hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
緑内障による失明予防に関する包括的研究

2手術と薬物治療の眼圧体位変動に及ぼす影響の相違: Icare home眼圧計を用いた眼圧測定値の信頼性をGoldmann圧平眼圧計との比較、医師測定眼圧と患者測定眼圧との比較等により検討した。同眼圧計が自己測定可能な眼圧計として適していることを見出し、論文化した。3長期管理例の成績と予後因子解析:視野測定期間として15年以上の長期間管理した正常眼圧緑内障のデータを、線維柱帯切除術施行例、プロスタグランジン製剤投与例(眼圧下降率で2群に細分類)の3群に分けて解析した。その結果、手術による眼圧下降が視野の進行阻止に有効であること、また、薬物による眼圧下降が視野進行抑制に有効であることを見出し、論文化した。4濾過胞感染の予防及び予後改善:濾過胞感染を起こしていない緑内障術後眼の結膜から1年間に4回に渡り細菌培養を行った。うち、27%で細菌が検出された。Staphylococcus, P acnesが多く検出された。季節では秋と冬に多かった。2.緑内障早期発見プロジェクト5眼底写真画像処理による自動早期診断:岐阜大学知能イメージ分野と共同研究を行い、緑内障眼の網膜神経線維層欠損の自動検出プログラムを改良し、論文化した。緑内障による失明を予防し適切に治療するために必要な情報を得ることを目的に包括的な研究を行った。その結果、緑内障が20数年間に進行する確率を計算することができた。手術治療例では薬物治療例に比べて視野が安定化しやすいことを示し、その理由の一つとして術後の眼圧変動の減少を指摘した。手術合併症の研究からより安全な手術に関する基礎情報を得ることができた。眼圧と乳頭出血が視野進行のリスク因子であることを確認できた。さらに眼底写真に画像解析技術を応用することでより早期からの緑内障自動化診断の可能性を示した。こうした成果から緑内障による失明回避のための包括的な戦略を構築することができると考える。平成26年度は本研究プロジェクトと関連して10編の英文論文を発表した。また、一般講演として19回、招待講演として2回の学術成果発表の機会を得た。さらに、現在の研究の進行状況から今後の順調な成果の発表が見込める。しかしながら、上述の研究課題10項目のうち項目1、5、6については現在研究実施中であるが、まだ発表できる成果が挙げられていない。したがって、上記のように判断した。平成28年度は研究計画の3年目(最終年度)であり、本研究を完成に導く時期である。このため、平成26-27年度から得られているデータに新データを加えて下記のように研究を推進させる予定である。1.緑内障治療改善プロジェクト1緑内障手術用ミニシャントの有用性の検討: EX-PRESSミニシャントの臨床試験を継続し、論文にまとめる。2手術と薬物治療の眼圧体位変動に及ぼす影響の相違:眼圧に関する基礎的な研究を進め論文化する。3長期管理例の成績と予後因子解析:眼圧および視機能をエンドポイントとして長期成績と予後関連因子を解析し、論文にまとめる。4濾過胞感染の予防及び予後改善:このプロジェクトは平成26-27年度で一定の成果を得たものと考える。5既存データの二次利用:これも平成26-27年度で一定の成果を得たものと考える。2.緑内障早期発見プロジェクト
非剛体分子モデル系への周期殻境界条件の適用(円柱まわりの流れに関する分子動力学シミュレーション)

先に著者が開発した分子動力学シミュレーションのための外部境界条件である周期殻境界条件を、非剛体分子モデル系(レナード・ショーンズ流体)に適用し、その有効性を検討した。2次元円柱まわりの流れのシミュレーションにより、従来の境界条件である周期境界条件を用いた場合、円柱側面領域において一様流方向の速度成分が非常に強調された速度分布になり、また円柱後方部では速度がかなり大きく、円柱背後の一対の渦も非常につぶれたものになる。この原因は明らかに、周期境界条件が単体の円柱まわりの流れをシミュレートしているのではなく、円柱群内の流れをシミュレートしてるのにほかならない。一方、本境界条件の場合には、円柱側面方向の境界面からの流体の流出があり、また円柱背後の渦の形成状態に関しても、ナビエ・ストークス方程式の解と定性的およびある程度定量的にもよい一致を示している。さらに、本境界条件の結果は、シミュレーション領域を非常に小さく取らなければ、領域の大きさへの依存性があまり見られないことがわかった。以上のように、従来の境界条件が流れ場を大きく歪ませるのとは対照的に、本境界条件は剛体分子モデル系と同様に非剛体分子モデル系に対しても、流れ場をあまり歪ませず、非常に有効であることが明らかとなった。以上の研究により、本周期殻境界条件が、剛体分子モデル系、非剛体分子モデル系、定常流れ、衝撃波を伴う高速流れ、に対して有効であることが明らかとなったので、今後は分子動力学法の工学的応用に際して最も重要な非定常流れの問題への適用を計る予定である。具体的には、円柱背後に生じるカルマン渦列を、本境界条件を適用した分子動力学シミュレーションによって、正確に捕獲できるかどうかを検討する計画である。
メダカで発見された巨大な新規ＤＮＡトランスポゾンＡｌｂａｔｒｏｓｓの解析

トランスポゾンは生物のゲノム上を転移するDNA配列であり、あらゆる生物種に普遍的に存在する。その転移は遺伝情報を変化させるため、宿主生物種のゲノム進化に寄与していると考えられている。当研究室の先行研究により、メダカDa変異体の原因因子として少なくとも42 kb以上である大型の新規DNAトランスポゾンが見出され、Albatrossと命名された。Albatrossの挿入が原因と推定されるメダカ変異体は他にも複数報告があり、メダカゲノムにおいて転移していることが示唆されていた。しかし、その全配列は決定されておらず、サイズ、内部配列の由来、転移活性の有無などは不明であった。昨年度までに、Albatrossはヘルペスウイルスゲノムと一体化した、長さ180 kbを上回る巨大なpiggyBac型DNAトランスポゾンであり、さらに転移活性を保持していることを示した。これより、Albatrossはトランスポゾンの転移機構を二次的に獲得して宿主ゲノム内に内在化したヘルペスウイルスである可能性が示唆された。今年度は本現象の普遍性を検証するために、他の生物種におけるAlbatross様配列の探索および系統解析を行った。その結果、ゲノムが解読されている約60種の真骨魚類のうち16種について、Albatrossと相同性の高いヘルペスウイルス様配列が検出された。系統解析の結果、これらのAlbatross様配列は互いに近縁であり、魚類・両生類感染型ヘルペスウイルス内で一つのクラスターを形成した。さらに、いくつかの種についてはAlbatross様配列がゲノム内で複数コピー存在していることが示唆され、メダカと同様にAlbatross様配列がゲノム内で増幅している可能性が示唆された。以上より、ゲノムに内在化する性質をもった新規のヘルペスウイルスの一群が存在している可能性が示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。複数のメダカ変異体の原因因子として見つかったDNAトランスポゾンAlbatrossは、そのサイズが少なくとも42 kbを上回り、これまで報告のあるトランスポゾンのなかで最大であることが知られていた。しかし、その全配列は決定されておらず、転移酵素、サイズ、内部構造の特徴、転移活性の有無などは不明であった。本年度の解析では、メダカゲノム中に数十コピー存在するAlbatrossコピーのうち6コピーについて全長配列の決定を行った。その結果、全長は約180 kbにものぼることが示され、これまで知られているトランスポゾンのサイズを遥かに上回ることが分かった。内部にはDNAトランスポゾンファミリーの1つであるpiggyBacファミリーの転移酵素と高い相同性を示す遺伝子が見出され、この転移酵素がAlbatrossの両端配列を認識しそれより内側の配列を切り出す活性を保持していることを示した。興味深いことに、内部には少なくとも60個の遺伝子が存在し、そのうち約20個はヘルペスウイルスの遺伝子と高い相同性を示していた。Albatrossは魚類に感染するヘルペスウイルス種間で保存されている遺伝子の全てを持っており、ヘルペスウイルスゲノムと類似した特徴(遺伝子数、GC含量、全長のサイズ、長いリピート領域の存在)を示すことから、Albatrossはヘルペスウイルスゲノムと一体化した巨大piggyBac型DNAトランスポゾンであることが示唆された。これは、ヘルペスウイルスがトランスポゾンの転移機構を二次的に獲得したことにより宿主ゲノム内に内在化したという新規の現象を示唆している。Albatrossの挿入が原因と推定されるメダカ変異体は他にも複数報告があり、メダカゲノムにおいて強力な変異原になっていることが示唆されていた。昨年度までの研究により、Albatrossはヘルペスウイルスゲノムを内包した、長さ180 kbを上回る巨大なpiggyBac型DNAトランスポゾンであることが分かった。これを受け、Albatrossはトランスポゾンの転移機構を二次的に獲得して宿主ゲノム内に内在化したヘルペスウイルスであるという仮説を立てた。これを検証するために、1転移活性の有無、および2Albatross由来のウイルス粒子の産生の有無を解析した。1については、培養細胞への遺伝子導入実験により、Albatross末端配列に挟まれたDNA配列が転移酵素を介して転移することを示した。一方2については、ヘルペスウイルスを活性化させることが知られている薬剤をメダカ培養細胞に処理し、その応答を調べた。その結果、DNAメチル化阻害剤である5-アザシチジン処理により転写量はやや上昇したが、タンパク質の合成は確認されなかった。以上まとめると、Albatrossは転移活性を保持していることは示されたが、ウイルス粒子の産生は実証されていない。

トランスポゾンは生物のゲノム上を転移するDNA配列であり、あらゆる生物種に普遍的に存在する。その転移は遺伝情報を変化させるため、宿主生物種のゲノム進化に寄与していると考えられている。当研究室の先行研究により、メダカDa変異体の原因因子として少なくとも42 kb以上である大型の新規DNAトランスポゾンが見出され、Albatrossと命名された。Albatrossの挿入が原因と推定されるメダカ変異体は他にも複数報告があり、メダカゲノムにおいて転移していることが示唆されていた。しかし、その全配列は決定されておらず、サイズ、内部配列の由来、転移活性の有無などは不明であった。昨年度までに、Albatrossはヘルペスウイルスゲノムと一体化した、長さ180 kbを上回る巨大なpiggyBac型DNAトランスポゾンであり、さらに転移活性を保持していることを示した。これより、Albatrossはトランスポゾンの転移機構を二次的に獲得して宿主ゲノム内に内在化したヘルペスウイルスである可能性が示唆された。今年度は本現象の普遍性を検証するために、他の生物種におけるAlbatross様配列の探索および系統解析を行った。その結果、ゲノムが解読されている約60種の真骨魚類のうち16種について、Albatrossと相同性の高いヘルペスウイルス様配列が検出された。系統解析の結果、これらのAlbatross様配列は互いに近縁であり、魚類・両生類感染型ヘルペスウイルス内で一つのクラスターを形成した。さらに、いくつかの種についてはAlbatross様配列がゲノム内で複数コピー存在していることが示唆され、メダカと同様にAlbatross様配列がゲノム内で増幅している可能性が示唆された。以上より、ゲノムに内在化する性質をもった新規のヘルペスウイルスの一群が存在している可能性が示唆された。Albatrossの転移活性を検証することは出来たが、ウイルス粒子の存在は検証できていないため。27年度が最終年度であるため、記入しない。Albatrossは巨大であるという点できわめてユニークなトランスポゾンであるが、現時点では数kbの配列の転移しか実証できていない。そこで今後はAlbatross全長の転移の検証を行う。ウイルス粒子産生の検証実験については、ウイルスタンパク質の合成をもたらす条件の模索を引き続き行う。見つかった場合、電子顕微鏡観察によりウイルス粒子の存在を検証する。転移によるAlbatrossのゲノム内への挿入の検出が遅れている。当初はAlbatrossの転移がゲノムにどのような影響をもたらすかを解析することを計画していた。しかし全長配列を解読した結果、AlbatrossはpiggyBac型トランスポゾンの転移機構を二次的に獲得してゲノム内に内在化したヘルペスウイルスであるという可能性が示唆された。このような現象はこれまで報告がないため、今後はこの仮説を検証するためにAlbatrossからウイルス粒子が形成されうるかを調べる。Albatrossのゲノム内への挿入を検出する解析は引き続き行う。
ミクロとマクロの統合によるコミュニケーションの相互予測・適応モデルと音楽への適用

本研究の目標は,コミュニケーションにおける相互予測・相互適応を工学的に実現することで,これらの現象を科学的に解明することである.相互予測(互いに相手の行動・反応を予測しあうこと)と相互適応(やりとりの継続により互いの予測が漸進的に精度向上すること)はコミュニケーションの肝であるが,工学的なモデル化は容易ではない.本申請では,楽譜という記号表現と音楽理論という規則体系が確立されている「音楽」を題材に,相互理解と相互適応の工学モデルの構築に取り組む.本研究の目標は,コミュニケーションにおける相互予測・相互適応を工学的に実現することで,これらの現象を科学的に解明することである.相互予測(互いに相手の行動・反応を予測しあうこと)と相互適応(やりとりの継続により互いの予測が漸進的に精度向上すること)はコミュニケーションの肝であるが,工学的なモデル化は容易ではない.本申請では,楽譜という記号表現と音楽理論という規則体系が確立されている「音楽」を題材に,相互理解と相互適応の工学モデルの構築に取り組む.
空中磁気測量による火山性磁場変動の検出

平成15年度には,ニュージーランド国ホワイトアイランドに4名が渡航して、2地点にプロトン磁力計を設置して地上連続磁場観測を可能とした。また、自然電位分布観測を行った。16年度には5名が渡航して、連続磁場データの回収、地上繰り返し磁場観測を行うとともに、対地高度50mと100mの空中磁気測量を実施した。平成17年度には7名が渡航して地上および空中での繰り返し磁気測量を実施した。ホワイト島の火山活動は静穏で顕著な磁場変化は検出されなかった。しかし、この研究を通して空中磁気測量に関する観測技術的問題はほぼ解決された。即ち、飛翔体の位置決定は、高精度のGPS受信機を地上とバードに設置して、ディファレンシャル解析することで1m以下の誤差で求められること、機体へりの磁化の影響を避けるには40m離す必要があり、バード吊り下げ方式が優れること、安定な飛行を得るためのバードの形や円筒翼が決定できたこと、高精度のセシウム磁力計が大学で所有できたこと、パソコン画面に即時的にGPS位置を表示して航路誘導に用いるシステムが開発できた。この研究を契機として阿蘇、九重、桜島、磐梯、浅間の火山において飛行実験を積み重ねることが出来、空中磁気測量が大学の研究者によっても比較的簡単に実施可能であることを示せたことも成果の一つである。とりわけ、この研究の大きな目標であった空中磁気測量で火山性磁場変化を捉える課題は、九重火山における1996年と2004年の空中磁気測量データの解析から地上観測と整合的な50nTの火山性磁場変化を検出する成果を得たことで達成できたものと考えている。これらの研究成果は平成18年1月に筑波において開催されたISAG2006空中物理探査国際シンポジウムの研究会で発表を行った。この研究の目的は、ヘリコプターを利用した空中磁気測量の繰り返しによって、火山性磁場変化を検出することにある。GPSによる測位精度の向上により、1m精度で飛翔位置を決定できる。この研究では、時間変化の基準となる稠密な3次元磁気異常図を作成しておき、再測定時における時間変化検出にはパターン認識手法の適用を考えている。磁場変化の検出に必要な測定高度、空間密度、データ処理方法を検討するとともに、時刻管理を含めた計測システム全体としての問題を、実際のフライトを通じての検証が必要であり、世界中で最も火山磁場変化が大きいと期待されるニュージーランドのホワイト島での実飛行を次年度に計価している。本年度は、既に取得済みの阿蘇火山および雲仙火山における空中磁気測量データの解析を行い、3次元空間における磁気データ補間に関する研究および磁気構造解析を行った。また、次年度のホワイトアイランドでの磁気測量に必要な観測機材の整備に努め、予備実験として草津白根火山において空中磁気測量を行った。12月8日から12月15日にかけて、田中、橋本、宇津木、吉村の4名がニュージーランドに渡航し、共同研究者であるNZ核地質研究所のハースト、ウッドワード博士らと研究打ち合わせを行うとともに、ホワイトアイランドに渡島して、自然電位の分布を測定するとともに、2地点に定常磁場観測装置を設置した。また、利用可能な飛行会社のパイロットたちと空中磁気測量に関わる技術的問題について協議した。研究目的は繰り返し空中磁気測量により火山性磁場変化を検出することにある。ニュージーランドのホワイト島は地熱活動が盛んで、地上観測で大きな磁場変化が検出されている。観測機器の調達は他の関連する研究費により支援され、技術開発も草津白根、雲仙、阿蘇、九重火山における飛行実験で進展できた。機体磁化の影響を避けるには磁場センサーを機体から40m離す必要が見出せ、飛行に技術を要する。

平成17年2月10-20日に5名がNZに渡航し、核地質研究所のハースト、ウッドワードらとホワイト島での空中磁気測量に関する打ち合わせを行った後、ワカタネに移動して観測機器の組み立てを行った。飛行技術に配慮してヘリプロ機をウエリントンからワカタネに回送使用したので5時間の移送料を要した。飛行はホワイト島の地形に沿う北西-南東方向とし、長さ2km幅1kmの領域を測線間隔100mで対地高度50mと100mを目安にして2月15日に実施し、3時間の飛行により良好な観測結果を取得できた。磁力計はG858セシウム磁力計をバードに収納して使用した(長さ120cm直径20cm、尾部円筒翼長さ40cm直径60cm、上端にGPS(Leica SR520)を付加)。観測機器を含む総重量40kg、吊り下げロープ長40m、第2磁場センサーは主バード下5mのサブバードに収納した。一方、地上には参照磁力計としてGEMGSM-19プロトン磁力計を、参照GPSとしてLeica SR520を設置運用した。ホワイト島の磁場経年変化をモニターする目的で昨年度設置した2台のプロトン磁力計については、1台は1年にわたり正常に作動し、毎分値を取得できたものの、1台は太陽電池の電力不足で停止していた。また、充電制御装置が大きなノイズを発生することが判ったものの、予備部品の持ち合わせがなく修理できなかった。この研究目的は、ヘリコプターを利用した稠密で高精度の磁気測量によって火山性磁場変化を検出することにある。大きな火山性磁場変化が期待されるニュージーランドのホワイトアイランド火山を実験場として、昨年度には活動火口の上空で約2時間にわたる飛行を実施して稠密な磁場測定を行った。本年度は2月14日に約1時間の繰り返し観測を実施した。データ解析は進行中であるが、ここ数年の同火山の活動は比較的静穏で、火口湖の水位は20m程度上昇していた。火口湖の閉塞は火口直下における熱の蓄積を促進させ、岩石の磁化を弱めるので、火口の南側に正、北側に負の全磁力変化の出現が期待される。この研究を通して観測技術的問題はほぼ解決された。即ち、飛翔体の位置決定は、高精度のGPS受信機を地上とバードに設置して、ディファレンシャル解析することで1m精度で求められること、機体ヘリの磁化の影響を避けるには40m離す必要がありバード吊り下げ方式が優れること、安定な飛行を得るためのバードの形や円筒翼が決定できたこと、高精度のセシウム磁力計が大学で所有できたこと、パソコン画面に即時的にGPS位置を表示して航路誘導に用いるシステムが開発できた。また、リアルタイムでの対地高度取得にレーザー高度計を準備したが、100mを超えると反射光が弱くなり、地表の反射率が問題となることが判った。地上における磁場変化を取得するために、WIの2箇所にプロトン磁力計を設置して太陽電池での運用を試みたが、本年も蓄電池の容量が不足して約2ケ月の連続記録しか得られず、地上での時間推移は不明である。この研究と並行して筆者らは阿蘇、九重、桜島、磐梯、浅間の火山において飛行実績を積み重ねることが出来、空中磁気測量が大学の研究者によっても比較的簡単に実施可能であることを示せたことは成果の一つである。
スポーツ動作のQualitative Analysis法に関する研究

最終年度(平成18年度)には,標準動作モデルの作成法,評価および診断で中核となる動作の評価ポイント,いわゆる眼の付け所の見い出し方を研究した.次いで,研究者の指導経験あるいは開発した方法により,走動作,バスケットボールのフリースロー動作などに関して質問紙,VTRなどを用いてQA法を試み,その効果や今後の課題などを明らかにしようとした.1)バスケットボールのフリースロー動作を対象にして,標準動作モデルを作成し,動作変動性および動作逸脱度(zスコア)を算出して,これらが技術の評価の指標として使えるかを調べた.その結果,フリースローでは身体の下降局面では下肢動作において,上昇局面では上肢動作において動作変動性が小さいこと,バスケットボールコーチが上位者と評価したものでは標準動作からの上肢の逸脱度が小さいこと,中位者では大きいことなどがわかった.これらのことは,本研究で用いた動作変動性や動作逸脱度が動作を評価する場合の有力な指標になることを示唆するものである.2)QA法の適用を以下のように行なった.(1)標準動作モデルの作成あるいは指導経験や文献によるモデルの決定,(2)指導経験や文献,あるいは動作変動性や動作逸脱度による眼の付け所の決定,(3)評価サンプルヒデオの作成(熟練者,非熟練者などの画像),(4)事前に情報(眼の付け所など)を与えずにVTRによる動きの評価て情報なしの評価),(5)(2)の資料を見せて説明したのち,VTRによる動きの評価(情報ありの評価),(6)(4)と(5)の比較.その結果,QA法を効果的に行なうには,標準動作モデルの提示,運動観察や評価の観点(眼のつけ所)の観察者への教示が不可欠であるが,評価の観点を細かくコード化した場合には運動観察が適切に行なえなくなることなどがわかった.本研究は,我が国に適したスポーツ動作の改善法(以下,Qualitative Analysis法,QA法と呼ぶ)の開発を試み,QA法研究の起点を形成することを目的としている.初年度(平成17年度)には,アメリカにおけるQA法に関する研究動向や実態調査,QAに適した支援装置の選択,QA法で用いる動作画像のVTR撮影や収集などを目的とした.アメリカにおけるQA法に関する研究動向調査では,2005年7月28日30日,Qualitative Analysis of Human Movement(D.V.Knudson, C.S.Morrison, Human Kinetics,2002)の著者の一人である,Knudson博士(教授,カリフォルニア大学チコ分校)を訪問し,情報の収集および交換を行った.チコ分校では,実際に博士がQAの講義で用いている教材やVTR画像を提示してもらい,QAの実際について詳細な説明を受けた.また,わが国および研究代表者のQAに関する考え方などについて討論し,QAに関する研究情報や文献を交換した.その結果,QAは教員志望者にとっては身につけるべき重要なスキルと考えられていること,QAでは運動の観察,問題点の評価と原因究明,練習手段の提示,指導の実施などの手順をとるが,現在,アメリカでは選手や学習者の運動を正しく観察すること,運動観察のためのチェックリストの作成,観察の再現性などに重点がおかれていることなどが分かった.しかし,選手や学習者の問題点の評価やパフォーマンスの制限要因の究明に関する原則や手順などについてはまだ十分でないと考えられた.さらに,博士の著書の翻訳が許可されたことから,QA法がわが国でもさらに知られるようになるであろう.さらに,来年度からQA法の試案作成に用いる動作の画像収集,動作の評価診断を支援するためのソフトウエヤなどの検討を行なった.最終年度(平成18年度)には,標準動作モデルの作成法,評価および診断で中核となる動作の評価ポイント,いわゆる眼の付け所の見い出し方を研究した.次いで,研究者の指導経験あるいは開発した方法により,走動作,バスケットボールのフリースロー動作などに関して質問紙,VTRなどを用いてQA法を試み,その効果や今後の課題などを明らかにしようとした.1)バスケットボールのフリースロー動作を対象にして,標準動作モデルを作成し,動作変動性および動作逸脱度(zスコア)を算出して,これらが技術の評価の指標として使えるかを調べた.その結果,フリースローでは身体の下降局面では下肢動作において,上昇局面では上肢動作において動作変動性が小さいこと,バスケットボールコーチが上位者と評価したものでは標準動作からの上肢の逸脱度が小さいこと,中位者では大きいことなどがわかった.これらのことは,本研究で用いた動作変動性や動作逸脱度が動作を評価する場合の有力な指標になることを示唆するものである.2)QA法の適用を以下のように行なった.(1)標準動作モデルの作成あるいは指導経験や文献によるモデルの決定,(2)指導経験や文献,あるいは動作変動性や動作逸脱度による眼の付け所の決定,(3)評価サンプルヒデオの作成(熟練者,非熟練者などの画像),(4)事前に情報(眼の付け所など)を与えずにVTRによる動きの評価て情報なしの評価),(5)(2)の資料を見せて説明したのち,VTRによる動きの評価(情報ありの評価),(6)(4)と(5)の比較.その結果,QA法を効果的に行なうには,標準動作モデルの提示,運動観察や評価の観点(眼のつけ所)の観察者への教示が不可欠であるが,評価の観点を細かくコード化した場合には運動観察が適切に行なえなくなることなどがわかった.
原核生物から真核生物への進化に伴う生物時計の普遍性と進化の解明

27年度は生物発光リズム系の改良を行い、リズム変異株の大規模スクリーニングと原因遺伝子として新規遺伝子を特定することを目指した。昨年度に引き続き、PCC6803において生物発光リズムをイメージング法(高感度CCDカメラによって寒天培地上に生育させた多数のコロニーの生物発光を個別に認識して発光レベルを定量する方法)を実施するための改良を行った。PCC6803における発現レベルを改善したバクテリアルシフェラーゼ遺伝子を用いた新たな発光レポーター株を構築した。作製したいずれのレポーター株も高精度な大規模スクリーニングに十分な発光レベルを示さなかったが、最も発光レベルが高かったレポーター株では、イメージング法による発光リズムの検出と解析が可能であった。そこで、この株を標準株としてイメージング法による変異体のスクリーニングを実施した。定量精度に問題があったため分離した多くの変異株候補は、光電子増倍管を測光デバイスとするより高感度・高精度な測定装置で2次スクリーニングを行うと、変異表現型が再現できなかった。しかし、変異株候補の1つは発光リズムがほぼ観察できない(振幅が劇的に低下する)という表現型が2次スクリーニングで再現できた。この変異体の既知の時計遺伝子群の塩基配列を調査し、いずれの遺伝子にも変異が見られなかったので、新規遺伝子の変異株であると考えられた。この変異株の原因遺伝子のクローニングを進めた。また、さらに多数の新規の変異体を得るために、イメージング法による変異株のスクリーニングを継続した。今後、この新規の遺伝子を同定して、その機能を解明することにより、藍色細菌の時計機構の新たなメカニズムの解明が期待できる。また、この遺伝子のオーソログが真核植物に存在すれば、原核植物から真核植物への進化に伴う生物時計の進化の謎を解明する手がかりが得られると期待できる。26年度は藍色細菌Synechocystis PCC6803においてリズム変異株を大規模スクリーニングし、変異株の原因遺伝子として新規の時計遺伝子と時計関連遺伝子を網羅的に特定することを目指した。PCC6803においては既に発光リズム系が構築済みである。しかし、発光レポーター遺伝子の発現効率が低いため、高感度CCDを搭載した測定装置によるイメージング法では、十分な測定が実現できていない。そこで発光レポーター遺伝子のコドン使用頻度を最適化した人工合成遺伝子を作製し、これを使用した発光株を構築した。しかし、構築した発光レポーター株の発光強度は向上したがスクリーニングには十分ではなかった。現在、発光遺伝子の改良やプロモーター配列の検討、測定時の培養条件の最適化などを進めている。その他にPCC6803や好熱性藍色細菌を用いて生物時計の出力や生物時計タンパク質の機能解析を行い、論文発表した。作製した発光レポーター遺伝子は、Synechocystis PCC6803の細胞内で発現効率が向上したが、高感度CCDカメラを搭載した測定装置による大規模スクリーニングを行うためには、まだ十分ではなかった。このため、計画通りに突然変異体の大規模スクリーニングに着手することができなかった。早急に突然変異体スクリーニングに使用できる発光株を構築する。複数の解決策を同時進行中である。また、万が一、いずれの方法でもイメージング法では十分な生物発光の検出ができない場合は、スクリーニング法をイメージング法から光電子増倍管を搭載した測定装置によるフォトンカウンティング法に変更して、スクリーニングを進めたいと考えている。当初計画よりも研究の遂行に時間を要したため、計画通りの支出に至らなかった。研究費の一部を人件費として使用し、研究の遂行を補助する補助員をパート雇用して、研究の遅れを取り戻す。
扁桃体外側核による恐怖発現の切り替えメカニズムの解明

1.扁桃体外側核(LA)に可塑性を起こさせる部位の候補として、LAと関連し恐怖記憶による形態的な変化が示されている部位である前頭連合野(FrA)に着目し、恐怖記憶形成時の活動の変化を観察した。神経活動はin vivoカルシウムイメージングで記録した。記録中に、マウスに特定の音と電気ショックを同時に与えることで、音と電気ショックの関連を学習させた。恐怖記憶形成時の神経活動の頻度を算出すると、音とショックを与えている間の活動頻度は、与えていない間に比べて有意に高いことが明らかとなった。FrAは記憶の形成や固定化に寄与しているものと考えられる。また、神経活動依存的に発現する遺伝子を検出することにより、恐怖記憶形成時にFrAで活動する神経細胞の検出も行った。恐怖記憶は、特定の実験環境の中で電気ショックを与えることで形成させた。実験環境によって活動する細胞は電気ショックによっても活動しており、恐怖記憶形成に用いられた二つの刺激がFrA内の同じ神経細胞に収束することが示唆された。FrAと恐怖記憶の関係は全くと言っていいほど明らかになっていなかった。今回の結果は、恐怖記憶のメカニズムや記憶形成時の情報の流れをより深く理解するために重要である。2.恐怖記憶形成に伴うLAおよび扁桃体基底核(BA)の神経細胞集団の活動の変化(平成24年度に報告)について、Journal of Neurosceince誌より電気生理学的な神経活動の観察を求められた。神経活動に依存して発現する遺伝子であるArcのプロモーターの下流で、蛍光タンパク質dVenusを発現するマウスを用いて、恐怖記憶想起時に活動する神経細胞の電気生理学的な活動を観察した。神経細胞の入力に対する応答を観察することを要請されており、上記の手法を用いて現在観察中である。1.恐怖の制御について従来その役割が明らかとなっていなかった前頭連合野について神経活動の変化を明らかにしており、恐怖の制御機構をより詳細に理解できる知見が得られた。2.扁桃体の研究結果ですでに論文を投稿できており、再投稿への準備が進行中である。1.恐怖記憶においてFrAの果たす役割をより詳細に明らかとするため、トレーサーを用いてLAを含む他の領域との投射関係を観察する。また、光遺伝学的手法を用いて特定の回路を抑制・活性化することで、FrAのどの経路がどのような役割をしているのかを明らかにする。これらの結果をまとめて、論文を投稿する。2.扁桃体の神経活動の変化について、電気生理学的な観察の結果がそろい次第、再投稿する。1.恐怖発現に関わる扁桃体外側核(LA)および扁桃体基底核(BA)の神経細胞集団がどのように選ばれるのかを明らかにした。神経活動依存的に発現する最初期遺伝子のmRNAをin situ hybridizationで検出することにより、条件づけ前(恐怖非発現時)、条件づけ時、恐怖記憶想起時に活動した細胞集団を同定したところ、LAおよびBAにおいて、恐怖非発現時と恐怖記憶想起時で活動する細胞集団が変化していた。活動を変化させた細胞についてその詳細を解析したところ、条件づけ時に活動した細胞、活動しなかった細胞が、それぞれ恐怖記憶想起時に活動する、しないように変化することが明らかとなった。本結果は、恐怖記憶のメカニズムに迫るものとして神経科学会に大きなインパクトを与えることが期待される。2.恐怖発現時に活動する細胞の解剖学的特徴を明らかにした。『扁桃体の恐怖出力部位である中心核(CeA)に逆行性トレーサーであるcholera toxin B(CTB)を投与し、砧およびBAの細胞のうちCeAに投射している細胞を可視化した。あらかじめCTBを投与しておいたマウスに恐怖記憶を想起させ、想起時に活動した細胞をc-Fosタンパク質の免疫染色により同定すると、CTB陽性細胞のほうが陰性細胞に比べ恐怖記憶想起時に多く活動していた。コントロール群ではそのような差は見られなかった。本結果は、恐怖記憶想起時に活動する細胞の一部は解剖学的にあらかじめ決まっていることを示唆する。恐怖記憶に関わる細胞が解剖学的に決まっているのか、条件づけ時の生理学的条件によって決まるのかは未だ結論が出ておらず、本結果はこの議論にひとつの可能性を提示するものとして意義深いと言える。

2.恐怖記憶形成に伴うLAおよび扁桃体基底核(BA)の神経細胞集団の活動の変化(平成24年度に報告)について、Journal of Neurosceince誌より電気生理学的な神経活動の観察を求められた。神経活動に依存して発現する遺伝子であるArcのプロモーターの下流で、蛍光タンパク質dVenusを発現するマウスを用いて、恐怖記憶想起時に活動する神経細胞の電気生理学的な活動を観察した。神経細胞の入力に対する応答を観察することを要請されており、上記の手法を用いて現在観察中である。1.恐怖発現時に活動する扁桃体外側核および扁桃体基底核の細胞がどのように選ばれるのか、および恐怖発現時に活動する細胞の投射を明らかにしており、これらの結果により扁桃体外側核および基底核がどのように恐怖発現を司るのかを示している。2.以上の結果をすでに論文としてまとめて投稿している。1.恐怖の制御について従来その役割が明らかとなっていなかった前頭連合野について神経活動の変化を明らかにしており、恐怖の制御機構をより詳細に理解できる知見が得られた。2.扁桃体の研究結果ですでに論文を投稿できており、再投稿への準備が進行中である。今後は、当初の研究計画に加えfrontal association cortex(FrA)という脳部位にも着目しようと考えている。FrAは扁桃体と相互の投射関係を持つこと、その不活性化が恐怖記憶を障害することが知られており、当研究室においてもFrAを不活性化すると恐怖記憶が安定なものとならないことが示されている。扁桃体による調節を受けている可能性も、逆に扁桃体を調節している可能性も考えられ、大変興味深い。また、FrAは脳表にあるため顕微鏡でのアクセスが容易であり、恐怖を感じているときの神経活動をin vivoでリアルタイム観察できる。神経活動をリアルタイムで観察することにより、扁桃体による恐怖調節について新たな知見が得られることが期待される。顕微鏡によるin vivoでの神経活動観察の系は当研究室ですでに立ち上がっており、すぐに実験を開始できる。1.恐怖記憶においてFrAの果たす役割をより詳細に明らかとするため、トレーサーを用いてLAを含む他の領域との投射関係を観察する。また、光遺伝学的手法を用いて特定の回路を抑制・活性化することで、FrAのどの経路がどのような役割をしているのかを明らかにする。これらの結果をまとめて、論文を投稿する。2.扁桃体の神経活動の変化について、電気生理学的な観察の結果がそろい次第、再投稿する。
デポラリゼイション顕微鏡によるナノ形状計測

光学的にナノ形状の検出を可能とするために,光ファイバー・プローブ型によるデポラリゼイション(偏光解消)顕微鏡を提案した.また,ストークス・パラメータの検出には2重回転法を用い,一般解から1対3の回転比が最適であることを見いだした.開発したデポラリゼイション顕微鏡によって,形状によって生じる反射光や散乱光の偏光情報から高精度なナノ形状計測を可能した.光学的にナノ形状の検出を可能とするために,光ファイバー・プローブ型によるデポラリゼイション(偏光解消)顕微鏡を提案した.また,ストークス・パラメータの検出には2重回転法を用い,一般解から1対3の回転比が最適であることを見いだした.開発したデポラリゼイション顕微鏡によって,形状によって生じる反射光や散乱光の偏光情報から高精度なナノ形状計測を可能した.本研究の目的は光学的にナノ形状の検出を可能とするために,ミュラー行列偏光計によるデポラリゼイション(偏光解消)顕微鏡を提案する.一般的に光は回折限界があるため波長以下の空間的な形状計測は困難である.特に,波長以下の構造になると高次の回折光が発生しない.しかしながら,ナノ形状によって生じる反射光や散乱光の偏光状態が変化することが知られている.ここでは偏光情報,つまり,複屈折,旋光,二色性,円二色性,偏光解消の波長特性を高精度に実時間でかつその場評価を可能とするデポラリゼイション顕微鏡を新規に製作し,これによってナノ構造の検出を試みるナノトポメトリーという新規な分野の開拓に取り組むものである.以上をもとに本年度は,透過型のデポラリゼイション顕微鏡を構築した.これは,光源からの光ファイバプローブによって近接場照明される.近接場距離を一定に保つため,およびサンプルの2次元分布を得るためにピエゾ型xyzステージを導入した.またストークス・パラメータを高速で得るために2重回転偏光計を構築した.これによって,すべてのサンプルの偏光状態,すなわち,複屈折,円複屈折(旋光性),複吸収(二色性),円複吸収(円二色性)およびデポラリゼイション(偏光解消)を4×4要素のミュラーマトリックスで表現した上で,任意の光学素子を透過する際の光の偏光状態をストークスパラメータとして解析する基本技術を確立することができた.平成22年度に理論検討および試作を行った透過型デポラリゼイション顕微鏡を実証するために制御ソフト開発および基礎実験を進めた.また,昨年度検討したストークス・パラメータを高速で得るために2重回転偏光計の高精度化のため,位相キャリブレーション法を確立した.これによって,サンプルのすべての偏光状態,任意の偏光状態,すなわち,直線偏光,円偏光、楕円偏光および偏光解消を4つのスカラー量であるストークス・パラメータとして解析する基本技術を確立することができた.さらに,昨年度までの光プローブによる結果を踏まえて,近接場プローブを用いたデポラリゼイション顕微鏡を構築を検討した.近接場プローブ検出される光強度は,とても微弱になるので今回の設備でフォトンカウンティング検出器を導入し,これによる高ダイナミックレンジ化をはかる.いままでの検討結果から,光強度の検出感度が11桁という超高ダイナミックレンジが期待できる.ここでまず,検出光の偏光状態を計測できるフォトンカウンティングによる近接場ストークス偏光計を開発し,さらに,フォトンティング近接場ミュラー行列偏光計の基礎技術を確立することが出来た.上記の透過型デポラリゼイション顕微鏡と平行して,厳密結合波解析(RCWA)と時間領域差分法(FTDT)によって数値解析から得られたストークスパラメータからナノ構造の決定法を検討した.さらに、三次元形状が層状になった状態での解析アルゴリズムもソフトウエア化している以上のシステム化における細かい装置は自製することによって装置化.ハードウエアの完成後ソフトウエアを構築し,今年度の目標である各アプローチによる高感度近接場ミュラー行列偏光計の基礎技術を構築することができた.本研究は,光学的にナノ形状を検出するために,ミュラー行列偏光計によるデポラリゼイション(偏光解消)顕微鏡を提案した.一般的に光は回折限界があるため波長以下の空間的な形状計測は困難である.特に,波長以下の構造になると高次の回折光が発生しない.しかしながら,ナノ形状によって生じる反射光や散乱光の偏光状態が変化することが知られている.ここでは偏光情報,つまり,複屈折,旋光,二色性,円二色性,偏光解消の波長特性を高精度に実時間でかつその場評価を可能とするデポラリゼイション顕微鏡を新規に製作し,これによってナノ構造の検出を試みるナノトポメトリーという新規な分野の開拓に取り組んできた.平成22,23年度に検討を行った透過型デポラリゼイション顕微鏡の有用性と様々分野で実証するため,光プローブによる結果を踏まえて,近接場プローブを用いたデポラリゼイション顕微鏡を構築した.この透過型デポラリゼイション顕微鏡と平行して,厳密結合波解析(RCWA)と境界要素法によって数値解析から得られたストークスパラメータからナノ構造の決定法を確立した.また,近接場プローブ検出される光強度は,とても微弱になるのでフォトンカウンティング検出器を導入し,これによる高ダイナミックレンジ偏光計を開発した.これらの検討結果から,光強度の検出感度が11桁という超高ダイナミックレンジが期待できる.フォトンティング近接場ミュラー行列偏光計の確立の可能性を見いだした.当初の目的の70%の技術の検討が出来た.ただし,一部のもの,たとえば,フォトンティング近接場ミュラー行列偏光計は理論的検討および装置構築にとどまっており.今後は実験的な立証が必要である.

24年度が最終年度であるため、記入しない。フォトンティング近接場ミュラー行列偏光計の実験的な検討を行い,本研究の最終目標であるミュラー行列偏光計によるデポラリゼイション(偏光解消)顕微鏡による光学的ナノ形状の検出を可能とする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
口唇裂・口蓋裂の候補遺伝子のダイレクトシークエンスによる解析

東京歯科大学倫理委員会より承認を受けた説明書、同意書で十分にインフォームドコンセントを行い、同意を得た口唇裂・口蓋裂患者およびその両親を含めた98家系の血液それぞれ8ml採取を完了した。そして、古典的な方法で全検体のDNA抽出を完了した。また、候補遺伝子は、口唇裂・口蓋裂の発症に関与すると報告されているRYK、EPHB2、EPHB3とした。解析方法としては、ダイレクトシークエンス法を用いての変異解析およびSNPを使用した相関解析、TDTを行った。結果として変異解析では病態にかかわる変異は認められなかった。RYKに認められた5つのSNPの内の3つ(A287G,IVS12+13A>C,IVS13+63T>C)においてはcase-control studyとTDT検定を行った。この3つのSNPは、0.15以上のマナーアレル頻度であった。また、それらはHardy-Weinberg平衡において、日本人で連鎖不平衡の状態にあった。しかも患者といかなるSNPとの間においてもp値が>0.1を示す有意な差は認められなかった。3つのRYK-SNP(snp1-snp4-snp5)から作られる7つのハプロタイプのうち、1つ(A-A-C)がcase-control studyで<5x10^-4と<2.59x10^-6のp値を認め、日本人のCL/PとCPOにおいて有意な値が得られた。しかし、ハプロタイプを使用したTDT検定では、有意な差は認められなかった。これらの結果は「日本人口唇裂・口蓋裂の候補遺伝子の解析」として平成19年5月24日25日に群馬県で行われた日本口蓋裂学会総会・学術大会で発表した。また、現在、日本口蓋裂学会雑誌に投稿準備にかかっている。今後の課題としては、検体数を多くし、再検討と新たな候補遺伝子の解析する必要がある。
雄性生殖胚の発育能と分化全能性に関する研究

【目的】ヒトのような卵子の利用が困難な種の胚性幹細胞(ES細胞)の作出には異種卵細胞質を利用した雄性生殖胚の活用が有効な方法の一つであると考えられる。本年度では、雄性生殖胚作出に使用する顕微授精技術の安全性の検討とマウス卵子に異種精子を注入したときの受精現象を観察した。【方法】受精能獲得や先体反応を誘起する精子処理[Methyl-β-cyclodextrin、Lysolecithin(LL)、Triton X-100]および人為的にプロタミン間S-S結合を脆弱化するDithiothreitol(DTT)処理を施した精子をマウス卵子に顕微注入し、その後の胚発生を観察した。また各発育ステージにおける胚の染色体正常性も観察した。さらにマウス卵子を電気融合させ、体積を増加させた卵子(2倍卵-10倍卵)を作製し、これにウシ、ヒツジ、ブタおよびイヌ精子を顕微注入後、受精率を検討した。【結果および考察】精子処理は精子染色体異常を誘起したが、受精率、胚盤胞への発生率には影響しなかった。一方、60分間DTT処理した区では、作出された多くの胚盤胞で染色体異常を有しており、胎仔への発生率も低下した。また、LL処理した区では胎仔への発生率が向上した。異種精子をマウス卵子に注入したとき、高い割合で卵子が変形し受精現象の進行が停止した。融合卵を使用することで、この変形は抑制され受精現象の進行が確認された。特にウシ、ヒツジおよびイヌ精子では3倍卵に注入することで、ほぼ100%の割合で卵子の変形を抑えることができた。以上の結果から、精子処理は精子染色体異常を誘起するが、その異常は胚盤胞までの発生には影響しないこと、先体酵素の除去が胚発育を向上させることが明らかとなった。さらにマウス卵子-異種精子間の雄性生殖胚作出には、マウス卵子の体積増加が必要不可欠であることが示唆された。【目的】再生医療に関する研究に焦点があてられてきた昨今、胚性幹細胞(ES細胞)に関する研究が重要になってきている。しかし、ヒトのような卵子の利用が困難な種のES細胞に関する研究は遅れている。そのような種の精子から異種卵細胞質を利用した雄性生殖胚を作出し、ES細胞に分化させることが可能になれば、この問題を解決できるかもしれない。本研究では、雄性生殖胚の作出効率改善と発生機序を解明することを目的とした。そこで本年度では、雄性生殖胚の作出効率を向上させることに焦点をあて、作出方法に着目し実験を実施した。【方法】精子2ヶから発生する雄性生殖胚の特徴を考慮し、雌性核の存在および卵子細胞質量が雄性生殖胚の発育に及ぼす影響を調査するために、1)除核した卵子に2ヶの精子を顕微注入する方法、2)成熟卵子に2ヶの精子を顕微注入し故意に3倍体を作製した後、雌性核のみを取り出す方法、3)2ヶの卵子を融合させ、2ヶ分の細胞質を持った卵子に2ヶの精子を顕微注入する方法で雄性生殖胚を作出し、作出効率を比較した。【結果および考察】全ての実験区で通常の顕微受精卵と同等の受精率(95-100%)が得られた。しかし胚盤胞発生率では、雄性生殖胚(12-20%)は通常の顕微授精胚(79%)と比べて有意に低かった。また、雄性生殖胚では2細胞期以降の発育遅延が観察され、発育が進行した胚でも大部分がコンパクション期で発育を停止し、その後変性した。以上の結果から、雄性生殖胚は2細胞期以降の発育遅延が顕著であり、2細胞期でのzygotic gene activationが不十分である可能性が考えられた。現在、人為的にzygotic gene activationを誘起できるか否かを調査しており、今後雄性生殖胚に応用する予定である。

異種精子をマウス卵子に注入したとき、高い割合で卵子が変形し受精現象の進行が停止した。融合卵を使用することで、この変形は抑制され受精現象の進行が確認された。特にウシ、ヒツジおよびイヌ精子では3倍卵に注入することで、ほぼ100%の割合で卵子の変形を抑えることができた。以上の結果から、精子処理は精子染色体異常を誘起するが、その異常は胚盤胞までの発生には影響しないこと、先体酵素の除去が胚発育を向上させることが明らかとなった。さらにマウス卵子-異種精子間の雄性生殖胚作出には、マウス卵子の体積増加が必要不可欠であることが示唆された。
複雑制約ネットワークを対象とした汎用群知能による問題解決方式

本研究では、代表的な4種類の群知能アルゴリズムに着目し、複雑な制約充足問題に適用する共通の方法を開発した。対象問題を制約ネットワークで表現し、ネットワークの特徴量を用いて複数のカテゴリーに分類することにより、アルゴリズムの汎用性を高めた。また、並列化により、アルゴリズムの探索性能と計算速度の両方を向上させる方法を開発した。大規模なベンチマーク問題ならびに実世界の室内レイアウト問題に対して、本手法は従来の進化計算よりも有効であることを系統的な実験で示した。[問題の分類方法]まず、制約充足問題の代表例としてグラフ色塗り問題を対象として、「問題の分類方法」を検討した。ここでは、この問題を制約ネットワークで表現したときの制約密度を分類の指標とした。制約密度が1.510の範囲の問題をランダムに生成し、粒子群最適化法(PSO)を用いて解を求めたときの最適パラメータ(w, c1, c2)の値の変化に着目して考察した。この結果、制約密度の範囲が[1.5, 5.0], (5.0, 6.0],(6.0, 10]の3つの領域に問題を分類できることがわかった。[組合せ問題への適用方法]次に、群知能を「制約充足問題と組合せ最適化問題に適用する方法」を検討した。まず、PSOに研究計画調書で述べた「ハミング距離」と「遷移確率」を導入する新たな手法を提案した。更に、距離関数を工夫することで探索性能が向上することを示した。グラフ色塗り問題を対象として、この手法を従来のPSOや遺伝的アルゴリズム(GA)と比較した結果、提案したPSOは、問題の解を発見できる割合が高く、探索回数も少なくて済む(計算時間が短い)ことがわかった。次に、人工蜂の巣アルゴリズム(ABC)に「ハミング距離」と「部分解」を導入する方法を提案し、グラフ色塗り問題に適用した。この手法を従来のABCやGAと比較し、有効性を確認した。[次年度の準備]最後に、次年度に予定していた「汎用化の方法」の予備検討として、進化計算を用いてPSOの最適パラメータ(上記参照)を決定する方法を検討した。今年度は、広く用いられている5種類の関数最適問題を対象とした。進化計算としては、パラメータが連続値をとることから、進化戦略(ES)を用いることとした。実験の結果から、PSOの優れた探索をもたらすwとc2には負の相関があることを発見した。負の相関が現れる理由は、wまたはc2が大きくなると収束が遅くなり、wが増加した場合c2が減少することで,収束を適切な速度にするためであると考える。当初の研究計画書に記載した、「問題の分類方法」と「組合せ探索への応用」を予定通り実施した。更に、次年度の予備検討として、汎用化の方法も、一部実施した。[探索効率の向上]ABCとカッコウ探索(CS)を対象として、探索効率を向上させる方法を検討した。ABCにおける個体が探索空間を移動(遷移)するときに部分解を利用することにより、解を発見するまでに必要な探索回数を削減することができることがわかった。最も難しい問題クラス(制約密度=2.5)に属す大規模問題(ノードサイズ=150210)に対して、部分解のサイズが14の場合を比較した結果、部分解のサイズ=3が最適であることがわかった。従来のABCと比較すると、探索回数を約20%削減することができた。次に、カッコウ探索(CS)を対象として、同様の検討を行った。最も難しい問題クラスに属す大規模問題に対して、部分解のサイズが110の場合を比較した結果、ABCと同様に3が最適であることがわかった。部分解のサイズをランダムに決定する場合と比較して、探索回数を50%以上削減できることがわかった。[汎用化の方法]ハミング距離と遷移確率を用いる方法をホタルアルゴリズム(FA)に組み込んだプログラムを開発した。昨年度に開発した粒子群最適化法(PSO)、ABC、遺伝的アルゴリズム(GA)と比較検討した。汎用化のため、問題を制約密度dにより3つの領域(領域I:d < 2、領域II:2 <= d <= 3、領域III:3 < d)に分割して、領域ごとに比較し、それぞれのアルゴリズムが有効に働く領域を明確にした。また、探索回数についても同様の領域ごとに比較検討を行った。PSOに関しては、進化計算の代表である進化戦略(ES)を用いて、グラフ色塗り問題に対する最適なパラメータを決定した。これは、昨年度に関数最適化問題に対して検討した内容を制約充足問題に拡張したものである。実験結果ら、PSOのパラメータ間に相関関係があること、ならびに領域IIIIにおけるパラメータの優位性が存在することがわかった。当初の研究計画書に記載した「探索効率の向上」と「汎用化の方法」を予定通り実施した。1.最終年度の成果[高速化の方法]初期解をGreedy法で高速に生成する方法を検討したが、十分な性能を得ることができなかった。そこで、並列化による高速化を検討した。並列化に関しては、従来、進化計算における島モデルのように群全体を複数の小群に分割し、各小群にプロセッサーを割りあてる方法が提案されている。しかし、この方法では、計算速度は向上するものの探索性能の向上はあまり期待できない。本研究では、大域探索と局所探索の実行回数の割合を決めるパラメータに着目し、小群ごとにこのパラメータの値を最適化することにより、高速化と性能向上の両立を図った。