hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子社会における統計手法のニーズの把握と大学における統計教育の効果的展開

具体的には,各大学のホームページに載っている講義の中から統計に関連すると思われる講義を選び出し,シラバスの内容等を調べることによって,単位数,科目の取り扱い方,開講期間,担当教官,使用教科書等の講義内容についてデータベースを構築した.また(3)の調査に関して,同じような内容で過去に実施された調査に関する資料を収集し,調査票作成の準備を行った.さらに(1),(2),(3)に関し論議を深めるため,以下のように適宜専門家,研究者を招聘し研究会を開催した.・企業から見た数学(統計)教育の需要度調査報告愛媛大学武田和昭(6月14日)・医療従事者を対象とした統計活用実態調査計画第一ラジオアイソトープ研究所高橋由武(6月14日)・大学学部における統計教育南山大学伊藤考一(8月2日)・理数科系教育プロジェクトにおける統計教育コンテンツの作成岡山大学重水共之(10月11日)・社会人を対象とした統計教育の需要と資格認定の実績・成果(財)実務教育研究所宮野善郎(11月15日)・統計教育-誰に,何を,誰が,どう教える-長崎大学柴田義貞(1月31日)・「100万人の統計学」への出発東京大学松原望(3月6日)本年度は以下の研究を行った。1.大学の統計教育の実態を調べるため、平成16年度の全国の大学の「確率」や「統計学」に関する講義要綱を各大学のホームページから収集し、データベース化する作業を行った。このデータは次年度分析する予定。2.社会における統計の需要を把握するため、平成17年3月に全国の企業・研究機関・官庁・自治体、3586団体を対象に「データ分析と統計知識の需要度調査」を実施し、回収した調査票のチェックを行った後、計量分析のためのデータ入力等の基礎作業を行った。このデータも次年度分析する予定。3.統計教育に関する情報収集のため、平成17年1月24日に「第2回統計教育に関するシンポジュウム」を開催した。J.C.Lee(ISI副会長)、伊藤孝一(南山大学名誉教授)の2件の講演とパネルデスカッション「社会における統計の需要と統計教育」を実施。参加者約60名。講演内容等はテープを起こしを行っており、終了しだい統計学会のホームページ当で公開する予定。4.統計教育の現状把握と研究者の意見交換のためのため、平成17年3月5日に「統計教育に関するワークショップ」を開催した。参加者52名。本年度は以下の研究をおこなった。1大学の統計教育に用いられている教科書、参考書に関する調査大学の統計教育に関する実態を調べるため、2005年に大学のホームページを通じて収集した全国の大学の「2005年度講義要綱」の情報を用い、「確率」、「統計」および統計に関連する講義でどのような教科書、参考書が用いられているかを調査した。2社会における統計の需要度に関する調査の分析高度情報化社会、電子化社会といわれる今日、社会のなかでの統計のニーズを把握するため、企業・研究機関・官庁・自治体を対象に2005年3月に実施した「データ分析と統計知識の需要度調査」のデータを分析し、分析結果を、日本統計学会、数学教育学会等で報告した。3統計教育に関する研究集会の開催社会における統計教育、大学における統計教育、および大学における統計教育と密接に関係する小・中・高における統計教育の実態を把握するため、以下の研究会を開催した。
画像処理を用いた嚥下計測装置の開発ととろみ食品調整指針の提案

非接触、非侵襲で、体の拘束も緩やかな高精度嚥下評価システムの開発を行い、健常被験者の甲状軟骨の運動データ収集を行った。これを評価データとして、甲状軟骨の凹凸が微小な被験者において、喉表面のわずかな変化を画像特徴量として抽出し、甲状軟骨の挙上位置を計測する手法の開発に取り組んだ。さらに、嚥下波形から飲み込みやすさの評価手法の開発を行った。岐阜大学医学部にて、開発した嚥下評価システムで嚥下障害患者の撮影を行った。患者は女性の高齢者であったため明確な嚥下波形を得ることはできなかったが、カメラのセッティングや照明などの撮影方法や、飲料の提示、嚥下開始の指導方法など撮影時に必要となる知見を多数得た。現在、嚥下機能の定量的評価法としては、X線による嚥下造影検査法、3次元距離センサを用いる方法、ならびに喉に圧力センサを取り付ける方法等が知られている。この中で、X線検査法が最も多用されているが、被ばくの危険性のために検査を重ねて行うことはできない。3次元距離センサを用いる方法は簡便ではあるが、被験者の体を強く拘束する必要があり、不自然な嚥下運動となりやすい。また、喉にセンサを取り付けるとセンサが通常の嚥下を阻害し、正確な計測が困難となる。このような問題に対し、画像処理を用いた非接触型嚥下計測法を考案し、健常者の飲料の嗜好を評価する研究を行ってきた。本手法は、3台の不可視な近赤外光照射装置とカメラを用いて、照度差ステレオ法により喉表面の3次元法線ベクトルをリアルタイムで計測するものである。これで計測した3次元の表面情報を基に甲状軟骨の突起部(喉仏)周りのプロフィールの画像処理により、健常者の嚥下状態の計測を可能にした。しかし、高齢者への適用を考えた場合、喉の皺等により計測できる対象が少なかった。そこで、本手法を高精度化し、喉の皺で観測が難しい介護老人へも適用できると考え、研究を行った。本年度は、嚥下計測装置の精度向上のため、高精度な照度差ステレオ法を用いた面法線ベクトル計測方法の開発を行った。嚥下計測装置の高精度化のために、18bit(262,144階調)カメラセンサーを用いた新しいカメラシステムの構築を行い、高精度な面法線ベクトル計測カメラシステムの開発を行った。面法線ベクトル計測カメラシステムの開発にあたり、安定した計測が行えるようシステム構成の改良、ならびに近赤外照明の波長選定を行った。さらに、従来システムで計測が難しい被験者を用い、嚥下計測装置の精度評価を行った。あわせて、嚥下計測画像処理アルゴリズムの開発を行い、計測精度向上の可能性を得た。当初の計画通り現在の8bit(256階調)カメラセンサーから18bit(262,144階調)カメラセンサーへ変更を行うことにより、面法線ベクトル計算精度の大幅な向上を行う高精度嚥下計測装置の作製を行った。システム設計を行い開発を行ったが、システムの納品が遅れたこともあり、精度評価は次年度に行うこととなった。しかし、旧システムを用いて平成28年度に予定していた嚥下計測アルゴリズムの開発に着手し、一定の精度向上を得ることができた。高精度嚥下計測装置についてはH28年度4月に納品予定である。非接触、非侵襲で、体の拘束も緩やかな高精度嚥下計測カメラシステムの開発を行った。昨年度開発が遅れていた18bit、3次元計測カメラの開発を完了し、法線ベクトル計測精度の評価を行った。結果、当初予定どおりの精度で計測できることが確認できた。また、30フレーム/秒でのリアルタイム計測も実現した。また、嚥下波形計測のための画像処理アルゴリズムの開発を行った。まず評価のため、健常者の成人男性30名の嚥下映像を撮影し、甲状軟骨の運動データを収集した。これにより、嚥下運動が確認しづらい被験者のデータを得ることで、この被験者でも計測できるよう画像処理アルゴリズムの改良を行った。動画で得られた高精度な喉表面法線ベクトル方向から嚥下機能を計測するのに最適な画像特徴量の選定を行った。甲状軟骨の凹凸が微小な被験者において、高精度な計測でも法線ベクトルの変化は微小であるので、嚥下によるわずかな変化を画像特徴量として抽出し、嚥下運動を計測する手法の開発に取り組んだ。単一の画像から甲状軟骨の位置を推定することは難しいので、動画像の連続情報を用い、位置的変化と時間的変化を抽出する法線ベクトル特徴を用いることで、甲状軟骨を安定に検出できる手法を開発した。また、計測や嚥下波形の計算に時間が掛かると多数の被験者を用いた実験に支障をきたすので、画像処理アルゴリズムの高速化を行った。すべての画素で追跡すると計算量が莫大となるので、数画素間隔での計測が可能となるようにアルゴリズムを改良し、5画素程度の間隔であるならば、高精度で甲状軟骨を検出できることを確認した。これによる、従来よりもシステム全体の高速化を可能とした。また、計測システム全体の簡略化も検討し、計測自体にかかる時間の短縮も研究を行った。昨年度、カメラ設計に時間を要した結果、18bit、3次元計測カメラの開発が予定よりも5ヶ月ほど遅延した。

これにより、画像処理アルゴリズム開発のためのデータ計測ができず、全体の進行に影響が出たが、本年度のアルゴリズム開発は概ね予定に近いスケジュールで開発を行った。ただし、カメラシステムの開発が遅れたことにより、倫理委員会での承認ができなかったため、当初予定していた老人での撮影には至らなかった。本年度末に倫理委員会の承認も取れたため、次年度はデータ計測が可能となり、この遅れもすぐに解消されると思われる。非接触、非侵襲で、体の拘束も緩やかな高精度嚥下計測カメラシステムの開発を行った。本研究で開発した18bit、3次元計測カメラを用い健常被験者の甲状軟骨の運動データ収集を行った。これを評価データとして、嚥下波形計測のための画像処理アルゴリズムの改良を行った。甲状軟骨の凹凸が微小な被験者において、高精度な計測でも法線ベクトルの変化は微小であるので、喉表面の法線ベクトルのわずかな変化を画像特徴量として抽出し、甲状軟骨の挙上位置を計測する手法の開発に取り組んだ。単一の画像から甲状軟骨の位置を推定することは難しいので、動画像の連続情報と喉表面の法線ベクトル変化量の累積情報を用い、甲状軟骨を安定に検出できる手法を開発した。これにより、嚥下運動が確認しづらい被験者でもある程度の嚥下運動を計測することができるようになった。また、嚥下波形の評価法の開発を行った。評価手法としてPLS回帰分析による飲み込みやすさの評価について研究を行った。ここでは、万人が飲み込みやすい飲料は常温の水であるとし、この嚥下波形が水を嚥下したときの波形に近づけば飲み込みやすいと判定する方法を考案した。嚥下計測カメラシステムで得られた嚥下波形に部分フーリエ変換を行い周波数画像とする。周波数画像を特徴量としてPLS回帰分析を行い低次元に圧縮し、水と他の飲料との比較をすると、飲み込みやすいと感じたものは水の波形に近くなるという新たな知見を発見した。岐阜大学医学部の協力のもと、開発した嚥下評価システムで嚥下障害患者の撮影を行った。患者は女性の高齢者であったため本システムを用いて嚥下波形を得ることはできなかったが、カメラのセッティングや照明などの撮影方法や、飲料の提示、嚥下開始の指導方法などデータ撮影時に必要となる知見を多数得ることができた。非接触、非侵襲で、体の拘束も緩やかな高精度嚥下評価システムの開発を行い、健常被験者の甲状軟骨の運動データ収集を行った。これを評価データとして、甲状軟骨の凹凸が微小な被験者において、喉表面のわずかな変化を画像特徴量として抽出し、甲状軟骨の挙上位置を計測する手法の開発に取り組んだ。さらに、嚥下波形から飲み込みやすさの評価手法の開発を行った。岐阜大学医学部にて、開発した嚥下評価システムで嚥下障害患者の撮影を行った。患者は女性の高齢者であったため明確な嚥下波形を得ることはできなかったが、カメラのセッティングや照明などの撮影方法や、飲料の提示、嚥下開始の指導方法など撮影時に必要となる知見を多数得た。高精度嚥下計測カメラシステムの完成の遅れより、本年度予定していた計測精度評価を行うことができなかったため平成28年度はカメラシステムの精度評価を行う。また本システムに、平成27年度の成果である改良型画像処理アルゴリズムを適用し、性能評価を行う。実利用化を視野に入れた画像処理アルゴリズムの高精度化、ならびにリアルタイム計測に向けた高速化を行う。以上を多数の被験者を用いて実験し、性能評価を行うことで問題点を明らかにし、さらなる精度向上を行う。開発された、高精度嚥下計測カメラシステムを用いて、老人の嚥下状態のデータ収集を行う。
NoD/SCIDマウスを用いたヒト造血幹細胞の体外増幅法の研究

平成12年度に私は、ヒト造血細胞を免疫不全(NOD/SCID)マウス骨髄に再構築するin vivoアッセイ系を確立し、骨髄再構築能を持つヒト造血幹細胞の測定を可能とした。さらにこのアッセイ系を用いて、ヒト造血幹細胞(SRC:scid repopulating cell)の体外増幅法を検討したところ、SCF+FL+TPO+IL-6/sIL-6Rのサイトカインの組み合わせで、ヒト造血細胞の平均生着率は培養前の細胞を移植したものに比べて約10倍も高く、SRCも4.2倍と著明に増幅されていることが証明された。この実験系を用いて、私が作成した、Green fluorecence protein(GFP)を選択マーカーに組み込んだレトロウイルスベクターを用いて、増幅した造血幹細胞に対し遺伝子導入し、NOD/SCIDマウス内での長期造血再構築能を有する造血幹細胞に対する遺伝子導入効率を検討を試みた。まず遺伝子導入する造血幹細胞のソースとして、骨髄と臍帯血のCD34陽性細胞について、その中に含まれる造血幹細胞の性状を比較検討した。骨髄再構築能は臍帯血のCD34陽性細胞の方が遥かに優れていることが確認され、遺伝子導入実験のソースとしては臍帯血のCD34陽性細胞を用いて行うこととした。現在上記のサイトカインの組み合わせで臍帯血CD34陽性細胞に遺伝子導入をしているが非常に高率にCD34陽性細胞にGFP遺伝子導入が可能であり、そこから形成されるコロニー細胞にも高率にGFP遺伝子が導入されていることが確認できた。現在NOD/SCIDマウスに移植して生着細胞中のGFPの割合を各臓器で検討中である。T,B細胞の欠損、NK活性の低下と、マクロファージ、補体活性が低下しているNOD/SCIDマウスを用いて、ヒト臍帯血から、CD34陽性細胞分画を取り出し移植を行い、ヒト造血を免疫不全(NOD/SCID)マウスに再現し得るか否かを検討した。そして、安定してヒト造血細胞をマウス骨髄に再構築するin vivoアッセイ系を確立することに成功し、骨髄再構築能を持つヒト造血幹細胞の測定を可能とした。現在では5万個のヒト臍帯血CD34陽性細胞を移植後、3ヵ月以上たってもマウス骨髄中の60%,末梢血の30%以上の細胞をヒト型に置き換えられ、T細胞を除く全ての血球系の骨髄再構築を確認している。
設計初期段階でのシステムモデル活用が製品開発プロセスと組織に与える影響

システムモデルを作成・解析するソフトウェアを開発し、そのソフトウェアを用いて企業における製品開発プロセスをトレースした。その結果、システムモデルは製品仕様を書面の代わりに数式で表現できるため、設計初期(概念設計)段階で活用することにより、制御、メカ、エレキなどの複合領域を同時にシミュレーションで事前検証ができるだけでなく、現場が有するナレッジの組織的な共有・活用が容易になり、製品開発のスピードと品質が飛躍的に向上することを明らかにした。設計初期段階でのシステムモデル活用が製品開発プロセスと組織にどのような影響を及ぼすかを明らかにするために、平成26年度は、1本研究における分析対象となる企業グループに対するヒアリング調査を実施し、ヒアリング内容と提供を受けた資料の整理、2欧州におけるシステムモデルの製品開発への適用の先進事例の調査、および3システムモデル構築に向けての予備検討を実施した。ヒアリングを実施するに当たり、筆者の想定している理想的なモデル活用枠組みをベースとして各社の状況を整理した。現時点までの調査で得られた事実から帰納されたシステムモデルを活用した製品開発に関する以下のような仮説を得た。システムモデルの導入に成功している企業は、必ずしも従来的なCAEの導入ステップを経ていないことが多い。すなわち、一般的なCAEを導入してからモデル活用の枠組みにたどり着くには何らかの障壁が存在している可能性がある。また、モデルベース開発の効果はシステムモデル構築能力に大きく依存している。しかし、システムモデルは、企業のものづくりに関する極めて多くの知識が集約され、企業の製品開発力の核となることから、実際の企業のモデルを詳細に調査することは極めて困難である。そこで、上記の仮説を検証するために、筆者自身が仮想的なシステムモデルを構築し、どのような形で設計や製造の暗黙知が織り込まれていくかを、ヒアリングの成果を踏まえて筆者自身がトレースできるようなプログラムを開発した。本研究は設計初期段階でのシステムモデル活用が製品開発プロセスと組織にどのような影響を及ぼすかを明らかにすることにより、モデルベース開発を企業価値向上につなげる前提となる組織能力と、効果的な技術導入プロセスを示すことで、我が国製造業のものづくり力の向上に資することを目的としたものである。平成27年度は前年度に実施したヒアリングに基づき、システム指向的な欧米のものづくりと暗黙知を基盤とした擦り合わせ型の日本のものづくりが、システムモデルを核としたときにどのように融合するのかといった観点から中間段階での成果をまとめた。そのために、まず、製品開発初期の概念設計段階で多くのことを規定するモデルベースの開発スタイルをプロセス開発まで含めた広義の製品開発の各フェーズでの擦り合わせ活動によって調整していく日本の伝統的ものづくりにどのように適用していけばよいのかについて、半導体産業分野を中心に調査した。さらに、システムモデルを二段階に分けて構築し、極めて抽象度の高いモデルと、具体的な製品をイメージしたモデルの二段階に分ける可能性について調査した。これらの調査より、システムモデルを製品開発プロセスに取り込んだ企業が、持続的な成長を実現するために、効果的にナレッジマネジメントを実施することが重要であることを明らかにした。さらに、システムモデルの効果的な導入の前提となる組織のケイパビリティはCAD(Computer Aided Design)やCAE(Computer Aided Engineering)等のデジタルエンジニアリングの操作・活用能力ではなく部門間の暗黙知の共有化を促進させる組織間コミュニケーションの能力にあることを明らかにした。平成27年度に実施することを計画していたシステムモデルの効果的な導入の前提となる組織のケイパビリティに関して十分に検討できたため、おおむね順調に進展していると評価できる。平成28年度は先進的なモデルベース開発の導入によって製品開発プロセスと研究開発プロセスを有機的に連携させていく方法について検討した。その結果、システムモデルが構築できれば、製品の性能に影響を与える物理的尺度と、現在の技術水準を前提としたそれらに関するパラメータの可変域を特定できるようになり、当初からどのような幅で新製品を生み出しうるかのパラメータの境界集合を決定できるようになることを示した。さらに、境界集合を変更・拡張するためには研究開発を行う必要が生じるので、システムモデルの変化という形で研究開発を製品ロードマップの中に置きなおすことができ、このような形での定量的な目標設定が製品開発スピードや品質に大きく影響を与えることを明らかにした。また、最終的な研究結果の妥当性とNDA契約に照らした研究内容の適切性を確認するために、協力企業対してフォローアップのヒアリングを実施した。以上のことにより、ナレッジマネジメントや製品開発プロセスと研究開発プロセスの連動などの問題は、従来とは異なるアプローチで抽象化することができ、システムモデルを中心とした具体的な製品開発プロセスマネジメントに向けての施策提案に極めて有効であることを示した。昨年度、山口大学に新設した大学院教育センターのセンター長を務めることになった。立ち上げ時期であったこともあり、センター長の業務が想定していたものよりも格段に多く、科学研究費助成事業による研究が当初の計画よりもやや遅れてしまった。そのため、1年間の期間延長を申請し、承認いただいたところである。本研究は設計初期段階でのシステムモデル活用が製品開発プロセスと組織に与える影響を明らかにすることにより、モデルベース開発を企業価値向上につなげるための前提となる組織能力および効果的なシステムモデル導入プロセスを示すことで、我が国製造業のものづくり力の向上に資することを目的としたものである。

最終年度である平成29年度は、システムモデルを導入した企業が持続的に成長するために不可欠なナレッジマネジメントのあり方について分析した。これらを分析するにあたって、筆者の機械工学の専門知識に基づき基本的なシステムモデルを実際に作成し、企業における活動をトレースした。その結果、システムモデルは複合領域における様々な現象をオブジェクト指向のモデリング言語で表現することができ、これらは最終的には一次元の物理式群と経験式群を統合した方程式群に帰着されるので、従来のCAEと異なり製品の性能・機能・品質に関する情報を機構・構造・流体・熱・制御等の複数分野の連成問題として高速に解くことができる大きなメリットを有していることが確認できた。また、システムモデルを活用した製品開発は、製品仕様を書面の代わりにシステムモデルで表現し、制御、メカ、エレキなどの複合領域を同時にシミュレーションで検証しながら開発を進めていくことができるため、現場が有するナレッジの組織的な共有・活用が容易になり、製品開発スピードや品質が飛躍的に向上することを示した。システムモデルを作成・解析するソフトウェアを開発し、そのソフトウェアを用いて企業における製品開発プロセスをトレースした。その結果、システムモデルは製品仕様を書面の代わりに数式で表現できるため、設計初期(概念設計)段階で活用することにより、制御、メカ、エレキなどの複合領域を同時にシミュレーションで事前検証ができるだけでなく、現場が有するナレッジの組織的な共有・活用が容易になり、製品開発のスピードと品質が飛躍的に向上することを明らかにした。平成26年度中に実施することを計画していた企業ヒアリング、先進事例調査、システムモデル構築の3本柱の全てを達成できたため、おおむね順調に進展していると評価できる。これまで順調に進展してきているので、引き続き研究計画に沿って確実に研究を進めていく。本年度の中心的な活動は、システムモデル活用の妥当性を評価した後に、全体内容に関して国内外で複数回研究発表を行い、その後国際ジャーナルに論文を投稿することである。技術経営学これまで順調に進展しているので、引き続き、研究計画に沿って確実に研究を進めて行く。昨年度、山口大学に新設した大学院教育センターのセンター長を務めることになった。立ち上げ時期であったこともあり、センター長の業務が想定していたものよりも格段に多く、科学研究費助成事業による研究が当初の計画よりもやや遅れてしまった。そのため、次年度使用額が生じてしまった。1年間の期間延長を申請し、承認いただいたので、本年度はシステムモデル活用の妥当性を評価した後に、全体内容に関して国内外で複数回研究発表を行い、その後国際ジャーナルに論文を投稿する予定である。
神経成長因子(NGF)合成促進薬物の抗痴呆薬としての応用・開発する研究

神経成長因子(NGF)は前脳基底核大細胞性コリン作動性神経細胞の神経栄養因子であり、神経細胞の分化、生存・機能維持を担っている。この神経路は記憶・学習能に深い関連がありアルツハイマー型痴呆症患者の脳で顕著に障害されている。この神経路を障害して実験モデル動物や自然老化動物にNGFを投与すると低下した彼らの記憶・学習機能が改善されることが報告されている。薬物の末梢投与によって脳内NGFを高めることができれば同じ効果が期待できるものと思われる。昨年度は培養細胞のNGF合成を促進する化合物としてアルキルカテコールを見いだした。今年度はこの作用を生体系で確認した。1)末梢神経系でのNGF合成誘導:ラットの腹腔内にホモカテコール、アロピルカテコール、アセチルオピルカテコールを3日間投与したラットでは、心臓、顎下腺で無投与群の5-15倍ものNGF量の増加が認めらえた。2)誘導されたNGFの輸送過程の証明:NGFが合成誘導されたとしても機能的に作用しなければ意味がない。そこで腹腔内に1回だけホモカテコールを投与し末梢効果器、坐骨神経、交感神経節におけるNGFレベルを調べた結果、NGFレベルの上昇は末梢側から中枢側へと経時的に変化し、合成誘導されたNGFは生理的NGFと同じルートで神経節まで運ばれることがわかった。3)脳でのNGF合成誘導:アセチルブロピルカテコールをラット腹腔内に3日間投与すると、海馬、梨状葉内嗅領皮質、中隔など、大細胞性コリン作動性神経細胞の投射部位、細胞休存在部位でNGFレベルが約2倍に高まった。以上の結果は薬物の末梢投与によって、脳を含む生体内NGF合成を促進できることを示している。神経成長因子(NGF)は脳内大細胞性コリン作動性ニューロンの神経栄養因子と考えられている.この神経路はアルツハイマー痴呆症患者で顕著な障害が認められ,記憶・学習能と関連している.従って,脳内のNGF合成を高めることができればこの神経路を賦活化することができるかもしれない.この目的のために,本年は以下の実験を行い,興味ある知見を得た.1.NGF合成誘導活性ー構造相関:生後1週マウス脳から培養したアストログリア細胞はNGFを分泌する.しかし,細胞を静止期に導入するとNGFの合成・分泌は著しく低下する.この条件下で神経伝達物質であるカテコールアミン(CA)を培養液に添加するとNGFの合成レベルが著しく高まる. CAをNGF合成促進薬として応用すべく,構造と活性相関を調べたところ,カテコール環構造が必須であること,側鎖に飽和アルキル基をもつ化合物が強い活性を発現することがわかった.2.CA誘導体に対するアストログリア細胞の反応性:(1)で用いたよりも幼若な2日齢マウス脳の新皮貭,海馬,線状体から培養したアストログリア細胞にCA類およびその誘導体ホモカテコール(HC)を種々の濃度で添加してNGF合成促進能を調べた.その結果, 10μMという低濃度でも促進効果があること,線状体アストロは皮貭,海馬由来アストロより反応性が低いことがわかった.つまり, CAは幼若マウスでより強く,しかも,部位によって異なる作用をひき起こすことがわかった.3.脳組織片のCAに対する反応:培養下に移した純粋アストログリア細胞で見られるNGF合成促進作用が,神経細胞,アストログリア細胞などを生体内と同じ状態に保持された脳組織片でも見られるかどうかを培養下で調べた.その結果,組織片の約半数で, NGF合成が促進された.この比率は, CAの作用が脳の部位よって異なることを示唆

.神経成長因子(NGF)は前脳基底核大細胞性コリン作動性神経細胞の分化、生存・機能維持を担っている。この神経路は記憶・学習能に深い関連がありアルツハイマー型痴呆症患者の脳で顕著に障害されている。薬物の末梢投与によって脳内NGFを高めることができれば同じ効果が期待できる。昨年度はマウス脳アストログリア細胞のNGF合成を促進する化合物としてカテコールアミンを見いだし、その誘導体であるアルキルカテコールに強い活性を見いだした。今年度はこれらの化合物が生体系でNGF合成を促進するかどうかを検討した。1)末梢神経系でのNGF合成誘導:ラットの腹腔内にホモカテコール、プロピルカテコール、アセチルプロピルカテコールを投与したラットの心臓、顎下腺では5-15倍ものNGF量の増加が認められた。2)誘導されたNGFの輸送過程の証明:腹腔内に1回だけホモカテコールを投与したところ、末梢臓器、座骨神経、交感神経節へと、NGFレベルの上昇は末梢側から中枢側へと経時的に変化した。即ち、合成誘導されたNGFは生理的NGFと同じルートで生体内を運ばれることがわかった。3)脳でのNGF合成誘導:アセチルプロピルカテコールをラット腹内に投与すると、海馬、梨状葉内嗅領皮質、中隔など、大細胞性コリン作動性神経細胞の投射部位、細胞体存在部位でNGFレベルが約2倍に高まった。以上の結果は薬物の末梢投与によって、脳を含む生体内NGF合成を促進できることを示しており、将来の疾患治療薬として応用できる可能性が高まった。
初期近代英語における動詞の命題補部についての定量言語学的アプローチによる研究

不定詞と動名詞、およびthat節が動詞の命題補部として歴史的にどのような競合関係にあったのか調べ、それによって動詞の構造や性質を再分析することが可能であるか探るために、現代英語において不定詞や動名詞を補部に従える77の動詞を4つのカテゴリーに分類し、定量言語学的アプローチを用いて、初期近代英語期(1500年から1710年までの210年間)におけるそれぞれの発達の過程を調査した。その結果、カテゴリー毎に異なる発達過程が観察され、現在の用法の差に繋がる可能性を示唆する結果を得ることが出来た。本研究は、定量言語学的アプローチを用いて、現代英語の他動詞のうち、1enjoyのように動名詞を目的語として取るが不定詞を目的語にすることが出来ない動詞、2decideのように不定詞を目的語として取るが動名詞を目的語には出来ない動詞、3rememberのように目的語が動名詞の場合と不定詞の場合とでは意味が異なる動詞、4beginのように目的語として動名詞でも不定詞でもどちらでも取れる動詞について、不定詞の名詞的用法と動名詞およびthat節が、動詞の命題補部として、どのような競合関係にあったのか、初期近代英語の文献をもとに調べようとするものである。26年度は、先ず研究に必要なコンピューター機器類、コーパス、分析用ソフトを揃え、定量言語学的なアプローチのための準備を行った。次に、現代英語との連続性を考えるために、英語の動詞がその補部に命題を選択する場合の、伝統文法および各文法理論における統語的事実の記述と分析の比較を行った。比較の対象としたのは、JespersenやCurme等の伝統文法、Bloomfield、Friesら構造主義言語学、直接構成素分析、Chomskyによる生成文法(句構造規則、X-bar理論、θ理論および格理論、DP分析、極小主義)などである。その結果、どの分野においても分析の際に構造と意味を明確に分けており、語用の立場では異なるものとして理解される場合がある、to不定詞や動名詞の明確な違いの動機を現在の英語学のアプローチでは十全に書き表すことが出来ないということがわかった。現在は、動詞の命題補部としてのthat節、to不定詞、動名詞が中英語ではどのような関係であったのかについて、中英語の先行研究を調べながら、実際のコーパス分析に取り組んでいる。初期近代英語期は、現代に繋がるさまざまな用法が確立していく時代であり、また、アメリカ英語とイギリス英語の分岐点でもある。従って、この時代の理解を深めれば、現代英語をより深く理解することに繋がるはずであるが、全体的な総合的研究については、まだ未解明な部分が数多く残されている。例えば、中英語の終わりから初期近代英語にかけて、that節を従えていた多くの動詞が、不定詞や動名詞も従える方向に次第に変化した。いわゆるRohdenburgのいう5種類のthe Great Complement Shift(大補文推移)の一つであるが、このようなshiftの詳細な過程はまだ明らかにされていない。動詞の補文の構造や意味を明らかにする事は、その動詞の一般的な性質を解明することにつながり、その歴史的変遷をたどることは、文法研究にとって重要な課題の一つであると思われる。そこで本研究においては、特に不定詞の名詞的用法と動名詞およびthat節が、動詞の命題補部として、どのような競合関係にあったのか、初期近代英語の文献をもとに定量言語学的に調査を行った。調査に用いたコーパスは、1500年から1710年までの様々なジャンルのテキストを含んでいる、Penn-Helsinki Parsed Corpus of Early Modern English(PPCEME)であり、CorpusSearch2、AntConc 3.2.1wを分析ソフトとして使用した。現代英語において目的語に動名詞や不定詞をとる77の動詞を大きく4種類に分類し、その分類に沿ってそれぞれの動詞が初期近代英語においてどのような振る舞いをしているのか統計的に調査を進めた結果、カテゴリー毎に異なる発達過程が観察され、現在の用法の差に繋がる可能性を示唆する結果を得ることが出来た。当初の計画として、26年度は主としてコーパス、電子テキストおよび分析用ソフトの準備、中英語までの先行研究の確認ののち、実際の統計的な調査に取り掛かる予定であった。それぞれ、ほぼ予定通り進行中である。英語学27年度は主に、それぞれの動詞、および動詞的表現形式が、初期近代英語において、どのような振る舞いをしているのか統計的に調査を進めたい。通時的に考えて、時系列の変化が見て取れるのかどうか分析し、中英語期の先行研究も踏まえながら、調査対象の動詞が、どのような歴史的変遷を辿りながらそれぞれの表現形式を発達させてきたのか明らかにしたい。その調査を通して、現代英語の中で性質の異なる14のタイプに属する動詞群が、それぞれのタイプ毎に同じような歴史的変遷を辿って今に至るのか、または、現在同じタイプに属する動詞の中にも、更に異なる変遷を辿ったものがあるのかを確認するつもりである。

さらに、通時的な調査結果と現代英語における補文の理論的分析を考え合わせ、それぞれの構造的な特徴を再分析可能か、その結果、教育指導の際に、英語の文構造について、学生の、より効率の良い習得・理解に結びつけることは可能であるか、その可能性を探るための作業を行うつもりである。26年度予定の出張が、27年度に入ってから生じたことと、データ整理のためのアルバイトの使用が27年度にずれ込んでいることが主な理由です。27年度の使用は当初の計画通り、26年度からずれ込んだ予定も加えて予算の使用を行います。
PCクラスタ上の格子QCDシミュレーションシステムの開発研究

量子色力学(Quantum Chromo-Dynamics, QCD)は、素粒子であるクォーク、グルーオンの力学を記述する理論であり、Wilsonによって定式化された格子ゲージ理論の数値シミュレーションが最も強力な解析手法となっている。近年、計算機の高速化、低価格化によりPCクラスターによるシミュレーションも可能になってきており、研究手法として利用を考える素粒子原子核の研究者が少なくない。しかし、多くの素粒子、原子核理論の研究者は、格子QCDについての知識、理解は十分にあっても、シミュレーションにまで踏み込むのは躊躇する。そこで、本研究ではFortran90を用いて、オープンソースの形式で提供できる格子QCDのコードを開発した。このコードはLattice QCD Tool Kit in Fortran90(LTKf90)という名前で公開している。Fortran90のModuleの機能を使い、式との距離が少なく、アルゴリズムが理解しやすいコードを開発することができた。Fortran90は実装依存性が強いため、マニュアルを整備し、上記ウェブページに載せている。MPI(Message Passing Interface)を使用することによりプログラムの並列化を行い、大きな格子サイズの大規模計算も可能になっているMPIは効率のよい並列化手法であり、現在多くのプラットフォームで利用が可能である。しかし、一般のユーザーにとって利用が容易とは言いがたく、またMPIを利用できない環境で利用する時のコードの変更は少なくない。そこで、現在HPF(High Performance Fortran)により並列化を実装するプログラムの開発に取り組んでいる。格子QCDの数値シミュレーションは、クォークとグルーオンの非摂動的振舞いを研究するための強力な手法である。計算機の発展とあいまって、定性的な研究から実験と比較可能な定量的な研究の段階に入ってきた。一方、近年のパーソナルコンピュータ(PC)の普及にともなうマイクロプロセッサの高速化と低価格化は、これを計算要素とする並列クラスターがスーパーコンピュータに匹敵する能力をもったシミュレーションシステムとなりうることを示唆している。本年度は、実用化のための基礎データの取得と、PC上でプログラムの開発、および実行時の問題点の調査を行った。その結果、ネットワークの高速性は非常に重要であるが、同時にQCDシミュレーションのための効率良いコードを生成するコンパイラーの選択も重要であることがあきらかになってきた。また、MPIによるフォートラン90のQCDコードをPC並列クラスター上で新たに開発した。このコードは近々公開の予定である。このコードは、フォートラン90のモジュール機能を使用することにより、オブジェクト指向性の高いコードとなっており、クェンチシミュレーション、ハイブリッドモンテカルロ法によるフルQCD、非等方格子、それに化学ポテンシャルが導入されている。このように多くの機能をもち、かつ比較的単純でポータビリティを持ったコードは、本プロジェクトで開発されたものが始めてである。このコードは汎用で各種のシミュレーションに友好であるが、現在、QCDのもっとも重要な対称性であるカイラル対称性を担うシグマ中間子のプロパゲータの計算を進めている。格子QCDのシミュレーションは、クォークとグルーオンの非摂動的振舞いを研究するための強力な手法である。また、近年アルゴリズムや定式化の進展も著しい。大きな計算資源を必要とするQCDの計算は、テラ・フロップスを超えるスーパーコンピュータの製作を推進する力となり、筑波大学のCP-PACS、米国コロンビア大学と日本の理研が共同で推進するQCD-SP、イタリアのAPE等の専用計算機も大きな成果をあげてきている。一方、近年のPC普及に伴うマイクロプロセッサの高速化と低価格化は、これを計算要素とする並列クラスタがコスト・パフォーマンスの高いシミュレーション・システムとなりうることを示唆している。本研究では、PCクラスターの上で、ハドロン物理学の研究者、場の量子理論の研究者が容易に利用出来る基盤的コードの開発を進めてきた。また、そのコードを広く研究者が利用出来る環境の開発も行っている。今年度の成果は以下のとおりである。1.昨年度準備したFortran90のモジュール機能とゲージ

アップデートルーティンを基に、クォークプロパゲータのコードと力学的クォークを取り込んだHMC(ハイブリッドモンテカルロ)コードを作成した。2.並列部分の整備を行った。3.疑似ベクトル、要素並列化機能をもつマシーンであるSR8000の上での高速化を行った。4.近年、注目を集めているGRIDに将来対応する準備として、ウェブ上での自動ジョブ実行機能を持ったシステムを開発した。5.これまでに構築したコードをべータ版として、公開した。本年度の成果は以下の通りである。1)中村は、フォートラン90による新しいQCDコードを開発し、MPIによる並列化を行った。このコードは、Lattice Tool Kitという名前でオープンソースとしてhttp://nio-mon.riise.hiroshima-u.ac.jp/LTK/公開された。このコードは、以下の我々のグループの計算で使用されると共に、東京大学原子核グループなどでも大規模シミュレーションに利用されている。2)中村は、Two-Color QCDモデルの有限密度系の格子シミュレーションを行った。Three-Colorモデルにおいて数値計算を著しく困難にするフェルミオン行列式の複素数問題がここでは存在しないため、計算が実行可能となる。密度を増大させていくと、ベクトル粒子の質量が減少することが見出された。これは、CERN-CERESの実験、多くの有効模型でその可能性が示唆されていたが、格子QCD計算では初めて見出された。3)中村は、有限温度におけるグルーオンのプロパゲータの大規模シミュレーションを行い、グルーオンの電気的、磁気的質量をRHICエネルギー領域に相当する温度で求めた。磁気的グルーオン質量を非摂動的に求めた初めての計算である。硬熱再加算法による摂動論の計算とよい一致をみた。4)中村は、ハドロン質量の化学ポテンシャルに対する感受率を格子QCDの数値シミュレーションで計算し、NJLモデルと比較した。
可変張力つき2変数スプラインの導出とその画像補間への応用

2変数3次スプライン関数の拡張として、一様な直交格子の各区画ごとに張力を変えられる可変張力つき2変数スプライン関数を導出した。得られた関数は、区間ごとに張力を変えられる可変張力つき1変数スプライン関数の2変数への拡張ともいえる。この可変張力つき1変数スプライン関数は、ディジタル画像を自然さを保ったまま拡大・回転する手法に有効であった。本研究で得られた可変張力つき2変数スプライン関数は、拡大・回転をより良くできるだけでなく、任意の形状へ変形することも可能にする。この2変数関数の実用に不可欠な局所台をもつ基底の構成法も得られた。準備として、張力が無い場合の2変数3次スプライン補間を解とするような変分問題を定式化した。その一般解は従来の2変数3次スプライン関数に積分定数に関わる任意項を加えたものになるが、その項として3次多項式を選ぶこととした。この定式化を拡張して、標本化領域ごとに異なる張力をもつ2変数可変張力スプライン補間を変分問題として定式化した。以上の内容をThe 5th International Conference on Computational Harmonic Analysisで発表した。この変分問題の解を定めるEuler-Lagrange微分方程式は、張力をパラメータとして持ち、標本点におけるデルタ関数の線形結合を含む形となった。この方程式を(1)各標本化領域の内側と(2)標本化領域の境界に分けて解いた。各標本化領域の内側では同次微分法適式に帰着されるため、一般的な線形微分方程式として解けた。解に含まれる係数と同値になるような状態空間ベクトルを選び、係数ベクトルと状態ベクトルとの対応関係を行列で表した。これによって、同じ標本化領域の内側の任意の2点での状態遷移を計算することが可能になった。標本化領域の境界における状態遷移を分析した結果、状態変数のうちの3階微分に対して、張力の変化量とデルタ関数の係数を加えればよいことが明らかになった。以上で、可変張力2変数スプラインの値を計算するための数式が導かれ、その内容をまとめた論文は、The 11th International Conference on Sampling Theory and Applicationsでの発表(2015年5月)に採択された。可変張力2変数スプラインを効率的に数値計算するために必要な、有限領域外では恒常的に0となるBスプライン関数を構成するための方程式が得られた。それを解く問題が残っている。ところが、可変張力2変数スプラインを効率的に数値計算するために必要な、有限領域外では恒常的に0となるBスプライン関数を構成するための条件を構成している過程で、独立な条件が不足する問題が生じた。再度検討したところ、H26年度に得られたEuler-Lagrange微分方程式を(1)各標本化領域の内側と(2)標本化領域の境界に分けて解いた結果のうち、(1)に誤りがあることが判明した。具体的には、一般解を構成する基底関数の数および形式に問題があることがわかった。そこで、張力パラメータを0に近づけた極限で旧来の解であるxとyの3次多項式のテイラー展開に一致するように、基底関数の数を16個とし、張力パラメータを0に近づけたときにxとyの3次以下の単項式のそれぞれに収束するように基底関数を選んだ。これに合わせて係数ベクトルと状態ベクトルとの対応関係を表す行列を構築し直した。有限領域外では恒常的に0となるBスプライン関数を構成するための方程式も再構成した。この方程式は、予想に反して、謝った解にもとづく方程式よりもはるかに簡単な構造になることがわかった。それを解き、数値計算プログラムを開発する問題が残っている。数学的な問題定式化は正しく行えたが、その解の誤りが数値計算アルゴリズムを決定する段階で明らかになった。そのため、後戻りして数学的な解を構成し直した。数値計算のために必要なBスプライン関数を構成するための線形方程式を解く問題が残っている。縦4区間×横4区間の有限領域外では恒常的に0となるBスプライン関数を構成する方法を導いた。その手順は以下のとおりである:xとyに関する偏微分方程式を解く際に、積分定数が単なる定数ではなくxまたはyの任意の関数になり得るために解が一意に定まらない問題がある。そこで、無限にあり得る解の中で、張力パラメータを0に近づけた極限で旧来の解であるxとyの3次多項式のテイラー展開に一致するような解を選ぶという方針を立てた。その結果、16個の基底関数で構成される解が得られた。基底関数に係る16次元の係数ベクトルと関数値および偏導関数値から成る16次元の状態ベクトルとの対応関係を表す行列を構築した。これらを使って、有限領域の左下端の点にインパルス制御入力を与えて励起された状態が、縦方向および横方向に4区間先でゼロベクトルになるように経過点で与えるべきインパルス制御入力の値を定める線形方程式を構成した。それぞれの線形方程式での未知数は4個であり、行列のランクも4であることが判明したため、研究代表者としては意外なことであったが、全部で24個あるインパルス制御入力は、一斉に定まるのではなく、4個ずつのまとまりで6回にわけて一意に定められることがわかった。実際の画像補間に供する数値計算プログラムの開発には至らず、今後の課題として残った。2変数

3次スプライン関数の拡張として、一様な直交格子の各区画ごとに張力を変えられる可変張力つき2変数スプライン関数を導出した。得られた関数は、区間ごとに張力を変えられる可変張力つき1変数スプライン関数の2変数への拡張ともいえる。この可変張力つき1変数スプライン関数は、ディジタル画像を自然さを保ったまま拡大・回転する手法に有効であった。本研究で得られた可変張力つき2変数スプライン関数は、拡大・回転をより良くできるだけでなく、任意の形状へ変形することも可能にする。この2変数関数の実用に不可欠な局所台をもつ基底の構成法も得られた。数学的な問題定式化と数学的な解は得られた。数値計算のために必要なBスプライン関数を具体的に構成するための線形方程式を解く問題が残っている。Bスプライン関数を構成するための線形方程式は得られているので、その方程式を解くプログラムの開発を急ぎ、その画像補間への応用プログラムの開発へ進む。情報工学Bスプライン関数を定めるための線形方程式は得られているので、それを解く数値計算プログラムの開発とそれを画像補間に応用するプログラムの開発を並行して進める。数学的な誤りがあったために、数値計算プログラムの作成まで及ばなかったため、研究補助の人件費が支出できなかった。数値計算プログラムによる処理結果が未だ得られていないため、広報ウェブサイト制作を行わなかった。数学的な結果は得られたが、数値計算プログラムの作成まで及ばなかったため、研究補助の人件費が支出できなかった。誤りを直した結果を他の国際会議で発表する。数値計算プログラムを作成し、広報ウェブサイト制作する。数値計算プログラムの作成に研究補助の人件費を支出する。それで得られる処理結果を広報するウェブサイト制作を行う。
イオンマイクロビームによる微小アスベスト肺組織三次元診断技術の開発

微小な生体試料中の微量元素の三次元分布を測定するために、マイクロPIXE、円形ストリップ検出器を用いたOn-off axisSTIM及びCT技術を組み合わせた分析システムと、試料中でのX線の発生断面積の変化と吸収を考慮した画像再構成法を開発した。本研究は、イオンマイクロビームを用いて微量元素の二次元的な動態を解析する大気マイクロPIXE(Particle Induced X-ray Emission)分析と、STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy)及び二次元像から画像再構成によって三次元像を横築するCT(ComputedTomograph)技術を組み合わせて、医療分野における診断に有効な分析技術に発展させ、微小(100μm以下)な試料中の三次元微量元素分布測定法の空間分解能の向上と測定時間の短縮を図り、アスベスト肺などの診断へ応用することを目的としている。この方法では、従来、1つの試料の測定に10時間以上かかっており、これが医療分野への応用の妨げとなっている。この問題を解決するためには、測定に用いられるビームの強度が全く異なるために困難であったマイクロPIXEとSTIMの同時測定を実現する必要がある。そこで、本年度は、同時測定を行うための、円形のOn-off STIM検出器を設計・製作するとともに、その信号処理のための回路を製作し、十分な性能を有することを確認した。また、STIMのデータからマイクロPIXEの二次元データを補正し三次元像を再構築する計算コードの改良、試料ステージの回転精の向上を行い、その結果、本方式による三次元微量元素測定において、10μm以下の空間分解能を達成する見通しが得られた。この成果は、第26回PIXEシンポシウムにおいて発表された。
DNA修復遺伝子異常によって生じる脳神経細胞死と神経病態発症メカニズムの解析

脳神経系におけるDNAダメージおよびその修復ネットワークの異常によって生じる精神・神経疾患の分子病態解明を目指し研究を行った。まず、ヌクレオチド除去修復遺伝子変異によって精神発達障害、運動失調等を引き起こすA群色素性乾皮症ならびにB群コケイン症候群モデルマウスの行動ならびに脳内酸化ストレスの蓄積の様子について解析を行った。その結果、マウスで見られるヒト疾患と極めて類似の神経症状は、細胞分裂異常と関連した小脳発達障害ならびに8-オキソグアニンなどの酸化的DNAダメージの蓄積による細胞死の亢進が深く関与していることを明らかにした。次に、酸化的DNAダメージの原因物質として知られる一酸化窒素(NO)の細胞死誘導機構について解析した結果、リン酸化Bcl-2によるBaxのミトコンドリアへのトランスロケーションの調節がNOによるアポトーシスの誘導に必須であることがわかった。最後に、酸化的DNAダメージを引き起こす生体内アミノ酸として知られるホモシステインの代謝酵素、シスタチオニンβシンターゼ(CBS)の脳内局在を調べたところ、CBSは発達・成熟脳においてラジアルグリア-アストロサイト細胞系譜で特異的に発現していることを明らかとした。以上の成果は、脳内におけるDNAダメージ産生細胞ならびに原因物質の同定と細胞傷害誘導メカニズムを明らかにしたと同時に、今後、神経疾患治療の標的細胞と方法を考える上で極めて重要な手がかりとなることが期待される。今後、アルツハイマー病やパーキンソン病といった主要な神経疾患へのDNAダメージの関与についてさらに解析を行っていく必要がある。DNA修復遺伝子異常を原因とするヒト神経疾患の解明を目指し、ヒト色素性乾皮症ならびにコケイン症侯群モデルマウスの病態解析を行った。これまで疾患モデルマウスを使った実験により、XPA^<-/->CBS^<-/->マウスはヒトで見られる神経症状と極めて類似の行動異常ならびに発達異常の表現系を示すことを明らかとした。これらの結果は、ヌクレオチド除去修復遺伝子が脳神経系細胞の分化・増殖および生存維持に関与していることを示している。今回、近年特に注目されている酸化的DNAダメージとヌクレオチド除去修復異常の神経疾患発症機構との関連を検証するため、酸化的DNAダメージのマーカーである8-オキソグアニンの蓄積量をそれらに特異的な抗体を用い、発達過程の小脳に注目して観察した。その結果、XPA^<-/->CBS^<-/->マウス小脳顆粒細胞では正常マウスに比べ8-オキソグアニンの蓄積量が上昇している様子が観察された。一方蓄積の見られる細胞群ではアポトーシスによるニューロン死が併せて観察された。以上の結果は、DNA修復系がこれまで考えられてきた脳神経系の老化のみならず、発生過程にとっても重要な役割を演じていることを示すものであった。また、今後ヌクレオチド除去修復異常による神経疾患の治療法を考える上でも酸化的DNAダメージの軽減が重要な標的となることが予想される。現在、DNAダメージによる様々な神経疾患への関与を調べるために、アルツハイマー病モデルマウスであるAPPトランスジェニックマウスとXPA^<-/->CBS^<-/->マウスとの交配を行いそれぞれの個体レベルでの解析を行う予定である。