hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ダイヤモンド三次元マイクロ金型による超高圧下での実験的塑性流動解析

また、高圧塑性加工を行ったアルミニウム箔において平均結晶粒径が数十マイクロメートル以上あった結晶粒が1マイクロメートル以下に微細化されていることが確認された。要因としては、高圧を付加することにより相当ひずみ4以上のひずみが発生したことで、強ひずみ加工と同様の条件となった為ではないかと考えられる。さらに、超高圧を付加により結晶粒径が1マイクロメートル以下に微細化された試料を再結晶温度以上に加熱すると、塑性変形した形状を保ちつつ結晶粒径が10マイクロメートル程度に結晶粒が成長し、大きくなることを見いだすことができた。超高圧実験に使用される単結晶ダイヤモンドアンビルの平坦部(キュレット部)を、集束イオンビーム(FIB)加工観察装置を用いて自由曲面を有するマイクロサイズの凹形状に加工に成功し、アルミニウム箔に対して面圧10GPaで完全充満形状転写加工に成功し、加圧過程で被加工材の流動に伴う材料の結晶粒径と加圧力の関係を導き出した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の今後の推進方策として、これまでの2年間で作製した試料を分析し、3年目の研究目的である相転移などの現象の流動解析などを主として行う。本実験では、ダイヤモンドアンビルを用いた1行程の圧縮加工により材料の結晶粒径を数十マイクロメートルから1マイクロメーター以下の500ナノメートルに微細化する加圧条件を見いだせたことから、今後は、さらに材料の結晶粒径を微細化するための、相当ひずみ4以上のひずみを発生させる検討を合わせて行いたい。
担持金属触媒のモデル錯体による金属-担体相互作用の研究

本研究では、担持金属触媒のモデルとなる錯体を合成し、触媒反応特性に大きな影響を与える金属-担体相互作用の本質に関する分子レベルでの検討を行うこと、およびその錯体を用いた触媒反応を行うことを目的とした。まず、シリカ担持白金触媒のモデルとして、単核および複核の有機白金シロキソ錯体PtMe(OSiPh_3)(cod)(1)と[((cod)MePtO)SiPh_2]_2O(2)を合成した。新規錯体1,2の構造はIR、NMR、元素分析、化学反応により行った。また、1の分子構造はX線構造解析により決定した。錯体1は室温以下、1気圧の水素雰囲気下で容易に還元され、配位子の水素化物と白金コロイドを与えることを見出した。この白金コロイドを透過型電子顕微鏡で観察すると、その粒子径は5-10nmであることがわかった。この還元反応を利用して、錯体1をアルミナ表面に含浸担持させ、溶液中で水素と反応させることにより、温和な条件下でPt/Al_2O_3(3)が得られた。透過型電子顕微鏡の観察から白金の粒子径は約8nmで、塩化白金酸から通常法で調製したPt/Al_2O_3(4)に比べ、より白金が均一に分散していることが分かった。3による1,5シクロオクタジエンの水素化反応を行うと部分水素化のみ進行し、シクロオクテンが得られた(収率60%、選択率100%)。一方、4を用いた場合には完全水素化が進行してしまい、シクロオクタンが得られた(収率100%)。
脳機能解析を応用した疼痛評価システムの開発

神経障害性疼痛中枢性感作の病態を解明し、臨床データ、患者立脚型機能評価等を脳機能解析と組み合わせ、客観的な重症度評価を行う。さらに発展させ、一般病院で使用している機器で測定可能なパラメータを利用することにより、臨床の汎用性が生まれる。本研究の目的は、疼痛の種類・重症度別にパターン化可能な客観的指標の解析を行い、最終的には一般病院に還元可能な疼痛評価法およびそのシステムを構築することである。本研究により信頼性の高い疼痛研究の手法が確立でき、病態解明、臨床評価、治療効果判定までが可能となり、疼痛分野における研究を飛躍的に向上できる。
ω脂肪酸は慢性虚血膀胱の機能を改善する

本年度は、モデル動物の作成を行っている。安定したラット慢性虚血動物モデルの作成が困難でなかなかデータが蓄積せず、次年度以降の課題となった。安定した病態を呈するモデルを作成しサンプルの蓄積を待ってOmega-3脂肪酸を用いてダメージを受けた膀胱機能でも効果的に改善する作用があるかどうかをモデルにて機能および分子生物学的な側面から検討し、低活動膀胱への治療となるかどうかを確かめたいと考えている。モデル動物作成が予定通りに行えず、解析に必要十分なデータがそろっていない。コントロールと合わせて、モデル動物作成を進めると共にデータの蓄積を待って解析を進めていく。予定していたが学会に参加しなかったため繰越金が生じた。動物モデル作成が安定していないためラット購入に使用したい。
局在磁気モーメントとπ金属電子が共存する二次元分子性金属の開発と物性

局在磁気モーメントとπ金属電子が低温で共存する最初の分子性金属の開発を目指し、我々は磁性イオンを対イオンとするπドナー分子BETSの形成する分子性金属を作成し、1992年に国内の学会で新規分子性金属k-BETS_2FeCl_4、引き続きλ-BETS_2FeCl_4を報告した。同じ1992年に英国のP.DayらによってCu^<2+>をふくむBEDT-TTF(ET)の低温まで金属性を保持する化合物が報告されている。今回の一般研究(C)の申請書に示したように、我々の報告したBETS伝導体はBEDT-TTF系に比べ安定な二次元π金属状態を形成する事に遥かに優れており、予想通り今年度、Fe^<3+>だけではなくCu^<2+>,Co^<2+>,Mn^<2+>等の磁性イオンを含む多くのBETS金属を報告する事が出来た。特に以前より大きな注目を集めていたλ-BETS_2FeCl_4については最近研究が進展し、磁化の異方性が配向多結晶試料によって測定され、また、以前のデーターに曖昧さがあったESRについて再実験がなされた。ESR線幅は8K近傍で線幅が鋭い上昇を示した後、急減すること、また、8K以下で磁化の異方性からFe^<3+>の高スピン磁気モーメントが反強磁性磁気構造をとること、磁化容易軸は結晶のc軸方向であること等が判った。ESR強度の温度変化は金属状態でFe^<3+>イオンの間に反強磁性相互作用が働いており、Weiss温度が大きく(-23K)、8Kで反強磁性転移と金属一絶縁体転移が同時に発生する事からπ-d相互作用が低温物性を支配している事が予想される。反強磁性磁気構造の発生によってもたらされる新たな周期ポテンシャルがπ電子のフェルミ面を消すという従来の分子性金属系には見られない新たな事態が実現している事が予想され、今後の発展が期待される。また、4Kまで金属状態を保持するθ-BETS_4Cu_2Cl_6では常温磁性イオンCu^<2+>が二つの塩素原子で架橋された平面複核錯体[Cu_2Cl_6]^<2->を形成し200K近傍になだらかな極大をもつ常磁性を示し、やはり磁性、伝導性両面に興味深い特性を持つ分子性金属系が得られている事が判った。
アジア系アメリカ文学におけるエスニシティと環境的想像力の研究

本研究は、エスニシティと環境的想像力の関連を考察するものである。アジア系アメリカ文学におけるアメリカの自然と風景の描写は、彼らの移民の歴史と不可分に関連し、彼らのエスニシティはコミュニティとしての民族的帰属場所の表象として描出される。エスニシティと環境的想像力は共同体の空間と彼らの歴史によって培われる。平成20年度における研究の主要な目的は中国系作家Maxine Hong Kingstonの作品にみるエスニシティと環境的想像力についての考察である。研究成果は雑誌論文一本、学会発表一回である。1.研究成果:〔雑誌論文〕「環境批評とエスニシティ-アジア系アメリカ文学研究と「パストラル」の変容」(AALA Journal(アジア系アメリカ文学研究会),No14:37-49)、〔学会発表〕「「モデル・マイノリティ」神話を脱構築する-Maxine Hong Kingstonの作品を中心に」(東北英文学会、於:東北学院大学)2.内容・意義・重要性:〔雑誌論文〕「環境批評とエスニシティ-アジア系アメリカ文学研究と「パストラル」の変容」は、キングストンの作品を例とし環境批評がアジア系アメリカ文学研究にどのように有効であるかを考察した。キングストンの描く庭を文学的「パストラル」理念の変容と捉え、アメリカ文学にみられる「パストラル」の文学的系譜を多義的かつ批判的に捉えうる「ポストコロニアル・パストラル」的視点の意義を展開した。〔学会発表〕「「モデル・マイノリティ」神話を脱構築する-Maxine Hong Kingstonの作品を中心に」は、キングストンが描く場所がエスニシティの生成の場としてのチャイナタウンから脱領土的に他者と共有され、そして想像/創造される新たな場の構築へと変容している過程を考察した。平成21年度においては、以上の研究成果を踏まえ他のアジア系作家の作品にみる共同体や場所が彼らのエスニックな空間としてどのような環境的想像力を構築しているかを検討する予定である。平成21年度における研究の主要な目的は中国系作家Amy TanとFae Myenne Ngの作品にみる共同体と環境的想像力についての考察である。1.研究成果:〔雑誌論文〕「場所の表象としてのチャイナタウン-The Joy Luck Clubにおける物語空間」(『松山大学論集』第22巻1号、5月末発行予定)、〔学会発表〕「中国系アメリカ文学における「チャイナタウン」の場所の表象」(中・四国アメリカ学会第37回年次大会、於:安田女子大学)2.内容・意義・重要度:〔雑誌論文〕「場所の表象としてのチャイナタウン-The Joy Luck Clubにおける物語空間」において、中・四国アメリカ学会での発表原稿をもとに、Amy TanのThe Joy Luck Clubのチャイナタウンが、歴史的時間を抑圧した、母親と娘の「血」の絆の重要性を際だたせる物語空間とどのように関連した場所の表象であるかを考察した。〔学会発表〕「中国系アメリカ文学における「チャイナタウン」の場所の表象」では、中国系アメリカ文学の背景となるチャイナタウンが、中国系の文化と西洋的オリエンタリズムの葛藤と調整によって構築される文化表象であることを、Amy TanのThe Joy Luck ClubとFae Myenne NgのBoneにおいて考察し、場所の表象としてのチャイナタウンの文学的多義性を展開した。平成22年度においては、以上の研究成果を踏まえ、特に都市空間における多民族的な環境的想像力について考察し、これまでの3ヵ年の研究を総括しつつ今後の研究の方向性を展望する予定である。平成22年度における研究の主要な目的は、中国系の作品について考察した表象としての「チャイナタウン」の研究を基礎にして、他のアジア系の作品における環境的想像力の考察である。研究成果は、雑誌論文一件、学会発表一件、そして環境文学概説書の編集と執筆である。1.研究成果:〔雑誌論文〕「空間的表象としてのチャイナタウン-『骨』における移民の歴史と家族の物語」(『中・四国アメリカ研究』第5号)、〔学会発表〕「中国系アメリカ文学に見る内なる他者」(シンポジウム「アジア系アメリカ文学・文化におけるInterethnic Encounters」の司会兼講師、多民族研究学会第14回全国大会)〔環境文学概説書の編集と執筆〕23年度夏の出版となる『オルタナティヴ・ヴォイスを聴く-エスニシティとジェンダーで読む現代英語環境文学103選』の編集に携わり論文を寄稿した。2.内容・意義・重要性:〔雑誌論文〕「空間的表象としてのチャイナタウン-『骨』における移民の歴史と家族の物語」においてMaxine Hong KingstonやAmy Tanとは異なるFae MyenneNgによるチャイナタウンの新しい捉え方を展開した。〔学会発表〕「中国系アメリカ文学に見る内なる他者」ではKingstonのTripmaster Monkey(1989)においてアフリカ系の文化に憧れる主人公が持つ変幻自在なアイデンティティの意味を論じた。(共著)『オルタナティヴ・ヴォイスを聴く-エスニシティとジェンダーで読む現代英語

環境文学103選』では、概論「アジア系の文学とアメリカの自然と風景」、作家と作品、そしてその評価と研究についての概説「カウンターカルチャーの場所」(Kingston, Tripmaster Monkey)、「家族史としてのチャイナタウン」(Ng, Bone),「ヘテロポリス・ロサンゼルス」(Karen Tei Yamashita, Tropic Orange)等を執筆した。
可視光で触媒効果を発揮する二酸化チタンの歯科への応用

今回の研究は,漂白材中の過酸化水素の歯質の浸透性を検討した.新鮮ヒト抜去犬歯の歯頸部から2mm根尖寄りの位置で切断し,根尖方向から髄腔内を清掃して次亜塩素酸ナトリウムで洗浄した.次に,歯根面と切断面から切縁側5mmを覆うようにシリコンチューブにはめ込み,歯頸部を接着剤でシールして試料とした.試料を脱イオン水(DW)に浸漬する対照群(Control),35%H_2O_2を主剤とするHi Lite処理群(Hi)3.5%のH_2O_2と可視光応答型二酸化チタンを主剤とするMGC-01処理群(MGC)の3群(n=5)に分けた.続いて切縁側を下にし,髄腔内にDW150μlを入れて,業者指定の方法で調整した漂白材を唇側エナメル質に作用させた.漂白開始から5,10,15分後にDW40μlを採取し,DW中のH_2O_2の測定を微弱発光測定装置(浜松ホトニクス)を用いたルミノール発光法にて行った.測定完了した試料は髄腔内を一層削除した後,内部のスミアー層の除去と象牙細管を開口させる目的で5分間リン酸処理し,同様にH_2O_2の浸透量を測定した.象牙細管を開口させなかった試料はH_2O_2の浸透が確認できなかった.これは,残存象牙質の厚さと,象牙質と歯髄の境界に漂白材の浸透を妨げる何らかの因子が存在するためと考えられる.そのため,高濃度H_2O_2を用いた漂白においても歯髄刺激がさほど発現しないのはこのためであると推察される.一方,象牙細管を開口させた試料は,Control群では検出されなかったが,Hi群では多量,MGC群ではわずかなH_2O_2の浸透が認められた.H_2O_2の浸透が認められた2群では同一実験群内において検出量にばらつきが認められるもののすべての試料で経時的に検出量が増加する傾向があった.これによりエナメル質表層だけでなく象牙質にも漂白材が作用していることが示された.臨床において漂白の効果に個体差があるのはその歯の象牙細管の狭窄程度,エナメル質の亀裂,エナメル葉,エナメル叢の状態の違いなどによる思われる.今回の同一実験群内における検出量のばらつきは,個々の歯の構造の違いに起因すると考えられる.今回の研究では,活性酸素種を産生し歯牙の漂白において有効に作用すると考えられている二酸化チタンおよび従来よりも低濃度の0.3%過酸化水素を用いた新しい漂白法について活性酸素種の特異的測定が可能な電子スピン共鳴(ESR)法を用いて評価をし、その効果について検討を行った.二酸化チタン光触媒作用から産生される活性酸素種は,活性酸素種の特異的検出試薬である5,5-dimethl-1-pyrroline-N-oxide(DMPO)を用いてESR法にて測定を行った.また,実際の歯の漂白には,齲蝕や充填物のないヒト抜去前歯を用い,漂白処理前のシェードアイによるシェードテーキング,接触式測色系SE2000(日本電色工業)によるLab系色彩値の計測を行った.続いて,被験歯唇面に薬液を塗布,光照射器(ラジカルリサーチ社,波長300400nm)の先端を歯面から約1mm離し,3分間照射後蒸留水で水洗した.この操作を3回繰り返し,それぞれ測色を行った,この測色の結果より,色差ΔE*abを算出し,シェードの変化とあわせて有効性を評価した.二酸化チタン+0.3%H_2O_2に光照射後ESR測定を行った結果,12本線のDMPO-OOHスピンアダクトが得られた.これよりH_2O_2を添加した二酸化チタン光触媒作用から活性酸素種の1つであるスーパーオキシドアニオンラジカルの産生が認められた.測色の結果,L値の著しい変化が認められた.これは漂白処理によりエナメル質表面の性状が変化し,光の屈折が変化したためと思われる.また,色差ΔE*abは1回の漂白処理で著しい変化が見られ,2回目以降の施行では顕著な変化は認められなかった.3回施行後の平均ΔE*abの値は3.54を示し,ΔE*ab>3.3の「肉眼的に色の変化が認められる」値となり低濃度のH_2O_2で十分な漂白効果を得ることが示された.今回の研究は,漂白材中の過酸化水素の歯質の浸透性を検討した.新鮮ヒト抜去犬歯の歯頸部から2mm根尖寄りの位置で切断し,根尖方向から髄腔内を清掃して次亜塩素酸ナトリウムで洗浄した.次に,歯根面と切断面から切縁側5mmを覆うようにシリコンチューブにはめ込み,歯頸部を接着剤でシールして試料とした.試料を脱イオン水(DW)に浸漬する対照群(Control),35%H_2O_2を主剤とするHi Lite処理群(Hi)3.5%のH_2O_2と可視光応答型二酸化チタンを主剤とするMGC-01処理群(MGC)の3群(n=5)に分けた.続いて切縁側を下にし,髄腔内にDW150μlを入れて,業者指定の方法で調整した漂白材を唇側エナメル質に作用させた.漂白開始から5,10,15分後にDW40μ

lを採取し,DW中のH_2O_2の測定を微弱発光測定装置(浜松ホトニクス)を用いたルミノール発光法にて行った.測定完了した試料は髄腔内を一層削除した後,内部のスミアー層の除去と象牙細管を開口させる目的で5分間リン酸処理し,同様にH_2O_2の浸透量を測定した.象牙細管を開口させなかった試料はH_2O_2の浸透が確認できなかった.これは,残存象牙質の厚さと,象牙質と歯髄の境界に漂白材の浸透を妨げる何らかの因子が存在するためと考えられる.そのため,高濃度H_2O_2を用いた漂白においても歯髄刺激がさほど発現しないのはこのためであると推察される.一方,象牙細管を開口させた試料は,Control群では検出されなかったが,Hi群では多量,MGC群ではわずかなH_2O_2の浸透が認められた.H_2O_2の浸透が認められた2群では同一実験群内において検出量にばらつきが認められるもののすべての試料で経時的に検出量が増加する傾向があった.これによりエナメル質表層だけでなく象牙質にも漂白材が作用していることが示された.臨床において漂白の効果に個体差があるのはその歯の象牙細管の狭窄程度,エナメル質の亀裂,エナメル葉,エナメル叢の状態の違いなどによる思われる.今回の同一実験群内における検出量のばらつきは,個々の歯の構造の違いに起因すると考えられる.
局所動吸振構造を有するフォノニック制振周期構造のシンセシス

固体中に動吸振構造を有する別の材料定数を持つ固体を埋め込んだ周期構造により有効な振動遮断特性を有する構造を,数値計算の支援により創成するための方法論の開発を目的として,境界要素法による動弾性体の無限周期構造と有限周期構造に対して固有振動数を解析する方法,および動弾性体に対して形状の制御にレベルセット関数を用い,得られた境界を実際に要素分割して境界要素法により最適なトポロジーを得る方法を開発した。本研究課題では、固体中に動吸振構造を有する別の材料定数を持つ固体を埋め込んだ周期構造により有効な振動遮断特性を有する構造を,数値計算の支援により創成するための方法論の開発に挑戦したものである。本研究では,単位構造が無限に続く周期構造に対する弾性波動の透過特性の計算を繰り返す必要がある。さらにこの他院行こう雑煮周期境界条件を課して固有振動数解析を繰り返して周期構造のトポロジー・形状を最適化する必要がある。そこで,周期境界条件を組み込んだ定常振動波動問題に対する2次元、および3次元の数値解析法の定式化とソフトウェア開発し,さらに、このソフトウェアを通じて動吸振最適構造を決定するためのトポロジー最適化法の解析アルゴリズムを考察した。その結果、次のような成果が得られた。(1)二次元フォノニック構造の単位周期構造に対して、局所共振構造に対する応答を調べるために、エポキシの母材中に鉛をシリコンゴムで被覆した構造を想定して定常振動応答解析を行い、バンドギャップと低周波数領域における振動遮断特性、各材料の振動状態を調べ、局所共振による振動遮断現象をシミュレーションで確認した。(2)周期構造に対する非線形固有振動数解析を高精度に行うための境界要素法による計算法をプログラムを開発し、ヘルムホルツ方程式についてまず高精度に固有振動数の計算を行うことができることを示した。さらに,動弾性体の無限周期構造と有限周期構造に対して,固有振動数をブロックSS法を用いて解析する方法を開発した。(3)動弾性問題の形状最適化法として形状の制御にレベルセット関数を用い,得られた境界を実際に要素分割して境界要素法により最適トポロジー得る方法を開発し,その有効性を検証した。以上の研究成果と解析法の高速化を図ることにより,局所動吸振構造の最適化を図る準備が完了した。本研究課題では、有効な振動遮断特性を有する構造を創成するために、固体中に動吸振構造を有する別の材料定数からなる固体を埋め込んだ周期構造をモデル化し、弾性波動の透過特性の計算を繰り返す必要がある。全体構造は、単位構造が無限に続く周期構造として考えることが、このような構造の設計理論を確立する上では第一義的に重要である。したがって、単位構造を一つ取りだして解析領域とする場合には、周期境界条件を導入する必要がある。本研究で対象とする問題は、単位周期構造の境界においては、周期境界条件を満足させなければならない。したがって本研究では、周期境界条件を組み込んだ定常振動波動問題に対する2次元、および3次元の数値解析法の定式化とソフトウェア開発をまず行った。(1) 2次元フォノニック構造の単位周期構造に対して、有限要素法による定常振動応答解析プログラムを開発した。さらに、局所共振構造に対する応答を調べるために、エポキシの母材中に鉛をシリコンゴムで被覆した構造を想定して定常振動応答解析を行い、バンドギャップと低周波数領域における振動遮断特性、各材料の振動状態を調べ、局所共振による振動遮断現象をシミュレーションで確認することができた。(2)単位周期構造が無限に連続している場合の非線形固有振動数解析を高精度に行うための境界要素法による計算法をプログラムを開発し、まずヘルムホルツ方程式について開発した方法により高精度に固有振動数の計算を行うことができることを示した。本年度は、周期境界条件を組み込んだ定常振動波動問題に対する2次元、および3次元の数値解析法の定式化と基本となる数値解析ソフトウェアの開発を目標とした。国内外の学会・国際会議で動向を調査して,本研究課題の新規性と重要性を確認すると共に、まず2次元の有限要素法に基づく単位周期構造の弾性振動応答解析ソフトウェアの開発に速やかに着手し、基本的なプログラムの開発を完了することができた。この結果は、日本機械学会の設計部門講演会と計算力学部門講演会で発表した。さらに、バンドギャップの計算には高精度な固有振動数解析が必要であり、また、問題が基本的には開領域問題であることから、境界要素法を用いる必要がある。ところが、この問題を境界要素法で定式化すると非線形固有値問題となるため、従来有効な解析法は存在していなかった。本研究では、経路積分により非線形固有値問題を計算する方法が存在することに着目し、境界要素法にこの方法を適用して、高精度に固有値を計算するための考察を行うと共に、まず簡単な例としてヘルムホルツ方程式で支配される問題にこの計算法を適用した。その結果、極めて高精度に固有振動数を計算することができた。この成果は、日本計算数理工学会発行の計算数理工学論文集第11巻に受理され、掲載された。

平成23年度に得られた結果を基にして、三次元の動吸振構造を組み込んだフォノニック単位周期構造に対して、弾性波動の透過率解析と、材料定数、形状、トポロジー最適化による有効な周期構造のシンセシスを行う。すなわち、様々な動吸振構造を仮定して、2次元および3次元モデルについて弾性波の透過率の計算をまず行う。さらに、境界要素法による設計感度解析法を用いて、大きな弾性波遮断特性が得られる局所動吸振構造の形状最適化(担当:松本、高橋)と、レベルセット法を用いた構造のトポロジー最適化(担当:山田)を行う。また、2次元・3次元の同構造に対して、境界要素法による固有振動解析法を適用し、最適なバンドギャップ配置に対してを料定数、形状、トポロジー最適化による有効な周期構造のシンセシスを行うための計算法を考察する。トポロジー最適化は、境界要素法を用いることにより、従来の設計空間の緩和によって生じる中間領域を含まない明瞭な形状表現が可能となることから、動吸振構造が複雑な構造を取る場合についても最適なトポロジーを求めることが期待できる。以上の結果をとりまとめ、国内の学術講演会(4回を予定)及び国際会議(1回を予定)で成果発表を行う。次年度への繰り越しが32円あるが、24年度においては物品費に繰り入れて執行する。平成24年度の使用計画は以下のようになる。(1)物品費100,032円(記録メディア他)(2)旅費600,000円(国内学会成果発表4回、国際会議成果発表1回)(3)人件費・謝金10,000円(データ入力、計算結果整理)(4)その他10,000円(論文掲載料)
状況と発声の統合から意味の創出へ:原型言語の脳機構

社会性齧歯類デグーは豊富な音声レパートリーを有し,約20種類の音声を状況別に使い分けコミュニケーションをする。デグーの発声中枢PAGの電気刺激実験の結果から、状況依存的発声はより上位の領域において制御され,特定の文脈における適切な発声が可能になっていると考えられる。学習・記憶研究において,海馬は文脈認知の有力な候補であるが,発声と海馬の関与は未だ明らかでない。文脈依存的な発声行動における海馬の役割を明らかにするため,海馬損傷を施した個体の発声の変化を飼育場面と求愛場面において検討した。海馬損傷個体において歌頻度が減少し、求愛開始時に特徴的な導入行動が欠落するなどの歌の変化が見られたほか、機能の異なる音が求愛歌中に出現した。求愛行動に関しても、海馬損傷個体では雌の拒絶の発声にも関わらず、雌に対する接触行動が増加した。また、海馬損傷個体では、同性個体に対しても接触頻度が増加し、喧嘩頻度の増加がみられた。ただし、海馬損傷個体が喧嘩の開始をすることはなく、他個体の拒絶にも関わらず接近行動を繰り返すなど、対他個体への反応様式の変化が喧嘩を誘発する傾向があった。親和行動に関しては、グルーミング行動や他個体に寄り合って寝る行動の減少がみられた。物体に対する馴化や新奇物体の認知に関しては、海馬損傷個体に異常はなかった。これらの結果から、海馬が音声・非音声コミュニケーションにおける状況の認知に寄与していることが示唆された。ヒト言語への前適応となる重要な下位機能として発声制御、系列操作が挙げられる。発声制御は呼吸を自発的に制御する必要から生じたと思われる機能である。系列操作は複雑な行動の順序を獲得する必要から生じた機能で、ここから文法が可能になったと考える。これら、二つのモジュールについて言語を持たない社会性齧歯類デグーを用いて、その脳機能を明らかにすることを目的として以下の実験を行っている。(1)発声制御:電気刺激実験を行い、発声制御系の中心領域である中脳水道灰白質および上位領域の1つである帯状回で誘発された発声パターンを記録した。中脳水道灰白質の刺激では、デグーの日常的な発声の多くが誘発されたが、求愛歌を誘発することはできなかった。誘発された発声パターンに、雄雌差は見られなかった。また、新たに道具使用訓練を行い、デグーが特定の場面で自発的に発声を行うことを確認した。(2)系列操作:タッチパネルシステムを用いた動作系列課題の開発を行なった。デグーに対しスクリーン上に提示された図形刺激に対しタッチし報酬を得る訓練を行なった。左右にランダムに提示される刺激を追従することを連続強化し、2つの異なる強化スケジュールで本訓練を実施した。本訓練では、実験者が任意に決めた順序で2項目系列の生成を訓練した。部分強化群に対し、FR2スケジュールでの訓練を20日間行い、その後項目逆転テストを行なった。長期間の訓練にも関わらず、成績はチャンスレベルを維持した。逆転テストの結果、デグーは報酬に近い2項目目への固執反応が出現していたことが明らかになった。連続強化群に対し、同様の訓練を行なったところ、5日間の訓練で正反応率が90%に達した。連続強化スケジュールでは、前項目と異なる位置へのShiftと同じ位置へのStayを含むより長い項目の動作系列の生成も可能であることを確認した。
好中球エクスターゼ阻害剤が誤嚥性肺炎による全身臓器障害に及ぼす効果の研究

ネンブタール麻酔下にウサギ(JWR,3.5±0.2kg)を気管切開、人工呼吸をし、細いチューブを右下肺へ挿入し、塩酸(pH1.25,1.2ml/kg)を注入した(塩酸群)。コントロール群では塩酸の代わりにpH7.4phosphate buffered salineを注入した。好中球エラスターゼ阻害剤(ONO-5046)を塩酸投与15分前に投与する群をONO群とした。塩酸注入後30分、1,2,4,8時間後に動脈採血し、血液ガス、白血球数、好中球H_2O_2を測定し、8時間後に脱血死させ、両肺、心、肝、腎、小腸を摘出し乾湿重量比(W/D)と臓器好中球数の指標であるmyeloperoxidase(MPO)活性を測定した。また左右肺のbronchoalveolarlavage(BAL)を行い、細胞分画、タンパク濃度を測定した。Pao_2:塩酸群では8時間後有意に低下したがONO群では変化なかった。好中球H_2O_2:コントロール群に比較し塩酸群では1,2,4時間後に有意に増加したが、これをONO-5046投与は抑制した。W/D:右肺では塩酸群、ONO群ともに増加した。左肺および小腸では塩酸群では増加し、これをONO-5046投与は抑制した。MPO活性:右肺、左肺、小腸では塩酸群、ONO群ともに増加した。BALタンパク濃度:右肺では塩酸群、ONO群ともに増加した。左肺では各群とも有意差がなかった。以上より塩酸の片肺注入よる対側肺および小腸の血管透過性亢進、好中球H_2O_2の増加はONO-5046により抑制され、好中球エラスターゼの関与が示唆された。
メラノサイトの分化におけるc-kitの役割

1,メラノサイトの分化のマーカーであるtyrosinase,tyrosinase related protein 1および2(以下,TRP-1,TRP-2)と,c-kitとの関連について、培養神経冠細胞をもちいて酵素抗体法により蛋白レベルで比較検討した。2,野性型マウスであるC57/B16マウスをもちいた。妊娠9.5日の胎仔を摘出し,胴体部分を切除,トリプシン処理後ピペッティングにより神経管を分離した。この神経管をTPAとコレラトキシンを加えた条件下で培養し,培養3日目,6日目,9日目に固定した。固定後,c-kitに対するモノクローナル抗体であるACK-2をもちいて、酵素抗体法によりその発現を検索した。また,tyrosinase,TRP-1,TRP-2に関しても同様に,その発現を検索した。我々は既にこの培養系でc-kitの発現に遅れてDOPA陽性細胞が出現することを確認している。3,(1),c-kitの発現は,培養3日目よりみられる神経管由来の細胞の一部に確認された。培養6日目では陽性細胞の増加が認められ,培養9日目では陽性細胞の増加とともに,樹枝状の形態を有する陽性細胞が認められた。また,肉眼的melanizationは培養6日目より認めた。(2),tyrosinaseの発現は,3日目ではみられず6日目より認めた。(3),TRP-1の発現は,tyrisinaseとほぼ同様で培養3日目よりみられた。(4),TRP-2の発現は,培養3日目よりみられ,c-kit陽性細胞とほぼ同様の形態を有していた4,in vitroにおける,酵素抗体法をもちいた蛋白レベルでの今回の検索では,TRP-2,c-kitの発現が先行して認められ,Steel factorおよびc-kitによる情報伝達が,メラノサイトの分化に影響する時期は初期段階である可能性が示唆された。
中枢性及び末梢性グリアによる再生神経の誘導機構について

神経の再生過程にはグリアによる再生誘導機構が存在すると推測されるが未だに実証されていない。それは、グリアの動態を再生軸索との関連の上で捉えられるモデルが確立されていないからである。著者は生体内でありながらあたかも培養上の組織を取り扱うように再生神経を観察することができるフィルムモデル法を開発した。今回、フィルムモデル法を使ってグリアの再生誘導機構を成熟雌マウスの総腓骨神経と視神経を使って検討した。その結果、(1)切断遠位神経は中枢性、末梢性のいずれも切断後7日目から14日目までの期間に限定して再生阻害因子を放出し、再生発芽を抑制する。(2)ウエスタンブロッティング、電気泳動法、抗体による中和化、電子顕微鏡法の諸実験を通じて、放出される再生阻害因子は髄鞘関連糖タンパク質(MAG)であり、脱髄に伴ってMAGのうち細胞外ドメインが遊離し再生阻害効果を発揮する。(3)再生阻害効果を抗MAG抗体によって中和化すると再生神経像が光学顕微鏡下に観察できる。とりわけ、シュワン細胞の動態をフィルムモデルによって特異的に観察する目的で免疫組織化学法を今回開発し分析した。その結果、(4)シュワン細胞は切断近位と遠位の両方の神経端からそれぞれ遊走する。(5)近位由来のシュワン細胞と遠位由来とでは形態が異なっている。近位由来のシュワン細胞は紡錘形の細胞体から2本の長い突起を有し、それぞれの突起は4-5本の分枝を持つのが特徴である。遠位由来のシュワン細胞は突起も分枝も持たない。(6)遠位由来のシュワン細胞は日数を経るほどに次第に整列してくる。(7)遠位由来のシュワン細胞は、近位由来のシュワン細胞と接触すると整列しはじめ、両者の細胞による架橋形成が進む。(8)この橋を走行経路として再生軸索は伸長する。(9)近位由来シュワン細胞は遠位神経の方向へと整列するなどの所見を新たに得ることができた。神経の再生過程には損傷部近位に由来するグリアと遠位由来のグリアによる再生誘導機構が存在すると推測されるが詳細は不明である。著者は、再生誘導時期と遠位神経束からの再生阻害因子の放出時期とが一致している可能性を得ている。そこで、再生阻害機構を実証し阻害因子を確実に除去する手法を確立することから始めた。再生阻害因子の放出機構を実証。(1)マウス右総腓骨神経を切断し、遠位神経をリンガー液に浸漬後、2枚のフィルムに挟みそのまま生体内に3日から18日まで適時温存した。また、マウス視神経片においても同様の方法によって生体内温存した。中枢性、末梢性とも遠位神経はやがて変性する。変性遠位神経片を切断近位の新鮮な末梢神経の断端に向かい合うようにしてフィルムの上に結紮固定した。中枢性、末梢性いずれも切断後7日目から14日目の遠位神経片を用いた場合にのみ発芽は認められなかった。(2)抗髄鞘関連等蛋白質(MAG)を上記のフィルム上に滴下すると再生神経が伸長した。(3)再生阻害性を示す遠位視神経片をアクリルゲル上に3日間冷蔵保存した。末梢神経片ではフイルム上に載せたものに対して結合組織と共にゲル上に3日間冷蔵保存した。これらの資料にウエスタンブロテイングするとゲルに浸透した蛋白質からMAGが検出された。

(4)同様の資料をリン酸緩衝液に浸潰・遠心後、電氣泳動するとMAGの分子(69KD, 72KD)のうち再生阻害作用を示す蛋白質(約56KD)が検出された。(5)変性遠位神経片を電子顕微鏡で検索すると阻害作用を示す時期のものはすべて脱髄化していた。以上の結果、遠位神経の脱髄に伴って髄鞘に局在するMAGのうち細胞外ドメインが離出し神経束外へと放出され再生神経の発芽・伸長を阻害する機構が判明した。グリア検出法の確立。フィルム上のシュワン細胞を薄切することなくそのままの状態で観察する免疫組織化学法を確立した。1.グリアによる再生誘導機構を検証するモデルの確立。神経の再生過程には損傷部位の近位に由来するグリアと遠位由来のグリアとによる再生誘導機構が存在すると推測されるがまだ実証されていない。著者は、新たに開発したフィルムモデルによって神経の再生初期過程を追跡し、末梢神経においても中枢神経系のように再生阻害されるとの事実を捉えた。さらに神経から遊離する再生阻害因子が髄鞘関連糖タンパク質(MAG)であることを中枢神経系と末梢神経系の両方系において生化学的に実証した。この因子は軸索変性に伴う脱髄において細胞外ドメイン部位から遊離し易く再生抑制効果を示すとの所見を得て今回発表した。再生は特定の時期に阻害される。阻害される時期までの再生神経を詳細に観察しても遠位神経へと収斂する像は見られない。再生阻害因子を抗体によって中和化し再生神経が再び伸張してくる様態を観察したところ、再生神経の遠位神経への収斂像が捉えられた。抗体の濃度を検討して中和化される至適濃度を決定し、グリアによる再生誘導機構を検証するモデルを確立することが出来た。2.シュワン細胞による再生誘導機構。神経端からフィルム上へ遊走してくるシュワン細胞の形態について、組織を薄切することなく免疫組織化学法によって特異的に検出する方法を開発した。阻害因子を抗体によって中和化し再生神経の伸長状態をシュワン細胞の遊走の観点から分析した。その結果、(1)シュワン細胞は両方の神経端からそれぞれ遊走する。近位神経端から遊走するシュワン細胞と遠位神経からとでは形態は異なっていた。(2)遠位神経から遊走するシュワン細胞は次第に整列してくる。(3)近位神経から遊走するシュワン細胞と接触すると遠位由来シュワン細胞は整列し架橋形成が進む。(4)この橋を走行経路として再生軸索は伸長する。(5)近位由来シュワン細胞は遠位神経の方向へと整列するとの所見が新たに分かった。
がん細胞における染色体ホモ欠失領域からの新規がん抑制遺伝子の単離

9p21(p16がん抑制遺伝子座)、22q12という種々のヒトがんで高頻度に欠失する染色体領域を対象とし、新規がん抑制遺伝子の探索、染色体欠失発生の分子機構の解明を目指した研究を行った。1.22q12ホモ欠失領域からの新規肺がん抑制遺伝子MYO18Bの単離ヒト肺がんの染色体22q12に見い出した両相同染色体完全欠失(ホモ欠失)領域を解析し、新規ミオシンファミリー遺伝子であるMYO18Bを単離した。この遺伝子は約50%の肺がんにおいて、変異、欠失、メチル化により失活していた。MYO18B-cDNAを強制発現することにより、肺がん細胞の足場非依存性増殖能が失われた。以上の結果は、MYO18Bが肺がん抑制遺伝子として機能していることを示している。2.リンパ性白血病における9p21欠失発生の分子機構の追求ヒトリンパ性白血病細胞株42例における9p21欠失切断点の分布を調べると共に、15例の細胞株の切断点30個をクローニングし、切断点結合部の構造を明らかにした。9p21領域内には少なくとも5箇所の切断点集中部位が存在し、また、>70%の症例の切断点結合部にはV(D)J組換えの痕跡が残されていた。切断点集中部位配列を含むシャトルプラスミドを用いてヒト細胞内でのV(D)J組換え活性を調べたところ、切断点集中部位配列はV(D)J組換えシグナルとして機能することが示された。よって、リンパ性白血病における9p21欠失の大部分は、9p21領域内に存在するV(D)J組換えシグナル配列様配列を標的とした異常V(D)J組換えによって生じることが示唆された。
インコメンシュレートな準結晶材料の量子摩擦・摩耗の解明

本研究は,原子配列がどの方位にも無理数比なインコメンシュレート条件である準結晶の原子論的な量子摩擦・摩耗に対する実験的基礎データの収集および超潤滑理論の検証のための基礎実験を」行うとともに新しいトライボ材料としての準結晶の可能性の探索を目的とした.これらの目標を遂行するため,第一に粒界などの欠陥のないAl-Cu-Fe系単準結晶の創成をおこなった.次に摩擦係数測定,摩擦摩耗現象に相関のある弾性定数,破壊強度,硬さの測定をナノインデンテーション法で行い,ほぼ同組成の結晶相の材料と比較を行い,準結晶材料の特徴を明らかにした.以下に,得られた結果について示す.(1)TFZ法によりAl_<61.6>Cu_<24.5>Fe_<13.9>の組成のmmサイズの単準結晶を創成できた.X線回折法および透過電子顕微鏡観察により5回の回転対称性を有する単準結晶であることを同定した.(2)得られた単準結晶の物性は,摩擦係数(大気中)0.18,縦弾性定数191GPa,ビッカース硬さ970,破壊硬さ1.7MPam^<1/2>であった.一方同組成の結晶相はそれぞれ0.25,136GPa,690,1.1MPam^<1/2>であった.従って,準結晶相は特異な原子配列に起因して摩擦係数,強度などで優れており,低摩擦,高比強度材料として有望であることがわかった.本研究は,原子配列がどの方位にも無理数比なインコメンシュレート条件である準結晶の原子論的な量子摩擦・摩耗に対する実験的基礎データの収集および超潤滑理論の検証のための基礎実験を」行うとともに新しいトライボ材料としての準結晶の可能性の探索を目的とした.これらの目標を遂行するため,第一に粒界などの欠陥のないAl-Cu-Fe系単準結晶の創成をおこなった.次に摩擦係数測定,摩擦摩耗現象に相関のある弾性定数,破壊強度,硬さの測定をナノインデンテーション法で行い,ほぼ同組成の結晶相の材料と比較を行い,準結晶材料の特徴を明らかにした.以下に,得られた結果について示す.(1)TFZ法によりAl_<61.6>Cu_<24.5>Fe_<13.9>の組成のmmサイズの単準結晶を創成できた.X線回折法および透過電子顕微鏡観察により5回の回転対称性を有する単準結晶であることを同定した.(2)得られた単準結晶の物性は,摩擦係数(大気中)0.18,縦弾性定数191GPa,ビッカース硬さ970,破壊硬さ1.7MPam^<1/2>であった.一方同組成の結晶相はそれぞれ0.25,136GPa,690,1.1MPam^<1/2>であった.従って,準結晶相は特異な原子配列に起因して摩擦係数,強度などで優れており,低摩擦,高比強度材料として有望であることがわかった.
巨大噴火の降灰対策に資する，火砕噴火シークエンスとマグマ岩石化学の研究

巨大噴火の広域防災を考えるには,遠くまで拡がる火山灰の量・分布・降下が続く時間(継続時間)等の情報が極めて重要であり,特に「継続時間」は対策の立案に最も必要である.しかし,巨大噴火は滅多に起こらないため,機器観測や有史上の記録が少ないという困難さがある.そこで本研究では,爆発的火山噴出物の地質調査と岩石化学分析を行い,地表を流れる火砕流が発生するマグマと,発生しないマグマの特徴を探る.一般的に,同じ大きさの噴火ならば,地表を流れる火山灰の割合が増えれば,空を運ばれる火山灰の割合が減ると期待されることから,火砕流の発生によって,継続時間がどの程度変わるかを調べる.巨大噴火の広域防災を考えるには,遠くまで拡がる火山灰の量・分布・降下が続く時間(継続時間)等の情報が極めて重要であり,特に「継続時間」は対策の立案に最も必要である.しかし,巨大噴火は滅多に起こらないため,機器観測や有史上の記録が少ないという困難さがある.そこで本研究では,爆発的火山噴出物の地質調査と岩石化学分析を行い,地表を流れる火砕流が発生するマグマと,発生しないマグマの特徴を探る.一般的に,同じ大きさの噴火ならば,地表を流れる火山灰の割合が増えれば,空を運ばれる火山灰の割合が減ると期待されることから,火砕流の発生によって,継続時間がどの程度変わるかを調べる.
高速で3次元的に海洋環境を利用する高次捕食者の方位と水温測定による索餌経路の解析

水深温度記録によるウトウの採食範囲の推定と加速度記録計によるウミガラスとヨーロッパヒメウの潜水行動記録の解析をおこなった。北海道天売島のウトウに水圧温度記録データロガーを装着しその潜水行動と同時に鉛直水温プロファイルを測定し、北海道水産試験場の調査船によって周辺海域の海洋観測を、2002年と2003年6月に実施した。両者の水温プロファイルの一致からウトウの採食場所を推定した。キャリブレーションをおこない、この方法で個体の採食場所をおおまかに解析することが可能であると判断された。2002年には多くは天売島の北から利尻島の間の沿岸部で採食したが、2003年には多くは天売島の南方向数十キロの増毛沿岸で採食していた。調査海域における56月の表面海水温度は、2002年の方が2003年に比べて高く、対馬暖流勢力が2002年は強かったと考えられる。そのため、相対的に暖かい海域に分布するカタクチイワシを主たる餌とする本種は2003年には、より南で採食していたのではないかと推察される。スコットランドのメイ島で、鳥に装着したデータロガーで尾頭方向加速度と腹背方向加速度を64Hzで記録し、翼で潜るウミガラスと足で潜るヨーロッパヒメウの推進調節を研究した。体軸角度は尾頭方向加速度の低周波成分から推定され、いずれの種もほぼ垂直に潜っていた。推進とストロークは腹背方向加速度の高周波成分から推定した。潜水しはじめは、大きな浮力にさからうために、ウミガラスは翼の打ち下げと打ち上げ両方で推進していたが、ウはパワーストロークでのみ推進した。深く潜水すると、ウはグライドを長くして、ウミガラスは打ち上げ時の推力発生を小さくして、それぞれ推進頻度を低下させたが、ストローク時間はほぼ一定に保たれたままだった。水深温度記録によるウトウの採食範囲の推定と既存の加速度記録計によるハシブトウミガラスの潜水行動記録の解析をおこなった。北海道天売島のウトウに水圧温度記録データロガーを装着しその潜水行動と同時に鉛直水温プロファイルを測定し、北海道水産試験場の調査船によって周辺海域の海洋観測を実施した。両者の水温プロファイルの一致からウトウの採食場所を推定したところ、多くは天売島の北から利尻島の間の沿岸部で採食するが、大きな個体変異も認められた。この方法で個体の採食場所をおおまかに解析することが可能であると判断された。ノルウェーでハシブトウミガラスの羽ばたきを2軸加速度記録ロガーで記録したところ、ほぼ垂直に1.6-1.8m/sの速度を維持しつつ沈降し、数十メートルの深度で水平遊泳し、その後70度の角度で浮上するが、20mほどで羽ばたきを停止するにもかかわらず、急速に大きくなる浮力によって加速し水面近くで速度は2.2m/sに達した。浮力が大きい沈降しはじめは毎秒3-4回推進したが、深くなるにつれ小さくなり、浮力がなくなる深度では毎秒2回しか推進しなかった。一方。羽ばたき頻度は沈降中も底滞在中も毎秒2回程度で変化しなかった。加速度を詳しく見ると、沈降初期には翼のうち下ろしうち下げそれぞれで1回推進加速したが、深い深度ではうち下げでしか推力を発生していないことがわかった。深度によって変化する浮力に対してこのように巧妙な方法で、羽はたきを調節して抵抗係数を最小にする最適速度に近づけようとしていた。
地域における軽度パーキンソン徴候の疫学的検討

MPS群は,運動障害を認めない群に比べて有意にMMSEが低下していた。MCI群では認知機能正常群に比して、MPSを呈する症例が有意に多かった。一方、認知機能が低下しているほど,また運動機能が低下しているほどGDS得点が高い傾向があった.さらに、アクチグラフィーにより計測した活動量とGDSやMMSEとの有意な相関もみられた。運動機能としての活動量やMPSの重症度と、うつの重症度,認知機能低下の程度に関連が認められ、運動機能低下、うつ、認知機能低下は、相互にそれらの発症に影響している可能性が推定された。今後,MPSの臨床的意義を明らかにするためにMPS例についての縦断研究が必要である。
麻痺筋の痙縮に対する治療的刺激(TES)の定量的効果判定と適応選択

"麻痺筋の痙縮に対する治療的電気刺激(TES)の定量的効果判定と適応選択"脳内出血および脳梗塞(1例は髄膜腫術後)の10症例12肢(上肢9例、下肢4例)の痙縮に対して、経皮的埋め込み電極を刺入留置し、ポ-タブル刺激装置(日本電気三栄製FES-MATE1230)を用いて1日60120分のTESを最低2ヶ月行った。全例に12段階片麻痺Grading・徒手痙縮評価(特に刺激筋の拮抗筋)・表面動作筋電図・CTによる筋volume測定を行い、2例に脛骨神経の刺激筋電図(H波・M波)導出・2例にKIN-KOMによる足関節の筋力測定を実施し、効果を判定した。全例においてTES後に片麻痺Gradeの改善を認め、この傾向は発症1カ月以内の早期開始例および開始時の片麻痺Gradeが比較的高い不全麻痺症例で強くなっていた。また早期開始例では中等度以上の痙縮は出現せず、開始時すでに痙縮が認められた症例ではTESによる痙縮軽減効果を認め、これは刺激直後に顕著であった。動作筋電図の増強も早期開始例に強く、しばしば刺激筋の拮抗筋にも増強が見られた。CTによる筋のvolume評価では筋萎縮の予防・改善効果が認められた。これらの結果から、発症早期の不全麻痺症例および痙縮の高度な症例がTES適応になると判断された。刺激筋電図(H波・M波)を導出した症例では、経皮的埋め込み電極を用いた刺激によって1ヶ月以上の長期にわたる安定した記録が可能となり、総腓骨神経刺激直後にH波電位の低下が認められ、有力な診断手技になると考えられた。以上の結果を95年3月の第20回脳卒中学会において発表した(発表者;高橋博達)。
脳の視覚情報処理機構を考慮した深層畳込みニューラルネットワークの研究

ヒトの視覚的パターン認識における物体形状の表現様式として,パターン領域の外縁輪郭の形状ではなく,パターンの中心軸(スケルトン)がエンコードされていることを示唆する知見が近年報告されている.今年度は中心軸表現の計算論的有用性を見出すべく,計算機実験により外縁輪郭との認識率の比較を行った.その結果,ベストな表現様式はパターンに与える変形の種別ごとに相違した.一方,CNNのパラメータを適切に調整する手法を見出すための識別率優良/不良ネットワークの反応様式比較の研究では,学習後の層ごとの特徴抽出結合の類似度を測り,冗長さを吟味した.その結果,性能に応じた冗長さの分布を見出すことができた.また,近年のCNNは畳み込みを何回か連続させてからプーリングを行うなど,様々な形態のモデルが出現している.今年度はどの形態の性能が良いかを進化的計算を用い模索させた.しかしメモリ容量の制約により既存のモデルの性能を上回るまでには至らなかった.このほか,ヒトの視覚系を大まかに近似するとみなせるU-Netを用い,アモーダル補完や図地分離などの視覚機能を模擬できるかを調べた.その結果,模擬できる可能性は認められたが学習パターン数が少なかったこともあり良好な結果とまでは言えなかった.さらに,昨年度取り組んだU-NetによるCT画像からの脊椎領域抽出に関する改良も行った.メモリの制約により3D-Unetを使う代わりに,CT画像を3Dの直方体に積み重ねた上で,3方向にスライスしなおし,各方向につき2DのU-Netで学習・識別させた結果をマージするようにしたところ,単体の2Dでの結果よりも精度を向上させることができた.当初予定してたパターン中心軸の認識の可能性に関する研究に取り組むことができ,また前年度からの先送りとなっていたDCNN最適パラメータ探索法の模索のための研究も遂行できた.その一方で,当初予定していたDCNN細胞の整数グリッド座標から実数座標への拡張の取り組みや,前年度からの先送りとなっていた特徴マップ同士のトポグラフィックな関係性の導入の研究は実質進められていない.しかし,当初予定されていなかった医用画像処理の新たな成果が出たうえ,U-Netによる視覚機能の模擬の研究にも取り組むことができた.計画変更が生じているものの,全体には順調といって差し支えない状況であると考える.当初予定されていた全層リカレントDCNNに予定通り最終年度に取り組むとともに,平成30年度に取り組む予定だったDCNNの細胞の整数グリッド座標から実数座標への拡張の取り組みや,その前年度からの先送りとなっていた特徴マップ同士のトポグラフィックな関係性の導入の研究も最終年度に取り組む.また,平成30年度に各種制約で期待してたパフォーマンスを得ることができなかった各種取り組みについても,最終年度に再度手掛けることを検討する.ヒトの視覚系が物体外縁輪郭そのものではなく,中心軸変換によって得られるスケルトン状輪郭を形状表現としてエンコードしているとの説がある.中心軸表現のアドバンテージについてモデルのシミュレーションにより検証すべく,深層畳み込みニューラルネットワーク(DCNN)のプロトタイプである視覚系パターン認識モデルNeocognitronを用いて,様々な形状の物体につき認識を許容する変形の限界を物体輪郭とスケルトンの2種の入力パターンを使って調べた.明確な差はないものの,物体外縁輪郭のほうが識別率が高いケースが多かった.画像の変形タイプごとにパラメータ調節して調べたので,1セットのパラメータで各種変形への耐性テストを行うことが今後の課題である.一方,ヒトの視覚認知の顕著な特性の1つとして,対称性のあるパターンの知覚が明瞭であることが挙げられるが,この特性が発現するメカニズムは明らかにはなっていない.Fukushima&Kikuchi(2006)のモデルでは,局所的な入力信号の統合結果同士のバランスをとるメカニズムで対称性を持つ物体を検出するようになっており,かつ背景が均一な画像のみ扱えるものだった.本研究では作り付けの回路ではなく,DCNNによる学習で対称性検出機構が醸成されるか,そして複雑な背景在りの自然画像に対して対称性検出が可能か否かを,視覚系を荒くモデリングしたものとみなせるAlexNetやU-Netを用いて調べた.その結果,必ずしも高精度とは言えないものの可能であることがわかった.また,U-Netのようなアーキテクチャーのモデルの性能評価の一環で,実世界の問題への適応可能性を調べるべく,医用画像処理の発表に応用した.CT画像を入力,脊椎領域を出力として学習させると,十分実用可能なレベルで未学習の脊椎を出力できることを確認した.当初は2年目の計画として考えていたしていたパターン中心軸認識の研究で相応の成果があったこと,また計画外であった対称性検出のDCNNや医用画像処理へのDCNNの応用の研究で成果があった一方で,当初の1年目の計画であったトポグラフィック細胞面構造の導入が,モデルの設計を進められたのみでありシミュレーション未実施であること,また同じく1年目の計画だったDCNN最適パラメータ探索についても,有益な規則性を見出すには至っていないこと,などを勘案すると,総合的には若干遅れている状況であるとみなすことができる.ヒトの視覚的パターン認識における物体形状の表現様式として,パターン領域の外縁輪郭の形状ではなく,パターンの中心軸(スケルトン)がエンコードされていることを示唆する知見が近年報告されている.今年度は中心軸表現の計算論的有用性を見出すべく,計算機実験により外縁輪郭との認識率の比較を行った.その結果,ベストな表現様式はパターンに与える変形の種別ごとに相違した.一方,CNNのパラメータを適切に調整する手法を見出すための識別率優良/不良ネットワークの反応様式比較の研究では,学習後の層ごとの特徴抽出結合の類似度を測り,冗長さを吟味した.