hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
掘立柱建物の在りし日の姿の地盤力学的推定法の開発

纒向遺跡で発見された3世紀前半の大型建物跡は同時代の構造物としては国内最大級で,柱穴が計画的に配置された掘立柱建物として最古の例であり,邪馬台国の有力候補地として注目を集めた。これまで邪馬台国の所在地論争は,魏志倭人伝の解釈と考古学的知見の両面から行われてきたが,近年は客観的事実である後者に基づく議論が盛んで,遺跡の年代や規模,構造物の大きさや建築様式,土器等の出土資料の量と質が重要な論拠となっている。まず発掘調査により遺跡の規模や出土品の量と質が明らかにされ,その後,主に層序や他の遺構との切り合い関係,出土する遺物から年代を推定する。最近では,木の年輪幅の違いを利用した年輪年代測定法など科学的手法も用いられている。一方で,在りし日の建物の姿は経験的に復元しているのが現状であり,確かな理論に基づいて掘立柱建物の大きさを推定する手法はまだない。これに対して、柱穴から得られる情報を科学的に分析して上部構造物の規模を的確に推定できれば、古代掘立柱建物の在りし日の姿を精緻に再現・復元する可能性がある。本課題では,これまで柱穴の径や柱間距離から経験的に類推してきた掘立柱建物の規模を,地盤工学分野の最新の成果を活かして確かな地盤力学の理論に基づいて予測することである。開発技術では,地盤の密度と粒度には過去に受けた最大の応力履歴が色濃く反映されることを利用して,柱穴地盤の密度・粒度の現地調査,圧縮性・破砕性に関する室内試験および密度と粒度の変化を考慮した土のモデルによる解析を組み合わせて,往時の構造物の自重を逆算する。H24は粒子破砕現象と密度変化を考慮した土の構成モデルの開発に取り組み,H25は構成モデルの検証と改良を行い,支持力問題の数値解析を実施したが、最終年度となるH26は開発した構成モデルに基づく解析コードを用いた古代構造物の重量推定法を提案、検証した。地盤工学、応用力学、文化財科学本研究課題「掘立柱建物の在りし日の姿の地盤力学的推定法の開発」の核となる粒子破砕現象と密度変化を適切に考慮した土の構成則の定式化と検証は概ね完了した。また,平成25年度は開発したモデルを非線形有限要素解析コードに組み込み,初期値・境界値問題の解析の一例として破砕性地盤の支持力問題のシミュレーションに着手することができた。最終年度は掘立柱周辺の挙動の検討として,破砕性地盤の支持力問題に関する模型実験にも着手する予定で,研究は当初の計画以上に進展しているといえる。本研究の課題名であり,最終目標でもある「掘立柱建物の在りし日の姿の地盤力学的推定法の開発」を達成するためには,粒子破砕現象と密度変化を適切に考慮した土の構成関係とそれに基づく初期値・境界値問題の数値解析手法が必須である。初年度は着実に検討を進めて,粒子破砕現象と密度変化をよく再現する構成モデルの開発に成功しており,計画は順調に進んでいる。研究目的を達成するため,最終年度となる平成26年度は以下を実施する。(A)粒子破砕現象を考慮した掘立柱の2次元支持力モデル実験と,密度と粒度の変化を考慮した土のモデルに基づく地盤解析コードの検証(B)掘立柱建物の柱穴およびその周辺地盤の土試料の採取と密度・粒度試験(C)現場で採取した土試料の室内力学試験とパラメータの同定(D)実際の掘立柱建物の柱穴を対象とした数値シミュレーションと掘立柱建物の規模推定,および既往研究との比較による提案手法の検証平成26年度は研究代表者が提案する粒子破砕現象を考慮したモデルを組み込んだ有限要素解析コードの検証と改良を進めるとともに,実際の掘立柱建物の解析に応用する。研究目的を達成するために,次の手順を実施する:(A)掘立柱建物の柱穴およびその周辺地盤の土試料の採取と密度・粒度試験;(B)現場で採取した土試料の室内力学試験とパラメータの同定;(C)
分子生命化学を指向した水中で機能する金属錯体の合成

分子生命化学に関連する機能を再現するバイオインスパイアード錯体の開発を目的として、金属錯体の構造を溶液中で特異的に安定化する配位子を新たに開発してその金属錯体を合成した。これらの錯体を用いて、(1)メタンモノオキシゲナーゼ(sMMO)の中間体Pから活性種Qへの変換(P⇔Q変換)を再現する機能モデルの構築、(2)酸素活性化に関与する二核鉄酵素に共通するcarboxylate-rich coordination environmentの機能解明と高速高効率エポキシ化反応、(3)光合成の酸素発生中心(OEC)モデルとしてルテニウム錯体が触媒する水の酸化による酸素発生反応の効率向上などに成功した。これら全ての系において溶液中での金属錯体の構造の安定化が金属錯体の機能向上や新たな機能発現を引き起こした。これらの結果から、分子生命化学に応用可能なバイオインスパイアード錯体を開発するためには、機能発現に適した構造を溶液中で安定化する事が重要であるといえる。可溶性メタンモノオキシゲナーゼ(sMMO)は、活性中心に二つの鉄イオンをもつ非ヘム二核鉄酵素である。1つの鉄イオンに対してGlu残基のカルボキシラト酸素が2つ、His残基のイミダゾール窒素が1つ配位して、2つの鉄イオンはオキソ酸素またはヒドロキソ酸素によって架橋されている。この様にカルボキシラトリッチな配位環境をもつ事は水中で機能する期核鉄錯体の観点からも重要である。しかし、カルボキシラト基の効果やパーオキソ中間体から活性種が生じる酸素活性化機構については未解明である。我々は既に、2つのtpa配位子を-CH_2CH_<2->基で繋いだ6-hpa配位子の二核鉄錯体が溶液中で二核構造を安定化する事を報告した。そこで本研究では、カルボキシ基を導入した新規二核化配位子DPGlyを合成し、その二核鉄錯体とH_2O_2との反応による酸素活性化と基質酸素化を検討した。DPGlyを水溶液中pH4でFe(OTf)_2と酸素下で反応させて、目的とするμ-oxodiaqua二核鉄(III)錯体[Fe_2(O)(H_2O)_2(DPGly)](OTf)_2(1)が得られた。錯体1のMeCN溶液に2eq.のEt_3Nを加え、-40°Cで2eq.のH_2O_2を加えると溶液は暗緑色に変化し、550nm(ε:430M^<-1>cm^<-1>)に新たなバンドを示した。これは、μ-oxo-μ-peroxo二核鉄(III)錯体[Fe_2(O)(O_2)(DPGly)](2)の生成を示唆した。錯体1に1から2当量の酸を加えると、パーオキソ錯体のプロトン化により吸収の増大と長波長シフトが観測された。さらにO-O結合の切断による酸素活性化が起こったと示唆されるスペクトルが見いだされた。また、この酸素活性化条件においてアルケンを加えると高効率高選択的にエポキシドが生成した。錯体1は溶液中での二核構造を安定に維持でき、さらにカルボキシラト基を導入したsMMOモデル錯体としては初めて酸化反応を行う事の出来るものとして重要である。錯体1を用いる事によりsMMOのカルボキシラト基の効果についての詳細な検討を行う事が出来ると考えられる。本研究では、6-hpaに電子求引基であるニトロ基を導入した新規二核化配位子6-hpa^<4-NO2>を合成し、その二核鉄(III)錯体[Fe_2(O)(H_2O)_2(6-hpa^<4-NO2>)](ClO_4)_4(1)を用いて、非ヘム二核鉄酵素の機能モデル錯体の開発を目指した。ニトロ基の導入により、Fe-Npy^<4-NO2>結合の結合距離が長くなり、無置換のピリジル基とFeと結合Fe-Npyの結合距離が長くなっている事が結晶構造から明らかになった。これはニトロ基により、鉄のルイス酸性が強くなり無置換のピリジル基が強く結合したためと考えられる。CVの結果から錯体1の酸化還元電位が大きく正側にシフトすることがわかった。これはニトロ基の電子吸引効果により錯体1の鉄イオンのルイス酸性が高くなり、鉄が還元されやすくなった事を示している。

錯体1に-40°Cで、2当量のEt_3N存在下、H_2O_2を加えると、パーオキソ二核鉄(III)錯体が生成した。この変化を電子スペクトルにより追跡し、パーオキソ錯体の安定化とトリオキソ二核鉄(IV)錯体の不安定化が明らかになった。これは、鉄のルイス酸性の向上によって合理的に説明される。また、H_2O_2を用いたシクロオクテンの酸化反応において同条件下における錯体1はエポキシドの収率を大きく向上させる事がわかった。さらに、様々なアルケンを基質として用いて錯体1が触媒するH_2O_2を用いた酸化反応を行った。その結果、次の2つの事が明らかになった。1)アルケンのトリオキソ活性種による1電子酸化反応(アルケンのカチオンラジカル中間体の生成)はニトロ基の導入により加速される。2)鉄のルイス酸性の向上によってFe-O結合が強くなる事によって、カチオンラジカル中間体への酸素原子移動反応は減速される。これらの結果は、非ヘム二核鉄酵素による酸素活性化及び基質酸素化における配位原子の電子効果の理解に重要な知見を与えるものである。本研究では,低温下で二核鉄(III)錯体[Fe_2(μ-O)(OH_2)_2(6-hpa)](ClO_4)_4(1)とH_2O_2との反応を行い,種々のスペクトルを測定してμ-オキソ-μ-パーオキソ二核鉄(III)錯体2とμ-オキソジオキソ二核鉄(IV)錯体3を検出すること,およびその反応性を明らかにすることを目指した.2および3を単離した固体を用いて25Kで測定したメスバウアースペクトルから,high spinパーオキソ二核鉄(III)錯体2とhigh spinトリオキソ二核鉄(IV)錯体3に帰属される2つの四極子分裂を観測した.sMMOの活性種Qは高スピン二核鉄(IV)と考えられているが,モデル化合物で高スピン状態の二核鉄(IV)錯体を得た例は全くない.さらに,sMMOのメスバウアースペクトルはPとQを同時に観測しているが,これまでのモデル化合物を用いた研究では,中間体Pに対応するパーオキソ二核鉄(III)錯体と活性種Qに対応する高原子価二核鉄(IV)錯体を同時に観測した例もない.本研究では,(1)高スピン二核鉄(IV)錯体を検出し,(2)中間体Pと活性種Qに対応する錯体を同時に観測した.この2点において,sMMOの分光学的・磁気的性質に極めて類似した機能モデルの開発に成功したといえる.これらは,従来のQのモデル化合物の研究と比べて優れた特徴である.さらに温度を上昇させてメスバウアースペクトルを測定したところ,錯体2の成分が減少して3の成分が増加した.同一のサンプルを用い,再び温度を25Kに下げて再測定すると,錯体2が増加して3が減少し,最初に測定したスペクトルをほぼ完全に再現した.この事実から,2と3は温度変化に伴って可逆的に相互変換する事がわかった.錯体2は,低温で安定であり,温度上昇に伴ってO-O結合が切断され,3へと変化していると考えられる.これは,モデル化合物を用いてパーオキソ二核鉄(III)錯体からトリオキソ二核鉄(IV)錯体への変換を分光学的に直接観測した初めての例であり,sMMOのPからQへの変換機構に新たな知見を与えるものとして重要である.
Ｓｈａｇｇｙ　ａｏｒｔａに対する新たな治療法-メッシュグラフト-の開発

メッシュ部分としてPTFEシートに2mm径の円孔または楕円孔を多数開けて断面積が50%程度となるようにし、Z stentを縫着して拡張力をもったメッシュグラフトを作成する計画を立てた。そのメッシュグラフトを用いて、まず流体力学的シミュレーション実験を施行し、その結果をもとにin vitroのとin vivoで灌流実験を行う予定であった。しかし、シミュレーションでの細かい条件設定がうまくできず、そこで研究が停止してしまった。また、PTFE素材の加工にはかなりの制約があり、安定した形状を作製する際の技術的な面にも様々な問題があり、作製方法に関して更なる再検討が必要である。現在のところ、大動脈-腸骨動脈の3D-CT画像データを複数症例収集・解析中である。解析データは実験に適切な大動脈-腸骨動脈モデルを作製するのに必要で大変時間を要している。メッシュグラフトの素材をただいま検討中であるが、大動脈の形状に合わせて内腔にスムーズ接着できるメッシュの目の大きさ・硬さ・厚さなどの決定には今後も検討に時間を要すると思われる。具体的には、1側枝付大動脈モデルで側枝入口部のメッシュを置き、血液を循環させ、分枝血流を障害しない最小の目のサイズの決定。2大動脈内に疑似粥腫を付着させ、留置により粥腫を破壊しないメッシュの硬さ・厚さの決定などである。メッシュの素材・性状を決定した後、さらに簡単な水流回路を用いて潅流実験を行い、その抗血栓性や内腔に浮遊しない追従性や流速に対する抵抗性などを検討する予定である。メッシュの素材・性状が決定できればさらに、Z stentと組み合せたメッシュグラフトの形状を検討する。どこにどのようにメッシュと組み込むかである。さらに作製した大動脈-腸骨動脈モデルを用いて拍動流ポンプで潅流シミュレーションを行い、メッシュグラフトの形状の違いと機能性の関係性に関して検討を行う予定である。また、既存のステントグラフトと同じ留置方法でよいかなど、シミュレーションを行う事でメッシュグラフトの適切な留置方法に関しても検討する予定である。さらに、動物など生体の動脈内へのメッシュ植込み実験を行い、メッシュの生体内での変化(抗血栓性、劣化の有無)などを検討する必要があると思われる。現在、大動脈-腸骨動脈の3D-CT画像データを複数症例収集・解析中である。PTFEをメッシュグラフトの素材とし、簡単な水流回路を用いて潅流実験を行い、その抗血栓性や内腔に浮遊しない追従性や流速に対する抵抗性などを検討する予定である。また、大動脈の形状に合わせて内腔にスムーズ接着できるメッシュの目の大きさ・硬さ・厚さなどを今後検討する予定である。具体的には、1側枝付大動脈モデルで側枝入口部にメッシュを置き、血液を循環させ、分枝血流を障害しない最小の目のサイズの決定。次に、Z stentと組み合せたメッシュグラフトの形状を検討する。大動脈-腸骨動脈の3D-CT画像データを複数症例収集・解析中である。メッシュグラフトの素材の決定に時間を要した。また、大動脈の形状に合わせて内腔にスムーズ接着できるメッシュの目の大きさ・硬さ・厚さなどを今後検討する予定である大動脈-腸骨動脈の3D-CT画像データを複数症例収集・解析中である。解析データを基に実験に適切な大動脈-腸骨動脈モデルを作製する予定である。メッシュグラフトのメッシュ部分をPTFE素材で加工するにはかなりの制約があり、かつ安定した形状のものを作製するにあたりその技法も含め作製方法の再検討を行っているところである。作製でき次第、簡単な水流回路を用いて潅流実験を行い、その抗血栓性や内腔に浮遊しない追従性や流速に対する抵抗性などを検討する予定である。

さらに作製した大動脈-腸骨動脈モデルを用いて拍動流ポンプで潅流シミュレーションを行い、メッシュグラフトの形状の違いと機能性の関係性に関して検討を行う予定である。また、既存のステントグラフトと同じ留置方法でよいかなど、シミュレーションを行う事でメッシュグラフトの適切な留置方法に関しても検討する予定である。さらに、動物など生体の動脈内へのメッシュ植込み実験を行い、メッシュの生体内での変化(抗血栓性、劣化の有無)などを検討する必要があると思われる。大動脈-腸骨動脈の3D-CT画像データを複数症例収集・解析中である。解析データは実験に適切な大動脈-腸骨動脈モデルを作製するのに必要で大変時間を要している。メッシュグラフトのメッシュ部分をPTFE素材で加工するにはかなりの制約があり、かつ安定した形状のものを作製するにあたりその技法も含め作製方法の再検討を行っているところである。作製でき次第、簡単な水流回路を用いて潅流実験を行い、その抗血栓性や内腔に浮遊しない追従性や流速に対する抵抗性などを検討する予定である。また、大動脈の形状に合わせて内腔にスムーズ接着できるメッシュの目の大きさ・硬さ・厚さなどを今後検討する予定である。メッシュグラフトのメッシュ部分をPTFE素材で加工するにはかなりの制約があり、かつ安定した形状のものを作製するにあたりその技法も含め作製方法に関して更なる再検討が必要と思われる。現在のところ、2mm径の円孔または楕円孔を多数あけることで断面積50%程度のPTFEシートを作製。次に、Z stentとこのPTFEシートを組み合せたメッシュグラフトを作製する必要があるが、今回は2つの物を単純に組み合わせたものを使用する事とした。上記条件で作製した試作品モデルを用いて、大動脈内に挿入した場合、1分枝血流を阻害しないか、2大動脈壁に対するせん断応力を減じることができるかetc.流体力学的にシミュレーションを行う予定としているが、細かい条件設定がうまくできず、中断となっている。シミュレーションの条件設定が整えば並行して、簡単な水流回路を用いて潅流実験を行い、その抗血栓性や内腔に浮遊しない追従性や流速に対する抵抗性などを検討する予定である。具体的には、1側枝付大動脈モデルで側枝入口部にメッシュを置き、血液を循環させ、分枝血流を障害しない最小の目のサイズの決定。2大動脈内に疑似粥腫を付着させ、留置により粥腫を破壊しないメッシュの硬さ・厚さの決定などである。次に、Z stentとメッシュグラフトの組み合わせ形状を検討する。どこにどのようにメッシュと組み込むかである。また、既存のステントグラフトと同じ留置方法でよいかなど、シミュレーションを行う事でメッシュグラフトの適切な留置方法に関しても今後検討する予定である。メッシュ部分としてPTFEシートに2mm径の円孔または楕円孔を多数開けて断面積が50%程度となるようにし、Z stentを縫着して拡張力をもったメッシュグラフトを作成する計画を立てた。
細胞ビルドアップ型ウエットナノロボティクスの構築と機能創発

本研究では、外部環境に対してロバストで室温での動作が可能な昆虫細胞に着目し、自由自在に形を再構成できる、化学エネルギー駆動型の機能創発ウェット&ソフトナノロボティクスの分野を新たに開拓し、細胞レベルで生体を用いた「室温で制御可能なバイオアクチュエータ」による細胞ビルドアップ型ウエットナノロボットの構築し、動作実験に成功した。MEMS技術の発展に伴いマイクロスケールのデバイス作製が可能となり、それを駆動できるマイクロアクチュエータの研究が行われてきた。このマイクロアクチュエータの新しいアプローチとして、生体材料を駆動源とし、従来の人工アクチュエータにはない、化学エネルギのみで駆動、高いエネルギ変換効率、自己修復・自己組織化という特徴を持ったバイオアクチュエータの研究が注目されている。このようなバイオアクチュエータの研究例として、ラットの心筋細胞を用いたマイクロポンプの研究や自律的に移動するマイクロロボットの研究が報告されている。しかし、先述したバイオアクチュエータは哺乳類細胞を使用しており、培養環境を厳しく制御する必要がある。昆虫の細胞は、一般的にPHに対する許容範囲が広いため、昆虫の持つ筋細胞も同様の性質を持つと考えられる。細胞培養が確立されたラットのような実験動物を用いるのではなく、ロバストな耐環境性がある昆虫の筋細胞を駆動源として用いることで、駆動環境が広がり、将来的に室温で動作するシステムを構築できる点で、革新的なシステムが期待できる。そこで、本研究では、昆虫の筋生理学及び生化学の分野とマイクロナノロボティクス・メカトロニクスの分野を融合した全く新しい学問分野である、細胞ビルドアップ型ウエットナノロボティクスの創出を目指し、基盤技術の構築と新たな人工筋肉を用いたウエットナノロボット分野の開拓を目指す。今年度は、背脈管組織を、細胞レベルまで解離し、再構築し汎用性の高めることにより、幅広いデバイスへ応用することを目的としている。そこで、今回、様々な材料表面上に細胞シートを作製し、マイクロポンプへの実装を行い、評価実験を行った。本研究では,生体細胞を駆動源としたバイオアクチュエータにより,細胞ビルドアップ型のウエットな微小ロボットを創製することを目的としている.生体細胞を用いることで,化学エネルギのみで駆動,柔軟,高いエネルギ効率,自己修復・自己組織化という従来の機械システムでは困難であった,全く新しいアクチュエータやセンサ創製の可能性がある.このようなバイオアクチュエータとして,ラットの心筋細胞シートを駆動源としたダイアフラムポンプ,PDMS薄膜上に心筋細胞を播種し,様々な動きをする構造体の研究例を報告してきた.しかし,先述したバイオアクチュエータは哺乳類細胞を使用しており,培養環境を厳しく制御する必要がある.我々のグループでは,室温かっ,比較的広範囲のpHで培養可能である,昆虫の心臓に相当する背脈管由来の細胞に着目し,室温で自律的駆動するバイオアクチュエータについて報告してきた.しかし,バイオアクチュエータの駆動環境は,培養液内のみに限られている.そのため,従来のバイオアクチュエータは,大気中のような乾燥環境において駆動することができない.従来の人工アクチュエータのように,バイオアクチュエータを実現するためには,この課題を解決する必要がある.そこで今年度は,大気中及び水中での駆動を可能とするバイオアクチュエータの試作及び筋細胞シート及び筋細胞ゲル作製の最適化を行った.今回,背脈管組織を駆動源としたマニピュレータを作製し,培養液を保持したカプセル内にパッケージングすることで,大気中で駆動可能なマニュピレータの作製に成功した.本研究では,生体細胞を駆動源としたバイオアクチュエータにより,細胞ビルドアップ型のウエットな微小ロボットを創製することを目的としている.生体細胞を用いることで,化学エネルギのみで駆動,柔軟,高いエネルギ効率,自己修復・自己組織化という従来の機械システムでは困難であった,全く新しいアクチュエータやセンサ創製の可能性がある.このようなバイオアクチュエータとして,ラットの心筋細胞シートを駆動源としたダイアフラムポンプ,PDMS薄膜上に心筋細胞を播種し,様々な動きをする構造体の研究例を報告してきた.しかし,先述したバイオアクチュエータは哺乳類細胞を使用しており,培養環境を厳しく制御する必要がある.我々のグループでは,室温かつ,比較的広範囲のpHで培養可能である,昆虫の心臓に相当する背脈管由来の細胞に着目し,室温で自律的駆動するバイオアクチュエータについて報告してきた.本研究における数ミリメートルのマイクロアクチュエータの作製する際,細胞を1つ1つ配置することは、技術的に大変困難である.そこで,温度応答性ポリマーもしくは柔軟な薄膜を用いることにより,細胞間の結合因子や接着因子を破壊することなく,シート状のまま細胞を回収することに成功した.さらに今年度は筋細胞組織とMEMS構造体で構成されるマイクロナノロボットを設計試作し,マイクロナノウェットロボットの作製と動作確認に成功し,動作性能を評価した.昆虫の筋細胞、筋組織を用いて、室温で動作する細胞そのものを用いたアクチュエータ及びマイクロ構造体を作製し、動作性能を評価した。また、昨年度に引き続き、昆虫の筋組織由来培養細胞株の樹立の試みを行い、筋細胞を健全な状態で効率よく得る条件検討を行った。

昆虫の筋細胞の駆動力で動作する構造体を構築し、力学的・電気的・化学的・光刺激による細胞ビルドアップ型ウエットナノマイクロロボットの制御の基礎実験を行った。大気中で駆動する昆虫の筋細胞バイオアクチュエータの実証実験を行い、成功した。さらに、技術的課題であった細胞を配置する方法として、インクジェットを用いることにより、細胞をプリンティングする技術を確立した。これにより、細胞を数ミリメートル単位の集団で、ハンドリングが可能になり、マイクロ構造体へのアッセンブリがソフトマシン製造方法において可能になると考えられる。最終的に、筋細胞組織とMEMS構造体で構成されるマイクロナノロボットを設計試作した。本研究に関する研究成果として、MicroTAS国際会議、Lab on a chipへの投稿論文が採択され、ロンドンで行われたLivingMachines2013で発表したところ、Current Biology, Volume 23, Issue 18,R821-R823,23 September2013や英国王立化学会のchemistry worldで世界初の室温・空気中でのバイオアクチュエータ駆動に成功したことについて、特集記事として取り上げられ、注目を浴びた。心筋細胞の自律的拍動を利用した力学的・化学的に制御できる構造体をゲルによって作製し、制御実験及び動作解析を行い、運動のモードから情報を抽出できる可能性を示すことに成功した。さらに、昆虫の筋細胞、筋組織を用いて、室温で動作する細胞そのものを用いたアクチュエータ及びマイクロ構造体を作製し、動作性能を評価した。また、昆虫の筋組織由来培養細胞株の樹立の試みを行い、筋細胞を健全な状態で効率よく得る条件の検討のために、供試虫と初代培養法の準備を行った。材料となる胚子の発育段階の調整などを考慮して、供試虫の飼育法の最適化を行った。次に、筋細胞を無菌かつ健全な状態で培養に移行させる初代培養法の条件を検討した。細胞を配置する方法として、インクジェットと薄膜を用いることにより、細胞をプリンティングする技術を確立した。最終的に、他のアクチュエータとの比較をおこない、筋細胞組織とMEMS構造体で構成されるマイクロナノロボットを設計試作した。また、本研究に関する研究成果として、MicroTAS国際会議、ジャーナル8本が採択された。筋細胞の収縮により駆動するマイクロロボットの試作と動作確認に成功した.当初、目標にしていた世界初の細胞レベルで生体を用いた「室温で制御可能なバイオアクチュエータ」による細胞ビルドアップ型ウエットナノロポティクスの基盤技術を構築することができ、下記の5項目について実証することができた。
自閉症に関連する遺伝子CAPS2の有芯小胞分泌における役割の解明

CAPSタンパク質が有芯小胞分泌のどのステップに関与するかを詳細に検討した。その結果、以下のことが分かってきた。(1)CAPSはPHドメインを介してGolgi体膜に結合する。(2)CAPSとPHドメインの結合性はC2ドメインによって制御されている。(3)CAPSはクラスII ARFタンパク質(ARF4,ARF5)のN末に結合する。(4)CAPSはGDP結合型のARFに結合する。(5)CAPSとARFの結合をブロックした場合、有芯小胞マーカータンパク質であるクロモグラニンはゴルジ体に集積する。(6)同様のクロモグラニン集積はCAPSおよびARFをノックダウンした場合にも起こる。以上より、CAPSタンパク質が有芯小胞のtraffickingに関与するメカニズムが分かってきた。(3)CAPSはクラスII ARFタンパク質(ARF4, ARF5)のN末に結合する。(5)CAPSとARFの結合性はCa++濃度に依存する。(6)CAPSとARFの結合をブロックした場合、有芯小胞マーカータンパク質であるクロモグラニンはゴルジ体に集積する。(7)同様のクロモグラニン集積はCAPSおよびARFをノックダウンした場合にも起こる。(8)CAPSをノックアウトした場合、神経細胞のゴルジ体の形態が異常になる。以上より、CAPSタンパク質が有芯小胞のトラフィッキングに関与するメカニズムが分かってきた。また、自閉症モデルマウスであるCAPS2exon3スキップマウスの作製に成功した。このマウスの行動解析により、新奇環境への適応不全、社会性行動の異常、母性行動の低下、サーカディアンリズムの消失といった、自閉症様形質が明らかになった。さらにこのマウスの解剖学的解析により、BDNFやクロモグラニンのトラフィッキングの異常やGolgi体の形態異常が示された。電気生理学的解析においては、paired-pulse facilitationに異常が見られた。以上より、このマウスは自閉症モデルマウスとして有用であることが示された。
軸鉄筋の多段階降状によるコンクリート糸部材の履歴エネルギー吸収の改善

研究の第一段階として、まず、強度の異なる鉄筋を併用した鉄筋コンクリート柱試験体を作製し、載荷試験を行った。比較のため通常の鉄筋コンクリート試験体も作製した。実験パラメータとして、普通強度鉄筋と高強度鉄筋の混合比率、柱軸力、二方向曲げなどを選択した。この結果、強度の異なる鉄筋の併用により二段階の降状現象を示す荷重-変形関係が得られること、また、1種類の鉄筋のみ使用した通常の鉄筋コンクリート試験体よりも、高強度鉄筋が弾性に保たれている間は、通常の降状時変形以後においても安定した履歴ループを描くことが示された。さらには、さほど大きくない中小の地震時を想定した変位においても履歴吸収エネルギーの大きな履歴ループが得られた。次の段階として、プレキャスト圧着接合骨組において履歴復元力特性の改善を試みた。すなわち、素線3本を通常の高強度素線とし、残りの4本を普通強度素線としてよりあわせた7本よりストランドを緊張材として梁-柱接合骨組試験体をポストテンションにより作製し、繰り返し載荷試験を行った。実験パラメータとして、導入力と緊張材の偏心距離の大きさを採用した。通常のズトランドを用いて作製した試験体にも同様に載荷試験を行い、先の結果と比較した。この結果、混合ストランドを用いた試験体では、普通ストランドを用いた試験体と比較して大きな履歴吸収エネルギーの履歴ループを描くことが示された。さらには、鋼棒自身が二段階に降状する二相焼入れPC鋼棒を用いた柱-基礎部圧着接合骨組の載荷試験を行った。これは、焼入れの過程で同一鋼材中に高強度の部分と普通強度の部分が混在するようにした鋼棒である。実験パラメータとして、導入力と柱軸方向力の大きさを選択した。この場合にはPC鋼棒の応力度-ひずみ度関係が、二段階の降状現象を示すのであるが、十分な屈曲を生じさせることが難しく、部材としての荷重-変位関係にもさほど大きな改善効果は見られなかった。1.強度の異なる鉄筋を混合使用した鉄筋コンクリート柱試験体の載荷実験普通強度鉄筋(降伏強度400MPa級)と高強度鉄筋(降伏強度800MPa級)を軸方向鉄筋として配置した柱の試験体の定軸力下での曲げ試験を行った。柱を基礎に埋め込んだ形で、基礎部を固定し、頂部に水平荷重を加える。実験パラメータは、普通強度鉄筋と高強度鉄筋の混合比率、軸力の大きさ、二方向曲げの影響とした。実験より得られた荷重-変位関係は、一方向、二方向いずれの載荷においても、普通強度鉄筋の降伏以後も正の勾配を保持し、かつ、安定した履歴ループを描いた。2.混合ストランドを用いたプレキャスト梁-柱圧着接合骨組の繰返し載荷試験普通強度(降伏強度400MPa級)素線4本と高強度(降伏強度1400MPa級)素線3本とを寄り合わせて作製した混合ストランドを用いて圧着接合したプレキャスト梁-柱骨組の繰返し載荷試験を行った。実験パラメータは、ストランドの梁断面内における配置位置、導入プレストレスカの大きさとした。実験結果より、通常のストランドを用いた場合と比較して履歴エネルギー消費の大きな履歴ループとなった。しかしながら、導入力が小さい場合、圧着力が変位の増加にしたがって減退し、履歴ループにピンチングが現れる。履歴エネルギーを大きくしながら、かつ、ピンチングが最小になる最適なストランドの構成と導入力の大きさを決めることが必要である。3.多段階降伏部材の履歴復元力特性のモデル化と地震応答解析による応答性状の把握

上記のような実験結果より得られた荷重-変位関係、及び構成材料の応力度-歪度関係に基づく解析より得られた荷重-変位関係より多段階降伏部材の履歴復元力特性のモデル化を行った。研究の第一段階として、まず、強度の異なる鉄筋を併用した鉄筋コンクリート柱試験体を作製し、載荷試験を行った。比較のために通常の鉄筋コンクリート試験体も作製した。実験パラメータとして、普通強度鉄筋と高強度鉄筋の混合比率、柱軸力、二方向曲げなどを選択した。この結果、強度の異なる鉄筋の併用により二段階の降伏現象を示す荷重-変形関係が得られること、また、1種類の鉄筋のみ使用した通常の鉄筋コンクリート試験体よりも、高強度鉄筋が弾性に保たれている間は、通常の降伏時変形以後においても安定した履歴ループを描くことが示された。さらには、さほど大きくない中小の地震時を想定した変位においても履歴吸収エネルギーの大きな履歴ループが得られた。次の段階として、プレキャスト圧着接合骨組において履歴復元力特性の改善を試みた。すなわち、素線3本を通常の高強度素線とし、残りの4本を普通強度素線としてよりあわせた7本よりストランドを緊張材として梁-柱接合骨組試験体をポストテンションにより作製し、繰り返し載荷試験を行った。実験パラメータとして、導入力と緊張材の偏心距離の大きさを採用した。通常のストランドを用いて作製した試験体にも同様に載荷試験を行い、先の結果と比較した。この結果、混合ストランドを用いた試験体では、普通ストランドを用いた試験体と比較して大きな履歴吸収エネルギーの履歴ループを描くことが示された。さらには、鋼棒自身が二段階に降伏する二相焼入れPC鋼棒を用いた柱-基礎部圧着接合骨組の載荷試験を行った。これは、焼入れの過程で同一鋼材中に高強度の部分と普通強度の部分が混在するようにした鋼棒である。実験パラメータとして、導入力と柱軸方向力の大きさを選択した。この場合にはPC鋼棒の応力度-ひずみ度関係が、二段階の降伏現象を示すものであるが、十分な屈曲を生じさせることが難しく、部材としての荷重-変位関係にもさほど大きな改善効果は見られなかった。
Functional MRIによる脊髄機能診断法の開発

fMRI技術脊髄領域への応用については技術的な問題がハードルとなっており未だ安定した方法が確立されていない。本研究では、従来の脳機能画像取得の手法であるGE-EPI撮像法に撮像パラメータの変更や動きを抑制する工夫等を行うことにより脊髄機能評価を試みた。その結果手掌痛み刺激に反応する脊髄内神経シグナルの描出には成功したものの、現段階では信号が安定的に取れかつ再現性のある撮像には至っていない。今後の更なる研究が必要でありデータを蓄積中である。我々はこれまでfMRIを用いて表在感覚刺激に呼応した脳活動の局在を検出することにより、痛みやしびれなどの病的感覚状態の客観的評価を試みてきた。この脳のfMRIは我々を含む多くの研究者の関心事であったことから解析方法が急速に発展してきた。一方、脊髄の機能イメージングについては未だ方法が確立されていない。しかし、脊椎・脊髄疾患を取り扱う整形外科医にとっては末梢から脳に至る信号の伝導路である脊髄自体の機能的変化を捉えることが病態の把握や治療予後予測に重要であると考えられる。そこでこれまで脳のfMRI研究で培った我々の技術や経験と、新たに我々の施設で利用できるようになった3 teslaの高磁場MR装置を用いれば脊髄においてもfMRIを用いた脊髄機能評価を可能にすることができると考え、健常者を用いて先ずは傾斜磁場を用いたEPI法を用いて解剖学的撮像を試みた。その結果、頚椎周囲に粘土を用いて作成されたカラーを用いて撮像したところ、変形はあるものの脊髄蔵を描出することに成功した。また、解析プログラムを脳におけるfMRIの解析方法として現在広く行われているStatistical Parametric Mapping法を用いて解析したところ、Voxel by voxel analysisにおいて、運動刺激に呼応して反応する部位を検出することが出来た。我々は、ヒトの脳神経生理学分野で近年最も活用されているFunctinal MRI(fMRI)を用いた脊髄機能評価の確立を目的に研究を行っている。一般的に低磁場のMRIでは高磁場のそれと比べ、fMRIでの評価基準となるBold signalの抽出が劣る。一方、高磁場ではより繊細な信号変化を抽出するため、得られる画像にも歪みが生じやすい。また脊髄部のMRIでは、ターゲットとなる神経構造が小さく、さらに心拍、呼吸など体動によるアーチファクトが大きい。これらの課題が脊髄におけるfMRI法の確立を困難にしている。我々は、まずBold signalの抽出の際、そのアーチファクトを最小限にとどめる研究を行ってきた。健常者の頚髄部をターゲットとし、3テスラ高磁場MRIで、脳撮像と同じEPI法にて撮像した。得られたデータはSPM(Statistical parametric mapping)を用いて、脊髄中央部の座標を設定し、その座標におけるBold signalを時間経過でプロットした。その結果、タスクを与えない脊髄でもBold signalが著しく変化していることが確認された。このBold signalの安定化のため、被検者の頚部周囲に粘土カラーの装着を考案した。この頚部粘土カラーを着用した場合、しない場合とで脊髄中央部におけるBold signalを比較すると、前者では形態学的画像として描出能力に優れており、信号変動が安定化することが確認された。この頚部粘土カラーを装着状態で被検者の手掌に感覚刺激を与え、その際に頚髄部灰白質から描出されたBold signalを神経活動として捉えることで、In vivoにおける脊髄神経活動の評価を試行中である。我々は本研究において、fMRI(functional MRI)を用いて、表在感覚刺激に呼応する脊髄内の神経活動の検出を目的に脊髄fMRI法の確立を試みた。昨年度までの研究により、3 teslaの高磁場MR装置を用いてGradient-echoEPI撮像法により、変形はあるものの脊髄像を描出することに成功した。しかし、fMRIでの評価基準となるBold signalの評価には問題があり、脊髄内の1点に座標を設定し、その座標におけるBold signalを時間経過でプロットしたところタスクフリーの脊髄でもBold signalが著しく変化していることが確認された。このことは、たとえ脊髄の形態画像抽出に成功しても、時間系列の機能画像にすると神経信号以外のノイズが大きな影響を与えていることを示しており、脊髄内の神経活動信号がマスクされうる可能性が考えられた。そこでBold signalの安定化のため、被検者に頚椎カラーを装着させると、タスクフリーの脊髄中央部におけるBold signalはカラーなしの場合と比較して、信号変動がより安定化することが確認された。本年度は、頚椎カラー装着状態で被検者の手掌に感覚刺激を与え、その際にC4-6高位での頚髄部灰白質から描出されたBold signalの統計処理を行った。タスクは被検者の右手-前腕をシーネ固定し右手掌中央部に痛みを感じる程度の刺激(刺激:6秒間、安静:24秒間)を合計12サイクルのブロックデザインで行った。

その結果、C4-6高位において頚髄部灰白質に一致した部位に、痛みタスクに呼応した統計学的に信頼性のあるBold signalが検出され、脊髄内のリアルタイム神経活動を捉えていると考えられた。一方、得られた脊髄内神経活動信号には個人差も多く、この点について注意深い検討が必要と考える。
形の構造的認知と認識

本年度も2回の研究集会を行い、次の発表と討論を行った。1.第1回(9月11日)補完類似度に基づく文字領域の抽出と認識(萩田紀博)接続行列を用いた重なり図形の構造解析法(島谷明)累積淘汰に基づく領域形状デザイン(松山隆司)持続的注視による漢字認識の遅延-ゲシュタルト崩壊現象の分析(行場次朗)2.第2回(12月18日-19日)2次元図形の認識における構造記述法に関する研究(久嶋毅、阿部圭一)両眼視差情報による領域外挿(行場次朗)認知と行動から見た仮想現実空間の特性(林部敬吉)2値画像処理の現状と課題-工学的立場から(つづき)(阿部圭一)出版の可能性と報告書のまとめ方(討論)発表をめぐって活発な討論が行われ、具体的な共同研究にまでは至らなかったものの、各分担者の研究にたいし異なる分野からの貴重な示唆が得られた。研究成果は報告書の形で刊行する予定である。本年度は2回の研究集会を行い、次の発表と討論を行った。1.第1回(12月20日-21日)図地非対称性の解析(喜多伸一)持続的注視によるパターン認知機能の変容(行場次朗)かすれやよごれに強い2値画像認識法(萩田紀博)線図形からの特徴点抽出法の比較評価(門長徳久、阿部圭一)道具の機能のモデル(北橋忠宏)透明性の知覚(大西昇)2.第2回(3月7日-8日)自然言語による画像データベース検索(杉浦博、中谷広正)立体視における運動視差の役割(林部敬吉)視覚モジュールとパターンの記憶(喜多伸一)大脳皮質第1次視野の大規模可塑性について(杉田陽一)物体認知に関する最近の心理学的研究(行場次朗)図形の記述と理解にたいする工学的アプローチ(阿部圭一)いずれも、発表をめぐって活発な討論が行われ、異なる分野の研究者が集まって境界領域を討論する意義が実感され、今後の研究への貴重な助言が得られた。1.第1回(9月11日)補完類似度に基づく文字領域の抽出と認識(萩田紀博)接続行列を用いた重なり図形の構造解析法(島谷明)累積淘汰に基づく領域形状デザイン(松山隆司)接続的注視による漢字認識の遅延-ゲシュタルト崩壊現象の分析(行場次朗)2.第2回(12月18日-19日)2次元図形の認識における構造記述法に関する研究(久嶋毅、阿部圭一)両眼視差情報による領域外挿(行場次朗)認知と行動から見た仮想現実空間の特性(林部敬吉)2値画像処理の現状と課題-工業的立場から(つづき)(阿部圭一)出版の可能性と報告書のまとめ方(討論)発表をめぐって活発な討論が行われ、具体的な共同研究にまでは至らなかったものの、各分担者の研究にたいし異なる分野からの貴重な示唆が得られた。
ナビエ・ストークス方程式および関連する非線形微分方程式の研究

1 2種の合金を熱し液状化したとき2種の合金は2層に分かれる。その様子を表す偏微分方程式をCahn-Hilliardは提案した(1958年)。秩序-無秩序への転移を表す方程式をAllen-Cahn(1977年)は提案した。Eguchi-Oki-Matsumuraはこの二つを同時に表す偏微分方程式系を提案した(1984年)。このEguchi-Oki-Matsumuraによって提案された方程式の解の存在は空間次元が3のとき、A.Tani等によって示された。研究代表者の増田久弥は当該研究期間において、解の漸近挙動、アトラクターの存在、イナーシャル集合の存在などの、この方程式の位相力学的性質を研究し、ギリシャで行われた国際会議で発表した。2効用関数を極大にする極値関数はハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式を満たすが、その解の存在を示すことは困難であり、確率制御問題の懸案の一つである。石村直之はこの問題のひとつである最適投資問題において、極値関数の1階導関数と2階導関数の比を新たな未知関数とおきこの未知関数が満たす偏微分方程式を導くという新しい手法を提案し、この偏微分方程式を解くことにより解の存在を、ナビア・ストークス方程式の研究で用いられる手法をもちいて、示すことに成功した。この未知関数は経済学的にみてもアロウ・プラットの絶対リスク回避度に関連した経済学的に意味のある関数である。2種類の合金でできた流体状の物質が混在している状況を数学的に解析・研究した。この状況を表すモデル方程式はいくつか提案されている。われわれは、Eguchi-Oki-Matsumuraによって提案されたいわゆるEguchi-Oki-Matsumuraモデルといわれている。解の存在は、Kuroki-Tani-Tanakaによって示され、一次元全空間の場合は、石村によって解の漸近挙動が研究されてきた。平成18年度の研究では、EMOモデル方程式をある関数空間の中の流れと考え、力学系としての性質を主として研究した。今年度の結果は、その関数空間のなかのあるコンパクト集合に時間が無限に経過すると指数関数的に近づいていくことを示しえたことである。このEguchi-Oki-Matsumuraによって提案された方程式の解の存在は空間次元が3のとき,A.Tani等によって示された。研究代表者の増田久弥は当該研究期間において,解の漸近挙動,アトラクターの存在,イナーシャル集合の存在などの,この方程式の位相力学的性質を研究し,ギリシャで行われた国際会議で発表した。2効用関数を極大にする極値関数はハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式を満たすが,その解の存在を示すことは困難であり,確率制御問題の懸案の一つである。石村直之はこの問題のひとつである最適投資問題において,極値関数の1階導関数と2階導関数の比を新たな未知関数とおきこの未知関数が満たす偏微分方程式を導くという新しい手法を提案し,この偏微分方程式を解くことにより解の存在を,ナビア・ストークス方程式の研究で用いられる手法をもちいて,示すことに成功した。
隠岐諸島の社会変動に及ぼしたマス・メディアの影響過程

平成6年2-3月、5月、78月と数次にわたる現地調査を実施した。調査対象地は島根県隠岐郡西ノ島町浦郷地区を中心に、必要に応じて西郷町、五箇村、島前中ノ島の海士町も併せて調査対象とした。調査手法は徹底した「聴き取り、面接法」をとり、部落のキ-・パースンから情報収集し、それらを基礎に分析枠組を構想した。これまでおこなった調査研究の内容は(1)隠岐諸島の社会史研究、(2)各研究分担者の研究領域に従い、文化人類学的、社会学的、文化史的、宗教社会学的な研究をおしすすめてきた。具体的には、(1)隠岐の近代化の進行の中で、マスコミ情報の与えてきた影響とともに近代以降の第三次産業の発展、とりわけ観光産業の振興は隠岐の発展と産業化に影響を与えてきたが、とくに若者人口の流出(向都現象)に典型的にみられる人口流出の増加とともに観光客の流入増などが全体としての人的交流の著るしい増加を結果した。とくに観光地化にともなう隠岐社会の変動の分析をおこなった。(2)隠岐の過疎化対策としての若者宿の新築と地域振興に及ぼす効果の測定、町起こし運動としての隠岐全国トライアル大会」の町の活性化に及ぼした影響と効果分析。(3)隠岐諸島の種々の祭札や宗教的行事の社会的機能を宗教社会学的、文化人類学的な観点から明らかにすること。(4)町村合併にともなう部落組織の変容、及び便益の配分をめぐる政治的勢力関係の分析、(5)明治維新時の文化変動ともいうべき宗教改革(廃仏毀釈)の影響、以上のような問題意識にもとづき研究をすすめてきた。そして研究成果の一部として、越智、小坂、斗鬼、阿南の共著として「隠岐諸島の社会変動に及ぼした諸要因-隠岐郡西ノ島町の調査研究ノートから-」を著わした。この論文は江戸川大学紀要「情報と社会」NO.5.1995.(2月20発行)に発表された。(13-35頁。)平成5年7月8月、及び平成6年2月3月と数次にわたる現地調査を実施した。調査対象地は主に島根県隠岐郡西ノ島町浦郷地区に定めたが、必要に応じて島後の西郷地区も併せて調査の対象とした。まず情報提供者への面接、及び公立図書館教育委員会等々において情報を収集し、また必要な文献リストを作成した。そして研究代表者、及び研究分担者は各自の研究テーマに沿って現地調査をおこなった。これまでに施行してきた調査研究の内容は、(1)研究代表者の担当するもので、本研究の全体にかかわる隠岐諸島の社会史的研究(文献調査研究を含む)、(2)研究分担者の研究領域に従い、文化人類学的、社会学的、文化史的、宗教学的な研究が試みられてきたが、具体的には(a)隠岐諸島の歴史的展開の中で、産業化、宗教変動、過疎化などの社会現象の調査とその解析。(b)隠岐の近代化の進行の中で、マスコミ情報の与えてきた影響とともに、近代以降の第3次産業の発展、とりわけ観光サービス業の進展と隠岐汽船会社の果した役割、(c)町村合併に伴う学区制、及び町内会(二部落会)組織の変容、(d)隠岐の過疎化対策と「若者宿」新築の効果測定、及び若者組織(青年団)が中心となっての「村おこし、町おこし」運動としての隠岐トライアル全国大会が果たした活性化の評価、(e)明治維新時の文化大変動ともいうべき宗教改革(=神仏稀釈)の社会史的、文化史的意義。以上のデータ、資料はコンピュータによるデータ処理、画像処理がおこなわれ、また過去の研究成果を、データベースに入力することにより、本研究をより促進させるねらいがある。予算配分もこれらの研究計画を視野におさめたものとなっている。

そして研究成果の一部として、越智、小坂、斗鬼、阿南の共著として「隠岐諸島の社会変動に及ぼした諸要因-隠岐郡西ノ島町の調査研究ノートから-」を著わした。この論文は江戸川大学紀要「情報と社会」NO.5.1995.(2月20発行)に発表された。(13-35頁。)
ネットワークコンテンツの特性を生かした画像内容検索に関する研究

インターネット上のWebとして提供されるコンテンツから画像情報を検索する際に、これまで考慮されていなかったWebページ間のハイパーリンクの情報を活用することを目指した。まず、Webリンク構造のうち、特に画像の関わるものについてその性質を調べた。その結果、画像アンカーとなっているものでリンク先画像のサムネイルとなっているものや、リンクを持たず縦長横長や小さな画像は、通常検索対象とされない画像であることがわかった。これらをWeb上で効率的に識別するための方法は、従来提案されてこなかったが、Webサーバに機能拡張を施すことで、無駄なトラフィックを生まず、短いレスポンスタイムで検索処理を行うことが可能となる協調型Webアーキテクチャを提案し、試作システムを構築した。本アーキテクチャ上では、Webサーバ同士が協調して動作することによって、ネットワークコンテンツのもつ非同期性や不整合を回避したデータベースの構築が可能となる。また、この試作システム上で、サムネイル画像を識別して検索を行うモデル検索アルゴリズムを実装し、動作を確認した。本アルゴリズムは、サーバを拡張してリンクされているコンテンツの情報を得られるようにした上で、同一画像かどうかを識別するアルゴリズムと複合させることでサムネイルであるかどうかを判断する。さらに、検索適合度の順位付けに際して、多次元空間における困難さの解決法として人間の自然な選好関係を用いた減数的パレート順位を提案した。これらを統合したシステムについては今後の課題である。インターネットのWebとして提供されるコンテンツから画像情報を検索する際に、これまで考慮されていなかったWebページ間のハイパーリンクの情報を活用することを目指す、本年度は、Web上のリンク構造情報を効率よく取得するための方式の基盤的実装と、画像情報のリンク構造に着目したWeb情報空間での存在についての情報収集を行い、次のような成果を得た。Webリンク空間の構造を取得するためには、従来はあらゆるWebコンテンツに対して実際にアクセスを行い、情報を取得しなければならなかった。しかし、情報量の小さなテキストであればそれほどの負担とはならないまでも、検索のために画像情報をすべて収集するのは非現実的である。そこで、リンク情報や画像の特徴量などをサーバ側で抽出、処理を行うモデルを提案し、これを実装しつつある。また、このシステムにおいて、ネットワークコンテンツ特有の統一的管理主体の不在や非同期的更新といった状況に対応するため、ハイパーリンクに対する論理接続を実現するために更新通知機構を実装した。Web空間の画像情報を大量に収集している。これらの関係を統計的に解析する準備を行った。来年度はその特性を解析する予定である。また、多様な感性をもとに行われる画像検索では、どの様な特徴量を重視するかということも重要な課題であり、従来よりもあいまいな特徴量間の優先順位程度でも全順序関係を確立できる減数的パレート順位を提案した。本方式は、人問の自然な選好関係を数学的に定義したものである。
自己縮小画像コードブックとファジィ推論に基づく実時間映像拡大処理システムの開発

本研究の目的は,映像を実時間で鮮明に拡大することのできるシステムを構築することである.ここでは,画像の局所エッジパターンを考慮した階層型事前定義コードブックを用いた新しい画像拡大アルゴリズムを開発し,そのハードウェアシステムをFPGA(FieldProgrammable Gate Array)を用いて構築した.その結果,実時間で鮮明な拡大映像を得ることの出来るシステムを実現した.本研究の目的は,映像を実時間で鮮明に拡大することのできるシステムを構築することである.ここでは,画像の局所エッジパターンを考慮した階層型事前定義コードブックを用いた新しい画像拡大アルゴリズムを開発し,そのハードウェアシステムをFPGA(FieldProgrammable Gate Array)を用いて構築した.その結果,実時間で鮮明な拡大映像を得ることの出来るシステムを実現した.本研究の目的は,任意画像を任意倍率で,かつ高速で高品質な拡大画像を得ることの出来る実時間映像拡大処理システムの開発である.その実現には,(1)画像拡大アルゴリズムの適正化と高速化(2)適確な局所エッジパターンの抽出(3)コードブックとファジィ推論等の応用方法の検討(4)ハードウェア化する為の適正な回路設計である.本年度は,上記の研究を具体化する全体像を考察し,その中で重要な要素である高画質で高速な画像拡大アルゴリズムを主に検討してきた.特に,高速画像拡大処理を行うにあたり,ハードウェア化は必須条件であるが,ソフトウェア上での手法をそのままハードウェア化することは大変な困難を要するが,この問題点を検証している.本研究の目的は,任意画像を任意倍率で,かつ高速で高品質な拡大画像を得ることの出来る実時間映像拡大処理システムの開発である.その実現には,(1)画像拡大アルゴリズムの適正化と高速化(2)適確な局所エッジパターンの抽出(3)コードブックとファジィ推論等の応用方法の検討(4)ハードウェア化する為の適正な回路設計である.本年度は,上記の研究を具体化する全体像を考察し,その中で重要な要素である高画質で高速な画像拡大アルゴリズムを主に検討してきた.さらに,上記のアルゴリズムを基に,引続き高速化の為にFPGAボード等を用い,ハードウェアに適した研究開発を行い良好な結果を得た.特に,高速画像拡大処理を行うにあたり,ハードウェア化は必須条件であるが,ソフトウェア上での手法をそのままハードウェア化することは大変な困難を要するが,この問題点を検証評価する.過去2年間の研究において,自己縮小画像コードブックとファジィ推論に基づく映像拡大アルゴリズムを確立して来た。これをより高速処理(実時間処理)するためにはFPGA等のハードウェア化と,それに対応するアルゴリズムの構築が不可欠である.それを実現することを目的として当該年度は,次の様なハードウェア化を行い実時間処理を可能とした.高精細な画像拡大処理において,拡大時に失われた高周波成分を推定する必要があり,これまでに,局所的なエッジパターンに対する低周波成分と高周波成分の関連を予めコードブックとして事前定義しておき,新たに入力された被拡大画像に適用することで高精細な画像拡大が達成できることを提案した.しかしながら,ソフトウェア処理では演算量が膨大で実時間処理が不可能である.本年度は,コードブックを階層構造へ配置することで演算量を削減し,さらに,FPGA実装することで動画像の実時間処理達成を実現した.階層型コードブックでは,変更前の画像拡大と比較して,画像劣化無しに演算量を約40分の1へと削減でき,また,超並列構造とパイプライン処理を併用したデジタルアーキテクチャのFPGA実装により,VGAサイズの画像を約54fpsの速度で処理できた.これはソフトウェア処理と比較して約1300倍の高速化を実現可能とした.