人工知能（AI）技術の急速な発展に伴い、深層学習は複雑なタスクにおいて顕著な進展を遂げてきました。しかし、深層学習の成功は、大量のラベル付きデータに大きく依存しており、データのラベル付けプロセスは時間がかかる上に、労力がかかり、専門的知識も必要とするため、コストが高いという課題があります。特に、ロボットスキル学習、触媒発見、薬物発見、タンパク質生産最適化などの専門分野では、ラベル付きデータの取得が特に困難で、コストも高くなります。この問題を解決するため、深層ベイジアン能動学習（Deep Bayesian Active Learning, DBAL）が登場しました。DBALは、最も情報量の多いデータを能動的に選択してラベル付けすることで、ラベル付けの効率を大幅に向上させ、限られたラベル付きデー...

形状最適化と形状変形問題のためのプログラマブル環境「Morpho」の開発と応用 学術的背景 ソフトマテリアル（soft materials）は、特にソフトロボティクス、構造流体、バイオマテリアル、粒子媒体などの科学および工学分野において重要な役割を果たしています。これらの材料は、機械的、電磁的、または化学的な刺激を受けると劇的に形状を変化させます。これらの形状変化を理解し予測することは、設計の最適化とその背後にある物理的メカニズムの理解において重要です。しかし、形状最適化問題は通常非常に複雑であり、既存のシミュレーションツールは機能が限られているか、汎用性に欠けるため、研究者はこれらの問題に取り組む際に多くの課題に直面しています。 この課題を解決するために、研究者は形状最適化問題のための汎用...

動的視覚刺激生成のための時空間スタイル転送アルゴリズムに関する研究報告 学術的背景 視覚情報の符号化と処理は、神経科学および視覚科学分野における重要な研究テーマです。ディープラーニング技術の急速な発展に伴い、人工視覚システムと生物学的視覚システムの類似性を研究することが注目を集めています。しかし、特定の仮説を検証するための適切な動的視覚刺激を生成する方法は、依然として不足しています。既存の静的画像生成手法は大きな進展を遂げていますが、動的視覚刺激の処理においては、柔軟性の不足や生成結果が自然な視覚環境の統計的特性から乖離するなどの問題が残されています。そこで、研究者たちは「時空間スタイル転送（Spatiotemporal Style Transfer, STST）」というアルゴリズムを開発し...

シミュレーテッドアニーリングアルゴリズムを用いた重み付きネットワークのランダム化研究 背景紹介 神経科学の分野において、コネクトミクス（connectomics） は、脳の神経ネットワークの構造と機能を研究する重要な分野です。現代のイメージング技術の発展により、研究者は生物学的に意義深いエッジ重み（edge weights） を大量に取得できるようになりました。これらの重み情報は、脳ネットワークの組織と機能を理解する上で極めて重要です。しかし、重み付きネットワーク分析がコネクトミクスで普及しているにもかかわらず、既存のネットワークランダム化モデルの多くはバイナリノード次数（binary node degree） のみを保持し、エッジ重みの重要性を無視しています。これにより、ネットワーク特徴の...

導入 近年、偏微分方程式（Partial Differential Equations, PDEs）を数値的に解くことは、工学や医学など幅広い分野で重要な役割を果たしています。これらの手法は、トポロジーや設計最適化、臨床予測などにおいて大きな効果を上げています。しかし、複数の幾何学的形状で繰り返し問題を解くための計算コストが非常に高いため、多くの場面で実用的でなくなることがあります。これに対し、異なる幾何学的条件下でのPDE解の効率を向上させる手法の開発は、近年の科学機械学習分野における研究の焦点となっています。 論文の背景と出典 『A Scalable Framework for Learning the Geometry-Dependent Solution Operators of P...

ジェノタイプ表現グラフ（GRG）に基づく研究：バイオデータ分析効率の向上を実現する新たなフレームワーク 学術的背景と研究の動機 シーケンシング技術の急速な進歩に伴い、特に人間の疾病関連研究分野において、大規模なゲノムデータの収集がますます一般的になってきています。2023年末には、英国バイオバンク（UK Biobank）がそのクラウドコンピューティングプラットフォーム上で約50万件の全ゲノムデータをリリースし、そのうち20万件が位相（phased）処理が完了しました。このような膨大なデータセットは研究に前例のない機会を提供しますが、同時に新たな課題ももたらします。すなわち、これほど大規模なゲノムデータを効率的に符号化し分析するにはどうすればよいかという課題です。伝統的な2次元の表形式データ構...

無定形前駆体からの結晶出現の予測：ディープラーニングがもたらす材料科学の新たな突破口 背景紹介 結晶が無定形物質から徐々に生成されるプロセスは、自然界から実験室まで広く重要な意義を持っています。このプロセスは地質から生物現象に至るまで様々な現象に見られ、新材料の開発においても中心的な役割を果たしています。しかし、無定形状態から結晶態への変換において、最初に現れるのはしばしば熱力学的に安定な状態ではなく、準安定状態（metastable state）の結晶です。この準安定状態の形成は「オストワルドの法則」によって説明され、無定形前駆体（amorphous precursor）と類似した局所構造を持つ結晶が優先的に核生成しやすいとされています。 無定形材料の結晶化プロセス、特にそのエネルギーラン...

大規模言語モデルは虚偽情報にどう対応するのか？—LLMsを基盤とした深掘り研究 現代の情報が急速に拡散するデジタル時代において、虚偽情報（misinformation）やフェイクニュース（fake news）の拡散は、社会的な重大課題となっています。インターネットやソーシャルメディアの普及により、情報共有のハードルが大幅に下がり、誰でも未検証のままコンテンツを拡散できるようになりました。その一方で、ソーシャルプラットフォームのアルゴリズムは、議論を呼ぶ内容や感情を強く揺さぶる内容を優先的に表示する傾向があり、誤解を招く情報の拡散を加速させています。さらに、生成型人工知能（generative artificial intelligence）、特に大規模言語モデル（Large Language...

部門ベースのペアトレーディング戦略と革新的な銘柄選択技術の深掘り 背景と研究目的 ペアトレーディング戦略（Pairs Trading Strategy, PTS）は、金融市場で長年使用されている人気のあるアービトラージ戦略であり、その核心理念は、高度に相関する2つの株式間の相対的パフォーマンスを活用し、価格の一時的な偏差から利益を得ることにあります。しかし、従来のペアトレーディング戦略は主に平均回帰理論に基づいており、株価スプレッド（差額、Spread）がその歴史的平均に回帰すると仮定しています。実務では、トレーダーは通常、相関分析や共積分分析（Cointegration）を通じてペアを選択し、統計モデルに基づいてポジショニングシグナルを生成して利益を最大化します。 従来のPTSは広く使用さ...

多目的進化的最適化による移民定住問題解決の新たなフレームワークに関する研究報告 グローバル化の進展が加速し、社会経済的背景が変化する中、移民（migrants）現象は無視できない世界的なトレンドとなっています。人道的支援の観点や、グローバル経済の持続可能な発展の観点から、移民を効果的に管理し定住させることは、複雑で重要な課題となっています。統計データによると、2019年現在、国際移民の総数は2.72億人に達しており、従来の予測をはるかに上回る成長を示しています。そして、この現象は将来も続くとされています。しかし一方で、移民定住のプロセスには多くの課題が伴います。例えば、どのように移民の雇用率を向上させるのか、またどのように適切な定住地に移民を合理的に配置するのかといった問題です。これらの問い...