hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンパク質高次構造に視点を置いた「分子構造系統学」の新展開

また、局所部位としては、計算時間の都合上、当該アミノ酸の両端7Åの球状領域とした。この結果、申請者らの予想通り、遺伝子重複の方がより強く支持された。つまり、α炭素の移動距離が、遺伝子転移の方でより大きくなったのである。更に、上記局所領域では余りに小さすぎて、GSタンパク質の構造と機能の問題を扱うには不十分であるとも考えられる。もちろん、1つのアミノ酸置換がそのタンパク質の機能を失わせることもあるので、この問題は議論のあるところだが、対象領域を広げることによって問題の解決を促進させることになる。このため、領域を機能部位全体に拡張して研究を展開させている。この場合、高次構造の変化を計る物差しとして別の量を導入しなければならないが、領域に含まれる全アミノ酸の位置変化を表す平均最小二乗移動距離を利用できる。まだ、結論までには至っていないが、この物差しの有用性は高いと考えられる。一方、データベースの作成も進んでおり、世界的に得られる30以上のGSアミノ酸配列のアラインメントデータベースは完了している。当課題研究では、生体タンパク質分子の系統進化を従来の1次構造からの考察に加えて、3次構造からの視点を積極的に取り入れて、解明することにある。この解明が進むことにより、遺伝子自身の起源と進化が明らかにされることが期待される。このため、まず、国際DNAデータバンクに集められている全てのデータを自動翻訳して、タンパク質の1次構造データベースを作り、それを相同性を基準にして分類した。次に各々の分類群について、それに属するタンパク質の進化系統関係を取り入れて、マルチプルアライメントを実行した。その結果を利用して、進化的に保存されている領域(Evolutionary Motif、EM)を探索した。このEMこそが現在の遺伝子の起源的姿を反映していると考えられる。つまり、現在の遺伝子は、種々のEMの離合集散の結果形成されたものと考えられる。EMは、疎水アミノ酸が主となっている疎水型、親水アミノ酸が主となっている親水型そして中間型に分けることができる。従って、疎水性は、タンパク質の内部で構造的な役割を担い、親水型は、表面で機能的な分担を果たす、と考えることができる。現在、タンパク質の高次構造にこれらのEMを投影して、この検証を行っている。また、遺伝子の進化機構を探るため、やはり大量のタンパク質1次構造データベースを利用し、各々のタンパク質をコードする遺伝子の塩基置換様式を解析した。その結果90%以上の遺伝子が中立的な進化をしていることが明らかになった。つまり、残りの少数が正の自然淘汰を受けていることになる。従って、大半の遺伝子の進化は中立的な進化機構で説明できる。更に、脱水素酵素のチトクローム酸化合酵素などのタンパク質の3次構造を実際に決定することにより、それらの精密な反応系や、ドメイン構造が非常に明確になった。これらの高次構造解析結果は、上記のように、「遺伝子はその特定な部分構造を単位として生成され、進化している」ことを強く支持する。
経口投与製剤の臨床薬物動態予測のためのファーマコメトリクス手法の構築

医薬品開発段階のデータを用いた簡便かつ実用的な経口投与時の血中濃度推移予測手法を構築することを目的とし、非臨床試験で得られる薬物動態パラメータ(Tmax、Cmax等)を活用したコンボリューション手法による経口投与時の血中濃度の予測を試みた。コンボリューション演算を行う上ではラプラス変換の数値的解法を用いた血中濃度推移予測プログラムを構築した。文献値から得た薬物の各種データを用い、ヒトでのCmax、Tmaxの予測性を評価し、さらにヒト血中濃度予測推移のシミュレーションを行いその予測性を評価した結果、Cmaxの予測性が良好であれば血中濃度推移予測も妥当な結果を与えることが示唆された。本研究では、経口投与製剤の臨床薬物動態の予測を目的として、薬物の体内動態研究におけるin vitro研究や動物やヒトにおける動態評価研究の成果を文献収集により整理し、種々の薬物動態パラメータに対してメタ解析を実施する。その手順は、(i)薬物動態パラメータの非臨床と臨床における相関性の評価、(ii)モデルによる血中濃度推移の予測、に分けられる。2010年度は解析に先立ち文献データの収集に努めるとともに、相関性評価のための重回帰分析手法とそのプログラムを整備し、汎用性を考慮して交互作用項を含めた重回帰分析および部分最小二乗法(PLS)採用することとした。予測モデルの構築に関しては、通常の推移予測研究では平均値や最頻値の描画に留まっているが、本研究では予測分布の信頼区間を描画することを目的としており、予測分布の信頼区間描画方法について検討を行った。現在ポピュレーションモデルの評価等に利用されている方法は誤差分布に正規分布を仮定してその95%対称区間を算出するものであるが、構造モデルや変動誤差モデルの種類によっては必ずしも予測分布が対称とはならない場合もある。そこでHighest Posterior Region(HPD)と称されている区間推定法の有用性に関する検討を行った。実際に臨床試験で得られた血中濃度データに対し般的なポピュレーション解析を適用し、さらにモンテカルロ法により予測分布を作成した後HPD法の定義に基づいて信頼区間を得た。その結果、正規分布仮定では十分に説明できなかった実測値の分布をHPD法により説明することができHPD法の有用性が示唆された。このことは、本研究の目的である予測分布の描画だけでなくVisual Predictive Checkなどのポピュレーション解析結果の評価法への新しい提案にもつながるものである。本研究では、経口投与製剤の臨床薬物動態、すなわちひとにおける血中濃度推移の予測を目的として、薬物の体内動態研究におけるin vitro研究や動物やヒトにおける動態評価研究の成果を文献収集により整理した上で、種々の薬物動態パラメータに対して適切な予測手法を考案し、それにもとづいたメタ解析を実施する。その手順は(i)薬物動態パラメータの非臨床と臨床における相関性の評価、(ii)モデルによる血中濃度推移の予測、に分けられる。2011年(平成23年)度は前年度に引き続きより最新の文献データを採用することを目的として情報の収集に努め、また既に収集したデータをもとにヒトにおける薬物動態パラメータとして最高血中濃度(Cmax)に着目し、その予測性評価のための基礎検討を行った。文献情報を収集した結果、吸収速度定数が報告されている薬物が比較的少なかったことから、本研究のコンセプトである「開発段階で簡便に用いることができる」の観点から、ヒトにおける経口投与時の血中濃度を予測する上で吸収速度定数を用いない方法が望ましいと考えられた。そこで当初の計画にもあったように、Cmax、Tmaxといった比較的入手可能なパラメータを用いる方針とした。基礎的検討としてラットおよびイヌにおける投与量(Dose)で補正したCmaxの対数値(log(Cmax/Dose))のみを用いヒトでのCmaxとの関係を回帰分析したところ、十分とは言えないものの比較的良好な相関性が見られ、今後他のパラメータを組み込むことにより予測性向上を目指した検討が可能であると思われた。また、検討段階ではあるが吸収速度定数の代用としてCmax/Tmaxを用いた血中濃度推移予測のモデルを構築中である。予測モデルの構築に関しては、昨年度より検討しているHighest Posterior Region(HPD)による区間推定のためのプログラムを構築し、ポピュレーション解析結果に適用しその有用性を確認し学会発表を行った。現在投稿論文原稿を作成中である。医薬品開発において、特に臨床試験前にヒトにおける薬物動態、すなわち血中濃度推移を予測することは、第1相試験における開始用量(最低用量)の設定や血中濃度データのサンプリングデザインの設定に有用である。薬物動態の予測については生理学的モデルを用いた方法など多くの手法が提案され、実用化されているものがあるが、本研究ではルーチンの医薬品開発業務で得られる限られたデータを最大限に活用することに特徴がある。既に研究代表者らは薬物静注時の血中濃度予測について薬物の物性や非臨床薬物動態試験データを活用した手法を提案しているが、本研究では経口投与時の血中濃度予測への拡張を目指した検討を行っている。

既に昨年度までに、約40種の薬物について非臨床薬物動態パラメータや代表的な物性パラメータ値を収集し、ヒト経口投与時の薬物動態パラメータとの相関性を検討し、特にヒトCmaxを予測するための回帰式を得ている。ヒト経口投与時の血中濃度を予測する手順として、コンボリューションを応用した手法を考案している。即ち、ヒトにおける静注時の推移を重み関数として用い、経口投与過程を表す関数を設定しこれを入力関数とする。昨年度実施したシミュレーションによる検討では、入力関数として簡単な指数関数、連続コンパートメントモデル、拡散モデルを考慮した。今年度さらに実際のデータを用いて予測性を検討したところ、簡単な指数関数を用いて予測することが現実的であることがわかり、収集した41種のデータを内部バリデーションデータセットとして用いて検討し、動物データからの回帰分析によるCmaxの予測性とヒトCmaxの予測精度との関連性を系統的に評価した。以上の結果の一部は論文投稿を行っているがまだ公表には至っていない。なお、本研究に付随して、研究協力者である企業研究者との間でPK/PDモデリングに関する解析研究を行い、その成果を公表した。本研究では、経口投与製剤のヒトにおける血中濃度推移の予測を目的として、薬物の体内動態研究におけるin vitro研究や動物あるいはヒトにおける動態評価研究の成果を文献収集により整理した上で、種々の薬物動態パラメータに対して適切な予測手法を考案し、それにもとづいたメタ解析を実施する。その手順は(i)薬物動態パラメータの非臨床と臨床における相関性の評価、(ii)モデルによる血中濃度推移の予測、に分けられる。2012年(平成24年)度は前年度までに集積した文献データをもとにヒトにおける薬物動態パラメータとして最高血中濃度(Cmax)に着目しその予測性式の構築を試みた。その結果、イヌにおけるCmaxが主要な予測因子となることが明らかとなった。また、本研究のコンセプトである「開発段階で簡便・迅速に用いることができる手法の構築」という観点からCmax、Tmaxといった比較的入手可能なパラメータを用い、さらに既に我々が公表している静注時のヒト血中濃度推移の予測手法と組み合わせたコンボリューション法による新たな手順を確立した。この方法は数値的ラプラス変換の手法と組み合わせたコンボリューション演算であるため、線形動態を前提に吸収過程を示す関数(入力関数)を任意に設定できる。具体的には簡便な指数関数の他、ラグタイムを反映できる連続コンパートメントモデルや拡散モデルが適用可能であることをシミュレーションにより示した。また、Cmax予測式を用いて得られるヒトCmax予測値から血中濃度推移をいくつかの実際の薬物データについて予測したところ、その予測性はCmaxの予測精度に依存することが確認できた。予測性の評価にはモンテカルロシミュレーションによる予測分布の描画が可能となるシステムも構築した。
既存薬剤を用いたPKM2活性剤の探索と癌治療への早期応用戦略

近年、pyruvate kinase M2(PKM2)が癌特有な好気性解糖の制御因子であり、その活性剤が抗癌効果をもつ可能性が報告されている。過去に報告した如く(Tamada et al., Cancer Res 2012)、PKM2活性上昇は、間接的に癌の糖消費抑制を誘導することから、糖消費抑制するものにはPKM2活性剤が含まれると考え、当研究室構築の既存薬ライブラリーを使用し、糖消費・解糖系最終産物の乳酸産生抑制・PKM2チロシンリン酸化抑制を評価し、PKM2活性剤候補を選別した。酵素活性測定、解糖系から正常細胞が主に利用するミトコンドリア呼吸への代謝変動、抗癌効果の評価も進行中である。好気性解糖(Warburg effect)は癌特有の代謝であり、癌細胞増殖に優位な状況を作り出す。解糖系酵素の1つであるpyruvate kinaseのisoformの1つであり、癌細胞で高発現するpyruvate kinase M2(PKM2)の酵素活性を低く維持することが、癌細胞において、好気性解糖を促進する重要な要因であることが近年報告され、注目をあびてきた。そこで我々は、PKM2酵素活性を上昇させることで解糖系の使用を抑制し、正常細胞が主として使用しているミトコンドリア呼吸側へ代謝変動を誘導することにより、癌細胞増殖抑制効果を示す可能性のある薬剤を見出すことを目標として研究を行った。癌細胞を解糖系がより亢進する環境下で培養した際、培地内の糖が欠乏すると、細胞が縮みを起こすことを見出した。また癌細胞の糖消費が抑制される条件下では、培地内の糖が欠乏するまでの時間が延長し、細胞変化(縮み)の起きる時間が遅延したことから、この流れを利用して、当研究室が保有している既存薬ライブラリーのスクリーニングを行った(1次スクリーニング)。しかし、このスクリーニング法では糖消費以外の因子の影響も否定できなかったため、次に、1次スクリーニングで候補にあがった薬剤を使用し、癌細胞糖消費量の測定を行った。両実験から、糖消費抑制を起こす可能性のある候補薬剤が上がったものの、その差が顕著ではなかったため、現在、候補薬剤については、同様の実験を繰り返し、再現性が得られるかどうか確認を行っている最中である。更に、pyruvate kinase M2(PKM2)の酵素活性に関わるチロシン残基のリン酸化についても、現在ウエスタンブロットにて評価中である。好気性解糖は癌特有の代謝である。近年pyruvate kinase M2(PKM2)が解糖系維持に重要な制御因子であることが報告され、PKM2活性剤が新たな抗癌作用をもつ薬剤になりうる可能性が示唆されてきた。そこで我々は、PKM2酵素活性を上昇させることで解糖系の使用を抑制し、正常細胞が主として利用するミトコンドリア呼吸側へ代謝変動を誘導することで、癌細胞増殖抑制効果をもつ薬剤を、安全性及び副作用が既に把握されている既存薬の中から見出すことを目標に研究を開始した。ヒト大腸癌細胞株を使用し、より解糖系亢進を誘導する環境下で培養すると、糖消費が進み、培地内の糖が欠乏した結果、細胞が形態変化を起こすことを見出した。この細胞の形態変化を遅延させる薬剤は、癌細胞の糖消費を抑制している可能性が高く、この現象を利用し、当研究室で構築した既存薬ライブラリーを用いて、薬剤のスクリーニングを行った。我々が過去に報告したように(Tamada et al., Cancer Research 2012)、PKM2の活性上昇は、間接的に癌細胞の糖消費抑制を誘導することから、上記方法で選別した糖消費抑制剤の中にはPKM2活性剤が含まれる可能性があると考え、次にPKM2活性および解糖系に与える影響について調査した。実際に糖消費量および好気性解糖の最終産物である乳酸産生量を測定し、共に減少するもの、つまり、解糖系使用を抑制しうる薬剤を更に選別し、併せてPKM2の酵素活性と連動するチロシンリン酸化の評価を行った。その結果、PKM2のチロシンリン酸化を抑制することでその酵素活性を上昇させ、糖消費および解糖系使用を抑制しうる既存薬の候補を見出した。現在、解糖系からミトコンドリア呼吸への代謝変動の評価、癌細胞増殖抑制や抗癌剤感受性増強といった抗癌作用についての評価を進めている。癌の代謝1次スクリーニングの際、その差が顕著ではなかったため、再現性を重要視し、実験を繰り返し行っている。そのため計画当初よりもスクリーニングに時間を要しており、実験計画はやや遅れている。一次スクリーニングで候補にあがった薬剤を使用し、二次スクリーニングとして、乳酸値測定や、ミトコンドリア由来活性酸素測定、オリゴマイシン(ミトコンドリアATP合成阻害薬)感受性を測定し、好気性解糖からミトコンドリア呼吸へ代謝変動を促す薬剤を見出す。
溶液化学反応素過程の遷移状態

1.分子A,Bの溶媒和状態A(Solv)m,B(Solv)n(Solv=水,アンモニア,アルコ-ル等;m,n=1,2,...)について、それらが起こす化学反応の遷移状態(AB)^<【double plus】>(Solv)m+nを直接的に観測するための実験装置を完成した。即ち、(1)運動エネルギ-を規定した負イオンクラスタ-(AB)^-(Solv)m+nの強いビ-ムを気相中に生成し、飛行時間質量分析法で溶媒分子数を選別した。さらに、クラスタ-への超低速電子の付着過程のダイナミックスについて研究を行った[J.Chem.Phys.94 243(1991)]。(2)高分解能の電子エネルギ-分析器を製作した。負イオンクラスタ-にYAGレ-ザ-4倍波(266nm)を照射して光脱離を起こし、得られた光電子スペクトルに基づき(AB)^<【double plus】>(Solv)m+nの振動状態を解析した。2.ペニングインン化で放出される電子のエネルギ-分析を行うことで、分子の電子構造や分子軌道の空間分布について研究した。とくに衝突エネルギ-Eに関する部分イオン化断面積σ(E)の変化を測定し、粒子間の相互作用ポテンシャル、イオン化確率の異方性、電荷移動錯合体の生成機構などを検討した[J.Chem.Phys.94 2675(1991);95 918(1991)]。3.軌道放射光を利用した真空紫外光励起により、分子が負イオンと正イオンに解離する過程について研究し、正の電子親和力を持つ原子を含む多原子分子がほぼ例外なくイオン対生成反応を起こすことを明らかにし、負イオンの光解離効率曲線を測定した結果、これまで知られていなかった多くの中性超励起状態を検出し、さらにそれら超励起状態の光解離のダイナミックス(ポテンシャルエネルギ-曲面の擬似交差など)について有用な情報を得た[J.Chem.Phys.94 6003(1991);95 2398(1991);96巻、印刷中]。
大型構造物の非破壊検査のための低周波レーザー超音波法

(1)レーザー特性の解析レーザーによって励起される振動の強度はレーザーパルスの特性に依存する。2種類のレーザー(パルス幅50μs,エネルギー2.5J,ピーク出力50kWの長パルスYAGレーザーおよびパルス幅10n s,エネルギー0.1J,ピーク出力10MWのQスイッチレーザー)を比較した結果,Qスイッチレーザーは表面に損傷を与えやすく振動は小さいのに対して,長パルスレーザーは損傷を与えず大振幅振動を励起できることがわかった。(2)レーザーの高速走査による構造材料評価法金属の大型板構造体への適用を検討した結果、長パルスレーザーを高速走査して発生する板波の面内指向性が周波数により異なり、様々な方向からの散乱波が異なる周波数スペクトルを持つことを利用して、欠陥の位置を迅速に測定する方法を見出した。この方法を250mm×250mmのアルミ板に適用した結果、1回のレーザー走査で走査中心から異なる方向にある3個の欠陥を測定でき、大型構造物の検査への有用性を確認した。(3)低周波超音波共振による構造材料評価法タイルを貼った60×300×600mmのコンクリート板の裏面から幅3mm,長さ300mm,深さ1040mmのスリットを導入した試料について、検出用レーザービームを被検体上の一箇所に固定して,励起用の長パルスレーザーを走査して被検体全体を走査して映像化を試みた。その結果レーザーが欠陥上部に照射されると周波数110KHzの低周波振動強度が増加し、強度分布画像から欠陥の位置と形状がわかった。また,振動の共振周波数はスリットの深さの増加と共に低下し,有限要素モデルによる計算結果とも一致した。(4)粗面の振動計測法の高度化レーザーの走査による広域検査には長時間を要する。そこで検査時間短縮のため、フォトリフラクティブ結晶(BSO)を用いたダイナミックホログラフィー振動映像法に、参照光の位相変調を用いた光ロックイン技術を導入して、振動面分布の迅速映像化技術を開発し、絞り加工を行ったアルミ板や構造用セラミックタイルへの適用可能性を実証した。(1)低周波レーザー超音波に必要なレーザー特性の解明レーザーが照射された部位は光吸収のため温度が上昇し,熱膨張ひずみが発生するが,これによって励起される振動の強度は,レーザーパルスの特性に依存する。本研究では,2種類のレーザー(パルス幅50μs,エネルギー2.5J,ピーク出力50kWの長パルスYAGレーザーおよびパルス幅10ns,エネルギー0.1J,ピーク出力10MWのQスイッチレーザー)の振動励起性能を比較した。その結果,Qスイッチレーザーは表面に損傷を与えやすいが振動は小さいのに対して,長パルスレーザーは損傷を与えず大振幅の振動を励起することがわかった。(2)低周波超音波共振による構造材料の評価法低周波超音波による構造材料の欠陥検出法の開発のため以下の実験を行った。まず試験片として,タイルを貼った60×300×600mmのコンクリート板の裏面から幅3mm,長さ300mm,深さ1040mmのスリットを導入したものを作成した。検出用HeNeレーザー干渉計のビームを被検体上の一箇所に固定して,励起用の長パルスレーザーをミラーにより偏向して被検体全体を走査することによって映像化を試みた。その結果,励起用レーザーが欠陥上部に照射された場合に,周波数110KHの低周波の曲げ振動強度が増加した。これは欠陥周辺の局所的曲げ剛性が低下して変位が増幅されたためと推定される。

このため,強度分布画像の明るい部分から欠陥の位置と形状がわかった。また,振動の共振周波数は,スリットの深さの増加とともに低下し,有限要素モデルによる計算結果とも一致した。これから,強度分布から位置と形状を求め、周波数から深さを測る方法が有効とわかった。(1)共振スペクトルによる構造材料の強度評価法の開発欠陥部分の共振周波数は欠陥の厚さ大きさおよび弾性特性に依存することから、共振周波数の測定が構造部材の健全性評価に有用である。そこで昨年度検討したタイル・コンクリート系に加えて金属の大型板構造体の検査技術を検討した。その結果、振動励起用レーザーを高速走査して発生する板波の面内指向性が周波数により異なり、様々な方向からの散乱波が異なる周波数スペクトルを侍っことを利用して、欠陥の位置を迅速に測定する方法を見出した。この方法を250mm×250mmのアルミ板に適用した結果、1回のレーザー走査で走査中心から異なる方向にある3個の欠陥を測定でき、大型構造物の検査への有用性を確認した。(2)粗面の振動計測法の高度化レーザードップラー振動計やレーザー干渉計は、試料との相対位置を精密に調整する必要があり、走査による広域検査の自動化は困難である。そこで,検出用レーザーのかわりに励起用レーザーを走査する映像化技術を開発し、タイル・コンクリート系において有用性を実証した。また,フォトリフラクティブ結晶(BSO)を用いたダイナミックホログラフィー振動映像法に、参照光の位相変調を用いた光ロックイン技術を導入することにより,フォトリフラクティブ結晶の時間応答性に制約されない振動の面分布映像化技術を開発した。この映像化技術により、絞り加工を行ったアルミ板の振動モードを明瞭に実時間映像化できた。タイルヘの適用も検討し、適用可能性を持っことを見出した。
力学系の理論とノーマン幾何学

R^4-{0}において定義されるTaub-NUT計量を2つの未知関数を含む形で一般化し、その測地流のハミルトン力学系の簡約化で得られるT^*(R^3-{0})でのハミルトン系において、すべての有界軌道が閉じるように2つの未知関数を決定するという手続きで多重Kepler系を発見した。逆に、Taub-NUT計量の一般化も図った。この一般化Taub-NUT計量がEinstein計量であるための必要十分条件も計算した。この力学系はT^*(R^3-{0})で定義される古典力学系で、多重度を表す正の実数をパラメターとしてもち、それが有理数ならすべての有界軌道は閉じるが、無理数なら軌道は閉じない。また、閉軌道の回転数はその有理数で決まる。多重Kepler系は、普通のKepler系を含む無限系列のKepler型力学系を与えるという意味で注目に値する。さらに、多重Kepler系を量子化し、そのエネルギー固有値を見出し、多重Kepker系の多重度パラメータが有理数か無理数かにしたがって固有値の多重度(縮退度)に違いが現れることも証明した。このときの量子化作用素は、通常信じられているようなラプラス作用素の-1/2倍ではないが、一般化Taub-NUT計量がEinsteinならば通常の作用素に一致する。本研究で採用した作用素が自然なものであることを示すために、トーラス量子化を行って、この作用素から得られるエネルギー固有値と、トーラス量子化で得られるエネルギー固有値とが一致することを示した。一方、力学系とリーマン幾何学の話題に関連して、非ホロノ-ム拘束をもつ力学系とサブリーマン幾何学との密接な関連を示すプレートボール問題を研究し、いわゆるベリ-位相を調べた。これは、5次元空間内の完全可積分でない2次元の分布に計量を与えてその測地線を研究するものである。具体例ではあるが、今後の発展が期待できる.R^4-{0}において定義されるTaub-NUT計量を2つの未知関数を含む形で一般化し、その測地流のハミルトン力学系の簡約化で得られるT^*(R^3-{0})でのハミルトン系において、すべての有界軌道が閉じるように2つの未知関数を決定するという手続きで多重Kepler系を発見した。具体例ではあるが、今後の発展が期待できる.
重症心身障害児の脳活動と自律神経系活動を応用したQOL評価の試み

自律神経系活動や脳血流量により,重症心身障害児(者)の客観的なQOL評価の可能性を検討することを目的とした。重症心身障害児(者)は,体位変換のように大きな身体動作を伴うケアでは交感神経系活動が活性化し,副交感神経系活動が低下し,負荷になっていることがわかった。また,甘い味覚刺激(ブドウ糖)には前頭部領域の脳血流量が増加し,塩辛い味覚刺激(生理食塩水)には減少することが示された。このことより,重症心身障害児(者)の快・不快は,生理指標により客観的に評価可能であることが示された。平成24年度は,重症児・者のケア(着替えや口腔ケア)時のQOL評価を行う計画をしていた。しかし,ケア時の体動で測定が困難であることから,味覚刺激を用いることで体を動かさずに測定できる快ー不快反応の測定へ計画を変更した。対照群として,健常大学生を用いた。使用した刺激は,50%ブドウ糖水,生理食塩水、蒸留水の3種類で,0.5mlを5秒間で口腔内に注入した。重症児・者は3日間にわたり3回ずつ,健常者は1日のみ3回の刺激呈示を行った。実験参加者は,重症児・者が3名,健常者が5名であった。測定指標は,前頭葉の脳血流量をNIRS(機能的近赤外分光法)により,HRをポリグラフで測定した。NIRSについては,刺激呈示前6.5秒間の平均を基準として,その後13秒間の変化量を算出した。重症児・者の反応は日による変動があるものの,酸素化ヘモグロビン量(Oxy-Hb)がブドウ糖では低下し,生理食塩水では増加する傾向を示すパターンを示す重症児と,その逆の傾向を示す重症児がいた。一方,健常者を対象とした場合,Oxy-HbやDeOxy-Hbにさほど変化は認められなかった。HRについては,刺激呈示後に三相性の変化を示し,定位反応が生じていることが確認できた。味覚の中枢は大脳辺縁系にあり,その活動を直接NIRSで測定できないため,味覚認知の反映としての前頭葉活動を測定していることになる。健常者において,5人中4人の対象者が刺激の味覚を識別できなかったことから,味覚認知が成立していないために脳活動上の変化が観察できなかったものと考えられる。それに対して,重症児でOxy-Hbに変化が生じ,しかもブドウ糖(快)と生理食塩水(不快)とで反応が異なっていたことから,味覚を感じていただけではなく,刺激としての違いを認識できていた可能性がある。さらに事例を増やし,その確認を行う必要がある。重症心身障害児(者)は中枢神経系の障害が原因で運動および知能に障害が生じている症候群である。身体が不自由であり脆弱であるため,医療的ケアはもとよりQOLを高めることが重要な課題となっている。しかし,言語や身体反応によって意思を表現できないために,介護やケアの適切性は介護者の主観的な判断にゆだねられている。そこで客観的な指標を用いて,重症心身障害児の介護におけるQOLを評価することが求められる。介護中の緊張やリラックスについては,自律神経系指標をもとに評価が可能である。しかしリラックス状態については副交感神経系の活動だけでは,脳活動水準の低下によっても引き起こされるため,脳血流を測定することで脳活動の機能評価も合わせて行う必要がある。平成23年度は,予算執行上の問題があり,脳血流系の購入はできたものの測定ソフトの購入が遅くなったため,脳血流の測定を行うまでにはいたらず,自律神経系の測定のみとなっている。大島分類1の重症心身障害者4名(男性3名,女性1名;1759歳)を対象に,ケアとして実施した洗面と更衣中の自律神経系活動の測定を行った。ケアの前・最中・後の3時相で心拍数(HR),交感神経系活動(LF/HF),副交感神経系活動(HF)の評価を行ったところ,洗面時は,ケア中に上昇し,ケア後は低下傾向にある。HFはケア中に低下し,LF/HFは上昇することから交感神経系優位の状態にあり,生理的に高覚醒状態になることが示された。更衣時のHFは上昇し,LF/HFが低下することから,副交感神経系優位の状態,つまりリラックスしていることがわかった。しかし,1名は更衣時に交感神経系活動が優位になっており,個人差のあることがわかった。この個人差は,ケアをしている介護者の介護の仕方の違いにより生じている可能性があり,ケアの方法についての行動評価とあわせた検討を行う必要がある。平成23年度の予算執行は,当初予定額の7割の金額の執行であった。光イメージング脳機能測定装置(竹井機器OEG-16)の金額は197万円であり,予算230万円の86%を占める。

7割執行ということでは機器本体の購入も困難になったことから,他の予算と併せて購入することとした。しかし,測定・記録を行うためのソフトを購入することができず,実験を実施することができない状態が続いた。残り3割の予算が執行されたこと,および他の予算と併せてソフトを購入することができたことから,実験を実施することができるようになったが,あいにく冬になったために,測定予定者の健康のことを考えると測定することが難しくなった。そのため,脳血流量の測定を一時保留し,光イメージング脳機能測定装置のセンサーの装着に慣れてもらうための訓練を行っている段階である。対象者である重症心身障害児にとって,頭部を圧迫するセンサーの装着そのものが負荷となる可能性が高いため,装着になれてもらう必要があるからである。それ以前に,自律神経系についての測定は試行的に行っており,ケアの種類によって交感神経系ー副交感神経系活動の活性状態が異なること,またケアをする人によっても活性状態が異なる可能性を明らかにしている。自律神経系活動に加え脳血流量を測定することでリラックス状態の評価を行うとともに,介護者のケアの仕方についての行動観察を行い,より適切なケアのあり方について検討していく必要がある。平成24年度は,23年度に実施することができなかった脳血流量の測定を行い,自律神経系活動と組み合わせて評価することで,介護における負荷の程度を明らかにし,より適切なケアのあり方についての検討を行う。具体的には,以下の検討を行う予定である。対象者として,大島分類の14に相当する重症心身障害児(者)10名程度を対象として用い,入所施設における日常生活ケアである,吸入,食事(経口摂取・経管摂取),清潔維持(歯磨き・ひげそり・洗顔),更衣の4種類を測定の対象とするが,その内容は対象児(者)により異なる。測定指標は,中枢系の指標として前頭前野の脳血流量を,末梢系の指標として心電図を測定する。脳血流量はオキシヘモグロビン・デオキシヘモグロビン量を算出し,ケアを行っていないベース時から,各ケア時の変化量を算出する。心電図は,R-R間隔を測定し,それをもとに1分間あたりの拍動数(bpm)に変換し,ウェーブレット解析による周波数解析を行う。周波数解析により,高周波成分(HF)と低周波成分(LF)を抽出し,交感神経系指標(LF/HF)と副交感神経系指標(HF)の推移を検討する。さらに,行動観察として,ケアが行われている状態をビデオ録画し,ケアの内容と生理反応との対応関係が取れるようにし,介護者によるケア動作がどのような生理反応を引き起こすかについて検討する。また,対象者の反応から,快ー不快の程度を評定用紙により測定し,生理反応との対応を検討する。平成23年度に,光イメージング脳機能測定装置(竹井機器OEG-16)の本体を本科学研究費により,測定・記録・分析ソフトを他の研究予算により購入することができたため,脳血流量を測定するための基本な準備は完了した。平成24年度は,当該ソフトをインストールし,施設で測定・記録を行うためのノートブック型パソコンとデータ保存・バックアップ用のハードディスクを購入する必要がある。さらに,自律神経系活動の指標である心電図を測定するための使い捨て電極を購入する必要がある。データを測定するためには,重症心身障害者を対象にセンサー装着の馴化訓練を行い,その後に実験セッションを行う必要がある。また測定されたデータは行動観察のデータと同期させて解析を行う必要がある。そのためにかなりの手間と専門技術が必要となるため,特別な訓練を受けた大学院生等を雇用するための人件費が必要となる。
高分子材料の機械的破壊に関する分子論的研究

高分子材料の機械的破壊により、高分子主鎖の炭素-炭素結合が不均一に切断しメカノアニオン、メカノカチオンが生成することを予測した。電子捕捉剤であるテトラシアノエチレン(TCNE)存在下で機械的破壊された高分子材料からTCNEアニオンラジカル(TCNE〓)の検知をもってメカノアニオンの生成を立証した。メカノアニオンは、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の機械的破壊により生成することが見出された。メカノカチオンの生成は、PVDFメカノカチオンによるイソブチルビニルエーテル(IBVE)のカチオン重合の開始および生成されたポリイソブチルビニルエーテル(PIBVE)から立証した。得られたPIBVEの分子量はMw=6.2X10^4、Mn=2.3x10^4であった。以上より、高分子材料の機械的破壊により、高分子主鎖の炭素-炭素結合が不均一に切断しメカノアニオン、メカノカチオンが生成すると結論した。また、イオン収率は、高分子主鎖の置換基の電子親和力に起因する主鎖の炭素-炭合の極性に依存し、極性が高いほどイオン収率が高い傾向を示すと結論した。機械的な衝撃による高分子材料の破断という巨視的な破壊と、材料構成分子の化学結合の切断という微視的な破壊との相関を調べることにより、高分子材料の機械的破壊機構を分子論的に明らかにすることを目的に研究を進めている。本年度は、高分子主鎖の炭素ー炭素結合の機械的切断により、生成する化学種は均一切断による遊離基ばかりではなく、不均一切断によるイオン種も生成することを電子捕捉剤を用いたスピントラップ法を応用し、ESR法により立証することを目的に研究を遂行し、新たな知見(下記1.2.3)を得た。1.高分子材料を機械的に破壊することにより、その構成分子の化学結合(高分子主鎖の炭素ー炭素結合)が不均一に切断し、イオン種が生成することを電子捕捉剤(TCNE)を用いたスピントラップ法を応用しESR法により検知した。2.本年度科研費により購入した機器を用い、ESRスペクトルのシュミレ-ションを行い、結果をプロッタプリンタ-に描かせシュミレ-ションスペクトルを得た。シュミレ-ションスペクトルと実測スペクトルとを直接比較することにより、得られたスペクトルがTCNEアニオンラジカルであると同定した。これにより、高分子の機械的破壊により炭素ー炭素結合が不均一に切断しアニオンが生成すると結論した。3.種々の高分子(PTFE,PE,PP,PVDF)の機械的破壊における主鎖の炭素ー炭素結合の切断に対する不均一切断の割合、即ちイオン収率値(PTFE;16%,PE;27%,PP;37%,PVDF;85%)を得た。炭素ー炭素結合のイオン性は炭素原子それぞれに結合した置換基の電子受容性、電子供与性に依存することを見出した。本年度は、前年度において生成が予測されたが未だ明確ではないメカノカチオンの検知を試み、実行した。高分子材料の機械的破壊により、メカノアニオンの対として生成する化学種はメカノカチオンであると考えられる。しかしながら、メカノカチオンの検知には電子捕捉法では本質的に不可能である。そこで、典型的なカチオン重合性モノマーであるイソブチルビニルエーテル(IBVE)を用い、メカノカチオンによるカチオン重合の開始および生成された高分子物質の検証から高分子の機械的破壊によるメカノカチオンの生成を立証するという方法を用いた。ESR、FT-IRの測定結果は、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)の機械的破壊により主鎖の炭素ー炭素結合が不均一に切断し、PVDFメカノカチオンが生成したこと、そしてそのPVDFメカノカチオンがIBVEのカチオン重合を開始し、ポリイソブチルビニルエーテル(PIBVE、分子量;Mw=6.2X10^4、Mn=2.3X10^4)が生成したことを示した。これより、PVDFの機械的破壊により主鎖の炭素ー炭素結合が不均一に切断し、PVDFメカノカチオンが生成したと結論した。
ケミカルメディエーターによる延髄呼吸中枢抑制メカニズムの解明

重症疾患ではさまざまなケミカルメディエーターの放出があるが、それらによる延髄呼吸中枢への影響は解明されていない。そこで重症疾患で放出されるサイトカイン、内因性オピオイドまた治療薬としてのNSAID(Salicylate)による呼吸性ニューロンの解析を行い呼吸ネットワークの障害を調べた。標本は潅流槽におき、95%O_2,5%CO_2で飽和した人工脳脊髄液で潅流。呼吸性ニューロンはblindパッチクランプ法によるホールセル・レコーディングにより膜電位解析を行った。内因性オピオイドによる呼吸抑制は重要な問題である。オピオイドによる中枢性呼吸抑制は吸息性ニューロンのバースト形成を抑制するが、静止電位は過分極する場合としない場合がある。呼息性ニューロンと前吸息性ニューロンは影響を受けない。その作用はミューおよびカッパ・レセプター刺激薬で現れた。ニューロンの抑制機序は前シナプス抑制および後シナプス抑制の両方から起こることが解った。各種ケミカルメディエーターの中でも、最初に放出されるTNF-alphaを潅流液中に投与し、呼吸性ニューロンはTNF-alphaにより中枢性に抑制された。このとき膜抵抗は減少し静止電位は過分極した.これより推察されることはTNF-alphaは直接、延髄呼吸性ニューロンに対し抑制作用を持つことが考えられた.またSalicylateはlow doseでは従来の報告どおり呼吸中枢を刺激しhyperventilationを起こしたが、high doseでは呼吸中枢を抑制した。この抑制はGABA reccptor antagonistにより修復された.この吸息性ニューロンに対する作用はすべて前シナプス性に生じたものであった。今後はさらなるメディエーターの呼吸中枢への直接作用を解明する必要がある。それにより臨床において重症患者における呼吸状態の悪化、変動を解明することができるようになるであろう。脳死に至るような状態ではケミカルメディエーターの放出があるので、それによる延髄呼吸中枢への影響は解明されていない。そこで重症疾患で放出される各種ケミカルメディエーターによる呼吸性ニューロンの解析を行い呼吸ネットワークの障害を調べた。ラット脳幹脊髄摘出標本モデルを用い、標本は潅流槽におき、95%O_2,5%CO_2で飽和した人工脳脊髄液で潅流。呼吸性活動の出力モニターとして、C4前根から吸息性活動を吸引電極を用い記録。呼吸性ニューロンは直径2-3mのthin-wall borosilicateガラス管を用い"blind"パッチクランプ法によるホールセル・レコーディングにより膜電位解析を行った。各種ケミカルメディエーターの中でも、最初に放出されるTNF-alphaを潅流液中に投与し、呼吸抑制および障害が生じるとき呼吸性ニューロンの膜電位の変化を調べ、電流-電圧特性、膜抵抗を測定した。呼吸性ニューロンはTNF-alphaにより中枢性に抑制された。このとき膜抵抗は減少し静止電位は過分極した。これより推察されることはTNF-alphaは直接、延髄呼吸性ニューロンに対し抑制作用を持つことが考えられた。今後はその他の各種ケミカルメディエーター(インターロイキン1、インターロイキン6など)を投与し呼吸抑制及び呼吸障害が生じるときの全種類の呼吸性ニューロンの活動電位の変化を調べ、呼吸ネットワークの変化を調べる。

呼吸性ニューロンは直径2-3mのthin-wall borosilicareガラス管を用い"blind"パッチクランプ法によるホールセル・レコーディングにより膜電位解析を行った。内因性オピオイドによる呼吸抑制は重要な問題である。オピオイドによる中枢性呼吸抑制は吸息性ニューロンのバースト形成を抑制するが、静止電位は過分極する場合としない場合がある。呼息性ニューロンと前吸息性ニューロンは影響を受けない。その作用はミューおよびカッパ・レセプター刺激薬で現れ、デルタ・レセプター刺激薬では現れなかった。ニューロンの抑制機序は前シナプス抑制および後シナプス抑制の両方から起こっていることが解った。治療で用いられる抗炎症剤サリチル酸は低濃度では呼吸促進を起こすが高濃度では呼吸抑制を起こした。この吸息性ニューロンに対する作用はすべて前シナプス性に生じたものであった。各種ケミカルメディエーターの中でも、最初に放出されるTNF-alphaを潅流液中に投与し、呼吸性ニューロンはTNF-alphaにより中枢性に抑制された。このとき膜抵抗は減少し静止電位は過分極した。これより推察されることはTNF-alphaは直接、延髄呼吸性ニューロンに対し抑制作用を持つことが考えられた。
可逆的に作動する原子構造の組み替えを利用したナノスケール非分離運動機構発現の検討

能動的、適応的に機能する微細機械-素機械-を作動させるナノスケールのメカニズムについての基礎的検討を行った。素過程として(準)可逆な局所的原子間結合の組み替えを利用して、それを物質中で閉曲線(局面)を描かせるように連続的かつサイクリックに作動させることにより相対的すべり機構を作り出し、構造的に一体のままで一定スケールの原子集団を相対運動させるメカニズムを発現させる可能性について追究した。得られた研究成果は次の通りである。(1)前年度に導入した、刃状転位(ミスフィット)の円周運動を利用するべん毛モータのL-Pリングモデルに対して、動的特性の詳細、とくに相対すべり面上のせん断応力の変化と起動時/定常運動時のトルク、ならびにそれらの原子間相互作用(結合の強さ、平行点近傍での非線形特性など)についての依存性について詳細に検討加えた。その結果より、軸と軸受けを一体構造とし、内部に転位状のミスフィットを導入することにより相対運動を生じさせる機構を実現させる可能性を示した。(2)人工ならびに生体由来の分子2重膜上に、上記のメカニズムを発現させる可能性について検討するために、分子2重膜の基本特性(構造安定性や相転移発現機構など)を分子動力学シミュレーションを用いて追究し、膜面内荷重を加えた下での剛性を評価した。(3)転位ループを、ループ面に垂直な方向に移動させることにより、結晶中に柱状体の非分離往復運動を生じさせる機構の可能性について検討を加えた。原子レベルの構造欠陥を運動させることによって、構造的に一体のままで原子集団を相対運動させるナノスケールの機構の発現の可能性を分子動力学シミュレーションによって追求して、つぎの成果を得た。(1)パーソナルコンピュータにより構成される並列計算システムにより、大規模な分子動力学法シミュレーションをインタラクティブに実行できる環境を構築した。(2)単結晶中の転位に関して、無負荷時のゆらぎ特性、応力を負荷した下での運動特性を分子動力学法で評価し、相対運動の素機構としての可能性に検討を加えた。(3)幾何学的な形状をべん毛モータの軸受けの役割を果しているL-Pリング部に倣った、仮想的な原子(分子)により構成される軸-軸受けの2次元モデル(モデルの構成:軸、軸受けを構成する分子は線形バネで、軸-軸受け間はLenard-Jonesポテンシャルで表現される相互作用、分子の質量とバネ定数はべん毛モータのL-Pリング部の原子(分子)構造を参照して評価、軸と軸受けの周方向分子総数の差により欠陥構造(転位)を作成し、その静的構造安定性、動的特性を調べてつぎのような知見を得た。・軸-軸受け間相互作用が強くなると、ミスフィット部(転位部)にポテンシャルエネルギーが集中し周方向せん断応力の傾きが急峻となる。・軸に回転初速度を与えると、ミスフィット部が逆方向に回転運動し、それに伴って生じる局所的分子構造組み替えにより軸-軸受け間に相対運動を発生する。その際、エネルギーの散逸はほとんど生じない、超潤滑的状態が出現する。
リスクのオンバランス化による会計・財務数値および企業行動への影響分析

本研究は,一定の会計処理を適用して作成するプロフォーマ財務諸表の分析を通じて,現在はオフバランスのリスクがオンバランスされたものと仮定した場合に,企業が保有しているリスクの特徴,財務数値,企業行動,業種ごとの影響について解明するものである。
大規模時系列グラフデータのためのモデル学習と将来予測

本研究では,これらの多種多様な大規模時系列グラフビッグデータを対象とし,様々な現象,活動の時間的変遷とグラフ構造との関連性の発見,モデル化を行なうと同時に,将来の活動の予測を効果的,効率的に行なうことにより,様々な場面で利用可能な解析技術の研究開発に取り組んだ.具体的には,センサネットワーク,伝染病の拡散過程,ソーシャルネットワーク上のユーザ活動パターンを始めとする,高度な構造を持つ様々な時系列ビッグデータを対象とし,その特徴やダイナミクスをモデル化,予測するための基盤技術を開発した.本年度は主に,研究の基礎理論の確立を目指すと同時に,国内外での研究議論,発表を活発に行った.より具体的には,研究課題の基盤技術として,主に大規模非線形時系列データのための特徴自動抽出に関する研究を中心に取り組んだ.以下は具体的な提案手法である.(a)ソーシャルネットワーク上でのユーザの行動の時間的な推移の解析とパターン発見:Web上のユーザの活動のパターンを非線形モデルで表現し,将来の動向を予測するアルゴリズムを提案.(b)疫病の伝染とコネクティビティの関連性の分析,重要なコミュニティの発見:大規模な疫病感染報告に関するデータを対象とした,感染ルートの発見と地域間の関連性の発見,年代毎の地域毎の変化と感染パターンの関連性の分析,疫病の予防と対策に関する研究.(c)大規模時系列データのための特徴自動抽出:大規模センサネットワーク上における特徴的パターンの自動抽出手法の確立.提案技術は,国内外において,その有用性と汎用性を非常に高く評価され,データマイニング,データベースの分野における最も著名な国際会議であるWWW, SIGKDD, SIGMODで採録された.これらの成果は先駆的かつ実用的であり,データマイニング分野において国際的に高い評価を受けており,国内外における招待講演3件を行った.さらに,上記の研究内容を含め,本年度は積極的に外部組織との共同研究も行った.具体的には,海外渡航制度を利用し,共同研究者であるChristos Faloutsos教授(カーネギーメロン大学)の元へ訪問及び短期滞在を行った.これらの共同研究において,大規模時系列データの解析のための基礎技術基盤を確立した.昨年度に取り組んだ基盤技術の強化と向上に取り組むとともに,より複雑なデータ構造上での解析手法の提案を行った.具体的には,以下の項目について研究開発を行った.(a)ソーシャルネットワーク上のユーザ活動の非線形解析:Web上のユーザの活動のパターンを高度な非線形モデルで表現し,将来の動向を予測するアルゴリズムを提案した.より具体的には,複数のオンラインアクティビティ間の活動パターンを生態系に基づく非線形モデルとして表現・解析し,隠れた関係性と競合ネットワークを抽出することにより,従来手法と異なるアプローチに基づく将来予測の手法を開発した.大規模なデータセットに対する評価実験を行い,提案手法が既存の最新予測手法と比較し,性能,精度ともに大幅な向上を達成したことを確認した.(b)大規模時系列データの非線形テンソル解析:多次元時系列データの非線形解析手法を拡張し,より高度なデータ構造であるテンソルデータの解析手法を開発した.具体的には,ソーシャルネットワーク上のユーザ活動を,グローバル,ローカルの両視点から解析する統合的なモデルを提案し,より複雑なユーザの活動パターンを非線形的に解析する手法を提案した.提案手法は,{activity, location, time}の三つ組で構成されるイベントテンソルデータに対し,隠れた競合ネットワークや,ユーザのローカルパターン,季節性など,様々な情報を多角的な視点から抽出する.(c)大規模時系列グラフデータの特徴自動抽出:大規模センサネットワーク上の特徴自動抽出手法を拡張し,複雑なテンソルデータ上での特徴自動抽出を行う機構を開発した.より具体的には,大規模テンソルデータを非線形モデルとして表現し,情報圧縮を行うことにより,人の手を介することなく重要な情報を自動的に発見することができる.初年度に引き続き,大規模時系列データマイニングのための基礎理論の確立,および,国内外における研究議論と発表を活発におこなった.さらに,初年度の技術を発展し,より高度な時系列解析である予測手法に着手した.提案技術は,国内外においてその新規性と有用性が高く評価され,データマイニング,Web分野における最も著名な国際会議であるWWW (International World Wide Web Conference)に論文が採録された.さらに,本研究の一連の技術を発表する目的として,データベースの著名な国際会議であるACM SIGMODにおいて,3-hour tutorialや複数件の招待講演を行った.カーネギーメロン大学(CMU)との国際共同研究を実施し,"Mining and Forecasting of Big Time-series Data"に関する共同論文発表およびチュートリアル講演を実施した.最終年度である本年度は,去年度までに取り組んだ基盤技術に基づき,より高度かつ複雑な状況下においても高速かつ柔軟に解析・モデル学習をおこなうための技術の提案を行った.具体的には,以下の項目について研究開発を行った.(a)ソーシャルネットワーク上のユーザ活動に基づく非線形テンソル自動解析:ソーシャルネットワーク上のユーザ活動を,グローバル,ローカルの両視点から解析する統合的なモデルを提案し,より複雑なユーザの活動パターンを非線形的に解析する手法を提案した.具体的には,去年度取り組んだ非線形テンソル解析技術を発展させ,大規模テンソルデータの中から複数の非線形パターンを完全自動で抽出,モデル化するための手法,及び,学習モデルに基づくイベントの長期予測に関するアルゴリズムを開発した.大規模なデータセットに対する評価実験を行い,提案手法が既存の最新予測手法と比較し,性能,精度ともに大幅な向上を達成したことを確認した.(b)大規模時系列データ

ストリームのリアルタイム非線形解析と将来予測:より高度な問題設定として,刻々と生成され続ける大規模データストリーム状況下における解析と将来予測の手法を開発した.具体的には,センサネットワークから生成されるイベントストリームや,疫病拡散過程のストリーム,ソーシャルネットワーク上の動的活動イベントストリーム等も様々な時系列グラフデータストリーム上で,高速かつ高精度に現時点の重要なパターンを発見・モデル化する.さらに,本手法により学習したモデルに基づき長期的なイベント予測を行う手法を実装した.本研究では,これらの多種多様な大規模時系列グラフビッグデータを対象とし,様々な現象,活動の時間的変遷とグラフ構造との関連性の発見,モデル化を行なうと同時に,将来の活動の予測を効果的,効率的に行なうことにより,様々な場面で利用可能な解析技術の研究開発に取り組んだ.具体的には,センサネットワーク,伝染病の拡散過程,ソーシャルネットワーク上のユーザ活動パターンを始めとする,高度な構造を持つ様々な時系列ビッグデータを対象とし,その特徴やダイナミクスをモデル化,予測するための基盤技術を開発した.研究計画において,初年度の目標は大規模時系列データマイニングのための基礎理論の確立,および,国内外における研究議論と発表を活発に行うことであったが,これら関して,順調に取り組むことができた.最終年度においては,特に,より実用面を重視し,大規模時系列グラフデータに基づく将来イベント予測技術の確立に関する研究を行う.具体的には,本年度において確立した(a)ネットワーク上の非線形時系列解析,(b)テンソル解析,(c)特徴自動抽出の3つの基礎技術に基づく,大規模時系列グラフデータのための高度な解析技術を提案するとともに,既存の線形モデルに基づく解析手法と比較し,精度,性能の大幅な向上を達成する大規模時系列グラフデータのためのイベント予測システムの開発を実施する.データベース,データマイニング初年度同様,今後はさらに大規模時系列グラフデータのための基盤技術の確立を目指す.今後の研究では,より実用面を重視していく予定である.より具体的には,初年度において確立した時系列データの特徴抽出技術を発展させ,今後は,将来の時系列パターンの予測問題や,より複雑な振る舞いをする非線形データに対するパターンの表現技術を確立していく.データセット格納用のハードディスクの購入を実験終了後の次年度に変更するため.データセット格納用のハードディスクを購入する.