hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カーボンナノ粒子の腸管吸収と細胞応答

昨年度は、球状のフラーレンC60が腸管上皮細胞機能に及ぼす影響をin vitroモデル系で解析し、それが細胞死や炎症性サイトカイン分泌の誘導を行なうかどうかを検討したが、有意な変化を見出すことが出来なかった。そこで、本年度は、フラーレンではなくカーボンナノチューブ(CNT)を用いて、それが腸管上皮細胞に及ぼす影響を見た。(1)単層CNT(直径0.7-1.3nm)を培地に加え、超音波処理するなどして分散させた。これを、透過性膜上で2週間培養して単層を形成させたヒト腸管上皮細胞Caco-2に0.11mg/mlの濃度で加え、細胞の状態をモニターした。72時間まで培養した細胞についてLDH毒性試験を行なったが、細胞に有意な傷害は認められなかった。また、細胞層の損傷あるいは何らかの変化を検出する上で鋭敏な指標である経上皮電気抵抗(TER)の値もCNT添加群と無添加群で有意な差は認められなかった。(2)2週間培養したCaco-2細胞をTNF-αで刺激すると炎症性サイトカインであるIL-8の分泌が著しく亢進する。一方、CNTにはIL-8分泌を誘導する作用は認められなかった。(3)Caco-2細胞は、2週間程度培養して分化させてから各種実験に供することが多いが、この2週間の培養期間中にCNTが共存するとどのような影響を見られるかを検討した。その結果、細胞単層のTER値は共存するCNTの濃度依存的に低下した。また腸管上皮細胞の機能マーカーの一つであるアルカリ性ホスファターゼの活性は、CNTが共存することによって著しく上昇が抑制された。細胞数に変化は無いことから、CNTはCaco-2細胞の分化のプロセスを阻害してしこる可能性が考えられる。カーボンナノ粒子には、球状のフラーレン、管状のカーボンナノチューブがあるが、本年度はフラーレンC60が腸管上皮細胞機能に及ぼす影響をin vitroモデル系で解析した。(1)フラーレンは疎水性が高いために溶解度が極めて低く、細胞に添加するにあたって、その溶解条件を検討する必要があった。細胞実験にしばしば用いるエタノールやジメチルスルフォキシドに対しては溶解性が低く、トルエンのような有機溶媒によって溶解させることが可能であった。これを培地で希釈したものを細胞に加えた。腸管上皮細胞としてはヒト由来Caco-2を用い、単層培養した本細胞に上記のように希釈したフラーレン溶液を添加した。培地で500倍以上に希釈した溶液(フラーレン濃度として500nM以下)は細胞に対して毒性を示さないことがLDH試験法などで確認された(2)Caco-2細胞のサイトカイン産生に及ぼすフラーレンの影響をELISA法で調べた。500nM以下のフラーレンではIL-8産生量には変化は認められなかった。また、過酸化水素や炎症性サイトカイン(TNF-α)で刺激した際に誘導されるIL-8産生についてもフラーレンの影響は認められなかった。しかし、過酸化水素刺激で誘導されるIL-18分泌に関してはフラーレンで上昇する傾向が見出された。フラーレン溶液(分散液)の調製の難しさから、再現よくフラーレンを細胞に作用させることが困難であり、予定した各種パラメーターを測定するに至らなかったので、次年度はフラーレンおよびカーボンナノチューブの添加法を再検討する必要がある。
ランダムサンプリング経路探索法を用いた複数ヒューマノイドロボット協調作業の自動化

これまでに提案した複数ロボット経路プランニングに必要となる事前知識を減らすために,協調荷物搬送作業での受け渡し順序の自動決定アルゴリズムを実現した.協調荷物搬送作業とはロボットが荷物を別のロボットに受け渡しながらゴールまで荷物を搬送するタスクである.この自動決定アルゴリズムには環境とロボットのモデルを使って経路プランニングした結果を利用する.次に,協調搬送作業を二台のヒューマノイドロボットで実現した.単純にプランニング結果をロボットに適用するだけではシミュレーションと実環境のずれが大きいために失敗することが多い.そこで実環境でのずれが大きくなったときに新たな経路を生成する再プランニングを行う枠組みを考案した.これにより経路プランと環境とのずれを吸収する.ロボットの位置を認識する位置同定手法には,より一般的な環境で認識が行えるようMonte Carlo Localizationを実装した.さらに提案アルゴリズムのほかの問題への応用として,マルチエージェント物体再配置問題を扱った.この問題は,一つ以上の物体を初期位置からそれぞれのゴール位置まで適切に移動する複数のロボットの行動系列を得る問題である.提案する経路プランニングに,複数ロボットへの作業分担アルゴリズムを加えることで,全体のタスク実行時間を減らすようなロボットの並行作業を実現した.以上の研究成果をもとに博士論文をまとめた.博士論文では,これまでに提案した経路プランニングをもとにしてさまざまなタスクに利用可能な枠組みを提案している.多数のロボットが存在する中での協調作業には,サブタスクを割り当てられるロボットとサブタスクを割り当てられないロボットが存在しうる.論文ではこのそれぞれに適用可能な経路プランニングアルゴリズムを述べている.この枠組みを用いることで複数ロボット協調タスクを解決できることを複数の応用事例から示した.これまでに提案した複数ロボット経路プランニングに必要となる事前知識を減らすために,協調荷物搬送作業での受け渡し順序の自動決定アルゴリズムを実現した.協調荷物搬送作業とはロボットが荷物を別のロボットに受け渡しながらゴールまで荷物を搬送するタスクである.この自動決定アルゴリズムには環境とロボットのモデルを使って経路プランニングした結果を利用する.次に,協調搬送作業を二台のヒューマノイドロボットで実現した.単純にプランニング結果をロボットに適用するだけではシミュレーションと実環境のずれが大きいために失敗することが多い.そこで実環境でのずれが大きくなったときに新たな経路を生成する再プランニングを行う枠組みを考案した.これにより経路プランと環境とのずれを吸収する.ロボットの位置を認識する位置同定手法には,より一般的な環境で認識が行えるようMonte Carlo Localizationを実装した.さらに提案アルゴリズムのほかの問題への応用として,マルチエージェント物体再配置問題を扱った.この問題は,一つ以上の物体を初期位置からそれぞれのゴール位置まで適切に移動する複数のロボットの行動系列を得る問題である.提案する経路プランニングに,複数ロボットへの作業分担アルゴリズムを加えることで,全体のタスク実行時間を減らすようなロボットの並行作業を実現した.以上の研究成果をもとに博士論文をまとめた.博士論文では,これまでに提案した経路プランニングをもとにしてさまざまなタスクに利用可能な枠組みを提案している.多数のロボットが存在する中での協調作業には,サブタスクを割り当てられるロボットとサブタスクを割り当てられないロボットが存在しうる.論文ではこのそれぞれに適用可能な経路プランニングアルゴリズムを述べている.この枠組みを用いることで複数ロボット協調タスクを解決できることを複数の応用事例から示した.
補体レクチン経路の自然免疫における役割と活性化機構

血清中に存在するマンノース結合レクチン(MBL)やフィコリンは自然免疫に働くレクチンである。ヒトMBLとフィコリンにはC1r,C1s様構造を持つセリンプロテアーゼMASP(MASP-1,MASP-2,MASP-3)と低分子量蛋白sMAPが結合している。MASP-3はMASP-1遺伝子の、また、sMAPはMASP-2遺伝子のスプライシングバリアントである。MBLやフィコリンが一旦細菌等の糖鎖へ結合するとMASPにより補体成分が分解され補体レクチン経路が活性化される。レクチン経路は生体防御や、一方で病態とも関係していると推定されているがその詳細は不明である。本研究ではMASPのノックアウトマウスを用いてレクチン経路の生体内での意義を明らかにすることと、マウスのレクチン経路を解析して、未だ不明な活性化機構の全体像の解明を目指し、以下の成果を得た。ジーンターゲッティング法により、マウスMASP-1/-3遺伝子の第2エクソンを欠落した遺伝子改変マウス(Masp-1(+/-)と略)を作製し、更にMasp-1(+/-)同士の交配により両染色体に遺伝子変異を持つホモ型MASP-1欠損マウス(以下、Masp-1(-/-))を得た。Masp-1(-/-)はMASP-1とMASP-3をどちらも欠損していた。Masp-1(-/-)は成長遅延が見られる以外は、外見的にも組織学的にも異常を示さなかった。Masp-1(-/-)は野生型マウスに比べてインフルエンザウイルス感染で死亡しやすい傾向を示した。Masp-1(-/-)血清からマンナン-アガロースを用いてMBL-MASP複合体を部分精製して解析したところ、MASP-2とsMAPが含まれていた。また、Masp-1(-/-)血清を37°Cでマンナン-アガロースと反応させるとMASP-2は活性化されるが、0°Cでは活性化されないことがわかった。マウス血清よりN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)-アガロースを用いてGlcNAc溶出によりフィコリンの一つであるficolin-Aを部分精製し、更にMono Qで分画したところficolin-A画分に一致してMASP-2とsMAPが含まれていた。
環境酸素濃度に対する角膜構成細胞の増殖、細胞死、細胞機能に関する研究

培養角膜上皮細胞は高濃度の酸素により細胞増殖が抑制され,アポトーシスによる細胞死が増加した。しかしながら低濃度の酸素では細胞増殖やアポトーシスは影響を受けなかった。低酸素透過性のCL装用により角膜上皮のZO-1発現が障害されるが,高酸素透過性のCL装用では影響されなかった。角膜上皮に対する十分な酸素供給は上皮バリアー機能を維持するために重要であるが,21%を超える高濃度の環境酸素濃度は角膜上皮を傷害する。本研究の究極の目的は環境酸素濃度の変化が角膜上皮細胞,実質細胞へ与える影響を解析することにより,より深く角膜の生理機能およびCL装用による角膜構成細胞に対する影響について理解することである。上皮系細胞が高分化すると様々な環境の変化や角膜障害から防御するためにバリアー機能が作動する。本年度は,このバリアー機能を角膜上皮細胞が有する細胞機能として評価するため種々の酸素濃度曝した細胞溶解液を用いて,細胞間密着結合を構成する蛋白質の一つであるZO-1の発現を検討した。【目的】角膜上皮のバリアー機能は, Tight-Junction構成蛋白質の発現により制御されており,バリアー機構の形成にZO-1が重要である。我々はこれまでに低酸素によりZO-1の発現が低下することを報告した。今回我々は角膜上皮細胞におけるTight-Junction構成蛋白質ZO-1の発現および細胞内信号伝達系に対する低酸素-再酸素化の影響について検討した。【方法】SV40を導入したヒト角膜上皮細胞を5%CO2, 95%空気(21%O2に相当)で継代培養した。21%酸素下で4日間培養後, 1%酸素下で6時間培養し,その後1, 11,および21%酸素下で6時間培養した。細胞溶解液をZO-1, occludin, claudinに対する抗体およびERK1/2, JNK, p38 MAPK, ERK5, Akt, Blc-2に対するリン酸化抗体を用いてWestern blottingを行った。【結果】低酸素で培養した細胞に比べ低酸素から再酸素化を行って培養した角膜上皮細胞のZO-1の発現が増加した。低酸素および再酸素化の培養は角膜上皮細胞のoccludin, claudinの発現には影響しなかった。低酸素で培養した細胞に比べ低酸素から再酸素化を行って培養した角膜上皮細胞のp38 MAPKおよびERK5のリン酸化が増加したが, ERK1/2, JNK, Akt, Blc-2のリン酸化には影響しなかった。【結論】低酸素から再酸素化することによりMAPキナーゼファミリーを介した細胞内信号伝達系が活性化され,角膜上皮細胞のバリアー機能が向上していることが示唆された。前年度の研究成果により我々は高酸素濃度により角膜上皮細胞の細胞増殖が抑制されることを報告した。本年度は計画細胞死(programmed cell death)であるアポトーシスに対する環境酸素濃度の影響について,特に高酸素濃度による影響を検討することを目的として以下の研究を行った。研究背景にはアポトーシスは生体の恒常性維持や防御に重要で,Aktの活性化により抑制されることが知られている。方法はSV40を導入したヒト角膜上皮細胞を5%CO2, 95%空気(21%O2に相当)で継代培養後,異なる酸素濃度(1, 21, 60%)のインキュベーターで培養した。培養上清中のLDH量で細胞死を検出し,Annexin Vに対する結合能をflow cytometerにより検出し,アポトーシスの程度を解析した。アポトーシス抑制シグナルは細胞溶解液をAktおよびリン酸化Aktに対する抗体を用いてWestern blotを行い検出した。培養液中のLDH放出量は21%酸素および低酸素(1%酸素)での培養に比べ,高酸素(60%)の培養で有意に増加した。Annexin Vに対する結合能も21%酸素および低酸素(1%酸素)の培養に比べ,高酸素(60%)の培養で有意に増加していた。Aktのリン酸化は21%酸素および低酸素(1%酸素)の培養では検出されなかったが,高酸素(60%)の培養で検出された。以上の結果より,角膜上皮細胞は高濃度の酸素により細胞増殖が抑制されると共にアポトーシスによる細胞死が増加する。さらに抗アポトーシス抑制シグナルであるAktが活性化され,角膜上皮細胞の細胞死が制御されていることが示唆された。さらに環境酸素濃度の変化が角膜上皮細胞,実質細胞へ与える影響を解析することにより,より深く角膜の生理機能およびCL装用による角膜構成細胞に対する影響について検討した。家兎角膜上皮におけるZO-1の局在に対するコンタクトレンズ装用の影響を観察すると低酸素透過性のCL装用により角膜上皮のZO-1発現が障害されるが,高酸素透過性のCL装用では影響されなかった。
朝鮮総督府朝鮮人官吏と戦後南北朝鮮社会

第二次世界大戦終了まで朝鮮総督府の官吏の職にあった朝鮮人が、戦後の南北朝鮮でどのような位置にあったのかを確認するため、データを収集し、整理し、データ・ベースを作成することが、本研究の目的である。すでに、平成6年度において、終戦直後の韓国における人名録を中心とした資料の収集を行い、およそ3000件の基礎データのカード化を行った。平成7年度においては平成6年度の成果をふまえ、次のような作業を行う予定であった。(1)データ及び関連資料のさらなる収集、(2)収集データ・資料の整理、(3)データの選択、コンピューターを使ったデータベースの作成、(4)データ検索の試み。(1)については終戦直後の韓国の情報に関しては比較的有効な情報が集められた。しかし、北朝鮮に関する有益な資料の収集は困難であった。(2)については、最も多くの情報を集めた終戦直後の韓国のデータを中心として情報をカード化し整理した。(3)については、解放前の総督府官吏が終戦直後の韓国でどうなっていたかを追うためのカードおよそ600件を選択し、コンピューターへの入力を開始した。打ち込み方式の試行錯誤の繰り返しつつデータ整理を行う。(4)については打ち込み方法と併せて試行錯誤の繰り返しであるが、一応上の600件に関して職業、年齢、出身の構成をデータの整理から出してみた。以上のような作業の結果、少なくとも解放後の韓国においては、もと朝鮮総督府の官吏は圧倒的にやはり官吏の職に就している者が多かったこと、年齢的には終戦時40代30代の者が多く、終戦直後も終戦前の職や専門を踏襲するポストに就く傾向にあったこと、またその後政界などで活躍する者も出たこと、などが確認された。北朝鮮については、有効な情報が少なく、打ち込みには至らなかった。より豊かな成果を得るためには、データの件数と情報を増やすこと、また1970年代まで追跡調査をすること、及び北朝鮮に関する有効な情報の収集が急務である。かって朝鮮総督府の官吏であった朝鮮人が、戦後の南北朝鮮でどのような位置にあったかをコンピューターによるデータ処理をとおして確認することが本研究の目的である。平成6年度においては、1.資料の収集.2.カード等によりそのデータを整理する、3.カード・ソフトを利用してデータのコンピューターへの打ち込みを行う。という作業を行った。この結果、1と2については、およそ3000件の人物データをリスト・アップし、カードに整理することができた。3に関しては、打ち込み方法の試行錯誤を行っているところである。データ整理の段階で、韓国については、戦後の政治・経済を担った人材として登用されていった者が数多くいたことがうかがえる。また、中でも、終戦時の年令が若く、高等文官試験を通った者や、技術者は戦後の韓国で活躍しているケースが多い。北朝鮮に関しては、データの収集がさらに必要である。コンピューターにより、データを処理することによって、一層広範な、長期的な人脈の動きが明らかにされることが期待される。

(1)データ及び国連資料のさらなる収集、(2)収集データ・資料の整理、(3)データの選択、コンピューターを使ったデータベースの作成、(4)データ検索の試み。(1)については終戦直後の韓国の情報に関しては比較的有効な情報が集められた。しかし、北朝鮮に関する有益な資料の収集は困難であった。(2)については、最も多くの情報を熱めた終戦直後の韓国のデータを中心として情報をカード化し整理した。(3)については、解放前の総督府官吏が終戦直後の韓国でどうなっていたかを追うためのカードおよそ600件に関して職業、年齢、出身の構成をデータの整理から出してみた。以上のような作業の結果、少なくとも解放後の韓国においては、もと朝鮮総督府の官吏は圧倒的にやはり官吏の職に就いている者が多かったこと、年齢的には終戦時40代30代の者が多く、終戦直後も終戦前の職や専門を踏襲するポストに就く傾向にあったこと、またその後政界などで活躍する者も出たこと、などが確認された。北朝鮮については、有効な情報が少なく、打ち込みには至らなかった。より豊かな成果を得るためには、データの件数と情報を増やすこと、また1970年代まで追跡調査をすること、及び北朝鮮に関する有効な情報の収集が急務である。
膵内外分泌幹細胞の同定と膵組織再生における役割

私達は、ヒト臓器の幹細胞マーカーとして良くしられているLGR5に着目し、膵組織再生との関わりについて検討を行なった。ヒト及びマウスの膵臓において、LGR5は他の幹細胞マーカーであるBMI1などと同じく、内分泌及び外分泌細胞のごく一部に発現していることが明らかとなった。またこれらの細胞では、外分泌細胞である腺房細胞マーカーアミラーゼや、内分泌細胞分化マーカーであるインスリン、グルカゴンなどのホルモンにも共陽性の細胞であり、ヒト及びマウスなどの膵においては、幹/前駆細胞として特殊な細胞が存在するのではななく、分化細胞の一部が未分化状態になることで組織幹細胞として働いている可能性が考えられた。膵臓の細胞は、全体の90%程度を占める外分泌細胞と残りの内分泌細胞に分けられる。ヒトを含む哺乳類の膵臓は、これまで炎症などで一旦障害されると二度と再生しないと考えられてきた。我々は、ヒトの自己免疫性膵炎患者の治療経過を注意深く観察する中で、高齢者のヒト膵臓においても、細胞レベルでは明らかな組織再生がえられることをこれまで報告してきた(Ko et al, Gastroenterology 2010)。ヒトの膵組織再生においては、他の再生能力が良く知られている臓器と同じく組織再生のための組織幹細胞が存在するはずと考えられているが、再生医療が非常に進歩した現在においても、ヒト膵組織においてどの細胞が組織幹細胞であるのか、多数の仮説が存在し、いまだに一定の定説は存在しない。我々は、胚性幹細胞と初期胚に特異的に発現するテロメア伸長因子であるZscan4遺伝子に着目し、その存在を確認したところ、ヒトやマウスなどの膵臓には、ごくわずかにZscan4陽性細胞が存在していることを明らかにしてきた(Ko et al, American Journal of Physiology 2013)。平成25年度は、Zscan4以外の幹細胞マーカー遺伝子の膵における発現パターンを調べることで、ヒトやマウスなどの哺乳類の膵の自己組織再生について検討を行なった。マウスやヒトの膵組織では、これまで知られている細胞マーカーの局在を詳細に調べることで、膵前駆細胞の候補細胞が同定された。平成26年度は、本検討を更に進めて、これらの前駆細胞が実際マウスの膵臓レベルで前駆細胞として機能しているかどうかについて検討を進める予定である。哺乳類の膵臓は、げっ歯類では組織障害から再生する分子機構の存在が確認されていたものの、ヒトでは組織再生分子機構が存在せず、一旦組織が障害されると二度と回復しないと考えられてきた。我々は、これまで確認されていなかったヒト膵での臓器障害からの回復のモデルとして自己免疫性膵炎患者の治療前後の機能検査及び組織を用いて、ヒトにおいても臓器障害から組織を再生する分子機構が存在することを明らかにした。再生医学の進展により少なくとも実験動物レベルでは、身体各臓器に組織幹細胞が存在し定常状態での組織維持、再生、炎症後の臓器再生においてこれらの組織幹細胞が細胞増殖の元になっていることが明らかとなっている。本研究では、ヒトやげっ歯類の膵組織において、これまで他の細胞・組織で同定されている組織幹細胞マーカー陽性の局在を明らかにし、また炎症からの回復期におけるこれらの細胞の動態について明らかにすることを目的とした。ヒトの手術膵を免疫組織学的に検討すると、膵導管細胞、膵腺房細胞、ランゲルハンス島の各細胞に消化管の幹細胞マーカーとしてその意義が確立しているLeucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor (LGR5)やpolycomb group蛋白であるBMI1が一部の細胞に発現していることが明らかになった。また膵の炎症モデルであるセルレイン膵炎モデルマウスにおいて、これらのマーカー発現細胞の数が著明に増加していることも発見した。この発見は、これらの幹細胞マーカー陽性細胞の炎症における何らかの役割を示唆しているものと考えられた。哺乳類の膵臓は、臓器全体の90%以上を占める外分泌細胞と残りの内分泌細胞に分けられる。げっ歯類の膵臓では、これまでにも組織障害から回復し、組織再生するメカニズムが解明されていたものの、成人ヒトの膵臓で組織再生分子機構があるかどうかについては、知られておらず炎症などにより臓器、細胞が一旦障害されると二度と回復しないと考えられていた。私達は、自己免疫性膵炎という特殊な膵炎患者の治療経過を注意深く観察するなかで、高齢者のヒトの膵臓においても、細胞レベル、組織レベルでは明らかな組織再生が認められることを解明してきた。このヒト膵臓の組織再生においても、組織幹細胞が存在し、組織幹細胞から組織、細胞再生が起こっていると考えられたが、ヒトを含む哺乳類の膵では、組織幹細胞の候補細胞が複数存在し、詳細な再生分子機構については、不明である。私達は、ヒトの臓器の幹細胞マーカーとして良くしられているLeucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5(LGR5)に着目し、膵組織再生との関わりについて研究を行なった。

ヒト及びマウスの膵臓におけるLGR5を含む幹細胞マーカーの発現を検討した所、LGR5やBMI1などの幹細胞マーカーがヒト及びマウスの膵内分泌及び外分泌細胞のごく一部に発現していることが明らかとなった。これらの細胞では、膵臓の腺房細胞マーカーであるアミラーゼや、内分泌細胞マーカーであるインスリン、グルカゴンなどと共発現していることから、ヒトを含む哺乳類の膵臓においては、分化細胞の一部に未分化マーカー陽性細胞が混在しており、これらの細胞が膵臓の組織幹細胞である可能性が疑われた。また、ヒトの膵炎患者の組織及びマウスセルレイン膵炎組織においては、これらの幹細胞マーカー陽性細胞の頻度が上昇していることから、炎症による障害で、分化細胞が脱分化し、前駆細胞になる可能性も考えられた。生理学ヒトの膵臓が自己組織再生能力を持っていることは、我々の研究により世界で初めて同定された。更に、成人のヒト膵臓において、主にマウスの胚性幹細胞や初期胚で同定されたZSCAN4遺伝子が発現していることは世界で初めて報告した。更に現在では、内分泌細胞の前駆細胞もマーカー遺伝子の発現から同定されつつ有り、これらの細胞が実際幹/前駆細胞として機能していることを明らかになれば、ヒトの糖尿病患者などの膵組織再生治療に直接結びつく可能性が高く、その面からは研究は順調に進捗している。本年度の研究目的は、ヒト及びげっ歯類(マウス)の膵における幹細胞マーカー発現細胞の局在を明らかにし、また炎症モデルにおけるこれらの幹細胞マーカー陽性細胞の動態を明らかにすることであった。本年度は、以上の2つの研究目的は達成することができた。今後は、これまでの研究で明らかになってきた内分泌細胞の前駆細胞候補をマウスの膵臓より単離し、培養を試みる予定である。もし、本研究により培養が可能になれば、未だに明らかとなっていないヒトの膵臓の再生メカニズムの一端が明らかになる可能性があると思われる。今後は、これらの幹細胞マーカー陽性細胞の更なる特徴解析を行うとともに、幹細胞マーカーと発癌との関係について検討を行う予定である。次年度の研究費は、動物実験、組織レベルの研究ではなく、細胞、遺伝子レベルの研究を主に推進するために、使用する予定である。
3次元知能メディアを用いた大規模データの可視化・実体化とデータシミュレータの研究

本研究は、2次元及び3次元表現の知識メディアとその部品化・再利用のアーキテクチャ、それを基盤にしたデータベース・レコードの可視化と具現化(reification)のフレイムワーク、科学技術計算の可視化を発展させた仮想実験環境のフレイムワークに関する代表者のこれまでの研究成果を統合し、統計解析,時系列解析、統計的データマイニングを専門とする佐藤義治と、事例からの学習推論、仮説推論、テキストマイニングを専門とする原口誠の協力を得ることにより、データ・ベースト・サイエンスのための可視化・実体化とデータ・シミュレーションのシステム環境を研究し、研究者自身によって容易に環境の定義構築と設定が行えるジェネリックな開発フレイムワークを確立する目的として実施された。平成14年度は、以下の成果を得て、研究を纏め上げることができた。(1)データベース可視化環境におけるビュー定義と検索要求の可視化・直節操作:前年度に完了。(2)データのグループ化・クラスタリングと集合演算・統計解析の可視化・直接操作環境:佐藤と田中は、ライブラリの拡充を行った。データマイニングの分野で知られているクラスタリング手法を部品化して導入した。(3)高次元データの可視化・直接操作:田中は、決定木構造による空間分割とグループ化を、前年度の研究成果に関連付けて、直接操作可能な可視的環境において実現した。(4)非数値データ解析の可視化・直接操作:原口と佐藤は田中の協力の下に、前年度の検討に基づき、各部品を統合環境に導入可能な部品として開発した。(5)データベース可視化環境、仮想実験環境、解析ツール群の統合:田中と赤石は、本プロジェクトで得られたあらゆる成果を、前年度に開発したデータベース可視化環境と仮想実験環境の統合環境に融合し、統合環境のジェネリックなフレイムワークを確立した。(1)データベース可視化環境におけるビュー定義と検索要求の可視化・直節操作ビュー定義と検索要求を検索要求修飾(query modification)の考えを用いて基本演算と演算の合成で表し部品化し、既に開発済みのデータベース可視化環境のジェネリックなフレイムワークに組み込んだ。データベース管理システムにはOracle DBMSを用いた。(2)データのグループ化・クラスタリングと集合演算・統計解析の可視化・直接操作環境SQL検索におけるグループ・バイ演算とグループ化された集合値属性に対する集合演算を(1)のフレイムワークの中に取り込み、直接操作可能な可視化部品として連携統合した。(3)高次元データの可視化・直接操作既に知られている直行関数系を用いた多次元データの2次元/3次元空間への変換手法を再検討し、変換座標系での高次元データ群の可視化と直接操作を検討し、これらを元の空間の任意の3次元射影と連携動作させるという基本アイデアに基づき、高次元データの直接操作によるグループ化・クラスタリング手法を研究開発した。(4)非数値データ解析の可視化・直接操作数量化理論の部品化と導入を行うと共に、概念階層を用いたクラスタリング、結合規則の発見に関する可視化・直接操作法を検討した。(5)データベース可視化環境、仮想実験環境、解析ツール群の統合データベースの可視化に重畳して、理論計算による現象の可視化が表示でき、両者を直接操作して条件設定やパラメータ・フィッティングができるように、データベース可視化環境と仮想実験環境とを統合した。

本研究は、2次元及び3次元表現の知識メディアとその部品化・再利用のアーキテクチャ、それを基盤にしたデータベース・レコードの可視化と具現化(reification)のフレイムワーク、科学技術計算の可視化を発展させた仮想実験環境のフレイムワークに関する代表者のこれまでの研究成果を統合し、統計解析,時系列解析、統計的データマイニングを専門とする佐藤義治と、事例からの学習推論、仮説推論、テキストマイニングを専門とする原口誠の協力を得ることにより、データ・ベースト・サイエンスのための可視化・実体化とデータ・シミュレーションのシステム環境を研究し、研究者自身によって容易に環境の定義構築と設定が行えるジェネリックな開発フレイムワークを確立する目的として実施された。平成14年度は、以下の成果を得て、研究を纏め上げることができた。(1)データベース可視化環境におけるビュー定義と検索要求の可視化・直節操作:前年度に完了。(2)データのグループ化・クラスタリングと集合演算・統計解析の可視化・直接操作環境:佐藤と田中は、ライブラリの拡充を行った。データマイニングの分野で知られているクラスタリング手法を部品化して導入した。(3)高次元データの可視化・直接操作:田中は、決定木構造による空間分割とグループ化を、前年度の研究成果に関連付けて、直接操作可能な可視的環境において実現した。(4)非数値データ解析の可視化・直接操作:原口と佐藤は田中の協力の下に、前年度の検討に基づき、各部品を統合環境に導入可能な部品として開発した。(5)データベース可視化環境、仮想実験環境、解析ツール群の統合:田中と赤石は、本プロジェクトで得られたあらゆる成果を、前年度に開発したデータベース可視化環境と仮想実験環境の統合環境に融合し、統合環境のジェネリックなフレイムワークを確立した。
コピュラに基づく確率的な情報検索・情報推薦システムの実現と高精度化

本研究では、コピュラを情報検索や情報推薦分野へ適用し、複数の指標間の複雑な因果関係を捉え、検索や推薦結果が説明可能かつ高精度な情報検索、情報推薦システムの構成方法を示した。具体的には、複数のコピュラ関数を線形結合した混合コピュラモデルを応用し、良い混合コピュラを構成するために密度ベースクラスタリングを利用することで、検索ならびに推薦の高精度化が可能であることを示した。また、非線形や非単調なスコア関数でも、検索結果の上位k件を効率良く計算可能なアルゴリズムを開発した。情報推薦についても、各特徴パラメタを統計的な手法により前処理し、コピュラにより高精度の推薦が可能であることを示した。索引語やキーワードなどのテキスト情報の適合性やアイテム、ユーザの嗜好や状況等を周辺分布としてモデル化して入力とし、コピュラ関数によりこれらの入力間の因果関係を考慮して、出力である適合情報の分布を表現する同時確率分布を導き、適合理由を直観的に表現可能な、新しい情報検索・情報推薦システムの提案を目的としている。本年度は、複数の適合度尺度をコピュラにより統合し、高精度の検索を実現するための研究を行った。既存のコピュラを用いた統合方式は、コピュラによって推定された適合文書を単峰の同時分布を用いて適合度を統合しているが、単峰性ゆえ局所的に相関が高い箇所が複数存在するような複雑な関係を捉えることが困難であった。そこで、多峰的な分布モデル、すなわち混合コピュラモデルにより推定した適合文書の同時分布を用いて、適合度を統合する方式を提案した。この提案手法は、適合する情報の密度が高い箇所が複数あり、かつそれぞれが異なるパラメタを持つコピュラで依存関係を表現する場合に有効である。この混合コピュラは、複数の単峰性コピュラの重み付き線形和により同時分布を構成する。約4400万件のWeb文書と50個のクエリを用いて、BM25とクエリ尤度モデルの適合度の統合を行うことで、提案方式の有効性を明らかにした。その結果、線形結合や既存の単峰コピュラによる統合方式よりも、提案する混合コピュラを利用した方式が、より高い検索精度を示すことを明らかにした。この他、順次研究を進めていく多数のセンサー情報を利用したコンテキストアウェアな情報推薦サービスの研究の準備も進めており、分散環境下でのコンテキストアウェアなサービスの管理方法とそのフレームワークの構成方法を明らかにしている。既存の単峰性コピュラに基づく高精度情報検索の研究では、精度が高くなる場合とそうでない場合が存在することは示されていたが、その原因は明らかではなかった。本研究では、Web文書とクエリセットを利用して、BM25とクエリ尤度モデルの二つの尺度を利用して適合Web文書の分布を調べた。その結果、複数の密度の高い場所が存在し、明らかに単峰モデルでは表現できないことを示した。このことから、複数のコピュラを利用して、それらを混合してより正確に分布をフィッティングさせることで解決を試みた。実験結果から、混合コピュラにより高い精度で検索可能であることを示している。混合コピュラを構成する際には、既存のクラスタリング手法を利用でき、また混合ガウスモデルと同等の手法で重ね合わせが可能な点で、実装が容易である点でも優れている。一方、文書の読みやすさという適合性尺度を追加し、コピュラを利用してより高度な高精度検索を試みている。現在のところ、既存の読みやすさの尺度がWeb文書ではうまく働かないことが判明しており、現在改良の検討を行っている。しかしながら、コピュラにより高度な情報検索が可能となる例を示すことは非常に有効である。以上の成果から総合すると、現在の達成度はほぼ目標通りと判断できる。索引語やキーワードなどのテキスト情報の適合性やアイテム、ユーザの嗜好や状況等を周辺分布としてモデル化して入力とし、コピュラ関数によりこれらの入力間の因果関係を考慮して、出力である適合情報の分布を表現する同時確率分布を導き、適合理由を直観的に表現可能な新しい情報検索・情報推薦システムの提案を目的としている。本年度は、文書の読みやすさと文書適合度指標をコピュラにより統合し、高精度の検索を実現するための方式、ランキング結果のTop-k件を効率良く導出するアルゴリズム、情報推薦へのコピュラの適用について研究を実施した。文書の読みやすさと文書適合度とのコピュラでの統合の研究では、読みやすいWeb文書の検索を実現した。その際、NDCと呼ばれる既存の標準的な可読性の指標がWeb文書検索に適切でないことを明らかにし、新たな可読性指標を提案するに至った。一方で、ランキング結果のTop-k検索の研究では、コピュラによる非線形なスコア統合方法は、統合対象のデータを事前にインデキシングする既存手法では実現できない。そこで、コピュラのような非線形関数で定義される超曲面をインデキシングする新しい計算方法を提案した。これにより、滑らかな任意のスコア統合関数を利用したTop-k検索が可能となった。最後の情報推薦のコピュラへの応用では、複数の評価軸をもつアイテムを、コピュラを利用して高精度に推薦するための手法について研究を行った。この研究において、ユーザが重要視する評価軸や逆にユーザが考慮しない評価軸を判定する方法を提案した。ユーザが考慮しない評価軸を除いてコピュラを構成することで、機械学習を用いた手法よりも高い精度で推薦が可能となった。この他、自動的に最適なコピュラを構成する手法や、コンテキストアウェアな情報推薦サービスを行うためのコピュラの応用について研究を進めている。

コピュラを利用した検索モデルでは、既存のアルゴリズムでTop-k検索を行うことが難しい。これは、既存のアルゴリズムが、対象データがソート済みであることや特殊なインデクスを必要としているからである。しかしながら、ある文書を複数の評価指標でスコア統合する場合、各評価指標から動的にスコアデータが生成されるため、スコア統合直前にデータをソートすることやインデクスを作成するのは効率的ではない。本研究ではデータではなく、スコア統合関数で定義される超曲面にインデクスを作成することにより、統合されるスコア値の事前処理が不要なTop-k検索アルゴリズムを提案した。このアルゴリズムはスコア統合関数が連続でかつ滑らかであれば適用可能で、性能が非常に高いことを実証しており、完成度は高いと言える。一方、情報推薦にもコピュラを利用することを試みた。この際、推薦対象アイテムの各特徴パラメタの関心度を推定し、不要な特徴パラメタを排除した上で、ユーザの嗜好を表現するプロファイルをコピュラを利用して作成した。これにより高精度でアイテムを推薦可能であることを明らかにしている。情報推薦におけるユーザの嗜好を、コピュラを利用してモデル化可能であることを明らかにしたことは、十分な達成度であると言える。以上を総合すると、本研究は目標通りの達成度であると判断できる。本課題は、索引語やキーワードなどのテキスト情報の適合性やアイテム、ユーザの嗜好や状況等を周辺分布としてモデル化して入力とし、コピュラ関数によりこれらの入力間の因果関係を考慮して、出力である適合情報の分布を表現する同時確率分布を導き、適合理由を直観的に表現可能な新しい情報検索・情報推薦システムの提案を目的としている。本年度は、情報検索ならびに情報推薦へのコピュラへの適用について研究を遂行した。情報検索については、多峰性コピュラを構成する際のデータ分布のクラスタリング方法について改良を行った。具体的には適合文書のクラスタリング手法として密度ベースのアルゴリズムを適用し、適合文書の密集度と外れ値を考慮し、より正確なコピュラ関数の推定を可能とした。その結果、Web検索のベンチマークにおいて検索精度が向上することを明らかにした。また密度ベースクラスタリングアルゴリズムを拡張することにより、さらに検索精度が上がることを確認した。現在、拡張したクラスタリングアルゴリズムをさらに改良し、検索精度が向上するような最適なクラスタの抽出を自動化する研究を進めている。一方、情報推薦のコピュラの適用については、ユーザの嗜好に偏りがある場合や離散値特徴量をコピュラで扱うための手法について研究を行った。コピュラを利用した手法では各特徴量の単調性を仮定するが、ユーザの嗜好を単調増加で表現できない場合は、許容範囲フィルタと名付けたフィルタで不適合推薦アイテムを取り除く仕組みを取り入れた。さらに、特異な嗜好を判定するための分布差を計測するKL情報量を改良し、より正確に嗜好の差を判定する方法を提案した。事例研究を通して提案手法は既存手法や機械学習手法よりも高精度でアイテムを推薦可能であることを示した。
スパース近似モデルを用いたマルチモーダルセンサ情報に基づく実時間環境認識法の開発

近年、視覚・触覚・聴覚など様々なセンサが実用化され、これらのセンサを組み合わせた『マルチモーダルセンサ』がロボットに搭載され始めている。視覚情報は環境光の条件、聴覚情報は周辺の雑音、触覚情報は物体の大きさや状態に影響を受けるが、これら全てのセンサ情報を同時かつ相補的に用いることができれば、多様な状況でも頑健かつ高精度な環境認識が期待できる。しかし、マルチモーダルセンサ情報から得られる情報が膨大であるため、従来のアプローチでは、センサ情報をそれぞれのモダリティ別に処理し利用している。そこで本研究では、マルチモーダルセンサが搭載されたロボットにとって有効な環境認識法を実現するために、スパース近似モデリング法を用いた効率的な環境の観測モデル構築手法を提案する。提案法は従来相補的に利用できていなかった膨大なセンサ情報を実用的な時間で処理し実時間での認識を可能とし、人との共存環境下で実運用可能な環境認識技術の確立に貢献できる。今年度(最終年度)は前年度までに行った基礎検討の内容を発展させ、実機ロボットを用いて得られたデータを用いたモデル構築と認識システムの開発、またロボットが認識を行う際に必要な認識動作生成法の検討と生成システムの構築を行い、実験を通して有効性の検証を行った。認識システムの開発にあたっては、特に次元が高い視覚情報(画像)と聴覚情報(音)に注目したシステムの開発を行い、認識実験を行った。その実験の中で、ロボットの行動情報も加えることで精度の高い認識を達成できることを確認し、また実用的な計算量でセンサデータを処理できることも確認できた。今年度はこれを実現するために、スパース近似モデルを用いたモデル構築法の検討・開発、また効果的なセンサ情報の前処理法の検討を行った。今年度の研究実績として、マルチモーダルセンサ情報の取り扱い方法の検討を行い、画像等の高次元データに対して、観測モデルのモデリングしやすさを考慮する非線形次元削減法を検討し、実用的な時間での情報処理が可能な観測モデルの構築に対する基礎検討を終えることができた。現在までのところ、実用的な時間でのセンサデータ処理を行うための、センサデータの前処理法を検討し、計算時間が削減可能であることが検証できた。また実データを用いた検討も行っている。(i)実用的な時間での情報処理が可能な観測モデルの構築に対する目処がついた点、(ii)実センサから得られるデータによる検証も行えている点、などから研究は「おおむね順調に進展している。」と判断する。現在までにセンサデータの前処理法を確立したことから、次年度は実環境での有効性を確認する。そのために、シミュレータを用いた実験と実機ロボットを用いた実験を行う。まずシミュレータによる実験を通して、手法の長所と短所を明確にし、必要があれば手法のさらなる改良を行う。次に実機ロボットを用いた実験により、ユニモーダルセンサ情報を用いた場合との比較を行うことで、マルチモーダルセンサ情報を用いることにより効率的に認識が達成できることを確認する。

アルゴリズム検討を重点的に行なったため、情報収集・成果報告を一部次年度に持ち越した。そのため、次年度に旅費として執行する予定である。
幾何学的量子表現と反復積分および位相場の理論への応用の研究

本年度は,モノドロミー表現の理論を高次圏に拡張することをテーマとして研究を遂した.具体的には,反復積分の理論に現れる形式的ホモロジー接続の理論を発展させて,多様体の2次のホモトピー亜群の圏の表現を構成した.この枠組みを配置空間の場合に応用して,組みひものコボルディズムの圏の表現を構成して,4次元空間内の2次元組みひもの位相不変量の構成についての研究を進めた.さらに,無限小組みひも関係式の圏化およびKZ接続の圏化についての理論を発展させた.昨年度に引き続き,組みひも群のホモロジー表現に関する研究を行った.特に,KZ方程式の解の超幾何関数による積分表示を用いて,組みひも群のホモロジー表現とKZ方程式のモノドロミー表現との関連を明らかにした.共形場理論の場合は無限遠でレゾナントであり,共形ブロックへの組みひも群の表現は量子群の1のベキ根における表現の対称性をもつ.この場合に,積分サイクルの構造を詳しく調べて,KZ方程式が,代数多様体の周期積分の満たす微分方程式として表されること,Gauss-Manin接続として表示されることを示した.多様体の2次のホモトピー亜群の圏の表現について,反復積分の理論に現れる形式的ホモロジー接続の理論を用いた体系的な理論を構築することができた.これまでに研究されてきた,2-接続の理論との関係が明らかになった.組みひもコボルディズムのなす高次の圏の表現について,反復積分の手法を用いた新たな展開があった.この研究は,量子不変量の圏化の問題においても重要な役割を果たすともに,4次元空間内の2次元組みひもの位相不変量への応用が期待される.高次圏の表現に関わる新しい展開があったので,ホモトピー論における圏論的手法についての研究者と共同して研究を進めていく.また,4次元空間内の2次元結び目への応用が期待されるため,この方面の研究者とも積極的に情報交換を進めていく.本研究では,モノドロミー表現を高次の圏に拡張して,組みひもの間のコボルディズムの表現に応用すること,さらに,このような表現の配置空間のラグランジュ部分多様体が表すサイクルへの作用ととらえて,組みひも群のモノドロミー表現とラグランジュ多様体から構成されるA無限大圏への作用との関係を明らかにすることを目的とする.本年度は以下の進展があった.ホモトピー・パス亜群のホロノミー表現を,Chenの形式的ホモロジー接続の概念を用て,高次の圏に拡張した.この手法を組みひもについて適用し,配置空間のホモトピー・パス亜群の2次の圏としての表現により,組みひものコボルディズムの圏の表現を構成した.また,これを組みひも群の量子表現の圏化に応用した.組みひも群のホモロジー表現は,点付き円板の写像類群としての,配置空間のアーベル被覆のホモロジー群への作用として定義され,Krammer, Bigelowらによって研究された.KZ方程式の解の超幾何関数による積分表示を用いて,組みひも群のホモロジー表現とKZ方程式のモノドロミー表現との関連を明らかにした.共形場理論の場合は無限遠でレゾナントであり,共形ブロックへの組みひも群の表現は量子群の1のベキ根における表現の対称性をもつ.この場合に,積分サイクルの構造を詳しく調べて,KZ方程式が,代数多様体の周期積分の満たす微分方程式として表されること,つまり,Gauss-Manin接続としての表示されることを示した.反復積分の手法を用いたホロノミー表現の高次圏への拡張の特異点がある場合に適用して、組みひもコボルディズムの圏の表現を構成することができた.また,組みひも群のホモロジー表現とKZ方程式のモノドロミー表現の研究において,共形場理論と関連した,量子群の1のベキ根における表現の対称性を持つ場合に超幾何積分の構造についての解析の進展があった.位相的場の理論の立場から組みひも群の表現とその高次圏への拡張についての研究を進展させた.組みひも群のホモロジー表現は,点付き円板の写像類群としての,配置空間のアーベル被覆のホモロジー群への作用として定義され,組みひも群の線形群への埋め込みとして重要な意味を持つ.研究代表者はKZ方程式の解の超幾何関数による積分表示を用いて,組みひも群のホモロジー表現とKZ方程式のモノドロミー表現との関連を明らかにした.共形場理論の場合は無限遠でレゾナントであり,共形ブロックへの組みひも群の表現は量子群の1のベキ根における表現の対称性をもつ.この場合に,積分サイクルの構造を詳しく調べて,KZ方程式が,代数多様体の周期積分の満たす微分方式として表されること,つまり,Gauss-Manin接続としての表示されることを示した.KZ方程式のモノドロミー表現は平坦接続のホロノミーとして定義されるが,一般に反復積分を用いて,ホロノミーを高次圏に拡張する研究を行った.特に,配置空間のホモトピー・パス亜群の2次の圏としての表現により,組みひものコボルディズムの圏の表現を構成した.一般に,ホモトピー・パス亜群のホロノミー表現を,Chenの形式的ホモロジー接続の概念を用いて,高次の圏に拡張した.さらに,この手法によるKZ接続の圏化について研究した.

これはKontsevich積分の2次元組みひもへの拡張を与えており,量子不変量の圏化の問題の視点からも重要な発展を与える研究である.共形場理論における共形ブロックの空間を配置空間上の局所系係数のホモロジーを用いて記述することは,局所系が無限遠でレゾナントであることから困難であったが,この問題を解決することができた.また,組みひもコボルディズムのなす高次の圏の表現について,反復積分の手法を用いた新たな展開があった.これは量子不変量の圏化の問題においても重要な役割を果たすことが期待される.本年度は,モノドロミー表現の理論を高次圏に拡張することをテーマとして研究を遂した.具体的には,反復積分の理論に現れる形式的ホモロジー接続の理論を発展させて,多様体の2次のホモトピー亜群の圏の表現を構成した.この枠組みを配置空間の場合に応用して,組みひものコボルディズムの圏の表現を構成して,4次元空間内の2次元組みひもの位相不変量の構成についての研究を進めた.さらに,無限小組みひも関係式の圏化およびKZ接続の圏化についての理論を発展させた.昨年度に引き続き,組みひも群のホモロジー表現に関する研究を行った.特に,KZ方程式の解の超幾何関数による積分表示を用いて,組みひも群のホモロジー表現とKZ方程式のモノドロミー表現との関連を明らかにした.共形場理論の場合は無限遠でレゾナントであり,共形ブロックへの組みひも群の表現は量子群の1のベキ根における表現の対称性をもつ.この場合に,積分サイクルの構造を詳しく調べて,KZ方程式が,代数多様体の周期積分の満たす微分方程式として表されること,Gauss-Manin接続として表示されることを示した.多様体の2次のホモトピー亜群の圏の表現について,反復積分の理論に現れる形式的ホモロジー接続の理論を用いた体系的な理論を構築することができた.これまでに研究されてきた,2-接続の理論との関係が明らかになった.組みひもコボルディズムのなす高次の圏の表現について,反復積分の手法を用いた新たな展開があった.この研究は,量子不変量の圏化の問題においても重要な役割を果たすともに,4次元空間内の2次元組みひもの位相不変量への応用が期待される.組みひも群の表現の高次圏への拡張の成果を用いて,組みひも群の量子表現の圏化についての研究を推進する.さらに,組みひもコボルディズムの圏の表現を曲面組みひもの不変量の構成に応用することを目指す.そのために曲面組みひもの研究を行っている大阪市大の研究グループ等との情報交換を行う.今後は,反復積分による組みひもコボルディズムの高次圏の方法を発展させて,KZ方程式の圏化の問題,配置空間のラグランジアン部分多様体のなすA無限大圏との関連を研究する計画である.そのために,シンプレックティック幾何学等の分野の専門家とも幅広く連携して研究を進める計画である.高次圏の表現に関わる新しい展開があったので,ホモトピー論における圏論的手法についての研究者と共同して研究を進めていく.また,4次元空間内の2次元結び目への応用が期待されるため,この方面の研究者とも積極的に情報交換を進めていく.
免疫の『場』を形成する新たなストローマ細胞としての破骨細胞の機能解明

本研究は、破骨細胞と免疫系細胞の相互作用を解析することにより、ストローマ細胞としての破骨細胞の機能を解明することを目的とする。本研究では特に破骨細胞に発現する細胞膜分子Iに注目し、主にin vitroでの細胞培養システムを用いて以下の実験を行った。1EGFP標識した細胞膜分子Iを作成し、293細胞あるいは破骨前駆細胞に発現させ、その発現様式を検討、2細胞膜分子Iの細胞外領域をヒトイムノグロブリンFc領域と融合したリコンビナントタンパクを作成し、in vitro培養系に加えることにより細胞接着への細胞膜分子Iの関与を検討、3細胞膜分子Iの遺伝子欠損マウスを作成し、破骨細胞分化過程における細胞膜分子Iの機能解析。その結果、1細胞膜分子Iは同種親和性相互作用により細胞接着に寄与する、2リコンビナントタンパクによって細胞膜分子I相互作用を阻害することにより、破骨細胞の多核化が阻害される、3細胞膜分子I欠損細胞は野生型細胞に比べて多核破骨細胞の形成が顕著に障害される、という結果が得られた。さらに、細胞膜分子Iによる細胞接着制御機構を明らかにするため、野生型および細胞膜分子I遺伝子欠損破骨細胞を用いてトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子欠損細胞ではインテグリンのシグナル制御が障害されていることを示唆する知見が得られた。これらの知見から、細胞膜分子Iが細胞同士の接着に寄与することが明らかとなった。細胞膜分子Iと同じIgCAMファミリー分子の発現が骨髄細胞に認められることから、細胞膜分子IがIgCAM分子と相互作用することにより、破骨細胞が骨髄細胞を維持するストローマ細胞として機能することが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
人工知能とセンサを用いた独居老人介護システム

独居老人介護システムの構築に対して、以下のような成果を出した。●温度・湿度変化に対する酸化スズ系ガスセンサ応答のモデル化を行った。●独居老人のふるまいを推論するための各種推論方式の高速化手法を提案した。●マルチガスセンサとプロダクションシステムを用いた室内空気汚染ガスの検知システムを開発した。●ケプストラム処理による室内ガス発生事象信号の復元方法を提案した。●近似逆フィルタを用いた人間の活動量の抽出方法を提案した。●遺伝的アルゴリズムを用いて、ガスセンサ観測信号から人間の活動を検知する方法を提案した。etc今後の研究の展開に関する計画は、以下の機能の実現である。これらの機能をこれまでに開発した独居老人介護システムに追加する。●センサエージェントによる空気汚染方向の推定。ガスセンサをエージェントとし、マルチエージェントを用いて空気汚染の方向を推定する。●複数のガスセンサを用いたガス発生源の逆探知。●個人のニオイの嗜好と慣れを考慮した脱臭システムの制御。無害な嫌いなニオイに対して、ニオイの元が完全になくなるまで脱臭システムを働かせるのではなく、ニオイが気にならなくなった段階で切れるように制御する。●植物による室内空気浄化。室内観葉植物の汚染空気浄化過程を明らかにすることにより実用化を目指す。対象とする有機ガスは、ホルムアルデヒド、トリクロルエチレン、ベンゼンである。これらは室内で発生する有毒ガスである。(1)ガスの伝播過程を線形システムによってモデル化し、定量的な実測実験により近似モデルの可能性を示した。(2)ガスセンサ応答は環境変化に依存するため、主な変動要因である温度・湿度に対しその応答をモデル化した。(3)ガス伝播特性を測定することなくガスセンサ観測信号からガス発生事象信号を抽出する手法を提案実証した。(4)複数の特性の異なるガスセンサ群から検知ガス種毎に認知ルールを導出し、プロダクションシステムを用いてガス種検知システムを構築した。(5)マルチセンサシステムによる室内空気汚染ガス種の認知と濃度測定手法を提案し、有効性を実証した。(6)各種推論高速化手法を提案し、有効性を実証した。(7)複数の酸化スズ系ガスセンサによる独居老人世帯モニタリングによって、特徴を抽出できた。以上、独居老人介護システム構築のための基礎データが得られた。●遺伝的アルゴリズムを用いて、ガスセンサ観測信号から人間の活動を検地する方法を提案した。etc