hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病胃腸症に対する消化管運動機能改善薬の有効性についての検討

膨満感などの上腹部愁訴に処方される六君子湯は小コンダクタンスカルシウム活性化カリウムチャネルの活性化による膜の過分極反応と電位変化を伴わない平滑筋への直接的な作用によりラット胃底部輪走筋を弛緩させることを明らかにした。また、六君子湯は糖尿病性胃腸症により有効である可能性を示した。ラット胃底部において筋層内ICC(ICC-IM)の電気活動(自発性一過性脱分極(STD))の測定に世界で初めて成功した。STDはICC-IMで発生するアクティブな反応であり、STDが輪走平滑筋に伝播することで単電位が発生することが示された。糖尿病性胃腸症に対する消化管運動機能改善薬の有効性を検討するにあたり,まず糖尿病モデル動物から摘出した平滑筋標本の性質を調べる目的で以下の2種類の実験を行った。実験には既存の糖尿病モデル動物のなかで最も安定して高血糖を呈すると報告されているZDFラットを用いた。糖尿病であるZDF(fa/fa)ラットは対照群であるZDF(lean)ラットに比べて有意に高血糖を示した(155mg/dl(lean),549mg/dl(fa/fa),p<0.01)。1.小腸:胃や小腸の筋間神経叢にはカハールの介在細胞(interstitial cells of Cajal,ICC)と呼ばれる細胞群がネットワークを形成しており,消化管の歩調取り細胞として機能している。ICCが発生する歩調取り電位が平滑筋層に伝播することで平滑筋細胞において緩電位(スローウェーブ)が発生する。糖尿病ラット(fa/fa)小腸輪走筋の緩電位を測定したところ,正常ラット(lean)と同様の緩電位を発生していた。さらにATP感受性Kチャネル開口薬であるピナシジルは糖尿病ラット(fa/fa)と正常ラット(lean)のいずれの輪走筋細胞も同程度に過分極させた。2.結腸:糖尿病性胃腸症の症状の一つに自律神経障害がある。結腸平滑筋に経壁電気刺激を行い,神経筋接合部電位を測定することで神経の機能を評価した。正常ラット(lean)は経壁電気刺激により一過性の早い抑制性接合部電位とゆっくりとした時間経過の抑制性接合部電位,さらにリバウンドの脱分極を発生した。同様の接合部電位が糖尿病ラット(fa/fa)においても記録された。以上のことから,ZDFラットにおいて小腸ICC及び結腸の自律神経は高血糖にも関わらず正常に機能していることが明らかとなった。実験に用いたZDF(fa/fa)ラットは常に安定して高血糖を示したことから,糖尿病性胃腸症は必ずしも血糖値の上昇とは相関しない可能性が示唆された。1.ラット胃噴門部を用いて単電位の発生機序について検討した。ラット胃噴門部輪走平滑筋細胞は静止膜電位が-40mVから-50mVで、単電位を不規則に発生していた。細胞内Caポンプの阻害剤であるシクロピアゾン酸(5μM)は膜を約10mV脱分極させた後、単電位を消失させた。また、PLC阻害剤のNCDC(30μM)は膜を数mV過分極させ、単電位を消失させた。シクロオキシゲナーゼ阻害剤であるインドメタシン(10μM)は膜を数mV過分極させ、単電位の発生を減少させた。インドメタシン存在下において、PGE2アナログであるエンプロスチル(150ng/ml)は、膜を約10mV脱分極させ単電位を再発生させた。以上の結果から、ラット胃噴門部では内因性プロスタノイドが細胞内Ca動員機構を介して単電位発生に寄与している可能性が示唆された。2.ラット胃底部輪走筋標本において六君子湯(0.1-5mg/ml)はエンプロスチル(PGE2アナログ)により誘発される持続性収縮を用量依存的に弛緩させた。六君子湯の弛緩作用はグアニル酸シクラーゼ阻害剤であるODQの影響を受けなかった。六君子湯による弛緩は早い成分と持続性成分の二相性から成り、早い弛緩成分はSKチャネルの阻害剤であるアパミンにより消失した。六君子湯はエンプロスチルによる脱分極反応を抑制した。六君子湯による過分極反応は早い成分と持続性成分の二相性から成り、アパミンにより早い過分極成分は消失した。自然発症2型糖尿病ラットであるGKラットの胃底部輪走筋では一酸化窒素作動性神経の機能が低下していたが、六君子湯はGKラットの胃底部輪走筋を対照であるWistarラットよりも強く弛緩させた。

以上の結果から、六君子湯はSKチャネルの活性化による膜の過分極反応と電位変化を伴わない平滑筋への直接的な作用によりラット胃底部輪走筋を弛緩させることが明らかとなった。
橋かけ型ヘテロ環系の開発

本研究は従来の平面的な芳香族ヘテロ環系に対して、三次元立体的な構造を有する橋かけ型新規ヘテロ環系を合成設計しこれら新規ヘテロ環化合物の特異な物理性,化学性および生物活性等をも明らかにしていくことによって新規工業材料開発の基礎的研究を押し進めることを目的としており研究計画に基いて研究を進めた結果について要約して以下に報告する。1.ペリ環状反応による橋かけ多環型含窒素ヘテロ環系の合成成果としてΓ-ヒドロキシモノアザトリシクロ系骨格の合成に成功した。2位置換アダマンチルヘテロ環合成にアダマンチリデンビニリデンカルベンの応用が可能であることを示した。また多環系へのアジド基の導入と含窒素ヘテロ環合成への活用も種々検討し有用な成果を得た。2.ヘテロ橋かけ型シクロヌクレオシド類の合成と応用の研究として2,3'-イミノ橋かけ型ウラシルの合成とアルカリ加水分解による2-リキソピラノシル型ヌクレオシドへの変換に成功した。長鎖ヘテロ架橋シクロヌクレオシド類の一つとしてカルバモイル架橋プリンヌクレオシド合成に成功しそのX線結晶構造解析により興味ある構造的特徴を見出した。3.ヘテロジエン,ジエノフイルの開発と応用に関して、アダマンタンチオンの環状付加反応を検討し新規チアヘテロ環の合成に成功した。またケイ素原子の特性を活用したヘテロ環合法も開発した。4.分子内反応ルートの開発としてN橋かけ法に有用な分子内Aza-Wittig反応を検討し閉環反応性を明らかにした。またエナミドの閉環反応性も検討した。5.上記により合成できた橋かけ型新規ヘテロ環類の一部については抗ビールス,抗菌,除草,変異原性,抗変異原性等の一次スクリーニングをみたところ、スピロチアヘテロ環のナフト誘導体に興味ある抗変異原活性が見出された。
肝外細胞の肝再生に果たす役割

肝外細胞の肝再生での働きを肝移植後肝生検組織を使用し調べた。これによるとグラフト肝にはレシピエントとドナー両方の遺伝子が発現していることが確認でき、肝外細胞が肝再生に寄与していることが確認できた。また肝移植や過大肝切除時に門脈圧の上昇が肝再生に対し抑制的な働きをしていると言われているが詳細な検討はされていない。今回脾臓を摘出し門脈圧を減少させ門脈圧と肝再生を同時に計測した。門脈圧は脾摘された際に直後では低下を認めなかったが、術後1週間で門脈圧を再度検査したところ脾臓摘出群で門脈圧の低下を認め、肝再生は増大を認めた。これより脾臓摘出を行い門脈圧が低下する事は肝再生をより増進する事が分かった。ヒトallograftのほぼ唯一情報が得られる生体肝移植レシピエントの針生検を用いる。DNA多型マーカー(プロメガ)のキットにはAmelogeninマーカーが含まれ、性別の差および個体間の差を検出できる。本課題で用いる針生検材料は速やかに凍結保存し、Tissue-Tekに包埋する。凍結切片を作製し、核染色を行った後LMにて肝細胞、類洞上皮細胞、胆肝上皮などに細胞を分割して採取し、DNA多型マーカーをそれぞれに対して使用し、フラグメント解析によりドナー、レシピエント由来のDNAがそれぞれ何%であるかを検証した。それぞれの症例で、拒絶反応の有無など臨床情報とどれくらい因果関係かあるかも追加で確認した。肝臓は再生が旺盛な臓器であり、生体部分肝移植はその再生機能に大きく依存する医療である。ドナーは元の半分以上の肝体積を切除・摘出されるが、わずか10日間ほどで元の80%まで体積が復元するとされている。レシピエントにも移植肝において同程度の復元が見られる。生体肝移植後レシピエント肝生検材料をLaserMicrodissectionによって肝細胞、類洞上皮細胞、胆管上皮細胞などをそれぞれのドナー・レシピエントgenotypeをDNA多型マーカーを用いたPCRで明らかにした。移植後肝組織は全体としてドナー・レシピエント両方のgenotypeであるキメラ型が確認できた。門脈周囲領域に存在する胆管細胞は殆どがキメラ型となっていることから、供給源の一部は肝外細胞である可能性が示唆される。これらの細胞はAFP陽性・CK19陽性であり、Oval細胞など前駆細胞を起源に持ち、胆管を構成する過程をみている可能性がある。また肝移植において過小なグラフトを用い、肝に過剰な門脈血流が流入することで残肝の血管床への圧障害が増加し肝再生が不良になりグラフト肝不全が生じる事が考えられている。脾摘をする事で門脈圧が減少し門脈血流の減少により肝再生をより増進させることが報告されている。こちらに関して、動物実験モデルを作成し大量肝切除後に脾摘施行による門脈圧の変化と肝再生に与える影響を検討した。まず小動物用CTと小動物CT用の造影剤を用い肝再生を追う手技を確立した。さらに門脈圧をMillar社の1.4Frの細い圧センサーを用い門脈圧を侵襲を少なく正確に計測する事が可能となった。今後ラットの大量肝切除モデルを作成し、さらに脾摘群と非脾摘群の2群に分け、両群の門脈圧を測定し小動物用CTを使用し同一個体で肝再生量をvolumetryし肝再生と門脈圧の関係性を検討してゆく。肝再生生体肝移植術後のレシピエント肝生検検体を凍結切片作成用包埋剤(Tissure-Tek)に包埋し、20μmの凍結切片を作成し。それぞれの凍結切片をLM(レーザーキャプチャーマイクロダイセクション)法にて肝細胞のみを採取しDNAを抽出する作業の手技の確立に難渋した。肝移植ラットモデルの作成を早急におこなう必要がある。特にラットにおいて肝移植主義の確立には時間を要すると予想される。次年度にラット肝移植モデルの作成するため。肝移植ラットモデルを作成し、肝移植後に肝切除をくわえ、いわゆる生体肝移植ラットモデルを作成する。臨床検体で得られるレシピエントの肝生検材料からだけでなく、生体肝移植ラットモデルからも以下の内容を検討する。1)骨髄系幹細胞マーカーを用いた多分化能を残した細胞の検出。2) recipient末梢血および肝細胞核型の比較による融合比率の推定: FISH(Fluorescence in situ Hybridization)を用いた性染色体・染色体数を検出する。特に、レシピエントとドナーの性別が異なる際、この検討が有用と思われる。3)再生肝細胞の組織所見を再度検討
地震活動異常を診断する統計的時空間モデルと確率利得を上げる実効的予測の戦略的研究

(1)地震活動の地域的特徴に対応できる階層時空間ETASモデルなどのベイズモデルのソフトウェアのベータ版を完成した。一部をカリフォルニアの予測実験(UCERF3)のために提供した。(2)本震直後からの余震の確率予測をリアルタイムで実施する研究が成功した。(3)前震の統計的識別モデルは大地震の確率予測に有意であることが実証された。(4)プレート境界で繰り返す「相似地震」を解析する非定常BPTモデルを開発し、海底下のストレスの時空間変化を可視化した。(5)群発地震から断層間隙流体圧の変化を捉える非定常ETASモデルを開発した。(1)東北地方太平洋沖の超巨大地震が発生したため、ETASモデルによる余震活動の継続的なモニタリング解析、日本各地の誘発地震活動の解析を最優先で行い、これに時間を割いて解析結果はそのつど地震予知連などで報告した。また時間ETASモデルや時空間ETASモデルによる前震活動の本震後の静穏化や長期地震活動の日本列島に渡る、且つ10年間に渡る大規模の静穏化を検出した。(2)東北地方太平洋沖地震で誘発された群発地震の多くがETASモデルでの当てはまりが悪く、その当てはまりの悪さの時間変化を見るベイズ的平滑化を実施できる方式を提案した。また、活動度の外性的影響の量的な変化を見ることができるベイズ的非定常ETASモデルを開発した。(3)応力場の変動を伴う「繰り返し」地震の発生過程を表現するスプライン型時空間BPTモデルを提案し,「繰り返し」微小地震データを用いて,応力場の変化の推定を行った。提案モデルは,GPS観測が遠く及ばない沖合の海底下におけるプレートの境界での,応力場の変動を推定できる有力な統計的手法を与えた。(4)当グループが13年前に提案した日本における前震の事前認識の確率予測の方式によって、その後13年間の業務的予報を実施した結果を評価したところ、良好な確率予報になっていることが実証された。これによって今後のリアルタイム予測の展望が開けた。(5)地震予測可能性に関する国際的な連携プロジェクト(CSBP)で採用されている予測の評価方式の問題点を、東北地方太平洋沖地震前後の確率予測と実際の結果に鑑み、指摘し、改善提案を論文としてまとめた。(1)地震活動の地域的特性に対応できる時空間ETASモデルなどのベイズモデルのソフトウェアのベータ版を完成したので一部に公開し改善を進める。またこのソフトウェアをカリフォルニアの地震予測計画(UCERF3)のためにUSGSの研究者に提供した。(2)本震直後、早期、中期の余震確率予報を大森宇津公式を超えてETASモデルについても技術的に実施できることになった。今後、リアルタイムデータに関わる関係機関での試験的実施および日本CSEPによる客観的評価を重ねていく共同研究を目指す。(3)前年度に続き東北地方太平洋沖地震の余震活動を定期的にモニターして予知連会報等で公表した。(4)東北地方太平洋沖地震に誘発された日本各地の群発地震を解析するために非定常ETASモデルを開発して解析した。(5)人工ノイズの日変化に伴う地震検知能力の変化についてその定量化を行った。(6)前震の確率予測をリアルタイムで実施しCSEPの枠組みで追試できるようになった。(7)太平洋プレート境界でのストレスの時空間変化を小繰り返し地震の近傍の大地震による地震時の急激な応力変化と,その前後のゆっくり滑りを分離するという課題を時空間ベイズモデルの高度化によって取り組み、成果を公表した。地震活動の地域的特性に対応できる時空間ETASベイズモデルのソフトウェア公開に向けて改善を進めた。大量のデータを有効に使った長期かつ広域な標準地震活動による大地震の予測確率は東北沖地震後有意に増えた。前震および本震直後余震の確率予測の業務をリアルタイムで実施できるようにする点で大きな前進を見た。前者は大地震発生前の確率予測の実効率(確率利得)を上げることに一定の貢献、後者は被災地における緊急情報として重要な役割を果たすことが期待される。プレート境界での「繰り返し地震」を解析する時空間ベイズモデルの高度化によって、太平洋プレート境界でのストレスの時空間変化を検出の実用化に目途がついた。すなわちBrownian Passage Time(BPT)ベイズモデルを時空間非定常モデルに拡張してプレート境界での小繰り返し地震データに適用し,応力場の変動やプレート間カップリングの可視化に使えるようになった。GPS観測網から離れた沖合の海洋底下におけるモニタリングに大変有用である。小繰り返し地震の近傍の大地震による地震時の急激な応力変化と,その前後のゆっくり滑りを分離するという課題があるが、来年度でこれを達成する。

東北地方太平洋沖の超巨大地震が発生したため、当初計画していた2011年度実施目標は後回しになって、やや遅れているが、最優先的に行った東北地方太平洋沖地震関連の解析によって明らかになった問題点に対応したモデルの拡張や改善が進み、この点では想定以上に進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまで開発してきた時空間ETASモデルなどのベイズ型地震活動解析のソフトウェアを公開すること、前震の予測や本震直後の余震予測のリアルタイム業務的な確率予報を実施できるようにすること、地震活動異常の解析結果報告など、当初研究目的について重要な案件についてはことごとく目途が付き、今年度(最終年度)で達成ができる。東北地方太平洋沖の2011年巨大地震に伴う周辺部の地震活動異常活動や群発地震の解析等についてはデータ提供先(気象庁)の都合により、地震活動モデル作成に必要な資料の入手困難となり若干の遅れを生じた。しかし解析手法である非定常ETASモデルは順調に作成が進み、ソフトウェアとして公開ができる。「繰り返し相似地震」を解析する時空間ベイズモデルの開発と、これによるカルフォニアと北日本太平洋沖における小繰り返し地震データに適用した結果の有用性は当初の目標に無かった想定外の成果である。時空間ETASモデルなどのベイズ的地震活動モデルのソフトウェア出版と時空間モデルの残差診断の可視化グラフィック解析については一刻も早く達成したい。追加的な課題として、国際プロジェクトCSEPに呼応して、全地球、環太平洋の地震活動の予測モデルを完成する。また、国内外の地震活動の解析研究者の為のクラウド型解析サービスの環境を整備することも喫緊の課題である.25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究課題の研究成果の学術誌掲載やプログラムパッケージによって公開する努力をする。さらに初期の目的達成の高度化や次の展開を狙う。公開の地震活動ソフトウェアを国際的に宣伝し、使用に供するようにソフトウェアのマニュアル(英語)を完成させる。東北地方太平洋沖の巨大地震に伴う周辺部の地震活動異常活動を解析等については一時的な遅れを取り戻しつつある。
木材生産時に発生する残材等を活用した森林体験教育プログラムの開発

○研究目的伐採が行なわれた後の林地には、残材が放置されている。コスト割れを起す規格外の細い丸太、枝・葉などの残材はバイオマスエネルギー源として利用が試みられているがまだ充分活用されていない。利用を促進するためには環境・森林・林業への理解を深めることが必要と考え森林・林業体験学習を行い、木材の知識・林業の経済性・林業をとりまく状況を理解できるプログラムを構築する。○研究方法森林・林業と残材利用を理解してもらうのには、受講者が体験できる木工を組み込むのが適していると考え、残材から箸・ホークなどを作り燃料としても使う「自ら作り使う」公開講座をおこなった。講座では、伐倒には危険が伴うため作業の安全が重要であること。木材には規格があり、規格から外れた材は流通されないこと。板・柱などの加工材は丸太から最適な方法で加工されており、材の性質により用途があること。人工林は天然林より利用しやすいこと。以上の項目を理解するための体験教育プログラムとして、「伐倒」チェーンソーを用いず手ノコで伐るのに手頃な立木を対象に行う。「伐倒」チェーンソーを用いず手ノコで伐るのに手頃な立木を対象に行う。「製材」製品にならず林地に放置された丸太を簡易製材機で行う。「木工」受講生が製材した材を用い、木材の様々な性質を理解しながら作業する。「林地見学」造林地で地拵から収穫までの作業を説明し天然林との違いを明確にする。全ての作業で安全を確保するため、作業前に作業の危険性を林業体験教育のための安全作業マニュアルを作成し、十分説明した。○研究成果体験教育プログラムはマニュアルに従って作業を行なったので、安全に行うことが出来た。一本の木から発生する残材の量も林地にて「伐倒」「製材」を行う事で確認できた。受講者の感想に伐採作業が面白いまた行いたい。林業という職種を理解する上でも体験できよかった。など評価が高く、林業をとりまく状況と環境・森林・林業への理解を深めることができ、プログラムは成功した。
魚類における性表現の進化:性差の性転換の関わりについて

沖縄県瀬底島のサンゴ礁において、ベラ科魚類2種(カザリキュウセン・ホンソメワケベラ)の性差と性転換に関する野外観察実験、および水槽飼育実験を実施した結果、つぎのことが明らかになった。1)カザリキュウセンにおいては、体長、体色のみならず腹鰭・尾鰭の長さにも性差が存在していた。雄は産卵場所の確保をめぐってなわばり争いをするため、雄の繁殖成功には諸形質のうち体長の影響がもっとも大きかった。一方、雌は、雌と同体色の小型雄よりも派手な体色の大型雄を選ぶ傾向があった。2)なわばりから雄を除去すると最大雌が性転換した。性転換プロセスにおいては、まず行動が変化し、ついで生殖腺、最後に体色が変化を完了した。3)雄が消失すると、雌たちはまず体サイズを基準として配偶者を選ぼうとし、最大雌とのあいだで雌同士の産卵行動が見られ、未受精卵の放出が確認された。最大雌は雄の行動を完璧に行ったが、雄を戻すとすぐに雌として産卵した。4)体色に性差のないホンソメワケベラにおいても、雄を除去するとすみやかに1位雌が雄役になって産卵行動(放卵)をした。これら1位雌の雄役産卵行動は、性転換完了後の配偶者を確保するために必要な行動だと考えられる。5)性差の進化をもたらす配偶者選択は、性転換のプロセスにおいても重要な働きをしていることが明らかになった。配偶者選択基準と性転換メカニズムの関連について、さらに実験を継続する予定である。カザリキュウセン(ベラ科魚類)の繁殖行動および性転換に関して,沖縄県瀬底島のサンゴ礁における野外調査ならびに水槽実験を実施し,これまでのデータと合わせて解析した。大型で派手な体色(TP=Terminal Phase)をした雄はサンゴ礁の縁になわばりをもち,その内には複数の雌が棲息していた。日没前になるとTP雄はなわばり内の雌にさかんに求愛し,ペア産卵を連続して行った。雌は異なるTP雄のなわばりまで行って産卵することもあった。沖側のなわばりほど多くの雌が産卵に訪れる傾向があり,大きい雄ほど沖側になわばりをもっていた。一方,雌と同様の地味な体色(IP=Initial Phase)をした小型雄もごく少数存在し,TP雄と雌とのペア産卵時に飛び込んでいって放精するストリーキングや,TP雄の目を盗んで雌とペア産卵をしていた。大型水槽内で複数の雌を飼育すると,大きい個体から順次性転換してTP雄になった。一方,IP雄を大型のTP雄と同居飼育しても,雌に性転換することはなく,成長とともにTPに体色変化した。また野外において個体識別した雌の性転換プロセスを追跡してみると,TPに体色変化するまでに,雌として産卵すると同時にIP雄としても繁殖する同時的雌雄同体の期間をもつ個体がいるらしいことがわかってきた。すなわち,体色の変化と機能的な性転換は必ずしも一致して起こるわけではなく,それぞれに影響する社会的要因が異なるものと推測された。沖縄県瀬底島のサンゴ礁に生息するカザリキュウセン(ベラ科魚類)の配偶者選択ならびに性転換に関する実験・調査を継続した。昨年度の調査では、地味な体色のIP雌が派手なTP雄に性転換する途中で同時成熟になる可能性が示唆されたが、野外におけるTP雄除法実験および水槽における複数雄飼育実験を繰り返して慎重に検討した結果、この仮説は否定された。一方、これらの実験により、雄がいなくなると、最大雌が雄役をして他の雌たちと産卵上昇をおこない、放卵させることが確認された。これらは未受精卵であり、最大雌が放精していないことは明らかである。雌は放精の有無を認知できないらしく、最大雌が性転換を完了するまで、約3週間もの間、無駄な産卵を繰り返した。この間、最大雌は次第に体色を変化させていった。一方、小型のIP雄の繁殖行動についても野外観察を行った。

IP雄はTP雄のなわばり内に潜んでいたが、ふだんはTP雄にきびしく監視・攻撃され、めったにストリーキング(TP雄と雌のペア産卵時に飛び込んで放精)もしなかった。TP雄を一時的に除去すると、IP雄は活発にパトロールと求愛行動を行い、次々に雌とペア産卵した。しかし、再びTP雄を戻すと雌はIP雄を無視した。すなわち、雌は派手なTP体色を好むがTP雄が不在の場合は、IP雄であってもその求愛行動に反応して産卵することが明らかになった。このことは、上記の最大雌の雄役としての行動が、他の雌たちを将来の自らの配偶者として引き留めておく効果をもつことを示唆している。沖縄県瀬底島のサンゴ礁に生息するカザリキュウセン(ベラ科魚類)の配偶者選択ならびに性転換に関する実験・調査を継続した。昨年度に続き、水槽における複数雌飼育実験と野外におけるTP雄除去実験を繰り返した結果、雄がいなくなると、最大雌が雄役をして他の雌たちと産卵上昇をおこない、放卵させることが確認された。また、その直後にTP雄を戻すと、最大雌はすぐに雌の行動に戻って、TP雄と産卵することが観察された。一夫多妻のハレム社会をもつホンソメワケベラも同様の雄除去実験を実施したところ、同様に1位雌と下位雌との産卵行動(レズ産卵)が観察された。これらの実験から以下のことが明らかになった。(1)最大雌は産卵直前の卵をもっていても、雄としての性行動を完璧にこなすことができる。また、本物の雄がくると、またすぐに雌の行動に戻るという可塑性をもつ。(2)下位雌は最大個体を配偶者として選ぶ傾向がある。したがって、雄がいなくなると残された個体の中で一番大きい雌のほうへ積極的に寄って行く。(3)最大雌がすみやかに雄役としての繁殖行動を開始するのは、性転換が完了するまで他の雌たちを引き留めておくためである。すなわち、性差の進化をもたらす配偶者選択は、性転換のプロセスにおいても重要な働きをしていることが明らかになった。
微小リンパ節転移を標的とする選択的ウイルス療法による消化器癌治療の低侵襲化の試み

これまで癌細胞を選択的に破壊するウイルス製剤テロメライシンの研究開発をおこなってきた。消化器癌治療における病態に応じた低侵襲手術の実現を目指し、癌のリンパ節転移に対するテロメライシンの治療効果を検討した。癌の原発巣に投与したテロメライシンはリンパ流に乗ってリンパ節に到達し、転移病巣内で治療効果を発揮することが確認された。テロメライシンは癌の原発巣とともにリンパ節転移をも治療できる可能性が示された。テロメラーゼ構成分子であるhTERT遺伝子のプロモーターでアデノウイルスの複製に必須のE1遺伝子の発現を制御することでテロメラーゼ活性を持つ癌細胞で選択的に増殖し破壊する腫瘍融解ウイルスがテロメライシンであるが、そのウイルス製剤にさらに蛍光蛋白質GFP遺伝子を組み込むことで、癌細胞を蛍光色素GFPで可視化させるウイルス製剤がOBP-401である。まず、胃癌、大腸癌細胞のhTERT発現をみたところ、胃癌細胞株MKN28、MKN45、大腸癌細胞株SW620、HT29では正常細胞よりも高い発現が観察され、テロメラーゼ活性を有することが示唆された。またこれらの細胞株はアデノウイルスの感染が成立することから、テロメラーゼ活性を標的としたアデノウイルス製剤による治療の妥当性が示唆された。本研究においてはリンパ節内に存在する癌転移巣に対する治療効果を検討することが目的であるため、まずin vitroの実験としてヒト正常白血球と大腸癌細胞HT29細胞を混合培養し、その中でOBP-401が選択的に癌細胞を攻撃できるか検討を行ったところ、白血球との混合培養の条件下でも癌細胞数を減じることができた。in vivoの実験として、まずSW620皮下腫瘍モデルを作製し、OBP-401の腫瘍内投与を行ったところ投与翌日から3週間目まで腫瘍内にびまん性にGFPの発現が得られ、効率よくin vivoでもウイルスの感染が成立することが確認された。また直腸癌の同所性モデルを作製するためHT29細胞をヌードマウスの直腸粘膜下に移植したところ、直腸腫瘍が形成され、腹腔内リンパ節転移も形成することが確認された。マウスでの同所性癌によりリンパ節転移を形成するモデルはHT29細胞でしか、現在のところ成功していないため、今後はHT29同所性大腸癌のリンパ節転移モデルを用いて、転移リンパ節への治療効果を検討していく予定である。消化器癌治療の個別低侵襲化の新たな治療戦略の開発に向けて、テロメライシンを用いて微小リンパ節転移に対するウイルス療法の効果の検討を行った。H19年度に作製したマウス直腸へ大腸癌細胞HT29の移植による同所性腫瘍モデルにおいてリンパ節転移を形成することが確認された。その直腸腫瘍にインジゴカルミン染色液を注入し、腫瘍から所属リンパ節までのリンパ流が実体顕微鏡下に確認された。同所性直腸癌モデルの直腸腫瘍内にGFP発現テロメライシンを投与後に開腹し、高感度蛍光観察システムでリンパ節転移病巣内でのウイルスの増殖を観察したところ、直腸腫瘍部だけでなく転移リンパ節にもGFP蛍光を認め、転移リンパ節ヘテロメライシンが到達、感染し増殖していることが確認された。直腸腫瘍へのテロメライシンの投与後のリンパ節転移への治療効果の評価法として新たな技術の確立を行った。ヒトDNAに特異的なAlu配列に対する定量的PCRを用いて、マウス組織内のヒト癌細胞量を定量化を検討し、その定量化が可能であることが確認された。同所性直腸癌モデルに3回テロメライシンを投与し、35日目にマウスを犠牲死させ腹腔内リンパ節転移を観察したところ、リンパ節転移病巣が減少しておりリンパ節転移への治療効果が確認された。さらに、その結果をヒトDNAに特異的なAlu配列に対する定量的PCRを用いて、リンパ節転移を定量したところ、テロメライシンの投与により有意にリンパ節内のヒト癌細胞量が減少しており、リンパ節転移への治療効果が確認された。テロメライシンによる原発巣の治療効果に加え、かつ原発巣内に投与されたテロメライシンによりリンパ節転移を治療することも可能になれば、消化器癌治療の個別低侵襲化の新たな治療戦略の発展に寄与する可能性が示唆された。
コロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録

本研究では、新しいガラスへの記録方式である、コロナ帯電を利用したガラスへのホログラム記録に関する評価を行なった。現在までに、コロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録のメカニズム解明および、ホログラム記録の最適化、耐環境性評価をおこなった。本ホログラムは他の材料にない高い耐環境性を有しており、今後の実用化が可能であることを確認した。本研究では、新しいガラスへの記録方式である、"コロナ帯電を利用したガラスへのホログラム記録"の方式を確立し、将来の実用化につながるような研究を実施していく。具体的には、(1)ガラスへのホログラム記録の評価および最適化、(2)ガラスへのホログラム記録時のメカニズムの解明、(3)ガラスへのホログラム記録の光学素子応用、の3つを軸として研究を進めていく。本研究では、新しいガラスへの記録方式である、"コロナ帯電を利用したガラスへのホログラム記録"の方式を確立し、将来の実用化につながるような研究を実施している。初年度はコロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録の基礎実験、メカニズム解明を中心に研究をおこなった。まず、様々な種類のガラス(合成石英ガラス、溶融石英ガラス、パイレックスガラスおよびソーダ石灰ガラス)についてホログラム記録実験をおこない、最適なガラスおよび記録条件を検討した。その結果、合成石英ガラスおよび溶融石英ガラスでは、ホログラム記録ができなかった。パイレックスおよびソーダ石灰ガラスにおいては、ガラス記録が可能であり、特にソーダ石灰ガラスにおいては、良好なホログラムが記録でき、コロナ帯電時間は長いほうが、ホログラム記録されやすいことが確認された。記録にはガラスの不純物濃度が大きく影響し、不純物濃度が大きいほど記録されやすいことが分かった。ガラスの表面及び内部をAFMおよびレーザー共焦点顕微鏡で評価したところ、ガラスの表面に微小な凹凸が形成され、ガラス内部にも屈折率分布を有することを確認した。ガラス表面付近の導電率変化や微結晶化によるものであると推測され、今後メカニズム解明をさらに進めていく予定である。また、コロナ帯電後のソーダ石灰ガラスにおいては、ガラス内部の反転対称性がなくなり、フェムト秒レーザーを用いることで2次の非線形性を発現することを確認した。今年度はコロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録の最適化および耐環境性評価を中心におこなった。まず、ガラスに記録したホログラムの耐環境性評価(耐水性、耐熱性、耐光性)を実施し、実用に耐えうる記録方式であるか実験をおこなった。その結果、従来の記録材料にはない、耐水性、耐熱性、耐光性を有していることを確認した。特に耐熱性の評価においては、300°C加熱下においてもホログラム情報が保持されることを確認し、本研究の有用性を再確認した。また、ガラス内部にフーリエ変換ホログラムを記録し、2次元のアナログデータおよびデジタルデータの記録・再生が可能であることを実験で確認した。さらに、ガラス記録へのマスクパターンとして従来用いてきたアゾベンゼン高分子以外のポリマー材料についても検討をおこない、PMMAをマスクとして用いた場合にもガラスに記録できることを確認した。去年に引き続き、ガラスに記録したホログラムの2次非線形性の定量的な測定を実施したが、大きな2次非線形性は観測できなかった。これは、ガラスへの記録メカニズムはガラスの結晶化によるものではないことを示す有力なデータとなった。今後研究を継続していく。現在までに、コロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録の基礎実験、メカニズム解明および、ホログラム記録の最適化、耐環境性評価の研究をおこなった。今年度は、特にガラスへのホログラム記録方式に着目し研究を行なった。その結果、我々の提案する方法でガラスに記録されているホログラムは"表面レリーフ型ホログラム"およびガラス表面近傍に記録される"薄い体積ホログラム"の2種類から成っていることが分かった。薄い体積ホログラムはコロナ帯電処理により消去されやすい特性と有しており、逆に表面レリーフ型ホログラムはコロナ帯電処理でも消去されにくい特徴を有していることを確認した。また、加熱処理を施すことにより、薄い体積ホログラムを表面レリーフホログラム化できることを確認しており、同時にホログラムの回折効率が増大されることから、新しいホログラムの増強法として報告をおこなった。また、表面レリーフホログラム化することで、耐環境性が大幅に向上されることがわかった。さらにパターン化したホログラム基板を24時間程度コロナ帯電することで、数十ナノオーダーの規則的なドットパターンを作製できることを発見し、特許出願を行なった。

研究は順調に進んでいるが、実用化に際してはまだまだ解決すべき問題が残されている。実用化に向けて研究を継続していく。本研究では、新しいガラスへの記録方式である、"コロナ帯電を利用したガラスへのホログラム記録"の方式を確立し、将来の実用化につながるような研究を実施してきた。現在までに、コロナ帯電を用いたガラスへのホログラム記録の基礎実験、メカニズム解明および、ホログラム記録の最適化、耐環境性評価、ホログラム記録方式の検討をおこなった。今年度は、昨年度から進めてきたガラスへのホログラム記録方式に着目し研究を継続した。更なる実験を進めた結果、ガラスには"表面レリーフ型ホログラム"およびガラス表面近傍に記録される"薄い位相ホログラム"の2通りが記録されている確証を得るに至った。この2種類のホログラムの割合は調整が可能であり、"薄い位相ホログラム"として記録することで、消去可能なホログラムとなる。また、"表面レリーフ型ホログラム"として記録することで、300°C以上の耐熱性を有するホログラムとなることを確認した。また、"表面レリーフ型ホログラム"を特別な方法を用いて処理することにより回折効率が最大で数十倍に増大できることが分かった。ガラスを大面積かつ非接触で加工できる技術になることが期待される。今年度で4年間の研究期間は終了となるが、ホログラム記録の基礎実験、メカニズム解明、ホログラム記録の最適化、耐環境性評価、ホログラム記録方式検討に関する研究をほぼ予定通り終了することができた。研究期間終了後も実用化に向けて研究を継続していく。
幼児期の仲間関係における社会的スキルと情緒調整に関する研究

本研究は幼児期の仲間関係の発達に関する研究である。特に近年、保育所や幼稚園といった乳幼児の集団活動の場において知的発達には何ら問題がなく、また障害の診断基準にも当てはまらないにも関わらず、集団活動ができない、友だちとうまく遊べない、さらには情緒の自己コントロールができないといったいわゆる「気になる」子どもの存在がクローズアップされてきている。このような子どもたちの支援を考えるためにも本研究では、幼児期の子どもたちの集団活動場面における社会的相互作用行動を観察し、子どもたちの仲間関係を検討する。そこで本研究は、保育所において保育者からあげられた「対人関係がうまくいかない」と考えられている幼児を選出し、朝の自由遊びの時間から給食までの時間の行動を観察した。その結果、保育者が保育に困難を示すと考えられる幼児は、他の幼児よりも一方的に会話をしている場面が多く見られた。また「はい」「いいえ」といった明確な返答を必要としない文脈においては、場にそったやりとりをすることが困難であることが示唆された。さらに保育に困難を示す幼児は、他児よりも場に沿った持続した会話が少ないことが明らかとなっている。また保育に困難を示す幼児は情緒的に不安定になることも多く見られた。遊びの中で何らかの拒否にあうという場面や自分の意図通りに相手が行動しないといった場面に遭遇すると、他児に対して暴言を吐く、物を投げる、怒りながら(または落胆しながら)その場を去るという行動が頻繁に見られた。特に近年、保育所/幼稚園といった乳幼児の集団活動の場において知的発達には何ら問題がなく、また障害の診断基準にも当てはまらないにも関わらず、集団活動ができない、友だちとうまく遊べない、さらには情緒の自己コントロールができないといったいわゆる「気になる」子どもの存在がクローズアップされてきている。このような子どもたちの支援を考えるためにも本研究では、幼児の社会的スキルに関する行動観察と実験場面における幼児の情緒的判断をもとに子どもたちの仲間関係を検討する。そこで本研究は、幼稚園や保育所において保育者等からあげられた「対人関係がうまくいかない」と考えられている幼児の社会的スキルに焦点をあて、行動観察を行い仲間関係の発達について検討する。そのため平成18年度は、分析カテゴリーの精緻化に努めた。まず過去の仲間関係におよび集団活動における幼児期の社会性に関する文献のレビューをおこなった。その結果、社会的スキルの高低により、同年齢との仲間関係に違いが見られるという結果が多く見られた。しかしながら、個人内のスキルに焦点をあてた研究が多く、他者との関係性や相互作用がおこなわれている背景・文脈を詳細に考慮し検討した研究はあまり見られない。相手との関係を考えた場合、どのような相手とどのような文脈における社会的スキルの行使であるのかを考慮し検討する必要性があると考える。したがって平成19年度は精緻化した分析カテゴリーをもとに実際の集団活動場面の行動観察を行なう。また社会的スキルといった行動面に加え、意図・情緒調整の部分にも焦点をあてる。意図・情緒調整の検討には平成18年度に行なったレビューをもとに幼児に擬似的場面を見せその場面にどのように対応するかといった実験場面を設定し、幼児に実施する。
小規模閉鎖水域におけるアオコ発生予測および藍藻類短期挙動モデルによる制御法の検討

前年度研究ではため池において短期的な藍藻類の挙動について知見を得ることを目的とし,主に水理学的要因や栄養塩分布に着目して検討を進めた.その結果,栄養塩分布と藍藻の挙動に明確な相関は示されず,水温成層場の形成・消失過程が支配的であること,また群体の大きさが移動速度に影響を及ぼすことが示された.そこで,今年度は藍藻類の鉛直移動速度は群体の大きさにより異なるという点に着目し,藍藻類の群体面積および細胞数を実際に計測して群体形成と鉛直分布特性の関係性を検討した.その結果,蛍光光度計により計測した藍藻分布が夕方から早朝にかけて密度成層付近に停滞し,朝方急上昇,その後降下してまた停滞することを示した.顕微鏡から得た分布でも,朝方に上昇して時間の経過とともに降下し,また上昇するという傾向が示された.また,細胞数の最大値が時間帯によって大きく異なることを示した.群体が一次元的な鉛直移動をしているのであれば大きな差異がないはずであることから,群体は単純な鉛直移動をしているのではなく三次元的な動きをしていることが考えられる.群体の面積と鉛直分布について検討するために,群体の平均面積と細胞数の関係について検討した.その結果,細胞数が多い水深では群体面積も大きいことが読み取れる一方,細胞数が多い水深での群体面積には大きな差がある結果となった.この結果から,藍藻の群体は概ね水中で拡散することなく移動するが,特に細胞数が多くなる表層部分では凝集しさらに大きな群体を形成していることが推察された.アオコの挙動モデルを作成する上で重要となる,その移動形態について詳細に検討するために,本年度は藍藻類の鉛直移動速度は群体の大きさにより異なるという点に着目し、藍藻類の群体面積および細胞数を実際に計測して群体形成と鉛直分布特性の関係性を検討した。その結果,群体の大きさが藍藻類の移動速度に影響を及ぼすこと,さらには,藍藻の群体は概ね水中で拡散することなく移動するが,特に細胞数が多くなる表層部分では凝集しさらに大きな群体を形成している可能性があることを示した.この結果は藍藻類の挙動モデルを作成する上で大変重要なデータとなる.現在作成中の低次生態系モデルにおいては植物プランクトンの挙動を考慮出来ておらず,今後は藻類の分離と藍藻の挙動モデルを組み込むために,水槽実験も用いた挙動モデルを検討することで日サイクルでのプランクトン挙動を予測するモデルに発展させることができると考えられる.本年度の研究によりアオコの挙動モデルを作成する上で重要となる,その移動形態について藍藻類の鉛直移動速度と群体の大きさの関係について,その大まかな傾向をとらえることができた.この結果は藍藻類の挙動モデルを作成する上で大変重要なデータとなる.そこで,今後の研究方針として,水槽実験を用いたアオコの挙動のモデル化を行い,また水質モデルとしての低次生態系モデルへの適用を目指す.現段階では低次生態系モデルで植物プランクトンの挙動を考慮出来ておらず,藻類の分離と藍藻の挙動モデルを組み込むために,水槽実験も用いた挙動モデルを検討することで日サイクルでのプランクトン挙動を予測するモデルに発展させることができると考えられる.春初夏に実験水槽を作成し,夏秋にかけて実験を行う.並行して水質予測モデルの改良も行い,モデル化した藍藻類の挙動モデルを水質予測モデルへと適用する.本研究ではアオコの発生する閉鎖性水域内の栄養塩動態に関する検討を行うことを目的とする.とくに水鳥が多数飛来する閉鎖性水域を対象に,糞尿による栄養塩負荷の増大も考慮した,農業用貯水池の多面的機能を総合的に発揮する管理手法を検討する.本研究では水鳥の集団飛来による栄養塩動態への影響について現地観測に基づく水質予測モデルを構築する.さらに,アオコの発生する夏季を対象に短期連続観測を行い,水温成層状態の形成・消失過程と,藍藻類の浮上・沈降過程の関係について検討を行うとともに水域内流動モデルと組み合わせることで,アオコ発生制御を目的とした夏季における密度成層場の藍藻類の挙動予測モデルを構築する.まず,年間を通した現地観測によって,水鳥が飛来する貯水池を対象に,閉鎖性水域内の栄養塩動態への影響に関する検討を行った.調査地は岩手県盛岡市内の高松公園内にある高松の池である.高松の池は,水田灌漑用のため池であるとともに,親水公園としての役割を有する,水深が13mと浅い閉鎖性水域である.夏季から秋季にかけてはアオコの発生が見られ,その改善が求められている.また年間を通して,数種類のカモ類が生息しており,冬季には白鳥やカモ類が多く飛来するため,本研究課題の目的に合致した水域である.その結果,藍藻類の沈降速度・浮上速度は安定した水温成層下では減少することを示した.また,水質分析の結果を重ねて検討を行った結果,栄養塩分布の変動と藍藻の挙動に相関がみられた.水温成層化したため池における藍藻類の挙動について検討するため,短期間での詳細な分布変動を捉える現地観測を行った.その結果,藍藻個体数のピーク値水深の移動距離から求めた藍藻の移動速度の変化について検討した結果,水温成層と藍藻の挙動の関係について,混合が強くなる時間に藍藻が浮上した後,成層が強い場合は密度界面まで沈降し,成層が弱い場合は下層まで沈降することを示した.さらに水温成層が強いほど浮上速度,沈降速度が小さくなることを示した.

現地観測をさらに重ねることで解析モデルのキャリブレーションデータを今後も追加する予定である.前年度研究ではため池において短期的な藍藻類の挙動について知見を得ることを目的とし,主に水理学的要因や栄養塩分布に着目して検討を進めた.その結果,栄養塩分布と藍藻の挙動に明確な相関は示されず,水温成層場の形成・消失過程が支配的であること,また群体の大きさが移動速度に影響を及ぼすことが示された.そこで,今年度は藍藻類の鉛直移動速度は群体の大きさにより異なるという点に着目し,藍藻類の群体面積および細胞数を実際に計測して群体形成と鉛直分布特性の関係性を検討した.その結果,蛍光光度計により計測した藍藻分布が夕方から早朝にかけて密度成層付近に停滞し,朝方急上昇,その後降下してまた停滞することを示した.顕微鏡から得た分布でも,朝方に上昇して時間の経過とともに降下し,また上昇するという傾向が示された.また,細胞数の最大値が時間帯によって大きく異なることを示した.群体が一次元的な鉛直移動をしているのであれば大きな差異がないはずであることから,群体は単純な鉛直移動をしているのではなく三次元的な動きをしていることが考えられる.群体の面積と鉛直分布について検討するために,群体の平均面積と細胞数の関係について検討した.その結果,細胞数が多い水深では群体面積も大きいことが読み取れる一方,細胞数が多い水深での群体面積には大きな差がある結果となった.この結果から,藍藻の群体は概ね水中で拡散することなく移動するが,特に細胞数が多くなる表層部分では凝集しさらに大きな群体を形成していることが推察された.アオコの挙動モデルを作成する上で重要となる,その移動形態について詳細に検討するために,本年度は藍藻類の鉛直移動速度は群体の大きさにより異なるという点に着目し、藍藻類の群体面積および細胞数を実際に計測して群体形成と鉛直分布特性の関係性を検討した。その結果,群体の大きさが藍藻類の移動速度に影響を及ぼすこと,さらには,藍藻の群体は概ね水中で拡散することなく移動するが,特に細胞数が多くなる表層部分では凝集しさらに大きな群体を形成している可能性があることを示した.この結果は藍藻類の挙動モデルを作成する上で大変重要なデータとなる.現在作成中の低次生態系モデルにおいては植物プランクトンの挙動を考慮出来ておらず,今後は藻類の分離と藍藻の挙動モデルを組み込むために,水槽実験も用いた挙動モデルを検討することで日サイクルでのプランクトン挙動を予測するモデルに発展させることができると考えられる.現地観測結果より得られたパラメタを基に,水鳥が飛来する閉鎖性水域におけるアオコの発生予測シナリオを構築する.水質モデルに関しては生産者,消費者,分解者とエネルギー資源からなる低次生態系モデルを採用する.その際,水面からの境界条件として水鳥からの糞尿の負荷を,底泥からの境界条件として栄養塩の溶出速度を実験結果よりパラメタ化する.構築したモデルを高松の池に適用することで,年間を通したアオコ発生シナリオを作成する.また,今年度の検討より,夏季におけるアオコの発生は水温成層場の形成に大きく影響を受けることを.アオコの主要因である藍藻類は浮力性を持ち水面付近で光合成を行い,夜間には沈降するサイクルを繰り返すが,水温成層場では密度界面の存在によって藍藻類の沈降が抑制されるため,これがある程度の期間継続されるとアオコの発生・維持が増進される.浅い閉鎖性水域では日サイクルでの水温成層の形成・消失過程を繰り返すため,その水温鉛直環境はアオコの発生特性に大きく影響を及ぼすと考えられる.
情報幾何に基づく確率伝搬法の解析

誤り訂正符号の手法であるターボ符号と低密度パリティ検査符号において、情報幾何に基づく確率伝搬法の析を行なった。さらにベイジアンネットワークにおける確率伝搬アルゴリズムを考案し,特許出願を行った。また、計算機上で高速に実行するための並列処理、キャッシュ技術を導入した実装を行い、従来と比べて1.7倍最高で100倍の計算速度の向上を達成した。また現実的な場面で確率推論アルゴリズムを適用するための社会的、工学的に有効なベイジアンネットワークの構築手法、アルゴリズムの適用方法についても検討した。とくに従来の多変量解析的な手法、データマイニング的手法、パターン認識的手法、心理的調査手法など多分野にわたる課題を、問題解決の観点から概観し、それらに対して確率伝搬法を適用するための方法論としてベイジアンネットによるモデリングによる一般化と、personal construct理論との関係性を明らかにした。欠損を含むデータから条件付パラメータを推定するためにEMアルゴリズムがあり、ベイジアンネットワークのEMアルゴリズムの場合には、Eステップにおいて他の変数の値から欠損部の値を推定するために確率伝搬法が適用できる。ノード数が179の本格的な規模のベイジアンネットワークでのEMアルゴリズムについて、確率伝搬法とサンプリング法のそれぞれを用いた場合の性能評価を行い、十分実用的な速度でE学習を実行可能であること、欠損部の条件付確率の近似が可能であることを示した。確率伝搬法による確率推論をより幅広く工学的に有用な問題に適用するための応用技術の研究も行った。人間の行動や意図の予測技術の研究を進め、家庭内で起こる幼児の事故予防や自動車運転中のドライバーの支援、インターネットユーザの意思決定支援、アンケートから個人の嗜好性を考慮した携帯電話サービス、などに活用するための検討を行い、以上の研究成果を計4冊の専門書にまとめた。確率伝搬法とその関連技術は,統計物理学,情報理論,画像処理,人工知能など複数の分野で研究が行なわれている。地域別にみると日本,米国,英国,オランダなどでの研究が盛んである。しかし,複数の分野で研究が行われていることから,それぞれの分野で既に得られている結果,問題点などについての知識が共有できていない。本年度は科学研究費特定領域研究の初年度であったため,まずこのような問題点を解決すべく,池田思朗,田中利幸(東京都立大),Max Welling(トロント大学)の3名が中心となって国際会議NIPS(Neural Information Processing Systems)の一部としてワークショップを企画した。このワークショップは確率伝搬法を論じるために企画したものであり,複数の分野を専門とする研究者を様々な国から招待した。ワークショップにおいては既に得られている知見を確認し,現在の問題点を論じ,さらに応用の可能性について活発に意見が交わされた。我々の研究の重要性も認識され,国際的な研究者の間でも情報幾何学を用いた確率伝搬法の解析への期待を感じることができた。ワークショップでは特に論文の提出などを考えなかったので,発表論文はないが,新たな協力研究の可能性を確認した。我々は現在,情報幾何により確率伝搬法を解析し,その一般的な理論体系を構築する段階にある。得られた結果を用いる際には具体的な問題を解く必要があり,その問題独自の構造を用いた表現が必要となる。具体的な問題としては現在,誤り訂正符号の手法であるターボ符号および低密度パリティ検査符号についての解析を行なっている。得られた結果については理研BSIS技術報告において公開している。ベイジアンネットにおける確率推論アルゴリズムについて調査を行い、性能を実験的に評価するためのプログラムを実装した。さらに、ノード数が20300までのペイジアンネットを自動的に生成しそれらに対する各種の確率推論アルゴリズム(Junction treeアルゴリズム、システマチックサンプリングアルゴリズム、確率伝搬法の一種であるLoopyBPアルゴリズム)の性質を調べあげた。

その結果、よく使われているJnnction treeアルゴリズムではノード数が300以上では、512MBメモリのPCではメモリ不足のために実行が不可能になること、ノード数が100の場合でも確率推論アルゴリズムの速度が10秒程度かかってしまう問題があることを明かにした。またその代替的な近似アルゴリズムであるシステマチックサンプリングでもノード数300では20秒以上かかっている。それに対しLoopyBPではノード数300で4.7秒と非常に高速であることを明かにした。これまでの推論アルゴリズムの実験評価(1999 K.Murphy et al.)では2種のベイジアンネットについてのみであったのに対し、本研究では様々なサイズのベイジアンネットについての網羅的な実験であり、これは他に類を見ないものである。また、LoopyBPアルゴリズムの収束性についても実験評価を行い、条件付確率のエントロピーが収束性に大きな影響を与える性質があることを明らかにした。この性質を使って、LoopyBPの収束性を改善する新しいアルゴリズムを考案し、特許出願を行った。解の精度については定性的な傾向は明かになったが、アルゴリズムの収束性と精度の間にはトレードオフが存在するため、その制御方法が今後の課題として明かになった。今年度の研究では、昨年度開発した確率伝搬法の近似アルゴリズムの改良を引き続き進め、性能改善のための手法の検討、提案、実装と計算機実験による性能評価を行った。具体的には収束性を向上するための緩和的方法と従来の安定化法であるモーメント項を導入したアルゴリズムの実装を行い、実験的に評価した。さらに緩和率を動的に制御する方法を開発し、収束性を高めながら、解の精度低下による影響を最小限に抑えるためのプログラム実行方式を開発した。この結果に基づき、特許出願を行った。また現実的な場面で確率推論アルゴリズムを適用するための社会的、工学的に有効なベイジアンネットワークモデルの構築手法、アルゴリズムの適用方法についても検討した。とくに従来の多変量解析的な手法、データマイニング的手法、パターン認識的手法、心理的調査手法など多分野にわたる横断的な問題を、問題解決の観点から概観し、それらに対する確率伝搬法を適用するための方法論としてベイジアンネットによるモデリングによる一般化と、personal construct理論との関係性を明らかにした。その結果、効率的な事前知識の収集とモデル構築が加速できるとともに、従来評価グリッド法が適用されていた分野に確率伝搬法を導入することが可能になった。これにより本研究の成果を速やかに実社会へ還元できることが大きく期待できる。また理論面では情報幾何学による数理的構造の解析を進め、これらの実験結果を理論的にも検証した。