hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小児肥満におけるグレリンおよびグレリン受容体遺伝子多型と食行動習慣の関連解析

小児肥満と摂食行動やエネルギー代謝を調節するホルモンの遺伝子、グレリン遺伝子およびグレリン受容体遺伝子について関連を解析した。小児肥満の出現率とグレリン遺伝子多型の関連を調査した結果、グレリン遺伝子プロモータ領域の多型g.-501C>A (rs26802)のジェノタイプAAは小児肥満の危険因子であることが示唆された(オッズ比14.05 [95%信頼区間5.76-34.28, p<0.001])。グレリン受容体遺伝子多型は小児肥満との相関は認められなかった。グレリン遺伝子多型およびその受容体遺伝子多型は小児肥満における血清脂質、インスリン抵抗性、糖尿病合併におよぼす影響は少ないと考えられた。2.食餌性肥満マウスの動物実験にてグレリン血中濃度を測定した。高脂肪負荷食餌にて肥満モデルマウスを作成した。αグルコシダーゼ阻害剤の投与にて血中活性化型グレリン値に有意な変化は起こらなかった。血中のグレリンだけでは全身のエネルギーバランスを推測することは困難と考えられた。αグルコシダーゼ阻害剤の投与で、体重減少、インスリン抵抗性の改善(HOMA-Rの減少)、酸素消費量の増加が観察された。食餌量は投与群と非投与群で差がなかった。αGIによる褐色脂肪細胞のUncoupling protein-1(UCP1)、PPAR-γCoactivator-1a(PGC1a)の増加が認められた。αグルコシダーゼ阻害剤で褐色脂肪細胞の熱産生が増加することが分かった。1.グレリン遺伝子およびグレリン受容体遺伝子と小児肥満の食行動・代謝について関連性があるかどうかを検討する研究を進めている。グレリン遺伝子およびグレリン受容体遺伝子の遺伝子多型解析(SNP解析)に必要なプライマーおよびプローべのデザインを行った。Ghrelin遺伝子については、海外の先行研究に照らし合わせて、解析すべきSNP数を5か所にした(rs27647, rs26802, rs696217, rs4684677, rs356839)。グレリン受容体遺伝子(GHSR-1a)については、解析すべきSNP数を4か所に設定した(rs2232165, rs495225, rs2232169, rs572169)。現在症例数が30症例集積されたため、解析を開始した。呼気ガス分析装置で小児肥満患者の安静時基礎代謝率の計測し、遺伝子多型との相関を解析途中である。体格、体脂肪量、骨格筋量、血糖・血清脂質・インスリンなどの代謝パラメーターの測定を測定している。2.肥満モデルマウスで血中グレリンを測定し、血中グレリンの意義を確かめた。肥満マウスにαグルコシダーゼ阻害剤を投与すると、肥満改善効果が見られたが血中グレリンに有意な変化は起こらなかった。血中グレリン値だけでは、代謝エネルギーバランスを推測するのは難しいことが予想された。ヒトにおいてはグレリン遺伝子のプロモータ活性やグレリン受容体の安定性に関連するSNPsに注目すべきと考えられた。小児肥満SNPs解析に使用してるTaqman Genotyping法(リアルタイムPCR)については、解析手技は安定した結果が得られている。データの再現性のあることも確認した。解析症例をふやす方針には変わりない。食行動のアンケートについては、DEBQ(Dutch Eating Behavior Questionnaire)が簡便で小児への応用にも優れていることを何例かの症例で確認した。今後も症例数を増やす方針である。オッズ比を算出するための正常対照者の検体およびデータ提供が必要である。現段階で本研究に協力していただいた小児肥満症例は30症例あまりであり、統計解析に必要な症例数には達してない。食行動解析に使用するアンケート様式は当初坂田式食行動調査票を使うことを考えたが、坂田式は成人によい適応があるが、小児に適切かどうか検討の余地がある。DEBQ(Dutch Eating Behaviour Questionnaire)という食行動調査票があることが知られているが、海外では小児の食行動の解析にしばしば使われている。日本語訳されたものもあるので、この方法も併用して評価を行う必要がある。集積した症例の多くは、小学校高学年から中学生であった。変異SNPをもつことによって遺伝的な肥満体質、肥満につながりやすい食行動の性質を明らかにする必要がある。そのため正常対照の募集が必須と考えられる(オッズ比の算出)。正常対照を含めた全体の症例数を増300名程度に増やすべく自治体の教育委員会に研究参加者の募集許可を求めている段階である。症例数を増やすべく、連携医療機関に対するアンケート調査を企画している段階である。

また、自治体の教育委員会に働きかけ、本研究に協力していただける学校を探している。グレリン受容体遺伝子多型の解析のための複数のTaqmanプローベをまだ作成していないので予算に余剰が出たものと考える。また、肥満の指標と云われているアディポネクチンや消化管ホルモン(GLP1)の測定をまだ行っていないので、予算に余剰がでたものと考える。グレリン受容体遺伝子多型の解析のための複数のTaqmanプローベの作成費を計上する。DEBQ調査票のアンケート用紙の作成費・印刷費を計上する。グレリンやGLP1、アディポネクチンといったホルモン測定キット(ELISA)の購入の費用に充当する予定である。Taqman Genotyping法で、グレリン(Ghrelin)遺伝子とグレリン受容体(GHSR-1a)遺伝子のSNP解析を行うため、血液DNA採取の費用やリアルタイムPCR用の試薬の購入費用を計上する。血中パラメータの測定費用も必要である。小児肥満の検体を集めるために連携医療機関や近隣の自治体教育委員会に協力を求めるため、アンケート形式で協力体制について郵便で回答を求める。このため、印刷費・通信費を計上する。
昆虫のナビゲーションにおける方向選択の神経基盤の解明

多くの昆虫は「経路積算」に基づいたナビゲーション行動を示す。経路積算を実現するためには自らの移動した方向と距離を統合し、次に進む方向を決定する必要があるが、そのメカニズムは明らかになっていない。多くの昆虫は天空の偏光パターンから方向を検出するが、その情報は脳の中心複合体で処理される。本研究では、コオロギの偏光定位行動と罰学習を組み合わせた新たな実験パラダイムにより、特定のe-ベクトル方向への定位を学習する際の中心複合体偏光感受性ニューロンの応答変化を調査し、ナビゲーションに関わる方向選択の神経基盤を明らかにすることを目的とする。
鋼コンクリート合成構造における目視困難箇所の点検技術の開発と構造性能評価への応用

非破壊試験による合成構造の内部損傷評価手法を構築するため,加振器を用いた強制加振試験の適用性を検討した.実験による基礎検討では,SRCはり供試体を作製して静的載荷試験を行った.段階的な載荷ステップごとに強制加振試験を行い,振動試験データと曲げひび割れおよび鉄骨とコンクリートの付着状態との関係を整理した.その結果,加振器を用いてはり供試体の局所的な振動を励起することができ,共振周波数の低下に着目して,外観変状には表れないSRC構造内部の鉄骨とコンクリートの付着損失の範囲を同定できる可能性が示唆された.本研究課題は,鋼コンクリート合成構造を対象として,地震や経年劣化による損傷を非破壊試験によって早期に発見し,点検データを基にして構造性能を再評価する手法を構築するものである.本研究は大きく分けて,(1)合成構造における目視困難箇所の点検技術の開発と,(2)劣化・損傷を考慮したFEMによる合成構造の構造性能評価法の構築,を検討する.平成25年度は特に(1)について重点的に検討を進めた.合成構造を模擬して,底面を鋼板および繊維シートで補強したRCはり供試体を作製した.これらの供試体に対して,載荷による曲げひび割れの導入,および電気腐食による引張鉄筋の腐食を促進させた.段階的な損傷レベルごとに加振器を用いた供試体の振動試験を行い,共振周波数の低下に着目して劣化・損傷を検知できる可能性が示唆された.特に,提案技術は,鋼板や繊維シートに覆われて目視できないコンクリート内部の曲げひび割れや腐食ひび割れの調査が可能になるなど,目視困難箇所の点検への応用が期待される.さらに,鋼板や繊維シートで補強した場合には,腐食による鉄筋の断面欠損以上に耐荷力が低下することが示された.これは,鉄筋腐食によってかぶりコンクリートにひび割れが分散し,コンクリートと補強材の付着強度が低下するためと考えられる.すなわち,単に鋼材の腐食欠損量のみを考慮しても,経年劣化した合成構造の構造性能は評価できず,鋼とコンクリートの一体性が失われることによって大きく性能低下することが示唆された.今年度の研究によって,目視困難箇所の点検技術の基盤を築くことができ,また経年劣化した合成構造の構造性能評価の重要性を示すことができた.本研究課題は,鋼コンクリート合成構造を対象として,地震や経年劣化によって生じる構造物内部の損傷を非破壊試験によって早期に発見し,この点検データを基にして構造性能や安全性を再評価する手法を提案するものである.本研究は大きく分けて,(1)合成構造における目視困難箇所の点検技術の開発と,(2)劣化・損傷を考慮したFEMによる合成構造の構造性能評価法および安全性評価法を検討する.以下にそれぞれの研究実績の概要を示す.(1)点検技術の開発これまでに加振器を用いた振動試験方法を提示した.提案手法は,構造物の局所的な共振を励起し,共振周波数の低下に着目して構造物内部の劣化・損傷を捉えるものである.これまでにSRC構造やCFT構造,ポータルラーメン構造の供試体を作製し,載荷試験によって導入したひび割れの損傷同定を試みた.その結果,SRC構造やポータルラーメン構造に対して提案手法の適用性を確認することができた.既存技術では難しかった合成構造内部の点検・調査が可能になるなど,研究成果を示すことができた.一方,CFT構造については早期に鋼管と充填コンクリートの付着損失が生じるため,この方法では充填コンクリートの損傷同定を行うことは困難であった.(2)構造性能評価材料劣化が生じたRC部材のせん断耐力算定式を提示し,実験データに対する算定式の精度を明らかにした.また,上記(1)の点検技術についても現場試験データを統計処理して測定精度を明らかにした.これらの点検と評価のばらつきを考慮して,構造物の破壊確率算定フローを示した.そして,凍害を受けたRC構造物を仮定して,損傷レベルと破壊確率の関係について試算例を示した.計画段階では提案する振動試験法の基礎特性や本質を十分に理解していなかったため,予想通りの結果にならなかったものや,あるいは見通し以上の成果も得られた.この予想外の研究成果の幾つかは,既存技術によって達成できない新たな知を創造していることから,本研究の進捗は当初の計画以上に進展していると評価した.本研究課題は,鋼コンクリート合成構造を対象として,地震や経年劣化によって生じる構造物内部の損傷を非破壊試験によって早期に発見し,この点検データを基にして構造性能や安全性を再評価する手法を提案するものである.本研究は大きく分けて,(1)合成構造における目視困難箇所の点検技術の開発と,(2)劣化・損傷を考慮したFEMによる合成構造の構造性能評価法および安全性評価法を検討する.以下にそれぞれの研究実績の概要を示す.(1)点検技術の開発これまでに動電式加振器を用いた振動試験方法を提示した.提案技術は,構造物の局所的な共振を励起し,共振周波数(剛性)の低下に着目して構造物内部や背面側の損傷を捉えるものである(以下,局所振動試験).これまでにSRC構造を模したはり供試体を作製し,曲げ載荷試験を行った.段階的な荷重レベルごとに局所振動試験を行ったところ,共振周波数の低下に着目して,曲げひび割れや鋼コンクリート付着損失を検知できる可能性が示唆された.合成構造では鋼コンクリートの一体化を前提とした構造解析もある.これに対して,提案技術は外観変状に表れない構造物内部の鋼コンクリートの付着損失を捉えられることができ,既存技術では難しかった合成構造内部の損傷状態を把握できる.

(2)構造性能評価および安全性評価既往のRCはり供試体の凍結融解試験の実験データを整理して,せん断耐力算定式を導出した.さらに上記(1)の局所振動試験の測定精度とせん断耐力算定式のばらつきを考慮した信頼性解析を行い,一定荷重を受けるRCはりの劣化レベルと破壊確率の試算結果を示した.点検技術については,当初予定以上の成果が出ている.この提案技術の有用性が評価され,構造物の管理者から現場試験のフィールド提供を協力頂くことができた.当初想定していた供試体実験のデータに加えて,広範な現場試験データを得ることができたため,研究が予想以上に進展した.本研究課題は,鋼コンクリート合成構造を対象として,地震や経年劣化によって生じる構造物内部の損傷を非破壊試験によって早期に発見し,この点検データを基にして構造性能や安全性を再評価する手法を提案するものである.本研究は大きく分けて,(1)合成構造における目視困難箇所の点検技術の開発と,(2)劣化・損傷を考慮したFEMによる合成構造の構造性能評価法および安全性評価法を検討する.以下にそれぞれの研究実績の概要を示す.(1)点検技術の開発加振器を用いて構造物の局所的な振動を励起し,共振周波数(剛性)の低下に着目して,構造物内部や背面側の損傷を捉える手法(以下,局所振動試験)を提示した.桟橋上部工を対象として陸上から局所振動試験を行い,事前に実施された床版やスラブの目視点検結果との整合性(正解率)を示した.この他にも,高速道路RC床版や火力発電所放水路・合流槽など,目視点検が困難な構造物に対して,局所振動試験の適用性と有用性を見出すことができた.(2)構造性能評価および安全性評価桟橋上部工から採取したSRC桁を東北大学に運搬し,静的載荷による耐荷力の確認試験を行った.また鋼とコンクリートの付着低下を考慮した数値解析によってSRC桁の耐荷特性を精度良く評価できることを示した.この他にも,塩害劣化を受けた鉄道ラーメン高架橋の耐震性および使用性について,それぞれの限界状態超過確率の試算結果を示した.本研究が提案する上記(1)の局所振動試験の測定精度は変動係数7.4%であり,限界状態超過確率の試算結果と比較すると,局所振動試験は既設構造物の耐震性や使用性を評価するために必要な精度を備えていることが確認された.非破壊試験による合成構造の内部損傷評価手法を構築するため,加振器を用いた強制加振試験の適用性を検討した.実験による基礎検討では,SRCはり供試体を作製して静的載荷試験を行った.段階的な載荷ステップごとに強制加振試験を行い,振動試験データと曲げひび割れおよび鉄骨とコンクリートの付着状態との関係を整理した.その結果,加振器を用いてはり供試体の局所的な振動を励起することができ,共振周波数の低下に着目して,外観変状には表れないSRC構造内部の鉄骨とコンクリートの付着損失の範囲を同定できる可能性が示唆された.これまでの実験データの整理と数値解析による検討を行うことによって,損傷同定に関する理論の強化を図る.また,広範な構造諸元や損傷状態に対して非破壊試験と構造性能評価の適用性・汎用性を高めるために,今後も実験による基礎データの収集と分析を行う.振動試験方法は概ね完成に近づいている.
近位尿道平滑筋におけるアドレナリン受容体の研究

われわれが開発した家兎近位尿道を用いたin vivo isovo1umetric urethral pressure modelは近位尿道固有の反応を敏感に、しかも定量的にみることができ、きわめて有用な実験モデルと思われる。本モデルを通じ、α_1作働薬は近位尿道のfast responseの収縮に、α_2作働薬はslow responseの収縮に関与し、両者の反応形式に違いがある。また、α作働薬の反応には性差がみられ、α_1作働薬の反応は雄において優位で、α_2作働薬の反応は雌において優位であった。このことは、雄ではcontinenceを保つという意味以外に、射精の際に近位尿道の急激な収縮を必要とするため、fast responseを起こすα_1受容体が圧倒的に優位で、この必要のない雌ではcontinenceを保っためのslow responseを起こすα_2受容体が雄に比べて優位に存在すると考えられた。雌家兎を用いたα_2受容体の反応性の検討では、卵巣を摘出した家兎においてはα_1作働薬の収縮反応に変化はないものの、α_2作働薬の収縮反応は有意に低下した。エストロゲンを投与された雌家兎尿道ではα_2受容体の数が増すと同時にα刺激薬に対する収縮反応が大きくなることが報告されており、α_1受容体とエストロゲンは密接に関与していることが示唆される。すなわち、高齢女性に尿失禁が増えるのは卵巣からのエストロゲン分泌低下に起因したα_2受容体の脱落が影響している可能性がある。一方雄におけるα受容体の反応実験において、ヒト前立腺肥大結節切片を用いたisometricstudyによって、前立腺肥大結節切片は正常群と比較してα_1作働薬に対し有意な収縮反応を示した。またα_2作働薬によっても明らかな収縮反応を示し、α_1受容体のみならずα_2受容体の収縮反応についても無視できず、前立腺肥大症の排尿障害を改善させるためには、α_1、α_2両受容体をブロックする薬剤が有効と思われる。さらに現在用いられている各種α_1 blockerの比較実験において、タムスロシンは他の薬剤に比較し、血圧に影響せず最も尿道選択性を有している薬剤であった。また近位尿道、前立腺の収縮に対するα_1 antagonistとしての作用はタムスロシンが最も強く、プナゾシン、プラゾシンがこれに次ぎ、以下テラゾシン、アルフゾシンの順で、ウラピジルが最も弱い結果であった。しかし、α_1作用の弱いウラピジルはα_1のみならず、α_2 antagonistとしての要素を兼ね備えた薬剤であり、同じα_1 blockerでもその特性に違いがあった。1.雄家兎近位尿道に対する各種α_1遮断薬の特性われわれが開発し既に有用性を報告しているin vivo isovolumetric urethral pressure modelを用い、現在前立腺肥大治療薬として使用されている6種のα_1遮断薬の特性を比較検討した。

Bunazosin,prazosinは尿道圧、血圧とも同程度により強力に働くのに対し、terazosinはこれらに対してやや血圧の作用が弱く、alfuzosinはキナゾリン誘導体では最も近位尿道に選択性を有していた。またurapidilは血圧・尿道圧とも他の薬剤に比し抑制率が低く、薬剤の至適用量の違いから生じる結果と思われた。一方tamsulosinは最も血圧への影響が少なく、より低濃度で強力に尿道に対して抑制的に働く薬剤であり、最も下部尿路に選択性を有す特性を示した。2.雌家兎近位尿道のα受容体に対する各種α_1遮断薬の特性同モデルを使ってα_1作働薬(phenylephrine)とα_2作働薬(clonidine)の収縮反応に対する各種α_1遮断薬の抑制効果を比較した。tamsulosin,bunazosin,prazosinではα_2作働薬の収縮反応に対してはほとんど影響を与えず、urapidil,alfuzosin,terazosinについてはα_2遮断薬としての抑制効果も認め、特にurapidilにその特性が強かった。われわれは前立腺肥大症肥大結節中のα_2受容体の収縮反応、さらに雌におけるα_2受容体の反応生の重要性について報告してきており、こうした薬剤の特性は排尿困難治療薬としての重要な特性を表すものと考えられる。1.雄家兎近位尿道に対する各種α_1遮断薬の特性われわれが開発し既に有用性を報告しているin vivo isovolumetric urethral pressure modelを用い、現在前立腺肥大症治療薬として使用されている6種と現在開発中の1種のα_1遮断薬の特性を比較検討した。Bunazosin, prazosinは尿道圧、血圧とも同程度により強力に働くのに対し、terazosinはこれらに対してやや血圧の作用が弱く、alfuzosinはキナゾリン誘導体では最も近位尿道に選択性を有していた。またurapidilは血圧・尿道圧とも他の薬剤に比し抑制率が低く、薬剤の至適容量の違いから生じる結果と思われた。さらに現在開発中のKMD-3213は選択的α_<1a>遮断薬であり、tamsulosinよりさらに血圧に影響せず尿道選択性を有した薬剤であった。2.雌家兎近位尿道のα受容体に対する各種α_1遮断薬の特性同モデルを使ってα_1作働薬(phenylephrine)とα_2作働薬(clonidine)の収縮反応に対する各種α_1遮断薬の抑制効果をin vivoならびにin vitroで比較した。tamusulosin, bunazosin, prazosinではα_2作働薬の収縮反応に対してはほとんど影響を与えず、urapidil, alfuzosin, terazosinについてはα_2遮断薬としての抑制効果も認め、特にurapidilはin vivo, in vitroを通じ、その特性が強かった。われわれは前立腺肥大症肥大結節中のα_2受容体の収縮反応、さらに雌におけるα_
HERMESにおける核子スピン構造の研究

素粒子加速器実験であるHERMES実験において、摂動論的量子色力学(pertrubative QCD,pQCD)に基づいた数値計算フレームワークを自ら構築し、実験データからの破砕関数、縦偏極パートン分布関数の抽出を通して、核子の内部スピン構造の研究を行っている。本年度は主に、以下の2点について集中的に取り組んだ。1.高速な数値計算フレームワークの構築背景になっているpQCDが場の理論として持つ、種々の特徴に対する詳細な理解に基づき、今まで私が用いていたものよりも格段に数値計算速度の速い解析フレームワークを新たに構築した。これによって、単に既存の結果のクロスチェックが独立に可能になったのみならず、既存のフレームワークでは計算時間の制約から実行することが容易ではなかった、複雑な計算プロセスを要求する様々な散乱過程の数値計算を短時間で行うことが可能になった。これに伴い、複雑な散乱過程の実験データを包括的に取り扱う、核子スピン構造の詳細な解析が可能になった。これらの成果は下記の国際会議等で発表した。2.破砕関数・縦偏極パートン分布関数の総合解析1において新たに構築した数値計算フレームワークを、種々の高エネルギー散乱過程に適用し、それらの過程の実験データを包括的に取り扱う事によって破砕関数、縦偏極パートン分布関数の詳細な抽出を行った。フレームワークの改善によって新たに解析に持ち込める様になった複雑な散乱過程の導入によって、これらの分布関数をより詳細に決定することが出来た。得られた結果に対して、抽出に伴う統計誤差のみならず、今まで世界の他の解析グループによって取り扱われていなかった様々な系統誤差をも考慮に入れた詳細な検討を行った。これら決定された分布関数を通して、核子の内部スピン構造に対する詳細な描像が明らかになった。今回得られたこれらの結果は、今まで行われていた世界の他の解析グループの結果に発展的示唆を与えるものであった。結果は博士論文としてまとめ、2009年3月に理学博士の学位を取得した。現在これらをまとめた数編の学術論文を執筆中である。素粒子加速器実験であるHERMES実験において、摂動論的量子色力学(pertrubative QCD,pQCD)に基づいた数値計算フレームワークを自ら構築し、実験データからの縦偏極パートン分布関数の抽出を通して、核子の内部スピン構造の研究を行っている。1.破砕関数についての研究既存の数値計算フレームワークを応用し、電子-陽電子対消滅によるハドロン生成過程(e^++e^-→h+X)のワールドデータから破砕関数の抽出、それの持つ統計誤差の見積もりを行った。破砕関数は、それ自身が興味深い対象であるのみならず、スピン構造の詳細な解析に必要となる複雑な散乱過程を記述するための重要な要素となっている。今回得られた破砕関数は、世界の他の解析グループが同時期に得た結果に匹敵するものであり、世界的に競争力のある結果が得られた。さらに私は、得られた破砕関数の統計誤差の情報を用い、それが縦偏極パートン分布関数の決定にもたらす影響の大きさを見積もった。この結果は、次年度行う包括的な核子スピン構造の解析への指針を与えるものであった。これらの成果は下記国際会議等で発表した。2.高速な数値計算フレームワークの構築背景になっているpQCDが場の理論として持つ種々の特徴に対する詳細な理解に基づき、今まで私が用いていたものよりも格段に数値計算速度の速い解析フレームワークを新たに構築した。これに伴い、複雑な散乱過程の実験データを包括的に取り扱う、核子スピン構造の詳細な解析が可能になってきている。これらの解析の結果は次年度において、学術論文、博士論文として発表される。

得られた結果に対して、抽出に伴う統計誤差のみならず、今まで世界の他の解析グループによって取り扱われていなかった様々な系統誤差をも考慮に入れた詳細な検討を行った。これら決定された分布関数を通して、核子の内部スピン構造に対する詳細な描像が明らかになった。今回得られたこれらの結果は、今まで行われていた世界の他の解析グループの結果に発展的示唆を与えるものであった。結果は博士論文としてまとめ、2009年3月に理学博士の学位を取得した。現在これらをまとめた数編の学術論文を執筆中である。
個人・環境両変数を考慮した視線研究に基づくASD児者への社会的な合理的配慮の検討

(1)ASD特性の濃淡が対人交流パフォーマンスに及ぼす影響については、以下の結果となった。(a)交互拍手課題:ASD・非ASD者を対象に同時・交互拍手課題(テンポ一定)を実施し、協調運動場面での同調性と模倣時の眼球運動の分析を行った。動作パタンとして、同時拍手条件、交互拍手条件の二つを、同調知覚の手がかりとして、映像のみ条件、音声のみ条件、映像/音声条件を設定した。ASD者は、同時・交互両条件で、映像のみ条件の同調性が低かった。眼球運動の分析では、ASD者は非ASD者に比べて、同時・映像のみ条件、交互・映像のみ条件ならびに交互・映像/音声条件において、腕の動きを注視する割合が多かった。AQ値との関連では、交互・映像のみ条件で中程度の有意な相関があり、音声手がかりがなく、かつ視覚情報のみの場合の交互動作時の同調性がASD特性と関連していることが示唆された。(b)同調一画面:AQデータを補強した結果、全発話(遅発話+速発話)、遅発話、速発話のすべてにAQ値と正答率との有意な負の相関が見られた。また、遅発話ではASD群とCTRL-低AQ群にのみ有意差が認められたが、速発話では、ASD群と他2群の有意差が認められた。いずれもASD群の正答率が低かった。注視分布にはいずれの条件でも差が認められなかった。(c)発話の複雑性:AQデータを補強した結果、AQ値と正答率に単純発話、複雑発話c1(倒置法多用)、複雑発話c2(接続詞多用)の3条件すべてで有意な負の相関が見られた。群間差は複雑発話c1条件のみでASD群とCTRL-低AQ群に有意差が認められた。(2)幼児のASD群とCTRL群を対象とした手遊び動画による歌と動作の同調性知覚は、ASD群と定型群に有意差を認めなかった。(3)の特別支援学校での授業研究は協力校との調整が不調で実施できなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)TX300の実験システム構築: CRT提示測定に問題はなかったが実空間測定は較正を視線に直行する平面で行わねばならず前後移動対象の測定精度が下がったため実験場面の工夫が必要である。(2-1)一画面同調性知覚課題実験(発話速度):測度は正答率と注視数。統制(ctr)群は30名の大学生・卒業生、臨床(asd)群は研究者が募ったIQ85以上の12名で全者に研究参加の書面同意を得た。各群特性(ctr,asd)はage(20.97±1.71,26.58±8.15,P=.037),IQ(110.9±10.7,109.58±14.24,P=.745),AQ(15.4±5.47,26.92±9.36,P<.001)。発話遅速別の正答率(ctr,asd)は遅(.912±.026,.812±.041),速(.849±.027,.703±.043)。遅速×群のANOVAでは遅速(F(1,40)=13.29,P=.001)と群(F(1,40)=1432.06,P <.001)の主効果が認められた。遅速別の群間単純主効果は遅(P=.046)、速(P=.006)。AQ/IQと正答率の相関はctrの速・IQ(r=.386,P=.035),asdの遅・IQ(r=.65,P=.022)のみ有意。注視数データのAOI(目・鼻・口・頬顎・髪・首・身体・背景)×遅・速×群のANOVAではAOI(F(1.81,106.38)=30.52,P<.001)の主効果、発話とAOIの交互作用(F(2.66,106.38)=8.115,P<.001)が認められた。群別・AOI別の遅速の単純主効果はctrは目(遅>速,P<.001)、頬顎(遅<速,P<.001)、asdは背景(遅>速,P=.003)であった。(2-2)動画刺激作成:「発話スタイルの複雑さ」要因で刺激作成、パイロット測定を行った。本年度は、(1)トビーグラスを用いた実空間での測定試行、(2)手遊び動画を用いた乳幼児の視線測定(声と動作の同調性知覚)の予備実験を行った。(1)トビーグラス自閉症スペクトラム障害(以下、ASD)の生徒の授業中の視線を分析し、授業の形式、教師の振る舞いによる注目行動の変化を予備的に検討した。対象者は、特別支援学級在籍のASD診断を持つ中学1年生男子1名。Tobiiグラス2により3回の数学授業を記録した。「板書と教材」「個人活動」などの場面毎に当該活動の関連領域への注視時間を算出した。

「板書と教材」場面(板書と同時に声で説明)では非関連領域への注視時間が関連領域を上回った。「個人活動」場面(ワークシート作業)では関連領域への注視時間が非関連領域を上回った。この結果は、クロスモダルな情報統合の必要性に関わる認知負荷量が影響している可能性が高いと考えられた。(2)手遊び動画測度は注視時間。動画を注視している時間のうち、一致している動画を注視する割合(注視率)を参加者ごとに算出した。参加者は保育園に通う21か月34か月の幼児を対象とした。成育歴を聞き取り、社会性の困難があると想定される群(sc-yes)とそうでない群(sc-no)の2群を設定した。sc-yes群(ave = 29.6か月)5名, sc-no群(ave = 27.6か月) 15名。単純な動作を含む動画の提示では、sc-no群で注視率がslow > fastとなり、動作の複雑性が人物の統合に影響を与えることが示唆された。sc-yes群では、手遊びの速度によって注視率が変化しなかった。複雑な動作を含む動画の提示は、両群ともに一貫した傾向が見られず、課題の難度が高かったと推測される。また、算出された注視率はどちらの動画を提示した際にもチャンスレベル程度であり、両動画ともに課題の難度が高かった可能性がある。当初計画では、上記の報告内容に加えて、(1)動画刺激による同調性知覚課題のデータ積み上げ、(2)動画刺激による拍手課題の実施を予定していたが、これらについては、実施することが出来なかった。進捗遅れの要因としては、研究代表者である、安達潤がへいせい27年度に北海道教育大学旭川校から北海道大学大学院教育学研究院臨床心理学講座に所属変更となった。そのため、実験室の整備および実験環境の再構築に時間を要したためである。(1)発話の複雑性課題:22名のAsd成人と30名のTypical成人の2群を対象に、発話の複雑性が発話内容の理解と注視行動に及ぼす影響を検討した。発話の複雑性は標準、倒置、連続の3条件を各2試行で設定し、1分程の短い話をする女性の動画を視聴後、3つの質問で発話の理解を確認した。測度は正答率と1試行の総注視数である。注視の分析領域は目、鼻、口、頬・顎、額、髪、首、身体、背景とした。正答率の結果、群のみに主効果が認められ、Asd群の正答率が有意に低かった(P=.006)。AOIの結果、複雑性,AOIの主効果、群×AOI,複雑性×AOIの交互作用が認められた。また複雑度3条件とも「口,首,身体,背景」で群の単純主効果(Asd>Typ)が、Typ群の「目」で複雑性の単純主効果(標準>倒置>連続)が認められた。(2)動画による交互拍手課題:ASD者3名を対象に、拍手を用いた協調動作課題を実施した。条件は刺激の種類(円の水平移動、人間の拍手)×モダリティ(映像のみ、音声のみ、映像と音声)×テンポ(一定、変速)×交互性(なし、あり)の4要因24水準の実験計画とした。常時変動する人間の運動周期の特性を考慮し、記録した拍手音の打間と刺激音とのタイミングのズレを評価するために方向統計学の知見を用いて、ズレを角度データに変換後(統計分析フリーソフトRパッケージ;“circular")、平均及び分散を算出した。協力者の数が少なく結果は傾向としてしか述べられないが、モダリティの影響が他の要因よりも大きいと推測された。具体的には、「音声のみ」条件よりも「映像のみ」条件および「映像と音声」条件のズレが大きかった。「映像のみ」条件のズレの大きさは視覚-運動間の変換の困難さを、「映像と音声」条件におけるズレの大きさは視覚-聴覚間の感覚統合に困難があることを示唆していると考えられた。今年度計画であった「手遊び模倣課題」は幼児の協力者を得ることができず、特別支援学校の児童を対象に実空間での動作模倣課題を計画し準備を進めた。しかし実施時期が冬期となったため、通学バスの遅れで対象児童が不安定となったためデータを収集することができなかった。特別支援学校での研究実施に係わってトビーグラスを投入したため、実空間でのトビーグラスの測定を十分に行うことができなかった。
統合オミックス解析による視神経障害モデルマウスの病態機構解明

本申請では、病態の本態であるRGC内の分子イベントを詳細に解析するため、単離したRGCをサンプルとして、代謝産物とmRNA発現を網羅的に解析する統合オミックスの手法を用いる。1.メタボロミクスによる視神経障害マウス網膜神経節細胞内の代謝産物変動解析。2.トランスクリプトミクスによる視神経障害マウス網膜神経節細胞内の遺伝子発現変動解析。3.統合オミックス解析による網膜神経節細胞死のパスウェイ予測解析。4.網膜神経節細胞死の分子メカニズム解明および治療本申請では、病態の本態であるRGC内の分子イベントを詳細に解析するため、単離したRGCをサンプルとして、代謝産物とmRNA発現を網羅的に解析する統合オミックスの手法を用いる。4.網膜神経節細胞死の分子メカニズム解明および治療
焼き入れ炭素鋼の低温時効における炭素原子の凝集・規則化挙動

焼き入れFe-1.83wt.%C合金マルテンサイトの室温時効中におけるC原子の凝集・規則化挙動を電子顕微鏡の電子回折図形に現れた散漫散乱を3次元的に解析することによって詳細に調べた。すなはち、電子線の入射方向を正方晶マルテンサイトの[100]から[110]方向の間で連続的に変化しながらin-situに電子回折図形を撮ることによって散漫散乱の強度分布を求めた。それらの電子回折図形に含まれる[001]^*方向は4回対称軸であるから、この強度分布は逆格子空間における散漫散乱を完全に表している。それによると、各基本格子反射点には散漫なストリークとその先に散漫な衛生斑点が付随していた。従来の研究では、それらのストリークは[001]^*軸に3の指数を持つ八つの〈203〉^*方向だけに観察されていたが、今回の連続的なin-situ電子回折実験により、ストリークは〈203〉^*方向を連結して形成されるピラミッド型の立体形状であることが分かった。また衛星斑点の出現をも考慮して、それらストリークのフーリエ解析を行い、以下のことが分かった。Fe-1.83wt.%C合金マルテンサイトは室温時効によってスピノ-ダル分解を起こしている。そのスピノ-ダル変調微細組織はやく1nmの波長を持つ優先波とそれよりながい波長を持つ付随波とからなり、その組織は7か月間時効しても変化しなかった。変化しなかった理由は、C原子が豊富になった領域と貧疎になった領域の間の強い弾性的相互作用のために成長が阻止されたからである。さらに、マルテンサイトの正方度は時効中一定で、スピノ-ダル分解中のC原子の再配列が正方軸に沿う8面体侵入位置を保ちながら行われたことを示した。
陽電子ビーム輝度増強用希ガス固体リモデレーターの開発

希ガス固体を用いた陽電子リモデレーターの使用は、高輝度陽電子ビームを得ることのできる手法のひとつでる。そこで、本研究では、希ガス固体リモデレーターを製作し、加速器を使用して発生させた陽電子ビーム系に輝度増強部として挿入する形態でシステムを構築した。この希ガス固体を用いた陽電子リモデレーターで、高品位な陽電子ビームを製作することを目的としている。用いた希ガスはアルゴンである。高効率のリモデレーターを製作するためには、リモデレーターの結晶性が重要となる。すなわち、リモデレーター内に陽電子のトラップサイトが存在しない結晶性のよい固体を製作する必要がある。そこで、再放出効率の測定の前に、希ガス固体の結晶性の評価を計算と実験の両面からおこない、最適な製作条件の評価を行った。まず、アルゴン固体中の陽電子寿命を計算し、結晶性の評価を試みた。手法として、分子動力学を用いアルゴンのアモルファスを作製し、得られた原子配置から、陽電子波導関数、寿命を計算した。アルゴンのアモルファスの製作条件を変えることにより、体系内に存在する自由体積と、陽電子寿命の関係を得ることができた。この手法を利用することにより、固体アルゴンの陽電子寿命の測定から、結晶性の評価ができるようになった。また、計算と平行して、製作した固体のSパラメーターの測定を行い、固体アルゴンの評価を行った。固体アルゴン製作時のアルゴンの分圧、温度、製作時間を調整することにより結晶性や膜厚の制御を行い、それぞれの固体でSパラメーターの測定を行った。固体アルゴン中の陽電子の拡散距離を考慮すると、長時間の製作が有効であると考えられる。これらの結果を基に、製作した固体アルゴンリモデレーターの再放出効率の測定を行った。その結果、もっとも再放出効率の高い場合、一般に使われているタングステンリモデレーターの1.3倍の再放出効率を持った、固体希ガスリモデレーターの開発に成功した。高輝度陽電子ビーム生成用希ガス固体リモテレーターを制作するため、小型冷凍機の冷凍能力、最低到達温度及び固体希ガスの物性を比較し希ガス固体制作用ステージの設計を行った。また、制作したステージの運転を行い、約1時間の運転で13kへの到達を確認し、充分希ガス固体を制作できることを確認した。希ガス固体用冷凍機設計と並行して希ガス固体中の陽電子寿命を計算し、制作すべき希ガス固体の状態についての検討を行った。手法としては分子動力学を用いて結晶及びアモルファス希ガス固体を制作した。続いて希ガス固体中の陽電子の波動関数を計算し、求めた波動関数と原子配置を利用し陽電子寿命を計算した。用いた材料はアルゴンである。NTPのアンサンブルを利用しアルゴン固体を作成した。結晶固体は20Kで、アモルファスは120Kから急冷する事により制作した。体系は原子数500程度で行い、周期境界条件を課した。平衡状態が実現した時の原子配置の動径分布関数を計算し、結晶及びアモルファス状態が実現していることを確認した。次いで、この原子配置を利用して陽電子の波動関数を計算した。計算は有限差分を利用してシュレディンガーの波動方程式を解ことで行った。体系中での陽電子が受けるポテシシャルは、ハートレー・フォック法の計算によるスクリーンド・クーロン・ポテンシャルを利用した。結晶構造を作っているアルゴン中の陽電子の波動関数は、原子核の近傍では小さくなっている。

またアモルファス中の陽電子は自由体積中に局在しており、波動関数は非対称となっている。これはアルゴンの原子が非対称配置をとっている事が理由である。陽電子の波動関数と原子の配置を利用して陽電子寿命を計算した。計算は陽電子と固体中の電子が同じ空間に存在する確率が消滅速度に比例するとして計算した。計算の結果の、結晶状態で417psと算出された。実測値は、430psと報告されている。このような計算手法を利用する事により、リモデレーターとして望ましい結晶構造を有する材料の製作条件や、さらには実際の希ガス固体の寿命測定から結晶性の評価などが可能になった。高輝度低速陽電子ビームを生成するための、希ガス固体リモデレータの開発を行った。用いた希ガスはアルゴンである。高輝度低速用電子発生のリモデレータとしては、結晶性の良い固体であることが必要である。そこで、作成したアルゴンの結晶状態を評価するために、陽電子ビームを用いてSパラメータの測定を行った。Sパラメータとは消滅ガンマ線のドップラー拡がりのことで、一般に材料中に空孔があると、Sパラメータは大きく、逆に結晶性が良いと、小さくなる。実験は、大阪大学産業化学研究所放射線実験所の、陽電子ビームラインを用いて行った。アルゴンの固体は冷凍機を用いて製作し、陽電子ビームの入射エネルギーを変化させ、深さ方向のSパラメータの測定を行った。アルゴン製作時のアルゴンの分圧、温度、製作時間を調整することにより結晶性や膜厚を制御した。その結果、Sパラメータの変化を検出し、結晶性や膜厚が変化した事を確認した。固体希ガスリモデレータを製作しつつ評価を行う方法が確立できたと言える。今後アニール等を行いリモデレータとして望ましい固体希ガスを製作するとともに、陽電子の再放出効率についての評価を行う。また陽電子寿命測定もあわせて行っていく。また、実験による結晶性の評価と並行して、希ガス固体中の陽電子寿命を計算し、結晶性の評価を試みた。手法として、分子動力学を用いアルゴンのアモルファスを作製し、得られた原子配置から、陽電子波導関数、寿命を計算した。アルゴンのアモルファスの作成条件を変えることにより、体系内に存在する自由体積と、陽電子寿命の関係を得ることができた。この手法を利用することにより、固体アルゴンの陽電子寿命を測定することにより、結晶性の評価ができるようになった。今後実験と計算の対応について検討していく。希ガス固体を用いた陽電子リモデレーターの使用は、高輝度陽電子ビームを得ることのできる手法のひとつである。そこで、本研究では、希ガス固体リモデレーターを製作し、加速器を使用して発生させた陽電子ビーム系に輝度増強部として挿入する形態でシステムを構築した。この希ガス固体を用いた陽電子リモデレーターで高品位な陽電子ビームを製作することを目的としている。実験は、大阪大学産業科学研究所放射線実験所の陽電子ビームラインを用いて行った。用いた希ガスはアルゴンで、冷凍機を用いて固体アルゴンの製作を行った。再放出効率の測定を行う前に、製作した固体アルゴンの結晶性の評価を行った。高効率のリモデレーターを製作するためには、リモデレーター内に陽電子のトラップサイトが存在しないことが重要であるからである。
サルコペニア肥満の遺伝リスクスコアーと運動および食事介入効果の検討

これまでのBMI,ウエスト/ヒップ比,およびその他の肥満フェノタイプに関する網羅的なゲノムワイド関連研究では,300を超える一塩基多型が同定され,複数の遺伝要因を統合した肥満リスクスコアと身体活動や食習慣との関連が報告されている.しかし現在のところサルコペニア肥満関連遺伝子多型について網羅的に解析し,同定された関連遺伝子多型によるリスクをスコア化した報告は国内外で認められない.本研究は,サルコペニア肥満関連遺伝子多型を網羅的に複数同定するとともに,遺伝的な保有リスクをスコア化し,サルコペニア肥満の遺伝リスクスコアごとに,運動および食事療法による改善効果がどの程度得られるのかについて検証する.これまでのBMI,ウエスト/ヒップ比,およびその他の肥満フェノタイプに関する網羅的なゲノムワイド関連研究では,300を超える一塩基多型が同定され,複数の遺伝要因を統合した肥満リスクスコアと身体活動や食習慣との関連が報告されている.しかし現在のところサルコペニア肥満関連遺伝子多型について網羅的に解析し,同定された関連遺伝子多型によるリスクをスコア化した報告は国内外で認められない.本研究は,サルコペニア肥満関連遺伝子多型を網羅的に複数同定するとともに,遺伝的な保有リスクをスコア化し,サルコペニア肥満の遺伝リスクスコアごとに,運動および食事療法による改善効果がどの程度得られるのかについて検証する.
知識主導型モデルを用いた次世代文書認識システムの構築

文字認識技術は、音声認識技術と共にひとに優しいマルチメディア情報化社会の実現に重要な役割を担っており、国内外で盛んに研究が行われている。本研究では、知識主導型モデルを用いた次世代文書認識システムを提案しシステム開発を行った。具体的には、切出し技術、認識技術、知識処理技術の開発を行い、知識処理を中心に据えた高精度な文書認識システムを構築した。本研究では、当初の計画通りに研究を進め、所望の成果が得られた。以下、概要について述べる。・システム全体の設計を行い、認識精度および認識速度を保証するための各処理部の仕様を検討し決定した。また、文書認識システムとして実用化する場合のユーザーインターフェースの設計を行った。・知識処理技術の開発を行った。具体的には、入込み文字や接触文字等が原因で起きる切出し誤りを知識処理によって検出し、切出し部にフィードバックする新しい知識処理法を開発した。・知識主導モデルの開発を行った。具体的には、知能処理部から得られた結果を切出し部にフィードバックし、切出し位置の決定および誤認識の判定に利用する手法を開発し、手書き宛名を対象とした認識実験において、高い認識精度を実現した。・システム全体を統合し、操作インターフェースを含むソフトウエアを構築した。本研究では、知識主導型モデルを用いた次世代文書認識システムを提案し実現する。具体的には、切出し技術、認識技術、知識処理技術の開発を行い、知識処理を中心に据えた高精度な文書認識システムを構築する。平成11年度では、以下のように研究を進め、所望の成果が得られている。・システム全体の設計を行う。具体的には、システムが所望の認識精度および認識速度を保証するための各処理部の仕様を検討し決定した。・開発の第1歩として標準パターンを作成するためのサンプル収集を行った。収集の対象字種をJIS第一水準漢字(2965字種)、平仮名、片仮名、アルファベットとした。複数のフォントに対し、字種ごとに1サンプルを収集した。・1サンプルずつ収集されたサンプルに対し、高精度な標準パターンを作成した。具体的には、フォントが同じであっても、宇の大きさ、コピー回数、プリンタの種類によって、字体が違ってくるため、ここでは、細線化あるいは太線化の手法を適用し、1つの字体から複数のサンプルを自動的に生成した。また、文字のストロークを抽出して、その相対位置を変化させることにより、プリンタによる違いを吸収した。作成後、実際に使用して認識精度の検証を行った。検証に基づき、パラメータの変更を行い、最適値を導出した。本研究では、知職主導型モデルを用いた次世代文書認職システムを提案しシステム開発を行った。
大脳皮質－基底核ループにおける神経活動代替システムの確立

本研究では、化学遺伝学的手法と光遺伝学的手法を組み合わせることによって神経活動を外部入力によって代替する神経活動代替システムの構築を行っている。本年度は抑制型DREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)受容体と光受容イオンチャネルを共発現するAAVベクターの作製、その神経活動制御技術の条件検討、そして時空間的に光刺激を与える光学システムの構築を行った。光受容イオンチャネルとしては、高頻度の光刺激に追従することが可能であるChronosを使用した(Klapoetke et al. 2014)。Chronosと抑制型DREADD受容体を自己切断活性がある2A配列によって共発現するAAV2コンストラクトを作製し、DJキャプシドでパッケージングを行ったAAV2/DJベクターをラットの視床下核へ導入した。Clozapine N-Oxideの腹腔内投与による神経活動の抑制、光照射による神経活動の興奮に関してin vivoで条件検討を行っている段階である。本研究課題では、新規実験系の構築とその実験系による大脳基底核の運動制御に関する仮説の検証を行う。本年度では研究課題の初年度であるが、ウイルスベクターを開発し、光学デバイスの作製したことで主な実験系がほぼ完成できたと言える。現在はその実験系を動物に適用し、条件検討を行っている段階であり、問題が起きた場合にはシステムの調節を行う予定であるが、これまでの所は順調に進展していると言える。現在の段階では研究遂行に大きな問題はなく実験計画通りに遂行する。2019年度は1)化学遺伝学的手法による神経活動抑制・光遺伝学的手法による神経活動興奮の条件検討を行い、2)大脳基底核の神経核を抑制することによる運動異常を定量化する。2020年度には、運動異常を改善させる光刺激条件を探索する予定である。
確率伝搬法を用いた深層学習実現方式の開発

我々は大脳皮質の特徴を模倣した深層学習アルゴリズムBESOMを開発している。本研究では、BESOMの条件付確率表モデルを改良して表現力を向上させると同時に、効率的な推論・学習アルゴリズムを新たに設計する。2018年度は、新たな条件付確率表モデルの候補として、noisy-ORノード、ゲートノード、排他ノードを組み合わせたものを採用し、それが複雑な対象をコンパクトに表現する高い表現力を持っているかどうかを見極めるための研究を行った。具体的には、脳の言語野における意味解析機構、前頭葉における記号推論を行う機構、視覚野における位置不変な応答をする複雑型細胞の機構をそれぞれ想定し、候補となる条件付確率表を持ったBESOMがこれらの機構の中核技術として機能し得るかについて検討した。脳の言語野における意味解析機構に関しては、理論言語学における組み合わせ範疇文法をベースにして、従来用いられてきたラムダ計算を不要にし、BESOMネットワークで原理的に処理可能な単一化の機構のみを用いて意味解析を行う手法を提案した。また、想定されるBESOMネットワークが大脳皮質における言語野および周辺の領野と比較的よく対応がつくことを示した。前頭葉における記号推論を行う機構に関しては、再帰的なサブルーチン呼び出しを可能とする階層型強化学習アーキテクチャRGoalを提案した。また、RGoalにおける行動価値テーブルを圧縮するために2層BESOMネットワークを用いる構想について発表した。視覚野における位置不変な応答をする複雑型細胞の機構に関しては、2層BESOMをさらに単純化したベイジアンネットワークを用いて、シミュレーションにより有望な結果を得た。noisy-ORノード・ゲートノード・排他ノードを組み合わせたベイジアンネットワークが、脳の高次機能を再現するために必要な機能を持っていることを、脳の言語野モデル・前頭葉モデル・視覚野モデルへの取り組みを通じてほぼ確認した。これらの条件付確率表モデルに対する学習アルゴリズムについては、パラメタ数に対して線形時間で動作するEMアルゴリズムを導出・実装ずみである。しかし現時点ではGPUが使えず実行に時間がかかり、大規模な評価実験が非常にしにくい状況にある。また、アルゴリズムは複雑で、ヒューリスティックスの追加などの改良には大きな困難を伴う。そこで、若干方針を転換し、素朴なEMアルゴリズムとは違う学習手法の模索を開始した。具体的には、GPUを使用可能な既存の深層学習フレームワークをベイジアンネットの学習に利用可能な種々の手法について検討を行っている。並行して、将来のBESOMのキラーアプリとして有望な、階層型強化学習アーキテクチャRGoalの開発に着手した。RGoalは人工知能分野における記号推論と統計的機械学習の統合という重要な未解決問題に対し、解決の道を開いた。新たな条件付確率表モデルが十分な表現力を持つことはほぼ確認できたので、今後は効率的な推論・学習アルゴリズムの設計に取り組む。具体的にはNVIL (Neural Variational Inference and Learning)[Andriy Mnih, Karol Gregor 2014]という手法の改良を検討する。NVILは変分オートエンコーダーと似ているが、生成モデルを設計者が直接作り込めるため、モデルに事前知識を入れやすいという利点を持つ。しかしこの手法では可視層と隠れ層の2層構造しか扱えない。そこで、loopy belief propagationの定数回の反復を展開した計算グラフにバックプロパゲーションを適用して学習する手法と組み合わせることを検討する。この他にも、確率伝搬アルゴリズムのメッセージ計算をZDDを使って圧縮する手法[Shan, Ishihata, Minato 2017]などを取り込むことを検討する。2018年度に我々が提案した階層型強化学習アーキテクチャRGoalについては、今後も引き続き改良を進める。RGoalは人工知能分野における記号推論と統計的機械学習の統合という重要な未解決問題の解決に近づく有望な技術である。また、RGoalはテーブル圧縮にBESOMを用いることを想定しており、本研究で実用化を目指すBESOMのキラーアプリとしても位置づけられる。複雑型細胞のモデルは計算論的神経科学の観点から有望であり、これも引き続き研究を進める。BESOMが大脳皮質のモデルとして神経科学的な妥当性を持つことを示すことで、BESOMが人間のような知能を再現するための基盤技術になることを他の研究者にアピールし、同様の研究に取り組む研究者を増やすことを目指す。

視覚野における位置不変な応答をする複雑型細胞の機構に関しては、2層BESOMをさらに単純化したベイジアンネットワークを用いて、シミュレーションにより有望な結果を得た。noisy-ORノード・ゲートノード・排他ノードを組み合わせたベイジアンネットワークが、脳の高次機能を再現するために必要な機能を持っていることを、脳の言語野モデル・前頭葉モデル・視覚野モデルへの取り組みを通じてほぼ確認した。これらの条件付確率表モデルに対する学習アルゴリズムについては、パラメタ数に対して線形時間で動作するEMアルゴリズムを導出・実装ずみである。しかし現時点ではGPUが使えず実行に時間がかかり、大規模な評価実験が非常にしにくい状況にある。また、アルゴリズムは複雑で、ヒューリスティックスの追加などの改良には大きな困難を伴う。そこで、若干方針を転換し、素朴なEMアルゴリズムとは違う学習手法の模索を開始した。具体的には、GPUを使用可能な既存の深層学習フレームワークをベイジアンネットの学習に利用可能な種々の手法について検討を行っている。並行して、将来のBESOMのキラーアプリとして有望な、階層型強化学習アーキテクチャRGoalの開発に着手した。RGoalは人工知能分野における記号推論と統計的機械学習の統合という重要な未解決問題に対し、解決の道を開いた。新たな条件付確率表モデルが十分な表現力を持つことはほぼ確認できたので、今後は効率的な推論・学習アルゴリズムの設計に取り組む。具体的にはNVIL (Neural Variational Inference and Learning)[Andriy Mnih, Karol Gregor 2014]という手法の改良を検討する。NVILは変分オートエンコーダーと似ているが、生成モデルを設計者が直接作り込めるため、モデルに事前知識を入れやすいという利点を持つ。しかしこの手法では可視層と隠れ層の2層構造しか扱えない。そこで、loopy belief propagationの定数回の反復を展開した計算グラフにバックプロパゲーションを適用して学習する手法と組み合わせることを検討する。この他にも、確率伝搬アルゴリズムのメッセージ計算をZDDを使って圧縮する手法[Shan, Ishihata, Minato 2017]などを取り込むことを検討する。2018年度に我々が提案した階層型強化学習アーキテクチャRGoalについては、今後も引き続き改良を進める。RGoalは人工知能分野における記号推論と統計的機械学習の統合という重要な未解決問題の解決に近づく有望な技術である。