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「環境関連諸費用(環境コスト)」の負担ルールおよび制度に関する経済学的研究

そこでは、各種の「環境被害」と「環境コスト」との実際的な連関を踏まえることによって、「環境被害補償費用」「環境被害修復費用」「環境被害緩和費用」「環境被害予防費用」「環境被害取引費用」「環境被害行政費用」という6つの費用部類への分類論を提起し、それらの費用負担原理をめぐる基本的な論点整理を行った。第2年度に当たる平成9年度では、以上の理論的フレームを念頭に置きつつ、従来までの各種の環境関連諸費用に関する実際の負担制度をめぐる具体的な現実についての調査を進めた。その際、この間にアメリカや欧州等で新たに登場してきている費用負ルールとして、米国のスーパーファンド法、ドイツの廃棄物処理法や環境経済法などに具体化されている制度の実情についても比較検討を進めた。今後は、1990年代後半の日本においても、具体的な係争となってきている包装容器リサイクル法や家電リサイクル法(案)などにみる費用負担問題の実情を含め、今後のあるべき費用負担制度に関する政策研究へと進む予定である。本研究は、近年、国内外においてますます重要な問題となっている各種の環境関連諸費用を「環境コスト」(Environmental Costs)という新しい経済学的な概念を定立することによって捉え、それらの具体的な実態分析を踏まえつつ、その負担ルールや負担制度に関する理論的ならびに政策的な研究を進めようとするものである。平成8年度から3カ年の研究計画における第3年度目に当たる平成10年度では、1990年代後半以降の日本においても具体的な係争となってきている廃棄物関係諸経費の負担をめぐる諸問題(具体的には包装容器リサイクル法や家電リサイクル法等にみる費用負担問題等)の検討を含めて、今後のあるべき費用負担のルールと制度に関する政策研究を進めた。また、この間にたまたま日本海沖で発生したロシアのタンカー船・ナホトカ号の座礁事件(平成9年1月2日未明発生)に伴う深刻な油濁被害の補償処理をめぐる問題が浮上してきたという事態を受けて、この種の環境関連費用の負担問題をめぐる現実についてのケース・スタディも行った。そこでは、すでに約20年の歴史をもつ国際油濁補償基金制度の成立や経緯や背景、そこで採用されている費用負担のルールやシステムの意義や問題点についても具体的な考察を行った。そして、このケース・スタディから、今後における費用負担制度の一つのあり方として「環境基金」という制度がもつ独自な意義と役割について幾つかの示唆を得ることができた。今後、これまでの3カ年度にわたる研究の成果を何らかの形でとりまとめていく作業を行う予定である。
卵巣がん幹細胞の腹水中における増殖メカニズムの解明

腹腔内におけるがんの増殖・転移メカニズムをin vitro培養系およびマウスモデルにおいて包括的に解析することは、がん微小環境を標的としたがんの治療法構築に大きく貢献すると考えられる。本研究では、がん性腹水中における卵巣がん幹細胞の増殖メカニズムを解明するため、がん幹細胞の増殖促進に働く増殖因子の同定を目的として、患者検体腹水中に多く存在するマクロファージを含む微小環境に注目した。腹水由来のマクロファージと卵巣がん幹細胞のin vitro共培養の系を構築し、マクロファージによるがん幹細胞の増殖や幹細胞の割合に対する影響について評価した。その結果、がん幹細胞の増殖や幹細胞の割合の増加がみられ、また、がん幹細胞におけるこれらの効果はマクロファージの培養上清との培養でも同様に得られた。これらのことから、腹腔内のがん微小環境において、マクロファージから分泌されるタンパク質ががん細胞の増殖や幹細胞の割合を増加させるという効果を担っていることが示唆された。培養上清の解析による因子の同定、さらにがん幹細胞側の遺伝子解析を進めることは、がん微小環境、特にマクロファージによるがん幹細胞の増殖への寄与のメカニズムの解明につながると考えられる。さらに、がん幹細胞の腹腔内での増殖・転移に重要な遺伝子発現等の解明を目的とし、患者検体腹水より樹立した複数のがん幹細胞を用いてマウスモデルにおける腹腔内細胞増殖および腹膜播種(転移)についての検討を行った。その結果、各々のがん幹細胞は腹腔内において特徴的な異なる増殖・転移形態を呈すという非常に興味深い結果を得た。これらのマウスモデルにおける遺伝子発現解析・比較は、増殖および転移に重要なシグナル伝達、遺伝子群の特定につながり、上記のin vitro培養系とあわせて、がん幹細胞の腹腔内増殖メカニズムのより詳細な解明に大きく寄与すると考えられる。がん性腹水中における卵巣がん幹細胞の増殖メカニズムを解明するため、本研究では、がん幹細胞の増殖促進に働く増殖因子の同定を目的として、患者検体腹水中に多く存在するマクロファージを含む微小環境に注目した。腹水由来のマクロファージと卵巣がん幹細胞のin vitro共培養の系を構築し、がん幹細胞の増殖や幹細胞性へ影響についての評価を行った。その結果、マクロファージとの共培養により、がん幹細胞の増殖や幹細胞の割合の増加がみられた。がん幹細胞におけるこれらの効果はマクロファージの培養上清との培養条件でも同様に得られ、アッセイの結果マクロファージから分泌されるタンパク質がこれらの効果を担っていることが示唆された。今後はさらに検体数を増やし、培養上清の解析による因子の同定、さらにがん幹細胞側の発現解析等を進め、マクロファージによるがん幹細胞の増殖への寄与のメカニズムを解明する。さらに、がん幹細胞の腹腔内での増殖に重要な遺伝子発現等の解明を目的とし、患者検体腹水より樹立した複数のがん幹細胞を用いてマウスモデルにおける腹腔内細胞増殖および腹膜播種(転移)についての検討を行った。その結果、各々のがん幹細胞は特徴的な異なる増殖・転移を呈すという非常に興味深い結果を得た。これらのがん幹細胞の解析・比較をすることにより、腹腔内増殖・転移に重要なシグナル伝達、遺伝子群の特定を進め、がん幹細胞の腹腔内増殖メカニズムのより詳細な解明につなげる。最終的にin vitro培養系およびマウスモデルにおける結果を包括的に解析し、腹腔内におけるがん幹細胞の増殖メカニズムを解明することにより、がん微小環境を標的とした治療法構築につなげることを目指す。がん性腹水中に存在し卵巣がん幹細胞の増殖促進に働く増殖因子の同定を目的として、患者腹水中に多く含まれるマクロファージと、当研究室で樹立した卵巣がん幹細胞との共培養の系を確立した。この系を用いてがん幹細胞への影響の定量化を行うため、細胞の増殖、limiting dilution assayによる幹細胞の割合を解析したところ、腹水由来マクロファージとの共培養によってがん幹細胞の増殖、幹細胞の割合の増加が顕著にみられた。また、共培養と同様に、マクロファージの培養上清においてもがん幹細胞へ同等の影響を及ぼすことが可能であるという結果を得たことから、マクロファージから分泌される物質を同定するため、まずこの上清を用いてプロテアーゼ処理、タンパク質の分子量による分離、超遠心等の処理を行い、がん幹細胞への影響を評価した。その結果、エクソソームやアミノ酸等ではなく、5kDa以上のタンパク質ががん幹細胞の増殖等に最も効果があることが示唆された。今後、さらにより多くの検体由来のマクロファージにおいて検討をし、サイトカインアレイ、マススペクトル解析などによって有力な候補因子を絞り込む。同時に、それらがどのようなメカニズムで影響を及ぼしているのをがん幹細胞側の発現解析等により解析を進める。一方、樹立した複数のがん幹細胞の腹水中における増殖メカニズムの解明を目的として、免疫不全マウスを用いてがん幹細胞をマウス腹腔内に注入し、それらの増殖および腹膜播種(転移)についての検討も行った。その結果、腹腔内における増殖・転移の可否に関し、各々の細胞において特徴的な性質を有するという非常に興味深い結果を得た。今後はこれらの細胞のRNA-seq解析およびこれまでに得られている発現解析等の結果をもとにプロファイリングを行い、腹腔内における増殖のメカニズムについてより詳細に解析を進める。

本研究では、がん性腹水中における卵巣がん幹細胞の増殖メカニズムを解明するため、がん幹細胞の増殖促進に働く増殖因子の同定を目的として、患者検体腹水中に多く存在するマクロファージを含む微小環境に注目した。腹水由来のマクロファージと卵巣がん幹細胞のin vitro共培養の系を構築し、マクロファージによるがん幹細胞の増殖や幹細胞の割合に対する影響について評価した。その結果、がん幹細胞の増殖や幹細胞の割合の増加がみられ、また、がん幹細胞におけるこれらの効果はマクロファージの培養上清との培養でも同様に得られた。これらのことから、腹腔内のがん微小環境において、マクロファージから分泌されるタンパク質ががん細胞の増殖や幹細胞の割合を増加させるという効果を担っていることが示唆された。培養上清の解析による因子の同定、さらにがん幹細胞側の遺伝子解析を進めることは、がん微小環境、特にマクロファージによるがん幹細胞の増殖への寄与のメカニズムの解明につながると考えられる。さらに、がん幹細胞の腹腔内での増殖・転移に重要な遺伝子発現等の解明を目的とし、患者検体腹水より樹立した複数のがん幹細胞を用いてマウスモデルにおける腹腔内細胞増殖および腹膜播種(転移)についての検討を行った。その結果、各々のがん幹細胞は腹腔内において特徴的な異なる増殖・転移形態を呈すという非常に興味深い結果を得た。これらのマウスモデルにおける遺伝子発現解析・比較は、増殖および転移に重要なシグナル伝達、遺伝子群の特定につながり、上記のin vitro培養系とあわせて、がん幹細胞の腹腔内増殖メカニズムのより詳細な解明に大きく寄与すると考えられる。マクロファージの培養上清を用いたアッセイにより、がん幹細胞の増殖促進効果がマクロファージが分泌するたんぱく質による可能性が示唆されるため、今後はさらに症例数を増やして検討し、これらの上清のサイトカインアレイ等の解析により有力な因子を絞り込み、それらの評価を行う。また、がん幹細胞側の遺伝子解析等も進め、マクロファージを中心とするがん微小環境のがん幹細胞への影響をより詳細に解析する。また、免疫不全マウスを用いた複数のがん幹細胞の腹腔内での増殖に関する解析・比較を行うことにより、腹腔内増殖および転移に必要なシグナル伝達、鍵となる遺伝子(または遺伝子群)の解明につなげる。さらに、よりヒトの腹腔内に近い環境下における解析を行うため、今後、ヒトの免疫細胞を備えたマウス(ヒト化NOGマウスなど)を用いて、腹腔内でのがん幹細胞の増殖・転移の解析を行う。最終的には、in vitro共培養系とマウスモデルにおける結果を包括的に解析し、腹腔内におけるがん幹細胞の増殖メカニズムを解明することにより、がん微小環境を標的とした治療法構築につなげることを目指す。計画していたサイトカインアレイ等の受託解析等の実験および動物実験を次年度に繰り越すことになり、また、旅費や人件費の支出がなかったため、次年度への繰越が生じた。in vitro共培養系やがん幹細胞の維持等の細胞培養、サイトカインアレイ等の解析、RNA-seq等の遺伝子発現解析や動物実験に使用させていただく予定である。
造成環境林の密度管理に関する基礎的研究

都市化と工業化の過程において不可避的に発生する生活環境の悪化を改善するために、人工的に大規模な樹林(環境林)の造成が行われることが多い。このような環境林では、一般に早期緑化と自然林を擬して雑多な異樹種を混交した超高密度の植栽が行われる。しかし、このような造成手法は必ずしも植物生態学的な検証を得たものではない。従って、このような造成林を長期にわたって健全に管理し、さらに自然林のように自発的な更新機構を定着させるためには、その密度特性ならびに更新特性についての知見の集積が不可欠であり、本研究はそのための基礎的検討を行った。苗畑おいて、数種の緑化木の単種・異種混合を植栽密度を変え植栽したモデル林分を造成して密度効果と生残率を測定した。その結果、単種植栽区においては逆数密度効果が得られるが、異種混合区においては必ずしも明確な逆数密度効果はみられず、このことは樹種の組み合わせとも有意な関係がなかった。また、超高密度に植栽した区においても自然間引きはそれほど顕著には現れず、造成樹木群落においては3/2乗則が必ずしも適用できないことがわかった。さらに、生残木の形状は通常の形状と異なること、とくに常緑広葉樹は殆ど蔓状に近くなって生存することなど、これまで知られていなかった現象が起きることで確認できた。更新機構については、植裁後10数年を経過した工場内樹林において、実生雅樹の樹種、分布、齢構成、直径・樹高成長と光環境。土壌環境について調査した。その結果、雅樹の定着・生残には種子生産の変動と地壌水分環境が主として関わり、成長には光環境が主要な要因となっていることが判明した。その他、鳥類による種子持ち込みも重要な更新契機となるが、種組成に片寄りが見られとこも明らかになった。
バングラデシュ農村における流産原因となる人畜共通感染症の挙動

ヒトへの感染源となる畜産物にトキソプラズマ原虫がどの程度含まれているか、バングラデシュの市場で入手できる畜産物をサンプルとして検証した。小型半数動物由来の食品から高頻度にトキソプラズマ遺伝子が検出された。遺伝子型については、特に既報と異なった株であるという情報は得られなかった。なお精査は必要であるものの、一般的な株が広く蔓延しているものと考えられる。またトキソプラズマ以外にも網羅的に原虫感染症について糖鎖を行い、これまでバングラデシュでは報告されていない病原体に感染しているウシを複数見出した。特に熱帯ピロプラズマ病の病原体であるTheileria annulataの遺伝子が複数のウシから検出されている点は家畜衛生上重要であるとおもわれる。とりわけ在来品種のウシが不顕性感染しており、他のウシへの感染源としての重要性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。バングラデシュ西部における反芻動物のトキソプラズマ感染状況についていくつかの発見があった。第一の成果は当地の小型反芻獣に高確率で感染していることが明らかになった点である。第二の成果としてウシにおいても比較的感染率が高いが小型反芻獣ほどではないことが分かった。さらにH26年度のもっとも特筆すべき成果として、小型反芻獣においてトキソプラズマ感染の垂直伝播がほとんど起こっていないことをフィールドで示すことができた。また生後2年までに水平感染によってトキソプラズマに感染していることが示唆された。これらの成果をまとめた論文が国際誌に1報掲載されたほか、現在1報を登校中である。副次的な成果として、トキソプラズマに近縁の原虫であるネオスポラが当地のヤギにも感染していることを示唆するデータを得た。しかし感染率は非常に低く、現時点で適切な予防措置を取れば、当地の小型反芻家畜をネオスポラ症による経済被害から守ることができるものと考えられる。複数種類の家畜の病原体について、飼育携帯の違いが伝播状況にどのように影響しているか調査した。ラジシャヒ市など地方の中心都市周辺では、家畜は小規模な農家の庭で飼育されており放牧の形態を取っていなかった。このような地域にあっては、家畜の年齢が上昇するに連れて緩やかに感染率が上昇していく病原体が多かった。いっぽう郊外では10頭以上の家畜を飼育する家庭が多く、農家の敷地内だけでなく村落内の草地で放牧する飼育形態がみられた。このような地域では生後数ヶ月から1年以内で多数の家畜に感染が成立しており、それ以降は年齢の上昇に伴う顕著な感染率の上昇は見られなかった。郊外の放牧地が高度に病原体に汚染されており、放牧により短期間のうちに感染が一気に成立している可能性が高い。またいくつかの感染症について発症に季節性がみとめられる地域があった。とりわけ乾燥したシーズンに発症が多く見られている。現時点では、この時期に流行があるのか、以前から無症状のまま感染していたものがこの時期に発症にいたるのかは不明である。しかしながら発症に季節性がある地域では、発症数が増加する時期に家畜の栄養状態が悪化している傾向が見られている。病原体の分離、タイピングについては実施がやや遅れている。これは現地で邦人殺害事件が起こるなど治安が一時的に悪化したために予定していた渡航調査の一部を中止せざるを得なかったためである。検体についてはすでに現地協力者が確保している。次回渡航時に解析できるところまでの準備は完了したと言える。現地にて邦人殺害事件など治安状況の悪化があり、予定していた渡航調査を中止せざるを得なくなったため、一部計画の遅れがある。しかし現地の協力者が家畜サンプルの採材を終えており、次回渡航で予定していたすべての家畜データがそろう予定である。バングラデシュの治安悪化により、予定した家畜からの採材を一時見合わせたが、この間にバングラデシュ人民共和国(バングラデシュ)ラジシャヒ管区において、6か所の家畜病院の診察記録から2013年1月から2015年12月までの子牛の出生数と、0ー6か月齢の子牛の死亡数および死亡原因を抽出して分析した。いずれの調査地においても出生した子牛の約1割が6か月齢までに死亡していることが分かった。死亡原因としては口蹄疫、肺炎などの感染症が多かった。また栄養失調による死亡が季節に関わらず見られた。現在、データを精査して流産の原因となる病原体の分布状況を調査している。調査したいずれの地域でも冬季に感染症による死亡が増える傾向にあった。バングラデシュにおいては大イードあるいは犠牲祭と呼ばれる宗教行事の前に多数の牛が売買され全国を移動する。インドからの輸入も多い。大イードは1年をおおむね354日とするイスラム歴に基づいて行われるため一般的なグレゴリオ暦における実施日は毎年異なるが、調査期間の2013-2015年については9月末から10月中旬であった。これは雨季から冬季に移る時期と一致しており、この時期に感染が全土に広まったために冬季に死亡数が増加したのかもしれない。また、節足動物が媒介する一部の病原体に感染している牛が郊外に多かった。一方で都市部では感染率が低い傾向にあった。とりわけ、在来品種は無症状のままこれらの病原体に感染している事例が多かった。近年導入された品種とは病原体の分布パターンが違う可能性が強く示唆されており、品種ごとの調査の必要性が示された。

なお、ネオスポラについては、近縁のトキソプラズマに比較して感染率がかなり低くこの地域では大規模な浸潤はないものと考えられた。バングラデシュの治安悪化により予定していた調査が不可能になり進捗が遅れている。現地の協力者に採材を依頼するなどの対応により遅れは取り戻しつつある。ヒトへの感染源となる畜産物にトキソプラズマ原虫がどの程度含まれているか、バングラデシュの市場で入手できる畜産物をサンプルとして検証した。この際、検出感度をあげるために微量の標的DNAを効率よく増幅できる新しい条件下でPCRを行った。この結果、食品として販売されているヤギの脳から高率にトキソプラズマ遺伝子を検出した。ただし検出したのは変異の比較的少ないマルチコピー遺伝子であり、潜伏感染している虫体の遺伝子型については確定できなかった。遺伝子型の確定にはいくつかのシングルコピー遺伝子の増幅が必要であり、さらなる好感度でのPCRが必要になる。PCRについて条件検討を実施し、ある程度の改善を得たため、遺伝子型確定のめどはついたが、年度内にすべての作業を終了させることができなかった。この点については平成30年度に完了したい。これとは別に、流産の原因となる感染症やその他の感染症でどの程度家畜が死んでいるのか、獣医師の診療記録をもとに分析を実施した。寄生虫疾患が比較的多いことや、宗教行事の時期と感染症の流行時期に一致が見られるなどの知見を得た。さらに栄養障害による家畜の死亡が一定数あることが明らかになり、栄養状態が感染症の重篤化に及ぼす影響について検討することの重要性が示唆された。現地市場の食肉から得られたトキソプラズマ遺伝子について、genotypingが終了していない。寄生虫量が少ないため既存の方法では実施不可能と思われ新たな技術の確立を要する。ただし必要となる新技術の確立については予備実験を終えており近い将来に計画を完了できる予定。小型半数動物由来の食品から高頻度にトキソプラズマ遺伝子が検出された。遺伝子型については、特に既報と異なった株であるという情報は得られなかった。なお精査は必要であるものの、一般的な株が広く蔓延しているものと考えられる。またトキソプラズマ以外にも網羅的に原虫感染症について糖鎖を行い、これまでバングラデシュでは報告されていない病原体に感染しているウシを複数見出した。特に熱帯ピロプラズマ病の病原体であるTheileria annulataの遺伝子が複数のウシから検出されている点は家畜衛生上重要であるとおもわれる。とりわけ在来品種のウシが不顕性感染しており、他のウシへの感染源としての重要性が示唆された。年度内に予定した実験はほぼ完了したが、現地治安状況により26年度2回目の渡航ができなかった。このためクラミジアに関する採材が遅れている。一方でトキソプラズマに関する作業は予定を超えて進展しており、全体としてみるとおおむね順調と言える。家畜の疫学的調査については今後も予定通り実施。
重粒子線がん治療におけるスペーサー手術の評価および新たな手法の開発

本研究において研究者は、重粒子線治療を行う際の有害事象発生リスクの低減を目的として、腫瘍とリスク臓器との間に外科的に間隔を空ける手術、いわゆる「スペーサー手術」の実際の症例からその安全性・有用性を解析するとともに、新たなスペーサー素材や手法の開発に取り組んだ。群馬大学で実施されたスペーサー手術の16例を解析し、これまで全例で安全に実施可能であり、リスク臓器を腫瘍から十分に離すことが可能で、重粒子線治療を行ううえで有効なオプションであることが、国際的にも初めて報告された。また、放射線科のニーズを外科と共有するツールを創生し、スペーサー手術が今後汎用化されるための一手法を開発できた。重粒子線がん治療におけるスペーサー手術の現在の有効性と安全性を評価し解析すること、またスペーサー手術で用いられる既存の材料に関する放射線物理学的な検討を行うとともに、新たな材料の開発につながる物理学的検討を行うことを本研究の目的としている。本年度の研究計画として、これまでスペーサー挿入術が施行された重粒子線治療症例について、手術の有無による線量分布の相違を解析し、腫瘍制御および有害事象低減に関する有効性・安全性を評価すること、重粒子線治療を行う際のスペーサー挿入術に対する放射線腫瘍医のニーズと、スペーサー挿入術を実施する際に外科医が必要とする情報を抽出し、それらが伝達・共有される手法を検討することを実施した。これまでにスペーサー手術を行い重粒子線治療を行った症例のデータ抽出および解析が進められており、スペーサー手術の有用性と安全性が確立していることが見出された。来年度中に国際誌に論文投稿する予定である。また当研究によって得られたデータを元にした、大腸癌に対する重粒子線治療の有用性に関する論文を著作した。こちらについても今後国際学会での発表および国際誌への投稿が予定中である。またスペーサー研究会への参加により、現在もっぱら用いられているゴアテックスシートだけでなく、現在神戸大学・兵庫県立粒子線医療センターを中心に進行中の新規素材による吸収性スペーサー開発のための臨床試験についての知見を広め、群馬大学でも進捗中である異なる方式によるスペーサー開発にも参画した。1)重粒子線がん治療におけるスペーサー手術の現在の有効性と安全性を評価し解析した。群馬大学における重粒子線治療に先立って実施された「スペーサー手術」(重粒子線治療の有害事象発生リスクの低減を目的とした、腫瘍とリスク臓器との間に手術的に間隔を空ける手術)の実際とその有効性について、これまで実施された16例のデータに基づき、解析を行い、安全に施行可能で、かつ重粒子線治療による有害事象リスクを有意に低減できることを示した。これまでスペーサー挿入術に関して症例報告レベルでは国内外で複数の報告があるが、症例シリーズとしての報告は見られない。特に当成果に関して、2016年3月5日に第53回群馬放射線腫瘍研究会で報告した。また論文作成、国際誌への投稿準備中である。2)放射線腫瘍医と外科医の情報共有やニーズの伝達に有用な手法やツールを開発した。スペーサー手術前に放射線腫瘍医からのニーズを外科医に伝達し、また外科医が手術中をはじめ周術期にどのようなスペーサーが必要であるかを確認できるための情報共通ツールとして「ヴァーチャルスペーサー」の手法を開発した。具体的には、手術前に撮影されたCTなど画像を利用して、腫瘍とリスク臓器の位置関係やスペーサーとして必要となる距離を明確にビジュアル化し、三次元的に描出したものを、電子カルテ上で手術室でも容易に閲覧可能なシステムを平成27年度になり確立し、現在院内で運用可能となっている。この手法は国内でも初の試みであり、スペーサー手術と重粒子線治療を同一施設で行うことの可能な唯一の施設である当院でのみ開発可能といえる。3)国内におけるスペーサー治療研究会に参画し、新規のスペーサー材料の開発についても協議した。重粒子線治療におけるこれまでのスペーサー手術の有用性・安全性に関するデータ集計がほぼ完了し、論文作成を進めており、予定通り論文投稿が予定されている。また外科医とのニーズの確認および連携に必要なツールの確認も実施され、次年度以降に実臨床上で運用を始められるめどが立った。またスペーサー手術を行った大腸癌症例の重粒子線治療成績も研究発表される予定であり、おおむね今年度の予定は達成されていると考える。放射線腫瘍学今後は、これまで既存で用いられた人工物の放射線物理学的特性を解析し、どのような人工物がスペーサー挿入術にふさわしいかを評価するとともに、使用可能な新規人工物を検討し、その物理学的特性の評価や生体に与える影響、並びに実際の使用した際の有用性・安全性を評価する予定である。

また今年度に引き続き、実際にスペーサー手術前に放射線腫瘍医が求めるニーズを外科医に提示する方法として、期待するスペーサー挿入位置と仮想となるプランを前もって作成し、手術室で表示する手法を試用しており、その一環として、院内の電子カルテ端末を用いた情報提示方法に加えて、情報処理能力がより高く操作性に優れたタブレット端末や画像処理ソフトなどのデジタル機器を用いた新たな運用方法を確立する予定である。こうした研究のなかから得られたデータを随時発表する予定である。今年度に研究発表予定であった学会参加を行わず、旅費が減ったこと、また人件費として英文校正が次年度となったことが理由と考えられます。次年度に行う学会発表ならびに国際誌への論文投稿に際しての英文校正等に使用いたします。
トリウムの生体影響-「トリウム系燃料原子炉に関する生物学的基礎研究」

1.放射化学的研究(代表者、岩田志郎):トロトラストの主成分であるコロイド状酸化トリウムは600°C以下では化学的に安定で、それが生体内に入っても化学変化を起こさないことを明らかにした。また、それが生体内からほとんど排出されず、肝臓、脾臓に沈着することを剖検試料の中性子放射化分析によって確認した。2.放射線物理学的研究(分担者、加藤義雄):トロトラストの摂取により生じた生体影響の大部分はトリウムとその娘核種のアルファ線エネルギーによることを明らかにした。また、トリウムの娘核種トロンの呼気中排出量検出器を開発し、トリウム投与量と呼気中トロン量の間の比例関係を見出し、体内トリウム量の簡易測定に成功した。3.疫学的研究(分担者、森武三郎、秋田康一):トリウム注入量と晩発障害との関係を、トロトラスト血管内注入者に関する疫学的調査で、注入量別に分析することにより明らかにした。すなわち、トリウム注入量の増加は顕著に晩発障害発生上昇を起こすことを証明した。4.臨床的研究(分担者、杉山始、池崎英文):トリウム投与からの期間と、トロトラスト肝癌発生例数との関係は、最初の症例が出現するまでに10年以上の期間があるが、一度出現しだすとその数は急速に増加することを明らかにした。また、それとともに、注入後3050年の発癌では、発癌型式が複雑化し、多重発癌が著しく増加することも明らかにした。5.病理学的研究(分担者、畠山茂、森亘、中島敏郎):トロトラスト血管内注入者群における末梢リンパ球および骨髓細胞の染色体所見を分析し、その多くに極めて高度の異常が出現しており、出現率は対照群に比して明らかに有意であることを証明した。すなわち、血液細胞の染色体異常と、トリウムの骨髓内持続被曝とは極めて密接な関係があるという所見を見出した。
多指ハンド制御のための空間分解能が可変な分布触覚センサとその決定方法

空間分解能の可変な分布型触覚センサを開発した。この触覚センサは256点の計測点をもつが、各計測点を個別に計測することや全体を1つの計測点として計測することを可能とした。このことから、個別の計測が不要な場合、全体を1回計測するのみで十分となり高速な計測が可能となった。開発した触覚センサを多指ハンドに適用し、ドアの開閉動作をアプリケーションとして、その有効性を検証した。その結果、触覚フィードバックにより安定した開閉動作が可能なことが確認できた。多指ロボットハンドに対して適切な時間で触覚フィードバックを実現するため、タスクに応じて分布型触覚センサの空間分解能と計測周期を変えられるシステムの実現を目的とする。分布型触覚センサに対して、任意の計測点を計測することや、隣接する複数の計測点を1つの計測点として扱う機能をもつ計測制御回路を開発した。この機能により、センサの計測点を左右2組に分けて2点のセンサとして高速に計測することや、中心の16点を1つの計測点として計測するなど、空間分解能(計測領域)を可変とし、計測する領域を限定しただけ高速な計測のできる自由度の高い計測が可能となった。この回路では、256点の計測点数を1ユニットとし、このユニット中のスイッチの制御と計測をFPGA (Field Programmable Gate Array)を用いて行う。高速な論理処理の可能なFPGAを用いることで、空間分解能の切り替えや計測をスムーズに行うことができ、システムとしてのコストも下げることができた。開発した分布型触覚センサの計測制御回路に対する空間分解能を決定するため、運動指令と多指ハンドの姿勢などにもとづく計測点選択モデルを構築した。このモデルでは、多指ハンドの姿勢や把持対象などから次の多指ハンドの動作を指示できるものである。開発した計測制御回路に構築したモデルを組み込み、空間分解能可変機能の有効性を計測の周期や位置の認識精度の観点から、ドアノブ操作アプリケーションを多指ハンドにより評価した。従来の動作と提案したモデルでの動作とを比較し、後者がなめらかなドアノブ操作が実現できた。4関節3自由度の指を4本と4関節4自由度の指を1本備えた5本指ロボットハンドに対して適切な時間で触覚フィードバックを実現するため、タスクに応じて分布型触覚センサの空間分解能と計測周期を動的に変えられるシステムを実現した。この触覚センサは、感圧導電性ゴムの抵抗値変化を計測原理としており、電極の設計次第で多数の計測点をもつ高分解能の分布型触覚センサを構成できる。本研究では、1本の指の3部位に対して合計524点の計測点をもつ分布型触覚センサを設計、製作した。さらに、分布型触覚センサの計測の可能なセンサ計測制御回路を設計、製作し、各部位のセンサに1台の回路を対応させた。このセンサ計測制御回路は、分布型触覚センサの計測原理を利用して感圧導電性ゴムの合成抵抗値を計測できるよう、SPDT(Single Pole Double Throw)スイッチを用いて複数の計測ラインを1本として切り替えられる機能をもつ。この機能により、分布型触覚センサを任意に分割して計測できるようになり空間分解能が可変となった。ロボットハンドのタスクをドアの開閉動作として、提案する分布型触覚センサシステムの有効性を検証した。その結果、分布型触覚センサの計測結果をフィードバックし接触位置を認識させることで、各指の把持力を調整し、確実なドアノブ操作を実現することを確認した。計測領域を予測する機能を付加することで、把持から操作への切り替えの速いドアノブ操作を実現することも確認した。本研究の結果から、空間分解能を可変とすることで、ロボットハンドのドアノブ操作中に接触に関する情報を高速にフィードバックでき、そのことがロボットハンドの制御に有効であることが示された。今後、システムとして拡張を進め、器用なロボットハンドを実現する。
慢性筋痛モデルによる筋痛の末梢性機構の解析

筋肉に由来する痛みは肩こり、腰痛などだけにとどまらず神経因性疼痛などの多くの慢性疼痛にも関わっていると考えられる。しかし、その発生機構、神経機構についてはほとんど未知である。そこで,本研究は実験動物を用いて慢性的な筋肉痛のモデルを作り、その末梢神経機構を解析することを目的とする。本年度は、昨年度作成した筋痛モデル(伸張性収縮負荷による遅発筋痛)を用い、神経-筋摘出標本においてC線維求心神経活動を記録し、正常動物の場合と比較した。伸張性収縮(ECC)は長指伸筋に負荷した。2日後に長指伸筋に総腓骨神経をつけて取り出し、灌流槽に筋肉を、それに接続する油槽に神経を置き、油槽中においてDissection法により単一神経活動を記録した。記録したC線維受容器の受容野は、ECC群では筋腱移行部に多く分布している傾向があった。自発放電頻度には差が無かったが、機械刺激に対する反応閾値は低下し、また同じ鋸歯状機械刺激(196mN/20秒)に対する反応の大きさも増大していた。この結果は、ECC後の筋痛には自発痛がほとんどなく、圧痛(機械痛覚過敏)があることによく一致している。一方、ブラジキニンやATPのような発痛物質や熱に対して反応する受容器の割合はECC群で高かったが、その大きさには差が無かった。筋痛を起こさせるのによく使われる高張食塩水に対する反応はECC群で増大していた。高張食塩水に対する反応の機構には機械反応と共通な機構があるのかもしれないことが示唆された。その頻度は高く、また高齢化社会が進むにつれてさらにその頻度は増大すると予想される。しかし、その対処は多くの場合鍼灸、マッサージなど、コメディカル分野にまかされ、医学の中で科学的な研究・治療の対象として扱われてこなかった。したがって発生機構、神経機構についてはほとんど未知である。モデル動物の作成は筋肉痛の研究を促進する上で必須であると考える。本年度は筋痛モデルを作成することを目標とし,長指伸筋をその支配神経の刺激(単収縮閾値の3倍の強さ,50Hzで1秒間刺激を4秒ごとに500回)により伸長性収縮させた。筋肉の疼痛閾値をRandall-Sellito法によって経皮的に毎日測定したところ,伸張性収縮負荷後2日目にもっとも低下し,その後回復した。繰り返し寒冷ストレ0ス(09:30から19:00までの間,30分ごとに22°Cと4°Cに交互に曝露)の負荷により,疼痛閾値の低下期間は延長した。痛み刺激が加わったことの1つの指標としてよく使われるcFosの発現を伸長性収縮後2日目に調べたところ、長指伸筋に圧迫刺激(160g,30秒間隔で60回)を加えた群の刺激側において,脊髄後角表層にあらわれるcFos陽性細胞の数が増大した。伸張性収縮のみの群,圧迫刺激のみの群ではcFos陽性細胞数に有意な変化は見られなかった。伸張性収縮後の疼痛の特徴は自発痛は少なく圧痛が顕著であることに良く一致した所見であると考えられる。これらの結果より,動物においても伸張性収縮後に疼痛(圧痛)が発生することが明らかになり、筋痛モデルとして使えると考えられる。
超伝導磁気シールドに関する数値的研究

本研究では、第二種超伝導体製遮蔽板の磁気シールド効果を数値シミュレーションを用いて解析することを目的とし,超伝導特性を記述するモデルとして低透磁率モデルと修正Beanモデルの2つを採用した。前者を用いた解析では,超伝導特性が透磁率にのみ反映されると仮定し、静磁界に対する多層板の磁気遮蔽効果を検討した。その際,数値解を得るための手法としては,超伝導体外部,内部でそれぞれ境界要素法、有限要素法を適用し,超伝導体表面で界面条件を考慮した。同手法を用いて,第二種超伝導体と強磁性体の多層構造をもつ遮蔽板の磁気遮蔽効果を調べた結果,観測点側に超伝導層がある多層板が他と比較して高い磁気シールド効果をもつことが判明し,磁気遮蔽装置設計の有効な指針を与えた。一方、修正Beanモデルを用いた解析では,磁界の過渡的変化に対応するためにシールド電流の時間発展を解析する手法を開発した。即ち,臨界状態モデルとして修正Beanモデルを導入し,薄板近似を採用することにより,シールド電流の振舞いを電流ベクトル・ポテンシャルを従属変数とする放物型偏微分方程式によって記述した。さらに,有限要素法を用いて同方程式を数値的の解く数値シミュレーション・コードを開発し,同コードを用いて超伝導板の磁気遮蔽効果を調査し,シールド電流が超伝導体の境界近傍にのみ局在化することが判明した。さらに,磁気遮蔽の尺度である磁気シールド係数が01000Hzの低周波領域において時刻と周波数に依存しないことが分かった。一般に,遮蔽装置の設計検討には多大な時間と費用を必要とするのに対し,数値シミュレーションを用いた解析はコストは比較的小さく,装置の設計変更などによる再検討は容易である。この点で,本研究で開発された数値シミュレーション・コードの意義は絶大なものがある。
MIMOブロック符号化高速無線LANチップの開発とユビキタスネットワークへの応用

本研究は、無線LANおよび移動体通信の国際スタンダードであるIEEE802.lln/16eなど100Mbps以上のTCP/IP接続が移動環境でも保証される次世代ワイヤレス端末用システムに適した新しいMIMOアーキテクチャの開発とRTL設計すなわちシステムLSIの設計を目的としている。研究年度毎の成果は以下の通りである。平成16年度:600Mbps以上の伝送レートを達成しつつ、カバレッジも拡大できるMIMO通信システムのアルゴリズム・アーキテクチャを導出した。本方式は、従来のAlamoutiの時空間符号化STCと空間分割多重(SDM)を併用した符号化を行い、これに適したチャネル行列の性質を使った低演算量型でコードアルゴリズムを提案している。平成17年度:上記のMIMO通信システムのASIC設計に向けた、システムの固定小数点評価をソフトウェアシミュレーションにより実施した。これにより、浮動小数点と同等のBER特性を得るに必要な、最適なビット数が明らかになった。平成18年度:上記のMIMO通信システムのASIC設計に必要な各種IPのRTL設計に関し、平成17年度の結果(固定小数点演算精度)をもとに実施した。平成19年度:製作したFPGAボードにより上記600MbpsmMIMOシステムの実装実験を実施し、簡易MACを含めGiga bit Ethernetによる送受信対向通信実験が達成でき、設計したMIMOシステムが良好に動作していることが確認できた。平成16年度の研究実施計画は、「100Mbpsのスループットを満足する2×1あるいは4×1MIMO-ブロック時空間符号化STBCシステムのアルゴリズム・アーキテクチャ設計およびIPのRTL設計」である。ターゲットとする通信規格は、当面は市場を考えてIEEE802.11a無線LANとする。スループット100Mbpsとするため、プリアンブルやMAC層など一部のプロトコルは変更して使用する。上記の研究実施計画に対し、以下の成果が得られた。まず、MIMOシステムで重要となる低SNR環境での動作を保障させるため、新たにフレーム同期回路のアルゴリズムを開発した。本成果は学会発表だけでなく特許出願も行った。さらに、同様に低SNR環境およびレイリーフェージング環境での動作を保障させるため、新たにプリアンブル挿入間隔に関する理論解析を行った。MIMOシステムにおける、・PAPRの低減方法、・干渉キャンセラの演算量削減方法、・チャネル推定方法に関するシミュレーションおよび新しいアーキテクチャの設計を行った。成果は、学会発表済みである。1項で検討したMIMO-STBC向けフレーム同期回路に関してハードウェア記述言語を用いたRTL設計を行い、論理シミュレーション(現有備品)を実施した。なお、備品として購入予定であったSystemC系コンパイラは、SystemC言語のSW/HW協調設計検証ツールとしての開発が遅れているため導入せずに、Verilog言語で行った。平成17年度では、平成16年度で開発したMIMO通信システムのアルゴリズム・アーキテクチャに対し、チャネル間干渉に耐性を持たせるようにアルゴリズム等の改良を加える事を第一の目的とした。また、上記のチャネル推定部も含めMIMO通信システム構築に必要なIPのRTL設計(現有備品、一部IPを備品購入)を実施し、機能検証および論理検証(現有のEDAツールを使用)を行うことを目的としていた。これらの目的に対して、以下の成果を平成17年度で得ることができている。2.上記LSTBCアルゴリズムに関する固定小数点評価これにより、浮動小数点と同等のダイバシチゲインを得るに必要な、最適な内部演算の整数部、小数部のビット数が明らかになった。3.次世代誤り訂正回路LDPC符号化の固定小数点評価これにより、浮動小数点と同等のBER特性を得るに必要な、最適なビット数が明らかになった。平成17年度までの成果として、MIMOシステムの新しいアーキテクチャ開発とRTL設計の一部を行っており、良好な成果を得ている。平成18年度では、年度目標に沿って以下の結果を得ている。-1.プロトタイプFPGAボードの設計製作とベースバンド回路性能評価アナログインターフェースおよびGigabitEther接続用漁C開発を含めてFPGAボードは、別予算(NEDO)で設計製作を行った。ベースバンド回路のRTL設計については、回路規模が大きくなるLDPC誤り訂正回路を含め個々のIPの開発をほぼ終了している。

現状では、RTL実装実験の準備のために2枚のボードをGigabitEtherで接続し、MACを含めたベースバンド回路の評価実験を行っている。-2.アナログインターフェースの設計製作とフィールド試験FPGAボードに接続できるアンテナ系・パワーアンプ、RFフロントエンドを含めた2x2MIMO用アナログモジュールを開発した。実際に性能評価を行い、良好な結果を得ている。アナログ部も含めたパスバンド実験を現在実施している。本研究では、第4世代移動通信(携帯)システムの規格案(帯域101.25MHz、サブキャリア数7680FDM、64QAM)やIEEE802.11a無線LANの規格(帯域20MHz、サブキャリア数640FDM、64QAM)などの方式の性能を越える、ソフトウェア無線に向けて適応変調(BPSK-256QAM)が可能で、かつ伝送スループットが100Mbpsを保証するMIMO(Multi-lnput Multi-Output)ブロック時空間符号化(STBC)を用いた次世代マルチキャリア・ワイヤレス通信システムの方式設計およびVLSI化設計さらにフィード実装試験を研究目的としている。設計例として、通常の有線ネットワーク環境で提供されている100MbpsのTCP/IP接続が、無線環境でも動画像再生に必要な10-3以下のBit Error Rateが保証(QoS保証)される100Mbpsのスループットを有する、IEEE802.11nドラフト仕様の無線LANを対象に検討してきた。平成18年度まではMIMO無線LANの物理層のRTL設計を実施し、FPGAプロトライピングまで実施して良好な結果を得ることができている。平成19年度の研究テーマは、「アナログフロントエンド・ベースバンド回路CMOSワンチップ構成」である。ベースバンド回路とアナログフロントエンドをアナログ・ディジタル混載CMOSワンチップ化設計を実施するにあたり、まずディスクリート部品によりRFフロントエンド回路とパワーアンプ回路を1枚のプリント基板上で実装し、2x2MIMO用RFモジュールにまとめた。このモジュールにより今後設計するワンチップ構成のLSIの評価が可能となる。また、ベースバンド回路の無線環境(2.4GHz)における動作検証にも使用できる。
関連する複数のテキストを対象とした要約生成技術に関する研究

従来の情報検索システムでは,検索対象となる文書と検索要求とを重み付きのキーワードベクトルで表現し,余弦を求めることで関連性を判定するベクトル空間モデルを用いることが多い.通常,ベクトルの各要素の重みの計算には出現回数を基にした統計量を用いるが,このような表層的な情報のみを利用した手法では,関連性が低い文書も検索してしまうという問題が生ずる.今年度は,従来の手法によって検索された文書集合を対象とし,その中から自然言語処理技術を用いて不適切な文書を排除する手法について研究をおこなった.具体的には,文書中の動詞,格要素(名詞,助詞)からなる格フレームに注目し,格フレームと検索要求との関連性を求めることによって文書と検索要求との関連性を判定する.格フレームを利用することで,文書の構造的な情報を扱うことが可能となり,キーワードのみの集合に比べて精密に文書の内容を把握することが可能となる.初期検索によって検索された文書集合から,格フレームと検索要求との関連性の計算する.関連性の判定には,格フレームがどの程度検索要求に対して特徴的であるかを示す重要度という尺度を用いる.格フレームに対して直接重要度をめることは難しいため,動詞,格要素それぞれに重要度を求め,それらを用いて格フレーム重要度を求める.また類似,包含関係にある格フレーム間では,類似性に応じて相互に重要度を修正することにより,特徴的な格フレームの判定を容易にした.格フレームの類似性の判定には動詞,格要素それぞれに対し,シソ-ラスを用いて求められる類似度と呼ばれる尺度を導入した.このようにして求めた格フレームの重要度を用い,関連性の高い文書を判定する.約5,000文書からなる情報検索システム評価用のテストコレクションを用いて本手法を評価した結果,初期検索によって関連文書がある程度絞り込まれている場合には,従来法と比較して本手法が有効であることがわかった.従来の情報検索システムでは,検索対象となる文書と検索要求とを重み付きのキーワードベクトルで表現し,余弦を求めることで関連性を判定するベクトル空間モデルを用いることが多い.通常,ベクトルの各要素の重みの計算には出現回数を基にした統計量を用いるが,このような表層的な情報のみを利用した手法では,関連性が低い文書も検索してしまうという問題が生ずる.今年度は,従来の手法によって検索された文書集合を対象とし,その中から自然言語処理技術を用いて不適切な文書を排除する手法について研究をおこなった.具体的には,文書中の動詞,格要素(名詞,助詞)からなる格フレームに注目し,格フレームと検索要求との関連性を求めることによって文書と検索要求との関連性を判定する.格フレームを利用することで,文書の構造的な情報を扱うことが可能となり,キーワードのみの集合に比べて精密に文書の内容を把握することが可能となる.初期検索によって検索された文書集合から,格フレームと検索要求との関連性の計算する.関連性の判定には,格フレームがどの程度検索要求に対して特徴的であるかを示す重要度という尺度を用いる.格フレームに対して直接重要度をめることは難しいため,動詞,格要素それぞれに重要度を求め,それらを用いて格フレーム重要度を求める.また類似,包含関係にある格フレーム間では,類似性に応じて相互に重要度を修正することにより,特徴的な格フレームの判定を容易にした.格フレームの類似性の判定には動詞,格要素それぞれに対し,シソ-ラスを用いて求められる類似度と呼ばれる尺度を導入した.このようにして求めた格フレームの重要度を用い,関連性の高い文書を判定する.約5,000文書からなる情報検索システム評価用のテストコレクションを用いて本手法を評価した結果,初期検索によって関連文書がある程度絞り込まれている場合には,従来法と比較して本手法が有効であることがわかった.
ニューロンのスパイクの揺らぎによる神経回路網の推定

多重電極測定法の進歩により多数のニューロンの活動電位(スパイク)を同時に計測できるようになった.情報統計力学の重要な特長は,ミクロな大自由度系からマクロで本質的な少数パラメータを抽出することである.このような階層連関や巨視的記述は脳の機能の理解に本質的であると考えられる.そのような観点で,我々は新たな神経回路モデルの統計力学的解析およびベイズ推定や情報理論にもとづく神経スパイクデータの新たな解析手法を提案した.本研究計画は,脳の神経細胞であるニューロンのスパイクと呼ばれる活動電位の統計解析手法の開発と,神経系のモデル化まで踏み込んだシステム論的視点からのデータ解析の理論体系の構築を目指す.多重電極測定法の進歩により多数のニューロンの活動電位(スパイク)を同時に計測できるようになった.情報統計力学の重要な特長は,ミクロな大自由度系からマクロで本質的な少数パラメータを抽出することである.このような階層連関や巨視的記述は脳の機能の理解に本質的であると考えられる.そのような観点で,我々は新たな神経回路モデルの統計力学的解析およびベイズ推定や情報理論にもとづく神経スパイクデータの新たな解析手法を提案した.個々の神経細胞の発火率を成分とする集団ベクトルを階層ベイズを用いた方法でクラスタリングする手法を提案した.従来の混合ガウス分布を用いた解析では,時刻毎にクラスターの数に対応するガウス分布の数を,モデル選択を用いて決めていた.そのため,データ処理の事前情報として,クラスター数に関して時間方向の連続性は取り入れられていなかった.そこで,クラスター数に関して,マルコフ性を仮定して,時間方向の連続性を含む事前確率を導入した.この確率モデルでは,計算量の爆発が存在するので,変分ベイズ法を導入した.その結果,従来法に比べて,クラスター数の変化が連続的になるようなクラスタリングを行えるようになった.今後はこの手法を,他の実験データにも適用し,手法の有効性を確認する.われわれは神経細胞のスパイク間隔であるInter Spike Interval(ISI)の確率モデルとして,発火率変動型ガンマ分布を提案した.この確率モデルでは,神経細胞の発火率が激しく変化する状況でも,発火の規則性をあらわすパラメータκは変化しないと仮定している.今年度は,この確率モデルが神経系で成り立つ条件を探った.そのために,神経細胞の数理モデルを用いた計算機実験とスライス実験を行った.その結果,神経細胞への興奮性入力と抑制性入力の比が一定であるバランス入力の場合にのみ,κが変化しないことがわかった.バランス入力は,局所回路内で興奮性細胞と抑制性細胞が拮抗する形で働いていることを示唆する.今回得られた知見は,大脳皮質の局所回路の性質とスパイクの統計性の関係を始めて明らかにした知見である.1.個々の神経細胞の発火率を成分とする集団ベクトルに関して,クラスタリングと次元圧縮を同時に行う新しいアルゴリズムを提案した.従来の手法では,主成分分析等を用いてまず次元圧縮を行い.そのつぎにクラスタリング行う.しかしこれでは,重畳されるノイズの分散が大きい場合、ノイズを抽出するように次元圧縮がおこなわれ,クラスタリングすべき次元が捨てられてしまう。そこで,混合分布でよく近似できる部分空間を探しながら,その次元以外を圧縮する手法を提案した.提案手法を神経の集団ベクトルに適用するとともに,混合ポアソン分布に基づく手法を手書きパターン認識適用した.混合ポアソン分布そのままでも,従来手法の混合正規分布の場合とほぼ同じ認識率をえた.さらに、次元圧縮を同時におこなうことにより認識率が向上することがわかった。2.HH方程式をよく近似するモデルとしてスパイクレスポンスモデル(SRM)が提案されている.SRMの多体系の平均場近似を提案し,それをもとに二次の相関関数を計算する理論を提案した.その理論をもとに,孤立局在興奮系のフィッシャー情報行列を計算した.従来は,孤立局在興奮系の皮質内結合は情報量を増加させないとされていたが,この理論を用いて,情報量が増加する場合が存在することと証明した.この知見は,計算論的神経科学における常識を覆したという意味で,大変重要な結果であり,今後のこの分野の発展に大きな影響を与える.3.近年理論神経科学で重要視されている位相応答曲線に関して,SRMから位相応答曲線を導出する理論的枠組みを世界で初めて提案した.SRMは,閾値下の膜電位を記述するカーネル関数κと細胞の不応期を表す関数ηの二種類の関数で記述されている.この理論では位相応答曲線をκとηの二つの関数で陽に書くことができる.脳内での揺らぎのある神経細胞の活動に,外界の情報がどの程度埋め込まれているかの指標が相互情報量である.相互情報量は,情報理論でいう復号が最適に行われたときに,引き出せる情報量をあらわす.しかしながら脳内でつねに最適な復号が行われているとは限らない.そこで我々は,最適ではない復号が行われたときの情報量を用いて,脳内における情報の復号化がどれだけ簡略化され得るのかを調べる一般的な枠組みを提案した.この枠組みでは,まず最大エントロピー法によって, K次より上の発火相関を無視した復号化のモデルを階層的に構築する.次に,構築した復号化のモデルによって得られる相互情報量を計算し,復号の簡単化によって,どれだけの情報が失われてしまうかを調べる.

この枠組みによって,十分な情報を得るためには何次までの発火相関を考慮する必要があるのかを定量的に評価することができ,その結果としてどの程度の最適な復号を行うかに関する知見を得ることができる.スパイクの発射確率は通常同一実験条件の加算平均で求めていた.しかしながら,動物の実際の認知過程では,当然のことながら加算平均からスパイクの発射確率を求めているわけではない,動物はスパイクの発射確率をオンラインで計算しているのである.また最近のBrain Machine Interface技術の進展から,スパイクの発射確率λ(t)をオンラインで計算する手法が渇望されていた.我々は,本領域のメインテーマである情報統計力学的手法の一つである転送行列法をこの問題に適用し,これまで近似的に求められていた解を厳密に求める手法を提案した。これまでに提案した次元圧縮とクラスタリングを同時最適化する枠組みに関して,新しい手法を提案した.これまでの手法で混合ガウス分布モデルを用いたモデルでは,二段階の次元圧縮を行っていた.最初の段階では,主成分分析(PCA)を行い,寄与の大きな空間成分のみを残して,残りの補空間を無視した.次の段階で,白色化という操作で,残した空間の寄与を同じにした後に,クラスタリングが最もよく実現される低次元空間を求めた.今回は,これら二つの手続きを統一的にとり取り扱う手法を提案した.この手法では,ARD(Automatic Relevance Detemination)と呼ばれる次元選択の方法と,クラスタリングに基づく次元圧縮を組み合わせた.従来ARDとPCAを組み合わせた手法は提案されてきたが,PCAでは,多電極測定により生じるノイズに弱いと考えられていた.我々のARDとクラスタリングによる次元圧縮を組み合わせた手法は,この弱点を克服すると予想し,この手法を,これまで我々の従来手法で解析した側頭葉のデータとジュウシマツの歌に適用し,得られた結果から提案手法の特性を評価した.このようにして得られた提案手法の知見をもとに,この手法を脳神経系のデータだけでなく生命系全般に応用した.このプロジェクトのために研究支援者一人を雇用した.これまで本研究で取り扱ってきたベイズ推定では局所解の問題があった.近年ベイズ推定で用いられている事後確率を近似することにより,局所解のない問題に変換する事が提案されつつある.この枠組みを,これまで本研究で取り扱ってきた問題に適用することより,より高速に解を求めることができる手法を提案した.このプロジェクトのために研究支援者一人を雇用した.本年度は最終年度であるので,これまでの成果をまとめると共に,得られた成果の今後の発展につながるプロジェクトを適宜提案して遂行した.