hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
物流からみた戦間期日本の分業構造の分析－四大都市圏の形成・発展－

平成29年度は、論文執筆およびその刊行、さらに博士論文の提出を目標に研究を進めた。その結果、論文を2本、刊行することができたことに加え、博士論文も提出することができた。2本の論文は、商品流通の制度的基盤について、輸出振興政策をとりあげ分析したものである。1本目は、輸出斡旋機関について、その展開および運営を明らかにした。輸出振興機関は、外務省、農商務省(商工省)といった国の機関と並行して、大阪をはじめとする地方でも整備が進んだ。このような国と地方の重層的な情報ネットワークは、日本の輸出拡大を情報面から支えていたことを実証した。2本目は、輸出振興政策について、1930年に成立した輸出補償法に焦点を当て、制定過程や法改正などを踏まえ、その意義について論じた。また輸出補償法の改正過程についても、その対象国および補償率が拡大および、名古屋市や大阪市といった地方との連携のもとで展開を明らかにした。これら2本の論文に加えて、『貨物集散統計』などの資料を用いて、両大戦間期日本の大都市を対象に、商品流通の観点から国内分業および国際分業構造を分析した。具体的には、戦間期日本における3大都市(東京市、大阪市、名古屋市)について、商品流通の定量的な分析から、それぞれの分業構造を概観した。さらに、戦間期における代表的工業製品である綿布について、大阪を対象にその流通構造を検討した。また、両大戦間期における雑貨輸出について、東京と大阪の比較の観点を踏まえて、その拡大の要因を検討した。さらに、1930年代の大阪における重化学工業化について、貨物集散統計を用いて分業関係の広がり、およびその特徴を明らかにした。これらを組み合わせることで、「両大戦間期日本の地域間分業構造ー大阪市の貨物集散とその制度的基盤ー」のタイトルで、京都大学博士(経済学)を取得した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、「物流からみた戦間期日本の分業構造の分析ー四大都市圏の形成・発展ー」というテーマのもと、研究を進めてきた。その研究目的は、以下の2点である。第1に、物流の統計を分析から国内の地域間の分業を、さらに貿易の分析から国際分業をそれぞれ論じる。また第2に、都市圏の発展形態の差異に着目し、日本の地域構造や都市間分業の分析に有効なモデルを、歴史的アプローチから導き出すことである。平成27年度は、国際分業に重点を置いて研究を進めた。とりわけ、国と地方行政団体のそれぞれの観点から、貿易振興政策がどのように展開されたのかを中心に研究を進めた。具体的には、1輸出振興のための貿易斡旋機関の展開について、2輸出振興のための「輸出補償制度」について、の2点である。本年度はこれに伴う一次史料の収集と、研究報告、投稿用論文の執筆を行った。1については、貿易斡旋機関、すなわち通商情報を収集し、それを公表する機関について、その分析をおこなった。先行研究ではフォローされていない1930年代を中心に、国さらには地方行政団体の活動について分析した。国の貿易斡旋機関は、外務省と商工省が運営しており、地方の貿易斡旋機関については、大阪府市をはじめ多くの行政団体がそれを設置していた。それらの各主体の関係性について、さらにはそれらが戦時経済の状況下でいかに変化したのかについて、考察した。2については、外務省外交史料館文書や名古屋市市政資料館等で収集した一次資料をもとに、「輸出補償法」を分析した。本法の成立過程、実際の運用について、さらに戦時経済の下での改正について、それぞれ一次資料に基づく研究を行った。その結果、商工省や外務省、大蔵省といった関係省の間の議論や、運用におけるそれぞれの省の役割を分析したほか、地方行政団体の本制度における役割について明らかにした。本年度において、先述の通り、国際分業に焦点を当てて分析を行った。本研究は、日本の各工業地帯における、国際分業と国内分業の双方を分析することを目的としている。そのため、国際分業の研究は、おおむね本研究の半分にあたる。平成28年度は、国内の分業、とりわけ大阪と東京の地域間比較について分析を進めた。具体的には、1雑貨輸出について分析した。戦間期、とりわけ1930年代において、日本は輸出を急速に拡大させた。輸出先においても、それまでの中国、アメリカ等に加え、新たに満洲や、さらに中南米やアフリカなどといった地域へ、全世界的に拡大した。その拡大における、雑貨品の輸出に焦点にあて、統計などから定量的なデータを示すと同時に、その拡大を成し遂げた要因として、地方公共団体の輸出振興政策について論じた。地方の産業政策に加え、地方間の競争という2つの観点から分析することで、大阪の雑貨輸出に対する積極性と東京の国内市場を重視する産業振興政策について明らかにした。戦前期において、大阪・東京ともに積極的な輸出振興を展開していた。さらに、当時は大阪が先進的な取組みを行っており、東京は大阪のフォロワーという立場であった。両地方は先に述べた研究目的の視点の分析に適しており、現在は論文執筆中である。また、平成28年度の活動として、他にも2綿織物の集散についても同様に分析を続けている。物流の統計から戦間期日本の分業構造を読み解くことは、先に述べた通りである。その際に、綿織物に焦点を当てて、具体的に分析する。綿織物は大きく内地向けと輸出向けの2つに分けられる。

綿織物は主にアジアに輸出されることもあり、輸出向け綿織物については大阪が集散地の役割を果たしていた。それに加え、内地向け綿織物についても、大阪は集散地であり、港湾・鉄道インフラに加え、商社の集積、および染色加工部門の関西集中が相まって大阪の構造は戦間期を通じてその規模は拡大し続けた。一方東京は、雑貨に引き続いてその販路は東京近辺の市場に集中していった。この論文も現在執筆中である。本年度、上記「研究実績の概要」で述べたように、雑貨輸出について、さらに綿織物の集散について、という2つの研究を進めてきた。このことは、本研究課題(物流から見た戦間期日本の分業構造の分析)の課題において、2つの側面のうち、1つを明らかにすることができたと考える。つまり、戦間期日本の分業について、国際分業・国内分業と分けるところの国際分業パートについての研究を終えたことになる。戦間期日本の輸出において、最も重要な輸出品目が、綿織物を代表とする繊維製品と、雑貨であった。その輸出構造を明らかにすることは、戦間期日本の国際分業について、物流の観点から様々な観点を明らかにした。さらに、綿織物の集散については、雑貨化のように輸出基地=生産地(大阪)のような構造ではなく、その生産地は全国にわたっていた。全国展開された生産と、その製品の輸出を明らかにした、という点で、国際分業のみならず、国内分業について、研究をすすめる礎となっている。また、主要学術誌に対し、複数稿の論文を投稿するなど、積極的な論文執筆にも取り組んだ。このような活動とともに、経済史関係の学会においても、多くの研究報告を行った。例をあげれば、社会経済史学会第85回全国大会(題:「1930年代の新市場輸出拡大ー輸出補償法の分析を中心にー」2016年6月11日)経営史学会関西部会(題:「戦前日本の輸出振興政策ー通商情報・市場調査についてー」、2016年6月25日)政治経済学・経済史学会全国大会(題:「戦間期日本の雑貨品輸出ー東京と大阪の地域間比較の観点からー」10月22日)などである。平成29年度は、論文執筆およびその刊行、さらに博士論文の提出を目標に研究を進めた。その結果、論文を2本、刊行することができたことに加え、博士論文も提出することができた。2本の論文は、商品流通の制度的基盤について、輸出振興政策をとりあげ分析したものである。1本目は、輸出斡旋機関について、その展開および運営を明らかにした。輸出振興機関は、外務省、農商務省(商工省)といった国の機関と並行して、大阪をはじめとする地方でも整備が進んだ。このような国と地方の重層的な情報ネットワークは、日本の輸出拡大を情報面から支えていたことを実証した。2本目は、輸出振興政策について、1930年に成立した輸出補償法に焦点を当て、制定過程や法改正などを踏まえ、その意義について論じた。また輸出補償法の改正過程についても、その対象国および補償率が拡大および、名古屋市や大阪市といった地方との連携のもとで展開を明らかにした。これら2本の論文に加えて、『貨物集散統計』などの資料を用いて、両大戦間期日本の大都市を対象に、商品流通の観点から国内分業および国際分業構造を分析した。
スポーツマウスガード装着者に対する脳機能を用いた評価

マウスガードの装着はスポーツ外傷の予防・軽減に効果があり,平衡機能の向上など運動機能に影響を与えることが報告されている.本研究では、マウスガード装着が競技者に与えるストレスと重心動揺および握力に及ぼす影響について検討した.その結果,マウスガード装着により安定した咬合接触の獲得,競技者へのストレスの増加,パフォーマンスへの悪影響を与えることなく,スポーツ外傷の予防・軽減に寄与できることが示唆された.スポーツマウスガードの装着は,口腔内の損傷を予防するだけでなく身体バランス感覚を向上する効果があるが,その作用機序は明らかではない.また,顎口腔領域の受傷経験者に対するマウスガードの装着は心理的ストレスを軽減している可能性がある.被験者は,アマチュアスポーツ選手を対象とし,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,アンケート調査を行う.頭皮上脳電位の測定には,脳機能研究所(神奈川)にて開発された脳波測定装置ESA-Proおよびペーストレス電極ヘルメットを用いて,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位を測定する.スポーツマウスガード装着時と非装着時のバランス感覚を評価するため,多目的重心動揺計測システム(WinPDM, Zebris Co.,Ltd.)を用い,身体重心動揺および足圧について,日本平衡神経科学会の規定に準じて測定する.本研究の目的は,「スポーツマウスガード装着による脳全体の活性化傾向の解明」,「スポーツマウスガード装着による脳の活性化部位を評価することでバランス感覚など全身への影響の作用機序の推察」,「受傷経験などによるスポーツマウスガードの心理的効果の違い」を解明することである.現在,対象とするスポーツの選定,スポーツマウスガードの製作方法の検討,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位,多目的重心動揺計測システムの測定方法,測定条件,アンケート調査項目の検討は行った.27年度は,スポーツマウスガードの製作方法の検討,対象とするスポーツの選定,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位,多目的重心動揺計測システムの測定条件,アンケート調査項目の検討を行った.スポーツマウスガードは,スポーツの種目によって使用するシートの厚みや外形が異なる.そのために対象とするアマチュアスポーツ選手の選定,作業模型の製作方法,使用するシート材の厚み,スポーツマウスガードのデザインについて文献を用いて検討を行った.また,頭皮上脳電位の測定に用いる脳波測定装置ESA-Proおよびペーストレス電極ヘルメット(脳機能研究所,神奈川)の,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位の測定方法,測定条件の検討を行った.スポーツマウスガード装着時と非装着時のバランス感覚の評価に用いる,多目的重心動揺計測システム(WinPDM, Zebris Co.,Ltd.)について,計測時の姿勢,計測条件,計測方法についての検討を行った.スポーツマウスガードの装着は,口腔内の損傷を予防するだけでなく身体バランス感覚を向上させる効果があるが,その作用機序は明らかではない.また,顎口腔領域の受傷経験者に対するマウスガードの装着は心理的ストレスを軽減している可能性がある.被験者は,アマチュアスポーツ選手を対象とし,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,アンケート調査を行う.本研究では,アマチュアスポーツ選手を被験者とし,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,アンケート調査を行い,「スポーツマウスガード装着による脳全体の活性化傾向の解明」,「スポーツマウスガード装着による脳の活性化部位を評価することでバランス感覚など全身への影響の作用機序の推察」,「受傷経験などによるスポーツマウスガードの心理的効果の違い」を解明することである.今回,スポーツマウスガードの製作方法,対象とするアマチュアスポーツ選手の選定,測定条件の検討に予想以上の時間を要した.現在は,対象とするアマチュアスポーツ選手(本学硬式野球部所属),スポーツマウスガードの製作方法,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位,多目的重心動揺計測システムの測定方法,測定条件,アンケート項目を作成し,研究を開始する.スポーツマウスガードは,スポーツの種目によって使用するシートの厚みや外形が異なる.研究遂行において,スポーツマウスガードの製作方法,対象とするアマチュアスポーツ選手の選定,測定条件の検討に予想以上の時間を要したため,研究計画の見直しが必要となった.アマチュアスポーツ選手を選定している間、頭皮上脳電位の測定に用いる,脳機能研究所(神奈川)にて開発された脳波測定装置ESA-Proおよびペーストレス電極ヘルメットの、スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位の測定方法,測定条件の検討を行った.また、スポーツマウスガード装着時と非装着時のバランス感覚を評価するため,多目的重心動揺計測システム(WinPDM, Zebris Co.,Ltd.)を用い,身体重心動揺および足圧について,日本平衡神経科学会の規定に準じて測定するため,計測時の姿勢,計測条件,計測方法についての検討を行った.スポーツマウスガードの装着は,口腔内の損傷を予防するだけでなく身体バランス感覚を向上させる効果があるが,その作用機序は明らかではない.また,顎口腔領域の受傷経験者に対するマウスガードの装着は心理的ストレスを軽減している可能性がある.

本研究では,アマチュアスポーツ選手を被験者とし,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,握力測定,アンケート調査を行い,「スポーツマウスガード装着による頭皮上脳電位の解析」,「スポーツマウスガード装着によりバランス感覚など全身への影響の作用機序の推察」,「スポーツマウスガード使用による心理的効果の違い」の解明を目的とした.被験者は,鶴見大学硬式野球部所属の者とし,本学歯学部倫理審査委員会の承認のもとに,充分な説明と同意を得た上で遂行した(No. 1415).スポーツマウスガード装着の際に,装着時および非装着時における咬合接触状態,頭皮上脳電位解析から心理状態を時系列で定量化できる感性スペクトル解析,多目的重心動揺測定システムを用いて評価した.また,スポーツマウスガード装着および非装着時の握力測定を行った.スポーツマウスガード装着により咬合接触面積は有意に増加し,咬合接触バランスも向上したことから,安定した咬合接触の獲得に有用であることが示唆された.また,スポーツマウスガードの装着は競技者のストレス増加,パフォーマンスへの悪影響を与えることなく,スポーツ外傷の予防・軽減に寄与できることが明らかとなった.マウスガードの装着はスポーツ外傷の予防・軽減に効果があり,平衡機能の向上など運動機能に影響を与えることが報告されている.本研究では、マウスガード装着が競技者に与えるストレスと重心動揺および握力に及ぼす影響について検討した.その結果,マウスガード装着により安定した咬合接触の獲得,競技者へのストレスの増加,パフォーマンスへの悪影響を与えることなく,スポーツ外傷の予防・軽減に寄与できることが示唆された.スポーツマウスガードを製作し,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,アンケート調査を行う.頭皮上脳電位の測定には,脳機能研究所(神奈川)にて開発された脳波測定装置ESA-Proおよびペーストレス電極ヘルメットを用いて,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位を測定する.スポーツマウスガード装着時と非装着時のバランス感覚を評価するため,多目的重心動揺計測システム(WinPDM, Zebris Co.,Ltd.)を用い,身体重心動揺および足圧について,日本平衡神経科学会の規定に準じて測定する.アンケートでは,顎関節痛,関節雑音,開口障害,ブラキシズム,スポーツ経験年数,マウスガード装着時の不快感などについて調査する.鶴見大学野球部に所属するアマチュア選手を対象とし,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位解析,バランス感覚の評価,アンケート調査を行う.本研究は,健康被害に対する対応として,被験者がスポーツマウスガードを装着時に顎関節や口腔周囲筋に疼痛や不快感,または健康被害が生じた場合には直ちに測定を中止し,迅速に対応できるように本大学の学生を対象とする.頭皮上脳電位の測定には,脳波測定装置ESA-Proおよびペーストレス電極ヘルメットを用いて,スポーツマウスガード装着時と非装着時の頭皮上脳電位を測定する.スポーツマウスガード装着時と非装着時のバランス感覚を評価するため,多目的重心動揺計測システム(WinPDM, Zebris Co.,Ltd.)を用い,身体重心動揺および足圧を測定する.
新規生理活性物質の創製を指向する海産天然有機化合物の合成的研究

海産由来の微量生理活性物質の合成品による詳細な活性評価を目的として全合成研究を行い、平成7年度において以下に示す研究成果を得ることができた。ブリオスタチン類の合成報告者は、平成6年度までに全ての類縁体に共通の上半球部分の集約的な合成に成功している。本年度においては、残る下半球すなわちC20-オキシ、、C20-デオキシ及びC22-オキシ型の誘導体の合成に成功することで、全てのブリオスタチン類の合成ユニットを得たことになる。さらに、C22-オキシ誘導体について、ジュリア-カップリング法により上半球部分との結合に成功している。んざい、マクロラクトン化による閉環反応に先立ち、天然物の有する官能基導入のための保護基の組み替えの段階に至っている。テトラヒドロピロロイミノキノンアルカロイドの合成本年度は、マカルバミンFおよびワカインの合成を中心に研究を行った。前者では、ベンゾチオフェン部分の導入、特にチオフェン環の閉環の時期が問題と考えられた。そこで、テトラヒドロピロロキノリンに鎖状のアミンを縮合させた後にベンゾチオフェン環に閉環させる方法と、初めにベンゾチオフェン環を持つアミンを合成し、その後テトラヒドロピロロキノリンと縮合させる方法の2種類の経路から合成を検討し、いくつかの重要な中間体を得ることに成功している。また、それぞれの経路について硫黄原子の代わりに酸素原子を有する化合物をモデルとして活用した研究を行い、ジヒドロベンゾチオフェン誘導体とジヒドロベンゾフラン誘導体との反応性の相違など、合成研究の上で重要な知見を得ている。後者においては、目的物が基本となるテトラヒドロピロロイミノキノンにさらにピロール環が結合しているため、その導入法とその時期について検討した。特にピロールの環化には、芳香環に電子供与基の存在が必要となることが判明した。
自然浄化能を活用した有機塩素化合物汚染土壌の原位置修復

本研究では、自然界に存在する鉱物と微生物による脱塩素反応を有効に活用しながら、有機塩素化合物で汚染された土壌の修復を行うプロセスを開発することを目的とした。主な研究成果は以下の通りである。1.黄鉄鉱によるTCE脱塩素反応は、嫌気的条件下より好気的条件下で良好に進行することが明らかになった。その際、TCEは有機酸を経て最終的に二酸化炭素と塩化物イオンまで変換した。黄鉄鉱は酸化されて、硫酸イオンと鉄イオンが放出された。また、黄鉄鉱による反応速度は酸素濃度に依存した。2.嫌気的条件下で黄鉄鉱のほか、硫化鉄、黄銅鉱などの硫化鉱物によるTCE脱塩素反応が進行することが明らかになった。その反応速度は黄鉄鉱が最大であった。3.硫酸還元環境下から採取した試料から得られた嫌気微生物の集積培養系によりTCEがエチレンまで脱塩素された。この集積培養系によるTCE脱塩素反応ではメタン生成細菌の制御が重要であった。4.いくつかの有機塩素化合物で汚染されたフィールドにおいて、地下水中の有機塩素化合物の自然減衰に関する長期データを採取し、それぞれのフィールドにおける自然減衰の要因を明らかにした。5. TCEなどの有機塩素化合物の土壌粒子への吸着や地下水中での拡散、微生物反応や化学反応による分解を含むモデルを作成し、これらの物質の実汚染サイトにおける挙動を予測した。6.以上のデータにもとづいて、汚染土壌と黄鉄鉱の混合および分解微生物の活性化を組み合わせた有機塩素化合物汚染土壌修復プロセスの基本設計を行った。7.クロロベンゼンなどの芳香族炭化水素が黄鉄鉱により好気および嫌気条件下で分解されたことから、黄鉄鉱によるダイオキシン類分解の可能性が示された。トリクロロエチレン(TCE)など工業的用途で使用された有機塩素系化合物による土壌汚染が深刻な社会問題となっており、特に広範囲に拡散しているこれら化合物を原位置で無害化処理するための有効かつ低コストの浄化技術開発が強く求められている。水溶液系での鉱物による有機塩素化合物脱塩素反応については、TCEを代表物質として用い、各種硫化鉱物を含む水溶液系における脱塩素反応について実験と数値計算により定量的評価を行った。検討した硫化鉱物のうち黄鉄鉱が最も反応性に富み、粒子表面積あたりの反応速度はこれまで実際の浄化プロセスで用いられてきた鉄粉よりも速かった。しかしながら、反応生成物については、気相に揮発しない成分があり十分に評価できなかった。黄鉄鉱によるクロロベンゼン類、およびイオキシン類分解反応の基礎的検討として、ビーカー試験レベルでの検討を行った。モノ、ジ、トリクロロベンゼンについては、黄鉄鉱による速やかな分解が確認できた。また、2,3,7,8-TCDDについても分解が認められたが、さらに詳細な分析が必要であった。実汚染サイトから採取した土壌、地下水中に存在する微生物を用い、TCEやPCEをエチレンまで逐次的に脱塩素する集積培養系を確立し、この培養系を安定して維持することができた。有機塩素化合物の自然減衰が生じている実汚染サイトの濃度推移データを収集した。また、そのサイトの土壌・地下水資料を採取しTCE微生物群の存在を確認した。

本研究では、自然界に存在する鉱物と微生物による脱塩素反応を有効に活用しながら、有機塩素化合物で汚染された土壌の修復を行うプロセスを開発することを目的とした。TCEの水溶液系における脱塩素反応について、好気的条件、嫌気的条件のいずれにおいても反応が進行することを示した。ただしその反応過程は両条件で著しく異なった。嫌気的条件の反応は黄鉄鉱の表面状態あるいは黄鉄鉱試料の前処理状態により、反応速度に大きな差が出た。反応モデルによる両条件での脱塩素反応の定量的評価を行った。また、嫌気的条件においては黄鉄鉱添加によってもたらされる硫酸還元細菌の活性化などのシナジー効果の評価を行った。黄鉄鉱を混合した土壌カラム内(不均一系)における脱塩素反応を、人工的に作成したTCE汚染土壌を用い、各種の条件下で検討した。実汚染サイトにおける地下水データ、地質データ、地形データ等を収集し、市販の地下水解析ソフトであるMODFLOWを用いて解析し、浄化プロセス設計のために必要なパラメータを取得した。また、実汚染サイトから地下水試料を入手しTCE分解微生物の単離を試みたが、現時点では成功していない。黄鉄鉱によるダイオキシン類分解の基礎段階として、各種化合物を用いてのビーカー試験レベルでの検討を行った。類似構造物のクロロベンゼン類は良好に分解されたが、ダイオキシン骨格を保有する物質の場合、分解速度は低下した。この違いは物質の構造に起因するものと推察された。トリクロロエチレン(TCE)など工業的用途で使用された有機塩素系化合物による土壌汚染が深刻な社会問題となっており、特に広範囲に拡散しているこれら化合物を原位置で無害化処理するための有効かつ低コストの浄化技術開発が強く求められている。本研究では、自然界に存在する鉱物と微生物による脱塩素反応を有効に活用しながら、有機塩素化合物で汚染された土壌の修復を行うプロセスを開発することを目的とする。本年度は、TCEの水溶液系における各種脱塩素反応について定量的評価を行い、酸素が存在する好気的環境下での反応経路をほぼ明らかにした。酸素が存在しない嫌気的環境下では黄鉄鉱添加によってもたらされる硫酸還元細菌の活性化が認められた。黄鉄鉱を混合した土壌カラム内におけるTCEの脱塩素反応について、TCE分解微生物の混合の有無による比較を行ったが、明確な違いは認められなかった。TCE実汚染サイトにおける地下水試料と過去10年以上の分析データを入手し、地下水解析ソフトMODFLOWを用いて汚染の広がりを解析し、自然減衰(MNA)の進行具合を評価した。このサイトにおいて、黄鉄鉱混合による浄化プロセスの基本設計を行った。長期間にわたりTCE分解活性を維持した集積培養系の解析を行い、TCE分解微生物および共生する微生物の相互関係を明らかにした。黄鉄鉱によるダイオキシン類汚染土壌修復のための基礎段階として、クロロベンゼン類をモデル物質として嫌気的な分解過程を検討した。クロロベンゼン類は容易に脱塩素され、反応の中間生成物として各種の有機酸が検出された。この結果に基づき、ベンゼン環の開裂を含めた反応経路を明らかにした。
動的速度論分割に基づく立体選択的合成

不斉反応条件下においては、エナンチオマーの関係にある分子は異なった速度で反応する。この原理に基づいてラセミ化合物を不斉反応によって速度論的に光学分割することができる。この方法は、近年、有機合成にしばしば利用されるが、収率は理論的に50%を超えない、生成物ないし未反応基質の鏡像体過剰率は変換率に依存するという本質的な欠点を有する。しかし、基質が光学的に不安定で反応系中でラセミ化可能な場合には、動的な速度論分割によって原理的には100%の収率で、生成可能な複数の立体異性体のなかから一つだけを得ることが可能となる。立体選択的合成法の新しい方向として注目される。本研究において、不斉反応として2,2'-ジフェニルホスフィノ-1,1'-ビナフチル(BINAP)を配位子とする光学活性ルテニウム(II)錯体を用いる触媒的不斉水素化反応を取り上げ、また反応基質として2位置換3-オキソカルボン酸やホスホン酸エステル類を取り上げ、動的速度論分割に基づく2位置換3-ヒドロキシエステル類の立体選択的合成法を確立した。高立体選択性発現の分子機構を理解するとともに、この方法論を活用して、異常アミノ酸、カルバペネム抗生物質、ホスホン酸系抗生物質の合成を実現した。さらに、立体化学制御因子の系統的整理およびそれらの要素の関数化による反応系の定量的解析および評価システムの構築に成功し、動的速度論分割法の定量的解析を可能とした。所期の目的を完全に達成することができた。
顎関節症の病態形成に対するアクチビンの関与と治療への応用

マウス頭蓋骨膜由来の未分化細胞にアクチビンを添加した場合、軟骨分化マーカーの発現低下を認めた。同様にアクチビンはマウス前軟骨細胞の軟骨分化を抑制するが、高分子量ヒアルロン酸を添加した場合、その抑制作用が増強された。アクチビンは軟骨細胞分化を負に制御し、肥大軟骨細胞への過剰な分化亢進を抑え、顎関節の恒常性維持に関与することが示唆された。その際、高分子量ヒアルロン酸はアクチビンに相乗的に作用した。一方、滑膜様細胞に慢性炎症性サイトカインIL-17を添加したところ、MMP3とADAMTS4の遺伝子発現レベルが上昇した。今後はアクチビンと炎症性サイトカインネットワークの関与について検討予定である。アクチビンはTGF-βファミリーに属するサイトカインで、様々な組織で発現が認められ、細胞種に応じた分化を調節している。軟骨にも強い発現を認めるが、その生物学的作用については不明な点が多い。我々は、アクチビンを前軟骨細胞に作用させたところ、JNKならびにAktシグナルを介してSox9の遺伝子発現が低下し、軟骨細胞分化が抑制されることを明らかにした。この結果から、アクチビンは軟骨細胞の分化に抑制的に働き、肥大軟骨細胞への分化の過剰な亢進を制御する可能性が示唆され、顎関節の軟骨細胞の過剰な分化、骨形成によって生じる変形性顎関節症に対して抑制的に作用している可能性が考えらた。そこで、顎関節症の病態で早期から変化が認められる滑膜に着目し、病態形成に関与するといわれているADAMTS、MMPなどのプロテアーゼ発現に及ぼすアクチビンの影響を正常滑膜細胞と比較し、分子生物学的に解析し、顎関節症の病態解明と治療への応用の一助とすることを目的とした。使用する材料としては、顎関節症IV型の変形性顎関節症(OA)で開放手術などを施行する患者のうち、本研究への検体提供に同意を得られた場合の手術で採取した滑膜組織を無菌的に器官培養し、得られた細胞をOA滑膜細胞として用いる。この方法により、変形性顎関節症の病態をin vitroで再現、検証することが可能になる。しかしながら、手術にて採取したOA滑膜の器官培養はコンタミネーションが多く、回収できる細胞は少なかったため、異なる方法で変形性顎関節症の病態を再現することを検討している。申請者らは、アクチビンを前軟骨細胞に作用させたところ、JNKならびにAktシグナルを介してSox9の遺伝子発現が低下し、軟骨細胞分化が抑制されることを明らかにした。この結果から、アクチビンは軟骨細胞の分化に抑制的に働き、肥大軟骨細胞への分化の過剰な亢進を制御する可能性が示唆され、顎関節の軟骨細胞の過剰な分化、骨形成によって生じる変形性顎関節症に対してアクチビンが抑制的に作用している可能性が考えられた。本研究では、顎関節症の病態で早期から変化が認められる滑膜に着目し、アクチビンの影響を分子生物学的に解析することを目的とした。実際の顎関節患者の顎関節滑膜からの細胞回収が望ましかったが、採取が困難であったため、マウスの頭蓋骨膜を採取し器官培養した細胞を使用した。回収した骨膜由来細胞にアクチビンを作用させたところ、軟骨分化マーカーであるコラーゲンII型とSox9の遺伝子発現レベルの低下が認められた。このことからアクチビンは骨膜由来細胞のような骨・軟骨分化能を有する未分化な細胞に対して軟骨分化を抑制する作用を示すことが示唆された。医歯薬学使用材料である変形性顎関節症患者の滑膜細胞の器官培養は、無菌的操作を求められ一度に回収できる細胞に限りがあるため前年度の結果を踏まえて、患者由来の滑膜細胞のみの使用では、解析に十分なサンプル量の確保が難しいため、並行して株化細胞であるヒト滑膜種細胞株であるHS-SY-IIを使用予定である。尚、同細胞についてはすでに入手済みである。予備実験では、この細胞は炎症性サイトカイン刺激により、マトリックスメタロプロテアーゼの発現が亢進することが、遺伝子レベルの解析で証明されている。同細胞を炎症性サイトカイン存在下に、アクチビンを添加して培養を行う。培養後の細胞より、サンプルを回収し、マトリックス分解酵素についてreal-time RT-PCR法で遺伝子レベルの発現、Western blotting法およびELISAにて細胞溶解液中および培養上清中のタンパクレベルの発現をそれぞれ確認する。ヒトの顎関節細胞由来の滑膜細胞についても、継続して採取・分離・培養を行い、上記の分子生物学的解析を行い、顎関節症の病態解明および治療法の確立について考察を加える。

変形性顎関節症で顎関節開放手術を施行する症例は少なく、また採取した滑膜の器官培養から回収できる細胞数が少なかったため、十分な解析実験が行えなかったため顎関節症患者からの滑膜細胞を用いた研究と並行して、株化滑膜細胞に機械的刺激やサイトカインの刺激を与えた炎症モデルを用いた研究を行う。培養から回収した細胞よりmRNAを抽出、逆転を行い、cDNAを合成、リアルタイムPCRシステムにて、PCRを行い、インターカレーター法にてmRNA発現量を定量化、測定する。ターゲットとする遺伝子としては、IL-1, IL-6, IL-23, IL-33, ADAMTS4, ADAMTS5、MMP3, MMP13などを予定している。また、滑膜細胞のcell lysateを抽出し、ELISA, Western blotting分析を行う。ADAMTS4, ADAMTS5, MMP-1,2,3,8,9,13などの抗体を用いる予定である。
都市のユニバーサリズム、ナショナリズム、ローカリズム-都市の本質的なりたちに関する基盤的研究-

本研究は、グローバリゼーションの急激な進行をふまえ、都市の歴史的・構造的なりたちを、日本の近現代の都市を対象として、ユニバーサリズム・ナショナリズム・ローカリズムという3つのベクトルの交錯の中で捉えた。研究の対象地域としては、京都・大阪・神戸を中心とする関西諸都市、それらの周辺地域として三田・篠山等、さらに関西都市圏のなりたちと歴史的にきわめて密接な関係を有してきた遠隔地域として沖縄県・奄美諸島など鹿児島県、石川県等を設定した。また京阪神等の都市圏における在日韓国・朝鮮人、ベトナム難民、中国人研修生・技能実習生、ブラジル人労働者、そして中国残留日本人等も重要な対象である。本研究は、大きく2つの柱からなる。第1は、京阪神都市圏やそれと密接な関連を有する諸地域を幅広く対象とし、都市の歴史と現代において、ユニバーサルなもの、ナショナルなもの、ローカルなものの交錯の動態を捉えた、多角的な実証研究である。具体的には、(1)近代都市の歴史的なりたち、(2)底辺への流入・移動と都市のなりたち、(3)都市の圏域的成り立ち、(4)都市の文化的なりたち、(5)農村的後背と都市のなりたち、(6)都市の社会意識:ユニバーサリズム・ナショナリズム・ローカリズムに関する諸研究から構成される。第2は、京阪神の諸都市と密接な関連を有しつつ、同時に独特の地域産業構造・文化的個性を備え、また「平成の大合併」とよばれる市町村合併において全国の先進事例とも目されるユニークな地方都市・篠山市に衝天を絞った、地域総合調査研究である。具体的には、(1)篠山市の社会的基本構造、(2)平成の町村合併と地域コミュニティ、(3)地方都市の文化的蓄積に関する諸研究から構成される。5回の研究会を開催し、計11本の報告に基づき討論を行った。主な報告テーマは、「ディヴィッド・ハーヴェイの建造環境論について」、「近代日本都市と郊外-小林一三の郊外的生活様式論-」、「祭りと宗教から見た『都市の成り立ち』」、「京都らしさの社会システム」、「初期シカゴ学派社会学の成立過程」、「都市低・下層の地域移動・定着と社会移動」、「多麿ニュータウンの地誌-郊外の終焉?」、「フランク・ウェブスターの情報化社会論について」等である。また、4つのテーマのサブ・グループ毎に、主に下記の研究会・実態調査・史料収集を行った。(1)都市の歴史的成り立ち:近代都市形成史に関する史料収集(神戸市・姫路市)、萱島地区再開発に関する史料収集(寝屋川市)、都市形成史に関する研究会。(2)都市のユニバーサリズム:-文化的求心性と遠心性-:祇園祭・山鉾町自治会に関する調査(京都市)、浄土真宗本山への納骨習慣に関する調査(京都市)、商店街・消費空間に関する調査(神戸市)、交通手段と消費動向に関する調査(東大阪市等)、観光公害に関する調査(京都市)(3)都市生活におけるローカリズムとその超越:「市民性」の調査法に関する研究会、都市-地方の圏域性と文化的個性に関する調査(篠山市)、ニュータウンにみる都市圏形成に関する調査(三田市)、コミュニティと地域通貨に関する調査(福知山市・松山市・四日市市)、地方都市の財政・地域振興策に関する調査(山口県)(4)都市における異質性の交錯・排除と包摂:神戸沖洲会に関する研究会、沖永良部出身者の同郷団体に関する調査(鹿児島県・大阪市)、奄美出身者に関する調査(東京都)、中国帰国者に関する資料収集.(東京都)、日系ブラジル人に関する調査(徳島県池田町)、地場産業と外国人労働者に関する調査(篠山市)本年度は、全体研究会とサブ・グループ研究会を、合計9回開催した。

全体研究会では、「『市民性』の構成概念とその計量をめぐって」、「姫路市の展開と町内会」、「地域社会と観光-嵯峨野・嵐山の調査事例から」、「都市と宗教-真宗本山への納骨と埋葬地の内部構造」、「地方都市『篠山』の成り立ち-中間報告」等、計13本の理論的・実証的な研究報告が行われ、本科研のテーマである都市のなりたちに関する議論を深めた。本年度、実施した主な実態調査は、(1)篠山市:自治会、町並み保存活動、自然保護活動、地域生活、町村合併等に関する調査。(2)尼崎市:木造住宅密集地の形成史、同郷会、被差別部落住民、在日韓国朝鮮人、廃棄物処理に関する調査。(3)神戸市:商店街、空間利用等に関する調査。(4)京都市:祇園祭神事、都市計画、インナーシティ高齢者、観光、納骨・埋葬等に関する調査。(5)大阪市:中国人技能実習生・研修生、都市空間等に関する調査。(6)中国東北地方:中国残留日本人とその家族に関する調査、等々である。これらはいずれも、本科研の計画において当初から予定されていたものであり、全体として調査研究活動は順調に進行している。本年度は、全体研究会を、計3回開催した。全体研究会では、「GISを利用した大阪都市圏の社会地図分析」、「都市住宅地域形成における地主層の対応-大阪都市圏周辺地域を事例として-」、「那覇市浮島通りの『若者化』-ストリートの『領有化』に関する中間報告」、「エドワード・ソジャの空間論/都市論-『ポストモダン地理学』から『第三空間』へ-」等の報告が行われるとともに、本科研研究の機軸となる市民意識調査に関する理論的・方法的な議論、及び、実務的な打ち合わせを行った。さらに、篠山調査グループ、尼崎調査グループ等、サブ・グループでの研究会も計8回、実施した。本年度、実施した主な調査は、「京都祇園祭の調査」、「信濃国分寺・八日堂縁日の調査」、「近代都市郊外の形成に関する調査」、「地域生活圏域と消費に関する調査」、京都市都心部のマンション建設・都心回帰の調査」、「石川県小松市出身者の同郷団体の調査」、「中国残留日本人・日系人の生活実態に関する調査」、中国人就学生・留学生の生活に関する調査」、「篠山市の自治会と町並みに関する調査」、「尼崎公害患者・家族の会の活動に関する調査」、「大阪都市圏の形成に関する調査」、「那覇市浮島通調査」、「倉敷市美観地区調査」、及び、尼崎市・三田市等での市民意識調査等である。本科研の成果として発表された論文・図書は別掲の通りだが、それ以外に、学会・学会シンポジウムでの発表として、「現代のくらし・文化・観光の資料調査報告」(『新修彦根市』現代史部会)・「真宗門徒の本山参拝」(浄土真宗本願寺派・大谷本廟での研究会)、「縫製業における中国人技能実習生・研修生の労働・生活と社会意識」(第15回日本労働社会学会大会)、「市町村合併と地域社会」(地域社会学会第4回研究会)、「農業地域における女性リーダーの活動指向と地域文化創出の可能性」(地域社会学会第3回研究会)等がある。最終年度にあたる本年度は、必要な補足調査研究を実施するとともに、これまでの研究成果を下記の要綱に沿って総括した。1.近代都市の歴史的なりたち:a)近代都市の形成・成立、b)大阪都市圏における住宅地域の形成、c)インナーリングエリア「再生」の困難、d)郊外の形成(近代における郊外の形成/私鉄による郊外開発)2.底辺への流入・移動と都市のなりたち:
酵素免疫測定法の高感度化を目的とした分子シンクロナイゼーション系の構築と応用

ヒスタミン(HA)は神経伝達、胃液分泌、アレルギー反応に関与する生理活性アミンであり、食品衛生においては魚の鮮度マーカーである。分子シンクロナイゼーション系を組み込んだHAの高感度酵素免疫測定法EIAの構築を検討した。HAに対するモノクローナル抗体AHA2を獲得し、AHA2とHAとの相互作用を表面プラズモン共鳴法により解析した。AHA2の作出に用いた抗原HA-GA-BSAとAHA2との相互作用解離定数Kdは1nMであるが、HAとのKdは1μMであった。この差異はAHA2がHAと架橋剤GAとの結合部位をも認識する結果であると考えられた。HAにGAを共有結合させたHA-GAに対するAHA2の結合力は、HAに対する結合力に比べてl00倍増大したが、HA-GA-BSAの結合力に比べてかなり弱かった。AHA2と各種HA類縁体[His,α-methyl His,1-methylHA,3-methylHA, GABA]との交差反応性を検討した。AHA2はこれら類縁体とほとんど相互作用を示さなかった。一方、昨年度開発した3酵素反応シンクロ系を改良して、化学発光検出系を用いる4酵素系を構築した。ALP(酵素1)標識した第2抗体によりNADPからNADを生成させ、第2酵素ADHによりNADをNADHに変換する。ついで第3酵素NHRによりNADHをNADに変換するとともにFMNをFMNH_2に還元する。FMNH_2は第4酵素ルシフェラーゼによりFMNに変換されるが、このとき脂肪酸アルデヒドが脂肪酸に変換され化学発光を発する。以上のシンクロ系の最適化を検討し、ほぼ応用できる条件を見出すことができた。ヒスタミン(HA)は生理活性アミンとして毛細血管拡張、アレルギー反応の誘起などの生理的作用を示す。我々は肌の生体内における局在性、食品中HA高感度酵素免疫測定法構築を目的として、抗HAモノクローナル抗体(A2,IgG1)を調製した。本研究では、A2とHAとの相互作用、A2とHA類縁物質との交差反応性を表面プラズモン共鳴法(SPR ; BIAcore 2000)による分子シンクロナイゼーション系を用いて検討した。HAのアミノ基とウシ血清アルブミン(BSA)のアミノ基をグルタルアルデヒド(GA)を介して架橋したHA-GA-BSA複合体(HAC)を抗原としてマウスに免疫してA2を得た。HACには1分子BSAあたり10分子のHAが共有結合的に付加されていた。A2抗体をセンサーチップCM5にアミンカップリング固定し、A2との相互作用を解析した。pH7.4,25°CにおけるA2とHACとの結合速度定数(k_<on>)は5.0×10^4M^<-1>s^<-1>、解離速度定数(k_<off>)は4.8×10^<-4>s^<-1>、解離定数(K_d)は9.6nMと求められた。A2-HAC形成の標準自由エネルギー変化(ΔG°)、標準エンタルピー変化(ΔH°)、標準エントロピー変化(ΔS°)は、それぞれ-45.2kJ・mol^<-1>、-21.3kJ・mol^<-1>,80.2J・mol^<-1>・K^<-1>であり、ΔG°にはΔH°とΔS°が同程度に寄与していた。HA類縁物[α-Me-HA、α-Me-D, L-His、1-Me-HA、3-Me-HA、L-His、γ-Aminobutyric acid(GABA)]とA2を混合した後、チップに固定化したHACに対するA2との相互作用をSPR解析した。A2とHACの結合は、HA、α-Me-HA、α-Me-D, L-His、1-MeHA、3-Me-HAの存在下に抑制され、これら5種類化合物はA2と交差反応性を示した。A2とHACの結合を50%阻害する各濃度(IC_<50>)は0.66、1.6、3.1、7.5、12mMと求められた。A2とHACとの結合に比べ、HAとの結合は7万倍も弱い。これはA2がHAのみならず、HAとGAとの結合部位付近をも認識しているためと考えられた。L-HisとGABAは>200mMでもA2とHACとの結合を阻害せず、A2とL-HisおよびGABAとの交差反応は実質的に認められなかった。今後、HAに対する選択性を上昇させる工夫が要求される。

AHA2と各種HA類縁体[His,α-methyl His,1-methylHA,3-methylHA, GABA]との交差反応性を検討した。AHA2はこれら類縁体とほとんど相互作用を示さなかった。一方、昨年度開発した3酵素反応シンクロ系を改良して、化学発光検出系を用いる4酵素系を構築した。ALP(酵素1)標識した第2抗体によりNADPからNADを生成させ、第2酵素ADHによりNADをNADHに変換する。ついで第3酵素NHRによりNADHをNADに変換するとともにFMNをFMNH_2に還元する。FMNH_2は第4酵素ルシフェラーゼによりFMNに変換されるが、このとき脂肪酸アルデヒドが脂肪酸に変換され化学発光を発する。以上のシンクロ系の最適化を検討し、ほぼ応用できる条件を見出すことができた。
VHF帯小形携帯無線端末用アンテナの高効率化に関する研究

本研究は,無線筐体を手で持った時に特性が変化したり放射効率が低下することのないVHF帯携帯無線端末用アンテナの形状を明らかにすることを目的として,2種類のアンテナについて検討した.始めに,グランドを必要としないアンテナとして,ループアンテナについて検討した.発砲スチロールで覆われた金属筐体に,アンテナを小形化するため直列にコンデンサを装荷したループアンテナを取り付け,「給電により入力インピーダンス整合をとった.このようにして得られたアンテナを手で触れた場合のインピーダンスや動作利得を測定して,手で触れない場合と比較して人体の影響を定量的に明らかにした.その結果,コンデンサの容量と給電位置を調整することにより容易にインピーダンス整合が取れ,かつ筐体を手で触ったときの影響が小さいことが明らかとなった.しかしながら,動作帯域幅が非常に狭く,また低利得であるという欠点を有することがわかった.次に,筐体が必然的にグランドとなるアンテナとしてダイポール型アンテナについて検討した.これは,筐体上に2本のヘリカルアンテナを取り付け,これらを180度ハイブリッド回路で給電して実験を行った.その結果,ヘリカルアンテナの巻数やヘリカル径,ピッチ長等を変化させることにより共振周波数を調整でき,かつ筐体を手で触ったときの影響が極めて小さいことが明らかとなった.また,動作帯域幅が広く,高利得であることもわかった.さらに,ヘリカルアンテナを設計するため,各種パラメータの変化によるアンテナ特性を計算機シミュレーションによって求める計算機コードの開発も行った.本研究は,無線筐体を手で持った時に特性が変化したり放射効率が低下することのないVHF帯携帯無線端末用アンテナの形状を明らかにすることを目的として,2種類のアンテナについて検討した.始めに,グランドを必要としないアンテナとして,ループアンテナについて検討した.発砲スチロールで覆われた金属筐体に,アンテナを小形化するため直列にコンデンサを装荷したループアンテナを取り付け,「給電により入力インピーダンス整合をとった.このようにして得られたアンテナを手で触れた場合のインピーダンスや動作利得を測定して,手で触れない場合と比較して人体の影響を定量的に明らかにした.その結果,コンデンサの容量と給電位置を調整することにより容易にインピーダンス整合が取れ,かつ筐体を手で触ったときの影響が小さいことが明らかとなった.しかしながら,動作帯域幅が非常に狭く,また低利得であるという欠点を有することがわかった.次に,筐体が必然的にグランドとなるアンテナとしてダイポール型アンテナについて検討した.これは,筐体上に2本のヘリカルアンテナを取り付け,これらを180度ハイブリッド回路で給電して実験を行った.その結果,ヘリカルアンテナの巻数やヘリカル径,ピッチ長等を変化させることにより共振周波数を調整でき,かつ筐体を手で触ったときの影響が極めて小さいことが明らかとなった.また,動作帯域幅が広く,高利得であることもわかった.さらに,ヘリカルアンテナを設計するため,各種パラメータの変化によるアンテナ特性を計算機シミュレーションによって求める計算機コードの開発も行った.
ALICE増強における究極的超高帯域データ収集システムの要素開発

CERN-LHCにおける高エネルギー原子核衝突実験ALICEは、第三期高輝度実験に向け検出器の大幅な高度化を進めている。我が国のJ-PARCにおいても大規模重イオン実験構想が控えている。これらの次世代実験では、従来を一桁上回るビーム強度の向上が見込まれ、より詳細な衝突事象の研究が可能となる一方、検出器のデータ量も莫大なものとなり、従来のように全実験データを一旦蓄積し後日解析する事は最早不可能となる。そこで本研究では、実験データをオンラインで高度に処理する広帯域データ処理システムの実現に向け、必須となる要素技術の開発を開始した。本システムでは、FPGA、GP-GPU、CPU等の異種の処理装置を融合させ、ノードあたり200Gbpsのデータ処理能力を目指す。最近のFPGAは多くの高速SERDESを有し、検出器データを直接受信し比較的単純なフィルタ処理を行うのに最適である。FPGAで処理されたデータを、高速バスによりGPUおよびCPUに転送し、より複雑な解析、例えばトラッキング処理を行うのが、本システムの基本構想となる。2018年度は、FPGAによるデジタル信号処理アルゴリズムの設計を中心に、ALICE実験におけるデータ処理をターゲットにして開発を進めた。FPGA一基あたり80Gbps程度のデータスループットを目指しながら、SERDESを用いた検出器データの取得、ADCのペデスタル値の除去、電子クラスタの同定および特徴量の算出、PCI Expressへのデータの受け渡し、などを行うアルゴリズムをハードウェア記述言語によって実装した。これらの実装例をふまえ、他の実験計画への応用可能性等を学会等で議論した。また、2019年3月には、ALICEFoCalプロジェクトでの応用可能性について筑波大学で開かれた国際研究会で連携研究者が発表・議論を行った。デジタルシグナル処理のモジュール開発は順調に進んでおり、実際に将来のALICEでの使用に耐えうるものが完成しつつある。この点では大変順調に進展しているといえる。しかし、本研究の完遂に必須となる大型FPGAを搭載したボードを、CERN-ALICEグループらと共同開発してきたが、電源部設計に重大な問題が見つかり、製造が当初予定より1年以上遅れた。結果、同ボードにて行う予定であったファームウェア動作検証と、データ処理性能測定実験の実施が、2019年6月頃にずれ込む見通しとなったため、本研究課題の延長を申請し、継続実施することとした。CERN・ALICEと共同開発しているFPGAボードが間もなく完成するので、これを計算機筐体に組み込み、これまでに開発したデジタルシグナル処理モジュールを含むファームウェアを走らせ、データ転送等のテストとパフォーマンス評価を行う。その結果をふまえて、異種プロセッサ間のデータ通信とデータ処理の高速化・高効率化、すなわちノード一台あたりの処理能力の最大化を図る。また、物理実験を行うユーザーが自由にそのシステム構成を変更し、複数種類のプロセッサのファームウェアおよびソフトウェアを統合的に開発できるよう、開発手法をも含めたシステムの検討を行っていく。本研究では、PCI Express Gen3を異種デバイス間通信に用いるが、将来これを越えるデータ転送を如何にして実現するかを検討していく。民間では様々なプロジェクトが立ち上がっているが、これらの中に物理実験に応用できるものが果たしてあるのか、あるとしたらどのように組み込むのか、が鍵となると思われるので、注視しつつ、可能なものを要素開発実験に取り入れていく。これらの次世代実験では、従来を一桁上回るビーム強度の向上が見込まれ、より詳細な衝突事象の研究が可能となる。しかし、検出器のデータ量も莫大なものとなり、従来のように、全実験データを一旦蓄積し後日解析する事は最早不可能となる。本システムでは、FPGAとGP-GPUおよびCPUといった異種の処理装置を融合させ、ノードあたり200 Gbpsのデータ処理能力を目指す。最近のFPGAは多くの高速SERDESを有し、検出器データを直接受信し、比較的単純なフィルタ処理を行うのに最適である。平成29年度は、この要素開発のための物品調達、環境整備、FPGAによるデジタル信号処理アルゴリズムの設計を中心に進めた。ALICE実験に参加し、参照データの取得、データ解析の実態調査等を行い、システムの設計に反映させた。物品調達においては、ハイエンドFPGAボードとGPUを搭載可能な、高性能ラックマウント型計算機筐体をCERN側の開発者と共同で選定し、これを調達した。また、2月に原子核実験以外の分野の研究者を招いて研究会「異種デバイス高速結合型高密度情報処理システムの展望」を開催した。本会議では琉球大学・長崎大学・東京大学・佐賀大学・原子力研究開発機構の情報処理および原子核実験研究者ら10名が参加し、異分野間での技術情報の交換に成功した。当初は可能であればFPGAとGP-GPUの混載ボードを独自開発し、CPUを介さずにプロセッサ間超広帯域データ転送テストを実施する計画であった。しかし、様々な調査の結果、FPGAボードをPC筐体にインストールし、PCI Express Gen3を高速バスとしてテストを行い、その問題点等を洗い出した上で、混載ボードを開発するという、段階的開発を行ったほうが確実である、という判断に至った。

特に、混載ボードの独自開発は予算的にも難しく、要素開発という本来の目的のためには必要不可欠ではないことがわかった。そこで、本研究では主に異種プロセッサ間のデータのやりとりやFPGAでのデジタルシグナル処理を如何に高速かつユーザーが使いやすい形で提供できるように作り上げるか、を追求することが要素開発として重要とみなし、この開発に専念することとした。特にデジタルシグナル処理のモジュール開発は順調に進んでおり、実際に将来のALICEでの使用に耐えうるものが完成しつつある。この点では大変順調に進展しているといえる。FPGAボードに関しては、当初商用のものを探していたが、目的に合致する製品はないため、CERNとALICE共同体が検出器データ処理用に開発しているFPGAボード(Arria 10を搭載)が今回の目的に最も近いことが判明したため、この開発に参加し、製造も共同で行うこととした。一方、独自混載ボードの製造を諦めたわけではなく、引き続きその設計に向けた準備を進めていく予定である。CERN-LHCにおける高エネルギー原子核衝突実験ALICEは、第三期高輝度実験に向け検出器の大幅な高度化を進めている。我が国のJ-PARCにおいても大規模重イオン実験構想が控えている。これらの次世代実験では、従来を一桁上回るビーム強度の向上が見込まれ、より詳細な衝突事象の研究が可能となる一方、検出器のデータ量も莫大なものとなり、従来のように全実験データを一旦蓄積し後日解析する事は最早不可能となる。そこで本研究では、実験データをオンラインで高度に処理する広帯域データ処理システムの実現に向け、必須となる要素技術の開発を開始した。本システムでは、FPGA、GP-GPU、CPU等の異種の処理装置を融合させ、ノードあたり200Gbpsのデータ処理能力を目指す。最近のFPGAは多くの高速SERDESを有し、検出器データを直接受信し比較的単純なフィルタ処理を行うのに最適である。FPGAで処理されたデータを、高速バスによりGPUおよびCPUに転送し、より複雑な解析、例えばトラッキング処理を行うのが、本システムの基本構想となる。2018年度は、FPGAによるデジタル信号処理アルゴリズムの設計を中心に、ALICE実験におけるデータ処理をターゲットにして開発を進めた。FPGA一基あたり80Gbps程度のデータスループットを目指しながら、SERDESを用いた検出器データの取得、ADCのペデスタル値の除去、電子クラスタの同定および特徴量の算出、PCI Expressへのデータの受け渡し、などを行うアルゴリズムをハードウェア記述言語によって実装した。これらの実装例をふまえ、他の実験計画への応用可能性等を学会等で議論した。また、2019年3月には、ALICEFoCalプロジェクトでの応用可能性について筑波大学で開かれた国際研究会で連携研究者が発表・議論を行った。