hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
浅間火山噴出物の石基組織を利用した噴火予測の研究

このことにより水の吸光度を正味のガラス厚で規格化して石基ガラスの含水量を定量できることを示した.2)上記の方法によると,2004年9月1日の浅間火山から噴出したパン皮状軽石皮殻部分のガラスの含水量は0.66wt%と見積もられ,9月23日噴火によるスコリアと安山岩片のガラスの含水量は0.1,0.1-0.2wt%である.軽石マグマの高い含水量は,マグマ定置深度における岩圧と火口をふさぐキャップロックの引張強度が圧力を維持していたためと説明できる.2浅間山頂西側地域における2004年噴出物の分布調査当該地域の噴出物は十分に採取されていないので,噴火のさいのマグマと爆発様式の不均一性によって,これまで良く調査されてきた西側斜面とは異なる噴出物の存在が予想されていた.これまで,多数の噴出物の分布を明らかにし,その中には9月15日前後の用談ドームの破片である可能性のあるものを見いだし,継続して調査中である.
パプアニューギニア諸部族の体格と成長の比較による低伸長の生態学的要因に関する研究

研究代表者は1980年から1994年まで、パプアニューギニアの諸部族(高地の山地オク族、山麓部のサモ・クボ族、低地のギデラ族、島嶼部のマヌス)を対象として人類生態学的調査を実施し、環境の多様性と身体のサイズや体格との関連を分析してきた。また、他のメンバーと共に活動調査や食物・栄養摂取調査も行っており、それぞれの結果はすでに公表されている。しかし、生体計測結果、活動調査結果、食物・栄養摂取調査結果をまとめた総合的分析はなされていない。そこで、これまで別々に処理されていた生体計測、活動調査、食物・栄養摂取調査の諸データを集めてコンピュータ入力し、すべてのデータを総合的に分析した。高地の山地オク族、山麓部のサモ・クボ族、低地のギデラ族、島嶼部のマヌスの生体計測結果、活動調査結果、食物・栄養摂取調査結果のすべてを集め、調査結果のデータをコンピュータ入力した。次にFORTRAN言語を使用してデータを加工し、SASなどの統計パッケージを用いて多変量解析を行い、身体のサイズや体格と活動、食物・栄養摂取との関連を検討した。さらに、アフリカのピグミー族と共に低身長部族の代表の一つである山地オク族に焦点をあて、低身長の原因を生態学的要因から探求した。身長は遺伝性が強いが、栄養状態などの生活条件による影響も無視できない。自然環境条件、栄養摂取量、身体活動量によって、どの程度低身長化を説明できるかを重回帰分析などを用いて解析した。
歯科医療への工学的支援-歯冠補綴物のCAD/CAMと人工現実感を用いた治療訓練システム-

高齢化と福祉社会へ向けて,より良い歯科医療を目指して,コンピュータなどの先端技術を応用した歯科治療への工学的支援を進めている.歯学は医学の一分野であると同時に工学の要素を強くもっている.それは、口腔内の再生しない欠損部を人工物で修復し,機能ならびに審美性の回複を図る必要があるためである.歯科の治療の大半が手作業で,職人的な技術と細かな繰り返しの訓練が要する.歯科医療において欠損した歯を修復して本来の機能を取り戻させる治療を補綴治療と呼ぶ.現在,補綴治療訓練はマネキンなどを使った模型実習を行っている.模型実習の問題点があり,それを補うために本研究では,人工現実感を利用した治療訓練システムを提案している.そこでは仮想環境と仮想患者を作成し,視覚情報と操作感覚の支援によりリアリティーを高めている.そこで,まずVRを用いた歯科治療訓練システムのハードウェアの構築を行い,コンピュータに仮想訓練環境(患者のモデル・歯形状モデル・操作用ツールなど)をWorldToolKitというソフトウェアにより構築した.そして,3次元入力データグローブおよび磁気センサによる直接操作できる様々な訓練ケースを作り上げ,立体視ディスプレイから自分操作の様子や危険の回避などの情報フィードバックできるシステムを構築した.操作感覚を伴った歯の切削は最も重要な訓練の一つであるため,力触覚の装置の利用とシステムの構築及び操作と対応した歯モデルの変形表現につてい研究と実験を進めていた.2年間を通して,人工現実感を利用した視覚のみではなく,歯の切削も実現した歯科治療訓練システムの構築を行った.高齢化と福祉社会へ向けて,より良い歯科医療を目指して,コンピュータなどの先端技術を応用した歯科治療への工学的支援を進めている.歯学は医学の一分野であると同時に工学の要素を強くもっている.それは、口腔内の再生しない欠損部を人工物で修復し,機能ならびに審美性の回複を図る必要があるためである.歯科の治療の大半が手作業で,職人的な技術と細かな繰り返しの訓練が要する.歯科医療において欠損した歯を修復して本来の機能を取り戻させる治療を補綴治療と呼ぶ.現在,補綴治療訓練はマネキンなどを使った模型実習を行っている.模型実習の問題点があり,それを補うために本研究では,人工現実感を利用した治療訓練システムを提案している.そこでは仮想環境と仮想患者を作成し,視覚情報と操作感覚の支援によりリアリティーを高めている.そこで,まずVRを用いた歯科治療訓練システムのハードウェアの構築を行い,コンピュータに仮想訓練環境(患者のモデル・歯形状モデル・操作用ツールなど)をWorldToolKitというソフトウェアにより構築した.そして,3次元入力データグローブおよび磁気センサによる直接操作できる様々な訓練ケースを作り上げ,立体視ディスプレイから自分操作の様子や危険の回避などの情報フィードバックできるシステムを構築した.操作感覚を伴った歯の切削は最も重要な訓練の一つであるため,力触覚の装置の利用とシステムの構築及び操作と対応した歯モデルの変形表現につてい研究と実験を進めていた.2年間を通して,人工現実感を利用した視覚のみではなく,歯の切削も実現した歯科治療訓練システムの構築を行った.歯学は医学の一分野であると同時に、工学の要素を強くもっている.それは、口腔内の再生しない欠損部を人工物で修復し、機能ならびに審美性の回複を図る必要があるためである.21世紀の高齢化社会へ向けて,より良い歯科医療・歯冠補綴物の作成を目指して,コンピュータなどの先端技術を応用した歯科治療への工学的支援を進めている.歯科医療において欠損した歯を修復して本来の機能を取り戻させる治療を補綴治療と呼ぶ.現在,補綴治療訓練はマネキンなどを使った模型実習を行っている.模型実習の問題点があり,それを補うために本研究では,人工現実感を利用した治療訓練システムを提案している.そこでは仮想環境と仮想患者を作成し,力触覚を伴った治療ができ,リアリティーを高めている.そこで,まずVRを用いた歯科治療訓練システムのハードウェアの構築を行い,コンピュータに仮想訓練環境(患者のモデル・歯形状モデル・操作用ツールなど)をWorld Tool Kitというソフトウェアにより構築した.そして,3次元入力データグローブおよび磁気センサによる直接操作できる様々な訓練ケースを作り上げ,立体視ディスプレイから自分操作の様子や危険の回避などの情報フィードバックできるシステムを構築した.21世紀の高齢化社会へ向けて,より良い歯科医療を目指して,コンピュータなどの先端技術を応用した歯科治療への工学的支援を進めている.歯学は医学の一分野であると同時に、工学の要素を強くもっている.それは、口腔内の再生しない欠損部を人工物で修復し、機能ならびに審美性の回複を図る必要があるためである.歯科の治療の大半が手作業で,職人的な技術と細かな繰り返しの訓練が要する.歯科医療において欠損した歯を修復して本来の機能を取り戻させる治療を補綴治療と呼ぶ.現在,補綴治療訓練はマネキンなどを使った模型実習を行っている.模型実習の問題点があり,それを補うために本研究では,人工現実感を利用した治療訓練システムを提案している.そこでは仮想環境と仮想患者を作成し,視覚情報と操作感覚の支援によりリアリティーを高めている.そこで,まずVRを用いた歯科治療訓練システムのハードウェアの構築を行い,コンピュータに仮想訓練環境(患者のモデル・歯形状モデル・操作用ツールなど)をWorldToolKitというソフトウェアにより構築した.そして,3次元入力データグローブおよび磁気センサによる直接操作できる様々な訓練ケースを作り上げ,立体視ディスプレイから自分操作の様子や危険の回避などの情報フィードバックできるシステムを構築した操作感覚を伴った歯の切削は最も重要な訓練の一つであるため,力触覚の装置の開発と構築及び操作と対応した歯モデルの変形表現は重要な課題として研究と実験を進めている.
石炭中に含まれる有害重金属の高度クリーニング技術の開発

石炭や石炭灰中に含まれる有害重金属について、測定法の開発、除去法や溶出挙動などの検討を行った。本研究で得られた成果は以下のとおりである。1.石炭や石炭灰(フライアッシュ)中の重金属を含む種々の元素について、測定法の確立を検討した。まず、石炭や石炭灰のマイクロ波を用いる酸分解について効果的な条件を見出した。HgやFのような揮発性元素は、酸素フラスコ燃焼法によっても分解が可能であった。これらの分解溶液について、Hgは冷蒸気原子吸光分析、AsとSeは水素化物発生原子吸光分析、Fはイオン電極法、その他の元素はICP-AESによって測定する方法を確立した。2.石炭からの種々の元素の溶出挙動について、希酸溶液やキレート剤を含む水溶液を用いて検討を行った。重金属の中でMnは非常に溶出しやすく、Cu, Pb, Znもかなり溶出することを見出した。元素の溶出量は、石炭中の元素含有量にほぼ比例していた。また、希酸溶液とキレート剤水溶液について、炭種別の元素溶出傾向は非常に類似していた。3.石炭中のHgを効果的に除去する方法として、窒素気流下300-400°Cで加熱する方法(マイルド熱分解)を提案した。ある種の石炭にについては80%以上のHg除去率を示すが、20%程度の除去率の石炭もあった。このような炭種間のHg除去率の違いは、石炭中のHg存在形態に起因することを明らかにした。4.石炭フライアッシュのX線光電子分光分析によって、Asは表面に100倍程度濃縮されていることがわかった。また、種々の溶出試験の結果、フライアッシュからAs, B, Seなどの有害元素が溶出しやすいことを明らかにした。フライアッシュを水熱処理することで、Asを効果的に除去できることを見出した。この場合に得られる廃液中のAsは、新たに開発したAl担持シラスゼオライトのような吸着剤で効果的に除去できた。石炭中には多種類の重金属が含まれるが,その中で特に問題となるのは,石炭中に比較的多く含まれ,有害性が高く,揮発性の高いものである。このような重金属として,ヒ素,鉛,水銀,セレン等があげられ,石炭燃焼に伴いある程度大気中に放出される。本研究では,まず石炭中の微量元素の正確な定量法を確立した上で,石炭中の有害元素(主として重金属)を燃焼前に効果的に除去できる高度クリーニング技術の開発を行う。本年度は,特に石炭中の水銀とヒ素の定量法について検討を行った。石炭の酸分解をマイクロウェーブを用いて行い,水銀の測定では冷蒸気原子吸光,ヒ素の分析ではフレームレス原子吸光を用い,簡便かつ精度よい定量方法を確立した。また,種々の石炭について水銀とヒ素の測定を行い,水銀含量はイオウ含量に,ヒ素含量は灰分含量に相関していることがわかった。。石炭粉末を種々のキレート剤水溶液と振とうすることで,石炭より水銀,鉛,ヒ素などの有害重金属をかなりの割合でリーチング除去できることを明らかにした。キレート剤のリーチング能力は,EDTAが最も高く,NTA,グルコン酸,トリリン酸なども高い能力を示し,通常のキレート剤の能力にほぼ比例していた。

アルギン酸などの天然多糖をオートクレーブ中で水熱処理すると,アルギン酸中のカルボキシル基はそのまま残るが,分子量は大きく減少し,オリゴマーとなることがわかった。この低分子量化したアルギン酸は,石炭からの重金属族除去に関して,EDTAに匹敵する能力を持つことが示された。石炭中には多種類の重金属が含まれるが,その中で特に問題となるのは,石炭中に比較的多く含まれ,有害性が高く,揮発性の高いものである。このような重金属として,ヒ素,鉛,水銀,セレン等があげられ,石炭燃焼に伴い大気中に放出される場合と,フライアッシュ表面に濃縮されその二次利用や廃棄の際に問題となる場合がある。本研究では,石炭中やフライアッシュ中の有害重金属を燃焼前(または廃棄前)に効果的に除去できるクリーニング技術の開発を行った。昨年度に確立した石炭中重金属の正確な定量法を用い,水溶性キレート剤を用いる石炭からの重金属除去の研究を行った。EDTAなどの通常のキレート剤を用いた場合は,鉛,マンガン,亜鉛などの重金属が効果的に石炭からリーチング除去された。イオウを含むキレート剤を用いた場合には水銀が効果的にリーチング除去された。X線光電子分光による石炭フライアッシュの分析の結果,ヒ素や鉛が高濃度に表面に濃縮されていることがわかった。ヒ素は特に酸化物の水溶性が高く,フライアッシュから水相へ少しずつ溶出する傾向があった。フライアッシュをグルコン酸のようなキレート剤で前処理すると,水相へのヒ素溶出がほとんどなくなった。さらに,リーチング処理後のヒ素を含む排液を,活性アルミナ等で処理しグルコン酸を再生・再利用することや,回収したヒ素を特殊な骨材を用いるモルタル中に固定化することを検討した。活性アルミナによるキレート剤再生の基礎的検討として,活性アルミナの吸着剤としての能力やカラム処理への応用をヒ素やアンチモンの吸着挙動を通して解析した(発表論文参照)。今後は,さらに安価で効率の良いリーチング剤の開発や,他の石炭事前処理であるカラム浮選や化学的処理と効果的に結合させることも検討する。本研究で得られた成果は、以下のとおりである。1.石炭粉末を酸溶液やキレート剤溶液と振とうすることにより、Cu, Mn, Pb, Znなどの重金属を効果的に抽出・除去することができた。しかしながら、Co, Crは抽出されにくかった。2.石炭からのHg抽出については、EDTAのようなキレート剤は効果的でなく、イオウを含む試薬(亜二チオン酸ナトリウムなど)が高い抽出能を示した。3.石炭粉末を窒素気流下で300-400°Cに加熱すると、ある種の石炭では効果的なHg除去が行えた。しかしこのマイルド熱分解によるHg除去率は炭種に大きく依存し、14-80%の範囲であった。4.石炭フライアッシュのXPS測定により、フライアッシュ表面にAsやPbが80-90倍濃縮されていることがわかった。酸溶液やキレート剤で抽出を行った場合、Asはよく抽出されるがPbの抽出率は低かった。この場合の抽出廃液中に排水基準を超えて含まれるのはAsのみなので、吸着剤による除去システムを検討した。5.今後は、石炭から水相への重金属の抽出挙動を、重金属除去と溶出挙動の解析という両面からさらに詳細な検討を行う。
生合成酵素を用いた非天然型新規化合物の構築ライブラリーの構築

植物に普遍的に存在するフラボノイドから,赤ワインのボリフェノール,ウコンのクルクミンに至るまで、多様な化学構造と生物活性を示す一連の化合物の基本骨格を構築する植物由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS)が示す最大の特徴の一つに,その広範な基質特異性と触媒ポテンシャルが挙げられる.これら酵素は,「反応の立体化学が厳密に制御された精巧な酵素システム」であるとは言い難く,むしろ「単純なアシル基転移による炭素鎖伸長マシン」と捉えるのが適当かもしれない.従って,こうした基質特異性の寛容さと触媒能力を活用し,一連の人工基質を作用させることにより,非天然型新規化合物の効率的な生産が可能になる.今回,本来8分子のマロニルCoAの縮合反応を触媒するキダチアロエ(Aloe arborescens)由来オクタケタイド合成酵素(OKS)に,クマロイルCoAとマロニルCoAを同時に基質として作用させることにより,それぞれクマロイルCoAに5分子あるいは6分子のマロニルCoAが縮合した非天然型新規C_<21>カルコン及びC_<19>スチルベン骨格の生成に成功した.また,非天然型C_<21>カルコンの生成量は,結晶構造に基づき活性中心キャビティを拡大したN222G点変異酵素において飛躍的に増大した.一方,ヘテロ芳香環など一連の含窒素人工基質を合成し,機能の異なるIII型PKSに作用させることにより,アルカロイド骨格の酵素合成を試みた.窒素の塩基としての性質が,活性部位との相互作用やポリケタイド鎖伸長反応などに対し影響を与えることで,在来見られない骨格を有する化合物の生産が期待された.各種CoAチオエステルを伸長基質マロニルCoAとともに,トウゲシバ(Huperzia serrata)由来カルコン合成酵素などに作用させ,これまでに数種の非天然型新規アルカロイド骨格の創出に成功した.植物に普遍的に存在するフラボノイドから、赤ワインのポリフェノール、さらには大麻のカンナビノイドやウコンのクルクミンに至るまで、多様な化学構造と生物活性を示す一連の化合物の基本骨格を構築する植物由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS)が示す最大の特徴の一つに、その広範な基質特異性と触媒ポテンシャルが挙げられる。III型PKSについてみれば、これらは酵素反応の立体化学が厳密に制御された「精巧な酵素システム」とは言い難く、むしろアシル基転移の繰り返しによる「単純な炭素鎖伸長マシン」(Cys-His-Asnからなる活性中心触媒残基は、全てのIII型PKSにおいて例外なく保存されており、同一の化学でポリケタイド鎖伸長反応が進行する)と捉えるのが適当かもしれない。本研究では、こうしたIII型PKSが示す異例ともいえる広範な基質特異性を活用して、人工基質をプローブとして作用させることにより、新たな酵素触媒機能の拡張と非天然型新規化合物の創出をめざした。キダチアロエ(Aloe arborescens)由来オクタケタイド合成酵素は、8分子のマロニルCoAの縮合により芳香族オクタケタイドを生成する新規III型PKSである。今回我々は本酵素にヘキサノイルCoAを開始基質として作用させることにより、これまでに例のない分子量290と332の非天然型新規ポリケタイド骨格の創出に成功した。ラージスケールの酵素反応を行ってNMRによる構造解析を行った結果、ヘキサノイルCoAにそれぞれ5分子或いは6分子のマロニルCoAが縮合した新規芳香族ポリケタイドであることが判明した。植物に普遍的に存在するフラボノイドから,赤ワインのボリフェノール,ウコンのクルクミンに至るまで、多様な化学構造と生物活性を示す一連の化合物の基本骨格を構築する植物由来III型ポリケタイド合成酵素(PKS)が示す最大の特徴の一つに,その広範な基質特異性と触媒ポテンシャルが挙げられる.これら酵素は,「反応の立体化学が厳密に制御された精巧な酵素システム」であるとは言い難く,むしろ「単純なアシル基転移による炭素鎖伸長マシン」と捉えるのが適当かもしれない.従って,こうした基質特異性の寛容さと触媒能力を活用し,一連の人工基質を作用させることにより,非天然型新規化合物の効率的な生産が可能になる.今回,本来8分子のマロニルCoAの縮合反応を触媒するキダチアロエ(Aloe arborescens)由来オクタケタイド合成酵素(OKS)に,クマロイルCoAとマロニルCoAを同時に基質として作用させることにより,それぞれクマロイルCoAに5分子あるいは6分子のマロニルCoAが縮合した非天然型新規C_<21>カルコン及びC_<19>スチルベン骨格の生成に成功した.また,非天然型C_<21>カルコンの生成量は,結晶構造に基づき活性中心キャビティを拡大したN222G点変異酵素において飛躍的に増大した.一方,ヘテロ芳香環など一連の含窒素人工基質を合成し,機能の異なるIII型PKSに作用させることにより,アルカロイド骨格の酵素合成を試みた.窒素の塩基としての性質が,活性部位との相互作用やポリケタイド鎖伸長反応などに対し影響を与えることで,在来見られない骨格を有する化合物の生産が期待された.各種CoAチオエステルを伸長基質マロニルCoAとともに,トウゲシバ(Huperzia serrata)由来カルコン合成酵素などに作用させ,これまでに数種の非天然型新規アルカロイド骨格の創出に成功した.
クローン選択説に基づく免疫的なネットワーク

本研究は,生体の免疫系で行なわれている作用のなかで免疫応答によるネットワークに着目し,モデル化を行なってきた。免疫応答を再現には、その中心的な働きをする,B細胞及びT細胞による相互作用をモデル化することにより免疫応答を再現した.提案したモデルでは,生体の免疫システムの性質である1次及び2次応答の特性を同様に示すことができ,生体の免疫システムのモデルとしては妥当なものであることがシミュレーションにより確認できた.また,工学的な応用としては,免疫系の本来持っている機能である抗原の認識及び記憶能力を用いたパターン認識システムを構成し,免疫的ネットワークの工学的応用方法を提案した.更に,本研究ではB細胞間の相互作用を取り入れることにより,より生体の免疫系に近いモデルを構成し,なおかつ,パターン認識に応用した際には,提案したモデルではパターンの認識を行なうB細胞群に機能を与えることができ,獲得される記憶パターンに違いを与え認識率の向上が得られた.最後に本研究ではクローン選択説による作用を取り入れることにより,免疫ネットワークを構成する細胞群の自己組織化を新にとり入れ,より生体の免疫系に近づけるとともに,パターン認識に応用した際には,提案したモデルでは獲得される記憶に違いを与えることができ,生成されるカテゴリ数を抑制し、効率良く記憶カテゴリを作成できることを示した.本研究は,生体の免疫系で行なわれている作用のなかで免疫応答によるネットワークに着目し,モデル化を行なってきた。免疫応答を再現には、その中心的な働きをする,B細胞及びT細胞による相互作用をモデル化することにより免疫応答を再現した.提案したモデルでは,生体の免疫システムの性質である1次及び2次応答の特性を同様に示すことができ,生体の免疫システムのモデルとしては妥当なものであることがシミュレーションにより確認できた.また,工学的な応用としては,免疫系の本来持っている機能である抗原の認識及び記憶能力を用いたパターン認識システムを構成し,免疫的ネットワークの工学的応用方法を提案した.更に,本研究ではB細胞間の相互作用を取り入れることにより,より生体の免疫系に近いモデルを構成し,なおかつ,パターン認識に応用した際には,提案したモデルではパターンの認識を行なうB細胞群に機能を与えることができ,獲得される記憶パターンに違いを与え認識率の向上が得られた.最後に本研究ではクローン選択説による作用を取り入れることにより,免疫ネットワークを構成する細胞群の自己組織化を新にとり入れ,より生体の免疫系に近づけるとともに,パターン認識に応用した際には,提案したモデルでは獲得される記憶に違いを与えることができ,生成されるカテゴリ数を抑制し、効率良く記憶カテゴリを作成できることを示した.本研究は生体の学習,成長過程をクローン選択説に基づき各種細胞の生成におけるB細胞の生成及び成長過程を遺伝子の組替え解析用ソフトウェアを用いて調べ、工学的なモデルを構築した。1.生体における学習,成長過程の計算機による解析生体における学習能力と自己組織化能力を備えたシステムを工学的検討として、パラメータ空間における山登り学習法を提案し、工学的な応用として巡回セールスマン問題に適用し、学習の有効性を計算機シミュレーションによって確認した。その成果は電子情報通信学会論文誌(IEICE)4月号に掲載されることが決まった。更に提案した山登り学習法は配線最適化問題、Nクイーン問題などに適用した。それらの成果は電子情報通信学会論文誌(IEICE)に投稿し、条件付採録になっている。2.クローン選択説の計算機による解析クローン選択説を計算機による解析を行った。計算機による解析は遺伝子の組替え解析用ソフトウェアを用い、B細胞の生成及び成長過程における免疫的記憶及び細胞の増殖などのシミュレーションを行った。3.クローン選択説の理論的解析クローン選択説の計算機による解析結果を基に、B細胞の生成及び成長過程における免疫的記憶及び細胞の増殖などの理論的解析を行った。4.クローン選択説によるB細胞の生成及び成長過程のモデル化クローン選択説の計算機による解析と理論的解析を基に、クローン選択説によるB細胞の生成及び成長過程のモデルを構築した。その成果は電子情報通信学会論文誌(IEICE)に投稿し、条件付採録になっている。また、その成果は電気関係学会北陸支部大会学生発表会で発表した。本研究は生体の学習,成長過程をクローン選択説に基づく免疫的なネットワークの工学的なモデルを構築した。構築したネットワークを計算機によるシミュレーションを行った。更に、クローン選択説に基づく免疫的なネットワークの妥当性を解析し、検証を行った。(1)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークの構築生体の免疫システムの学習,成長過程をクローン選択説に基づき各種細胞の生成からモデルの一部として組み込むことにより,より生体の免疫システムに近い免疫的なネットワークモデルを構築した。その成果はその成果は電気学会論文誌C,2001年11月号に掲載された。(2)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークの理論的解析構築した免疫的なネットワークの理論的解析を行った。構築した免疫的なネットワークの学習能力と自己組織化能力を備えたシステムを工学的検討として、新しい学習法を提案した。その成果は電子情報通信学会論文誌A,2002年2月号に掲載された。また、工学的な応用としてNクイーン問題、配線最適化問題などに適用し、学習の有効性を計算機シミュレーションによって確認した。それらの成果は電子情報通信学会論文誌(IEICE)2001年7月号、電子情報通信学会論文誌A,2002年2月号とIEEE Trans. on CAS,2002年3月号に掲載された。(3)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークの計算機によるシミュレーションと検証構築した免疫的なネットワークを計算機によるシミュレーションを行った。

その成果は電子情報通信学会論文誌D-II,12月号に掲載された。生体の免疫システムにおいて侵入物として入力パターンがネットワークに提示され,それに対し免疫応答が引き起こされる。免疫応答が成立すると侵入物の記憶されることにより入力パターンが記憶される。ある程度の入力パターンを記憶した後,再び過去に提示したパターンを入力すると記憶されたパターンであったら免疫応答の2次応答により1度目よりも速やかに反応が開始される。これら,1次応答をパターンの学習過程,2次応答をパターンの想起過程とすることによるパターン認識システムを免疫システムにより実現できる。本研究はクローン選択説に基づく免疫的なネットワークのパターン認識システムを構築した。更に、構築したシステムを実際のパターン認識システムとその他の応用システムに適用し,シミュレーションによりその有効性を明らかにした。(1)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークのパターン認識システムの構築生体の免疫システムの学習,認識過程において1次応答をパターンの学習過程,2次応答をパターンの想起過程とすることによるパターン認識システムを免疫システムにより実現できる。(2)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークのパターン認識システムの理論的解析構築した免疫的なネットワークのパターン認識システムの理論的解析を行い、その妥当性を解析し、検証を行った。(3)クローン選択説に基づく免疫的なネットワークの計算機によるシミュレーションと検証構築した免疫的なネットワークのパターン認識システムを計算機によるシミュレーションを行った。本システムを実際のパターン認識システム及びその他の応用システムに適用し,シミュレーションを行い、その有効性を明らかにした。
新規トレハロース誘導体酵素合成法の開発と応用

本研究では、トレハロース誘導体の酵素反応による新規な合成方法の開発と、これらの誘導体のトレハラーゼ阻害に起因する殺虫剤ならびに抗真菌剤への序用の可能性を検討することを目的としている。本研究では、申請者が独自に保有する糖類脱水素酵素(G3DH)を中心とした酵素合成法により、新たなトレハロース誘導体の合成方法を確立するとともに、それらのトレハラーゼ阻害剤としての評価を行ない抗真菌剤ならびに殺虫剤への応用の可能性を検討した。昨年度の研究で、特にトレハラーゼ阻害剤として有効なトレハロース誘導体、3,3'-ジケトトレハロースの効率的な生産方法を目指して、微生物による生産方法を検討した。Halomonas sp. a-15株細胞を調製し、その溶存酸素存在下での呼吸鎖とG3DHを共役させた反応により、3,3'-ジケトトレハロースを効率的に微生物変換法で合成する方法を検討した。しかしその生産効率は悪く、その理由はHalomonas sp. α-15株がトレハラーゼも有しており、トレハラーゼによるトレハロース加水分解速度がG3DHが3,3-ジケトトレハロースを合成する速度よりも速いため、生産の途中でグルコースに変換されてしまったと考えられた。従って微生物変換法ではなく、酵素法で3,3'-ジケトトレハロースを生産することとした。G3DHを用いた酵素合成法は電子受容体としてフェリシアン化カリウムを用いることにより容易に反応を進行させることができ、3,3'-ジケトトレハロースの生産が可能となった。また、精製度の高いG3DHを用いることにより副産物の生成は見られず、その収率は80%以上という高収率で得られることが示された。3,3-ジケトトレハロースは抗真菌活性は示さなかったが、トレハラーゼ阻害剤であり単純な酵素反応で効率よく合成でき、誘導体を安価に供給できることから、農薬あるいは防疫薬として産業界に提供できると期待される。本研究では酵素反応を用いた新規なトレハロース誘導体の合成方法の開発とトレハラーゼ阻害を指標としたこれらの誘導体の殺虫剤ならびに抗真菌剤への応用の可能性を検討する。トレハロースを加水分解する酵素、トレハラーゼがトレハロースの加水分解量を調節している。したがって、昆虫の主要血糖であるトレハロースの加水分解を司る酵素トレハラーゼの活性の強弱により、昆虫の活動は大きな影響を受ける。そこで本年度は研究代表者が独自に自然界から単離した酵素、グルコース-3-脱水素酵素(G3DH)を用いて、新規なトレハロース誘導体の合成とその生理活性の検討を行った。G3DHは特異的に糖類の3位が酸化できる。そこで海洋細菌Halomonas sp.α-15株由来G3DHによる酵素反応の基質としてトレハロースを用いた酵素有機合成反応を行い生成物を精製回収し、構造決定を行ったところ、新規化合物である3,3'-ジケトトレハロースが合成されることが明らかとなった。本誘導体の酵素トレハラーゼの基質としての検討を行ったところ、同誘導体は豚腎由来あるいはカイコ由来のいずれのトレハラーゼ基質とならないことが明らかとなった。さらに、同誘導体のトレハラーゼ酵素阻害剤としての検討を行った。その結果、上記両トレハラーゼいずれに対しても、同誘導体濃度増加とともに、トレハラーゼ活性が減少し、この新規化合物が酵素阻害剤として機能することが示唆された。

また、トレハラーゼはα-グルコシダーゼの一種として位置付けられるが、トレハラーゼ以外のα-グルコシダーゼに対しては同化合物は阻害活性を示さなかったことから、3,3'-ジケトトレハロースは新規なトレハラーゼ特異的な阻害剤であることが明らかとなった。阻害定数を求めたところ、豚腎由来あるいはカイコ由来トレハラーゼに対してそれぞれKi=0.2mM,Ki=0.6mMであり、阻害剤としての応用が期待される。本研究では、トレハロース誘導体の酵素反応による新規な合成方法の開発と、これらの誘導体のトレハラーゼ阻害に起因する殺虫剤ならびに抗真菌剤への応用の可能性を検討することを目的としている。本研究では、申請者が独自に保有する糖類脱水素酵素(G3DH)を中心とした酵素合成法により、新たなトレハロース誘導体の合成方法を確立するとともに、それらのトレハラーゼ阻害剤としての評価を行ない抗真菌剤ならびに殺虫剤への応用の可能性を検討した。昨年度の研究で、特にトレハラーゼ阻害剤として有効なトレハロース誘導体、3, 3'-ジケトトレハロースの効率的な生産方法を目指して、微生物による生産方法を検討した。Halomonas sp.α-15株細胞を調製し、その溶存酸素存在下での呼吸鎖とG3DHを共役させた反応により、3, 3'-ジケトトレハロースを効率的に微生物変換法で合成する方法を検討した。しかしその生産効率は悪く、その理由はHalomonas sp.α-15株がトレハラーゼも有しており、トレハラーゼによるトレハロース加水分解速度がG3DHが3, 3-ジケトトレハロースを合成する速度よりも速いため、生産の途中でグルコースに変換されてしまったと考えられた。従って微生物変換法ではなく、酵素法で3, 3'-ジケトトレハロースを生産することとした。G3DHを用いた酵素合成法は電子受容体としてフェリシアン化カリウムを用いることにより容易に反応を進行させることができ、3, 3'-ジケトトレハロースの生産が可能となった。また、精製度の高いG3DHを用いることにより副産物の生成は見られず、その収率は80%以上という高収率で得られることが示された。3, 3'-ジケトトレハロースは抗真菌活性は示さなかったが、トレハラーゼ阻害剤であり単純な酵素反応で効率よく合成でき、誘導体を安価に供給できることから、農薬あるいは防疫薬として産業界に提供できると期待される。
高性能な準瞬時ＦＶ符号の構成法と性能評価に関する研究

マクミランの定理より,ハフマン符号が一意復号可能なFV符号(固定長-可変長符号)の中で最小の平均符号語長を達成できる最適な符号と長らく信じられていた.しかし,マクミランの定理では暗黙のうちに,固定した1つの符号木を使用することを仮定している.本研究では,複数の符号木とその葉および不完全節点に情報源シンボルを割り振る準瞬時FV符号を提案すると共に,準瞬時FV符号がハフマン符号より短い平均符号長を達成できることを示した.さらに,2元および3元情報源に対して,整数計画法と繰り返し最適化を用いて最適な準瞬時FV符号が構成できることを示した.上記のAIFV符号の構成法は,準最適なものであったが,平成25年度後半の研究で,整数計画法および混合計画法を用いることにより,最適なAIFV符号を構成できることが明らかになった.また,AIFV符号は不完全内部節点を符号化に利用することが大きな特徴であるが,根も不完全内部節点として利用することができることも判明した.これらの新たな知見に基づき,最適なAIFV符号を構築し,数値実験により性能評価を行うプログラムを作成し,最適なAIFV符号の性能を確認する作業を行っている.マクミランの定理より,ハフマン符号が一意復号可能なFV符号(固定長-可変長符号)の中で最小の平均符号語長を達成できる最適な符号と長らく信じられていた.しかし,マクミランの定理では暗黙のうちに,固定した1つの符号木を使用することを仮定している.本研究では,複数の符号木とその葉および不完全節点に情報源シンボルを割り振る準瞬時FV符号を提案すると共に,準瞬時FV符号がハフマン符号より短い平均符号長を達成できることを示した.さらに,2元および3元情報源に対して,整数計画法と繰り返し最適化を用いて最適な準瞬時FV符号が構成できることを示した.データ圧縮(情報源符号化)用の符号として最もよく知られているハフマン符号は,一意復号可能な全ての符号の中で最も圧縮率がよいと考えられている.しかし,本研究では,ハフマン符号を越える圧縮性能を持つ符号が存在しえることを明らかにすると共に,ハフマン符号より圧縮性能のよい符号を,準瞬時符号として構成する方法を検討することを研究目的としている.この研究目的にしたがって,平成24年度は,次の事柄を明らかにした.(1)固定した符号語(つまり固定した符号木)を用いる場合は,ハフマン符号が一意復号可能な符号の中で最適である(最もよい圧縮率を達成する)が,定常無記憶情報源の場合であっても,符号語を可変にする(つまり複数の符号木を使用する)と共に,非瞬時符号化する(つまり,符号木の内部節点にも符号語を割り振る)ことにより,ハフマン符号より圧縮性能のよい符号が構成可能となる.(2)一般に非瞬時符号を用いると,復号の複雑度が非常に増加し実用的でなくなるが,符号語の1シンボルを先読みするだけで復号できる準瞬時符号を考えると,復号の複雑度を増加させることなく,ハフマン符号より圧縮性能のよい符号を構成できる.(3) K≧3に対して,性能のよい3元準瞬時符号の構成法を与え,それらがK元ハフマン符号の性能を越える性能を持つ.(4)上記(3)の手法では,2元ハフマン符号の性能を越えることができないが,K=2の場合に対して2ビット先読みすることで復号可能な準瞬時符号の構成法を与えた.その結果,情報源の確率分布によっては,その符号は2元ハフマン符号よりよい圧縮性能を持つ.上記の研究成果により,1952年に提案されたハフマン符号の性能を,60年ぶりに更新した.データ圧縮(情報源符号化)用の符号として最もよく知られているハフマン符号は,一意復号可能な全てのFV符号(Fixed-to-Variable length code)の中で最も圧縮率がよいと考えてられていた.しかし,その最適性の証明は,暗黙のうちに固定した1つの符号木を仮定していた.本研究では,2つ以上の符号木と不完全内部節点を用いる準瞬時FV符号(Almost Instaneous FV code)を新たに提案し,平成25-26年度の研究により,準瞬時FV符号がハフマン符号より一般によい性能を達成できることを明らかにした.準瞬時FV符号では複数の符号木を用いるが,不完全内部節点にコストを与え,その与えられたコストに対する最適な符号木を整数計画法を用いて構成できることを平成25年度の研究で明らかにした.今年度(平成26年度)は,2つの符号木を用いる場合(2元および3元のAIFV符号の場合),与えられたコストに対して整数計画法で得られた2つの個別に最適な符号木からコストの値を計算し直し,さらにそのコストに対して最適な符号木を整数計画法で求めるという手順を繰り返すことにより,グローバルに最適な準瞬時FV符号を構成できることを,理論的に証明した.これらの成果を,国内の研究会および国際シンポジウムで発表するとともに,その内容を論文としてまとめ,IEEE Transactions on Information Theoryに投稿した.情報理論研究実績の欄で述べたように,2つ以上の符号木と不完全内部節点を用いるという新しい発想に基づくAIFV符号を提案すると共に,そのAIFV符号が従来最適と考えられていたハフマン符号より圧縮性能が性能がよいことを示すことができた.当初の研究計画は上記の結果を示すことであったが,さらに平成25年度の研究で,整数計画法および混合計画法を用いることにより最適なAIFV符号を構成できることが判明した.

そのため,最適なAIFV符号の性能を詳しく調べる目的で研究期間を1年間延長した.平成26年度の研究により,最適なAIFV符号の詳しい性能が明らかになり,AIFV符号の有用性が明確になることが期待できる.平成24年度の当初の研究計画は下記の通りであるが,「研究実績の概要」欄で述べたように,これらの目的をほぼ全て達成することができた.(a)情報源アルファベットの要素数が非常に小さい場合に対して準瞬時FV符号を構成し,ハフマン符号に比べて圧縮率がよくなることを確認すると共に,どのような準瞬時FV符号がハフマン符号より性能がよくなるかに関して検討を行なう.(b)一般の情報源アルファベットに対して,準瞬時FV符号が最適となるために必要な複数の符号木が満たすべき条件を求める.さらに,その条件に基づき最適な複数の符号木を生成する準瞬時符号構成アルゴリズムを開発する.(c)上記(b)で開発した最適な複数の符号木で構成される準瞬時FV符号の性能を理論的に検討する.(d)最適な複数の符号木を生成するプログラムを作成し,さまざまな情報源出力分布に対する準瞬時FV符号の圧縮性能をシミュレーションにより確認すると共に,ハフマン符号との性能比較を行ない,考案した準瞬時符号の性能が優れていることを明らかにする.上記の「研究実績の概要」および「理由」の欄に記したように,平成26年度は,整数計画法および混合計画法を用いて求めた最適なAIFV符号の性能を評価する.具体的には情報源アルファベット{i_1, i_2, ..., i_n}に対して,その生起確率P(i_j)が等確率の場合,P(i_j)がjに比例する場合,P(i_j)がjの2乗に比例する場合の各々に対して,最適なAIFV符号の圧縮性能を調べると共に,ハフマン符号,2次拡大ハフマン符号との間で圧縮性能の比較い,AIFV符号の圧縮性がどのように優れていることを明らかにする.これらの成果をまとめて,国際シンポジウムおよび学術論文誌に投稿する予定である.平成24年度に得られた成果を,情報理論の国際シンポジウムで発表するとともに国内外の研究者とその成果について議論を行う.平成24年度に示した準瞬時符号の構成法は,貪欲アルゴリズムに基づいているため,最適な準瞬時符号が構成できている保証がない.そこで,平成25年度は,最適な準瞬時符号が満たすべき性質を理論的に導出し,その性質に基づいた性能のよい準瞬時符号の構成法を検討する.まず,K≧3の場合に対するK元準瞬時符号の構成法を検討し,続いてK=2の場合の2元準瞬時符号の構成法を検討する.さらに,最適な準瞬時符号で達成可能な符号化レート(圧縮率)の限界を理論的に導出することを試みる.平成25年度に得られる新たな成果を,国内外のシンポジウムやワークショップで発表すると共に,研究成果を論文としてまとめ,学術論文誌に投稿する.平成25年度の研究で,整数計画法および混合計画法を用いることにより最適なAIFV符号を構成できることが判明した.そのため,最適なAIFV符号の性能を理論および数値実験で詳しく調べるために研究期間を1年間延長した.次年度使用額は,延長した期間の研究に使用するために残した.次年度使用額は,(a)最適なAIFV符号の性能を評価するための数理実験等で使用する消耗品費,(b)数値実験用プログラム作成のための謝金,(c)成果の発表のための旅費や投稿料など,に使用する予定である.
複眼を翅に改変する遺伝子winged eyeによるエピジェネティック制御

これまでに、ショウジョウバエにおいて器官改変を引き起こす遺伝子winged eye(wge)は、転写抑制状態又は転写活性化状態を維持する蛋白質PcG/trxGとの関わりが示されている。PcG/trxG response element(PRE/TRE)を用いた研究により、wgeはFab-7 elementに対してtrxG様機能を示し転写活性化状態の維持に関わることが明らかとなった。さらに、wgeの過剰発現によって異所的な遺伝子発現が誘導され、複眼から翅への改変に重要と思われるvestigial(vg)遺伝子のPRE/TREについても同様の実験を行った。その結果、Fab-7 elementの場合とは異なり、wgeはvg PRE/TREに対しPcG様機能つまり転写抑制状態の維持に関わることが示された。これらの結果はwgeが各々のPRE/TREや状況に依存して異なる機能を示すことを示唆している。そこで、wgeの標的遺伝子・遺伝子座の同定を目的とし、クロマチン免疫沈降と次世代型シークエンサーによる解析を組み合わせたChip-SeqによりWGE蛋白質の標的遺伝子座を網羅的に解析しようと考えた。WGE蛋白質を発現する培養細胞を作製し、その際、全長のWGE蛋白質のN末端側にFLAGとSBPをつけたものを作製した。この細胞を用いてクロマチン免疫沈降の条件検討を行った。WGE蛋白質はゲノム上のどこに結合しているのかが全く分からないため、クロマチン免疫沈降後の微量DNAの濃度をDNAに特異的に結合する蛍光色素を利用して高感度で測定することにより、免疫沈降がうまくいっているのかを調べることにした。その結果、抗WGEポリクローナル抗体を用いた場合のみ、発現誘導依存的に共沈するDNA量が増加することが分かった。今後、実際にChip-Seqを行い、WGE蛋白質の標的遺伝子座を同定したい。ショウジョウバエにおいて器官改変を引き起こす遺伝子winged eye(wge)は、転写抑制状態又は転写活性化状態を維持する蛋白質PcG/trxGとの関わりが示唆されている。そこで本研究ではPcG/trxG response element(PRE/TRE)の1つであるFab-7 elementに対して、wgeがどのように機能するか検討を行った。実験には、Fab-7 elementのDNAコンストラクトとwge変異体、PcG変異体、trxG変異体、wge/PcG二重変異体、wge/trxG二重変異体、PcG/trxG二重変異体を持ったショウジョウバエ個体を作製し、複眼の赤さを調べた。その結果、wgeはFab-7 elementに対してtrxG様機能を示し転写活性化状態の維持に関わることが明らかとなった。さらに、複眼から翅への改変に重要と思われるvestigial(vg)遺伝子のPRE/TREについても同様の実験を行ったところ、wgeはvg PRE/TREにしPcG様機能つまり転写抑制状態の維持に関わるととが示された。これらの結果は、wgeが状況に応じて異なる機能を示すことを示唆しており、従来のPcG/trxGとは異なるもののPRE/TREを介したエピジェネティックな制御に関わっているのではないかと考えられる。また、本研究では、wgeの標的遺伝子・遺伝子座の同定を目的とし、クロマチン免疫沈降とタイリングアレイを組み合わせたChip-on-chipによりWGE蛋白質の標的遺伝子座を網羅的に解析しようと考えている。本年度はそのため準備として、WGE蛋白質を発現する培養細胞の作製、DNAサンプルの調整法、蛋白質とDNAのクロスリンク、超音波によるクロマチンの断片化、免疫沈降の条件検討を行った。今後、実際にChip-on-chipを行い、WGE蛋白質の標的遺伝子座を同定したい。PcG/trxG response element (PRE/TRE)を用いた昨年度の研究により、wgeが各々のPRE/TREや状況に依存して異なる機能を示すことが示唆された。そこで、本研究では、wgeの標的遺伝子・遺伝子座の同定を目的とし、クロマチン免疫沈降とタイリングアレイを組み合わせたChip-on-chipによりWGE蛋白質の標的遺伝子座を網羅的に解析しようと考えた。この細胞を用いて、DNAサンプルの調整法、蛋白質とDNAのクロスリンク、超音波によるクロマチンの断片化、クロマチン免疫沈降の条件検討を行った。免疫沈降に用いる抗体については、抗FLAG抗体、SBPに結合するストレプトアビジンのビーズ、当研究室で作製した抗WGEモノクローナル抗体、抗WGEポリクローナル抗体の4種類を試した。WGE蛋白質はゲノム上のどこに結合しているのかが全く分からないため、クロマチン免疫沈降後の微量DNAの濃度を測定することにより実験がうまくいっているのかを調べた。その結果、抗WGEポリクローナル抗体を用いた場合には、発現誘導をかけたサンプルにおいてかけていないサンプルよりも多くのDNAを回収できた。またこの結果は再現性も確認できた。現在はより効率的にクロマチン免疫沈降を行うために、抗体量とクロマチンに含まれるエピトープ量の比率について検討しており、もうすぐにでも良い条件を確定できると思われる。

PcG/trxG response element(PRE/TRE)を用いた研究により、wgeはFab-7 elementに対してtrxG様機能を示し転写活性化状態の維持に関わることが明らかとなった。さらに、wgeの過剰発現によって異所的な遺伝子発現が誘導され、複眼から翅への改変に重要と思われるvestigial(vg)遺伝子のPRE/TREについても同様の実験を行った。その結果、Fab-7 elementの場合とは異なり、wgeはvg PRE/TREに対しPcG様機能つまり転写抑制状態の維持に関わることが示された。これらの結果はwgeが各々のPRE/TREや状況に依存して異なる機能を示すことを示唆している。そこで、wgeの標的遺伝子・遺伝子座の同定を目的とし、クロマチン免疫沈降と次世代型シークエンサーによる解析を組み合わせたChip-SeqによりWGE蛋白質の標的遺伝子座を網羅的に解析しようと考えた。WGE蛋白質を発現する培養細胞を作製し、その際、全長のWGE蛋白質のN末端側にFLAGとSBPをつけたものを作製した。この細胞を用いてクロマチン免疫沈降の条件検討を行った。WGE蛋白質はゲノム上のどこに結合しているのかが全く分からないため、クロマチン免疫沈降後の微量DNAの濃度をDNAに特異的に結合する蛍光色素を利用して高感度で測定することにより、免疫沈降がうまくいっているのかを調べることにした。その結果、抗WGEポリクローナル抗体を用いた場合のみ、発現誘導依存的に共沈するDNA量が増加することが分かった。今後、実際にChip-Seqを行い、WGE蛋白質の標的遺伝子座を同定したい。
身体性を超えた運動記憶と共感の獲得に関する脳内基盤の解明：超身体性脳科学の萌芽

VR空間上でアバターの運動学習課題を行った。被験者はアバターをロボットマニピュランダムを通じて制御する。運動学習課題中にアバターと実際の被験者の運動に誤差を導入した。運動学習を行うためには,脳内に身体の内部モデルを構築する必要がある。本実験においては、アバターの内部モデルを、誤差の観測と内部座標系(筋空間)との対応関係に基づいて、脳内に表現するような学習を行う必要がある。これまでに行った被験者実験により,運動課題では緩やかに学習が成立することが確認された。このことは,自身とは異なる他者身体表現を獲得するような環境を実現し,その過程を学習曲線という形で定量化できたことを示している。また,視点取得課題との相関は見られなかったが,課題間に相互作用が確認された。具体的には,視点取得課題の成績を比較したところ,運動課題を事前に行った場合には成績が向上(RTが減少)することが示された。課題間に相互作用があったことから,仮説の通り他者身体表現の獲得が,他者の空間的な視点取得に影響を及ぼし,その認知過程を促進することが示された。しかし,他者の空間的視点の取得は,心の理論のような推論とは距離があるため,他者の意図や感情を推論させるような心理課題との相互作用をさらに検討する必要がある。これまでに身体性システム科学が明らかにしてきたのは、我々の認知や意識が身体図式に基づいて処理されており、意識下の身体イメージ変容が意思決定や情動に拘束条件となって現れるような我々の持つ認知メカニズムの階層性である。したがって、目的指向的な工学では我々の情動や意識を身体性から解放し統制可能にすることである。本研究の目的は計算論的神経科学の成果に基づき、身体運動記憶の表現に着目することで、身体性によらない意識や情動を導くシステムの設計原理を提供することである。29年度は、理論の構築と計算論的モデルの定式化を行った。身体が動作を行う際に脳内に表現す身体図式や環境ダイナミクスのパラメータを感覚経験により逐次更新することで運動企図に従って運動が実行が可能になる、脳の適応性を、運動制御・学習に関する計算論モデルとして構成した。さらに、バーチャルリアリティ経験に関する生成モデルを構築し、バーチャルリアリティ経験における身体性変容・身体意識変容の本質が多感覚統合の原理としてベイズ推定の枠組みを用いて定式化できることを明らかにした。一方、運動を伴うバーチャルリアリティ経験には、運動指令と視覚入力変化に関する因果律推定も問題が伴うことを示すために、生成モデルを構築した。そして、因果律推定原理を応用することにより、身体性表現の切り替えを導くことが可能であることを示した。また、このような操作がロボットマニピュランダムを用いた運動学習課題によって実現可能であることを示した。Unityをと用いたVRシステムの構築が完了した。ユーザー(実験参加者)の身体運動に応じて、VR環境内のアバターを実時間で制御することができる。身体運動データを計測するために、これまでに構築したロボットマニピュランダムから計測したデータをソケット通信で実時間でVRシステムへ転送するシステムを構築した。これにより、任意の力学的環境の中において身体運動を行い、これをVR空間内で経験することのできるシステムが感性した。また、運動記憶獲得に関する計算論的モデルを構築し、VR空間において獲得される運動記憶の表現に関して検討した。また、共感疼痛の実験系を構築した。以上より、研究は概ね順調に進捗している。30年度は、29年度に構築したシステムを用いて心理物理実験を実施する。この際、VR空間内における自身の運動学習が、どのように被験者の認知に影響を与えるかを検討し、運動記憶表現における身体性の関わりと、視覚刺激の統制による身体性からの離脱に関して検討する。ロボットマニピュランダムを用いて新奇の環境を実験参加者へ呈示する。実験参加者はこのような環境において運動を繰り返し練習することによって、呈示された環境の内部モデルを構築する。このような運動学習課題中に身体と環境に関わる視覚刺激を統制し、脳内身体表現に変容を導き、このような身体表現の変更が運動記憶にたいしてどのように影響を与えるかを検討する。

加えて、身体性に関する研究で用いられている認知課題に加えて、共感疼痛を計測することで、身体性の問題を定量化する。以上より、身体性を通じて情動と認知を定量化し、情動と認知における身体性の影響と離脱に関して定量的に検討を行う。以上より、認知と情動が身体性を離脱する条件を導く。MRI実験を行う際に実験補助者を雇用することを計画していたが、予備実験の結果、必要性が認められなかったため、雇用しなかった。次年度は実験回数と被験者数の増加が見込まれるため、被験者謝金として使用する。
火山における植物群集の発達機構

火山における植物群集発達機構を明らかにするために主として有珠山において調査研究を行った。合わせて米国セントヘレンズ山噴火後の植生発達様式との比較研究を行った。本年度の主な成果は以下の通り。1.火山灰堆積地において微環境と実生の定着様式には強い対応関係が認められた。特に、地表面が軽石で覆われた所及びガリ-やリルの内部に実生は多かった。従って、実生出現には物理的なsafe siteの供給が必要不可欠なものと考えられた。2.実生の多かった所の土壌栄養分(灼熱損量・NPK等)は実生の少なかった所と比べて必ずしも高い値は示さず、土壌栄養的なものよりもむしろ物理的要因が実生の定着には重要なものと考えられた。3.旧表土中に生存する埋土種子集団を効率良く土壌中から抽出する方法を考案した。また、本手法は旧表土ばかりでなく、草地土壌等においても適用可能であることを示した。4.Canonical correspondence analysisによる植生解析にあたり、植物個体数及び被度を用い比較した所、異なる環境要因が両者を規定していることが明らかとなった。このことは各植物種の栄養繁殖と種子繁殖の違いに起因しているものと考えられた。更に、種子侵入には周辺植物供給起源の質及び量が、植物発達には地表面の安定性が重要なものと考えられた。5.有珠山とセントヘレンズ山では噴火に伴う撹乱強度の類似した生息地では群集構造的に類似した植生が発達しており、撹乱は初期植生構造を大きく規定しているものと考えられた。