hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形構造物の加速度制御に基づくリアルタイムサブストラクチャ振動台実験法の開発

1.NSBCは,パラメータ変動を有する構造システムを制御するのに非常に強力である.このNSBCを,非線形性を呈する構造物を積載した振動台実験に応用する手法を構築した.NSBCを振動台制御に応用するため,構造物を積載した振動台のモデリング方法を考案した.2.NSBCを実験に応用する際に,不安定な挙動を示すか示さないかが事前に判定できないと,実際の実験には応用できない.そのため,非線形システムを搭載した振動台にNSBCを適用した場合の安定性解析を,ナイキストの安定理論に基づき,考案した.3.NSBCの応用には,制御システムの無駄時間の推定が必須であるが,実験時には完全な推定は不可能である.無駄時間の推定が高い精度で行われていないときに,NSBCは不安定挙動を引き起こすことが安定性解析で明らかとなった.さらに,無駄時間が高精度に把握されていない場合でも,制御器に適切に設計したフィルターを追加することによって不安定性を防げることも考案した.4.実際に,NSBCを応用した非線形試験体を積載した振動台の実験では,既存の制御手法では,十分な制御精度を実現できなかったが,NSBCではほぼ100%の制御精度を達成した.当初の予定通り,一年目に確立した非線形制御手法を用いた振動台実験手法に基づいて,Real-time Substructure (RTS)振動台実験法を構築する.さらに,そのRTS実験手法を実際の振動台や油圧式実験装置に応用することで,その適用性を実験的に評価する.1.NSBCは,パラメータ変動を有する構造システムを制御するのに非常に強力である.このNSBCを,非線形性を呈する構造物を積載した振動台実験に応用する手法を構築した.NSBCを振動台制御に応用するため,構造物を積載した振動台のモデリング方法を考案した.2.NSBCを実験に応用する際に,不安定な挙動を示すか示さないかが事前に判定できないと,実際の実験には応用できない.そのため,非線形システムを搭載した振動台にNSBCを適用した場合の安定性解析を,ナイキストの安定理論に基づき,考案した.3.NSBCの応用には,制御システムの無駄時間の推定が必須であるが,実験時には完全な推定は不可能である.無駄時間の推定が高い精度で行われていないときに,NSBCは不安定挙動を引き起こすことが安定性解析で明らかとなった.さらに,無駄時間が高精度に把握されていない場合でも,制御器に適切に設計したフィルターを追加することによって不安定性を防げることも考案した.4.実際に,NSBCを応用した非線形試験体を積載した振動台の実験では,既存の制御手法では,十分な制御精度を実現できなかったが,NSBCではほぼ100%の制御精度を達成した.当初の予定通り,一年目に確立した非線形制御手法を用いた振動台実験手法に基づいて,Real-time Substructure (RTS)振動台実験法を構築する.さらに,そのRTS実験手法を実際の振動台や油圧式実験装置に応用することで,その適用性を実験的に評価する.一年目に予定していた,油圧式加振機を用いたリアルタイムサブストラクチャ実験が,実験装置の都合上,二年目の実施に変更になった.そのため,二年目には,油圧式加振機を用いたリアルタイムサブストラクチャ実験と振動台を用いたリアルタイムサブストラクチャ実験の2種類を実施する.一年目の助成金未使用額と二年目の助成金は,2年目に実施する実験の実験装置・計測装置,実験用試験体製作・設置に使用する.
神経終末からのアセチルコリン放出の機序に関する研究

神経終末からの伝達物質の放出には[Ca^<2+>]_iの上昇が必要であると言われている。一方、細胞外にCa^<2+>が存在しない場合でもNa^+の流入により伝達物質の放出が起こることが知られている。しかし、細胞内へのNa^+の蓄積が何故伝達物質の放出を引き起こすのかという疑問に対する解答が未だになされていない。他方、イノシトールリン脂質代謝物であるIP_3が細胞内貯蔵部位からCa^<2+>を遊離させることが明らかにされており、さらに最近では、[Ca^<2+>]_iの変化とpH_iの変動との関連性についても示唆されている。そこで、細胞内のNa^+の増加がどのような細胞内メディエーターを介して伝達物質の放出を引き起こすのかを明らかにするために、神経終末のモデルである大脳皮質シナプトソームを用いて、細胞内のNa^+を増加させた場合の[^3H]ACh放出に対する、[Ca^<2+>]_i、IP_3およびpH_iの変化の対応関係について検討した。Na^+イオノフォーであるモネンシン、Na^+チャネル活性化物質であるベラトリジンおよびNa^+,K^+-ATPase阻害薬であるウアバインは何れも^<22>Naの取り込み、[Ca^<2+>]_iおよび[^3H]ACh放出を増加した。モネンシンとベラトリジンの作用はテトロドトギシンやCa^<2+>除去によりそれぞれよく対応して変動し、^<22>Naの取り込み、[Ca^<2+>]_iおよび[^3H]ACh放出の間に相関が見られた。しかしウアバインにおいては、テトロドドキシンにより^<22>Naの取り込みが阻害されるにも拘らず[^3H]ACh放出がおこり、またCa^<2+>不在下での[^3H]ACh放出が[Ca^<2+>]_iの増加を伴わなかった。この様な結果は、各薬物の作用機序が異なっていることに起因すると思われる。一方、これら三種の薬物は何れもIP_3の増加を引き起こした。しかし、この作用は細胞内のNa^+の蓄積による[Ca^<2+>]_iの上昇に起因する二次的な効果である。さらに、モネンシンのみがpH_iを上昇させ、それ以外の薬物では効果がなかった。以上の成績は、ラット大脳皮質シナプトソームからのACh放出に、細胞内へのNa^+の蓄積に伴う[Ca^<2+>]_iの増加が重要な役割を果たしていること、しかしIP_3とpH_iの変化は、ACh放出に対して直接的に関連している可能性が乏しいことを示唆している。
高強度レーザー場での原子核の励起

高強度レーザーの発展に伴い、原子内の静電場の大きさに近い強度の電場がレーザーによって作られるようになってきた。この高強度レーザー場中での原子の振る舞いを調べる研究が多く行われている。しかし、原子核に対しては、上記のレーザー場の強度はまだ無視できる程度に小さい。そこで、レーザー場による原子核への直接の影響ではなく、軌道電子を媒介としての影響について考えた。即ち、高強度レーザー場に置かれた原子の軌道電子は、その軌道が定常状態のものから大きく歪められ、やがて電離し離れて行く。この電離が起こるまでの間に、電子が原子核とのクーロン相互作用によりレーザー場のエネルギーを核に受け渡し原子核を励起する過程を考えた。この過程の理論計算を困難にしている原因は、原子核と原子核系の2つの系を考えなければならないことと、核励起には多くの光子の吸収が必要なことである。そこで、計算の簡略化のためにSpace Translation Transformationの手法を用いた方法を提案した。この方法は、レーザーの周波数に対応した加速度系へ座標変換することによって、ハミルトニアンを簡単化するものであり、この方法を用いれば確率振幅をS-matrix形式の一次の項により比較的容易に計算できる。しかし、この計算方法の適用範囲は、レーザー場の強度が比較的弱い場合に限られる。この方法を用いた計算プログラムを作成し、高強度レーバー場での原子核の励起確率の計算の可能性を検討した。核励起の例として、^<19>FのE2遷移(1/2+→5/2+,190keV)を取りあげ,高強度レーザー場中での遷移確率を、レーザーの強度及び周波数をパラメーターとして計算した。
マルチスケールモデルによるアミノ酸配列に記された大規模構造変化と動的機能

蛋白質のアミノ酸配列と立体構造の関連、さらにその進化過程を理解するための以下の研究を行った。1)蛋白質の立体構造予測手法の開発アミノ酸配列から蛋白質の立体構造を計算機によって予測する手法を開発した。開発した手法の性能を客観的に評価する目的で世界的な蛋白質立体構造予測コンテストCASP9に参加した。本手法はTBM部門で3位の成績であった。2)アミノ酸配列順序に依存しない立体構造比較アルゴリズムの開発CASP9で得た知見を生かし、蛋白質のアミノ酸配列順序に依存せずに立体構造を比較する手法を開発した。この手法による構造比較を用いると、既存の手法と比べ、比較精度が20%以上向上した。また、計算速度においても既存の最も高速なアルゴリズムと比較してもほとんど遜色がない。さらに、上記アルゴリズムを用いた既知蛋白質データベースの解析によって、蛋白質二次構造の空間的配置パターンの分類を行った。長い進化の結果である現状の蛋白質の二次構造配置パターンでは、ほぼ200残基以内のサイズの蛋白質の取りうるパターンは満たされているという結果を得た。さらに、この結果を応用することで蛋白質立体構造予測に向けての新たなアルゴリズムを提案した。新しいアルゴリズムでは、蛋白質鎖のつながりに依存せず蛋白質構造を構築する。この手法は現段階でCASP9時に予測困難であったターゲットをある程度構造構築することが可能となっている。この手法は平成24年度に行われるCASP10にてテストされる。蛋白質のとる立体構造とそれの持つ動的機能はアミノ酸配列という一次元情報によって一意に決まる。このような三次元から一次元へのデザイン原理は長い生物進化の過程で獲得されたものであり、この動的設計原理を理解し、蛋白質進化のメカニズムを明らかにすることは分子生物学の主要なテーマの一つである。我々の研究グループは蛋白質の動的設計原理と進化のメカニズムを明らかにすることを目的とした以下の研究を行った。(1)(立体構造予測法の開発)蛋白質の設計原理を理解するため、我々は蛋白質の構造比較を用いた新たな蛋白質立体構造予測法を開発した。これは蛋白質構造データベースに対する立体構造検索を応用することで、構造類似蛋白質に共通して見られる物理化学的制約条件を立体構造予測に反映する手法である。この手法の有用性を客観的に検証するため、蛋白質立体構造予測コンテストCASP9(2010)に参加し、ホモロジーモデリング(TBM)部門で世界3位という評価を得た。(2)(配列順序に依存しない構造比較手法の開発)蛋白質の構造類似性と進化の関連を調べるため、アミノ酸配列順序に依存しない新たな構造比較法を開発した。この手法を用いて網羅的なデータベース解析を行った結果、これまで明らかにされなかった蛋白質進化のメカニズムを示唆する例を得ることができた。これは蛋白質の断片起源(ADS)仮説を強力に支持する初めての例になる可能性がある。ADS仮説が正しければ蛋白質進化におけるフォールド多様化のメカニズムが明らかになる。
詩人・思想家ムハンマド・イクバールの初期詩作品に関する研究

2018年度においては、ウルドゥー語・ペルシア語の詩人、南アジアを代表するイスラーム思想家として有名なムハンマド・イクバール(Muhammad Iqbal 1877-1938)の、インド・ナショナリズムの影響下にあったとされる、1905年のヨーロッパ留学以前の、ウルドウー語で執筆された初期詩作品の文学史的・思想史的特徴を検討するために、以下の作業を行った。(1)詩集に収録されていない詩作品の収集及び読解。(2)初期詩作品に関する研究文献の収集及び内容研究。(3)イクバールの初期詩が数多く掲載されたラホールのウルドゥー語雑誌『宝庫(Makhzan)』の調査研究。(4)19世紀後半から20世紀初頭にかけてのウルドゥー語文化圏の文学・思想潮流に関する研究文献の収集。(5)イクバールの、ヨーロッパ留学期以降の詩作品の読解。各作業の実績は以下の通りである。(1)初期詩作品の収集はほぼ完了しており、読解作業も進んでいる。(2)主要な研究文献の収集は完了しており、内容を研究中である。(3)デリーのジャーミヤ・ミッリヤ・イスラーミーヤ(Jamia Millia Islamia)大学図書館に出張し、ラホールの図書館に所蔵されていない『宝庫』バックナンバーの研究を行った。(4)パキスタン、インドの最新の研究文献のいくつかを入手した。(5)初期詩作品の特徴を明確にするために、ヨーロッパ留学以降に発表された、代表的なガザル(ghazal定型抒情詩)をいくつか翻訳した。2018年度には以下の目的でイギリスに出張し、ロンドンの大英図書館で調査・研究を行う予定であったが、台風の影響で出張することができなかった。(1)19世紀後半から20世紀初頭にかけてのパンジャーブ州政府の文化政策を確認するため、同州政府公文書の調査。(2)同時期のウルドゥー語文化圏の出版状況を確認するため、州政府が作成した出版状況報告書の調査。(3)同時期に出版されたウルドゥー語雑誌の内容の研究。以上の作業は、イクバールの初期詩作品の文学史的・思想史的特徴を検討する上で非常に重要な作業であり、2019年度に作業を実施する予定である。他の点においては、研究は予定通り進行している。今後は以下のような作業を行う予定である。(1)イクバールの、ヨーロッパ留学以前の詩作品の読解を進め、重要なものに関しては翻訳を行う。(2)イクバールの活動拠点であるラホールで出版され、ラホールの文学界に大きな影響を与えたと考えられるウルドゥー語雑誌『宝庫』ーこれはイクバールの初期詩作品の重要な発表舞台でもあったーの内容研究。(3)19世紀後半から20世紀初頭にかけて刊行されていた、『宝庫』以外のウルドゥー語雑誌の内容研究。(4)イクバール初期詩作品に関する最近の研究状況に関する情報収集。(5)19世紀後半から20世紀初頭にかけてのウルドゥー語文化圏の、特にパンジャーブの文学・思想潮流に関する最近の研究状況に関する情報収集。

(1)イクバールの、ヨーロッパ留学以前の詩作品の読解を進め、重要なものに関しては翻訳を行う。(2)イクバールの活動拠点であるラホールで出版され、ラホールの文学界に大きな影響を与えたと考えられるウルドゥー語雑誌『宝庫』ーこれはイクバールの初期詩作品の重要な発表舞台でもあったーの内容研究。(3)19世紀後半から20世紀初頭にかけて刊行されていた、『宝庫』以外のウルドゥー語雑誌の内容研究。(4)イクバール初期詩作品に関する最近の研究状況に関する情報収集。(5)19世紀後半から20世紀初頭にかけてのウルドゥー語文化圏の、特にパンジャーブの文学・思想潮流に関する最近の研究状況に関する情報収集。2018年9月に、イギリスに出張し、19世紀後半から20世紀初頭にかけてのウルドゥー語文化圏、特にパンジャーブの文学・思想状況を研究するため、ロンドンの大英図書館所蔵のパンジャーブ州政府公文書やウルドゥー語雑誌を研究する予定であったが、台風の影響で搭乗予定であった飛行機に搭乗できず、イギリスに出張できなかった。これが次年度使用額が生じた大きな原因である。2019年度においては、この次年度使用額を用いてイギリスに出張し、大英図書館において、2018年度に行えなかった研究を行う予定である。2019年度に支給される助成金は、当初の計画に従って、南アジアの研究機関や図書館における調査・研究活動や研究資料の購入に充当する予定である。
サンゴの環境制御飼育実験による精密指標の開発 -熱帯域における気候変動の精密復元-

サンゴは炭酸カルシウム(アラレ石)からなる骨格を形成しながら成長するが,この時,周囲の水温や塩分などの環境因子や海水の各種化学成分などがこの骨格に記録されると考えられている.ハマサンゴ属のような塊状群体の年輪は,このような古海洋環境変遷を明らかにするのに有用である.しかし最近の研究では,海水温の指標となる酸素同位体比やストロンチウム・カルシウム比がサンゴ骨格の成長速度という生物学的パラメータに依存している可能性が指摘され,海洋環境が正確に記録されていない可能性が懸念されている.そこで本年度は海水温を21,23,25,27,29°Cの5段階に設定したサンゴの飼育実験を行った.それぞれの温度区で約6ヶ月間飼育したサンゴの骨格中の微量元素測定の結果,ストロンチウム・カルシウム比と海水温との間によい相関関係が見られたが,ウラン・カルシウム比については明確な関係が認められなかった.さらに注目すべきは,これまで海水温の指標として考えられていたマグネシウム・カルシウム比が温度ではなく,成長速度の影響を強く受けていたことである.また,次年度以降に大気中二酸化炭素濃度の指標となることが指摘されているサンゴ骨格中のホウ素同位体比について,飼育実験・測定を行い,大気中二酸化炭素濃度の差が大きい最終氷期,後氷期(産業革命以前),現在における海水中のpHを復元する予定である.この研究においては,化石サンゴの精密な年代測定が必要なため,今年度は化石サンゴのウラン・トリウム年代測定に関する高い技術と実績をもつアメリカ・ミネソタ大学地質・地球物理学科に滞在し,分析に関する技術の習得を行った.サンゴは炭酸カルシウム(アラレ石)からなる骨格を形成しながら成長するが,この時,周囲の水温や塩分などの環境因子や海水の各種化学成分などがこの骨格に記録されると考えられている.ハマサンゴ属のような塊状群体の年輪は,このような古海洋環境変遷を明らかにするのに有用である.しかし最近の研究では,海水温の指標となる酸素同位体比やストロンチウム・カルシウム比がサンゴ骨格の成長速度という生物学的パラメータに依存している可能性が指摘され,海洋環境が正確に記録されていない可能性が懸念されている.そこで本年度は海水温を21,23,25,27,29°Cの5段階に設定したサンゴの飼育実験を行った.それぞれの温度区で約6ヶ月間飼育したサンゴの骨格中の微量元素測定の結果,ストロンチウム・カルシウム比と海水温との間によい相関関係が見られたが,ウラン・カルシウム比については明確な関係が認められなかった.さらに注目すべきは,これまで海水温の指標として考えられていたマグネシウム・カルシウム比が温度ではなく,成長速度の影響を強く受けていたことである.また,次年度以降に大気中二酸化炭素濃度の指標となることが指摘されているサンゴ骨格中のホウ素同位体比について,飼育実験・測定を行い,大気中二酸化炭素濃度の差が大きい最終氷期,後氷期(産業革命以前),現在における海水中のpHを復元する予定である.この研究においては,化石サンゴの精密な年代測定が必要なため,今年度は化石サンゴのウラン・トリウム年代測定に関する高い技術と実績をもつアメリカ・ミネソタ大学地質・地球物理学科に滞在し,分析に関する技術の習得を行った.
基礎知識学習のための作問を活用したe-Learningシステムの開発

我々は、e-Learningコンテンツ視聴後に行われる問題解答に着目した知的教育システムASQ(Active S-Quiz)を開発した。e-Learning視聴で学習した基礎知識の定着を計ることを目指し、学習者主導による作問環境を導入し、作問を通じて学習者の基礎知識を判定する。ASQは、自由作問と誘導作問により学習者の基礎知識を判定した後、システム主導による多肢選択問題を用いたドリル学習へ移行し、学習者の基礎知識を定着させる。評価実験により、領域知識ベースが適切に準備されている場合は、十分な教育機能を提供できることを確認した。高校程度の化学の基礎知識学習を対象としてAdaptive KSS(ASC: Active S-Quizと名称変更)に一次試作した。具体的には、基礎知識学習の3段階のフェーズの支援について、(1)知識状態を推定するための学習者モデルと推論機構、(2)学習者の不足知識の補完や誤った知識の修正のための教授戦略制御機構、(3)学習者モデルと学習ログに基づくドリル制御機構の設計を行い、プロトタイプシステムを開発した。また、インタフェースはKSS(S-Quiz)の作問環境を参照するモジュールとして開発した。これを容易に実現するために、他のWebアプリケーションからS-Quizの作問環境インタフェースなどを呼び出すAPIをまず開発して、そのAPIを用いてASCを実装した。また、学習者の作問行動の誘導および、作問された問題の出題方法についても平行して研究を進めた。研究成果は、国際会議ICCE2014を含め、国内の教育工学系の研究会等で口頭発表した。平成27年度上半期に一次試作システムの機能評価を実施した。主に一次試作システムの領域知識ベース、学習者モデル、教授戦略制御機構の妥当性を評価し、改良・新規開発の方針の材料とした。また、学習対象領域を固定しないASQ(旧名称:Active S-Quiz)の二次試作を目指して、e-Learningコンテンツの素材(PowerPointファイルやPDF資料)から学習対象知識を半自動的に抽出するモジュール試作を行った。また、現実的なe-Learning支援として作問学習を位置づけることにより、当初、領域知識ベース、学習者モデル、教授戦略制御機構の領域依存性を分析して、学習対象領域を変更できる仕組みを提案していたが、その方略によらない開発の可能性が明らかになった。なお、得られた成果については教育工学や教育システムなどの関連学会や国際会議などで成果発表した。また、平成28年1月での研究会発表では、本研究が高く評価され、研究奨励賞を受賞した。一次試作システムの機能評価の実施、学習対象知識を半自動的に抽出するモジュール試作など当初予定の範囲で研究遂行できた。また、国際会議を含む多くの研究会等で口頭発表でき、研究奨励賞も受賞できた。平成27年度に開発した一次試作システムの機能評価に基づき、領域知識ベース、学習者モデル、教授戦略制御機構を中心に改良を進め、Webアプリケーションとして二次試作システムを開発した。領域知識ベースについて意味ネットワークの形式で教授知識をサーバシステム上にデータベースモジュールとして格納・利用できるように構築した。学習者モデルについては意味ネットワーク形式の教授知識のデータベースを学習者ごとに複製し、ノードに知識状態を付与する方式でオーバーレイ型学習者モデルを実装した。これにより、複数の学習者が独立に本システム上で学習できる基本的な枠組みを実現できた。また、教授戦略制御機構は主に対話制御を中心にインタフェース実装を行った。具体的には作問における曖昧な表現から学習者の知識状態を判定して、教育対話を制御する仕組みを実現した。レーベンシュタイン距離などを用いて知識推定の精度向上も図った。開発した二次試作システムの評価は実際の大学の授業で実施する予定であったが、システム改良とブラッシュアップに予定以上の時間を要したため、規模を縮小して評価実験を実施した。評価実験では領域知識ベースのノードとリンクが適切に整理されている場合は、高い精度で学習者の知識推定が可能であるが、そうでない場合、推定精度に影響が出ることがわかった。それ以外の教授戦略の適応的な切り替えや終盤のドリル&プラクティスは当初想定していた性能が得られた。一次試作システムと同様の対象領域の汎用性を担保しつつ、二次試作システムとしては想定した性能が実現できたと言える。なお、得られた結果は教育工学や教育システムなどの国内の関連学会で成果発表して、関係する研究者と情報共有・情報交換を行った。二次試作システムは平成30年度以降の大学の授業で利用して教育実践研究を行う予定である。平成26年度内にプロトタイプシステムが構築でき、されに、国際会議を含めて国内の教育工学系の研究会等で口頭発表できた。二次試作システムのさらなる改良を行い、可能であれば大学内で開講されている適当な(e-Learning)科目を対象に、二次試作システムの機能評価を実施する。この評価実験は、二次試作システムの各種機能の妥当性を評価し、さらに、授業への利活用におけるシステム全体の妥当性を評価する。

なお、得られた結果については関連学会や国際会議などで成果発表するなお、最終的なプロダクトとして、開発したASQをインタネット上で公開することを目指す。教育工学平成27年度上半期に大学生を対象に一次試作システムの機能評価を実施する(大学初年時専門科目を対象とする予定)。主に一次試作システムの領域知識ベース、学習者モデル、教授戦略制御機構の妥当性を評価する。これはActive S-Quizの運用サーバを構築し、実施する。実験で得られた各種データを分析する。また、対象モジュールの改良が必要な場合は、平行して実施する。これと平行して、学習対象領域を固定しないASCの二次試作を実施する。領域知識ベース、学習者モデル、教授戦略制御機構の領域依存性を分析して、学習対象領域を変更できるように、領域依存部分をシステム管理者(教員を含む)がカスタマイズできるオーサリング機能を新たに付与する。初年度に引き続き、必要なハードウェアが既存機器で一部流用でき、また、プログラム開発などを修士論文・卒業研究として実施できたため、各種費用の執行額が少なくなった。また、国際会議が地元開催になるなど旅費の当初予定した額より下回った。本システムの開発におけるインタフェースデザインの部分における費用について、既存機器が一部流用でき、さらに、本年度は謝金などが発生しない形で研究遂行できた。このため次年度使用額が発生した。二次試作システムの機能評価を実施する前に、システムのブラッシュアップ(機能改良)に次年度使用額分の一部を充当する。また、開発システムを広く公表するために旅費などにも追加配分する予定である。平成26年度に開発したプロトタイプシステムのインタフェースのカスタマイズ(二次試作システムの開発)に当初計画の上に開発補助者金として本予算を充てて、より洗練したインタフェースを持つ教育システムの開発を行う。また、インタフェース部分について教育工学系学会での発表に重点を置き、発表関係経費として利用する。
HTLV-I関連脊髄症(HAM)発症病理におけるモノサイト/マクロファージの役割

次に,ヒト・マクロファージ細胞株U937にサイトメガロウィルスをプロモーターとしたtax発現プラスミドをリポフェクション法にて遺伝子導入し,inducible mitric oxide synthase(iNOS) mRNA発現能及びNO産生能を検討した.iNOSmRNA発現量はtaxを遺伝子導入したU937で高値を示し,IFN-γ刺激により更に誘導された.培養上清中のNO濃度はIFN-γ非刺激に於いてもtaxを遺伝子導入したU937で高く,IFN-γ刺激により更に増強された.以上より,マクロファージ系細胞はHTLV-I感染でNO産生能が修飾され,神経細胞障害を獲得する事が示唆された.Yoshikiらによって作成されたHAMモデルラットの組織所見がマクロファージ/ミクログリアを中心とした神経変性像が主体であることや,KurodaらがHAM患者剖検脊髄のマクロファージ/ミクログリア系細胞内にHTLV-I privoral genomeの存在を示唆したこれまでの知見と併せて,我々のこれまでの研究結果は,HAM発症にMo/Mφが関与していることを示していると考えられる.次に,ヒト・マクロファージ細胞株U937にサイトメガロウィルスをプロモーターとしたtax発現プラスミドをリポフェクション法にて遺伝子導入し,inducible mitric oxide synthase(iNOS) mRNA発現能及びNO産生能を検討した.iNOSmRNA発現量はtaxを遺伝子導入したU937で高値を示し,IFN-γ刺激により更に誘導された.培養上清中のNO濃度はIFN-γ非刺激に於いてもtaxを遺伝子導入したU937で高く,IFN-γ刺激により更に増強された.以上より,マクロファージ系細胞はHTLV-I感染でNO産生能が修飾され,神経細胞障害を獲得する事が示唆された.Yoshikiらによって作成されたHAMモデルラットの組織所見がマクロファージ/ミクログリアを中心とした神経変性像が主体であることや,KurodaらがHAM患者剖検脊髄のマクロファージ/ミクログリア系細胞内にHTLV-I privoral genomeの存在を示唆したこれまでの知見と併せて,我々のこれまでの研究結果は,HAM発症にMo/Mφが関与していることを示していると考えられる.
エナメルマトリックスタンパクを用いた再植歯における機械受容終末の再生

本研究は、再植歯にエナメルマトリックスタンパク[Enamel Matrix Derivative (Emdogain【○!R】Gel;以下EMD)]を用いることで、歯周組織の治癒機転がどのように働き、形態学的に再生したルフィニ終末が機械受容終末として機能し得るか検討することを目的とする。方法は、ラット上顎右側前歯を全身麻酔下で抜歯し、生理食塩水中で根基部歯胚相当部を切断、根基部方向より抜髄、低融点Warmed Gutta Purchaにて逆根管充填した。実験群には、歯根表面にEMD (30mg/ml)を0.05ml添加後に再植し、対照群ではEMD無添加の状態で再植した。観察期間終了後に組織切片を作製し、神経線維の特異的検出に有効なProtein Gene Product 9.5(以下抗PGP 9.5)及びルフィニ終末などの知覚神経終末に特異的なNa^+, K^+ ATPase β1 subunit (以下抗Na^+, K^+ ATPase)により免疫染色を施し、歯周組織の動態を免疫組織化学的に検討した。結果は、術後1週間日で実験群・対照群ともにルフィニ終末は減少した。両群ともルフィニ終末は抗PGP9-5には陽性反応を示すが、抗Na^+, K^+ ATPaseでは陽性反応を示さず、知覚神経線維の活性の低下を示した。術後2週間日で実験群では抗PGP 9.5陽性の樹枝状ならびに小胞状の構造を示ルフィニ終末に反応を示した。抗Na^+, K^+ ATPaseでもわずかに陽性反応を示し、知覚神経線維の活性の回復を認めた。】方、対照群では、抗PGP 9.5陽性の小胞状の構造を示すルフィニ終末にわずかに反応を示すが、抗Na^+, K^+ ATPaseでは陽性反応を示さなかった。以上より,ラット再植歯にEMDを応用することで、ルフィニ終末の形態的機能的再生が早期に起こると考えられる。これらから、外傷で脱臼した歯牙の再植や意図的再植など、歯根膜を含む歯周組織の傷害された症例においてEMD使用の有効性が示唆される。本研究は、再植歯にエナメルマトリックスタンパクを用いることで、歯周組織の治癒機転がどのように働くか、また、形態学的に再生したルフィニ終末が機械受容終末として機能し得るか検討することを目的とする。まず、再植歯に対するEnamel Matrix Derivative (Emdogain^【○!R】Gel;以下EMD)の作用を調べるため、ラット再植歯の実験モデルにEMDを応用した際の歯周組織の動態を病理組織学的に検討した。ラット上顎右側前歯を全身麻酔下で抜歯し、生理食塩水中で根基部歯胚相当部を切断、根基部方向より抜髄、低融点warmed Gutta Purchaにて逆根管充填した。実験群は再植前に歯根及び抜歯窩へEMD (30mg/ml)を0.05ml添加した。対照群ではEMD無添加の状態で再植した。観察期間終了後に組織切片を作製し、H-E染色を施した。結果として、実験群では、術後1週間目で歯根膜は不整ではあるがセメント質-歯槽骨間の連続性を回復するとともに歯根膜中には島状の骨が発現し、根尖部においては歯胚相当部に新生骨の添加が認められた。術後2週間目で歯根膜は規則性をほぼ回復し、根尖部の骨も厚みを増していた。対照群では、術後1週間目で歯根膜は不整ではあるがセメント質-歯槽骨間の連続性は回復していた。歯根膜中における島状の骨の発現はほぼ認められなかった。術後2週間目で歯根膜の連続性は依然不整であるが、歯根膜中に島状の骨の発現が認められた。根尖部では歯槽骨の肥厚が認められた。以上のことから、ラット再植歯にEMDを応用することで、規則的で連続性のある歯根膜の早期の回復や、歯根膜周囲や根尖部歯槽骨における早期の骨添加といった、歯周組織の創傷治癒の促進が考えられる。本結果は、日本歯科保存学会2004年度春季学会(第120回)において発表予定である。

結果は、術後1週間日で実験群・対照群ともにルフィニ終末は減少した。両群ともルフィニ終末は抗PGP9-5には陽性反応を示すが、抗Na^+, K^+ ATPaseでは陽性反応を示さず、知覚神経線維の活性の低下を示した。術後2週間日で実験群では抗PGP 9.5陽性の樹枝状ならびに小胞状の構造を示ルフィニ終末に反応を示した。抗Na^+, K^+ ATPaseでもわずかに陽性反応を示し、知覚神経線維の活性の回復を認めた。】方、対照群では、抗PGP 9.5陽性の小胞状の構造を示すルフィニ終末にわずかに反応を示すが、抗Na^+, K^+ ATPaseでは陽性反応を示さなかった。以上より,ラット再植歯にEMDを応用することで、ルフィニ終末の形態的機能的再生が早期に起こると考えられる。これらから、外傷で脱臼した歯牙の再植や意図的再植など、歯根膜を含む歯周組織の傷害された症例においてEMD使用の有効性が示唆される。
特発性自然気胸における新規弾性線維形成異常の同定

特発性自然気胸は若年男性に好発する頻度の高い疾患であるが、その原因は未だ不明である。やせ形、高身長など特有の身体的特徴を持ち、臨床的に本疾患は結合組織に何らかの脆弱性が存在する可能性がある。近年弾性繊維形成にFibulinという分子が関与している事が明らかにされてきており、Fibulin-5はオーガナイザーとして弾性繊維形成に関与する分子であることが判明している。また加齢黄斑変性や皮膚弛緩症でSNPによるFibulin-5蛋白の減少が報告されている。本研究は臨床検体を用いて行う為、症例を蓄積しながら25歳未満を若年性自然気胸と定義し、若年性自然気胸群、25歳以上の気胸群、他疾患で肺切除が施行された群をコントロール群とし、3群間でFibulin-5の遺伝子、蛋白について、real-time PCR、western-blotを用いて定量的に測定した。若年群でFibulin-5蛋白の減少が確認された為、症例を蓄積し同様の検討を行った所、若年性自然気胸群ではFibulin-5蛋白の減少が確認されたが、Fibulin-5遺伝子発現には差がないという結果であった。Fibulin-5蛋白の減少の機序について、現在までアミノ酸置換を伴うSNPの報告が複数存在するため、Direct sequenceを行ったが、同様の機序は確認されなかった。また、成人の肺で多く存在するFibulin-1蛋白発現について同様の検討を行ったが、3群間に差は認められなかった。Fibulin-5蛋白形成に関係する未知の遺伝子発現を検討する為に代表的な症例を用いてマイクロアレイ解析を行ったが、候補となる有力な遺伝子は同定されなかった。特発性自然気胸は若年男性に好発する頻度の高い疾患であるが、その原因は不明未だ不明である。また、やせ形、高身長など特有の身体的特徴を持ち、臨床的に本疾患は結合組織に何らかの脆弱性が存在する可能性がある。近年弾性線維形成にFibulinという分子が関わっている事が明らかにされてきており、Fibulin-5はオーガナイザーとして弾性線維形成に関与する分子であることが判明している。また、加齢黄斑変性や皮膚弛緩症でSNPによるFibulin-5蛋白の減少が報告されている。本研究は臨床検体を用いて行うため、現在症例を集積しながら、25歳未満を若年性自然気胸と定義し、若年性自然気胸群、25歳以上の気胸群、他疾患で肺切除になった群をコントロール群とし、3群間でのFibulin-5の遺伝子発現、蛋白をreal-time PCR, western blotを用いて定量的に測定した。それぞれinternal controlとしてGAPDH, be-ta actinを用いて相対的な値を測定し分散分析にて比較を行った。まず基礎実験として若年群でのFibulin-5蛋白の減少が認められたが、その後数を増やして検討しても同様の結果が得られた。しかし、Fibulin-5遺伝子発現には差が認められなかった。遺伝子発現に差がないにも関わらず、Fibulin-5蛋白の減少が起こる機序として、現在までの報告ではアミノ酸置換を伴うSNPの報告が複数存在する。現在注目する症例においてDirect sequenceを行い、同様の変化が生じているかどうか検討している。また、Fibulin-5蛋白によりいわゆる気胸体型と同様の変化が起こるかどうかについて検討するため、動物モデルの構築を検討中である。本研究は臨床検体を用いて行うため、症例が一定程度集積した後に解析を開始するものである。現在、若年性自然気胸群においてFibulin-5蛋白の減少が確認されており、今後症例を集積しながらその機序の解明にむけて計画を策定している。Fibulin-5遺伝子発現量に差はなかったが、Fibulin-5蛋白が若年性自然気胸群で少ないという結果であった。

皮膚弛緩症や加齢黄斑変性でFibulin-5の点突然変異による蛋白減少が報告されており、今後症例を集積しながらdirect sequenceを行い、同様の機序による蛋白減少が生じていないかどうかを確認する予定である。実験に伴う試薬、消耗品の購入、実験器具の購入を予定している。
蛍光性希土類錯体を用いた新しいタンパク質認識システムの開発

まず,希土類イオンに対して強い錯形成を示すDOTAを基本骨格とし,タグ認識部位としてdi(2-picoryl)amine(Dpa)部位を二つ導入したテルビウム錯体,DDTbを合成した.この化合物は,以下のメカニズムでタグ認識を行う.希土類イオンはそれ自身吸光係数が非常に小さいため,発光を誘起するには希土類イオンにエネルギー移動を起こすアンテナとなる適切な分子が近傍に存在しなければならない.すなわち,DDTbそのものは無蛍光であるが,タグ中の適切な位置にアンテナ分子を配置しておけば,タグ結合時のみTb^<3+>からの発光が観測されるようになる.本研究においては,タグ候補として四つのモデルペプチド,D8W1,D8A2W1,D8A4W1,D8A1W2を合成し,これらペプチドとDDTbの亜鉛錯体であるDDTbZn2との結合に関する各種パラメータを求め,それらの知見を元にタンパク質への応用を試みた.各種ペプチドに対しDDTbZn2を加えていったところ,トリプトファン由来の蛍光の減少とともにTb^<3+>由来のの発光強度の増大が観察され,一当量で飽和したことからペプチドとDDTbZn2が1:1の比で結合していることがわかった.今回用いた4つのペプチドの中ではD8A4W1が最も大きな蛍光増大を示した.また,蛍光測定,マイクロカロリメトリーによりDDTbZn2と各ペプチドとの結合解離定数は150300nM程度であることがわかった.さらに,glutathione S-transferase(GST)にD8A4W1を導入したタグ融合タンパク質,GST-D8A4W1を調製し,DDTbZn2との結合実験を行ったところ,タンパク質中においてもタグに特異的に蛍光応答を示すことがわかった.さらに,本検出システムは細胞破砕溶液中,すなわち様々な細胞内在性物質存在下においてもタグを選択的に認識し,タグ融合タンパク質を特異的に検出でき,その蛍光強度が定量的であったことから,本システムは様々なタンパク質の発現やその存在を定量的に検出するあらたなシステムになりうることが示唆された.まず,希土類イオンに対して強い錯形成を示すDOTAを基本骨格とし,タグ認識部位としてdi(2-picoryl)amine(Dpa)部位を二つ導入したテルビウム錯体,DDTbを合成した.タグ認識のストラテジーとしては以下の通りである.希土類金属イオンそのものは非常に吸光係数が小さいため,その発光を誘起するには光を効率良く吸収し,希土類イオンにエネルギー移動を起こすアンテナ分子が近傍に不可欠である.すなわち,DDTbそのものは無蛍光であるが,タグ中の適切な位置にアンテナ分子を配置しておくことにより,タグ結合時のみTb3+からの発光が観測されるようになる.タグ候補として四つのモデルペプチド,D8W1,D8A2W1,D8A4W1,D8AIW2を合成し,これらペプチドとDDTbの亜鉛錯体であるDDTbZn2との結合に関する各種パラメータを求め,それらの知見を元にタンパク質への応用を試みた.各種ペプチドに対しDDTbZn2を加えていったところ,トリプトファン由来の蛍光の減少とともにTb3+由来のの発光強度の増大が観察され,一当量で飽和したことからペプチドとDDTbZn2が1:1の比で結合していることがわかった.今回用いた4つのペプチドの中ではD8A4W1が最も大きな蛍光増大を示した.また,蛍光測定,マイクロカロリメトリーによりDDTbZn2と各ペプチドとの結合解離定数(Kd)を算出したところ,全てのペプチドにおいて150300nM程度であることがわかった.また,glutathione S-transferase(GST)にD8A4W1を導入したタグ融合タンパク質,GST-D8A4W1を調製し,DDTbZn2との結合実験を行ったところ,Tb3+由来の発光強度増大が観測された.一方,タグを持たないGSTを用いた場合にはそれらは検出されず,タンパク質中においてもタグに特異的に蛍光応答を示すことがわかった.さらに,GST-D8A4W1含む細胞破砕溶液にDDTbZn2を加え,時間分解蛍光測定を行ったところ,Tb3+由来の発光強度増大が見られ,タグ無しGSTの場合には増大は見られなかったことから,様々な細胞内在性物質存在下においてもGST-D8A4W1中のタグを選択的に認識できることがわかった.まず,希土類イオンに対して強い錯形成を示すDOTAを基本骨格とし,タグ認識部位としてdi(2-picoryl)amine(Dpa)部位を二つ導入したテルビウム錯体,DDTbを合成した.この化合物は,以下のメカニズムでタグ認識を行う.希土類イオンはそれ自身吸光係数が非常に小さいため,発光を誘起するには希土類イオンにエネルギー移動を起こすアンテナとなる適切な分子が近傍に存在しなければならない.すなわち,DDTbそのものは無蛍光であるが,タグ中の適切な位置にアンテナ分子を配置しておけば,タグ結合時のみTb^<3+>からの発光が観測されるようになる.本研究においては,タグ候補として四つのモデルペプチド,D8W1,D8A2W1,D8A4W1,D8A1W2を合成し,これらペプチドとDDTbの亜鉛錯体であるDDTbZn2との結合に関する各種パラメータを求め,それらの知見を元にタンパク質への応用を試みた.各種ペプチドに対しDDTbZn2を加えていったところ,トリプトファン由来の蛍光の減少とともにTb^<3+>

由来のの発光強度の増大が観察され,一当量で飽和したことからペプチドとDDTbZn2が1:1の比で結合していることがわかった.今回用いた4つのペプチドの中ではD8A4W1が最も大きな蛍光増大を示した.また,蛍光測定,マイクロカロリメトリーによりDDTbZn2と各ペプチドとの結合解離定数は150300nM程度であることがわかった.さらに,glutathione S-transferase(GST)にD8A4W1を導入したタグ融合タンパク質,GST-D8A4W1を調製し,DDTbZn2との結合実験を行ったところ,タンパク質中においてもタグに特異的に蛍光応答を示すことがわかった.さらに,本検出システムは細胞破砕溶液中,すなわち様々な細胞内在性物質存在下においてもタグを選択的に認識し,タグ融合タンパク質を特異的に検出でき,その蛍光強度が定量的であったことから,本システムは様々なタンパク質の発現やその存在を定量的に検出するあらたなシステムになりうることが示唆された.
太陽風・磁気圏プラズマ内におけるMHD乱流の発生

太陽風・磁気圏プラズマの様々の局面で発生する電磁流体力学的(MHD)乱流について解析的手段ならびに数値実験の手法を用いた理論的研究を行った。特に(1)コロナ起源の大振幅MHD波動の非線型崩壊過程とそれに伴う太陽風の加速・加熱機構を解明したこと,(2)磁気圏境界面で発生するケルビン・ヘルムホルツ不安定性に伴う粒子輸送効果を見積ったこと,(3)準平行衝撃波に伴う粒子加速効果の物理的機構を明らかにしたこと,の3点が本年度の主要な成果である。(1)これまで乱流状のアルフベン波は崩壊不安定に対し安定であるとの理論的結果が広く受け入れられていたが,実は太陽近傍の低β領域(βは音速とアルフベン速度の比の自乗である)ではこの結果は当てはまらず,アルフベン波が崩壊過程により効果的にプラズマにエネルギ-を渡すことを示した。この結果は,電磁流体シミュレ-ションの手法により,大振幅の乱流状アルフベン波の非線型発展を追跡して得られたものである。(2)この不安定性についてはこれまで電磁流体近似のもとで扱われてきたが,現実の磁気圏境界面の厚さはイオンのサイクロトロン半径の数倍程度にも薄くなるから,近似の精度は明らかでなかった。以前の我々のグル-プで開発したハイブリッド・シミュレ-ション・コ-ドを2次元化しケルビン・ヘルムホルツ不安定性の扱いを可能とした。有限サイクロトロン半径の効果により,速いイオンの渦輸送が起きることを見いだしている。(3)独マックスプランク研究所のグル-プと共同で研究を進めている。我々は理論解析を担当しおり,独のグル-プがシミュレ-ションで見いだしたイオンの異常加速過程がサイクロトロン低調波共鳴の概念によって説明できることを示した。(発表準備中)太陽風・磁気圏プラズマの様々の局面で発生する電磁流体力学的(MHD)乱流について解析的手段ならびに数値実験の手法を用いた理論的研究を行った。(発表準備中)
特徴抽出処理の取捨選択による効率的な転移学習手法

近年,畳み込みニューラルネットワーク(CNN)によってコンピュータによる物体認識技術は人間と同等の精度を実現できるようになった.一方で, CNNで必要なメモリや計算のコストが増加しているが,計算性能が低い端末上でCNNを利用したいといった需要が増えている.そこで, CNNの高い認識精度を維持したまま,メモリや計算コストを軽量化することを目的として研究を行なった.軽量化手法の一つにプルーニングが挙げられる.これは特徴量算出に用いるパラメータの中で重要度が低いパラメータを削除することで,精度を維持しつつメモリや計算コストを削減する手法である.従来のプルーニングでは,事前に決定した方策に基づいて削除するパラメータを決定しているが,その方策が必ずしも最適とは言えないことが考えらえる.本研究では,進化計算と強化学習の2つのメタヒューリスティクスな手法を用いて事前学習済みネットワークの畳み込み層のフィルタパラメータを自動選択する方法を開発した.これらの手法を用いて,CNNの精度を維持しつつ,コストを削減するプルーニングを行い,それぞれの手法の性能評価を行なった.評価実験には認識難易度の異なる二つのデータセットを用いた.一つは認識難易度の低い手書き数字認識用の画像データセットであるMNIST,もう一つはMNISTと比較すると認識難易度が高い一般物体画像のデータセットであるCIFAR10を用いて評価実験を行なった.実験の結果,進化計算手法に比べて強化学習を用いた手法で安定してプルーニングを行うことができた.強化学習を用いた手法では,MNISTを用いた実験では提案手法は従来手法と同等の性能を示した一方,Cifar10を用いた実験では削減率が従来手法より劣るという結果になった.昨年度から今年度にかけて約1年間の産前産後の休暇又は育児休業の取得に伴う研究中断があったため,研究計画を修正して平成30年度は初年度に行うべき研究を進めた.初年度は事前学習で得られたネットワークの畳み込み層にある畳み込みフィルタをフィルタ毎に取捨選択する手法の基本アルゴリズムの開発を行う計画であり,当初予定していた進化計算手法に加えて強化学習を用いた手法についても検討を行い,基本アルゴリズムの開発と性能評価を実施できた.今後は,初年度に開発した提案手法を用いて,小規模訓練データセットに対する学習実験を行う.訓練データの規模が小規模である場合の最大の懸念は過学習であるので過学習性について評価を行う.このために訓練データは小規模なものを用いて,汎化性を評価するための評価データにはある程度大規模なデータを利用する必要がある.ラベル付けされた画像データセットから抜粋してデータ数を段階的に変化させた訓練データを用いて評価を行う.上記の評価実験によって提案手法が過学習を起こしてしまう場合には,過学習を回避するよう学習手法を改良する必要がある.過学習を起こす原因として考えられるのは,全結合層の結合荷重の過学習,畳み込み層の特徴抽出フィルタの過学習である.全結合層については,プーリングとマックスアウトにより出力値を決定する手法や,学習に情報量基準を用いる,ブートストラップ法などの再標本化を導入するなど様々な改良手法を検討し,過学習回避を実現する.特徴抽出フィルタについては削減量が不適切であることが考えられるため初期段階で淘汰されてしまったフィルタを学習経過とともに再度評価するなど,処理構造を生成する確率モデルを改良する.研究を開始した平成29年4月から研究代表者が産前産後休暇並びに育児休業の取得したことにより研究を1年以上中断したため,初年度は報告可能な研究成果がない.研究再開後は,当初の研究計画に従って研究を行い,研究を中断した期間と同等の1年間の研究期間延長を申請することで研究期間を確保する予定である.本研究では進化計算による組み合わせ最適化を用いて,事前学習で得られたネットワークの畳み込み層にある畳み込みフィルタをフィルタ毎に取捨選択(構造最適化)しながら,各フィルタを目的の認識課題に合わせて調整する荷重値の学習(数値最適化)を同時に行うことで効率的な転移学習手法を実現する.30年度には,この学習手法の基本アルゴリズムの開発を行う.数値最適化と構造最適化をシームレスに統合し,数値最適化で計算した数値を破棄せずに再利用することで効率的な構造と数値の最適化を行う.上記の転移学習手法の開発段階では,まずカテゴリ数23に対してカテゴリ当たり2500枚,計57,500枚の教師付き画像データが用意されているMINC-2500を用いて評価実験を行いながら進める.31年度には,初年度に開発した提案手法を用いて小規模訓練データセットに対する学習実験を行う.最終年度には,より実用的な問題として医用画像認識に対して提案手法を適用する.大腸癌の深達度診断支援などの課題に対して提案手法を適用することで,最終的に医師の負担を軽減する医用画像診断支援システムを実現する.研究を開始した平成29年4月から研究代表者が産前産後休暇並びに育児休業を取得したため研究を推進することが出来なかった.近年,畳み込みニューラルネットワーク(CNN)によってコンピュータによる物体認識技術は人間と同等の精度を実現できるようになった.一方で, CNNで必要なメモリや計算のコストが増加しているが,計算性能が低い端末上でCNNを利用したいといった需要が増えている.そこで, CNNの高い認識精度を維持したまま,メモリや計算コストを軽量化することを目的として研究を行なった.軽量化手法の一つにプルーニングが挙げられる.これは特徴量算出に用いるパラメータの中で重要度が低いパラメータを削除することで,精度を維持しつつメモリや計算コストを削減する手法である.従来のプルーニングでは,事前に決定した方策に基づいて削除するパラメータを決定しているが,その方策が必ずしも最適とは言えないことが考えらえる.本

研究では,進化計算と強化学習の2つのメタヒューリスティクスな手法を用いて事前学習済みネットワークの畳み込み層のフィルタパラメータを自動選択する方法を開発した.これらの手法を用いて,CNNの精度を維持しつつ,コストを削減するプルーニングを行い,それぞれの手法の性能評価を行なった.評価実験には認識難易度の異なる二つのデータセットを用いた.一つは認識難易度の低い手書き数字認識用の画像データセットであるMNIST,もう一つはMNISTと比較すると認識難易度が高い一般物体画像のデータセットであるCIFAR10を用いて評価実験を行なった.実験の結果,進化計算手法に比べて強化学習を用いた手法で安定してプルーニングを行うことができた.強化学習を用いた手法では,MNISTを用いた実験では提案手法は従来手法と同等の性能を示した一方,Cifar10を用いた実験では削減率が従来手法より劣るという結果になった.昨年度から今年度にかけて約1年間の産前産後の休暇又は育児休業の取得に伴う研究中断があったため,研究計画を修正して平成30年度は初年度に行うべき研究を進めた.初年度は事前学習で得られたネットワークの畳み込み層にある畳み込みフィルタをフィルタ毎に取捨選択する手法の基本アルゴリズムの開発を行う計画であり,当初予定していた進化計算手法に加えて強化学習を用いた手法についても検討を行い,基本アルゴリズムの開発と性能評価を実施できた.平成30年5月から研究を再開するため,その後は当初の研究計画に従って研究を推進する.また,研究を中断した期間と同等の1年間の研究期間延長を申請することで研究を計画通り実施する.今後は,初年度に開発した提案手法を用いて,小規模訓練データセットに対する学習実験を行う.訓練データの規模が小規模である場合の最大の懸念は過学習であるので過学習性について評価を行う.このために訓練データは小規模なものを用いて,汎化性を評価するための評価データにはある程度大規模なデータを利用する必要がある.ラベル付けされた画像データセットから抜粋してデータ数を段階的に変化させた訓練データを用いて評価を行う.上記の評価実験によって提案手法が過学習を起こしてしまう場合には,過学習を回避するよう学習手法を改良する必要がある.過学習を起こす原因として考えられるのは,全結合層の結合荷重の過学習,畳み込み層の特徴抽出フィルタの過学習である.全結合層については,プーリングとマックスアウトにより出力値を決定する手法や,学習に情報量基準を用いる,ブートストラップ法などの再標本化を導入するなど様々な改良手法を検討し,過学習回避を実現する.特徴抽出フィルタについては削減量が不適切であることが考えられるため初期段階で淘汰されてしまったフィルタを学習経過とともに再度評価するなど,処理構造を生成する確率モデルを改良する.平成29年4月下旬から産休育休により研究を中断したため,当初の計画で初年度に行うとしていた内容を平成30年度に実施する.研究代表者が乳児の育児中であったため当初計画していた出張を伴う学会への参加を見送り,旅費を執行することができなかった.