hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
平行六角形有機単結晶からの単一モード・偏光発光レーザー発振

回折格子付有機結晶デバイスの作製:酸化膜付シリコン基板上に以下の2種類の方法を用いて、回折格子を配備した。(1)フォトレジストを塗布して干渉露光によりフォトレジストに回折格子を構築した。(2)集束イオンビームにより、酸化膜表面に直接回折格子を構築した。作製した回折格子付基板に、(1)昇華法で成長した有機半導体結晶を貼り付ける、(2)回折格子基板を有機半導体溶液に浸漬する、などの方法により有機半導体結晶を貼り付け、有機発光電界効果トランジスタを構築した。光および電流励起による狭線化発光の実現:作製した有機発光電界効果トランジスタに水銀ランプによる紫外線を照射し、その発光の様子を調べると、半値全幅数nmの狭線化した光を検出した。そこで、このトランジスタデバイスのソースおよびドレイン電極に直流電圧を、ゲート電極に交流電圧を印加したところ、光励起と同様に、最高で2nmの半値全幅まで狭線化した発光を観測することに成功した。光励起および電流励起の様々な条件における外部量子効率を詳細に検討した結果、狭線化発光が回折格子によるspectral filteringの結果であることを確認した。今回の回折格子を配備したデバイス(発光トランジスタ)は、レーザー素子実現に向けた強力な要素技術となる。溶液再結晶法による平行六角形有機単結晶の成長:開発を続けてきた溶液再結晶法において、使用溶媒、ヒーター加熱方法、放熱板の材質などを検討した。その結果、従来は測定に使用できるほどの大きさの結晶成長が困難であった分子長の長いオリゴマーでも平行六角形状を持つ結晶を基板上に直接成長することに成功した。これに加え、昇華再結晶法や最近開発した近接蒸着法によっても、レーザー共振器として働く平行結晶面を有する良質な結晶が得られた。これらの結晶を非干渉光で励起したところ、複数のオリゴマー分子(BP1T、BP1T-OMe、AC'7、BP3Tなど)の結晶試料において、多モードのレーザー発振を確認した。このうち幾つかの結晶では、レーザー発振の重要なパラメーターである屈折率の算出に成功した。ロイドミラー法による干渉露光励起:ロイドミラー法による干渉露光を実現すべく精密な光学系を構築した。これを用い、AC5結晶試料を光励起し、狭線化発光を見出した。その際、結晶表面からではなく、(ガラス)基板面からの励起がより効果的であるという知見を得た。また干渉露光と光硬化性樹脂を用いた回折格子を試作し、非干渉光で励起したところ、(ガラス)基板面より励起した場合に狭線化発光を観測した。以上の結果は、有機結晶/ガラス界面が重要な役割を演じていることを示すものである。
海藻バイオマスの効果的物質変換に資するマリンビブリオ触媒の一貫バイオプロセス化

より効率的に海藻原料をバイオ燃料へと生物変換するために,多彩な糖質で構成される海洋バイオマスの効率的利用に適応可能な複数基質の糖化と発酵を統合(一貫バイオプロセス(CBP)化)した生物触媒の開発を行い,1アルギン酸分解性マリンビブリオを核としてポリウロン酸,糖アルコール,グルカンを利用可能な海洋細菌触媒および2増殖能が高いマリンビブリオを核としてガラクトースからもエタノール生産性の高い株を得た。陸上バイオマスや淡水に依存しないバイオ燃料の生産に向け,海洋バイオマスの燃料変換技術の基盤強化が必要である。多彩な糖質で構成される海洋バイオマスの効率的利用に適応可能な複数基質の糖化と発酵を統合(一貫バイオプロセス(CBP)化)した生物触媒の開発は理想的であるため,本課題では,海洋バイオマス(大型海藻や微細藻)を構成する糖質であるグルカン・ガラクタン・ポリウロン酸・糖アルコールを同時に分解・利用・物質変換する「複数の基質利用系を有するCBP生物触媒」の開発を目的にした。本年度は,カラゲナン分解性を有するPseudoalteromonasなどの個別海洋細菌ゲノム情報に基づき海藻多糖の分解能やそれらの利用能の実験的評価とゲノム情報比較およびアルギン酸分解利用性の高くほぼ完全な環状化ゲノム塩基配列が利用可能なV. halioticoliをmsCBP化するため「グルカン」の利用能を付与した生物触媒の開発を目指した。前者では,Pseudoalteromonasを含む7種の海洋細菌のドラフトゲノムを得た。その比較解析の折,予期せぬ成果として,ビブリオ科の新属と同定される2種の株を見いだし,一方はN-アセチルグルコサミン利用が可能であった。また,V. halioticoliはデンプン分解能を有していないものの,本菌のゲノム解析により,デンプン利用性遺伝子セットの存在が明らかになった。他の種のビブリオが有するアミラーゼ遺伝子をV.halioticoliに導入することに成功し,増殖およびエタノール生産性が向上した。海洋細菌のゲノム解析を進展させ海洋微生物遺伝子情報を蓄積している。さらに,アルギン酸資化性を有するV. halioticoliにデンプン分解能を付与さえることに成功し,mCBP化は進展している。本年度は,世界で最も速く増殖し,グルコース,ガラクトース,マンニトールを基質として発酵を行うことができるため,mCBP化のモデル海洋細菌化が可能なVibrio natriegensに焦点を絞り研究を進めた。本菌に,Zymomonas mobilis由来のピルビン酸脱炭酸酵素(pdc)とアルコール脱水素酵素II(adhII)遺伝子カセットであるPETオペロンを組み込むことに成功した。この組換え株を用いて海藻バイオマスの構成単糖を用いたエタノール産生ダイナミクスを調べた結果,1D-ガラクトースを基質とした場合においても9g/Lを超えるエタノール生成が可能な条件を見出した,2D-グルコース存在時に強いカタボライト抑制が観察されたが,共存するグルコースの添加量が低い場合やグルコースの添加時期を遅らせることで,糖共存時にガラクトースからのエタノール生成も可能である条件を見出した。V. natriegenesは相同組換えなどの様々な遺伝子組換え技術が多数報告されるようになっているため,mCBP化の最適条件設定に資する優れた海洋微生物触媒になる。デンプン・セロビオース・ガラクトース利用・発酵能を有するV. ishigakensisなど,その他の海洋細菌のmsCBP化を進める。特に,V. ishigakensisは当研究室で新種としてアルギン酸・糖アルコール・デンプン・ガラクトース利用能を有する。本年度は,本菌のガラクトースなどのからのバイオ燃料生産性を明らかにし,複数の基質共存下における基質競合に関する情報を得る。また,様々な基質利用可能な代謝改変株の作製を進める。微生物学平成29年度に,遺伝子組換え実験等をより多く実施するため,経費を持ち越すこととした。物件費に使用する。
メスバウアー分光法による固液共存系での表面化学種選択的状態分析法の開発

メスバウアー分光法は、他の分光法と異なり固体状態のものにのみ感度をもつ。この特性を利用して液体と固体が共存する系において、溶液と固体表面吸着の間に平衡が存在するような化学種の固体表面吸着側のみの状態分析が可能であると考えられる。しかしこのような試みは実際上行われていない。本研究では、吸着平衡系として水溶液とイオン交換樹脂表面を選択し、鉄化合物が水溶液として存在する際の共存するイオン交換樹脂表面上での鉄化学種のキャラクタリゼーションを試みた。鉄(III)は塩化物イオン濃度が高いときにFeCl_4^-を安定に形成するため、陰イオン交換樹脂に吸着させることが出来る。本研究では強塩基性陰イオン交換樹脂としてAmberlite IRA-900を、弱塩基性陰イオン交換樹脂としてIRA-93を使用した。鉄はメスバウアー同位体である^<57>Fe濃縮同位体金属を希塩酸に十分長い時間をかけて溶解してFe(III)の水溶液を得た。これを6M塩酸溶液とし、イオン交換樹脂にバッチ法で吸着させた。アクリル製の試料容器を制作し、塩酸と鉄を吸着させたイオン交換樹脂が共存したまま室温でメスバウアースペクトルを測定した。強塩基性イオン交換樹脂の試料では7日間の測定時間であきらかなピークは認められなかった。これに対して弱塩基性イオン交換樹脂の試料では常磁性鉄(III)のシングレットピークが現れ、イオン交換樹脂の性質によって大きく異なった結果がえられた。これは陽イオン交換樹脂の場合と同様な結果であるが、本研究の成果として初めて得られたもので、吸着イオン種の第一配位圏の樹脂による相違がメスバウアー無反跳分率に大きな違いとして現れ、固液共存系での表面吸着種の状態分析にメスバウアー分光法が非常に有力であることを示すことができた。本研究では、吸着平衡系として水溶液と陽イオン交換樹脂表面を選択し、鉄化合物が水溶液として存在する際の共存するイオン交換樹脂表面上での鉄化学種のキャラクタリゼーションを試みた。強酸性陽イオン交換樹脂としてAG50W8を、弱酸性陽イオン交換樹脂としてBio-Rex70を使用した。まず塩酸系での鉄イオンの陽イオン交換樹脂への吸着平衡のpH依存性を^<59>Feトレーサを用いて調べ、Fe(II)ではpH2以上で、Fe(III)はpH0.4以上でFeはイオン交換樹脂に90%以上が吸着していることを確認した。Fe(II)ではpH2.74.2、Fe(III)ではpH1.13.8の範囲でメスバウアースペクトルを測定した。強酸性イオン交換樹脂に対しては、pH4.0でのFe(II)、pH1.1のFe(III)いずれもメスバウアースペクトルに明瞭な吸収は見られなかったのに対して、弱酸性イオン交換樹脂では、pH4.2のFe(II)、pH2.7とpH3.8のFe(III)はいずれも一組のダブレットピークを示した。一般にアルカリ元素やアルカリ土類元素のイオン半径に対する樹脂の選択性から、強酸性陽イオン交換樹脂および弱酸性陽イオン交換樹脂とは、それぞれ水和イオンおよび裸のイオンが相互作用すると言われている。

今回得られたメスバウアー吸収強度の大きな違いは、この吸着イオン種の第一配位圏の樹脂による相違によりメスバウアー無反跳分率に大きな違いが現れたものと考えられ、固液共存系での表面吸着種の状態分析にメスバウアー分光法が非常に有力であることを示すことができた。メスバウアー分光法は、他の分光法と異なり固体状態のものにのみ感度をもつ。この特性を利用して液体と固体が共存する系において、溶液と固体表面吸着の間に平衡が存在するような化学種の固体表面吸着側のみの状態分析が可能であると考えられる。しかしこのような試みは実際上行われていない。本研究では、吸着平衡系として水溶液とイオン交換樹脂表面を選択し、鉄化合物が水溶液として存在する際の共存するイオン交換樹脂表面上での鉄化学種のキャラクタリゼーションを試みた。昨年度は陽イオン交換樹脂を用いたが、今年度は陰イオン交換樹脂について検討を行った。鉄(III)は塩化物イオン濃度が高いときにFeCl_4^-を安定に形成するため、陰イオン交換樹脂に吸着させることが出来る。本研究では強塩基性陰イオン交換樹脂としてAmberlite IRA-900を、弱塩基性陰イオン交換樹脂としてIRA-93を使用した。鉄はメスバウアー同位体である^<57>Fe濃縮同位体金属を希塩酸に十分長い時間をかけて溶解してFe(III)の水溶液を得た。これを6M塩酸溶液とし、イオン交換樹脂にバッチ法で吸着させた。アクリル製の試料容器を制作し、塩酸と鉄を吸着させたイオン交換樹脂が共存したまま室温でメスバウアースペクトルを測定した。強塩基性イオン交換樹脂の試料では7日間の測定時間であきらかなピークは認められなかった。これに対して弱塩基性イオン交換樹脂の試料では常磁性鉄(III)のシングレットピークが現れ、イオン交換樹脂の性質によって大きく異なった結果がえられた。これは陽イオン交換樹脂の場合と同様な結果であり、本研究の成果として初めて得られたもので、吸着イオン種の第一配位圏の樹脂による相違によりメスバウアー無反跳分率に大きな違いが現れ、固液共存系での表面吸着種の状態分析にメスバウアー分光法が非常に有力であることを示すことができた。
動的マルチタスク環境における状況認識を支援する可聴化技術の開発

本研究では,元来知覚できないデータやデータ間の関係を知覚可能な音響信号に変換して呈示する「ソニフィケーション」技術について,データから音への効果的なマッピング方法をさまざまな実験を通じて調査した.操作対象の状態を目標状態に一致するようにコントロールする作業を用いて種々のマッピングを比較した結果,刻々と変化する作業対象の状態を人に伝達するためのソニフィケーションの設計に広く適用可能な指針を得ることができた.本研究では,元来知覚できないデータやデータ間の関係を知覚可能な音響信号に変換して呈示する「ソニフィケーション」技術について,データから音への効果的なマッピング方法をさまざまな実験を通じて調査した.操作対象の状態を目標状態に一致するようにコントロールする作業を用いて種々のマッピングを比較した結果,刻々と変化する作業対象の状態を人に伝達するためのソニフィケーションの設計に広く適用可能な指針を得ることができた.本年度は,可聴化情報の操作支援効果を実験的に調査するために,複数の監視対象が時間的空間的に分散するタスク環境を計算機上に構築し,その環境を用いて可聴化の設計が操作パフォーマンスに与える影響を定量的に評価した.可聴化技術としては,情報変数を音の物理パラメータに特定の法則に基づいて関連づける「パラメータマッピング」を調査対象とした.タスク遂行のために操作者が解消すべき目標状態からのズレを,名義尺度の属性をもつ音色と比例尺度の属性をもつ音の大きさまたは高さという,音の物理パラメータを介して単一モノラル音ヘマッピングする可聴化の設計方法を比較した.音の変化を検知してその意味を解釈するのに要する認知的負荷の観点から可聴化の効果を検討した結果,目標状態への到達を判断するための明確な基準を音の聞こえの中に設計する必要があり,知覚者の認知的負荷の軽減のためには日常的感覚と一致するマッピングが求められることを確認した.日常的に経験する音の変化は単一の物理パラメータのみで生じることはほとんどなく,音の大きさや高さなど複数のパラメータが同時に影響を受ける.人は一見複雑な外界の音変化に対して正確にそれが意味する事象を特定することができるが,そのような解釈に活用される事象と音の対応関係との整合性をパラメータマッピングの設計において考慮すべきであるとの知見を得た.また,自動化が介在する動的マルチタスク環境として,モードをもつ自動化機械との共同作業を対象とした可聴化による状況認識支援について検討を開始した.本年度は,情報の可聴化による視覚的認知資源制約の補償効果について調査した.目標達成のために複数の状態量への注意配分が求められる作業環境として,経内視鏡的関節軟骨評価のための超音波プローブの操作を模擬したタスク環境を構築した.このタスク環境を使用して,聴覚情報呈示の有効性を定量的に評価した.超音波プローブの操作には,検査対象の表面に対して垂直にプローブを向ける角度操作と,検査対象表面とプローブの距離を一定に保つ距離操作がある.正確な評価のためには両操作を高い水準で達成しなければならず,術者はそれぞれの状態についての情報を同時に処理しながらプローブを操作する必要がある.被験者実験の結果からは,視覚情報呈示と聴覚情報呈示のそれぞれがもつ特長や効果の違いを確認した.聴覚情報呈示には,音の強さが変化する方向によって,同じ強さの変化量であっても認識される変化の大きさに非対称性が存在する.一方,視覚情報呈示は大きさの基準を設けることが容易なため,情報が示す量の認識が聴覚情報呈示に比して正確である.これらの性質を作業の要件に適した形で組み合わせて活用することで,多数の視覚情報呈示に溢れる操作場面において,より効果的な操作支援のための情報呈示環境を設計することが可能となる.この点について,どのような種類の情報を可視化し,どのような種類の情報を可聴化するかに関する分類を議論するために,作業要件を形式に基づいて検討する作業に着手した.本年度は,視覚による認識が制限された作業環境下で,コントロールされているシステムの状態を可聴化するためのデータから音への効果的なマッピングの設計について検討した.●尺度の理論(TheoryofScaleTypes)の観点からデータ(=表現される変量)と表示(=表現する変量)の整合/不整合のパフォーマンスへの影響について議論するために,1次元トラッキングタスクを用いた比較実験を実施した.その結果,目標状態からの距離(比例尺度)と方向(名義尺度)をそれぞれ音量と音色で表現するマッピングが最も効果的であることを確認した.さらに距離情報の可聴化に関しては,音の聴こえの大きさ(ラウドネス)を考慮したスケーリングの設計が効果的であることを確認した.●トラッキングタスクを2次元化し,可聴化によって表現される変量間の関連性のマッピングへの影響について検討した.各変量が独立に操作できる場合には,1次元データの可聴化を周波数を変えて重ねることでトラッキング状態を適切に伝達できることを確認した.一方で,変量間に制約が存在する場合には,1次元データの可聴化を応用しただけではトラッキング状態を効果的に伝達できないことを確認した.●可聴化の設計に関しては,データから音へのマッピングに関して確固たる設計手法やガイドラインは未だ存在しない.上記の研究成果により,目標状態への調整が必要な1次元データの可聴化の設計に関して,明確なガイドラインを示すことができた.
ハンフリー閾値の詳細MTFのフーリエ分析による視覚情報処理の解析

1.対象は器質的疾患のない2331歳(平均年齢27歳)の健常人7名14眼である。4.Visual Stimulus Generatorでコンピュータグラフィックス(CG)を制御し、1.5,2.1,3,4.2,6,8.4,12,15,18cycles/degreeで正弦波格子縞視標の表示を行った。輝度設定は、最大輝度一定、平均輝度一定、最小輝度一定の3通りでMTF値を測定した。5.day visionでMCT-8000と最大輝度一定のCG,night visionでMCT-8000と最大輝度一定、平均輝度一定のCG、CGの最大輝度一定と最小輝度一定でのMTF値を比較した。統計はt検定で有意水準5%とした。6.結果は、day visionでのMTF値でMCT8000の方が最大輝度一定のCGより閾値が低かった。これには視標周囲輝度の影響が考えられた。night visionでは,低周波数でMCT8000よりCGのMTF値が有意に高い。そこでCGの最大輝度一定と最小輝度一定でのMTF値を比較すると低周波数で最小輝度一定が,最大輝度一定より閾値が高い。低周波数で平均輝度の変動によりMTF値が影響を受けた。これはnight visionでのMCT8000とCGの閾値差が低周波数のみであったことと一致した。よってMCT8000とCGの閾値差は,平均輝度の変動によると考えた。今後の研究展開に関する計画1.器質的疾患及び屈折異常のない健常人10名でハンフリー視野計(背景輝度31.5asb)で視標IVの中心窩閾値を測定する。2.周辺視野閾値を測定する。3.視野による閾値下降分布を求め、空間加重成立を検討する。4.Visual Stimulus Generatorで任意の空間周波数を設定し,コンピュータにて空間周波数の表示を行う。次いでコンピュータで輝度をコントロールして任意に設定する。その上で輝度計を用いて、モニター上のコントラストの絶対値を測定し、測定機器の構築を図る。5.MCT-8000と同じ輝度と同じ空間周波数(1.5,3,6,12,18cycles/degree)で7段階以上のコンストラクトを設定し,精密な測定を行い,再現性のあることを確認する。MCT-8000の設定周波数にない周波数をさらに細分化し,設定した上でコンストラクト感度を測定する。さらに輝度はハンフリーの背景輝度に設定して詳細Modulation Transfer Function(MTF)測定を行う。6.ハンフリー視野計のそれぞれの指標の視角に相当する円形刺激光を一次元的に矩形波とし,コンピュータを用いて波形成分にフーリエ展開する。展開された周波数成分に対応するMTF感度からフーリエ合成を行う。合成曲線をMOに記録し,理論的閾値を算出する。7.理論的閾値と実測値の違いをMTFの周波数成分毎に検討する。
情報量を用いた停止時による非定常時系列の統計的逐次解析

ITの技術の進展に従って,一般家庭でも,インターネットを通じて,膨大かつ詳細なビッグデータが時間を置かず手にはいることができる.この状況を考えると,直接的な費用もしくは機会費用を避けるために、できるだけ早いうちに,手元の情報(データ)を使って現在の経済・金融市場の状態を判別し,意思決定を行うことが非常に重要であると考えられる.研究代表者は,時系列モデルについて統計的逐次解析の研究を行ってきた.統計的逐次解析では,経済・金融時系列といったデータがオンラインで観測されることを想定し,サンプルサイズはモデルの状態によりランダムな停止時刻で定まり,その停止時刻で統計的推定,検定,予測などを行う.通常の統計的解析と違って,意思決定を行う時刻がランダムであるため,その停止時刻で評価される統計量を解析する時系列モデルでは,データが時間の経過とともに観測され,データの間に時間的な従属性を想定する.オンラインでデータの観測が進んでいく間,モデルにより情報量の蓄積の度合いが異なることが本研究の着目点である.統計的逐次解析では,データが逐次的に観測されるオンラインの状況を考え,充分な情報量が蓄積した時点(停止時刻)で統計的推論を行う.2018年度の研究では,p階の自己回帰過程に対し,観測されたフィシャー情報量によって定義する停止時刻を用いて,統計的逐次解析の理論構築を行った.具体的には, 1定常なp階の自己回帰過程についての統計的逐次推定,2p階の自己回帰過程の局所対立仮説に関する逐次単位根検定,の2つの理論を構築した.停止時刻での統計量に対し,従来の統計的逐次手法は更新定理を用いて解析してきた.本研究では,ブラウン運動への収束する汎関数中心極限定理を用いて,停止時刻および逐次統計量を解析する手法を提案し、非定常時系列に対する単位根検定では時間変更とベッセル過程で解析できることを示した。定常なAR(p)モデルの統計的逐次推定については,1階の自己回帰過程の統計的逐次推定のLai and Siegmundで得られた停止時刻の概収束の結果がある.本研究では,p階の自己回帰過程で定常エルゴード過程についての汎関数中心極限定理を用いて,停止時刻の漸近正規性を導いた.定常もしくは非定常なp階の自己回帰過程について,逐次的解析手法を用いて,自己回帰係数と停止時の同時分布を導いた.特に,定常な場合は誤差分散を推定して定義した停止時刻と,誤差分散が既知として定義した停止時刻に関し,前者の停止時刻の分散のほうが小さいという非常に興味深い現象を発見した.また、単位根を持つp階の自己回帰過程について,停止時刻は単位根帰無仮説が真であるとき,漸近的に次元3/2のベッセル過程で表され,局所対立仮説が真のとき,次元3/2のドリフト付きベッセル過程で表されることを示した.また,単位根帰無仮説の下での停止時刻の極限分布の解析的表現を求めて,停止時刻の分布を使った逐次検定の方法も提案した.それは,和分次数の同定にも用いられることを突き止めた。1.時系列モデルへ逐次分析手法を適用する.現段階では,AR(p)モデルについての理論は大体完成している.AR(p)モデル以外, MA, ARMA, ARIMA, ARFIMAといった様々な時系列モデルについて研究の経緯で記した解析手法が適用できることが考えられる.特に金融時系列モデルとして,最も関心が高いARCH, GARCHなどの非線形時系列モデルにおいても当分析手法が適用できると考えられ,それらのモデルの研究を行う予定である.2.変化点の問題について研究する.膨大な経済・金融などのデータが秒単位でオンライン観測されている現状を考えると,未知の変化の変化点の早期探索,モデルの早期探知が重要な課題になっている.3.多変量時系列への応用を考える.例えば,多国間の株価指数,国債市場や為替レートといった国際的な連動性が高い金融時系列について,統計的逐次解析の手法を適用することを考える.非効率的な国際資本移動に伴う機会損失は,世界経済の変動リスクを高め,金融危機をもたらす原因の一つとなる.停止時刻を用いる統計的逐次解析的手法はこの機会損失を減少させることに効果があると考えられる.4.異なる停止時を使って,研究手法で記した統計的逐次解析の手法を用いて分析する.例えば,参考文献[3]にあるように,経済学的意思決定にも使われる損失関数で定義した停止時の統計的性質について研究する予定である.ITの技術の進展に従って,一般家庭でも,インターネットを通じて,膨大かつ詳細なビッグデータが時間を置かず手にはいることができる.この状況を考えると,直接的な費用もしくは機会費用を避けるために、できるだけ早いうちに,手元の情報(データ)を使って現在の経済・金融市場の状態を判別し,意思決定を行うことが非常に重要であると考えられる.研究代表者は,時系列モデルについて統計的逐次解析の研究を行ってきた.統計的逐次解析では,経済・金融時系列といったデータがオンラインで観測されることを想定し,サンプルサイズはモデルの状態によりランダムな停止時刻で定まり,その停止時刻で統計的推定,検定,予測などを行う.通常の統計的解析と違って,意思決定を行う時刻がランダムであるため,その停止時刻で評価される統計量を解析する時系列モデルでは,データが時間の経過とともに観測され,データの間に時間的な従属性を想定する.オンラインでデータの観測が進んでいく間,モデルにより情報量の蓄積の度合いが異なることが本研究の着目点である.統計的逐次解析では,データが逐次的に観測される

オンラインの状況を考え,充分な情報量が蓄積した時点(停止時刻)で統計的推論を行う.2018年度の研究では,p階の自己回帰過程に対し,観測されたフィシャー情報量によって定義する停止時刻を用いて,統計的逐次解析の理論構築を行った.具体的には, 1定常なp階の自己回帰過程についての統計的逐次推定,2p階の自己回帰過程の局所対立仮説に関する逐次単位根検定,の2つの理論を構築した.停止時刻での統計量に対し,従来の統計的逐次手法は更新定理を用いて解析してきた.本研究では,ブラウン運動への収束する汎関数中心極限定理を用いて,停止時刻および逐次統計量を解析する手法を提案し、非定常時系列に対する単位根検定では時間変更とベッセル過程で解析できることを示した。定常なAR(p)モデルの統計的逐次推定については,1階の自己回帰過程の統計的逐次推定のLai and Siegmundで得られた停止時刻の概収束の結果がある.本研究では,p階の自己回帰過程で定常エルゴード過程についての汎関数中心極限定理を用いて,停止時刻の漸近正規性を導いた.定常もしくは非定常なp階の自己回帰過程について,逐次的解析手法を用いて,自己回帰係数と停止時の同時分布を導いた.特に,定常な場合は誤差分散を推定して定義した停止時刻と,誤差分散が既知として定義した停止時刻に関し,前者の停止時刻の分散のほうが小さいという非常に興味深い現象を発見した.また、単位根を持つp階の自己回帰過程について,停止時刻は単位根帰無仮説が真であるとき,漸近的に次元3/2のベッセル過程で表され,局所対立仮説が真のとき,次元3/2のドリフト付きベッセル過程で表されることを示した.また,単位根帰無仮説の下での停止時刻の極限分布の解析的表現を求めて,停止時刻の分布を使った逐次検定の方法も提案した.それは,和分次数の同定にも用いられることを突き止めた。1.時系列モデルへ逐次分析手法を適用する.現段階では,AR(p)モデルについての理論は大体完成している.AR(p)モデル以外, MA, ARMA, ARIMA, ARFIMAといった様々な時系列モデルについて研究の経緯で記した解析手法が適用できることが考えられる.特に金融時系列モデルとして,最も関心が高いARCH, GARCHなどの非線形時系列モデルにおいても当分析手法が適用できると考えられ,それらのモデルの研究を行う予定である.2.変化点の問題について研究する.膨大な経済・金融などのデータが秒単位でオンライン観測されている現状を考えると,未知の変化の変化点の早期探索,モデルの早期探知が重要な課題になっている.3.多変量時系列への応用を考える.例えば,多国間の株価指数,国債市場や為替レートといった国際的な連動性が高い金融時系列について,統計的逐次解析の手法を適用することを考える.非効率的な国際資本移動に伴う機会損失は,世界経済の変動リスクを高め,金融危機をもたらす原因の一つとなる.停止時刻を用いる統計的逐次解析的手法はこの機会損失を減少させることに効果があると考えられる.4.異なる停止時を使って,研究手法で記した統計的逐次解析の手法を用いて分析する.例えば,参考文献[3]にあるように,経済学的意思決定にも使われる損失関数で定義した停止時の統計的性質について研究する予定である.国外発注した書籍が年度内に届かなかった。
鼻腔・副鼻腔の音響的および構造的多様性とその音声学的寄与の探究

鼻腔は複雑な形状をもっており,さらに大小さまざまな副鼻腔が接続されている.鼻をつまんで声を出せば声質が変わることからもわかるように,鼻腔や副鼻腔は音声の生成に大きく寄与しているが,従来,鼻腔や副鼻腔の影響は軽視され,それらの音響特性は十分に検討されてこなかった.本研究では,X線CTデータを用いて詳細な3次元形状を抽出し,音響計測や音響シミュレーションなどによって音響特性や個人差を明らかにする.鼻腔は複雑な形状をもっており,さらに大小さまざまな副鼻腔が接続されている.鼻をつまんで声を出せば声質が変わることからもわかるように,鼻腔や副鼻腔は音声の生成に大きく寄与しているが,従来,鼻腔や副鼻腔の影響は軽視され,それらの音響特性は十分に検討されてこなかった.本研究では,X線CTデータを用いて詳細な3次元形状を抽出し,音響計測や音響シミュレーションなどによって音響特性や個人差を明らかにする.
植物における亜鉛に応答した細胞内膜輸送系のプロテオーム解析

亜鉛濃度に応じて変動するタンパク質群を同定するために、LC-MSを用いたiTRAQ解析系を確立した。本実験にはシロイヌナズナ野生型Col-0を用いた。Col-0はMS培地に300μM亜鉛が含まれるときに、地上部のクロロシスや根の伸長阻害といった顕著な成育阻害を示すため、この条件を過剰量亜鉛培地とした。コントロールとして用いたMS培地、または過剰量亜鉛培地で10日間成育したCol-0の根よりそれぞれマイクロソーム画分を単離し、過剰量亜鉛に応答するタンパク質群の定量解析に用いた。この結果、輸送体などの膜タンパク質を含む1000以上のタンパク質について定量結果が得られた。このうち、まず注目したタンパク質はIRT1とFR02である。にれらタンパク質は鉄欠乏条件下において誘導され、FR02によって三価鉄から二価鉄へと還元され、二価鉄をIRT1が細胞内へと取り込む。過剰亜鉛条件において植物細胞内の鉄濃度が低下していることが予想されたため、ICP-AESにより元素分析したところ、確かに根においても地上部においても鉄濃度が優位に減少していたことから、過剰亜鉛によって鉄欠乏状態になることが示された。過剰亜鉛によるクロロシスは、鉄の添加により回復した。これはIRT1が亜鉛輸送能も有しているため、過剰な亜鉛がIRTIによる鉄吸収を阻害していると考えられる。一方、鉄添加によりクロロシスは回復したが、根の伸長はさらに阻害された。そこで次に、H^+輸送活性を持っV-ATPase複合体のサブユニットが減少していることに着目した。V-ATPase活性を測定したところ、通常の生育培地と比較して1/2程度に減少していた。これは、V-ATPase複合体を構成するCサブユニットの変異体det3の活性と一致した。さらに、根の成熟領域の細胞長を測定したところ、過剰亜鉛により細胞伸長が抑えられていること1が明らかとなり、これもdet3変異体の結果と良い相関を示した。このことから、過剰亜鉛による根の伸長阻害はV-ATPase複合体の活性低下がもたらしていると考えられる。亜鉛に応答して変動するタンパク質群を同定するために、二次元電気泳動を利用して比較解析を行った。膜タンパク質の解析を行う場合、通常SDS-PAGEを用いるが、微量タンパク質は主要タンパク質に隠れてしまい検出できないことが多い。そのため膜タンパク質を効率良く可溶化するためにSDSを含む溶液でサンプルを溶解し、直接等電点電気泳動で分離するための手法を確立した。この結果、1.5%SDSを含む溶液でも効率良くタンパク質スポットを分離することに成功した。等電点電気泳動に供するサンプルをアセトン沈殿などで前処理すると、沈殿を再溶解する時に凝集したままで可溶化しないタンパク質を損失するが、本法は前処理を一切行うことがないため、より多くのタンパク質を解析対象とすることができると共に、定量性に優れているという特徴がある。次に発芽後10日目のシロイヌナズナに300μMを3時間処理し、根から抽出したタンパク質を二次元電気泳動にて分離し、未処理サンプルとの比較解析を行った。この結果、液胞膜に局在するVacuolar type H+-ATPase(VHA)のサブュニットAとE3の発現増加が見られた。VHAは液胞内へH^+を輸送し、酸性環境を作り出している。液胞膜にはH^+を駆動力として亜鉛を液胞内へと取り込む輸送体MTP(Metal tolerance protein)1が存在することから、植物細胞が過剰量の亜鉛にさらされたときに、液胞内のH^+濃度を高めることでMTP1による亜鉛の液胞への隔離を促進していると考えられる。さらに同条件にて亜鉛処理したシロイヌナズナからマイクロゾーム画分と細胞膜画分を抽出し、LC-MSを用いてショットガン解析を行った。この結果、亜鉛誘導されるタンパク質として小胞体に局在する亜鉛輸送体やトランスゴルジネットワークの分泌を活発化するsmall GTPaseなどが同定された。以上より、亜鉛に応答した細胞内膜輸送系を理解するための基礎的知見を得ることができた。

そこで次に、H^+輸送活性を持っV-ATPase複合体のサブユニットが減少していることに着目した。V-ATPase活性を測定したところ、通常の生育培地と比較して1/2程度に減少していた。これは、V-ATPase複合体を構成するCサブユニットの変異体det3の活性と一致した。さらに、根の成熟領域の細胞長を測定したところ、過剰亜鉛により細胞伸長が抑えられていること1が明らかとなり、これもdet3変異体の結果と良い相関を示した。このことから、過剰亜鉛による根の伸長阻害はV-ATPase複合体の活性低下がもたらしていると考えられる。
ペルフルオロ化合物類生成ポテンシャルの測定・評価手法の確立と効率的削減手法の検討

PFCsおよびその100種類以上の前駆物質を対象に、前駆物質からのPFCs生成ポテンシャルを測定・評価する包括的手法の確立を行った。本手法の確立により、100種類以上の前駆物質を分析することなく、PFCs汚染の潜在的な現況を評価することが可能となった。確立した測定方法を使用して、都市水循環系(下水処理、上水処理工程)における採水を行い、ポテンシャルの測定を行った。吸着・紫外線照射におけるPFCs生成ポテンシャルの削減効果を検証した。特に現場での汎用性、安全性、経済性を視点に入れ、実際の水処理現場で適用可能な技術の開発を進め、これらの成果をまとめ、論文20編、学会発表14編として発表した。平成25年度は、査読論文5編、国際学会発表6編、口頭発表8編の研究成果を発表した。前駆物質からのPFCs生成ポテンシャルを測定するための包括的分析手法の確立では、国内の5か所の下水処理場で下水試料の採水を行い、4°C冷暗所保存で前駆物質からPFCAsが生成することが示された。保存期間10日ごとの分析により保存30日までPFCAs濃度の上昇が確認された。また、ハイボリュームエアサンプラーの設置により、前駆物質FTOHsの大気への拡散をとらえた。さらに雨水のサンプリングにより雨水から数ng/LのPFCsを検出した。雨水サンプルを数日保存しPFCs濃度を分析した結果、濃度の上昇が確認された。そこで、雨水にFTOHsを添加し晴天時の光分解現象を検討した。サンプルの質量/電荷比分布をHPLC-MS/MSにて測定した結果、FTOHsの光分解によるPFCAsの生成が確認された。さらに、FTOHs濃度をより低濃度まで分析するための方法の開発を行い、GC-MS/MSにて定量下限を従来の50倍程度下げることに成功した。さらにタイ王国バンコクにおいて14の産業廃水処理場放流水、チャオプラヤ川流域においてPFCs前駆物質(3種類のFOSAs, 2種類のFOSEs, 3種類のFTCAs, 3種類のFTUCAs)および12種類のPFCsの分布調査を実施し、産業廃水からN-MeFOSEを検出した。ペルフルオロ化合物類の生成ポテンシャルの測定法として酸化分解法を提案し、下水処理場の処理工程別の試料に適用した。その結果、前駆体からのPFCsの生成を確認し、さらに中間生成体が存在することを明らかにした。さらに、琵琶湖・淀川流域におけるPFCs生成ポテンシャルの一斉調査を実施し、都市水循環系における生成ポテンシャルの存在を示した。加えて、ハイボリュームエアサンプラーを用いた大気の採取を行い、大気拡散したフッ素テロマーアルコール等の存在を確認した。特に8:2FTOHs(フッ素テロマーアルコール類),6:2FTOHsを比較的高濃度で検出した。これらの物質に紫外線を照射したところ、PFOA, PFHxAなどのPFCsの生成を確認することができた。すなわち、大気に前駆体として拡散したフッ素テロマーアルコール等は、降雨などにより水環境中に移動し、その後、光分解などによって、PFCsとなる経路の一部を示すことができた。各種排出源対策プロセスにおけるPFCs生成ポテンシャル削減効果の検証では、回分式吸着試験により、産業廃水中のPFHxAを効率的に吸着するイオン交換樹脂を見出した。また、本イオン交換樹脂の再生および再利用条件を検討し、効率的な繰り返し利用の操作条件を示した。また、イオン交換樹脂へのPFHxA吸着に及ぼすアニオンの影響を検討し、それぞれ単体および混合系の濃度別の影響を示した。これらの内容を雑誌論文7件(うち査読付き論文4件)および学会発表5件で国内外の学会で発表した。平成27年度は都市水循環系におけるPFCs生成ポテンシャル調査を行った。琵琶湖の計9地点と琵琶湖流入河川の14河川において11月17日に採水を行った。さらに琵琶湖流域の5か所の下水処理場にて12月7日に採水を行った。下流域では10月20日に36地点と安威川・神崎川の8地点で採水を行った。加えて大阪府の浄水場において12月8日に処理工程別に水を採取した。3種類のPFASs, 9種類のPFCAs,14種類の既知前駆物質(3FTCAs,3FTUCAs,3FTSs,3FOSAs,2FOSEs)と酸化分解法によるPFCs生成ポテンシャルを分析した。化合物別の主な発生源と推定される場所と調査日における日発生量を整理した。PFCs生成ポテンシャルは、京都のF処理場から1,360g/day,桂川上流から832g/day,宇治川上流から407g/day,木津川御幸橋上流から200g/day,大阪のN処理場から13g/dayであった。琵琶湖からは6検体で6:2FTSが検出された。濃度は11.7357.1ng/Lであった。琵琶湖流入河川からは15検体で前駆物質が検出された。そのうち14検体からは6:2FTSが検出され、濃度は28.285.2ng/Lであった。もう1検体からは8:2FTUCAが検出された。淀川からも15検体で前駆物質が検出された。6:2FTSが5検体、8:2FTCAが4検体、8:2FTUCAが3検体、FOSAが2検体、10:2FTUCAが1検体から検出された。

最大濃度は淀川の枚方大橋で224 ng/Lの6:2FTSを検出した。浄水場ではオゾン、生物活性炭を組み合わせた処理でもPFCs濃度の低減は難しく、特に活性炭の交換後1.6年程度でPFCsに対して活性炭が破過する傾向が読み取れた。本研究により絞り込まれた範囲を詳細に調査することで、発生源の特定を行うことが求められる。PFCsおよびその100種類以上の前駆物質を対象に、前駆物質からのPFCs生成ポテンシャルを測定・評価する包括的手法の確立を行った。本手法の確立により、100種類以上の前駆物質を分析することなく、PFCs汚染の潜在的な現況を評価することが可能となった。確立した測定方法を使用して、都市水循環系(下水処理、上水処理工程)における採水を行い、ポテンシャルの測定を行った。吸着・紫外線照射におけるPFCs生成ポテンシャルの削減効果を検証した。特に現場での汎用性、安全性、経済性を視点に入れ、実際の水処理現場で適用可能な技術の開発を進め、これらの成果をまとめ、論文20編、学会発表14編として発表した。前駆物質からのPFCs生成ポテンシャルの包括的な測定・評価法の開発については、酸化分解法および生物分解法ともに順調に進んでいる。タイプの異なる複数の都市水循環系におけるPFCs生成ポテンシャルの存在調査についてもカルボン酸系の汚染地区での調査を終えており、おおむね順調に進んでいる。各種排出源対策プロセスにおける生成ポテンシャルの低減効果の検討についても、イオン交換樹脂を用いた吸着処理と、UVによる分解処理を進めており、こちらも順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境工学PFCs生成ポテンシャルとして、酸化分解法による分析結果を100%とした際に、実環境下でどの程度の生成が起こっているのかを検討することが重要である。生分解、光分解などの結果と、酸化分解法の結果を比較することで、実環境下での生成量を推定することが可能となる。また、PFOS汚染型の水系においても生成ポテンシャル調査を実施し、発生源が異なることによる生成経路の違いを示す必要がある。11種の前駆物質分析方法を確立し、FTOHsからのPFCAs生成を確認するなど、おおむね順調に進展している。標準試薬を節約して利用した結果、経費の一部を次年度に繰り越すこととなった。標準試薬については、なるべく使用直前に購入し、保存期間を短くした方が、より精度高く分析することができるため、このような措置をとった。当初の予定通り、着実に課題を解決していく方針である。標準試薬が足りなくなった時期に、標準試薬類の購入を中心に消耗品として購入を進める。
慢性炎症による大腸発癌機構の解明

炎症性腸疾患は慢性腸管炎症を特徴とする疾患で,本邦で近年増加中である.潰瘍性大腸炎患者は長期罹患とともに大腸発がんリスクが高くなり,通常の大腸がんと異なる臨床像を示し,Colitis associated cancer (CAC)と称される.我々はCAC症例より腫瘍サンプルを採取し,オルガノイドの樹立,そのCACオルガノイドの統合的な解析を行った.CACでは通常型の大腸がんに比し,低頻度のAPC変異と高頻度のTP53変異を認めた.CACオルガノイドの樹立とその分子遺伝学的解析データが統合され,今後のCACに対する基礎研究ならびにトランスレーションナルリサーチの進展に極めて有用と考えられる.炎症性腸疾患は慢性腸管炎症を特徴とする疾患で,本邦で近年増加中である.潰瘍性大腸炎患者は長期罹患とともに大腸発がんリスクが高くなり,通常の大腸がんと異なる臨床像を示し,Colitis associated cancer (CAC)と称される.我々はCAC症例より腫瘍サンプルを採取し,オルガノイドの樹立,そのCACオルガノイドの統合的な解析を行った.CACでは通常型の大腸がんに比し,低頻度のAPC変異と高頻度のTP53変異を認めた.CACオルガノイドの樹立とその分子遺伝学的解析データが統合され,今後のCACに対する基礎研究ならびにトランスレーションナルリサーチの進展に極めて有用と考えられる.炎症性腸疾患は近年増加傾向にある,原因不明の慢性炎症性疾患である.潰瘍性大腸炎は炎症性腸疾患の1つであり,本邦の患者数は10万人以上とされている.近年の免疫統御療法の発展とともに,潰瘍性大腸炎の治療が進歩したが,罹患患者における大腸癌発生率は依然として高く,臨床上大きな問題となっている.潰瘍性大腸炎に合併する癌は,慢性炎症を有する大腸粘膜を発生母地とし,Colitis-Associated Cancer(CAC)と呼ばれ,臨床的に問題となっている.ヒト臨床検体を用い,腸管上皮幹細胞ならびに大腸がん上皮細胞の3次元培養法(オルガノイド培養)を開発した. CACは希少であること,また,上皮単離技術と培養方法の確立に時間を要したが,平成25年度までに,我々は潰瘍性大腸炎における正常,CACおよび異形成上皮より10ラインのオルガノイドを樹立し,そのうち3ラインに対して次世代シークエンス解析を行った.今後,さらに検体数を増やすとともに全ラインでの次世代シークエンス解析と遺伝子変異のがん化への分子メカニズム解明を目指す.潰瘍性大腸炎は主に若年者に発症する原因不明の慢性炎症性腸疾患である.潰瘍性大腸炎罹患患者の数の増加と高齢化に伴い,潰瘍性大腸炎関連大腸癌が増加傾向にある.また,長期の炎症に伴う異形上皮を発癌母地とし,化学療法にきわめて抵抗性を示し,その予後の悪さが問題となっている.潰瘍性大腸炎関連大腸癌はp53遺伝子変異による異形成上皮から発生することが分かっているが,その希少性,また研究に使用できる臨床検体が限られているため,p53変異異形成上皮からの発癌機構は解明されていない.我々は,最近開発されたヒト腸管上皮幹細胞培養技術を用い,腸管上皮細胞を体外で増幅することを可能とした.本技術を用い,同意の得られた潰瘍性大腸炎関連大腸癌を有する潰瘍性大腸炎患者から病変部と正常粘膜から生検を行い,培養に成功した.培養により増幅された細胞からDNAを抽出し,次世代シークエンサーとマイクロアレイによる包括的な遺伝子異常解析を試みている.また,炎症性サイトカインによる培養大腸上皮細胞を用いた発がん機構の研究が進行中であり,潰瘍性大腸炎で発現が上昇しているサイトカインの内,上皮細胞に対してDNAダメージを与えるサイトカイン群が同定されつつある.潰瘍性大腸炎は主に若年者に発症する原因不明の慢性炎症性疾患である.本疾患患者数の増加と罹患患者の高齢化に伴い,潰瘍性大腸炎合併大腸癌(CAC)が増加傾向にあり,問題となっている.我々はCAC症例により腫瘍サンプルを採取し,オルガノイドの樹立,そのCACオルガノイドの統合的な解析を行った.CACでは通常型のがんに比べ,低頻度のAPC変異と高頻度のTP53変異を認めた.これによりCACオルガノイドの樹立とその分子遺伝学的解析データが統合され,今後のCACに対する基礎研究ならびにトレンスレーショナルリサーチの進展に極めて有用である成果が得られたと考える.26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。潰瘍性大腸炎関連大腸がんは希少ながんであるが,申請者らは倫理申請の後,内視鏡または手術検体を用いて10ラインのオルガノイドを樹立した.現在まで,潰瘍性大腸炎関連大腸がんからのオルガノイド株は樹立されておらず,潰瘍性大腸炎のがん化メカニズム研究の進展が期待できる.既に,3ラインについては次世代シークエンス解析が終わっており,申請時の研究計画通り順調に進行している.潰瘍性大腸炎関連大腸癌および異形成上皮を有する患者より内視鏡生検組織からオルガノイドを2例樹立した.疾患の希少性から,さらなる症例の蓄積が必要であるが,世界で初めて潰瘍性大腸炎関連癌の培養オルガノイドを樹立した.また,潰瘍性大腸炎粘膜で上昇しているサイトカインをマイクロアレイにより解析し,10種類の候補サイトカインをスクリーニングし,培養上皮オルガノイドに対するDNA傷害作用ならびに幹細胞傷害作用が確認できた.

潰瘍性大腸炎関連大腸がんの新たなオルガノイド株の樹立と,これまで樹立してきたオルガノイドの次世代シークエンス解析を行う.得られたデータから,潰瘍性大腸炎関連大腸がんに特徴的な遺伝子変異やエピゲノム異常を検出し,潰瘍性大腸炎のがん化機構の解明を目指す.今後,さらなる潰瘍性大腸炎関連大腸癌のオルガノイド樹立数を増加させ,次世代シークセンスによる網羅的遺伝子変異解析を行う.また,in vitroでのサイトカインによる潰瘍性大腸炎発がんモデルを構築していきたい.本研究の推進により,潰瘍性大腸炎関連大腸癌の原因や発症メカニズムを解明できることが期待でき,新しい予防方法や治療方法につなげていきたい.
物体運動に内在する因果構造の知覚の研究

本研究では因果的階層性が形態変化の初発点(行為の最重要点)の検出にどのように関わるのかを検討した。階層性を内在する簡単な刺激として腕様の光点運動刺激を採用し、その形態変化の初発点、すなわち腕の運動起点検出に対する階層性の影響を検討した。心理物理学的実験とベイズ推定を用いたコンピュータシミュレーションを用いた研究により、形態変化の初発点を検出するにあたって、人間は階層情報のうち、順序情報のみを主として利用していることが示唆された。また、階層性の認知を助ける情報として要素運動の軌跡に着目した実験を行ったところ、円滑な軌跡は必ずしも階層性の認知を助け無い一方で、群化プロセスの関与が示唆された。本研究は、これまで心理物理学的な視覚研究においてほぼ独立に検討されてきた、「その物体が何であるかの認知(物体認知)」と、「それに対してどのようにアプローチすれば良いか(把握すべき場所と方法等の認知)」という二つの問題をつなぐ可能性のひとつとして、物体運動、特にバイオロジカルモーションに内在する因果構造に着目し、この因果構造を人間がどのように捉え、また利用しているのかについて検討する。具体的方法としては、ベイジアン・ネットワークを利用して因果構造を内包する運動刺激を作成し、その運動のクリティカルポイント、軌跡、逸脱運動の検出についての実験的研究を行う。2012年度の研究では、ヒトの腕に類似した、階層構造を持つ連結物体を想定し、その運動のクリティカルポイントの検出についての実験データの取得を行った。そしてその実験データと、1.要素運動は上記刺激と同じであるが階層構造を持たない運動刺激を用いた対応する課題の実験データ2.階層モデルを使用したシミュレーション出力3.階層構造を前提としない計算モデルによるシミュレーション出力との比較を行った。その結果、人間が運動の階層構造抽出を比較的効率よく抽出して、運動理解に利用していることが示された。また、運動端点(腕の場合には指先に相当)の到達点の予測に階層構造を効率よく利用できるか否かについて検討するため、知覚実験および階層モデルを使用したシミュレーションを行い比較したところ、モデルの予測は良好であることが示された。2013年度の研究では、ヒトの腕に類似した、階層構造を持つ連結物体を想定し、その運動クリティカルポイントの検出について、課題方略の違いを検討する為に異なる質問の仕方を行う実験を行い、実験データの取得を行った。そしてその実験データと要素運動は上記刺激と同じであるが階層構造を持たない運動刺激を用いた対応する課題の実験データについて、階層モデルを使用した2種のシミュレーション出力と、階層構造を前提としない計算モデルによるシミュレーション出力との比較を行った。その結果、人間のパフォーマンスの予測には、階層構造のうち、順序構造についての知識が重要であることが示された。さらに、ノイズに対する学習効果について検討したところ、学習の効果は大きくないことが示唆された。本研究は、これまで心理物理学的な視覚研究においてほぼ独立に検討されてきた、「その物体が何であるかの認知(物体認知)と、「それに対してどのようにアプローチすれば良いか(把握すべき場所と方法等の認知)」という二つの問題をつなぐ可能性のひとつとして、物体運動、特にバイオロジカルモーションに内在する因果構造に着目し、この因果構造を人間がどのように捉え、また利用しているのかについて検討する。2011年度の研究では、ヒトの腕に類似した、階層構造を持つ連結物体を想定し、その運動刺激の生成モデルの構築と、運動のクリティカルポイントの検出についての予備的データの取得を行った。ヒトの腕の動きの場合、肩を動かすとそれと同時に肘や手首、指先が動き、肘を動かすと肩は動かずに手首と指先が動くというように、階層的な因果構造が内包されている。能動的に動かされた関節、またはその関節の動きを引き起こした筋肉を運動のクリティカルポイントと定義し、数種類の運動(伸展/収縮運動、屈折運動など)において、その検出課題の成績が内包される因果構造におけるレベルやノイズの種類によってどのような影響を受けるかを検討した。運動のクリティカルポイントは、他者の動作の模倣に直接的に役立つ情報である。

近年の神経科学的研究成果(ミラーニューロンに関する研究)から、このような情報は、他者の行動理解のみならず、言語理解や行動予測、様々な思考過程の基盤となっている可能性が考えられる。運動のクリティカルポイントの検出特性を直接検討した心理物理学的研究はこれまでに無く、本研究のデータは基礎データとして有意義なものと考える。本研究は、これまで心理物理学的な資格研究においてほぼ独立に検討されてきた、「その物体が何であるかの認知(物体認知)」と、「それに対してどのようにアプローチすれば良いか(把握すべき場所と方法等の認知)」という2つの問題をつなぐ可能性の一つとして、物体運動、特にバイオロジカルモーションに内在する因果構造に着目し、この因果構造を人間がどのように捉え、また利用しているのかについて検討する。具体的方法としては、ベイジアン・ネットワークを利用して因果構造を内包する運動し的を作成し、その運動のクリティカル・ポイント、軌跡、逸脱運動の検出についての実験的研究を行う。2014年度の研究では、ヒトの腕に類似した、階層構造を持つ連結運動を想定し、この運動のクリティカル・ポイントを検出する課題を用いて、階層構造が検出される必要条件を検討する実験を行った。具体的には、階層の上位にある要素の運動について複数のパターンの軌跡と運動の大きさを設定して上記実験のパフォーマンスを比較したところ、円弧状およびサイン波状の運動ではパフォーマンスが低下することが示された。これは、階層構造の下位要素の運動の相殺に繋がるためと考えられる。また、実験結果より、階層下位の要素の運動の共通要素から上位の位置を特定するというプロセスよりも、単純な動きや静止といった局所的な要素から上院の位置が想定され、そこを起点とする階層構造が想定されるというプロセスの方が、データに合致していると考えられた。認知心理学平成24年度実施予定の研究(クリティカルポイントの検出のノイズに対する頑健性の検討、および運動軌跡の予測)については、概ね予定通りに進んでいると言って良い。ただし、平成23年度実施予定であった学習の影響の検討は、24年度予定の研究とは独立に検討が可能と考えた為、当初予定を遅延させ、かつ25年度予定の研究と同時に行う形に変更した。したがって、実験研究全体としての進捗状況はやや遅れていると判断した。これに対して、モデルの構築については当初最終年度(25年度)にまとめて行う予定であったが、実験データ解釈上で必要となったため、24年度から着手している。したがって、この部分の研究については当初予定より少し進んでいると考えられる。従って、研究全体として考えるならば、概ね順調に進展していると考えて良いと判断した。平成25年度実施予定の研究(クリティカルポイントの検出のノイズに対する頑健性の検討、および運動奇跡の予測)については、当初予定していた複数のモデルのうち、全ての階層情報を用いるモデルについてその構築が遅れたため、モデル間の比較を行う為の実験の遂行が遅れている。これについては、研究期間を延長して26年度に行う予定に変更した。