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消化器癌におけるPDL１発現機構の解明と免疫チェックポイント阻害療法の開発

【目的】消化器癌におけるPD-L1の発現調節機構を解明し、免疫チェックポイント阻害剤の効果増強、ResponderのPrediction、Non-responderの機序解明に寄与することを目的とする。2EMTを惹起するIn vitroモデルで、Mesenchymal形質に変化することにより、Snailを介して、PD-L1の発現増加が認められた。また、食道扁平上皮がんの手術検体において、EMTscoreと、PD-L1に正の相関があった。したがって、消化器固形がんではEMT変化により、PD-L1の発現増加が証明できた(論文発表Cancer Medicine 2018)3年間の研究により、消化器癌のPD-L1発現機構が解明されつつあり、さらに腫瘍微小環境におけるmicroRNAの関与を示すPreliminary dataが得られた。そこで、研究費の残余を使用して、1年間の研究機関の延長を申請し、承認された。さらなるPD-L1の調節機構を解明する予定である。【結果】IFN-gammaは、JAK-STAT系を介してPDL1発現を増強した(26株中、IFN-gammaに不応性の細胞株は2種類のみ)。また、MAPK阻害剤とIFN-gammaの両者の検討では、MAPK系の発現調節の関与はほとんどない。さらに、腫瘍細胞をIFN-gammaで前処置してCytotoxic assayを行うと、CTL作用は大きく抑制されるが、さらに抗PDL1抗体を共添加すると、CTL作用は反対に大きく増強されることが判明した。すなわち、腫瘍ーT細胞認識機構においては、PDL1発現が重要なLimiting factorであることが示唆された。また、PD-L1発現は、EMT statusと相関があった。おおむね実施計画に従って実施しており、信頼性の高い結果が得られつつある。これらの結果の一部を、Cancer Scienceに投稿し、受理された(In press2018)【目的】消化器癌におけるPD-L1の発現調節機構を解明し、免疫チェックポイント阻害剤の効果増強、ResponderのPrediction、Non-responderの機序解明に寄与することを目的とする。したがって、消化器固形がんではEMT変化により、PD-L1の発現増加が証明できた(論文発表Cancer Medicine 2018)1平成28年度の細胞株を用いたin vitroのデータをさらに確立し、信頼性の高いデータとする。2当初の計画どおり、平成29年度以降には、免疫チョックポイント分子の発現、CD3,CD8,CD4リンパ球の浸潤程度を、摘出標本を対象とした免疫染色で検討する予定である。最終的に、食道癌のEMT関連、in vivoのデータにより、PD-L1の調節機構について、もう一論文公表する予定である。3年間の研究により、消化器癌のPD-L1発現機構が解明されつつあり、さらに腫瘍微小環境におけるmicroRNAの関与を示すPreliminary dataが得られた。H28年度以前に購入準備した試薬、Assay系を使用したIn vitro実験のため、実質的な消耗品の購入が必要なかった。研究成果の発表のための学会等への参加については、別経費を充てた。他の予算で共通の備品を購入したため、実質支出が生じていないのが、現状である。本研究により、2編の論文発表したが、さらに発展型の新しい知見があり、これを研究費残額で実行する延長申請を提出し、承認された。次年度繰り越し額と、本年度の予算額を合算して、本年度は消耗品を中心として、使用する予定である。
フェムト秒レーザーによる材料表面への複合微細構造形成

フェムト秒レーザーを照射することにより、材料表面に様々な微細構造が形成される。その中に周期的な構造を持ったものがあり、そのサイズもレーザーの照射条件や材料によって変化する。そのようなサイズの異なる周期的微細構造からなる複合的な微細構造を大きな面積の領域に連続的に形成するために、レーザーを走査しながら照射したところ、適当な条件で連続的に微細構造が形成されることが分かった。フェムト秒レーザーをアブレーションしきい値近傍のフルーエンスで照射することにより、レーザー波長よりも短い周期を有した微細な凹凸構造などが形成される。そのため、そのような構造に基づく新たな機能を各種材料表面に付与できる加工として期待されている。その機能を評価し実用化するためにはそのような構造を大面積に作成する必要があり、その加工条件を明らかにすることを目指し、ここでは材料としてステンレス、チタン、アルミニウムを用い加工を行った。鏡面研磨した材料表面に垂直にレーザー光を入射させて集光し、まずスポット状の加工を行った。照射フルーエンスおよび照射レーザーパルス数を変えて、微細構造が形成される加工条件を調べた。次に、その集光点を材料表面に沿って走査することにより微細構造を線状の領域に連続的に形成することを、照射フルーエンスおよび走査速度を変えて試みた。その結果、スポット状の加工において、どの材料に対してもアブレーションしきい値近傍のフルーエンスで、レーザー波長より短い周期を有し、レーザー光の電場の偏光方向に対し垂直な方向の縞状の周期的微細構造が形成されることが確認された。フルーエンスが低下するに従い、その構造形成にはさらに多くのパルス照射が必要であった。アルミニウムにおいてはその構造形成に適したフルーエンス領域が他の材料と比べ狭かった。また、それらのフルーエンス領域において適当な走査速度でレーザー光を走査することにより、どの材料に対してもその周期的微細構造を線状の領域に形成することができた。フェムト秒レーザーによる加工において、アブレーションしきい値近傍のフルーエンスでレーザー光を照射することにより材料表面に周期的で微細な凹凸構造などが形成される。そのため、材料表面の本来の特性に加えてそのような微細構造に基づく機能を付与できる加工として期待されている。その機能を評価し、また、実用化するためには、微細構造を大面積に作成する必要がある。そのための加工条件を明らかにすることを目指し、ここでは材料としてステンレス、チタン、アルミニウムを用い加工を行った。鏡面研磨した材料表面に垂直にレーザー光を入射させて集光し、材料表面に沿って走査した。走査するラインを少しずつずらして加工することを土より、微細構造を面状の領域に連続的に形成することを、照射フルーエンス、走査速度、走査ライン間隔を変えて試みた。その結果、どの材料に対しても照射フルーエンス、走査速度、走査ライン間隔を適当な値にすることにより、レーザー波長より短い周期を有し、レーザー光の電場の偏光方向に対し垂直な方向の縞状の周期的微細構造が面状の領域に連続的に形成された。また、ステンレスとチタンについては加工条件により、レーザー波長よりも短い周期を有した縞状の微細構造に対して、その直交する方向に数マイクロメートル程度の周期を有した縞状の周期的微細構造が重畳したような構造が形成され、この場合も適当な加工条件を選ぶことにより、その構造が面状の領域に連続的に形成されることが分かった。
単一磁束量子局在電磁波集積回路

本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集積回路分野の確立に向け、新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス製作技術、回路設計技術から回路応用まで総合的に推進した。具体的には、単一磁束量子集積回路の動作スピードと集積密度を高めるための基盤となる新しい材料・デバイス製作技術の創出、ならびに大規模で柔軟な集積回路の設計を可能とする回路設計技術の確立、更にそれらを利用した高速信号処理回路への展開を図った。ピコ秒幅の微小電圧パルスを情報担体とする単一磁束量子回路は、スイッチングに要するエネルギーが極めて小さく、動作速度も高速であり、半導体回路を凌駕する優れた性能を持つ。一方、超伝導体導波路において局在電磁波パルスは形を変えずに弾道的に伝播し、単一磁束量子回路を柔軟かつ高スループットで配線することが可能である。この局在電磁波の高速信号伝送特性を利用することにより、単一磁束量子論理回路の性能を飛躍的に向上させることができる。本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集積回路分野の確立に向け、新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス、設計技術から応用まで総合的に推進するものである。具体的には、単一磁束量子局在電磁波集積回路の動作スピードと集積密度を高めるための基盤となるプロセス技術、ならびに局在電磁波導波路を利用した回路設計技術を確立し、それらの高速信号処理回路応用への展開を図る。研究組織は、「局在電磁波集積回路プロセスの研究」班と「局在電磁波集積回路設計技術・システム研究」班の2つのグループで構成し、以下のテーマについて研究を行った。(1)局在電磁波集積回路プロセスの研究(1)「単一磁束量子局在電磁波集積回路プロセスに関する研究」代表:藤巻朗(名古屋大学)(2)「二硼化マグネシウム超伝導接合技術の確立」代表:内藤方夫(東京農工大学)(3)「単一磁束量子による高スループット微細超伝導配線」代表:明連広昭(埼玉大学)(2)局在電磁波集積回路設計技術・システム研究(1)「局在電磁波による高速信号伝送を利用した単一磁束量子高速フーリエ変換回路の研究」代表:中島康治(東北大学)(2)「局在電磁波配線を利用した単一磁束量子論理ゲートの研究と高速信号処理回路への応用」代表:吉川信行(横浜国立大学)(3)「局在電磁波配線を用いた単一磁束量子論理回路の設計および設計支援に関する研究」代表:高木一義(名古屋大学)(4)「超伝導多層導波路の高密度三次元設計と評価」代表:水柿義直(電気通信大学)本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集積回路分野の確立に向け、新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス製作技術、回路設計技術から回路応用まで総合的に推進した。本研究では、局在電磁波配線を利用したSFQ回路を実現する上で重要な課題であるSFQ論理ゲートの最適設計法について研究を行う。これによりSFQ論理ゲート間を超伝導伝送線路で直接配線するための基本技術を確立する。更に、開発した設計手法をベースとして、本領域研究グループで共同してSFQ論理ゲートの標準セルライブラリを形成し、設計資産の共有化を図る。研究の後半では、開発したセルライブラリを利用して信号処理回路の開発を行う。本年度では、まず、SFQ論理ゲートの新たなセルライブラリの構築を他大学と協力して行なうための設計指針の検討を行なった。従来セルの磁場シールド構造における電流リークの可能性を検討し、新たなセル構造を提案した。また、高速フーリエ演算を行なうためのバタフライ演算器の基本設計を行なうとともに、重要な回路要素であるビットシリアル乗算器の試作を行ない、30GHzでの動作実証を行なった。その他、局在電磁波集積回路の要素技術として以下の研究成果を得た。(1)バイアス電流を低減する技術として、カレントリサイクル法を研究し、異なるグランドプレイン間での局在電磁波の伝送に成功した。(2)微小な局在電磁波パルスを半導体デバイスで観測可能な電圧レベルに増幅するためのラッチングドライバの安定動作化の検討を行い、数値シミュレーションを用いた回路の最適化により、良好なバイアスマージンを得た。局在電磁波による高スループット信号伝送を利用することにより単一磁束量子論理回路(SFQ回路)の性能を飛躍的に向上させることができる。この新技術は、SFQ回路の設計の柔軟性を増し、従来の配線に制限された集積回路設計法から配線の高速性や高スループット性を積極的に利用した設計法へと回路アーキテクチャの面でも新たなパラダイムシフトをもたらす。本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集積回路分野の確立に向け、この新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス技術、設計技術から応用まで総合的に推進するものである。具体的には、SFQ局在電磁波集積回路の動作スピードと集積密度を高めるための基盤となるプロセス技術、ならびに局在電磁波導波路を利用した設計技術を確立し、それらの高速信号処理回路応用への展開を図る。本領域では、「局在電磁波集積回路プロセス研究グループ」と「局在電磁波集積回路設計技術・システム研究グループ」の2つの研究班を設ける。また、相互の研究協力や研究ターゲットの調整を行うために総括班を置く。

総括班は執行部としてプロジェクト全体の研究方針の決定、各研究グループの監督と調整、他プロジェクトの研究者も含めた研究成果の評価を行う。また、班員の情報交換、成果発表のための全体会議を企画して研究成果を取りまとめる。総括班の活動として、本年度は、2回の研究代表者会議、2回の設計Meeting、1回の領域全体会議(研究会)を行った。また、平成19年度末には、研究成果を内外に発信するために国際ワークショプ(Superconducting SFQ VLSI Workshop 2008)を横浜で開催した。また、ホームページによる積極的な情報発信を行った。局在電磁波による高スループット信号伝送を利用することにより単一磁束量子論理回路のSFQ回路)の性能を飛躍的に向上きせることができる。この新技術は、SFQ回路の設計の柔軟性を増し、従来の配線に制限された集積回路設計法から配線の高速性や高スループット性を積極的に利用した設計法へと回路アーキテクチャの面でも新たなパラダイムシフトをもたらす。本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集し積回路分野の確立に向け、この新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス技術、設計技術から応用まで総合的に推進するものである。具体的には、SFQ局在電磁波集積回路の動作スピードと集積密度を高めるための基盤となるプロセス技術、ならびに局在電磁波導波路を利用した設計技術を確立し、それらの高速信号処理回路応用への展開を図る。本領域では、2つの研究班を設ける。また、相互の研究協力や研究ターゲットの調整を行うために総括班を置く。総括班の活動として、本年度は2回の設計Meetingを行った。これにより、局在電磁波集積回路の標準セルライブラリを構築し、設計資産の共有化を行うことができた。更に、超電導工学研究所の超伝導集積回路プロセスを用いた回路の評価を、領域として体系的に実施する体制を構築した。年度の最後では、領域全体会議(研究会)を実施し、評価委員による評価を実施した。また、年次報告書を取りまとめた。局在電磁波による高スループット信号伝送を利用することにより単一磁束量子論理回路(SFQ回路)の性能を飛躍的に向上させることができる。本特定研究領域は、将来のサブテラヘルツ集積回路分野の確立に向け、この新しい局在電磁波配線技術を前面に据えた単一磁束量子集積回路の研究を、デバイス技術、設計技術から応用まで総合的に推進するものである。
異種プラズモニックメタサーフェスの積層化による集積化高機能光デバイスの開発

本研究の目的は、特異な光学特性を示す微細構造であるメタサーフェスを複数組み合わせて製作・使用することによって、より高い機能性を持つ光学素子を実現することである。昨年度までの研究では、そのうち1種類のメタサーフェスである金ナノフィンアレイ1/2波長板を製作することに成功した。本年度はもう一種類のメタサーフェスであるプラズモンレンズの製作実験と、1/2波長板をより小さく加工・パターニングした素子の評価を行うための偏光・位相同時測定用プローブ顕微鏡の開発を推進した。プラズモンレンズの製作では、電子線描画による構造の試作を行った。製作実験において、当初使用予定であった電子線レジストが被加工材のAgと反応し、表面が変性することが明らかになった。そこで、新たな加工法を考案・実証した。これによりプラズモンレンズのみの加工に成功した。さらに積層加工のための重ね描画の検証を行い、1マイクロメートル以内の位置ずれで重ね描画ができることが示された。今後のメタサーフェス積層化に向けた技術的な準備が整った。偏光・位相同時測定用プローブ顕微鏡の開発では、中空カンチレバー・干渉光学系・3軸ピエゾステージを含む光学系を構築した。また、取得した光強度の情報を一括処理するためのプログラムを開発した。これにより、試料からの出射光の面内分布の測定が可能となった。構築した測定装置を用いて昨年度までに制作した金ナノフィンアレイパターンに対する測定実験を行った。ノイズの除去や測定時間の長さ・時間安定性に課題は残るが、素子のパターンに応じた光学特性のマッピングを取得することが可能となった。微小領域での偏光・位相の同時測定の例は少なく、新規性のある成果が得られたと言える。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度はマイクロ波長板の特性改善に向けた素子の製作と偏光測定用SNOMの開発を行った。マイクロ波長板の開発では平成26年度に実現した金ナノフィンアレイ波長板の設計や製作条件を変更し、使用可能波長域の変更と透過率の偏光依存性の改善を試みた。理論解析や数値解析から、金属を金から銀やアルミに変更することによって短波長側でも波長板が実現できる可能性を示した。解析結果をもとにアルミナノスリットアレイを製作した結果、可視から近紫外の帯域で複屈折が発生することを実証した。さらに、透過率の偏光依存性改善のため、理論解析でいくつかの形状について透過光特性を検証した。解析の結果から金ナノフィン構造を誘電体中に埋め込むことによって透過率の偏光依存性が改善される可能性が示された。このような構造を実現するため、金のフィン状構造をスピンオンガラスで埋め込む製作工程を考案し、実際に周期400 nmの金ナノフィンアレイを埋め込むことに成功した。透過光特性評価の結果透過率の偏光依存性は改善され、50%を超える高い透過率と1/2波長程度の複屈折位相差を両立した。この結果は金属ナノ構造を使った波長板の中では類を見ないものである。また、埋め込みによって金ナノ構造上に透明かつ平滑な層を実現した。今後行う予定のプラズモンレンズとの積層工程で必要な透明中間層が実現され、今後の研究の進捗への貢献が期待される。偏光測定用SNOMの開発では、偏光・位相・光強度を同時測定できるプローブ顕微鏡の設計を行った。設計した顕微鏡では散乱プローブの側方散乱光を直交する2つの方向から別々に受光し、偏光方向毎の信号を得る。また、散乱光と参照光を干渉させることによって、出射光の位相を同時に測定する。設計に基づき、予備実験に向けた光学系の構築を進めている。平成27年度はマイクロ波長板の製作を中心に研究に取り組んだ。新しく考案した製作プロセスにより、優れた透過特性を持つ1/2波長板を実現した。また、今後行う予定であったプラズモンレンズの積層に必要だった透明中間層も同時に実現することができ、大きな進捗があったといえる。また、製作した素子について予定よりも詳細に透過光特性評価を行い、新たな知見を得ることができた。透過光特性評価に時間をかけたため、当初平成27年度の研究として予定していた偏光測定SNOMの設計・構築はやや遅れているが、研究全体の進捗は予定通りの水準といえる。平成28年度は金ナノフィンアレイを用いたマイクロ軸対称偏光子アレイ・プラズモンレンズの試作、および偏光位相測定用のプローブ顕微鏡の開発、という2つの項目について研究を行った。平成27年度までに実現した埋め込み型金ナノフィンアレイ1/2波長板を5マイクロメートル周期で主軸方位を変えながら集積化したマイクロ軸対称偏光子アレイを試作した。電子線描画を使用した試作の結果、設計通りの寸法で描画が行われ、埋め込み型金ナノフィンアレイを集積化することに成功した。この成果は今後取り組む予定の積層メタサーフェス実現のために必要不可欠なものである。一方で、以前と比べて透過率が低くなってしまったため原因の究明と製作条件の改善が必要である。マイクロ軸対称偏光子の上に積層を予定しているプラズモンレンズの試作を行った。電子線描画による円形パターンの描画の結果、現像時に変色が生じる等の問題が生じた。マイクロ軸対称偏光子の光学特性を測定するための偏光位相測定用プローブ顕微鏡の構築を行った。当初の計画では、散乱プローブからの側方散乱を2つのヘテロダイン干渉計で測定する手法を検討していた。

しかし、対物レンズの機械的干渉や測定系の精度の問題から実現が困難であることが判明した。そこで、中空チップを持つカンチレバーからの透過光を測定する手法を新たに考案した。この手法では従来計画していた手法より簡素な光学系で精度よく偏光や位相を測定することが可能であると推測される。これまでに新たな光学系を設計・構築し、金ナノフィン試料上でヘテロダイン干渉を使った位相測定実験を行った。測定精度の問題は残るが、偏光方向ごとの光位相を取得することに成功した。微小領域内の偏光・位相を測定した前例は少なく、新規性のある成果といえる。また、走査機構を付加することによって先述のマイクロ軸対称偏光子の性能評価への利用が期待される。偏光・位相分解能を持つプローブ顕微鏡の開発では、従来の散乱型近接場光顕微鏡をベースとして、偏光成分ごとに2つの受光器で光を計測する光学系を想定していた。予備実験の段階で、プローブ先端以外からの散乱光が測定ノイズとして測定される問題が生じた。近接場光の測定では試料近傍でのタッピング等の手法でノイズを除去できるが、伝搬光・近接場光両者を対象とした本研究ではノイズ除去が困難であることが明らかになった。また独自の手法で測定を目指していた偏光成分ごとの測定では、レンズの開口数や公差の問題から空間分解能と偏光分解能の両立が困難であるということが明らかになった。そこで、新しい光学系の設計・構築に6か月程度の時間を要したため、当初の計画より進捗がやや遅れている。本研究の目的は、特異な光学特性を示す微細構造であるメタサーフェスを複数組み合わせて製作・使用することによって、より高い機能性を持つ光学素子を実現することである。昨年度までの研究では、そのうち1種類のメタサーフェスである金ナノフィンアレイ1/2波長板を製作することに成功した。本年度はもう一種類のメタサーフェスであるプラズモンレンズの製作実験と、1/2波長板をより小さく加工・パターニングした素子の評価を行うための偏光・位相同時測定用プローブ顕微鏡の開発を推進した。プラズモンレンズの製作では、電子線描画による構造の試作を行った。製作実験において、当初使用予定であった電子線レジストが被加工材のAgと反応し、表面が変性することが明らかになった。そこで、新たな加工法を考案・実証した。これによりプラズモンレンズのみの加工に成功した。さらに積層加工のための重ね描画の検証を行い、1マイクロメートル以内の位置ずれで重ね描画ができることが示された。今後のメタサーフェス積層化に向けた技術的な準備が整った。偏光・位相同時測定用プローブ顕微鏡の開発では、中空カンチレバー・干渉光学系・3軸ピエゾステージを含む光学系を構築した。また、取得した光強度の情報を一括処理するためのプログラムを開発した。これにより、試料からの出射光の面内分布の測定が可能となった。構築した測定装置を用いて昨年度までに制作した金ナノフィンアレイパターンに対する測定実験を行った。ノイズの除去や測定時間の長さ・時間安定性に課題は残るが、素子のパターンに応じた光学特性のマッピングを取得することが可能となった。
企業行動の内生的な意思決定のタイミングに関する研究

1.寡占市場の数量競争従来の寡占理論における代表的な数量競争モデル(Cournot及びStackelbergモデル)においては、各企業がいつ生産をするのかは分析者によって外生的に与えられており、企業は自らの行動のタイミングを選ぶことができなかった。しかしこのような想定は必ずしも現実的ではない。本研究では、企業の意思決定のタイミングを内生化し、企業が実際にどのようなタイミングを選ぶのかを分析した。その結果、次の2つの均衡が存在することがわかった。(1)すべての企業が第1期に行動する。(2)一つの企業を除きすべての企業が第1期に行動に行動する。この結論は、従来の寡占理論におけるCournotモデルの妥当性を明らかにするとともに、新たな市場への参入に関して、非効率的な早期参入競争が起こる可能性があることを明らかにした。2.技術革新次の研究では、消費者が重要な役割を果たす技術革新に関して、消費者の意思決定のタイミングについて分析した。優れた技術であるにもかかわらず、その技術が普及しなかった例は多い。この原因を、消費者が新製品をいつ買うのかを、消費者自身が決めるモデルを分析することによって明らかにした。具体的には次のことがわかった。(1)情報の不完全性のもとで、市場が完全競争的である場合、消費者の新製品の買い控えが起こり、その結果優れた新製品の普及が遅れる。(2)新製品の生産者が独占力を持つ場合、(1)の非効率性は排除される。この結論は、特許制度の重要性について新たな視点を与えている。従来の研究では、特許制度の新技術発明の誘因を高める点が強調されてきた。この研究は、特許制度が、既に発明された新技術の普及にも大きな役割を果たすことを明らかにした。
O-結合型糖鎖合成に関与するシアル酸転移酵素遺伝子郡の発現解析

報告者らによりクローニングされた2種類のニワトリシアル酸転移酵素(ST6GalNAcII及びST6GalNAcI)の塩基配列を基に、マウスホモログcDNAをクローニングした。更にこれらをプローブとしてコスミドライブラリーをスクリーニングし、両遺伝子のゲノムクローンを得た。ST6GalNAcII遺伝子は、弱いmRNAの発現がほぼ全ての臓器で認められ、また精巣、乳腺では強いmRNAの発現が認められた。本遺伝子のゲノム構造を解析した結果、ST6GalNAcII遺伝子は8つのエクソンよりなる、ゲノムサイズ約25kbの遺伝子であることが明かとなった。本遺伝子のプロモーター領域には、SP1,AP-2,ATFの結合部位が存在した。ルシフェラーゼをレポーター遺伝子として用いたプロモーター解析の結果、本遺伝子は転写開始点上流200bp内に存在するSP1結合部位が転写活性に重要であることが明らかになった。またAP-2,ATF結合部位を含む領域は転写増強作用のあることが明らかになった。ST6GalNAcI遺伝子は、非常に弱いmRNAの発現がほぼ全ての臓器で認められた。本遺伝子のゲノム構造を解析した結果、ST6GalNAcI遺伝子は8つのエクソンよりなる、ゲノムサイズ約12kbの遺伝子であることが明かとなった。興味深いことに、ST6GalNAcI及びST6GalNAcII両遺伝子のゲノム構造は非常に類似していた。本遺伝子のプロモーター領域には、Myc,Etsの結合部位が存在した。現在ヒト並びにニワトリ遺伝子のプロモーター領域のクローニングを終了し、ルシフェラーゼをレポーター遺伝子として用いたプロモーター解析を行っている。
強誘電結晶のエンジニアド・ドメイン構造とその高い圧電性の解明

本研究の目的は、KNbO_3強誘電結晶のエンジニアド・ドメイン構造ならびにその歪-電界特性を調べ、高い圧電性とドメイン挙動の解明、ドメイン制御法の確立、応用デバイス開発を図ることにある。得られた主な成果を要約する。1.KNbO_3結晶の各種振動モードに対する電気機械結合係数のカット角依存性を解析し、厚み縦振動の電気機械結合係数が既知の圧電材料の中で最大となるカットが存在することを見出した。2.擬立方晶(001)_<pc>カットKNbO_3結晶に電界を印加した時の歪-電界特性を測定し、低電界ではヒステリシスのない線形特性が得られるが、高電界では60°ドメインの発生により歪-電界特性にヒステリシスが生じ、理論よりも非常に大きな歪が発生することがわかった。3.結晶に化学エッチングを施してマイクロクラックを除去することにより60°ドメイン発生がなくなり、高電界までヒステリシスのない歪-電界特性が得られることを見出した。4.KNbO_3結晶を相転移温度以上まで加熱・冷却したときのドメイン構造変化を実験的に調べ、定性的説明を与えた。また、相転移温度以上に加熱処理をした場合に、元のシングルドメイン状態に戻す方法として、応力印加と電界印加を併用する方法を考案し、実験的にこれに成功した。5.KNbO_3(001)_<pc>カット結晶を加熱後電界印加しながら冷却することによりエンジニアド・ドメイン構造を形成させ、圧電特性を調べたところ、圧電性はエンハンスされないがヒステリシスがほとんどなくなることを明らかにした。またそのドメイン構造を調べ、2種類の90°ドメインからなる層状有極性多分域構造が形成されることを初めて明らかにした。6.KNbO_3結晶の高結合カットを応用した超音波トランスデューサを開発し、従来よりも広帯域で低損失な特性が実現できることを実証した。さらに高周波の応用を目指し、KNbO_3薄膜の形成法としてECR-PLD法を開発し、単結晶薄膜の成長に成功した。本研究の目的は、擬立方晶構造を有する強誘電結晶のエンジニアド・ドメイン構造(有極性マルチドメイン構造)ならびにその歪-電界特性を詳細に調べ、ドメイン挙動の解明、ドメイン制御方の開発、高い圧電性の機構の解明を図ることにある。本年度は、本研究代表者が高い圧電性を見出したKNbO_3結晶の擬立方晶(001)_<pc>カットについて、シングルドメイン結晶および擬立方晶[001]_<pc>方向にポーリングしたエンジニアド・ドメイン結晶における歪-電界特性を調べ、X線回折や偏光顕微鏡によりドメイン構造の解明を図った。以下にその主な成果を示す。1)KNbO_3結晶の2重回転カットについて、各種振動モードに対する電気機械結合係数のカット角依存性を解析した。2)結晶切断や加熱の際に60°や60°のドメインが発生しない処理条件・方法を確立した。3)単分域の擬立方晶(001)_<pc>カットKNbO_3結晶に電界を印加した時の歪-電界特性を測定し、低電界ではヒステリシスのない線形特性が得られ、圧電歪定数は理論とよく合うが、高電界では歪-電界特性にヒステリシスが生じ、理論よりも非常に大きな歪が発生することがわかった。偏光顕微鏡観察やX線回折によりドメイン構造を調べ、60°ドメインの発生によるものであることを明らかにした。4)マイクロクラック部からの60°ドメインの成長が圧電特性に与える影響を調べるため、化学エッチングを施したKNbO_3単分域(001)_<pc>カット結晶について同様の研究を行い、エッチングの圧電特性への効果が極めて顕著で、高電界までヒステリシスのない歪-電界特性が得られることを明らかにした。5)高結合で実用上特に有望な圧電素子として、Y軸回り49.5°回転Xカットの両主平面に電極をつけた垂直電界励振厚み縦振動子、およびY軸回り43.5°回転ZカットのX'方向の幅が有限な薄板の両エッジに電極をつけた薄板状幅縦振動子について実験を行い、電気機械結合係数などの諸定数を測定・評価した。

また、相転移温度以上に加熱処理をした場合に、元のシングルドメイン状態に戻す方法として、応力印加と電界印加を併用する方法を考案し、実験的にこれに成功した。5.KNbO_3(001)_<pc>カット結晶を加熱後電界印加しながら冷却することによりエンジニアド・ドメイン構造を形成させ、圧電特性を調べたところ、圧電性はエンハンスされないがヒステリシスがほとんどなくなることを明らかにした。またそのドメイン構造を調べ、2種類の90°ドメインからなる層状有極性多分域構造が形成されることを初めて明らかにした。6.KNbO_3結晶の高結合カットを応用した超音波トランスデューサを開発し、従来よりも広帯域で低損失な特性が実現できることを実証した。さらに高周波の応用を目指し、KNbO_3薄膜の形成法としてECR-PLD法を開発し、単結晶薄膜の成長に成功した。本研究の目的は、擬立方晶構造を有する強誘電結晶のエンジニアド・ドメイン構造(有極性マルチドメイン構造)ならびにその歪-電界特性を詳細に調べ、ドメイン挙動の解明、ドメイン制御法の開発、高い圧電性の機構の解明を図ることにある。本年度の研究成果を以下に要約する。1)KNbO_3結晶を相転移温度(225°C)以上まで加熱したとき、ならびにそこから冷却したときに、ドメイン構造がどのように変化するかを実験的に調べ、その結果を定性的に説明した。2)KNbO_3(001)_<pc>カット結晶のエンジニアド・ドメイン構造を調べるため、結晶を加熱後[001]_<pc>方向に電界を印加しながら冷却することにより、エンジニアド・ドメイン構造を形成させ、圧電特性を調べたところ、圧電性はエンハンスされないが、ヒステリシスがほとんどなくなることを明らかにした。またそのドメイン構造をX線回折と偏光顕微鏡により調べ、2種類の90°ドメインからなる層状有極性多分域構造が形成されることを初めて明らかにした。3)さらに高電界を印加したときに電界により正方晶への相転移が誘起される可能性について調べたが、絶縁破壊が生じたため、まだ確認できていない。また、60°分域壁の発生は大きな圧電歪を発生させることが示された。4)KNbO_3結晶の高結合カットを応用した高周波(中心周波数60MHz)超音波トランスデューサを開発し、従来の高結合圧電材料よりも広帯域で低損失な特性が実現できることを実証し、その有用性を示した。5)超高周波応用を目指して、KNbO_3薄膜の形成法としてECRアシストPLD法を開発し、単結晶薄膜のエピタキシャル成長に成功した。
オンコスタチンM遺伝子治療による腸管の線維性癒着の克服

腹部悪性腫瘍に対する放射線照射によって、照射範囲に入る正常腸管は放射線腸炎や線維化をおこし、腹痛、下痢や下血の原因となる。申請者は、肝障害モデルラットにオンコスタチンM(OSM)遺伝子治療を試み、OSMに抗炎症作用と抗線維化作用があることを見出した(Am J Pathol.171:872-881,2007)。本研究では、腸管線維化モデル動物の腸管にOSM遺伝子を導入し、腸管上皮を調べて腸管の線維化に対するOSM遺伝子治療の有用性を検証した。OSM遺伝子投与群では対照群と比べて腸管の障害が抑制されていたことが判明した。OSMの抗炎症作用によって線維化の抑制ができる可能性が示唆された。基盤C腹部悪性腫瘍に対する放射線照射によって、照射範囲に入る正常腸管は放射線腸炎や線維化をおこし、腹痛、下痢や下血の原因となる。悪性腫瘍に対する腸切除術後に併発する線維性癒着は、腸閉塞や内ヘルニアなどの重篤な術後合併症の原因となる。また、腹部悪性腫瘍に対する放射線照射により、照射範囲に入る腸管は腸炎や線維化をおこし、下痢や吸収不良の原因となる。そのため、腹部悪性腫瘍の治療に際し、腸管の線維化に対する治療法の開発が必要である。最近、研究代表者は、肝障害モデルラットにオンコスタチンM(OSM)遺伝子治療を試み、OSMに抗炎症作用と抗線維化作用があることを見出した(Am J Pathol. 171 : 872-881,2007)。本研究は、OSMの生理作用に着目し、腸管線維化モデル動物の腸管にOSM遺伝子を導入し、腸管線維化へのOSM遺伝子治療の有用性を検証することを目的とする。H20年度、研究代表者は、全身麻酔下にラットに対して、電気メスを用いて盲腸を焼灼し、線維性癒着の作製を行った。このモデルでは、癒着は形成できたが、焼灼部の同定は困難で、局所の線維性変化は評価が不能という欠点が確認された。そこで、障害部での線維性癒着の正確な評価を行うため、全身麻酔下に、ラットに腸切除と吻合を行い、炎症を惹起させて癒着を形成させた。このモデルの腸吻合部は容易に同定でき、障害部の病理標本の作製が可能になった。また、この病理標本により、障害部位の線維性変化のみならず、吻合部の癒合の観察までもが可能になった。さらに、全身麻酔下にSDラットに放射線20Gyを腹部照射し、炎症を惹起して、放射線腸障害モデルを作製した。今後、これらのモデルの腸管にOSM遺伝子の導入を行って、腸管線維性癒着および腸吻合後の癒合に対するOSMの抗線維化作用および癒合促進作用を検討する。これらのモデルの重要性は、腸管線維化の的確な評価を可能にし、放射線治療による腸管線維化および腸切除による線維性癒着に対する新たな治療方法の開発へと繋がることである。そのため、腹部悪性腫瘍の治療に際し、膓管の線維化に対する治療法の開発が必要である。最近、研究代表者は、肝障害モデルラットにオンコスタチンM(OSM)遺伝子治療を試み、OSMに抗炎症作用と抗線維化作用があることを見出した(Am J pathol.171 : 872-881, 2007)。H21年度、研究代表者は、ラットOSM発現ベクター(pEF-BOSwith rat OSMcDNA)を作製し、これをHVJ-Envelope法を用いて封入した(HYJ-OSM)。また、pEF-BOSをHVJ-Eで封入し(HVJ-Vector)、対照に用いた。SDラットの放射線腸障害モデルを作製して、腸管にOSM遺伝子の導入を隔日で合計2回行った。放射線腸障害惹起3日後に、ラットを屠殺して、腸管を摘出した。続いて、腸管の病理組織標本を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色を行って、腸管の炎症性変化および線維化の評価を行った。すると、OSM遺伝子導入群の放射線腸障害ラット腸管組織では、対照群と比べて、腸管上皮の炎症性変化の改善が確認できた。この研究の重要性は、腸管障害による腸管線維化および線維性癒着に対する新たな治療方法の開発へと繋がることである。

腹部悪性腫瘍に対する放射線治療により、照射範囲に入る腸管は腸炎や線維化をおこし、下痢や吸収不良の原因となる。そのため、腹部悪性腫瘍の治療に際し、腸管の線維化に対する治療法の開発が必要である。最近、研究代表者は肝障害モデルラットにオンコスタチンM(OSM)遺伝子治療を試み、OSMに抗炎症作用と抗線維化作用があることを見出した(Am J Pathol.171:872-881,2007)。本研究はOSMの生理作用に着目し、腸管線維化モデル動物の腸管にOSM遺伝子を導入し、腸管線維化へのOSM遺伝子治療の有用性を検証することを目的とする。研究代表者は、ラットOSM発現ベクター(pEF-BOS with rat OSM cDNA)を作製し、これをHVJ-Envelope法を用いて封入した(HVJ-OSM)。また、pEF-BOSをHVJ-Eで封入し、対照に用いた(HVJ-Vector)。SDラットの放射線腸障害モデルを作製して、腸管にOSM遺伝子の導入を隔日で合計2回行った。放射線腸障害惹起3日後に、ラットを屠殺して、腸管を摘出した。続いて、腸管の病理組織標本を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色を行った。H22年度、研究代表者は作製した病理組織標本を用いて腸管の炎症性変化および線維化の評価を行った。すると回腸末端においてOSM遺伝子導入群の放射線腸障害ラット腸管組織では、対照群と比べてクリプト長が有意に長いことが確認できた。さらにゴブレット数は多く、うっ血も改善傾向を認めた。また、RT-PCRにて同部のOSM蛋白濃度を測定すると、OSM遺伝子導入群の放射線腸障害ラット腸管組織では、対照群と比べて、高濃度の傾向があることが確認できた。この研究の重要性は、腸管障害による腸管線維化および線維性癒着に対する新たな治療方法の開発へと繋がることである。基盤C
さんご礁海域における魚類の毒化調査

南方海域ではさんご礁に生育する微小生物の生産する毒素が魚類に蓄積され,保健衛生,沿岸漁業,環境対策に重大な障害となる.本研究ではシガトキシン,マイトトキシン,パリトキシンの3つの毒について,魚類の汚染状況の実態を調査し,対策樹立のための基礎資料を得ることを目的とする.本年度は63年度の本調査にむけて,現地関係者との打合せ,および予備的調査を行う.I.昭和62年度の予備調査は,次年度に予定している本調査をもっとも効果的に実施するための調査地点の選定に重点を置いた.調査項目は下記のとおりである.1.水産・保健関係者との面談による魚類毒化状況についての情報収集2.代表的毒化魚種の大量入手の可能性,試料の保管,運搬手段の有無の調査3.代表者毒化魚種を採集して持ち帰り,分析を行って,毒化状況を確認する.II.情報提供,試料採集協力研究者ミクロネシア州連合海洋資源局長M.Gawel博士,ミクロネシア短期大学A.Edwards講師北マリアナ諸島連邦資源局長N.Guererro氏及び自然動物部長A.Polacio氏仏領ポリネシア,ルイ・マラルデ医学研究所所長J.Roue教授及び, R.Bagnis博士III.採集試料:バラフエダイ,ウツボ類,クロモンガラ,フグ類IV.調査結果の概要ミクロネシア州連合ピンゲラップ島で瀕発した魚類毒化は終息に向いつつあり,採集試料の分析でも裏付れられた.試料の入手,保管,運搬にも困難な点が多い.サンパン島ではバラフエダイ等は販売を禁止されているので中毒発生は少い.試料入手,保管,運搬には問題はなく,試料14検体中2検体が有毒であった.しかし,採集地域が特定できず,環境要因との対応が困難と考えられた.仏領ポリネシアのタヒチ島周辺で採集した魚類の毒性は低かった.しかし,同地域では毎年1,000人を超す中毒患者が発生しており,調査地域をツアモツ島等に選定すれば,充分調査が実施できると考えられた.また,毒化関連微細藻類を実際に採集し,培養株を持ち帰ることもできた.ルイ・マラルデ医学研究所の施設を利用することも可能であり,仏領ポリネシアは本調査の実施にもっとも適した地域であると判断された.南方海域ではさんご礁に生育する微小生物の生産する毒素が魚類に蓄積され,保健衛生,沿岸漁業,環境対策に重大な障害となる.本研究ではシガトキシン,マイトトキシン,パリトキシンの3つの毒について,魚類の汚染状況の実態を調査し,対策樹立のための基礎資料を得ることを目的とする.本年度は63年度の本調査にむけて,現地関係者との打合せ,および予備的調査を行う.I.昭和62年度の予備調査は,次年度に予定している本調査をもっとも効果的に実施するための調査地点の選定に重点を置いた.調査項目は下記のとおりである.1.水産・保健関係者との面談による魚類毒化状況についての情報収集2.代表的毒化魚種の大量入手の可能性,試料の保管,運搬手段の有無の調査3.代表者毒化魚種を採集して持ち帰り,分析を行って,毒化状況を確認する.II.情報提供,試料採集協力研究者ミクロネシア州連合海洋資源局長M.Gawel博士,ミクロネシア短期大学A.Edwards講師北マリアナ諸島連邦資源局長N.Guererro氏及び自然動物部長A.Polacio氏仏領ポリネシア,ルイ・マラルデ医学研究所所長J.Roue教授及び, R.Bagnis博士III.採集試料:バラフエダイ,ウツボ類,クロモンガラ,フグ類IV.調査結果の概要ミクロネシア州連合ピンゲラップ島で瀕発した魚類毒化は終息に向いつつあり,採集試料の分析でも裏付れられた.試料の入手,保管,運搬にも困難な点が多い.サンパン島ではバラフエダイ等は販売を禁止されているので中毒発生は少い.試料入手,保管,運搬には問題はなく,試料14検体中2検体が有毒であった.しかし,採集地域が特定できず,環境要因との対応が困難と考えられた.仏領ポリネシアのタヒチ島周辺で採集した魚類の毒性は低かった.しかし,同地域では毎年1,000人を超す中毒患者が発生しており,調査地域をツアモツ島等に選定すれば,充分調査が実施できると考えられた.また,毒化関連微細藻類を実際に採集し,培養株を持ち帰ることもできた.ルイ・マラルデ医学研究所の施設を利用することも可能であり,仏領ポリネシアは本調査の実施にもっとも適した地域であると判断された.
多様な方法で高度に制御されている遺伝情報維持機構の構造的基盤

遺伝情報の担い手DNAとその構成成分であるヌクレオチドは極めて強い安定性を要求される物質にも拘わらず、化学的には不安定で通常の環境下で数々の損傷を受ける。そのため、すべての生物はDNAやヌクレオチドの損傷を修復する多様な機構を備え、正確なDNAの複製と合わせて遺伝情報や生命を維持している。本研究では、DNA複製の異常基質分解、DNA複製の開始、DNA複製進行時の各場面で遺伝情報維持に働くMutT, hMTH1,NUDT5,GANP-PD, AlkBとその相互作用分子との複合体のX線結晶構造解析を行い、相互作用や生体反応、高度な制御の仕組みを原子の位置のレベルで明らかにし、機能と立体構造の多様性の中から機能発現の基本となる立体構造上の原理を発見することを目的とする。昨年に引き続き、5種すべての蛋白質を大腸菌の発現系を用いて高純度、大量に精製し、蛋白質とリガンド(基質や生成物そのアナログ)、Co-factor存在下結晶化を行い、以下のような研究成果を得た。MutTについては、昨年度の生成物複合体に続き、基質複合体の高分解能X線結晶構造解析を行うと共に様々な条件下Mn^<2+>のSoakingを行い、結晶内で加水分解反応を起こさせることに成功、それぞれの反応過程のスナップショットを得、反応機構解明に貢献した。hMTH1については生成物である8-oxo-d GMP、基質である8-oxo-d GTPと2-OH-dATPとの複合体の結晶化に成功、X線結晶構造解析を行った結果、hMTH1の幅広い基質特異性発現の新しい構造学的基盤が解明された。NUDT5-8-oxo-dGMP-Mn^<2+>3元複合体のより高分解能結晶の調製のためTagの除去に成功、現在インタクトな蛋白質を用いて結晶化を試みている。GANP-PDとAlkBについては、それぞれ昨年に引き続き結晶化を行っている。本研究では、DNA複製の異常基質分解、DNA複製の開始、DNA複製進行時の各場面で遺伝情報維持に働く合計5種類の蛋白質(MutT, hMTH1, NUDT5, GANP-PD, AlkB)とその相互作用分子との複合体のX線結晶構造解析を行い、相互作用や生体反応、高度な制御の仕組みを原子の位置のレベルで明らかにし、機能と立体構造の多様性の中から機能発現の基本となる立体構造上の原理を発見することを目的とする。5種すべての蛋白質を大腸菌の発現系を用いて高純度、大量に精製し、蛋白質のみ、もしくはリガンド、Co-factor存在下結晶化を行った。本年度の研究成果は以下の通りである。MutTについては、MutT-8-oxo-d GMP複合体結晶の1.96Åの高分解能X線結晶構造解析を行うと共にMn^<2+>のSoakingを行い3元複合体の構造を解析し、特異的基質認識機構の解明と加水分解機構の推定に成功した。GANP-PDとAlkBについては、それぞれATPや1メチルアデノシンやCo-factorの金属イオン存在下結晶化を行っているが、現在のところ構造解析可能な結晶は得られていない。遺伝情報の担い手

DNAとその構成成分であるヌクレオチドは極めて強い安定性を要求される物質にも拘わらず、化学的には不安定で通常の環境下で数々の損傷を受ける。そのため、すべての生物はDNAやヌクレオチドの損傷を修復する多様な機構を備え、正確なDNAの複製と合わせて遺伝情報や生命を維持している。本研究では、DNA複製の異常基質分解、DNA複製の開始、DNA複製進行時の各場面で遺伝情報維持に働くMutT, hMTH1,NUDT5,GANP-PD, AlkBとその相互作用分子との複合体のX線結晶構造解析を行い、相互作用や生体反応、高度な制御の仕組みを原子の位置のレベルで明らかにし、機能と立体構造の多様性の中から機能発現の基本となる立体構造上の原理を発見することを目的とする。昨年に引き続き、5種すべての蛋白質を大腸菌の発現系を用いて高純度、大量に精製し、蛋白質とリガンド(基質や生成物そのアナログ)、Co-factor存在下結晶化を行い、以下のような研究成果を得た。MutTについては、昨年度の生成物複合体に続き、基質複合体の高分解能X線結晶構造解析を行うと共に様々な条件下Mn^<2+>のSoakingを行い、結晶内で加水分解反応を起こさせることに成功、それぞれの反応過程のスナップショットを得、反応機構解明に貢献した。hMTH1については生成物である8-oxo-dGMP、基質である8-oxo-dGTPと2-OH-dATPとの複合体の結晶化に成功、X線結晶構造解析を行った結果、hMTH1の幅広い基質特異性発現の新しい構造学的基盤が解明された。NUDT5-8-oxo-dGMP-Mn^<2+>3元複合体のより高分解能結晶の調製のためTagの除去に成功、現在インタクトな蛋白質を用いて結晶化を試みている。GANP-PDとAlkBについては、それぞれ昨年に引き続き結晶化を行っている。
オブジェクト指向によるディジタル信号処理教育のためのCAIツールの開発

本研究では、高度ユーザインタフェースと高速処理の双方を必要とするアプリケーション開発を支援するソフトウェア設計・開発方法論を確立するとともに、ディジタル信号処理教育用CAIツールの開発を具体例としてその有効性を実証することを目的とした。なお、当初の研究計画におけるシステムモデルでは、特定のワークステーションにトランスピュータシステムをローカルに接続する予定となっていた。しかし、研究遂行半ばにイーサネット直結型のトランスピュータゲートウェイが入手可能となったため、充分な検討を行った結果、分散環境上のシステムモデルに枠組みを拡張した。そのため、CAIツールの開発を必要最小限にとどめ、分散環境におけるユーザインタフェース開発環境と並列処理システムの融合に関する基礎的な研究を新たに追加した。アプリケーションのユーザインターフェース開発には、当初の計画通りSmalltalkを使用し、ネットワーク上のトランスピュータシステムを利用した並列処理プログラムなどの開発には、分散環境での開発に対応したソフトウェアを計画を変更して購入し、利用した。その結果、特に信号処理のように頻繁に処理対象や処理結果のデータ転送を伴うネットワークアプリケーションにおいては、現在のイーサネットの転送速度がボトルネックとなってしまうこと、並びにその程度などが判明した。また、トランスピュータシステムにおいてもパイプライン結合を採用したため、プロセッサ数の増加に対してプロセッサ間通信のオーバヘッドが予想以上に大きく、プロセッサ数に比例した処理効率の向上が見られなかった。しかし、汎用並列処理システムとして利用し易いパイプライン結合を採用しているため、現在は処理効率を多少犠牲にしても、並列処理アプリケーションが容易に利用可能となるシステムモデルを構築すべく、継続的に研究を進めている。本研究では、高度ユーザインタフェースと高速処理の双方を必要とするアプリケーション開発を総合的に支援するソフトウェア設計・開発方法論を確立するとともに、ディジタル信号処理教育用CAIツールの開発を具体例としてその有効性を実証することを目的としている。本年度は、まず現有の汎用ワークステーションにSmalltalkの最新バージョンを搭載し、コースウェア管理を行うためのCAIツールとなるコースウェアブラウザの設計・開発、並びにディジタル信号処理教育用支援ツールとなる信号処理ワークベンチの学習者インタフェースの設計を行った。また、今年度の機器備品として購入した高速信号処理が可能なトランスピュータモジュールを、現有のパーソナルコンピュータをホストとしたトランスピュータシステムに組み込んで、機能検証および信号処理プログラムの開発・評価などを行った。さらに、これらの異なる開発環境の融合を必要とするソフトウェア開発の設計指針などについても検討を進めてきた。その結果、ワークステーションで実行されるユーザインタフェース機能を提供するプログラムと、トランスピュータ上で実行される並列処理プログラムを有機的に結合するための具体的な手法などに関する知見が得られた。一方、当初の研究計画では、次年度はワークステーション用のトランスピュータシステムインタフェースボードを購入して、信号処理数育用アプリケーションの総合的な開発を進める予定となっていた。しかし、分散環境でトランスピュータシステムを共有可能な接続ボックスが新規に発売されたため、当初の研究計画のように特定のワークステーションに拘束されることなくアプリケーションの開発が可能となった。そのため、当初の研究計画との充分な比較・検討を行った結果、分散環境でのアプリケーション開発に枠組みを拡張した方が柔軟生が高いとの結論に達し、現在はその方向で研究を進めている。本研究では、高度ユーザインタフェースと高速処理の双方を必要とするアプリケーション開発を支援するソフトウェア設計・開発方法論を確立するとともに、ディジタル信号処理教育用CAIツールの開発を具体例としてその有効性を実証することを目的としている。なお、当初の研究計画におけるシステムモデルでは、特定のワークステーションにインタフェースボードを介してトランスピュータシステムを接続する予定となっていた。しかし、研究遂行中にイーサネット直結型のトランスピュータゲートウェイが入手可能となったため、充分な検討の結果、分散環境上のシステムモデルに枠組みを拡張することとした。したがって、本年度はCAIツールの開発とともに、分散環境におけるユーザインタフェース開発環境と並列処理システムの融合に関する基礎的な研究も行った。ユーザインタフェースの開発には昨年度本研究費にて購入したSmalltalkを、ネットワーク上のトランスピュータシステムを利用した並列処理プログラムなどの開発には、今年度に購入したソフトウェアを利用した。

その結果、特に信号処理のような多量のデータ転送を伴うネットワークアプリケーションにおいては、現在のイーサネットの転送速度がボトルネックとなってしまうこと、並びにその程度などが判明した。また、トランスピュータシステム内においても、プロセッサ数の増加に対し、プロセッサ間通信のオーバヘッドが予想以上に大きく、顕著な処理効率の向上が見られなかった。しかし、汎用並列処理システムとして利用可能なパイプライン形状のコンフィギュレーションを採用しているため、現在は処理効率を犠牲にしても、並列処理アプリケーションが容易に利用可能となるシステムモデルを構築すべく、継続的に研究を進めている。