hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オゾンによるイネの不稔性誘導遺伝子座の同定と新たな収量低下機構の解明

本研究では、将来のアジア地域の食糧問題を改善するため、オゾン濃度上昇による収量低下が著しいインディカ型イネを対象に、オゾン暴露による新たなイネの収量低下メカニズムの解明を目的とした。また、ジャポニカイネはオゾンにより収量は低下しにくいが、米の品質が低下することが示唆されたため、国内産品種の米品質に及ぼすオゾンの影響、さらに地球温暖化の進行時に危惧される気温とオゾン濃度が同時に上昇した条件下における米の品質影響について解明することも目的とした。インディカ品種カサラス、ジャポニカ品種コシヒカリおよびコシヒカリ染色体の一部をカサラスに置き換えた染色体断片置換系統群を用いてオゾン暴露試験を行い、各系統を収穫後、収量および収量構成要素を調査した。3年間の暴露試験結果を用いて量的形質遺伝子座(QTL)解析を行い、2年以上共通して検出される収量に関与する遺伝子座を同定した結果、第6染色体短腕上に精籾重等のオゾンによる低下に関するQTLがあると推定された。また、第3染色体短腕にオゾンによる登熟歩合の低下に関するQTLが座上することが推定された。現在、同領域に存在する既知の収量に関与する遺伝子発現量のオゾンによる変化を解析中であり、これらのQTL領域に存在する原因遺伝子の特定により、オゾン濃度上昇時でも収量が低下しにくいイネの育成に貢献できると考えられる。次に、気温とオゾン濃度上昇の複合ストレスが国内産米17品種の外観品質に与える影響の品種間差異について解析した。単独のオゾン暴露または加温条件下でのオゾン暴露により多くの品種の白未熟粒が増加し、主に北日本で栽培される品種は感受性の高いことが明らかになった。また、白未熟粒の発生に対して、オゾンと気温との間に有意な相乗効果が認められる品種も多く、気温とオゾンが同時に上昇する条件において、米の白未熟粒発生が一層深刻な問題になることが危惧される。28年度が最終年度であるため、記入しない。アジアの発展途上国において大気汚染物質であるオゾン濃度は今後もさらに上昇すると予測され、作物の生育や収量への影響が懸念される。インディカイネはオゾン濃度上昇による収量低下が著しいが、そのメカニズムは未だ解明されていない。本研究ではインディカ品種を対象に、染色体断片置換系統群(CSSLs)を用いた量的形質遺伝子座(QTL)解析により、オゾン暴露による新たなイネの収量低下メカニズムの解明を目的とした。インディカ品種カサラスのオゾンによる収量低下要因を調査したところ、総籾数の減少と登熟歩合の低下が大きな要因であった。登熟歩合の低下のうち、約80%が不稔によるものであり、胚乳の発育停止の割合は少なかった。ジャポニカ品種コシヒカリでは不稔と胚乳発育停止の割合は半々であったことから、カサラスの生殖器官に対するオゾンの直接的影響は大きいことが示唆された。コシヒカリ/カサラス交配由来CSSLsを用いて収量についてのQTL解析を行った結果、第5染色体の後方にオゾン暴露によって顕著に影響を受ける領域が存在した。さらに、その領域は、総籾数においてもオゾンによる影響を受けていたことから、同領域にオゾンによる収量の低下に関与する遺伝子座が存在しており、その収量低下は総籾数の減少が主要因であることが示唆された。これは先行研究とは異なるQTL領域であり、カサラスでは新規な遺伝子の作用により、収量の低下が生じることが示唆された。一方、オゾンの米の品質低下に及ぼす影響については、詳細な報告はほとんどない。我々は、オゾン添加区のコシヒカリ玄米において、未熟粒の増加、特に乳白粒が3倍以上増加することを発見した。さらに、オゾン添加区の乳白米断面の走査型電子顕微鏡観察の結果、アミロプラスト間の空隙や異形なアミロプラストが多数見られ、オゾンによりデンプン集積に異常が生じていることが示された。本研究では、オゾン濃度上昇による収量低下が著しいインディカ品種を対象に、染色体断片置換系統群(CSSLs)を用いた量的形質遺伝子座(QTL)解析により、オゾン暴露による新たなイネの収量低下メカニズムの解明を目的とした。本年度は、1)コシヒカリ、カサラス、およびコシヒカリ/カサラス由来のCSSLs39系統についてのオゾン暴露試験を行い、前年度の結果の再現性を確認した。その結果、2年間の試験で共通して検出される穂長・登熟歩合・精籾数等のオゾンによる変化に関する3つの遺伝子座が見出された。2)目的遺伝子の位置をより詳細に特定するため、1年目の調査で同定された第5染色体後方にあるQTL保持系統、2年目の調査で同定された第6染色体中央付近にあるQTL保持系統とコシヒカリとの戻し交雑をそれぞれ行った。DNAマーカーを用いて、戻し交雑の成功が確認された個体について、現在育成中である。3)玄米の外観品質に与えるオゾンの影響を調査した結果、オゾン処理されたコシヒカリにおいて乳白粒の割合が著しく増加していた。この乳白粒増加の原因として、オゾンによデンプン合成酵素の一種でアミロペクチン長鎖の伸長に関与するSSIIIa遺伝子の発現量が低下し、これがアミロペクチンの伸長を抑制し、結果としてデンプン粒が充填不足になることが示された。

以上の成果は、国内外の学会で発表され、品質に関する論文は国際学会誌に受理された。今年度の研究成果により、(1)穂長・登熟歩合・精籾数等のオゾンによる変化に関する3つの遺伝子座を同定したこと、(2)ジャポニカ系統のコシヒカリにおいて、オゾンにより玄米品質の低下が見られ、その要因としてデンプン蓄積の異常が関与していること、を見いだした。申請時における研究目的であるオゾンによる収量への影響研究は順調に進んでおり、今年度作成した戻し交雑系統の作成が進めば関与する遺伝子の同定も可能であると考えられる。さらにオゾンによる玄米品質への影響へも研究が発展しており、その研究内容が投稿論文として出版され、当初の研究計画を超えた研究成果が出ている。このままのペースで研究を進捗する事が出来れば大きな成果が得られる事が期待できる。本研究では、将来のアジア地域の食糧問題を改善するため、オゾン濃度上昇による収量低下が著しいインディカ型イネを対象に、オゾン暴露による新たなイネの収量低下メカニズムの解明を目的とした。また、ジャポニカイネはオゾンにより収量は低下しにくいが、米の品質が低下することが示唆されたため、国内産品種の米品質に及ぼすオゾンの影響、さらに地球温暖化の進行時に危惧される気温とオゾン濃度が同時に上昇した条件下における米の品質影響について解明することも目的とした。インディカ品種カサラス、ジャポニカ品種コシヒカリおよびコシヒカリ染色体の一部をカサラスに置き換えた染色体断片置換系統群を用いてオゾン暴露試験を行い、各系統を収穫後、収量および収量構成要素を調査した。3年間の暴露試験結果を用いて量的形質遺伝子座(QTL)解析を行い、2年以上共通して検出される収量に関与する遺伝子座を同定した結果、第6染色体短腕上に精籾重等のオゾンによる低下に関するQTLがあると推定された。また、第3染色体短腕にオゾンによる登熟歩合の低下に関するQTLが座上することが推定された。現在、同領域に存在する既知の収量に関与する遺伝子発現量のオゾンによる変化を解析中であり、これらのQTL領域に存在する原因遺伝子の特定により、オゾン濃度上昇時でも収量が低下しにくいイネの育成に貢献できると考えられる。次に、気温とオゾン濃度上昇の複合ストレスが国内産米17品種の外観品質に与える影響の品種間差異について解析した。単独のオゾン暴露または加温条件下でのオゾン暴露により多くの品種の白未熟粒が増加し、主に北日本で栽培される品種は感受性の高いことが明らかになった。また、白未熟粒の発生に対して、オゾンと気温との間に有意な相乗効果が認められる品種も多く、気温とオゾンが同時に上昇する条件において、米の白未熟粒発生が一層深刻な問題になることが危惧される。当初の目的通り今年度の研究成果として、(1)インディカイネのカサラスではオゾンにより収量が低下し、その主要因は総籾数の減少と不稔の増加であること、(2)第5染色体後方にオゾンによる収量低下に関与する新たな遺伝子座が存在すること、を明らかにすることができた。さらに、(3)ジャポニカ品種コシヒカリにおいて、オゾンにより玄米品質の低下が見られ、その要因としてデンプン蓄積の異常が関与していることを見いだした、など当初の計画を超えた成果を得ることができているため。今後は、1)カサラス・コシヒカリさらに、これまでに検出されたオゾンによる収量低下に関与するQTL保持系統のオゾン暴露試験を行い、幼穂や穎花、葯等を採取する。
ポルフィリンJ会合体の階層構造形成と光電子機能の時空間制御

1.プロトン化TSPPのJ会合体とH会合体の形成制御本研究では、あらかじめアニオン性ポルフィリン(TSPP)とカチオン性ポルフィリン(TMPyPまたはTAPP)を静電的に会合させ、その後に酸を加えることで、ブロトン化したフリーベースポルフィリンのH会合体を生成させた。TSPP-TMPyP会合体では僅かにJ会合体も生成するが、TSPP-TAPP会合体ではH会合体のみを選択的に生成することに成功した。2.水溶性置換基をもたない種々のフリーベースポルフィリンのJ会合体形成ポルフィリンの周辺置換基として、水溶性置換基をもたないフリーベースポルフィリンのJ会合体形成を検討した。フリーベースポルフィリンの塩化メチレン溶液に硫酸水溶液を滴下すると、塩化メチレンと水の界面に不溶性のポルフィリンJ会合体薄膜が生成することが明らかとなった。このJ会合体の薄膜は、ガラス基板上にすくいとることができる。どのJ会合体も、ソーレ帯とQ帯のそれぞれに対応し大きく長波長シフトしたJ吸収帯を示すが、ソーレ帯のJ吸収帯がほぼ480nm付近に現れるのに対し、Q帯のJ吸収帯はmcso位置換基に依存し650nmから760nmまでの広い範囲に現れる。一方、meso位フェニル基の3,5位や2,6位に置換基を持つポルフィリンの場合、ほとんどJ会合体は形成されなかった。これは、立体障害によるものと考えられる。これらのJ会合体の場合、プロトン化してカチオンになったポルフィリン環の対イオンは硫酸アニオンであり、ポルフィリンJ会合体の形成に必要な静電的安定化は、分子内のアニオン性置換基である必要はないことを示している。
識別関数の動的構築とその応用に関する研究

本研究では、与えられた少数例題から対象パターンの識別関数を構築するための学習方式の確立を目的として研究を行った。このために、まず、高精度、高速識別関数の構成について検討を行った。複雑な識別方式を使用すれば、識別能力は向上するものの、必要な学習データ数は膨大なものとなり、十分な学習データが得られない場合は高信頼度の識別関数が得られない。また、複雑な識別方式の場合、識別に要する計算時間も増大する難点がある。本研究では、このような問題点を解決するために、階層型識別関数構築方式を提案した。これは単純ではあるが高速な識別方式と、複雑で識別能力は高いものの計算時間が掛かる識別方式を階層型に組み合わせるものである。このとき、少数例題からの識別関数構築の観点からは、後段の識別関数はできるだけ少数パラメータで実現できることが望ましい。そこで本研究ではRBF(Gaussian)カーネルに基づくSVMのsupport vector集合の中からごく少量のデータ点をサンプリングすることにより、元のSVMをより少ないRBFで近似する近似SW法を提案し、その能力を検証した。また、近似SVM構築手法に対し、boostingに基づく学習手法を適用した場合の少数RBFによる識別関数学習方式を提案した。boostingに基づく手法の場合、SVMより多様な関数を選択することが可能になるため、RBFと同等またはそれ以上の識別能力を持ち、より高速な識別関数が構築可能であることを示した。次いで、少数データから動的に識別関数を構築するための手法として、仮想例題の構築に基づく手法を検討した。識別関数の構築には多数の学習データが必要であり、与えられた例題が少ない場合は、仮想的に生成したデータを用いることが考えられる。ここでは与えられた学習パターンに種々の変換を加えて仮想例題を生成し、それを用いて学習を高度化する手法を提案しその効果を検証した。本研究の目的は、例題からの学習手法を適用して、信頼度の高い識別関数を少数サンプルから動的に構築するための手法を確立することである。H15年度は、画像情報特に自然情景中の文字パターンを主たる対象として、RBFを識別関数として用い、高速・高精度な識別関数の動的構築手法に関する以下の研究を行い、その有効性を確認した。・仮想例題作成による識別能力の向上与えられた対象を識別する2分識別関数を学習するためには十分な学習サンプルが必要になる。通常このとき非対象オブジェクトは対象オブジェクトよりもさらに多種多様であり、効果的なデータの提供が重要になる。本研究では、非対象オブジェクトの出現確率を考慮した学習データへの重み付けと、鏡像を用いた仮想データ生成による学習データ増強手法を検討し、提案手法により識別能力の向上が見られることを確認した。・スパース化による識別関数の高速化本研究では識別関数としてはRBFを用い、学習方式としてはSVM(support vector machine)を用いている。これは良好な識別能力は有するものの、得られた識別関数は評価に時間を要する(遅い)という欠点がある。今年度は得られたsupport vector集合の中からk-means法を用いてごく少量のデータ点をサンプリングすることにより、さらにスパースなデータ集合を得て、これによって構築されるRBFの係数を元のSVMとの出力誤差を元データ上で評価した値が最小になるように決定する手法を考案した。文字パターン識別実験の結果、本手法によって識別能力はほぼ同等で識別速度は25倍以上の識別関数が得られることを確認した。・Boostingに基づくサンプリングによる識別関数の構築上に述べた識別関数高速化をboostingを用いて実現するために、RBFの選択手法、データへの重み付け手法を考案し、文字パターン識別問題に適用した。

実験の結果SVMを介して最適化を行う手法と同程度以上の識別能力と計算量を有するRBFの構築が可能であることを確認した。本研究の目的は、例題からの学習手法により信頼度の高い識別関数を少数サンプルから動的に構築するための手法を確立することである。今年度は、引き続き自然情景中の文字パターンの識別を対象とすると共に、新たに3D物体(車)認識、及びデータの動的構築に基づく学習手法に関する研究を行い、手法の改良、有効性の確認を実施した。・boostingを用いた識別関数の構築の高度化と3D物体認識(画像からの車検出)への応用昨年度の研究において、boostingによる少数RBFを用いた識別関数の構築の研究を実施した。今年度は、さらに画像のHaar Waveletを用いたスパース化によって得られる多次元ベクトル中の単一成分のみに基づく単純な識別関数を用いたboostingにより、認識速度を大幅に改善できることを実験により確認した。またこの手法を3D物体(車)検出問題に適用し、有効性を確認した。・動的仮想データ構築に基づく学習手法の検討昨年度の研究において文字パターンの識別を対象として、鏡像パターンの生成などに基づく仮想データを用いた学習の有効性の検証を行った。しかしながら、この仮想データ生成手法は入力画像に対するアフィン変換に基づいていたため、現実に得られるパターンの多様性に十分対応できないという限界があった。そこで今年度の研究においては文字データを構築するサンプル点の筆順を表す時系列データ(座標系列)が得られることを仮定し、この座標系列毎にアフィン変換を施すことでより多様な仮想データ生成を行った。本研究ではSVMを学習アルゴリズムとして用いたが、この場合、サポートベクター以外のデータは追加しても識別関数の構築に効果はない。そこで、本研究では実際に学習に用いるデータを元データから得られたSVMの出力値を用いて限定することにより、より少ないデータで十分な識別能力が得られる可能性があることを検証した。
観光まちづくりと地域振興に寄与する人材育成のための観光学理論の構築

なぜいま「観光人材育成のための理論」が必要とされるのだろうか。観光には様々なアクターが関係する。観光業界では、人材育成に関するノウハウや「考え方」「マネジメントに関する理論」などが蓄積されており、いま改めて「理論」を必要としているわけではない。必要とされているのは、従来とは異なる観光の新たな領域での人材育成に関する理論である。求められているのは、単なるマネジメント系の理論ではなく、これまで直接的には観光産業に関係してこなかった「産・官・学・民」の人材が、グローバルな観光の潮流と同時にローカルな観光実践に対処する、「世界的な観光現象に対処するローカルな人々」にとって必要な観光学理論である。7月26日(金)17:00より金武・堀野・岡本・橋本・森の5名と科研アルバイトスタッフの山田の6名で本科研共同研究でどのようなことをイメージしているか、着地点についての最初の議論を行い、共同で調査地を選定し、理解を共有することを確認し、9月22日から「九州ツーリズム大学」の現地調査をおこなうことにした。9月22日9月24日九州熊本県小国町にて「九州ツーリズム大学」について堀野・遠藤・橋本・森・山田の5名で調査を行った。「まなびやの里」事務局長江藤理一郎氏の説明を聞き、現地調査をおこなった。他に豊後高田総務課課長藤重深雪氏から田染の「荘園の里」に関する説明を受けた。12月1日(土)には、全国の観光系大学における観光人材育成の教育内容を山田香織(香川大学に新規採用)より、調査結果の説明があった。その中から、松本大学の事例、阪南大学の事例が顕著であることが明らかになり、今後調整をして、2大学から講師を呼び、それぞれの「大学における地域・観光人材育成の課題と展望」について報告をしてもらうことにした。2014年2月15日14:00より、松本大学福島明美講師より「地域づくり工房『ゆめ』の活動について」、阪南大学国際観光学部松村嘉久教授より「阪南大学における観光人材育成と地域での活動について」の報告を受ける。このシンポジウムについて、観光学術学会の広報で聴講を呼びかけ、メンバー以外にも公開をした。研究会、シンポジウム、調査についてはすべて報告書を作成している。金武は青森県山内丸山遺跡におけるボランティアガイドの調査をおこない、岡本は北海道札幌における地下街の町おこしと2014年度の共同調査の準備的調査をおこなった。また、橋本は香川県直島におけるアートによる町おこしの調査をおこなった。平成26年度は、7月5日(土)に京都文教大学での「観光学術学会第3回研究大会」において、「『産官学民の連携に基づく観光人材育成』に関する理論の構築に向けて」というフォーラムを開催した。講師には立教大学豊田由貴夫教授、阪南大学吉兼秀夫教授、北海道大学敷田麻実教授、京都文教大学森正美教授、コメンテーターに和歌山大学廣岡裕一教授を迎えて、それぞれの大学や地域における観光人材育成に関する教育とその理論的な試みについての講演をしていただき、その後議論を行った。また、8月29日には北海道にメンバー6名で訪問し、「北の観光リーダー養成セミナー」修了生9名に集まっていただき、セミナーの目的と意義、そして実際の様子についての聞き取りと、修了生が参加している「きたかん.net」についての聞き取りを行った。翌30日には敷田教授の研究室で、観光人材育成についての質疑応答を行った。また、中間報告書(A4で145頁の冊子)を150部作成し、関係者の間で配布し、今後の理論展開のために参考に出来るようにした。第1部が観光学術学会第3回フォーラムの4名の発表とコメントの内容を原稿に起こした4論文と1コメント、第2部が2014年2月15日に松本大学福島明美講師の「地域づくり工房「ゆめ」」に関する講演と質疑応答(18頁)、阪南大学松村嘉久教授の「地域におけるゼミ生の活動」に関する講演と質疑応答(17頁)のまとめである。第3部は2013年9月の「九州ツーリズム大学」について江藤理一郎事務局長の説明と質疑応答(17頁)と、2014年8月に訪問した先の北海道での聞き取りとディスカッションの内容をまとめたものである。今後の理論構築に関する貴重な材料を提供してくれる報告書となっている。(1)2015年4月、三部構成の中間報告書(A4版145頁)を出版した。第一部は2014年7月5日に「観光学術学会第3回大会フォーラム」として「『産官学民の連携に基づく観光人材育成』に関する理論の構築に向けて」と題して開催したシンポジウムの発表者4人の発表内容を掲載した。第二部は事例報告として招聘講師の松本大学福島明美、阪南大学松村嘉久両氏による大学における人材育成活動についての報告を掲載し、第三部は調査報告として「九州ツーリズム大学」「北の観光リーダー養成セミナー」について掲載した。(2)2015年と2016年を研究成果をまとめる年度として位置づけており、研究分担者と研究協力者による発表を行っている。まずはじめに、12015年4月26日にキャンパスプラザ京都の京都文教大学サテライトキャンパスにおいて、研究代表者橋本和也が「産官学民の連携に基づく観光人材育成のための理論の構築に向けて」を発表した。29月27日(於キャンパスプラザ京都)に、研究分担者金武創が「県観光計画における観光人材育成」を、同じく分担者遠藤英樹が「大学における「観光学理論」はどこにむかうべきなのか?」と題する発表をした。

312月20日(於奈良県立大学)に、分担者堀野正人が「観光まちづくりの人材育成に関する観光研究上の視座(仮)」を、同じく分担者片山明久が「創造型観光における観光教育ー地域連携学生プロジェクトの活動からー」と題する発表を行った。42016年3月20日(於キャンパスプラザ京都)に、研究協力者山本暁美が「アートによる持続的な地域活性化を目指してー地域振興に寄与する観光人材育成を考えるー」を、同じく協力者山田香織が「アートプロジェクト活動と地域振興の親和性に関する調査研究から観光まちづくり人材育成について考える」と題する発表を行った。研究活動の進捗状況は計画通りに進行している。予想以上の進展としては、研究会の講師として来ていただいた先生方とその後も会う機会があり、発表以後の様子を知ることが出来たことである。松本大学の福島明美先生は退職された後、全国のまちづくり人材研修の講師として活躍され、京都文教大学での宇治市職員の研修に来訪した。阪南大学の松村嘉久先生からは、その後の新今宮地区での活動について教えていただいた。北海道大学の敷田麻実先生には「北の観光リーダー養成セミナー」の調査時に再会し、研究室を訪問して話を聞くことが出来た。3年目の2015年度からは研究者全員による研究会をはじめた。当初の計画通り、「観光人材育成」に関する研究を研究分担者全員が発表を続けている。それのみならず予想以上の進展として、本科研研究に興味をもった研究協力者が研究会に参加し、自ら発表もし、当初計画していた以上の成果が得られている。とくに「越後妻有の大地の芸術祭」「瀬戸内芸術祭」などのアートプロジェクト活動と地域振興における観光人材育成について貴重な知見を得ることが出来たことは、当初の計画以上に進展していると評価出来る。2016年度が最終年度にあたり、2016年4月16日に奈良県立大学にて2人の発表をおこなった。岡本健「産官学連携の中の観光教育に必要な要素とは?」と、森正美「観光まちづくり人材を人類学的手法で育てる意義ー世代を超えた取り組みの模索ー」という2つの発表をおこなった。第2回研究会は9月24日に京都文教大学伏見大手筋サテライトキャンパスにおいて、1.発表滋野浩毅「観光まちづくり人材としてのファシリテーターの役割」についてと、2.最終報告書作成のための打ち合わせ(司会橋本和也)をおこなった。最終報告書は、2017年3月に出版された。内容は以下の通りである。第1部<<観光人材育成の背景>>I章堀野正人「観光まちづくり論の変遷における人材育成の位置づけー経営・政策志向を相対化する研究視角の必要性ー」(産・官・学・民)。第2部<<「観光人材育成」の動向と展望>> II章遠藤英樹「大学における「観光学理論」はどこに向かうべきなのか?」(学)III章金武創「県観光計画における観光人材育成」(官)。第3部<<実践事例報告>> IV章山田香織「サイト・スペシフィック・アートプロジェクトから観光人材育成について考えるー地方開催の芸術祭における運営体制に注目してー」(産・官・民)V章片山明久「創造型観光における観光教育ー地域連携学生プロジェクトの活動からー」(学・民)VI章滋野浩毅「観光まちづくり人材としてのファシリテーターの役割」(産・学・民・官)。
知識アレイネットワークによる脚移動ロボットの行動進化の実現

「基本的動作の制御のみを与えれば自律的・適応的に大規模・複雑な動作を器用に実行できる知能ロボット」の実現を目指した方法論である知的合成動作制御法を,多脚歩行ロボットサッカーにおけるシュート行動実現問題に適用して「知識アレイネットワークに基づくロボットの行動進化法」の有効性・発展性を示すことを目的とした.具体的には4脚歩行ロボットTITAN-VIIIによる「ボールに近づきシュートする」行動を知的合成動作制御法に基づいて進化的に実現し,手法の有効性・発展性を検証した.シュート行動を知的合成動作制御法の行動進化手法に基づいて単純な動作から進化的に実現さた.まず関節の回転Joint-Rotationを基底動作とし,最適動作合成を繰り返すことによりPTP動作,脚を振るSwing-Leg動作,一歩前進するStep動作,ボールへ近づくApproach動作,ボールを蹴るKick動作と漸次進化させ,最終的にShoot動作を実現した.最適化のための実機動作試行回数を減らすため一部パラメータを固定し,運動学シミュレーションと遺伝的アルゴリズムによる予備的最適化を併用し,可調整制御パラメータを最適化して各動作の知識アレイを構成した,これを階層的に接続して構成した知識アレイネットワークを用いて,ボール位置を与えると適応的に準最適シュート行動が実現できることを確認した.また,ロボットの行動学習・進化を研究し,行動を定量的に評価するために,ロボット行動の「複雑度」,「難易度」等を定量的に評価する指標としていくつかの指標を導入した.上述のロボットサッカーのシュート行動に適用することによって,導入した指標の妥当性を確認すると共に,効果的な行動学習法の指針を検討した.更に知的合成動作制御法の適応的大規模システム最適化手法としての特徴を明らかにすることで,ロボットの行動の効率的学習・進化ばかりでなく,広く大規模工学システムの進化的設計に応用できる手法で有望であることを示した.「基本的動作の制御のみを与えれば自律的・適応的に大規模・複雑な動作を器用に実行できる知能ロボット」の実現を目指した方法論である知的合成動作制御法を,多脚歩行ロボットサッカーにおけるシュート行動実現問題に適用して「知識アレイネットワークに基づくロボットの行動進化法」の有効性・発展性を示すことを目的とした.具体的には4脚歩行ロボットTITAN-VIIIによる「ボールに近づきシュートする」行動を知的合成動作制御法に基づいて進化的に実現し,手法の有効性・発展性を検証した.シュート行動を知的合成動作制御法の行動進化手法に基づいて単純な動作から進化的に実現さた.まず関節の回転Joint-Rotationを基底動作とし,最適動作合成を繰り返すことによりPTP動作,脚を振るSwing-Leg動作,一歩前進するStep動作,ボールへ近づくApproach動作,ボールを蹴るKick動作と漸次進化させ,最終的にShoot動作を実現した.最適化のための実機動作試行回数を減らすため一部パラメータを固定し,運動学シミュレーションと遺伝的アルゴリズムによる予備的最適化を併用し,可調整制御パラメータを最適化して各動作の知識アレイを構成した,これを階層的に接続して構成した知識アレイネットワークを用いて,ボール位置を与えると適応的に準最適シュート行動が実現できることを確認した.また,ロボットの行動学習・進化を研究し,行動を定量的に評価するために,ロボット行動の「複雑度」,「難易度」等を定量的に評価する指標としていくつかの指標を導入した.上述のロボットサッカーのシュート行動に適用することによって,導入した指標の妥当性を確認すると共に,効果的な行動学習法の指針を検討した.更に知的合成動作制御法の適応的大規模システム最適化手法としての特徴を明らかにすることで,ロボットの行動の効率的学習・進化ばかりでなく,広く大規模工学システムの進化的設計に応用できる手法で有望であることを示した.「基本的動作の制御のみを与えれば自律的・適応的に大規模・複雑な動作を器用に実行できるロボット」の実現を目指した方法論である知的合成動作制御法を,脚移動ロボットサッカーにおけるシュート行動実現問題に適用して「知識アレイネットワークに基づくロボットの行動進化法」の有効性・発展性を示すため,4脚歩行ロボットTIAN-VIIIに「ボール位置を認識してボールに近づきシュートする」という行動を知的合成動作制御法に基づいて実現する実験を行った.シュート動作をボールへのアプローチ動作とキック動作の合成動作と見なし「各要素動作の学習+合成動作の学習」により器用なシュート動作を実現する過程のうち,キック動作の学習を行った.最適化のための試行回数を減らすため一部パラメータを固定し,運動学シミュレーションと遺伝的アルゴリズムによる予備的最適化を併用した.キック可能領域Ω内の典型的位置にあるボールを蹴るキック動作を,脚先軌跡を規定する可調整制御パラメータを制約条件付きシンプレックス法を用いて最適化し知識アレイを構成した.これに補間処理を加えて基本的知識を一般的状況に対する知識に拡張することで、Ω内の任意ボール位置をキック動作の知識アレイに与えると適応的にキック動作の準最適パラメータが得られることを確認した.また,ロボットの行動学習・進化を研究し,行動を定量的に評価するためにはロボット行動が「複雑である」とか「簡単だ」とは何を意味するかを厳密に定義しておくべきだが,これらを定量的に評価する指標が見当たらないため,行動評価法の確立を目指してロボット行動の複雑さや難しさを定量的に評価するいくつかの指標を導入した.そしてそれらをロボットサッカーにおける行動例に適用して検討することによって導入した指標の妥当性を確認した.「自律的・適応的に大規模・複雑な動作を実現する知能ロボット」の実現を目指した方法論である知的合成動作制御法を,多脚歩行ロボットのサッカーシュート行動実現問題に適用した.

具体的には4脚歩行ロボットTITAN-VIIIに「ボールに近づきシュートする」という行動を知的合成動作制御法に基づいて進化的に実現し,「知識アレイネットワークに基づくロボットの行動進化法」の有効性・発展性を検証した.シュート行動を知的合成動作制御法の行動進化手法に基づいて単純な動作から進化的に実現させた.すなわち各関節を回転させるJoint-Rotationを基底動作とし,最適動作合成を繰り返すことによりPTP動作,脚を所望軌跡に沿って振るSwing-Leg動作,指定歩容で前進するStep動作,ボールへ近づくApproach動作,ボールを蹴るKick動作と漸次進化させ,シュート動作を実現した.最適化のための実機動作試行回数を減らすため一部のパラメータを固定し,運動学シミュレーションによる予備的最適化を併用した.構成した知識アレイネットワークを用いてボール位置を与えると適応的に準最適シュート行動が実現できることを確認した.また,ロボット行動の「複雑度」,「難易度」等を定量的に評価する指標としていくつかの指標を導入してロボットサッカーにおける行動例に適用して妥当性を確認し,更に知的合成動作制御法の適応的大規模システム最適化手法としての特徴を明らかにすることで,ロボットの行動の効率的学習・進化の研究のための基礎を築いた.
人の顔に特異に反応する事象関連脳電位を用いた自閉症児・者の顔認知に関する研究

本研究は、自閉症児・者における人の顔認知機能について、近年研究が進められている「顔に特異に増強する事象関連電位(顔関連電位)」を用いて、精神生理学的立場からその処理機能を時系列を追って検討することにあった。初年度にあたる平成12年度は、自閉症児・者のための最適測定条件の検討を健常者を対象として行った。この基礎研究で得られた方法を用いて、幼児(4歳児)成人を対象とした発達的検討を行った。その結果、(1)顔関連電位のN170成分は、4歳児の段階で明瞭とは言えないがすでに観察され、加齢とともに潜時の短縮と振幅の増加が生じること、(2)児童期以前には顔の既知性判断に関するN270成分が未成熟の状態にあることが明らかとなった。平成13、14年度は、自閉症者の顔関連電位の測定を行い、上記の発達的データを基に検討した。その結果、顔関連電位のN170成分については、自閉症者の場合にもその成分は惹起されたが、人の顔とそれ以外の刺激が明瞭に分離されない傾向があった。また、T5とT6の振幅の分析から、自閉症者は左右の視覚野の機能分化が十分になされていない可能性が示唆された。顔の既知性に関係するN270成分の分析から、自閉症者は、顔認識ユニットの活性化過程段階で何らかの処理困難をきたしていることも示唆された。これらの結果を基に、自閉症・児の対人相互交渉の困難性を克服する方法についても初期的な検討を加えた。今後本研究をさらに進め、自閉症をはじめとする種々の発達遅滞児・者の顔認知機能を、顔関連電位を用いて他覚的に検査できる方法の開発を試みる。さらに、彼らの対人相互交渉の困難性を克服する方法についても検討を加える計画である。本研究は、近年研究が進められている顔に関する事象関連電位(ERP)を用いて、これまで行動指標によってのみ推測してきた自閉症児・者の顔認知機能について、精神生理学的立場からその処理機能を具体的に時系列を追って検討するものである。本年(平成12年)度は、(1)自閉症児・者に本電位を用いるための最適条件を決定することを目的とした健常児・者の顔電位の検討と、(2)本電位の発達的変化についての検討を行った。[研究I]最適条件の検討対象者を健常成人として、種々のヒト顔(自己顔、既知顔、未知顔、動物顔)および物品を提示し、それぞれの刺激に対するERP反応を測定した。その結果、人の顔に特異に増強するERPのN170成分と、顔の既知性に反応するN270成分を確認した。同時に、これらの電位成分は、Bruceらの顔認識モデルと対応のとれるものであることも明らかとなった。[研究II]発達的検討対象者を415歳(各年齢20名)として、種々のヒトの顔(自己顔、既知顔、未知顔、動物顔)および物品を提示し、それぞれの刺激に対するERP反応を測定した。その結果、(1)人の顔に特異に増強するERPのN170成分は、小学生の段階ですでに観察され、加齢とともに潜時の短縮と振幅の増加が生じることが明らかになった。また、児童期には顔の既知性判断に関するN270成分が未成熟の状態にあることが示唆されるデータが得られた。(2)自閉症児・者に適応するための基礎データを得ることができた。次年度においては、測定法の改良を施し、自閉症児・者の顔関連電位の測定を行う。

本研究は、近年研究が進められている顔に関する事象関連電位(顔関連電位)を用いて、これまで行動指標によってのみ推測してきた自閉症児・者の顔認知機能について、精神生理学的立場からその処理機能を具体的に時系列を追って検討するものである。本年(平成13年)度は、前年度の基礎研究を踏まえて、(1)本電位の発達的変化についての検討と、(2)自閉症者への本電位の測定を行った。[研究I]発達的検討前年度で測定できなかった幼稚園年中(4歳)児25名と中学2年生(14歳)24名を対象者として、種々のヒトの顔(自己顔、既知顔、未知顔、動物顔)および物品を提示し、それぞれの刺激に対するERP反応を測定した。前年度測定の小学生のデータとを総合した結果、(1)人の顔に特異に増強するERPのN170成分は、加齢とともに潜時の短縮と振幅の増加が生じることが明らかになった。また、幼児期、児童期には顔の既知性判断に関するN270成分が未成熟の状態にあることが示唆されるデータが得られた。[研究II]自閉症者の顔電位測定研究Iと同様の条件で、自閉症者29名に顔関連電位の測定を行なった。その結果自閉症者の顔関連電位の振る舞いは、健常児・者のそれとは異なり、(1)人の顔の対する電位と動物や物品に対する電位の分離が不明瞭であり、(2)電位の左右差(ラテラリティ)も十分に認められなかった。次年度は、不足データの収集と総合的分析を行う。本研究は、自閉症児・者における人の顔認知機能について、近年研究が進められている「顔に特異に増強する事象関連電位(顔関連電位)」を用いて、精神生理学的立場からその処理機能を時系列を迫って検討することにあった。初年度にあたる平成12年度は、自閉症児・者のための最適測定条件の検討を健常者を対象として行った。この基礎研究で得られた方法を用いて、幼児(4歳児)成人を対象とした発達的検討を行った。その結果、(1)顔関連電位のN170成分は、4歳児の段階で明瞭とは言えないがすでに観察され、加齢とともに潜時の短縮と振幅の増加が生じること、(2)児童期以前には顔の既知性判断に関するN270成分が未成熟の状態にあることが明らかとなった。平成13、14年度は、自閉症者の顔関連電位の測定を行い、上記の発達的データを基に検討した。その結果、顔関連電位のN170成分については、自閉症者の場合にもその成分は惹起されたが、人の顔とそれ以外の刺激が明瞭に分離されない傾向があった。また、T5とT6の振幅の分析から、自閉症者は左右の視覚野の機能分化が十分になされていない可能性が示唆された。顔の既知性に関係するN270成分の分析から、自閉症者は、顔認識ユニットの活性化過程段階で何らかの処理困難をきたしていることも示唆された。これらの結果を基に、自閉症・児の対人相互交渉の困難性を克服する方法についても初期的な検討を加えた。今後本研究をさらに進め、自閉症をはじめとする種々の発達遅滞児・者の顔認知機能を、顔関連電位を用いて他覚的に検査できる方法の開発を試みる。さらに、彼らの対人相互交渉の困難性を克服する方法についても検討を加える計画である。
超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリマーに対する溶質の収着現象の解明

平成29年度に作製した装置を用い、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメタクリル酸メチル中のアントラキノンの拡散係数を温度45、55°C、圧力1120MPaの条件で測定した。その結果、各温度において圧力が上昇するほど拡散係数も大きくなった。また、温度依存性は圧力によって異なり、高圧では温度が高いと拡散係数は大きいが、11MPa付近では温度が高いと拡散係数は小さくなった。さらに、超臨界二酸化炭素中のアントラキノンの溶解度を測定した。拡散係数の相関のため、自由体積モデルを3成分系に拡張した。このモデルにより、拡散係数の測定値を良好に相関できることが分かった。分子動力学シミュレーションを用いてポリエチレン+二酸化炭素+溶質(ブタン、シクロヘキサン、およびヘキサン)の3成分系の分子の軌跡および拡散係数を計算した。その結果、二酸化炭素および溶質の拡散は空隙での停滞と、近接する空隙へのジャンプ運動の繰り返しで進行していることが確認された。同計算条件におけるブタン、シクロヘキサン、ヘキサンの拡散係数を比較したところ、ブタンの拡散係数が平均して一番大きいことが分かった。これは、ブタンの方がより炭素数が少ないため、炭素鎖が短く拡散する際に阻害を受けにくかったためと考えられる。また、ヘキサンとシクロヘキサンは拡散係数に大きな違いは見られなかった。当研究室で提案した新たな活量係数式を用いて活量係数と気液平衡の相関を行い、NRTL式およびUNIQUAC式と比較した。その結果、新たな活量係数式は高い精度で相平衡を相関できることが示された。さらに、新たな活量係数式にグループ寄与法を適用し、4つのグループのパラメータを決定したところ、様々な系の気液平衡を良好に計算できることが示された。当初の計画ではポリマーとしてポリエチレンを用いる予定だったが、温度45、55°Cではポリエチレンは結晶とアモルファスの混合状態となり、透明なフィルムの作製ができなかった。不透明な試料では紫外可視光の吸光度の変化の測定が困難であり、本測定原理でポリエチレン系を測定することはできないと判断した。そこで、ポリマーとしてポリメタクリル酸メチルを用いることにした。それ以外はおおむね計画通り進んでいる。すなわち、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメタクリル酸メチル中のアントラキノンの拡散係数を温度45、55°C、圧力1120MPaの条件で測定し、拡散係数の温度・圧力依存性に関する有用な知見を得た。また、3成分系に拡張した自由体積モデルにより、拡散係数の測定値を良好に相関できることが分かった。分子動力学シミュレーションを用いてポリエチレン+二酸化炭素+溶質(ブタン、シクロヘキサン、およびヘキサン)の3成分系の分子の軌跡および拡散係数を計算し、拡散挙動に関する有用な知見を得た。新たに提案した活量係数式を用いると、高い精度で相平衡を相関できることが示され、その式はグループ寄与法にも拡張可能であることが示された。超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメタクリル酸メチル中のアントラキノンの拡散係数を温度45、55°C、圧力11MPa以下で測定し、低い圧力下における拡散係数のデータの集積を試み、低い圧力下における拡散係数の温度依存性を明らかにする。さらに、溶質をアントラキノンからアントラキノン誘導体に変え、拡散係数が付加された官能基によってどのように変化するか測定する。また、自由体積モデルを用いて測定値を相関し、モデル中に含まれるパラメータとアントラキノン誘導体の官能基の関係を明らかにする。分子動力学シミュレーションでは、ポリメタクリル酸メチル+二酸化炭素+シクロヘキサンの3成分系の分子の軌跡および拡散係数を計算し、ポリマーがポリエチレンからポリメタクリル酸メチルに変わったことによる二酸化炭素およびシクロヘキサン分子の軌跡および拡散係数の変化を考察する。さらに、ポリメタクリル酸メチル+二酸化炭素+アントラキノンの拡散係数を計算し、平成30年度に測定した拡散係数と比較、検討する。新しい活量係数式を状態方程式に組み込み、超臨界二酸化炭素に対する溶質の溶解度を計算することを試みる。紫外可視分光装置を2台用い、超臨界二酸化炭素に対する溶質の溶解度、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリマー中の溶質の拡散係数およびポリマーに対する溶質の溶解度を同時に測定する装置を作製した。高圧セルには4つの可視窓を付け、2か所の吸光度を測定することができるようにした。また、所定の圧力で溶質を超臨界二酸化炭素に溶解させるための溶質溶解セルを別途用意した。測定は、大気圧下で固体溶質を撹拌子と共に高圧セルに入れ、上部の2つの可視窓の間にポリマー膜を設置した。また、光ファイバーをそれぞれの可視窓に接続した。この光ファイバーは防水性なのだが、水が入ることがあるため、チューブでカバーし、水が入らないようにした。この高圧セルおよび溶質溶解セルを水恒温槽の中に設置した。高圧セルが所定の温度に達した後、測定圧力の超臨界二酸化炭素を導入し、高圧セル内の空気を超臨界二酸化炭素で置換した。次に、循環ポンプを作動させ、溶質溶解セル中の超臨界二酸化炭素+溶質を高圧セルに導入した。上部の可視窓の吸光度はポリマー中に溶質が浸透する量に比例するとし、吸光度Iを溶質の吸収量Mに変換すると、長時間経って吸収量の変化がなくなった時の吸収量M∞よりポリマーに対する溶質の溶解度を求め、吸収量Mの時間変化よりFickの第二法則に適当な条件を与えて求めた式を用いることにより、ポリマー中の溶質の拡散係数を求めた。

装置の健全性を確認するため、まず文献値(West et al.: J. Applied Polymer Science, 69, 911(1998))と比較するため、ポリマーとしてポリメチルメタアクリレート、溶質としてDisperse Red 1を用い、40°C、10, 12, 15 MPaの条件で行った。12MPaでは、ポリマー膜の厚さ35.2, 52.2μmの二つで測定し、既往の研究の文献値と比較したところ、ほぼ一致した。また、圧力が増すほど拡散係数も大きくなることが分かった。計画通り測定装置を作製し、装置の健全性を確認できた。また、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメチルメタアクリレート中のDisperse Red 1の拡散係数の圧力依存性を測定し、有用な知見を得た。さらに、分子動力学シミュレーションにより、ポリエチレン中の二酸化炭素の拡散係数を計算した。平成29年度に作製した装置を用い、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメタクリル酸メチル中のアントラキノンの拡散係数を温度45、55°C、圧力1120MPaの条件で測定した。その結果、各温度において圧力が上昇するほど拡散係数も大きくなった。また、温度依存性は圧力によって異なり、高圧では温度が高いと拡散係数は大きいが、11MPa付近では温度が高いと拡散係数は小さくなった。さらに、超臨界二酸化炭素中のアントラキノンの溶解度を測定した。拡散係数の相関のため、自由体積モデルを3成分系に拡張した。このモデルにより、拡散係数の測定値を良好に相関できることが分かった。分子動力学シミュレーションを用いてポリエチレン+二酸化炭素+溶質(ブタン、シクロヘキサン、およびヘキサン)の3成分系の分子の軌跡および拡散係数を計算した。その結果、二酸化炭素および溶質の拡散は空隙での停滞と、近接する空隙へのジャンプ運動の繰り返しで進行していることが確認された。同計算条件におけるブタン、シクロヘキサン、ヘキサンの拡散係数を比較したところ、ブタンの拡散係数が平均して一番大きいことが分かった。これは、ブタンの方がより炭素数が少ないため、炭素鎖が短く拡散する際に阻害を受けにくかったためと考えられる。また、ヘキサンとシクロヘキサンは拡散係数に大きな違いは見られなかった。当研究室で提案した新たな活量係数式を用いて活量係数と気液平衡の相関を行い、NRTL式およびUNIQUAC式と比較した。その結果、新たな活量係数式は高い精度で相平衡を相関できることが示された。さらに、新たな活量係数式にグループ寄与法を適用し、4つのグループのパラメータを決定したところ、様々な系の気液平衡を良好に計算できることが示された。当初の計画ではポリマーとしてポリエチレンを用いる予定だったが、温度45、55°Cではポリエチレンは結晶とアモルファスの混合状態となり、透明なフィルムの作製ができなかった。不透明な試料では紫外可視光の吸光度の変化の測定が困難であり、本測定原理でポリエチレン系を測定することはできないと判断した。そこで、ポリマーとしてポリメタクリル酸メチルを用いることにした。それ以外はおおむね計画通り進んでいる。
学習を制限する臨界期の経験依存的神経回路成熟のメカニズムの解明

ヒトの言語発達と同様にキンカチョウは成鳥の歌を聴いて覚え、模倣することで歌を学習する。本研究ではキンカチョウはどの様に自身の種の歌を検出し、ここから何を学ぶのか、その神経メカニズムを明らかにする研究を行った。その結果、キンカチョウの第一次聴覚野には歌のテンポと音響構造のそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにした。臨界期には親の歌を聴くことで、神経回路が形成されるが、これとは別の生得的な神経回路があり、この二つの神経回路が協調し歌学習を制御していることを示唆した。これらの結果は論文、学会発表などで発表を行い、またプレスリリース、一般公演を行うなども行った。これまでの当該研究室における研究から、キンカチョウの幼鳥が成長期の臨界期に親の歌を聴き、覚えることにより終脳内の聴覚関連領域(NCM核)の神経回路に変化が起きることが示唆された(Yanagihara & Yazaki-Sugiyama, 2016)。本研究の計画では、この領域の神経細胞をウィルスベクターを用いた薬理遺伝学的手法でその活動を制御し、この領域の歌学習における役割を明らかにするものであったが、まずは薬理遺伝学手法の確立をおこなった。これまでの当該研究室の予備研究から、マウスなどで用いられている従来のDREADDsのデザインは使えないことが明らかになったため、キンカチョウのムスカリニック受容体遺伝子をクローニングし、キンカチョウ特異的なDREADDsの確立を行ってきている。一方、研究計画にはなかったが、この領域の脳スライス標本を用いて神経細胞からホールセル記録を行い、この領域の神経細胞の定性的な解析を行った。歌学習を始める20日齢前後の幼鳥の脳からは自発発火の頻度の高い細胞(HF)と、低い細胞(LF)の2種類が見られた。しかし発達に伴いHFの数は減少し、感覚歌学習期の終了する60日齢の幼鳥からはHFは記録されなかった。しかし、親の歌を聴かせずに育てた幼鳥の脳スライスからは60日齢でもHFが記録された。これらの結果からNCM核において、親の歌を聴くという聴覚経験により、どの神経細胞にどの様な変化が起きるのか大まかなアイディアを得ることが出来た。さらにNCM核に聴覚入力を送る、1次聴覚野に相当するFieldLで、どの様にトリの歌が聴き分けられその聴覚情報が送られるのか、神経生理学的に明らかにする研究も行った。FieldLでは歌のテンポパターンに反応することで歌を認識していることを明らかにした。この様に本年度は様々な手法を取り入れ、手法、系の確立を行った。本来の研究計画では薬理遺伝学手法を用いた行動実験、電気生理実験を行う予定であったが、薬理遺伝学的手法をキンカチョウに応用するための準備に予想よりも時間がかかっている。しかし一方でその代替えとして、脳スライス標本からのホールセル記録を用いて、聴覚関連領域の神経回路の聴覚経験に依存した神経細胞の発達を明らかにしている。また他の形態的手法などを取り入れることにより、個々の手法などに多少の変更はあるものの聴覚経験による神経回路発達と言う大きな目的に対してはほぼ順調に研究計画が進んでいるといえる。平成28年度は平成27年度までの研究をさらに深め、論文を発表するまでに至った進展の大きい年度であった。平成27年度までに、キンカチョウの成鳥のオスの第一次聴覚野から電気生理学的記録を行い、第一次聴覚野にはキンカチョウの歌に生得的にコードされている種に特異的なテンポ情報と、生後の発達の中で獲得される個々の個体に特有の音響情報をそれぞれ情報処理する二種類の神経細胞群が存在することを明らかにした。またテンポ細胞群はキンカチョウの歌の生得的なテンポの特徴をコードしており、さらにキンカチョウ自身も行動学的に歌の音響構造(要素)は学習するものの、テンポは学習に因らず生得的に決まっていることを明らかにした。これらの結果からテンポ細胞はキンカチョウの歌のテンポを生得的にコードしており、歌学習時に自身の種の歌を認識するための役割があることが示唆された。以上を踏まえて平成28年度は、歌を学習している雛鳥でも同様に、第一次聴覚野から電気生理学的記録を行い、その聴覚応答を調べた。その結果、雛鳥の第一次聴覚野でも生育環境に因らずテンポ細胞はキンカチョウの歌の生得的なテンポの特徴に最もよく反応し、テンポ細胞の生理学的特徴は生得的に決定していること、テンポ細胞は他種のトリの歌には反応せず、キンカチョウの歌でも要素を変化させても反応し続けるのに対し、要素はそのままでもテンポを変化させると反応しなくなることを明らかにした。つまり、テンポ細胞はキンカチョウの種の特徴である歌のテンポを生得的にコードし、自身の種の歌を聞分け、これを学習することに役立っていると考えられた。これらの結果を全てまとめて論文として発表することができた(Araki et al, Science 2016)。申請時の研究計画は、キンカチョウの歌学習を用いて、聴覚経験に依存して神経回路が形成される時期、臨界期がどの様に制御されているのか研究を行うというものであった。しかし、本研究を行っていく中でキンカチョウの聴覚経路内に生得的な種の特異性という歌の情報を処理する神経細胞群が存在すること、この神経細胞群の生理学的特徴も生得的に決定していることがあきらかになった。

これは本来の本研究の目的である、可塑的な神経回路形成のメカニズム、その臨界期のメカニズムを明らかにするという本来の目的と一見異なる結果に思えるが、本研究結果により生得的な神経回路と、経験に依存して形成される神経回路の二種類が存在することが明らかになったことにより、臨界期の形成メカニズムを明らかにするためには、どの神経回路の発達に注目すべきか明らかになったことである。また、今回得られた結果は種に固有の特徴を維持しながら個体に特有の歌を学習・発達させるメカニズムという基本的な生物学疑問を明らかにするものであり、臨界期に行われる歌学習の基本的な神経メカニズムが明らかになったものである。よって本結果を基に、そのさらに詳細な臨界期のメカニズムが明らかになることが期待できる。本来予想していなかった結果が導き出され、論文発表に結びついたことから計画以上に進展していると言える。ヒトの言語発達と同様にキンカチョウは成鳥の歌を聴いて覚え、模倣することで歌を学習する。キンカチョウはオスのみが個体ごとに違う歌を求愛歌として唄い、この歌で個体識別をしてることも知られている。歌の学習時に幼鳥は、様々なトリの歌が耳から聴こえてくるにも関らず、自身の種の歌、キンカチョウの歌を聴き分け、これを学習する。またその一方で、それぞれ個々に違う歌を発達させる。本研究ではキンカチョウがどの様にこの`この個性'と`種の同一性'という競合する問題を解決しているのか、その神経メカニズムを明らかにすることを試みた。その結果、キンカチョウは歌の音響構造を学習する一方で、歌のテンポは学習せず、生得的に決定していることを明らかにした。またキンカチョウの第一次聴覚野には歌のテンポと音響構造のそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにした。つまり、二つの競合する歌の要素をコードする異なる神経回路が融合して機能することで、歌学習を制御していることを示唆した。さらにこの結果は神経科学の分野だけでなく、二つの競合する情報をどの様に情報の中に組み込み、これを解読するのか、新しい情報処理の方法など、別の分野へも新しい知見を提唱した。本研究結果は論文にまとめ発表し(Araki et al, Science 2016)を行った。さらにプレスリリース、一般公演を行うなど積極的なアウトリーチ活動も行った。本研究ではキンカチョウはどの様に自身の種の歌を検出し、ここから何を学ぶのか、その神経メカニズムを明らかにする研究を行った。その結果、キンカチョウの第一次聴覚野には歌のテンポと音響構造のそれぞれコードする二つの異なる神経細胞群が存在することを明らかにした。臨界期には親の歌を聴くことで、神経回路が形成されるが、これとは別の生得的な神経回路があり、この二つの神経回路が協調し歌学習を制御していることを示唆した。これらの結果は論文、学会発表などで発表を行い、またプレスリリース、一般公演を行うなども行った。来年度は脳スライス標本からのホールセルの記録をさらに進め、NCM核で見られた聴覚経験による自発発火する細胞の発現頻度の変化という結果をさらに明らかにする。特にHF細胞が抑制性細胞なのか、形態学的にも併せて明らかにすると共に、HF、LFそれぞれの細胞の投射先を明らかにするといった研究を行う。また自発発火だけでなく聴覚経路からのシナプス入力が聴覚経験によりどの様に変化するのか明らかにしていく。