hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報科学・計算機科学における描像の可視化に関する研究

本研究の目的は,経験や学習から形成されるヒトの心の中の描像を,数値計算や計測のデータから客観的手法で可視化する手法を研究することである.具体的には,情報科学と計算機科学での描像を,物理学のスピン系で発展した手法を用いて可視化する.脳の記憶のモデルである連想記憶モデルをテストケースとして,シナプス抑圧の影響,K-SAT問題,量子揺らぎの性質解明など,様々な事例において,描像の可視化を行った.本研究の目的は,経験や学習から形成されるヒトの心の中の描像(picture)を,数値計算や計測のデータから客観的手法で可視化する手法を研究することである.具体的には,情報科学と計算機科学での描像を,物理学のスピン系で発展した手法を用いて可視化する本研究の目的は,経験や学習から形成されるヒトの心の中の描像を,数値計算や計測のデータから客観的手法で可視化する手法を研究することである.具体的には,情報科学と計算機科学での描像を,物理学のスピン系で発展した手法を用いて可視化する.脳の記憶のモデルである連想記憶モデルをテストケースとして,シナプス抑圧の影響,K-SAT問題,量子揺らぎの性質解明など,様々な事例において,描像の可視化を行った.本研究の目的は,経験や学習から形成されるヒトの心の中の描像(picture)を,数値計算や計測のデータから客観的手法で可視化する手法を研究することである.具体的には,情報科学と計算機科学での描像を,物理学のスピン系で発展した手法を用いて可視化する.H20年度は,低密検査符号(LDPCC)と連想記憶モデルの可視化および新しい可視化手法の開発を行った.LDPCはShanonn限界近くまでの性能を持ち,しかもアルゴリズム的にも優れており,次世代携帯電話にも用いられる,理論的にも実際的にも意味のある誤り訂正符号である.まずShanonn限界に対応する復号可能領域と不可能領域の境界を挟んだ二点でマルコフチェーンモンテカルロ(MCMC)法を行った。次にMCMCで得られたデータに主成分分析(PCA)を適用した.PCAでの第二主成分まで張られる平面上に事後分布を周辺化して,その頻度分布を観察した.その結果,復号可能境界を挟んで周辺化事後分布が全く異なった振る舞いをすることがわかり,さらにその違いを可視化することに成功した.また得られたPCAの平面は,復号可能境界を挟んで互いに直交関係にあることがわかった.これは単なるデータ解析手法であるPCAが相転移現象を検出する手法になり得ることを示唆している.そこで,この手法を複雑な相転移構造をもつ連想記憶モデルに適用して,この方法め相転移現象検出能力を現在調査中である.我々は以前にクラスタリングと次元圧縮を同時に行うアルゴリズムを提案している.我々が取り扱っている問題の次元は非常に大きく,このアルゴリズムをそのまま適用することは難しい,そこでこの問題に適した近似手法を開発し,現在その性能を調べている.本研究の目的は,経験や学習から形成されるヒトの心の中の描像(picture)を,数値計算や計測のデータから客観的手法で抽出・可視化する手法を研究することである.具体的には,情報科学と計算機科学での描像を,物理学のスピン系で発展した手法を用いて抽出・可視化する.H21年度は,連想記憶モデルとマルコフランダムフィールドモデル(MRF)に関して研究した.脳の記憶のモデルである連想記憶モデルは,誤り訂正符号や無線通信のCDMAと数理的に関連も深く,本研究課題のテストベッドとなるモデルである.連想記憶モデルの性質を調べる手法として,交換モンテカルロ法によるサンプリングと,混合ベルヌーイ分布によるクラスタリングを組み合わせた手法を提案した.その結果,提案手法で推定した最適なクラスタ数や予測分布から求められたオーバーラップなどの情報から,大域的な定常解や,転移点が精度よく求められた.さらにこの手法を組み合わせ最適か問題のK-SATに適用中である.近年の計測技術の発展から,得られるデータの量は莫大になり高次元化の一途をたどっている.その高次元データの表現方法として画像が頻繁に用いられる.ヒトは高次元データを画像としてとらえて,そこから計測の対象である系の描像を抽出している.MRFは画像処理を行う確率モデルであり,さらに脳の視覚野の計算論的な側面をもつ.我々はそのMRFの二面性に注目し,MRFを画像として表現された高次元データから描像を抽出する手法と考えた.本年度は地震波の速度分布の高次元データにMRFを適用し,データに潜む隠れた構造である地質学的特性を抽出する手法を確立した.本研究の目的は,通常はヒトが脳の中でしか描くことができない描像(picture)の概念図を,高次元データ解析手法により客観的に描く手法を研究することである.経験と学習に基づく豊かな知識体系を基盤におく描像を,実際に画像として描くことは一般には難しいが,情報科学と計算機科学における描像は,物理のスピン系で発展した手法を用いて可視化できる.本研究は,描像の可視化にもとづき,情報科学・計算機科学の理解に新たな切り口を与えるものである.平成22年度では,前年度に引き続き連想記憶モデルの可視化の研究を行った.まず,統計力学的手法により連想記憶モデルの相図を求めた.また,交換モンテカルロ法によるサンプリングを行い,主成分分析(PCA)および混合ベルヌーイ分布によるクラスタリングによりデータ解析を行った.

その結果,大域的な定常解や転移点が精度よく求められ、系の描像の可視化に成功した.また,上記の解析手法を組み合わせ最適化問題の一つであるK-SAT問題に適用した.系の性質を調べる方法として,連想記憶モデルの可視化で確立した交換モンテカルロ法によるサンプリングをK-SAT問題に適用した.得られたサンプリング結果に主成分分析(PCA)を行ったところ,K-SATは充足数の増加に伴い,解が容易に見つかるEasy-SAT状態,解が存在するが解を見つけるのが難しいHard-SAT状態,解が存在しないUn-SAT状態の三つの状態を特徴づける可視化に成功した.連想記憶モデルのアトラクター構造の可視化を行った.連想記憶モデルは脳の記憶のモデルであるが,情報理論で用いられているパリティー検査符号やCDMAとの数理的な対応がついているので,情報科学の描像の可視化の良いテストベッドである.本年度は特に,情報処理を失敗した状況に対応する偽記憶と呼ばれるアトラクターの分布を主成分分析により調べた.その結果,偽記憶が存在する部分空間は全空間に比例することがわかった.また,連想記憶モデルにシナプス抑制と呼ばれる機構を取り入れることで,偽記憶が不安定化して,リミットサイクルを形成することがわかった.そのリミットサイクルは二次元の空間に埋め込まれていることがわかった.これらの知見は,パリティー検査符合やCDMAにシナプス抑制を取り込むことで,情報処理の失敗を検出できる可能性を示している.SAT(充足可能性問題satisfiability problem)の可視化を行った.SATはNP完全問題に属し,計算機科学における典型的な問題の一つである.この系にレプリカ交換モンテカルロ法を適用し,その結果を主成分分析により可視化した.SATには解が容易に求められるeasy-SAT領域,解は存在するが解を求めるのが難しいhard-SAT領域,解が存在しないun-SAT領域が存在する.それぞれの領域について得られた主成分分析の結果は,画像としては全く異なっていた.今後は,レプリカ交換モンテカルロ法の結果を混合ベルヌーイ分布等でクラスタリングすることで,それぞれの領域のクラスター構造を推定することで,より人に優しいSATの可視化手法を開発する.今年度は,科学技術計測によって得られたイメージングデータ解析手法と,高次元データの背後にある潜在構造を推定するアルゴリズムの評価を行った.イメージングデータの解析は,しばしばマルコフ確率場(MRF)モデルにより定式化される.MRFモデルでは,ベイズ推定の枠組みを適用することで,自由エネルギー最小化によるハイパーパラメータ推定が可能になる.観測過程が非線形関数で表されるとき,従来はマルコフ連鎖モンテカルロ法がハイパーパラメータ推定に用いられた.従来の手法は非線形性を保つ一方で,確率論的なアルゴリズムとなり,収束判定が難しかったり,計算量が増えたりするという欠点がある.そこで本年度は,非線形MRFモデルのハイパーパラメータ推定に,決定論的なアルゴリズムを提案した.ここでは観測過程を線形近似し,解析的に自由エネルギーを計算することで,従来より高速にハイパーパラメータ推定を行う.高次元データからデータの背後にある潜在構造を抽出するのは,多くの場合,データの潜在構造の種類を仮定した上で解析を行う.それらの仮定を緩めて,構造の種類も推定可能となれば,その手法はより高度な描像の可視化に関するキーテクノロジーになる.
生殖とエクソソーム：卵成熟、受精、胚発生、着床におけるクロストーク機構の解明

マウス子宮内膜上皮細胞の性周期に伴うCD9の局在変化を検証したところ、発情期と発情間期では基底膜側にCD9が局在するのに対し、着床期では基底膜と対側の子宮内腔側に局在しており、性周期に応じたCD9の再配置が起こることが明らかとなった。さらに、着床期のCD9の局在と胚の着床部位は一致していた。着床期のヒト子宮内腔洗浄液については、気管吸引チューブを子宮腔に挿入し、生理食塩水5mlで洗浄、回収した。反復着床不全症例に対して、子宮内腔液を凍結保存するとともに、その後の臨床経過を追跡している。子宮内腔液の採取後、無治療で胚移植後に臨床妊娠に至った群、子宮内腔液の採取後に子宮鏡で慢性子宮内膜炎が疑われ、抗生剤・抗炎症薬が投与された群、さらにその中で、治療後に再び子宮内腔液が採取され胚移植後に臨床妊娠に至った群に分類した。顕微授精後に1個の受精卵を30-ul dropに入れ、5日間培養液は交換せずに胚盤胞期まで培養して形態良好胚盤胞が得られた場合に、使用済み培養液を回収し、胚それぞれについて凍結保存した(25 ul)。胚を入れずに同様に培養したコントロール培養液も凍結保存した。RNA-seqによりmiRNA網羅的解析を行った結果、胚を入れた培養液では、胚を入れないコントロール培養液に比べて多数のmiRNAの濃度が有意に高かった。胚から放出されるmiRNAが多数存在すると考えられた。次に、その後移植され妊娠に至った胚が由来する培養液群(妊娠群)、妊娠に至らなかった胚の由来する培養液(非妊娠群)、胚を入れないコントロール培養液についてmiRNA網羅的解析を行い、各群で特異的に発現するmiRNAが抽出された。さらに、それらのmiRNAが胚の質的マーカー(妊娠予後マーカー)になりうるかを検討するため、サンプルをプールしないで、それぞれの胚の培養液(25ul)中のmiRNA発現量についてリアルタイムqPCRを用いて解析した。倫理委員会の承認、臨床サンプルの収集と保存方法の確定、さらに臨床経過を追跡しその後の妊娠の有無の検討などに時間を要したため。また、卵胞液の解析には、採卵から受精、胚培養まで一貫した単一受精卵培養系が必要であるが、当院培養室で立ち上げるためには医療安全の見地から十分な準備(新たな単一受精卵培養系の立ち上げ)が必要となったため。着床期のヒト子宮内腔洗浄液については、以下の患者群に分類して検討する。子宮内腔液の採取後、無治療で胚移植後に臨床妊娠に至った群(正常子宮内腔液)、子宮内腔液の採取あるいは子宮鏡にて慢性子宮内膜炎が疑われ、抗生剤・抗炎症薬が投与された場合、治療後に再び子宮内腔液を採取し、その後に胚移植により臨床妊娠に至った群(治療前の異常子宮内腔液と治療後の正常化子宮内腔液)、子宮内腔液の採取後は無治療のまま2回以上良好胚を移植しても妊娠に至らなかった群(異常子宮内腔液)に分類した。今後これらを比較し、エクソソーム量、エクソソームに含まれるタンパク質プロファイルについて検討を進める予定である。ヒト胚盤胞から分泌されるmiRNAが胚のクォリティマーカーとなる可能性があり、胚の選択とそれに伴い着床率の向上に寄与する可能性がある。また胚盤胞由来エクソソームと子宮内膜由来エクソソームを包括的に研究することにより、胚側・子宮側着床因子の機能解明、さらには反復着床不全の治療法開発に繋げられる可能性がある。研究計画は慶應義塾大学医学部倫理委員会の承認を得た(承認番号20150473)。1-1.着床期のヒト子宮内腔洗浄液については、採取方法に関して検討を加えた(サイトコレクトの試用)。2-1.採卵時に大卵胞より回収される卵胞吸引液を卵胞それぞれについて1つのサンプルとして凍結保存を行っており、卵胞液中のエクソソーム内のmiRNA網羅的解析およびタンパク質プロファイリングは2017年度に開始する予定である。4-1.顕微授精後に1個の受精卵をsingle step mediumの30-ul dropに入れ、5日間培養液は交換せずに胚盤胞期まで培養して形態良好胚盤胞(内細胞塊および栄養外胚葉のグレードがいずれもB以上)が得られた場合に、使用済み培養液を回収し、1つの胚それぞれについて1つのサンプル(25 ul)として凍結保存した。使用済み胚盤胞培養液と胚を入れずに同様に培養したコントロール培養液について、RNA-seqによりmiRNA網羅的解析を行った結果、胚を入れた培養液では、胚を入れないコントロール培養液に比べて多数のmiRNAの濃度が有意に高かった。このことから、胚から放出されるmiRNAが多数存在することが明らかとなった(e.g. has-let-7b, 7c, 7f, 7i, has-mir-181a, 181b, 182, 192, 21, 202, 28, 302a, 30e, 371a, 373, 423, 509, 512, 873, 92a, 92b)。倫理委員会の承認、臨床サンプルの収集および保存方法の確定に時間を要したため。

顕微授精後に1個の受精卵をsingle step mediumの30-ul dropに入れ、5日間培養液は交換せずに胚盤胞期まで培養して形態良好胚盤胞(Veeck分類3BB以上)が得られた場合に、使用済み培養液を回収し、胚それぞれについて凍結保存した(25 ul)。胚を入れずに同様に培養したコントロール培養液も凍結保存した。RNA-seqによりmiRNA網羅的解析を行った結果、胚を入れた培養液では、胚を入れないコントロール培養液に比べて多数のmiRNAの濃度が有意に高かった。このことから、胚から放出されるmiRNAが多数存在することが明らかとなった(e.g. has-let-7b, 7c, 7f, 7i, has-mir-181a, 181b, 182, 192, 21, 202, 28, 302a, 30e, 371a, 373, 423, 509, 512, 873, 92a, 92b)。さらに、顕微授精後に胚盤胞培養した胚の使用済み培養液を胚それぞれについて凍結保存した。形態良好胚を胚移植し妊娠に至った胚が由来する培養液群と非妊娠胚の培養液群との間で、miRNAプロファイルを比較したところ、それぞれの群で特異的に発現するmiRNAが抽出された。倫理委員会の承認、臨床サンプルの収集と保存方法の確定、さらに臨床経過を追跡しその後の妊娠の有無の検討などに時間を要したためマウス子宮内膜上皮細胞の性周期に伴うCD9の局在変化を検証したところ、発情期と発情間期では基底膜側にCD9が局在するのに対し、着床期では基底膜と対側の子宮内腔側に局在しており、性周期に応じたCD9の再配置が起こることが明らかとなった。さらに、着床期のCD9の局在と胚の着床部位は一致していた。着床期のヒト子宮内腔洗浄液については、気管吸引チューブを子宮腔に挿入し、生理食塩水5mlで洗浄、回収した。反復着床不全症例に対して、子宮内腔液を凍結保存するとともに、その後の臨床経過を追跡している。子宮内腔液の採取後、無治療で胚移植後に臨床妊娠に至った群、子宮内腔液の採取後に子宮鏡で慢性子宮内膜炎が疑われ、抗生剤・抗炎症薬が投与された群、さらにその中で、治療後に再び子宮内腔液が採取され胚移植後に臨床妊娠に至った群に分類した。顕微授精後に1個の受精卵を30-ul dropに入れ、5日間培養液は交換せずに胚盤胞期まで培養して形態良好胚盤胞が得られた場合に、使用済み培養液を回収し、胚それぞれについて凍結保存した(25 ul)。胚から放出されるmiRNAが多数存在すると考えられた。次に、その後移植され妊娠に至った胚が由来する培養液群(妊娠群)、妊娠に至らなかった胚の由来する培養液(非妊娠群)、胚を入れないコントロール培養液についてmiRNA網羅的解析を行い、各群で特異的に発現するmiRNAが抽出された。さらに、それらのmiRNAが胚の質的マーカー(妊娠予後マーカー)になりうるかを検討するため、サンプルをプールしないで、それぞれの胚の培養液(25ul)中のmiRNA発現量についてリアルタイムqPCRを用いて解析した。倫理委員会の承認、臨床サンプルの収集と保存方法の確定、さらに臨床経過を追跡しその後の妊娠の有無の検討などに時間を要したため。また、卵胞液の解析には、採卵から受精、胚培養まで一貫した単一受精卵培養系が必要であるが、当院培養室で立ち上げるためには医療安全の見地から十分な準備(新たな単一受精卵培養系の立ち上げ)が必要となったため。
超音波加温時の音速変化率の測定による、癌治療効果の早期予測

固形がんに対して抗がん剤治療を行った際、腫瘍内部の組織性状に変化が生じ、その後遅れて腫瘍サイズが縮小する。治療後早期に微細な組織性状を定量的に評価することができれば、早期治療効果予測が可能になる。近年超音波照射により熱を発生させ、生体組織を超音波加温する手法が注目されているが、加温前後の単位時間あたりの音速変化率は超音波強度を一定に保てば、組織により固有の値を有する。本研究では、抗がん剤治療後の組織の音速の温度係数と音速変化率をin vitroおよびin vivoで計測し、組織学的変化と比較検討する。微細な組織性状の変化を定量的に評価し、治療の早期効果予測を行い、治療成績向上を目標とする。
オ-ストラリア鉱業経営史研究ーービッグ・ビジネスの形成過程ーー

オ-ストラリアのビッグ・ビジネスBHP(The Broken Hill Proprietary Limited)は、石油・鉱産物・金属を扱う世界でも最大級の総合資源会社の一つに数えられている。オ-ストラリア国内では、他の追随を許さぬ巨大企業である。BHPが1885年NSWの極西の地ブロ-クン・ヒルで銀・鉛鉱山として創業してから100有余年、このような巨大企業になるまでには、大きな転換点となった画期をいくつか経験している。その最大の画期は、1915年の鉄鋼業への進出であった。BHPは、鉄鋼業への進出を成功させることにより、既存の鉱石依存的な鉱山業の存立形態から、鉱山の命脈を越えた経営管理能力依存の存立形態への移行により、ゴ-イング・コンサ-ンへ脱皮した。この過程では、単に専門経営者の台頭が物語られているだけではなく、経営資源として経営管理能力あるいは経営管理技術が確立されてくる過程を示している。この変化を総称して経営近代化と名づければ、BHPの鉄鋼業への進出過程は、まさしく鉱業経営近代化の形成過程を示すものであり、オ-ストラリア鉱業経営史の画期をなすものである。企業の営む事業は、いかなるものでも、環境との相互作用の中で淘汰を受け、将来を保証されるものは何もない。将来を支え、成長を支えるのは、変化を探し変化に対応し変化を利用して事業展開する企業家精神とその具体化を進める経営管理の技術である。BHP鉄鋼業転進のプロセスは、まさしくオ-ストラリアにおけるビッグ・ビジネスの到来を告げるものであった。オ-ストラリアのビック・ビジネスBHP(the Broken Hill Proprietary Limited)は、石油・鉱産物・金属を扱う世界でも最大級の総合資源会社の一つに数えられている。BHPが1885年NSWの極西の地ブロ-クン・ヒルで銀・鉛鉱山として創業してから100有余年、このような巨大企業になるまでには、大きな転換点となった画期をいくか経験している。BHPは、鉄鋼業への進出を成功させることにより、既存の鉱石依存的な鉱山業の存立形態から、鉱山の命脈を越えた経営管理能力保存の存立形態への移行により、ゴ-イング・コンサ-ンへ脱皮した。
抗体エキソソーム・ＡｂＥｘを用いたＤＤＳの創成と副作用のない癌治療への展開

本研究は、分泌膜小胞であるエキソソームに腫瘍関連抗原特異的なヒト抗体を提示させた抗体エキソソーム(AbEx)を薬剤送達に用いる癌治療法の開発を目的とする。癌胎児性抗原(CEA)に対する単鎖型抗体遺伝子をエキソソームタンパク質であるCD63と融合した遺伝子を作製し、実際にAbExの単離に成功した。このAbExは、CEA陽性癌細胞に結合し、細胞内へと取り込まれることが確認された。しかしながら、標的細胞への結合の親和性や特異性は十分とはいえなかった。そこで、AbExの分子デザインの大幅な見直しを行った。現在、安定的な収量と提示量の高いAbExが得られる系の構築を鋭意実施している。本研究の目的は、分泌膜小胞であるエキソソームの膜上に腫瘍関連抗原特異的なヒト抗体分子を提示させた抗体エキソソーム(AbEx)を薬剤送達の担体として用いた新規な癌治療法の開発である。平成24年度では、まず腫瘍関連抗原である癌胎児性抗原(CEA)に対するヒト単鎖型抗体遺伝子をエキソソームのマーカータンパク質であるCD63の細胞外ループに挿入したキメラ遺伝子のクローニングを行い、AbEx発現用コンストラクトを作製した。作製したAbEx発現ベクターをHEK293FT細胞に導入し、培養上清中からAbExの単離を試みた結果、低収量ながらも抗体を提示したエクソソームが得られたことを確認した。単離したAbExを蛍光色素Dioによって染色し、これをCEA陽性ヒト胃癌細胞株MKN45の培地中に添加して検鏡した結果、AbExが細胞内に顆粒状に存在する像が観察され、その細胞内への取込みが確認された。AbExのCEA陽性細胞への結合はフローサイトメトリーによっても確認されたが、その結合量は十分とはいえず、CEA陰性細胞への非特異的な結合も相当量認められた。これは、エクソソームあたりの抗体提示量が少ないこと、あるいは抗体融合タンパク質の抗原親和性が低いことが一因であると考えられた。AbExの産生量自体も少ないことを鑑みて、平成25年度では、抗体提示に用いる融合タンパク質のデザインの大幅な見直しを行った。腫瘍標的化に用いる分子種として完全長抗体を用いることとし、これをエクソソーム上に提示させるために、抗CEA抗体遺伝子をIgD型へと改変させた発現コンストラクトを作製した。併せて、間接的な提示法の試みとして、単離エクソソームをアビジン修飾し、ビオチン化抗CEA抗体をこれに結合させたAbExの調製も行った。しかしながら、安定的な収量と提示量の高いAbExが得られる系の構築が難しく、今後さらなる検討を要する。本研究の目的は、分泌膜小胞であるエキソソームの膜上に腫瘍抗原特異的なヒト抗体を提示させた抗体エキソソーム(AbEx)を薬剤送達の担体として用いた新規な癌治療法の開発である。本年度は、まず腫瘍関連抗原CEAに対するヒト単鎖型抗体遺伝子をエキソソームのマーカータンパク質であるCD63の細胞外ループ領域に挿入した融合遺伝子のクローニングを行い、AbEx発現用コンストラクトを作製した。単離したAbExを蛍光色素Dioにより染色し、これをCEA陽性MKN-45細胞の培地中に添加して蛍光顕微鏡で検鏡した結果、AbExが細胞内に顆粒状に存在する像が観察され、細胞内への取込みが確認された。AbExのCEA陽性細胞への結合はフローサイトメトリーによっても確認されたが、その結合量は十分ではなく、また、CEA陰性の細胞株に対する非特異的なAbEx蛍光も相当量認められた。これは、エクソソームあたりの抗体提示量が少ない、あるいは抗体融合タンパク質の抗原親和性が低いことが原因であると考えられ、AbEx自体の産生量が少ないことも鑑みると、抗体提示に用いる融合タンパク質のデザインの見直しと併せて、AbEx産生に用いる細胞種の変更を行う必要があるものと考えられた。平成24年度の目標であるAbExを低収量ながら得ることには成功しているが、AbExを癌治療へ適用するには十分な抗体提示量とさらなる抗原特異性を確保しなければならない。従って現状の抗体提示用の融合タンパク質のデザインを改良する必要がある。より高効率な抗体提示と抗原親和性の増強を達成するため、抗体融合タンパク質のデザインの改良を行う。

具体的には単鎖型抗体ではなく完全型抗体を用いることとし、これをエクソソーム膜上に提示するために、本来IgG型である抗CEA抗体を膜結合型のIgD型へと変換させる。IgDは比較的エクソソームに集積しやすいとの報告があるため、効果的な抗原提示と抗体の機能性維持に有効であると考えられる。一方で、エクソソーム表面にアビジンを結合させ、これに対してビオチン化抗体を結合させることで間接的にAbExを作製する方法も試行する予定である。また、エクソソーム産生量が多く、体外での培養も比較的容易な間葉系幹細胞をAbEx産生用の細胞として用いることを検討する。平成24年度購入予定機器がメーカーのキャンペーンにより想定よりも安価に導入できたため繰越金が生じたが、平成25年度に抗体とIgD遺伝子融合タンパク質を発現させるにあたり、人工遺伝子の受託合成を依頼するため研究費に過不足は生じず、その他は申請書記載の使用計画に変更はない。
野生型N-ras遺伝子の組織特異的がん抑制効果とその機構

Rasプロト癌遺伝子は組織によって相反する作用を持つ。本研究では、Rbをホモ型欠損することによって生じる2種類のがん細胞においてN-ras遺伝子がどのような働きを持つのかを調べた。Rbをヘテロ型欠損したマウスは、Rb遺伝子のLOHにともない、下垂体腺がん(悪性)と甲状腺カルシトニン産生(C)細胞腺腫(良性)を発症する。Rbヘテロ型欠損に加えN-rasをホモ型欠損させたマウスでは、下垂体腺がんの分化傾向が進み、浸潤性が抑制された。対照的に、C細胞からは極めて転移性の高い甲状腺髄様がんが発生した。また、N-rasがヘテロ型になっているとき、このマウスに生じたC細胞腫の36%でN-rasのLOHとそれに伴う腫瘍の悪性転換を観察した。RbN-ras両欠損C細胞がん株では細胞運動を制御するRhoAの活性が亢進したが、野生型N-rasの導入によってこの活性を抑制できることがわかった。面白いことに、同コピー数の活性化型N-rasは反対にRhoAの活性をさらに亢進させた。ヒトの肺癌あるいはマウスに実験的につくらせた皮膚癌、肺癌などで、活性化型の突然変異をもったrasアレルの出現にだけではがんを発症せず、対立する正常アレルの欠損が腫瘍の発生に必須になる場合があることが知られる。つまり、野生型のrasアレルは正常型のそれに対して遺伝学的優性な働きを持つと解釈できる。RhoAの活性制御に関する相反的な作用は、このことのメカニズムの一端を担っていると思われる。最後に、このようなN-ras遺伝子の欠損がヒトの当該がんでも観察されるかどうかを調べた。ヒトの散発性甲状腺髄様がんでは、N-rasを含む染色体1番短腕領域のアレル数異常が効率に観察されることが報告されていた。我々はN-ras近傍のマイクロサテライトマーカーをもちいて、同上18症例を解析した。この結果、そのうちの10例でN-ras遺伝子のLOHを検出した。活性化rasを導入して誘導される実験的発がんでは、正常のrasアレルの欠損が悪性転換にとって必要となる場合があることが示されている。これは、野性型ras遺伝子のがん抑制遺伝子としての働きを示唆している。本計画では、N-ras遺伝子のがん抑制遺伝子としての作用を解明し、そのことによって得られる,知見をヒト癌の診断治療に役立てることを提案した。本研究費によって支援された我々の研究の到達点は下記の通りである。Rbヘテロ型に加えN-ras野生型、ヘテロ型、ホモ型となったマウスを作製し長期間観察した。これらのマウスでは、Rb遺伝子のLOHが必発し、下垂体およびC細胞由来の腫瘍が生じる。Rbヘテロ型N-rasホモ型マウスに生じるC細胞腫瘍はN-rasが野性型であるマウスでその組織型が腺腫と診断されるのと大きく異なり、著しい悪性所見(高い浸潤・転移性)を呈することを見いだした。同様の悪性所見をRbヘテロ型N-rasヘテロ型マウスに生じるC細胞腫瘍においても高頻度に見いだした。これらの悪性C細胞腫瘍では野性型N-ras遺伝子の欠損(LOH)が声頻度に検知されること、LOHの有無がC細胞腫の転移性と有意に相関することを見いだした。Rbヘテロ型N-rasホモ型マウスに生じた高転移性C細胞腫瘍原発巣および転移巣より細胞株を樹立した。レンチウイルス感染系をもちいて、これらの細胞株において野生型N-ras遣伝子を再構成し、その表現型をコントロールと比較している。これに続いて、野生型N-ras遣伝子に特異的なターゲット遺伝子群の網羅的同定をマイクロアレイ解析によっておこなう準備を行っている。これまでに、野生型N-ras遺伝子が組織特異的にがん抑制遺伝子として振る舞うことを、モデルマウスおよびヒト甲状腺髄様がん症例の両方において遺伝学的に証明した。本年度は、このメカニズムを、N-ras複合ノックアウトマウスに生じた高悪性度のC細胞癌細胞株において野生型N-ras遺伝子を再構成した細胞の分子生物学的解析を行うことによって詳細に解明した。N-ras欠損C細胞癌細胞株において生理的レベルで野生型N-rasを再構成したところ、p27タンパク質の安定化が観察された。この安定化は、野生型N-rasによるプロテアソームの機能の抑制のためであることがわかった。また、実際にモデルマウスに生じたN-ras欠損C細胞癌細胞ではp27のレベルが非常に低く、N-rasを欠損しないC細胞癌細胞ではp27のレベルが高いことが確認された。更に野生型N-rasによるプロテアソームの機能の抑制のメカニズムを調べたところ、生理的レベルの野生型N-rasはRhoAの活性化を抑制した。非生理的レベルに強発現した野生型N-rasは活性化型N-rasと同様にRhoAの活性化を促進した。このN-rasはRhoAとの関係はN-rasを比較的高レベルで発現する乳がん細胞MCF-7でも成り立っていることを確認した。このようなN-ras-RhoAのクロストーク関係の下流をしらべたところ、従来知られたようにROCKを介して、アクチン重合を刺激することとP27の安定性を制御することがわかった。また、同シグナルはROCKを介さないメカニズムにより、RECKとよばれる膜アンカー型MMPインヒビターの転写制御を行うことがわかった、さらに、このメカニズムにはRhoAの重要な下流転写因子であるMALの核内移行制御が関与していることを明らかにした。

Rasプロト癌遺伝子は組織によって相反する作用を持つ。本研究では、Rbをホモ型欠損することによって生じる2種類のがん細胞においてN-ras遺伝子がどのような働きを持つのかを調べた。Rbをヘテロ型欠損したマウスは、Rb遺伝子のLOHにともない、下垂体腺がん(悪性)と甲状腺カルシトニン産生(C)細胞腺腫(良性)を発症する。Rbヘテロ型欠損に加えN-rasをホモ型欠損させたマウスでは、下垂体腺がんの分化傾向が進み、浸潤性が抑制された。対照的に、C細胞からは極めて転移性の高い甲状腺髄様がんが発生した。また、N-rasがヘテロ型になっているとき、このマウスに生じたC細胞腫の36%でN-rasのLOHとそれに伴う腫瘍の悪性転換を観察した。RbN-ras両欠損C細胞がん株では細胞運動を制御するRhoAの活性が亢進したが、野生型N-rasの導入によってこの活性を抑制できることがわかった。面白いことに、同コピー数の活性化型N-rasは反対にRhoAの活性をさらに亢進させた。ヒトの肺癌あるいはマウスに実験的につくらせた皮膚癌、肺癌などで、活性化型の突然変異をもったrasアレルの出現にだけではがんを発症せず、対立する正常アレルの欠損が腫瘍の発生に必須になる場合があることが知られる。つまり、野生型のrasアレルは正常型のそれに対して遺伝学的優性な働きを持つと解釈できる。RhoAの活性制御に関する相反的な作用は、このことのメカニズムの一端を担っていると思われる。最後に、このようなN-ras遺伝子の欠損がヒトの当該がんでも観察されるかどうかを調べた。ヒトの散発性甲状腺髄様がんでは、N-rasを含む染色体1番短腕領域のアレル数異常が効率に観察されることが報告されていた。我々はN-ras近傍のマイクロサテライトマーカーをもちいて、同上18症例を解析した。この結果、そのうちの10例でN-ras遺伝子のLOHを検出した。
高エネルギー粒子線応用のイオンマイクロプローブの開発と製作

本研究では,ミクロンオーダーの化学的不均質性を持つ鉱物試料を高エネルギーイオンビームで局所分析するため,必要な機能を備えた試料室を開発することが主要な課題であった.3年間の研究を通じ,当初の目標である(1)試料室の開発に成功しただけでなく,(2)マイクロビーム作成のための小型タンデトロンの導入,(3)X線スペクトルの解析プログラムの導入にも着手することができた.試料室の開発では,高エネルギーイオンビームによる鉱物試料の分析で先駆的な成果を挙げているオーストラリアの研究所の分析装置を初年度に調査し,それを基に今回の設計と開発を行った.開発でのポイントは,1)分析の空間分解能を高めるためにビームを試料面に垂直に入射すること,2)分析箇所をミクロンオーダーで決めるために顕微鏡によって試料面を垂直に観察できるようにすること.3)ビーム調整のために蛍光物質に照射したビームの形と大きさが観察可能で,照射中の試料の状態も観察できるようにすることであった.これらの制約を同時に満たすには,ビームと試料観察の光学系の光軸が同軸であるこが必要で,この点を長焦点の光学顕微鏡と反射鏡の組合せによって解決した.作成した試料室では,ズ-ム機能を備えた反射兼偏光顕微鏡によって試料を60倍から360倍の倍率で観察することが可能で,高機能のドライビングステージによって測定一を±5μmの精度で決定できる.また,微量元素の効率的な測定に必要な吸収体(フィルター)についても,複数の吸収体を迅速に変換できるようにその交換マガジンを備えている.さらに,この試料室には主成分である軽元素と微量の重元素を同時に測定できるように2つの検出器を取り付けている.既に,隕石・高圧実験試料・流体包有物などの予察的な測定を行い,今回開発した試料室が充分な性能を持つことを確認している.今後は,現在開発中の小型タンデトロンによるビームラインに今回の試料室を設置して,現在,カナダのゲルフ大学から導入中の解析プログラムを合わせることによって,地球科学試料に対する新しい分析システムを構築する予定である.本研究の7年度に目標設定した研究内容は次の通りである。(1)筑波大の大型Tandem加速器からのプロトン線を地球科学的試料のPIXE分析に応用した実用化のためのテストと、定量分析を行うための条件設定。(2)地球科学的試料測定に適した統合型試料チェンバーの設計と製作。特に、(a)PIXE, RBS, ERDA, PIGEの各分析の同時測定が可能である各種検出器を配置、(b)薄片・厚板試料両用のXYZ移動型試料架台、(c)ビームと同軸の反射顕微鏡。(3)各分析法からの測定データの解析プログラムの開発。(3)ビームラインに新たに電子レンズを組み込み、80μmのマイクロイオンビームを実現する。以上の研究目標の内、主要設備であるイオンマイクロプローブ用多機能測定器・試料台一体型チェンバーの製作は、ほぼ完成し、年度内にはビームラインに設置できる。現在、ビームと同軸の反射顕微鏡の製作とそれのチェンバーの組み込みを行っている。これによって地球科学試料測定のための要求諸条件を満たした照射チャンバーが完成する。特に試料周りのチェンバー設計に関して、各種検出器(PIXE用SSD2種、RBS用Surface Barier Deector, γ線用Ge(Li)Dertector)及び顕微鏡を互い効率よく配置する事に成功した。筑波大の大型加速器のプロトン線を地球科学的試料のPIXE分析に応用するための実用化テストもほぼ修了したが、これについては測定データの解析プログラムを外国から導入することの必要性、PIXE用の専用のSI-Li検出器の必要性などの問題点が明らかになった。プロトン線のマイクロビーム化実験も同時に進行させ、現在は80μmまでビームを絞り込むことに成功したが、ここにも新たな問題が生じた。それは筑波大学の大型加速器が4-6MeV程度のエネルギーの照射に適して居らず、ビーム強度の安定を保つことが困難な点である。これは加速器自体の設計目的によることであり、本研究ではいかんともしがたい。我々の使用可能なより小型でビーム強度の安定した加速器を求めることとした。本研究では,ミクロンオーダーの化学的不均質性を持つ鉱物試料を高エネルギーイオンビームで局所分析するため,必要な機能を備えた試料室を開発することが主要な課題であった.3年間の研究を通じ,当初の目標である(1)試料室の開発に成功しただけでなく,(2)マイクロビーム作成のための小型タンデトロンの導入,(3)X線スペクトルの解析プログラムの導入にも着手することができた.試料室の開発では,高エネルギーイオンビームによる鉱物試料の分析で先駆的な成果を挙げているオーストラリアの研究所の分析装置を初年度に調査し,それを基に今回の設計と開発を行った.開発でのポイントは,1)分析の空間分解能を高めるためにビームを試料面に垂直に入射すること,2)分析箇所をミクロンオーダーで決めるために顕微鏡によって試料面を垂直に観察できるようにすること.

3)ビーム調整のために蛍光物質に照射したビームの形と大きさが観察可能で,照射中の試料の状態も観察できるようにすることであった.これらの制約を同時に満たすには,ビームと試料観察の光学系の光軸が同軸であるこが必要で,この点を長焦点の光学顕微鏡と反射鏡の組合せによって解決した.作成した試料室では,ズ-ム機能を備えた反射兼偏光顕微鏡によって試料を60倍から360倍の倍率で観察することが可能で,高機能のドライビングステージによって測定一を±5μmの精度で決定できる.また,微量元素の効率的な測定に必要な吸収体(フィルター)についても,複数の吸収体を迅速に変換できるようにその交換マガジンを備えている.さらに,この試料室には主成分である軽元素と微量の重元素を同時に測定できるように2つの検出器を取り付けている.既に,隕石・高圧実験試料・流体包有物などの予察的な測定を行い,今回開発した試料室が充分な性能を持つことを確認している.今後は,現在開発中の小型タンデトロンによるビームラインに今回の試料室を設置して,現在,カナダのゲルフ大学から導入中の解析プログラムを合わせることによって,地球科学試料に対する新しい分析システムを構築する予定である.本年度は,(1)地球科学試料の局所分析専用チャンバーの光学系の調整と動作の制御機構の開発,(2)解析プログラムの選定と導入,(3)直径20μmのマイクロビームの実現,(4)標準試料の調整,が主目標として設定され,その実現が試みられた.(1)チャンバーの光学系については既に調整が終了し,イオンビームの高い透過率を実現することが残されているだけである.動作制御に関しては,新たなプログラムを開発し,測定部分に迅速にビームを移動できる機構を完成した.(2)解析プログラムについては,オーストラリアの連邦産業科学研究機構とカナダのゲルフ大学の解析ソフトウェアの内容を比較検討した結果,カナダのゲルフ大学のソフトを導入することに決定した.(3)筑波大学加速器センターの大型加速器による直径20μmの安定したマイクロビームの作成は,ビームを絞る四重極レンズの工作精度の不足と、分析に必要なエネルギーにまで出力を下げて使用するために生ずる大型加速器の不安定性にとって,困難であることが明らかとなった.そこで,安定性の高い小型のタンデトロン加速器を加速器センターに新たに設置し,高輝度のマイクロビームを実用化することを現在進めている.このビームラインは来年度の夏までには完成する予定で,開発が終了しているチャンバーと,導入する解析ソフトを併せることで,日本初のプロトンマイクロプローブが完成することになる.大型加速器を使用した場合,直径80μmのマイクロビームは実現できており,小型のタンデトロン加速器では不可能な高エネルギーのビームを照射するのにはこちらの方が都合がよい.特に,重元素を分析する場合には,ビーム径はやや大きいものの,大型加速器を用いたビームラインでの分析が必要である.(4)微量元素の定量分析に欠かせない標準物質の設定については,白金チューブ内に封入した粉末標準岩石試料を高周波を使って5分以内に溶融し,それを水中に投じて急冷することで,ほぼ均質なガラス試料を得ることに成功した.一部のガラスはには溶融時の高い粘性により微量元素の多少の不均質性は認められるが,殆どガラスで微量元素の不均質性は測定誤差の範囲内に入っており,同法が標準物質作成法としての有効であることを示している.本研究では,ミクロンオーダーの化学的不均質性を持つ鉱物試料を高エネルギーイオンビームで局所分析するため,必要な機能を備えた試料室を開発することが主要な課題であった。3年間の研究を通じ,当初の目標である(1)試料室の開発に成功しただけでなく,(2)マイクロビーム作成のための小型タンデトロンの導入,(3)X線スペクトルの解析プログラムの導入にも着手することができた.
現象論的ダイナミックスの設計論への導入に関する研究

非線形ダイナミックスを内包する複雑系化学プロセスを流体の混合場で実現するシステム(化学装置)をオペレーション、コントロールの設計法と実際について各グループAGで手分けして研究を実施した.A:複雑系化学プロセスとして酢酸ビニルの乳化重合を取り上げ,システムとして撹拌混合反応装置を採用して回分操作と連続操作による反応速度(重合率)、ラテックス粒子の粒度分布の時間変動ダイナミックスを観察した。機能制御に関係する粒度分布の制御,分子量分布の制御の可能性を例示し、粒子成長過程の析出凝集プロセスのメカニズムを解明した。また、非線形ダイナミックスの特徴である流動形態の遷移特性である分岐性、履歴性に留意して、共軸回転円錐流動装置、衝突噴流装置,往復振動混合装置の反応場の混合特性のデータ蓄積を行った.B:革新的な化学プロセス強化を目指し,重合反応など多様な化学プロセスを対象に、化学プロセス・ダイナミックスのモデリングの研究を知的ネットワークシステム(各種ニューラル・ネットワーク)を応用して行った.また、遺伝アルゴリズムで最適化したニューラル・ネットワークによる設計法や反応装置の動的挙動のシミュレーション法などを提案した.C:混相流反応装置の新しい設計・スケールアップ法の観点から、局所の物理量の変動の実際のデータの蓄積によるデータベースの構築をし、逆にこのデータベースからニューラルネットワークにより設計条件に適した諸特性の時系列データを得る方法を考案した。また、マクロな流動構造をCFDシミュレーションにより得て,これにミクロ構造の時系列データベースを重畳させるバーチャルリアクターの設計法を提案した。D:流体の混合現象を非線形性ダイナミックスの観点からモデル化し、新しい混合装置の開発を目指した研究を展開した.省エネルギー型の混合効果が高い往復振動式混合器の混合モデルの構築と直接数値シミュレーションを行った。通常の撹拌式混合器について流れ全領域に亘る局所速度成分の時系列データをLDVにより計測して、ヴァーチャルリアクター設計に役立つデータベースを作った.E:化学振動を伴う複雑系化学反応のモデル化、内部熱交換蒸留塔の設計と操作、高分子膜の移動現象等々,実際的なプロセスのダイナミックスの実験とモデル解析を行った。蒸留塔の実用化へのモデルプラントの設計のステップに入った.F:化学反応の動的操作による反応促進と触媒活性に関する実験とモデル解析を行って、次の実用化のための実験のステップに入った.G:気液接触反応プロセスの動的設計を目指して、気泡のダイナミックスの可視化観測技術の開発と物質拡散の定量化、気泡計測の信頼性評価に関する実験的研究を行って、ファイバープローブによる可視化解析および信頼性評価法を考案した.非線形ダイナミックスを内包する複雑系化学プロセスを流体の混合場で実現するシステム(化学装置)をオペレーション、コントロールの設計法と実際について各グループAGで手分けして研究を実施した.A:複雑系化学プロセスとして酢酸ビニルの乳化重合を取り上げ,システムとして撹拌混合反応装置を採用して回分操作と連続操作による反応速度(重合率)、ラテックス粒子の粒度分布の時間変動ダイナミックスを観察した。蒸留塔の実用化へのモデルプラントの設計のステップに入った.F:化学反応の動的操作による反応促進と触媒活性に関する実験とモデル解析を行って、次の実用化のための実験のステップに入った.G:気液接触反応プロセスの動的設計を目指して、気泡のダイナミックスの可視化観測技術の開発と物質拡散の定量化、気泡計測の信頼性評価に関する実験的研究を行って、ファイバープローブによる可視化解析および信頼性評価法を考案した.本研究は、化学プロセス自身が非線形性の強い複雑系で、そのシステムや操作を設計(シンセシス)するためには、システムの各要素の現象論的ダイナミックスをいかにデータベース化して統合的に設計法に導入するかが、今後の化学系生産工学の重要な問題であるとのフィロソフィーに立脚した総合的展開研究である。初年度は、次のAG班の研究グループで研究分担して、以下の研究を推進し、成果を挙げた。。A:複雑系化学プロセスの混合、BZ反応、乳化重合の非線形ダイナミックスの要素

還元的アプローチによるデータ集積と構成論的設計のためのデータベース化の基礎研究をして、不安定性の分岐特性と反応プロセスの動的操作の有利性を見出し、混合場の構成論的設計思想を構築した。B:複雑系化学プロセスの設計のために知的ネットワークを導入して、重合や分離プロセスのモデリングの研究をして、ニューラルネットワークを用いたモデリング方法や遺伝的アルゴリズムなどによるバッチプロセス運転管理の最適化手法を見出した。C:気固系、気液系、三相系混相流の流動の非線形ダイナミックスの動的データを集積し、バーチャルリアクターの構築と設計に関する研究をして、新しい反応装置の設計やスケールアップの手法を創出し、動的熱伝達などの時系列データに変換できるトランスフォーマーを設計した。D:混合場の設計手法に関連して、振動流れ系の流体混合ダイナミックスの解析手法とカオス混合の実現を目指した研究をして、ニューラルネットワークによる組み合わせ最適法を粒子移動の会席手法に導入して振動混合の動的メカニズムを明らかにするとともに、円板振動混合法のエネルギー効率の有利性を実験により明らかにした。E:気固触媒反応の高効率化のための動的操作・制御法の研究をして、2-プロパノールの脱水素反応において白金担持プレート触媒へ原料をパルス状のスプレーで供給する高効率の非定常操作法を開発した。F:反応、蒸留、膜分離プロセスの設計・操作に非線形ダイナミックスを導入する手法の研究をして、それぞれのプロセスの動的特性として、多重安定性や振動現象が出現する条件を明らかにした。G:混相流反応装置設計に必要な、気泡群の運動と界面物質移動のカップリングの動的データの解析とモデリングの研究をして、気泡個々の物質移動促進メカニズムを界面波動が支配しており、ガス溶解促進・制御のための設計・操作に重要な基礎データを得るとともに、気泡周辺の局所流れ構造と濃度拡散パターンの相関性の検討をした。本年度の研究方針は、第2段階に入り、化学プロセスを扱うシステムの各要素の現象論的ダイナミックスのデータおよびモデルの集積を行いながら、「設計法に導入するためにはどのようなデータベース化を目指すか、どのようなシミュレーションヘとまとめて行くか」について総合的研究を推進することである。第2年度は、次のAG班の研究グループで研究分担して、以下の研究を推進し、成果を挙げた。A:複雑系化学プロセスとして特に乳化重合の連続あるいは動的操作を取り上げ、非線形性(履歴性・多重性)を考慮したダイナミックスのデータ集積を重視して、定常操作であっても素過程や反応物の物性が不安定になったり、自励振動することを確認し、そのメカニズムをほぼ明らかにできた。
ゼロ資源での教師なし音響パターン発見のための研究

2020年東京オリンピック・パラリンピックが近づくにつれ、海外からの観光客との言葉の壁はますます深刻な問題となっている。現在の音声認識・音声翻訳技術は、リソースが大きい言語についてはすでに容易に利用できるため、ここでは言語特有の知識も書き起こしデータもないようなゼロ資源の音声処理の問題を対象とする。2017年度では、当初計画にあったアフリカ言語(ツォンガ語)のゼロリソースモデリングの構築に成功した。さらに、2017年のゼロリソースの音声チャレンジに成功することができた。インドネシアの大学との連携もまだ進行中であるが、研究成果は得られていなかった。2018年度では、インドネシア言語のゼロリソースモデリングの構築に成功した。今回は、Dirichletプロセスのガウス混合モデルを利用する代わりに、ディープラーニングに基づいてシステムを構築した。このシステムでは、(1)サブワード単位を発見すること、(2)音声を合成すること、および両方とも教師なしで行うことができた。また、2019年の世界ゼロ資源スピーチチャレンジに参加し、提案手法で上位結果を得ることができた。さらに、脳解析研究について、2017年度では、脳波検査を用いて文章を判別する実験を行った。2018年度では、Speech-Imagination中のEEG振動とあからさまな相手の音声包絡線との間の同期を明らかにするための研究を行った。具体的には、(1)Speech-Imagination中のEEGベースの回帰音声エンベロープが顕在音声エンベロープと相関するかどうか、および(2)Imagined-EEGが参加した異なるエンベロープで音声刺激を分類できるかどうかを調べた。これらの結果は、Speech-Imagination中のEEGと明白な対応物のエンベロープとの間の同期を示している。今年は、2017年には不可能だったインドネシア語のゼロリソースモデリングの構築に成功した。さらに、2019年のゼロリソースボイスチャレンジで最高のパフォーマンスを達成することができた。インドネシアの大学との協力は継続中である。また、他のアジアの研究機関との共同研究も始めている。Speech-ImaginationのEEG分析も行っている。現在のところまだ研究結果は得られていないが、インドネシア語でもEEG実験を開始した。次の研究活動を2019年に継続する。(1)ゼロリソースモデリングとEEG実験の継続。(2)提案枠組みの完成:低資源言語(インドネシア語/ツォンガ語)から主要言語(日本語/英語)への音声翻訳が可能な本格的なシステムの構築を目指す。教師なし音響ユニットモデリングやパターン発見技術は存在するが、実際に言語的および意味的表現との関連まではまだ開発されていないため、本研究では未知言語の音声と意味表現を結びつける手段としてEEG解析に基づく認知知識をゼロ資源モデリングに組み込む手法について提案し、フレームワークを完成させ複数言語での応用を実証する。2017年度は、自然言語処理および認知科学に関する文献調査、ならびに言語および音声の認知についてアフリカ言語(ツォンガ語など)のゼロ資源モデリングおよびEEG解析の設計およびシステム構築、Dirichletプロセスのガウス混合モデルを中心に、音声特徴ベクトルをクラスター化してクラスの動的なセットを行った。各クラスを音響単位とみなすことにより、音声は、クラス後立腺系列として表すことができる。この最適化により、サブワードモデリングの品質が大幅に向上することが示された。この研究手法は、ゼロ資源のスピーチチャレンジに参加して最高のパフォーマンスを達成し、コンペティションに優勝したことで示される。また、脳波検査を用いて日本語の文章を判別する実験を行った。この実験では、テンプレートマッチングと分類器を使用して、さまざまな設定でのパフォーマンスを調査した。さらに話者依存についても実験を行った。さらに、シータ、アルファ、ベータ、低ガンマ、およびすべての周波数帯の組み合わせを含む複数の周波数帯で実験を行った結果、複数の組み合わせの周波数帯が最も良い結果を示した。当初計画にあったアフリカ言語(ツォンガ語)のゼロリソースモデリングの構築に成功した。さらに、英語、ドイツ語、フランス語、中国語、アフリカ言語を含むゼロリソースの音声チャレンジに勝つことができた。EEG分析に関しては、日本語の分析は予定通り進んだ。ただし、アフリカ系言語のような低資源言語は国内で被験者を見つけるのが難しく課題として残る。

また、2019年の世界ゼロ資源スピーチチャレンジに参加し、提案手法で上位結果を得ることができた。さらに、脳解析研究について、2017年度では、脳波検査を用いて文章を判別する実験を行った。2018年度では、Speech-Imagination中のEEG振動とあからさまな相手の音声包絡線との間の同期を明らかにするための研究を行った。具体的には、(1)Speech-Imagination中のEEGベースの回帰音声エンベロープが顕在音声エンベロープと相関するかどうか、および(2)Imagined-EEGが参加した異なるエンベロープで音声刺激を分類できるかどうかを調べた。これらの結果は、Speech-Imagination中のEEGと明白な対応物のエンベロープとの間の同期を示している。今年は、2017年には不可能だったインドネシア語のゼロリソースモデリングの構築に成功した。さらに、2019年のゼロリソースボイスチャレンジで最高のパフォーマンスを達成することができた。インドネシアの大学との協力は継続中である。また、他のアジアの研究機関との共同研究も始めている。Speech-ImaginationのEEG分析も行っている。現在のところまだ研究結果は得られていないが、インドネシア語でもEEG実験を開始した。2018年と2019年に以下の研究活動を継続する。2018年度:ゼロ資源モデリングの構築とEEG実験の継続、認知知識ソースの解析、およびゼロ資源モデリングへの知識統合のための設計検討2019年度:提案フレームワークの完成、性能検討、複数言語での応用について実証実験。最終的にはツォンガ語から日本語/英語への音声翻訳ができるシステムを開発する。次の研究活動を2019年に継続する。(1)ゼロリソースモデリングとEEG実験の継続。(2)提案枠組みの完成:低資源言語(インドネシア語/ツォンガ語)から主要言語(日本語/英語)への音声翻訳が可能な本格的なシステムの構築を目指す。