hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
担持貴金属錯体を用いる新規深度脱硫触媒の開発と脱硫反応機構の解析

以上より、ルテニウム担持量の増加はルテニウム硫黄結合を強くすると同時に、活性サイトの数を著しく増加させることにより脱硫活性を向上させるが、20%まで担持させると触媒上の硫黄の移動が遅くなるために脱硫活性は低下することがわかった。次にロジウムカルボニル及びルテニウムカルボニルを担体のアルミナに担持した触媒を調製し、難脱硫性化合物であるジベンゾチオフェンの水素化脱硫反応を試み、高活性な脱硫触媒の開発を検討した。まず始めに、ロジウム触媒を調製し、その上に、ルテニウムの担持量が16wt%になるようにルテニウムカルボニルを担持させた場合、ジベンゾチオフェンの転化率は大幅に向上した。また調製法の影響を調べるために始めにルテニウムの担持量が16wt%のルテニウム触媒を調製し、その上に、ロジウムの担持量が0.25wt%になるようにロジウムカルボニルを担持させた場合、ジベンゾチオフェンの転化率は先にロジウムを担持させた触媒よりもさらに向上した。このことは先にルテニウムを担持させ、その上にロジウムを担持させることでより高活性名ロジウムがルテニウム触媒表面上に高分散に担持されたためと考えられる。
日本統治下台湾の「植民地的開発」をめぐる研究－植民地権力と台湾人／在台日本人

旧植民地地域には、帝国主義支配下に建設されたインフラ設備が現在も利用されていることがある。しかし、その評価は旧宗主国の側だけでなく、旧植民地の側でも定まっているとは言えない。さらに、その議論も帝国が植民地を収奪/開発するという面のみが注目され、被支配民族の側の営為が着目されることはあまりなかった。本研究の目的は植民地台湾における統治者と被支配民族の多様な応答が開発にもたらした影響を論ずると共に、そのメカニズムを解明することである。「植民地的開発」を通じて、台湾人の生活の中に「近代」は着実に流入した。その受容、利用のあり方を検討するために、電力と灌漑用水の事例を検討し、植民地下であるが故の特徴をそれぞれ導き出した。さらに灌漑用水の事例では植民地下の台湾における水利運営体のなかの「自治」的な空間を分析し、「植民地的開発」に台湾人がどう向き合い、どのような場で何を訴え、何を諦め、何を勝ち得たのか、植民地権力とどのような応答関係が成立し得たのかを明らかにした。さらに、本研究の事例は現在の日本と台湾の義務教育での教科書・教材に記載されているため、これらの教科書・教材の分析も行った。採用3年目は1年目、2年目に引き続き、日本国内および台湾で資料調査を行った。台湾調査は5月の短期調査を実施した。台湾滞在中は資料収集だけでなく、日本植民地期に建設された水利設備のフィールドワークをおこない、現地で開催されたシンポジウムにも参加した。このほか、日本(4月・6月)、トロント(6月)で学会報告をする機会を得た。これらの成果は年度内に学術雑誌等に掲載された。28年度が最終年度であるため、記入しない。その受容、利用のあり方は均一ではなかったが、植民地下であるが故の特徴を帯びたと考える。これらを前提とした上で、「植民地的開発」に台湾人がどう向き合い、どのような場で何を訴え、何を諦め、何を勝ち得たのか、植民地権力とどのような応答関係が成立し得たのかを明らかにする。本研究は学術研究だけでなく、東アジア外交、民間交流の現場での活用が期待されている。日本植民地期の開発事業は台湾側から往々にして好意的に評価されているが、日本側の交流事業に関わる人々は当時の開発の実態がよく分からず、評価のされ方に戸惑いがある。よって本研究に強く関心を持っている。採用1年目は「開発」に関する研究書の動向整理をするとともに、個別の事例研究を進め、その成果を国内外に発表していくことに力点を置いた。そのために日本国内および台湾で資料調査を行った。台湾調査は5月、8月、3月の3回実施した。台湾調査では資料収集だけでなく、日本植民地期に建設された水利設備のフィールドワーク、関係者へのインタビューを行った。なかでも国立台湾歴史博物館での資料調査では、今後の研究に役立つ貴重な1次資料を収集することができた。さらに、研究成果の一部を日本国内(8月)と台湾(10月)の国際シンポジウムで報告する機会を得た。日本植民地期の開発事業は台湾側から往々にして好意的に評価されているが、日本側の交流事業に関わる人々は当時の開発の実態がよく分からず、評価の仕方に戸惑いがある。採用2年目は1年目に引き続き、日本国内および台湾で資料調査を行った。台湾調査は5月の短期調査と8月末から3月中旬までの長期調査を実施した。台湾滞在中は資料収集だけでなく、日本植民地期に建設された水利設備のフィールドワークをおこなった。

また長期滞在中の9月1日からは中央研究院台湾史研究所にビジター研究員として所属し、各種学会、シンポジウムや国際学術会議に参加するとともに、定期的に開催される黄旺成日記解読班および吉岡喜三郎日記解読班にも参加した。さらに10月には単著の出版にいたった。このほか、日本(6月)、台湾(3月)で学会報告をする機会を得た。第一に、博士論文を加筆修正し単著『帝国日本の「開発」と植民地台湾ー台湾の嘉南大シュウ[土+川]と日月潭発電所』として刊行した。さらに、昨年10月に台湾で報告した内容が論文集に掲載された。第二に、日本内外で嘉南大シュウ[土+川]に関する事例研究および嘉南大シュウ[土+川]建設に携わった八田与一の言説に関する研究を報告する機会を得た。第三に、中央研究院台湾史研究所の档案資料の有効性を確認できた。昨年度から収集している台湾歴史博物館所蔵資料、神戸大学所蔵新聞資料と合わせ、当該研究に重要な進展を与えるものである。また、植民地技術者に関する研究の資料調査にも進展があった。旧植民地地域には、帝国主義支配下に建設されたインフラ設備が現在も利用されていることがある。しかし、その評価は旧宗主国の側だけでなく、旧植民地の側でも定まっているとは言えない。さらに、その議論も帝国が植民地を収奪/開発するという面のみが注目され、被支配民族の側の営為が着目されることはあまりなかった。本研究の目的は植民地台湾における統治者と被支配民族の多様な応答が開発にもたらした影響を論ずると共に、そのメカニズムを解明することである。「植民地的開発」を通じて、台湾人の生活の中に「近代」は着実に流入した。その受容、利用のあり方を検討するために、電力と灌漑用水の事例を検討し、植民地下であるが故の特徴をそれぞれ導き出した。さらに灌漑用水の事例では植民地下の台湾における水利運営体のなかの「自治」的な空間を分析し、「植民地的開発」に台湾人がどう向き合い、どのような場で何を訴え、何を諦め、何を勝ち得たのか、植民地権力とどのような応答関係が成立し得たのかを明らかにした。さらに、本研究の事例は現在の日本と台湾の義務教育での教科書・教材に記載されているため、これらの教科書・教材の分析も行った。採用3年目は1年目、2年目に引き続き、日本国内および台湾で資料調査を行った。台湾調査は5月の短期調査を実施した。台湾滞在中は資料収集だけでなく、日本植民地期に建設された水利設備のフィールドワークをおこない、現地で開催されたシンポジウムにも参加した。このほか、日本(4月・6月)、トロント(6月)で学会報告をする機会を得た。これらの成果は年度内に学術雑誌等に掲載された。第一に、日本国内と台湾の双方において資料調査を進めたが、特に国立台湾歴史博物館で台湾水利開発に関わる重要な資料を発掘、収集したことである。また、フィールドワークとインタビュー調査の過程でアメリカや台湾の研究者との協力関係を構築することができた。第二に、日本国内と台湾の双方において研究発表を行ったことである。ことに台湾での発表では、日本国内ばかりではなく台湾においても本研究の学術的・社会的な意義があることをアピールし、これを認知してもらうための重要なステップとなった。補足すると第一に述べた国立台湾歴史博物館所蔵資料の発掘は、同館で開催された国際シンポジウムで研究報告を行ったことがその資料の存在を知るきっかけとなった。まず、採用2年目で学会報告した内容を深め、論文掲載を目指す。
睡眠時無呼吸症候群患者に対する口腔内装具の効果と顎筋筋活動に及ぼす影響

睡眠時無呼吸症候群は睡眠中に呼吸が止まった状態(無呼吸)が断続的に繰り返される病気である。本疾患の潜在的患者は極めて多いことが指摘されており、前年度、本学歯学部5年生を対象としてアンケート調査を行った結果からも、自覚がなくとも本疾患を有するものがかなり存在することが示唆された。すなわち、社会的影響も大きく緊急の課題と考えられた。歯科的対策として口腔内装具が重要視されており、睡眠時無呼吸対策として使用される口腔内装具の低呼吸や無呼吸の改善効果があることが報告されているが、このような装具の長期間にわたる装着が副作用として顎筋に対して及ぼす影響については不明のところが多い。そこで、実験的条件下での口腔内装具の前方移動量と顎筋の筋活動の関係を検討したところ、最小クレンチング、最大クレンチング時の筋活動量、20%および40%クレンチング時の活動性指数の検討を総合的に考えると、最大前方運動距離の3分の2程度までの前方移動量であれば許容できることが示唆された。さらに、以上の結果をふまえて、装置の挙上量(厚さ)に焦点をおき、実際の夜間睡眠時の筋活動について検討した。すなわち、許容できる挙上の上限として6ミリの厚さのスプリントと耐久性を考慮し、最少の厚さとして3ミリの厚さのスプリントを製作した。これら2種のスプリントを装着し、口腔内装置による咬合挙上が夜間睡眠時の顎筋の筋活動に及ぼす影響について検討した。その結果、口腔内装置の厚さは可及的に薄い方が、長期装着を考えると推奨されることが示唆された。本疾患の潜在的患者は極めて多く、社会的影響も大きく緊急の課題と考えられ、歯科的対策として口腔内装具が重要視されている。本研究においては、睡眠時無呼吸対策として使用される口腔内装具の低呼吸や無呼吸の改善効果について検討するとともに、主として、このような装具の長期間にわたる装着が副作用として顎筋に対して及ぼす影響について明らかにすることを目的とする。本年度は、まず潜在的に睡眠時無呼吸症候群を有する比率を検討するため、本学歯学部5年生を対象としてアンケート調査を行った。その結果、84名中32名(38%)は病的な眠気があるという結果が得られた。本人の自覚がなくとも本疾患を有するものがかなり存在することが示唆された。さらに、実験室内の条件下における下顎前方移動量が顎筋に及ぼす影響について検討した。すなわち、スリーブスプリントは本症に対して大きな効果があるとされているが、前方移動による顎口腔系に対しての悪影響についてはほとんど検討されていない。そこで、実験的条件下で口腔内装具の前方移動量と顎筋の筋活動の関係を検討した。その結果、最大前方位の3分の2程度の移動量までは前方移動量に比例して活動性活動指数が増加し、それ以上の前方位では減少することが示唆された。前年度の研究結果から、実験的条件下での口腔内装具の前方移動量と顎筋の筋活動の関係は、最大前方位の3分の2程度の移動量までは前方移動量に比例して活動性活動指数が増加し、それ以上の前方位では減少することが示唆された。

本年度は以上の結果をふまえて、装置の挙上量(厚さ)に焦点をおき、実際の夜間睡眠時の筋活動について検討した。すなわち、許容できる挙上の上限として6ミリの厚さのスプリントと耐久性を考慮し、最少の厚さとして3ミリの厚さのスプリントを製作した。これら2種のスプリントを装着し、口腔内装置による咬合挙上が夜間睡眠時の顎筋の筋活動に及ぼす影響について検討した。その結果、口腔内装置の厚さは可及的に薄い方が、長期装着を考えると推奨されることが示唆された。
口腔粘膜上皮細胞の病的癒着に関与する新規分子機構の探索

T-box型転写因子をコードするTBX1は、新生児4000人に1人に認められる22q11.2欠失症候群(DiGeorge症候群、velo-cardio-facial症候群)の疾患遺伝子である。同症候群では、胸腺形成不全による細胞性免疫異常、心血管奇形、両眼隔離、小顎症、低耳介、耳介変形の他に、口蓋裂を認める。申請者らは、Tbx1遺伝子欠損マウスに多様性のある口蓋裂を認め、口蓋粘膜上皮と下顎との病的癒着がおきること、上皮細胞の増殖や分化に異常があることを見いだした。また、細胞レベルの解析から、Tbx1が細胞周期調節に関与した。以上の結果より、Tbx1が、口蓋発生の時期に、口蓋粘膜上皮の増殖や分化の調節に必須であり、病的癒着を防ぐ分子であることが分かった。T-box型転写因子をコードするTBX1は、新生児4000人に1人に認められる22q11.2欠失症候群(DiGeorge症候群、velo-cardio-facial症候群)の疾患遺伝子である(OMIM #188400)。Tbx1は口蓋粘膜に発現する。そこで、Tbx1を上皮特異的に欠損させたコンジェニタルノックアウトマウスを作成したところ、口蓋前方部の口蓋裂を認めた。また、細胞レベルの解析から、Tbx1が細胞周期調節に関与することが分かった。一方、Tbx1遺伝子欠損マウスでは間葉系細胞の増殖が抑制され、口蓋突起が小さく、Tbx1が間接的に口蓋におけるBmp4やPax9の発現に関わることが示唆された(船戸ら、2012)。T-box型転写因子をコードするTBX1は、22q11.2欠失症候群の疾患遺伝子の一つである。Tbx1遺伝子欠損マウスを観察したところ、多様性のある口蓋裂を認め、胎児には口蓋粘膜上皮と下顎粘膜上皮との癒着および癒合を認めた。口腔粘膜癒着に関与するメカニズムを解明するため、Tbx1遺伝子欠損マウスにおいて、上皮細胞の増殖、分化、アポトーシス、口蓋形態形成に関わる遺伝子群の発現について検討した。また、Tbx1コンディショナルノックアウトマウスを用い、組織特異的にTbx1遺伝子を欠損させ、その表現型についても検討した。以上の結果について、論文発表を行った(Funato N et al.,印刷中、2012)。1)海外研究者との連携がうまくいったため。2)論文受理過程が早かったため。よって、同マウスを用いて、新たな観点からプロジェクトをさらに進めることができる。細胞極性について、焦点をあてる。細胞極性に関わる分子(Ezrin,Par3, Par6, Zo-1, E-cadherin,他)および基底膜成分(laminin, IV型コラーゲン)の免疫染色を行い、発現量および発現パターンを観察する。口腔粘膜特異的に発現する分化マーカーにも着目する。また、癒着部位のケラチノサイトの形態を電子顕微鏡にて観察する。一方、マイクロアレイにて、上皮細胞においてTbx1が発現調節する遺伝子について網羅的解析を行う。一般試薬、キット、マウス飼育費用、免疫染色のための抗体、組織作製消耗品費用、in situ hybridyzationの試薬費用、マイクロアレイ費用。
紫外線損傷における(6-4)光産物光回復酵素の光生物学的意義

紫外線による主なDNA損傷としてピリミヂンダイマーと(6-4)光産物が知られている。(6-4)光産物の突然変異誘発能はピリミヂンダイマーに比べ格段に強く、生成量は少ないものの、紫外線の生物影響を考えるうえで重要な損傷であると考えられている。生物が紫外線によるDNA損傷を修復する機構の一つに光回復がある。光回復は、可視光のエネルギーを利用して紫外線損傷を修復するもので、間違いが無いうえに効率良く優れたDNA修復機構である。バクテリアから有袋類まで幅広くその存在が知られている。光回復により修復されるのはピリミヂンダイマーのみであると信じられてきたが、我々は(6-4)光産物に特異的に働く光回復酵素がショウジョウバエ細胞に存在する事を世界に先駆けて見い出し、その遺伝子の単離を試みた。遺伝子の単離は大腸菌が(6-4)光回復酵素活性を持っていない事を利用して、ショウジョウバエのcDNAを大腸菌に導入した時に光照射に依存して紫外線抵抗性に形質転換されたものをスクリーニングする事により行った。得られたcDNAクローンは、紫外線損傷修復欠損の大腸菌を紫外線抵抗性に形質転換する。また大腸菌中で発現された蛋白を精製しその酵素活性を観たところ、(6-4)光産物を特異的に修復する事が分かった。また、得られたcDNAクローンの塩基配列を決定したところ、従来から知られていたピリミヂンダイマーに対する光回復酵素と高いホモロジーを持つ事が分かった。今後、この酵素の作用機序を解析していくうえで、たいへん興味深い。
珪藻感染性ウイルスに由来する超高発現型新奇プロモーターの分離

海産珪藻を用いた有用物質生産が期待されている。生産効率の向上には遺伝子組換え技術の利用が有効であり、有用遺伝子に連結して強力に働くプロモーターの開発が重要である。本研究では、海産珪藻に感染するウイルスに注目し、ウイルスゲノムのプロモーター領域を推定し、海産珪藻においてその導入遺伝子の転写誘導活性を評価した。海産珪藻の形質転換において頻用されている内在性プロモーターよりも転写誘導活性が高く、恒常的に機能する世界初の珪藻感染ウイルス由来プロモーターが得られた。1)ウイルスゲノムにおけるプロモーター領域の推定とその分離連携研究者である瀬戸内海区水産研究所の外丸裕司博士より分与頂いたウイルス粒子を用い、これらからTomaru et al. (2008)の方法に従ってゲノム核酸を抽出した。それらのゲノム配列を決定した後、ORF Finder (米国国立生物工学情報センター:NCBI)を用いて遺伝子と思われる領域を推定した。プロモーター領域と推定されるその上流部位をPCR法により増幅し、この分離に成功した。2)ウイルスプロモーターを組み込んだ形質転換ベクターの構築Gatewaysテクノロジー(Life Technologies社製)を用いることにより、前項の1)により分離したウイルスプロモーターを、抗生物質耐性遺伝子(Sh ble)あるいはレポーター遺伝子である改変型緑色蛍光タンパク質遺伝子(egfp)と共に、プラスミドに組み込むことにより、形質転換ベクターの構築に成功した。なお、対照として珪藻内在性プロモーター、植物ウイルス由来プロモーターおよび動物ウイルス由来プロモーターを用い、同様に形質転換ベクターを構築した。3)エレクトロポーレーション法による珪藻の形質転換海産珪藻Phaeodactylum tricornutumに対して、Miyahara et al. (2013)により報告されたエレクトロポーレーション法に従って、2)にて調製した形質転換ベクターをそれぞれ用いて、遺伝子導入装置NEPA21(ネッパジーン社製)により遺伝子導入を試みた。その結果、新奇ウイルスプロモーターを用いた場合、その形質転換に成功したが、その際に得られた形質転換効率は低かった(5 <colonies /10 8乗cells)。1)ウイルスゲノムにおけるプロモーター領域の推定とその分離については、当初の計画通りに、ウイルスゲノム中の遺伝子と思われる領域を推定した。さらにそれらの、プロモーターと推定される領域の分離に成功した。2)ウイルスプロモーターを組み込んだ形質転換ベクターの構築については、当初の計画通りに、前項の1)により分離したウイルスプロモーターを、抗生物質耐性遺伝子(Sh ble)あるいはレポーター遺伝子である改変型緑色蛍光タンパク質遺伝子(egfp)と共に、プラスミドに組み込むことにより、形質転換ベクターの構築に成功した。3)エレクトロ3)ポーレーション法による珪藻の形質転換については、2)にて調製した形質転換ベクターをそれぞれ用いて、遺伝子導入装置NEPA21(ネッパジーン社製)により遺伝子導入を試みた。その結果、その形質転換に成功したが、その際に得られた形質転換効率は低かったため、今後のその導入条件(電圧、パルス幅、パルス間隔、パルス回数、減衰率)を検討し、より高効率な形質転換系を確立する。1)エレクトロポーレーション法による珪藻の形質転換については、遺伝子導入装置NEPA21(ネッパジーン社製)を用いて、その導入条件を検討した。まず、f/2液体培地を電気抵抗が0.62-0.68 kΩとなるf/2液体培地を含む0.77 Mマンニトール溶液に置換し、これをNEPAキュベット電極(2 mm gap, Nepa Gene Co., Ltd.)に移し、パルス電圧300V,パルス幅5 ms,パルス間隔50 ms,パルス回数9回,減衰率10%の各条件の下でエレクトロポーレーションを行うことにより、高効率な形質転換系を確立することができ、多数の形質転換体の取得が可能となった。2) qRT-PCR法により各ウイルスプロモーターの転写誘導活性を評価した。その結果、中心目珪藻Chaetocerosに感染するDNAウイルス由来のプロモーターClP1が、国内外で頻用されてきたfcpAプロモーターに比べて、約5倍の転写誘導活性を持つことが明らかとなった。3)培地に含まれる栄養塩類や、藻体の増殖段階および日周期がプロモーターClP1の発現に与える影響についてqRT-PCR法により評価した結果、栄養塩の多少、増殖段階さらには日周期に関わらず本プロモーターの発現誘導活性は安定していた。4)ClP1プロモーターの適用範囲について検討した結果、羽状目珪藻のPhaeodactylumのみならず中心目珪藻Chaetocerosにも適用可能であることが判明した。その一方で、緑藻のChlamydomonasには適用出来ないことも明らかとなった。1)エレクトロポーレーション法による珪藻の形質転換については、遺伝子導入装置NEPA21(ネッパジーン社製)を用いて、その導入条件(電圧、パルス幅、パルス間隔、パルス回数、減衰率)を検討し、より高効率な形質転換系を確立し、多数の形質転換体を取得する。2) qRT

-PCR法によるウイルスプロモーターの転写誘導活性の評価については、まずウイルスプロモーターを緑色蛍光タンパク質遺伝子(egfp)に連結したプラスミドを導入した藻体を液体培地にて培養し、これらを集藻した後、常法によりRNAを抽出する。これを鋳型として、qRT-PCR法によりegfpとSh bleの発現量をそれぞれ求める。前者の量を後者の量で除することによりそれぞれのプロモーターの相対活性を評価する。3)培地に含まれる栄養塩類や、藻体の増殖段階および日周期がプロモーターの発現に与える影響についてqRT-PCR法により評価する。得られた結果に基づき、各プロモーターの発現誘導活性の安定性を評価する。4)プロモーターの適用範囲については、得られたウイルスプロモーターが中心目珪藻および羽状目珪藻における代表的な種に適用可能か評価する。さらに、フローサイトメーターにより、各プロモーターを組み込んだベクターを導入した形質転換体において、緑色蛍光タンパク質が安定的かつ高レベルで発現しているか評価する。海洋微生物学交付申請書に記載していたマルチパルス型エレクトロポーレーションの機器であるスーパーエレクトロポレーター(NEPA21S)については、学内で使用が可能となったため、本予算によるこの購入を中止して、これに必要な消耗品費を増額・計上した。スーパーエレクトロポレーターに係る備品費と後者の消耗品費の差額については、これを平成28年度に繰り越しし、これを当該年度の前半において本機器に係る消耗品費ならびにその他の消耗品費にあてることにより研究の実を挙げたい。
糖尿病腎症におけるプロテインＳによるマクロファージを介する炎症抑制機序の解析

TGF-β1 (transforming growth factor-β1)は、糖尿病においてポドサイトでの発現が上昇し、糖尿病腎症における炎症、細胞外基質の蓄積、線維化の進展に関与する重要な因子といわれているが詳細な機序は不明な点が多い。我々は、ポドサイトにエクソンとイントロン全長が組み込まれたヒトTGF-β1を特異的に過剰発現させたマウスを作製した(Podocyte-TGF-β1Tgマウス)。このマウスでは、TGF-β1のDNAからの転写、蛋白への発現、活性化の過程が再現され、より病態を反映していると考えられる、今まで報告がない新しいマウスモデルであり、ヒトにおける腎症における線維化の病態を再現すると考えられる。本マウスでは、血中及び尿中のTGF-β1は約2倍に上昇し、8-10週齢で野生型マウスに比較し、血中Cr、BUNが有意に高値を示し、20-22週まで経時的な上昇を認めた。また、尿蛋白は20-22週で高値を認めた。組織学的には、12-14週では糸球体硬化症の有意な悪化を認め、20-22週で有意な尿細管間質線維化の進行を認めた。20-22週で腎組織中ヒドロキシプロリン含有量が有意に高値を示した。以上よりPodocyte-TGF-β1Tgマウスポドサイでは、自然経過で腎臓の線維化による腎不全が起こることが明らかになった。次に本マウスを用い、凝固線溶系蛋白で、プロテインSと密接な関係があるrecombinant human thrombomodulin(rhTM)を8-10週齢の本マウスに3回/週投与し、4週間後に検討したところ、組織学的には細胞外基質の蓄積の抑制と線維化の抑制が認められ、組織からの抽出液を用いての線維化のマーカーとアポトーシスのマーカーの発現解析では、アポトーシス、線維化ともに抑制されていることが判明した。ポドサイト特異的ヒトTGFβ1過剰発現(Podocyte TGFβ1-Tg)マウスについて、自然に線維化の進行と、腎機能の低下、蛋白尿の出現を認めた。TGFβ1は糖尿病性腎症において、ポドサイトで発現が上昇しており、腎症の病態に関与している重要な因子である。このモデルマウスでは、特に線維化の病態については、糖尿病腎症の病態を反映している可能性がある。なお、本マウスをSTZにより高血糖状態とし、腎病変への影響についての解析も現在進行中である。このマウスの腎臓の組織学的な検討による線維化の進行と、血液、尿検査での腎機能、蛋白尿の関係を解析では、8-10週齢で腎機能の悪化を認めている。この線維化を抑制する因子として、我々が従来検討してきたいくつかの凝固線溶系蛋白との関係が注目される。プロテインSも候補の一つであり、今後詳細な検討予定であるが、今回は他の細胞で抗アポトーシス作用が明らかにされているrecombinant human thrombomodulin(rhTM)を用いて検討を行った。rhTMの投与により、本マウスの腎臓の線維化とアポトーシスが抑制され、腎機能低下の抑制が認められた。糖尿病腎症の進展にポドサイトのTGFβ1過剰発現が関与していることから、rhTMが糖尿病性腎症の線維化に対して抑制する可能性がある。今後更に培養細胞、糖尿病モデルマウスで効果、機序を検討していく。また、プロテインSも含めた凝固線溶系蛋白についても更に検討を行う予定である。rhTMによる線維化抑制作用について、今後更に詳細なメカニズムも含めて検討していく予定である。本マウスによる実験で、ポドサイトでのTGFβ1の過剰発現による線維化とアポトーシスに対しrhTMにより抑制できることが明らかになった。糖尿病状態における抗アポトーシス、抗線維化作用に関する機序をin vivo, in vitroでの検討が必要である。更に炎症との関係も解析を行う。我々の従来の検討では、これらの蛋白は高血糖による腎症の進展抑制作用として、複数の経路を同時に改善する可能性があり、その機序と相互関係を明らかにしていく。凝固線溶系蛋白は、作用点が従来報告されている他の薬剤と異なるため、腎症に対し全く新しい機序による治療に結びつく可能性がある。更に、プロテインSでは、腎臓だけではなく、膵臓のβ細胞にも抗アポトーシス作用を介する保護作用が認められた。このように、糖尿病に関する複数の臓器に対して同時に有効な機序を有し、合併症を抑制する薬剤は、従来に報告はなく、ヒトに応用できれば有益性が高い。今後、更に凝固線溶系蛋白及び、その関連因子を中心に作用点明らかにし、複数の臓器に注目し、解析を行う。我々は血中のプロテインSがTotal, Freeともに糖尿病患者で低下し、血糖の指標であるHbA1cと負の相関があることを明らかにした。RAW264.7細胞を用いてプロテインSによりM2マクロファージへの分化は確認された。糖尿病患者の血中単核球でのTAM受容体の発現と、モデル動物を使用した腎臓におけるマクロファージに関しては検討中である。

プロテインSの受容体であるTAM受容体がエンドペプチターゼの一種であるMatrix Metalloproteinase(MMP)で制御されているとの報告があり、更にMMPの糖尿病での意義が不明であるのでMMPに注目し、糖尿病との関係を検討した、MMPファミリーの一種であるMMP-2(Matrix Metalloproteinase-2)が糖尿病患者の血液中で上昇し、Cペプチドと正の相関が認められたため、MMP-2とβ細胞との関係を検討した。まず、MMP-2過剰発現(MMP-2Tg)マウスを用い、β細胞に関する検討をおこなった。MMP-2Tgマウスをストレプトゾトシンで糖尿病状態とした検討では、野生型マウスに比較し、インスリン分泌能は残存し、組織学的にもβ細胞が多く残存していた。その理由としてβ細胞のアポトーシスが抑制されていることが明らかになった。次にβ細胞系の培養細胞であるMIN-6細胞を用いて、MMP-2が細胞膜上のインテグリンを介してAktとBADをリン酸化し、アポトーシスを抑制する機序を明らかにした。また、この機序がMMP-2特異的であることも確認した。また、平成30年度に使用する予定であるポドサイト特異的ヒトTGFβ1過剰発現マウスでは、自然経過で腎臓の線維化による腎不全が起こることが明らかになり、今後の実験に使用できることが確認できた。プロテインSに関する実験について、腎組織に浸潤するマクロファージについては、F4/80陽性細胞がプロテインSトランスジェニックマウスと野生型マウスで有意差がないため更なる検討が必要である。また、RAW264.7細胞を用いた実験では、ヒトプロテインSによりM2マーカーが上昇する可能性があり詳細な検討が必要である。また、今後ヒトの検体と用いたTAM受容体の発現も解析を継続する。ポドサイト特異的ヒトTGFβ1過剰発現(Podocyte TGFβ1-Tg)マウスはヒトTGF-β1全長をポドサイトに過剰発現させたマウスで、TGFβ1のDNAから転写、蛋白への発現、活性化を再現しており、ヒトにおけるTGFβ1の発現過剰の病態を反映すると考えられる。ポドサイトでのTGFβ1の過剰発現は糖尿病腎症で認められ、ポドサイトの機能障害と分泌される過剰なTGFβ1による糸球体や間質を構成する細胞に影響を及ぼし腎症を進展させると考えられている。このマウスは、血中、尿中にヒトTGFβ1が高値で15週から腎臓の線維化を認め、週数とともに糸球体から始まる線維化が間質に及び腎不全に至るマウスである。従って、本マウスの線維化を抑制できれば、糖尿病腎症におけるTGFβ1が関与する線維化を抑制できる可能性があると考えられ、本マウスを用いて有効な蛋白のスクリーニングを行う。また糖尿病状態でのプロテインSの作用として抗アポトーシスの機序を介しての腎症進展抑制作用だけではなく、膵臓のβ細胞に対しても抗アポトーシス機序による保護作用が認められた。このような効果はインスリン分泌を維持しつつ、高血糖による腎症の進展抑制という複数の臓器に同時に糖尿病の治療を行うことになり有益性が高いと考えられる。今後、我々が研究してきた凝固線溶系蛋白及び、その関連因子を中心に糖尿病の際に複数の臓器に対する影響についても探索を行う。TGF-β1 (transforming growth factor-β1)は、糖尿病においてポドサイトでの発現が上昇し、糖尿病腎症における炎症、細胞外基質の蓄積、線維化の進展に関与する重要な因子といわれているが詳細な機序は不明な点が多い。我々は、ポドサイトにエクソンとイントロン全長が組み込まれたヒトTGF-β1を特異的に過剰発現させたマウスを作製した(Podocyte-TGF-β1Tgマウス)。
フェロモンによる情動制御メカニズムの解明

本研究助成により、ストレスを受けたラットは4-メチルペンタナールとヘキサナールから構成される警報フェロモンを肛門周囲部より放出することを明らかとした。この2種化合物は同時に受容されると、分界条床核を活性化することで受容個体に不安を惹起することで、様々な不安反応を引き起こすことを明らかとした。また、ストレスを受けていないラットは揮発性の安寧フェロモンを放出し、受容個体の扁桃体の活性化を抑制することで、嫌悪条件刺激に対するストレスを軽減することを明らかとした。本年度に得られた主要な成果は以下の通りである1.警報フェロモン候補分子の絞り込み及び同定これまでの研究により確立した方法を用いて警報フェロモンを多数匹のドナーラットから放出させ、それを吸着剤(Tenax)に捕捉し、試料の分画を繰り返していったところ、ある1つの画分にのみフェロモン活性が認められることが明らかとなった。この画分に含まれる物質を解析したところ、警報フェロモンを含むサンプルには特定の2物質が含まれていることが判明した。そのためこの2物質を合成することでそれぞれ入手し、フェロモン含有試料に存在するのと同比率で混合したところ、混合サンプルにフェロモン活性が認められた。現在は、2物質の混合比率がフェロモン活性に与える影響を検討するとともに、その受容における鋤鼻系の役割や、その作用を薬理学的に検討することで、混合サンプルが警報フェロモン分子であるかを検証している。2.安寧フェロモン解析に向けた実験系の整備安寧フェロモンを解析するには、これまでパートナーラットを提示することで得られた効果が、パートナー由来の匂い物質のみを提示することで得られる必要がある。そのためパートナーラットをあらかじめ導入した実験箱を作製することでパートナーラット由来の匂い物質のみを被験動物に提示し、その効果を検討した結果、パートナーラット由来の匂い物質はパートナーラットと同等の効果があることが判明し、安寧フェロモンを実験箱内存在することが明らかとなった。現在は、安寧フェロモンの揮発性を検討するとともに、安寧フェロモンを捕捉する吸着剤を選定している。本年度に得られた主要な成果は以下の通りである1.警報フェロモンに関する研究これまでの研究結果より警報フェロモン候補分子として挙げられた2物質は、聴覚性驚愕反射試験のみならず改良型オープンフィールド試験においても、非常に低濃度でフェロモン効果を引き起こすことが明らかとなった。またこれらの物質の受容経路を検討した結果、1物質は鋤鼻系のV1R受容体を介して、もう1物質は主嗅覚系を介して受容されるというように、2つの嗅覚系がそれぞれ1物質ずつ受容していることが明らかとなった。またこの2物質がフェロモン効果を引き起こす神経メカニズムを検討した結果、2物質が2つの嗅覚系から同時に受容された時のみ、不安に重要な役割を担っている分界条床核を活性化させることが明らかとなった。これらの結果より、この2物質が警報フェロモン分子である可能性が非常に高いことが示唆され、この結果を公表すべく準備を整えている。2.安寧フェロモンに関する研究前年度の研究結果より揮発性であることが確認された安寧フェロモンを、効率的に捕集する装置の開発を行った。その結果、捕集に着眼した実験装置においても、これまでと同様に安寧フェロモン効果を観察することを可能とする手技を確立することができた。また、行動学的に観察していたフェロモン効果を、内分泌学的にも確認することができたため、安寧フェロモンの存在を支持する証左をさらに得た。さらに、社会的距離が近いラットの方が、社会的距離が遠いラットと比較して、より強いフェロモン効果を引き起こす事が明らかとなったため、社会的距離に応じてフェロモン効果を修飾する外部システムの存在が明らかとなった。本年度に得られた主要な成果は以下の通りである。1.警報フェロモン分子の同定:これまでの研究により、ある特定の2物質を提示すると警報フェロモンと同様に聴覚性驚愕反射を増強することが明らかとなった。この効果を薬理学的手法により解析したところ、2物質は警報フェロモンと同様のタイプの不安を惹起した結果、反射の増強を引き起こしていることが明らかとなった。また、この2物質は鋤鼻器を介して受容されるとともに、聴覚性驚愕反射のみならず他のフェロモン反応も引き起こすことも明らかとなった。これらの結果より、この2物質が警報フェロモン分子である可能性が非常に高いことが示唆された。現在は、この結果を公表すべく準備を整えている。2.安寧フェロモン解析に向けた実験系の整備:これまでの研究により、安寧フェロモンを実験箱内に捕捉可能であることが明らかとなったものの、この実験箱内には揮発性成分、不揮発性成分の両者が混在していたため、安寧フェロモンがどちらに含まれているかは不明であった。

そこで安寧フェロモンを実験箱内に放出させるためにパートナーを導入する区画と、その後被験動物を導入する区画とを金網で仕切ることで、揮発性成分のみを被験動物に提示したところ、これまでと同様の結果を得ることができたことから、安寧フェロモンは揮発性成分であることが明らかとなった。現在は、この揮発性成分を効率的に捕集する機材の開発を行っている。3.安寧フェロモン作用の修飾メカニズムの解析:安寧フェロモンを放出させるパートナーとして、被験動物と馴染みのあるラットを用いると、安寧フェロモン作用が増強されることが明らかとなり、フェロモン作用を修飾するメカニズムが存在することが示唆された。本年度に得られた主要な成果は以下の通りである1.警報フェロモンに関する研究これまでの研究より警報フェロモン分子を同定することに成功し、4-メチルペンタナールとヘキサナールの混合物がその主要な分子であることが判明した。そして、この成果を米国科学アカデミー紀要に公表することができた。また、フェロモン効果の1つである雄の性行動抑制をモデルとして用い、警報フェロモン効果の中枢作用メカニズムを検討した。その結果、フェロモンは分界条床核を活性化させることでストレス中枢である室傍核の反応性を増強させ、フェロモンが存在しない場合より多くの副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)の放出を促し、それが弓状核からのオピオイドの放出を促し、性行動を抑制しているという回路が示唆された。2.安寧フェロモンに関する研究前年度の研究結果より揮発性であることが確認された安寧フェロモンを、効率的に捕集する方法の開発を試みた。その結果、警報フェロモンを捕集した方法と同様の方法にて、安寧フェロモンも捕集可能であることを示唆する結果を得ることが出来た。また、社会的距離が近いラットの方が、社会的距離が遠いラットと比較して、より強いフェロモン効果を引き起こす事が明らかとなったことや、フェロモンを嗅いだ個体では扁桃体外側核の活性化が抑制されることが電気生理学的に明らかとなったことから、嗅いだ個体に安心感を与える安寧フェロモンの存在を支持する、さらなる強固な証拠を得ることが出来た。26年度が最終年度であるため、記入しない。獣医動物行動学26年度が最終年度であるため、記入しない。警報フェロモン同定に向けてフェロモン含有試料を分析することで2つの候補物質を同定することができ、またこの2つの候補物質を混合することでフェロモン活性をもつ混合サンプルを作製することができたことから、警報フェロモン分子の有力候補を同定することができたと考えられるため。また安寧フェロモンに関しても、今後のフェロモン分子同定に向けて安寧フェロモンを実験箱内にとどめ置くことが可能になったため。警報フェロモン候補分子である2物質がフェロモン分子であることを支持する様々な行動学的結果を得ることができ、また2物質が不安を惹起する神経メカニズムの解析も行うことができたため、この2分子が警報フェロモン分子であるという説得力のある結果を得ることができた。また安寧フェロモンに関しても、フェロモン分子同定に向けた手技や装置の開発に成功したのに加え、フェロモン分子同定をサポートする様々な情報を得ることができた。以上を勘案すると、研究計画はおおむね順調に進展していると考えられる。
半導体鉄シリサイドの分子線エピタキシーとSi系発光ダイオードの研究開発

本研究では、Si上の発光・受光デバイス材料として期待される半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)について、Si(001)基板上に結晶性の良いβ-FeSi_2膜を成長し、さらに、これをMBE成長Siで埋込むことで、光配線用の発光源として使える発光ダイオードを作製することを目的として実験を行い、以下の結果を得た。1.Si(001)上に、これまでで最大の移動度を示す高品質なβ-FeSi_2膜を作製した。これは、熱反応堆積法により成長したβ-FeSi_2膜をテンプレートとし、Si/Fe多層膜を堆積して、SiO_2キャップを用いることで、アニールによっても凝集しない[100]配向のβ-FeSi_2膜が得られたことによる。伝導型は、Si/Fe組成比により制御でき、電子、正孔について、約50Kで、それぞれ最大6900cm^2/Vs,13000cm^2/Vsと、これまでで最高の移動度を得た。これは、P-FeSi_2の発光に最適なSi基板、およびP-FeSi_2をMBE成長Siで埋込む際の成長温度を最適化したことによる。Si基板上にエピタキシャル成長可能な直接遷移型半導体β-FeSi_2(Eg=0.85eV)は、発光素子材料として注目されており、SiIC間の電気配線に代わる光接続用の発光素子材料としての可能性がある。光デバイスとして利用する際には、キャリアと光子の両者の閉じ込めが期待されるp-Si/β-FeSi_2/n-Siダブルヘテロ構造の作製が重要である。本研究ではまず、通常のMBE装置によりp-Si/β-FeSi_2/n-Siダブルヘテロ構造を作製することを検討した。まず、n-Si(001)基板上に基板温度470°CでFeを蒸着速度0.1A/sで蒸着するRDE(Reactive Deposition Epitaxy)法により膜厚100A、200A、400Aのβ-FeSi_2をエピタキシャル成長し、表面を平坦にする目的で、MBEチャンバ内で850°C、30分にアニールを行った。β-FeSi_2膜は島状に凝集し、その表面は極めて平坦になった。この上に、基板温度750°CでSiのMBE成長を行った。また、Siをp型にド-ピングするため、Si照射と同時にHBO_2を照射した。Si結晶内に埋め込まれたβ-FeSi_2は、2つの材料間の接触面積が最小になるようにさらにボール状へと変形した。TEM観察により、Sip-n接合付近に、単結晶β-FeSi_2の埋め込み構造が確認された。このp-Si/β-FeSi_2/n-Siダブルヘテロ構造の電流・電圧特性、容量・電圧特性を調べたところ、Si p-n接合付近に埋め込むβ-FeSi_2の量が多くなるほど、界面付近の抵抗が高くなり、電流・電圧特性も劣化した。これは界面にストレスによる欠陥が入ることによるものと考えられる。Si基根上にエビタキシャル成長可能な直接遷移型半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)は、その発光波長(λ1.5μm)が光ファイバの最小吸収波長にあるため、Si IC間の電気配線に代わる光接続用の発光素子材料として注目されている。光デバイスとして利用する際には、キャリアと光子の両者の閉じ込めが期待されるp-Si/β-FeSi_2/n-Siダブルへテロ構造の作製が重要である。本年度は、その前段階としてβ-FeSi_2をSi結晶中に埋め込み、PL発光を確認することを目的に下記の実験を行った。β-FeSi_2からのPL発光は、これまでイオン打ち込み法により作製されたβ-FeSi_2から確認されているが、イオン打ち込みの際にSi基板に多数の欠陥が導入されるため、高温での長時開アニールが必要であるという問題を抱えている。本研究では、熱したSi基板に鉄を蒸着するReactive Deposition Epitaxy(RDE)法を用いるため、Si基板中に発生する欠陥はより少ないと考えられる。

まず、n-Si(001)基板上に基板温度470°CでFeを蒸着速度0.1Å/sで蒸着するRDE法により膜厚20nm,10nm,3nmと膜厚の異なるβ-FeSi_2膜をエピタキシャル成長した。結晶性向上を目的としてMBEチャンバ内で850°C、30分のアニールを行ったところ、β-FeSi_2膜は島上に凝集した。この上に、基板温度750°CでSiのMBE成長を行ったところ、それぞれの試料に直径150-200nm(#1),100-l20nm(#2),50-70nm(#3)の単結晶β-FeSi_2球が埋め込まれていた。12KでArレーザ励起(514.5nm)でPL測定したところ、直径100-120nmのβ-FeSi_2球を含む試料#2から明瞭なl,5μmのPL発光を確認した。このPL発光は、RDE法で作製されたβ-FeSi_2として初めてである。その他の2つの試料からは、PL発光を確認出来なかった。試料#1では、β-FeSi_2球が大きいため、周囲のSi結晶中に転位による深い準位が形成されていることが、DLTS測定から分かった。また、試料#3では、X線回折より、金属相であるα-FeSi_2がβ-FeSi_2球に混入していることが分かった。これらが非発光再結合中心として働いたため、PL発光強度がβ-FeSi_2球の大きさにより違っていたと考えられる。Si基板上にエピタキシャル成長可能な直接遷移型半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)は、SilC間の電気配線に代わる光接続用の発光素子材料として、また高効率太陽電池、熱電変換素子用材料として注目されている。しかし、FeとSi両方の蒸気圧が低いため、通常のMBEやMOVPEによる成長が困難であるばかりでなく、凝集が激しくて均一な連続膜を得ることも容易でなかった。本年度は、連続膜を得て電気的特性を明らかにすることと、p型Si/βーFeSi_2/n型Siダブルヘテロ構造からのエレクトロルミネッセンス(EL)の実現を目標に実験を行った。連続膜については、真空チャンバー内で化学量論組成比を満足するようにSi/Fe多層膜蒸着し、SiO_2膜で蓋をして900°C、10時間以上のアニールをすることにより、高品質のβ-FeSi_2連続膜を得ることができた。伝導型は組成比により変わり、移動度はn型で最大6900cm^2/Vs(at 46K)、p型で15000cm^2/Vs(50K)と従来の報告の数倍から数十倍の値が得られた。発光ダイオードに関しては、Si基板中の酸素とβ-FeSi_2球を埋込むSi MBE成長温度が重要で、FZ基板上に400-500°Cの比較的低温でβ-FeSi_2球を埋込むことにより、良好なPL特性が得られた。これらの成長条件を用いて、β-FeSi_2球をSipn接合に埋込んだ発光ダイオードを作製し、電流注入を行ったところ、240Kで1.6μmのエレクトロルミネッセンス(EL)を確認した。これは、β-FeSi_2のELとしては世界で2番目、また、最高温度でのEL実現である。
都市広域対する災害避難シミュレーターの高効率化および機能拡張

津波による大規模避難を迅速化するための様々な方策の効果を定量的に推定することを目的に、高性能計算拡張大規模避難シミュレータを開発した。本シミュレータはマルチエージェントシステムをベースに、目に見える周辺環境の動的変化を検知し、様々な行動主体の役割を模倣することができる高度なエージェントが実装されている。高分解能環境モデルも含まれており、1平方メートルごとの状態をモデル化することができる。本システムは、高性能計算拡張されている。神戸市にある理化学研究所計算科学研究機構の京コンピュータで効率的に動作するよう調整されており、長い沿岸地帯で何百万人もの人が避難する状況をシミュレートできる。以下は2013年度に達成した主な事項である:衝突回避アルゴリズムの実装と検証;エージェントの,動的に変化する環境との相互作用能力の改良;被害時環境のモデル化の,統合地震シミュレータとの統合;従来法で考慮されなかった要素を考慮するための,大規模都市領域でのモンテカルロシミュレーション;道路ネットワークのベクトル地図の自動構築手法の実装.ORCA algorithm (Berg et al. 2011)の実装により,エージェントが,歩行者が従う人口密度・歩行速度関係を,十分な人口密度において再現することを確認した.これにより,本コードが緊急時の人間行動を再現することを確認した.地震被害下や津波浸水時など非常時の道路状況の不確実性は避難時間を左右する.このモデル化のため,避難環境を高解像度格子とグラフにより表した.格子は,非常時の道路環境を,グラフは通常時の道路ネットワークを表す.エージェントはふさがった経路を視覚的に認識し,グラフの情報を用いて避難経路を再設計するよう改良された.地震被害の自動モデル化のため,本コードは統合地震シミュレータと統合された.適用例として,構造物の地震被害,津波浸水,旅行者多数の場合,電灯が少ない場合の夜間避難など,あるいはこれらの組み合わせの避難時間への影響推定を試みた.個々のシナリオに対し,50km2に分布した75000のエージェント・400ケースからなるモンテカルロシミュレーションを,京コンピュータ3200計算ノードを用いて実施した.これにより,本コードが,既往の手法では不可能な,人間の複雑な相互作用を伴う高解像度な避難環境を必要とする避難シミュレーションを可能とすることを示した.結果からの示唆の一例として,ある状況下では電灯の設置により,避難時間が有意に短縮されることが示された.2012年度において,次の2項目について研究を進めた.一つ目は2012年度研究計画にあるエージェントの能力の改良であり,周囲の環境把握や検索能力を付加・強化し,またエージェント同士の相互作用について改良を行った.二つ目は,当初計画では2014年度に割り当てられていた大規模都市域でのシミュレーションに対する高性能計算機能を実装である.これらの結果の詳細について以下に記す.最初の項目は,エージェント避難シミュレーションの現実性と信頼性を強化するものである.改良前のシステムにおいては,エージェントは周囲1mの状況しか把握する能力できず,検索能力や他との相互作用は低いものであった.しかしエージェントの視覚的認識範囲を30m100m程度に増やし,高解像度境界認識論理の実装,避難可能な経路の解析能力の実装により,エージェントの把握能力は飛躍的に向上した.開発されたアルゴリズムにより,エージェントは視覚情報のみにより目的地に到達することが可能となった(これはあらかじめ目的地への情報が必要ないことを意味する.).また,衝突回避能力の実装は,群衆を形成した際の無駄な経過時間を削減し,正確な避難時間の予測を可能とした.また,異なった応答や情報量を区別した人々のモデルを行うために,住民,訪問者(観光客など),誘導員(警察官,消防員等)の3つに分類可能とした.基礎的研究として,避難時間を減少させるため誘導員の行動の有効性を検討し,総人口に対して約0.5%の誘導員を導入することで,多くの人命が助かることが解った.今後,より詳細な検討を行う予定である.大規模都市域での避難シミュレーションを可能とするため,高性能並列計算手法が導入された.このような改良により,京コンピュータを用いた予備性能テストにおいて,2048CPU使用時まで,線形なストロングスケーリングが得られた.2014年度に達成した主な項目について述べる.以下に要点を示す.1.自動車と歩行者の相互作用の実装と妥当性検証2.開発したシステムを,避難過程を迅速かつ円滑にするための避難計画の有効性の定量的な推定へ適用津波避難時に自動車を使うことは禁止されているものの,2011年の東北地方太平洋沖地震における津波の際には,多くの避難者が,徒歩による避難では時間が足りないと判断し,車を使って避難した.現在,沿岸部の地方自治体および災害管理部門は自動車を避難に使うことを認めることを検討している.明らかに,避難できる自動車の数には限界があり,それは人口,人口統計,道路状況などに依存する.甚大な被害を抑えるために,自動車の最善の利用方法を研究することが求められる.避難過程を改善するために,複数の異なる自動車利用計画を定量的に評価することを目的として,自動車の導入により避難シミュレーションコードを高度化した.自動車モデルは,高速道路での交通観測データを用いて妥当性が検証されている.自動車と歩行者の相互作用が避難時間を増加させるため,その相互作用モデルも実装した.観測データと数値解析結果の比較から,実装したモデルが細い路地における自動車と歩行者の相互作用をよく再現していることが確認できた.開発したシステムの性能を実証するため,石巻市における徒歩・自動車避難のシミュレーションを複数ケース実施した.6.5kmx6.0kmの領域を解析対象とした。

最初の10分間のうちに自動車が避難を始める場合,人口の25%程度に自動車使用の許可を与えることができ,その結果地震発生から40分後までに避難を終了できる人数が6%増加した.このケースでは,自動車使用者はランダムに選択されている.次に,自動車を必要とする人々,すなわち高齢者や妊娠中の女性が優先的に自動車を利用できるとした場合,有意な改善を見ることができた.2015年度に主に達成したのは次の3項目である.1.ソースコードの共有メモリ並列化及び最適化2.ソースコードの整理と統合3.避難加速のための自動車の効率的な利用方法の発見を目的とした開発したシステムの実行各項目の概要を以下に示す.京コンピュータを最大限活用するため,コードを共有メモリ並列版に拡張した.開発したハイブリッド並列システムは,より多くの京コンピュータの計算ノードの使用を可能とした.アルゴリズムも改良し実行時間を大幅に短縮した.10万のエージェントを用いた高知市域の避難シミュレーションを,京コンピュータを用い数時間で実行できた.避難時の自動車の効率的な利用方法発見のため,モンテカルロシミュレーションを行った.エージェントが,経験の記憶を異なるケース間で引き継げるようシステムを大幅に改善した.エージェントが以前の経験を考慮した判断ができるようになり,世代ごとによりよい解を見つけることが可能となった.この高度化されたシステムを用い,歩行者と自動車を伴った石巻地域の避難シミュレーションを行った.この四年間,詳細な環境モデルと高度な機能をもったエージェントから成る避難シミュレーターを開発してきた.観察またはシミュレーションされたデータに従い環境を更新することで,津波や地震被害の影響を考慮した.京コンピュータを用いたMC法による広域都市避難シミュレーションを可能とするため,HPC技術によりシステムを高度化した.開発したシステムの妥当性を証明するため,広域都市避難シミュレーションを複数ケース実行した.今後,このシステムを,スーパーコンピュータを用いた避難計画策定のための強力なツール化に向け一層発展させたい.エージェントの学習能力改善や,リアルタイム避難誘導システムの構築を目的とした,複数ケースのMCシミュレーションの結果解析に耐えうるシステム開発を行う予定である.津波による大規模避難を迅速化するための様々な方策の効果を定量的に推定することを目的に、高性能計算拡張大規模避難シミュレータを開発した。本シミュレータはマルチエージェントシステムをベースに、目に見える周辺環境の動的変化を検知し、様々な行動主体の役割を模倣することができる高度なエージェントが実装されている。高分解能環境モデルも含まれており、1平方メートルごとの状態をモデル化することができる。本システムは、高性能計算拡張されている。神戸市にある理化学研究所計算科学研究機構の京コンピュータで効率的に動作するよう調整されており、長い沿岸地帯で何百万人もの人が避難する状況をシミュレートできる。