hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中世ヨーロッパにおける国家と教会-東欧・西欧の比較史的研究

ドイツ中世史、同三佐川亮宏氏-ドイツ中世史)研究会を開催した。代表者はさらに富山大学・吉田俊則氏(ロシア中世史)、静岡県立大学・豊川浩一氏(ロシア近世史)とも連絡をとり、意見を交換した。代表者は中世ポーランド教会の成立に関する報告を作成する準備を進め、それを完成させた。そこから得られた結論をヨーロッパ=キリスト教世界全体の枠組みの中で言い換えるならば、第一に、ポーランドのキリスト教化は、その時期(10世紀末)とその形態(君侯の改宗が国民のそれに先行したこと)において、ヨーロッパの北部及び東部辺境諸民族の一つの典型的な例として捉えうること、第二に、ポーランドは最初からカトリック圏に属すこととなった--他の可能性がほとんどなかったという意味ではそれは自然であったと言える--が、そのことはポーランド中世国家の形態(王国行政機関における聖職者の重要な役割)及びポーランド・キリスト教信仰のあり方(二重信仰の急速な解消)等に強い影響を及ぼしたこと、第三に、それにもかかわらず、ポーランドにおいて見られた特殊性は、ポーランド教会のロシア等正教諸国の教会との比較を要請するものであること、等である。研究代表者が上述の如き結論に到達しえたのは、中世イングランドの教皇官僚に関する分担者(東出)の研究に強い示唆を受けたことによるところ大であった。
細胞増殖抑制因子の構造と作用機構の解明

私が豚の脊髄抽出液中からみつけた細胞増殖抑制因子をShodex GS-220HPLC力ラムを用いてさらに精製をすすめた。細胞増殖抑制因子の画分には215nmの紫外吸収は殆どなく、一級アミンを多く含んでいた。この因子の性質はポリアミン(細胞培養液に添加するFBS中のアミンオキシダーゼで阻害物質に変化する)に似ているので、アミンオキシダーゼ処理の有無で、因子の細胞への作用をスペルミン、スペルミジン、プトレスシン(細胞への作用は少ない)の細胞への作用と比較した。その結果、この因子は、アミンオキシダーゼに殆ど影響を受けないこと、細胞に反応が現れるまでの時間が長いこと、の2点でこれらポリアミンとは違っていた。この細胞増殖抑制因子は細胞形態を変化させるとともに細胞の還元活性を低下させる。因子量の指標として一級アミン濃度をとり、細胞活動の指標として細胞の還元活性をalamar Blueで測ることにより、因子の効果を定量化して、因子作用の因子濃度依存性を調べた。上皮由来細胞であるMDCK細胞に因子を添加した場合、アミン濃度にして0.1mM程度で還元活性は半減し、これは予め接着伸展させた細胞に添加した場合もトリプシン処理後細胞を撒いた直後に添加した場合も大差なかった。繊維芽細胞由来であるCHO細胞に因子を添加した場合、予め接着伸展させた細胞に添加すると殆ど還元活性は変化せず、細胞形態も変化しなかった。CHO細胞を浮遊培養状態にして因子を添加したり、あるいはトリプシン処理後細胞を撒いた直後に添加した場合には、MDCK細胞と同様の効果がみられた。以上をこれまでの結果と合わせると、この脊髄由来細胞増殖抑制因子は、非特異的な毒物質ではなく、特定の状態の細胞に作用する新しい細胞活動調節因子であると考えられる。私が豚脊髄の塩粗抽出液中から発見した細胞増殖の抑制効果を示す画分をゲルろかおよび陰イオン交換クロマトグラフィー、さらにゲルろかFPLCで部分的に精製した。そして、その構造を決めるために化学的性質を調べ、次のようなことが判った。(1)この因子の細胞増殖抑制活性は、熱(100°C、30分)、アルカリフォスファターゼ、pH変化(pH13またはpH2で20分)、タンパク質分解酵素、処理で失われなかった。(2)この因子は中性溶液中で正の電荷をもち、分子量は数百ダルトンと推定された.(3)この因子は一級アミンを含んでいたが、蛋白質やペプチド様のものではないと考えられた。また、その作用機構を探るために細胞におよぼす生理作用を調べ、次のようなことが判った。(1)接着性細胞であるMDCK細胞の培養上清にこの因子を加えると数時間一日で細胞は仮足をひっこめて丸くなり接着が弱くなり、増殖しなくなった。因子の効果で形態が丸く変わった細胞は、(2)還元能力(alamar Blueによる)が低下していたことから、細胞の代謝活性が低下したことが示唆された。また、この細胞は(3)calcein AMでは染まったが、ethidium homodimerでは核が染まらなかったことから、細胞が死んでいないことが示唆された。さらに、(4)細胞の核をPI染色してフローサイトメトリーでDNA含量分布を調べたところ、因子無添加のコントロールと大きな差はなかった。また、核断片がみられなかったことから、アポトーシス(接着阻害により起こる場合があると報告されている)もおこっていないようであった。以上のように、この因子は正の電荷をもち分解しにくい小さな分子で、細胞をあたかも仮眠状態に導くような興味深い作用を持つものであるということがわかった。
社会科学的シナリオ分析を適用した野生動物との軋轢緩和に関する研究

本研究では3年間を通して、シナリオ分析を統合した選択型実験を用いて、野生動物に関して人々がどのような将来像・管理案を望んでいるか、詳細に解明することを試みた。最終年度である平成26年度は以下のように、データ解析、論文執筆、成果報告に取り組んだ。まず、知床半島のヒグマ管理に関するシナリオについて、住民及び観光客の選好を定量的に明らかにし、その成果の一部を国際誌であるBiological Conservationで報告した。加えて、生態学的知見を潜在クラスモデルに組み込んで分析を行うことで、ヒグマの生態学的情報および実際の知床でのヒグマ管理が人々の認識にどのような影響を与えているかについても明らかにした。これらの一連の成果は学会発表および論文投稿を行うとともに、知床半島においても報告・議論を行っており、本研究は知床半島の野生動物管理政策に一定の貢献を果たした。また筆者らは上記に加え、北海道(日本)とアルバータ州(カナダ)において、人々のヒグマ/野生動物に対する認識の違い及び管理への要望について、環境経済学および社会心理学的のアプローチを併用することで詳細に明らかにした。これらの成果はアルバータ大学において、セミナー発表を行った。最後に、筆者らは奄美大島におけるエコツアー導入に関するシナリオについて、上記と同様に潜在クラスモデルを適用することで、観光客の選好およびその多様性の要因について詳細に明らかにした。本研究の成果は学会発表に加え、奄美大島の関係者に直接報告を行うとともに、メディアを用いて広く一般に報告した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、シナリオ分析を統合した選択型実験を用いて,知床地域の住民が野生動物(ヒグマ)に関してどのような将来像を望んでいるか,詳細に解明することを目的としている。研究初年度である2012年度は,(1)分析手法の習得と(2)既に取得してあるデータの解析,(3)今後の調査のための予備調査に重点をおいた.まず,(1)については,選択型実験とシナリオ分析に関して,環境経済学,野生動物管理学,保全生態学などの分野の雑誌を中心にレビューを行い,情報を収集するとともに,学会への参加を通して,国内外の研究者と手法に関する議論を深めた.続いて,(2)については,2011年度以前に知床半島地域で実施してあるアンケート調査のデータを加工し,詳細な解析を試みた.この解析によって,住民のヒグマおよびヒグマ管理に対する認識は極めて多様であること,その認識の違いには過去のヒグマに関する経験などが影響を与えていることなどが明らかになった.しかし,予定した分の解析を全て終了することは出来なかったため,2013年度にも継続して,詳細な解析を試みる予定である.最後に(3)については,聞き取り調査を住民及び環境省をはじめとする行政機関などに実施した結果,2012年度における知床半島のヒグマ出没は今までと比較して極めて多く,2011年度以前と比べて住民及び関係者の認識が大きく否定的な方向に変化している可能性が示唆された.今後調査を実施する場合には2011年度以前のデータとも比較することが重要かつ有益だと考えられた.本研究の目的は、シナリオ分析を統合した選択型実験を用いて、野生動物に関して人々がどのような将来像・管理案を望んでいるか、詳細に解明することである。2013年度は、野生動物に対する人々の認識を詳細に分析するとともに、その成果を国内誌・国際誌に投稿することであった。研究は極めて順調に進み、ヒグマ保全に対する人々の認識およびヒグマ管理に対する要望の多様性について、交差項モデルや潜在クラスモデルを用いることで、詳細に明らかにした。本研究の意義はこれまで生態学的研究に依拠してきた野生動物管理に社会科学的知見を提供し、野生動物と人との軋櫟緩和に貢献する具体的なシナリオ・政策を提案したことである。申請者は上記の成果を用いて、北海道のヒグマ管理に具体的な政策提言を行った。また、選択型実験を用いることで野生動物に関する人々の認識のトレードオフを明らかにした研究は世界的にも例が少なく、本研究の成果は国際誌(European Journal of Wildlife Research)および国内誌(野生生物と社会)にそれぞれ原著論文として受理された。また、それ以外にも3本の論文を国際誌に投稿中である。申請者は2013年9月よりアルバータ大学に滞在し、最先端の経済学的手法の習得に取り組んでいる。2013年度は現地の受入教授であるAdamowicz教授をはじめとした環境経済学者、野生動物管理を専門としている生態学者と議論を重ねることで、よりグローバルな視野に立った研究および政策立案への貢献のための準備をはじめたところである。また筆者らは上記に加え、北海道(日本)とアルバータ州(カナダ)において、人々のヒグマ/

野生動物に対する認識の違い及び管理への要望について、環境経済学および社会心理学的のアプローチを併用することで詳細に明らかにした。これらの成果はアルバータ大学において、セミナー発表を行った。最後に、筆者らは奄美大島におけるエコツアー導入に関するシナリオについて、上記と同様に潜在クラスモデルを適用することで、観光客の選好およびその多様性の要因について詳細に明らかにした。本研究の成果は学会発表に加え、奄美大島の関係者に直接報告を行うとともに、メディアを用いて広く一般に報告した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,シナリオ分析を統合した選択型実験を用いて,知床地域の住民がヒグマに関してどのような将来像を望んでいるか,詳細に解明することを目的とし,2012年度は,(1)分析手法の習得,(2)既に取得してあるデータの解析,(3)今後の調査のための予備調査に重点をおいて研究を実施した.(2)に関して,解析の一部が終了することができていないが,それ以外の点は順調に進んでいるため,(2)おおむね順調に進展している,と評価した.昨年度、終了時の目標とした住民認識の詳細な分析、および国際誌への論文投稿を果たし、国内誌と合わせて3本の査読付き論文が受理されるに至った。第一に,2012年度中に終えることのできなかった解析に関して,聞き取り調査の結果も参考に詳細な解析を行い,国際誌に論文を投稿する.また,本研究は2013年度に知床地域の住民を対象としたアンケート調査を計画しているが,社会的な事情からアンケート調査を予定通り実施できない可能性も考えられる.その場合には調査地や対象種に拘らず,野生動物と人との軋轢を事例にして「社会科学的シナリオ分析」を適用することを優先する方向で調整する予定である.カナダで習得中の最先端の環境経済学の手法を用いて、さらに詳しい分析を進めるとともに、日本とカナダにおける住民間の野生動物に対する認識の比較にも取り組む。
双曲正多角形を基本領域にもつリーマン面とクライン面の研究

極値的クライン面にはいくつの極値的円板を埋め込むことができるかという問題に対して解決を与えた。そして種数が4, 5, 6の極値的クライン面を,極値的円板の個数,埋め込み位置,自己同型群の点から分類を行った。これには基本領域である双曲正多角形を用いた。双曲正多角形を基本領域にもつ種数2のリーマン面に対しては,ワイエルシュトラス点に基づいて基本領域を再構成することでタイヒミュラー空間の方程式を与え,そして同次座標を与えた。本研究は極値的円板のアイデアを主な手段として,双曲正多角形を基本領域にもつ双曲的閉曲面の等角同値による分類を行い,モジュライ空間をより深く理解することである。具体的には次を考察することである。(1)双曲正多角形を基本領域にもつ種数3のコンパクトリーマン面のワイエルシュトラス点の探求(2)種数2のリーマン面に対する極値的円板の中心点,ワイエルシュトラス点,オーバルの相互関係の解明(3)双曲正多角形を基本領域にもつ種数2と3のコンパクトリーマン面の等角同値による分類(4)極値的円板をもつ種数4,5,6のクライン面の決定と解析極値的クライン面にはいくつの極値的円板を埋め込むことができるかという問題に対して解決を与えた。種数4の向き付けられないコンパクトな曲面(クライン面)のうち,種数のみで定まる最大半径の円板(極値的円板)を埋め込むことのできるもの(極値的曲面)について,次の結果を得ることが出来た。1.種数4の極値的クライン面は同型を除いて144種類存在する。2.それぞれに対して極値的円板は高々2個埋め込み可能であり,ちょうど2個埋め込み可能な曲面は22種類存在する。これにより大部分の曲面に対して,埋め込み可能な極値的円板の個数は1個であることが判明した。3.すべての極値的円板の埋め込み位置を確定することが出来た。そして2個埋め込めるものに対しては,内在する数値として極値的円板の中心点間の距離を計算することが出来た。4.この144種類の曲面に対して自己同型群を求めることが出来た。それらは位数2の巡回群の高々3個の直積,位数6または12の二面体群,そして単位群のいずれかであり,比較的位数の小さい群であることが判明した。5.クライン面の基本領域である双曲正18角形に対して,辺の貼り合わせの仕方をすべて得ることが出来た。種数2の極値的リーマン面に対しては,ワイエルシュトラス点を通る測地線を用いて,向かい合う辺が同一視される特殊な基本領域を構成した。この基本領域は対称性がなくなるが,座標付けにつながる内容である。これらの結果は,極値的曲面がモジュライ空間の中でどのような特異点になっているかを解明するための基礎的な情報と成り得る。また,自己同型群を決定することは,それ自身重要な問題である。この研究ではクライン曲面を基本領域の辺の貼り合わせで表現しており,視覚的に扱いやすいものとなっているので応用範囲が広いと思われる。1.種数5の極値的クライン面(向き付け不可能な閉曲面であり、種数によって定まる最大半径の円板を許容するもの)の基本領域をすべて得ることが出来た。それらは双曲正24角形で表され、辺の貼り合わせ方は全部で3627通りであることが判明した。この結果を得るために、8個の頂点、12個の辺をもつ71種類の三枝グラフをすべて求めた。これらの解析は数式処理ソフトでプログラムを作成し、コンピュータによる処理で行った。極値的クライン面はモジュライ空間の中である種の特異点をなすと思われるので、これらすべてを求めることはモジュライ空間の解析に対して大いに意義がある。2. k個の境界をもつ単葉型クライン面で位数mの自己同型写像をもち、それによる商空間の代数的種数がpとなるものに対して自己同型群を考察した。位数mが3のときの結果は既に知られているため、3より大きい素数に対してk,m,pの関係から自己同型群を確定させた。この結果は単葉型ではあるが、クライン面の同型による分類及び自己同型群の研究に貢献できたといえる。3.双曲正8角形を基本領域にもつ種数2のリーマン面は全部で4通りの辺の貼り合わせ方がある。これらすべてに対して、ワイエルシュトラス点を通る単純閉測地線による分割を行い、対応する辺の貼り合わせを行うことにより、対辺が同じ長さであり対角が同じ大きさになる基本領域を具体的に構成した。そしてこれら4種類のリーマン面に対して、構成した基本領域から得られる7つの単純閉測地線の長さを用いて、タイヒミュラー空間上における7次元の同次座標を与えることが出来た。この結果は具体例ではあるが、タイヒミュラー空間の方程式を記述するための基礎になるといえる。

1.種数5(叉帽の個数)の向き付けられないコンパクトな曲面(クライン面)のうち,種数のみで定まる最大半径の円板(極値的円板)を埋め込むことのできるもの(極値的曲面)について,次の結果を得ることができた。極値的円板を2個含むことのできる極値的クライン面は,全部で17種類存在する。そして3個以上含むものは存在しない。これら17種類の極値的クライン面すべてに対して,極値的円板の埋め込み位置を得ることができた。極値的円板の中心点は自己同型写像により互いに写りあうことが判明した。そして自己同型群を決定することができた。これらの群は位数の小さい可換群である。これ以外の3610種類の極値的クライン面すべてに対しても自己同型群を決定することができた。2.双曲正30角形の辺の貼り合わせをコンピュータにより解析し,種数6の極値的クライン面となるものをすべて得ることができた。このために10個の頂点,15個の辺からなる3枝グラフをすべて求めた。3.双曲正8角形から構成される種数2のコンパクトリーマン面の同次座標系を基にして,種数2のコンパクトリーマン面のタイヒミュラー空間を7つの変数からなる方程式で特徴付けることができた。これらの結果は,極値的クライン面がモジュライ空間の中でどのような特異点であるかを解明するための基礎的な情報であり,意義があるといえる。極値的円板の中心点を得ることは曲面の特徴付けにとても重要である。そしてさまざまな曲面の自己同型群を決定することは,それ自身重要な問題である。また,タイヒミュラー空間を特徴付ける方程式を得ることは,高次元の空間の認識を正確に行うためにとても意義があるといえる。双曲的閉曲面に対して、種数によってのみ定まる最大半径の円板を極値的円板と呼ぶ。本研究課題では極値的円板を含むリーマン面及びクライン面を求めることを中心の課題としている。また極値的円板の埋め込める個数や埋め込み位置を与えることも主要な問題である。本年度は特に次の結果を得ることができた。1。種数6の極値的クライン面を、同型を除いて149,288種類得ることができた。これは極値的クライン面を与えるNEC群の基本領域である双曲正30角形に対して、その辺の貼り合わせパターンをコンピュータによって解析することで求めた。2.種数6の極値的クライン面には、極値的円板を高々2個まで埋め込めることができ、ちょうど2個埋め込めるものは116種類存在することが判明した。また、埋め込み位置もすべて得られ、図で表示を行った。3.種数3の極値的リーマン面に対しては、新たに3種類存在することが判明した。これらはすべて超楕円的であることが証明できた。また、自己同型群及びワイエルシュトラス点の位置もすべて求めることができた。4.(g,m)型の標識付きリーマン面から成るタイヒミュラー空間に対して、トレース関数を用いることによりパラメータ付けを行うことができた。特に、(g,0)型に対しては6g-5個の変数が満たす方程式を与えることができた。これらの結果は極値的円板を2個以上含むことのできるクライン面を求める問題の解を与えており、とても意義のあるものと言える。また、リーマン面の自己同型群、ワイエルシュトラス点を求める問題にも貢献できたと言える。
葉の光合成二酸化炭素拡散におけるアクアポリンの役割

1)動物のアクアポリンに関する文献を研究した。本銀系の阻害剤がカーボニックアンヒドラーゼも阻害する可能性があることが明らかになった。したがって、2002年に公表したTerashima and Onoの論文の,水銀による光合成の阻害には、水銀によるカーボニックアンヒドラーゼの阻害の効果が含まれている可能性がある。細胞外から与えた場合に,細胞内に入りにくいCMBSでもHgCl_2と同様な効果を示したので,水銀剤の効果はカーボニックアンヒドラーゼの阻害の効果ではなさそうである(寺島)。2)光合成の研究に適したイネ葉から水性二層分配法により高純度の細胞膜を単離できるようになった(高木)。3)オオムギの根の細胞膜に発現するアクアポリン(HvPIP2)を導入した形質転換イネの葉の細胞間隙から葉緑体までの二酸化炭素拡散コンダクタンスを測定した(半場)。アクアポリン量の増加にともないコンダクタンスも増加した。この研究は,水分生理学の観点からアクアポリンを研究している岡山大学資源生物科学研究所の且原真木博士と協力して行った。アクアポリンが葉の光合成二酸化炭素輸送に関与することを明確に示すものである。本年度は以下の研究を行った。水銀系の阻害剤がカーボニックアンヒドラーゼも阻害する可能性があることが明らかになった。したがって,2002年に公表したTerashima and Onoの論文の,水銀による光合成の阻害には,水銀によるカーボニックアンヒドラーゼの阻害の効果が含まれている可能性がある。細胞外から与えた場合に,細胞内に入らない阻害剤を検索した(寺島)。2)光合成の研究に適した高等植物の葉から水性二層分配法により細胞膜を単離する方法を検討した(高木)。3)オオムギの根の細胞膜に発現するアクアポリン(HvPIP2)を導入した形質転換イネの葉の細胞間隙から葉緑体までの二酸化炭素拡散コンダクタンスが大きくなった(半場)。
高温水熱処理による冶金用炭材の製造に関する基礎研究

石炭灰分除去についての研究は脱硫に関するものが多いが、いずれの方法も有機質硫黄の除去は本質的に困難であることが指摘されている。そこで本研究では視点を変えて石炭中の鉱物質に注目し、高温水溶液中におけるこれら無機灰分の溶解挙動について検討した。使用した石炭はブラジル産の低品位石炭で、灰分が34%と非常に多い。これを均一に粉砕した試料とCa(OH)_2/NaOHと水を混ぜ、オートクレーブで水熱処理を行なった。初めにPの抽出率に及ぼすCa(OH)_3濃度と反応温度の依存性を比較した。Pの抽出には最適温度が存在した。即ち、150°Cから温度の上昇と共に抽出率は増加し、200°C付近でピーク(約80%)を与えた後減少してゆく。濃度が高くなるにつれて抽出率が減少したのはPO_4^3イオンがCa^<2+>等の対カチオンと結合して難溶性の沈殿を形成するためで、見掛け上下がったともの解釈される。230°C以上の高温で抽出率が低くなったのも同様に難溶性無機物として沈澱したためと思われる。NaOHを用いた場合、Pの抽出挙動はCa(OH)_2の時とほぼ同じ傾向を示したが、最大値が得られた温度は20°C低く180°Cであった。次にNaOHを用いた場合のAlとSiの溶解挙動について調べた。両元素とも温度依存性は見られず、NaOH濃度の一次に比例して浸出した。2hで約20%が溶液中へ抽出された。この時、約10%の石炭の重量損失も観察された。試薬をCa(OH)_2に代えて行った場合、これら元素は全く抽出されなかった。要約すると1)P抽出に対する最適条件はCa(OH)_20.5m01/kg-H_2O、200°Cであった。2)これよりも高温高濃度アルカリ領域ではPは沈澱し、抽出率は低下した。3)Al,Siに対してCa(OH)_2は効果が見られなかった。石炭は冶金プロセスにおける重要なエネルギ-源であるがその利用にあたっては、一般の燃焼用とは異なり、種々の特性が考慮されなければならない。とくに、灰分含有量と組成はプロセスの熱収支に影響を及ぼすだけでなく、製品中の不純物源としてプロセス構成を大きく左右する。このため素材の高純化への要求が高まるにつれ、低灰分、低不純物濃度の冶金用炭材の必要性が高まっている。本研究では、揮発分や灰分の高い安価な一般炭を対象に、熱水や超臨界水を用いて灰分の抽出除去、揮発分成分の調整を行い、プロセスの目的に応じた冶金用炭材とするための基礎研究を目的としている。本年度は、まず水の温度、圧力、添加成分(主としてNa_2OとCaO)濃度が不純物成分(主にSiO_2,Al_2O_3,S,P_2O_5など)の溶解挙動に及ぼす影響を系統的に調べている。ブラジルの劣質炭を対象に、可燃分を燃焼除去した灰分について、NaOH水溶液中での溶解挙動を確認した。アルカリ添加成分の少ない場合には、SiO_2を除いて溶解度は小さく、石炭中の灰分はほとんど溶液中に溶出しない。

不純物の中でもとくに重要な燐酸は、灰分中で燐酸カルシウムとして存在している場合には極めて安定であり、溶解度は高くても分解をしないため、溶出は困難である。モナザイトやゼノタイムの例のように、同タイプの燐酸塩でも、分解溶出挙動が大幅に異なる点からみても燐酸塩の抽出には、存在状態の把握が極めて重要と思われる。石炭灰分除去についての研究は脱硫に関するものが多いが、いずれの方法も有機質硫黄の除去は本質的に困難であることが指摘されている。そこで本研究では視点を変えて石炭中の鉱物質に注目し、高温水溶液中におけるこれら無機灰分の溶解挙動について検討した。使用した石炭はブラジル産の低品位石炭で、灰分が34%と非常に多い。これを均一に粉砕した試料とCa(OH)_2/NaOHと水を混ぜ、オートクレーブで水熱処理を行なった。初めにPの抽出率に及ぼすCa(OH)_2濃度と反応温度の依存性を比較した。Pの抽出には最適温度が存在した。即ち、150°Cから温度の上昇と共に抽出率は増加し、200°C付近でピーク(約80%)を与えた後減少してゆく。濃度が高くなるにつれて抽出率が減少したのはPO_4^<3->イオンがCa^<2+>等の対カチオンと結合して難溶性の沈殿を形成するためで、見掛け上下がったともの解釈される。230°C以上の高温で抽出率が低くなったのも同様に難溶性無機物として沈殿したためと思われる。NaOHを用いた場合、Pの抽出挙動はCa(OH)_2の時とほぼ同じ傾向を示したが、最大値が得られた温度は20°C低く180°Cであった。次にNaOHを用いた場合のAlとSiの溶解挙動について調べた。両元素とも温度依存性は見られず、NaOH濃度の一次に比例して浸出した。2hで約20%が溶液中へ抽出された。この時、約10%の石炭の重量損失も観察された。試薬をCa(OH)_2に代えて行なった場合、これらの元素は全く抽出されなかった。要約すると1)P抽出に対する最適条件はCa(OH)_20.5mol/kg-H_2O,200°Cであった。2)これよりも高温高濃度アルカリ領域でPは沈殿し、抽出率は低下した。3)Al,Siに対してCa(OH)_2は効果が見られなかった。
DNAマイクロアレイを用いた骨髄間葉系幹細胞の機能的分類・培養法の検討

近年、骨髄間葉系細胞(MSC)を用いた組織再生の研究が盛んに行われており、特に骨組織の再生は一部では臨床応用が行われているが、明確にMSCの有効性を示すような結果は得られていない。その大きな理由は、培養、増殖するにつれてMSCの骨形成能が低下してしまうことである。そこで、我々は骨芽細胞への分化誘導に用いられるデキサメサゾンを分化の方向性を既定する因子ではなく、MSCの分化誘導への反応性を高める因子でありMSCの培養期間中に継続的に添加することで分化能の高いMSCが得られると仮説をたて検証した。その結果、継続的にデキサメサゾンを加えてMSCを培養することにより、骨芽細胞系のみならず軟骨系、脂肪系への分化能も高いMSCが得られることを確認した。また移植実験においては、実際の骨形成能も高いことを確認した。MSCを用いた骨再生には再生の足場として多孔質のリン酸カルシウムが用いられることが多い、しかし気孔が小さいため細胞を内部まで導入するには困難を伴う。導入効率が低ければ、より多くのMSCを要し培養期間の延長を強いられ、結果としてMSCの性能が低下してしまう。我々は簡易なデバイスを用いた「低圧下浸透法」を開発し、1.53倍の導入効率、そして2.53倍の骨形成を実現することに成功した。MSCを足場材に導入する際に、一般的に培養液にMSCを浮遊させ導入する。我々は培養液の代わりに血漿を用いたMSCの導入法を考案した。血漿はゲル化するためMSC導入直後から移植に使用できるというメリットがある。(培養液を用いた場合はMSCが接着するまで、数時間待機が必要)この方法を用いたインプラントを移植し形成された骨の定量評価では、培養液での導入法に比べ、約1/10の細胞数で同等の骨形成が得られることが確認された。また、骨形成促進作用には血漿に含まれる血漿タンパク質とフィブリンゲルの両方がかかわっていることが確認された。骨髄間葉系細胞は骨髄穿刺などで得られた骨髄液から、容易に採取・培養することができる。しかし、得られる骨髄間葉系細胞の増殖能、分化能には大きなバラつきがあり、例えそれが同一ドナー由来であっても同じことがいえる。これは、得られる骨髄間葉系細胞が単一細胞由来ではなく、骨髄穿刺の際にどのような細胞集団が得られるかという偶然性に左右されているからと考えられる。本研究の目的は、骨髄間葉系細胞にはどのような細胞が含まれるかを解析するとともに、分化能(特に骨芽細胞系への分化能)の高い骨髄間葉系細胞を得られる培養方法を開発し、さらには臨床応用に使用しうる骨髄間葉系細胞を用いた骨再生手法を開発することである。骨芽細胞系への分化能の高い骨髄間葉系細胞を得る培養方法の開発。一般に骨髄間葉系細胞を骨、軟骨、脂肪などに分化誘導を行う際、複数の分化誘導因子を添加するが、どの系統への分化誘導においても、デキサメサゾンが含まれる。このことから、デキサメサゾンは分化誘導の方向性を示すというよりも、分化能を高める作用を有していると考えられる。そこで、骨髄間葉系細胞を培養する際、分化誘導時だけでなく、初代培養時から継続的にデキサメサゾンを添加して培養を行い、骨髄間葉系細胞の分化能について検討を行った。この結果、分化誘導時のみでなく、初代培養時から継続的にデキサメサゾンを加えることにより、より骨芽細胞系への分化能の高い骨髄間葉系細胞が得られることが確認された。

さらに継続的にデキサメサゾンを加えて培養することによって得られた細胞は、サルを用いた異所性骨化能の実験において、生体内での骨形成能においても、通常の培養方法で得られた骨髄間葉系細胞よりも高い骨形成能を有していることが確認された。今後、上記のメカニズムの解析を進めるとともに、さらに分化能の高い骨髄間葉系細胞を得るための培養方法などの開発を進めていく予定である。骨髄間葉系細胞(MSC)は骨髄穿刺で得られた骨髄液から、容易に採取・培養することができる。しかし、MSCの増殖能、分化能には大きなバラつきがあり、同一ドナー由来であっても同じことがいえる。これは、骨髄穿刺の際にどのような細胞集団が得られるかという偶然性に左右されているからと考えられる。本研究の目的は、MSCにはどのような細胞が含まれるかを解析するとともに、分化能(特に骨芽細胞系への分化能)の高いMSCを得られる培養方法を開発し、さらには臨床応用に使用しうるMSCを用いた骨再生手法を開発することである。骨芽細胞系への分化能の高い骨髄間葉系細胞を得る培養方法の開発。一般にMSCを骨、軟骨、脂肪などに分化誘導を行う際、複数の分化誘導因子を添加するが、どの系統への分化誘導においても、デキサメサゾン(DEX)が含まれる。このことから、DEXは分化誘導の方向性を示すというよりも、分化能を高める作用を有していると仮説をたて、H17年度の本研究において、そこで、MSCを培養する際、分化誘導時だけでなく、初代培養暗から継続的にDEXを添加して培養を行い、分化誘導時だけでなく継続的にDEXを添加して培養を行なうことにより、骨芽細胞系への分化能が高いMSCが得られることを確認した。H18年度の研究においては、さらにDEXの継続添加によって、MSCの軟骨、脂肪への分化能も向上することを確認した。また、MSCにDEXを添加して培養することで、MSCのアポトーシスが誘導されることが確認され、DEXによるMSCの分化能の向上には、DEXによる分化能の低い細胞群に対する選択的なアポトーシス誘導作用が関与している可能性が示された。近年、骨髄間葉系細胞(MSC)を用いた組織再生の研究が盛んに行われており、特に骨組織の再生は一部では臨床応用が行われるなど、最も進んでいるといえる。しかし、明確にMSCの有効性を示すような結果は得られていない。これは使用するMSCの性能の個人差、骨髄採取条件や培養条件の違いによる性能のばらつきが大きく、また、MSCは増殖とともに分化能、骨形成能が低下するためである。そこで、我々は骨芽細胞への分化誘導に用いられるデキサメサゾンを分化の方向性を既定するための因子ではなく、MSCの分化誘導への反応性を高める因子であり、分化誘導時のみならず、MSCの培養期間中に継続的に添加することで、より分化能の高いMSCが得られると仮説をたて検証を行った。その結果、継続的にデキサメサゾンを加えてヒトMSCを培養することにより、骨芽細胞系への分化能が高いだけでなく、軟骨系、脂肪系への分化能も高いMSCが得られることを確認した。さらに人と同じ霊長類であるサルMSCを用い、デキサメサゾンの継続添加により、骨形成能の高いMSCが得られることも確認した。また、このメカニズムとしてデキサメサゾンを加えて培養することにより、ヘテロジェニアスな細胞集団であるMSCの中から、選択的に分化能の高い細胞が増殖しており、それにはデキサメサゾンによるアポトーシスの誘導が関与していることを確認した。
虚血白質障害に関する多角的病態解析と軸索再生のための基礎的研究

ラット大脳白質(内包)へ定位的にエンドセリンを注入し選択的な白質梗塞モデルを作成した。梗塞部位はMRI画像と病理組織学にて病態を評価した。質量顕微鏡により分子レベル(リン脂質)での変化を網羅的に可視化し、新たな知見をえた。細胞移植による治療法の開発研究においては、脳血管内皮細胞の初代培養系を確立した後、内包梗塞部位に定位的に移植しところ、神経症状の改善を認めた。細胞移植による新たな(白質)脳梗塞治療法の可能性を示した。(1)白質梗塞(ラット白質脳梗塞)モデル作成と多角的病態評価成獣ラット(12週齢)の内包にエンドセリン1μg/μlを定位的に注入して、選択的白質梗塞モデルを作成した。ターゲットポイントの検証を行い最適条件をみつけた。内包選択的にエンドセリン誘発白質虚血ラットモデルが作成できた。行動解析では明らかな運動麻痺等の症状は認めなかった。組織学的に、軸索・ミエリンの障害を確認した。さらに、質量顕微鏡法により、この部位におけるリン脂質の分子動態の解析を開始した。(2)GFPラットからの移植細胞調整(神経幹細胞と血管内皮細胞)神経幹細胞:GFPラット側脳質壁から細胞を採取し、神経栄養因子を加えた無血清培地で浮遊培養したところニューロン、アストロサイト、シュワン細胞へ分化傾向を示す自己増殖能をもつ神経細胞塊(neurosphere)であることが確認できた。(3)虚血細胞死における超急性期の質量顕微鏡による分子イメージング神経細胞死の機序を明らかにする目的で、ラット局所脳虚血モデルを用いて脂質変化を、質量顕微鏡にて網羅的に解析する。虚血巣中心である大脳基底核において、虚血15分後では形態学的には変化を認めていないが、質量顕微鏡では、虚血領域特異的に、Posphatidylcholine(PC)の変化をみとめた。ある脂肪酸組成のPCは、上昇し、またある脂肪酸組成のPCは減少しているこおり、あるPCは変化を認めないことが判明した。虚血細胞死(壊死)の過程で、細胞膜の主要構成成分であるリン脂質PCが、脂肪酸組成により異なる局在を示したことから、リン脂質が細胞死のinitiationにおいて役割を演じている可能性が示唆された。(1)白質梗塞(ラット白質脳梗塞)モデル作成と多角的病態評価成獣ラット(12週齢)の内包にエンドセリン1μg/μ1を定位的に注入して、選択的白質梗塞モデルを作成した。さらに、病態解析を目的に、質量顕微鏡法により、この部位におけるリン脂質の分子動態の解析を開始した。慢性期においては、不飽和脂肪酸からなるPosbhatidylcholine(PC)の上昇を認めた。虚血細胞死(壊死)の過程で、細胞膜の主要構成成分であるリン脂質PCが、脂肪酸組成により異なる局在を示したことから、リン脂質が細胞死のinitiationにおいて役割を演じている可能性が示唆された.(A)選択的白質梗塞(ラット白質脳梗塞)モデル作成と梗塞部位における病態評価(1)ラット内包障害モデルの作成に関しては、大脳白質(内包)へ定位的にエンドセリンを注入し(血管収縮により)選択的な白質梗塞を作成した。MRI(T2画像)にて内包に選択的な脳梗塞巣を確認した。神経症状評価においては、運動機能では明らかな異常は認めなかった。(2)病理組織学的評価においては、APP抗体による免疫組織染色により軸索障害が確認できた。また同部には、梗塞後1週間でマイクログリアの集簇などの炎症反応を認めた。(3)質量顕微鏡(Imaging mass spectrometry)により分子レベル(リン脂質、タンパク質)での変化を網羅的に可視化した。

内包障害部位(炎症細胞:ED1抗体陽性が集族している)を、質量顕微鏡にて解析すると、フォスファチジルコリンPC (16:0/20:4)等のアラキドン酸(AA)を含むPCs(AA-PCs)とリゾフォスファチジルコリン(LPCs)の上昇を認めた。(B)大脳白質障害に対する細胞移植による治療法の開発(1)脳血管内皮細胞の初代培養系を確立した。GFP(green fluorescence protein)ラット大脳から微小血管およびその内皮細胞の分離をし、培養することに成功した。(2)これらの細胞を内包梗塞部位に定位的に移植して、経時的に白質障害を評価した。GFP(緑)標識血管内皮細胞が、内包障害部位に移植されていることが確認できた(移植細胞が生着していることを確認した)。(3)細胞移植治療による効果を評価した。移植細胞治療により白質(軸索)再生および脳機能障害の改善を評価したところ、脳血管内皮細胞を移植することにより、他の細胞移植群(menigeal cell)と比較して炎症細胞(ED-1陽性細胞)を抑制していることが判明した。エンドセリンの注入にて内包に再現性のよい障害部位を作成することができた。選択的白質障害モデルを確立し、この部位に細胞を移植することができた。局所脳梗塞モデルを作成し、形態学的変化(細胞壊死)が生じる前に質量顕微鏡でリン脂質の動的な変化をとらえられた。24年度が最終年度であるため、記入しない。選択的内包障害モデルにおける細胞移植研究では、移植細胞が生き残るための環境設定が、なされていない。どのような条件が必要にして十分であるか、今後の検討課題である。質量顕微鏡によるリン脂質の同定に関しては、現在のところPosphatidylcholine(PC)が最適化されているが、ほかのリン脂質あるいはたんぱくへの可視化をどのようにするか今後の課題である。
植物への窒素固定能移入に向けた基盤構築

窒素固定能を植物に移入することを最終目標とし、光合成と窒素固定を両立する唯一の生物であるシアノバクテリアに着目し、1)トランスポゾンタギングによる変異導入系を確立し、光合成と窒素固定の両立に関わる遺伝子の探索を行った。2)植物に移入するべき遺伝子セットを特定するために、窒素固定能をもたないシアノバクテリアに窒素固定遺伝子を導入し、光合成生物として初めてニトロゲナーゼ活性を付与することに成功した。シアノバクテリアLeptolyngbyaboryanaは、嫌気環境下で窒素枯渇に応じて窒素固定を行うが、その際、光合成活性も維持され、光合成と窒素固定が両立している。初年度は、作物への窒素固定能移入の基盤確立を目指して、L. boryanaの窒素固定の解析などの研究を進め、以下のような研究実績をあげた。1) L. boryanaの窒素固定遺伝子クラスターの機能解析により、内生の酸素発生をDCMUで停止させたときのみ野生株と同じレベルの活性を示す遺伝子欠損株を単離した。この遺伝子は、光合成による酸素からニトロゲナーゼを防御するシステムに関与していることが示唆される。2) L. boryanaの窒素固定遺伝子群のマスターレギュレーターCnfRを欠損した株と野生株との転写物の違いをRNA-seqで検討した結果、窒素固定遺伝子クラスター外にコードされる一つの遺伝子の発現が著しく低下することを見出した。この遺伝子もニトロゲナーゼに関係する機能を有するかもしれないことから、今後この遺伝子の機能の確認を進める。3)非窒素固定性シアノバクテリアSynechocystissp. PCC 6803のゲノム中立部位に、L. boryanaの窒素固定遺伝子群(25遺伝子)とcnfR遺伝子を導入した形質転換体CN1株をを単離した。加えて、さらに1遺伝子を追加したCN2株、さらに3遺伝子を追加したCN3株も合わせて単離した。これらの形質転換体はいずれも有意な窒素固定的生育が見られなかったが、低いレベルながらも有意なニトロゲナーゼ活性(アセチレン還元活性)を検出することができた。L. boryanaの窒素固定において酸素防御に関与すると推察される遺伝子を見出すことができた。また、RNA-seq解析により解析に供するべき新たな遺伝子を見出すことができた。さらに、当初の大きな目標である非窒素固定性シアノバクテリアへのニトロゲナーゼ活性の付与を実現できたことから、全体としておおむね順調に進展していると評価する。シアノバクテリアLeptolyngbyaboryanaは、嫌気環境で窒素枯渇に応答して窒素固定を行う。その際、光合成活性も維持されることから、窒素固定が光合成と両立している。作物への窒素固定能移入の基盤確立を目指し、1)初年度単離したCN1株の解析、2)CN1株への新たな遺伝子導入、3)CN株を窒素固定条件での育種、4)新たな遺伝子探索のためのトランスポゾンタギングによる変異株スクリーニングを行った。1)CN1株のニトロゲナーゼのサブユニットタンパク質の含量とニトロゲナーゼ活性について、元株L. boryanaとの比較を行ったところ、タンパク質含量で約10%、活性で約0.4%であった。このことから、CN1株では合成されたサブユニットタンパク質のうち約4%しか活性型ニトロゲナーゼにとして機能していないことが分かった。2)活性酸素によるニトロゲナーゼ金属中心の破壊を緩和するため、スーパーオキシドジスムターゼ(SodA)とカタラーゼ(KatG)による活性酸素除去系の導入およびシアノバクテリアの有する酸素除去系であるフラボ2鉄タンパク質(flavodiiron protein; Flv)遺伝子(flv1/2-flv3/4)の導入を試みた。CN1にSODとKatGを導入したCN1ks株とflv1/2-flv3/4を導入したCN1f株を単離した。3)CN株を、窒素枯渇条件で長期間培養したところ生じてきた緑色のコロニーを単離し、窒素枯渇条件での育種を継続している。4)接合法によりトランスポゾンプラスミドを導入し、ストレプトマイシン耐性株を単離し、窒素固定条件下での生育不良を指標にスクリーニングを行った。現在2000株をスクリーニングしたところ、窒素固定条件で生育不良を示す変異株を2株単離した。ゲノムリシーケンスによりこれらの変異株のトランスポゾン導入部位の特定を進めている。CN1株においてニトロゲナーゼ活性が低い理由を、活性とタンパク質含量から推察することができ、酸素や活性酸素除去系の強化が重要であることを示唆する結果が得られた。加えて、育種による有望株の単離、新たな遺伝子同定のための系を確立することができたことから、全体としておおむね順調に進展していると評価する。Leptolyngbyaboryanaは、一様な細胞からなる糸状性シアノバクテリアであり、嫌気条件かつ窒素枯渇条件に応答して窒素固定を行う。本研究は、窒素固定遺伝子群の導入によって非窒素固定性シアノバクテリアに窒素固定能を付与しようとするモデル実験を通して、作物への窒素固定能付与という究極の目標に向かう基盤を整備することを目的とする。L. boryanaの20.8 kbのゲノム上の遺伝子断片(nif遺伝子クラスター)とその制御タンパク質をコードするcnfR遺伝子を、非窒素固定性シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803(S. 6803)のゲノム中立部位に導入した形質転換体CN1の窒素固定活性を検討している。

CN1は、嫌気・窒素枯渇条件においてL. boryanaの約0.3%程度(細胞乾燥重量当たりのアセチレン還元活性で比較)のニトロゲナーゼ活性を示す。この活性をより向上させるために、昨年度より、1)活性酸素種消去に関わる遺伝子(カタラーゼ遺伝子katGとスーパーオキシドジスムターゼ遺伝子sodB)の発現、2)酸素除去酵素をコードするflv1/2-flv3/4遺伝子の発現、3)cnfRの本来のプロモーターによるCnfR発現についてCN1をプラットフォームとして進めてきたが、現時点ではCN1が示すニトロゲナーゼ活性を上回るような形質転換体は得られていない。一方、CnfRに対する抗血清を調製し、CN1における発現を確認した。好気/嫌気および窒素充分/窒素枯渇の組み合わせ4条件でのCN1細胞においておおむね同レベルでCnfRタンパク質の存在が検出された。一方、ニトロゲナーゼ活性は嫌気・窒素枯渇条件に限定されていた。この結果は、本来の宿主で想定されるCnfRによるnif遺伝子群の発現制御がS. 6803においても同様に作動していることを示唆している。窒素固定能を植物に移入することを最終目標とし、光合成と窒素固定を両立する唯一の生物であるシアノバクテリアに着目し、1)トランスポゾンタギングによる変異導入系を確立し、光合成と窒素固定の両立に関わる遺伝子の探索を行った。2)植物に移入するべき遺伝子セットを特定するために、窒素固定能をもたないシアノバクテリアに窒素固定遺伝子を導入し、光合成生物として初めてニトロゲナーゼ活性を付与することに成功した。初年度の成果を元に、窒素固定の酸素防御に関わる新しいタンパク質の同定を進める。非窒素固定性シアノバクテリアで検出されたニトロゲナーゼ活性をさらに向上させることで、窒素固定的生育能の付与を目指す。そのために、cnfRが認識するプロモーターの改変、酸素防御に関与する遺伝子の導入を試みる。併行して、ヒメツリガネゴケ葉緑体へのcnfRとnifプロモーターに連結したレポーター遺伝子を導入することで、これらの制御系が葉緑体で作動するかどうか検討を進める。CN1株への酸素や活性酸素除去系の付与に加え、新たに同定した、光合成との両立に関わる遺伝子の大量発現を試みることで、ニトロゲナーゼ活性を強化し、非窒素固定性シアノバクテリアへの窒素固定能の付与を目指す。並行して、ヒメツリガネゴケ葉緑体にcnfRとnifBプロモーターに連結したレポーター系を導入して、葉緑体においてCnfR系による転写活性化が可能かどうかを検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。植物生化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
確率的空間埋込法とガウス型大域的最適化の統合によるタンパク質立体構造推定

タンパク質の立体構造を,構成する原子間距離から効率的に推定する方法を考案した.この方法は,最適化問題(誤差を最小にする問題)を極めて単純な確率的手法で解くものであり,大規模なタンパク質の立体構造推定にも応用可能な効率の良いアルゴリズムである.タンパク質の立体構造を,構成する原子間距離から効率的に推定する方法を考案した.この方法は,最適化問題(誤差を最小にする問題)を極めて単純な確率的手法で解くものであり,大規模なタンパク質の立体構造推定にも応用可能な効率の良いアルゴリズムである.本研究では,「一般」Distance Geometry問題を考察した:原子間距離データが部分的な原子対にしか与えられておらず,また正確な距離データではなく,ある幅を持ったデータ(上下限)として与えられる場合に,その原子座標(分子構造)を如何に決定するかについて詳細な検討を行った.本年度は具体的に以下の成果を上げた:・実際に,既知のタンパク質であるインスリンデータを用いて計算機実験を行い,提案手法が正しく動くことを確認した.・より正確な分子構造決定を行うために,大幅な拡張方法を提案した:2点の座標ではなく,3点の座標を同時に更新する学習アルゴリズムを提案した.このアルゴリズムの部分修正版を3種類提案し(三角形の長辺と重心を保存する方法,放射状に3点を動かす方法,重心を保存かつ2乗平均誤差を最小にする方法),同様の計算機実験により詳細な性能比較を行うことで提案手法の有効性を確認した.・上下限データが確率的に分布している場合の検討を正規分布と一様分布に対して行った.このような条件下では,分子構造決定は全体としては困難になるが,提案手法はこの悪条件下でも正しく機能することを確認した.・2時関数型とガウス型目的関数を用いた大域的最適化方法(ガウス変換を用いる)と確率的近接データ埋込法に基づく我々の提案手法の性能比較を行い,分子構造決定の正確さ及び計算効率の両方において,提案手法が優れていることを確認した.平成19年度は,更なるアルゴリズムの改良を試みる.また,Protein Data Bank(PDB)に収められている蛋白質の中で,さらに大きなものに対しての実験も行う.本研究では,距離幾何問題(データ間距離情報からデータの位置座標を決定する問題)について詳細な検討を行った.本年度は具体的に以下の成果を上げた:・距離データに即して,高次元データを低次元空間にうまく埋め込む手法の開発を行った.特に,与えられたデータ間の補間データを自動生成する方法を考案した.・本研究の距離幾何問題は,データマイニング問題と密接な関連を持つが,データマイニングで一番問題になる「与えられた高次元データ間の距離(類似度)をどのように定義するか」という問題の検討を行った.与えられた高次元データ間の距離構造を自動学習するアルゴリズムを提案し,高次元データを用いて数値実験を行った.その結果,与えられたデータに即した距離構造をうまく学習することができ,より適した低次元埋込みが実現できることが分かった.・確率的近接データ埋込法(SPE:Stochastic Proximity Embedding)は,与えられたデータ対をランダムに選択するところに確率性が挿入されているアルゴリズムであるが,埋込みを行う(低次元空間での座標を更新する)アルゴリズムにも確率性を導入し,一つの座標値ではなく座標の分布を推定する方法を考案した.インスリンやグルカゴンデータを用いて,埋込み(分子立体構造推定)に関する数値実験を行い,その性能に関して従来法との詳細な比較・検討を行った.本研究では,距離幾何問題(データ間距離情報からデータの位置座標を決定する問題)について詳細な検討を行った.本年度は具体的に以下の成果を上げた:・距離データに即して,高次元データを低次元空間にうまく埋め込む手法の開発を行った.特に,埋め込み時の学習パラメータを「自動学習する」アルゴリズムを考案した.これにより,データ毎にいちいち学習パラメータを手動で調整する必要がなくなり,提案手法の適用範囲が格段に向上した.・本研究の距離幾何問題は,データマイニング問題と密接な関連を持つが,データマイニングで一番問題になる「与えられた高次元データ間の距離(類似度)をどのように定義するか」という問題の更なる検討を行った.与えられた高次元データに対して,ユークリッド距離の重み係数を自動学習することで,与えられたデータに即した距離構造をうまく学習することができ,より適した低次元埋込みが実現できることが分かった.研究の最終年度にあたり、提案手法である,拡張確率的近接データ埋込法(SPE: Stochastic proximity Embedding)の性能を他の最適化手法との詳細な比較を含めて、様々に検討した.また,提案手法に残された問題点・課題や今後の発展方向についても検討を行い,研究全体を纏め上げた.
エネルギー回復型低消費電力プロセッサーアーキテクチャの開発

本研究では、携帯機器向け、エネルギー回復型低消費電力プロセッサーアーキテクチャ及び設計手法を開発した。また、プロセッサ全体の消費エネルギーを削減するため、命令発行メモリ、キャッシュ・メモリ、レジスタ・ファイル、演算装置など様々なプロセッサ構成要素における低消費エネルギー化技術を開発した。さらに、実験的な評価を行うため、試作LSIの設計、製造を行った。本研究の成果を以下にまとめる。1.命令再利用に基づくキャッシュ・アーキテクチャの開発。ここでは、命令キャッシュに着目し、過去のタグ比較結果を再利用して参照データ検索における無駄なアクセスを回避することで,応用プログラムの負荷に応じて必要最小限のエネルギーで計算を実行する技術を開発し、それを実現するためのキャッシュ・アーキテクチャを提案した。2.データ再利用に基づくプロセッサデータ・パスの最適化手法の開発。ここでは、レジスタ・ファイル・アクセスにおける書込み/読出しデータを再利用するためのアーキテクチャを提案し、その最適化手法を開発した。本手法によりレジスタ・ファイルへのアクセス数を3分の1程度に削減し、低消費エネルギー化を達成できる。さらに、データの符号化や入出力の順序などを制御することにより、演算性能を維持したまま、命令ROMや算術論演算器、乗算器、専用レジスタ群などのエネルギーを大幅に削減する手法を開発した。3.可変電源電圧によるメモリシステムの低消費電力化手法の開発。ここでは、メモリの遅延時間とプロセッサの電源電圧との関係を利用して、命令発行メモリとキャッシュ・メモリの低消費エネルギー化を目的した、二電源電圧による消費エネルギー削減技術を提案し、命令発行メモリならびにキャッシュの構成最適化手法を開発した。4.プロセッサーチップ試作品の開発と設計。ここでは、充電断熱回路とパワークロックの回路設計技術を研究し、断熱回路設計方式による、エネルギー回復型RISCプロセッサのデータ・パス試作回路の設計開発を行った。VDECの試作サービスを利用した実験回路により、提案手法の有効性を確認した。平成11年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.1.到達目標の設定.消費電力回復に対してアーキテクチャ手法により可能となる諸特性の改善度を定量的に検討し、到達目標を明確にした。更に、可逆的演算用命令セット、プロセッサの構成、回路設計手法、設計最適化の各段階に対する要求仕様を明確化した。2.可逆的命令セットアーキテクチャの開発.ここでは、まず、可逆的演算を行なうための命令セット、代表的な命令毎に明示的にオペランド表示、演算操作方式、メモリアクセス方式、制御法、などを検討した。更に、データ管理とデータの圧縮技術及びメモリーアドレッシング手法に関する研究を行なった。また、命令セットアーキテクチャは、C言語で記述し,調書記載のワークステーション上でその評価を行った。3.回路設計手法の開発.ここでは、断熱的荷電回復回路技術(SRCL)を用いて、ハードウエア要素の回路設計手法を検討した。平成12年度の計画は概ね予定通りに行なわれた.1.詳細な回路設計手法の開発。ここでは、昨年度に開発したプロセッサーのアーキテクチャに基づいて詳細な回路設計と評価を行った。断熱的荷電回復回路技術(SRCL)を用いて、各ハードウェア要素の回路設計手法を検討した。低消費電力型演算要素とメモリセルのためのカスタム回路設計を行った。更に、クロック線で駆動電源供給する手法を確立し、エネルギー回復の制御法の開発を行なった。2.規則性を考慮したプロセッサの論理合成。本研究では、ハードウェア記述に内包される規則性の抽出を行い、そのデータを配置配線用ソフトウェアに送るような環境を構築した。また、断熱回路の設計自動化ために、回路の論理合成アルゴリズムの開発を行なった。3.回路評価。上記回路手法を組み合わせて、プロセッサの回路のシミュレーションし、タイミング評価を行なった。平成13年度の計画は概ね予定通りに行なわれた。