hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
硬組織の連結を司る細胞群の蛍光イメージングと分子生物学的特性の解明

ScxTomato Transgenic (Tg)マウスとSox9GFP knock-inマウスを交配し、得られたScxTomato;Sox9GFPマウス胚を用いてScx+細胞、Scx+/Sox9+細胞、Sox9+細胞を可視化した。ScxTomato;Sox9GFPマウス胚を4%パラフォルムアルデヒドにて1時間あるいはOvernightで固定して、深部構造を観察するために、60% 2,2'-チオジエタノールによって透明化した。蛍光実体顕微鏡観察下で観察したところ、15.5日胚までは、透明化しないものよりも、深部構造の観察が良好に行えたが、16.5日胚では、血管網の存在によって、透明化しても観察が困難で、別の透明化試薬であるCubicの方が有効であった。また、多光子励起顕微鏡を用いて、14.5日胚では、指節間関節、耳小骨・顎関節形成領域にてScx+/Sox9+細胞を観察した。凍結切片を用いた解析においても、同様の結果が得られている。椎間板の外線維輪では、Scx、Sox9だけでなくPax1/9が発現しているが、Sox9によるAggrecanの発現レベルの制御は、Pax1/9によって調節されていることが明らかになった。RNA Seqによる解析に向けて、Scx+細胞、Scx+/Sox9+細胞、Sox9+細胞を分離するための条件を、セルソーターとレーザーマイクロダイセクションシステムにて、検討中である。野生型マウスとScx欠失マウスの頭蓋縫合部、顎関節、歯根部形成過程を解析し、Scxの欠失による石灰化亢進、歯根の低形成などを見出している。Scx欠失マウスと野生型マウスのRNA Seq解析では、追加のRNAを抽出したので、データ数を増やした後に、Real time PCRやin situ hybridizationによる検証を行い、機能解析を進める遺伝子を決定する予定である。当初予定していた実験を行い、次年度に向けて必要な情報を収集することが出来ている。
断片的視覚情報の統合過程に関する比較認知科学的研究

生体を取り囲む物体に関する多くの視覚情報は断片化されているが、我々ヒトはそれらを知覚的に統合して外界を認識する。この認識がどのような淘汰圧のもとで進化してきたか理解するには、現生動物を比較することが必須である。本年度は、昨年度に引き続き、断片的情報の統合処理の中でも、時間的手がかりによって表面・輪郭という空間要素が統合される時空間的境界形成という現象が、デンショバトの視知覚において成立しているかどうか、オペラント条件づけを利用して調べた。最初に、ハトに2ないし3種の充実図形の同一見本合わせを訓練した。テストでは、高密度のランダムドットで構成される見本図形を呈示した。すなわち、図形内部に入った点だけを他のランダムドットとは違う色にしたものだった。図形が運動し、継時的にドットの色が変化していく条件では、ヒトでは、時空間的統合によって明確な形状が知覚できるが、静止している条件では、形状の知覚は比較的困難だった。ハトは、この高密度ランダムドットで構成される図形の見本合わせに困難を示し、それは、図形が運動しているときも、静止してきるときも同じだった。次のテストでは、様々なドット密度でハトをテストした。ハトは、中程度のドット密度のときにだけ、チャンスより有意に正しく見本合わせできた。ハトが空間的統合に困難を示し、ドットの並びなどの空間的手がかりだけでは、図形を正しく認識できない可能性を考えると、この結果は、ヒト・チンパンジー・フサオマキザルのデータとパラレルかもしれない。昨年度までの2年間の研究において示唆された、ハトにおける、空間的統合の困難さと、時間的統合の可能性は、いずれも本年度の研究結果と一致している。昨年度までの研究の成果を論文としてまとめた。それらは、順次学術雑誌に受理され、掲載済み、または印刷中となった。本年度の研究も、論文として整理中であり、近日投稿予定である。時間的な要因による断片的視覚情報の統合過程現象として、複数光点の運動が階層的に体制化され、一方の光点の相対運動が知覚される、というものがある。上記研究課題の1テーマとして、ハトにおいて、運動する2光点間で運動の統合がおこなわれ、相対運動が知覚されるか調べた。斜め上45度の方向に往復運動する光点と垂直に往復運動する光点の弁別を象徴見本合わせで訓練した。テストでは水平方向に運動する別の光点(付随光点)を軌道が交わるように付加した。このとき、斜め方向の運動が垂直方向に運動するように知覚されていれば、ハトは垂直運動に連合したシンボルにマッチングすると考えられた。同様に、垂直方向の運動が斜め方向に運動するよう知覚されていれば、斜め運動のシンボルへマッチングすると考えられた。統制条件として斜め運動の光点とは離れた場所で付随光点が運動している条件を設けた。付随光点がターゲットと関係のないところを運動していても、ターゲットの運動の見えは変化しないと考えられた。この実験の結果、ハトは、垂直運動に対して垂直のシンボルを、斜め運動にたいして斜めのシンボルを、それぞれマッチングした。ハトは、光点の運動の絶対方向しか答えておらず、複数光点の運動を統合しているとは言えなかった。運動領域をせまくしたり、運動を滑らかにしたり、また、付随光点を2つにしてターゲットの上下に呈示したりして、体制化しやすいように刺激の属性を変えても、この結果は変わらなかった。そこで、ターゲットと同期して運動する参照枠を呈示した。結果、ハトは、ターゲットの運動を絶対運動とは逆のシンボルにマッチングした。ハトが相対運動を知覚することが示された。このように、ハトが知覚レベルで断片的視覚刺激を体制化しているという報告は、世界でもまれな報告である。これからの種間比較をおこなう上で、重要なデータを得ることができた。ランダムドット上の仮想の図形内のドットを外部のドットと別の色にしたとき、図形の輪郭は明瞭でないが、その図形を動かしてドットの色を継時的に変化させると、輪郭が知覚される。このような時空間的境界形成がハトにおいて成立しているか調べた。最初に充実3図形の弁別を同時見本合わせ課題によって訓練したが、同じドット数・色で構成されているため、ハトにとっては弁別が困難であった。そこで、特徴をより強調した結果、成績が向上した。現在、これらの図形を、元の図形にむけて徐々に変化させて訓練している。3図形の弁別の完了後、見本刺激を動かした場合と静止のままの場合の両条件で訓練する。図形を充実したものからドットのより粗い集合へと変化させていき、見本を動かした条件の成績が、静止している条件に比べて高いまま維持されたら、ハトにおいて時空間的境界形成が成立していると考えられる。進化モデル構築のためには、違う生態学的環境の種と比較研究をおこなうべきである。ハトとは摂食行動の違うソウシチョウにおいて知覚的補間が成立するか調べた。野鳥でかつ体サイズの小さいトリは、臆病で、また、減量できないため、オペラント条件づけが困難である。そこで、朝から午後の実験時間まで餌をはずすだけにした。最初は、フィーダーを動かさず、常に餌をフィーダーのところにおいて、ソウシチョウが食べに来るまで待ち、十分に実験装置に慣らした。その後、モニタ上の点をつつくことを学習させようとしたが、つつき反応が生じず、フィーダーへの恐怖反応が復活した。ハトと同じ訓練方法では、行動を形成できないことがわかった。現在、装置を改良し止まり木への定位によって反応が検出できるようにした。

ハトのように餌を呈示する時間を一定にするのではなく、餌をついばみ始めるまで待ち、餌を食べ始めてから一定時間経つまで餌を呈示し続けるという方法を採用して、行動を形成中である。生体を取り囲む物体に関する多くの視覚情報は断片化されているが、我々ヒトはそれらを知覚的に統合して外界を認識する。この認識がどのような淘汰圧のもとで進化してきたか理解するには、現生動物を比較することが必須である。本年度は、昨年度に引き続き、断片的情報の統合処理の中でも、時間的手がかりによって表面・輪郭という空間要素が統合される時空間的境界形成という現象が、デンショバトの視知覚において成立しているかどうか、オペラント条件づけを利用して調べた。最初に、ハトに2ないし3種の充実図形の同一見本合わせを訓練した。テストでは、高密度のランダムドットで構成される見本図形を呈示した。すなわち、図形内部に入った点だけを他のランダムドットとは違う色にしたものだった。図形が運動し、継時的にドットの色が変化していく条件では、ヒトでは、時空間的統合によって明確な形状が知覚できるが、静止している条件では、形状の知覚は比較的困難だった。ハトは、この高密度ランダムドットで構成される図形の見本合わせに困難を示し、それは、図形が運動しているときも、静止してきるときも同じだった。次のテストでは、様々なドット密度でハトをテストした。ハトは、中程度のドット密度のときにだけ、チャンスより有意に正しく見本合わせできた。ハトが空間的統合に困難を示し、ドットの並びなどの空間的手がかりだけでは、図形を正しく認識できない可能性を考えると、この結果は、ヒト・チンパンジー・フサオマキザルのデータとパラレルかもしれない。昨年度までの2年間の研究において示唆された、ハトにおける、空間的統合の困難さと、時間的統合の可能性は、いずれも本年度の研究結果と一致している。昨年度までの研究の成果を論文としてまとめた。それらは、順次学術雑誌に受理され、掲載済み、または印刷中となった。本年度の研究も、論文として整理中であり、近日投稿予定である。
新規質量分析イメージングによるパースルフィド依存性虚血再灌流障害制御機構の解明

本研究課題は、Cystathionine beta-synthaseやCystathionine gamma-lyaseにより産生される硫化水素、チオール(分子内に-SH基を持つ)化合物、そしてパースルフィド(分子内に-SSH基を持つ)化合物等「活性含硫化合物」の生体機能メカニズムの解明を目的とする。申請者は本研究課題での成果として活性含硫化合物の絶対定量法の確立に成功しているが、平成29年度は、活性含硫化合物の組織内分布の検証を目的としMALDI-MS-imaging法による活性含硫化合物の検出を試みた。しかしMALDI-MS-imaging法では-SH基、-SSH基ともにスルフォン酸化(-SO3H)されてしまい、生体内での挙動を正しく判断出来ないことがわかった。そこで平成30年度は新たにラマンイメージング法を試みた。物質固有の波長を持つ散乱光が生じるラマン散乱を利用した手法で、さらに試料を乗せるガラス基板に金属微粒子を配置することにより散乱光が増強されるSurface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)という手法を用いると、硫黄原子が金粒子と結合し活性含硫化合物由来のシグナルが増強される。この手法を用いグルタチオン、ヒポタウリン等の標準品による検証から-SH基を持つ化合物に共通に検出される波数(300cm-1)が明らかとなり、さらにNa2S3, Na2S4の標品を用いた検証からポリサルファー由来のシグナル波数(480cm-1)が明らかとなった。そこでマウス心臓組織の凍結切片でSERS imagingを実施したところ、心臓組織内に300cm-1と480cm-1のシグナルが検出され、さらにこれらのシグナルはチオールの蛍光プローブを心臓組織切片に滴下することにより消去されたことから、活性含硫化合物由来のシグナルであることが確認出来た。平成28年度は、高含硫化合物モデルとして、SQR(sulfide quinone reductase-like:H2Sを細胞内で分解するミトコンドリア膜タンパク質)をノックダウンしたマウス(SQR KD)の心臓をサンプルとして、チオールの蛍光プローブであるmonobromobimaneを用いた申請者等が確立した含硫化合物の網羅的絶対定量系により測定を行った結果、H2S、ホモシステイン(Hcy)、システインパーサルファイド(Cys-SSH)、還元型グルタチオン(GSH)のパーサルファイド(GSSH)が野生型に比べてSQR KDで有意に増加していることがわかった。さらに、低含硫化合物モデルとしてCSEをノックアウトしたマウス(CSE KO)の心臓についても同様の検討を行ったところ、CSE KOでは野生型に比べてH2Sは減少傾向ではあるが有意な差は見られず、一方、Hcy、ホモシステインパーサルファイド、Cys-SSHは有意に増加していた。SQR KDはミトコンドリアの損傷による心不全を発症し、またCSE KOは酸化ストレスに脆弱であることがわかっている。今回の結果から、H2SのみならずHcy、Cys、GSHそしてそれらのパーサルファイドが心機能に重要であることが示唆された。これらの結果をもとに成29年度以降は、MALDI-MS-imaginig法を取り入れ、含硫化合物の心臓における生体機能について、空間的情報を含めたさらに詳細な検討を行う。組織中の含硫化合物をチオールの蛍光プローブであるmonobromobimane(mBBr)を用いて定量する際、前処理として除タンパク質処理とmBBrによる修飾反応を行う。その方法として、当初は除タンパク質処理の際にmBBrも一緒に添加していたが、得られた含硫化合物の絶対量は想定よりも10倍程度高かった。ここで、含硫化合物の一つであるH2S由来の硫黄原子のプールは2種類存在し、鉄硫黄クラスター中の硫黄原子など酸性条件下で放出されるもの(酸不安定型硫黄)と、タンパク質のシステイン残基などのチオール基にさらに硫黄が結合し、還元条件下でH2Sを放出するもの(結合型硫黄)がある。当初のサンプルの前処理方法では、タンパク質を含む組織抽出液中にmBBrを添加することにより、酸不安定型硫黄や結合型硫黄由来のH2Sも測定している可能性が示唆された。そこで、前処理方法を再検討し、組織抽出液からタンパク質を除去した後にmBBrを反応させ、H2Sの定量を行った結果、その定量絶対値はタンパク質を含む組織抽出液中にmBBrを添加したときの約10分の1となったことから、当初の方法では酸不安定型硫黄や結合型硫黄由来のH2Sも含めた存在量の過大評価をしていた可能性がある。以上のように、含硫化合物の定量方法の修正が必要となったことが今年度の当初の目的よりも遅くなった原因であるが、含硫化合物という反応性が高く定量が難しいといわれる分子の定量方法の最適化ができた点でおおむね順調に研究が進んでいると判断する。本研究課題では、Cystathionine beta-synthaseやCystathionine gamma-lyaseにより産生される硫化水素、チオール(分子内に-SH基を持つ)化合物、そしてパースルフィド(分子内に-SSH基を持つ)化合物等「含硫化合物」の生体機能メカニズムの解明を目的とする。申請者は、平成28年度までの成果として、チオールの蛍光プローブを用いた含硫化合物の絶対定量系を確立し、その手法によりチオール化合物のみならずそれらのパースルフィドが心機能に重要であることを示唆した。

平成29年度は、組織中の含硫化合物について、空間情報を含めた詳細な検討を行うことを目的とし、MALDI-MS-imaging法による含硫化合物の検出を試みた。しかし、申請者が用いた大気圧イオン源を用いたイメージング法は、イオン化の過程で-SH基、-SSH基ともにスルフォン酸化(-SO3H)してしまうことがわかった。つまり、高い抗酸化能を有し、組織中濃度が高いチオール化合物である還元型グルタチオン(GSH)とその酸化型である酸化型グルタチオン(GSSG)は、どちらもスルホン酸化されGSO3Hとして検出される。その他のチオール化合物についても同様の現象が確認され、この手法では組織中の含硫化合物について正確な情報が得られないことから、MALDI-MS-imaging法にかわる手法としてラマンイメージング法を試みることにした。物質固有の波長を持つ散乱光が生じる「ラマン散乱」を利用した手法で、試料を乗せるガラス基板に金属微粒子を配置することにより散乱光が増強されるSurface-enhanced Raman spectroscopy(SERS)という手法を用いると、チオール原子が金属粒子と結合しスペクトルが特に増強される。最終年度はこの手法を用い、組織中の含硫化合物の検出を試みる予定である。当初、組織中の含硫化合物について、空間情報を含めた詳細な検討を行うことを目的とし、MALDI-MS-imaging法による含硫化合物の検出を予定していたが、申請者が用いた大気圧イオン源を用いたMALDI-MS-imaging法は、イオン化の過程で-SH基、-SSH基をスルホン酸化(-SO3H)してしまい、組織中の含硫化合物について正確な情報が得られないことがわかった。そこで予定を変更し、ラマンイメージング法による検討を行うこととしたため、やや遅れが生じている。本研究課題は、Cystathionine beta-synthaseやCystathionine gamma-lyaseにより産生される硫化水素、チオール(分子内に-SH基を持つ)化合物、そしてパースルフィド(分子内に-SSH基を持つ)化合物等「活性含硫化合物」の生体機能メカニズムの解明を目的とする。申請者は本研究課題での成果として活性含硫化合物の絶対定量法の確立に成功しているが、平成29年度は、活性含硫化合物の組織内分布の検証を目的としMALDI-MS-imaging法による活性含硫化合物の検出を試みた。しかしMALDI-MS-imaging法では-SH基、-SSH基ともにスルフォン酸化(-SO3H)されてしまい、生体内での挙動を正しく判断出来ないことがわかった。そこで平成30年度は新たにラマンイメージング法を試みた。物質固有の波長を持つ散乱光が生じるラマン散乱を利用した手法で、さらに試料を乗せるガラス基板に金属微粒子を配置することにより散乱光が増強されるSurface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)という手法を用いると、硫黄原子が金粒子と結合し活性含硫化合物由来のシグナルが増強される。この手法を用いグルタチオン、ヒポタウリン等の標準品による検証から-SH基を持つ化合物に共通に検出される波数(300cm-1)が明らかとなり、さらにNa2S3, Na2S4の標品を用いた検証からポリサルファー由来のシグナル波数(480cm-1)が明らかとなった。
データサイエンスを駆使した革新的凝固組織予測法の開発

多くの金属材料は凝固過程を経て製造されており,その凝固組織は材料特性へ大きな影響を与えるため,高精度な凝固組織予測法の確立が望まれている.本研究では,凝固組織シミュレーションで用いる試行錯誤的操作により評価するパラメータ(熱伝達係数,核生成確率変数)をデータサイエンスの一手法であるデータ同化を用いて自動推定できる凝固組織形成シミュレーションモデルの構築を行う.加えて,機械学習・深層学習による凝固組織推定技術を利用した凝固組織マップ(凝固条件と凝固組織の関係図)作成法の可能性を検討する.初年度は,底部水冷型一方向凝固における1次元凝固伝熱解析での熱伝達係数をデータ同化(粒子フィルタ)により推定する基本ソースコード(マクロスケール計算コード)の開発を行い,Al-Si合金の実測冷却曲線を精度良く再現する熱伝達係数の推定が可能であることを確認した.本年度は,底部水冷型一方向凝固での熱伝達係数推定の成功を受け,マクロスケール計算コードをより広範な条件で適用可能にするために,砂型鋳造のような複数方向に抜熱する場合(3次元凝固伝熱)の熱伝達係数推定モデルの開発に着手した.熱伝達係数推定を単純に3次元化すると計算コストが膨大となり,現実的な計算時間では推定が困難になるため,鋳型近傍の実測冷却曲線のみを用いる1次元モデルの拡張モデルとして3次元モデルと構築した.また,熱伝達係数と熱伝導率を同時推定するモデルも開発し,モデルの妥当性を現在検討中である.最終年度は,セルオートマトン法による凝固組織形成シミュレーションに必須の核生成パラメータの自動推定モデルの開発を行う.当初予定のデータ同化(粒子フィルタ)による熱伝達係数推定の基本ソースコード(マクロスケール計算コード)を開発し,実験結果を精度良く再現できるパラメータの自動推定が可能であることを実証し,概ね予定通りに研究は進んでいる.今後は,複数パラメータの同時推定(熱伝達係数と熱伝導率の推定など)が可能なマクロスケール計算コードの妥当性評価を行うとともに組織形成シミュレーションに用いる核生成パラメータの推定モデル・コード(ミクロスケール計算コード)の開発を行う.また,機械学習・深層学習による凝固組織画像推定を利用した凝固組織マップ作成法の検討も行う.多くの金属材料は凝固過程を経て製造されており,その凝固組織は材料特性へ大きな影響を与えるため,高精度な凝固組織予測法の確立が望まれている.本研究では,凝固組織シミュレーションで用いる試行錯誤的操作により評価するパラメータ(熱伝達係数,核生成確率変数)をデータサイエンスの一手法であるデータ同化を用いて自動推定できる凝固組織形成シミュレーションモデルの構築を行う.加えて,機械学習・深層学習による凝固組織推定技術を利用した凝固組織マップ(凝固条件と凝固組織の関係図)作成法の可能性を検討する.初年度は,まず凝固伝熱解析に用いる熱伝達係数をデータ同化(粒子フィルタ)により推定する基本ソースコード(マクロスケール計算コード)の開発を行った.Al-5%Si合金における底部水冷型一方向凝固実験で得られた冷却曲線を精度良く再現するための熱伝達係数の推定(溶湯-水冷ボックス間の熱伝達係数の推定)を試み,これまでの試行錯誤的操作よりも精度の良い熱伝達係数を推定できることを確認した.また,これまで数日間を要していた作業が数分程度で実施可能であることも明らかにした.(現在論文執筆中).底部水冷型一方向凝固でのパラメータ推定の成功を受け,マクロスケール計算コードをより広範な条件で適用可能にするために,砂型鋳造のような複数の方向に抜熱する場合の熱伝達係数推定を可能とするモデル及びソースコードの開発に着手している.当初予定のデータ同化(粒子フィルタ)による熱伝達係数推定(底部一方向凝固における1つのパラメータ推定)の基本ソースコード(マクロスケール計算コード)を開発し,実験結果を精度良く再現できるパラメータの自動推定が可能であることを実証し,概ね予定通りに研究は進んでいる.多くの金属材料は凝固過程を経て製造されており,その凝固組織は材料特性へ大きな影響を与えるため,高精度な凝固組織予測法の確立が望まれている.本研究では,凝固組織シミュレーションで用いる試行錯誤的操作により評価するパラメータ(熱伝達係数,核生成確率変数)をデータサイエンスの一手法であるデータ同化を用いて自動推定できる凝固組織形成シミュレーションモデルの構築を行う.加えて,機械学習・深層学習による凝固組織推定技術を利用した凝固組織マップ(凝固条件と凝固組織の関係図)作成法の可能性を検討する.初年度は,底部水冷型一方向凝固における1次元凝固伝熱解析での熱伝達係数をデータ同化(粒子フィルタ)により推定する基本ソースコード(マクロスケール計算コード)の開発を行い,Al-Si合金の実測冷却曲線を精度良く再現する熱伝達係数の推定が可能であることを確認した.本年度は,底部水冷型一方向凝固での熱伝達係数推定の成功を受け,マクロスケール計算コードをより広範な条件で適用可能にするために,砂型鋳造のような複数方向に抜熱する場合(3次元凝固伝熱)の熱伝達係数推定モデルの開発に着手した.熱伝達係数推定を単純に3次元化すると計算コストが膨大となり,現実的な計算時間では推定が困難になるため,鋳型近傍の実測冷却曲線のみを用いる1次元モデルの拡張モデルとして3次元モデルと構築した.

また,熱伝達係数と熱伝導率を同時推定するモデルも開発し,モデルの妥当性を現在検討中である.最終年度は,セルオートマトン法による凝固組織形成シミュレーションに必須の核生成パラメータの自動推定モデルの開発を行う.当初予定のデータ同化(粒子フィルタ)による熱伝達係数推定の基本ソースコード(マクロスケール計算コード)を開発し,実験結果を精度良く再現できるパラメータの自動推定が可能であることを実証し,概ね予定通りに研究は進んでいる.今後は,複数パラメータの同時推定(複数の抜熱方向に対する熱伝達係数の推定)が可能なマクロスケール計算コードに拡張するとともに組織形成シミュレーションに用いる核生成パラメータの推定モデル・コード(ミクロスケール計算コード)の開発を行う.また,機械学習・深層学習による凝固組織画像推定を利用した凝固組織マップ作成法の検討も行う.今後は,複数パラメータの同時推定(熱伝達係数と熱伝導率の推定など)が可能なマクロスケール計算コードの妥当性評価を行うとともに組織形成シミュレーションに用いる核生成パラメータの推定モデル・コード(ミクロスケール計算コード)の開発を行う.また,機械学習・深層学習による凝固組織画像推定を利用した凝固組織マップ作成法の検討も行う.理由:物品費としておおむね計画通り使用し,端数が残額として生じたため.使用計画:実験消耗品費,成果発表や情報収集のための国内外旅費として研究費を使用する予定である.理由:物品費としておおむね計画通り使用し,端数が残額として生じたため.使用計画:実験消耗品費,成果発表や情報収集のための国内外旅費として研究費を使用する予定である.
RNAレプリコン

本年度は、重点領域研究「RNAレプリコン」のとりまとめを行った。平成7年6月12日に北里大学において、第1回総括班会議を開催し、とりまとめに関する話し合いが行われた。この会議では、これまでのとりまとめ方法のみならず、今後のRNAレプリコン研究発展を目指した本年度の活動が話し合われた。その結果、「RNA情報のフロンティア」と題する一般公開シンポジウムを11月28、29日の両日、日経ホールにて開催することが決定した。このシンポジウムは重点研究「エイズの病態と制御に関する基礎研究」(代表・永井美之)との合同シンポジウムとし、RNA情報の多元的制御メカニズムを紹介、さらにRNA研究の重要性と面白さを一般にアピールすることであった。例年のように、各種RNAレプリコン単位のミニシンポジウムも開催することが決定され、植物のRNAレプリコン会議(世話人・渡辺雄一郎)およびレトロウイルス複製会議(世話人・岩本愛吉)が、それぞれ岡山大学資源生物研究所(平成7年10月30日)および東京大学医科学研究所(平成8年1月20日)において開催された。さらに、この領域の若手を世話人(永田恭介、小林信之、中西義信)とした公開シンポジウム「ウイルスを利用する人類の知恵-アポトーシス制御、ウイルスベクター、遺伝子治療」を平成8年2月6日に東京大学山上会館で開催した。いずれのシンポジウムでも多くの参加者が集まり、熱のこもった討論が行われた。本年度の最後には、ニュースレター最終版を発行し、来年度の前半に領域代表者による研究報告書の作成が行われることが決定されている。ポリオウイルス、インフルエンザウイルス、パラミクソウイルス、レトロウイルスなどの各RNAレプリコン系で、分子レベルの複製、病原性の解析が急速に進展した。RNAレプリコンの転写、複製に関する生化学的な素反応の解析が行われ、インフルエンザウイルスのRNAポリメラーゼのin vitro再構成(石浜)および転写、複製の切換えを行う分子の同定(永田)に成功し、さらにパラミクソウイルスRNA合成に関与する3種類の宿主分子の分離同定(水本)にも成功した。ポリオウイルスRNA合成に関してもプラス鎖RNA合成の開始反応に特異的に働く宿主分子の存在が明らかとなった(野本)。ウイルス蛋白質のプロセシングに関与する宿主側、ウイルス側の蛋白質分解酵素の同定はC型肝炎ウイルス系で成功し(下遠野)、このウイルスの複製機構の一端が明らかとなった。ウイルス複製の効率は、各ゲノム領域のバランスのとれた発現によって制御されていることがレトロウイルスRNAの研究から明らかとなり(吉倉)、新たなウイルス複製制御機構の存在が示された。この研究はまた、RNAに安定性を与える一次構造の存在を予測させ、宿主RNA分解酵素とRNAレプリコンの間の相互関系がRNAレプリコン存続に重要な意味を持つという概念を提唱するものである。以上のようにウイルスRNAおよび蛋白質の生合成に直接関与する宿主分子群が急速に明らかになりつつある。ウイルスの組織特異的病原性発現に重要な機能を持つ宿主プロテアーゼ(永井)および宿主細胞表面のウイルスレセプター(野本)研究も順調に進展し、ヒトのポリオウイルスレセプター遺伝子を持つトランスジェニックマウスがサルに代わる感染実験動物モデルとして有用であることが証明されつつある。本年度も、ポリオウイルス、パラミクソウイルスおよびインフルエンザウイルスを中心に研究を推進した。以下に主な研究成果を示す。(1)ポリオウイルス受容体は種特異性決定に関する重要な宿主分子であるが、組織特異性はこの受容体の存否のみで決定されているわけではないことを明らかにした(野本)。(2)種特異性の決定に重要と思われるポリオウイルス受容体上のアミノ酸残基を決定した(野本)。(3)パラミクソウイルスの活性化を行う生体側プロテアーゼは、ウイルスの組織特異性を決定する重要な因子であり、ウイルスにより特異的な蛋白質分解酵素を利用していることを証明した(永井)。さらに(4)この考え方はエンベロープを持つウイルス全般に適用できることを示した(永井)。(5)パラミクソウイルスおよびインフルエンザウイルスのRNA合成開始に関する複数の宿主側分子の精製が進み、そのRNA合成における機能が明らかになりつつある(石浜、水本、永田)。とくに(6)インフルエンザウイルスのRNA転写反応からRNA複製反応への変換を行う宿主側分子の実体が明らかになりつつあることは注目に値する(永田)。(7)ポリオウイルス特異的蛋白質合成開始に関与する生体側分子群が次々と明らかになっており、その一つは複数の分子からなる複合体であることを証明した(豊田)。さらに(8)その構成成分の中にはRNAスプライシングに関与する分子であるPTB(polypyrimidine tract binding蛋白)や自己免疫疾患の抗原であるLa蛋白質など、本来核局在性の蛋白質が含まれていることを証明した(豊田)。以上のように、ウイルス複製に関する新しい宿主分子への分離・同定が順調に進んだ他、ポリオウイルス感受性トランスジェニックマウスはサルに代わって、ポリオウイルスの神経毒性を検定する動物モデルとなり得ることを明らかにした(野本)。本重点領域研究の最終年度である本年度も、ポリオウイルス、インフルエンザウイルスおよびハラミクソウイルスを中心に研究を推進した。(1)ポリオウイルス受容体のマウスホモログがホモフィリックな結合様式を持つ細胞間接着分子であることを証明した(野本)。(2)血流中のウイルスのポリオウイルス感受性トランスジェニックマウス体内での組織分布はヒトポリオウイルス受容体の発現に依存していることを証明した(野本)。

(3)ポリオウイルスのプラス鎖RNA合成開始に関わる新しいウイルスゲノム領域の同定に成功した(野本)。(4)ポリオウイルス蛋白質合成開始に関わる複合体に含まれるPTBとの結合性を示す蛋白質の一つは86kDaであることを示唆するデータが得られた(豊田)。(5)PTB結合蛋白質のcDNAを酵母twohybrid systemにより分離した(野本)。(6)インフルエンザウイルスのRNA合成酵素の各サブユニットを大腸菌で作る系が確立し、各サブユニットを再構成することに成功した(石浜)。(7)さらに、この実験系を利用し、各サブユニット間の結合に関わる部位、およびRNAに結合している部位が同定された(石浜)。(8)インフルエンザウイルスRNA合成におけるRAF(RNA polymerase activation factor)およびRRF(RNA polymerase regulation factor)の精製が進行した(永山)。(9)パラミクソウイルスNDVのHN蛋白のmRNAがインターフェロン処理により特異的に阻害を受けることが明らかとなり、各mRNA合成がVRNA3'末端から順番に起こるという定説に疑問を投げかけた(永井)。(10)パラミクソウイルスによる細胞融合に関与する細胞側分子として、VLA3およびCD98が同定された(伊藤)。(11)パラミクソウイルスRNA合成に負に働く宿主細胞側の宿主分子(100-150kDa)がラット肝に存在することを見出した(水本)。以上のように、ウイルス複製に関するウイルス側および宿主側分子群の分離・同定およびその構造と機能の研究が順調に進んだ。本年度は、重点領域研究「RNAレプリコン」のとりまとめを行った。平成7年6月12日に北里大学において、第1回総括班会議を開催し、とりまとめに関する話し合いが行われた。この会議では、これまでのとりまとめ方法のみならず、今後のRNAレプリコン研究発展を目指した本年度の活動が話し合われた。その結果、「RNA情報のフロンティア」と題する一般公開シンポジウムを11月28、29日の両日、日経ホールにて開催することが決定した。このシンポジウムは重点研究「エイズの病態と制御に関する基礎研究」(代表・永井美之)との合同シンポジウムとし、RNA情報の多元的制御メカニズムを紹介、さらにRNA研究の重要性と面白さを一般にアピールすることであった。例年のように、各種RNAレプリコン単位のミニシンポジウムも開催することが決定され、植物のRNAレプリコン会議(世話人・渡辺雄一郎)およびレトロウイルス複製会議(世話人・岩本愛吉)が、それぞれ岡山大学資源生物研究所(平成7年10月30日)および東京大学医科学研究所(平成8年1月20日)において開催された。さらに、この領域の若手を世話人(永田恭介、小林信之、中西義信)とした公開シンポジウム「ウイルスを利用する人類の知恵-アポトーシス制御、ウイルスベクター、遺伝子治療」を平成8年2月6日に東京大学山上会館で開催した。
修飾金属ポルフィリンと有機基質との多点相互作用に関する研究

分子内に2-ヒドロキシナッテル基をもつRh(III)ポルフィリンとアミノ酸の相互作用を検討し以下の知見を得た。1.アミノ酸は上述ポルフィリンに極めて選択的に捕捉される。これはアミノ基とRh(III)の配置結合およびカルボキシル基と水酸基の水素結合の二点相互作用を含んでいる。校舎の相互作用エネルギーは約2.1kcal/molでありこれは約40倍の選択性に相当する。2.上述の相互作用にもとづきアミノ酸を水中より抽出する場合には抽出の容易さはアミノ酸側鎖の疎水性に大きく依存し、ロイシンやフェニルアラニン等はよく抽出されるが、アラニンやセリン等の抽出率は低い。3.ポルフィリンとして光学活性なものを用いればアミノ酸の補捉は光学選択的となる。β一位にプロピオン酸エステル基をもつ系でロイシンを抽出する場合には約2:1の光学選択性(従って約30%ee)が認められる。4.分子内にNN-ジメチルアミノチルフェニル基をもつRh(III)ボルフィリンでアミノ酸を抽出すると生成する付加体はアミノ基とRh(III)の配位結合の他に-NH〓D3と-CO_2〓の間の静電相互作用により二点固定されており、これがアミノ酸に対する大きな選択性の原因になっている。多点相互作用は生体の触媒やレセプターの大きな特徴であるが、合成化合物を用いて実現するのは一般に困難である。nigidなポルフィリン骨格を用いればアミノ酸のような重要な生体関連化合物の多点認識が可能であり、それがアミノ酸の光学分割等にも応用できることが本研究により明らかにされた。
アジア地域における身体文化と学校スポーツに関する比較文化的研究

本研究課題は,アジア地域における身体文化と学校スポーツについて比較文化的に研究することを目的としたものであり,13人の研究者が4年間に13か国において調査研究を実施することが出来た。その成果は次のようである。1.調査地域は,日本,中華人民共和国,台湾,大韓民国,フィリピン,タイ,マレーシア,ミャンマー,インドネシア,シンガポール,カンボジア,ベトナム,オーストラリアであった。2.各研究者はそれぞれの調査地域において,伝統スポーツの変容,学校スポーツの比較研究,子どもの生活時間研究,スポーツにおけるジェンダー研究などの個別の研究課題に取り組んだ。3.研究成果は,当該国をはじめとするアジア地域において,英語にて報告した。4.2004年9月に,滋賀大学において,日本,大韓民国,中華人民共和国,台湾,マレーシア,タイ,フィリピン,フィジー,オーストラリア,ニュージーランドの研究者を集めて「アジアスポーツ研究フォーラム」を開催した。5.このフォーラムの開催を通じて,アジア地域におけるスポーツ研究ネットワークを構築することが出来た。6.国内の研究会において,インドネシア,ベトナム,香港,モンゴル,インド,大韓民国,ミャンマー,中華人民共和国からの留学生を通じて,各国の学校スポーツ事情と経験についての比較検討会を実施した。7.4年間の調査研究活動を通じて,アジア地域におけるスポーツ研究交流とスポーツ研究ネットワークの必要性を確認した。この交流とネットワークの発展維持のために,我が国の研究者の役割が重要であることを確認した。平成14年度は本研究の初年度であり、パイロットスタディの年度として位置づけている。共同研究者たちは、これまで研究を継続してきた、あるいは新しいアジアのフィールドにおいて予備調査を行った。調査地域は、中華人民共和国、大韓民国、フィリピン、マレーシア、タイ、ミャンマー及び日本である。各研究者はそれぞれのフィールドにおいて、そのフィールドに特有の身体文化についての調査を行うとともに、対象地域の学校を訪問して学校スポーツの特徴について調査を実施した。今年度に収集されたデータの分析をふまえて、来年度以降の研究の可能性について検討するとともに、今年度に構築できた現地研究者との関係を基盤として来年度以降の本調査の研究計画を立てている。タイ国を調査した佐川は、毎朝の学校儀礼における宗教教育と学校スポーツにおける儀礼との関係から、タイ国の身体文化と学校スポーツの関係を明らかにしようとする研究計画を検討している。松田は、タイ国のムエタイにおける女性参加状況を調査し、格闘技ムエタイに現れた性の問題を検討することを通じて、タイ国における身体文化の変容について検討を進めている。深澤、矢崎、沢田、天野らは、調査対象国の初等・中等学校を訪問し、日本の体育制度やカリキュラムを比較検討する基礎資料等の収集を行った。また、平成14年度には3回の研究会を開催して、本研究の目的や各研究者の研究計画について検討を行ったほか、海外フィールド調査報告を行って相互に研究計画等についての意見交換を行った。さらに、10月には、神戸大学に在学している留学生をパネラーとして、インドネシア、ベトナム、香港、モンゴルの学校スポーツについてディスカッションを行った。この企画は次年度以降も実施する予定である。平成15年度は本研究課題の2年目であった。2年目を迎えるに当たり、3名の新規共同研究者を迎えた。新規加入者はいずれもカンボジア、ベトナム、インドネシアで研究を続けてきた研究者であり、より広範囲からアジアの身体文化とスポーツについて検討出来ると期待している。今年度の課題は昨年度のパイロットスタディに基づいて各研究者が本調査に取りかかることであった。金は韓国の学校スポーツと身体文化について調査をスタートさせたほか、深澤はマレーシアの学校において、松田はタイ・バンコク周辺の学校において、佐川はミャンマーの学校において、それぞれ研究に着手した。各国の学校スポーツについて、同じ視座から研究を進めることによって、比較文化的な成果が得られると期待している。そのほかの共同研究者も、それぞれに海外調査を実施して、カウンターパートとのラポールの構築や調査地の絞り込み、テーマの絞り込みなど順調に研究を進めている。また、平成16年2月にチュラロンコン大学スポーツ科学部が主催した第1回国際伝統遊戯スポーツ会議において、佐川、松田、深澤、高畑の4名が、これまでの研究成果について報告を行い、各国からの参加者と意見交換を行った。各国からの参加した研究者の発表を概観すると、アジアには多様なスポーツ文化があり、地域や国家制度、宗教、経済状況などによって異なっている、あるものは互いに共通し、あるものは異なりている。

しかも、互いに相手国のスポーツや文化について知らないということを強く感じた。我々の取り組む課題の重要性を改めて感じた。平成15年度は10月に研究会を開催して研究計画と進捗状況について意見交換したほか、昨年度に続いて留学生をパネラーとした学校スポーツについてのディスカッションを行った。今年度はインド、ミャンマー、韓国の留学生から情報提供いただいた。また、タイのチュラロンコン大学のゴーマラタット助教授を招いてタイ国のスポーツについての講演をいただいた。この他、関連する研究会においても研究成果の発表を行ったほか、3月末に開催される日本スポーツ社会学会においても、数人のメンバーが研究成果の発表を予定している。なお、来年度の初旬には研究の中間まとめをする予定である。平成16年度は本研究課題の3年目であった。今年度は本調査の2年目にあたり,各研究者とも意欲的にフィールドに出かけ,研究成果が表れ始めている。研究成果の一部は公表されつつある。今年度は昨年までの予備調査,資料収集等を終え,本調査を実施している。松田が提案した各国での生活時間調査は,天野,深澤,佐川らの連携協力によって,日本,タイ,フィリピン,マレーシアで実施され,各国の子どもたちの生活と生活時間の使い方が比較文化的に明らかにされようとしている。また,矢崎は急激な現代化が進む中国における学校スポーツの変容について,松田はタイの社会状況の変化に揺らぐ学校とスポーツを,平井は大学スポーツが当該国のスポーツに及ぼした影響について,佐川は教育意識が急激に変容しつつあるタイ農民と学校の関わりについて焦点を絞って研究を進めている。また,深澤はクアラルンプールとコタキナバルというマレーシアの2地点で,佐川は東北タイ,南部タイ,バンコクというタイ国の3地点を比較しながら研究を進めているほか,平井はタイ,マレーシア,フィリピンという参加国を比較しながら研究を進めており,本研究課題の特徴である比較文化的な成果が期待される。平井が中心となって9月に大津市で開催した「アジアスポーツフォーラム」には,中国,韓国,台湾,フィリピン,タイ,マレーシア,オーストラリア,ニュージーランド,フィジーからの参加者を迎え,各国の学校スポーツと身体文化の特徴について相互に報告を行った。このフォーラムの成果として,「学校スポーツ」を巡る問題は各国の重要課題であり,今後も研究成果の相互交換・公表を続け,アジアスポーツ研究ネットワークを構築・継続していくことが必要であることを確認した。
肢体不自由児のための瞬き検出によるコミュニケーション支援ツールの研究と開発

本研究では、まばたきによって意思疎通ができる肢体不自由児のためのアプリケーションの開発を目指した。肢体不自由児は身体能力が限られ、また知的障がい等の合併症が見られることが多く、家族や介護者との意思疎通が困難である。我々は肢体不自由児がまばたきによってスマートフォンやタブレットに搭載されたアプリケーションを使用することができれば、介助者に気持ちや考え、要求を伝えることができるのではないかと考えた。まばたきを判定するために、まずOpenCVを用いて顔の眼部を検出し、次に閉眼および開眼判定の方法を開発した。彩度と複雑さを組み合わせることで、より正確なまばたき判定が可能になった。肢体不自由児のための,タブレット端末による,瞬きによるコミュニケーション支援ツールの研究.タブレット端末のフロントカメラは感度が悪く,連続する画像をリアルタイムで処理するとデータの負荷がかかり処理落ちしてしまう.そこで,画像処理の精度を上げ,誤作動のない瞬き検出が今回の研究の課題になった.OpenCVを使用し眼部を判断し,螺旋ラベリングによる判定では,児童らは瞼が下がり黒目が小さいため,中心の起点ピクセルが見つからず測定は困難であった.次に,明度を用いた閉眼判定を行った.眼部周辺の明度の平均を取り,閉眼時は,この明度の平均値が上がる.その場合を閉眼として判断としたが,教室内は外光を遮蔽しベッド上は暗く十分な光量が得られないためこれも断念した.次に,彩度の差による閉眼判定を手法を行った.黒目の中心と白目の彩度(0255)の値の平均値を求め,複数人の眼部をサンプリングし,それをもとに,彩度が閾値以下になった場合を閉眼と判定させた.しかし,起動時にオートフォーカスと明度調整が働く.そこで,現在のフレームの5フレーム前から14フレーム前までの10フレーム間の閾値(彩度の平均値)を基準に閉眼判定させた.この手法は極めて感度が良いが,無意識瞬きや黒目の動き,顔の動きなど,わずかな変化でも判定してしまうため,新たな測定方法が必要となった.新たに,画像の複雑さによる判定を考案した.画像のエッジ量の差で,ピクセルが平坦になった時を閉眼とする.これと彩度を合わせ,誤判定が少ない閾値を設定し,閉眼を判定した.しかし,被験者である児童らは寝たきりで筋力が弱く,長く強い瞬きができない.そのため,弱く速い瞬きを判定させるために高精度化を行った.残像を用いた高精度な瞬き判定を用いて,どのような環境でも自然瞬きや眼球の動き,眼の形の変化による誤作動を起こさず,意識的瞬きのみを検出し,文字を選択・発音で伝えることのできるコミュニケーション支援ツール「あいとーく」「あいてる」を開発し,iTunes Storeから無償で全国に配布され活用されている.この検出手法は現在特許出願中である.(2014-081605)さらに,使いやすさと機械に対峙した時に緊張しない操作性を求め,この高精度な瞬き検出手法をさらに発展させ,肢体不自由児やALS患者,高齢者のために,眼球運動から視線方向を判定する非接触型の代替コミュニケーション支援ツールの研究・開発を行った.フロントカメラからの画像処理を用いてマルチタスクの並列処理により,OpenCVのHAAR-like分類器により,常に眼球の中心部を求める.黒目の部分を中心点から4分割して,それぞれのドット数と残像との変化を比較し,視線方向の判定を行い,視線によりカーソルを移動させ文字選択を使いやすく簡易化した.しかし,ラップトップPCの一方向からのカメラでは,左右の動きは捉えられるが,上下の動きはどのような方法を用いても捉えることができなかった.そこで視線方向と縦方向は従来の瞬きによる選択で文字を決定することで,格段に速い文字選択が可能になった.【文字選択の手順】1、五十音表で視線方向によりカーソルを移動し“行"を選択.2、瞬きによって行内の“文字"を選択後,上段に移動.3、濁音半濁音・削除・続ける・発声・全削除を瞬きで行う.自閉症児のためのコミュニケーションツール「ねぇ、きいて」のシステムを指の動きに依存しない操作手法として、瞬きによる入力機能を実装し、円滑な相互コミュニケーションを行える肢体不自由児のための瞬きによる携帯情報端末用コミュニケーション支援ツールの研究と開発を行った。眼部検出は、OpenCV Haar-like分類器を用い眼部の位置検出を行う。眼部の位置検出後、数フレームを用いて眼部の黒い部分を捉え撮影する。それを元になる画像(残像)として、現在のフレームの眼部の黒い部分と重なる部分を比較し瞬き判定を行う。自然の瞬きを排除することが判定の精度を左右するため、「開眼、閉眼、開眼」まで一連の動きを2つの閾値を設定し判定する。自然の瞬きは意識瞬きよりも速くなるため、第1閾値により排除される。また、「開眼、閉眼、開眼」までの合計フレームと第2閾値を比較することによって被験者が疲れて目を閉じ続けている場合を排除することができる。この判定手法は「残像を用いた画像処理方法(特許第5871290号)」として特許を取得した。また予測変換機能により、ユーザーの入力に応じて候補を読み出し、入力補助を行えるようにした。予測変換により、ユーザーが文字入力にかける時間及び負担を格段に減らすことができた。

一度入力した文字列をデータベースに登録し頻度が高い文字列を予測変換候補として表示する。回数でなく使用頻度にすることで、各ユーザーに合った予測変換候補表示が可能となり、より円滑なコミュニケーションが行える。さらに、文字選択の時間短縮として、従来2分割であった選択ブロック3分割にすることで、瞬き回数を減らすことができる。特に意思表示は「したい、いきたい」など、頻度の高い“た行"を早く選択することができるようになった。本研究では、まばたきによって意思疎通ができる肢体不自由児のためのアプリケーションの開発を目指した。肢体不自由児は身体能力が限られ、また知的障がい等の合併症が見られることが多く、家族や介護者との意思疎通が困難である。我々は肢体不自由児がまばたきによってスマートフォンやタブレットに搭載されたアプリケーションを使用することができれば、介助者に気持ちや考え、要求を伝えることができるのではないかと考えた。まばたきを判定するために、まずOpenCVを用いて顔の眼部を検出し、次に閉眼および開眼判定の方法を開発した。彩度と複雑さを組み合わせることで、より正確なまばたき判定が可能になった。平成25年度に進めた研究の精度向上。カスタマイズできる細かい設定の構築と、特別支援学校(瀬戸市立瀬戸養護学校:さくらんぼ学園)原田教諭らとの連携で、重度の肢体不自由児の臨床データを元に開発と修正を行った.処理簡便化と高速化と検出の高精度と同時に誤作動を制御させる.タブレットは,アームクリップでベッドに固定し,仰向けの寝たままの状態で使用し,これにより眼部のキャリブレーションを起動時のみ行うことになった.誤検出処理として,動画像を取り込むことで起きる処理落ちのエラー率を下げるために、眼部追従プログラムの高精度化を図った.また,肢体不自由児の場合,障がいの差が激しいので対象者や使用する環境に合わせて自由にカスタマイズできるようにした,1、明るさの調整。瞬きの速さと間隔.2、選択解除するための長い瞬きの登録,3、発音する声の高低を自由に変更できる.4、背景を見やすく白・黒に変更できる.画像処理今後の研究ではタブレット端末ではなく,ラックトップPCのフロントカメラからの画像を用いる.マルチタスクの並列処理によって,OpenCVのHAAR-like分類器により常に眼球の中心部を求め,残像を用いた高精度な画像判定手法をさらに発展させ,黒目の変化量から,左右の眼球の中心部の振動のブレを数値化し,様々な状況における被験者の状態を眼球振動のブレの値を元に判別していく.左右それぞれの眼部の中心点の振動のブレを残像との比較によって約20fpsの精度で変化量を測定し,左右の相対する画素数の変化量が大きく違うとき,左右の眼部の中心点の違う動きを計測する.変化量の中点を散布図に置き換え,散布図からニューラルネットを利用し,疲労度測定器や脳血流計測機のデータと合わせ,健康状態や疲労度を知らせ,糖尿病や脳疾患の前触れを客観的な診断手法として早期発見へと発展させる.瞬き検出の高精度化のための研究計画として以下のアプローチで研究を進めた.1眼部検出の精度向上(暗い室内で検出できるよう環境に応じて明度を変更する).2開眼・閉眼の判定(二値化した画像の黒目の面積変化から瞬きを判定する).3無意識的瞬き・意識的瞬きの判定(個人差があるのでパラメータ調整する).4
セキュリティの観点からの社会システムの安全性評価に関する研究

研究計画の初年度は、「研究目的・研究実施計画」の内、「外敵の防備突破難易度の概念に基づく社会システムの安全性評価に対するシステム工学的手法の検討」について主に考察した。その中でも特に、「ネットワークで表現されるようなシステム(道路綱など)に対する警備要員、監視装置等の最適配置に関する検討」に重点を置いて研究を進めた。得られた成果の主なものは、以下の通りである。外敵の防備(警備要員、監視装置等)突破難易度をK重カット問題として定量化および定式化することを提唱した。K重カット問題あるいは警備の最適配置問題とは、侵入者がグラフ・ネットワーク上にある点から目的点に到達するまでに、いかなる侵入路を取ろうとも、警備要員あるいは監視装置等により、少なくともK回確認されるようなそれらの配置を最小費用で実現するという問題である。さらに、上述のk重カット問題を、任意に与えられた大規模グラフ・ネットワークに対して解くことの出来る計算量論上効率の優れたアルゴリズムを導き、その有効性を各種の例題に適用することで確認した。研究計画の第2年度は、「研究目的・研究実施計画」の内、「専門家の定性的判断に基づくセキュリティ評価」と「セキュリティの観点からの社会システムの安全性評価」について主に考察した。特に、防犯監視システムを評価対象として、その運用と設計にこれらの安全性評価を適用してその有効性について検討した。まず、セキュリティの安全性評価法として、セキュリティ機能故障による損失(リスク)を、専門家の各損失の一対比較の形で定性化的に評価することにより、防犯監視システムの安全性指標を導いた。さらに、この評価値に基づく防犯監視システムの設計や運用への適用により、提案するセキュリティ評価法の有効性について考察した。研究計画の初年度である今年度は,「研究目的・研究実施計画」の内,「外敵の防備突破難易度の概念に基づく社会システムの安全性評価に対するシステム工学的手法の検討」について主に考察した。その中でも特に,「ネットワ-クで表現されるようなシステム(道路綱など)に対する警備要員,監視装置等の最適配置に関する検討」に重点を置いて研究を進めた。得られた成果の主なものは,以下の通りである。1.外敵の防備(警備要員,監視装置等)突破難易度をk重カット問題として定量化および定式化することを提唱した。k重カットの概念はグラフ理論でいうカットのそれを一般化したものであり,k=1の場合が従来のカットに相当する。k重カット問題あるいは警備の最適配置問題とは,侵入者がグラフ・ネットワ-ク上にある点から目的点に到達するまでに,いかなる侵入路を取ろうとも,警備要員あるいは監視装置等により,少なくともk回確認されるようなそれらの配置を最小費用で実現するという問題である。2.上述のk重カット問題を,任意に与えられた大規模グラフ・ネットワ-クに対して解くことの出来る計算量論上効率の優れたアルゴリズムを導き,その有効性を各種の例題に適用することで確認した。まず,k重カット問題は,一般化最大流問題を経由して解くことが出来ることを示し,ついで最大流問題におけるAhujaーOrlinによるプレフロ-・プッシュ・アルゴリズムを応用して一般化最大流を求めるアルゴリズムを導出した。提案したアルゴリズムに関する計算量論的検討を行った結果,効率に優れたアルゴリズムであることが証明された。また,本アルゴリズムは,最小人員での警備要員配置問題において特に優れていることを明らかにした。本年度は、研究計画と目的のうち、「専門家の定性的判断に基づくセキュリティ評価」と「セキュリティの観点からの社会システムの安全性評価」について主に考察した。特に防犯監視システムを評価対象として、その運用と設計にこれらの安全性評価を適用してその有効性について検討した。まず、セキュリティの安全性評価法として、セキュリティ機能故障による損失(リスク)を、専門家の各損失の一対比較の形で定性的に評価することにより、防犯監視システムの安全性指標を導いた。