hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
関節リウマチの病態におけるmicroRNAの役割の解明と治療応用の検討

関節リウマチの主病態である滑膜線維芽細胞の増殖・活性化を担うmicroRNAを同定し、治療標的としての可能性を明らかにするため、関節リウマチ由来滑膜線維芽細胞に約900種類のmicroRNA阻害剤をそれぞれ導入し、TNF-αによる細胞増殖や活性化を制御するmicroRNA阻害剤を複数同定した。本研究はこれまで困難であった関節リウマチにおけるmicroRNAを標的とした治療の端緒となるものである。microRNA(miRNA)は遺伝子発現を主に翻訳レベルで抑制することにより様々な生理的・病的状態において重要な役割を担っている。本研究では関節リウマチの病態に関与するmiRNAを同定し、miRNAを標的とした治療応用の可能性を明らかにすることを目的に、下記検討を行った。(1)関節リウマチの病態に関与するmiRNAのスクリーニング関節リウマチの主病態である、滑膜線維芽細胞の増殖・炎症を担うmiRNAを同定するため、関節リウマチ患者由来の滑膜線維芽細胞に対し、470種類の合成miRNA阻害剤を導入し、TNFαの刺激による細胞増殖やIL-6, MMP-3産生に変化を来すmiRNAを網羅的に検索した。その結果、細胞増殖やIL-6・MMP-3産生を抑制・もしくは亢進させるmiRNA阻害剤が複数認められた。(2)同定したmiRNAの再現性検討と発現解析上記スクリーニングにて同定したmiRNAの治療標的としての妥当性を明らかにするため、更に複数の患者由来の滑膜線維芽細胞でも検討を行い、再現性の得られた10種類のmiRNA阻害剤に注目した。しかし、それらのmiRNAの滑膜線維芽細胞における発現を検討したところ、いずれのmiRNAも検出感度以下であった。この原因として、使用したmiRNA阻害剤の標的miRNAに対する特異性の低さと阻害効率の低さが問題点として明らがとなった。(3)改善策上記問題点を克服するため、miRNA阻害剤の核酸同士をすることにより、miRNAに対する特異性と阻害効率を高めた阻害剤を使用し、再度スクリーニングを進めている。(1)関節リウマチの病態に関与するmiRNAのスクリーニング関節リウマチの主病態である滑膜線維芽細胞の増殖・炎症を担うmiRNAを同定するため、関節リウマチ患者由来の滑膜線維芽細胞に対し、470種類の合成miRNA阻害剤を導入し、TNFαの刺激による細胞増殖やIL-6,MMP-3産生に変化を来すmiRNAを網羅的に検索した。しかし、解析を進める過程で、miRNA阻害剤libraryの阻害効率の低さと標的miRNAに対する特異性の低さが明らかとなり、目的とするmiRNAの同定が困難であった。そこで新たにLNA修飾を行うことにより特異性と安定性、阻害効果を高めたmicroRNA阻害剤Libraryを用いて、再度スクリーニングを行った。(2)同定したmiRNAの再現性検討上記スクリーニングにて同定したmiRNAの治療標的としての妥当性を明らかにするため、更に複数の患者由来の滑膜線維芽細胞でも検討を行い、再現性の得られたmiRNA阻害剤に注目し、その標的遺伝子、作用機序の解析を進めている。
適応的な認識法に基づく画像理解の研究

状況に応じた処理ににより認識をする方法について研究し,画像理解の1つである画像の全画素にクラスラベルを割り当てる画像ラベリング,顕微鏡画像からのアスベスト検出,静止画像中に写る動作をしている人の検出などで高い精度を得た.また,動画像にも応用し,行動認識では特徴抽出マスクを自動的に生成した後、検証データを基にマスクの選択を行うことにより、精度を高めた.さらに,顕微鏡画像中の粒子追跡では誤りの可能性を考慮することにより精度を高めた.まず、画像ラべリングにおいて局所特徴と大局特徴を統合することにより高精度化を行う方法について検討した。局所的な色や形の特徴量から類似度とBag-of-visual words法を利用した画像全体の大局的な類似度を積により統合した。これにより、MSRC21という21種類の対象を含むデータベースを用いた精度評価では世界のトップレベルに近い性能が得られた。細胞内画像から特定の対象を検出する課題も行い、局所的な観点だけでなく、大局的な文脈情報を利用することにより精度が向上することを示した。また、静止画像からの行動理解においては人の位置を検出し、人から抽出した特徴と背景から抽出した特徴に分けた方が良いということが示されている。しかし、人が何かの行動している画像では人のポーズの変化や向きの変化が大きく、従来の人検出法ではうまく検出できない。そこで、位置関係を捨てて類似度を測るBag-of-visual words法を用いて人の位置を検出する方法を研究した。静止画像からの行動認識に利用されるデータセットを用いて評価した所、従来の人検出法に比べて高性能であることを確認した。これを用いて人の領域を検出しながら推論を深めていく。さらに、動画像認識でも識別に有効な特徴量を選択することで精度を向上させている。また、動画像中の対象追跡では一度の追跡失敗からの復帰が大きな問題となるが、ここでは追跡が失敗している可能性を適応的に評価し、それに基づいて適宜修正を行う方法を提案した。これにより、精度が向上した。状況に応じた処理ににより認識をする方法について研究し,画像理解の1つである画像の全画素にクラスラベルを割り当てる画像ラベリング,顕微鏡画像からのアスベスト検出,静止画像中に写る動作をしている人の検出などで高い精度を得た.また,動画像にも応用し,行動認識では特徴抽出マスクを自動的に生成した後、検証データを基にマスクの選択を行うことにより、精度を高めた.さらに,顕微鏡画像中の粒子追跡では誤りの可能性を考慮することにより精度を高めた.単なる画像中の対象の識別は高精度に行うことができるようになってきた。しかし、画像の内容や意味のような高次の認識課題となると今の方法ではあまり高い精度が得られない。これは、何か新しい認識の枠組みが必要であることを示唆している。本研究課題では、新しい枠組みとして、適応的な認識法を考える。これまで提案された方法の多くは、事前の学習に基づくものである。つまり、事前にラベル付けされたサンプルが多数あり、それらを基に識別器や予測器を作成し、テストの際にはそれを変えずに利用していた。ここでは、入力されたテスト画像の情報に基づいて適応的に情報を選択したり、様々な情報を統合するための重みを変えたりする。これは事前の学習では決まらず、状況に応じた適応的な処理が必要である。入力された情報を基に類似度を求め、それを基に重み空間での確率分布を考え、今の状況で有効な重みをフィードバックして利用する。対象の追跡や識別において手法の有効性を確認している。また、適応的な認識法を適用先として静止画像のラべリングや識別、動画像の識別を考えている。そこで、まず1年目である本年度は画像ラべリングの基礎となる方法について研究を行った。ここでは、局所特徴を基に画像中の各画素の尤度を求める。また、大局的な特徴量を基に画像に含まれる対象の確率も求める。これらを統合して最終的な各ラベルの確率を求めた。次年度はここに適応的な方法を適用する予定である。さらに、動画像識別に基礎として、特徴抽出のためのマスクパターンの自動生成を行った。まずはクラスタリングにより多めにパターンを作成し、そこから識別に有効なパターンを選択することにより精度が向上することを確認した。今後はこれを状況に応じて行う。本研究では局所領域や大局領域の情報を適応的に統合しながら画像の認識、理解を進めていく方法を研究した。画像理解の研究では、局序的な情報と大局的な情報を統合しながら推論を進めていく方法を提案し、国際会議や論文誌上で発表した。また、人や人以外の領域を局所特徴のBag-of-Visual Wordsにより表現し、それを基に人と人以外の分類を行った。Bag-of-visual wordsを用いることにより、この分野で有名なdeformable partmodelよりも人の向きや隠れに強い人検出を実現した。さらに高精度化するためにcolor nameを基に入力画像を領域分割し、それらを適応的に統合しながら検出を行った。これらの成果は国内および国際会議で発表した。さらに、監視カメラの画像中から写っている人数を数える研究も行った。ここではpartial least squaresと呼ばれる方法を基に計数を行った。さらに、partial least squaresの隠れ変数からsupport vector回帰をすることにより高精度化する方法も提案し、国内外の会議で発表した。また、対象追跡の問題では一旦誤追跡が起こると復帰できないという問題がある。

この問題に対し、いくつかの指標を用いて状況に応じて誤追跡の可能性を考えることにより、高精度化を行った。この結果を論文誌上で発表した。パターン認識コンピュータビジョン静止画像からの行動理解、画像ラべリング、動画像認識や対象追跡において研究が順調に進められ、高い精度が得られている。適応的な認識法の研究を推進した。また、静止画像のラべリングおよび動画像の認識法の基礎を確立した。各認識課題において適応的な処理をさらに追加していく静止画像および動画像の認識課題において適応的な認識法の有効性を実証していく。また、適応的な認識法の改良も行う予定である。ほぼ予定通り使用したが1728円だけ残額が出た。既に国際会議出張が決まっているので、旅費の一部として利用する。今年度は前年度の研究を発展させ、国内外の会議で発表する予定である。従って、旅費や参加費に利用する。また、英文校閲にも利用予定である。さらに、論文誌への投稿も行う予定であり、採録されれば投稿料等も必要となる。
自由落下式救命システムの安全性評価法に関する研究

本研究では、海上における新しい緊急脱出用装置である自由落下式救命システムの性能評価に関する研究を実施した。母船から切り離された自由落下式救命艇が水面に着水する際に受ける衝撃荷重は典型的な水面衝撃問題である。本研究では、着水時に自由落下式救命艇が受ける衝撃力を簡易な理論式で評価し、救命艇の着水運動および乗員に作用する衝撃加速度を評価する計算手法を開発した。開発した計算法の精度は模型実験結果との比較により検証した。本研究により、従来の方法では評価出来なかった自由落下式救命艇の着水時の挙動を精度よく評価することが可能となった。また、開発した自由落下式救命艇の挙動計算法を用いた応用研究の成果として、新型の自由落下式救命システムを提案した。提案した新自由落下式救命システムは母船の状態や波浪条件の変化の影響を受けにくく、従来型の自由落下式救命システムに比べ安全性を格段に向上することができる。また、衝撃荷重を数値シミュレーションにより精度良く評価する計算法の開発も実施した。従来の時間および空間を差分近似して計算を進める手法では、圧力を代表点のみで離散的に評価するために圧力値が急変する流体衝撃現象を精度よく模擬することは困難であった。その結果、衝撃圧力の時系列計算値が不自然に振動したり計算が発散したりといった問題点が現れる為、実用的な計算手法が求められていた。本研究では、衝撃圧力を精度良く計算するために境界条件の検討を行い、自由表面条件と固体壁条件を合理的に接続する新しいアルゴリズムを提案した。提案した数値シミュレーション法の計算精度確認のため模型実験を実施した。実験データを数値シミュレーション結果と比較することにより、開発したシミュレーション法が十分な計算精度をもつことを確認した。さらに、自由落下式救命艇の着水衝撃に類似した現象であるコンテナ船の船首フレアスラミングに関する研究も実施し、衝撃圧力や打ち込み荷重に関する基礎的な検討を行った。本年度は、自由落下式救命艇の着水挙動の計算プログラムの開発に主眼をおき、以下の研究を実施した。(1)着水時の水面衝撃現象の理論計算法を開発した。(2)着水後の艇の運動を数値計算するシミュレーション・プログラムを開発した。(3)開発したシミュレーション・プログラムを用いて、既存の自由落下式救命艇システムの性能について検討した。この結果、既存の自由落下式救命艇システムでは、進水条件によっては着水後の艇の運動が不安定になる場合がありシステム設計上注意を要することを明らかにした。(4)既存の自由落下式救命システムの問題点である着水後の救命艇の不安定運動を改善するための新しい進水方式を考案し、その性能を数値シミュレーションにより評価した。以上の研究成果を2編の論文にまとめて学会発表した。本研究では,海上における新しい緊急脱出用装置である自由落下式救命システムの性能評価法に関する研究を実施している。母船から離脱する際の自由落下式救命艇の挙動(艇の着水時の運動や人体に作用する衝撃加速度等)を評価できる理論的検討手法の確立を主な研究目的とする。具体的には,先ず,着水時の救命艇の挙動を数値シミュレーションする計算法を開発し,模型実験結果と比較してその計算精度を確認する。次に,開発した計算法を用いて離脱条件を種々変えたシミュレーションを行い,本システムの性能を明らかにする。さらに,着水時に乗員に作用する衝撃加速度に対する人体の応答を調べ,離脱条件との関係を明らかにして,乗員の安全性を評価する。本年度は、昨年度に引き続き、自由落下式救命艇の着水挙動の計算プログラムを開発するため、まず、着水時の水面衝撃現象の理論計算法の研究を実施した。特に、水面衝撃力を算定する手法が重要であるため、実用的な計算手法の提案を行った。

提案した計算手法の精度確認のため模型実験を実施し、衝撃水圧の計算値と実験値を比較・検討した。以上の基礎的な研究ののち、着水後の艇の運動を数値計算するシミュレーション・プログラムの開発を行った。また、開発したシミュレーション・プログラムを用いて自由落下式救命艇システムの性能について検討し、新しい進水方法を提案・検討した。本研究では、海上における新しい緊急脱出用装置である自由落下式救命システムの性能評価に関する研究を実施した。母船から切り離された自由落下式救命艇が水面に着水する際に受ける衝撃荷重は典型的な水面衝撃問題である。本研究では、着水時に自由落下式救命艇が受ける衝撃力を簡易な理論式で評価し、救命艇の着水運動および乗員に作用する衝撃加速度を評価する計算手法を開発した。開発した計算法の精度は模型実験結果との比較により検証した。本研究により、従来の方法では評価出来なかった自由落下式救命艇の着水時の挙動を精度よく評価することが可能となった。また、開発した自由落下式救命艇の挙動計算法を用いた応用研究の成果として、新型の自由落下式救命システムを提案した。提案した新自由落下式救命システムは母船の状態や波浪条件の変化の影響を受けにくく、従来型の自由落下式救命システムに比べ安全性を格段に向上することができる。また、衝撃荷重を数値シミュレーションにより精度良く評価する計算法の開発も実施した。従来の時間および空間を差分近似して計算を進める手法では、圧力を代表点のみで離散的に評価するために圧力値が急変する流体衝撃現象を精度よく模擬することは困難であった。その結果、衝撃圧力の時系列計算値が不自然に振動したり計算が発散したりといった問題点が現れる為、実用的な計算手法が求められていた。本研究では、衝撃圧力を精度良く計算するために境界条件の検討を行い、自由表面条件と固体壁条件を合理的に接続する新しいアルゴリズムを提案した。提案した数値シミュレーション法の計算精度確認のため模型実験を実施した。実験データを数値シミュレーション結果と比較することにより、開発したシミュレーション法が十分な計算精度をもつことを確認した。さらに、自由落下式救命艇の着水衝撃に類似した現象であるコンテナ船の船首フレアスラミングに関する研究も実施し、衝撃圧力や打ち込み荷重に関する基礎的な検討を行った。
気象効果を考慮した屋外音響伝搬の数値予測に関する研究

自然風による影響を考慮した、波動音響ベースの汎用屋外音響伝搬手法開発を行った。線形化オイラー方程式の基礎方程式を、従来航空工学分野で用いられてきた高次精度差分法に替え、より汎用性に優れるコロケーテッドグリッド非構造格子有限体積法によって離散化するFV-LEE法、およびUnsplit variablePMLによる屋外開領域問題解析手法を開発した。開発手法を実装したコードによるNASA/LaRC Workshopのベンチマーク問題の解析により、開発手法の妥当性を実証した。本年度は研究計画達成のための準備段階として、以下2点の検討を行った。1.従来から多用されてきた時間領域有限差分法(FDTD法)と比較して、メッシュ生成において自由度が高く、かつ汎用プリ・ポストプロセッサへの適応性が高いと考えられる、時間領域有限体積法(FVTD法)ベースの音響伝搬解析手法の定式化、およびプログラムコードへの実装を行った。さらに当該コードによる解析結果検証を行い、同一の解析対象・メッシュ分割・解析条件において従来のFDTD法と同一の解析結果が得られることを立証した。またFVTD法最大の特徴である非直交型メッシュにおける解析でも、実用的な解析結果が得られることを確認した。2.解析手法と並んで実用上最重要である、実数音響インピーダンス型吸音境界条件(対流方程式型境界条件)式のFVTD法における離散化について検討を行った。時間方向および空間方向に各3とおり、計9種の離散化式を導出した。さらに各離散化式による解析結果の比較検討を行った結果、時間方向にCrank-Nicholsonスキーム、空間方向に境界面法線方向勾配項離散化型のスキームを適用した離散化式が最良の精度を有することを見出した。本境界条件は非常に基礎的でありながら、このような検討例は極めて少なく、かつ境界条件式はFVTD・FDTD法両者間で共通であることから、幅広い適用が期待される。さらに以上の検討において作成したプログラムソースコードー式を、webページ(http://oshima.eng.niigata-u.ac.jp/0penFOAM/)上に公開した。本コードは全て有限体積法べースのオープンソース汎用CFD(数値流体解析)フレームワークであるOpenFOAM上に実装しているため利用が容易であり、国内のみならず海外においても機関ユーザを獲得している。平成19年度における有限体積法による汎用線形音響数値解析手法構築の成果を受け、本年度は線形化オイラー方程式を用いた当該手法の時空間的変動を含む任意気流場下における音響伝搬解析への拡張を行った。自然風による屋外流れ場は典型的にはマッハ数0.1以下の低マッハ数であることから、従来航空工学分野で用いられてきた高次精度差分法に替え、空間方向にはより汎用性に優れる非構造格子有限体積法、時間方向にはRunge-Kutta法によって離散化した。離散格子点は、時空間方向ともに汎用化時の扱いやすさに優れるコロケーテッドグリッドを採用した。また屋外音響解析は開領域問題であることから、吸収境界条件の導入が必須である。本研究では従来から多用されている原PMLに替え、方程式を各座標軸方向に分解する必要がなく、非構造格子有限体積法への導入に適していると考えられたHu(2001)によるUnsplit variablePMLを導入した。提案手法を実装したコードによるICASE/LaRCWorkshopのベンチマーク問題の解析により、当該解析手法及び吸収境界条件の妥当性を実証した。本研究では、高次精度差分法による従来の線形化オイラー方程式解法の課題であった汎用化の困難さを、低マッハ数下の解析を前提とすることで、精度には劣るが汎用性には大幅にすぐれ、多くの汎用CFDコードの基礎となっている非構造格子有限体積法を導入することで解決を図った。さらに、提案手法をオープンソース汎用有限体積法ライブラリのOpenFOAM上で実装することで、本手法の入力条件として必要となる屋外気流場解析のための汎用CFDコードとの親和性を実質的にも大幅に向上を図った点が特徴である。
ヘビ類の嗅覚受容体遺伝子の機能とウミヘビの同所的種分化の分子的基盤に関する研究

ウミヘビ類の持つ嗅覚受容体遺伝子のレパートリーを網羅的に解読した結果、海洋環境への適応度合が上がるにつれて嗅覚能力が衰退することが解明された。しかし、完全な海洋性のウミヘビでも副嗅覚系(鋤鼻嗅覚系)の機能は維持されていることが示唆された。さらには、同所的種分化の分子的基盤の解明のために、同所的に生息する2種の近縁なウミヘビであるバヌアツアオマダラウミヘビとアオマダラウミヘビの嗅覚受容体遺伝子の比較を行ったが、現時点で顕著な違いは発見できていない。バヌアツ共和国にサンプリングに赴き、現地政府からの調査・採集許可証の交付を受けた上でバヌアツアオマダラウミヘビLaticauda frontalis、アオマダラウミヘビL.colubrinaおよびヒロオウミヘビL.laticaudata(全て卵生のウミヘビ)の採集を行った。また、沖縄本島周辺でクロガシラウミヘビHydrophis melanocephalus、イイジマウミヘビEmydocephalus ijimae(以上胎生ウミヘビ)、ヒャンSinomicrurus japonicus(コブラ科の陸上性ヘビ類)およびヒロオウミヘビの採集を行い、組織化学的な観察を行うための組織固定やDNA、RNAの抽出を行った。羊膜動物の嗅覚器官は大きく二つ、主嗅覚系(主嗅覚器)と副嗅覚系(鋤鼻器)とに分類することができる。今回サンプリングを行った全てのヘビ類で鋤鼻器の存在が確認されたが、陸上環境に一切依存しない胎生のウミヘビ類からは、十分に発達した主嗅覚器が存在しない可能性が示唆された。鯨類や海牛類などの海洋性の哺乳類では、海洋環境への適応に伴って、副嗅覚系が進化的に先に失われたことが知られているが、ウミヘビ類ではその順序が逆であり、このことから、ヘビ類と哺乳類とでは副嗅覚系の機能が異なっていることが推測された。また、得られたDNAから嗅覚受容体遺伝子の単離を行い、一部をシーケンサーで解読して同じ配列の重複取得回数を計上した結果、嗅覚受容体遺伝子の全レパートリーの90%を解読するためには1種あたりおよそ2000回ものシーケンスを行う必要があることが判明した。このため、解読のコストを考えて、配列解読に次世代シーケンサーを利用する。京都大学グローバルCOE(A06、進化と生物多様性)の次世代シーケンサー運営委員会に本計画を諮問し、次年度の利用が許可された。バヌアツアオマダラウミヘビLaticauda frontalisやアオマダラウミヘビL.colubrfina、ヒロオウミヘビL.laticaudata(以上卵生ウミヘビ)、クロガシラウミヘビHydrophis melanocephalus(胎生ウミヘビ)、ヒャンSinomicrurus japonicus(コブラ科陸上性ヘビ)の核DNAから嗅覚受容体遺伝子を増幅して次世代シーケンサーで網羅的な解読を行った。この結果、それぞれのヘビ類の持つ嗅覚受容体遺伝子のレパートリーが明らかとなり、また、海洋環境への適応度合が上がるにつれて嗅覚能力が衰退することが解明された。さらには、クロガシラウミヘビの頭部を解剖して嗅覚器官(鋤鼻器)を摘出し、その組織化学的観察およびRNAの抽出を行った。鯨類や海牛類など、海洋性羊膜動物のほとんどは鋤鼻器が失われていることが報告されているが、クロガシラウミヘビの鋤鼻器は十分に発達していた。また、そのRNAに含まれる嗅覚受容体遺伝子配列の単離を試みた結果、多くの嗅覚受容体遺伝子の取得に成功した。これらの結果は、クロガシラウミヘビの鋤鼻器は陸上性のヘビ類と同じく嗅覚器官としての機能を保持しており、その分子的基盤として一部の嗅覚受容体遺伝子が働いていることが解明された。さらには、同所的種分化の分子的基盤の解明のために、同所的に生息する2種の近縁なウミヘビであるバヌアツアオマダラウミヘビとアオマダラウミヘビの嗅覚受容体遺伝子の比較を行ったが、顕著な違いは発見できなかった。このため、バヌアツ共和国に再度サンプリングに出かけ、それぞれのウミヘビを複数個体サンプリングした。現在、嗅覚受容体遺伝子レパートリーの集団間での比較を試みているところである。
海流変動が岩礁潮間帯植食者-一年生藻類群集に及ぼす影響

現在の地球温暖化の進行は、気温、水温や降水量といった生物に直接影響する物理環境要因の大規模かつ急激な変動を伴うため、生物群集や生態系全体への広汎な影響が懸念されている。その影響を解明するためには、環境勾配に添った複数の調査域で、局所生物群集が内包する局所生息環境への適応を考慮した調査・実験を行うことが有効な方法のひとつである。本研究は、暖流と寒流による南北の海洋環境勾配が生じている太平洋岸の複数の岩礁潮間帯において、海洋環境と局所生物群集構造の時空間変異性の関係を明らかにし、且つ局所適応を考慮した操作実験を用いて、海流勢力変動が群集構造と動態に及ぼす影響を解明することを目的としている。15年度の結果から、1)潮間帯生物の生物季節が海洋環境勾配に添って異なる、2)各局所群集の生物季節と海洋環境の関係は海岸間で異なることが示唆された.また16年度に行った局所環境への特殊化の有無を明らかにするための飼育実験の結果より,その結果,各水温環境下において局所群集間で藻類と巻貝類の成長速度が異なり,また全ての局所群集で出身地域と他地域の水温間で成長速度が異なった.この結果は3)各局所個体群で局所環境に対する特殊化が生じていると考えられる.そこで17年度は,野外の海洋環境下での変化を検証するために局所群集を移植した操作実験及び広域野外調査を行った.その結果,海流によって生じる海況勾配に沿った各局所群集の季節動態は移植群集と在来群集問で異なったものの,移植群集の種組成や群集構造は大きく変化しなかった.これらの結果は,海流変海流変動の局所群集への影響は,局所適応との相互作用によって生じるが,局所適応の影響は主効果より小さいことを示唆しているのかもしれない.また,海流変動は長期的なPress perturbationであるため,群集構造へ及ぼす影響をより詳細に評価するためにはさらに長期的な調査が必要であろう.現在の地球温暖化の進行は、気温、水温や降水量といった生物に直接影響する物理環境要因の大規模かつ急激な変動を伴うため、生物群集や生態系全体への広汎な影響が懸念されている。大規模環境変化(エルニーニョ現象や海流系の変動など)の影響を解明するためには、環境勾配に添った複数の調査域で、局所生物群集が内包する局所生息環境への適応を考慮した調査・実験を行うことが有効な方法のひとつである。調査初年度である15年度は、寒流の勢力が強い北海道東部で4海岸、寒流と暖流の境界部に当たる北海道南部太平洋側4海岸、暖流の勢力が強い北海道南部津軽海峡側及び三陸海岸で4海岸、計12海岸で潮間帯生物群集調査及び海洋環境測定を行った。その結果、一年生藻類では同じ海藻種であっても出現する時期や成熟する時期が海岸間で異なっていた。さらに各海岸における出現時や成熟時の海洋物理環境(表面海水温など)も、海岸間で大きく異なっていた。また、植食性無脊椎動物類では、同じ種であっても採食する餌海藻種組成や採食が最も盛んになる時期が海岸間で異なっていた。さらに、採食が盛んになる時期の海洋物理環境も海岸間で異なっていた。これらの結果はすなわち、1)潮間帯生物のフェノロジーが海洋環境勾配に添って異なる、2)各局所群集のフェノロジーと海洋環境の関係は海岸間で異なることを表しており、局所群集が局所環境に少なからず適応している可能性を示唆している。次年度は、局所群集の移植実験を行い、群集構造と動態に及ぼす局所適応の影響を証明する予定である。15年度の結果から、1)潮間帯生物の生物季節が海洋環境勾配に添って異なる、2)各局所群集の生物季節と海洋環境の関係は海岸間で異なることが明らかになり、局所群集が局所環境に特殊化している可能性が示唆された.そこで16年度は局所環境への特殊化の有無を明らかにするために,以下の飼育実験を行った.寒流の勢力下の北海道東部,寒流と暖流の境界部の北海道南部、暖流の勢力がより強い本州東北部の各地域から同一種の一年生藻類及び植食性巻貝からなる局所群集を採集した.次にそれぞれの局所群集を北海道東部,北海道東部,本州東北部の各水温環境下で飼育し,藻類と巻貝類の成長及び巻貝類の採餌量を測定した.

その結果,各水温環境下において局所群集間で藻類と巻貝類の成長速度が異なり,また全ての局所群集で出身地域と他地域間で成長速度が異なった.この結果は1)各局所個体群で局所環境に対する特殊化が生じていること,2)同一種が同じ環境変動に晒された場合でも局所個体群ごとに影響が異なることを示唆していると考えられる.現在の地球温暖化の進行は、気温、水温や降水量といった生物に直接影響する物理環境要因の大規模かつ急激な変動を伴うため、生物群集や生態系全体への広汎な影響が懸念されている。その影響を解明するためには、環境勾配に添った複数の調査域で、局所生物群集が内包する局所生息環境への適応を考慮した調査・実験を行うことが有効な方法のひとつである。本研究は、暖流と寒流による南北の海洋環境勾配が生じている太平洋岸の複数の岩礁潮間帯において、海洋環境と局所生物群集構造の時空間変異性の関係を明らかにし、且つ局所適応を考慮した操作実験を用いて、海流勢力変動が群集構造と動態に及ぼす影響を解明することを目的としている。15年度の結果から、1)潮間帯生物の生物季節が海洋環境勾配に添って異なる、2)各局所群集の生物季節と海洋環境の関係は海岸間で異なることが示唆された.また16年度に行った局所環境への特殊化の有無を明らかにするための飼育実験の結果より,その結果,各水温環境下において局所群集間で藻類と巻貝類の成長速度が異なり,また全ての局所群集で出身地域と他地域の水温間で成長速度が異なった.この結果は3)各局所個体群で局所環境に対する特殊化が生じていると考えられる.そこで17年度は,野外の海洋環境下での変化を検証するために局所群集を移植した操作実験及び広域野外調査を行った.その結果,海流によって生じる海況勾配に沿った各局所群集の季節動態は移植群集と在来群集問で異なったものの,移植群集の種組成や群集構造は大きく変化しなかった.これらの結果は,海流変海流変動の局所群集への影響は,局所適応との相互作用によって生じるが,局所適応の影響は主効果より小さいことを示唆しているのかもしれない.また,海流変動は長期的なPress perturbationであるため,群集構造へ及ぼす影響をより詳細に評価するためにはさらに長期的な調査が必要であろう.
新奇ニューレグリン、ニューログリカンCのシナプス形成における役割

本研究は神経組織特異的コンドロイチン硫酸プロテオグリカンであるニューログリカンC(NGC)の上皮細胞増殖因子(EGF)活性を証明し、さらにNGCがシナプス形成に関与する可能性について検討を行うことを目的として行った。本研究により、NGCのEGF活性を示し、この活性はEGF受容体ファミリーの一つであるErbB3を介することを示した。さらに、このNGCの受容体認識の特異性を検討したところ他のErbB受容体には反応しないことも明らかになった。すでに他のグループからErbB受容体の活性化がシナプス形成に関与するという報告がなされていることから、NGCのErbB3受容体を介したシナプス形成促進についてさらに検討を行った。受容体であるErbB3の中枢神経における発現を詳細に解析したところ、すでに報告されていた発現パターンとは異なる結果を得た。ErbB3はラット新生仔のラジアルグリアや成獣ラット脳室周囲などのきわめて限局した発現した細胞で観察されたが、シナプス部位には認められなかった。この結果から、NGCがEGFファアミリーのニューレグリンのようにシナプス形成に関与する可能性はきわめて低いと結論いう結論に至った。しかしながら、本研究の遂行過程でmRNAのスプライシングによる構造変化が、NGCの細胞内局在を制御するという興味深い知見を得ることができた(投稿中)。さらに、本研究課題と平行して行った損傷中枢神経の再生に関する基礎実験や神経再生とプロテオグリカン関連分子の研究についても着実に成果を上げることができた(投稿準備中)。本年度は、周産期におけるニューログリカンC(NGC)蛋白質の発現の変化を成獣ラットと比較した。ラットの胎生15、16、18日目、生後1、7、10日目の脳を4%パラホルムアルデヒドを用いて潅流固定し、パラフィン切片を作製した。これらの組織標本を抗NGC抗体を用いて染色したところ、胎生期の脳のNGCは放射状グリア細胞で発現しており、放射状グリア細胞に添って移動している神経細胞には発現が見られなかった。一方、皮質に移動した神経細胞で樹状突起や軸索の伸展を開始した神経細胞にはNGCの強い発現が観察された。また、生後7、10日目の脳のNGCの免疫染色結果の観察から、神経細胞周囲に班点状の染色像が広範囲に渡って観察された。これはNGCが樹状突起のスパインに局在しているという培養細胞から得られた結果と一致する。これまでに申請者は、ラット胎仔の海馬由来の培養神経細胞を用いて、樹状突起に加え軸索にもNGCを発現する神経細胞の存在を明らかにしているが、その詳細は不明であった。今回、生後7、10日目の脳の観察からNGCの免疫反応が海馬采、海馬交連、脳弓などに見られることから、NGCは少なくとも海馬からの遠心性線維、すなわちCA1後部、およびCA3の錐体細胞の軸索に存在することが示された。逆に海馬の介在神経細胞はNGCを軸索に持たないと考えられる。さらに、蛍光蛋白質と軸索に局在するNGCのスプライスバリアントの膜貫通領域から細胞内領域までをつないだキメラ分子を培養神経細胞に発現させた。その結果、このキメラ分子は軸索に局在することを見いだした。このことからNGCの細胞内領域に、その細胞内の局在を制御する配列が存在することが明らかになった。本年度は、ニューログリカンC(NGC)蛋白質の細胞内領域に結合する分子の探索を行った。申請者は昨年までにNGCの細胞内領域に、神経細胞内での局在を制御する配列が存在することを見いだしている。そこで、本年度は2つのスプライスバリアントそれぞれの細胞内領域に結合する分子のスクリーニングを、酵母2ハイブリッドシステムを用いて行った。その結果、幾つかの細胞骨格に結合する分子ファミリーがNGC結合分子の候補として単離された。これらの分子は、分子輸送などを介して軸索や樹状突起の形成に関与している事が既に報告されていることから、NGCの細胞内での局在も制御している可能性も高い。今後、これらの分子とNGC細胞内領域の結合を他の実験系で確認する。また、免疫沈降やウエスタンブロット解析法を用いてNGCとアクチン分子とが結合していることを示した。この結果は、免疫染色で得られたNGCの局在、すなわち樹状突起の偽足への局在は、NGCの細胞内領域とアクチン線維が結合することにより生じることを示唆する。さらに、昨年度にはNGCを神経細胞に強制発現させると、神経突起の形成が抑制されることを示したが、本年度は、神経系の株化細胞であるNeuro2aやPC12細胞にNGCを強制発現させ、突起形成を促す分化条件で培養し、突起形成に及ぼす影響を観察した。その結果NGCの過剰現で神経突起の形成が抑制されることが解った。これらの結果から、NGCはアクチンの重合-脱重合の制御に関与し、樹状突起のフィロポディアやスパインの形態形成に関与しているのではないかと考えている。

さらに、このNGCの受容体認識の特異性を検討したところ他のErbB受容体には反応しないことも明らかになった。すでに他のグループからErbB受容体の活性化がシナプス形成に関与するという報告がなされていることから、NGCのErbB3受容体を介したシナプス形成促進についてさらに検討を行った。受容体であるErbB3の中枢神経における発現を詳細に解析したところ、すでに報告されていた発現パターンとは異なる結果を得た。ErbB3はラット新生仔のラジアルグリアや成獣ラット脳室周囲などのきわめて限局した発現した細胞で観察されたが、シナプス部位には認められなかった。この結果から、NGCがEGFファアミリーのニューレグリンのようにシナプス形成に関与する可能性はきわめて低いと結論いう結論に至った。しかしながら、本研究の遂行過程でmRNAのスプライシングによる構造変化が、NGCの細胞内局在を制御するという興味深い知見を得ることができた(投稿中)。さらに、本研究課題と平行して行った損傷中枢神経の再生に関する基礎実験や神経再生とプロテオグリカン関連分子の研究についても着実に成果を上げることができた(投稿準備中)。
顔面表情認知モデルの精緻化に関する実験的検討

本研究は顔面表情認知モデルの精緻化を目的として、実験心理学的研究により、モデルの未検討の課題の検証を行った。具体的には、(1)顔の表情認知に関わる主成分(固有顔)と感情的評価の関係、(2)自然な笑顔の判断に関わる顔の主成分、(3)感情的評価と表情カテゴリー判断の関係、(4)人物の姿勢が表情の判断に及ぼす影響、(5)照明による陰影が表情の判断に及ぼす影響、の検討を実施した。以上の実験によって、表情認知モデルの検証と精緻化に関わるデータを収集した。本研究は,顔面表情認知過程に関する認知心理学的検討を実施し,その説明モデルを精緻化することを目的とした。今年度は実験・分析環境の整備と,第1実験に向けた予備的な検討を実施した。実験環境の整備については,実験刺激となる線画表情図形,および顔画像セット(POFA,JACFEE)を用意し,その加工作業を進めた。日本人顔画像データベースFINDについては,日本大学文理学部顔情報データベース運営委員会と交渉を重ねた結果,次年度に使用申請の手続きを進めることで合意した。一方で,実験用コンピュータやチンレスト(顔面固定器)などの実験用機器を揃え,実験室に設置した。また実験用ソフトウェアE-primeを用いて,認知的判断実験用のプログラムを作成した。予備的な検討では,線画表情図形を刺激とした表情認知テストを用いて,表情刺激に対する基本6表情カテゴリー(喜び,驚き,恐れ,悲しみ,怒り,嫌悪)の強度判断データを収集した。また,並行して個人の"曖昧さ耐性"に関する質問紙調査も実施した。この検討では線画表情の視覚的構造変数(湾曲性・開示性,口部傾斜性,眉・目の傾斜性)とカテゴリー判断の関係を探り,従来の知見の検証を行う。同時に,個人のパーソナリティ特性と表情認知特性の関係を探ることで,表情認知の個人差について検討する。現在,データ分析作業を進めているところであり,次年度には分析結果をまとめ,表情認知モデルの精緻化に向けてその知見を活用していく予定である。本年度は基本6表情(喜ひ、驚き、恐れ、悲しみ、忍り、嫌悪)の画像を用いた検討と、表情認知における文脈効果の検討の一環として、無表情の認知に関する検討を行った。基本6表情を用いた検討では、当初予定していた特徴点解析ではなく、顔画像の主成分分析の手法を導入した。実験材料として標準化された顔画像セット(JACFEE ; Matsumoto. 2008)に収録されている男女各3名の基本6表情と無表情、合計42点の画像を用いた。全画像の平均顔を基準として、モーフィング処理により各画像のShape-free画像を作成した。Shape-free画像のピクセル単位の濃淡値を用いて、PCAを実施した。その結果、41点の主成分(固有顔)を抽出した。一方、42点の顔画像を用いた評価実験を実施した。具体的には、感情的意味次元である"快-不快"、"活動性"、"力量性"を代表する形容詞対を一つずつ用いて、42点の画像に対する評価を求めた。各画像に対する3つの評価値の平均値を目的変数、41の固有顔を説明変数とする車回帰分析を実施したところ、例えば"快-不快"を目的変数とした場合に、第4固有顔(頬の上昇)の重み係数が高いことが示されるなど、各固有顔と意味次元との関係が確認された。来年度の検討課題として、同じ画像を用いた特徴点解析を実施し、顔の物理変数である特徴点変位と固有顔の関係について分析する必要がある。またカテゴリー判断実験を実施し、上記の意味次元との関係を探る。無表情の認知の検討については、日常のコミュニケーション場面を意図した画像を撮影し、これを刺激とした。その際、モデルは男女1名ずつで、表情(喜び[2パターン]、怒り、無表情)と姿勢(腕組み、携帯を持つ、飲み物を持つ)を操作した。計24点の画像に対する、SD法による評価実験を実施した。因子分析の結果、"評価性(快-不快)"、"活動性"、"誠実性"の3因子が得られ、"活動性"において姿勢の違いが無表情の評価に影響を及ぼすことが確認された。本年度は基本6表情(喜び、驚き、恐れ、悲しみ、怒り、嫌悪)の画像を用いた検討と、自然な笑顔と演技の笑顔を用いた検討を実施した。基本6表情を用いた検討では、表情のカテゴリー判断実験を実施した。実験材料として、標準化された顔画像セット(JACFEE;Matsumoto,2008)に収録されている男女各3名の基本6表情と無表情、計42点の画像を用いた。この顔画像を用いたカテゴリー判断、すなわち7つの選択肢(喜び、驚き、恐れ、悲しみ、怒り、嫌悪、感情なし)のいずれかに分類する課題を実施した。実験は大教室にて集団式で実施し、310名分のデータを収集した。

判断の一致率を算出したところ、一部の画像でカテゴリー間の混同が見られたものの(驚きと恐れ、怒りと嫌悪)、概ねターゲットカテゴリーの判断の一致率が高い傾向が示された。昨年度の研究で収集した感情的評価値(心理変数)、顔画像の主成分分析によって得られた固有顔(物理変数)の関係を分析することで、表情認知モデル(山田,2000)の3つの段階([1]物理変数の抽出、[2]感情的評価、[3]カテゴリー判断)の関係を検証し、モデルの精緻化を試みた。自然な笑顔と演技の笑顔を用いた検討では、20名のモデルを対象として、笑顔の撮影実験を実施した。撮影の中で収集した演技の笑顔、および会話の中で表出された自然な笑顔をターゲットとして、両者の静止画像を抽出した。これらの画像を用いて、顔画像の主成分分析を実施したところ、第5主成分で笑顔を示すような固有顔が抽出された。一方で自然な笑顔と演技の笑顔の画像それぞれ20点ずつ用いて、自然な笑顔の判断実験を実施した。実験参加者は30名であった。自然な笑顔の判断頻度と主成分分析の固有値の相関係数を算出したところ、第5主成分で有意な中程度の相関係数が示された。このことは、第5固有顔が自然な笑顔と演技の笑顔の違いに関わる固有顔であり、言わば第5固有顔に示されるような笑顔全体の強度の違いが、両者の違いを判断する手掛かりになることが示唆された。またこの実験によって、笑顔の認知に関わる顔の物理変数(固有顔)と心理変数(判断)の関係が示された。
実用ブラフボディの戦略的空力抵抗低減制御に向けた検証研究

以下の6つの研究課題に取り組んだ.(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化(3)後ひき渦対の不安定性成長(4)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗低減制御技術の提案(5)実走行状態における制御技術の効果検討(6)実車両形状モデルを対象とした戦略的空力抵抗低減制御技術の提案.簡易形状車体に対して,車両姿勢の動的変化を与えて,その空力応答特性を渦構造の非定常変化から明らかにした.この知見を実車セダン形状車体に適用し,抵抗や揚力の非定常変動と車両側面境界層や車体周りの渦構造を明らかにし,その抵抗抑制効果について考察した.本研究では、以下の6つの研究課題を段階的に進めることで、実用ブラフボディに見られる各種後引き渦と境界層剥離の複合的な物理メカニズムを解明し、戦略的な空力抵抗低減制御の実用化へ向けたノウハウ構築を目指す。(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明、(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化、(3)後ひき渦対の不安定性成長、(4)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗低減制御技術の提案、(5)実走行状態における制御技術の効果検討、(6)実車両形状モデルを対象とした戦略的空力抵抗低減制御技術の提案。昨年度実施した(1)(3)に引続き、今年度は(4)(6)に取り組んだ。ここでは最終的な目標である戦略的空力抵抗低減制御技術の提案に向けて、セダン型車体周りに発生するさまざまな後ひき渦構造の力学的相互作用と、これらの渦構造により引き起こされる空力抵抗と高速安定性への影響について検討を行った。まず(5)の実走行状態の模擬として、実測から得られている実車高速走行時の車体に作用する変動風周波数に対して,相当する車体ヨー角変動を周期的に与え、その空力応答特性を(4)の簡易形状車体に対して行った。ここでは特に、車体両側面に発生する境界層厚さの差異が、空力抵抗とヨー運動安定性に与える影響に着目して解析を行った。車体側面の境界層厚さは特にフロントホイールハウスからの流れの吹き出しの差異に強く依存することから、この部分に対して強制的な吹き出しを与えて厚さをコントロールした。これらの結果から、側面境界層厚さをコントロールすることで、車体抵抗低減と高速安定性を両立できる可能性があることがわかった。また(6)として実車体形状に近いDrivAerモデルを用いた強制ヨー振動解析を実施した。現在、(4)の知見が(6)の実車体形状でも適用可能であるか、検討を行っている。以下の6つの研究課題を進めることで、実用ブラフボディの各種後引き渦と境界層剥離の複合的な物理メカニズムを解明し、戦略的な空力抵抗低減制御の実用化へ向けたノウハウ構築を目指した。(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化(3)後ひき渦対の不安定性成長(4)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗低減制御技術の提案(5)実走行状態における制御技術の効果検討(6)実車両形状モデルを対象とした戦略的空力抵抗低減制御技術の提案.昨年度までに全ての課題について一通り取り組んでいる.特に課題(4)から,昨年度は車体側面の境界層をコントロールすることで,車体抵抗低減と高速安定性を両立できる可能性があることがわかった.本年度はこの知見を発展させ,昨年に引き続き(4)(6)に取り組んだ.セダン型車両を対象として,まずは比較的簡易な形状に対してLES解析を実施し,抵抗と共に走行安定性に影響を与える揚力に着目し,両者の非定常特性と車体周りの渦構造との関係を調べた.定常流条件に加えて,実走行状態を想定した(課題(5))車体ヨー角変動やピッチ角変動,さらにはレーンチェンジ動作を与え,その非定常空力応答特性を流れ場の渦構造の変化に着目して調べた.これらの結果から時間変動する抵抗値に対して,低抵抗と高抵抗となる場合の渦構造の差異に着目し,低抵抗状態を実現するために実現すべき渦構造の検討を行った.得られた知見を課題(6)の実車形状に適用し,実車に対する抵抗低減戦略の提案を試みた.対象は詳細に形状再現したセダン形状車体とし,直進走行時に加えて操舵運動時(課題(5))の走行状態をシミュレーションで再現し,車体に作用する抵抗や揚力の非定常変動と,側面境界層や車体周りの渦構造の変化に基づく発生メカニズムとその抵抗抑制効果について考察した.以下の6つの研究課題に取り組んだ.(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化(3)後ひき渦対の不安定性成長(4)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗低減制御技術の提案(5)実走行状態における制御技術の効果検討(6)実車両形状モデルを対象とした戦略的空力抵抗低減制御技術の提案.簡易形状車体に対して,車両姿勢の動的変化を与えて,その空力応答特性を渦構造の非定常変化から明らかにした.

この知見を実車セダン形状車体に適用し,抵抗や揚力の非定常変動と車両側面境界層や車体周りの渦構造を明らかにし,その抵抗抑制効果について考察した.本研究では、以下の5つの研究課題を段階的に進めることで、実用ブラフボディに見られる各種後引き渦と境界層剥離の複合的な物理メカニズムを解明し、戦略的な空力抵抗低減制御の実用化へ向けたノウハウ構築を目指す。(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明、(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化、(3)後ひき渦対の不安定性成長、(4)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗低減制御技術の提案、(5)実走行状態における制御技術の効果検討、(6)実車両形状モデルを対象とした戦略的空力抵抗低減制御技術の提案。本年度は、当初研究計画として(1)(3)に取り組むことにした。(1)として、マツダ(株)と共同して開発した、市販セダン車の車体上部の特徴的な渦構造を再現した2種類の簡易形状車体モデルを対象に、ラージエディシミュレーション(LES)解析を実施した。まず適用したシミュレーション手法により車体周り渦構造が再現できているかを検証するために、マツダ(株)で実施された風洞実験による車体周り総圧分布の可視化結果と詳細な比較を行い、その妥当性を確認した。次に抵抗低減の発生メカニズムを解明するために、これら渦構造の相互作用について調査を行った。この結果、フロントピラーから発生する渦を強めることでリアウィンド近傍でフロントとリアピラーの渦間で強い相互作用が起こり、リアウィンド上での剥離が促進され、抵抗が増加することがわかった。次に(3)と(5)として車体をピッチおよびヨー方向に強制的に振動させることで、これら車体周り渦を励起し、その車体抵抗に与える影響を調べた。これらの結果より、車体のフロントおよびリアピラーの渦構造を変化させることで、抵抗低減制御が可能であることを確認した。本年度実施した(4)については、当初の計画では抵抗増加に寄与する後引き渦を具体的にフィードバック制御することで20%程度の抵抗低減を実現することを目標に掲げていた.これに対して本年度は、実際に制御することで20%程度の低減を実現することはできなかった一方、当初想定していたリアウィンド剥離に寄与するピラーからの剥離渦に加えて、高速走行安定性に寄与する側面渦構造と空力抵抗の関係が明らかになりつつある。この結果(4)については総合的には達成度50%程度であり、残りは来年度実施する。(5)については車体の実走行状態の模擬が大きな課題になるが、これについては当初予定していたALE法に加えて非慣性系解法を併用することで、コーナリングを含む任意の車両運動の再現に成功しており、当初の目標をほぼ達成していると言える。(6)については、(4)で新たに得られた側面渦構造と高速安定性の関係が明らかになったことから、研究開始時にある程度知見が得られていたピッチ運動安定性とピラー渦との関係に加えて、セダン型車体周りに発生する様々な後引き渦の力学的相互作用が明らかになりつつある。この結果、本研究の最終的目標として掲げていた戦略的抵抗低減に加えて、高速走行安定性も考慮して統合的空力特性向上手法の提案が可能となりつつあり、当初想定した目標に対して大きく進展した知見が得られる可能性がある。本年度予定した(1)簡易形状車体モデルを対象とした空力抵抗発生メカニズムの解明(2)吹き出し&吸い込み等の要素制御技術の数理モデル化(3)後ひき渦対の不安定性成長について、(1)についてはほぼ当初の目標を達成することができた。
音響信号情報を用いた疲弊紙幣の選別に関する研究

昨年度までの研究の結果、バンクマシンの音響信号情報を用いた疲弊札の判別手法としては、音響エネルギーパターンによる疲弊札の判別が最も有効であるとの結論を得た。本年度は同手法の実用化に向けて、3疲弊度紙幣に対する識別性能改善を目的に、次の2つの改善手法について研究を行った。1.特徴量の選択・強調による識別性能改善2.帯域音響エネルギーパターンを用いた識別性能改善項目1では、音響エネルギーパターンに含まれる、識別に有効な特徴量を部分的に選択して強調することで、疲弊札の識別を高精度化する。最適な特徴量の選択および強調方法を短時間で探索するために、遺伝アルゴリズムを導入した。実測データを用いた識別シミュレーションの結果より、特徴量の選択・強調により、音響エネルギーパターンを用いた識別法の高精度化が図れ、識別用のパターンサイズも縮小でき、識別の高速化が図れることが明らかとなった。これらの成果を国際会議IJCNN2000にて発表した。また項目2では、従来、紙幣音の全周波数帯域に対して計算されていた音響エネルギーパターンを、帯域分割された信号について求めた帯域音響エネルギーパターンに置き換えることで、音響エネルギーパターンに周波数成分情報をある程度付加して識別性能の高精度化を図った。識別シミュレーションの結果より、3つの帯域に分割した帯域音響エネルギーパターンを導入することで、疲弊札識別法の高精度化が図れることが明らかとなった。これらの成果を、電気学会論文誌上にて発表した。上記2手法について、大量実測データに対する識別シミュレーションおよび遺伝アルゴリズムを高速に実行するために、パーソナルコンピュータおよび数値計算ソフトウェアを購入して紙幣音識別シミュレーションシステムを構築した。バンクマシンの音響信号情報を用いた疲弊札の判別手法の実用性を検証するために3つの疲弊札判別手法である、(a)音響スペクトルによる疲弊札判別、(b)音響エネルギーパターンによる疲弊札判別、(c)ケプストラム分析による疲弊札判別について、本年度は次の2点に重点をおいて研究を行った。1.大量実測データに対する判別性能検証2.判別可能な疲弊度の多段階化項目1を遂行するために、パーソナルコンピュータおよびA/D変換ボードを購入して紙幣音計測・分析システムを構築した。また、同システムを用いて、約2000個の紙幣音データの計測を行った。得られた実測データに上記3手法を適用して疲弊札判別実験を行い、各手法における判別性能を比較検討した。検討結果から、(b)音響エネルギーパターンおよび(c)ケプストラム分析を用いた判別手法を用いることで、実用的に十分な疲弊札判別精度を得られることが確認された。特に、判別のための計算時間、ならびに実装コストの点で、(b)音響エネルギーパターンを用いた判別手法が有利であるとの結論を得た。また、判別に用いる判別器として、階層型と競合型の2種類のニューラルネットワークを用いて判別性能の比較を行った結果、競合型ニューラルネットワークを用いた方がより高い判別能力を得られるごとが明らかとなった。さらに、項目2の実現のための基礎実験として、紙幣の疲弊度を新札、流通札、疲弊札の3段階に設定した場合における、上記3手法の有効性の検証を行った。その結果、(c)ケプストラム分析による方法、(b)音響エネルギーパターンによる方法において、流通札と疲弊札の判別が困難となり、判別精度が低下するという問題点が明らかになった。
高密度生活空間の音環境における高周波音の生理的・心理的機能の検討と環境質評価

1.高密度生活空間の音環境における高周波成分の分布の検討:環境・建築構造・材料の違いによる生活空間内の高周波音の分布について詳細に検討するために、起動性の高いマイクロフォンを導入し、環境音収録システムの機能を向上させた。その結果、自然性の高い音環境のなかには豊富に存在している高周波成分が、都市のコンクリ-ト造の屋内空間では相対的にも絶対量としても著しく乏しくなっていることが確認された。2.高周波音遮断・非遮断による脳波の変化の検出:脳波の画像解析装置を新たに導入し、高周波音の遮断・非遮断の脳波のエネルギ-分布への影響を精度を上げて検討した。その結果、高周波成分の有無によって、脳波のパワ-スペクトルに可逆的な変化が生じることが被験者14名中10名に見出された。その影響は、次の5種のタイプに類別できた。第1は、高周波成分の影響が認められないタイプ、第2は高周波成分の存在によって脳波全体が可逆的に活性化されるタイプ、第3はα波が特異的に可逆的に活性化されるタイプ、第4はパワ-の分布が可逆的に徐波側にシフトするタイプ、変化の構造が不明瞭なものは第5のタイプと類別した。3.環境音遮断・非遮断による脳波の変化の検出:同一被験者をさまざまな環境条件下に所在させて脳波計測を行い、比較検討した。その結果、環境音からの遮断によって脳波のエネルギ-分布に変化が生じるという注目すべき結果が得られた。変化の傾向は、環境音からの遮断によってα波帯域のエネルギ-が減少するもの、β波帯域が活性化されるもの、変化の見られないものなど、高周波除外・非除外実験の結果と整合する。環境音からの遮断により、脳波のエネルギ-分布が速い波の方へシフトする傾向が見出され、自然な環境音からの遮断が不快感の発生や快適感の減少につながる可能性が示唆された。