hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
投票外参加の日米比較：確率標本によるインターネット調査を用いた因果推論の精緻化

第二に、アメリカでインターネット調査を実施したことについて、これは平成29年度以降に実施予定だったものであったが、今年度小さい標本規模ではあるものの前倒しで実施することができた。また、例年よりも白熱する共和党予備選挙のタイミングに合わせたため、貴重なデータを得ることができた。したがって、この点については予定以上の進捗が見られたと言える。最後に、リスク態度と投票外参加についての理論的検討を行い、導いた仮説を既存の日本の世論調査データを用いて検証したことについて、これは当初の予定どおりであった。しかし思ったより明確な結果が得られたため、今後の理論的検討が容易になった。以上を総合して、「(2)おおむね順調に進展している」と判断する。平成28年度の成果は主として次の3点に集約される。第一に、日本において確率標本を用いたインターネット調査のパイロット調査第2弾を実施した。今回は、平成27年度のパイロット調査第1弾の結果をふまえて依頼方法、依頼文書、謝金支払いの方法など改善すべき点を改善し、さらに調査票の封入をランダムに行いその効果を見るなど新たな試みを加えた上で、2017年2月4日から2月28日までの期間、京都府、大阪府、兵庫県の近畿3府県から無作為地図抽出によって選ばれた有権者(40人×27地点=1080人)を対象に調査を実施した。また、依頼を行った際の状況(訪問回数、手渡しか、不在による投函かなど)や、住居形態など調査員による調査環境データも収集した。第二に、2016年アメリカ大統領選挙に合わせて、アメリカにおいてインターネット調査を実施した。全米のデモグラフィックに合わせてQualtrics社の登録パネルから、年齢、性別、地域によって選ばれた18歳以上の男女からなる割り当て標本(n=629)に対して調査を行った。調査期間は大統領選挙から約1週間後の2016年11月15日から17日の3日間であった。第三に、リスク受容的態度が投票外参加に対して正の影響を与えるとの研究結果を書籍の1章の形で公表した。これは日本のデータを対象に平成27年度に行った、リスク態度と投票外参加の関係に関する理論的・実証的研究結果をまとめたものである。またこの点について、より厳密に検証するべく今後の実験の枠組みについて検討を行った。研究業績の概要で述べた3つの点に触れつつ、以下、それぞれ到達度について述べる。第一に、研究計画どおり、日本において確率標本を用いたインターネット調査のパイロット調査第2弾を実施したことについて、平成27年度のパイロット調査第一弾で明らかとなった多くの課題(調査協力依頼文書、謝礼の支払い方法、依頼方法等)の改善をそれぞれ行った結果、回収率が大幅に改善された。また調査員による調査環境データを収集しため、調査に参加しなかった対象者についてもある程度データが得られた。
異分野科学データベースからの大量情報統合技術の開発

いくつかの科学の分野で、データの激烈な増大と多様化により、その解析に極めて多くの計算時間や記憶領域などの資源が費やされていることから、本研究では、データの急激な増大に耐えうるスケーラブルなデータ処理基盤を構築することを目的として、広域に分散した多数のデータ資源を一箇所にデータを転送して集約するのではなく、そのままの位置において仮想的に統合された共有ファイルシステムとしてまとめることで、アクセスできる方式を開発した。本方式では、ファイルはグリッド上でグローバルな名前での管理が可能なファイルシステムに格納している。さらに、データアクセスのパターンに応じて、複数のデータベースにまたがるワークフローを作成し、ワークフローをもとにデータ解析を行うことで、従来のWeb上でのデータベース検索インターフェースでは困難だった、多数のデータベースにまたがるデータアクセスのワークフローをベースとした、データ解析処理の方式を開発した。データベース間の、データの表現形式や用語の違いなどは、個別のデータベースごとにデータの持つ意味情報を格納したメタデータで管理し、このメタデータにより複数のデータベースにまたがる半自動的なデータの関連付けを行った。以上の方式に基づくシステムを開発し、公開されているWebサービスを使って実際に情報統合を行ったところ、特に大量のデータ転送を必要とするワークフローにおいて、個別にWebサービスを呼び出して結果を集約する従来の方式と比べて、全体のデータ転送量の削減と処理時間の短縮が見られ、本方式の有効性が確認できた。
関数近似を応用した高速近似アルゴリズム

#P-困難と呼ばれるクラスに属する難問3つについて,高速な近似アルゴリズムである完全多項式時間近似スキーム(FPTAS)を提案した.1つは複数の制約式を持つナップサック多面体の体積,2つ目は幾何双対ナップサック多面体の体積であり,3つ目は閉路を持たない有向グラフ(DAG)で辺の長さが一様ランダムである場合の最長路長さの分布関数である.これら3つは独立した技法もあるが,畳み込み積分の階段近似という部分で共通したテクニックを用いる.これらの内容は論文誌Algorithmicaに掲載されたほか,査読付きの国際会議であるWALCOM2017およびCOCOON2017にて発表済み及び発表予定である.計画の一年目に当たる平成27年度中は、ナップサック多面体の体積に対するFPTASを拡張し、別のチャレンジングな問題に対する解法へつなげることを目的として研究を行い、査読付き国際会議に投稿して論文査読中である。まずOrder Polytopeの体積に対するFPTASを得られるかどうか検討を行ったが、ナップサック多面体とOrder Polytopeの間にあるギャップは当初よりも大きな課題があることに気が付いた。このため、計画にある通り別の#P-困難な問題に対して冒頭のアルゴリズムを拡張することを目指し、次の#P-困難問題に対するFPASを得ることができた。今回考える問題はn次元のcrosspolytopeに対して任意の1点aを加え、その凸包である多面体の体積である。この問題の#P-困難性はKhachiyanによって証明されているが、今回の研究成果として初のFPTASを見つけた。この結果を論文にまとめ、現在のところ論文査読中である。今回の問題となる多面体には名前を提案する文献が見つからなかったため、本報告では「幾何双対ナップサック多面体」と呼ぶことにする。今回見つかったアルゴリズムは、crosspolytopeを等比で縮小したものを点aに向かって無限に並べた階段で近似する手法である。そして、階段の1段の体積を近似計算することによって、幾何双対ナップサック多面体の体積を近似する。この解法を論文にまとめる際に、二つのn次元crosspolytopeが重なる部分の体積を求める問題もまた#P-困難であることが分かり、新たに見つかった#P-困難問題に対してFPTASが存在することも示せた。なお、二つのcrosspolytopeの重なり部分の体積を近似計算するのにナップサック多面体の体積を近似するアルゴリズムとよく似た工夫を用いる。当初目標としたOrder Polytopeの体積の近似には想定したよりも大きな困難があることがわかり、対象とする問題を変更したものの、今まで近似アルゴリズムが知られていなかった#P-困難問題に対し、FPTASを与えて国際会議に論文投稿までできた(現在査読中)。また、国内の研究会ではすでに研究発表を行っている。#P-困難と呼ばれるクラスに属する難問3つについて,完全多項式時間近似スキーム(Fully Polynomial Time Approximation Scheme,FPTAS)という種類の近似アルゴリズムを提案した.一つ目は複数の制約式を持つn次元ナップサック多面体の体積に対する近似アルゴリズムである.この問題は研究期間以前から研究を続けていたものである.n次元ナップサック多面体はn次元ハイパーキューブを一つ或いは複数の超平面で切り取って残る多面体であって,その体積の計算は#P-困難であった.この問題に対し,畳み込み積分の階段近似に基づいた近似アルゴリズムを示し,超平面を定義する制約式の数が定数で抑えられる場合にはFPTASであることを示した.この成果は論文誌Algorithmicaに掲載されている.二つ目は幾何双対ナップサック多面体の体積に関する近似アルゴリズムである.n次元の幾何双対ナップサック多面体はn次元の正軸体ともう一つのn次元の点の凸包として与えられ,この体積の計算も#P-困難であることが知られている.この計算について,幾何双対ナップサック多面体を正軸体の無限列で近似したのち,その正軸体のユニオンの体積を近似計算する近似アルゴリズムを示した.そして,このアルゴリズムはやはりFPTASであることを示した.この成果はまだ査読中であるが,アルゴリズム研究会での発表が山下記念研究賞を受賞した.三つ目は閉路のない有向グラフ(Directed Acyclic Graph,DAG)で辺の長さがランダムな場合の最長路長さに関する問題である.DAGが一つの路である場合には,未知の長さの分布関数が上述のナップサック多面体の体積と一致する.本研究はDAGのパス幅が定数である場合についてFPTASを示し,国際会議WALCOM2017で発表を行った.#P-困難と呼ばれるクラスに属する難問3つについて,高速な近似アルゴリズムである完全多項式時間近似スキーム(FPTAS)を提案した.1つは複数の制約式を持つナップサック多面体の体積,2つ目は幾何双対ナップサック多面体の体積であり,3つ目は閉路を持たない有向グラフ(DAG)で辺の長さが一様ランダムである場合の最長路長さの分布関数である.これら3つは独立した技法もあるが,畳み込み積分の階段近似という部分で共通したテクニックを用いる.これらの内容は論文誌Algorithmicaに掲載されたほか,査読付きの国際会議であるWALCOM2017およびCOCOON2017にて発表済み及び発表予定である.今後は、平成27年度中に得られた研究結果を拡張しつつ、当初計画のOrder Polytopeの体積を近似できる場合について研究を進める。研究結果の拡張としては、crosspolytopeに複数点を追加してその凸包として得られる多面体の体積に対するFPTASを考える。

また、Order Polytopeの体積については、Order Polytopeを定義する有向非巡回グラフのpathwidthが定数kで与えられるときに、その体積をできるだけ高速に近似できるようなアルゴリズムを考える。これらの課題に大きな困難が見つかった場合には、別の#P-困難問題についてFPTASを提案できるかどうか考察を行う。理論計算機科学国内旅費および物品の購入費用の端数として2,316円の次年度使用額が発生した。平成28年度の消耗品の購入に充てる。
ハイブリッド光検出器を使った高速度一分子蛍光観察法の開発

一分子蛍光分光法は、タンパク質の運動を観察し機能を理解するための強力な手法である。しかし、従来の手法では、ミリ秒よりも短い時間領域で起きる現象の検出は不可能だった。本研究では、我々がこれまでに開発してきたラインフォーカス型共焦点顕微鏡にハイブリッド光検出器を組み合わせることで、一分子が発する蛍光信号を10マイクロ秒の時間分解能で10ミリ秒の長さにわたって一分子検出することを可能にした。さらに、開発した装置を使ってBdpAと呼ばれるタンパク質についての高速測定を行い、変性状態のBdpAがさまざまな運動を示していることを明らかにした。開発した手法は、さまざまなタンパク質の研究に応用可能である。1)ラインフォーカス型共焦点顕微鏡を用いた一分子蛍光観察装置の深化:ラインフォーカス型一分子の蛍光観察装置を用いて、タンパク質のフォールディング運動を観察した。プロテインAのBドメインについて、二つのラベル化試料を一分子観察し、サブミリ秒の時間領域で揺らぎ運動を行うことを見いだした。さらに、量子収率の補正方法等、一分子観察実験を行うための数々のノウハウを蓄積した。2)ハイブリッド型フォトダイオード(HPD)とラインフォーカス型共焦点顕微鏡を組み合わせた高時間分解能一分子観測装置の開発:HPDを用いることで、一分子蛍光観察実験の時間分解能を劇的に向上できる可能性がある。実際にHPDを装置に組み込んだところ、10マイクロ秒の時間分解能で10ミリ秒程度の観測時間にて一分子蛍光観察が可能になった。これは、我々の従来の装置の一桁以上の時間分解能の向上と観測時間の数倍の向上に対応する。本装置を用いてプロテインAのBドメインの計測を行ったところ、変性状態の中に多数の副状態が存在し、副状態間の遷移をおこしながら揺らぐ様子が観察された。3)石英製顕微対物レンズを用いた共焦点顕微鏡の背景光の低下:開発した装置は、劇的な時間分解能の向上が期待できることが示されたが、ライン共焦点顕微鏡特有の問題として、背景光が強いことが問題であることがわかった。また、背景光の主要因が顕微レンズによる自家蛍光であることがわかった。そのため、自家蛍光が少ない石英製顕微レンズを用いて背景光の低下を図った。メーカーのデモ品を用いたテストでは、従来の顕微レンズを使った場合に比べて、背景光が数分の一に低下することがわかった。これにより、さらに装置の時間分解能の向上が期待できる。一分子蛍光分光法は、タンパク質の多彩な機能を解明するための強力な手段である。本申請研究は、申請者が見いだした新しい測定原理に最適化した新しい一分子観測装置を開発することで、時間分解能を10マイクロ秒以内に向上させることを目的に計画した。本研究のために、ハイブリッド光検出器(HPD)と呼ばれる新しい光検出器を導入し、これと申請者が開発してきたライン型共焦点顕微鏡を組み合わせた。これにより、予定通り一分子から発する蛍光を高時間分解能で長時間観測することが可能になった。一方で、ライン型光学系を使用したことによる欠点として、背景光による信号のノイズが大きいことが問題となった。この背景光の原因を探ったところ、顕微レンズの自家蛍光によることが判明した。そのため、蛍光の少ない石英式光学系を導入したところ、背景光が大きく減少したものの、一方で、蛍光の色収差の影響が大きくなり、二色分光が困難になった。そのため、石英レンズの使用を諦め、パルスレーザー励起を用いることで背景光の低減を狙った。しかし、レーザーの強度が不十分であり、やはり十分なS/Nのデータが得られなかった。最終的に、従来型の顕微レンズを用い、背景光が比較的小さくできる程度の励起光強度での観測を行うことで、一分子蛍光測定がようやく可能になった。装置をつかった最初の応用例として、プロテインAのBドメインを用いて、一分子蛍光観測を行った。その結果、これまで観測が難しかった変性状態におけるタンパク質の運動を初めて観測することが可能になった。現在、これまでに得られたデータの論文発表に向けて全力で取り組んでいる。上記に説明した通り、本研究は想定以上の進展を示している。特に、石英製顕微対物レンズを用いることで、装置の背景光レベルを低下させることで、驚くほどのデータの質の向上が図られた。これは想定しなかった進展であり、注意深い実験の工夫から生まれたものである。生物物理次年度は、石英製顕微対物レンズを用いたシステムによるデータ取得に集中して取り組み、装置のデモンストレーションとしての論文化を目指す。さらに、高繰り返しピコ秒パルスレーザーと組み合わせることで、蛍光フォトンを一個づつ時分割計測し、一分子レベルで蛍光寿命測定を行う実験を可能にする。また、装置を用いた蛍光相関測定を可能にする。
日本における学校化社会の形成過程―教育制度の社会史の視点から

この研究は、学校化社会の形成に向けての学校受容の過程の解明を目的とした。そのために、1930年代から高度成長期までを一つながりのスパンとして時期区分して、収集した関連資料を整理し、資料集と研究書を刊行した。さらに、学校化社会を中心的、周辺的部分に分け把握しその構造をとらえるための検討を行った。すなわち、中心的部分の変動として、学校から得た知識をそれほど重視しなかった農村共同体における学力問題に注目して論考を示した。他方、周辺的部分として学校化社会の周縁を様々なレベルで設定し、そこに位置した諸学校に検討を加え今後の検討のためのドラフトを完成させた。さらに学校の戦後史についての時期区分を行った。本研究は、日本における学校の受容の時期とその条件や進行の有り様を解明することを目的とする。既にこれまでの研究で、小学校の定着に伴う課題や初等後教育機関の拡大などの分析を通して、1930年代がその起点に当たることを仮説的に示してきた。本研究ではその仮説をその後の歴史的な展開の中に位置づけ、1930年代から高度成長期までを一つながりのスパンとして10代が就学の対象として包摂される過程を学校化社会の一つの指標とし、学校受容化の過程の検討を加える。その際、教育制度の社会史という方法を用い教育の内側を描き、日本の学校システムの歴史的定着の特質を明らかにしようとするものである。平成25年度は、学校化社会への過程の検討を広汎に視野を広げながら、かつこれまで収集してきた資料の整理をふまえながら進めた。平成24年度刊行した資料集の成果を批判的に検討することで全体の位置づけを検討し直した。並行して、この研究自体を日本の人間形成の変容の動向と重ねて把握するための基礎的な教育学や関連諸科学のカテゴリーの検討を集約的に進めた。その結果、一条校をコアとした学校システムの周辺に注目し、こんにちまでをスパンを広げながら、研究協力者とともに人間形成と学校に関する基礎資料を収集しその整理をおこなった。歴史過程に注目し、地域社会における学校の成立の基盤という問題を捉えるための事例の探索、資料の収集を継続し、周辺の学校として検討を深めていけるものとして、専門高校、定時制高校、夜間中学校の検討を進めた。さらに奄美島嶼部の学校史料(聞き書き)を継続した。1、産業構造と学校・職安・労働市場との関連に着目したミクロレベルの研究の一環として基礎的な資料の収集、整理を実施した。2、広く人間形成と学校に関する資料収集を行った。その成果を踏まえながら資料に即した研究状況と位置づけを示し、あわせて資料解題も含めた論集をまとめた。今後の研究の基礎資料としての整理をおこなった。3、兵庫県但東町の学校研究を教育実践と卒業進路に注目して進めた。東井義雄を軸として二つの成果を示した。一つは東井の学級の卒業生の調査をおこない、1950年代の兵庫の中山間地区の進路動向の実態を聞き書き調査を踏まえてその一端を明らかにした。もう一つはこんにちまでにいたる眺望のもと学校化社会への移行のキーパースンとして東井の位置づけをおこなった。なお、調査予定者が事情で動けず倉岡愛穂調査は実施できなかった。4、有効な事例地の検討をふまえ周縁地として徳之島、奄美大島・加計呂麻島調査を行い、当地の学校創設から高度成長期にかけての学校の状況について調査を実施した。さらに東北の地域として被災地で廃校になった宮城県東松島の成瀬第二中学校や浜市小学校の基礎的な調査をおこなった。5、社会との関係を意図的に断ち切りながら学校教育を自律的に作り上げようとした実践者の代表として斉藤喜博の実証研究の準備を行った。その一環として教育論叢ならびに瀬川頼太郎の検討を進めた。1930年代から高度成長期までを一つながりのスパンとして、10代が就学の対象として包摂される経過を学校化社会の一つの指標とし、学校受容化の過程の検討を加える。その際、教育制度の社会史という方法を用いて教育の内側を描き、日本の学校システムの歴史的定着の特質を明かにしようとするものである。2013年度に続き、一条校をコアとした学校システムにおいてその周辺に位置するとおもわれる学校に注目し、こんにちにまでをスパンを広げながら、研究協力者とともに人間形成と学校に関する基礎資料を収集しその整理をおこなった。その際、歴史過程に注目し、地域社会における学校の成立の基盤という問題を捉えるための事例の探索、資料の収集を継続し、周辺の学校として検討を深めていけるものとして、専門高校、定時制高校、夜間中学校の検討を進めた。またコアの学校の定着については東井義雄研究として報告した。

2014年度の最大の成果の一つは、夜間中学校や朝鮮学校、定時制学校、専門高校さらに奄美島嶼部研究などを中心にこれまで収集した資料の整理を進め、これらの検討を踏まえながらこんにちまでを含めた仮説的な展開の時期区分を意識した報告書をつくりあげたことである。同時に、学校化社会を支える人間形成の特色を捉えるために、全体を整理する人間形成論上の理論的な整理を新たな課題としてきた。この間、教育学のみならず、近隣諸科学の動向や成果を踏まえたカテゴリーの整理と検討を進めてきたが、2014年度にその成果を反映したテキストの刊行を行った。教育学・教育史平成25年度の最大の成果の一つは、これまでの資料の整理を進めこれの検討をふまえながら、他方、学校における人間形成の展開についての分析の枠組み研究を進める事でこんにちまでを含めた仮説的な展開の時期区分をつくりあげたことである。それにともない、資料のありようや担当者の事情も勘案しながらであるが、夜間中学校や朝鮮学校、定時制学校、専門高校などの検討を進め、位置づけを定めることができた。他方、軍との関係や東北の地域研究は平成25年度においては担当者や資料の問題などで修正にはいった。平成25年度の具体的な検討は次のようである。1産業構造と学校・職安・労働市場との関連に着目したミクロレベルの研究の一環として基礎的な資料の収集、整理を引き続き実施した。2学校システムの周辺部に注目し、広く人間形成と学校に関する資料収集を行った。研究協力者の研究をふまえて専門高校、定時制高校、夜間中学校、夜間中学校を中心に検討を行った。日青協や青年学級などの資料の検討も行った。3兵庫県但東町の東井義雄の学級の卒業生に注目した検討をふまえながら学校化社会への移行のキーパースンとして東井実践の位置づけをおこなった。4有効な事例地の検討をふまえ周縁地として奄美大島の1950年代を中心とした聞き書きを実施した。高度成長期にかけての学校の状況について調査を実施した。5学校の教育実践を成り立たせる基盤として人間形成におけるケアの問題に焦点を当てて理論的な検討を総合的に行い、事例分析の上での枠組みの基礎を作り上げた。6これまでの学校研究や調査の知見をふまえて学校資料論を鹿児島大学教育学部主催の講演会で報告した。本研究は、日本における学校の受容の時期とその条件や進行の有り様を解明することを目的とする。既にこれまでの研究で、小学校の定着に伴う課題や初等後教育機関の拡大などの分析を通して、1930年代がその起点に当たることを仮説的に示してきた。本研究ではその仮説をその後の歴史的な展開の中に位置づけ、1930年代から高度成長期までを一つながりのスパンとして10代が就学の対象として包摂される過程を学校化社会の一つの指標とし、学校受容化の過程について検討を加える。その際、教育制度の社会史という方法を用い教育の内側を描き、日本の学校システムの歴史的定着の特質を明かにしようとするものである。研究実績の概要に示したように、初年度として研究を進める上での基盤を整備し、人間形成と学校に関する基礎資料を収集しその整理をおこなうと同時に、学校方式の展開過程や地域と学校との関係、社会と学校の連関といった観点から研究協力者とともに論集を刊行した。
ルーメンプロトゾアのリジン合成酵素遺伝子の解析

ルーメンプロトゾアの遺伝子解析は未踏で、予期せぬ諸問題発生のため、研究計画は大幅に遅れたが、結果は、確実に遺伝子解析まで到達し、Entodinium caudatumのリジン合成酵素遺伝子(lysA)の塩基配列を部分的ながら世界で初めて決めた。この成果は、今後の同プロトゾアの遺伝子解析の基礎となるもので、きわめて意義深いと考える。まず、初年度の最初に問題になった点はmRNA作成時のプロトゾアの由来である。アノトバイオート培養由来のものはmRNA量が少な過ぎて、cDNAの作成には使えなかった。完全無虫山羊のルーメンに同プロトゾアのみを接種したモノフォーネート山羊からのものはmRNA量が多量であった。cDNAライブラリー作成後は、まず、リジン要求E.coli変異株によりスクリーニングを行った。その結果、一度は、計画通りに進み、スクリーニングができたかに思えたが、途中で変異株が明確な反応を示さなくなり、時間的なこともあり、再検討すべき懸案とした。また、一般的なプロトゾア(繊毛虫)は、終止コドンの使い方が他の生物と異なることもあり、ルーメンプロトゾア(繊毛虫)がその例外とは必ずしも言えないので、当初計画のホモロガスプローブ法でも試した。すなわち、E.coli,Corynebacterium glutamicumなどの細菌間でホモロジーの高いlysAジーンの塩基配列部分を合成し、これをディゴキシゲニンでラベルしてプローブとした。その配列は、5'TTAAATCTTGGAGGCGGATTC3'である。これによりcDNAライブラリーからポジティブプラークを検出できた。このクローンをプラスミドに変換し、チェーンターミネーター法により塩基配列を決定中である。これまでに、ルーメン繊毛虫は、他と違い(Euplotesと同様)、終止コドンとしてTAAを使っていることが分かった。また、Euplotesでは、TGAがシステインを認識するが、E.caudatumでは、ユニバーサルなTGCがシステインを認識していると考えられた。平成5年度は、ルーメンプロトゾア発見150年目でもあり、また、ルーメンプロトゾアの遺伝子解析に世界で初めて筆者らが本格的に着手した年でもあり、記念すべき年となった。さて、平成5年度の研究計画・方法に記した通りに研究を進めたが、アノトバイオート培養しているEntodinium caudatumのmRNA量が100ng/gプロトゾア程度ときわめて低いことが分かり、そのために、cDNAライブラリー作製に要するmRNA量(5mug)がなかなか得られず、研究が少し遅れ、まだcDNAが作製できていない。他方、牛及び山羊のルーメン内容物から集めた混合プロトゾアからは、平均でそれぞれ、300及び50mug/gプロトゾアにも及ぶ多量のmRNAが得られることが分かった。そこで、mRNAを十分に含む虫体が得られるように、計画を少し変更して、山羊のルーメンからプロトゾアを完全に除去した後、これにE.caudatumのみを接種し、現在、in vivoでこの種を増殖させている。現在10^6/ml近くまで虫体密度が上がっているので、間もなくこのプロトゾアを用いてmRNAの精製を行う予定である。そして、当初計画通りcDNAライブラリーが作製できると考えている。すなわち、E.coliの培養に要するクリーンベンチ、安全キャビネット及び恒温振盪培養機が平成5年度の本研究予算で購入できたので、実際にこれを使用して混合プロトゾアからcDNAライブラリーをすでに作製できたからである。

平成5年度は、上記の他、すでに購入済みのDNAシンセサイザーを用いて予定通りバクテリアのlysAジーンの塩基配列のうちの共通性の高い領域のオリゴヌクレオチドの合成を試み、それらをうまく合成できることを確認した。このように平成5年度は必要な基礎技術を一通り確立した。平成6年度は、平成5年度の遅れを取り戻し、さらに、当初の目的である塩基配列の決定までもっていくように鋭意努力した。第一段階として、実施計画に記したように、山羊ルーメン内で増殖させているEntodinium caudatum約5mlを集め、それからキットISOGEN(日本ジーン社)により全RNAを集めた(64.8mg/ml)。続いて、Poly(A) QuickKit Push Columns (Stratagene社)により真核生物すなわち、この場合、ルーメンバクテリアのRNAを含まないE.caudatumのmRNAのみを集めた。結果的に、E.caudatum 1ml当たり124μgのmRNAを得ることができた。また、RNAの電気泳動でもはっきりとmRNAのバンドを確認できた。ちなみに、混合プロトゾアからは153μgを得た。次に、得られたmRNAよりZAP-cDNA Synthesis kit(Stratagene社)を用いて、cDNAを合成した。これをλZAPIIファージベクターに連結し、cDNAライブラリーとした。これをX-galの入った培地にE.coliとともに塗布し、青白判別によりlac Z遺伝子にcDNAが挿入されたかどうかを確認した結果、多くのコロニーが白色を示したので、cDNAライブラリーが確実に作成されていることが明らかになった。続いて、lysAジーンのスクリーニングの段階となり、検討した結果、当初予定のホモロ-ガスな方法では、経費の割に失敗も多いことを知り、バクテリアの先例に倣い、lysAジーンをもたないE,coli変異株にcDNAを挿入したプラスミド(pBluescript)を導入し、形質転換をさせ、リジンを含まない培地での増殖性によって判定する方法に変更することにしたので、変異株の購入などに時間を要している。その間、スクリーニングの容易なアミラーゼとキチナーゼ遺伝子をスクリーニングし、遺伝子の存在を確認した。平成7年度は、上記の方法で、あるいは他の方法も駆使し、cDNA中のlysAジーンの塩基配列を決めたい。平成7年度は、前年度までに作成したcDNAライブラリーからlysAジーンのスクリーニングを行った。スクリーニング法は変更して、まず、バクテリアの先例に倣い、lysAジーンをもたないE.coli変異株にcDNAを挿入したプラスミド(pBluescript)を導入し、形質転換をさせ、リジンの代わりにジアミノピメリン酸を添加した培地での増殖性によって判定する方法に変更することにした。その結果、一度は、計画通りに進み、スクリーニングができたかに思えたが、途中で変異株が明確な反応を示さなくなってしまった。
関節運動の生体力学的解析

1.三次元空間内の位置と姿勢(6自由度)を検出する磁気センサシステム市販されている.ソ-スコイルが誘起する10kHzの時分割3軸直交磁界を、センサコイルが検出して電流に変え,その大きさから方程式を解くことにより,ソ-スコイルに対するセンサコイルの相対空間座標と回転角度が計測される.複数のセンサコイルを体肢に装着し,それらから得られる相対空間座標と回転角度をパ-ソナルコンピュ-タで処理し,関節の回転角及び変化を求めて表示するシステムを開発した.2.関節に関係する筋の筋力を求めるには,力を発生している筋を筋電図によって調べ,繰り返し計算を行ってエネルギ-あるいは合成力を最小にする筋力配分を推定する方法が,現在のところ最も有効であろうという結論を得た.3.肩複合体の関節運動を調べるために,磁気センサによる三次元位置計測装置と筋電図計測装置とをパ-ソナルコンピュ-タにより結合して,同時に位置と筋電図を計測する装置を開発した.この装置により,次のことが明らかになった.前方挙上及び外転運動において,上肢の挙上角度が増すにつれ,三角筋前方・中部・後方線維の筋活動電位は漸増する.僧帽筋上部線維の活動も増加するが,被験者により増加のパタ-ンが異なった.水平屈曲・水平伸展運動では,最大屈曲位から伸展した場合,三角筋中部・後方線維,上腕二頭筋及び棘上筋の筋活動が伸展とともに増加し,棘下筋のそれは減少した.三角筋前方繊維に関しては増加する場合と減少する場合とがあった.投球動作時の測定も行い,熟練者と非熟練者とでは回旋量に差が生じることを見いだした.4.三次元回転運動を記述する方法として,ジャイロスコピック・オイラ-系が一般に用いられている.関節運動の回旋角を記述するために,オイラ-角の一つを用いることが従来提唱されていたが,この方法では,コッドマンのパラドックスに代表されるような矛盾が生ずる.そこで回旋角の定義をΔ_o=〓Ω_xdt,Ω_x=-φ^^,sinθ+ψ^^, (Δ_oは回旋角,φ,θ,ψはオイラ-角)で与え,この定義が矛盾を生ぜず,また,直感的な回旋角を良く表現できることを示した.さらに,上肢のような多関節系の回旋を記述するために,相対回旋角の定義も与えた.5.瞬間中心計測の誤差解析を行って次の結論を得た.計測精度を向上させるためには,(1)位置検出用の標点群の重心と瞬間中心とをなるべく一致させる,(2)標点群の回転半径をなるべく大きくする,(3)標点の数をなるべく多くする,(4)サンプリング間隔をなるべく大きくする.これらの条件は実施にあたって困難なものがあるので,トレ-ドオフを考慮しつつ実現可能な実験条件を設定した.測定誤差の要因は,(1)光半導体型位置計測装置の誤差(カメラのレンズ歪及び半導体受光面の不均一性による系統的誤差と雑音による不規則誤差),(2)矢状面とカメラの光軸とが直交しないことによる誤差,(3)測定対象の瞬間中心に無関係な動きである.実験装置を改良し系統的誤差の補正を加え,平滑化しつつ微分演算を行う新しい瞬間中心算出式を用いて誤差の軽減を図り,瞬間中心を理論的に求められる4節リンクモデルによって誤差を実測したところ,±3mm程度となった.顎関節の開閉運動時の瞬間中心を計測し,開口時と閉口時の瞬間中心の軌跡のパタ-ンが相当に異なること,また同一条件下でも軌跡が運動毎に変化することを明らかにした.1.三次元空間内の位置と姿勢(6自由度)を検出する磁気センサシステム市販されている.ソ-スコイルが誘起する10kHzの時分割3軸直交磁界を、センサコイルが検出して電流に変え,その大きさから方程式を解くことにより,ソ-スコイルに対するセンサコイルの相対空間座標と回転角度が計測される.複数のセンサコイルを体肢に装着し,それらから得られる相対空間座標と回転角度をパ-ソナルコンピュ-タで処理し,関節の回転角及び変化を求めて表示するシステムを開発した.2.関節に関係する筋の筋力を求めるには,力を発生している筋を筋電図によって調べ,繰り返し計算を行ってエネルギ-あるいは合成力を最小にする筋力配分を推定する方法が,現在のところ最も有効であろうという結論を得た.3.肩複合体の関節運動を調べるために,磁気センサによる三次元位置計測装置と筋電図計測装置とをパ-ソナルコンピュ-タにより結合して,同時に位置と筋電図を計測する装置を開発した.この装置により,次のことが明らかになった.前方挙上及び外転運動において,上肢の挙上角度が増すにつれ,三角筋前方・中部・後方線維の筋活動電位は漸増する.僧帽筋上部線維の活動も増加するが,被験者により増加のパタ-ンが異なった.水平屈曲・水平伸展運動では,最大屈曲位から伸展した場合,三角筋中部・後方線維,上腕二頭筋及び棘上筋の筋活動が伸展とともに増加し,棘下筋のそれは減少した.三角筋前方繊維に関しては増加する場合と減少する場合とがあった.

投球動作時の測定も行い,熟練者と非熟練者とでは回旋量に差が生じることを見いだした.4.三次元回転運動を記述する方法として,ジャイロスコピック・オイラ-系が一般に用いられている.関節運動の回旋角を記述するために,オイラ-角の一つを用いることが従来提唱されていたが,この方法では,コッドマンのパラドックスに代表されるような矛盾が生ずる.そこで回旋角の定義をΔ_o=〓Ω_xdt,Ω_x=-φ^^,sinθ+ψ^^, (Δ_oは回旋角,φ,θ,ψはオイラ-角)で与え,この定義が矛盾を生ぜず,また,直感的な回旋角を良く表現できることを示した.さらに,上肢のような多関節系の回旋を記述するために,相対回旋角の定義も与えた.5.瞬間中心計測の誤差解析を行って次の結論を得た.計測精度を向上させるためには,(1)位置検出用の標点群の重心と瞬間中心とをなるべく一致させる,(2)標点群の回転半径をなるべく大きくする,(3)標点の数をなるべく多くする,(4)サンプリング間隔をなるべく大きくする.これらの条件は実施にあたって困難なものがあるので,トレ-ドオフを考慮しつつ実現可能な実験条件を設定した.測定誤差の要因は,(1)光半導体型位置計測装置の誤差(カメラのレンズ歪及び半導体受光面の不均一性による系統的誤差と雑音による不規則誤差),(2)矢状面とカメラの光軸とが直交しないことによる誤差,(3)測定対象の瞬間中心に無関係な動きである.実験装置を改良し系統的誤差の補正を加え,平滑化しつつ微分演算を行う新しい瞬間中心算出式を用いて誤差の軽減を図り,瞬間中心を理論的に求められる4節リンクモデルによって誤差を実測したところ,±3mm程度となった.顎関節の開閉運動時の瞬間中心を計測し,開口時と閉口時の瞬間中心の軌跡のパタ-ンが相当に異なること,また同一条件下でも軌跡が運動毎に変化することを明らかにした.
単結晶Siと赤外線透過ポリマの界面架橋結合による高機能フレネルレンズの超精密成形

車載ナイトビジョン装置や夜間防犯カメラ,サーモグラフィなどの赤外線光学デバイスの開発において高精度の薄型フレネルレンズが強く求められている.本研究では,精密プレス成形によって厚さ数十数百ミクロンの高密度ポリエチレン(HDPE)薄肉層と単結晶Siウエハの界面に強固な架橋結合を形成させると同時に,HDPE表面に微細フレネル形状を転写させることによって,厚さ<1mmの薄型複合レンズの高速製造を可能にすることを目的としている.H30年度では,Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化を行った.(1)Si/HDPE界面架橋結合の実現と制御因子の特定:複合レンズを切断し,その断面の走査型電子顕微鏡観察により,界面架橋結合の構造と形態を明らかにした.また,異なる条件でプレス実験を行い,架橋結合変化の制御因子(成形温度,圧力,表面粗さなど)を特定した.これにより,接着剤が不要で強固な界面接合を実現した.(2)HDPEの微視的な流動特性の解明:HDPE層が薄いため,フレネルレンズ成形時は表面回折構造によって微視的な流動現象が非常に複雑になる.そこで,有限要素法によりHDPEの塑性流動のシミュレーションを行い,断面観察結果と比較することで不完全転写の原因を特定した.(3)成形条件の最適化:試作金型を用いて成形実験を行い,成形温度・圧力,加熱・冷却速度,保持時間およびプリフォーム形状を変化させて,成形したフレネルレンズの微細溝の転写性および表面粗さの変化について調査した.また,顕微レーザラマン分光法を用いて表面応力や変質有無の計測や確認を行った.これらの成果は今後のレンズ性能向上に大きく寄与するものであると考えられる.H30年度では,Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化を行った結果,界面架橋結合の実現と制御因子の特定,HDPEの微視的な流動特性の解明そして成形条件の最適化が実現できた.研究は全体的に順調に推移しており,得られた成果は今後のレンズ性能向上に大きく寄与するものであると考えられる.H31年度では,これまでの成果を踏まえて,レンズの形状計測,光学性能評価ならびに赤外線装置への搭載を予定している.これにより本技術の実用化に向けての技術課題を特定し,プロセスの安定化と金型の長寿命化を目指していく予定である.車載ナイトビジョン装置や夜間防犯カメラ,サーモグラフィなどの赤外線光学デバイスの開発において高精度の薄型フレネルレンズが強く求められている.本研究では,精密プレス成形によって厚さ数十数百ミクロンの高密度ポリエチレン(HDPE)薄肉層と単結晶Siウエハの界面に強固な架橋結合を形成させると同時に,HDPE表面に微細フレネル形状を転写させることによって,厚さ<1mmの薄型複合レンズの高速製造を可能にすることを目的としている.H29年度では,Si/HDPE複合レンズの光学設計と成形金型について以下の項目を実施した.(1)複合レンズ設計と光学特性シミュレーション:Siウエハ表面にHDPE薄肉層を結合させた複合フレネルレンズの形状と寸法を設計し,透過率と屈折率に基づいてHDPE厚さと形状(曲率,ゾーン深さなど)を決定した.そして,光学設計ソフトウエアを用いてレンズの光学伝達関数のシミュレーションを行い,レンズ形状の最適化を行った.さらに,レンズ全体の結合強度が向上し,外部からの衝撃を緩和できるようにHDPE薄肉層がSi基板を内包するレンズ構造を使用した.(2)金型の超精密切削加工と離型膜の形成:HDPE厚膜の形成とフレネル構造の転写の2段階で成形を行った.成形金型を製作するため,アルミに対して単結晶ダイヤモンドバイトによる超精密切削を行い,フレネル構造を形成させた.その時,バリ形成を抑制するために刃先形状や切取り厚さの最適化を行い,ナノレベルの表面粗さを達成した.(3)真空成形を可能にするためのプレス機改造:成形時のレンズ頂点部あるいはコーナー部のガス溜まりはレンズの光学性能に対して大きな影響を与えるので,真空環境でプレス成形が必要であった.ガス溜まり現象を完全に抑制するため,真空成形を行えるよう精密プレス成形装置に真空ポンプを搭載し改造を行った.H29年度では,Si/HDPE複合レンズの光学設計を行い,十分な光学性能が実現できることを確認した.また,成形金型についてその実際の製作工程を検討し,必要な加工条件の解明などについて成果が得られており,本研究はほぼ順調に進んでいる.車載ナイトビジョン装置や夜間防犯カメラ,サーモグラフィなどの赤外線光学デバイスの開発において高精度の薄型フレネルレンズが強く求められている.本研究では,精密プレス成形によって厚さ数十数百ミクロンの高密度ポリエチレン(HDPE)薄肉層と単結晶Siウエハの界面に強固な架橋結合を形成させると同時に,HDPE表面に微細フレネル形状を転写させることによって,厚さ<1mmの薄型複合レンズの高速製造を可能にすることを目的としている.H30年度では,Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化を行った.(1)Si/HDPE界面架橋結合の実現と制御因子の特定:複合レンズを切断し,その断面の走査型電子顕微鏡観察により,界面架橋結合の構造と形態を明らかにした.また,異なる条件でプレス実験を行い,架橋結合変化の制御因子(成形温度,圧力,表面粗さなど)を特定した.これにより,接着剤が不要で強固な界面接合を実現した.(2)HDPEの微視的な流動特性の解明:HDPE層が薄いため,フレネルレンズ成形時は表面回折構造によって微視的な流動現象が非常に複雑になる.

そこで,有限要素法によりHDPEの塑性流動のシミュレーションを行い,断面観察結果と比較することで不完全転写の原因を特定した.(3)成形条件の最適化:試作金型を用いて成形実験を行い,成形温度・圧力,加熱・冷却速度,保持時間およびプリフォーム形状を変化させて,成形したフレネルレンズの微細溝の転写性および表面粗さの変化について調査した.また,顕微レーザラマン分光法を用いて表面応力や変質有無の計測や確認を行った.これらの成果は今後のレンズ性能向上に大きく寄与するものであると考えられる.H30年度では,Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化を行った結果,界面架橋結合の実現と制御因子の特定,HDPEの微視的な流動特性の解明そして成形条件の最適化が実現できた.研究は全体的に順調に推移しており,得られた成果は今後のレンズ性能向上に大きく寄与するものであると考えられる.H30年度では,これまでの光学設計および金型準備の成果を踏まえて,Si/HDPE界面架橋結合の実現とその制御因子の特定や,Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化などを行っていく予定である.H31年度では,これまでの成果を踏まえて,レンズの形状計測,光学性能評価ならびに赤外線装置への搭載を予定している.これにより本技術の実用化に向けての技術課題を特定し,プロセスの安定化と金型の長寿命化を目指していく予定である.
生体形状認識のための学習機能を有する有限要素神経回路網と知能撮像デバイスの研究

本研究は,この物理空間型ニューラルネットワークの一つのアプリケーションとして展開された.従って,物理空間型ニューロを機能性素子開発という究極的な技術的課題解決の方法論のベースとしていち早く適用を試みたところが本研究の独創的な点である.また,本研究が研究の基盤となるニューロ技術の開発者が行っているので今後の研究の発展過程においてBEMやCSMなどの新たな空間型ニューロを開発し適応していくことも可能である。物理空間型ニューロとして提案された有限要素神経回路網は,要素節点が感覚細胞に対応可能であること,回路網がボルツマンマシンの形式に類似していることから,回路網に網膜領域,記憶領域,興奮領域に任意に分割できるなどの性質が明かとなり,更に,記憶領域が学習機能を持つことが示された段階で,機能性素子が要求する情報処理機能を満たしていることから機能性撮像ディバイスの試作が将来有望視される.本研究は,この最新のAI技術として位置づけられる物理空間型ニューラルネットワークと撮像ディバイスを組合せ,植物体などを認識する機能を備えた機能性撮像ディバイスの開発を将来可能とするための基礎研究を行うことを目的とした.本研究で取り上げた具体的な研究課題を次に示す.1.物理空間型ニューラルネットワークアルゴリズムの改良(1)カルマンフィルタの共分散誤差係数の初期値設定法を明らかにした.(2)感覚細胞・刺激細胞・興奮細胞などに対応する空間離散モデルをFEMを用いて計算速度・収束性の向上を図った.2.撮像ディバイスを物理空間型ニューラルネットワークとハード的に結合した機能性撮像ディバイスの試作をする場合に必要な最適アルゴリズムの検討をした.3.植物形状認識を中心に学習性能や認識機能についての検討をした.本研究は,この物理空間型ニューラルネットワークの一つのアプリケーションとして展開された.従って,物理空間型ニューロを機能性素子開発という究極的な技術的課題解決の方法論のベースとしていち早く適用を試みたところが本研究の独創的な点である.また,本研究が研究の基盤となるニューロ技術の開発者が行っているので今後の研究の発展過程においてBEMやCSMなどの新たな空間型ニューロを開発し適応していくことも可能である。物理空間型ニューロとして提案された有限要素神経回路網は,要素節点が感覚細胞に対応可能であること,回路網がボルツマンマシンの形式に類似していることから,回路網に網膜領域,記憶領域,興奮領域に任意に分割できるなどの性質が明かとなり,更に,記憶領域が学習機能を持つことが示された段階で,機能性素子が要求する情報処理機能を満たしていることから機能性撮像ディバイスの試作が将来有望視される.本研究は,この最新のAI技術として位置づけられる物理空間型ニューラルネットワークと撮像ディバイスを組合せ,植物体などを認識する機能を備えた機能性撮像ディバイスの開発を将来可能とするための基礎研究を行うことを目的とした.本研究で取り上げた具体的な研究課題を次に示す.1.物理空間型ニューラルネットワークアルゴリズムの改良(1)カルマンフィルタの共分散誤差係数の初期値設定法を明らかにした.(2)感覚細胞・刺激細胞・興奮細胞などに対応する空間離散モデルをFEMを用いて計算速度・収束性の向上を図った.2.撮像ディバイスを物理空間型ニューラルネットワークとハード的に結合した機能性撮像ディバイスの試作をする場合に必要な最適アルゴリズムの検討をした.3.植物形状認識を中心に学習性能や認識機能についての検討をした.バイオセンサーなど外部情報をセンサー自体がある程度の情報処理をして次段へ出力する機能性素子の開発が様々な分野で試みられている。1991年6月の第7回ファジィシステムシンポジウム(名古屋)において初めて物理空間型ニューラルネットワークの概念が紹介され、機能性素子の開発に貢献し得る概念であることが明らかにされた。本研究は、この最新のAI技術として位置づけられる物理空間型ニューラルネットワークと撮像ディバイスを組合せ、植物体などを認識する機能を備えた機能性撮像ディバイスの基礎研究を行うことを目的とする。本年度はまず信頼性の高いNDPフォートランを用いて物理空間型ニューラルネットワークの基本アルゴリズムを開発した。特に、従来のバイナリ入力対応のアルゴリズムからアナログ入力に対応するアルゴリズムを加えることと支配方程式を従来のポアソン方程式に加え拡散、振動など時間依存型方程式の導入も試みた。また、有限要素法を用いることによる線形性の回避策として、従来の多層型ニューラルネットワークとの組合せを行うことにより非線形な入出力も扱える有限要素神経回路網を開発した。さらに、トランスピュータ上でCコンパイラを用いて物理空間型ニューラルネットワーク、フレームメモリーアクセスなどのソフトウェウシステムをパソコンベースでニューロ計算機としてチューニングした。この研究によりソフトウェア上の画像認識実験を実行することができ機能性デバイス開発の基礎データを得ることができた。また、外部センサーとして個体撮像素子あるいはPSDアレイの利用で画像データのセンシングシステムをニーロ計算機に接続することでシステム全体として機能性撮像ディバイスとして動作させた。或は、特定の画像認識タスクには総てをアナログ演算回路のみで対応可能であり機能性素子としての基礎研究と位置づけた試みも行った。1991年6月の第7回ファジィシステムシンポジウム(名古屋)において初めて物理空間型ニューラルネットワークの概念が紹介され,機能性素子の開発に貢献し得る概念であることが明らかにされた.物理空間型ニューラルネットワークの概念は有限要素法という極めて信頼性の高い計算アルゴリズムを適用してニューロ学習が可能である.AI分野で物理空間型ニューラルネットワークの概念についてはこの有限要素神経回路網に関するものが唯一である.

本研究は,この物理空間型ニューラルネットワークの一つのアプリケーションとして展開される.従って,物理空間型ニューロを機能性素子開発という究極的な技術的課題解決の方法論のベースとしていち早く適用を試みたところが本研究の独創的な点である.また,本研究が研究の基礎となるニューロ技術の開発者が行っているので今後の研究の発展過程においてBEMやCSMなどの新たな空間型ニューロを開発して適応していくことも可能である.物理空間型ニューロとして提案された有限要素神経回路網は,要素節点が感覚細胞に対応可能であること,回路網がボルツマンマシンの形式に類似していることから,回路網に網膜領域,記憶領域,興奮領域に任意に分割できるなどの性質が明かとなり,更に,記憶領域が学習機能を持つことが示された段階で,機能性素子が要求する情報処理機能を満たしていることから機能性撮像ディバイスの試作が将来有望視される.本研究は,この最新のAI技術として位置づけられる物理空間型ニューラルネットワークと撮像ディバイスを組合せ,植物体などを認識する機能を備えた機能性撮像ディバイスの開発を将来可能とするための基礎研究を行うことを目的とした.本研究で取り上げた具体的な研究課題を次に示す.【.encircled1.】物理空間型ニューラルネットワークアルゴリズムの改良1.カルマンフィルタの共分散誤差係数の初期値設定法を明らかにした.2.感覚細胞・刺激細胞・興奮細胞などに対応する空間離散モデルをFEMを用いて計算速度・収束性の向上を図った.【.encircled2.】撮像ディバイスを物理空間型ニューラルネットワークとハード的に結合した機能性撮像ディバイスの試作をする場合に必要な最適アルゴリズムの検討をした.【.encircled3.】植物形状などの形状認識を中心に学習性能や認識機能についての検討をした.