hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新機能レーザービーム走査型テラヘルツ放射顕微鏡による電子材料に関する研究

平成20年度は現在までに構築しているレーザーテラヘルツ放射顕微鏡(LTEM)のシステム高機能化をを計るとともに、これを使った半導体デバイスの評価を行った。またこの高機能化したシステムに関する特許の申請を行った。以下に研究結果の詳細を示す。前年度までに従来の試料ステージ移動型のLTEMにビームエクスパンダーおよび固浸レンズを組み込むことにより、波長780nmのフェムト秒レーザー光源を使って、空間分解能として1.2ミクロンを達成していた。また、高速イメージングのためにレーザー走査用のガルバノメータを組み込んだ透過タイプのレーザービーム走査型LTEMを構築し、500×500画素のテラヘルツ放射イメージ取得時間を10秒程度まで短縮することに成功していた(従来の試料ステージ移動型では1時間程度必要)。今年度は、このレーザービーム走査型LTEMを、様々な試料に適応可能な反射型に改良し、またレーザー光源については多くの半導体デバイスのベースとなるシリコンを透過可能な1058nmに変更。さらにビームエクスパンダーおよび固浸レンズを組み込んだシステムへと拡張した。このシステムにより、0.5ミクロンのライン&スペース構造を有するテラヘルツ放射素子を用いて実験を行った。その結果、レーザービームをライン間に照射したときに放射される周期的なテラヘルツ放射パターンが観測されており、よって空間分解能として1ミクロン以下を達成した。また、この新システムを用いて、半導体デバイスの一つであるオペアンプのテラヘルツ放射イメージの観測を行った。人為的に配線に断線箇所を作ったオペアンプと正常なものにおけるLTEMイメージにおいて、有意な差を観測した。このようなテラヘルツイメージの差はアンプに外部から何もバイアス電圧等を入力しない場合にも観測されており、このLTEMを使って半導体デバイスの故障評価を非破壊で高速に行える可能性を示している。本年度の研究実績を以下に示す。1.レーザーテラヘルツ放射顕微鏡(LTEM)システムの高分解能化これまでに開発してきたLTEMの空間分解能は最高で約3μmであった。このLTEMを様々な材料やデバイスの評価用ツールとして利用するためには、この空間分解能の向上が必要不可欠である。このため、波長780nmのレーザー光源用透過型LTEMシステムに固浸レンズ(屈折率1.98)、ビームエクスパンダーを組み込み、その空間分解能の向上を行った。その結果、固浸レンズのみの使用により空間分解能を1.5μmまで、またビームエクスパンダーのみの使用により空間分解能を1.2μmまで向上させることに成功した。今後は両者を同時に組み込むことにより1μm以下の空間分解能の向上を目指す。2.新機能レーザービーム走査型テラヘルツ放射顕微鏡システムの構築LTEMを実際に様々な評価に応用していく上で、イメージング速度の向上を行う必要がある。従来のシステムでは試料を取り付けたステージ自体を移動させる方式を取っていたため、例えば、500×500画素のイメージ取得に最速でも1時間程度の観察時間を要していた。今回透過型LTEMシステムにガルバノ光スキャナー、高速光変調器(A0モジュレーター)、高周波ロックインアンプを組み込むことにより、このイメージング速度の高速化を行った。これにより、ある程度高強度なテラヘルツ電磁波を放射可能な試料の場合、500×500画素のイメージ取得を10秒程度で行うことに成功した。またこのシステムを使えば、試料のレーザー反射イメージの同時観察も可能である。今後、これらのシステムおよび機能を組み合わせることにより、高空間分解能で高速イメージング可能なシステムとし、半導体や超伝導体などの電子材料およびデバイスの評価研究を推進する。
眼球運動で揺動する視覚像の網膜情報処理機構の研究

本研究は、生態学的に意味のある動画刺激を用いて、網膜神経節細胞の各種サブタイプにおける視覚情報の符号化様式と機能を解析することを目的としている。具体的には、マウスの眼球運動を計測して網膜像の動きを模した広域動画刺激を作製し、剥離網膜標本にこの刺激を提示して網膜神経節細胞の応答をマルチ電極法やパッチクランプ法で記録・解析する。視覚系の階層的情報処理仮説を見直し、視覚モデル構築に新たな研究の枠組みを提供することを目指す。
急速通電加熱熱間成形ダイクエンチ法の適用における冶金学的留意点の明確化

高強度の鋼板成形部品が得られる熱間プレス・ダイクエンチ工程の導入が自動車産業界において増加し始めており、本工程での素材加熱に対する通電加熱の応用に高い関心が集まっている。本研究では、通電加熱応用に際しての注意すべき冶金学的問題点について、実用鋼板を用いた実験により調査し、これを明らかにした。本調査によって明らかとなった通電加熱応用に際しての注意点は、これを有効に活かすべく、国内外の関連学会にて公表した。燃費性能向上によるCO_2排出削減、衝突安全性の確保を背景に、自動車産業において比強度の高い成形部品の要求が高まっている。これに応える加工法として熱間プレス・ダイクエンチがある。この方法では、鋼板素材をオーステナイト安定温度域に加熱する必要があるが、この加熱に対して、最近、プレス内「その場」加熱が可能な通電加熱の応用に高い関心が集まっている。プレス内「その場」加熱では、プレスの稼働率向上の観点から、急速加熱が要求される。鋼板のオーステナイト化には炭素の拡散が必要であり、短時間の加熱で拡散が不十分であれば、不完全なオーステナイト化に終わり、ダイクエンチ後の機械的特性、特に、強度特性への影響が懸念される。そこで本研究では、通電加熱の適用における冶金学的留意点を明らかにすることを最終目的とし、本年度は、実用鋼板NHPC-1500を実験材料に、通電加熱条件として加熱温度、加熱時間を種々変化させ、また、ダイクエンチを模擬した鋼ブロックを用いた挟み込みによる冷却において、冷却速度、冷却解放温度を種々変化させ、冷却後の鋼板について硬さ測定と組織観察を行った。その結果、組織が比較的細かい実用鋼板では、通電加熱による急速加熱でも、通常の焼入れ(炉加熱+水冷)とほぼ同等の硬さが得られる、また、冷却解放温度については、その減少とともに硬さは高くなり,200°C以下であれば通常の焼入れと同等のレベルに達する、などの知見を得た。本年度の成果については、平成22年度塑性加工春季講演会にて「通電加熱ダイクエンチ後の硬さにおよぼす処理条件の影響」と題して発表するとともに、2010年10月にフランスで開催予定の国際会議AMPT2010にて"Hardness Property of Die-Quenching Steel Sheet Resistance-Heated and Quenched"と題して発表する。燃費性能向上によるCO_2排出削減、衝突安全性の確保から、高強度の鋼板成形部品が得られる熱間プレス・ダイクエンチが自動車産業において注目され、素板加熱への通電加熱の応用に高い関心が集まっている。ダイクエンチは熱間で成形された成形部品をプレス金型内に保持して焼入れを行う加工法であるが、プレスの稼働率向上の観点から、急速加熱が望まれる。しかし急速加熱には、不完全なオーステナイト化にともなうクエンチ後の機械的特性、特に、強度特性への影響が懸念される。本研究の目的は、通電加熱の適用における冶金学的留意点を明らかにすることである。計画年度2年目にあたる今年度は、前年度の研究成果を国際会議(AMPT2010)にて発表するとともに、素板の形状に制約の多い通電加熱の利用でのプレス加工によるブランキングやトリミングのタイミングを明らかにすべく,実用鋼板を実験材料に、通電加熱後の急冷過程において円穴の打ち抜き試験を行った。また当初の計画に沿って、前年度の硬さ測定に引き続き引張試験を行い、処理条件と機械的特性、特に、延性特性との関係を調査した。さらに、プレスの稼働率向上の観点から、プレス成形品の金型からの最適な解放時期を明らかにすべ、熱間円弧曲げ・ダイクエンチ試験を行った。その結果、せん断によるブランキングやトリミングについては、マルテンサイト変態開始以前の450°C以上で行うべきであること、形状凍結性との関係では、室温近くまで冷却しなくても、130°Cあたりで金型から解放した方が形状のよい成形品が得られることなどの知見を得た。本研究成果は、平成23年度塑性加工春季講演会にて「実用鋼板の通電加熱ダイクエンチにおける処理後の性状におよぼす処理条件の影響」と題して発表するとともに、2011年9月にドイツ、アーヘンにて開催予定の塑性加工に関する国際会議ICTP2011にて発表する。当初研究計画に沿い、熱問プレス・ダイクエンチ用実用鋼板を実験材料に用い、ダイクエンチにおいてマルテンサイト変態を起させ得る冷却速度条件下において、加熱温度を変化させて得たクエンチ材に対して常温引張試験を行い、常温での強度と延性におよぼす加熱温度の影響を調査した。その結果、変態点Ac3以上の加熱温度では、マルテンサイト単相組織が得られ、十分な強度を確保できること、変態点AclAc3間の加熱温度ではフェライトとマルテンサイトから成る2相組織が得られ、加熱温度の上昇とともに、マルテンサイト相の増加を反映して強度は増加し、フェライト相の減少を反映して延性は、逆に、減少する様子の詳細を明らかにできた。

当初計画にはなかったが、プレス稼働率の向上を目的に、成形として円弧曲げを採り上げ、ダイクエンチ過程にある成形品の型からの解放時期の成形状態におよぼす影響を調査した。その結果、型による変形拘束状態下でマルテンサイト変態を起させることが成形品の形状精度を向上させていることがわかった。そして、マルテンサイト変態がほぼ完了する、マルテンサイト変態開始温度(実験に用いた実用鋼板では410°C)より約200°C低い、200°C以下において成形品を型から解放すれば、十分な強度を有した成形精度の高い成形品が得られることがわかった。これらの知見は、平成23年度秋に開催された日本塑性加工学会連合講演会において発表した。また、前年度に得た研究成果であるが、これを塑性加工に関する国際会議ICTP2011において発表した。当該年度に得た研究成果については、金属材料の成形に関する国際会議Metal Forming2012にて発表すべく、講演申込みを行った。なお、講演論文については学術誌"steel research international"への掲載が決定している。平成23年度は本研究の最終年度であるので、これまでの研究成果を報告書にまとめた。
Cdx-Hoxコードによる神経管前後軸形成機構の分子生物学的研究

生物の発生過程においては、同じ遺伝子経路が、胚体のいろいろな部位で異なった組織の形成に関与している。ゼブラフィッシュの神経系においては、Cdx-後方Hox遺伝子経路によって後方脊髄が作られる。また、Cdx遺伝子の発現しない前方領域においては、前方Hox遺伝子が菱脳を形成する。この過程において、FgfシグナルがCdx遺伝子の転写活性を制御して組織のシグナル伝達物質に対する応答性を変更していることが明らかとなった。発生過程において同じシグナル伝達経路が、胚のいろいろな部位で異なった組織形成に繰り返し関与している。様々な脊椎動物において神経系の前後軸に沿ったパターン形成には、Wnt,レチノイン酸(RA)およびFgfシグナルの濃度勾配が重要であると考えられている。ゼブラフィッシュにおいては、ホメオボックス遺伝子Cdxla/4(caudal関連遺伝子)がFgf及びWntシグナルの下流で神経管前後軸のパターン形成に関与している。Cdxla/4機能阻害胚において、hoxb7a(4体節)より後方のhox遺伝子の神経系における発現が消失しており、後方神経領域において、本来の前後軸とは反対に、尾側から吻側に向って菱脳節(r)4-7・前方脊髄が形成されていた。また、Cdxは、Fgfと協調して後方hox遺伝子の発現を制御することによって神経系のパターン形成に重要な役割をしていることが明らかとなった。この時、Fgfシグナルはcdxの転写活性を制御していた。しかしながら、Fgfシグナルの細胞内伝達因子であるMAPキナーゼによるcdx蛋白質の直接のリン酸化は関与していなかった。これらのことから、CdxはFgfシグナルの組織の組織応答性をHox遺伝子を介して制御していると考えられた。以上の研究成果は、胚におけるシグナル因子に対する組織応答性の違いを生み出す機構を明らかにすることにより、様々な細胞を創生するための再生医学の基礎研究として重要であると考えられる。また、神経形成に異常のあるゼブラフィッシュ変異体の探索を行った。小脳におけるプルキンエ細胞の樹状突起形成、顆粒細胞の形成に異常のある変異体を同定した。現在、原因遺伝子のポジショナルクローニングを行っている。これらの研究成果から、神経発生機構の解析ならびに神経疾患の原因解明に寄与する可能性があると考えられる。動物の発生において同じシグナル伝達因子が、胚の様々な領域で異なった組織形成に関与していることが数多く観察される。脊椎動物において神経系の前後軸に沿ったパターン形成には、Wnt,レチノイン酸およびFGFシグナルの濃度勾配が重要であると考えられている。ゼブラフィッシュにおいては、ホメオポックス遺伝子Cdx1a/4がFGF及びWntシグナルの下流で後方組織形成に必須の役割を果たしている。さらに、CdxはFGFやレチノイン酸に対する細胞の応答性を変化させることによって菱脳節の形成を抑制して胚の後方領域に後方神経(脊髄)を形成する。Cdxは、後方Hox遺伝子(Hoxb7a、Hoxb9aなど)のエンハンサー領域に作用して、その発現を誘導することにより後方神経のパターン形成に関与していた。この発現誘導はFGFシグナル依存的であり、その分子機構の詳細は明らかになっていないが、直接的あるいは間接的にCdxの転写活性を制御することが示唆された。現在、Cdxの転写制御機構を詳細に解析している。以上の研究成果は、胚におけるシグナル因子に対する組織応答性の違いを導く機構を解明することにより、様々な種類の細胞を創生を目指す再生医学のための基礎研究として重要であると考えられる。また、ゼブラフィッシュにおける小脳の構造と発生の解剖学的、分子遺伝学的記載を行った。さらに神経形成に異常のあるゼブラフィッシュ変異体の探索した。小脳におけるプルキンエ細胞の樹状突起形成、顆粒細胞の形成に異常のある変異体を複数同定し、原因遺伝子をクローニングした。現在、これらの変異体と責任遺伝子の詳細な解析ならびに他の変異体の責任遺伝子のクローニングを行っている。これらの研究成果は、神経発生機構の解析ならびに神経疾患の原因解明に寄与すると考えられる。
がん細胞の上皮間葉転換における腫瘍特異的アデノウイルス製剤の影響の検討

上皮間葉転換(EMT)は上皮細胞が上皮系性質を失い、間葉系細胞の特性を獲得する現象であり、転移能や薬剤抵抗性など癌細胞の悪性形質に関与していることが明らかになってきた。すなわち、癌細胞におけるEMT誘導を阻害する薬剤の開発が必要である。現在、改変アデノウイルスを用いた抗癌治療の開発が進められているが、アデノウイルスとEMTプログラムの関係性についてはほとんど調べられていない。本研究では、テロメラーゼ依存性腫瘍融解アデノウイルス(OBP-301)を使用して、アデノウイルス製剤が癌細胞のEMTに与える影響を明らかにすることを目的とする。昨年度に実施した研究により、ヒト肺癌A549細胞において、OBP-301はTGF-β誘導性のEMTおよび細胞浸潤を阻害することが明らかになった。本年度は、他の癌細胞でも同様の現象が観察されるかどうかを検討するとともに、分子機構の解析を行った。ヒト膵臓癌Panc-1細胞においても、OBP-301はTGF-β処理により誘導される間葉系マーカー(ビメンチン、N-カドヘリン)およびEMT誘導転写因子(Snail、Slug)の発現を有意に減少させた。さらに、OBP-301はTGF-βによって亢進されるPanc-1細胞の運動能と浸潤能を抑制し、化学療法剤に抵抗性を示すTGF-β処理Panc-1細胞に対しても抗腫瘍効果を示した。OBP-301に加え、野生型や非増殖能型アデノウイルスを用いてEMT関連マーカーの発現変化を解析したところ、このEMT阻害作用には、アデノウイルス由来のE1Aタンパク質が重要であることが明らかになった。本研究より、テロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスOBP-301はTGF-β誘導性のEMTや細胞浸潤を阻害し、EMTにより悪性形質を獲得した癌細胞に対しても有用であることが示唆された。本年度は、TGF-βによりEMTを誘導した癌細胞におけるOBP-301の影響について解析を行った。ヒト肺癌A549細胞にTGF-βを処理すると、紡錘形の形態、上皮系マーカーであるE-カドヘリンの発現低下、間葉系マーカーであるビメンチンの発現上昇、運動能の亢進といった間葉系細胞様に変化しEMTが誘導された。EMTを誘導したA549細胞にOBP-301を処理したところ、E-カドヘリンの発現上昇、ビメンチンおよびN-カドヘリンの発現低下、さらにはEMT誘導転写因子であるSnailの発現低下が認められた。また、OBP-301処理により、TGF-β誘導性の細胞運動能および浸潤能の亢進が抑制された。さらに、EMT誘導A549細胞に対する抗腫瘍効果について検討したところ、OBP-301はEMT誘導細胞にも細胞傷害性を有していたが、化学療法剤ではEMT誘導癌細胞において抗腫瘍活性の低下が認められた。これらの結果より、テロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスはTGF-β誘導性のEMTや細胞浸潤を阻害し、EMTによって悪性形質を獲得した癌細胞に対しても有用である可能性が示唆された。今後は、OBP-301がTGF-β誘導性EMTを阻害する機序について検討する予定である。

OBP-301に加え、野生型や非増殖能型アデノウイルスを用いてEMT関連マーカーの発現変化を解析したところ、このEMT阻害作用には、アデノウイルス由来のE1Aタンパク質が重要であることが明らかになった。本研究より、テロメラーゼ特異的腫瘍融解アデノウイルスOBP-301はTGF-β誘導性のEMTや細胞浸潤を阻害し、EMTにより悪性形質を獲得した癌細胞に対しても有用であることが示唆された。
複数のπ共役系化合物からなるかご状有機構造体の内部空間に閉じこめた金属ナノクラスターの設計

分子レベルで制限されたミクロ空間環境においては「開放系」にはない特殊な事象が発現することが知られている。本研究で我々は、かご状有機構造体の内部空間に、金属ナノクラスターを1粒子だけ閉じこめることを計画した。すなわち、独特な表面構造や量子サイズ効果に由来する特異な触媒能、電子的性質を示す金属クラスター類を、有機物からできた制限された空間内に孤立化し、その特異な環境を利用した新機能の開拓をめざした。ここではその第一段階として、有機ユニットとしてポルフィリンを用い、クラスター周りに集積した複数ポルフィリン間の架橋反応により、クラスターを閉じこめたかご状マルチポルフィリン構造体の設計を検討した。金属クラスターとしては、粒径14ÅのAu_<55>クラスターを用いた。合成は、AuクラスターとZnポルフィリンのそれぞれに特異的に配位相互作用して、「リンカー」として働く2官能性配位子(L=SCH_2(4-Py):チオレート→Au、ピリジル基→Zn)を利用した。すなわち、Py基を外縁部に持つAu_<55>クラスターの周辺に、配位相互作用を介して複数個のZnポルフィリンを集積組織化させ、その後、その4つのフェニル基上に配した末端olefin官能基間をGrubbs触媒を用いたメタセシス反応で架橋した。この際、架橋性官能基が-OCH_2CH=CH_2,-OCH_2CH_2CH=CH_2のいずれを用いた場合にも、6つのZnポルフィリンから構成された「閉じたかご状構造体」が高収率で得られることがわかった。さらに、得られた複合体について、ポルフィリン部位の誘導化を検討したところ、酸処理によるフリーベース化、それに引き続くメタル化反応のいずれも、ポルフィリンモノマーと同様に効率的に進行することがわかった。
脂質代謝関連遺伝子からみた日本人の起源の研究

CD36遺伝子エクソン4内のnt478C→T置換は日本や韓国で多いことが明らかにされているが、北京やヨーロッパでは見だされない。これは、CD36が朝鮮半島と日本との間の人類移動の良いマーカーになる可能性を示唆する。そこで、日本と韓国のnt478T変異が共通祖先に由来するかを検討した。変異者の家系調査で、nt478Tの近傍であるイントロン3における既知のマイクロサテライト、(TG)n repeat (A1A5の5種)、を確認した。次いで、プロモータ領域内のnt(-53)におけるG/T多型、3'-非翻訳領域内のnt2162におけるA/G多型を新たに見いだした。nt478T家系の検討から、nt478Tを含有するハプロタイプ(nt(-53):(TG)n repeat:nt478:nt 2164)として、T:A4:T:G、T:A4:T:A、G:A4:T:Aの3種類が確認されたが、T:A4:T:Aハプロタイプが大部分を占めており本変異が比較的新しく出現したものであることが示唆された。nt478Tは家系調査では例外なくA4とリンクしており、また遺伝子頻度からもA4とのリンクが強く示唆されたが、韓国においても同様にnt478TがA4とリンクしていることを強く示唆する結果であった。このことは日本と韓国のnt478Tが共通する先祖に由来することを示している。nt478Tは南日本では韓国に近い高緯度で見出されるが、このことはnt478Tが朝鮮半島から南西日本を経て日本全土に拡散した集団のマーカーである可能性を示唆するように思われる。今後はハプロタイプ毎に韓国との関係を検討することにより、朝鮮半島に関連する人類の移動についてより詳細に検討できる可能性が示唆された。
緑膿菌の抗菌薬抵抗性獲得機構に関する遺伝子発現ネットワークの解明

緑膿菌のquorum sensing(QS)遺伝子lasR, lasIおよび定常期シグマ因子rpoS遺伝子は抗菌薬抵抗性を正に制御しており, Las系によって誘導されるrpoSが直接的な発現制御を担っていることが示唆された。PQS-QS遺伝子pqsA, pqsE, pqsRおよびrpoN遺伝子は抗菌薬抵抗性を負に制御しており,さらにPQS系遺伝子による抵抗性発現抑制はvqsRによって負に制御されていることが明らかになった。また,新たに付着時およびバイオフィルム形成時の抗菌薬抵抗性に影響する遺伝子をそれぞれ14および11種明らかにした。緑膿菌の抗菌薬抵抗性に関与する遺伝子ネットワークを糊する目的で,rpoS, rpoNなどのσ因子遺伝子やquorum sensing関連遺伝子の発現制御の相互関係およびバイオフィルム形成の初期過程である固相表面への付着による各種遺伝子の発現変化について検討し,以下の成果を得た。1. rpoS遺伝子はbiapenemやofloxacinに対する抵抗性獲得に関与しており,rpoN遺伝子はこれらの抗菌薬抵抗性を低下させることが判明していることから,rpoN遺伝子はrpoS遺伝子の転写抑制または転写後のmRNAの安定性や翻訳過程などσSの転写活性の低下のいずれかに関与している可能性が考えられたため,rpoN変異株およびrpoN強制発現株におけるrpoSmRNAの発現量をReal-TimePCR法により測定したところ,いずれの菌株も親株における発現量と同レベルであった。一方rpoN遺伝子の発現上昇によって,rpoSによって正の制御を受けているaer2遺伝子のmRNAの発現が抑制されていることが判明した。したがってrpoNはrpoSmRNA転写後の翻訳阻害,翻訳後のRpoS蛋白の分解またはRpoNによるRpoSの転写活性化の拮抗阻害のいずれかの過程に影響を及ぼしていることが示唆された。2.緑膿菌のバイオフィルム形成にはsecond messenger c-di-GMPが深く関与しており,c-di-GMP蓄積量の亢進した菌株はrugose small-colony variant(RSCV)と呼ばれる嚢状の微小集落を形成し,高いバイオフィルム形成能を示すことから,細胞内のc-di-GMP量は抗菌薬抵抗性に関与しているのではないかと推察し,研究室保存の臨床分離株よりバイオフィルム形成能が高くRSCVを示す菌株を検出し,c-di-GMP合成・分解に関与する遺伝子の構造と付着菌の抗菌薬抵抗性と各種遺伝子発現量について検討した。その結果RSCVを示す菌株PTD12はwspF遺伝子のフレームシフト変異を有し,WspRの構成的な活性化によりc-di-GMP量が亢進していると推察された。PTD12株の付着菌のMBCはMICの128倍を示し,この菌株にc-di-GMPの分解酵素遺伝子を導入するとこの性状は親株レベルに低下した。したがって緑膿菌の付着時の抗菌薬抵抗性にはc-di-GMPが深く関与していることが示唆された。緑膿菌の抗菌薬抵抗性に関与する遺伝子ネットワークを解明する目的で,c-di-GMPと菌体外多糖体合成オペロンpslとの関係およびrpoS,rpoNなどのσ因子遺伝子とPQS quorum sensing関連遺伝子の発現制御の相互関係について検討し,以下の成果を得た。1.恒常的に細胞内c-di-GMPが高濃度に蓄積されるwspF変異株はカルバペネムに対する抵抗性が高く,wspF変異株にプラスミドによりwspFを相補した株およびc-di-GMP分解酵素遺伝子PA2133を導入した株はカルバペネム抵抗性が低下することからc-di-GMPが抗菌薬抵抗性に深く関与していることが明らかになり,この抵抗性がc-di-GMPにより発現調節されている菌体外多糖Pslによる可能性が推察されたため,wspF変異株にpsl欠失変異を導入した二重変異株を作製しその影響を調べた。その結果,wspFpsl二重変異株は親株に比べ抗菌薬抵抗性が100分の1以下に低下したことから,c-di-GMPを介して発現誘導されるPslが直接的な抗菌薬抵抗性因子であることが示唆された。2.細菌は種々の環境要因に応答し多数の遺伝子発現を変化させることによってその環境に適応するシステムを有している。抗菌薬も環境ストレスの一つであると考えられることから,抗菌薬によるc-di-GMP蓄積の指標となる小さな皺状集落(rugose small coly variants:RSCVs)形成に及ぼす影響を検討した。その結果,クラリスロマイシンおよびトブラマイシンがRSCVsを誘導することが判明し,この現象はc-di-GMP分解酵素遺伝子を導入した株では誘起されないことから,抗菌薬はc-di-GMP合成を誘導しバイオフィルム形成へと向かうシグナルとして作用していることが推察された。

緑膿菌の抗菌薬抵抗性のメカニズムを明らかにする目的で、今年度はこれまでに明らかになっている抗菌薬抵抗性関連遺伝子間の相互関係について検討するとともに,緑膿菌のライフスタイルの変化と抗菌薬抵抗性の関連性を明らかにするため、Tn挿入変異株ライブラリーを作製し、新たな抵抗性関連遺伝子の探索を行い,下記の成果を得た。1.PQS quorum sensing(QS)を担うautoinducer合成系オペロン遺伝子pqsA,pqsE,pqsRを欠失した変異株はいずれも親株に比ベカルバペネム作用後の生存率が25倍高く,抵抗性が上昇した。一方PQS QS制御因子をコードするvqsR欠失変異株はカルバペネム抵抗性が親株の1/10に低下した。vqsRとpqsA,pqsE,pqsRとの二重変異株はいずれも生存率が上昇し、vqsR変異による抵抗性の低下が抑制された。また,pqsAおよびpqsE変異はrpoN変異株のカルバペネム抵抗性を低下させる。このことから,vqsRはPQS系QS関連遺伝子の発現にネガティブに影響を及ぼしていると推察された。2.緑膿菌標準株PA01株にminiTn5を挿入した変異株ライブラーを約8000株作製し,その中から14株の付着時MBC(MBCAD)が低下した株および11株のバイオフィルム形成時の抗菌薬抵抗性が低下した変異株を分離した。バイオフィルム形成時の抵抗性が低下した株は1株のみバイオフィルム形成能が低下しており、バイオフィルムの主要な菌体外マトリクス合成系オペロンに属するPS1J内の挿入変異であることが判明した。その他8種の遺伝子にはチトクローム系および電子伝達系を担うタンパクをコードするものが複数存在しており、酸化ストレスとの関連性が推察された。またライフスタイルの変換に関わるシグナル伝達系cbrA/Bのセンサー遺伝子cbrA変異株が2株含まれていた。さらにバイオフィルム形成能が親株レベルであり抗菌薬抵抗性が低下した変異株は浮遊時および付着時の抗菌薬抵抗性には影響を及ぼしておらず、また、逆に付着時抵抗性低下株はいずれもバイオフィルム形成能が低下していることから、バイオフィルムの抗菌薬抵抗性を担う遺伝子はバイオフィルム形成過程と強くリンクしており付着時および浮遊時の抵抗性とは異なったメカニズムが存在することが示唆された。
非双曲型力学系の通有的な性質について

本年度は,昨年度までの研究結果を踏まえて,今までの基礎理論の応用方法をいくつか模索した.以下でより具体的に三つに分けて述べる.まず,heterodimensional cycleの分岐からhomoclinic tangencyの分岐が生じるメカニズム(この結果は昨年度までに整備したものである)を利用して,wildと呼ばれるhomoclinic classの中に観察される双曲型周期点の指数に関していくつかの知見を得た.この結果のさらなる発展として,いわゆるindex completion problemの低次元の場合が解けるのではないか,と考えており,考察を続けてみたが,まだ結論には至っていない.基礎的な部分に関する議論の整理は終えたが,いわゆるergodic closing lemmaを用いるステップで本質的な困難がまだ解決していないためである.上に述べたメカニズムの別の応用として,近年提出された強いPalis予想に関する部分的解決も与えた.この手法の延長線上で,この予想の解決に貢献するであろうと考えられる例の構成を行ってみたが,これに関してはまだまとまった結果は得られていない.最後に,これらの(やや)抽象的なメカニズムの具体例として,heterodimensional tangencyの分岐についての研究も着手した.一般の高い正則性に由来する位相のもとでの,いくつかの通有的な条件の下で,先に述べたようなメカニズムによって,頑強性を持った非双曲型力学系的構造が生じることを証明するのが目標である.この研究もその緒にあり,今のところまとまった結果は得られていない.非双曲型力学系に関連する構造として、homoclinic tangencyとheterodimensional cycleという2つの構造が知られているが、これらは決して無関係ではない。たとえば、「criticalなnon-connected heterodimensional cycleは摂動することによって、homoclinic tangencyを生み出す」という結果が得られている。そこで、この逆の問題、すなわち「ある種のhomoclinic tangencyは摂動することによってheterodimensional cycleを生じるか」という問いは興味深い問題である。これについて考えたい。本年度は以下のような結果を得た。1階微分可能な力学系の空間には自然な位相が入る。4次元多様体上の可微分離散力学系で、ある種の退化性を課したheterodimensionaltangencyを持つものを考える。すると、この力学系の任意の近傍内にNewhouse phehomenonを呈する力学系が存在する。これが本年度得られた結果である。Newhouse phenomenonはhomoclinic tangencyと密接な関連性があることが知られており、今回の結果により、当初の問題に対して部分的な解答を与えたといえるだろう。研究に際して、数値実験および論文作成のためにPCが必要であったのでこれを研究費で購入した。また、研究に際して必要な文献を研究費で購入した。国内、国外の研究集会に参加するために旅費を研究費から捻出した。ある条件を満たすheterodimensional cycleに摂動を加えることでhomoclinic tangencyが形成される,ということが分かっている.そこでこの逆問題,なわち「ある種のhomoclinic tangencyを持つ力学系を摂動することによってheterodimensional cycleを形成することができるか」という問題を考察している.今までの研究により、homoclinic tangencyに付加条件としてある種の退化条件を付与すると、最初の問題が肯定的に解けることは分かっていたのだが、条件としてあまり自然ではないと思い、しばらく研究を進めなかった。しかしながら本年、この退化条件がwild homoclinic classと呼ばれる複雑な構造を持つ力学系で自然に観測されることを見つけ、応用として、このhomoclinic classの内部の周期点の指数について新たな知見を得た。この結果から、「contrcating wild homoclinic classは通有的には指数1の周期点を持つ」などの興味深い結果が得られる。本年度は,昨年度までの研究結果を踏まえて,今までの基礎理論の応用方法をいくつか模索した.以下でより具体的に三つに分けて述べる.まず,heterodimensional cycleの分岐からhomoclinic tangencyの分岐が生じるメカニズム(この結果は昨年度までに整備したものである)を利用して,wildと呼ばれるhomoclinic classの中に観察される双曲型周期点の指数に関していくつかの知見を得た.この結果のさらなる発展として,いわゆるindex completion problemの低次元の場合が解けるのではないか,と考えており,考察を続けてみたが,まだ結論には至っていない.基礎的な部分に関する議論の整理は終えたが,いわゆるergodic closing lemmaを用いるステップで本質的な困難がまだ解決していないためである.上に述べたメカニズムの別の応用として,近年提出された強いPalis予想に関する部分的解決も与えた.この手法の延長線上で,この予想の解決に貢献するであろうと考えられる例の構成を行ってみたが,これに関してはまだまとまった結果は得られていない.最後に,これらの(やや)抽象的なメカニズムの具体例として,heterodimensional tangencyの分岐についての研究も着手した.一般の高い正則性に由来する位相のもとでの,いくつかの通有的な条件の下で,先に述べたようなメカニズムによって,頑強性を持った非双曲型力学系的構造が生じることを証明するのが目標である.この研究もその緒にあり,今のところまとまった結果は得られていない.
量子統計的機械学習システム設計理論の創出とその実践

その定式化は一般化された確率伝搬法に拡張できる高度の汎用化された数理構造を持つことが解明された.同時に研究代表者が潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張についての定式化も並行して進めた.2018年度は確率伝搬法による確率的グラフィカルモデルの教師あり学習の定式化を一般化された密度行列の教師あり学習へと拡張することで教師あり量子統計的機械学習理論の定式化を行った.潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張の定式化も順調に進んでいる..さらに確率的グラフィカルモデルに量子効果が付加された時の相転移の発現機構の解明についても平均場理論を用いた解析を通してEMアルゴリズムの不安定性の発現メカニズムを解明するいくつかの知見が得られつつある.これらの状況から2018年度は概ね順調に進展したものと判断している..同時に研究代表者が潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張を実現する.その計画達成のために確率的グラフィカルモデルに量子効果が付加された時の相転移の発現機構を確率伝搬法を用いて明らかにする.また,新たにTon Coolen教授(King's Colledge London, UK)を新たに海外研究協力者として追加し,その研究機関に研究代表者および分担者の訪問および招聘を通して研究計画の進捗状況を報告し,特に動的レプリカ法の量子力学的に拡張された確率的グラフィカルモデルへの拡張について助言を受けながら進める.その定式化は一般化された確率伝搬法に拡張できる高度の汎用化された数理構造を持つことが解明された.同時に研究代表者が潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張についての定式化も並行して進めた.2018年度は確率伝搬法による確率的グラフィカルモデルの教師あり学習の定式化を一般化された密度行列の教師あり学習へと拡張することで教師あり量子統計的機械学習理論の定式化を行った.潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張の定式化も順調に進んでいる..さらに確率的グラフィカルモデルに量子効果が付加された時の相転移の発現機構の解明についても平均場理論を用いた解析を通してEMアルゴリズムの不安定性の発現メカニズムを解明するいくつかの知見が得られつつある.これらの状況から2018年度は概ね順調に進展したものと判断している..同時に研究代表者が潜在変数間に相互作用のない確率的グラフィカルモデルに対して提案した量子力学的に拡張されたEMアルゴリズム(期待値最大化アルゴリズム, Expectation Maximization Algorithm)の潜在変数間に相互作用を持つ量子統計的グラフィカルモデルへの拡張を実現する.その計画達成のために確率的グラフィカルモデルに量子効果が付加された時の相転移の発現機構を確率伝搬法を用いて明らかにする.また,新たにTon Coolen教授(King's Colledge London, UK)を新たに海外研究協力者として追加し,その研究機関に研究代表者および分担者の訪問および招聘を通して研究計画の進捗状況を報告し,特に動的レプリカ法の量子力学的に拡張された確率的グラフィカルモデルへの拡張について助言を受けながら進める.
同一課題を行う他者のパフォーマンスの影響：他人のエラーは伝染するか？

本研究の主な目的は,1)隣合わせで同一課題を行う他者のエラーが,自身のパフォーマンスにどのような影響を及ぼすか,2)その他者と共同課題を行う際,どのようにそのエラー特性が自身のパフォーマンスを修飾するか,を明らかにすることであった.力発揮課題を用いた実験により,以下の2点が示された.1)隣合わせで同一課題を行う他者のエラーは,自身の試技毎のエラー修正過程には有意な影響を及ぼさなかったが,その後行われた共同課題時のパフォーマンスにおいては有意な影響を示した.2)この影響には運動制御の最適化だけでなく個々の社会性を反映した修飾が含まれており,それぞれの影響の度合いは共同課題を行う人数に依存しうる.本研究の主な目的は,1)隣合わせで同一課題を行う他者のエラーが,自身のパフォーマンスにどのような影響を及ぼすか,2)その他者と共同課題を行う際,どのようにそのエラー特性が自身のパフォーマンスを修飾するか,を明らかにすることであった.今年度は2)に着目し,共同課題においてパートナーのエラーの影響がどのように生じるのかを,ヒト同士による継続的共同力発揮課題を用いて検討した.実験ではペアによる共同力発揮課題(グループの力の平均値を標的力に一致させる)を行い,個別課題時のパートナーのエラーの大きさなどの因子が共同課題時のペア内の力配分にどのような影響を及ぼすのかを調べた.その結果,この力配分には個別課題時のパートナーのエラーの大きさや最大力の他,自閉症スペクトラム指数により評価された社会性が影響を及ぼしていることが示唆された.また,ペアによるエラーの修正はほぼ同位相で行われていたが,これは両手課題を対象とした一部の先行研究の報告と矛盾するものであったため,この特性が個人間共同課題に特有のものであるかを類似の両手課題との比較により検証した.結果,両手課題時の左右の力変動の位相は基本的には個人間課題と同様で,その特性は周波数帯域に依存することが明らかとなった.さらに,パートナーの影響が人数によってどのように変わるかを検討するために,2人組および3人組による共同力発揮課題の組織化を比較したところ,2人組課題においてはパートナーのエラーの大きさが共同課題時の組織化に有意な影響を及ぼしていたが,3人組になるとパートナーのエラーの影響は消失し,パートナーの社会性の影響が強くなった.これらの結果は,パートナーとなる他者のエラーの観察が,共同課題においては運動能力に基づく最適化と社会的干渉の両方を引き起こしうること,またそれぞれの影響は共同課題の人数や課題に依存することを示唆した.本研究の主な目的は,1)隣合わせで同一課題を行う他者のエラーが,自身のパフォーマンスにどのような影響を及ぼすか,2)その他者と共同課題を行う際,どのようにそのエラー特性が自身のパフォーマンスを修飾するか,を明らかにすることであった.力発揮課題を用いた実験により,以下の2点が示された.1)隣合わせで同一課題を行う他者のエラーは,自身の試技毎のエラー修正過程には有意な影響を及ぼさなかったが,その後行われた共同課題時のパフォーマンスにおいては有意な影響を示した.2)この影響には運動制御の最適化だけでなく個々の社会性を反映した修飾が含まれており,それぞれの影響の度合いは共同課題を行う人数に依存しうる.本研究の目的は、二人以上で行うゴール指向性課題において、周囲で同様の課題を行う他者のエラーがどのように自身のエラー修正過程に影響を及ぼすかを明らかにすることであった。本年度用いた実験課題のゴールは親指と人差し指のつまみ力を標的力に合わせることで、二人組にて同時に行われた。個々のつまみ力を標的力に合わせる個別課題では、二人の力が共に提示される条件(複数提示条件)と、自身の力のみが提示される条件(単独表示条件)の2条件が課された。複数提示条件において、パートナーの力信号にはシステム同定評価のため平均値・振幅が一般被験者とほぼ同等の白色雑音が用いられた。2つのグループが複数提示・単独提示いずれかの条件で個別課題を行った後、共同課題が課された。この課題のゴールは2人の力の平均値を標的力に合わせることであったが、個別課題と同様、実際には平均値・振幅がほぼ一般被験者と同様の白色雑音がパートナーの力信号として用いられた。両課題ともに、パートナーの信号が偽信号と気づいた被験者は皆無であった。個別課題の分析では、自身のエラーに対する応答だけでなく、パートナーの力信号として提示された白色雑音信号に対する応答がシステム同定によって評価された。共同課題では、共同エラーに対する応答の大きさが個別課題時の2条件間で比較された。その結果、個別条件における相手エラーの影響は、複数提示条件と単独提示条件で有意差がなかった。しかしながら、共同課題においてはエラー修正の修飾に有意な差がみられ、パートナーのエラーを確認しながら課題を遂行した複数提示条件グループは単独提示条件グループよりも大きめに共同エラーを修正する傾向にあった。この度合いの増大は適切なエラー修正範囲よりも大きく、修正過多によるエラー増大を引き起こすことが示唆された。今年度の推進計画予定であった「同じ課題を同時に行う他者エラーの影響を実験的に検証する」という点において、個別課題中の直接的な影響は見られなかったものの、その後の共同課題エラー修正過程に事前の他者エラーの観察が影響を及ぼしうる点を確認できたことは大きな一歩であった。この結果は、他者エラーの存在が事後的かつ潜在的にその後のパフォーマンスに影響を及ぼしうることを示唆しており、我々がこれまで行ってきた実験結果とも矛盾しない内容であった。

今後より具体的な検証を重ねることで、本研究の最終的な目的である集団行動前の適切な個人練習法の提案等に繋げることができる成果と考えられる。共同課題における他者エラーの影響は次年度の計画には入っていなかったが、次年度計画がうまく機能しなかったときの次善策として常に念頭におきつつ研究を進めていきたい。一方で、同課題同時遂行中の他者エラーの影響が同定に至らなかった点は仮説と異なる点であった。この結果は本質的なものであるかもしれないが、一方で他者のエラーに対する注意度の欠落、またはそれを招く実験設定等が悪影響を及ぼした可能性は十分に考えられる。エラーフィードバックの提示法、データ数など実験設定の細部に関してもまだ議論の余地はあり、本年度中に十分に検討しつくしたとは言い難い。実験課題的にも内容的にも次年度の研究計画におおいに関連するので、次年度も同時進行的に引き続き検討していきたい。今後の推進方策として、当初の計画だった「共同運動学習時の他者エラーの影響」を検討するとともに、本年度の課題として残った「同課題同時遂行中の他者エラーの影響」も引き続き検証していきたい。以下に詳細を述べる。【共同運動学習時の他者エラーの影響】本年度対象としたのは、パフォーマンスとしては定常状態に到達しているような比較的簡易な課題であり、そのような課題において試技毎に行われる自身のエラー修正の際にどの程度他者のエラーが影響を及ぼすかを検討してきた。次年度は、新規課題を学習する際の他者エラーの影響を検討する。例えば、ダーツ投げを新たに学習する際、常に狙った標的から右にずれてしまうタイプの人と左にずれてしまうタイプの人がいたとする。もし二人同時に練習させるとしたら、同じエラー傾向の人同士で練習した方がよいだろうか、それとも全く反対のエラー傾向をもつ人同士で練習した方がよいだろうか?この疑問を実験的に検証し、運動学習時の他者エラーの影響に関するモデル化を試みることが今後の研究の狙いとなる。この狙いのため、どの被験者にとっても新規な運動環境を構築しやすい、視野変換設定下での上肢到達運動課題を用いる。この設定下で実験的に特定方向へのエラー特性を各被験者に割り当て、どのようなエラー特性のペアの組み合わせが運動学習を促進させるか、どのようなエラー処理がペア間で為されているかを同定する。【同課題同時遂行中の他者エラーの影響】上記にも記したように、この研究課題の遂行は本年度を中心に行う予定であったが、同課題同時遂行中の他者エラーの直接的な影響は同定されなかった。しかしながら、この影響は運動学習時のエラー修正にも関連するため、より詳細に検討する必要がある。次年度は視覚フィードバックの方法や試技数の増大など状況を変え、上記課題と同時進行的に検討を進める。次年度は、本年度に構築された実験実施のための環境補強の他、学会発表・論文投稿など結果の公表化に関わる部分に重点を置く。実験環境の補強に関しては、運動学習課題を実施するための上肢到達運動課題環境の整備(上体固定が可能な椅子、データ収集環境の強化等)を主に行う。視野変換設定のためにやや複雑なデータ処理やプログラミングが必要となるため、プログラミングソフトの新規導入を行う。また、本年度と同様比較的多めの被験者が必要となるため、被験者謝金も十分配備する。
視覚障害者教育のための言語化困難な映像情報提示・教育・学習方法に関する基礎研究

本研究は,視覚障害者に対して教育を行う際に,言葉での表現が困難な映像情報を伝えるため,映像情報を視覚障害者の持つ情報取得感覚に適用させる方法を開発することを目的とする。現状で実用化されている情報技術を巧みに活用し,触覚能力を最大限に活かすための方法を様々な観点から開発・評価を実施した。その結果,統合教育の現場において,教員に大きな負担をかけることなく,映像情報を伝えるための試験的なシステムを作成し,その有効性を示した。近年、急激にソフトウェアによるスイッチ制御を行うスマートフォンなどタッチスクリーン式のインタフェースが普及してきた。この普及は、スイッチをソフトウェアで制御できるため、物理スイッチと比べて安価なコストで実装が可能であること、および、スクリーンによる映像提示と組み合わせることで、直感操作を生み出すメリットがあることが背景にある。そのため、今後、従来のスイッチに代わって、タッチスクリーンスイッチを利用する機器が爆発的に増大すると見込まれている。そこで、25年度の研究では、タッチディスプレイの触覚フィードバック機能を利用し、映像のテクスチャー情報や見た目に関する情報を触感を通じて提供するなどの課題の検討を行った。その結果、疑似触覚感覚の判別精度が高いことが判明し、これらの技術を利用したテクスチャ識別など応用が期待できる見通しを得られた。触覚は、見た目と同様に、言葉にならない情報を含む点で共通しており、触覚を活用することによって、言葉で表現しがたい情報を代行感覚として呈示するなどの応用が期待できる。また、これらの結果を踏まえて、教育現場で教師が複数の視覚障害学生に対して、リアルタイムに情報を共有するためのソフトウェアの試作も行い、教育の現場で試用した結果、迅速・適確に情報を共有することが確認できた。また、このソフトウェアによって、指示語による情報提示と理解が可能であることも判明し、さまざまな用途での応用への可能性が見いだされた。本研究は、映像情報を視覚障がい者に提供する際に、従来の輪郭情報を主とした形状情報の他、映像情報の大半を担っている「見た目」と言われる言葉に表現しがたい情報を提供・共有するための方法について検討を行うものである。24年度の研究では、自然画像を対象として、ベクトル量子化の考え方に基づいた方法により、画像情報をテキスト表現化する方法を検討した。この方法の基本原理は、インターネットの文字掲示板などにおいて散見される「アスキーアート」の方法を取り入れたものである。自然画像をアスキーアートで表現する場合、画像の特徴を示すのにもっとも適する記号・文字を選択することになる。この考え方は、画像をベクトル量子化で符号化する考え方に近い。そこで、この研究では、まず、自然画像の特徴をベクトル量子化の考え方に基づいて、クラス分類し、点字(テキスト情報)で表現するコードブックの作成と提示のソフトウェアを作成し、点字ベース画像を用いた映像情報の提示実験を行った。まず、点字ベースの画像の作成では、自然画像の見た目の特徴を維持しつつ、ガウス分布に基づく適応バイナリー変換を行う。この画像を横32文字、縦24行の、一般的にA4サイズの点字印刷をする際のマス数に合わせて、バイナリー画像を領域分割する。各領域を更に、点字のドットパターンに合わせて、横2マス、縦3マスの合計6領域にサブ分割を行う。それぞれの領域において、白ピクセルの密度が半分を超える場合に点を打ち、それ以下の場合は打たないという法則に従って、点字ベース画像ができあがる。この点字ベース画像は、アスキーアートと同様に見た目の印象を損なうことがなく、健常者が観察しても、画像の見た目の内容を概ね把握できる特徴がある。この画像を用いて、視覚障がい者と画像の見た目の特徴の情報共有実験を行ったところ、互いに画像の特徴部位を共通認識できるなどの成果が得られた。本研究の目的は,視覚障害者に対して教育を行う際に,言葉での表現が困難な映像情報を伝えるため,映像情報を視覚障害者の持つ情報取得感覚に適合した方法を開発・研究することにある。一般に,視覚障害者と晴眼者の間で映像情報を共有する方法では,触図に代表されるように,触覚を主とした方法が用いられる。ところが,映像の内容を理解させるには,ただ単に,触察させるだけでは不十分で,同時に言葉による説明を個々にする必要がある。そこで,この研究では,新たな触覚フィードバックの最新技術を使用した解決方法の開発を試みることとした。今年度の研究では,当初予定していた最新触覚フィードバックの機能を搭載した市販品デバイスの登場が当初より遅れため,我が国が障害者権利条約に批准し,来年度より障害者差別解消法が施行されることを踏まえ,インクルーシブ教育の推進とそれに伴う教育現場での合理的配慮に焦点を当て,晴眼者と同じ教育環境において図面情報をリアルタイムに的確提示・情報共有する方法の開発を行った。この目標を解決するため,図形情報を教師の指示によって,リアルタイムに学生が図形を理解するのに必要な情報を得られるための教育支援ソフトウェアを作成した。

このソフトウェアは,教師側が利用する管理ソフトと授業資料を表示する学生側のクライアントソフト,および,マネージャーとクライアントのネットワークの接続を仲介する配信サービスサーバで構成され,教師の指示によって,瞬時に触図の提示をすることができ,かつ,説明に応じてフォーカスを当てるべきエリアを触覚で認知できる形で提示することができる。このソフトウェアを使用した結果,教師が個々に学生に対応して説明することなく,複数の学生に対して,同時に,情報を共有できるなどの効果を確認できた。福祉情報工学25年度の研究では、主として、触覚フィードバックの機能をもつタッチスクリーンに着目し、これらの技術を活用して、画像情報の共有へ適用させる方法等について検討を行った。まず、人間が触覚フィードバックに対して、どの程度の精度で判別が可能であるかを確かめるべく、映像の状態と触覚フィードバックを対応づけて、同一のものをタッチスクリーン上で選択するテストプログラムを作成し、実験を行った。その結果、非常に高い精度で判別が可能であることが判明した。このことから、様々な触覚フィードバックのパターンを利用した情報伝達が可能であることが分かった。現在、教育に利用される映像情報について、視覚障害学生とリアルタイムで情報共有する方法等を触覚などの感覚代行の方法を踏まえた上で検討を行い、教育現場で有効に活用できるツールの開発を検討を進める段階へ進んでいる。このことから上記のとおり達成度を評価した。本年度の研究では、主として、自然画像の「見た目」を提示するための方法として、アスキーアート作成の技術に基づく、点字ベース画像の自動生成ソフトウェアの開発を行ってきた。このソフトウェアの開発では、画像の局所的な特徴量をガウス分布に基づく適応バイナリー化方法を巧みに利用して、点字パターン生成のルールを作成した。この方法で作成された点字ベース画像を実際に読み取り、画像の「見た目」に関する情報を詳細にやりとりする実験を通じて、従来では、一方的に画像の内容を説明するだけで、視覚障がい者がその言葉からどのように理解したのかを確認する方法がなかったが、規則性のある点字パターンを利用することで、説明した内容と画像の局所的な位置をお互いに確認しながら、映像情報を共有することが可能であることが分かった。一方、視覚障がい者が局所的な部位を指し示して、画像の詳細内容を求めることは可能となったものの、映像の大半は、言葉による適切な表現がないものが多く、どうしても、言葉によるインデックスキーワードの提示になってしまう問題が残された。IBMは、今後5カ年で人々の生活を一変させる5つのイノベーションがあり、情報技術の発達によって、コンピュータが独自の方法で見たり、匂いを感じたり、触れたり、味わったり、聞いたりするようになるコグニティブ・システムの時代が到来すると予想している。すなわち、人間の五感を独特の方法で模倣する能力をコンピュータが持つようになるという予想である。これは、映像1ピクセルが1000語に値し、今後の映像理解においては、ピクセルから意味を見いだす技術開発の可能性を指摘しているものである。本研究でも、このような考え方に基づいて、ピクセル単位の情報提示を考えていくことが課題となる。