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直交磁心形PC-AC変換器を用いた太陽発電光システムの実用化研究

本研究は、筆者の着想による直交磁心型DC-AC変換器を用いた連系方式の太陽光発電システムの実用化を目的とし、家庭用規模の変換器の製作と太陽電池模擬電源による検証を行うとともに、太陽電池による不規則な発生電力を有効に利用するための最適制御方式の確立を図るものである。以下、本研究の成果を記述する。1.太陽電池模電源の製作:プログラマブル直流電源とマイクロコンピュータにより、3kw程度の太陽電池アレイの出力特性を極めて良好に再現する模擬電源を構築した。2.検証用小型器の製作:実器の製作に先立ち、400W程度の小型の直交磁心を用いて単相用DC-AC変換器の製作を行い、最適励磁回路方式ならびに制御方式について、シミュレーション並びに実験により検討を行った。これにより、実規模装置の開発に必要な事項が明らかになった。3.上記と平行して、装置の最適設計についても検討した。非線形な電気機器である直交磁心の解析・設計手法として、3次元的な非線形磁気回路モデルを提案し、"Reluctance Network Analysis"を適用して直交磁心の磁化特性の算定を行い、良好な成果を得た。これは新しい知見である。4.実規模装置の製作:上記の成果に基づき、3kW程度の直交磁心形DC-AC変換器の製作を行った。試作器の効率、力率はともに90%以上であり、実用に供し得る特性が得られている。5.応用分野の開拓:本研究では、直交磁心の新しい応用についても検討を行い、低歪みで高速応答の可能な無効電力補償装置への適用の可能性を明らかにした。以上、本研究の結果、直交磁心型DC-AC変換器を用いた太陽光発電システムの実用化の見通しが得られるとともに、直交磁心の新しい応用分野の開拓もなされ、所期の目的はある程度達成されたものと考えられる。これらの成果は電気学会、電子情報通信学会、日本応用磁気学会の研究会及び学術講演会等で発表を行った。本研究は,筆者の着想による直交磁心型DC-AC変換器を用いた連系方式の太陽光発電システムの実用化を目的とし,家庭用規模の変換器の製作と太陽電池模擬電源による検証を行うとともに,太陽電池による不規則な発生電力を有効に利用するための最適制御方式の確立を図るもので,平成5年度より2カ年の予定で進めているものである.以下に平成5年度における研究成果を記述する.1.太陽電池模擬電源の製作:プログラマブル直流電源とマイクロコンピュータにより,3kW程度の太陽電池アレイの出力特性を極めて良好に再現する模擬電源を構築した.2.検証用小型器の製作:実器の製作に先立ち,400W程度の小型の直交磁心を用いて単相用DC-AC変換器の製作を行い,最適励磁回路方式ならびに制御方式について,シミュレーション並びに実験により検討を行った.これにより,実規模装置の開発に必要な事項が明らかになった.3.上記と平行して,装置の最適設計についても検討した.非線形な電気機器である直交磁心の解析・設計手法として,3次元的な非線形磁気回路モデルを提案し,"Reluctance Network Analysis"を適用して直交磁心の磁化特性の算定を行い,良好な成果を得た.

これは新しい知見である.以上,本年度においては,太陽電池模擬電源の製作,小型器による直交磁心型DC-AC変換器の特性検証,ならびに直交磁心型DC-AC変換器の最適設計手法の確立など,平成6年度の研究遂行に必要な基礎的事項を明らかにすることができ,所期の目的はある程度達成されたものと考えている.これらの研究成果は,電気学会,電子情報通信学会,日本応用磁気学会の研究会及び学術講演会等で発表を行った.本研究は,筆者の着想による直交磁心型DC-AC変換器を用いた連系方式の太陽光発電システムの実用化を目的とし,家庭用規模の変換器の製作と太陽電池模擬電源による検証を行うとともに,太陽電池による不規則な発生電力を有効に利用するための最適制御方式の確率を図るもので,平成5年より2カ年の予定で進めてきた.以下に平成6年度における研究成果を記述する。1.直交磁心の設計法の確立:前年度に提案した直交磁心の3次元磁気回路に基づき,本年度はより精度の良い解析・設計手法を目的として,磁心材料の異方性を考慮した特性計算手法,ならびに非線形性を考慮した直交磁心の鉄損算定法を与えた。2.回路シミュレーション手法の検討:実器の製作に先立ち,400W程度の小型の直交磁心を用いて単相用DC-AC変換器の製作を行い,最適励磁回路方式ならびに制御方式について,シミュレーション並びに実験により検討を行った.これにより,実規模装置の開発に必要な事項が明らかになった.3.実規模装置の製作:上記の成果に基づき,3kW程度の直交磁心形DC-AC変換器の製作を行い,実用に供し得る特性が得られることを検証した.4.応用分野の開拓:上記と平行して,直交磁心の新しい応用についても検討を行い,低歪みで高速応答の可能な無効電力補償装置への適用の可能性を明らかにした.以上,本年度の研究の結果,直交磁心型DC-AC変換器を用いた太陽光発電システムの実用化の見通しが得られるとともに,直交磁心の新しい応用分野の開拓がなされ,所期の目的はある程度達成されたものと考えられる.これらの成果は電気学会,日本応用磁気学会の研究会及び学術講演会等で発表を行った.
機能性小分子プローブによるアクチン繊維の光操作

アクチンは細胞骨格の一種であり,様々な外的な刺激や発生のコンテクストによって応答して,ネットワークが速やかに,また動的に再編成される.これにより細胞極性形成や神経突起の伸長,細胞運動などの細胞のダイナミクスが支えられている.本研究課題では,運動や細胞内物質輸送,細胞間の力の発生のといったさまざまな現象で多種多様な機能を果たす光によりアクチンを,時空間的に操作可能な技術を確立することを目的に,独自の発見に基づき光機能性プローブの開発を行っている.申請者は,本研究課題とは別の目的の蛍光プローブの開発を行う過程で得られた蛍光色素がアクチン繊維を染めることを偶発的に発見しており,これが本研究課題の端緒となった.従来,アクチン繊維に高い親和性を有する化合物は,複雑な構造を有する非天然環状ペプチドや大員環ラクトンが報告されるのみであったが,申請者らの発見した分子はロドール類に属する非常に単純な蛍光分子でありながら,アクチンへの高い結合性を呈していた.本研究課題では「光によるアクチン繊維の制御」という目的を達成するために,この独自に発見したアクチン結合性色素骨格を元に,アクチン繊維への分子の結合とアクチン繊維の操作という2つの機能を有する機能性分子の開発を行っている.初年度はアクチン繊維の結合に関して精査をすすめ構造活性相関の知見を得た.30年度においては,初年度において得られた構造活性相関の知見を発展させ,アクチン骨格の制御が可能な機能性分子の合成・開発をすすめ,生細胞系に応用することで,開発した分子の機能精査を行った.本研究課題申請時においては,アクチン繊維を可視化可能な蛍光プローブの開発を行うことを目的とし,研究を遂行しており,申請時の計画としては,『アクチン骨格の制御を司る機能性部位を骨格に対してどのように組み込むのか』,また,『光によるアクチン骨格への結合親和性の制御が可能か』に関して検討すべく,まずは色素骨格の誘導展開を行うことで構造活性相関の知見を得つつ,分子の機能化をすすめる計画とした.2年目以降は,機能性分子の分子設計・開発を行い,分子の機能評価を行う計画であった.計画通り,初年度にえられた構造活性相関の知見に基づき,最適化された機能性分子の設計を行い,生細胞系での機能評価の光制御の機能評価を行った.計画に基づき,まずはアクチン繊維の分解を促進するタグを開発する戦略に則り,分子の開発を行った.この分子に関して,生細胞系への適用,精度の高い機能評価方法の確立などを推し進めており,計画通り研究を進展できている.また,分解因子を用いる戦略が十分に機能しない場合にバックアップとして計画していた他の戦略でも同時に分子開発が進行している.機能性の評価は,共通して用いることが可能な方法のため,戦略のことなる設計から開発された分子に関しても,速やかに評価系へと研究を進展させることができた.これまで機能性に関して,良好な感触を得ており,概ね順調に進展していると言える.本研究課題は予備検討の段階で,プローブの系統的な合成,in vitro/ in celluloにおける結合活性の精査や,生細胞,固定細胞を用いた系において体系的なデータをスムースに得られる実験系の構築も完了していることから,ここまで順調に進行している.2年度目までにアクチン繊維の分解を惹起する分子の設計・合成を完了しており,in celluloの系に応用し,アクチン繊維の分解が引き起こされるかどうか,またどのような経時変化となるのか等に関して精査を行っている.分子の機能性に関しては,ここまで概ね良好な結果が得られていることから,光照射を行う細胞特異的にアクチン繊維が崩壊する条件を見出すために,光学系の最適化等も必要となってくると考えている.また,開発した機能性分子が特定の細胞種の特定の条件化のみで機能するのではなく,一般的な生物学研究への応用が実用上可能であることを示すために,細胞の種類や培養条件などを変え応用範囲を探っていくことも重要であると考えている.培養細胞系で十分な結果が得られる場合には,初代培養細胞や,ex vivoやモデル動物系など高次の系への応用も視野にいれ,研究を展開していきたいと考えている.アクチンは細胞骨格の一種であり,様々な外的な刺激や発生のコンテクストによって応答して,ネットワークが速やかに,また動的に再編成される.これにより細胞極性形成や神経突起の伸長,細胞運動などの細胞のダイナミクスが支えられている.本研究課題では,運動や細胞内物質輸送,細胞間の力の発生のといったさまざまな現象で多種多様な機能を果たす光によりアクチンを,時空間的に操作可能な技術を確立することを目的に,独自の発見に基づき光機能性プローブの開発を行っている.申請者は,本研究課題とは別の目的の蛍光プローブの開発を行う過程で得られた蛍光色素がアクチン繊維を染めることを偶発的に発見しており,これが本研究課題の端緒となった.従来,アクチン繊維に高い親和性を有する化合物は,複雑な構造を有する非天然環状ペプチドや大員環ラクトンが報告されるのみであったが,申請者らの発見した分子はロドール類に属する非常に単純な蛍光分子でありながら,アクチンへの高い結合性を呈していた.本研究課題では「光によるアクチン繊維の制御」という目的を達成するために,この独自に発見したアクチン結合性色素骨格を元に,アクチン繊維への分子の結合とアクチン繊維の操作という2つの機能を有する機能性分子の開発を行っている.初年度はアクチン繊維の結合に関して精査をすすめた.

具体的には『アクチン骨格の制御を司る機能性部位を骨格に対してどのように組み込むのか』,また,『光によるアクチン骨格への結合親和性の制御が可能か』に関して検討すべく,まずは色素骨格の誘導展開を行うことで構造活性相関の知見を得た.アクチン骨格の制御が可能な機能性分子の合成・開発をすすめている.本研究課題申請時においては,アクチン繊維を可視化可能な蛍光プローブの開発を行うことを目的とし,研究を遂行しており,申請時の計画としては,『アクチン骨格の制御を司る機能性部位を骨格に対してどのように組み込むのか』,また,『光によるアクチン骨格への結合親和性の制御が可能か』に関して検討すべく,まずは色素骨格の誘導展開を行うことで構造活性相関の知見を得つつ,分子の機能化をすすめる計画であった.申請当初の予定では,アクチン骨格に結合能を有する分子であるロドール色素誘導体を母核として,この9位に結合する芳香環にリンカーを介してアクチン骨格制御部位を結合させる目論見であったが,構造展開に自由度が高いと予想していた芳香環部位は,嵩高い官能基の導入によってアクチン結合性が完全に消失してしまうことが判明した.一方で興味深いことに,ロドール色素骨格に対して直接的に修飾を施すと親和性が向上する化合物も得られるなど,当初想定されていなかった知見を得ることが出来た.これらの知見は,当初予想していないものであったが,新たな知見を活かすことで,研究の目的を達成することが,合成や分子設計の容易さという点で,機能性分子の開発を,より効率的にすすめるための知見となった.現在,30年度に得られた知見をもとに,アクチン繊維を制御可能な分子の開発を進めている.アクチンは細胞骨格の一種であり,様々な外的な刺激や発生のコンテクストによって応答して,ネットワークが速やかに,また動的に再編成される.これにより細胞極性形成や神経突起の伸長,細胞運動などの細胞のダイナミクスが支えられている.本研究課題では,運動や細胞内物質輸送,細胞間の力の発生のといったさまざまな現象で多種多様な機能を果たす光によりアクチンを,時空間的に操作可能な技術を確立することを目的に,独自の発見に基づき光機能性プローブの開発を行っている.申請者は,本研究課題とは別の目的の蛍光プローブの開発を行う過程で得られた蛍光色素がアクチン繊維を染めることを偶発的に発見しており,これが本研究課題の端緒となった.従来,アクチン繊維に高い親和性を有する化合物は,複雑な構造を有する非天然環状ペプチドや大員環ラクトンが報告されるのみであったが,申請者らの発見した分子はロドール類に属する非常に単純な蛍光分子でありながら,アクチンへの高い結合性を呈していた.本研究課題では「光によるアクチン繊維の制御」という目的を達成するために,この独自に発見したアクチン結合性色素骨格を元に,アクチン繊維への分子の結合とアクチン繊維の操作という2つの機能を有する機能性分子の開発を行っている.初年度はアクチン繊維の結合に関して精査をすすめ構造活性相関の知見を得た.30年度においては,初年度において得られた構造活性相関の知見を発展させ,アクチン骨格の制御が可能な機能性分子の合成・開発をすすめ,生細胞系に応用することで,開発した分子の機能精査を行った.
超臨界湿式粉砕法による超微粒子の創製

平成11年度は、平成10年までの炭酸カルシウムの粉砕実験に加え、タルク、カオリン等の無機系固体粒子、ポリ塩化ビニル、メラニン樹脂等の有機系固体粒子の粉砕実験を行った。上述の各種固体粒子の実験においては、温度、粉砕機回転体の回転速度・媒体充填率を変えた実験を行い、粉砕機の操作条件と粉砕速度、粉砕限界粒子径、エネルギー効率についての定式化を行った。湿式媒体撹拌ミルによる粉砕では、粉砕機内の粘度が直接粉砕の良否に関わると考えられる。そこで、粉砕液の粘度と粉砕の関係を明確にし、スケールアップに耐えうる動力相関を行い、粉砕エネルギー効率の評価を行った。また本年度は、有機系固体粒子を対象とし、超臨界流体を用いた湿式粉砕を行う際の最適な装置の構造、仕様(回転体の形状、回転体とベッセルのクリアランス、媒体粒径など)の検討を行い、装置の改良に対する知見を得た。平成9年度は主に、本研究で用いる粉砕機の作成、及び可視化セルを用いた超臨界場における原料粉体の挙動についての検討を行った。超臨界流体を用いる連続式湿式媒体撹拌ミルの作成本研究では、耐圧20MPaの媒体撹拌ミルを作成し実験に用いる。同媒体撹拌ミルはベッセル内に設置された回転体の回転により媒体(ガラスビーズ、ジルコニアビーズ)を撹拌し、粉砕を行うものである。回転体は比較検討のため、アニュラー型のものの他にディスク型のものに交換することができるものとした。粉砕機内の温度は、ベッセル内に配した通水溝に所定温度の水を通すことで任意に調整できるよう作成した。現在、同媒体撹拌ミルに超臨界流体と原料粉体の懸濁物を送液するポンプの選定を行っており、来年度に上述のポンプを購入し、実際の粉砕実験を行う。超臨界流体中における原料粉体の挙動本研究では、内容積40mlの可視化窓付き高圧セルを作成し、超臨界場における原料粉体の挙動の観測を行った。本年度は超臨界流体として二酸化炭素、顔料粉体として顔料用カーボンブラック(三菱化学社製MA200)、導電性カーボンブラック(三菱化学社製ケッチェンブラック)、顔料用フタロシアニンを用いた観測を行った。その結果、顔料用カーボンブラック及び顔料用フタロシアニンにおいては超臨界二酸化炭素中に良好に分散、懸濁し超臨界媒体撹拌ミルを用いることで粉砕が容易に行える見通しを得た。一方導電性カーボンブラックについては超臨界二酸化炭素の密度の増加に伴い、粒子の凝集、構造化が観測され、適宜な温度、圧力条件の設定を行わない場合、砕成物が凝集し大粒子化する可能性があることが明らかにした。本研究は、超臨界流体の導入が可能な連続式湿指揮媒体撹拌ミル(以下、単に粉砕機と呼ぶ)を作成し、粉砕実験を行った。粉砕速度、粉砕限界粒子径の測定、粉砕機の所要動力の測定を行い、本粉砕法の有用性を定量的に明らかにする。同測定を粉砕機の操作条件(粉砕機の回転体速度、媒体充填率、温度、圧力、粘度など)を変えて行い、操作条件との関連を定式化した。また、超臨界流体を導入した場合の粉砕機構を明らかにするため、粉砕機内の流動および媒体の運動の可視化実験、粉砕液(超臨界流体+溶媒+微粒子)の粘度測定等の基礎データの測定を行い、それらを用いた粉砕速度、粉砕限界粒子径、粉砕エネルギー効率に関する相関式について検討を行った。本年度は、粉砕実験を温度、粉砕機回転体の回転速度・媒体充填率を変えた実験を行い、粉砕機の操作条件と粉砕速度、粉砕限界粒子径、エネルギー効率についての定式化を試みた。また、本年度には超臨界流体を用いた湿式粉砕に最適な装置の構造、仕様(回転体の形状、回転体とベッセルのクリアランス、媒体粒径など)の検討を行い、装置の改良に対する知見を得た。上述の研究の成果は、現在化学工学文集((財)化学工学会)に投稿する準備中であり、平成11年度内の投稿を予定している。
複数感覚様相に属する情報を統合した概念形成能力の比較心理学的・比較発達学的分析

本研究では、複数の感覚様相の刺激を事例として包含し、かつ上記の想起機能を持つ概念を感覚統合的概念と呼び、これについて比較認知科学的分析を施した。まず、通感覚様相期待違反法を用い、系統発生的位置や生活史の異なる6種の感覚統合的概念を分析した。ある聴覚刺激を呈示した後、その聴覚刺激と一致する、または一致しない写真刺激を呈示する。写真刺激に対する被験体の注視時間を測定し分析する。もし被験体が感覚統合的概念を持つならば、聴覚刺激と写真刺激が一致しない時には期待違反が生じ、注視時間に変化が生じると考えられる。実験の結果、おそらくすべての種が感覚統合的概念を形成しているであろうことが推察された。さらに、通感覚様相期待違反法に内包される問題を解決するために、遅延見本合わせ課題を応用した方法を開発し、再度リスザルを対象に実験を行った。被験体に飼育者の写真の弁別を訓練した。弁別成績が学習基準を満たした後、テストセッションに移行した。テストセッションでは、テスト試行が訓練試行に挟み込まれた。テスト試行では、見本刺激が消えた後比較刺激が呈示されるまでの間に、見本刺激と一致する、あるいは一致しない音声が呈示される。もし被験体が、飼育者の感覚統合的概念を形成しているならば、不一致条件時には、呈示された音声から被験体が想起した表象が、被験体の見本刺激で呈示された人物についての記憶痕跡に干渉を与えると予測される。つまり、見本刺激と音声刺激が不一致時には、一致時よりも成績が低下すると考えられる。実験の結果、被験体が主飼育者の感覚統合的概念を形成していることが示された。これらの結果は、概念形成能力に関する比較認知科学的分析をさらに高める上で、非常に重要な一歩となるであろう。今後、多様な動物種の持つ感覚統合的概念を詳細に分析することで、概念形成能力の進化史が再構築できるものと期待される。本年度は、まず修士課程時より引き続き、イヌを被験体とし彼らが複数感覚様相からの情報を統合した「飼い主」概念を有しているのかを調べる実験を行った。ここでは期待違反事象を応用した手法を用い、まず音声を呈示しその後顔写真を見せ、その顔写真に対する被験体の注視時間を分析した。用いられた刺激は、(1):飼い主がイヌの名前を呼ぶ声、(2):飼い主と同性で被験体にとって未知のヒトが犬の名前を呼ぶ声、(3):飼い主の顔写真、(4):(2)の人物の顔写真であった。(1),(2)の聴覚刺激と(3),(4)の視覚刺激のすべての組み合わせについてテストを行い、視覚刺激に対する注視時間を比較分析した。その結果、イヌは音声と顔写真が異なる人物のものである場合に、一致している場合よりも長く注視することが示され、さらに特に飼い主の声がした後に飼い主ではないヒトの顔写真が呈示された場合、特に長く顔写真を中止することがわかった。これは、イヌが先行呈示された飼い主の音声を聞いた際に、飼い主の顔も含めたマルチモーダルな表象を想起していたことを示唆する。この実験結果は現在Animal Cognition誌に投稿し現在査読中である。また、同様の手続きを用いて、旧世界ザルであるニホンザル、新世界ザルであるフサオマキザル・リスザル・コモンマーモセットについても実験を行った。これまでのところニホンザル、コモンマーモセットにおいてはイヌと同様の結果が得られてきているが、被験対数が充分ではなく今後も引き続き実験を行う必要がある。なお、ニホンザルを被験体として用いた実験は京都大学霊長類研究所における平成15年度共同利用研究として、コモンマーモセットを被験対とする実験はthe department of developmental and theoretical biology of the university of Viennaにおいて、共同研究としてそれぞれ行われた。本年度は、まず期待違反事象を用い、ニホンザル乳児・ウマを被験体とし、彼らが複数感覚様相からの情報を統合した概念を有しているのかを調べる実験を行った。二つの概念から音声および写真刺激を作成し、一致する、あるいは一致しない組み合わせを作成した。まず、ある音声を呈示し、その後その音声と一致する或いは一致しない顔写真が呈示した。もしも、被験体が呈示された音声を同定し、その概念表象を想起しているならば、異なる顔写真が呈示された際には期待違反が生じ注視時間が長くなると考えられる。この手法は、著者らがイヌを被験体として行った実験によりその有効性が確認されている。その結果、ニホンザル乳児(国際シンポジウムにて報告済み※1)・ウマ(来年度学会にて報告予定)が当該の概念を有していることが示された。しかし、注視時間には個体差があり、比較的被験体数を集めて実験を行わないと信頼性のあるデータが獲得できないという短所もある。そのため、新たに0遅延象徴見本合わせ課題を応用した手法を開発しリスザルを被験体に用いて実験を行った。この課題においては、まず0遅延象徴見本合わせ課題を用い、飼育者の写真刺激に対する弁別を被験体に訓練した。学習が形成した後にテストに移った。テスト中には訓練した試行のほかに、全体の30%程度テスト試行が含まれていた。テスト試行では、見本刺激が消え選択刺激が出るまでに、見本刺激に一致する或いは一致しない音声を呈示した。

もし被験体がその音声を聞いた際にその人物を同定しその表象を想起するならば、その想起した表象が見本刺激の記憶に干渉を与え、彼らの成績を低下させると考えられる。実験の結果、見本刺激と音声が一致している時と比して、不一致時に彼らの成績は低下した。これはリスザルが複数感覚様相からの情報を統合した飼育者表象を有していることを示唆する。この結果は国際学会※2にて報告済みである。本研究では、複数の感覚様相の刺激を事例として包含し、かつ上記の想起機能を持つ概念を感覚統合的概念と呼び、これについて比較認知科学的分析を施した。まず、通感覚様相期待違反法を用い、系統発生的位置や生活史の異なる6種の感覚統合的概念を分析した。ある聴覚刺激を呈示した後、その聴覚刺激と一致する、または一致しない写真刺激を呈示する。写真刺激に対する被験体の注視時間を測定し分析する。もし被験体が感覚統合的概念を持つならば、聴覚刺激と写真刺激が一致しない時には期待違反が生じ、注視時間に変化が生じると考えられる。実験の結果、おそらくすべての種が感覚統合的概念を形成しているであろうことが推察された。さらに、通感覚様相期待違反法に内包される問題を解決するために、遅延見本合わせ課題を応用した方法を開発し、再度リスザルを対象に実験を行った。被験体に飼育者の写真の弁別を訓練した。弁別成績が学習基準を満たした後、テストセッションに移行した。テストセッションでは、テスト試行が訓練試行に挟み込まれた。テスト試行では、見本刺激が消えた後比較刺激が呈示されるまでの間に、見本刺激と一致する、あるいは一致しない音声が呈示される。もし被験体が、飼育者の感覚統合的概念を形成しているならば、不一致条件時には、呈示された音声から被験体が想起した表象が、被験体の見本刺激で呈示された人物についての記憶痕跡に干渉を与えると予測される。つまり、見本刺激と音声刺激が不一致時には、一致時よりも成績が低下すると考えられる。実験の結果、被験体が主飼育者の感覚統合的概念を形成していることが示された。これらの結果は、概念形成能力に関する比較認知科学的分析をさらに高める上で、非常に重要な一歩となるであろう。今後、多様な動物種の持つ感覚統合的概念を詳細に分析することで、概念形成能力の進化史が再構築できるものと期待される。
層状無機格子の有機誘導体から酸化物-炭素複合材料の合成

層状無機格子の有機誘導体の層間にある有機残基を層間で炭化させ,新規な無機酸化物-炭素の複合材料を合成することを目的に研究を行った。本年度は,層状無機格子の有機誘導体としてベーマイトのグリコール誘導体を主として用い,これを窒素気流中で熱分解してアルミナ-炭素複合体とし,さらにCo-Mo触媒を担持して,そのチオフェンの脱硫活性を検討した。比較のためベーマイトのグリコール誘導体を空気中で熱分解して得たアルミナ,およびこのアルミナにフェノール樹脂を担持後熱分解して調製した炭素/アルミナも検討した。アルミナに担持した触媒の単位重量当たり,単位時間当たりのチオフェン脱硫活性は工業的に用いられている触媒の活性に匹敵し,炭素/アルミナに担持したCo-Mo触媒もアルミナに担持した触媒と同程度の活性を示した。これに対し,アルミナ-炭素複合体に担持した触媒は,このアルミナに担持した触媒よりもかなり高い活性を示し,また,活性化エネルギーもアルミナ担持触媒より低下し,担体中に残留している炭素の電子的効果が認められた。また,アルミナ-炭素複合体に担持した触媒の方が炭素/アルミナに担持した触媒より高い活性を示したことより,前者の高い活性が,複合体のアルミナ粒子外表面に残留する炭素に触媒が担持されているためという可能性は否定できた。アルミナ-炭素複合体がアルミナの表面機能を持っており,モリブデンがアルミナ表面と強い相互作用を持っているので,触媒の安定性にも問題は認められなかった。このアルミナ-炭素複合体はベーマイトのグリコール誘導体がランダムの会合したことによる極めて大きな平均細孔径と細孔容積を持っており,アルミナ-炭素複合体に担持したCo-Mo触媒は細孔内拡散が問題となる高沸点油の脱硫に応用することが期待できる。
頭頚部癌適応放射線治療の適応回数及びタイミングの人工知能に基づく最適化基盤の構築

頭頚部癌に対する適応放射線治療において治療計画の適応回数及びタイミングの最適化を行い、効果的・効率的な治療を実現させる。本研究においては、その最適化基盤として照射される線量分布に影響を及ぼす治療期間中の患者体形変化に対する予測モデルを人工知能により構築し、予測精度の検証を行う。平成30年度(2018年度)は、当初の研究実施計画に基づき1.データ収集、2.特徴量抽出に関する研究を進めた。本年度における進捗は下記の通りである。1.データ収集データ収集のための研究用データベースを構築し、臨床用の既存データベースとの接続を行えるようにした。これにより、病期など日常臨床で用いる情報を別途収集する必要がなくなり、効率的な研究推進を可能にした。本研究における収集の対象患者は、放射線治療時の体形変化が確認しづらい術後照射例を除く根治的放射線治療を行った咽頭癌、喉頭癌、原発不明頭頚部癌の新鮮症例とし、平成30年度に放射線治療を開始した症例から収集を開始した。2.特徴量抽出本研究で特徴量として用いる体形変化量は、画像誘導放射線治療として撮影した初回照射時のコーンビームCT画像を基準とし、以降の照射におけるコーンビームCT画像間との変形量と定義した。これら画像間の解剖学的対応点を示す変位ベクトル場を非線形剛体レジストレーションにより計算するソフトウェアを開発した。非線形剛体レジストレーションはCPUを用いた計算では長い計算時間が必要となるため、GPUを用いた計算を可能にした。これにより、1症例分の計算を約45%短縮させた。平成30年度中に収集した症例に対して同方法を適用し、体形変形量の特徴量を得た。データ収集のための研究用データベースが構築できており、症例収集が始まっている。平成30年度(2018年度)で40例が収集できており、進捗としても順調である。体形変化量の計算をコーンビームCT間の非剛体レジストレーションソフトウェアの開発は完了、GPUを用いた高速計算も可能にしている。あとは、収集していく症例に対して適用して特徴量を計算するだけである。引き続きデータ収集を続け、機械学習に必要なデータ数を収集する。まずは収集できているデータだけを用いて機械学習を行うためのソフトウェア開発を早期に進めるが、研究を促進するために研究開始以前の症例を含めることを検討する。研究成果報告のための、学会発表及び論文執筆を行っていく。平成30年度(2018年度)はソフトウェア開発に係る追加ライセンスが不要な範囲で予想より開発を進めることができ、本年度に使用予定のライセンス料が不要となった。翌年度にはソフトウェアの追加ライセンスが必要な開発が控えており、本年使わなかったその費用を使用する。また、論文校閲のための人件費・謝金を計上していたが、本年度は本研究課題に関する国際学会発表及び英語論文執筆がなく使用しなかった。翌年度は国際学会発表及び英語論文執筆を計画しており、本年度使わなかったそれらに関する費用を使用する。
マイクロウェーブ急速凍結法による機能的シナプスのコネクトミクス解析

神経回路再編のメカニズムを形態学的、特に超微形態学的に解析することを目的に研究を行っている。解析を遂行するために視覚野神経可塑性を神経回路再編のモデルとして用い、神経可塑性の変化を単一ニューロン上に分布する全スパインを網羅的に解析している。単眼遮蔽に伴う視覚入力バランスの差異を受けた視覚野内ニューロンを可視化するために、c-Fosを用いたActivity Mapping法を併用し検討した。高感度での染色性の確保と超微形態学的解析との併用を可能にするため、マイクロウェーブに着目し、抗体の浸透と組織微細構造の保持の条件検討を行った。マイクロウェーブの照射時間と照射量を調節し、組織ダメージがなく、抗体の浸透性が確保できるところまで到達した。今後はさらに至適条件検討を引き続き行う予定である。また、これらの条件検討とともに、視覚野内ニューロン単一スパインから多数のスパインを伴った入力変化が短時間で引き起こされている結果を得た。そこで、電子顕微鏡を用いてシナプス結合の変化を解析した結果、Basal dendriteにおけるスパインに入力変化開始から経時的に形態変化が引き起こされていることを明らかにした。スパインの形態変化は、視覚入力が増強されたスパインでまず膨化と腫脹が起こった。その後、シナプスにおけるPSD部位の面積増加が引き起こされた。スパイン数の増加はその後に引き起こされた。一方、入力が減少されたスパインでの形態変化は有意に認められなかったが、時間経過に伴ってスパイン数の減少が認められた。形態変化が引き起こされたスパインの割合と神経活動との相関を解析し、今後の研究の発展に寄与する結果を得た。さらに、急速凍結置換法の予備実験を開始し、高感度で高解像度の像を観察可能な条件を検討し、今後の研究発展の糸口を掴んだ。本研究は、当初の予定通り概ね順調に行えており、本年度の研究遂行に支障はなく、研究成果を学会発表ならびに論文として報告可能と考えている。今年度は、これまでの研究基盤をもとに、さらなる進展へ向けて研究を行う予定にしている。電子顕微鏡を用いた微細形態学的解析が本研究には必要なため、データの取得までには光学顕微鏡での解析より数段の時間と労力が必要である。マイクロウェーブ法を用いた解析法の条件検討は光学顕微鏡下では既に完成の域に届いており、今年度は電子顕微鏡下での解析法の確立を目指す。FIB-SEMを用いた解析とともに、本研究期間で新たに開発した三次元再構築法を併用して解析していくとともに、連続写真を撮影するためにTEMの解析に加え、SEMを用いた解析を検討している。本研究課題のまとめとなる網羅的な解析をより短時間で解析する予定である。本研究課題は、神経回路再編のメカニズムを形態学的、特に超微形態学的に解析することを目的に研究を行っている。視覚野神経可塑性を神経回路再編のモデルとして用い、神経可塑性の変化を単一ニューロン上に分布する全スパインを網羅的に解析した。単眼遮蔽に伴う視覚入力バランスの差異を受けた視覚野内ニューロンを可視化するために、c-Fosを用いたActivity Mapping法を併用し、Zif268やCREBのリン酸化、またFosBをターゲットに検討した。その結果、視覚野内ニューロンは視覚入力の差異を早期から感受していることを明らかにした。それゆえ、単一スパインから多数のスパインを伴った入力変化が短時間で引き起こされているものと示唆された。そこで、視覚野4層の入力変異を感受したニューロンを単離し、電子顕微鏡を用いてシナプス結合の変化を解析した。その結果、Basal dendriteにおけるスパインに入力変化開始から経時的に形態変化が引き起こされていることを明らかにした。本研究は、当初の予定通りおおむね順調に進展しており、次年度以降の研究遂行に支障はないものと考えている。

そこで、電子顕微鏡を用いてシナプス結合の変化を解析した結果、Basal dendriteにおけるスパインに入力変化開始から経時的に形態変化が引き起こされていることを明らかにした。スパインの形態変化は、視覚入力が増強されたスパインでまず膨化と腫脹が起こった。その後、シナプスにおけるPSD部位の面積増加が引き起こされた。スパイン数の増加はその後に引き起こされた。一方、入力が減少されたスパインでの形態変化は有意に認められなかったが、時間経過に伴ってスパイン数の減少が認められた。形態変化が引き起こされたスパインの割合と神経活動との相関を解析し、今後の研究の発展に寄与する結果を得た。さらに、急速凍結置換法の予備実験を開始し、高感度で高解像度の像を観察可能な条件を検討し、今後の研究発展の糸口を掴んだ。本研究は、当初の予定通り概ね順調に行えており、本年度の研究遂行に支障はなく、研究成果を学会発表ならびに論文として報告可能と考えている。今年度以降は、1年目の研究基盤をもとに、さらなる進展へ向けて研究を行う予定にしている。電子顕微鏡を用いた微細形態学的解析が本研究には必要なため、光学顕微鏡での解析より数段の時間と労力が必要である。FIB-SEMを用いた解析とともに、昨年度新たに開発した簡便な三次元再構築法を併用して解析していくとともに、連続写真を撮影するためにTEMでの解析に加え、SEMを用いた解析を検討している。SEMはTEMに比べ空間分解は低いが、広範囲を撮影可能である。そこでTEM用に処理したサンプルをSEMで解析可能かどうか手技を検討し、至適条件を突き詰め、網羅的な解析をより短時間で解析する予定である。今年度は、これまでの研究基盤をもとに、さらなる進展へ向けて研究を行う予定にしている。電子顕微鏡を用いた微細形態学的解析が本研究には必要なため、データの取得までには光学顕微鏡での解析より数段の時間と労力が必要である。マイクロウェーブ法を用いた解析法の条件検討は光学顕微鏡下では既に完成の域に届いており、今年度は電子顕微鏡下での解析法の確立を目指す。FIB-SEMを用いた解析とともに、本研究期間で新たに開発した三次元再構築法を併用して解析していくとともに、連続写真を撮影するためにTEMの解析に加え、SEMを用いた解析を検討している。本研究課題のまとめとなる網羅的な解析をより短時間で解析する予定である。予定通りの支出を計上したが、海外製品の金額変更などにより、上記繰越金が生じた。予定通りの支出を計上したが、海外製品の金額変更などにより上記繰越金が生じた。
マクロファージのLPS応答における翻訳調整の役割と分子メカニズムの網羅的解析

1、LPSのミトコンドリア呼吸鎖タンパク質に対する翻訳抑制効果のメカニズムの検討前年度までの検討により、マウスマクロファージ様細胞をLPSで刺激するとミトコンドリア呼吸鎖タンパク質が翻訳抑制を受けることを見出したが、本年度は抑制のメカニズムについて検討した。まず一酸化窒素(NO)の関与を考えたが1)NO産生に先立ち、翻訳抑制が見られること、2)NO合成酵素阻害剤が翻訳抑制を解除しないことから否定された。さらに前年度に引き続き、LPS刺激時に翻訳抑制に関わるキナーゼの同定を試みたところ、特定のMAPキナーゼが一定の役割を果たしていることを見出した。一方、miRNAアレイを用いた検討からLPS刺激後複数のmiRNAに変動が見られ、これらが翻訳抑制に関わっている可能性も示唆された。2、膜結合ポリゾーム発現プロファイル解析前年度確立した膜結合ポリゾームの調製法を用いて、LPS刺激前後で膜結合ポリゾームのマイクロアレイ解析を行い、約3,600のmRNAが膜結合ポリゾームで膜・分泌タンパク質の合成に供されていた。また、LPS刺激後変動の見られたmRNAのうち約150個はtotal RNAでは変化が見られず翻訳制御を受ける可能性が示唆された。多くの機能未知タンパク質をコードするものが含まれており、翻訳調節という新たな視野から新規のLPS応答に貢献する候補分子を同定した。3、翻訳調節分子解析のための細胞系の構築と解析翻訳調節に関与する調節タンパク質やmiRNAの機能解析のために、マクロファージ細胞株でテトラサイクリンにより導入遺伝子を発現誘導する細胞株を構築した。また前年度明らかにした正の翻訳制御因子としてのJNKの役割を調べるために、JMK1及びJNK2のshRNAの安定発現マクロファージ株を樹立するとともに、それらにおける翻訳抑制を確認し、翻訳制御タンパク質群のリン酸化状態の変化を調べた。グラム陰性菌のリポ多糖体(LPS)により、活性化マクロファージ内で展開される翻訳調節・調整の役割および分子機構を明らかにするため以下の検討を試みた。1.LPSにより翻訳調節をうける遺伝子のリスト化大腸菌LPSで刺激したマウスマクロファージ様細胞株J774より細胞質溶液を調製し、ショ糖密度勾配法により翻訳状態にあるpolysome RNAおよび、翻訳状態にないfree mRNPを分離した。これらからmRNAを調製し、Affymetrix社のGeneChipを用いて、アレイ解析を行い、polysome画分でのみ変動する300余のmRNAと、polysomeで減り、free mRNPで増える700程度のmRNAを同定した。ともに画分特異的に変動が見られたことから翻訳段階で正・負に調節されていると考えられる。また、これら調節をうけるmRNAの構造的特徴をin silicoの系で調べた。その結果、刺激に依存し翻訳が活性化するものは、長い翻訳領域、非翻訳領域を持つのに対し、翻訳が抑制されるものはいずれも短いことが分かった。また、翻訳が抑制されるものは有意にAU-rich elementを欠いていることが判明した。2.各種キナーゼの関与の検討翻訳調節にはmTORによるmRNAの5'構造に依存した調節系と、MAPKによる3'構造に依存した調節系が広く知られている。J774細胞にLPSを加えたところ、mTORの活性化は見られなかったが、p38,ERK,JNKなどのMAPKの活性化は見られた。今回同定した翻訳調節を受けるmRNA群の挙動に対するこれらキナーゼ類の関与を検討し始めたところである。1.LPSのミトコンドリアタンパクに対する翻訳抑制効果とその生物学的意義の解明前年度のマイクロアレイ解析により、マウスマクロファージ様細胞株J774で300余のmRNAの中が翻訳制御を受けていることが予測されたが、本年度は、その中にミトコンドリアタンパク質のmRNAが多数含まれており、それらの多くが負に制御されていることを見出した。実際、35S-メチオニン・システインを用いたパルスラベル実験により、ミトコンドリアタンパクがLPS刺激時に翻訳抑制を受けていることを確認した。また、それらのいくつかが呼吸鎖の構成成分であったため、呼吸鎖の複合体活性を測定したところ、活性の低下と細胞内ATP量の減少が見られた。またATPの枯渇に併行してネクローシスがみられたことから、呼吸鎖構成分の翻訳抑制によるネクローシス誘導というLPSの新たな効果を明らかにした。2.翻訳制御に関与するキナーゼの同定と分子メカニズムの解析翻訳制御に関わるキナーゼのなかでもMAPキナーゼ群に注目し検討を行った。中でもJNKの阻害剤はLPS刺激の有無に関わらずマクロファージの翻訳活性を大きく阻害することを見出した。また阻害を受けるmRNAは多岐に及ぶことをマイクロアレイ解析で明らかにした。加えて、JNK阻害剤がAktやmTORなどの翻訳調節分子の活性に大きな影響を与えることを見出した。これらの中には4E-BP1などのRNA結合タンパク質も含まれていた。現在、JNKの直接的な分子ターゲットをプロテオームの手法を用いて調べると共に、LPS刺激後の翻訳制御に関わるキナーゼの同定も試みている。3.膜結合ポリソームの分画法の確立マクロファージにおける新規の膜タンパクや分泌タンパクをコードするmRNAを網羅的に同定するために膜結合ポリゾームの調製方法を確立した。

まず一酸化窒素(NO)の関与を考えたが1)NO産生に先立ち、翻訳抑制が見られること、2)NO合成酵素阻害剤が翻訳抑制を解除しないことから否定された。さらに前年度に引き続き、LPS刺激時に翻訳抑制に関わるキナーゼの同定を試みたところ、特定のMAPキナーゼが一定の役割を果たしていることを見出した。一方、miRNAアレイを用いた検討からLPS刺激後複数のmiRNAに変動が見られ、これらが翻訳抑制に関わっている可能性も示唆された。2、膜結合ポリゾーム発現プロファイル解析前年度確立した膜結合ポリゾームの調製法を用いて、LPS刺激前後で膜結合ポリゾームのマイクロアレイ解析を行い、約3,600のmRNAが膜結合ポリゾームで膜・分泌タンパク質の合成に供されていた。また、LPS刺激後変動の見られたmRNAのうち約150個はtotal RNAでは変化が見られず翻訳制御を受ける可能性が示唆された。多くの機能未知タンパク質をコードするものが含まれており、翻訳調節という新たな視野から新規のLPS応答に貢献する候補分子を同定した。3、翻訳調節分子解析のための細胞系の構築と解析翻訳調節に関与する調節タンパク質やmiRNAの機能解析のために、マクロファージ細胞株でテトラサイクリンにより導入遺伝子を発現誘導する細胞株を構築した。また前年度明らかにした正の翻訳制御因子としてのJNKの役割を調べるために、JMK1及びJNK2のshRNAの安定発現マクロファージ株を樹立するとともに、それらにおける翻訳抑制を確認し、翻訳制御タンパク質群のリン酸化状態の変化を調べた。
初期発生胚における雌雄性差の検出

本研究は、性染色体にGFP遺伝子を導入した遺伝子改変マウスを作製し、これまで不可能であった非侵襲的な着床前胚の性別判定を行うというアプローチにより、簡便な雌雄の産み分け法の確立を目的に行ったものである。これまでに、GFP遺伝子をX染色体に導入したマウスを使うことにより、GFP由来の蛍光の有無で雌雄の判別を着床前の発生段階で100%正確に行えることを実証した。この結果に基づき、合計6000個にのぼる受精卵についてGFPの蛍光をもつ雌胚と蛍光をもたない雄胚に選別し、ディファレンシャルディスプレイ法やサブトラクション法を用いて遺伝子発現の差異をRNAレベルで解析した。その結果、雌胚特異的に発現する遺伝子としてマーカーとして発現させたGFP遺伝子を含む数個の遺伝子が検出された。しかし、残念ながらディファレンシャルディスプレイ法により検出された遺伝子の発現を再び、雌雄の卵子において検証したが明らかな差異をもつ遺伝子として検証することができなかった。さらに、サブトラクション法をもちいて差異のある遺伝子の検出を試みた。その結果、現在合計20個程度の雄胚特異的遺伝子、雌胚特異的遺伝子の候補をとることができた。これまでに約半数のものについて雌雄胚での差を検証したが明らかな差異を示すものは得られていない。しかし、初期胚特異的に発現する遺伝子群を単離することができたのでこれらの発生における役割を遺伝子ノックアウトなどの系を含めて検証を行う基礎が固められた。我々はGFP遺伝子を導入することによって着床前にトランスジェニックマウスかどうかを非侵襲的に判別できる系を作製することに成功している。本研究は、GFP遺伝子を性染色体に導入することによって着床前に雌雄を判別し、今まで未知の領域であった着床前における雌雄の違いをさぐることを目的として行っている。すでに、FISHを用いたマッピングにより、GFP遺伝子がX染色体に導入されているX^<GFP>マウスを3ライン得ているので、これらを用いて、まず、X^<GFP>Yの核型を持つオスを作製した。そしてこれらを野性型の雌(XX)と交配して産子を観察したところ、蛍光を発する仔はすべて雌(XX^<GFP>)、無蛍光の仔はすべて雄(XY)であることを確認した。このことから、導入部位はY染色体との非相同領域に存在し、減数分裂の過程でGFP遺伝子はY染色体に移らず、作製したマウスは着床前における雌雄卵の分別に使えることが分かった。そこで次にX^<GFP>Yの雄と野性型の雌を用いて体外受精を行い、無蛍光の雄胚(XY)、蛍光を発する雌胚(XX^<GFP>)を蛍光顕微鏡で選別したのち、これらをグループごとに仮親に移植した。その結果、作製した3ラインの"green mouse"のいずれにおいても100%の精度で着床前に雌雄胚を選別できることが判明した。現在、3000個程度の体外受精卵を作出し、それらを雌卵と雄卵のグループに分別した後、これを材料としてDifferential Display(DD)法により転写レベルで着床前の卵子において雌雄に発言の差が認められる遺伝子を探索しているところである。雌雄の分化が初めて明らかになるのは胎生11日ごろである。それ以前に雌雄を判定するには細胞の一部を取り出して、遺伝子を検査するという煩雑な方法をとることが必要である。我々は、性染色体上に蛍光蛋白質を作らせる遺伝子を導入した遺伝子操作マウスを作製した。このマウスの受精卵では着床前の胚からも緑色の蛍光が発せられることを見出した。GFP遺伝子を組み込まれたX染色体をもつ雄マウスを交配させると、X精子に由来する受精卵だけが緑色の蛍光を発する。この方法を用いて、これまで不可能であった非侵襲的な着床前の性別判定を行うというアプローチにより生殖細胞の機能解析を行った。着床前の雌雄胚における遺伝子発現の差異を解析するために、まずGFP由来の蛍光の有無により雌雄の判別を着床前の発生段階で完全に行えることを実証した。

合計6千個にのぼる受精卵について雌卵、雄卵に分別した、そして各グループからmRNAを抽出しdifferential display法を行った。現在のところ新規遺伝子の発見には至っていないがX染色体上に目印として導入したGFP遺伝子が雌卵において特異的に発現しているものとして検出され、この系が確実に動いていることが示された。この系を用いて雌雄卵において発現量に差のある遺伝子の検索を続行中であり、候補遺伝子のしぼりこみを行っている。本研究は、性染色体にGFP遺伝子を導入した遺伝子改変マウスを作製し、これまで不可能であった非侵襲的な着床前胚の性別判定を行うというアプローチにより、簡便な雌雄の産み分け法の確立を目的に行ってきた。これまでに、GFP遺伝子をX染色体に導入したマウスを使うことにより、GFP由来の蛍光の有無で雌雄の判別を着床前の発生段階で100%正確に行えることを実証している。そこで、合計6000個にのぼる受精卵についてGFPの蛍光をもつ雌胚と蛍光をもたない雄胚に選別し、ディファレンシャルディスプレイ法やサブトラクション法を用いて遺伝子発現の差異をRNAレベルで解析した。その結果、雌胚特異的に発現する遺伝子としてマーカーとして発現させたGFP遺伝子を含む数個の遺伝子が検出された。しかし、ディファレンシャルディスプレイ法により検出された遺伝子の発現を再び、雌雄の卵子において検証したが明らかな差異をもつ遺伝子として検証することができなかった。さらに、サブトラクション法をもちいて差異のある遺伝子の検出を試みた。現在合計20個程度の雄胚特異的遺伝子、雌胚特異的遺伝子の候補をとることができた。これまでに約半数のものについて雌雄胚での差を検証したが明らかな差異を示すものは得られていない。しかし、初期胚特異的に発現する遺伝子群を単離することができたのでこれらの発生における役割を遺伝子ノックアウトなどの系を含めて検証を続行している。
分散型ルールベースシステムにおける処理割り当て方式

本研究では、Reteアルゴリズムに基づく分散型ルールベースシステムにおけるルール処理および処理結果のより細かい割り当て方式を提案し、構築技術の確立を目的とする。平成28年度には本研究の想定環境や問題設定をモデル化し、処理割り当て方式について対外発表を行った。設計したモデルは以下の各機器の複数台によって構成し、各機器はインターネットやLANでつながっていることを想定する。・Reteアルゴリズムに基づいてルール処理やデータ管理を行う「処理コンピュータ」・ルール処理結果に基づいて動作やサービス提供を行う「アクチュエータ」・処理コンピュータへ生成データ(センサデータ)を送信する「センサ」また、ルールベースシステムではルールの条件を満たすかどうかの判別のため、センサデータの扱いが重要となる。連続的に発生するセンサデータの収集や管理、それらへの処理による負荷を分散するため、平成28年度と平成29年度には処理を複数のコンピュータへ割り当てる手法を提案した。提案手法はシミュレーションにより評価し、既存手法より負荷が分散できることを確認した。ライブ映像への特殊効果のリアルタイムな付与として、連続的に発生するストリームデータのリアルタイムな処理と配信についても、ルールに基づいて柔軟に処理する手法の提案と評価を行った。本事業は当初、平成29年度までを予定していた。しかし、平成29年度に投稿した英文論文誌の1件が不採録となり、査読結果へ対応するための再実験や再投稿などを行うため、平成30年度までの延長を申請した。平成30年度中に英文論文誌へ再投稿した原稿は採録が決まり、令和元年(2019年)5月に発行される。関連内容で一部の章を担当した英文著書も2019年中に発行予定のほか、平成30年度中にも複数の学術論文誌や国際会議、研究会などで論文を発表した。連続的に発生するセンサデータの収集や管理、それらへの処理による負荷を分散するため、処理を複数のコンピュータへ割り当てる手法を平成28年度に提案した。提案手法はシミュレーションだけでなく、PIAXテストベッド上の実装システムによっても検証を行い、既存手法より負荷が分散できることを確認した。さらに、ライブ映像への特殊効果のリアルタイムな付与として、連続的に発生するストリームデータのリアルタイムな処理と配信についても、複数のコンピュータへ割り当てる手法の提案と評価を行った。ストリームデータへのリアルタイムな処理はライブラリによって複数の種類を用い、ルールに基づいて決定する手法も提案とデモ発表を行った。まず、本研究で平成28年度に計画していた想定環境や問題設定のモデル化、処理割り当て方式について、提案と対外発表を行った。また、ルールベースシステムにおいて重要なセンサデータの収集や管理、処理の分散手法を確立し、多くの学術論文誌や国際会議、国内研究会などで成果を発表した。成果の発表は口頭やポスターだけでなく、実装したデモシステムによるものも含む。また、Reteアルゴリズムに基づく分散型ルールベースシステムのPIAXテストベッド上での評価は平成29年度を予定し、準備を進めていたが、連続的に発生するセンサデータを複数のコンピュータへ割り当てる手法として、平成28年度にPIAXテストベッド上で評価を行った。ルール処理に必要なセンサデータはReteアルゴリズムに基づく分散型ルールベースシステムにおいても分散管理するため、平成29年度の達成度を大きく高められる。平成28年度に引き続き、連続的に発生するセンサデータの収集や管理、それらへの処理による負荷を分散するため、処理を複数のコンピュータへ割り当てる手法を平成29年度に提案した。提案手法は連続的に発生するデータの周期に位相のずれ(位相差)を考慮し、データの処理時刻をずらすことで各時刻を担当するコンピュータの負荷を均等化する。また、PIAXテストベッド上での実装や検証を今後予定している。さらに、ライブ映像への特殊効果のリアルタイムな付与として、連続的に発生するストリームデータのリアルタイムな処理と配信についても、ルールに基づいて柔軟に処理する手法の提案と評価を行った。ストリームデータへのリアルタイムな処理はIEEEが主催する国際会議で英語によるデモ発表も行った。まず、ルールベースシステムにおける処理割り当て方式について、平成29年度に新たな方式の提案と対外発表を行った。

成果の発表は口頭やポスターだけでなく、IEEEが主催する国際会議での英語によるデモ発表も含む。ただし、平成29年度中の発行を予定して投稿した英文論文誌の1件が不採録となり、査読結果へ対応するための再実験や再投稿などを行うため、本事業の平成30年度までの延長を申請した。また、平成29年度にはルールベースシステムにおける処理割り当て方式やセンサデータの分散処理方式をPIAXテストベッドやPlanetlabなどのテストベッドでの評価を計画していた。テストベッドでの評価自体はまだ行えていないが、テストベッドを利用するための手続きや環境構築などは完了しており、平成30年度には評価実験を行う予定である。本研究では、Reteアルゴリズムに基づく分散型ルールベースシステムにおけるルール処理および処理結果のより細かい割り当て方式を提案し、構築技術の確立を目的とする。平成28年度には本研究の想定環境や問題設定をモデル化し、処理割り当て方式について対外発表を行った。設計したモデルは以下の各機器の複数台によって構成し、各機器はインターネットやLANでつながっていることを想定する。・Reteアルゴリズムに基づいてルール処理やデータ管理を行う「処理コンピュータ」・ルール処理結果に基づいて動作やサービス提供を行う「アクチュエータ」・処理コンピュータへ生成データ(センサデータ)を送信する「センサ」また、ルールベースシステムではルールの条件を満たすかどうかの判別のため、センサデータの扱いが重要となる。連続的に発生するセンサデータの収集や管理、それらへの処理による負荷を分散するため、平成28年度と平成29年度には処理を複数のコンピュータへ割り当てる手法を提案した。提案手法はシミュレーションにより評価し、既存手法より負荷が分散できることを確認した。ライブ映像への特殊効果のリアルタイムな付与として、連続的に発生するストリームデータのリアルタイムな処理と配信についても、ルールに基づいて柔軟に処理する手法の提案と評価を行った。本事業は当初、平成29年度までを予定していた。しかし、平成29年度に投稿した英文論文誌の1件が不採録となり、査読結果へ対応するための再実験や再投稿などを行うため、平成30年度までの延長を申請した。平成30年度中に英文論文誌へ再投稿した原稿は採録が決まり、令和元年(2019年)5月に発行される。関連内容で一部の章を担当した英文著書も2019年中に発行予定のほか、平成30年度中にも複数の学術論文誌や国際会議、研究会などで論文を発表した。