hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モデル植物の自然変異を用いた病害虫群集のゲノムワイドな理解と予測

2017年は当該課題「モデル植物の自然変異を用いた病害虫群集のゲノムワイドな理解と予測」の2年目にあたる。2016年度の予備実験では、野外に移植したシロイヌナズナで食害昆虫の数や群集組成に有意な系統間差がみられた。この結果を参考に、2017年度はシロイヌナズナ200野生系統8反復を日本とスイスの2箇所に移植し、野外の虫害データを基にしたゲノムワイド関連解析を進めた。日本では6月に野外移植実験を行い、その後7月にチューリッヒ大学に滞在してスイスでの実験を行った。いずれの調査地でも短日条件の室内で8週間栽培した植物を1ヶ月間野外に移植し、全ての個体に付着する昆虫を計7回調査した。主な植食者として、日本ではコナガ、モンシロチョウ、ネギアザミウマが、スイスではノミハムシ、ミカンキイロアザミウマが出現した。実験終了後に各調査地で植物1000個体からRNAサンプルを取得し、今後のトランスクリプトーム解析のために数百検体のRNAを抽出した。野外実験が終了した後はゲノムワイド関連解析を進めるために、発表済の一塩基多型データを入手し、解析環境を整備した。研究代表者が科学技術振興機構さきがけ専任研究者に採択されたことにより、本課題は年度途中で終了したものの、得られたゲノムワイド関連解析用データとRNAサンプルはさきがけ課題の一部として継承された。よって、本学振課題から得られた成果は同学術分野における今後の研究に資するものであると考えられる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本課題では、ゲノムが既知のシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の野生系統を野外に移植して、遺伝子発現と植食者数のデータを網羅的に取得する。これにより、植物の遺伝的変異が、遺伝子の発現を介して、どのように植食者の群集の形成に寄与するかを明らかにする。初年度は、滋賀県大津市とスイスチューリッヒ市の野外圃場で、シロイヌナズナ19系統による予備的な移植実験を行い、調査地での植食者相を特定した。この実験では、トライコーム(植物表面の細毛)がある遺伝子型上でハバチやノミハムシの数が減少すること、植物上の昆虫の種数に遺伝子型間で有意なばらつき(すなわち遺伝率)が存在することが示された。しかも、トライコーム変異体と野生型の間ですら植食者の数に有意な差がみられたことから、少数の遺伝子が防御に寄与していることも明らかとなった。2016年に行った野外実験の結果を、第64回日本生態学会東京大会で発表するとともに、英語論文として投稿を準備している。来年度への準備として、2016年度のうちに、ストックセンターからシロイヌナズナ野生系統の種子を取り寄せ、室内で栽培して本実験用の種子を増やした。当初の予定通り、2017年度には、日本とスイスで野外に約200系統移植する予定である。また、受入研究室の協力の下、上記の野外実験で取得した植物サンプルのトランスクリプトーム解析を進めている。初年度のうちにRNA抽出の条件検討と約200サンプルのRNA-seqを進めた。次年度はこれらのデータ解析を進めつつ、本実験として更に多検体のサンプルを解析する。今年度は、3年計画の1年目として、植物約200個体を用いた予備的な野外実験を日本とスイスで行った。予想より多くの昆虫が発生することが明らかとなり、日本・スイスともに定量的なデータを得ることができた。成果を学会で発表するとともに、原著論文の執筆をほぼ終えて投稿を準備している。来年度に向けても、本実験用の植物種子の取得を完了し、年度始めより野外実験にとりかかる準備が整っている。室内実験についても、来シーズンを前に条件検討を開始することができた。また、工学系の研究者と連携し、元の計画になかった新しいアプローチの検討も始めている。したがって、期待以上の研究の進展があったと判断できる。

よって、本学振課題から得られた成果は同学術分野における今後の研究に資するものであると考えられる。来年度への準備として、2016年度のうちに、ストックセンターからシロイヌナズナ野生系統の種子を取り寄せ、室内で栽培して本実験用の種子を増やした。2017年3月現在でシロイヌナズナ200系統の種子が利用可能となった。当初の予定通り、2017年度には、日本とスイスで野外に200系統8反復(=計1600個体)のシロイヌナズナを移植して、各植物個体上につく昆虫種を計測する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
モダニズム詩の社会的意味‐‐‐女性詩人の身体、テクスト、ファッション

本研究では、ファッションと身体性という二つの概念を鍵に女性詩人とモダニズムの関係を解明する。本年度は、中心となる複数の詩人のケースステディを主に行った。20世紀初頭のモダニスト期に属するアメリカ女性詩人を横断的に考察した。対象詩人は以下のとおりである。1)モダニスト詩人(Marianne Moore)、2)モダニストとして完全に認知されていない詩人(Amy Lowell, Djuna Barnes)、3)モダニズムとは対照的な立場をとった詩人(Edna St.Vincent Millay, Elinor Wylie)。具体的には、これらの詩人の主要な詩集を精読し、先行研究や伝記に学んだ。Moore, Lowell, Barnes, Wylieに関しては、研究社『英語青年』誌の「海外新潮」欄のなかで、それぞれの詩集や近年の研究動向を紹介した(2004年5月,7月,9月,11月,2005年1月,3月号)。また、Mooreのモダニズム詩について、日本アメリカ文学会東京支部11月例会において口頭発表を行った。ケーススタディを通して明らかになったのは、これらの女性詩人の共通点と相違点である。例えばMoore, Barnes, Millayはみな男装をしたが、その意味合いは彼女たちの詩学との関係でそれぞれ異なる、,すなわち、詩人の服装の選択が示唆するところは、Mooreにおける両義的なスタイルであり、Barnesにおけるグロテスクな身体と曖昧なセクシュアリティであり、Millayにおける自由恋愛を詠う奔放である。一方、Lowellの肥満体と彼女の詩の偏った評価との密接な関係も確認した。今後は、モダニズム理論やファッション理論を踏まえながら、以上に挙げた考察を文化・歴史・社会的文脈に位置づけてゆく。
危機回避を目的とするシステム運転者用仮想空間利用教育方式の基礎研究

レーザー刻印法などによる固体表面の符号化技術を用いた高度な双方向情報伝達モデルを構築した。プラントオペレータ等の緊急時対応訓練を行うため、仮想コントロール室を巨大スクリーンとそれに付随した高度タッチパネル機能を用いて実現した。このプラントシステム等の集中制御室を模擬した仮想空間では、巨大スクリーン上に表示される音源の画像位置と音響学的音源位置が一致するようになっており、訓練者がより高い現実感を得られるようになっている。(1)動的情報伝達のためのデジタル情報の符号化[1,2]:クラスター情報担体(Cluster Pattern Interface: CLUSPI)によるデジタル情報の符号化は、これまで種々の静的な物体表面に対してその応用がなされてきた。しかし、CLUSPI方式による物体表面にデジタル情報を付与する方法は、動的な情報の相互伝達に対しても原理的に適用可能である。ここでは、これまでの研究成果を発展させ、動的な情報伝達に関する研究開発とその実証実験を行った。また、平面上へのクラスターパターンの印刷方法についても、レーザーマーキング方式などの新方式についての実験研究を実施した。(2)画像データとデジタル情報の分離と統合化[2,3]:物体表面を用いた静的なデジタル情報を付与する方式を、動的な情報伝達へ拡張するためには、物理的表面においてデジタル情報を担うデジタル情報担体の情報層と表にうつし出される画像情報を分離する必要が出てくる。この分離方法として様々な手法を検討しデジタル情報と画像情報を統合して目視では認識不可能な伝達方式に関する研究を推進させた。プラントの中央制御室や防災中央情報管理室などの仮想空間を臨場感あふれる形で実現するためには、効果的な空間音響システムを実現することが必要不可欠となる。大スクリーンに囲まれた訓練者には、ブザーや警報音、あるいはスイッチ音が、あたかもそれらが映し出された位置から発せられたかのように聞こえなければならない。小画面のスクリーンでは問題にならないが、壁いっぱいに映し出される映像のなかで、音源位置から音が出ているように見せるためには、きわめて高度な空間音響システムの設計、構築が必要となる。このような要求を満足させる音響システムについては、すでに本代表研究者が関連する基礎研究に基づいて、その困難さと解決方法について研究開発実施し実験を行った[9.1]。オペレーションルームの相互作用的なインターフェイスに関しましてP3P論理モデルに基づく数値計算を実行と理論的研究も行った[9.2]。この挑戦的萌芽研究の最終年度にあたって、空間における音源同定技術[1]と、これまでに開発された人間-コンピュータ双方向通信に関するモデル化とシミュレーション技術を組みあわせたシステムを構成することができた[2]。そして、当該システムを物理表面の情報担体化などの種々の符号化技術と融合させて[3]、さまざまな作動状況についての実演実験などを行った[4, 5]。音源の空間位置の同定[9.1]、双方向インターフェースのモデル化とシミュレーション技術開発[9.2]については、情報担体としての物理表面の利用に関する研究および表面に付された特殊符号を用いる人間-コンピュータ双方向インターフェース(HCI)環境[11.1, 11.2, 11.3]に関してそれぞれ研究成果を発表した。また、バイオメトリック(生物測定学に基づく方法)な手法の本研究課題への適用可能性についても検討をおこなった[11.4, 11.5]。この挑戦的萌芽研究の最終年度にあたって、空間における音源同定技術と、これまでに開発された人間-コンピュータ双方向通信に関するモデル化とシミュレーション技術を組みあわせた統合システムを構築する。そして、物理表面の情報担体化と種々の符号化技術により、このシステムの作動状況についての実演実験を目指す。この開発研究の中では、本研究代表者の発明であるCLUSPI方式にこだわらず、これまで提案されてきた、バーコード方式、Dataglyphs方式、アノト方式による読み取り方式なども試験され、最適な符号化方式の採択を目指す。動的情報伝達のためのデジタル情報の符号化として、進取的な多層表面情報方式の提案を行った[1,2,3]。また、動的情報伝達の実践の為にレーザーマーキングを用いた新方式についての実験研究を実施した[4,5]。これら初年度の研究目標達成によって次年度以降の研究開発の実施が可能となった。2014年度のほとんどの研究は、カナダやイタリアなどの大学で、当該研究施設にある設備を用いて行い、日本において予定していた実験装置等の取得が遅れてしまった。したがって、2014年度に執行した予算は旅費に関するものがほとんどであった。このため、残予算は2015年度に持ち越すこととなった。

このような要求を満足させる三次元音響システムについては、すでに本代表研究者が関連する基礎研究を実施しており、その困難さと解決方法について言及している。このような三次元音響システムが開発されれば、本研究目的以外にも幅広い応用が利く極めて汎用性の高い技術となる。本年度では特に以下の2点に注目して研究を遂行する。・デジタル情報を付与された平面スクリーンを用いた双方向性の情報伝達方式に関する研究開発。2014年度から持ち越された20万円の研究費は、前年度予定していた小備品の購入、論文掲載料、国際会議での成果発表等のために2015年度に使用する予定である。
転写調節因子による遺伝子ネットワークの協同的制御メカニズムの解析

遺伝子発現の制御は膨大な転写因子とそのターゲット遺伝子の複雑なネットワークにより実現されている。本研究では、転写因子とそのターゲット遺伝子の解析を行い、以下のような成果を得た。(1)蛋白質・DNA複合体の構造データと統計ポテンシャルの更新:蛋白質・DNA複合体の構造情報に基づくターゲット予測法を改良するため、最新の蛋白質・核酸複合体の構造データを収集しデータベース化した。この構造データセットを統計的に解析し、アミノ酸・塩基相互作用の統計ポテンシャルを計算した。また、与えられた蛋白質・核酸複合体構造について、蛋白質・DNA相互作用のエネルギーや認識の特異性を定量化した。蛋白質・DNA認識においてアミノ酸と塩基の直接相互作用によらない間接認識の統計ポテンシャルも更新し、DNAの配列依存のコンフォメーションを統計的に解析した。(2)統計ポテンシャルに基づく転写因子のターゲット予測:新たな統計ポテンシャルを用いて、酵母の転写因子についてターゲット予測をゲノムスケールで行った。いくつかの転写因子のパイロット解析では、実験で知られているターゲットをうまく予測することができた。(3)計算機シミュレーションによるDNA構造の平均場の計算と予測への応用:さまざまな配列をもつDNAについて分子動力学シミュレーションを行い、DNAの配列に依存したダイナミックスや柔軟性などの物性が蛋白質・DNA認識の特異性に果たす役割を解析した。計算機シミュレーションで得られた間接認識の配列特異性は統計ポテンシャルによる結果とよく一致した。(4)制御ロジックの解析:実験的によく調べられている酵母について転写制御に関するさまざまな情報(転写因子に関する配列、構造、機能、既知のターゲットのプロモータ上での順序や位置、ターゲット遺伝子のアノテーションなど)を収集しデータベース化した。ゲノム解析からもたらされる膨大な機能未知の遺伝子から転写因子とそのターゲット遺伝子を予測する方法論を確立するため、機能未知蛋白質が転写因子であるかどうかを判別するアルゴリズム、蛋白質と核酸の複合体の構造情報および結合実験データを用いて転写因子のターゲットを予測する方法、計算機シミュレーションを用いて蛋白質・DNA認識の特異性を定量化する方法などを開発した。蛋白質と核酸の複合体の構造情報を用いた方法では、転写因子による配列認識の特異性を定量化し、複数の転写因子によるDNAとの協同的な認識において特異性が高められことを示す結果が得られた。計算機シミュレーションでは、さまざまな配列を持ったDNAについて溶液中での分子動力学計算を行い、そのトラジェクトリーからDNAのコンフォメーションパラメータを計算し、任意の配列に対するコンフォメーションエネルギーを計算するアルゴリズムを開発した。これは蛋白質によるDNA配列の間接認識のメカニズムを明らかにするための基礎となる。この方法を用いて実際の多くのDNA構造に適用し、DNAコンフォメーションエネルギーと特異性を計算することができた。一方、これらの方法を実際のゲノムに対して適用するため、酵母を対象としたパイロット研究を行った。酵母の転写因子についてそのターゲットをゲノムスケールで予測し実験データと比較した。このパイロット研究により、実験で知られているターゲットを実際に予測することができた。これまでに開発された予測法をツールとしてモデュール化し、完成したものについてはインターネットで公開した。また、これらのモデュールを統合したシステムを構築するための準備をすすめた。
ワーキングメモリの向上によるスポーツ選手の状況判断能力改善について

近年、経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を頭部に与えることにより、ワーキングメモリが向上するという報告が多い。本研究ではtDCSを右前頭前野背外側領域(rDLPFC)に与えることによる、状況判断に関する諸能力への影響について検討した。その結果、tDCS投射後、空間認知能力の成績に向上が見られた。しかし、選択全身反応時間に関しては負の影響が見られた。以上により、rDLPFCに対してのtDCSは、状況判断能力の一部の要素には改善の効果をもたらしたが、一方で負の効果が現れた要素もあったことから、スポーツ選手の状況判断能力の改善にtDCSが有効か否かの判断は慎重に行う必要がある。平成27年度はワーキングメモリおよび空間認識能力を評価する指標として使われることの多い、N-backtestおよびメンタルローテーションテストを実施するべく、プログラム作成ソフトウェア(E-Prime)を購入し、各テストの作成を試みた。当初、実験プログラムの作成は外部業者への発注を計画していたが、設定および予算的な問題があり、プログラム作成用のソフトウェアを使用し自作を試みた。そのため計画よりもやや遅れる結果となった。現在は、ほぼ本研究を行う水準の実験課題が準備できている。次にワーキングメモリに対し正の効果が認められる経頭蓋電気刺激装置(tDCS)を購入し、実験に即した設定となるよう調整を試みた。平成27年度中に倫理委員会への申請を行う予定であったが、実験プログラムの作成が遅れた点、また研究代表者の所属機関に倫理委員会が平成28年度に新設される計画があることから(当初は他機関の倫理委員会に申請する予定であった)、平成28年度に持ち越されることになった。状況判断に関係する課題として全身反応時間の測定を計画しており、全身反応時間測定機器(竹井機器工業社製リアクション)を購入した。動作確認等を行い、問題なく全身反応時間の測定が可能であることを確認している。次に、本実験の結果を記録するシートの作成を試みた。この記録用紙は、実験の結果をはじめ専門とするスポーツの種類、経験年数等の項目も記載可能である。以上により平成28年度に実験を行うための準備が整った。実験プログラムの作成は外部業者への発注を計画していたが、設定および予算的な問題から、プログラム作成用のソフトウェアを使用し自作を試みたため。また、当初は他機関の倫理委員会に申請する予定であったが、実験プログラムの作成が遅れている点、また研究代表者所属機関に研究倫理委員会が平成28年度に設置される計画であることから、倫理申請の年度を遅らせたことが理由である。平成28年度はワーキングメモリの向上が状況判断の諸要素を高めることができるのかということを明らかにするために、20歳以上でボールゲーム経験年数が10年以上でかつ、全国大会規模以上の大会に選手として出場した経験のある者を対象にワーキングメモリを評価する課題としてN-backテストを、空間認知能力を評価する課題としてメンタルローテーションテストを、実行機能を評価する課題としてストループ課題を、さらに方向を指示するランプが点灯した方向にできるだけすばやく両足で跳躍して移動し、ランプ点灯から跳躍開始までの時間を計測する選択全身反応時間の測定を行った。実験開始前、被験者の右前頭前野背外側領域(rDLPFC)には経頭蓋直流刺激装置(tDCS)を施した。rDLPFCに投射されるtDCSは被験者のワーキングメモリを投射後から一時的に変化させることが知られている。一連の実験は一人につき2回行われ、どちらか1回はtDCSの陽極(anode)刺激、もう1回はSham(疑似)刺激とした。前後半のどちらに陽極刺激を行うかは被験者の人数の半数づつになるようランダムに設定した。tDCSの陽極刺激は2ミリアンペアを20分間とした。ペースメーカーや、骨折時のボルト固定等、体内に金属が留置されている対象者は本研究から除外した。平成28年度終了時においては対象となる被験者の確保が困難であったため、平成29年度は解析に必要な被験者数をさらに増やしていく。研究初年度(平成27年度)に実験を行う上で、本校にこれまで存在していなかった研究倫理委員会を新たに設置したため、実験開始が当初の予定から大きく遅れた。平成28年度には本来、実験が終了し、平成29年度には公表という流れを想定していたが、今年度も若干名被験者を増やす必要があり、当初の遅れは多少改善したものの、全体の計画から見るとやや遅れていると言える。スポーツ選手にとって、状況判断能力の優劣は競技成績に大きな影響を与える。状況判断能力を構成するものの一つにワーキングメモリ(以下WM)があるが、これまでの研究において、WMの成績が高い選手は空間認知能力も高いことが知られている。しかし、スポーツ選手のWMが空間認知能力以外の状況判断の要素(選択反応時間、実行機能等)にどのような影響を与えるのかは明らかになっていない。WMは継続的な訓練を行うことによってその機能を向上させることが可能であるが、多くの時間を要する等の問題もある。しかし、近年、経頭蓋直流電気刺激(以下、tDCS)を頭部に与えることにより、一時的ではあるが短時間でWMが向上するという報告も多く見られていることから、本研究においてはボールゲーム経験歴10年以上、全国大会レベル以上の大会に出場した経験のある者を対象に、tDCSを右前頭前野背外側領域(以下、rDLPFC)に投射し、WMおよび状況判断に関する諸能力への影響について検討した。その結果、tDCS投射後、状況判断に関する諸能力のうち、空間認知能力に関するテスト(メンタルローテーションテスト)の成績に向上が見られた。

しかし、選択全身反応時間に関してはtDCS投射後、遅延することが明らかとなった。また、実行機能に関するテスト(ストループテスト)についてはtDCSの影響を見ることができなかった。以上により、rDLPFCへの陽極tDCSは、状況判断能力の一部の要素(空間認識能力)には改善の効果をもたらしたが、一方で負の効果が現れた要素(全身選択反応時間)もあったことから、スポーツ選手の状況判断能力の改善にtDCSが有効か否かの判断は慎重にする必要がある。近年、経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を頭部に与えることにより、ワーキングメモリが向上するという報告が多い。本研究ではtDCSを右前頭前野背外側領域(rDLPFC)に与えることによる、状況判断に関する諸能力への影響について検討した。その結果、tDCS投射後、空間認知能力の成績に向上が見られた。しかし、選択全身反応時間に関しては負の影響が見られた。以上により、rDLPFCに対してのtDCSは、状況判断能力の一部の要素には改善の効果をもたらしたが、一方で負の効果が現れた要素もあったことから、スポーツ選手の状況判断能力の改善にtDCSが有効か否かの判断は慎重に行う必要がある。当実験について、一関工業高等専門学校の倫理委員会(平成28年度新設予定)へ申請し、認可が下り次第、本実験を進める。被験者を補充しての実験継続学会等での成果発表論文、報告書作成体育学、スポーツ科学全身反応時間測定器が当初の予定よりも安価で購入することができたため。H28年度は実験被験者への謝金を多く確保していたが、実験協力ボランティアという形で協力を得ることができ、人件費・謝金を確保することができた。反面、実験プログラムの動作が最新OS搭載のパソコンでのみ稼動することが判明したため、急遽ノートパソコンを購入した。安全性に配慮するため予備実験を増やす。そのための消耗品購入に充当する予定。平成29年度は前年度同様にボランティアで被験者を募える保証は無いことから、前年度未使用の金額を繰り越し、実験被験者への謝金に充当する計画である。また、当初の計画通り、学会への参加、論文作成費用にも充当する。
ハイパーサーミアインプラント材料の物性材料学的研究

悪性脳腫瘍とか切除不能の悪性腫瘍を治療するための温熱療法の一つとして,感温磁性体(インプラント)を腫瘍内部に埋めこみ,外部より高周波磁場を印加し,インプラントの温度を42°Cないしは43°Cに上昇させる局所加温に関するインプラント材料の基礎的研究を行った.インプラントは物性材料学的には,キューリー温度が45°Cないしは50°C程度の磁性材料であることと,単位体積あたりの発熱効果の大きいことが必要である.本研究では,まず高周波磁場発生用のトランジスターインバーター装置を作製した.また発熱の機構に関して,電磁気学的に検討すると共に,インプラントの試料作製を行い,材料の磁気的性質と空気中およびラットの悪性腫瘍内での発熱温度の測定を行い,治療効果を検討した.また材料の腐食などのバイオコンパティビリティに関しても検討した.研究結果を以下にまとめる.(1)トランジスターインバーターは出力2.5kw,周波数250kHzで,磁場発生用のコイルは直径15cm巻数4ターンと設計し,磁場は最大約100エルステッドまで発生した.このコイルによって,渦電流発熱とヒステレシス損発熱の両方を測定できることが実験で確認された.(2)発熱機構には渦電流と,ヒステレシス損の二種類が考えられるが,前者の材料として,透磁率,電気抵抗値からFeーPt,FeーPd合金が適当であり,後者の材料として, Fe_3O_4などの化合物が考えられることが判った.(3)FeーPt合金,FeーPtーSi,FeーPd合金のインプラント(直径1mm長さ10mm)を作製し磁性と発熱量を測定し, Feー27%Ptが最も良く,従来の材料の約3倍の発熱量があることと塩水内の腐食は一月間全く見られないことが見出された.また,化合物ではFe_3O_4が最大の発熱量を示した.(4)Feー27%Pt合金は動物内において,表面温度が44°Cまで上昇し,治療効果があることが見出された.悪性脳腫瘍とか切除不能の悪性腫瘍を治療するための温熱療法の一つとして,感温磁性体(インプラント)を腫瘍内部に埋めこみ,外部より高周波磁場を印加し,インプラントの温度を42°Cないしは43°Cに上昇させる局所加温に関するインプラント材料の基礎的研究を行った.インプラントは物性材料学的には,キューリー温度が45°Cないしは50°C程度の磁性材料であることと,単位体積あたりの発熱効果の大きいことが必要である.本研究では,まず高周波磁場発生用のトランジスターインバーター装置を作製した.また発熱の機構に関して,電磁気学的に検討すると共に,インプラントの試料作製を行い,材料の磁気的性質と空気中およびラットの悪性腫瘍内での発熱温度の測定を行い,治療効果を検討した.また材料の腐食などのバイオコンパティビリティに関しても検討した.研究結果を以下にまとめる.(1)トランジスターインバーターは出力2.5kw,周波数250kHzで,磁場発生用のコイルは直径15cm巻数4ターンと設計し,磁場は最大約100エルステッドまで発生した.このコイルによって,渦電流発熱とヒステレシス損発熱の両方を測定できることが実験で確認された.(2)発熱機構には渦電流と,ヒステレシス損の二種類が考えられるが,前者の材料として,透磁率,電気抵抗値からFeーPt,FeーPd合金が適当であり,後者の材料として, Fe_3O_4などの化合物が考えられることが判った.(3)FeーPt合金,FeーPtーSi,FeーPd合金のインプラント(直径1mm長さ10mm)を作製し磁性と発熱量を測定し, Feー27%Ptが最も良く,従来の材料の約3倍の発熱量があることと塩水内の腐食は一月間全く見られないことが見出された.また,化合物ではFe_3O_4が最大の発熱量を示した.(4)Feー27%Pt合金は動物内において,表面温度が44°Cまで上昇し,治療効果があることが見出された.
複素多変数の単葉写像に関する研究

次に、C^n内の任意のノルムによる単位球B上の局所微分同相写像が単葉であるための解析的十分条件を与え、無限次元バナッハ空間の単位球上の局所両正則写像が両正則写像であるための解析的な必要十分条件を与えた。また、無限次元ヒルベルト空間の単位球上の局所両正則写像が凸写像であるための解析的な必要十分条件を与えた。さらに、Pommerenke(1964)によった始められ、Barnard-FitzGerald-Gong(1994),Pfaltzgraff(1997),Pfaltzgraff-Suffridge(1999)によってユークリッド単位球上に高次元化された線形不変族の理論を多重円盤上に拡張した。本研究では、ユークリッド単位球上のもっと一般的な正規化された螺旋型正則写像の増大度について調べた。また、無限次元Banach空間の単位球上の位数αの正規化された星形写像に対するより精密な増大度定理を示した。また、Pommerenke(1964)によった始められ、Barnard-FitzGerald-Gong(1994),Pfaltzgraff(1997),Pfaltzgraff-Suffridge(1999)によってユークリッド単位球上に高次元化された線形不変族の理論を多重円盤上に拡張した。
下垂体細胞におけるエキソサイト-シス-エンドサイト-シス連関機構の解析

下垂体前葉細胞のホルモン分泌細胞にP型カルシウム・チャンネルが発現しているかどうかを検討するために、抗P型カルシウム・チャンネル抗体と下垂体各種ホルモンの抗体を使い、免疫組織化学的手法(2重染色)で検討した結果、下垂体前葉細胞中では驚くことにACTH分泌細胞のみにP型カルシウム・チャンネルの発現を認めた。局在に関しては、免疫電子顕微鏡染色法を用い、ACTH分泌顆粒膜上にチャンネルの局在を示唆する結果を得た。そこで実際P型カルシウム・チャンネルがACTH分泌細胞のエキソサイトーシス-エンドサイトーシス連関機構に関与しているかどうかを検討するために、免疫蛍光染色法でP型カルシウム・チャンネルの発現を確認したAtT-20(ACTH producing cell line)を用いて実験を行った。エキソサイトーシス-エンドサイトーシス連関機構の解析方法としては、以前我々が開発した方法を改良し、還流装置を用いて膜標識蛍光色素(FM1-43)の蛍光像をCCDカメラで取得し経時的変化を解析する方法を用いた。そしてP型カルシウム・チャンネルの阻害剤(ω-Agatoxin TK)がACTH分泌細胞のエキソサイトーシス-エンドサイトーシス連関機構に関与する可能性を示唆する結果を得ている。現在、今までのところをまとめて、第75回日本内分泌学会に発表予定であり、また雑誌に投稿準備中である。今後は、ACTH分泌細胞におけるこのエキソサイトーシス-エンドサイトーシス連関機構が、他の下垂体前葉細胞にどのような影響があるかを検討する方向で準備中である。
カービング氷河の後退が急加速する水理条件の解明

南米パタゴニアのペリート・モレノ氷河を対象とした現地観測により、氷河末端部の位置変動と流動速度分布の経年変化、ならびに氷河下流域における氷厚変動などを明らかにした。そして氷河末端部が流入している湖の水深データも利用して、末端変動や氷厚変動と湖水圧との水理学的な相関関係の解明を目指したが、残念ながら本研究課題期間中には達成できていない。ただしカービング氷河としては比類なき稀少な観測データ・セットが蓄積されており、今後も継続的に研究を進めることで、カービング氷河の変動メカニズムの解明に貢献するものとなろう。2013年12月2014年1月にかけて、連携研究者(北海道大学の杉山慎氏、澤柿教伸氏)らと協同して南米アルゼンチン共和国南パタゴニア氷原のペリート・モレノ氷河およびヴィエドマ氷河湖において現地観測を実施した。観測内容としては、まずペリート・モレノ氷河消耗域において、GPS干渉測位による表面測量から氷厚変動を把握した。従来はトータルステーションを用いて10測点で評価していたが、平成24年度のトータルステーションとGPS併用測量の成果として得た従来の10測点の座標を含み、より広範な範囲をGPSキネマティック測量によりカバーした。このことで対象範囲の面的なマッピングが期待でき、氷厚変動把握の精度向上が見込まれる。ただし、実施した一部のキネマティック測量において、GPS受信機の不調により測位データの解析に失敗しているため、今しばらく検討が必要である。またペリート・モレノ氷河の前面湖とヴィエドマ氷河湖においては、魚群探知機を用いた測深が連携研究者の主導により実施された。この他に、研究代表者が合流する前には、連携研究者らがウプサラ氷河の前面湖(水道)においても測深を実施している。これらは、本研究課題の核心といえる、過去の氷河末端変動に対する水理条件の復元につながるものであり、大きな前進と言える。さらに、平成24年度に実施した観測の成果を共同研究者と分担してとりまとめ、3件の学会発表を実施した。2012年12月2013年1月にかけて、連携研究者らと協同して南米アルゼンチン共和国南パタゴニア氷原のペリート・モレノ氷河、ウプサラ氷河、ヴィエドマ氷河の3氷河において氷河観測を実施した。観測内容は、いずれもカービング氷河である3氷河における、表面流動速度測定、氷河表面測量、氷河前面湖の測深、水温鉛直分布測定、氷河末端部のカービング把握等である。これら3氷河を比較検討することにより、カービング氷河の変動特性、特にその氷河湖による水理条件の解明に寄与すると考えられ、非常に有益な観測データを取得できたと考えている。このうち近年の氷河後退がもっとも顕著なウプサラ氷河について、その氷河後退過程における氷厚と湖水圧を復元するため、氷河前面湖の測深による湖盆図作成が興味深いところであったが、あいにく多数の氷山が浮遊していて接近が危険であったため断念せざるを得なかった。これは次年度以後に改めて試みる予定である。2010年までモニタリング観測を繰り返していた、ペリート・モレノ氷河消耗域においては、トータルステーションおよびGPS干渉測位を併用した表面測量を実施した。その結果、近年のほぼ一定していた氷厚減少傾向が2010年以後に弱まっている可能性を把握できた。この変動傾向の変化が何に起因するものなのか、現在のところ不明瞭であるが、さらに検討を重ねたい。また今後のモニタリング測量のためのGPS座標による測点情報を取得した。本研究課題期間中に、2012年12月2013年1月および2013年12月2014年1月の2回、連携研究者らと協同して南米アルゼンチン共和国南パタゴニア氷原における氷河および氷河前面湖の観測を実施した。対象氷河は、ペリート・モレノ氷河、ウプサラ氷河、ヴィエドマ氷河の、いずれも氷河前面湖にカービングする3氷河であった。ペリート・モレノ氷河においては、消耗域中流部の表面測量により氷厚減少速度を把握した。従来はトータルステーション測量で10測点でのみモニタリング測量されていたのに対し、GPS干渉測位を導入することにより、旧来の10測点座標を含みつつ、測量範囲を拡大した。その結果から、2010年ころを境に氷厚減少速度が鈍化している可能性を見出した。この氷厚変動の要因として流動場の変化に着目して現在も検討中であり、両者の関係を解き明かすことを本研究課題の重要な成果として期待している。その他に、上記3氷河が流入している前面湖において、連携研究者の主導によって測深や湖水鉛直構造の観測も実施され、本研究課題で目指していた湖盆図の作成は実質的に達成されたと言える。ただし氷河末端におけるカービング速度の観測は、現地観測期間の制約などから残念ながら実施できなかった。さらに最終年度には、流体解析ソフトを導入して数値モデル研究に着手した。

これは現地観測データを活かしつつ、かつ現地観測データが不十分な要素については多様な仮定条件を設定したモデル計算を実施することで、観測の不備を補う仮説が推定できないかと考えてのことである。残念ながら本研究課題期間中にはその成果をとりまとめて発表するまでには至らなかったが、近いうちに発表できるように研究を継続推進しているところである。氷河変動学当初計画のうち、氷河前面湖における測深については順調と言えるが、氷河末端部の流動速度およびカービング速度の評価の点において、残念ながら「やや遅れている」と評価せざるを得ない。当初計画では平成24年度の現地調査は予察的な位置づけであった。パタゴニアの3氷河を首尾良く調査でき、当初計画の目的は充分に達した。あわよくば平成24年度中にウプサラ氷河前面湖の測深をもと計画準備したところ、多数の浮遊氷山のため断念せざるを得なかったが、これは当初は平成25年度に計画していた内容であるため、本研究計画の大枠においては問題なく、現在までのところおおむね順調に進展していると評価する。これまで同様に、連携研究者である北海道大学の杉山慎氏および澤柿教伸氏と綿密に連絡・相談しながら、本研究課題の遅れを取り戻しつつ、最終年度としての総まとめを目指す。平成26年秋ころを目処として、別財源により北海道大学においてパタゴニアの氷河研究をメインテーマとした研究集会を計画しており、これを一つの重要な契機としてまとめを急いでいく。また年度内の論文執筆も目指す。これまで同様に、連携研究者(北海道大学の杉山慎氏および澤柿教伸氏)やアルゼンチン現地における研究協力者(アルゼンチン南極研究所のペドロ・スクワルチャ氏およびセバスチャン・マリンセク氏)と綿密に連絡を取りながら、平成25年度中にウプサラ氷河を主対象とした調査実施を目指す。氷河前面湖の測深については浮遊氷山の状況によっては実施不可能である可能性があるが、その場合は現地研究協力者に、可能な状況となった時期に委託実施することを検討・協議したいと考えている。また平成24年度調査においてGPS Kinematic測量が一部不調でデータ取得に失敗したため、この原因究明と対策を行う。そして平成24年度以前の観測成果をとりまとめて、早期の論文執筆を目指していく。アルゼンチンにおける氷河湖測深調査に向けて、魚群探知機の購入(物品費)およびボート・チャーター経費(その他)を平成25年度の予算に計上していたが、連携研究者による別財源で賄えたため、40万円ほど使用せずにすんだ。平成26年度の当初予算は、本研究課題の総まとめに向け、研究打ち合わせや研究発表のための旅費、論文発表のための英文校閲料(謝金)や論文投稿料(その他)を計上していた。これらに加えて、データ解析のために新たな各種ソフトウェア(写真計測3Dソフト、グラフ作成ソフト、有限要素法ソフト等)の購入のため物品費が必要となっている。また場合によっては、不調が続いているGPS受信機のメンテナンス経費も必要となるかもしれない。次年度使用額は、当初予算には含んでいなかったこれらの経費に充当する計画である。平成24年度の助成額のうち
生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システム

生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を行うにあたり,次のアプローチで研究を進めた.既に研究代表者は,画像認識のニューラルネットにおいて,エッジ部分を認識するユニット(ニューロンに対応)とテクスチャ(模様パターンの様子)を認識するユニットが形成されている事が解っていた.この事実をふまえて,生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を試みた.上記試みの過程で,画像のテクスチャ解析を含むエッジ抽出手法が必要となった.そこで,研究代表者は,画像テクスチャの解析を可能とする高品質領域分割システムを構築した(11.研究発表1番で発表).構築された領域分割システムは,遺伝的アルゴリズムを基に実現され,従来法では困難であった異なる内部テクスチャを持つ領域が混在している画像にも応用が可能である.さらに,上の画像のテクスチャ解析を含む領域分割手法をテクスチャがノイズで汚された画像に応用するために,ノイズを除去する処理が必要となった.従来の手法は,ノイズの量が多い場合に,そのノイズ除去効果が著しく低下し,使用に耐えないため,研究代表者は,テクスチャを保存したままで,高品質なノイズ除去を可能とする手法を構築した(11.研究発表1および2で発表).このノイズ除去手法は,世界で初めてIFS(Iterated Function System)を利用したノイズ除去手法である.その特徴から既存の手法には無い高精度なノイズ除去が可能となった.生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を行うにあたり,次のアプローチで研究を進めた.既に研究代表者は,研究課題『生物神経細胞の働きを模擬したニューラルネットによる画像認識システムの構築』によって,1997年1998年の2年間にわたり,文部省科学研究費補助金を受け,その結果,研究代表者が行った画像認識のニューラルネットにおいて,エッジ部分を認識するユニット(ニューロンに対応)をテクスチャ(模様パターンの様子)を認識するユニットが形成されている事が解っていた.この事実をふまえて,生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を試みた.上記試みの過程で,画像のテクスチャ解析を含むエッジ抽出手段が必要となった.そこで,研究代表者は,画像テクスチャの解析を可能とする高品質領域分割システムを構築した(11.研究発表1番で発表).構築された領域分割システムは,遺伝的アルゴリズムを基に実現され,従来法では困難であった異なる内部テクスチャを持つ領域が混在している画像にも応用が可能である.さらに,上の画像のテクスチャ解析を含む領域分割手法をテクスチャがノイズで汚された画像に応用するために,ノイズを除去する処理が必要となった.従来の手法は,ノイズの量が多い場合に,そのノイズ除去効果が著しく低下し,使用に耐えないため,研究代表者は,テクスチャを保存したままで,高品質なノイズ除去を可能とする手法を構築した(11.研究発表2番で発表).このノイズ除去手法は,世界で初めてIFS(Iterated Function System)を利用したノイズ除去手法である.従って,さらに研究を進めることによって興味深い事実の発見が期待できる.生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を行うにあたり,次のアプローチで研究を進めた.既に研究代表者は,画像認識のニューラルネットにおいて,エッジ部分を認識するユニット(ニューロンに対応)とテクスチャ(模様パターンの様子)を認識するユニットが形成されている事が解っていた.この事実をふまえて,生物の脳細胞の振舞いを利用したマルチエージェント画像認識システムの構築を試みた.上記試みの過程で,画像のテクスチャ解析を含むエッジ抽出手法が必要となった.そこで,研究代表者は,画像テクスチャの解析を可能とする高品質領域分割システムを構築した(11.研究発表1番で発表).構築された領域分割システムは,遺伝的アルゴリズムを基に実現され,従来法では困難であった異なる内部テクスチャを持つ領域が混在している画像にも応用が可能である.さらに,上の画像のテクスチャ解析を含む領域分割手法をテクスチャがノイズで汚された画像に応用するために,ノイズを除去する処理が必要となった.従来の手法は,ノイズの量が多い場合に,そのノイズ除去効果が著しく低下し,使用に耐えないため,研究代表者は,テクスチャを保存したままで,高品質なノイズ除去を可能とする手法を構築した(11.研究発表1および2で発表).このノイズ除去手法は,世界で初めてIFS(Iterated Function System)を利用したノイズ除去手法である.その特徴から既存の手法には無い高精度なノイズ除去が可能となった.
脳腫瘍における放射線壊死と再発メカニズムの研究:増殖シグナルからみた増殖能評価

ヒト悪性脳腫瘍のシグナル伝達画像による増殖能評価の新たな可能性を追求するために、高LET治療、とくに中性子捕捉療法(BNCT)後の症例を対象として下記の項目を検討した。2)両者の混在は増殖因子を介する関連性を有する現象なのか。結果1)悪性脳腫瘍に対する熱中性子捕捉治療を行った5名の長期経過観察中の患者でアミノ酸の取り込み(^<18>F-BPA)の集積を示す症例があったが、シグナル伝達画像(^<11>C-DAG)は低値を示した。同症例に対し、従来の鑑別手段である^<18>F-fluoro-2-deoxyglucose (^<18>FDG)を行ったが、結果は低値を示した。^<11>C-DAGと^<18>FDGではほぼ同一の傾向を示した。しかし^<18>FDGでは陰性画像であったにもかかわらず再発例を認めた。^<11>C-DAGの陰性例では再発はなかった。^<18>F-BPAを用いたアミノ酸画像はアミノ酸輸送系に依存し、直接増殖能を反映しないため乖離が生じたものと思われた。すなわちシグナル伝達を把握することで正確な増殖活性を評価し得た。結果2) Radiation necrosisによく再発を伴うことは増殖因子を介した両者の関連性を示唆するため、数種の増殖因子を用いてジアシルグリセロールの再利用を調べた。増殖因子により急激なイノシトールリン脂質回転の変化が認められた。これは放射線障害が誘導する反応性細胞が過剰な増殖因子を分泌すれば再増殖につながる可能性が十分にある事を示唆した。さらにラットを用い、10Gy照射後にイノシトールリン脂質代謝を測定した結果、照射6時間後に活性が上昇し持続した。一方、アポトーシスを誘導するスフィンゴミエリン代謝の上昇も認めたが、一過性であった。以上より様々な情報伝達系があるがイノシトールリン脂質回転を介する増殖因子による再発誘導の可能性が考えられた。
情報セキュリティ人材育成のための暗号技術学習支援eラーニングシステムの開発

我が国において情報セキュリティ人材の育成は急務である。暗号技術は情報セキュリティを実現するための基盤要素であり、暗号を専門とする研究者や技術者のみならずネットワークエンジニアや運用者にとっても暗号技術に関する知識の習得は必須である。しかしながら、暗号技術の利用者向けの教育環境や教材は十分であるとはいい難い。形式的暗号プロトコル安全性検証ツールを用いることにより、既存の教材では実現し得ないような実際の暗号技術の動作や攻撃を、学習者が設定した暗号システム上でシミュレーションしながらインタラクティブに学べる。このツールを用いた教材システムを開発することで、学習効果のより高い教材を実現できるため、本研究課題の成果は暗号技術の基礎知識を身に着けたセキュリティ技術者の育成に大きく貢献できる。本研究課題を遂行するために、(1)個々の暗号技術とその学習教材の開発、(2)暗号技術の組み合わせによる暗号プロトコルの構成に関する学習教材の開発、(3)上記(1),(2)を統合する教育用ユーザインタフェースおよび教材システム開発と評価、を行う予定である。本年度は、(1)については、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールであるProVerifにより暗号機能の形式化を行った。(2)の暗号技術の組み合わせの教材については着手したところである。(3)については、MoodleにVirtual Programming Lab (VPL)をプラグインとして組み込んだeラーニングシステムを仮想マシン上に構築して(1)のProVerif教材を導入した教育システムのプロトタイプを試作した。更に、試作した計算機援用による暗号技術の基礎知識、利用方法を学習する演習授業を実施した。平成30年度は、(1)については、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールであるProVerifにより基本的な暗号機能の形式化を行った。この成果の一部を利用して暗号プロトコルに関する教育を信州大学の学部3年生に対して行った成果を第5回実践的IT教育シンポジウムrePiT2019 in愛媛(ソフトウェア科学会、enPit2共催)において発表した。本発表により、rePiT2019の優秀教育実践賞を受賞した。更に、本研究成果をまとめたものを、日本ソフトウェア科学会「コンピュータソフトウェア」に「形式的安全性検証ツールを用いた暗号教育の実践とそのe-Learning教材化の課題について」として投稿済みである.また、教育用ユーザインタフェースとしては、eラーニングシステムとして定評のあるMoodleを採用し、プログラミング教育用のプラグインであるVirtual Programming Lab (VPL)を組み込んだシステムを仮想マシン上に構築することで、(3)の教育支援システムのプロトタイプを開発した。更に、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールProVerifを開発した教育支援システムで利用可能となるように導入し、(1)で開発したProVerifによる教材を組み込んだ。この成果を国内シンポジウム「第41回情報理論とその応用シンポジウム(SITA2018)」のポスターセッションおよび国際会議「Internet Conference 2018 (IC2018)」のポスターセッションにて発表した。本研究課題を遂行するためには、前述のように(1)個々の暗号技術とその学習教材の開発、(2)暗号技術の組み合わせによる暗号プロトコルの構成に関する学習教材の開発、(3)上記(1),(2)を統合する教育用ユーザインタフェースおよび教材システム開発と評価、を行う必要がある。(1)については、平成30年度に基本的な暗号機能の形式化を行なった。令和元年度は、(1)で開発したProverifによる暗号機能の形式化を教材とする実践的教育をさらに発展させる予定である。(2)については、現在まだコンテンツが充実していないので、令和元年度には、(2)の暗号技術の組み合わせによる暗号プロトコルの構成に関する学習コンテンツの開発を行い、コンテンツを充実させていく予定である。(3)については、平成30年度に試作したeラーニングシステムのプロトタイプに対して、複数端末による同時接続実験を行うことにより実用的な負荷に耐え得るか否かを検証する予定である。また、このシステムに対して実験を通して様々な視点から実用化の際に他に問題がないか等を検証し、その結果をフィードバックしてより使いやすいシステムに改善していく予定である。更に、試作したプロトタイプをもとに外部からアクセスできる実用的なシステムを構築していく予定である。また、申請者等が担当する情報セキュリティに関連する講義やゼミ等の実際の教育現場において、本研究で開発してきたCAI教材システムを利用した授業を行い、本教材の教育効果を評価し、随時フィードバックして更に改善を進める。本研究で開発したコンテンツを用いて、平成30年度に信州大学で行ったCAI教材によらない演習と令和元年度以降に開発するCAI教材システムによる演習について、学生によるアンケートや成績等を比較することにより、本研究のCAI教材システムの教育効果を評価する予定である。

本研究課題を遂行するために、(1)個々の暗号技術とその学習教材の開発、(2)暗号技術の組み合わせによる暗号プロトコルの構成に関する学習教材の開発、(3)上記(1),(2)を統合する教育用ユーザインタフェースおよび教材システム開発と評価、を行う予定である。本年度は、(1)については、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールであるProVerifにより暗号機能の形式化を行った。(2)の暗号技術の組み合わせの教材については着手したところである。(3)については、MoodleにVirtual Programming Lab (VPL)をプラグインとして組み込んだeラーニングシステムを仮想マシン上に構築して(1)のProVerif教材を導入した教育システムのプロトタイプを試作した。更に、試作した計算機援用による暗号技術の基礎知識、利用方法を学習する演習授業を実施した。平成30年度は、(1)については、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールであるProVerifにより基本的な暗号機能の形式化を行った。この成果の一部を利用して暗号プロトコルに関する教育を信州大学の学部3年生に対して行った成果を第5回実践的IT教育シンポジウムrePiT2019 in愛媛(ソフトウェア科学会、enPit2共催)において発表した。本発表により、rePiT2019の優秀教育実践賞を受賞した。更に、本研究成果をまとめたものを、日本ソフトウェア科学会「コンピュータソフトウェア」に「形式的安全性検証ツールを用いた暗号教育の実践とそのe-Learning教材化の課題について」として投稿済みである.また、教育用ユーザインタフェースとしては、eラーニングシステムとして定評のあるMoodleを採用し、プログラミング教育用のプラグインであるVirtual Programming Lab (VPL)を組み込んだシステムを仮想マシン上に構築することで、(3)の教育支援システムのプロトタイプを開発した。更に、暗号プロトコルの安全性自動検証ツールProVerifを開発した教育支援システムで利用可能となるように導入し、(1)で開発したProVerifによる教材を組み込んだ。