hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハンドルセンサシステムを用いたドライバ生体・生理行動の定量推定

本研究では,ドライバの行動による自動車事故撲滅を目指し,運転時の肉体的疲労や心理的負担の推定手法の開発を目的とした.そして,ドライバのハンドル操作に着目し,ハンドルを握る圧力(把持行動)を最大32点の小型センサで計測するセンサシステムを用いた行動計測・状態推定手法を検討した.特にセンサシステムからの把持行動と時系列に得られる生体・心理指標とを同時計測し関連付け,運転支援にむけた計測・推定手法を提案した.本研究では,ドライバの行動による自動車事故撲滅を目指し,運転時の肉体的疲労や心理的負担の推定手法の開発を目的とした.そして,ドライバのハンドル操作に着目し,ハンドルを握る圧力(把持行動)を最大32点の小型センサで計測するセンサシステムを用いた行動計測・状態推定手法を検討した.特にセンサシステムからの把持行動と時系列に得られる生体・心理指標とを同時計測し関連付け,運転支援にむけた計測・推定手法を提案した.本研究は,非侵襲ながら接触計測が可能な,ハンドルセンサシステムを用いた把持行動計測と,生理指標や骨格モデル等との定量的整合性検証によるドライバ状態推定の実現を目指している.本年度は(1)ドライビングシミュレータへの基礎システム実装,(2)筋骨格モデル等把持行動解析モデルの構築,(3)ハンドルセンサによる計測環境の構築の3点を行うことで,基礎的な研究環境の構築を行った.まず,(1)としては,すでに構築ずみの試作センサに加え,生理指標計測用のサーモグラフィを導入し,それらをドライビングシミュレータ上にて統合した.これにより,ドライビングシミュレータ既存の運転環境プログラムを用いて,自動車模擬運転時の運転行動(アクセル・ブレーキ・ハンドル操作)・ハンドルの把持行動・鼻部温度差の同時計測が可能となった.ただし,試作センサについては,有線配線があることで操作者の行動を疎外する可能性があった.これの解決策を講じ,(3)に示す計測環境を構築した.これにより実際に被験者ドライバに対して,睡眠を誘導する実験を行い,眠気を有する行動と覚醒時の行動との間に優位な差が生じることを計測結果からも確認した.一方,運動学的見地からの行動モデル統合として挙げた(2)のモデル構築については,関係する文献調査を行い,本件研究に適用可能な,上肢筋骨格モデルを選定し,プログラム実装の準備を行った.本研究は,非侵襲ながら接触計測が可能な,ハンドルセンサシステムを用いた把持行動計測と,生理指標や骨格モデル等との定量的整合性検証によるドライバ状態推定の実現を目指している.本年度は(1)基礎システム計測情報と生体情報との統合,(2)運転行動にもとづくドライバ行動推定,(3)心理実験手法の構築を行った.まず,(1)としては,初年度に統合した試作センサ・生理指標計測用サーモグラフィに加え,心拍情報のワイヤレス計測器を導入した.サーモグラフィについては,画像解析の仕様上,試作センサと同等の時間分解能が得られず,参考データとせざるを得ない状態となった.そのため,心拍情報の導入を新たに検討し,把持行動とともに時系列計測が可能なシステムとした.また,初年度に導入した上肢筋骨格モデルに加え,(2)にある運転操作行動からドライバ行動意図を推定する解析アルゴリズムを構築し,発進や加速・減速などの運転基本行動の推定を実現した.以上の行動計測・推定系の検証を行うにあたり,(3)として被験者ドライバに対して任意の心理状態を付与するための,心理実験手法の構築を行った.これにより,ホワイトノイズ音や運転タスク選定により,ドライバにストレス状態を付与できることを,被験者実験とアンケート調査により確認・検証した.当初計画では,提案する試作センサにより得られるハンドル把持行動とドライバ心理の関係を,サーモグラフィを生理指標として検証することを目的とした.しかし,サーモグラフィによるデータの時間分解能を十分得られなかったことから,心拍情報の導入および被験者実験手法の構築によりこれを補う実験環境を構築した.
超臨界流体中における極性有機化合物の相互拡散係数の測定と推算

本研究は(1)超臨界CO_2中について従来測定データの少ない、より低圧域、および高圧域での各種溶質のD_<12>の測定、(2)極性溶質についてD_<12>測定を中圧域で行い、トレーサー応答法による測定限界およびその精度の評価、(3)推算式・モデルについて推算精度を検討し、推算法の確立を目的とした。超臨界溶媒としてCO_2とSF_6を、液体溶媒としてn-ヘキサン、シクロヘキサン、n-ドデカンを用いた。溶質として低圧域(15MPa以下)と高圧域(20MPa以上)で測定データの多いベンゼンとアセトン等を、また中圧域(15-20MPa)では単環芳香族類と脂溶性ビタミン類とを用いた。測定誤差の評価として誤差εの測定波長依存性、恒温槽中のカラム設置方向(水平、垂直)、トレーサー注入量の影響について調べた。測定は313.2Kでの8.5MPaから30MPaにおけるCO_2中のベンゼンとアセトンのD_<12>を測定した。特に13MPa以下においては信頼できるデータがなく、この領域についてのD_<12>相関式を提案した。313.2K,16.0MPaのCO_2中、および328.2K,14MPaでのSF_6中における各種ビタミン、不飽和脂肪酸誘導体を測定した。応答曲線がテ-リングしているのは溶質の極性のためと考えられている場合にも、溶質の低い溶解度のためにテ-リングが起こる場合があった。特にSF_6の場合、溶質がリノール酸メチルエステルの場合にテ-リングが認められたが、溶質注入量を減らした結果、左右対象の応答曲線が得られ、測定したD_<12>は溶媒自由体積による相関式により整理できた。16.0MPaでn-ヘキサン、n-ドデカン、シクロヘキサン中における芳香族化合物についてD_<12>を測定した。溶媒自由体積による相関式でよくD_<12>を整理できたが、さらに溶媒粘度nによる式でも溶媒によらずこれらD_<12>を同じパラメーターで精度よく相関できた。
ヘリックス配位子により形態制御された希土類金属錯体の創製と発光機能評価

DNAなど多くの生体高分子は、二重らせん構造や一重らせん構造など多彩な形態をとり、それらのらせん方向の反転が生命現象の重要なトリガーとなると考えられる。また、このような情報変換は、メモリーや光学材料、液晶材料など新規人工分子デバイスへの応用が期待できる。希土類金属錯体は高配位型のダイナミックな配位化学を持つので、外部刺激に応答したらせん構造の方向制御や化学量論の変換が可能で、さらに希土類中心からの発光機能の制御も期待できる。本研究では、そのようならせん型に形態制御された希土類金属錯体の創製とその化学量論的スイッチング、およびその構造変化に対応した希土類中心からの発光特性の評価を行った。本年度は、配位子のキラル中心の位置が、硝酸イオン濃度に応答した、希土類錯体の化学量論と発光の可逆的な制御に大きく寄与することを明らかにした。希土類金属イオンの高配位特性を活用して、直鎖状4座配位子と希土類イオンの2:1錯体を構築し、二重らせん型構造の構築に成功した。二重らせん型テルビウム(III)錯体に硝酸イオンを加えると、一本の配位子が外れ、3つの硝酸イオンと置換された10配位型三元錯体が形成された。また、これらの構造変換はテルビウム発光スペクトルからも確認できた。さらに、配位子内のキラル中心の移動により、それらの可逆的制御にも成功した。このように、希土類錯体の多様性を活用して、らせん構造の反転を伴う二重らせん構造と一重らせん構造間の可逆的なスイッチングが可能となり、新たな情報変換分子デバイスの可能性を拓いた。DNAなど多くの生体高分子は、二重らせん構造や一重らせん構造など様々な形態をとり、それらのらせん方向の反転が生命現象の重要なトリガーとなると考えられる。また、これらの機能は、メモリーや光学材料、液晶材料など新規人工分子デバイスへの応用が期待できる。本研究代表者は最近、置換活性な遷移金属イオンの特性を活用すると、らせん構造の構築と、硝酸イオンや溶媒などアキラルな外部刺激に応答したらせん構造の瞬時な反転を見いだした。一方、希土類金属錯体は多彩な配位特性を持つので、配位子の適切な分子設計や外部刺激を活用すると、らせん構造の方向制御のみならず、化学量論を制御でき、希土類発光特性の制御も期待できる。本特定領域研究は、そのようならせん型に形態制御された希土類金属錯体の創製とその化学量論的スイッチング、およびその構造変化に対応した希土類金属イオン中心からの発光特性の評価に成功をおさめた。希土類金属イオンは高配位型錯体の形成が可能なので、直鎖状4座配位子Lと配位子:金属イオン=2:1錯体を構築し、二重らせん型構造を持つことを見いだした。二重らせん型(L)_2-Tb^<3+>錯体に硝酸イオンを加えると、一本の配位子が外れ、3つの硝酸イオンと置換された10配位型三元錯体が形成された。硝酸イオンの添加により、化学量論のみならず、Tb^<3+>まわりのらせん構造も反転することが明らかになった。また、これらの構造変化はテルビウム発光スペクトルからも確認できた。このように、多彩な配位特性を持つ希土類金属錯体を活用すると、二重らせん構造から一重らせん構造への変換と、らせん構造の反転という二重スイッチングが可能となり、新たな情報変換分子デバイスの可能性を拓いた。
フラーレンが内包されたポルフィリン棒状集合体の構造制御と光電変換への応用

本研究では真空蒸着やスピンコート等の従来のトップダウン的な分子集合体・薄膜作製法とは異なり、分子レベルからのボトムアップ型の集合体構築に焦点を当て、ドナー分子であるポルフィリン層が外層、アクセプター分子であるフラーレン誘導体が内層というフラーレン内包型ポルフィリンナノロッドの構築を行った。その結果、光電変換機能の系統的発現が観測され、実際に高い光電変換特性が観測された。我々はこれまでにフラーレンC_<60>が内部包接されたポルフィリンナノロッドの合成・作製に成功している(Chem.Commun,3372-3374(2008))。このナノロッドでは、外側にポルフィリン集合体層、内側にフラーレン集合体層という極めて希な内外二重構造を有しており、外側のポルフィリン層を光照射することにより良好な光誘起電子移動・光電変換機能が観測される。本研究ではこの系をさらに発展させて、フラーレンC_<60>に嵩高さの異なる置換基を導入したC_<60>誘導体及びC_<70>を用いて同様の作製条件によりポルフィリンナノロッド作製を行った。その結果、C_<70>を挿入したときは直径及び長さに変化がほとんど無いものの、C_<60>誘導体を用いたときは基本分子の嵩高さが増すにつれて直径及び長さともに増大するという結果になった。一方、動的光散乱法による粒子サイズ測定の結果から内包されるフラーレン集合体の粒子サイズは置換基の嵩高さが増すにつれて大きくなるという結果が得られた。これらの結果から、ポルフィリン集合体内部に内包されるフラーレン集合体のサイズがロッド集合体の構造にも大きな影響を与えていることが分かった。過渡吸収スペクトル・蛍光寿命測定からポルフィリン外層からフラーレン内層への光誘起電子移動過程は集合体サイズに大きく依存することが分かった。すなわち、ロッド直径が大きくなるにつれをて、電荷分離過程及び電荷再結合過程ともに寿命は長くなる。さらに、このナノロッドを透明電極上に薄膜化して光照射するとロッドサイズに依存して光電変換特性の変化が観測され、特にロッドサイズが大きい場合、良好な光電変換特性が観測された(IPCE:35%及び変換効率0.63%)。今年度は棒状の炭素材料であるカーボンナノチューブを用いた分子複合体の構築と電子移動及び光電変換機能の各特性評価を行った。まず、バンドギャップ特性が異なる単層カーボンナノチューブ[(7,6)-SWCNT or (6,5)-SWCNT]にポルフィリン色素を修飾した分子集合体の構築を行った。透過型電子顕微鏡による構造評価及び紫外可視吸収・蛍光スペクトルによる定常分光測定により集合体形成を確認した。次に、光誘起電荷分離過程の評価を行った。蛍光寿命測定及びナノ秒過渡吸収スペクトル測定により電子移動(K_<cs>)及び電荷再結合過程(K_<CR>)の速度定数を算出し、その電子移動効率比K_<cs>/K_<CR>,を比較したところ、(7,6)-SWCNTの方が高い値を示すことが分かった。また、電子移動効率比が光電変換特性にも影響を与えることを明らかにした。これらの研究成果はカーボンナノチューブの電子移動におけるバンドギャップ依存性を示す最初の報告例となった(J.Am.Chem.Soc., 2010,132,8158-8164)。さらに、カーボンナノホーンとポルフィリン色素が超分子組織化された分子集合体を構築し、その構造、光誘起電子移動及び光電変換特性の評価を系統的に行った(Chem.Eur.J.2010,16,10752-10763)。この場合も光電気化学セルによる光電変換特性評価では光電流発生の外部量子効率(IPCE)は十分な値ではないが、カーボンナノチューブの光機能化において新たな分子集積手法を確立した。
日本所在の上代染織品の調査・研究

東京国立博物館に保管されている約2千有余件の上代裂は、列品として法隆寺宝物館で陳列されているものと、未整理品として一括保存されているものとに分れられる。このうち後者の染織品は、かつて寺から献納される際に一時、正倉院に仮置きされていたため、搬出の際に染織品の一部が取り違えられてしまった。このため、献納宝物の中の東大寺(正倉院)伝来の染織品が、また、正倉院の中には献納宝物のそれらが混在しているのが現状であった。こうした現状を踏まえて、染織品を一点ごとに精査し、基礎資料となる調書を作成することを第一の目的とするととともに、これらの染織品と関連がある国内所在の上代染織品も調査し、同様に調書を作成することであった。この調書は、材質・織法・繍法・文様・縫製法・用途等を記入するとともに、さらに、一歩踏み込んで、織物の文丈・〓間幅、経糸と緯糸の色数、糸の撚りなどという裂そのものを精査しなければ得られない基礎的データーを記入するものである。その結果を基に、国内所在の上代裂を可能な限り把握し、整理分類して、時代なども明らかにするとともに、法隆寺や正倉院との識別も試みるつもりであった。これまでに東京国立博物館をはじめ、奈良国立博物館・京都国立博物館・国立歴史民俗博物館・正倉院事務所・白鶴美術館・黒川古文化研究所・藤田美術館・大和文華館・法隆寺・叡福寺等を調査し、ある程度の調書を作成することができた。しかし,点数の多い東京国立博物館と法隆寺はすべてにわたっての調査は完了していない。このため、報告書は調査を終了した機関のうち裂帳を所蔵していた歴博・白鶴・黒川・藤田・大和の各機関の染織品につて、法隆寺裂と正倉院裂との識別等についてまとめることにした。なお、調査の完了していないものについては可能な限り調査を継続して行ない、国内所在の上代裂の資料を充実したものにして行きたい。東京国立博物館に保管されている約2000有余件の上代裂は,列品として法隆寺宝物館で陳列されているものと、未整理品として一括したまま現在に及んでいるものとに分けられる。このうち後者の未整理品の染織品は、かって寺から献納される際に一時、正倉院に仮置きされ、一部が正倉院裂と取り違えて運ばれたものも含まれている。このため法隆寺献納宝物の中に東大寺(正倉院)伝来の染織品が、また、正倉院の染織品の中には法隆寺献納宝物のそれらが混在しているのが現状である。こうした現状を踏まえて、染織品を一点ごとに精査して基礎資料となる調書を作成することを第一の目的とする。それとともに、これらの染織品と関連がある国内所在の上代染織品も調査し、同様に調書を作成する。この調書は裂を肉眼で直接観察し、材質・織法・繍法・文様・縫製法・用途・銘文・保存状況等を記入するとともに、さらにもう一歩踏み込んで、織物の文丈・〓間幅、染物の一文様の大きさ、経糸と緯糸の色数、糸の撚り、一センチ間の糸の密度等という、裂そのものを精査しなければ得られない基礎的デ-タ-を記入するものである。

その結果を基に、国内の上代染織品を可能な限り把握し、整理分類して、時代や製作地なども明らかにするとともに、前記の法隆寺未整理品については正倉院との識別も試みるつもりである。東京国立博物館に保管されている約2千有余件の上代裂は、列品として法隆寺宝物館で陳列されているものと、未整理品として一括保存されているものとに分けられる。このうち後者の染織品は、かって寺から献納される際に一時、正倉院に仮置きされ、この中の一部が正倉院裂と取り違えて運ばれたものも含まれている。このため、法隆寺献納宝物の中に東大寺(正倉院)伝来の染織品が、また、正倉院の中には献納宝物のそれらが混在しているのが現状である。こうした現状を踏まえて、染織品を一点ごとに精査して基礎資料となる調書を作成することを第一の目的とする。それとともに、これらの染織品と関連がある国内所在の上代染織品も調査し、同様に調書を作成する。この調書は裂を肉眼で直接観察し、材質・織法・繍法・文様・縫製法・用途・銘文・保存状況等を記入するとともに、さらに一歩踏み込んで、織物の文丈・〓間幅、染物の一文様の大きさ、縫糸と緯糸の色数、糸の撚り、一センチの間の糸の密度等という裂そのものを精査しなければ得られない基礎的デ-タ-を記入するものである。その結果を基に、国内所在の上代染織品を可能な限り把握し、整理分類して、時代や製作地なども明らかにするとともに、法隆寺未整理品については正倉院との識別も試みるつもりである。今年度は昨年同様、未調査のものについては引き続き継続調査を行なった。調査箇所は奈良国立博物館、法隆寺、正倉院、白鶴美術館、藤田美術館、小原流芸術参考館、京都国立博物館、国立歴史民俗博物館である。また、これとあわせて可能な限り写真の撮影も行なった。しかし、各機関の総点数が多いため、すべてにわたっての調査は終了していない。このため、この調査は来年度も継続して行ないたい。なお、来年度は最終年度にあたるため、調査の終了した範囲内で報告書を作成する予定でいる。東京国立博物館には上代裂が約2千有余件保管されている。これらは列品として法隆寺宝物館で陳列されているものと、未整理品として一括保存されているものとに分けられる。このうち後者の染織品は寺から献納される際に、正倉院に一時仮置きされていた。このため、これらを搬出する時に一部が正倉院裂と取り違えて運ばれてしまったことから、献納宝物の中に正倉院の染織品が、また、正倉院の中に献納宝物のそれらが混在してしまっているのが現状である。こうした現状を踏まえて、染織品を一点ごと精査して基礎資料となる調書を作成することを第一の目的とした。それとともに、これらの染織品と関連がある国内所在の上代染織品も調査し、同じく調書を作成することにあった。この調書は裂一点ごとに材質・織法・文様・縫製法・用途は勿論のこと、さらに、一歩踏み込んで、織物の文丈・〓間幅・経糸と緯糸の色数・糸の撚りなどの詳細な基礎的データーを記入するものである。その結果を基に、国内所在の上代裂を可能な限り把握し、整理分類して、時代なども明らかにするとともに、法隆寺裂や正倉院裂との識別も試みるつもりである。本年度も昨年同様、未調査の作品について継続調査を行なった。調査機関は東京国立博物館をはじめ、奈良国立博物館・法隆寺・正倉院・藤田美術館の各機関である。しかし、東京国立博物館と法隆寺については点数が多いので、今回もすべてにわたっての調査は完了していない。科研は今年度で最後であるが、この調査は継続して行ない、上代裂の資料を充実したものにして行きたいと思っている。
マウス口蓋裂発生におけるアポトーシスの関与について

二次口蓋発生における口蓋板癒合面の上皮細胞の消失に、アポトーシスが関与しているといった仮説の下、妊娠1113日のICRマウスに5-bromodeoxyuridine(BrdU)の反復腹腔内投与を行い、意図的に細胞死のプログラムを狂わせ口蓋裂発生の実験モデルを作製。正常発生群とBrdU投与群における口蓋板先端の細胞動態について形態的、免疫組織学的に観察を行った。結果は、ナイルブルー生体染色における実体顕微鏡下の観察において、正常発生群で二次口蓋癒合相当部に死細胞の貧食を伺わせるマクロファージの集積を示す陽性細胞を認めた。BrdU投与群では口蓋裂が確認され、口蓋板先端の内側縁にナイルブルー陽性細胞を認めなかった。H-E染色において正常発生群では癒合した口蓋内部の間葉細胞中に一部、消失途中と思われる上皮組織の残遺とアポトーシス小体が確認された。BrdU投与群では口蓋板は離開し、先端の上皮は鼻腔側、口腔側の上皮と比較し菲薄な扁平上皮であった。さらに免疫組織学的に、TUNEL法を用いたDNAfragmentationの観察、アポトーシスの実行経路としてTNF(腫瘍壊死因子)類似のファミリーであるFas/Fas ligandを介する経路について検索した。結果はいずれも正常発生群において陽性細胞を認めたが、BrdU投与群で陽性細胞を認めず、二次口蓋癒合部の正中上皮細胞の消失にアポトーシスの関与が示唆され、BrdUによる口蓋裂発生はアポトーシスの不履行によるものと考えられた。二次口蓋発生における口蓋突起癒合面の上皮細胞の消失はapoptosis説、eplthellal-mesenchymal transformation説、migration説が唱えられており論議の焦点となっているようである。我々はプログラム細胞死の起こる時期にapoptosis発現を抑制することで口蓋裂が発生するといった仮定の下、TONEらによる5-bromodeoxyurldine(BrdU)を用いた口蓋裂マウスモデルを作成、通常のマウス口蓋発生と比較して細胞消失がapoptosisに由来するものか否かを検索した。Nileblue生体染色における実体顕微鏡下の観察では、正常群は二次口蓋癒合相当部に死細胞の貪食によるマクロファージの集積を示すNile blue陽性細胞の集積を認めたのに対しBrdU投与群では口蓋裂が観察され、さらに本来癒合すべき口蓋突起先端の内側縁にNile blue陽性細胞の集積は認められなかった。また癒合直後ではH-E染色において正常群で癒合した口蓋内部の間葉組織中に一部上皮細胞の残遺を認め、同時期のBrdU投与群では口蓋突起は離開しその先端部上皮は鼻腔側、口腔側の上皮と比較して12層の菲薄な扁平上皮を認めた。さらにin situにおけるDNA fragmentationの観察のためTdT-mediated dUTP-biotinnick end labelling法(TUNEL法)を用いてavldin-FITCを標識とした蛍光顕微鏡的観察とSAB(streptavidin-blotin)法による観察を行った。正常群ではavidin-FITC標識、peroxidase標識DAB発色標本において口蓋突起癒合部の鼻腔側、口腔側にDNA fragmentationを示すTUNEL陽性細胞を認めたが、BrdU投与群では口蓋突起先端の上皮細胞は両者ともにTUNEL陽性細胞を認めなかった。現在、さらに免疫組織化学的手法によりapoptosisのシグナルを細胞に伝える細胞表面タンパク質であるFas抗原の発現について実験中である。二次口蓋発生における口蓋突起癒合面の上皮細胞の消失に、アポトーシスが関与しているといった仮説の下、妊娠1113日のICRマウスに5-bromodexyuridine(BrdU)の反復腹腔内投与を行い、意図的に細胞死のプログラムを狂わせ口蓋列発生の実験モデルを作製。正常活性群とBrdU投与群における口蓋突起先端の細胞動態について形態的、免疫組織学的に観察を行った。

結果は,Nile blue生体染色における実態顕微鏡下の観察において、正常発生群で二次口蓋癒合相当部に死細胞の貧食を伺わせるマクロファージの集積を示すNile blue陽性細胞を認めた。BrdU投与群では口蓋列が確認され、口蓋突起先端の内側縁にNile blue陽性細胞を認めなかった。H-E染色において正常発生群では癒合した口蓋内部の間葉細胞中に一部、消失途中と思われる上皮組織の残遺とアポトーシス小体が確認された。BrdU投与群では口蓋突起は離開し、先端の上皮は鼻腔側、口蓋側の上皮と比較し菲薄な扁平上皮であった。さらに免疫組織学的に、TUNEL法を用いたin situにおけるDNA fragmentationの観察、アポトーシスの実行経路としてTNF(腫瘍壊死因子)類似のファミリーであるFas/Fas ligandを介する経路について検索した。結果はいずれも正常発生群において陽性細胞を認めたが、BrdU投与群で陽性細胞を認めず、二次口蓋癒合部の上皮細胞の消失にアポトーシスの関与が示唆され、BrdUによる口蓋列発生はアポトーシスの不履行によるものと考えられた。
非線形予測子係数族による結合振動子系の時系列解析と実データへの応用

多数のリミットサイクル振動子が一様に大域結合したシステムに対して,各振動子の状態変化が時系列信号として同時計測される場合を想定した.この条件下で,システムを記述する位相方程式を時系列データから逆推定する手法を開発した.特に,各振動子の自然周波数や振動子間の結合関数など,システムの重要な特徴量が精度よく推定できることを、レスラー方程式の結合系のシミュレーションデータを用いて確かめた.また,得られた位相方程式によって同期領域の予測が可能であることを示した.化学振動子のデータ(バージニア大学非線形グループとの共同研究)に応用することによって,実システムに対しても,本開発手法が十分に適用できることを確認した.このように非侵襲的なアプローチで結合振動子系の特徴量が時系列のみから推定できるのは活気的なことであり,サーカディアンリズムなどの生物系への幅広い応用が今後期待される.さらに,音楽への応用の一つとして,合唱における同期解析を行った.二名の歌唱者の合唱時におけるEGGデータを計測し,基本周波数の引き込み現象を調査した.同期の強さを表す特徴量としては,引き込み時間と周波数比を用いた.音楽大学にて声楽を専攻する学生と一般学生との比較実験を行ったところ,特に男性において,音大生が一般学生よりも強い引き込み能力を持つことが分かった.女性については男性ほど明確な差異はみられず,歌唱以外の音楽経験などの要因が重要であることが示唆された.合唱を起点として,オーケストラなどの総合音楽へと発展させることで,同期解析の応用範囲を今後さらに広げてゆくことが望まれる.時系列データに基づいて結合非線形振動子の同期解析を行なうための基礎となる研究開発を行なった.特に,結合強度や外力周波数等の係数空間における,同期および非同期の存在領域とその間の境界を示す同期図を逆推定する方法を開発した.まず,従来法である,単一の非線形モデルによる同期図の推定法にアンサンブル法の概念を導入し,推定の頑強化を行なった.結合非線形振動子の単純な例として,周期外力を持つコルピッツ電気回路のシミュレーションデータに適用して,アンサンブル法の有効性を確認した.特に,非線形モデルの最適化に鋭敏であった従来法に比べて,推定の信頼性が格段に向上することが分った.次に,人間の発話の根幹をなす声帯振動システムに同期図の推定法を応用した.予備実験として,声帯振動を記述する微分方程式モデルに対して手法の有効性,データへの依存性(同期・非同期/カオス・リミットサイクル)を調査した.その結果に基づいて,人間から摘出した声帯を用いた吹鳴実験データの解析を行なった.低次元の非線形モデルによって,声帯の分岐現象や胸声・地声・ファルセット間のレジスター遷移が忠実に再現できることを示した.これは,声帯振動の同期解析のための重要な第一歩であり,声帯病理の自動診断技術への今後の応用可能性を支持している.非線形振動子の計測データから,同期領域を予測するアルゴリズムの開発を行った.17年度までの研究では,アンサンブル法による基本アルゴリズムの頑健化を行った.これに引き続いて,18年度は,CPR法を組み合わせることによって,非位相調和型カオスへの拡張を行った.CPR法はリカレンスプロット法に基づいて近年開発された新しい同期の判定手法で,計算の際に最もデリケートな問題となる,データからの位相抽出を必要としない.これによって,力学構造が複雑で位相調和性(phase-coherence)を持たないより一般的なカオスの結合系に対しても本手法が適用可能となった.また,拡張手法の外部ノイズに対する特性を詳細に調査し,アンサンブル数十分に増やすことによって,15%程度までのノイズに対して同期領域の予測が精度良く行えることを確かめ,本手法がノイズに対して十分に頑健であることを示した.さらに,化学振動子のデータ(バージニア大学非線形グループとの共同研究),および声帯振動のデータ(フンボルト大学理論生物学科およびチェコアカデミーオブサイエンスとの共同研究)に応用し,実システムに対しても,本開発手法が十分に適用可能であることを確認した.特に,化学振動子の実験系は生物リズム振動子のよいシミュレータとなっており,今後,本手法を脳神経系データやサーカディアン振動子へ応用するためのよい基礎データとなった.また,声帯振動に対する応用は,声帯吹鳴と呼ばれる,人間の声帯振動を忠実に再現した実験系を用いたものであり,将来的には病理音声の自動診断への基礎研究として期待できる.多数のリミットサイクル振動子が一様に大域結合したシステムに対して,各振動子の状態変化が時系列信号として同時計測される場合を想定した.この条件下で,システムを記述する位相方程式を時系列データから逆推定する手法を開発した.特に,各振動子の自然周波数や振動子間の結合関数など,システムの重要な特徴量が精度よく推定できることを、レスラー方程式の結合系のシミュレーションデータを用いて確かめた.また,得られた位相方程式によって同期領域の予測が可能であることを示した.化学振動子のデータ(バージニア大学非線形グループとの共同研究)に応用することによって,実システムに対しても,本開発手法が十分に適用できることを確認した.このように非侵襲的なアプローチで結合振動子系の特徴量が時系列のみから推定できるのは活気的なことであり,サーカディアンリズムなどの生物系への幅広い応用が今後期待される.さらに,音楽への応用の一つとして,合唱における同期解析を行った.二名の歌唱者の合唱時におけるEGGデータを計測し,基本周波数の引き込み現象を調査した.同期の強さを表す特徴量としては,引き込み時間と周波数比を用いた.音楽大学にて声楽を専攻する学生と一般学生との比較実験を行ったところ,特に男性において,音大生が一般学生よりも強い引き込み能力を持つことが分かった.

女性については男性ほど明確な差異はみられず,歌唱以外の音楽経験などの要因が重要であることが示唆された.合唱を起点として,オーケストラなどの総合音楽へと発展させることで,同期解析の応用範囲を今後さらに広げてゆくことが望まれる.
造血支持骨髄間質細胞の機能分子の解析

我々は、SV40T抗原導入トランスジェニックマウスより33種の骨髄間質細胞株(TBR cell lines)を樹立した。胎児肝細胞を用いたコロニーアッセイの結果、それらの支持する血球のLineageは明瞭な選択性を示した。その選択性は既知の造血因子の発現と相関を示さず、未知の細胞表面分子の関与が示唆された。そこで、DNAマイクロアレイ法を利用して、赤芽球造血支持能に関与する未知の骨髄間質細胞表面分子の同定を計画した。まず、TBR cell linesのうち赤芽球造血を支持しない3種の細胞株(E-:TBRl7,TBR33,TBR511)と赤芽球造血を支持する3種の細胞株(E+:TBR9,TBR184,TBR31-2)よりそれぞれRNAを抽出し混合した後、cDNAを合成、DNAマイクロアレイ法によりそれぞれの遺伝子発現のプロファイリングを比較した。その結果、7226遺伝子中、466遺伝子がE+でE-と比較して2倍以上の発現を示し、686遺伝子がE-でE+と比較して2倍以上の高い発現を示した。次に、その候補遺伝子から定量PCR(RQ-PCR)によりそれぞれの発現量を比較した結果、E+において有意に発現が増加していた候補遺伝子Tenascin-C(TN-C)を得た。次にTN-Cに対するsiRNAを作成し、RNA interference法(RNAi)によりTN-Cの発現抑制実験を行った。siRNA添加後、RQ-PCRにて71%のTN-Cの発現抑制効果が得られ、ウエスタンブロット法において蛋白質レベルでの抑制も確認することが出来た。RNAiによりTN-Cを発現抑制したE+を用いて赤芽球コロニーアッセイを行なった結果、赤芽球コロニーの有意な減少を認めた(TBR9:18.0±6.2versus4.7±4.8colonies;P<0.05、TBR184:15.3±8.3versus0.3±0.5;P<0.05)。また外因性TN-CをTBR cell lineに添加して赤芽球コロニーアッセイを行うと、赤芽球コロニーは有意な増加を認めた(TBR184:13.3±3.5versus20.0±2.0;P<0.05、TBR31-2:7.5±3.1versus13.5±2.6;p<0.05)。以上より、骨髄間質細胞においてTN-Cの発現が赤芽球造血に関与している事が示唆された。SV40T導入transgenicmouseより樹立した骨髄間質細胞株は、赤芽球コロニー形成支持能を有するものと有しないものに分かれる。そこで、DNA microarray法を利用して、赤芽球コロニー形成支持能を規定する細胞表面分子の同定を計画した。

前年度、DNA microarray法を用いて、赤芽球コロニー形成を支持する3種の細胞株(TBR17,33,511;E+群)と支持しない3種の細胞株(TBR9,184,31-2;E-群)の発現遺伝子の差を調べた。そのうちE+群からtenascin C(E+が3.8倍)、E-群からdelta-like 1(E+が0,05倍)を選び出し、RNAi法により機能解析を行った。TBR17において、delta-like 1の発現はコントロールの2,626(copies/GAPDH copies以下同様)に比べて646と75.4%の発現抑制を示し、TBR9においてtenascin Cの発現はコントロールの102,669に比べて9,900と90.4%の発現抑制を示した。この抑制は、immunoblotting法でも確認された。これらのsiRNAを細胞株に導入して胎児マウス肝細胞を用いて赤芽球コロニーアッセイを行ったところ、tenascin-CのsiRNAはTBR9で95%のコロニー減少を誘導したが、delta-like 1のsiRNA導入では、TBR17で、コロニー形成能に変化を認めなかった。以上より、マウス骨髄間質細胞においてtenascin-Cの発現が赤芽球造血に関与していることが示唆された。
器官形成過程におけるWnt関連因子の機能解析

昨年度の研究成果から,恒常的プロモーター(CAGプロモーター)下に,Wnt/canonicalシグナル抑制因子,Dickkopfl(Dkkl)遺伝子を連結した過剰発現トランスジェニックマウス(CAG-Dkklマウス)では,前脳の縮小が見られた。そこで,実際,このDkkl遺伝子過剰発現マウスでWnt/canonicalシグナルが,野生型胚よりも,抑制されているのかどうかTop-galトランスジェニックマウス(Wnt/canonicalシグナル最下流で作用する転写因子Tcf/lef転写因子の結合配列にレポーター遺伝子LacZ遺伝子を連結させたコンストラクトを持つマウス)と交配させることによって検討した。Top-galトランスジェニックマウスでは,頭部表皮外胚葉,頭部間葉細胞でX-galの活性が見られるが,CAG-Dkklマウスではそれら活性が劇的に減少していることがわかった。さらに,Wnt/canonicalリガンドの一つであるWnt8A遺伝子の過剰発現マウスを作製し,その表現型の解析を行った。結果,Wnt8A遺伝子過剰発現マウスでは,前脳がほとんど形成されないことがわかった。これらの結果から,マウス胚における前脳形成には,Wnt/caonicalシグナルの抑制と活性化がバランス良く調整されることが,前脳形成に重要であることがわかった。またWnt以外にも,脊椎動物において正常なボディパターニングに重要な分泌性因子として,BMP因子がある。BMP因子群も数多くのファミリー遺伝子を持っており,Wnt因子と同様に単独遺伝子欠損マウスでは,ファミリー遺伝子の相補によって,表現型として現れてこないことがある。そこで,BMPシグナル抑制因子である,Noggin遺伝子を用いて,過剰発現マウス(CAG-Nogginマウス)を作成した。CAG-Nogginマウスでは,原条形成時期において異常が見られ,その直後,胚性致死となることがわかった。ホメオボックス遺伝子であるOtx2遺伝子は、その遺伝子欠損マウスの表現型から、頭部形成・前後軸決定に極めて重要な機能を持つ遺伝子であることが示唆されている。さらに、Otx2遺伝子は原条形成時期(受精後約6.5日目)に形成される臓側内胚葉で発現し、この組織における発現が前方決定に重要であることも明らかにされている。そこで、我々は、この臓側内胚葉におけるOtx2遺伝子の発現制御領域を解析し、上流で働く転写因子の同定を行った。以下に解析結果を記述する。1)マウスOtx2遺伝子の臓側内胚葉特異的な発現制御領域は、ヒト、ニワトリ、トラフグなど、種を超えてよく保存していることがわかった。2)保存された制御領域には共通の塩基配列が存在しており、その配列はフォークヘッドファミリーの結合配列とよく一致していることがわかった。3)フォークヘッドファミリーの一つであるFoxa2(Hnf3β)遺伝子は、今回得られた制御領域に直接結合し、転写活性化に働いていることがわかった。4)臓側内胚葉においてFoxa2、Otx2遺伝子共に、Wnt/canonicalシグナルの拮抗因子であるDickkopf1(Dkk1)遺伝子を介して、前方決定に働いていることが示唆された。5)一方、頭部誘導に関しては、Otx2遺伝子は前方中内胚葉におけるDkk1遺伝子を活性化させて頭部誘導に促進的に働き、Foxa2遺伝子はDkk1遺伝子を抑制させることによって頭部誘導に対して抑制的に働くことがわかった。以上の結果から、今まで前後軸決定に重要であることが報告されていた臓側内胚葉の転写カスケードの一端が明らかになり、またこのメカニズムは進化的にもよく保存されていることが示唆された。
高速・高精度ノイズ除去技術に基づく脳MRIコネクトームの高精度化

脳画像研究における信号雑音比をさらに向上させるため、申請者はノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く通常の手法では医用応用が困難であったNon-local means (NLM) filterと呼ばれる高精度ノイズ除去アルゴリズムをGPGPU(General Purpose GPU)で高速化させたソフトウェアを開発した。本研究では、このノイズ除去ソフトウェアをヒトおよび動物の脳MRIに適応し、近年技術革新を遂げている脳コネクトームへの有用性を明らかにした。脳MRIコネクトームは、脳のネットワーク状態を網羅的に評価でき、精神疾患のような複雑な病態の解明や診断精度の向上が期待される新技術である。しかし、MRIの撮像に伴うノイズはコネクトーム解析上、大きな問題である。これまで申請者らは、ノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く医用応用が困難であったNon-local means法をGeneral Purpose GPU(GPGPU)技術で超高速化させることに成功し、形態MRIへの有用性を明らかにしてきた。本研究の目的は、この技術をさらに発展させ、基礎・臨床両面における脳MRIコネクトーム高精度化の可能性を明らかにすることにある。平成27年度では、小動物撮像のための7T-MRI装置の運用準備を行うとともに、3T-MRIでのヒト健常者での形態MRIや拡散テンソル画像(DTI)、安静時機能的MRI(rs-fMRI)のデータ取得を行った。また、コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発および既存のデータセットを用いた検証を行った。ソフトウェアをバージョンアップさせ、DTIやrs-fMRIのような4次元データにおけるノイズ除去も可能となった。さらに、アメリカ合衆国におけるアルツハイマー病脳画像診断法の先導的研究(ADNI)で公開されているDTIデータを用いて、ノイズ除去性能の検証を行い、その有用性を示すことに成功した。1コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発に関して。CUDAバージョンアップを行うとともに、DTIやrs-fMRIに対応させるために4次元データにも対応できるようにソフトウェアのバージョンアップを行った。さらに、ADNIデータセットを用いて50名のアルツハイマー病患者と50名の健常者のDTIに本ソフトウェアを応用し、ノイズ除去による両者の差異の顕在化に成功するなど、当初の計画以上に質の高い結果を得ることに成功した。2小動物の脳MRI撮像に関して。新規導入された7T-MRI装置に関しては現在倫理委員会申請などの環境構築中であり、当初の計画よりもやや遅れているものの、共同研究を行っている京都府立医科大学に設置済の7テスラ小動物用MRI装置でのデータ取得は行えている。3ヒト健常者の脳MRI撮像に関して。2と同様、7T-MRIの計画は当初よりもやや遅れているものの、3T-MRI装置での撮像は順調に進展している。さらに、ADNIデータセットを用いた50名以上のDTIおよびrs-fMRIのデータを用いた解析にも着手できており、当初の計画と同等かそれ以上に進展している。上記を鑑み、計画はおおむね順調に進展しているものと判断した。平成28年度では、3T-MRIでのヒト健常者および統合失調症患者での形態MRIや拡散テンソル画像(DTI)、安静時機能的MRI(rs-fMRI)のデータ取得を行うとともに、7T-MRI装置でのヒト健常者での形態MRI等のデータ取得を開始した。また、アメリカ合衆国におけるアルツハイマー病脳画像診断法の先導的研究(ADNI)で公開されているDTIデータを用いて、昨年度バージョンアップさせたソフトウェアを用いてノイズ除去性能の検証を行った。結果、4次元データにおいてもGPGPUノイズ除去アルゴリズムの有用性を示すことに成功した(Oishi N,第57回日本神経学会総会にて発表)。さらに、GPGPUを用いた新規ノイズ除去アルゴリズムとして、近年脚光を浴びている深層学習を用いた形態MRIのノイズ除去ソフトウェアのプロトタイプを開発した。現時点では予備的な検討ではあるが、Non-local means法よりも高いノイズ除去性能を示すことに成功した。CUDAバージョンアップを行うとともに、ソフトウェアの改良を行った。また、ADNIデータセットを用いて50名のアルツハイマー病患者と50名の健常者のDTIに本ソフトウェアを応用し、ノイズ除去による両者の差異の顕在化に成功し学会発表するなど、当初の計画以上に質の高い結果を得ることに成功した。さらに、深層学習を用いたより高精度なノイズ除去アルゴリズムの開発に着手し、予備的な検討ではあるもののNon-local meansアルゴリズムより高精度なノイズ除去を達成するなど当初の計画以上に進展している。新規導入された7T-MRI装置に関しては現在倫理委員会申請などの環境構築中であり、当初の計画よりもやや遅れており、また我々が使用していた動物実験室が2016年7月以降火災のため使用できなくなったため計画としては遅れている。しかし、共同研究を行っている京都府立医科大学に設置済の7テスラ小動物用MRI装置でのデータ取得は完了し、現在論文投稿中である。

7T-MRIについても健常者でのデータ取得を開始し、3T-MRI装置での撮像も健常者のみならず統合失調症患者においても順調に進展している。さらに、ADNIデータセットを用いた合計168名のDTIおよびrs-fMRIのデータを用いた解析にも着手できており、当初の計画と同等に進展している。上記を鑑み、計画はおおむね順調に進展しているものと判断した。脳MRIコネクトームは、脳のネットワーク状態を網羅的に評価でき、精神疾患のような複雑な病態の解明や診断精度の向上が期待される新技術である。しかし、MRIの撮像に伴うノイズはコネクトーム解析上、大きな問題である。これまで申請者らは、ノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く医用応用が困難であったNon-local means法をGeneral Purpose GPU(GPGPU)技術で超高速化させることに成功し、形態MRIへの有用性を明らかにしてきた。本研究の目的は、この技術をさらに発展させ、基礎・臨床両面における脳MRIコネクトーム高精度化の可能性を明らかにすることにある。脳画像研究における信号雑音比をさらに向上させるため、申請者はノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く通常の手法では医用応用が困難であったNon-local means (NLM) filterと呼ばれる高精度ノイズ除去アルゴリズムをGPGPU(General Purpose GPU)で高速化させたソフトウェアを開発した。本研究では、このノイズ除去ソフトウェアをヒトおよび動物の脳MRIに適応し、近年技術革新を遂げている脳コネクトームへの有用性を明らかにした。現時点で、本研究はおおむね順調に進展しているため、平成28年度も当初の研究計画に基づいて推進していく。1コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発に関して。DTIにおける方向成分、rs-fMRIにおける時系列成分などを活用した新規アルゴリズム開発を行っていく。また、NLMより高性能なアルゴリズムについても導入を検討する。2小動物の脳MRI撮像に関して。7T-MRI装置の環境構築を継続して行っていくとともに、撮像可能になり次第データ取得に着手する。3ヒト健常者の脳MRI撮像に関して。3T-MRI装置でのデータ取得を継続して行うとともに、2と同様、7T-MRIは撮像可能になり次第データ取得に着手する。また、ADNIデータセットを用いた50名以上のDTIおよびrs-fMRIのデータを用いた解析も継続して行っていく。4小動物、ヒト健常者のMRIによるノイズ除去性能の検証に関して。上記で開発したソフトウェアおよび取得したデータを用いて検証を行っていく。
マルコフ連鎖を用いた組合せ的対象のランダム生成法および数え上げ

多変量離散分布に対する効率的なランダムサンプリング法の開発に従事した.詳細には高次元単体中の整数格子点上に定義された分布に対して,分布を記述する関数が交互不等式と呼ばれる不等式を満たす場合について,マルコフ連鎖を用いた効率的なランダムサンプリング法を設計した.特に,これまで扱っていた対数分離型の分布の結果を発展させ,一般の分布に対する交互不等式を与え,提案手法の適用範囲を拡張した.この成果をBCMPネットワークに応用した.BCMPネットワークはジャクソンネットワークを一般化した待ち行列ネットワークモデルである.BCMPネットワークはネットワーク中のジョブの均衡分布として積形式解を持つことが知られている.積形式解の正規化定数から,平均滞在客数,平均滞在時間,スループットなどのネットワークの重要な指標を計算することができる.我々は,BCMPネットワークの積形式解が交互不等式を満たすことを示し,高速に収束するマルコフ連鎖,および単調マルコフ連鎖を提案した.これらのマルコフ連鎖を用いて効率的な近似/完壁サンプリング法を提案した.また,コーダルグラフの列挙算法ならびにランダム生成法の研究にも取り組んだ.コーダルグラフは,数値計算,最適化,統計学などの分野で頻出するグラフクラスである.コーダルグラフの全列挙,ならびにランダム生成法は,統計学におけるグラフィカルモデリングにおけるモデル選択支援,MP困難問題である最小コーダルグラフ補完に対する効率的な探索などの応用をもつ.我々は,2つの与えられたグラフに挟まれるコーダルグラフに対して,半順序構造が階層をなすことを示し,効率的な列挙算法を与えた.この結果を利用することで,直ちにコーダルグラフに対するマルコフ基底が得られ,マルコフ連鎖モンテカルロ法に基づくランダム生成法が実現できる.さらに,最小コーダルグラフ補完の局所最適性規準も与えている.2行分割表のランダム生成法として,マルコフ連鎖を用いた高速なパーフェクトサンプリング法を提案した.この問題に対する従来の研究がすべて「近似」サンプリング法であったのに対し,我々はCFTPアルゴリズムを適用した多項式時間の「厳密」サンプリング法を提案した.このアルゴリズムの期待計算時間について,理論的上限を与えた.また,計算機実験を行いこの理論的上限の算定がタイトであることを確認した.離散化Dirichlet分布に従うサンプリング法に対して,マルコフ連鎖を用いた高速なパーフェクトサンプリング法を提案した.遺伝子情報の解析の統計学的アプローチにおいてDirichlet分布に従うサンプリングが良く用いられる.従来のアルゴリズムではパラメータの値に依存して計算効率が非常に悪くなることが知られている.この問題に対して,マルコフ連鎖を用いた計算効率の良いサンプリング法を提案した.この成果を統計関連学会連合大会で発表し,優秀報告賞を受賞した.閉Jacksonネットワークの積形式解の正規化定数の計算に対して,マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いた高速な近似解法を提案した.待ち行列理論において,Jacksonネットワークは基本的で重要なモデルである.Jacksonネットワークは積形式解を持ち,積形式解の正規化定数を計算することでネットワークの待ち時間に関する重要な指標が得られることが知られている.正規化定数の計算方法としてはBuzenのアルゴリズムなどがあるが,これらは擬多項式時間のアルゴリズムである.この問題に対して,我々は高速に収束するマルコフ連鎖を設計し,モンテカルロ法と組み合わせて理論的に精度の保証された近似解の得られる多項式時間アルゴリズムを提案した.この成果をNZで開催された組合せ理論の国際会議で発表し,Student Prizeを受賞した.閉ジャクソンネットワークに対して(1)積形式解に従う効率的なランダムサンプリング(2)積形式解の正規化定数の効率的な乱択近似計算に関する新しい算法を提案した.また,単体上の対数分離凹関数に対して,効率的なランダムサンプリング法を提案した.これらの提案手法はマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法に基づく算法である.待ち行列理論において,ジャクソンネットワークは基本的で重要なモデルである.ジャクソンネットワークは積形式解を持ち,積形式解の正規化定数を計算することでネットワークの待ち時間に関する重要な指標が得られることが知られている.正規化定数の計算方法としてはBuzenのアルゴリズムなどがあるが,これらは擬多項式時間のアルゴリズムである.単一サーバモデルは,ジャクソンネットワークの特殊なモデルであるが,我々はまずこの単一サーバモデルに対して,高速に収束するマルコフ連鎖を設計し,多項式時間近似サンプリング法を提案した.また,提案したサンプリング法とモンテカルロ法と組み合わせることで,積形式解の正規化定数に関して,理論的に精度の保証された近似解が得られる多項式時間アルゴリズムを構築した.さらに,"単調な"マルコフ連鎖を設計し,単調CFTPアルゴリズムに基づく多項式時間完璧サンプリング法を提案した.次に,これらのサンプリング手法が単体上の対数分離凹関数のクラスに対して一般に適用可能であることを示した.また,完璧サンプリング法に対しては,多項式時間アルゴリズムが設計可能な関数の十分条件を示した.この結果を用いて我々は一般のジャクソンネットワークに対しても同様に高速な近似サンプリング法と完璧サンプリング法を提案した.多変量離散分布に対する効率的なランダムサンプリング法の開発に従事した.詳細には高次元単体中の整数格子点上に定義された分布に対して,分布を記述する関数が交互不等式と呼ばれる不等式を満たす場合について,マルコフ連鎖を用いた効率的なランダムサンプリング法を設計した.特に,これまで扱っていた対数分離型の分布の結果を発展させ,一般の分布に対する交互不等式を与え,提案手法の適用範囲を拡張した.この成果をBCMPネットワークに応用した.BCMPネットワークはジャクソンネットワークを一般化した待ち行列ネットワークモデルである.BCMPネットワークはネットワーク中のジョブの均衡分布として積形式解を持つことが知られている.積形式解の正規化定数から,平均滞在客数,平均滞在時間,スループットなどのネットワークの重要な指標を計算することができる.

我々は,BCMPネットワークの積形式解が交互不等式を満たすことを示し,高速に収束するマルコフ連鎖,および単調マルコフ連鎖を提案した.これらのマルコフ連鎖を用いて効率的な近似/完壁サンプリング法を提案した.また,コーダルグラフの列挙算法ならびにランダム生成法の研究にも取り組んだ.コーダルグラフは,数値計算,最適化,統計学などの分野で頻出するグラフクラスである.コーダルグラフの全列挙,ならびにランダム生成法は,統計学におけるグラフィカルモデリングにおけるモデル選択支援,MP困難問題である最小コーダルグラフ補完に対する効率的な探索などの応用をもつ.我々は,2つの与えられたグラフに挟まれるコーダルグラフに対して,半順序構造が階層をなすことを示し,効率的な列挙算法を与えた.この結果を利用することで,直ちにコーダルグラフに対するマルコフ基底が得られ,マルコフ連鎖モンテカルロ法に基づくランダム生成法が実現できる.さらに,最小コーダルグラフ補完の局所最適性規準も与えている.