hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
頭部運動を許す遠隔注視点検出装置の開発研究

我々は,視線を用いたパソコンへの情報入力のために,遠隔ビデオ式の高精度の注視点検出装置の開発を行っている.非接触で検出したいため,本装置では,眼に近赤外線を照射し,ビデオカメラで使用者の眼を撮影し画像処理することで眼の特徴点から注視点検出を行う.高分解能の注視点検出を行うためには,目の画像を大きく写す必要がある.その観点から我々の考える注視点検出理論では,目の正確な3次元位置を求め,狭角カメラを目に向けて撮影し,眼の特徴点である瞳孔の中心と光源の角膜反射の中心の位置関係から狭角カメラの光軸と視線のなす角度を求め,視線と視対象との交点として視点を求めることを計画している.本年度は、3次元瞳孔位置を広角ステレオカメラによって求め,そこにパンチルト台を用いて3台目の狭角カメラを向け,瞳孔中心と角膜反射中心を検出することに重点をおいて研究を行った.まず,左右のステレオカメラと3台目のカメラを同期させて駆動した.ステレオカメラの開口部に近い位置にそれぞれ複数の近赤外線LEDをリング状に配置した照明器を取り付け,それらをビデオフィールド信号に同期させて交互に点灯させた.また,3台目のカメラには,照明器を開口部に近い位置だけでなく,少し離れた位置にも設置し,それらを交互に点灯させた.3台すべてのカメラにおいて,フィールド毎に瞳孔の明るい画像と暗い画像が得られた.それらを画像差分することで,瞳孔が容易に検出できるようにした.ステレオカメラに関しては,予めカメラ較正を行った.結果,ステレオカメラによって2つの瞳孔の3次元位置が実時間画像処理によって算出でき,そこへ3台目の狭角カメラを向けられるようになり,同カメラで瞳孔中心と角膜反射中心が検出できるようになった.視線を用いたパソコンへの情報入力のために,頭を10cm程度動かすことができる非接触・遠隔ビデオ式の高精度の注視点検出装置の開発研究を行った.本装置における検出理論では,顔全体を写すことができる広角ステレオカメラによって瞳孔の正確な3次元位置を求め,パンチルト台に固定した3台目の狭角カメラを目に向けて,拡大した眼を撮影し,瞳孔の中心と光源の角膜反射の中心を検出し,それらの位置関係から狭角カメラの光軸と視線のなす角度を求め,視線と視対象との交点として注視点を求める方法をとった.平成15年度までに,ステレオカメラの各カメラの開口部周りにリング状に配置したLEDを取り付け,それらをビデオフィールド信号に同期させて交互に点灯させ,各カメラで瞳孔の明るい画像と暗い画像を得て,画像差分することで瞳孔を検出しやすくし,瞳孔の3次元座標を求め,その座標に狭角カメラを向けられるようにした.また,狭角カメラには,ステレオカメラとは波長の異なるリング状光源を開口部に近い位置と少し離れた位置に設置し,ほぼ同様の方法で瞳孔を,また,角膜反射を明瞳孔画像から検出した.平成16年度は,眼球の光学系が,視軸を軸とする軸対称の形状をしているという仮定を利用した注視点較正法を考案した.これはパソコンディスプレイ上の座標が既知の1点を見るだけで簡単に較正が取れる方法である.実験をしたところ,ディスプレイ上の位置によっては検出される視点座標に原因不明のずれが見られたが,ディスプレイから顔までの距離が変わっても,視点検出結果がほとんど変わらないことから,本注視点検出法の有効性が示せた.また,狭角カメラで得られた画像において瞳孔のエッジに角膜反射が位置するときに瞳孔中心が正確に検出しにくいのを改善したため,視点のばらつきは1.5cm以内に収まるようになった.
C型肝炎ウイルス感染経路の解明-特に母子間・夫妻間感染の可能性について-

県下32産科施設の協力の下に,1)HCVキャリアステートの診断法(HCV関連抗体:C-100,N-14,アボット第二世代PHA及びPCRによるHCV-RNAの確認検索),2)妊婦におけるHCV保有状況及び所謂サイレントキャリアの存在確認,3)HCVキャリア妊婦家族におけるHCV集積状況,4)夫妻間感染及び母児垂直感染の可能性について検討し,県妊婦におけるHCV関連抗体陽性者は約1.0%,その内30%がHCV-RNA陰性でサイレントキャリアの可能性があり,真のキャリア率は約0.7%である事,その6割が何らかの肝機能異常を示す事,遺伝子亞型はII型が約7割を占める事,又,キャリア妊婦の家族におけるレトロスペクティブな調査より夫妻間感染は約12.5%に生ずる事等を報告してきた。本年度はHCVの母児垂直感染に焦点を合わせ,以下の点を明らかにした。1)HCV-RNA陽性キャリア妊婦の出生児59名をプロスペクティブに最長47週までフォローアップし,そのうち5名(8.5%)の児にキャリア化を認めた。2)5名中4名の児は母と遺伝子亞型が一致,残り1名が母の遺伝子亞型の他に異なる一亞型が検出され,重複感染の可能性も示唆された。3)児血中HCV関連抗体価は生後6ケ月まで漸減し,遅くとも12ケ月までには消失したが(経胎盤移行抗体),キャリア化の5名の児では抗体価が一旦下降後再上昇し(自前の抗体産生),以後持続した。4)5名中4名(80%)の児は最長47週までHCV-RNA陽性が持続,1名のみが生後8ケ月まで続いたHCV-RNA陽性が生後12ケ月より陰性化し,24ケ月まで陰性が持続している。5)HCV-RNA陽転児の80%に肝機能異常が認められた。県下32産科施設の協力の下に「産婦人科」の立場より1)HCVキャリアステ-トの診断法,2)妊婦におけるHCV保有状況,3)HCVキャリア妊婦家族におけるHCV集積状況,4)輸血あるいは血漿製剤以外の感染経路可能性等について調査検討を行い,以下の結論を得た。HBVキャリア婦人において抗Cー100抗体陽性例は8例(2.2%)であった。妊婦可能年令の婦人86例のうち抗Cー100抗体陽性例は存在せず,抗Nー14抗体陽性例は1例(1.2%)であった。当院外来を受診した妊婦では抗Cー100抗体陽性例は7例(1.8%)であり,非妊婦では14例(3.6%)であった。対照とした男性群では抗Cー100抗体陽性例は14例(2.0%),抗Nー14抗体陽性例は13例(1.8%)であった。抗Cー100抗体と抗Nー14抗体検査結果の比較では一致率は97.4%に達した。我々はスクリ-ニング目的で抗Cー100抗体を検索しており,肝機能の指標として血中GPTを測定したところ,GPT値正常者においても抗体陽性者がかなり見られた。GPT高値を示す抗体陽性者は輸血歴を有するものが多かった。抗体検査で両者陽性例ではPCR陽性率が高く,輸血歴や肝機能異常を有する率も有意に高かった。家族内にHVC感染者を有する18家族,65例にて抗体,PCR,肝機能等を検索したが,出生児においてもPCR陽性例が認められ,同様の症例が配偶者にも認められ,垂直感染,夫妻間感染の可能性が示唆された。

この3年余間に妊婦1028名を加え,総計4724名のHCV関連抗体,抗N-14抗体,抗C-100-3,pHCV34,31抗体)のスクリーニングを当科で実施した。県内産科施設よりキャリア(疑い)妊婦が紹介される為,妊婦の陽性率は1.8%の高率で,健常女性(273人)の0.7%に比して有意に高値であった。抗C-100-3抗体陽性妊婦18名におけるnested PCRによるHCV RNA検出率は78%,肝炎の既往歴は33%,輸血歴は39%,鍼・薬物静注歴(IVDU)は6%で,残り56%の感染源は不明であった。一方,キャリア妊婦14人の夫及び母における抗体,PCR陽性率はそれぞれ22%及び33%の高率で,妊婦キャリアの感染源として母児感染経路や夫妻間感染が何らかの役割を担っている可能性が示唆された。キャリア妊婦の72%,キャリア夫及び全例並びに出生児の50%に肝機能異常が認められ,一方夫群に抗体(-)/PCR(+)の所謂,silent carreirが見られ,家族内にキャリアを有するハイリスク群では抗体のみの検査では不十分である事が示唆された。PCR陽性妊婦11人の出生児12名を出生より最長15ケ月までプロスペクティブにフォロウアップし,内1名(8%)胎内感染を証明した。同症例は臍帯血より生後8ケ月までPCRが持続し,抗C-100-3抗体は生後4ケ月で陰性化し,その後8ケ月より再び陽性化し,14ケ月まで持続,一方抗N-14抗体は生後4ケ月まで陽性が確認されているが8ケ月より陰性が持続している。血清ALT値は生後3ケ月より上昇し始め,8ケ月で180IU/Lに達した。即ち,この症例は胎内感染によりviremiaを呈し,血清学的肝炎を発症し,血中PCRは陰性化したが自前の抗C-100-3抗体が産生されていると考えられる。この児を今後長期にフォロウアップする事により,胎内感染症例の予後が解明されるであろう。県下32産科施設の協力の下に,1)HCVキャリアステートの診断法(HCV関連抗体:C-100,N-14,アボット第二世代PHA及びPCRにによるHCV-RNAの確認検索),2)妊婦におけるHCV保有状況及び所謂サイレントキャリアの存在確認,3)HCVキャリア妊婦家族におけるHCV集積状況,4)夫妻間感染及び母児垂直感染の可能性について検討し,県妊婦におけるHCV関連抗体陽性者は約1.0%,その内30%がHCV-RNA陰性でサイレントキャリアの可能性があり,真のキャリア率は約0.7%である事,その6割が何らかの肝機能異常を示す事,遺伝子亞型はII型が約7割を占める事,又,キャリア妊婦の家族におけるレトロスペクティブな調査より夫妻間感染は約12.5%に生ずる事等を報告してきた。本年度はHCVの母児垂直感染に焦点を合わせ,以下の点を明らかにした。1)HCV-RNA陽性キャリア妊婦の出生児59名をプロスペクティブに最長47週までフォローアップし,そのうち5名(8.5%)の児にキャリア化を認めた。2)5名中4名の児は母と遺伝子亞型が一致,残り1名が母の遺伝子亞型の他に異なる一亞型が検出され,重複感染の可能性も示唆された。3)児血中HCV関連抗体価は生後6ケ月まで漸減し,遅くとも12ケ月までには消失したが(経胎盤移行抗体),キャリア化の5名の児では抗体価が一旦下降後再上昇し(自前の抗体産生),以後持続した。4)5名中4名(80%)の児は最長47週までHCV-RNA陽性が持続,1名のみが生後8ケ月まで続いたHCV-RNA陽性が生後12ケ月より陰性化し,24カ月まで陰性が持続している。5)HCV-RNA陽転児の80%に肝機能異常が認められた。
マイクロ固相抽出(SPME)による農薬類の簡易抽出法

今回の研究では、カ-バメート剤についてヒト全血及び尿からのヘッドスペースマイクロ固相抽出(SPME)による抽出法につき検討した。使用した農薬は、イソプロカルブ、XMC、フェノブカルブ、キシリルカルブ、プロポキスル、カルボフランの6種である。各種キャピラリーカラムを用いガスクロマトグラフィー(GC)の条件を検討した結果、カラムはRtx-35キャピラリーカラム(30m×0.32mm、膜厚0.25μm)が最適であった。GCの各条件は、注入口温度185°C、カラム温度100-200°C、検出器温度200°Cとした。次に、SPMEによる抽出操作を検討した。膜厚100μmのポリジメチルシロキサンファイバーを使用した場合が、夾雑物の少なさや回収率に優れていた。実際の抽出操作は以下のように設定した。全血では、7.5mlのバイアル瓶に100μlの試料(1μgの各農薬添加もしくは非添加)と蒸留水900μlを容れ、0.5gのNaClを加えた。尿では、1mlの試料(1μgの各農薬添加もしくは非添加)を7.5mlのバイアル瓶に容れ、0.5gのNaClを加えた。バイアル瓶をシリコン栓付きキャップで密栓し攪拌後、70°Cで10分間加温した。その後SPMEファイバーをヘッドスペース内に露出し、30分後にホルダーをバイアル瓶から抜き、直ちにGC分析を行った。各農薬のピークは不純ピークとの重複はなく、回収率は、全血では0.582-1.87%、尿では2.97-20.6%であった。全血に各農薬を添加して検量線を作成したところ、イソプロカルブ、フェノブカルブでは0.4-10μg/ml、他の4種では2-10μg/mlの範囲で直線性を示した。検出限界は、全血では0.1-0.5μg/ml、尿では0.01-0.05μg/mlで、カーバーメート剤中毒報告例での農薬の血中濃度は、今回の方法で十分検出可能な濃度であった。SPME法は従来の抽出法に比し簡便で、定量性に問題はみられず、法中毒学的に有用と思われる。
強相関系の励起子ボーズ凝縮と超伝導に関する微視理論の展開

電子正孔対(励起子)の凝縮が熱平衡状態で実現する励起子絶縁体と呼ばれる状態に最近新たな注目が集まっている。本研究では、候補物質Ta2NiSe5を中心に、変分クラスター近似等を用いて理論研究を展開し、次項を明らかにした。(1)電子格子相互作用やフント結合による励起子凝縮相の相対的安定性、(2)Ta2NiSe5の角度分解光電子分光実験で観測されるフラットバンドの起源、(3) Ta2NiSe5の超音波吸収係数の温度依存性に現れるコヒーレンスピークの予言、(4) Ta2NiSe5の軌道磁化率の異常の起源、(5)コバルト酸化物の磁気多極子秩序形成と低エネルギー集団励起構造の解明。励起子ボーズ凝縮物質として最近、遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5が注目を集めている。本年度は特に、この系の有効模型に有限温度変分クラスター近似を適用し、その一粒子スペクトルを角度分解光電子分光実験の結果と比較した。これにより、励起子凝縮の転移温度以上でもスペクトルにフラットバンドの異常が現れることを示した。これは、Ta2NiSe5の励起子凝縮状態がボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)の領域にあることを示す重要な証拠である。また、励起子密度波相にフント結合が果たす役割を、変分クラスター近似の手法を用いて調べた。それにより、フント結合は励起子スピン密度波相を安定化させ、励起子電荷密度波相を不安定化させることを明らかにした。従って、現実のTa2NiSe5や1T-TiSe2といった物質で励起子電荷密度波相が実現するためには、フント結合が有効に作用せず、かつ格子自由度が有効に作用することが必要である。日本物理学会第70回年次大会(2015年3月、早稲田大学)において、シンポジウム「励起子絶縁体とその周辺の新展開:新物質、BEC-BCSクロスオーバー、圧力誘起超伝導」を実現し、講演「Ta2NiSe5の励起子ボーズ・アインシュタイン凝縮および関連物質の理論」を行った。これにより、励起子凝縮という古い問題に最新の展開があることを広く知らしめることに成功した。これらに関連する研究として、ディラック・フェルミオン系の金属絶縁体転移に関する研究を変分クラスター近似を用いて展開し、ディラック半金属相とモット絶縁相の間にはスピン液体相は実現しないという結論を与えた。また、遷移金属バナジウム酸化物V6O13の金属絶縁体転移の機構を密度汎関数理論に基づく電子状態計算の手法を用いて調べ、この転移の起源は電荷と軌道の秩序化であることを示した。バンドギャップが小さな半導体やバンドの重なりが少ない半金属において荷電子帯のホールと伝導体の電子が形成する励起子が低温において量子凝縮を起こす励起子絶縁体と呼ばれる状態が近年再び注目を集めている。遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5やTiSe2が一重項励起子凝縮系として、ぺロブスカイト構造のCo酸化物などが三重項励起子系として研究され始めた。本研究では、これらの物質について、密度汎関数理論に基づく第一原理バンド計算を通して得られる有効電子模型を、量子多体系を扱う変分クラスター近似の手法を用いて解析し、その特徴を明らかにしてきた。特に、フント結合の効果と電子格子相互作用の効果を取り入れ、励起子絶縁体状態の安定性を調べた。また、Ta2NiSe5の励起子絶縁体状態に対する外場応答を調べ、超音波吸収係数の温度依存性に転移点以下で量子干渉効果によるコヒーレンスピークが現れることを予言した。s波BCS超伝導の場合と異なり核緩磁気和率の温度依存性にはピークは現れない。これらは2件の学術論文として出版した。また、強相関励起子凝縮系では、励起子凝縮がボンドオーダーや磁気多重極子を導くことを示し、実験的な検証を可能にした(出版準備中)。これらの研究成果は、東京大学物性研究所が開催する短期研究会「低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開」において、本研究代表者が「エキシトニック相の理論とTa2NiSe5の電子状態」と題して講演した。また、いばらき量子ビームセンターが開催する第16回CROSSroads研究会「電子物性とその将来」および第17回研究会「強相関電子系の凝縮状態」において、「励起子凝縮の理論とTa2NiSe5の電子状態」という講演を行い、広く研究成果を公表した。関連する研究として、Ruニクタイド系の電子状態やフラストレート系ハバード模型の磁気無秩序状態の研究を推進した。励起子絶縁体は半世紀以上も前に予言された量子多体系の基底状態であるが、古くは電子相関の弱い半導体系に対する研究が主流であった。しかし近年では、新たな物質群の発見により、強相関電子系において発現する励起子絶縁体の研究が盛んに行われるようになり、この分野は今まさに新展開の時期を迎えている。本研究課題は、この新展開を牽引する重要な役割を担っている。電荷を持たない励起子の量子凝縮状態は、超伝導の場合とは異なり、実験的な検証に少なからず困難を伴うことが歴史的にも明らかとなっている。励起子絶縁体状態が現実の物質において実現してることを実験的に検証する方法は、従って、この分野の大きな課題である。今年度は特に、超音波吸収係数や核磁気共鳴のスピン格子緩和率の温度依存性に現れるコヒーレンスピークの存在の有無を通して、励起子凝縮状態に固有のミクロな量子干渉効果を観測することにより、それが可能であることを予言した。

学術論文の出版による公表ばかりでなく、国内学会や研究会、国際学会を通した公表により、広く実験家への提言を行うことができた。その結果現在、こうした実験が精力的に進められている。また、磁気多重極子の形成やボンドオーダーの形成というより直接的に実験的検証が可能な物理現象の予言(近々に論文投稿予定)により、今後はさらに広く検証実験的が進められることが期待される。以上の理由により、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。電子・ホールペア(励起子)の凝縮が熱平衡状態で実現する励起子絶縁体と呼ばれる状態が、新物質の発見に伴い、新たな注目を集めている。この状態は、バンドギャップの小さな半導体やバンドの重なりが小さな半金属という少数キャリア系において、十分に遮蔽されないクーロン相互作用が励起子の形成を促し、それが低温においてマクロな位相のコヒーレンスを保ち凝縮した状態である。本年度は、スピン1重項励起子系の候補物質Ta2NiSe5における軌道磁化率の温度依存性を計算し、実験で観測される転移温度以下での反磁性の増進を説明した。また、この系におけるミクロな量子干渉効果による超音波吸収係数とNMR緩和率の温度依存性について、前年度の成果に詳細な議論を追加した。さらに、スピン3重項励起子系の候補物質であるぺロブスカイト型コバルト酸化物について、コバルトの3d軌道を表現する5軌道ハバード模型を用いて励起子凝縮に関する定量的な議論を行った。特に、その磁気多極子秩序構造を求め、低エネルギー集団励起の構造を明らかにした。今年度は計画の3年間の最終年度であり、3年間で得た相関電子系の励起子凝縮に関する知見を含めたレビューを、「固体物理」誌に出版した。また、日本物理学会においてシンポジウム講演を行うなど、研究成果の広報に勤めた。また関連する成果として、フラストレート量子系の金属絶縁体転移と磁性に関する研究、3成分フェルミオン系のモット転移とスタッガード秩序に関する研究、量子スピン系のハルデン相におけるエンタングルメント物性に関する研究、およびSr2CrO4のスピンと軌道の秩序化に関する研究を展開した。以上の研究は、平成29年度から3年間の計画で採択された新たな科研費基盤研究(C)に繋がるものとなった。電子正孔対(励起子)の凝縮が熱平衡状態で実現する励起子絶縁体と呼ばれる状態に最近新たな注目が集まっている。本研究では、候補物質Ta2NiSe5を中心に、変分クラスター近似等を用いて理論研究を展開し、次項を明らかにした。(1)電子格子相互作用やフント結合による励起子凝縮相の相対的安定性、(2)Ta2NiSe5の角度分解光電子分光実験で観測されるフラットバンドの起源、(3) Ta2NiSe5の超音波吸収係数の温度依存性に現れるコヒーレンスピークの予言、(4) Ta2NiSe5の軌道磁化率の異常の起源、(5)コバルト酸化物の磁気多極子秩序形成と低エネルギー集団励起構造の解明。励起子ボーズ凝縮物質として最近、遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5が注目を集めている。本研究では、変分クラスター近似を用いて提案する強相関模型を解析し、Ta2NiSe5の励起子ボーズ凝縮の機構と高圧下超伝導の定量的解明を行っている。また、関連する半導体二層系の励起子ボーズ凝縮や、光学格子中の冷却原子フェルミ気体におけるBCS-BECクロスオーバー、遷移金属カルコゲナイド系物質の励起子液体状態と超伝導に関して、第一原理計算、変分
海洋の深海系における動物プランクトン・マイクロネクトンの食性

1.近底層のプランクトン生物量:開発した開閉式多層プランクトン採集システムを深海曳航体に取り付け相模湾初島沖の海底(1000m)直上の0.5-3m層から動物プランクトンの定量採集に成功した。かいあし類が最も多く、ついであみ類、矢虫類などが採集された。生物量は1000m^3あたり4.0-43.3gで表層(200m以浅)の生物量の5-30%(平均15%)であり、中・深層に比べると高い傾向が認められた。2.中・深層性かいあし類の化学組成:11種の中・深層性かいあし類の化学組成(炭素量/窒素量の比)を調査した結果、発育に伴う鉛直移動を行わない9種では炭素量/窒素量の比)は水域、季節を問わずにほぼ一定で大きな差異は認められなかったが、これに対して発育に伴い深層に下降するNeocalanus cristatusのような種類ではこの比率は深くなるに従って減少した。卵曩を持つEuchaeta,Paraeuchaetaでは炭素量が多かった。3.中・深層性かいあし類の消化管内容物:Pleuromammaxiphias, Scottocalanus securifrontsを中心に消化管前部にある内容物を走査電子顕微鏡で観察した結果、昼間の個体は空で、夜間に採集した個体は珪藻類を中心とした植物プランクトンを保有していた。中・深層種は珪藻類の多数の破片や、植物プランクトンの塊や囲食膜を摂食していた。これらの消化管内容物は表層の動物プランクトンが排泄した糞粒等に由来すると考えられる。4.安定同位体を用いた食物連鎖の推定:相模湾空採集された魚類マイクロネクトン5種、浮遊性エビ類3種について化学的手法で食性を調べる目的で、窒素同位体(15-N)を計測した。窒素同位体は9.4-14.2%で、卓越種ヨコエソ(Gonostoma gracile)では成長に伴い窒素同位体比は増加し、雄から雌への性転換の時期に値が大きく変わり、雌は雄と異なる餌を食べていることが示唆された。1.相模湾に生息する中・深層性カイアシ類5種の生物量の季節変動、昼夜鉛直移動、摂餌生態および食性を明らかにした。カイアシ類は中・深層性植物プランクトン生物量の85%以上を占め、卓越種Pleuromamma xiphiasは成長に伴い深い層に生息するようになり、1日に約700-800mの昼夜鉛直分布を行う。消化管内のクロロフィル-a量は、同じ水深で昼夜に採集されたカイアシ類では、昼より夜に高く、深層より浅層のカイアシ類が高い値を示すことから、浅い層でよるに活発に摂食し、深い層に沈降しながら餌を消化しフェオ色素化あるいは排泄することが分かった。中深層種は珪藻類の多数の破片や、植物プランクトン塊や囲食膜を摂食していた。これらの消化管内容物は表層の動物プランクトンが排泄した糞粒などに由来すると考えられる。2.相模湾から採集された浮遊性エビ類3種、魚類マイクロネクトン5種について窒素安定同位体を用いて食物連鎖における位置ずけを明かにした。

マイクロネクトンのN-15は9.4から14.2%の範囲にあり食段階の高いものほど大きな値をしめした。同一種でも大きさによりN-15は変化し、例えばヨコエソでは成長に伴いN-15は大きくなるが、雄が雌に性転換した時点で両者の値に大きな差異が認められ雄と雌では異なる餌生物を補食していることが示唆された。一般に魚類マイクロネクトンのほうが遊泳性エビ類よりN-15の値が大きかった。3.相模湾の近底層(0.5-3m)のプランクトン生物量は1000m^3当たり4.0から43.3gでむしろ深海中の生物量より高いことが明らかになった。1)開発した多層採集システムを用いて水深1000mの相模湾で近底相(底から0.5-3m)に生息するプランクトン群集の生態を調査した。生物量は1000m^3あたり4.0-43.3gで表層プランクトン生物量の約15%であり,中・深層に比べると高い傾向が認められた。2)11種の中・深層性カイアシ類の化学組成(炭素量/窒素量の比)を調査した結果,発育に伴う鉛直移動を行ない9種では炭素量/窒素量の比率は水域、季節を問わずほぼ一定で大きな差異は認められなかったが,これに対しいて発育に伴い深層に下降するNeocalanus cristatusのような種ではこの比率は深くなるに従って減少した。さらに卵嚢を持つ肉食性のEuchaeta.Paraeuchaetaでは炭素量が多かった。3)走査型電子顕微鏡を用いた観察では中・深層種の消化管内から動物プランクトンに混じり,表層に生息する動物プランクトンが排泄した糞粒に由来すると思われる多くの藻類の破片,植物プランクトンの塊、囲食膜が検出された。4)相模湾から採集された魚類マイクロネクトン5種,浮遊性エビ類3種について化学的手法で食性を調べる目的で,窒素同位体(^<15>N)を計測した。窒素同位体比は9.4-14.2%で,卓越種ヨコエソ(Gonostoma gracile)では成長に伴い窒素同位体比は増加し、雄から雌への性転換の時期に値が大きく変わり,雌は雄と異なる餌を食べていることが示唆された。
薄肉連鋳材の組織制御と材質改善に関する研究

フェライト系合金柱状晶材の著しい混粒再結晶組織の改善法を検討するため、Fe-19%Crフェライト系ステンレス鋼を用いて以下の2つの実験研究を行った。[1]再結晶組織に及ぼす圧延率と焼鈍温度の影響冷間圧延率を50、70、90%、また焼鈍温度を7001000°Cの範囲で変化させた実験を行い、圧延率と焼鈍温度の変化による再結晶組織の改善を検討した。その結果、強圧延を施しても、また焼鈍温度を変化させても混粒再結晶組織の改善は達成されないことを明らかにした。[2]クロス圧延および繰り返し圧延焼鈍による結晶粒微細化(001)[110]初期方位粒は再結晶が遅く再結晶粒径も粗大であるが、再結晶粒の方位はランダムである。このため圧延-再結晶を2回繰り返せば均一微細組織が得られる可能性がある。またクロス圧延によって(001)[110]方位粒において多くのすべり系が活動すれば多くの再結晶核の発生が期待される。これら2つ圧延-焼鈍法の結晶粒微細化に対する有用性を検討した結果、前者によって均一微細組織が得られることを見いだした。当初研究計画(平成4年度交付申請書)に対応させて,本年度に得られた研究成果を以下に示す.[1.粗大結晶粒材の析出・相変態における結晶粒界の役割]亜共析鋼の初析フェライト変態と同様な連続析出が起こり,かつ母相が室温で残存する合金としてTi-15%V-3%Cr-3%Sn-3%Al合金(mass%)を用いて,母相bcc(β)において圧延による弱加工を施した後時効を行いTEM観察した.その結果,すべり線と交差した粒界上に析出するhcp(α)相の形態および結晶方位(バリアント)は,他の粒界α相と異なることを見いだした.この結果は弱加工が粗大結晶粒材の微細化に有効であることを示すものである.[2.フェライト合金の凝固柱状晶材の冷間圧延・再結晶挙動]凝固後室温までbcc単相が安定であるFe-19%Crフェライト系ステンレス鋼(SUS430)の凝固柱状晶材を溶製し,冷間圧延・再結晶を観察した.その結果,圧延組織および再結晶挙動とも各柱状晶粒の初期結晶方位に強く依存し,(001)[100]初期方位粒では再結晶が早く微細な再結晶組織となるのに対して,(001)[110]初期方位粒では再結晶が遅く粗大な組織となることを見いだした.このため,凝固柱状晶材の再結晶完了組織は,著しい混粒組織となることを明らかにした.さらに,再結晶組織は多結晶フェライト合金では従来報告のないcube方位を示すことなど多くの知見を得た.当初研究計画(平成5年度交付申請書)に対応させて,研究実績を以下に示す.[1.粒界析出物のバリアントの規制則]亜共析鋼の初析フェライト変態と同様な連続析出が起こり,かつ母相が室温で残存する合金であるTi-15%V-3%Cr-3%Sn-3%Al合金(mass%)を用いて,母相bcc(β)粒界に析出するhcp(α)相の結晶方位(バリアント)を観察した結果,粒界面に最も平行な〈111〉βと〈1120〉αが平行となるバイリアントが生成するという規制則を見いだした.[2.オーステナイト合金の凝固柱状晶材の冷間圧延・再結晶挙動]Fe-36%Niオーステナイト合金の凝固柱状晶材を溶製し,冷間圧延・再結晶を観察し,圧延組織および再結晶粒方位が各柱状晶粒の初期結晶方位に依存することを見いだした.また,再結晶速度,再結晶粒径は初期方位によらず均一であり,Fe-19%Crフェライト合金で観察された様な著しい混粒組織は形成されないことを明らかにした.フェライト系合金柱状晶材の著しい混粒再結晶組織の改善法を検討するため,Fe-19%Cr

フェライト系ステンレス鋼を用いて以下2つの実験研究を行った.[1]再結晶組織に及ぼす圧延率と焼鈍温度の影響冷間圧延率を50,70,90%,また焼鈍温度を7001000°Cの範囲で変化させた実験を行い,圧延率と焼鈍温度の変化による再結晶組織の改善を検討した.その結果,強圧延を施しても,また焼鈍温度を変化させて混粒再結晶組織の改善は達成されないことを明らかにした.[2]クロス圧延および繰り返し圧延焼鈍による結晶粒微細化(001)[110]初期方位粒は再結晶が遅く再結晶粒径も粗大であるが,再結晶粒の方位はランダムである.このため圧延-再結晶を2回繰り返せば均一微細組織が得られる可能性がある.またクロス圧延によって(001)[110]方位粒において多くのすべり系が活動すれば多くの再結晶核の発生が期待される.これら2つ圧延-焼鈍法の結晶粒微細化に対する有用性を検討した結果,前者によって均一微細組織が得られることを見いだした.
腎性貧血における成熟赤血球膜のSHP-1発現の検討

腎性貧血を呈する腎不全患者の病態解明を目的として、赤血球内SHP-1の発現や、赤血球膜構成蛋白の発現プロファイルについて検討した。腎性貧血モデルマウス(5/6腎臓摘出モデル)の作成、腎性貧血マウスの赤血球膜分離・蛋白抽出によるSHP-1、および赤血球膜における構成蛋白の発現パターンの検討を行った。結果、赤血球膜におけるspectrinの存在を確認し、またSHP-1については、発現が弱いが存在を確認した。しかし、5/6腎摘モデルとコントロールの比較ではSHP-1、spectrinの発現について有意差はみられなかった。、腎性貧血モデルマウス(5/6腎臓摘出モデル)の作成、腎性貧血マウスの赤血球膜分離・蛋白抽出によるSHP-1の発現の確認、および腎性貧血マウス赤血球膜における構成蛋白の発現パターンの検討を行った。また、SHP-1がこれらの赤血球膜構成蛋白のリン酸化に関与しているかどうかについても検討を試みた。腎性貧血モデル(5/6腎臓摘出マウス)を作成して腎摘出前と摘出後週1回採血を行い、ヘマトクリット値や血清尿素窒素を測定し、研究モデルとして適切かどうかの検討を行った。予備実験において、C57BL/6マウスの5/6腎臓摘出施行後8週の採血で、有意なHb値の低下およびクレアチニン値の上昇を確認した。C57BL/6Jマウスに5/6腎臓摘出を施行後、4週および8週の時点において、マウスから血液を採取して遠心分離法を用いた赤血球膜分離、膜蛋白を抽出した。8週の時点で分離した赤血球膜においてspectrinの存在を確認した。また、SHP-1については、発現が弱いが存在を確認した。当該年度の予定は、腎性貧血モデルマウス(5/6腎臓摘出)の作成、腎性貧血マウスの赤血球膜分離・蛋白抽出によるSHP-1の発現の確認、および腎性貧血マウス赤血球膜における構成蛋白の発現パターンの検討であった。さらに、SHP-1がこれらの赤血球膜構成蛋白のリン酸化に関与しているかどうかについても検討を試みる予定であった。腎性貧血モデル(5/6腎臓摘出マウス)を作成して腎摘出前と摘出後週1回採血を行い、ヘマトクリット値や血清尿素窒素を測定して、研究モデルとして適切かどうかの検討を行った。以前、予備実験において、C57BL/6マウスの5/6腎臓摘出施行後4週の採血にて、有意なHb値の低下、および尿素窒素・クレアチニン値の上昇を確認していた。さらに観察週数を8週まで延長すると、若干のマウスは何らかの原因で死亡するが、生存したマウスにおいて4週よりもさらに高度の貧血、腎機能データの増悪を確認している。C57BL/6Jマウスに5/6腎臓摘出を施行後、4週・8週の時点において、マウスから血液を採取して遠心分離法を用いた赤血球膜分離、膜蛋白を抽出しウエスタンブロットおよび免疫沈降に供し、主な検討分子であるSHP-1、およびspectrin、protein4.1およびband3などの赤血球膜構成蛋白の発現/リン酸化について、コントロールとの比較検討を行う予定であるが、目下の段階ではこれらの蛋白の検出が確認できていない。5/6腎臓摘出による貧血モデルマウスの血液より、赤血球分離を試みているが、赤血球膜構成蛋白であるspectrin、protein4.1およびband3の検出ができていない。また赤血球膜におけるSHP-1自体の存在も文献上証明されているが、目下検出されておらず、それ以降の蛋白発現解析が不可能となっているため。赤血球膜の構成蛋白であるspectrin、protein4.1およびband3の検出が困難になっている理由としては、赤血球膜を分離する過程における分離方法自体の問題や、あるいはこれらの構成蛋白の量が不十分である可能性が考えられる。分離法について再考し、またより多くの血液量を用いて赤血球膜の分離・蛋白抽出を試みる。十分な蛋白抽出に成功すれば、引き続きウエスタンブロットおよび免疫沈降にて、腎性貧血モデルマウスの赤血球膜のSHP-1発現や、SHP-1のspectrin、protein4.1およびband3などの構成蛋白のリン酸化への影響についても検討する。また、腎性貧血モデルマウスにESA投与を行い、投与前後でのSHP-1の発現、リン酸化の変化および前述の赤血球膜構成蛋白の発現変化についても検討を加える。さらに、上記実験の進捗具合によると思われるが、もともと平成24年度に行う予定の、ESA(erythropoiesis stimulating agent)を投与しても貧血改善にとぼしい、ESA低反応透析患者の血液より赤血球を分離し、腎性貧血モデルマウスにおいて検討した事項についての実験を進める。

すなわち、赤血球膜のSHP-1発現/リン酸化や、赤血球膜構成蛋白の発現プロファイルについて、ESAに反応良好な透析患者との比較検討を行っていく。症例数については、時間的な関係もあり、低反応群、反応群ともに5例以上を目標とする。*ESA低反応とは、悪性腫瘍、慢性炎症、鉄欠乏、ビタミン欠乏、重度の副甲状腺機能亢進症、透析不足などがなく、赤血球造血刺激因子製剤を高用量投与しても貧血が改善しない状態をいう。赤血球膜蛋白の分離が困難となっており、それに引き続く蛋白発現などの検討ができていないため、当該年度内は抗体などの蛋白発現解析に要する消耗品費用が予想より少なくなったため、平成24年度への繰り越しを行った。平成24年度の研究費は、この繰り越した費用を含め、引き続き腎性貧血モデルマウスの赤血球膜分離、さらには赤血球膜構成蛋白の発現解析をするために抗体等の購入を中心に使用する予定である。
小胞体内異常タンパク質蓄積にともなう細胞死のメカニズムと神経変性疾患

細胞が正常に機能していく上で、遺伝情報に従って合成されたタンパク質が正しい高次構造を持つこと(folding:フォールディング)は必要不可欠である。しかしながら、細胞内で合成されたタンパク質のほとんどはいわゆる「不良品」であるといわれていると共に、細胞外的ストレスによってこの「異常タンパク質:unfolded protein」はさらに小胞体内腔に蓄積することとなり、細胞にとっては正常な機能獲得の妨げとなる。本研究では、ストレスシグナルの一つとして近年注目されている、小胞体ストレスによる細胞死の分子メカニズムを明らかにするため、これらのシグナル伝達経路における下流の標的遺伝子の同定を中心に研究をおこなうと同時に、小胞体ストレスという局面に着目した、細胞の生と死のメカニズムならびに分化・再生機構の分子メカニズムを明らかにした。すなわち、小胞体ストレスを介した細胞死の病態モデルとしてポリグルタミン病についての解析を行い、ASK1がこの疾患の神経変性をメディエートするタンパク質の一つであることを初代培養細胞系を用いて明らかにするとともに、実際に疾患患者の脳においてASK1が活性化されていることなどを示してきた。さらに、これらの結果を個体レベルで確認するため脳の部位特異的にポリグルタミンを発現させるトランスジェニックマウスを作成し、ASK1ノックアウトマウスとの交配によりどのような表現型が得られるかを解析し、ASK1が神経変性疾患に必須の分子であることを証明しこれらの結果を論文に発表した。
コメの亜鉛強化への応用を目指したイネの亜鉛輸送の分子機構解明

本研究ではイネの亜鉛輸送に関わる2つの新規なトランスポーターを同定した。根の中心柱で高発現するOsMTP7は酵母発現系で亜鉛の輸送活性を示した。また、OsMTP8はその機能の欠損により亜鉛濃度が地上部で減少し、逆に根では上昇した。さらに、OsMTP8は細胞膜への局在が認められたことから、OsMTP8は亜鉛の転流に関与することが示唆された。この結果は、コメの亜鉛の強化に繋がる分子基盤となる。本研究ではコメの亜鉛強化のための分子基盤を確立するために、イネの亜鉛輸送体の機能解析を行った。CDF (cation diffusion facilitator)ファミリーは亜鉛を含め様々な二価重金属イオンとプロトンとの対向輸送を担うタンパク質である。前年度に同ファミリーから選抜したOsMTP7の亜鉛の輸送活性を酵母発現系により解析した。その結果、OsMTP7の発現は酵母変異株(Δcot1zrc1)の亜鉛感受性を相補すると共に、亜鉛濃度を5倍以上に高めた。次に、植物におけるOsMTP7欠損の影響を調べるために、RNAiラインを作成し亜鉛の集積性を調べた。しかし、亜鉛及びその他の必須重金属元素に影響は見られなかった。また、ユビキチンプロモーターによる過剰発現株を作成し検討したが、同様に変化は見られなかった。一方、過剰発現株において有害元素であるCdの濃度が低下した。これらの結果から、OsMTP7は亜鉛よりも同族元素であるCdに対して親和性が高く、植物体内では主にCdの輸送を行うことが示唆された。また、イネ変異株を用いたスクリーニングにより、CDFファミリーからOsMTP8が亜鉛輸送に関与する候補遺伝子として選抜された。mtp8株の亜鉛濃度は地上部で減少し、逆に根で上昇した。一方、mtp8株では根のマンガン濃度の低下が認められた。GFP融合タンパク質による一過性発現解析により、OsMTP8の細胞膜への局在が示唆された。さらに、ウエスタンブロッティングにより亜鉛及びマンガン過剰によるOsMTP8蓄積への影響を解析したところ、同タンパク質は亜鉛過剰により減少し、マンガン過剰により増加した。これらの結果は、OsMTP8が亜鉛とマンガンを細胞外に排出することにより、両金属の細胞内濃度バランスの維持に関わっていることを示唆している。本研究の目的は、人間に不足しがちなミネラル・亜鉛を、主要穀物であるコメにおいて強化するために、イネの亜鉛輸送の分子機構を解明することである。コメに通じる篩管に転流されるミネラルの大部分は登熟期に導管により地上部の節へ送られてきた物に絞られる。そこで本研究では、まずイネの根において導管への亜鉛のローディングに関与する遺伝子の探索を試みた。レーザーマイクロダイセクションとマイクロアレイによる組織別遺伝子発現データベースを利用し、根の中心柱で高発現する複数の輸送体遺伝子から、Zn/Fe-CDF輸送体をコードするOsMTP7を候補として選抜し解析を行った。リアルタイムRT-PCRによって地上部と根のmRNAレベルを比較したところ、OsMTP7は根で地上部の3倍高発現していた。また、地上部、根ともに亜鉛過剰、欠乏処理による発現への影響は見られなかった。プロモーター領域にT-DNAが挿入され、発現が10倍高まったタグラインを取得し、異なる濃度の亜鉛、鉄濃度で2週間処理したところ、T-DNA挿入株の地上部において鉄の濃度が約30%低下したが、亜鉛濃度に有意差は見られなかった。また、根の亜鉛と鉄の濃度、地上部と根の生育に対するOsMTP7高発現の影響は見られなかった。タマネギ表皮細胞におけるGFP融合タンパク質の局在を解析したところ、細胞膜と小胞への局在が見られた。酵母発現系において相補性試験を行ったが、GAL1プロモーター制御下ではOsMTP7の発現自体が著しく生育を抑制したため、輸送基質の同定には至っていない。遅れが生じている最大の要因は候補遺伝子として解析に着手していたOsMTP1およびOsHMA2に関する論文が当該年度に報告されてしまい、解析対象の変更を余儀なくされた事にある。また、cDNAライブラリーによる候補遺伝子のスクリーニングが成功しなかった点も要因の一つである。現在までのところ、T-DNAラインを用いた生理学的解析では明瞭な表現型を示せていない。そのため、次年度は処理条件の検討を行うとともに、新たに作成中のRNAiによる発現抑制株と、ユビキチンプロモーターによる過剰発現株を用いて植物体内におけるOsMTP7の機能解析を行う。また、それぞれの組換え体を用いて、前年度に間に合わなかった土耕栽培を行い、種子中の亜鉛集積を調べる。酵母発現系における多コピーあるいはGAL1プロモーター制御の過剰発現によると考えられる毒性の問題を回避するために、GAPDHプロモーター制御によるインテグレーションベクターに切り替えて検討する。

局在性の解析では、融合タンパク質間にリンカー配列を設ける事や、現在作成中のanti-OsMTP7ポリクローナル抗体を用いたウエスタン解析によって推進する予定である。さらに、Zn-CDまたはZn/Fe-CDFファミリーに属する全5種類の輸送体のうち、機能が報告されているものは1種類に留まるため、OsMTP7以外の残りの3種類に関してもクローニングし、亜鉛輸送における役割を明らかにする予定である。平成23年度の計画に基づく経費執行について、4月に支払いすべき経費がのこっているため、次年度使用学が存在するように見えるが、実際には、全額を執行予定である。そのため、次年度の研究は、当初の計画通り進める予定である。
波浪中における船体粘性伴流の推定法の開発

波浪中における船舶の推進性能を精度よく推定することは、船舶の総合的性能評価を行なう上で極めて重要である。波浪中の推進性能の要素の中で伴流は最も重要なものの一つであるが、その値は粘性の影響を強く受けるので従来から推定が困難とされて来た。本研究の目的は、模型実験および理論の両面から粘性伴流の波浪中での推定法の確立を目指すものである。研究は、62年度から始められ本年度で3年間の研究を終えた。第1年度は模型船の船尾端における振動伴流を翼車式流速計や5孔ピト-管を用いて計測し、それまでの理論と比較した。第2年度は同様の実験の追加を行うと共に、理論解析をして、振動境界層の外部流れであるポテンシャル流れについて、船体運動時の状態で計算を実施した。計算結果は船体まわりの振動境界層の外測付近で、実験値とよい一致を示しており、本計算法が所期の目的を達していることが証された。その後、境界層内部流の3次元理論の展開を試みたが、座標変換、乱流モデルなどの種々の困難に直面したため、これを断念し、振動境界層については以前実施していた2次元理論で替えることにした。そして、詳細解析については、3次元境界層の近似ではなく、より厳密なナビエスト-クス方程式による解法を行うべきであるとの方針に変更し、最終年度には2次元問題に対して、振動粘性流場の解法を実施した。最終年度は2次元楕円柱が一様流中におかれ、かつ振動している場合の流れを数値解法し、振動粘性伴流の特徴を明らかにした。これは第1年度での実験結果をよく説明できることも判った。3ケ年にわたる実験、境界層理論による推定、粘性流の数値解法を通じて、船舶の振動粘性伴流に物理的解釈を与えるとともに、その実用推定法構築の指針を与えることが出来た。研究は、昭和62年度から始められ、本年度はその2年度目に当る。第1年度は模型船の船尾端における振動伴流を翼車式流速計や5孔ピトー管を用いて計測し、それまでの理論と比較した。今年度は、同様の実験の追加を行なうと共に、理論解析として、振動境界層の外部流れであるポテンシャル流れについて、船体運動時の状態で計算を実施した。計算結果は船体まわりの振動境界層の外側附近で、実験値とよい一致を示しており、本計算法が所期の目的を達していることが証された。そして、詳細解析については、3次元境界層の近似ではなく、より厳密なナビエストークス方程式による解法を行なうべきであるとの方針に変更し、現在2次元問題に対して、振動粘性流場の解法を実施している。次年度は最終年度に当るため、波浪中の船尾流に代表されるような振動粘性伴流に対する理論計算を実施するとともに、3年間にわたる本研究のまとめを行なう予定である。

波浪中における船舶の推進性能を精度よく推進することは、船舶の総合的性能評価を行なう上で極めて重要である。波浪中の推進性能の要素の中で伴流は最も重要な要素の一つであるが、その値は粘性の影響を強く受けるので従来から推定が困難とされて来た。本研究の目的は、模型実験および理論の両面から粘性伴流の波浪中での推定法の確立を目指すものである。本研究は昭和62年度から始められ、本年度は3年間の最終年度である。第1年度は模型船を用いた伴流の計測を実施し、振動流中での粘性伴流の特質を明らかにした。第2年度には、主として境界層理論により、現象の解明と推定手法の開発を行なった。最終年度である本年度は境界層の仮定を設けることなく、直接粘性流体の基礎式であるナビエスト-クス方程式を数値解法することを試みた。まず、2次元流を対象にして、一様流中に船体にみたてた楕円流を置き、その粘性伴流を求めた上で、次にその楕円柱を縦揺れさせた時の振動流の解を求めた。一様流と振動流が混在した時の伴流、即ち振動粘性伴流を楕円柱の後端附近で詳細に調べた結果、実験で得られたと同じ現象即ち伴流平均値の大きい附近での平均流速の増加、外部領域での流速の減少、といった粘性振動伴流に特有の現象を把えることが出来た。粘性影響の大きい領域でのこれらの結果を前年度の境界層理論と組み合わせて推定法を構築すれば、かなり実用的な成果が期待出来る。本研究は、実用推定法の確立という最終段階には達しなかったが、その一段階前である、現象の把握、物理的解明、推定法構築の指針の提案までを行なうことが出来た。
ディジタルアイ(計算視覚)開発と視覚インターフェース最適設計への応用に関する研究

我々は,視覚系における焦点調節誤差特性(網膜像のボケが提示画像の性質に依存して変化する特性)の重要性に着目して2次元自動焦点調節機構モデル(ディジタルアイ)を定式化し,文書画像を読み易くするための最適表示条件(文字と文字間隔,行と行間隔の最適関係)の理論的導出に適用した.その結果,本モデルの応答特性に基づき文書画像の最適表示条件が導出可能であり,従来の実測結果とも良く対応することが示された.これは,ディジタルアイが視覚インターフェースの最適設計の為の基盤技術になり得ることを意味する.我々は,視覚系における焦点調節誤差特性(網膜像のボケが提示画像の性質に依存して変化する特性)の重要性に着目して2次元自動焦点調節機構モデル(ディジタルアイ)を定式化し,文書画像を読み易くするための最適表示条件(文字と文字間隔,行と行間隔の最適関係)の理論的導出に適用した.その結果,本モデルの応答特性に基づき文書画像の最適表示条件が導出可能であり,従来の実測結果とも良く対応することが示された.これは,ディジタルアイが視覚インターフェースの最適設計の為の基盤技術になり得ることを意味する.視覚インターフェースの最適設計法を確立する為の基盤技術として,視覚系の画像処理機能に於ける画像観測特性(焦点調節誤差特性と視野制限特性)の重要性の検証と画像観測特性の動特性が理論的に再現可能な視覚系の数理モデルの構築を行った.(1)視覚系の画像処理機能に於ける画像観測特性の重要性の検証:画質要因として重要な鮮鋭さの程度を評価する視覚系の画像処理機能に及ぼす焦点調節誤差特性の影響を理論的に検討した.具体的には,既に定式化してある視覚系の数理モデルが,鮮鋭さ評価中の視覚系の焦点調節誤差特性を再現する能力を有することを焦点調節特性の実測比より確認し,次に,視覚モデルを応用した鮮鋭さ評価尺度の性能が焦点調節誤差特性の有無に依存してどの様に変化するかを理論的に検証した.その結果,焦点調節誤差特性の有無により鮮鋭さ評価機能に大きな差が生じることが明確化された.これは,視覚系の画像処理機能に於ける画像観測特性の重要性を意味し,さらに視覚インターフェースの設計にも重要であることを示唆する.(2)画像観測特性の動特性が理論的に再現可能な視覚系の数理モデルの構築:既に定式化してある視覚系の数理モデルが,視覚系の焦点調節特性をより正確に再現可能となる様に,焦点調節特性の動特性を導入した.具体的には,改良した赤外線オプトメータを用いた焦点調節機構の反応時間と過渡応答特性を実測し,この特性を視覚モデル中に組み込んだ線形レギュレータによりモデル化すると同時に,多重方形波画像や方形波の基本周波数を除去した多重MI波画像に対する焦点調節特性の実測結果の理論的再現の可能性を検討した.その結果,焦点調節動特性を組み込んだ視覚モデルが多重方形波画像に対する焦点調節特性の再現に有効であることが確認された.これは,視覚インターフェースの最適設計法を確立する為の基盤技術の完成に一歩近づいたことを意味する.視覚情報処理機能に於ける画像観測特性の重要性の検証と,視覚系の数理モデルの2次元化を行った.(1)焦点調節機構の手がかりに関する実験焦点調節機構がどのような情報に基づいて機能するのかという,焦点調節機構の手がかりを明らかにする実験を行った.本年度は,より一般画像に近い特性を持つ方形波画像やMF画像(基本波成分の無い方形波画像)に対する焦点調節応答を実測し,焦点調節機構は,空間周波数だけでなく,空間的特徴にも反応することを明確化した.これは,視覚モデルの正当性評価にも使える.(2)画像認識における画像観測機構の重要性に関する実験従来の画像認識では,焦点調節特性は考慮されない。この考え方の正当性の検証のために,画像を正確に認識するのに必要な画像提示時間とその際の焦点調節応答を実測した.その結果,画像の正確な認織のためには,焦点調節状態の適切な調節が必須であることが明確化された.これは,視覚情報処理機能には焦点調節機構を含む画像観測機構が重要な役割を果たしていることを意味する.(3)視覚系の数理モデルの2次元化視覚系の焦点調節特性が理論的に再現可能な1次元の視覚系の数理モデル(1次元協調視覚モデル)は既に定式化済みであるが,本年度は,従来モデルを2次元協調視覚モデルに拡張し,文書画像のような2次元画像解析に対応可能とした.具体的には,従来モデルに方位チャネル特性と,各方位チャネルごとに最適な焦点調節状態を計算する仕組みを組み込んだ.その結果,注意を向ける画像成分や注意を向ける方向に依存して焦点調節誤差が変化する特性,正弦波空間周波数の低下又は図形の拡大に伴い焦点調節態差が増加する特性,擬似中間調画像から画点と信号成分が分離知覚できる特性が再現可能となった.上記結果は,一般画像に対する視覚インターフェースの最適設計法を確立する為の基盤技術の完成に一歩近づいたことを意味する.視覚情報処理機能に於ける画像観測機構の重要性に関する検証実験と,2次元視覚モデルを用いた読みやすい文書画像の最適表示条件の導出可能性を検討した.(1)画像認識での画像観測機構の重要性に関する実験従来の画像認識では焦点調節特性は考慮されないが,我々は,視覚系の焦点調節特性が視知覚や認識に重要な役割を果たすと考えている.

この考え方の正当性を検証する為,画像を正確に認識するのに必要な画像提示時間とその際の焦点調節応答を赤外線オプトメータを用いて実測した.昨年度に行った実験と基本的には同じであるが,被験者の数を増やして実測結果の信頼性を向上させた.その結果,画像を正確に認識するためには,焦点調節状態の適切な設定が必須であることが明確化された.これは,視覚情報処理機能には焦点調節機構を含む画像観測機構が重要な役割を果たしていることを意味する.(2)文書画像の最適表示条件(行と行間隔及び文字と文字間隔の最適な関係)昨年度に開発した2次元視覚モデル(ディジタルアイ)の視覚インターフェースへの応用の一環として,文書画像の最適表示条件(行と行間隔及び文字と文字間隔の最適な関係)を理論的に導出する計算方法の枠組みを確立した.具体的には,文字を四角形の升目で単純表現した文書画像(擬似文書画像)を解析対象とし,行と行間隔または文字と文字間隔の関係を変化させた場合の2次元視覚モデルの応答特性を計算した.その結果,2次元視覚モデルの評価関数値が極大になる行と行間隔および文字と文字間隔の存在が明確化された.これは,文書画像の最適表示条件が2次元視覚モデルから理論的に導出可能であることを意味する,また,この導出条件は,実験から求められた最適表示条件とも良く対応していた.以上は,2次元視覚モデルの有効性・正当性を示すものであり,視覚インターフェースの最適設計法を確立する為の基盤技術になり得ると考えられる.