調べたが、ほとんどの化合物が本来のターゲットであるRNAだけでなくDNAに対してもある程度の親和性を示すことがわかった。

これらの中のいくつかは(6-4)光産物に対する若干の選択性を示し、特にkanamycin Aは損傷の有無による差が比較的大きいため今後の研究対象として有力な候補である。昨年度、ほとんどのアミノグリコシド系抗生物質はDNAに対してある程度の親和性を示すことが明らかになったが、(6-4)光産物を有するDNAに対して選択的な結合の可能性が示唆された4種類について、最適化した条件で表面プラズモン共鳴(SPR)の測定を行った。その結果、いずれの化合物も損傷の有無による相違が見られなかった。しかし、ディスタマイシンAを使ってこの測定法の妥当性を検証したところ、他のいくつかの損傷DNAに対しては結合が観測されたにもかかわらず、(6-4)光産物に関しては特異的な結合を示すセンサーグラムが得られなかった。SPRの原理や装置を調べて原因究明のための実験を繰り返したが、この問題の解決には至っていない。今年度は新たに、抗生物質以外の化合物についても(6-4)光産物を有するDNAに結合する分子の探索を行った。アミノ糖を含むネオカルチノスタチンのクロモフォアはDNAのバルジに結合して鎖切断を起こすが、(6-4)光産物の部分はバルジと立体構造が類似している。そこで^<32>Pで標識したDNAをネオカルチノスタチンと反応させてゲル電気泳動で分析した((6-4)光産物を有するDNAの場合には(6-4)フォトリアーゼで塩基部を開裂させた)が、鎖切断は検出されなかった。さらに、(6-4)光産物と3本の水素結合を形成することが期待される化合物として2,3-ジアミノピリジンと1H-ベンゾ[de]キノリン-2,3-ジアミンを選び、現在、(6-4)光産物を有するDNAとの結合を円二色性スペクトルにより調べている。なお、ディスタマイシンAについては、蛍光共鳴エネルギー移動、ゲル電気泳動、NMR、等温滴定カロリメトリーおよびSPRによる分析の結果、通常の標的配列と同様に副溝の化学構造を認識することにより(6-4)光産物を有するDNAに結合することを明らかにした(論文投稿中)。平成18年度の研究において、(6-4)光産物を有するDNAを用いたときに表面プラズモン共鳴(SPR)で結合を示すセンサーグラムが得られなかったが、その原因を調べるためにこのDNAに結合する(6-4)フォトリアーゼという酵素の結合を分析したところ、特異的な結合を示すセンサーグラムが得られた。また、(6-4)光産物をDewar異性体に変換したところ、結合が弱くなるという他の実験系で得られた結果をSPRで再現させることができた。したがって、SPRによる測定そのものには問題がないことがわかり、アミノグリコシド系抗生物質は本来RNAを標的とするが一般的にDNAに対してもある程度の親和性を示し、当初期待した紫外線損傷に特異的な結合は得られないという結論となった。他の候補として、2.3-ジアミノピリジンや1H-ベンゾ[de]キノリン-2.3-ジアミンのような(6-4)光産物と3本の水素結合を形成することが期待される化合物に関し、昨年度から引き続いて円二色性スペクトルによる分析を検討したが、条件を変えて測定しても結合を検出することができなかった。上述の(6-4)フォトリアーゼの反応機構の解明のために(6-4)光産物の3'側の3位を^<15>N標識してNMR測定を行ったところ、^<15>Nシグナルの化学シフト値が強アルカリ性で変化するという異常なpH依存性を示すことがわかった。
日、米、欧における国際的通用力を持つ大学評価システムの形成状況と日本の課題の研究

本研究は、日本、米国及び欧州における大学評価システムの形成状況を国際的な通用力の視点から調査研究し、現在構築中の日本の評価システムが国際的な通用力を持つために解決すべき課題を明らかにすることを目的として実施した。2年の研究期間内には、次の3つの観点から調査研究を行った。第一には、日本における大学評価システムの形成状況を国際的通用力の視点から調査することであり、自己点検・評価から大学評価・学位授与機構の創設、さらには今後の新たな認証評価制度の導入について、その政策的背景や評価の理念・方法について各国の状況を踏まえながら検討を行った。第二には、国際的に評価のモデル視されているアメリカの評価システムについて、その全体像の把握のもとで、その内の起こっている最新の進展である品質経営法の活用及び新評価指標の開発状況を調査した。大学内部の評価や州によるパフォーマンス・インディケータの導入状況や、大学のIR(インスティチューショナル・リサーチ)の機能について詳細な調査を行った。第三に、欧州については、1980年代からの欧州各国における各大学の自律性とアカウンタビリティの強化の視点からの評価システムの形成状況の把握のもとで、欧州連合(EU)としての高等教育の共通性の推進を約した1999年のボローニア宣言以降の各国高等教育の評価システムの改革状況について把握した。また、研究評価において最も注目されている英国のRAEについて、その評価手法と今後のシステムの検討状況について詳細な調査を行った。以上の成果にもとづき、日本の評価システムが国際的通用力を備える上での課題を検討した。本研究では、日本、米国及び欧州における大学評価システムの形成状況を国際的な通用力の視点から調査研究し、現在構築中の日本の評価システムが国際的な通用力を持つために解決すべき課題を明らかにすることを目的としている。この研究では、2年の研究期間内に、(1)日本における大学評価システムの形成状況を国際的通用力の視点から調査するとともに、(2)国際的に評価のモデル視されているアメリカの評価システムについて、その全体像の把握のもとで、その内の起こっている最新の進展である品質経営法の活用及び新評価指標の開発状況を調査し、(3)欧州について、1980年代からの欧州各国における各大学の自律性とアカウンタビリティの強化の視点からの評価システムの形成状況の把握のもとで、欧州連合(EU)としての高等教育の共通性の推進を約した1999年のボローニア宣言以降の各国高等教育の評価システムの改革状況について把握し、その成果にもとづき、日本の評価システムが国際的通用力を備える上での課題を提示することを企画している。1年目の本年度では、国外共同研究者とはインターネットを通じた緊密な連携のもとに総括グループ、日本班、アメリカ班、EU班ごとに活動し、各国・地域への訪問調査を実施した。さらに、海外共同研究者、協力者として、アメリカの評価政策及び指標活用動向について及びジョセフ・バークニューヨーク州立大学ロックフェラー政策研究所高等教育プログラム長(教授)を、評価の基本概念の整理とアメリカの大学の評価実践の事例についてフランク・シュミットラインメリーランド大学名誉準教授を、EUにおける評価の状況についてリチャードルイスオープン大学高等教育研究情報センター長(教授)を招聘して研究するとともに、公開研究会を開催して、議論を深めた。

この研究では、2年の研究期間内に、(1)日本における大学評価システムの形成状況を国際的通用力の視点から調査するとともに、(2)国際的に評価のモデル視されているアメリカの評価システムについて、その全体像の把握のもとで、その内の起こっている最新の進展である品質経営法の活用及び新評価指標の開発状況を調査し、(3)欧州について、1980年代からの欧州各国における各大学の自律性とアカウンタビリティの強化の視点からの評価システムの形成状況の把握のもとで、欧州連合(EU)としての高等教育の共通性の推進を約した1999年のボローニア宣言以降の各国高等教育の評価システムの改革状況について把握し、その成果にもとづき、日本の評価システムが国際的通用力を備える上での課題を検討した。2年目、最終年度の本年度では、国外共同研究者とはインターネットを通じた緊密な連携のもとに総括グループ、日本班、アメリカ班、EU班ごとに活動し、各国・地域への訪問調査を実施した。さらに、海外共同研究者、協力者として、ヨーロッパにおける評価の状況についてジョン・ブレナン・オープン大学高等教育研究情報センター長(教授)及びドン・ウエストハイデン・トゥエンテ大学上級研究員を、アメリカのIRの状況についてランディー・スイング博士を招聘して研究するとともに、公開研究会を開催して、議論を深めた。また、ピーター・マッセン・オスロ大学高等教育機構連合ディレクターを招聘し、広い視野からのまとめを行った。
脳情報を用いた商品選好に関する研究

本研究では商品選好時における脳の働きを計測し,人間の選好過程を脳機能の観点から解明し,これを応用したシステム(Brain-Computer Interface)を構築した.具体的には,2つの商品画像を提示し,それぞれの商品閲覧中の脳血流量(酸素化ヘモグロビン濃度)を計測し,血流量からどちらの商品を好むかを判別するシステムを構築した.実験の結果,約80%で判別可能であることが分かった.本研究では商品選好時における脳の働きを計測し,人間の選好過程を脳機能の観点から解明し,これを応用したシステム(Brain-Computer Interface)を構築した.具体的には,2つの商品画像を提示し,それぞれの商品閲覧中の脳血流量(酸素化ヘモグロビン濃度)を計測し,血流量からどちらの商品を好むかを判別するシステムを構築した.実験の結果,約80%で判別可能であることが分かった.本研究では,近年発展が著しい非侵襲的脳機能計測技術をニューロマーケティング(ニューロエコノミクス)に応用することを主目的とし,その1つとして商品選好に関する基礎研究を行った.本年度は,脳情報を用いた商品選好に関して,fNIRS (OEG-16)を用いて実験を行った.本実験で用いたfNIRSは小型であり,この小型計測機器で十分な精度の脳情報を得ることができれば,システム全体の小型化にも大きな貢献があると考えられる.実験内容は食べ物の画像を2回表示するシステムを作成し,それぞれの画像が提示されている時の前頭前野の脳血流量を計測した.予備実験として被験者7名に関して実験を行い,その分析結果に基づき22名の被験者に関して実験を行った(同時にアンケートも行った).その結果,多くの被験者において腹内側前頭前皮質において,好む食べ物が表示されたときに脳血流量が増加する傾向があることがわかった.しかし,全被験者において特定のチャンネルに反応があるのではなく,被験者ごとに反応するチャンネルが異なる(ただし,そのチャンネルは隣接している)ことがわかった.しかし,選好時に反応する脳部位をある程度特定することができたため,前頭前野全域を計測しなくとも,一部の部位を測定することで選好を判別できる可能性があり,これも,計測機器の小型化と同様,システム全体の小型化に大きく貢献するものであると考えられる.その他,同時に未知情報に関する脳血流量の変化や意思決定の操作可能性についての実験も行った.本研究では,近年の非侵襲的脳機能計測技術の発展を受け,購買意思決定支援のためのBrain Computer Interface (BCI)を作成することを目的とした.具体的には,商品選好に関する研究を行った.本年度は,前年度の実験結果に基づき,BCIを作成した.具体的には,計測機器としてfNRIS (OEG-16)を用い,画面上に順番に2つの食べ物の写真が表示され,その間に計測された脳情報(酸素化ヘモグロビン)はリアルタイムにUDPを用いてPCに転送される.転送された脳情報はローパスフィルタによってノイズ(生体ノイズなど)を除去する.次に,ノイズが除去された脳情報を用いて学習する.学習手法として,少ないデータ数でも汎用性が高いサポートベクターマシン(SVM)を用いた.学習結果に基づき,2つの食べ物のうち,好みの食べものを判別し,その食べ物に関する詳細な情報を表示する.上記の内容で作成したBCIを用いて実験を行い,分析を行った.学習に用いる脳部位を固定した場合,判別率は約60%程度であった.そこで,個人差を考慮するために,脳部位の組み合わせごとにオフラインでの判別分析を行った.その結果,3ヶ所の測定部位の組み合わせを変えることで,約80%程度の判別率を得ることができることが分かった.つまり,複数の学習器(SVM)を持つことで,判別精度が向上することが分かった.上記の結果から,脳情報から,人間の選好を読み取れる可能性を示唆することができたと考えられ,これはニューロマーケティングに貢献するものであると思われる.また,測定箇所を3箇所にすることが可能であり,システム全体の小型化に貢献するものであり,実務で利用するための重要な問題点の解決につながるものであると考えられる.
多様な「環境体験」を取り入れた環境教育カリキュラム開発のための基礎的研究

本研究では、以下のような成果が明らかになった。(1)児童の「環境体験」と「環境認識」・「環境倫理」との関係について・日常生活における「環境体験」の希薄化が指摘されるが、本調査でも「自然体験」や「労働体験」が子どもの日常生活から遠ざかりつつあることが明らかにされた。・しかし、日常生活の中で獲得される環境に関する知識(これを「生活知」と呼ぶ)であろうと、学校教育で伝達・形成される知識(これを「学校知」と呼ぶ)であろうと、情報化社会の中で生きる子どもたちの環境問題や環境についての認識・知識はマスメディア等を通して伝達される二次的間接的情報によって構成されがちである。つまり、自ら環境に働きかけ、環境を感じ取り、環境問題の現状を自分で検証して獲得する一次的直接的な知識は欠如しがちである。・従って、環境教育に取り入れる「環境体験」は、「自然環境と触れあうことを目的とするもの-『生活知』に繋がる『環境体験』と、「自然生態系の観察や社会生活と自然環境との関係を探る観察・調査-『科学知』に繋がる『環境体験』」の二つの側面が必要になる。(2)環境教育カリキュラム開発のためアプローチについて社会科を中心としつつ「環境体験」の取り入れ方によって、環境教育カリキュラム開発には次の3つのアプローチの可能性がある。それを3つの実践によって示した。1・「社会科としての環境教育」の可能性を探るもの2・既存の教科枠を維持しつつも、「他教科との連携を図った大単元構成」の可能性を探るもの3・「特定の場所をフィールドとして縦断的継続的に探究する環境教育」の可能性を探るもの本研究では、以下のような成果が明らかになった。1・「社会科としての環境教育」の可能性を探るもの2・既存の教科枠を維持しつつも、「他教科との連携を図った大単元構成」の可能性を探るもの3・「特定の場所をフィールドとして縦断的継続的に探究する環境教育」の可能性を探るもの本研究は、児童生徒の日常生活における身近な環境との関わり方・接し方(「環境体験」と呼ぶ)が、「環境認識」や「環境倫理」・「環境意識」の形成とどのような関係にあるかを実証的に研究することを通して、多様な「環境体験」を取り入れた環境教育カリキュラム開発を目指すものである。本年度は、カリキュラム開発のための基礎的データを得るために、「環境体験」と「環境認識」・「環境倫理」・「環境意識」との関係についての意識調査を、新潟地区と鹿児島地区の小学校児童を対象に実施することが最終課題であった。このために、本年度は以下のような作業手続きで、研究に取り組んだ。1、8月に新潟地区と鹿児島地区において、研究協力者も含めて、研究の目的・方向について協議し、研究方針を確認した。2、新潟地区では、「環境体験」が「環境認識」・「環境倫理」に果たす役割についての知見を得るために、生物学・理科教育を専攻する上越教育大学教授長谷川康雄氏より、レクチャーをうけた。そして、意識調査のための項目のあり方が示された。3、新潟地区では、同時に、新潟市内の河川や湖沼を中心に水辺の環境調査のフィールドワークを実施し、カリキュラム開発のための基礎的資料収集に取り組んできた。4、平成8年3月上旬に、新潟地区(新潟市内)と鹿児島地区(沖永良部)の二つの地区で水辺の環境体験を中心としたアンケートを実施した。自然環境に大きな違いのあるこれらの二つの地域を選んだのは、自然環境の違いが環境体験の差となって現れてくると予想したからである。以上、当初の予定をほぼ消化し、今後アンケートの集計分析に取りかかる予定である。本研究は、児童の日常生活における身近な環境との関わり方・接し方(これを「環境体験」と呼ぶ)が、「環境認識」や「環境倫理」・「環境意識」の形成とどのような関係にあるかを実証的に研究することを通して、多様な「環境体験」を取り入れた環境教育カリキュラム開発を目指すものである。本年度は、本研究の最終年度である。昨年度の研究成果を踏まえて、本年度は小学校社会科教育の領域を中心とする環境教育カリキュラム開発のための視点を明らかにし、その上で「多様な『環境体験』を取り入れた環境教育カリキュラム」の可能性を探ることにした。

このために本年度は、以下のような作業手続きで研究に取り組んだ。1・5月までに新潟地区でのアンケート調査の集計を中心に行った。一つは、「環境体験」と「環境認識」・「環境倫理」との関係を明らかにするものであり、その成果は研究代表者による「児童の環境体験と環境認識・環境意識との関係についての考察-カリキュラム開発のための予備的考察-」として表された。もう一つは、「環境認識(知識)」と「環境保全行動」との関係に関わるものであり、その成果は研究協力者(杉中規彦氏)の「児童の環境認識と環境保全行動との関係についての考察」として表された。2・上記のアンケート結果を基に、児童の日常生活における「環境体験」の実態、及び「環境体験」と「環境認識」「環境倫理」との関係について新潟地区で議論した。特に、環境教育カリキュラムに取り入れる「環境体験」の内容について議論した。そして、社会科を中心とするカリキュラム開発においては3つのアプローチの可能性を探ることにして、研究分担者が実践を試みていくことにした。また、夏休み及び11月には鹿児島地区での打ち合わせを行った。3・これらの研究・実践の成果に関する原稿を1月までに作成し、3月に研究報告書が完成した。
ハードウェア特殊化技術の展開と応用

論理回路の入力の一部が事前に判明すれば,論理を簡単化して回路規模を削減し,動作速度を改善することができる(ハードウェア特殊化).得られた回路は入力データに依存するため,特殊化の実現には再構成可能論理デバイス(FPGA等)が最適である.本研究では,(1)制御プログラムを論理回路に変換して小型高速な制御回路を生成,(2)個体ごとに異なる命令セットをプロセッサに与えてセキュリティを高める,(3)応用とデータに合わせて並列計算機の構成を最適化する,等の研究を行った.論理回路の入力の一部が事前に判明すれば,論理を簡単化して回路規模を削減し,動作速度を改善することができる(ハードウェア特殊化).得られた回路は入力データに依存するため,特殊化の実現には再構成可能論理デバイス(FPGA等)が最適である.本研究では,(1)制御プログラムを論理回路に変換して小型高速な制御回路を生成,(2)個体ごとに異なる命令セットをプロセッサに与えてセキュリティを高める,(3)応用とデータに合わせて並列計算機の構成を最適化する,等の研究を行った.本研究の目的は,ハードウェア特殊化技術の新たな適用分野を探求すると共に,実用化のための基盤整備を行うことである。特に,(1)制御回路の特殊化,(2)プロセッサアーキテクチャの特殊化,の2点を具体的応用例として検討を進めている。さらに新たな応用も検討して,研究期間の終わりまでに有望な新規分野を開拓したい。本年度の成果は以下の通りである。研究テーマ(1)については,昨年度までの研究成果を実際の産業用機械に適用し,総合的に実機で検証した。2月までに基本動作の確認が終了したので,本年度内に論文原稿を作成し,論文誌に投稿する予定である。プロセッサアーキテクチャを多様化することにより,ソフトウェアの盗用や解析,実行制御の乗っ取りに対して一定の耐性を持たせることができる。本論文では,特にFPGAを用いた組込みシステムを前提として,プロセッサを多様化する手法について検討する。提案手法では,先行研究で実現されていなかった(真の意味の)命令セットランダム化が実現できる。さらに4つの命令セットの評価結果から,本手法で得られる自由度は先行研究より大きいことがわかった。FPGA上で実際に設計、評価した結果,RAMを利用した実装では特殊化による論理規模の増加は3.5%,性能低下も11.6%に留まることが示された。本研究の目的は,ハードウェア特殊化技術の新たな適用分野を探求すると共に,実用化のための基盤整備を行うことである.特に,(1)制御回路の特殊化,(2)プロセッサアーキテクチャの特殊化,の2点を具体的応用例として検討を進めている.さらに新たな応用も検討して,研究期間の終わりまでに有望な新規分野を開拓したい.本年度の成果は以下の通りである.研究テーマ(1)については,開発した特殊化技術を実機で検証する作業を進めた.調整・改良に予想より手間取ったため,多少の遅れが出ているが,近日中に成果を論文誌に投稿する予定である.研究テーマ(2)については,プロセッサ構成の特殊化について研究を進め,3件の国際会議発表を行った.現在,プロセッサのマルチコア化・メニイコア化が急速に進行しているが,実行する応用プログラムとデータサイズに応じて最適なコア数やプロセス配置は様々である.そこで,プログラムとデータサイズに応じて,最適なハードウェア構成を選択するための基礎技術を開発している.現在は,実用性の観点から不均一PCクラスタやマルチコアPCクラスタを対象として研究を進めているが,将来的にはプロセッサ(ハードウェア)の動的再構成や実行時特殊化まで発展させることを目標としている.さらに,以上の研究の副産物として,低消費電力で小型高性能な真性乱数生成回路の開発を行った.FPGAによる実装の結果,先行研究よりも単純な回路構成で,NISTテストに合格する良質な乱数列を生成できることが確認された.この成果はシンポジウムと研究会で発表し,論文誌への投稿を行った.本研究の目的は,ハードウェア特殊化技術の新たな適用分野を探求すると共に,実用化のための基盤整備を行うことである.特に,(1)制御回路の特殊化,(2)プロセッサアーキテクチャの特殊化,の2点を具体的応用例として検討を進めている.研究テーマ(2)については,不均一な並列計算環境におけるプロセッサ利用方法の最適化について,研究成果"Optimizing Process Allocation of Parallel Programs for Heterogeneous Clusters"が国際論文誌(Concurrency and Computation : Practice and Experience)に採録された.これは,マルチコアPCクラスタ等の不均一並列計算資源を,計算対象(プログラムとデータ)に合わせて特殊化するという立場の論文である.これによりスーパーコンピュータ等の計算資源の効率的利用が可能になると期待される.さらに,以上の研究の副産物として,暗号化回路の特殊化について研究を進め学会発表(1件)を行った.低消費電力で小型高性能な真性乱数生成回路についても,引き続き研究を進めている.
カミキリムシ科における訪花性の進化およびそれに伴う多様化についての研究

初年度は、申請研究を進めるうえで必要な解析材料として、カミキリムシの中でも最も多くの訪花性種を含むカミキリムシ科ハナカミキリ亜科を中心としてヨーロッパ、アジア、および北アメリカの遺伝子解析用サンプル、または遺伝子情報の収集を重点的に行った。さらに、これまでに集積したサンプルを用いて、ミトコンドリアおよび核遺伝子領域の塩基配列を決定した後、得られた遺伝子情報に基づいて、系統樹を作成し、各地域に産する分類群間の系統関係の推定を試みた。しかし、当初予定していたミトコンドリアおよび核遺伝子領域を用いた解析の結果、ハナカミキリ亜科だけをみても特に族や属といった高次分類群の系統関係が不明瞭な箇所も少なくなかったため、カミキリムシの訪花性の進化を検証するためには、予定していた遺伝子領域のみならず、異なる遺伝子領域も追加して解析する必要があると考えられた。また、標本情報や文献情報、研究者の観察例、および日本国内や台湾で行った野外調査に基づいて、各種の分類情報および訪花性に関する情報を収集、記録した。標本情報や観察例、および野外調査で得られた知見から、これまで訪花性を示さないと考えられてきた分類群の一部には、きわめてまれに訪花している可能性がある種が含まれていることが明らかとなった。そのため、これらの分類群について、博物館等に所蔵される標本を用いて、その訪花性について詳細に検証する必要があると考えられた。初年度に行った暫定的な解析の結果、予定していた遺伝子領域のみでは不十分であると考えられたため、異なる遺伝子領域を追加してさらなる解析を要する。訪花性カミキリムシの内、代表的な属・種の遺伝子解析用サンプルを集積することができたものの、特にアジアおよび新大陸に分布する重要な分類群の一部が未集積である。申請者の所属変更により、初年度に予定していた顕微鏡購入を次年度に変更したため、顕微鏡を必要とする集積サンプルの種同定、および詳細な標本観察に基づく生態情報の集積が遅れている。遺伝子解析用サンプルが未集積である重要な分類群について、重点的にサンプル収集を試みる。また、これまで解析した領域とは異なる複数の核遺伝子領域を加えてさらなる遺伝子解析を行う。これらの解析には、ハナカミキリ亜科以外の訪花性・非訪花性分類群も含め、カミキリムシにおける訪花性進化について調査研究を進めていく。非訪花性と考えられてきたにもかかわらず、訪花の可能性が示唆された分類群について、乾燥標本を用いて詳細な形態観察を行い、体表面の花粉付着の有無を確認するとともに消化管内容物を調査し、訪花の可能性を検証する。研究代表者の所属機関変更により、当初予定していなかった遺伝子解析のための試薬および実験機器購入が必要となったため、初年度にこれらを購入し、標本観察に用いる顕微鏡購入を次年度に繰り越した。