hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
凝固組織を含む非等方性流体乱流の特性解明とシミュレーションによる予測法の開発

液体金属の固液相変化の界面付近に凝固組織構造が存在する流れを想定して、発達した壁乱流が凝固組織の形成に与える影響と凝固組織構造が乱流に及ぼす影響を調べて、その相互作用のメカニズムを考慮した乱流変調の予測方法を確立することを目指している。そのために、乱流の直接数値シミュレーションの技術を用いて、壁乱流の組織的構造を観察するための流れ場データベースを構築する。前年度において、凝固組織構造の形成を予測するための解析手法の導入によって、さらに予測困難な乱流場の特性変調が観察できることが期待されて、固体材料力学に基づく組織構造の予測方法を導入する必要があることがわかった。そのことを受けて、固液相変化が発生する流れ場における凝固組織構造を再現するために、今回新たに、フェーズフィールド法を導入した。該当分野においてはじめて、フェーズフィールド法と乱流の直接数値シミュレーションを組み合わせた乱流場を再現できた。この結果として、デンドライトに相当する凝固組織の初生とその後の成長を詳細に観察できるようになった。そして、通常の実験計測では不可能な液体金属の凝固過程における組織構造の観察が可能になった。本研究の成果として、乱流組織構造が壁面上の凝固組織の初生の特徴を決めており、凝固組織が成長することによって、乱流組織構造を打ち消す効果があることがわかった。凝固組織の初生と成長が乱流の抑制に対して、ポジティブフィードバックの効果を示すことが示唆された。この現象の普遍性を証明するために、更なる解析が必要である。なお、当初の予定よりも高精度な数値シミュレーションを実現できたことから、予測方法の構築に取りかかる前に、さらに詳細な数値シミュレーションの結果の解析が必要になった。したがって、次年度においても、本結果の解析を継続する。当初の予定より、高精度に現象を再現できる数値シミュレーションを実現できるようになったので、その結果の観察と解析のために引き続き、直接数値シミュレーションの実行を継続する。また、フェーズフィールド法との組み合わせを実現できたことから、固体材料力学に基づく凝固組織内部の解析も可能になることが期待できる。今後の研究の発展も期待できる状況にある。したがって、現在までの達成度は良好であるものの、今後、乱流変調の予測方法の構築に向けた当初の計画に比べて遅れる可能性がある。直接数値シミュレーションの解析の進展状況によっては、乱流変調の予測方法の構築に関する取り組みと並行して実行することになる。引き続き、乱流の直接数値シミュレーションを実行して、詳細な流れ場の観察を実行する。さらに、乱流変調の予測のために必要な要因を抽出して、予測方法構築のために準備する。また、凝固組織の初生と成長の特徴を調べて、凝固組織の乱流場への影響を考慮した乱流変調予測方法の開発につなげることを目指す。さらに、直接数値シミュレーションの解析結果に基づいて、乱流変調の予測法を構築する取り組みを並行して実行する。本研究を実行するために必要な3次元乱流場のデータベース構築のために、外部大型計算機センターの計算機と研究室内計算機を引き続き利用する。そして、研究室計算機では、乱流場の大規模データベースの追加、最適化、維持管理を進める。凝固組織内部の残留応力のような力学的特徴を予測、観察できる見通しがたったことから、材料強度の予測と制御の観点から本解析結果を利用する可能性を検討する。その際に、実験計測を実施する連携研究者との協力をさらに進める。液体金属の固液相変化の界面付近に凝固組織構造が存在する流れを想定して、直接数値シミュレーションの技術により、非等方性流体の乱流流動構造のメカニズムを解明して、実用的な流れの数値シミュレーションのための乱流モデルを開発することを目指している。研究の初段階として、固液界面付近の温度分布に応じた非一様な粘度分布や凝固組織構造の形成による非等方な粘度分布を予測して、その効果を壁面乱流の直接数値シミュレーションに導入する手法を開発した。そして、並列ベクトル型計算機における計算速度を向上させるために、計算手法に並列化とベクトル化率を向上させるための計算手法を考案した。また、界面付近の粘度特性を高精度に再現するために必要な計算条件設定の探索に取り組んだ。そして、直接数値シミュレーションの実行結果から流れ場のデータベースを構築した。データベースを解析した結果から、固液相変化を伴う乱流場において、界面近傍の粘度変化に応じた乱流構造の空間スケールの補正により、ニュートン流体の場合と乱流場を予測できることを明らかにした。さらに、乱流場の統計的な特徴を変える程度に、乱流構造と粘度変化構造に特別な相互作用があることが示唆された。また、粘度変化だけではなく、壁面の溶融による液体質量の供給によって乱流エネルギーの強化がみられたことから、既存乱流モデルの改良の必要性が示された。今後の課題として、これまでに知られている乱流場の再現に必要な計算容量の見積りとは異なり、粘度特性に依存した計算格子や差分精度の見直しが必要になることがわかった。そのため、当初の計画より、解析対象のために適当な計算条件の探索に時間を擁した。さらに、凝固組織構造の根源的な流れ場への影響を調べるためには、流れ場の再現方法を再検討する必要がある可能性があることがわかった。当初の計画通り、液体金属の固液相変化を伴う乱流場の直接数値シミュレーションを実行して、シミュレーション結果から乱流場のデータベースを構築した。その結果、乱流場の予測に必要な特性を観察できることがわかった。そのことから、現在までの達成度はおおむね良好である。さらに、観察結果から乱流予測モデルの開発のため必要な検討事項が明らかになった。

ただし、解析結果から固液界面付近の凝固組織構造を再現するために、流れ場の温度分布に依存して変化する粘度分布の解析手法の使用を当初予定していた。それに対して、凝固組織構造の形成を予測するための解析手法の導入によって、さらに予測困難な乱流場の特性変調が観察できることが期待できる。固体材料力学に基づく組織構造の予測方法を導入する必要があることがわかった。液体金属の固液相変化の界面付近に凝固組織構造が存在する流れを想定して、発達した壁乱流が凝固組織の形成に与える影響と凝固組織構造が乱流に及ぼす影響を調べて、その相互作用のメカニズムを考慮した乱流変調の予測方法を確立することを目指している。そのために、乱流の直接数値シミュレーションの技術を用いて、壁乱流の組織的構造を観察するための流れ場データベースを構築する。前年度において、凝固組織構造の形成を予測するための解析手法の導入によって、さらに予測困難な乱流場の特性変調が観察できることが期待されて、固体材料力学に基づく組織構造の予測方法を導入する必要があることがわかった。そのことを受けて、固液相変化が発生する流れ場における凝固組織構造を再現するために、今回新たに、フェーズフィールド法を導入した。該当分野においてはじめて、フェーズフィールド法と乱流の直接数値シミュレーションを組み合わせた乱流場を再現できた。この結果として、デンドライトに相当する凝固組織の初生とその後の成長を詳細に観察できるようになった。そして、通常の実験計測では不可能な液体金属の凝固過程における組織構造の観察が可能になった。本研究の成果として、乱流組織構造が壁面上の凝固組織の初生の特徴を決めており、凝固組織が成長することによって、乱流組織構造を打ち消す効果があることがわかった。凝固組織の初生と成長が乱流の抑制に対して、ポジティブフィードバックの効果を示すことが示唆された。この現象の普遍性を証明するために、更なる解析が必要である。なお、当初の予定よりも高精度な数値シミュレーションを実現できたことから、予測方法の構築に取りかかる前に、さらに詳細な数値シミュレーションの結果の解析が必要になった。したがって、次年度においても、本結果の解析を継続する。当初の予定より、高精度に現象を再現できる数値シミュレーションを実現できるようになったので、その結果の観察と解析のために引き続き、直接数値シミュレーションの実行を継続する。また、フェーズフィールド法との組み合わせを実現できたことから、固体材料力学に基づく凝固組織内部の解析も可能になることが期待できる。今後の研究の発展も期待できる状況にある。したがって、現在までの達成度は良好であるものの、今後、乱流変調の予測方法の構築に向けた当初の計画に比べて遅れる可能性がある。直接数値シミュレーションの解析の進展状況によっては、乱流変調の予測方法の構築に関する取り組みと並行して実行することになる。
変異自己細胞に対する応答機構と制御

白血病自然発症にともなうT細胞免疫機能の低下が、正常個体の加齢に伴う免疫老化と同等の細胞機構によって起こることを示した。この老化関連CD4 T細胞は、白血病のリンパ組織への浸潤に伴って形成される濾胞胚中心に出現し同部位で増殖する新しいタイプの濾胞性CD4 T細胞であること、抗原受容体刺激には増殖反応を示さないが、Osteopontinをはじめとする炎症性サイトカインを選択的大量に産生しうること、通常の外来性非自己抗原免疫による胚中心反応では発生しないことなどの所見が得られた。これらの結果は、白血病に伴って出現するT-sen細胞は、内因性の胚中心反応にともなうものであり、その向炎症性機能により、白血病の進展に大きく関与している可能性が強く示唆された。自然発症ガンの抑制制御に獲得免疫系を中心とする宿主応答が重要な役割を果たすことは、近年の研究により次第に明らかになりつつあるが、体内に発生する内因性変異細胞(ガン)に対して、個体は多くの場合必ずしも有効な免疫応答を発動しえないこともまたよく知られた事実である。その大きな理由の一つは、自己に由来する変異細胞に対する末梢性の自己不応答性(自己寛容)の誘導と成立にあると考えられる。本研究課題では、申請者が作成してきた自然発症白血病の遺伝子改変マウスモデルを駆使して、自己応答としての変異(白血病)細胞に対する免疫応答と寛容の分子機構およびその個体レベルにおける意義を解明し、これを基礎として自己変異細胞不応答性解除の方途の開発に資することを目的とする。自然白血病発症マウスモデルを用いて、白血病発症に伴いPD-1陽性のCD4陽性T細胞の増加とこれに伴うCD4陽性T細胞の機能低下が認められた。細胞分画実験によりPD-1+CD4+T細胞は免疫不応答性(アナジー)細胞であることが判明し、白血病化にともなう免疫抑制はアナジー化CD4+T細胞の増加に起因することが示された(Leukemia-associated anergic T cells, LA-T)。興味深いことに、PD-1+CD4+T細胞は正常個体でもその加齢に伴って漸増し、これらはやはりアナジー化T細胞であることが判明した(Senescence-associated T cells, SA-T)。これらのT細胞はいずれも、T細胞抗原受容体を介する増殖応答や各種サイトカインの産生応答を全く示さなかった。正常CD4+T細胞とLA-TおよびSA-T細胞とのDNA microarray解析により、後者のT細胞においては多くの遺伝子発現プロファイルの変化が認められ、かつLA-TとSA-T細胞のプロファイルは極めて相同であることから、これらは同等の機序によって発生するものと考えられた。とくに元来T細胞にほとんど発現されない転写調節因子の著明な発現亢進(C/EBPa,VDRなど)と、元来高発現される因子の著明な発現低下(SatB1,KLF2など)が確認された。この結果はこれらのアナジー化T細胞は遺伝子プログラミングの大きな変化によって誘導されたものであることを示唆するとともに、自己由来変異細胞の異常増殖にともなうT細胞不応答化は、T細胞老化の促進に起因しているという極めて興味深い仮説を示唆するものである。次年度以降、上記の遺伝子群のT細胞不応答化における役割を詳細に解析することにより、この仮説の検証とその分子機構の実体を明らかにしていく予定である。正常の加齢個体および白血病発症マウスにおいて出現する新しい記憶細胞形質(MP)のCD4+T細胞集団(PD-1+MPCD4+)を発見し同定した。この細胞集団は、抗原受容体刺激に対して増殖応答、T細胞型サイトカイン産生を全く示さないが、大量の向炎症性サイトカインであるOsteopontin(OPN)を産生する。また、通常のCD4+T細胞とは全く異なった特徴的な遺伝子発現プロファイルを有し、とくに元来骨髄球系に発現される転写因子C. EBPaを強発現し、これが上記の特徴的機能を媒介していることが示された。この遺伝子プロファイリングから、加齢に伴うPD-1+MP CD4+T細胞集団と白血病における同細胞とは、同等の細胞であることが明らかとなった。さらに、詳細な解析から、これらの細胞集団の割合の増加が、いわゆる免疫老化(Immunosenescence)およびよくしられている白血病発症にともなう強い免疫抑制(Leukemia-associated immunodepression)の主たる原因であることが強く示唆された。これらの結果は、いわゆる免疫老化の機構に対して全く新しい概念を定住するのみならず、全身性のがん発症にともなう免疫抑制が免疫老化と同等の機構によってもたらされることを初めて明らかにするものである。

この細胞の発生を制御することにより、加齢にともなう免疫機構低下やワクチン効率の低下、およびがんにおける免疫抑制の予防や免疫療法の効率の向上など、きわめて有効な臨床的免疫干渉が可能になるものと期待される。本研究課題では、申請者が作成してきた自然発症白血病の遺伝子改変マウスモデルを駆使して、自己応答としての変異(白血病)細胞に対する免疫応答と寛容の分子機構およびその個体レベルにおける意義を解明し、これを基礎として自己変異細胞不応答性解除の方途の開発に資することを目的とする。これまで、白血病自然発症にともなうT細胞免疫機能の低下が、正常個体の加齢に伴う免疫老化と同等の細胞機構によって起こることを示してきた。今年度は、このT細胞免疫機能低下が、極めて特徴的な免疫記憶性CD4 T細胞の遺伝子再プログラミングによることを明らかにし、その遺伝子プロファイルを詳細なDNAマイクロアレイ法によって決定した。さらにこの遺伝子プロファイルに基づき、このT細胞の特有な形質と機能発現のメカニズムの一部を明らかにすることに成功した。この発見は担がん個体における免疫機能低下のメカニズムについて全く新しいコンセプトを提供するものであると考える。また、同T細胞はがん促進機能を有するとされるOsteopontinを大量に産生しうることがわかり、これががん細胞の進展にむしろ促進的に作用する可能性も示唆され、今後の重要な課題となっている。本研究課題では、申請者が作成してきた自然発症白血病の潰伝子改変マウスモデルを駆使して、自己応答としての変異(白血病)細胞に対する免疫応答と寛容の分子機構およびその個体レベルにおける意義を解明し、これを基礎として自己変異細胞不応答性解除の方途の開発に資するととを目的とする。今年度は、この老化関連CD4 T細胞(T-sen)の詳細な細胞学的解析を進め、白血病のリンパ組織への浸潤に伴って形成される濾胞胚中心に出現し同部位で増殖する新しいタイプの濾胞性CD4 T細胞であること、抗原受容体刺激には増殖反応を示さないが、Homeostaticcytokine(特にIL-15)に対して強い増殖反応を示すこと、Osteopontinをはじめとする炎症性サイトカインを選択的大量に産生しうること、通常の外来性非自己抗原免疫による胚中心反応では発生しないこと、濾胞形成のマスター遺伝子であるBcl-6の欠質マウスでは出現しないこと、など多くの所見が得られた。これらの結果は、白血病に伴って出現するT-sen細胞は、内因性の胚中心反応にともなうものであり、その向炎症性機能により、白血病の進展に大きく関与している可能性を強く示唆するものである。本研究課題では、自然発症白血病および全身性自己免疫病(SLE)の遺伝子改変マウスモテルを駆使して、自己応答としての変異(白血病)細胞に対する免疫応答と寛容の分子機構の研究を進めた。
磁気pHセンサーおよびイオンセンサーの開発と応用

近年、新規な磁性スイッチング・記憶材料として、圧力・温度の変化や光照射などによりスピン状態が変化するスピン・クロスオーバー錯体が注目を集めている。このような特性を単一の有機分子で発現させるために、電子供与性および受容性ラジカルが交差共役した三重項ビラジカル種(D゚-A゚)の設計・合成・評価について検討した。この型のビラジカルは、分子内電子移動により一重項双極イオン構造(D^+-A〓-)を与え、両者は極性や酸・塩基特性などで大きな違いをもつことから、相対的な安定性が環境に影響される。一例として、A゚がフェノキシル、D゚がニトロニルニトロキシドである基底三重項ビラジカルが、酸性溶液中で、双極イオンがプロトン化された一重項カチオン構造(D^+-AH)をとることを見出した。このスピン・クロスオーバーを伴う酸・塩基平衡を評価する上で最も重要な熱力学的パラメータであるカチオン(D^+-AH)の酸性度(pKa)について、3つの独立な決定法を開発し、アセトニトリル中で約10.6と決定した。これは、溶液のpHによってスピン多重度が変化する安定な有機化合物の初めての例であり、磁気的性質によりpHを検知する分子センサーとしての応用が期待される。また、この変換は、スピン反転、分子内電子移動、プロトン移動の3つの素過程から記述できるスピン禁制イオン反応であり、その機構は有機反応論的見地だけではなく、スピン状態変化を利用する機能性磁性材料の新規な動作原理としても興味がもたれる。分子磁性の応用として、スピン状態の変換により応答するスイッチング・記憶素子の開発に興味が持たれている。スピンクロスオーバー錯体で見られるような、集合状態で環境の変化や分子間相互作用により誘起される協同的相転位を有機化合物で実現するためには、極性・酸性度などの特性が大きく異なる準安定な電子状態が存在するような化合物を分子設計する必要がある。私は、電子供与性および受容性をもつ二つのラジカルが交差共役したビラジカル種(D^・-A^・)と、分子内で一電子移動した閉殻構造の双極イオン(D^+-A^-)の間の可逆的な変換に着目し、酸一塩基平衡によりスピン多重度が変換する分子の開発について検討した。ニトロニルニトロキシドの2位と2,6-ジ-tert-ブチルフェノールの4位がカップリングした化合物(D^・-AH)を二酸化鉛により酸化して三重項種ビラジカル(D^・-A^・)を得た。一方、一電子酸化すると、閉殻構造をもつカナオン(D^+-AH)が調製できた。両者は、スピン多重度の異なる共役酸・塩基の関係にあり、これらの溶液に適当な酸や塩基を加えると、相互変換が吸収スペクトル及びサイクリックボルタムメトリーから観測された。この酸塩基平衡のpK_a値は、置換ビリジンを加えた系での平衡定敷から、アセトニトリル中で約10.5と決定された。従って、このD^+-AHは、フェノールラジカルカナオン(pK_a=1)と通常の置換フェノール(pK_a=1927)の中間の酸性度をもち、ピクリン酸(pK_a=11)と同程度の強酸である。この原因は、熱化学的サイクルによる見積もりから、ビラジカル(D^・-A^・)と双極イオン(D^+-A^-)のエネルギーギャップにあることが示唆された。
社会的信号への選好性の獲得過程と扁桃核の役割：鳥の歌学習をモデルとした研究

ヒトや小鳥のように発声学習をおこなう動物では、親の発話やさえずりといった学習の対象となる音声に、選好的な反応を示すという行動が知られる。本研究は、鳴禽の一種であるジュウシマツを用い、このような音声への選好獲得の機能と神経メカニズムの理解を目指すものである。1年目までに、音源への接近行動を指標として選好を測定する実験系を確立した。2年目はそれに加え、呈示した歌に対して被験体がどのような発声行動で反応したかを解析した。すると、歌への鳴き返しの頻度が、性成熟(約100日齢)前後で変化することがわかった。一連の実験では師匠(手本の歌をうたう成鳥)の歌と新奇な歌とを呈示し、師匠の歌に対する行動の相対的な頻度を調べた。性成熟以降は、新奇な歌に対して地鳴きや歌を発する頻度が高かったが、性成熟以前には一貫した傾向がみられなかった。また、このような行動に発達初期の社会的環境が及ぼす影響を検討した。父親以外のオスの成鳥を歌の師匠とし、師匠と接触できる時間を限定して幼鳥を育てた。歌と選好の発達を調べた結果、師匠が父親であっても非血縁個体であっても、幼鳥は同程度に歌をまねることができた。しかし、選好テストでの行動には群間で差がみられ、非血縁個体から時間を限定して歌を学んだ鳥は、性成熟を境にした発声行動の変化が不明瞭であった。この結果は、発声学習に使われる音声の記憶と、発達初期に社会的信号として刷り込まれる音声の記憶とは、独立したものである可能性を支持する。これらの研究成果について、2件の国内学会および1件の国際学会において発表をおこなった。さらに、師匠の歌への特異的な行動の形成・表出に必要な脳領域を調べるため、哺乳類の扁桃体に相当する神経核の損傷実験を開始した。まずは、すでに父親歌への選好が形成された成鳥3羽を対象に神経核を薬理損傷し、現在その行動を解析中である。研究全体を、以下ACの実験で構成する予定で計画を立てた。A:歌の選好の機能について検討する行動実験、B:選好の神経メカニズムを調べるための脳損傷実験、C:幼鳥が師匠の歌を聴いている最中の神経活動を調べる神経生理実験。このうち、12年目にはAおよびBを完了するのが当初の計画であった。1年目におこなったAの実験結果を踏まえ、歌の選好の機能を知るうえで行動レベルでのより詳細な検討が必要と判断した。そのため2年目に、実施済みの実験について解析を追加し、幼鳥期の社会的環境を操作する実験を新たにおこなった。具体的には、これまで音声呈示スピーカーへの接近行動のみによって歌への選好を評価していたが、歌が呈示された際の発声行動にも解析の対象を広げた。これにより、過去の研究に比べて、頑健性および生態学的妥当性の高い指標による行動の分析が可能になったと考えられる。その結果として、歌に対する反応が発達によってどのように変化するかを、より詳細に調べることができた。さらに、幼鳥と手本をうたう成鳥(歌の師匠)との血縁関係や接触時間を操作することによって、歌の発声学習と選好の形成とでは、必要となる社会的条件が異なる可能性が示された。これらの成果は、国内外の学会で発表し、他の研究者から有意義な意見をもらうことができた。しかし、上記の解析・実験の追加に伴って、論文化に到達しておらず、Bの脳損傷実験が実施途中となっている。これらの点では当初の計画からやや遅れているため、最終年度に取り組んでいく。最終年度は脳損傷実験を継続し、哺乳類の扁桃体に相当する脳部位の損傷によって、歌への選好の表出が妨げられるかどうかを調べる。前年度から個体数を増やして統計的な分析がおこなえるようにし、組織学的な解析によって損傷の程度と行動の変化の関係も検討する予定である。現在までは、成鳥を対象に選好の表出について調べているが、最終的には選好の獲得について調べるのが目標である。幼鳥が師匠の歌を記憶する前に特定の脳部位を薬理損傷し、そのあとに聴いた歌に対しては選好がどの程度獲得されるかを確認する。また、前年度までに得られた行動実験の結果について論文をまとめて英文誌に投稿し、脳損傷実験の結果についても国内外の学会で発表する予定である。ヒトや鳴禽(小鳥)のように、聞いた音を自ら発する学習をおこなう動物では、親の発話やさえずりといった、学習の対象となる音声に選好的な反応を示す現象が知られる。本研究は、鳴禽の一種であるジュウシマツを用い、このような学習対象となる音声への選好について、機能および神経メカニズムの理解を目指すものである。初年度は主として、「幼鳥が学ぶ歌に対して選好をもつことは、歌学習において機能的な意義をもつ」という仮説を検証する実験に取り組んだ。まず、父親の歌を聴いて育ったオスの幼鳥を対象とし、スピーカーから再生した歌への接近行動によって歌への選好を測定した。歌の学習が始まる約40日齢から、歌が完成し成鳥となった200日齢すぎまで、ジュウシマツのオスは一貫して父親の歌に接近行動を示すことがわかった。

さらに、父親から歌を学ばせるのではなく、時期を限定して血縁のない成鳥(歌の師匠)と同居させる手続きによって幼鳥に歌を学ばせると、最終的に学習した歌の完成度(師匠の歌との類似度)にばらつきが生じた。そこで、歌に含まれる音の要素数にもとづいて歌の完成度を定量化し、師匠歌への選好との関係を調べた。その結果、約60日齢における師匠歌への接近時間と歌の完成度に正の相関がみられることがわかった。この日齢は、手本の歌の記憶が形成されつつある時期と考えられている。一方、歌が完成に近づいた約120日齢での選好と歌の完成度には有意な相関がみられなかった。これは、師匠の歌に選好をもつことが歌学習において機能している可能性を示唆する。この仮説の検証には、さらなる実験が必要となるが、選好と学習との関係を調べることは、当該研究分野でも新奇な試みである。以上の研究成果および今後の研究計画について、2件の国内学会で発表した。研究全体を、以下ACの実験で構成する予定で計画を立てた。A:歌の選好の機能について検討する行動実験、B:選好の神経メカニズムを調べるために脳損傷を施した個体での行動実験、C:幼鳥が師匠の歌を聴いている最中の神経活動を調べる神経生理実験。これらのうち初年度は、Aを実施し、BとCの準備を進める計画であり、研究の進捗状況はおおむね当初の計画通りであった。まず、歌の選好の測定に必要な行動実験系を立ち上げ、ジュウシマツを使っていくつかの歌発達段階における選好を調べた。それらの選好の程度と、最終的に学習された歌の完成度との関係を分析した結果、学習の手本を記憶する時期にみられた選好と、歌の完成度との間に正の相関がみられた。神経メカニズムについては、哺乳類と鳥類との比較解剖学的研究にもとづき、選好の形成および表出には扁桃核(哺乳類の扁桃体に相当)という脳部位が重要であるという仮説を立てていた。初年度はAの行動実験と並行して、扁桃核を薬理的に損傷する技術を習得し、数個体でパイロット実験を実施した。現在、それらの個体が示した師匠歌への選好、学習された歌、および脳損傷の状態を解析している途中である。また、今後の実験のために、神経活動に依存して発現する遺伝子の産物を用いて、歌を聴いたときに活動した脳部位と活動した細胞の数を調べる組織学的手法も習得した。ヒトや小鳥のように発声学習をおこなう動物では、親の発話やさえずりといった学習の対象となる音声に、選好的な反応を示すという行動が知られる。本研究は、鳴禽の一種であるジュウシマツを用い、このような音声への選好獲得の機能と神経メカニズムの理解を目指すものである。1年目までに、音源への接近行動を指標として選好を測定する実験系を確立した。2年目はそれに加え、呈示した歌に対して被験体がどのような発声行動で反応したかを解析した。すると、歌への鳴き返しの頻度が、性成熟(約100日齢)前後で変化することがわかった。一連の実験では師匠(手本の歌をうたう成鳥)の歌と新奇な歌とを呈示し、師匠の歌に対する行動の相対的な頻度を調べた。性成熟以降は、新奇な歌に対して地鳴きや歌を発する頻度が高かったが、性成熟以前には一貫した傾向がみられなかった。また、このような行動に発達初期の社会的環境が及ぼす影響を検討した。父親以外のオスの成鳥を歌の師匠とし、師匠と接触できる時間を限定して幼鳥を育てた。歌と選好の発達を調べた結果、師匠が父親であっても非血縁個体であっても、幼鳥は同程度に歌をまねることができた。しかし、選好テストでの行動には群間で差がみられ、非血縁個体から時間を限定して歌を学んだ鳥は、性成熟を境にした発声行動の変化が不明瞭であった。
成果主義人事がもたらす時間と空間を共有しない働き方の研究

成果主義の進展に伴い、評価の対象が時間から仕事の結果へとシフトしてきている。この場合、時間とは、長期的には勤続年数、短期的には仕事の遂行に費やした時間の双方を含んでいる。貢献と報酬の清算期間が短期化してきており、評価における時間の重要度は相対的に低下しつつある。また、成果主義の考え方と一致した人事施策として注目が高まってきている裁量労働制のもとでは、時間のみならず仕事の場という空間への制約も弱めることが可能である。しかし、現実には裁量労働適用者の多くは通常勤務者と同様に出社しているし、フレックスタイム制を廃止する企業も出てくるなど、仕事における時間と空間の障壁を打破する動きには一定の方向が確認されない。スタッフ部門を中心にホワイトカラーの時間-行動分析を行った結果、職位が高くなるほど、対人接触時間が増大し、個人作業時間や通信時間の割合が減少しており、時間や空間を共有しなくてもよい自己完結的な仕事をしている人はほとんどみられないことが確認された。これも、対象部署が限定されているとはいえ、時間と空間を共有しない働き方の進展には反する結果である。しかし、仕事生活と仕事を離れた生活を労働者が自律的に設計し、ワーク・ファミリー・バランスを重視した働き方を構築していくことは社会全体の重要な課題でもあり、今後組織が優秀な人材を獲得するためにも必要である。そのためにも、仕事における時間と空間の障壁を克服していくことはやはり不可欠である。職場での一体感や集団討議の強みを維持し、顔を合わせることができないことから生じる仕事の非効率化を抑えながら、この障壁克服を進めるためには、仕事の進め方そのものを再編成しなければならない。再編成のあり方は業種や部門によって異なると考えられるが、それについて何らかの類型化を行うことが今後に残された課題である。従来、仕事は時間と空間を共有して行うものであるとされてきたが、この前提が変化しつつある。そもそも、時間と空間を共有しなければならない最大の原因は仕事が分業による協業によって成立しているからであり、同時にその成立のためには時間、空間を共有する以外は考えられなかったからである。しかし、昨今、時間的、空間的制約は徐々に取り除かれ始めている。第1に、技術の発展があげられる。通信技術等の発展は、異空間に存在する協業者があたかも同一空間にいるかの如くコミュニケーションをとることを可能としてきている。また、データ処理技術の向上は協業者間における時間、空間が異なる情報共有を可能としてきている。第2に成果主義の進展がある。年功主義的労務管理とは異なり、成果主義のもとでは、かけた時間が評価に占めるウェイトは少なくなりつつある。その最たる例は裁量労働制である。この変化は労働者が職場で時間を共有しようとする意識を低める方向に機能している。第3に、仕事生活と仕事を離れた生活のバランスが重視され始めたことである。仕事を離れた生活時間を確保するために、職場や通勤に費やす時間を効率的に利用し、仕事生活と仕事を離れた生活のあり方を自律的に設計するようになってきている。この点は欧米ではさらに強く意識されているが、家族で過ごす時間を大切にしたり、仕事と個人生活を切り離して考えるという文化、そのバランス確保のための転職が容易であるという人事管理のあり方等が影響している。一方、スタッフ部門のホワイトカラーに限定して日々の行動について聞き取り調査を行った結果、個人で完結する業務だけを1日のある一定時間に集中させて時間的制約を取り除くことは難しいことがわかった。これはライン部門をサポートするというスタッフ部門の仕事特性上、業務を自らが完全に前もって計画することが困難であるところに由来することが確認された。
小児脳血管障害(MELASを含む)の血管内皮機能に関する研究

神経筋疾患領域での難病ミトコンドリア病は、ミトコンドリアの機能障害を特徴とし、ミトコンドリアDNAの異常に起因する遺伝病である。中でもMELASにみられるミトコンドリアtRNAの点変異は、MELAS以外に進行性外眼筋麻痺(PEO)、家族性特発性心筋症、脳筋症、偏頭痛、急性膵臓炎、小人症、ミトコンドリア糖尿病など多くの疾患、病態で報告されており、本遺伝子異常は、現在では人の遺伝病としては最も頻度の高い疾患と考えられている。本研究の目的は、日本人で一番多いミトコンドリア遺伝子異常症(ミトコンドリアA3243G点変異)の分子病態を、体細胞内分布パターン、およびRNAプロセッシングの異常に着目し、その機能改善を目的としたミトコンドリア融合療法、プロセッシング酵素補充療法、細胞融合による遺伝子導入療法を試み、その機能改善、根本治療につながる遺伝子治療の試みを行う事である。始めに同じ点変異を有しながら異なる病型を示す疾患に焦点を当てそのGenotype-phenotype相関を検討した。また、点変異を有するミトコンドリア病の細胞モデルに関し、長期培養を試みた。ミトコンドリア病は、真核細胞でのエネルギー合成の中心であるミトコンドリアの機能障害を特徴とし、ミトコンドリアDNAの異常に起因する遺伝病である。ミトコンドリア病における臨床的多様性が、どのような機序でおこるのか、ミトコンドリアRNAの臓器特異性が存在しそれが臨床的多様性を修飾し得るのかに関しては、未だ報告がない。異なった遺伝子異常を持つ患者細胞間で、相補性があるのかを検討する事が遺伝子治療を考える上で重要と考えられるが、現時点では、患者の分子病態を解明する事が先決である。今回の研究では、個々の患者の遺伝子異常と病型の多様性に関し検討した。その結果、ミトコンドリアRNAのプロセッシングに臓器特異性が存在することを突き止め報告中である(submitted)。このことは、ミトコンドリアtRNAの異常症の分子病態を解明する上で、電子伝達系機能低下はタンパク合成におけるtRNA機能不全とRNAのプロセッシング異常の両面からアプローチしなけれべならないことを示している。また、RNA19分画における異常tRNA含量は、DNAの異常tRNA含量に比べて明らかに高く、異常tRNA配列がプロセッシング出来にくい事を直接証明し報告した(Ann Neurol 1998 43:835)。Leigh3243、MELAS3243、PEO3243、DM3243では、点変異の体細胞内分布の違いが病型完成に深く関わっている事が考えられた。しかし、その遺伝子異常と病型発現を解明する病態生理に関しては未だ不明の点が多く、今後DNA、RNA、酵素活性などの機能検索と、元来臓器別に異なると考えられる各種遺伝子発現機構の関係を重点に研究をすすめていく必要がある。
懐かしさを活用した生きがいの維持・向上‐元気高齢者と虚弱高齢者への支援‐

元気高齢者がボランティアとして回想法スクールの運営に携わり、虚弱高齢者が回想法スクールに参加することで、双方の生きがい感の維持・向上を目指した地域作りに取り組んだ。その結果、元気高齢者の充実感や満足感が得られ高い生きがい感が維持できた。グループ回想法参加者77名の生きがい感は若干ではあるが上昇し、閉じこもりがちな高齢者の社会との繋がりが取り戻せた。さらに、この取り組みで認知症サポーターが安心して活動に取り組める仕組みが提案できた。回想法の認知度を2303件の高齢者福祉施設・機関に調査した結果、回想法の技法を「知っている」と答えたのは全体の62.9%で十分に認知されていことが明確になった。加東市地域包括支援センターと連携し市内9か所で回想法スクールを開催した。その際、地域の元気高齢者が回想法スクールの運営を担い、民生委員の協力を得て閉じこもり高齢者にも参加してもらうだけでなく、グループホームの入所者にも参加してもらった。その結果、回を重ねるごとに閉じこもり高齢者の拒否が無くなり笑顔で自主的に参加するように変化した。さらに、グループホーム入所者も地域住民に混じってグループ回想法に参加し笑顔で過ごす時間が増えた。回想法スクール参加前後に調査を実施した合計77名(男性22名・女性55名。平均年齢±標準偏差78.6±6.5歳)の生きがい感スケール(K-1式)の結果は、回想法スクール参加前が平均値±標準偏差23.4±5.5点で、参加後が24.6±5.5点なっており、回想法スクールの参加によって生きがい感得点が上昇していた。そして、回想法スクールを運営している元気高齢者の生きがい感は平均得点±標準偏差で27.1±4.3点で生きがい感が低い高齢者は一人もいなかった。さらに、市内2か所のグループホーム内で定期的なグループ回想法を行い、元気高齢者のボランティアによる運営で、認知症高齢者の周辺症状が軽減するなどの効果が確認できた。稲美町、尾道市では社会福祉協議会と連携し、元気高齢者の回想法ボランティア養成講座を開催し、回想法を活用した地域つくりに向けての継続支援を行った。さらに、回想法普及に向けた活動として福祉施設職員や地域住民を対象にした回想法の講座を数回開催した。一方で回想法の認知度を調査する目的で、日本全国の高齢者福祉施設・事業所と地域包括支援センター・社会福祉協議会を各県から50か所無作為抽出し、合計2350件に対して往復はがきによるアンケート調査を2014年1月3月の期間で実施した。その結果については、現在データの入力作業中である。1.グループ回想法の実践については、特別養護老人ホーム入所者へのグループ回想法を毎月1回開催し、その介入効果を確認した。その結果、調理の動作を通して、重度認知症高齢者の精神的安定が図れるなどの効果が確認でき、ほとんど言葉を発しなくなっていた認知症高齢者から、発語が聞かれ意思疎通が図れるなどの変化が確認できた。さらに、グループホーム入所者へのグループ回想法を毎月1回開催すると同時に、グループホーム内において昔の映像を活用したオープングループ形式の回想法を実施し、その介入効果を確認した。その結果、周辺症状として帰宅願望があった利用者の訴えがなくなるなど、周辺症状の軽減に効果が確認できた。2.継続支援として、地域の元気高齢者へのグループ回想法修了者の同窓会を34ヶ月に1回開催し、社会参加支援を継続して実施した。その結果、上昇した生きがい感は維持される傾向がみられた。特別養護老人ホーム入所者への継続支援においても、継続支援を実施したグループのみ上昇した生きがい感が維持されていた。3.回想法の普及活動として、回想法のパンフレットを作成し地域住民(認知症サポーター中心)や福祉現場の職員に、地域包括支援センターや社会福祉協議会と連携し、回想法の講座や回想法実践者養成講座を年に数回開催した。その際のアンケート調査の結果では、講座後に96.8%が回想法の技法を理解し、88.9%が回想法の技法が活用できそうであると答え、87.3%の者のコミュニケーションの自信が向上しており、65歳以上の参加者の生きがい感は上昇している者が多かった。これらのことから、回想法の技法を活用した地域づくりを目指す仕組みを整理して示した。回想法を活用した地域作りを、地域包括支援センター・社会福祉協議会と連携して、加東市・尾道市で継続的に実施するとともに、新たに川西市において地域作りに向けて回想法実践者養成講座を開催した。加東市では、市内3か所目となるグループホームでのグループ回想法の導入支援を行い、元気高齢者のエンパワメントを活用したグループ回想法の導入が実現した。その中の1か所のグループホームで、グループ回想法導入による効果を測定した。

その結果、入居者8名のベンダー観察記録表の評価は、全ての項目で1回目よりも9回目に得点が上昇しており、N-ADL・NMスケールの評価は導入後に多くの項目で得点が上昇していた。さらに、入居者の状況から回を重ねるごとに、生き生きした表情で他入居者との相互交流が自然に図れるように変化することが示された。さらに、介護職員9名への評価を実施した結果、グループ回想法導入前後の回想法リーダーチェックリストの得点は、導入後に上昇している項目が多く、実際に回想法を運営したことで「できた」と意識できた項目が多かったことが確認できた。さらに、入居者の笑顔がひき出せ、家族から感謝の言葉をもらい、介護職員のやりがいや成功体験につながることが明らかになった。一方で、2013年12月2014年2月にかけて日本全国の地域包括支援センター、社会福祉協議会、介護老人保健施設、一般型特定施設入居者生活介護、介護老人福祉施設、認知症対応型共同生活介護、通所介護・リハビリの合計7種類の施設・機関2303件を対象に回想法に関する意識を明らかにすることを目的にアンケート調査を実施した。その結果、有効回答率は69.5%で回想法の技法を「知っている」と答えたのは62.9%にのぼっており、施設・機関によって認知度に差があることが明確になった。ゼミのホームページに回想法研究の実績などについて紹介している。社会福祉学本研究では元気高齢者のエンパワメントを活用して、元気高齢者が回想法スクールの運営を担い、虚弱高齢者への回想法スクールを運営することを通して、元気高齢者・虚弱高齢者共に生きがい感が向上していくことを目指している。その中で今年度は、元気高齢者が回想法のボランティアとして活動できる環境整備に取り組み、地域の中で回想法スクールを通したボランティア活動が実践できるようになった。このことを通して、回想法を実践する元気高齢者と回想法スクールに参加した高齢者の生きがい感の変化が確認できた。さらに、当初の予定よりも対象件数を増やして回想法の認知度調査も実施できた。本研究は、応募者が取り組んできた地域に在住する元気高齢者を対象としたグループ回想法で新たに形成された人間関係を活かし、回想法実践者として、虚弱高齢者への個別回想法ボランティアが実施できるよう支援を展開し、長期的にサポートする中で生きがい感の変化を確認することを目的としていた。その結果、元気高齢者が回想法スクールに参加したことで生きがい感が上昇する傾向が確認でき、その後、地域回想法リーダー養成講座を受講したことで、さらに生きがい感が上昇する傾向が確認できた。これらのことから、元気高齢者の力を活用した地域作りにおいて回想法が活用できることが確認でき、その具体的方法が提案できた。一方、特別養護老人ホームで入所生活を送る虚弱高齢者を対象としたグループ回想法では、生きがい感に影響を与える以外に、認知機能や日常生活動作の改善が示され、認知症の周辺症状の軽減に効果があることが明確になったことから、継続した支援を展開し長期的にその効果を検証した結果、継続支援を提供したグループのみに生きがい感の維持・向上が確認できた。
カルニチンによる脳神経細胞保護作用とそのメカニズムに関する研究

本研究は、食品栄養としてのカルニチンによる加齢を含めた脳機能疾患に対する脳神経細胞死の予防や機能改善効果、おおよびそのメカニズムを明らかにすることを目的とした。17年度には、カルニチンがラット胎児の大脳皮質から調製した神経細胞において低酸素・低グルコースに暴露したときの細胞死抑制効果を有すること、その効果が濃度依存的であることを見いだした。さらに18年度ではカルニチンは脳虚血後の脳機能回復に有益な効果を有することが老齢ラット海馬スライスを用いた電気生理が実験で明らかとなった。人工脳脊髄液から酸素とグルコースを除いて海馬を10分間虚血状態に暴露するとCA1領域で記録している集合電位が消失する。虚血状態を解除すると信号が回復するが、カルニチンをあらかじめ還流した海馬スライス、あるいはカルニチンを長期投与したラットの海馬では回復が対象群より2.5から3倍、速やかに起こること、その回復率が増加した。カルニチンの脳機能への効果を検討する中で、我々は当初、カルニチン投与によって老齢ラットの脳の広範な部位でBDNFレベルが増加している結果を得た。しかしながら、低酸素・低グルコースにおける老齢ラット海馬のBDNFレベルを測定したところ、必ずしも虚血およびカルニチン投与によって同神経栄養因子のレベルに変化が認められなかった。改善効果は少なくともBDNFの発現を誘導することで発揮されているのではないことが示唆された。虚血や酸化ストレスといった脳障害時にストレスタンパク質の発現が誘導され障害に対する脳保護作用を発揮することが多くの研究で示されている。そこで、熱ショックタンパク質のHSP70,HO-1,小胞体シャペロンのGRP78,また抗アポトーシスタンパク質のBcl-2の発現変化をwestern blotで解析したところカルニチンによってHSP70、GRP78、Bcl-2に発現変化が認められた。食品栄養としてのカルニチンによる脳機能加齢低下の予防・改善、虚血性脳疾患による神経細胞死の予防や治療への効果とメカニズムを明らかにすることを目的としている。平成17年度はラット胎児大脳皮質より調製した初代培養神経細胞を用いるモデル実験系で、脳虚血による神経細胞傷害とそれに対するカルニチンの作用の特性を明らかした。ラット胎児(胎生18日)大脳皮質から神経細胞を調製し、defined Hormone mixtureを含むMEM/F12メディウムで培養した。培養3日目以降は、2%のFBSを含むMEM/F12(+defined Hormone Mixture)メディウムで培養し、虚血を模した低グルコース・低酸素状態に暴露する3日前から培地に10μMあるいは100μMのアセチル-L-カルニチン(ALCAR)を添加した。培養14日目に、それぞれのウェルにN_2ガスをバブリングしたグルコースを含まないKrebs-Ringer solutionを加え、滅菌したアルミ製のバットを被せN_2インキュベーター(95%N_2,5%CO_2)内でインキュベートした。2時間から6時間のインキュベーション後、メディウムを再び2%FBSを含むMEM/F12に交換し、CO_2インキュベーターにてさらに24時間インキュベートした。この低グルコース・低酸素状態における細胞生存率をWST-8テスト、および、抗MAP2抗体と抗GFAP抗体で染色し生存細胞数をカウントして求めた。その結果、神経細胞を2時間の低酸素・低グルコース状態に曝すと神経細胞生存率が20%減少した。培養メディウムにALCARを添加することにより低酸素・低グルコース条件下での神経細胞の生存率を10μM ALCARで91%、100μMALCARで97%と濃度依存的に上昇させた。

18年度はALCARによる脳虚血時の神経細胞保護作用のメカニズムの一端を明らかにしたい。本研究は、食品栄養としてのカルニチンによる加齢を含めた脳機能疾患に対する脳神経細胞死の予防や機能改善効果、おおよびそのメカニズムを明らかにすることを目的とした。17年度には、カルニチンがラット胎児の大脳皮質から調製した神経細胞において低酸素・低グルコースに暴露したときの細胞死抑制効果を有すること、その効果が濃度依存的であることを見いだした。さらに18年度ではカルニチンは脳虚血後の脳機能回復に有益な効果を有することが老齢ラット海馬スライスを用いた電気生理が実験で明らかとなった。人工脳脊髄液から酸素とグルコースを除いて海馬を10分間虚血状態に暴露するとCA1領域で記録している集合電位が消失する。虚血状態を解除すると信号が回復するが、カルニチンをあらかじめ還流した海馬スライス、あるいはカルニチンを長期投与したラットの海馬では回復が対象群より2.5から3倍、速やかに起こること、その回復率が増加した。カルニチンの脳機能への効果を検討する中で、我々は当初、カルニチン投与によって老齢ラットの脳の広範な部位でBDNFレベルが増加している結果を得た。しかしながら、低酸素・低グルコースにおける老齢ラット海馬のBDNFレベルを測定したところ、必ずしも虚血およびカルニチン投与によって同神経栄養因子のレベルに変化が認められなかった。改善効果は少なくともBDNFの発現を誘導することで発揮されているのではないことが示唆された。虚血や酸化ストレスといった脳障害時にストレスタンパク質の発現が誘導され障害に対する脳保護作用を発揮することが多くの研究で示されている。そこで、熱ショックタンパク質のHSP70,HO-1,小胞体シャペロンのGRP78,また抗アポトーシスタンパク質のBcl-2の発現変化をwestern blotで解析したところカルニチンによってHSP70、GRP78、Bcl-2に発現変化が認められた。
進化型計算における新たな適応度景観予測手法の提案

本年度は,まず進化型計算のdeep learningへの適用研究について検討をした.研究計画通り,階層構造によるネットワークの表現を用いた構造最適化手法についても検討し,学習コストの観点から実現可能性を検討した.また,初年度から続けているP3-DIIの研究について実応用のためのアルゴリズムの並列化に関する研究に取り組んだ.並列化手法の実現について,いくつかのアイディアを検討し,そのうちの1つである島モデル型の手法を実装した.この手法についてベンチマーク問題を用いて従来手法と比較検討することにより,計算を効率化することが可能な上,本来P3がもつ探索性能も維持できるという有用性を示した.続いて,多目的最適化のためのパレートフロント推定手法として,ベジエ単体を用いた近似手法に対して確率モデルを導入することにより,ノイズがある解集合を効率的に利用する手法を提案した.ベンチマーク問題を用いた数値実験により,従来手法と比べて良い性能であることを示し,その有用性を発表した.さらに,昨年から引き続き行っていた遺伝的プログラミングの新しい手法について,オープンソースとして一般に公開をするため,手法を整理し再構築した..その他の研究として,前述のdeep learningを実問題へ適用する際に,入力に欠測が起こりうる場合における,効率的な学習法を提案し有効性を示した.加えて,理論的に解析をしたことにより,学習時の理想的な代入値を導くことに成功し,さらにその推定手法も提案することにより,提案手法の応用範囲を拡大した.これにより,多くの実問題に対応することが可能となった.一方で,理論値を導いた際に問題に対していくつかの仮定を置いたため,その仮定を満たさない状況下における代入値に関する議論は今後の課題となっている.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の初めは研究計画通り,劣個体数分布の推定手法について解析実験をし,改良の余地を検討した.その結果,分布推定のモデルを拡張することにより,推定コストを削減することが可能な手法へと改良した.さらに,実問題への適用のために,実数値最適化のための手法,CMA-ESにRSEモデルを導入し適応度景観を予測し,適応度評価にコストがかかる問題に対して最適化コストを抑える手法を提案した.さらに,実数値空間において,入力変数のスケーリングがSVMの推定精度に大きく影響を与えることが明らかとなり,これを解決するために,探索状況に合わせたスケーリング手法を提案した.本年度後半では,構造最適化等のより幅広い最適化問題へのアプローチとして,遺伝的プログラミング(Genetic Programming: GP)の新しい手法の開発に着手した.結果,進化型計算における重要な課題の一つである,有望な部分解の保存とそれらの部分解の効率的な組合せを実現し,ユーザーが設定する可調整パラメータの削減の問題を解決する手法としてMLPS-GPを提案した.まず初めに,GPの研究分野でよく用いられるBoolean問題に対して,その有用性を示した.その他に,進化型計算の実問題への応用として,進化型計算を用いた音楽の自動生成システムの開発に参加し,主に進化型計算によるメロディの探索とユーザーの評価推定に取組み,このシステムを提案した.また,deep learningのハイパーパラメータサーチに進化型計算を導入する研究にも従事し,これを用いた絵本システムを提案した.今年度は劣個体分布に基づく手法の改良,実数値問題における適応度景観推定手法の提案,遺伝的プログラミングの拡張手法の提案の3種について十分な検討ができた.特に劣個体分布の研究,適応度景観推定手法の研究においては国際学会で発表し,賞を受賞するなど十分に国際的な活動もできた.本年度の初めは,進化型計算のdeep learningへの応用研究に取り組んだ.研究計画通り,surrogate modelをネットワーク評価に適用することにより学習コストを軽減する方針で研究を進めた.これに続けて,転移学習手法を用いてコストを軽減する方針で研究を進め,現在これを継続中である.また,階層構造によるネットワークの表現を用いた構造最適化手法についても検討し,上記の転移学習手法と合わせて新しい手法の提案に向けて調査,研究中である.また,昨年から引き続き行っていた遺伝的プログラミングの新しい手法を提案し,解析をした.こちらは進化型計算における重要な課題の一つである,有望な部分解の保存とそれらの部分解の効率的な組合せを実現し,ユーザーが設定する可調整パラメータの削減の問題を解決する手法であり,こちらは従来に比べ大きく解の表現能力に対する制約を大きく緩和しつつ,探索能力も向上させることができた.一方で,テストに用いた問題の種類が限られていることが指摘され,より幅広い問題への対応について現在取り組んでいる.特に関数同定問題や決定木問題についての有用性の検討を第一として調査,実験を進めている.その他に,進化型計算の実問題への応用として,進化型計算を用いた音楽の自動生成システムの開発に参加し,主に進化型計算によるメロディの探索とユーザーの評価推定に取組んだ.また,深層学習を用いた自然言語処理を用いたレビュー解析の研究にも取り組んだ.今年度は,進化型計算のdeep learningへの応用研究,遺伝的プログラミングの拡張手法の提案を中心として,応用研究も含め十分な検討ができた.特に遺伝的プログラミングの研究においては国際学会で発表,論文誌掲載など成果を公表する活動も積極的にできた.本年度は,まず進化型計算のdeep learningへの適用研究について検討をした.研究計画通り,階層構造によるネットワークの表現を用いた構造最適化手法についても検討し,学習コストの観点から実現可能性を検討した.また,初年度から続けているP3-DIIの研究について実応用のためのアルゴリズムの並列化に関する研究に取り組んだ.

並列化手法の実現について,いくつかのアイディアを検討し,そのうちの1つである島モデル型の手法を実装した.この手法についてベンチマーク問題を用いて従来手法と比較検討することにより,計算を効率化することが可能な上,本来P3がもつ探索性能も維持できるという有用性を示した.続いて,多目的最適化のためのパレートフロント推定手法として,ベジエ単体を用いた近似手法に対して確率モデルを導入することにより,ノイズがある解集合を効率的に利用する手法を提案した.ベンチマーク問題を用いた数値実験により,従来手法と比べて良い性能であることを示し,その有用性を発表した.さらに,昨年から引き続き行っていた遺伝的プログラミングの新しい手法について,オープンソースとして一般に公開をするため,手法を整理し再構築した..その他の研究として,前述のdeep learningを実問題へ適用する際に,入力に欠測が起こりうる場合における,効率的な学習法を提案し有効性を示した.加えて,理論的に解析をしたことにより,学習時の理想的な代入値を導くことに成功し,さらにその推定手法も提案することにより,提案手法の応用範囲を拡大した.これにより,多くの実問題に対応することが可能となった.一方で,理論値を導いた際に問題に対していくつかの仮定を置いたため,その仮定を満たさない状況下における代入値に関する議論は今後の課題となっている.劣個体数分布に関する研究では,今年度の研究成果より推定精度と推定コストのトレードオフの問題が明らかとなったため,これを制御する手法を検討する.またRSEモデルを導入したCMA-ESでは,探索状況に合わせた実評価する解の選択方法が重要であることが明らかになり,制御する手法を検討する. MLPS-GPの研究では,提案手法の各種応用について引き続き検討していく.さらに,新たな試みとして,これらの提案した進化型計算の応用として,近年注目されている深層学習との癒合などについても積極的に検討する予定である.またジャーナルを中心に成果を公表していくことにも重点を置く.MLPS-GPの研究では,提案手法の各種応用について引き続き検討していく.特に,関数同定問題や決定木問題での有用性の検証を中心に研究を行なっていく.深層学習への進化型計算の応用研究に関しても,計算コストを考慮した新たな手法の検討を続けて行なう予定である.また査読付き国際学会,論文誌を中心に成果を公表していくことにも重点を置く.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。