hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨細胞を中心としたＦＧＦ２３－ｋｌｏｔｈｏシステムによる骨基質石灰化の調節機構

FGF23/klotho軸が破綻し血中リン濃度が上昇したkl/klマウスおよびαklotho-/-マウスを解析したところ、骨基質石灰化が亢進するのではなく、骨細胞周囲の骨基質ミネラルが流失していた。低リン食飼育したkl/klマウスでは、骨組織異常が改善されたが、αklotho-/-マウスでは骨組織の改善は認められなかった。さらに、低リン食を与えたkl/klマウスでは、腎臓のαklothoの発現がある程度、回復していた。よって、FGF23/klotho軸の破綻で生じる骨細胞周囲の基質石灰化異常は、血中リン濃度異常によるものではなく、別の要因で生じる可能性が示唆された。平成24年度では血中リン濃度上昇がPit1を介して細胞内Pi濃度上昇を誘導し骨細胞の機能分化に作用する可能性を検索した。そのため、FGF23/klotho軸が崩壊しており血中リン濃度が上昇しているklotho遺伝子欠損マウス(kl/klマウス)を用いて組織化学的・微細構造学的に解析を進めた。(1)野生型マウス、(2)kl/klマウス、(3)kl/klマウスにP・Ca調整飼料(P:0.22%・Ca:0.34%)低リン餌・低カルシウム餌を与えた群、(4)kl/klマウスにControl精製飼料(P:0.63%・Ca:0.9%)+塩酸セベラマー(3.0%)を与えた群では、kl/klマウスに比べて後者二群が血中リン濃度の低下を示したが、骨組織におけるPit1発現に大きな差は認められなかった。次に、kl/klマウスの骨組織を解析すると、骨基質ミネラルが流出した領域が観察され、そのような領域における骨細胞はDMP-1を過剰発現するとともに、その周囲および骨細胞自体が石灰化を受けていた。このような組織異常は野生型マウス以外全ての群で観察された。さらに、その周囲の骨細管も石灰化を示した。従って、これらの結果から、血中Pi濃度の上昇だけでは、骨細胞の機能異常を誘導することは難しいと考えられた。また、本研究の目的の一環であり、関連臓器である大動脈中膜の石灰化を検索したところ、kl/klマウスでは血管石灰化が誘導・亢進されたが、同週齢のαklotho-/-マウスでは血管石灰化をほとんど認めなかった。血中リン濃度は上昇している事から、血中リン濃度上昇だけでは骨組織異常を誘導するのに充分ではないと考え、現在、引き続き検索を行っている。なお、kl/klマウスにおける骨基質・骨細胞の異常については、現在、論文を投稿中である。平成25年度では、「FGF23-klothoシステムが骨細胞に直接作用して骨基質石灰化を調節する機序の解明」として、FGF23/klothoシグナルあるいは石灰化関連因子が骨細胞に作用し、周囲の骨基質石灰化に影響を与える可能性について検索を進める。また、klotho遺伝子のプロモーター領域に変異が起きたkl/klマウスではなく、遺伝子工学的に削除したαklotho遺伝子欠損マウスについても同様に解析を進める計画を立てた。その結果、低リン・低カルシウム食を与えたkl/klマウスでも骨組織における石灰化異常は改善されることが無いこと、また、αklotho-/-マウスもkl/klマウスと同様の骨組織異常を示していた。我々は、klotho欠損状態(kl/klおよびαklotho-/-)で骨細胞が過剰のDMP-1やオステオカルシンを産生することで、周囲の石灰化ミネラルが骨小腔に蓄積することを明らかにしている。また、FGF23-klothoシグナルとの関連性を今後検討する必要があるものの、骨細胞による周囲の骨基質溶解の可能性についても検索を進めており、PTH投与によってプロトンポンプのd1サブユニットが骨細胞で産生されている事、および、原子間力顕微鏡にて解析すると、骨細胞周囲の粘弾性が低下する事を確認している。従って、骨細胞が周囲の骨基質石灰化に与える可能性は非常に高いと推察している。さらに、我々は、アレンドロネートが直接、骨細胞に作用して、骨細胞を委縮または骨小腔を拡大する現象を見出しており、現在、本研究の追加実験として検索を進めている。一方、DMP-1 promoter cassetteにFGF23cDNAを組み込んだ骨細胞特異的FGF23発現トランスジェニックマウスについては、平成27年度にかけて作成・解析予定である。

平成27年度では、26年度から進めてきたaklotho-/-マウス、および、kl/klマウス(aklotho遺伝子の変異が入り、転写活性が著しく低下したマウス)における骨基質の変化、ならびに、aklothoやaklothoと結合するFGFR1c、さらに、そのリガンドであるFGF23の発現を解析した。その結果、平成26年度では見出せなかったaklotho-/-マウスとkl/klマウスの低リン・低カルシウム餌飼育に対する違いを組織化学的に見出している。含有されるリン・カルシウム濃度をさらに低下させた餌を与えた場合、aklotho-/-マウスでは骨基質における過剰なDMP-1産生、また、基質石灰化異常を改善することはできなかったが、kl/klマウスでは、一部、DMP1産生、骨組織の正常化などを誘導した。さらに、kl/klマウスの腎臓において、FGFR1cの発現は野生型マウスと変わらなかったが、aklothoの発現が若干上昇していた。kl/klマウスだけが骨組織の改善を示した理由として、血中のリン・カルシウムの低下(正常化)ではなく、aklotho発現がkl/klマウスで上昇したためと考察している。また、平成26年度に課題としてあげられたアレンドロネート(ALN)による骨細胞の委縮については、ALN投与で確かに骨細胞が委縮傾向を示すこと、しかし、FGF23/klotho軸には影響が無いことを組織化学的に確認している。さらに、kl/klマウスの血管石灰化に伴う骨基質が祐度されること、また、そこには骨細胞も存在し、FGF23を産生することも明らかにしている。今回の解析を行うにあたり、詳細なデータが求められることから、FIB-SEMおよび構造化照明顕微鏡法(SIM)といった新しい解析方法を導入できたことも技術的な成果と考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。細胞組織学、骨代謝学26年度が最終年度であるため、記入しない。Kl/klマウスに認められるFGF23/klotho軸の崩壊により血中リン濃度上昇が骨細胞およびその機能に対してどのような影響を与えるかについては、今回の一連の検索の結果、すなわち、血中リン濃度だけでは不十分であること、骨細胞に見られる異常を組織化学的に明らかにできたこと、本年度までの研究成果を論文投稿中であることから、おおむね順調に進展していると判断される。平成25年度では、「FGF23-klothoシステムが骨細胞に直接作用して骨基質石灰化を調節する機序の解明」を研究のテーマとしてきた。その結果はBoneに掲載されており、FGF23-klotho軸の破綻によって、単に、血清カルシウム・リンが物理化学的に骨基質に沈着するどころか、骨基質の石灰化は著しく抑制されていることを見出した。そのメカニズムとして、骨基質の石灰化ミネラルの流出が生じてしまう可能性、さらに、骨細胞におけるDMP-1・オステオカルシンの異常産生が骨細胞ネットワーク機能を破綻させることで、周囲の骨基質ミネラルを流出する可能性を指摘している。このことは、FGF23/klotho軸が骨細胞機能に重要な役割を果たしていると推察される。また、骨細胞には、周囲の骨基質石灰化を調整する能力があるかも検索しなければならず、その一端として、PTH投与による骨細胞周囲の骨基質石灰化を検索している。その結果、プロトンポンプのd1サブユニットが骨細胞で産生されている事、電子顕微鏡で骨小腔が拡大する事、および、原子間力顕微鏡にて解析すると、骨細胞周囲の粘弾性が低下する事を確認している。
顎関節症の病因論と治療による病態分析:開口時の3次元イメージ解析と治療学的応用

ヒトの最も進化した徴候は喉頭の下降であり,このために関節包が弛緩し頸椎の垂直化や下顎底の開大などとともに,顎関節症の発生原因として,過剰開口が誘発され,病態発生に関与する.これに伴う頭頚部の各種の随伴症状も問題化を呈することになった。この過剰開口時に生じる顔貌の異常変化を正貌および側貌から映像学的に分析し,治療学的資料を作成すべく,データ収集を行った.対象は,過剰開口癖を有する健常成人,顎関節症患者と悪性や良性腫瘍のために下顎の区域切除や半側切除手術を行った患者などである。これらを健常者群,即時や二次的再建群,下顎区域切除後の非再建群と3群に分類し,側頭筋前部,中部,および後部の各筋束群と咬筋のEMGを測定した.直径6mmの銀塩化銀表面電極を筋線維走行に沿って筋腹中央に電極間距離を20mmとして貼布し,周波数5000Hzで双極誘導し,筋電図解析ソフトAcqKnowledgeにより解析した.前方と側方には,2台のビデオカメラを設置し,毎秒60フレームの速度でコンピューターに取り込み,運動解析ソフトDynas 3D/Gにより3次元的に顎運動を解析し,顎関節症患者の過剰開口時に生じる顔貌変化や顎の偏位,またこれに伴う側頭筋と咬筋への影響を検討した.この結果,過剰開口を行っている患者の顔貌の横幅は,平均4.5mm巾,また最大11mm巾の顔面幅を増加させると同時に,顔全体が菱形を呈した.また,同時に測定したEMGによって,この過剰開口時には,側頭筋や咬筋は異常電位の発生を生じた.区域切除後の再建の有無や健常者群と比較すると,非再建例でのEMGは,咬筋の切除により,咬筋筋電位は減少し,側頭筋の後部筋束は増強した.これは,筋突起切除術併用の関係から側頭筋後部筋束の切離が不完全で残存している可能性や,あるいは側頭筋電位の代償性増強による結果と考えられた.これら結果を上記の各種患者の生理的開口訓練時にfeed backさせ応用すると,有用であることが判明した.ヒトの最も進化した徴候は喉頭の下降であり,このために関節包が弛緩し,頸椎の垂直化や下顎底の開大などとともに,顎関節症の発生原因として,過剰開口が誘発され,病態発生に関与することは間違いのない事実である.これに伴う頭頚部の各種の随伴症状も問題化を呈することになった。この過剰開口時に生じる顔貌の異常変化を正貌および側貌から映像学的に分析し,治療学的資料を作成すべく,データ収集を行った.対象は、過剰開口癖を有する健常成人,顎関節症患者と悪性や良性腫瘍のために下顎の区域切除や半側切除手術を行った患者などである。手術患者は,腸骨移植による即時再建例と将来再建予定例を対象にし、側頭筋と咬筋の筋電図を同時に測定すると同時に,3次元的イメージ解析装置を用い,顎関節症患者の過剰開口時に生じる顔貌変化と,これに伴う側頭筋と咬筋への影響筋電位を検討した.この結果、過剰開口を行っている患者の顔貌の横幅は,平均4.5mm巾,また最大11mm巾の顔面幅を増加させると同時に,顔全体が菱形を呈した.また,同時に測定したEMGによって,この過剰開口時には,側頭筋や咬筋は異常電位の発生を生じた.この結果を上記の各種患者の生理的開口訓練時に応用し,また訓練時にfeed back法として有用で,役立つことが判明した.ヒトの最も進化した徴候は喉頭の下降であり,このために関節包が弛緩し頸椎の垂直化や下顎底の開大などとともに,顎関節症の発生原因として,過剰開口が誘発され,病態発生に関与する.これに伴う頭頚部の各種の随伴症状も問題化を呈することになった。これらを健常者群,即時や二次的再建群,下顎区域切除後の非再建群と3群に分類し,側頭筋前部,中部,および後部の各筋束群と咬筋のEMGを測定した.直径6mmの銀塩化銀表面電極を筋線維走行に沿って筋腹中央に電極間距離を20mmとして貼布し,周波数5000Hzで双極誘導し,筋電図解析ソフトAcqKnowledgeにより解析した.前方と側方には,2台のビデオカメラを設置し,毎秒60フレームの速度でコンピューターに取り込み,運動解析ソフトDynas 3D/Gにより3次元的に顎運動を解析し,顎関節症患者の過剰開口時に生じる顔貌変化や顎の偏位,またこれに伴う側頭筋と咬筋への影響を検討した.この結果,過剰開口を行っている患者の顔貌の横幅は,平均4.5mm巾,また最大11mm巾の顔面幅を増加させると同時に,顔全体が菱形を呈した.また,同時に測定したEMGによって,この過剰開口時には,側頭筋や咬筋は異常電位の発生を生じた.区域切除後の再建の有無や健常者群と比較すると,非再建例でのEMGは,咬筋の切除により,咬筋筋電位は減少し,側頭筋の後部筋束は増強した.

これは,筋突起切除術併用の関係から側頭筋後部筋束の切離が不完全で残存している可能性や,あるいは側頭筋電位の代償性増強による結果と考えられた.これら結果を上記の各種患者の生理的開口訓練時にfeed backさせ応用すると,有用であることが判明した.
甲状腺TSH受容体の精製, 分布高圧構造とその臨床的意義

私達は人甲状腺〓胞上皮細胞におけるTSH-vecepterの局在の確認と種種の甲状腺疾患においてTSH-vecepterの局在性がどの様に変化するかを主として形態学的立場から解明することを試みた.TSH-vecepterの局在性の証明にはTSH-vecepterに対する抗体を作製することが第一段階である.私達はこのためTSH-vecepter抗体価の高い患者血清よりTSH-vecepter抗体を精製することをまず試みた.即ちブタ甲甲状腺精製膜を用い,患者血精と反応後,結合IgGを遊離し,精製抗体を得た.この抗体を用い人甲状腺組縞で蛍光抗体法を用いて染色した結果,〓胞上皮細胞のapical plasma membraeで陽性所見が得られた.又この抗体はimmunoblotting法にて分子量130,000の部位にbandを認める.しかしこの抗体は人TSHとの競合性は完全でなく,また甲状腺上皮細胞以上の組織でも陽性所見が得られることにより特異的なものとは考えられない.私達は次にTSH-veceptoを間接的に証明する方法としてvasoncogent productの電顕免疫組織化学を行った.vasoncogene productは細胞膜においてoed-eryl ate cyclaseのGTPregulationに関与することが知られている.その結果vas oncogene productは甲状腺〓胞細胞のapiccal plasma membraceのみに局在し,他のlateral,basal,plasmamembraceには局在しない.このことは先のTSH-vecepter抗体を用いた実験結果とよく一致した.又本年度の研究では,さらに上皮細胞増殖因子受容体(EGF-veceptor)の免疫組織化学的検討よりEGF-vecepterも又甲状腺〓胞細胞のapical plasmaに存在することが明らかとなった.以上の結果により, TSH-vecepterは甲状腺〓胞細胞のapical plasma membraceに存在する可能性が強く示唆された.又病的状態におけるTSH-vecepterの局在性の変化については現在さらに検討中である.私達は人甲状腺〓胞上皮細胞におけるTSH-vecepterの局在の確認と種種の甲状腺疾患においてTSH-vecepterの局在性がどの様に変化するかを主として形態学的立場から解明することを試みた.TSH-vecepterの局在性の証明にはTSH-vecepterに対する抗体を作製することが第一段階である.私達はこのためTSH-vecepter抗体価の高い患者血清よりTSH-vecepter抗体を精製することをまず試みた.即ちブタ甲甲状腺精製膜を用い,患者血精と反応後,結合IgGを遊離し,精製抗体を得た.この抗体を用い人甲状腺組縞で蛍光抗体法を用いて染色した結果,〓胞上皮細胞のapical plasma membraeで陽性所見が得られた.又この抗体はimmunoblotting法にて分子量130,000の部位にbandを認める.しかしこの抗体は人TSHとの競合性は完全でなく,また甲状腺上皮細胞以上の組織でも陽性所見が得られることにより特異的なものとは考えられない.私達は次にTSH-veceptoを間接的に証明する方法としてvasoncogent productの電顕免疫組織化学を行った.vasoncogene productは細胞膜においてoed-eryl ate cyclaseのGTPregulationに関与することが知られている.その結果vas oncogene productは甲状腺〓胞細胞のapiccal plasma membraceのみに局在し,他のlateral,basal,plasmamembraceには局在しない.このことは先のTSH-vecepter抗体を用いた実験結果とよく一致した.又本年度の研究では,さらに上皮細胞増殖因子受容体(EGF-veceptor)の免疫組織化学的検討よりEGF-vecepterも又甲状腺〓胞細胞のapical plasmaに存在することが明らかとなった.以上の結果により, TSH-vecepterは甲状腺〓胞細胞のapical plasma membraceに存在する可能性が強く示唆された.又病的状態におけるTSH-vecepterの局在性の変化については現在さらに検討中である.人甲状腺におけるTSH受容体の局在については、昨年度の奨励研究よりひき続きTBIIを精製することよりTSH受容体抗体を得ることを試みているが、まだ十分にSpecificな抗体の精製は得られていない。本年度私達は、TSH受容体の局在と密接に関連するras遺伝子産物の免疫学的局在を光顕電顕的に観察しTSH受容体との関連についての検討を行っている。ras遺伝子産物P21に対するモノクローナル抗体をSchlanより入手し、これを用いてLAT甲状腺の免疫電顕を行った。その結果ras P21は濾胞腔側細胞膜面にそって存在することが明らかとなりTSH受容体もこの部位に存在する可能性が示唆された。また人甲状腺癌、腺腫等の材料に関して光顕免疫組織化学を行なった結果、癌ではやはり濾胞腔側細胞膜に強く発現した。正常甲状腺ではras蛋白は細胞質に弱く染色されるのみで細胞膜には発現していなかった。今後更に、ras P21の他、epidormal growth factor受容体の局在とも関連づけ甲状腺でのTSH受容体の局在について検討していく予定である。
睡眠中に外界音が聞こえる過程を規定する要因の解明

睡眠中のヒトが環境の音を「聞く」しくみを,意識統合レベルとの対応関係から生理学的アプローチにより明らかにする。記録した脳波より得られる事象関連電位から外界音への脳の応答性を算出し,被験者自身の夢見報告との対応関係を示すことで,睡眠中に「聞こえた」という体験が生じるのに充たされるべき意識統合レベルと脳活動の要件を明確にする。本年度は睡眠学会やヨーロッパ睡眠学会等の学会に参加し,発表を行うことで必要な資料・情報収集や研究打ち合わせと実験を実施するための機器の選定,人材の確保を中心に行った。必要な生理学実験を実際に行う準備が順調に進められていると考えている。生理学的実験を行っていく。研究室の人手が少なくなったので,当初の想定よりも長期間実験を行う必要があると考えている。そのため,被験者確保の工夫や早めに取りかかり進めていくことなどを検討している。脳波測定に使用する機器の選定に時間がかかり,機器の購入に至らなかったため,次年度使用が生じた。次年度は,脳波測定に使用する機器の購入と,その機器を使用した実験を行う上で必要な各種デバイスの購入を行う予定である。
歯肉接合上皮の機能と接着のメカニズムに関する研究

歯肉接合上皮の機能と接着機能を究明する目的で、主としてヒトの歯と歯肉接合上皮の形態学的特徴を組織学的ならびに免疫組織化学的見地から検討を行った。歯肉接合上皮は細胞間隙が比較的広く開大している特徴がある。この細胞間隙は物質の通隙路となっている可能性があるといわれているが、上皮細胞の形態、細胞相互間の結合ならびに細胞骨格の状態などを三次元的に観察することによって、これらの細胞間隙は咀嚼時にそこに加わる種々の機械的な刺激に対応する役割も果たしている可能性があることが明らかとなった。接合上皮細胞は細胞の形態の他、細胞小器官、細胞骨格や種々の細胞内構造物の状態に部位特異性が認められる。これらの部位特異性は、接合上皮細胞の発生と分化ならびに顆粒状構造物、細胞間結合装置などの発達の程度、細胞の移動と脱落の過程とも相俟って、接合上皮の付着機能と大いに関連性があることが理解された。歯面に付着している接合上皮最表層の細胞は、全般的にGolgi apparatusをはじめ、種々の細胞小器官がよく発達しており、歯質側の細胞膜に多数の細胞膜湾入や小胞あるいは顆粒状構造物が多数認められることから、この接合上皮細胞は付着機能とも関連し、何らかの物質の合成、吸収ならびに分泌を旺盛に行っていると思われる状態を認めることができた。また、基底板に接している上皮細胞(細胞質と細胞膜)ならびに上皮付着に関与している構造物(hemidesmosomeとbasal lamina)などが、歯小皮を構成する成分の一部となる可能性の高いことが形態学的ならびに免疫組織化学的検索より確認された。歯肉溝を顕微鏡で観察すると、歯肉溝の底部は接合上皮細胞相互間が離開した部位に生じている状態が多く認められ、歯周ポケットの形成と拡大も、接合上皮自体の構造や機能と関連が深いことが明らかとなった。ヒト並びにサルの歯と歯肉を材料として、EDTAにて脱灰後凍結切片を作製し、それらの切片に一次抗体として抗インテグリンβ_4、抗Type IVコラーゲン、抗ラミニン並びに抗デスモプラキンを用いて免疫染色を施し、主として光学顕微鏡で観察した。また、歯小皮の形態学的観察には各種染色を施して光学顕微鏡並びに電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、接合上皮(付着上皮)と歯面との間に介在しているdental cuticleは、トルイジン青、エオジン、ピクリン酸、ウラン及び鉛などに好染する有機成分を主体とした構造物であることが確認された。また、このdental cuticleは抗インテグリンβ_4、抗Type IVコラーゲン、抗ラミニン並びに抗デスモプラキンのいずれに対しても陽性反応を示している状態が認められた。したがってdental cuticleが基底膜の構成成分として知られているラミニンやType IVコラーゲンを含んでいることは、基底膜もdental cuticleの構成成分の一部となる可能性のあることが確認された。また、hemidesmosomeの構成成分の一部であるとされているインテグリンβ_4並びにデスモプラキンもdental cuticleに存在することが確認されたことから、基底膜に付着している接合上皮のうち、hemidesmosomeを含む細胞膜の一部がdental cuticleの構成成分となる可能性のあることを示唆した我々の従来の形態学的所見を裏付けるものであることが判明した。

以上、本年度の研究により、dental cuticleの構成成分の一部は、接合上皮、特に基底膜に面している上皮細胞の細胞膜と上皮付着に関与している構造物(hemidesmosomeと基底膜)に由来する可能性のあることが明らかとなった。主としてヒトの歯(乳歯、永久歯)ならびにそれらの歯肉を材料として、脱灰凍結切片、未脱灰準超薄切片、脱灰準超薄切片、未脱灰超薄切片ならびに脱灰超薄切片を作製し、それらの切片に各種染色を施し、また一部の切片については未染色のままで光学ならびに透過電子顕微鏡で観察を行った。その結果、歯面あるいは歯小皮に基底板を介して付着している接合上皮最表層の細胞は、全般的にGolgi apparatusをはじめ、種々の細胞小器官がよく発達しており、歯質側の細胞膜に多数の細胞膜湾入や小胞あるいは顆粒状構造物が多数認められることから、この細胞は接合上皮の付着機能とも関連し、何らかの物質の合成、吸収ならびに分泌を旺盛に行っている可能性があることが示唆された。また、歯肉接合上皮は細胞の形態、細胞相互間の結合状態並びにtonofilamentを主体とした細胞骨格の配列方向などを三次元的に観察することによって、これらの細胞並びに広い細胞間隙は、咀嚼時にそこに加わる種々の機械的な刺激に対応する機能を備えていると思われる状態を認めることができた。さらに、免疫染色を施した切片による観察に関しては、平成12年度に行った光学顕微鏡による観察所見の再確認を行った上で、電子顕微鏡による観察を行った結果、歯小皮は抗インテグリンβ_4、抗Type IVコラーゲン、抗ラミニン並びに抗デスモプラキンのいずれに対しても陽性反応を示して、また、細胞内にみられる顆粒状構造物の一部も、抗インテグリンβ_4と抗デスモプラキンに陽性反応が認められられたことから、歯小皮が上皮細胞において産生される顆粒構造物の部に由来する可能性が示唆された。ヒト乳歯ならびに永久歯に歯肉を付着させたままの状態で抜去し,グルタールアルデヒドによる固定を行った試料について未脱灰超薄切片を作製して,主として透過電子顕微鏡で歯肉接合上皮細胞ならびに歯小皮の部位による微細構造学的特徴の変化について詳細に検討を行った.その結果,エナメル質ならびにセメント質の表面に歯小皮あるいは基底板を介して直接接している歯肉接合上皮の最表層の細胞のうち,特に歯頚部側に位置するものは細胞小器官が乏しく,未発達な細胞形態を呈しているが,その部より歯肉溝側に向かうにしたがつて細胞小器官が豊富になり,いわゆる吸収や分泌を旺盛に行っていると思われる状態が認められるようになっていた.しかし,歯肉溝に近い部位に位置する上皮細胞は,変性し脱落していくと思われる微細形態学的特徴を示すことが明らかとなった.また,そのような部位においては上皮細胞間が大きく離開しはじめる状態も認められる様になるが,依然としてそのような細胞も歯面に付着したままの状態を保持している場合が多いことが確かめられた.したがって歯肉溝の形成は歯面に付着している上皮細胞が歯面から剥離することから始まるのではなく,上皮細胞間で歯肉溝の形成,すなわち歯周ポケットの形成が開始することが電子顕微鏡による観察で証明された.歯小皮は部位によって厚さに差が認められ,なかには歯小皮が形成されず,直接接合上皮が基底板を介して歯面に接着して状態を認めることが出来ることから,歯小皮は必ずしも上皮が歯面に接着するために必要な構造物ではないと思われる状態が認められたことから,歯小皮に関しては上皮付着以外にその存在意義を求める研究が今後さらに必要となることが明らかとなった.
クリニカルIPEプログラムの必修化に向けた課題と学習効果の評価

専門職連携教育(Interprofessional Education、以下IPE)をクリニカル・クラークシップに導入し、実際の臨床現場におけるチーム医療実践能力の向上を目指すプログラムを開発、その教育効果を検証する。千葉大学では2015年からクリニカル・クラークシップへ医・薬・看護学生が参加するIPEプログラム(クリニカルIPE)の試行を行ってきた。本研究では、クリニカルIPEの必修化を念頭に、さらに参加人数と実施期間を増やし実施面での課題を検討する。さらに学生の専門職連携能力の向上を評価尺度CICS-29を用いて測定し、プログラムの有用性を検証する。平成28年度に実施したクリニカルIPEの臨床指導者に対するインタビュー調査結果を引き続き解析し、クリニカルIPEの効果と実施上の課題に対する分析結果を得、学会報告を行った。平成30年度は7月にクリニカルIPEプログラムを9病棟で実施した。参加した学生と臨床指導者に対し、実施後アンケート調査を実施し、昨年度に引き続き解析を行った。平成29年度まではクリニカルIPEの実施診療科数、参加学生数を拡大する傾向にあったが、平成30年度は看護学部の実施体制が変更となり実施病棟数、参加人数共に規模を縮小して実施することとなった。しかし実施体制を見直したことにより実施基盤の安定化が得られた。クリニカルIPEに至る前の臨床前のIPE授業の見直しも進んでおり、安定してプログラムの進捗を図る基盤づくりが進んだ。臨床指導者と学生に対するインタビュー調査の結果をまとめ、国内外の学会で発表した。さらにその成果を論文化する作業を進めている。次年度はさらに参加病棟を増やしてクリニカルIPEプログラムを実施する予定である。また研究成果を国内外の学会で報告し、論文化する予定である。平成28年度に実施したクリニカルIPEの臨床指導者に対するインタビュー調査結果を引き続き解析し、クリニカルIPEの効果と実施上の課題に対する分析結果を得た。その結果について国内外の学会で報告準備が整った。平成29年度は7月にクリニカルIPEプログラムを12病棟で実施した。参加した学生と臨床指導者に対し、実施後アンケート調査を実施し、解析を開始した。平成28年度に比べ平成29年度は、実施病棟数、参加人数共に増加して実施しすることができ継続してプログラムの拡大を行っている。臨床指導者と学生に対する調査も順調に行うことができた。また研究成果を国内外の学会で報告する予定である。アンケート解析の一部が次年度実施となったため
建設作業者の石綿暴露実態と石綿関連疾患の現状分析および予防対策に関する研究

1.建設作業現場では、石綿含有建材を切断・貼り付け等の作業にて、間欠的ではあれ高濃度の石綿の暴露を受けている。また、鉄工、電工、塗装工などは吹き付けられた石綿を掻き落としての作業などで石綿の暴露が避けられない。その他、多くの職種で石綿の直接ないし間接暴露を受けている。2.首都圏の建設作業者を対象とした胸膜肥厚斑の有所見者率を経時的に検討したところ、1983-1987年時点で0.82%、1997年時点で1.62%、2001年1.99%と急激な増加が確認された。また、これまでに剖検することができた建設作業者55名(年齢61.6歳)のうち48名87.3%に胸膜肥厚斑を認めた。3.定期健康診断で撮影した胸部レントゲン写真を利用して、石綿肺1型以上の者の有所見者率は6、268名中184名、2.94%であった。また、この間、首都圏の建設作業者の中から約180名の高度の石綿肺の例やびまん性胸膜肥厚、石綿胸膜炎を認め、業務上疾患としての手続きをした。その職種は解体作業者や空調保温作業者にとどまらず大工、左官、電工、配管などすべての職種に認められた。4.石綿肺合併肺癌および石綿関連肺癌もすべての職種に広がりをみせている。この間、建設作業者の肺癌336例について検討したところ、石綿肺合併肺癌126例38%、胸部レントゲン背腹像で胸膜肥厚斑を認めた者96例29%、胸部CTで胸膜肥厚斑を認めた者233例69%と336名中253例(75%)が石綿関連肺癌としての所見を示していた。5.悪性中皮腫47例を経験した。建設作業の全ての職種からの発症を認め、経年的に増加の傾向が著しい。6.東京、神奈川、埼玉の建設国保に加入する建設作業者についてProportionate Mortality Studyを実施したところ、肺癌(PMR1.24)、中皮腫(PMR2.39)の有意の増加を認めた。1.石綿暴露指標としての胸部レントゲン写真による胸膜肥厚斑の発生状況東京、神奈川、千葉、埼玉の建設労働者について一般健康診断で撮影した胸部レントゲン写真を精査したところ、胸膜肥厚斑は全体で1.75%であり、1985-1987年時点の調査と比較すると約2倍に増加していた。2.剖検による胸膜肥厚斑の発生状況この間、24名の建設労働者について剖検の機会を得た。このうち、4名(16.7%)がレントゲンで胸膜肥厚斑を認めたが、剖検では18名(75%)と高率に胸膜肥厚斑を認めた。3.建設労働者の悪性中皮腫首都圏の建設労働者の中から、11名の悪性中皮腫例を経験した。職種は、電工3例、大工2例、溶接工2例で、保温工、石工、ブロックエ、塗装工が各1例であり、いずれも石綿暴露が確認された。特に、電工の比率が高いことが今後の対策についても重要であると考えられた。4.石綿暴露予防対策について建設労働者の全国組織である全建総連、東京都連、神奈川県建設労連およびそれらの単位組織をこまめに訪問し、頻回に学習会を開催し、予防の重要性について講演した。

我が国の輸入石綿の95%以上が建築材料として消費されている。そのため、建設作業者は、空調・保温工など、古くから石綿を使用する作業に従事していたもののみならず、高濃度の石綿を含有するサイディング材を切断・貼り付け作業に従事するサイディング工など、高濃度の石綿暴露職種も新たに出現した。また、大工や瓦工、左官、水道配管、鉄工、塗装など、従来からの職種でもも低濃度ながら石綿の暴露を受ける職種も大幅に拡大した。これまでの検討で、建設作者業者では広範な職種に石綿暴露指標としての胸膜肥厚斑を認めたこと、胸膜肥厚斑の有所見者率がこの10年で約2倍に増加していることが明確となった。また、建設作業者の剖検による検討を続け、胸膜肥厚斑の剖検による有所見者率や肺内石綿量の検討を実施している。また、建設国保組合の協力を受けて、建設作業者の石綿肺の発掘や石綿関連肺癌の検討を続けている。あわせて、神奈川県建設連合国保組合の組合員を対象としてcohort研究を実施し、現在、観察中である。過去3年間の研究成果の概略は下記の通りである。1.建設作業現場では、建築材料を切断、貼り付け等の作業をすることにより、建材に含まれている石綿を受けている。こうした作業における曝露濃度は間歇的であれ、しばしば極めて高い濃度を示している。また、既設の建物を解体する作業でも石綿の曝露はさけられない。さらに、直接作業者以外でも、間接的に曝露を受けることは避けられず、現場で作業するすべての建設作業職種に石綿暴露の可能性があることは否定できない。2.首都圏の建設作業者を対象に胸膜肥厚斑の出現状況を検討した。その結果、1983-1987年の撮影で0.82%、1997年時点で1.62%、2001年で1.92%と増加の傾向が著明であった。また、職種別に見ても現業の全ての職種に胸膜肥厚斑の出現を認めた。3.神奈川県建設国保組合と協同で潜在化している石綿肺の掘り起こしをすすめた結果、これまでに23例の重症の石綿肺が発見された。職種別では、石綿吹きつけ作業者2例、空調・保温工2例、築炉工5例など、高濃度の石綿暴露が明確な職種以外に、ハツリ・解体工3例、配管工2例、電工1例、エレベーター設置作業者1例のほか、大工7例であった。これらは、石綿肺として業務上疾患として認定された例である。4.石綿関連肺癌として業務起因性が確認された肺癌は15例で、空調・保温工2例で、配管工2例、電工、左官、タイル、鉄骨、板金が各1例で、大工で6例が認定されるなど、全ての職種に及んでいる。5.石綿関連の悪性中皮腫として業務起因性が確認された悪性中皮腫は7例で、大工3例、電工2例、空調・保温工1例、ブロック工1例であった。また、首都圏での建設労働者の悪性中皮腫の発生は、埼玉5例、神奈川4例、東京15例と、近年になって発生が急激に増加している。6.神奈川県建設連合国保組合に加盟する建設作業者についてcohort mortality study(1992-1999)を実施したところ、以前より石綿暴露機会の多い空調、瓦、鳶、築炉作業者のみならず、鉄筋、鉄骨、左官、電工、配管、石工、塗装、雑役、サービスの職種で肺癌のリスクの増加が認められた。しかし、これまでのところ、大工での肺癌のリスクの増加は認められなかった。
リアルタイムPCRを用いた水媒伝染性植物病原菌の定量的検出

昨年度作成したPythium helicoidesおよびPhytophthora nicotianaeの種特異的プライマーとすでに当研究室でrDNA ITS領域から設計したプライマーについて、遺伝子のコピー数の種内変異を調べた。その結果、本研究で設計したプライマーはrDNA ITS領域由来のプライマーを用いた場合より変異の程度は低く、検出感度の菌株間差が少ないことから、定量に適していることが明らかになった。次に、このプライマーを用いた定量検出のため、サイバーグリーンによるリアルタイムPCRの条件設定を行った。サイバーグリーンを用いたリアルタイムPCRでは、非特異的な増幅が大きな問題となるため、非特異反応を抑制することが重要である。しかし、プライマーを通常の濃度でPCRしたところ、非特異的な増幅が認められた。そこで、感度が失われず、非特異的な増幅が見られない至適プライマー濃度とPCRの温度条件を明らかにした。また、環境サンプルからの菌の検出で最も重要であるDNAの抽出法について当研究室の方法と市販の抽出キットを比較し、至適抽出条件を明らかにした。これらの実験で明らかになったDNA抽出法およびPCR条件で、両菌の遊走子で汚染した水からDNAを抽出し、両菌に汚染された水耕溶液中の菌由来のDNA量を調べたところ、リアルタイムPCRにより菌量を推定することが可能となった。両菌の種特異的プライマーの設計、マルチプレックスPCRによる両菌の同時検出について、2006年9月にニュージーランドで開催された国際学会で発表し、Proceedingsとして3報にまとめた。リアルタイムPCRのためのPythium helicoidesおよびPhytophthora nicotianaeに特異的なプライマーを設計するため、2つの方法から実験を進めた。ひとつは、種の分類によく使われるリボゾームDNAのITS領域の塩基配列をデータベースより入手し、アライメント分析からそれぞれの種に特異的塩基配列からプライマーを設計した。もうひとつは、RAPD法により増幅した種特異的バンドからプライマーを設計した。後者の方法では、当該種とともに近縁種のゲノムDNAを抽出し、10塩基配列程度の短いプライマーを用いてPCRにより任意にDNAを増幅した。次に、PCR産物を電気泳動して、バンドパターンを比較し、種に特異的なバンドを探索した。特異的バンドからDNAを抽出し、ベクターに連結後、大腸菌を形質転換し、ベクター中の挿入バンド由来の塩基配列を決定した。この塩基配列からプライマーを設計した。リボゾームDNAのITS領域から設計したプライマーは、両種ともプライマー同士がアニーリングするプライマーダイマーの問題から、リアルタイムPCRには良いプライマーが設計できなかった。RAPD由来のプライマーについては、候補として数種類のプライマーを設計し、Phytophthora属菌及びその近縁属であるPhythium属菌に対する種特異性を検定した。その結果、それぞれの候補の内、各1組で種特異性がみられた。今後、このプライマーを用いてリアルタイムPCRによる定量が可能かどうか調べる。本年度は、設計したRythium helicoidesおよびPhytophthora nicotianaeの特異プライマーを用い、以下の4点について検討した。1.選抜したプライマーの検出限界2.選抜したプライマーを用いた発病植物からのPh.nicotianaeおよびP.helicoidesの検出人工接種によって発病したカランコエおよび実際の農家で発病したカランコエからの検出を行った。Ph.nicotianaeおよびP.helicoidesともに人工接種による発病個体、自然発生の発病個体ともにPCRにより検出できた。3.カランコエ農家の循環養液から分離された菌株のP.helicoidesプライマーによる同定ebb and flow灌水システムを導入しているカランコエ農家から採取した循環養液から分離した菌株について、形態による同定と選抜したプライマーをもちいたPCRによる同定を比較した。形態によりP.helicoidesであると同定した菌株は全てPCRによってもP.helicoidesであると同定でき、選抜したプライマーの正確性を確認できた。4.マルチプレックスPCRによるPh.nicotianaeおよびP.helicoidesの同時検出Ph.nicotianaeおよびP.helicoidesのプライマーを一つの反応チューブに入れて両種を同時に検出するマルチプレックスPCRを試みた。両プライマーの組み合わせの濃度を調整することにより、同時検出ができた。

両菌の種特異的プライマーの設計、マルチプレックスPCRによる両菌の同時検出について、2006年9月にニュージーランドで開催された国際学会で発表し、Proceedingsとして3報にまとめた。
酸化物新物質の創製と機能の探索

共同研究のパートナーであるヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとDr.Karppinenとは、高温超伝導物質結晶内のキャリア分布と超伝導特性の向上に関する実験および結果の検討を行った。ペンシルバニア州立大のProf.Schlomとは酸化物の薄膜形成と電子機能について討論した。1998年11月1213日には、"International Workshop on Chemical Desigh and Processing of High-T_cSuperconductors IV"をDr.KarppinenとProf.Schlomとともに開催し、本共同研究の今までの成果を発表した。またヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとはALE法による超伝導薄膜合成と、コンビナトリアルケミストリー法の材料開発への応用に関する研究協力を行った。主な成果は以下の通りである。●単位格子内ホール分布を自在に制御できる超伝導物質シリーズ、(Yb,Ca)(Ba,Sr)_2CU_3O_<7-d>を合成し、T_cを低下させずに不可逆磁場特性が大きく向上した試料の作製に成功した。ボンド・バレンス計算やX線吸収実験結果より、キャリアの分布を均一にすると、不可逆磁場特性が大きく向上することを見いだし、実際に物質を創製しこれを実証した。●Ba-Ca-Cu-O系で最も高い臨界温度126Kをもつが非常に不安定な超伝導物質を合成し、この相がBa_2Ca_2Cu_3O_y(0223相)であり、大気中で"水"を含むH_5Ba_2Ca_2Cu_3O_y(H-5223相)に変化する過程を初めて解明した。これら2相を比較すると、後者の不可逆磁場特性はむしろ優れており、磁場特性は構造よりもキャリアの空間分布異方性により支配されることがわかった。●酸化物ヘテロ接合の完全制御をめざし、酸化物最表面構造の実空間原子レベル同定技術を確立し、成膜条件と結晶成長表面の定量的な相関を解明した。●新奇な磁気特性創成をめざし、強磁性酸化物におけるナノワイヤー、ナノドット低次元構造の構築に成功し、磁気特性の次元依存性についての基礎的知見を得ることができた。●レーザーMBEをベースとするコンビナトリアルレーザーMBEおよび超格子製造装置のコンセプトを提案してこれを作製し、原子レベルで制御した多層薄膜のパラレル合成に世界で初めて成功した。また、室温紫外レーザー光の発振を見出したZnOナノドット膜のバンドギャップ制御に、コンビナトリアルレーザーMBE法が極めて有効な手法であることを明らかにした。セラミックス薄膜の原子レベル制御技術について、特に基板最表面原子層の同定とレーザーMBEによる最表面原子層の変換技術を確立した。この結果、その表面上にヘテロエピタキシ-を行う際、界面形成反応が原子レベルで制御できるようになった。SrTiO3の湿式処理後の最表面原子層はTiO2面であるが、SrOを1原子層堆積すると、この表面はSrO最表面のSrTiO3とみなすことができる。さらにYBCOを堆積すると、SrO表面上では理想的なエピタキシ-が進行するのに対して、TiO2面上ではCuOの析出物が発生する。最表面原子層の違いは、成長様式を制御する根本的な要因であることを明らかにした。ペン州立大学のシュローム教授とはMBEの原子線流束を測定する光学的手法と酸化物薄膜用の新単結晶基板の探索に関する共同研究を行い、1%以下の精度で流束を測定する技術を確立し、La-Sr-Al-Ta-O系新単結晶物質の可能性を明らかにした。ヘルシンキ工科大のニ-ニスト教授とは、CVDとレーザーMBEにおいて原子層エピタキシ-の制御要因を整理し、その類似点と相違点を浮き彫りにした。今後は、自己制御性を取り入れる工夫について共同で研究を進める。銅酸化物高温超電導物質の超伝導発現機構について、結晶構造内の原子位置より超伝導発現に必須なホール量を算出するにあたって、ボンド・バレンス・サムを適用する手法を開発した。この手法を用いて計算を行ったところ、ホールはCuO2面内では銅ではなく酸素により多く存在していることがわかった。さらに、多くの枚数のCuO2面を持つ超伝導物質のホール量をCuO2面ごとに比較したところ、頂点酸素を持つ外側のCuO2面よりも内側のCuO2面により多くのホールが閉じこめられていることが判明した。ヘルシンキ工科大学のカルピネン博士とはLaCuO3の高圧合成を行った。また、このホール量算出の手法を用いて、これまで得られた超伝導物質のホール量を計算し、異なる臨界温度を持つ超伝導物質に対してそれぞれホール量を算出した。今後は、臨界温度を直接算出する方法の開発、CuO2面に隣接する異なる原子がホールド-ピングにどの程度寄与しているかについて、共同で研究を行う。本年度は、(1)超高圧法を用いた「強」オーバードープHg-1223相の創製、(2)オーバード-ピング状態を利用した高臨界電流・高不可逆磁場超伝導体の開発、(3)"0112"相酸化物の物性と関連新物質の合成、(4)高温超伝導トンネル接合、(5)酸化亜鉛紫外レーザー、(6)低次元無機物質のコンビナトリアルケミストリーについて重点的に研究活動を行った。

また、酸化物のエレクトロニクス応用を具体的に産業化するルートを探るべく、本研究のメンバーを中心に組織した会議の継続会議である第4回酸化物エレクトロニクスシンポジウムに全員で参加し、議事をリ-ドすると共に、川崎助教授を中心とする第5回の組織委員会を結成し、更なる酸化物エレクトロニクスの発展を企画中である。おのおのの研究成果について以下に記す。(1)高酸素分圧下で合成することにより、最も高いTcをもつ構造であるHg-1223でオーバードープの試料を作製することに成功した。(2)Hg-1223、Cu-1223相をオーバードープ状態にすることにより、よりTcの高い最適ドープ状態やアンダードープ状態の試料より臨界電流密度と不可逆磁場特性が優れていることを見いだした。この結果、結晶構造内のキャリア分布を測定、最適化することによりTcのみならず不可逆磁場特性まで支配できるという新しいコンセプトを提案した。(3)電荷供給層が最も薄い"0112"層状銅酸化物の合成に初めて成功した。この物質が出来たことにより、より高い不可逆磁場特性をもつ超伝導物質の実現への道を拓いた。(4)電流電圧特性に飛びとヒステリシスを伴う積層型接合の作製に初めて成功した。背には、分担者らが開発してきたレーザーMBE法による酸化物エピタキシ-の原子レベル制御技術の進展が大きく寄与した。(5)室温での励起子による紫外レーザー発振を初めて確認し、デバイス化へ向けたバンドギャップエンジニアリングや超格子化の要素技術を確立した。(6)主に装置開発を行った。基板上に組成のことなる薄膜を1000ピクセル以上集積化するめどをつけた。さらに、超格子をRHEED振動を確認しながら、一つの基板上に複数個同時に形成するための、走査型RHEEDの要素技術を確立した。共同研究のパートナーであるヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとDr.Karppinenとは、高温超伝導物質結晶内のキャリア分布と超伝導特性の向上に関する実験および結果の検討を行った。ペンシルバニア州立大のProf.Schlomとは酸化物の薄膜形成と電子機能について討論した。1998年11月1213日には、"International Workshop on Chemical Desigh and Processing of High-T_cSuperconductors IV"をDr.KarppinenとProf.Schlomとともに開催し、本共同研究の今までの成果を発表した。またヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとはALE法による超伝導薄膜合成と、コンビナトリアルケミストリー法の材料開発への応用に関する研究協力を行った。主な成果は以下の通りである。●単位格子内ホール分布を自在に制御できる超伝導物質シリーズ、(Yb,Ca)(Ba,Sr)_2CU_3O_<7-d>を合成し、T_cを低下させずに不可逆磁場特性が大きく向上した試料の作製に成功した。ボンド・バレンス計算やX線吸収実験結果より、キャリアの分布を均一にすると、不可逆磁場特性が大きく向上することを見いだし、実際に物質を創製しこれを実証した。●Ba-Ca-Cu-O系で最も高い臨界温度126Kをもつが非常に不安定な超伝導物質を合成し、この相がBa_2Ca_2Cu_3O_y(0223相)であり、大気中で"水"を含むH_5Ba_2Ca_2Cu_3O_y(H-5223相)に変化する過程を初めて解明した。これら2相を比較すると、後者の不可逆磁場
ヘテロ型クラスタ計算機上でのペタスケール大規模データ処理

次世代のヘテロ型アーキテクチャ上での大規模データ処理の実現のための基盤技術の確立を目的として,GPUを搭載したヘテロ型クラスタ計算機向けのMapReduce処理系の研究開発を進めた.TSUBAME2.0スーパーコンピュータ上で256ノード,768GPUを用いて,MapReduceモデルを採用したグラフ処理アプリケーションを対象に実行し,大規模実行における性能のスケーラビリティ,ボトルネックを明らかにし,さらに次世代の超大規模データ処理基盤の実現のための礎を築いた.本年度は,前年度までの成果に基づき,MapReduceシステムの大規模環境での実行に注力した.具体的には,単一GPU向けの既存のMapReduce処理系であるMarsを,複数GPU向けの拡張を進め,GPUアクセラレータを搭載した大規模ヘテロ型スーパーコンピュータ(スパコン)上で効率的に実行するための最適化を行った.更に,拡張したMarsの実装上に,MapReduceプログラミングモデルに基づいたペタバイト級の大規模グラフ処理手法であるGIM-Vと呼ばれる行列ベクトル積の処理モデルを適用し,ページランクアプリケーションを開発した.GIM-Vによるページランクアルゴリズムを,TSUBAME2.0上の256ノード,768GPUを用いて実行したところ,2^30(10億7千万)頂点,2^34(172億)枝のグラフに対して87.04ME/sの性能を達成することを確認し,また,2^29頂点, 2^34枝を超えるグラフに対して,CPUのみを用いる場合と比較して1.52倍の高速化を確認した.一方で,shuffle処理,reduce処理における性能低下やオーバーヘッドを確認した.また,これらの経験を元に,更なる大規模計算環境へ適用や性能最適化,最新デバイス機能の適用を目的に,数千数万のアクセラレータを搭載したスパコン上でのデータ並列処理を目指したソフトウェア基盤としてHamar(Highly Accelerated MapReduce)の開発を進めた.次世代のヘテロ型アーキテクチャ上での大規模データ処理の実現のための基盤技術の確立を目的として,GPUを搭載したヘテロ型クラスタ計算機向けのMapReduce処理系の研究開発を進めた.TSUBAME2.0スーパーコンピュータ上で256ノード,768GPUを用いて,MapReduceモデルを採用したグラフ処理アプリケーションを対象に実行し,大規模実行における性能のスケーラビリティ,ボトルネックを明らかにし,さらに次世代の超大規模データ処理基盤の実現のための礎を築いた.本年度は、汎用CPUコアとGPUアクセラレータが混在したヘテロ型クラスタ計算機を対象にしたMapReduceシステムの基本的な設計と実装を行った。まず、実アプリケーションでのGPU上のMapReduce処理の性能特性を明らかにするために、1台の計算ノード上のGPUを対象にした既存のMapReduce実装であるMarsに対して、Generalized Iterative Matrix-Vector multiplication(GIM-V)モデルによるグラフ処理、具体的には、PageRank(PR), Random Walk with Restart(RWR), Connected Components(CC)を実装し、HadoopによるGIM-V処理実装であるPEGASUSとの比較を行った。その結果、1反復あたり、PRで2.179.53倍、RWRで2.185.47倍、CCで2.418.46倍の高速化を確認し、GPUによるMapReduce処理の有効性を示した。更に、Marsに対して複数ノード上のGPUを使用したMapReduceの実行を可能にする拡張を行った。この拡張したMapReduceに対して、GIM-VモデルによるPageRankを実装し、TSUBAME2.0スーパーコンピュータ上の64ノード、64GPUを使用して実行したところ、Map処理が7.17倍の高速化を示すことを確認した。一方で、Sort, Reduce処理では高速化を示さず、性能改善の余地があることを確認した。これは、GPU毎の負荷やデータ転送量が不均衡になることが要因であることを確認しており、更に大規模なヘテロ型クラスタ計算機上で、効率的なMapReduce処理を実現するためには、GPU毎のタスクスケジューリング、データ割り当てなどの動的な自動チューニングが必要であるという指針を得た。GPUアクセラレータを用いたMapReduce処理を、実アプリケーションであるグラフ処理に適用し、TSUBAME2.0スーパーコンピュータ上の64台、64GPU以上で実行することで、大規模ヘテロ型クラスタ計算機上での複数GPUを用いたMapReudce処理のスケーラビリティとボトルネックを定量的に示すことができ、更なる大規模環境への適用に向けての指針を得た。一方で、MapReudce処理中のタスク、I/Oのモニタリングについては現状では限定的にしかできていない点が課題であり、これらの実行時の精緻なプロファイル情報の取得が今後の課題である。また、ソフトウェアの公開の点に関しては、現時点では本年度の研究成果に関する論文が国際学会に未採択であるため、未達成であり、今後の課題となっている。次年度は、まず、進捗がおくれているMapReudceのタスクのモニタリングに注力しつつ、更に大規模なデータ(数TB数十TB)に関するI/Oを効率的に行う手法の開発が目標である。一方、現在、実装で用いているGPU上のMapReduce処理系は、最新のFermi, Keplar世代のNVIDIA GPUに対応しておらず、GPUの性能を活かしきれていないことが問題になっており、この点の改善も行う。平成23年度の研究費に残額が生じたが、これは事務処理上の伝票の遅着によるものであり、研究の全体計画には影響はない。平成24年度は、基本的には、現在実装を進めているGPU上でのMapReduce処理系をTSUBAME2.0スーパーコンピュータ上で大規模に実行するための費用にあてる。
人間の福利を高める沿岸域の自然資本保全戦略の構築

人間の心理的幸福感(福利:well-being)を高める沿岸域の自然資本の保全・管理に向けた戦略を構築する。自然(沿岸域)と人間(社会)のよりよい繋がり方を模索し、沿岸域と共生する持続可能な社会を実現するためには、沿岸域から享受する人間の福利の把握が重要となる。なぜならば、「福利」という心理的側面は、人間の行動や感情を喚起・継続させる要因となるからである。本研究では「自然の恵み(生態系サービス)から享受する福利を評価する手法を確立」するとともに「福利の構造と、その変動要因を明らかにするため地域特性比較」を行う。さらに、「沿岸域⇔人間社会の相互依存的な関係の解析から具体的な保全戦略を構築」する。