hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
位相的ソリトンによるブレーンワールド模型の動的構築とブレーンダイナミクスの理解

本年度研究の当初計画は、ボーテックス/ドメインウォールの共存系の数値解を求めること、および先行研究では実現されていない、標準模型のゲージ群の基本表現に属するヒッグス場や、カイラルフェルミオンのドメインウォール場への局所化機構を明らかにすることであった。ボーテックス/ドメインウォールの数値解については一通りの研究を済ませ学術論文として結果をまとめたが、数値的な解析を進めるにつれて、研究当初に予想していたよりも多くの興味深い現象があることがわかり、研究結果を解析しそれをまとめるのに多くの時間が必要となった。その結果、もう一つの研究計画である、標準模型により近い模型の構築については計画通りに研究が進まなかった。カイラルフェルミオンの局所化に関する基本的なメカニズムはほぼ明らかになっているが、一方で基本表現のヒッグス場や、ドメインウォール場での標準模型の構成についてはまだ単純で自然な模型の構成方法がわかっていない。一方で、当初計画にはなかったが、ドメインウォール/ボーテックス複合系の解析を進めていく中で、これまで知られていなかった、ドメインウォールに対する解析解(厳密解)の構成について系統的な方法論があることが分かった。このことについて研究をまとめることが出来た。以上の理由から、本研究計画はおおむね順調に進展していると評価する。本研究では現在の素粒子標準模型では十分に説明できていない力や素粒子の統一、ゲージ階層性、時空の次元数などを説明するため、標準模型を超える模型を構築することである。標準模型を超える模型としてはこれまでに様々なものが詳細に調べられてきている。本研究では特に余剰次元模型として従来の模型と比較して不自然な仮定が少ない模型を構築するために、その具体例として5次元SU(5)ゲージ理論における位相的な安定性をもつドメインウォール解を詳細に調べた。ドメインウォールの世界体積は3+1次元であり、これが高次元時空の中にダイナミクスの結果として発現するが、このことは安定な3+1次元時空がダイナミカルに生成されることを示している。この模型の特徴はドメインウォールの存在、すなわち、3+1次元時空の発現が同時にゲージ群の破れを決定することにある。この模型には5つの平行なドメインウォールが存在し、その余剰次元方向の位置は解のモジュライとして自由に動かせるパラメータである。特に5つが3重と2重のドメインウォールに分裂したとき、3+1次元有効理論に現れるゲージ群は標準模型のゲージ群であるSU(3)xSU(2)xU(1)に一致する。こうして我々が提案した5次元SU(5)模型は、本来別物として考えられてきていた標準模型の拡張であるSU(5)大統一模型と余剰次元模型という概念を自然に統一することが分かった。また、ドメインウォールは0質量のカイラルフェルミオンを自然に局在化させ、また従来困難であったゲージ場の局在化もOhta-Sakai機構を通じて実現した。
底生有孔虫研究の国際協力体制推進に関する企画と準備

平成2年秋に日本で開催される第4回底生有孔虫国際シンポジウムのために、全般的企画の立案、準備期間中と会議開催時における運営事務分担事項の検討、会議前後および会議中に実施する巡検の地域選定と具体的実施方針の検討、巡検予定地域における事前調査と関係者との打ち合せ、会議資料の作成、国内外研究者との連絡などを行うことを計画し、次のように実施した。1.事務局を研究代表者の所属する東北大学内に設け、計画推進のため在東北地方の研究分担者により幹事会を結成し、会議を随時東北大学において開催、計画構想をまとめるとともに、連絡事務を行った。2.国内外に配布するサ-キュラ-を作成、印刷のうえ、7月に発送した。また周知を目的としてポスタ-を印刷・配布した。3.分担者による打ち合せ会議を12月2日東北大学において開催。幹事会において練った会議計画の構想の総括と経過の報告、会議場、招待講演者の顔ぶれ、会議における業務分担などの決定、宿舎関係の手当の方針の検討、巡検予定地域についての予察調査の報告、案内書の内容・形式の検討、執筆者と現地案内者の決定、今後の会議関係出版物や運営方針などについて審議した。4.国内における学会の年会・例会の際に夜間小集会を開催し、研究分担者をはじめ、有孔虫研究に関心を抱く研究者に国際シンポジウム計画の進行状況を伝え、意見の交換を行った。地質学会(茨城大学、1989年5月4日;横浜国立大学、1990年4月4日予定);古生物学会(早稲田大学、1990年2月3日)5.巡検予定地に関する実地調査を行い、地質資料(英文)を分担者が執筆、これを編集して印刷した。
帰国子女の家庭科教育に関する調査研究

本研究では、帰国子女の家庭科教育に関する調査研究の一環として、平成35年にかけて3つの観点から調査を実施した。第1に、帰国子女の保護者を対象に、在外中の保護者や子どもの家庭生活の実態について明らかにした。また、子どもが受けた海外における家庭科教育への関心の程度や家庭科に対する教科観について特徴を浮き彫りにした。第2は、日本人学校在学の児童・生徒の保護者を対象に、家庭生活の実態や養育態度および家庭科に対する教科観について実態を明らかにした。第3は、日本人学校の児童・生徒を対象に家庭生活の実態や家庭科の学習状況および家庭科に対する教科観について調査した。得られた知見の一例を集約すると次のようである。帰国子女の保護者は、海外における日常生活にも比較的高い満足感を示し、海外生活経験は家庭科学習に役立つことを、他の二者よりも認めていた。日本人学校の保護者は、子どもによく家事分担をさせており、生活の自立を図るよう心がけていた。また、家庭科は日常生活に役立ち、男女とも学習する必要性を強く認めていた。さらに、異文化体験者の家庭科に対する教科観を分析したところ、4つのタイプに類型化できた。この調査研究を通して、異文化体験者の家庭生活の実態や家庭科の教科観の特徴が明らかになった。海外・帰国子女数の増加に伴い、教育問題も深刻化していくので、一般生徒と帰国生徒が相互啓発しながら学習していく、家庭科指導の研究とその支援の必要性を確信した。今後も、本研究を礎として海外・帰国子女をテーマとした研究を継続的に進めていきたいと考えている。[目的]国際化の進展につれ、海外・帰国子女に関する教育研究が次第に着手されるようになってきている。これまでに、科学研究費の補助金の交付を受けて、帰国児童・生徒を対象に、家庭科に対する意識や学習経験および学習の定着度などについて調査研究を行ってきた。本年度は、帰国子女教育に関する資料を収集するとともに、先に実施した一連の研究によって得られた知見をふまえて、海外生活経験を有する帰国子女の保護者を対象に家庭科教育に関する意識を調査した。[方法]1991(平成3)年10月1992(平成4)年2月にかけて、全国の帰国子女教育研究協力校39校(小学校19校、中学校11校、高等学校9校)の帰国子女の保護者650名を対象にアンケ-ト調査を行った。調査項目の概要は次のとおりである。(1)渡航時の状況について(2)海外での子供の家庭生活について(3)海外での学校生活や家庭科教育について(4)家庭科に対する意見について[結果](1)在留国は世界各国に点在しているがアメリカが最も多く、次いでイギリスなどのヨ-ロッパであった。また、海外赴任に際し、現地の生活や子供の教育に対する不安感も表出されていた。(2)子供の家事の役割分担に関する意識の低さが示された。また、約70%が日本の生活や習慣などを配慮して養育していた。(3)家庭科の家習経験を有する子供は約40%で、そのうち約80%が調理などを家庭で実践していた。(4)海外生活経験が家庭科の学習に役立つと回答した者が、約31%であった。また、学習方法では、小・中・高校とも男女とも同一内容で共に学ぶのが望ましいと回答した者が約30%であった。諸般の事情により、本年度は十分に目的を達成できなかったことを反省している。しかし、新たな課題を見出すことができたので、次年度は、帰国子女の家庭科教育に寄与できるよう万全を尽くす所存である。[目的]国際化の進展につれ、海外・帰国子女数は著しく増加し、彼らは様々な課題に直面している。

本年度は、このような教育的要請に鑑み、これまでに科学研究費の補助金の交付を受けて実施した一連の研究によって得られた知見をふまえて、次のような調査を実施した。(1)日本人学校に在学する児童・生徒の保護者を対象に家庭生活の実態や家庭科教育に対する意識について(2)日本人学校の児童・生徒の海外での家庭生活の実態や家庭科学習について[方法](1)1992(平成4)年78月にかけて、41ヶ国に点在する日本人学校62校に調査協力を依頼した。そのうち、30校から調査協力を得ることができたので、1992(平成4)年912月にかけて調査を実施した。分析対象とするサンプル数は2797である調査項目の概要は次のとおりである。(1)渡航時の状況について(2)海外での子供の家庭生活について(3)海外での学校生活や家庭科教育について(4)家庭科に対する意見について(2)1992(平成4)年10月、米国のニューヨーク日本人学校とシカゴ日本人学校の児童・生徒213名を対象に、上記の項目について調査した。[結果](1)(1)海外赴任に際し、現地の生活や子供の教育に対する不安感も表出されていた。(2)現地での子供の家事の役割分担は低く海外における住生活や家族のコミュニケーションについては比較的高い満足感を示していた。(3)子供の海外における家庭科の学習については関心が低かった。(4)概ね、海外での生活経験が家庭科の学習に役立つと回答し、学習方法では、小・中・高校とも男女とも同一内容で共に学ぶのが望ましいと回答していた。(2)調査結果は割愛する。米国という特殊性もあるが、海外での子供たちの家庭生活や家庭科学習の実態が明らかにされた。本研究では、帰国子女の家庭科教育に関する調査研究の一環として、平成35年にかけて3つの観点から調査を実施した。第1に、帰国子女の保護者を対象に、在外中の保護者や子どもの家庭生活の実態について明らかにした。また、子どもが受けた海外における家庭科教育への関心の程度や家庭科に対する教科観について特徴を浮き彫りにした。第2は、日本人学校在学の児童・生徒の保護者を対象に、家庭生活の実態や養育態度および家庭科に対する教科観について実態を明らかにした。第3は、日本人学校の児童・生徒を対象に家庭生活の実態や家庭科の学習状況および家庭科に対する教科観について調査した。その結果、得られた知見の一例を次に示す。帰国子女の保護者は、渡航に際し積極的であり、海外における日常生活にも比較的高い満足感を示していた。また、海外生活経験は家庭科学習に役立つことを、他の二者よりも認めていた。日本人学校の保護者は、子どもによく家事分担をさせており、生活の自立を図るよう心がけていた。また、家庭科は日常生活に役立ち、男女とも学習する必要性を強く認めていた。さらに、異文化経験の家庭科に対する教科観を分析した。その結果、「女子専用の家庭科観」「伝統的家庭科観」「男女共修の家庭科観」「現代的家庭科観」の4タイプに類型化でき、各々の特質が解明できた。この調査を通して、それぞれのもつ意識や実態には特徴がみられ、新たな課題が見いだされたので、継続的に研究を進めていきたい。
顔面神経の微小循環に及ぼす交感神経系の影響

特発性末梢性顔面神経麻痺の成因は十分に解明されていないが、主たる病態として虚血の関与が考えられているものの、初期の循環障害発生のメカニズムの詳細は不明である。そこで、顔面神経の微小血管系に影響を及ぼす因子として交感神経系の関与を推測し、顔面神経の生理的機能に関わる微小循環に及ぼす交感神経機能の影響をみるため、頸部交感神経系の機能の変化や呼吸状態の変化による顔面神経の組織血流量の変化を検討した。研究対象として雑種成犬を用い、静脈麻酔下に一定換気条件にて人工呼吸とし、総頸動脈血流量を電磁流量計にて測定し、顔面神経の組織血流量をレーザー・ドプラー組織血流計にて測定した。平成7年度は、頭頸部の交感神経機能を直接的に変化させ、顔面神経の微小循環に及ぼす影響を検討する目的にて、頸部交感神経幹を電気刺激したり、化学的に遮断して交感神経機能を直接的に変化させたところ、頸部交感神経幹の刺激により顔面神経の微小循環は著しく障害され、一方遮断により微小循環が著明に改善されることが明らかとなった。平成8年度は、交感神経機能を呼吸状態の変化から中枢性機序で間接的に変化させ、顔面神経の微小循環に及ぼす影響を検討する目的にて、換気条件を変化させて動脈血中の炭酸ガス分圧を変化させたところ、高炭酸ガス血症により総頸動脈血流量は軽度増加したものの、顔面神経の組織血流量は減少した。しかも、低炭酸ガス血症によっては顔面神経の微小循環は影響を受けなかった。これらの結果から、頭頸部の交感神経機能や中枢性機序による交感神経機能は、顔面神経の微小循環に対して影響を及ぼす重要な因子と考えられ、交感神経機能の亢進が顔面神経の微小循環を障害すると思われた。今後、交感神経機能との関わりから、本症に対する治療についての検討を続けたいと考えている。特発性末梢性顔面神経麻痺の成因については、十分に解明されていないが、主たる病態として虚血の関与が大きいと考えられている。しかし、初期の循環障害発生のメカニズムに関しての詳細は不明である。私たちは、顔面神経の微小血管系に影響を及ぼす因子として、交感神経系の関与を強く推測している。そこで、顔面神経の生理的機能に直接的に関わる微小循環に及ぼす交感神経機能の影響をみるため、頸部交感神経系の機能の変化や呼吸状態の変化による顔面神経の組織血流量の変化を検討している。平成7年度は、交感神経機能を物理的、化学的に直接変化させ、顔面神経の微小循環に及ぼす影響を検討した。研究対象として雑種成犬を用い、静脈麻酔下に気管内挿管して一定換気条件下に人工呼吸とし、総頸動脈血流量を電磁流量計にて測定し、顔面神経の組織血流量をレーザー・ドプラー組織血流量にて測定し、同時に顔面筋の酸素分圧を酸素電極にて測定した。これらのパラメーターの測定下に、頸部交感神経幹に電極を留置して電気刺激したり、局所麻酔薬により化学的に遮断して交感神経機能を変化させ、それに伴う微小循環への影響を検討した。その結果、交感神経機能の亢進により、顔面神経の微小循環は著しく障害され、また一方、化学的遮断により、微小循環が著明に改善されることが明らかとなった。この結果から、頭頚部の交感神経機能は、顔面神経の微小循環に対して直接的に影響を及ぼす重要な因子と考えられる。

私たちは、顔面神経の微小血管系に影響を及ぼす因子として、交感神経系の関与を強く推測している。そこで、顔面神経の生理的機能に直接的に関わる微小循環に及ぼす交感神経機能の影響をみるため、頸部交感神経系の機能の変化や呼吸状態の変化による顔面神経の組織血流量の変化を検討した。平成8年度は、交感神経機能を呼吸状態の変化から中枢性機序を介して間接的に変化させ、顔面神経の微小循環に及ぼす影響を検討した。雑種成犬を研究対象として用い、静脈麻酔下に人工呼吸とし、総頸動脈血流量を電磁流量計にて測定し、顔面神経の組織血流量をレーザー・ドプラー組織血流計にて測定した。これらのパラメータを連続的に測定しながら、換気条件を変化させて動脈血中の炭酸ガス分圧を変化させ、それに伴う中枢性機序による交感神経系の変化が及ぼす影響を検討した。その結果、高炭酸ガス血症により、総頸動脈血流量は軽度増加したものの、顔面神経の組織血流量は減少した。しかも、低炭酸ガス血症により、顔面神経の微小循環は影響を受けなかったことから、高炭酸ガス血症による中枢性の交感神経機能の亢進も、顔面神経の微小循環を障害すると考えられた。
肝細胞増殖因子を用いたiPS細胞の肝細胞分化誘導

肝細胞増殖因子(HGF)は胚性幹細胞(embryonic stem cell; ES細胞)からの肝細胞分化誘導に必須の因子である。また、我々は、HGFはラットの肝幹細胞と考えられているOval cellの増殖と肝細胞への分化も促進することを明らかにしている。本研究では、ES細胞や肝幹細胞で行われてきた肝細胞分化誘導法を参考にして、HGFを用いたiPS細胞の肝細胞への分化誘導法をより詳細に検討し、細胞移植治療の臨床応用につなげることが目的である。昨年度は、マウスiPS細胞から肝細胞への分化誘導の第一段階である肝内胚葉細胞への誘導過程において、肝芽細胞のマーカーであるDlk1の発現が経時的に上昇し、同時にEpCAMの発現が減少することを見出した。本年度は、この肝内胚葉細胞から磁気ビーズ抗体を用いてDlk1陽性細胞の単離を試み、Dlk1陽性細胞を精製できた。次にマウスiPS細胞由来Dlk1陽性細胞の培養条件を検討し、Dlk1陽性細胞はゼラチンコートプレート上及びフィーダー細胞(マウス胎仔繊維芽細胞の初代培養細胞;MEF)上でも増殖することを明らかにした。しかし、その増殖は幹細胞の特徴の一つであるコロニー性の増殖ではなく、分散して増殖した。これらのことから、Dlk1のみではコロニー形成しながら自己複製する幹細胞は単離できず、肝芽細胞あるいは肝前駆細胞を単離するには、さらに別の表面マーカーでもセレクションする必要があると考えられた。以上より、今までの検討では、肝臓への細胞移植実験に利用できるiPS細胞由来の肝幹細胞を得ることができなかったが、Dlk1を含めたいくつかのマーカーを組み合わせた細胞選択法の検討が必要である。また、本研究を発展させ、iPS細胞から高純度の肝幹細胞を単離することができれば、細胞移植療法へ大きく貢献できるものと考えられる。肝細胞増殖因子(HGF)は胚性幹細胞(embryonic stem cell;ES細胞)からの肝細胞分化誘導には必須の因子であり、HGFはラットの肝幹細胞と考えられているOval cellの増殖と肝細胞への分化も促進する。本研究では、ES細胞や肝幹細胞で行われてきた肝細胞分化誘導法を参考にして、HGFを用いたiPS細胞の肝細胞への分化誘導法を明らかにし、細胞移植治療の応用につなげることが目的である。本年度は、マウスiPS細胞から肝細胞への誘導過程の細胞集団から肝幹細胞の同定を試みた。その結果、iPS細胞から肝内胚葉細胞への誘導過程で経時的にD1k1の発現が上昇し、同時にEpCAMの発現が減少することを見出した。マウス胎生14日における肝芽細胞はD1k1陽性EpCAM陰性の細胞であると考えられており、これらの結果からiPS細胞から誘導した肝内胚葉細胞の中には肝芽細胞が存在すると考えられた。肝細胞移植のソースとしては分化した肝細胞よりも肝前駆細胞(肝幹細胞または肝芽細胞)の方が適している可能性があり、肝細胞誘導過程の細胞集団に効率よく肝幹細胞を分化誘導し、高純度の肝幹細胞を分取できれば、細胞移植療法への貢献度も大きいと考えられる。
ウマの関節滑膜細胞におけるPGP9.5の局在と診断的活用

protein gene product(PGP)9.5の免疫組織化学により、ウマの関節包、滑液嚢および腱鞘においてB型滑膜細胞を特異的に染色できることを示した。さらに、whole mount標本の導入により、本細胞の分布、樹枝状突起を含む詳細で包括的な形態観察が可能になった。関節滑膜のB型細胞と相同の細胞が滑液嚢内面にも存在するが、多核の特殊な細胞であった。腱鞘ではB型滑膜細胞が腱鞘内面(壁側、腱側ともに)をおおうが、その分布様式は部位により異なり、腱鞘ヒダ付近では密に分布するが、それ以外の部位ではかなり疎であることがわかった。疎な部位でも、細胞は細長い突起を多数伸ばして滑膜表面に突起網の堆積層を構築し、物理的な刺激に耐えうるようになっていた。一方、PGP9.5が関節液中に放出されている可能性を関節液のイムノブロット法により確認した。次いで、特異抗体を用いてenzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)法を確立した。このアッセイ系により、正常馬と関節疾患馬から採取した関節液中のPGP9.5含有量を測定した(脳蛋白質50μg中に含まれるPGP9.5を1unitに設定した相対的な値)。その結果、正常関節の関節液中に含まれるPGP9.5は0.329±0.033unitであったのに対し、関節内骨折では0.871±0.462unitと有意に上昇していた(p<0.05)。変形性関節症(0.701±0.435)と感染性関節炎(0.567±0.132)ではコントロールに比べて有意な差ではなかったが、上昇傾向にあった。従って、少なくとも関節内骨折の診断には本アッセイ系が利用できることがわかった。2種類の抗体を利用してアッセイ系の感度を上げることで、PGP9.5の測定を臨床的に応用できる可能性が示唆される。PGP9.5の免疫組織化学により、ウマの関節包と滑液嚢においてB型滑膜細胞を特異的に染色できることを示した。この細胞の分布、樹枝状突起を含む詳細な形態が明らかになり、さらにホールマウント標本を用いることで、より包括的な観察が可能になった。とくに、滑液嚢にもB型滑膜細胞が存在すること、多核の特殊な細胞であることを世界で初めて明らかにした。走査型電顕観察では、間質成分を除去するアルカリ浸軟法を導入し、滑膜細胞の立体構築の観察が可能になったことも特筆すべきことである。滑膜表面にはB型細胞の大小の突起網、限界膜様の裏打ちが構築されており、これまで想像されていた以上に、滑膜細胞が動的で、複雑な形態をとることが判明した。滑膜細胞は上皮様構造をとるといわれてきたが、透過型電顕観察から、細胞間質には広い間隙が介在し、通常の上皮組織とは大きく異なっていた。しかし、特にB型滑膜細胞には、上皮を特徴づける基底膜様構造(ラミニンを成分とする)、デスモゾームなどの接着装置が発達し、上皮に類似した性格をもっていた。これらの構造物は、関節に加わる持続的で強い外力に対応して、後天的に付与されたのであろう。上記の形態学的観察法の確立と導入により、関節の病理組織学的観察が容易になり、診断や病態解析の上でも大いに貢献するものと思われる。PGP9.5は関節液中にも存在するので、積極的に分泌されることが予想される。

PGP9.5のアッセイ法を確立し、関節液中のPGP9.5を測定できることがわかったので、次年度には疾患馬のスクリーニングを行う予定である。ウマの関節滑膜を構成する主要な細胞(B型滑膜細胞)に脳特異蛋白の一種であるPGP9.5が特異的に含まれ、この細胞のマーカーになることを示した(前年度)。本年度は、まずPGP9.5が関節液中にも存在することをイムノブロット法で確認した。脳由来のPGP9.5と同じ分子量(23kDa)をもつ免疫反応物が正常関節液中に見出された。次いで、特異抗体を用いてenzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)法を確立した。このアッセイ系を用いて、正常馬と関節疾患馬から採取した関節液中のPGP9.5含有量を測定した(脳蛋白質50μg中に含まれるPGP9.5を1unitに設定した相対的な値)。その結果、正常関節の関節液中に含まれるPGP9.5は0.329+0.033unitであったのに対し、関節内骨折では0.871+0.462unitと有意に上昇していた(p<0.05)。変形性関節症(0.701+0.435)と感染性関節炎(0.567+0.132)ではコントロールに比べて有意な差ではなかったが、上昇傾向にあった。従って、少なくとも関節内骨折の診断には本アッセイ系が利用できることがわかった。2種類の抗体を用いたサンドイッチ法を導入し、さらにアッセイ系の感度をあげることで、PGP9.5の測定を臨床的に応用できる可能性が示唆される。一方、PGP9.5の免疫染色を腱鞘に応用し、ここでの滑膜細胞の組織学的検索を可能にした。関節滑膜に見られるものと同じB型滑膜細胞が腱鞘内面(壁側、腱側ともに)をおおうが、その分布様式は部位により異なり、腱鞘ヒダ付近では密に分布するが、それ以外の部位での分布はかなり疎であることがわかった。疎な部位でも、細胞は細長い突起を多数伸ばして滑膜表面に突起網の堆積層を構築し、物理的な刺激に耐え得るようになっていた。
摂食障害者の食に対するストレスから考察する食の意義と食教育への応用

摂食障害学生の毛髪中亜鉛濃度が標準値に近づくと過食が減り、精神状態も安定する傾向にあった。これらの結果を本学生に提示し、教育的指導した結果、さらに精神的安定を促した。本指導方法の評価を他の摂食障害者に、聞き取り調査した結果、摂食障害者の多くが、自分の精神的状態を数値で明確に提示される事への評価を認めた。摂食障害者の家族、特に母親からの評価が高かった。専門医やカウンセラーではなく、学生という立場であれば、日常接することの多い、教師という立場の人間が、自分の食に対する対応に対し、関心を持ってくれるという観点に高い評価が得られた。食を通して全ての価値観を決定する傾向にある摂食障害者にとって、食に関心を持っている教師に出会う事は重要である事が考えられた。すなわち、複雑化する社会状況に伴い、食教育の重要性も高くなると考えられ、その指導方法の確立は重要である事が示唆された。教育現場にいる人間として、教育の中での食というものを、どうとらえ、どのように発展させていくかを、摂食障害者の食に対するストレスから考察する。放射化分析により摂食障害者の毛髪中亜鉛濃度とストレスとの関連を検討する。毛髪中の亜鉛濃度とストレスとの関連結果を摂食障害学生に提示する事による教育的指導効果について検討する。他の摂食障害者及び、摂食障害者の家族による本指導方法の評価を求める。聞き取り調査等に協力してくれる摂食障害者及び家族の全員に調査協力の承諾は得られている摂食障害学生の毛髪中亜鉛濃度が標準値に近づくと過食が減り、精神状態も安定する傾向にあった。ストレスはその原因となるストレッサーが連鎖的に波及して生体異常をきたし、その状態が継続することによち大きなストレスにつながることが多い。このようなストレスを研究対象とする場合、経時的に変化を追う必要があると考える。そこでストレス性疾患といわれる摂食障害である、ひとりの過食症学生の毛髪中亜鉛濃度とミネラルバランスの変化を2年間にわたり、経時的に放射化分析法により求めた。また、本過食症学生が毎日書いた手記より、ストレストピックスを抽出した。さらにこの手記のなかに毎日の過食・嘔吐回数の記入を求めた。これらの方法で過食症学生の毛髪中亜鉛濃度及びミネラルバランスの経時的変化とストレスとの関連を検討した。放射化分析によりAl,As,Au,Br,Ca,Cl,Cu,Hg,I,K,Mg,Mn,Na,S,Se,V,Znの17元素を測定した。毛髪中亜鉛濃度と本過食症者が書いた手記から抽出したストレストピックス数の関連は負の相関にあった。過食・嘔吐回数も増加している時、毛髪中亜鉛濃度は低値であった。また、毛髪中亜鉛濃度が低値の時のミネラルバランスは亜鉛以外は正常範囲内ではあるが、成人女性の正常値から離れる元素が多くなっていた。毛髪中亜鉛濃度低値及びミネラルバランスが崩れている時期は精神的不安定な日々が続いていたことが、手記をもとにした聞き取り調査により明らかになった。この結果より、毛髪中亜鉛濃度はストレスマーカーのひとつに成り得る事が示唆された。さらに本研究の毛髪中亜鉛濃度及びミネラルバランスの変化とストレスとの関連結果を本過食症学生に提示し、教育的指導を試みた。この指導の結果、毛髪中亜鉛濃度の増加が見られ、ミネラルバランスの崩れが小さくなり、過食症学生への精神的なサポートの効果が示唆された。ストレス性疾患といわれる摂食障害の食を考察することにより、食の本質を求め、食教育に役立てる事を目的とした。過食症学生の毛髪中亜鉛濃度変化を経時的に放射分析法により求めた。本過食症が書いた手記より、ストレストピックスを抽出した。毎日の過食・嘔吐回数と亜鉛濃度の関係を求めた。これらの方法で過食症学生の毛髪中亜鉛濃度の経時的変化とストレスとの関連を検討した。毛髪中亜鉛濃度と本過食症学生が書いた手記から抽出したストレストピックス数の関連は負の相関にたった。過食・嘔吐回数が増加している時、毛髪中亜鉛濃度は低値であった。毛髪中亜鉛濃度低値及びミネラルバランスが崩れている時期は精神的不安定な日々が続いていたことが、手記をもとにした聞き取り調査により明らかにたった。

さらに本研究の毛髪中亜鉛及びミネラルバランスの変化とストレスとの関連結果を本過食症学生に提示し、教育的指導を試みた。この指導の結果、毛髪中亜鉛濃度の増加が見られ、ミネラルバランスの崩れが小さくなり、過食症学生への精神的なサポートの効果が示唆された。このサポート内容について、他の摂食障害者及びその家族による検討を行い、高い評価が得られた。ストレス性疾患と言われる摂食障害者の食を考察する事により、食が持つ様々な側面を追求し、食教育に役立てる事を目的とした。摂食障害学生の毛髪中亜鉛濃度が標準値に近くなると過食が減り、精神状態も安定するという放射化分析結果を数値的に本学性に提示する事が、さらに、精神的安定を促し、教育的指導に役立つという結果をもとに、他の摂食障害者や家族にこの指導方法の評価を、聞き取り調査によりその評価を求めた。摂食障害者のほとんどが、自分の精神状態を、明確な数値的指標の提示で示される、という観点に高い評価を示した。摂食障害者の家族、特に母親による評価が高かった。学生という立場であれば、日常的に一番接する事の多いのは、専門医やカウンセリングの担当者ではなく、教育現場の教師であろう。その教師が、自分の食に対する対応に対し、関心を持ってくれているという観点も評価が高かった。食を通して、全ての価値観を決定する傾向にある摂食障害者にとって、食に関心を持っている教師に出会う事は重要であると考えられる。すなわち、複雑化するストレス社会において、食教育の重要性も高くなると考えられ、その指導方法の確立が大切であると本研究からも明確になった。摂食障害者学生に毛髪中ミネラルバランス結果を提示することにより、本学生の精神的サポートとなり、精神的に役に立った事例が得られたので、この点に重点を置き、教育現場での指導という観点から、検討した。障害者の食へのこだわり、食概念、食行動から、女子教育、食教育に携わる現場の者として、なんらかの形で、食教育に応用できないか、教育者としての適切な対応はどのようにしたらよいか、という事について、考察する事を目的とした。研究調査協力の承諾を得た、摂食障害者261名、摂食障害者の家族212名に、食概念、食行動、ストレス、家族への思い等について、対面式聞き取り調査を行った。摂食障害者は、食べる事を拒否したり、食べたものを全て吐いたりと、食を排除する行動とは反対に、食に対するこだわり、関心は非常に強い傾向にあった。すなわち、食に関する情報や、食品のkcalについても非常に詳しく、熟知している者が多い。食というスケールで、自分の周りの全ての事象を捉えている傾向にある事を、教育の現場の人間として、理解し目をむけ、対応する事が大切ではないかと考える。
性ステロイドprogesteroneに着目した画期的脳梗塞治療法の研究

脳梗塞は罹患率が高く、日本人の死因の上位を占めると共に重篤な後遺症を生じさせる重大な疾患だが、未だ多くの患者に適応可能な有効な治療法はない。現在基礎研究で検討されている治療薬候補の多くは、発症前や発症後数時間以内の投与に限った治療効果を報告しており、発症時期が予測困難な脳梗塞に対して有効な治療薬になるとは言い難い。申請者は脳梗塞モデル動物実験において、性ステロイドprogesterone(P4)が、脳梗塞発症半日以上経過後の投与であっても顕著な脳保護作用を発揮することを見つけた。本研究ではP4あるいはP4受容体アゴニストを用いて、実際の臨床現場で「使える」新規脳梗塞治療法の開発を行う。
ステロイドによる表皮細胞と血管内皮細胞におけるカベオリン１発現調節

皮膚病の治療にも用いられるステロイド製剤の、皮膚構成細胞に対する新たな作用を見いだした。ステロイドは人工的に培養したヒト及びウシ由来の血管内皮細胞において、カベオリンー1と呼ばれる分子の遺伝子とタンパク質を誘導した。この作用は他の主な皮膚構成細胞である角化細胞・線維芽細胞では見られなかった。ステロイドによってカベオリンー1が増加した内皮細胞では、内皮成長因子刺激に対する反応性が著しく低下していた。実験動物であるラットにステロイドを投与したところ、血管内皮において実際にカベオリンー1のタンパク質が多く検出された。以上今回の研究により、ステロイド製剤の皮膚細胞に対する新たな作用機序が見いだされた。本年度は血管内皮細胞を対象にして、皮膚の主要構成細胞であるヒト真皮線維芽細胞のカベオリン発現に及ぼすステロイドの影響についての検討を行った。デキサメサゾン添加後のヒト真皮線維芽細胞のカベオリンー1の遺伝子レベルの発現はRTーPCR,qRTーPCRにより検討したが、用量、時間依存性の発現変化は認められなかった。なお、対象とした血管内皮細胞では有意な用量、時間依存性のカベオリンー1の発現の誘導が得られている。次に蛋白レベルでのヒト真皮線維芽細胞のカベオリンー1発現を検討したが、イムノブロッティングでの検討ではTBSTーOGバッファーなどの各種の蛋白単離分解バッファーを試みるもゲル上端にオリゴマーを生じたため発現レベルの増減を結論づけるにはこの手法では困難と考えた。ただし、分子量20kDa付近での蛋白質発現はデキサメサゾン添加後には時間依存的に増加していた。オリゴマーの免疫染色による発現解析は肉眼所見とキーエンス社の顕微鏡を用いたカバースリップ全体の蛍光発色陽性のヒト真皮線維芽細胞の数を画像解析と計数処理すると統計上有意な発現増加が認められた。対象とした血管内皮細胞を用いたイムノブロッティングでは蛋白レベルでも有意な用量、時間依存性のカベオリンー1の発現の誘導が得られている。糖質ステロイドはさまざまな皮膚疾患の治療に使われている。ステロイド製剤は不適切な使用により局所及び全身に副作用を生じる場合があり実地臨床で大きな問題になっているが、その分子機作は必ずしも明らかではない。我々は今回皮膚と関係する培養細胞を用いて、細胞膜表面に局在する脂質ミクロドメインであるカベオラと、カベオラにおいて受容体シグナリングを制御するタンパク質カベオリンー1(cav-1)に対してステロイドがどのような影響をもたらすかを検討した。糖質ステロイド製剤の一つであるデキサメサゾン(dex)は時間及び用量依存性に、培養血管内皮細胞におけるcav-1の発現を遺伝子・タンパク質レベルで著明に増加させた。血管内皮成長因子(VEGF)は内皮細胞における代表的なポリペプチド型成長因子でありカベオラに局在する受容体型チロシンキナーゼであるVEGFR-2を介して様々なエフェクター分子を活性化する。我々は、dexで前処置されcav-1を多量に発現するようになった内皮細胞では、VEGFの作用が1)細胞内情報伝達(タンパク質リン酸化反応、一酸化窒素産生、小分子量Gタンパク質活性化)及び2)管腔形成能(正常ヒト皮膚由来線維芽細胞との共培養系)のレベルで有意に減弱することを見出した。かかるdexの作用は、糖質ステロイド受容体の阻害剤またはcav-1に対するsiRNAによってcav-1の誘導を遮断すると観察されなくなった。一方、正常ラット(オス、八週齢)にdexを腹腔内投与したところ胸部大動脈及び肺動脈の内皮細胞でcav-1発現の増加が見られたが、培養ヒト角化細胞のモデルであるHaCaT細胞ではdexはcav-1発現を変化させなかった。以上より糖質ステロイドはcav-1の誘導を介して血管内皮細胞の受容体シグナル機能を特異的に変化させることが分かった。細胞膜表面に局在する脂質ミクロドメインであるカベオラと、そのカベオラにあって受容体シグナリングを制御するタンパク質カベオリンー1(cavー1)は、多くの受容体シグナリングを修飾することが知られている。我々は皮膚疾患の治療薬として頻用される糖質ステロイドがcavー1の発現を変化させるとの仮説を立てた。まず皮膚と関係の深い三つの細胞、すなわち線維芽細胞(正常ヒト由来培養線維芽細胞:NHDF)、角化細胞(HaCaT細胞)、血管内皮細胞(ウシ大動脈由来内皮細胞:BAEC)を用いて、糖質ステロイドとcavー1の関係を調べた。これらの細胞には無刺激の状態でいずれもcavー1タンパク質の発現が認められた(ウエスタンブロット法)。

糖質ステロイドとしてデキサメサゾンを用いたところ、NHDF及びHaCaTにおけるcavー1の発現量は変化しなかったが、BAECでは著明な増加を見たとともに、cavー1遺伝子の発現も増加していた(RTーPCR法)。デキサメサゾンで前処置されcavー1を多量に発現するようになったBAECでは、内皮細胞成長因子VEGFの作用が1)細胞内情報伝達(タンパク質リン酸化反応、一酸化窒素産生、小分子量Gタンパク質活性化)及び2)管腔形成能(正常ヒト皮膚由来線維芽細胞との共培養系)のレベルで減弱することを見出した。かかるデキサメサゾンの作用は、薬理学的・分子生物学的手法によってcavー1の誘導を遮断すると観察されなくなった。一方、正常ラット(オス、八週齢)にデキサメサゾンを腹腔内投与したところ胸部大動脈及び肺動脈の内皮細胞でcavー1発現の有意な増加が見られた。以上より糖質ステロイドはcavー1の誘導を介して血管内皮細胞の機能を特異的に変化させることが分かった。今後、当研究が、ステロイド製剤がもたらす諸問題を解明する端緒となることが期待される。皮膚の炎症と血管新生皮膚の構成細胞に発現するカベオリンー1の発現とステロイドの影響をを昨年度と、本年度をかけて表皮細胞、線維芽細胞それぞれについて血管内皮細胞と比較する形で進めてきた。対象とした血管内皮細胞と比べて皮膚の2つの細胞は表皮細胞、線維芽細胞ともにカベオリンー1の単離が困難なため時にトラブル解決の時間がかかるが皮膚構成細胞のカベオリンー1発現に関する一定の結論は出てきている。皮膚を構成する各種細胞のうち血管内皮細胞についてはステロイドのカベオリン発現や内皮細胞機能に及ぼす影響、内皮細胞機能に影響する他のチロジンキナーゼであるVEGF受容体とカベオリンとの相互作用の解明は順調に進んだ。皮膚特有の細胞である皮膚角化細胞の一つであるHacaT細胞に関しては、カベオリン発現量がもともと少ないためか、ステロイドの影響が明らかではなかった。正常ヒト皮膚由来角化細胞やA431細胞などの使用を考慮しなければならない。また上皮系以外の主要な皮膚構成細胞である線維芽細胞や毛包由来の毛乳頭細胞などでの検討も考慮すべきと思われた。最終年度は線維芽細胞を用いた実験系の再修正とともに、カベオリンー1の発現の高い血管内皮細胞に立ち返り、とくにヒト皮膚の毛細血管内皮細胞とヒト大動脈血管内皮細胞などを用いてステロイドの作用を詳細に比較検討することを考えている。またステロイドの種類も糖質ステロイドの他、鉱質ステロイド、性ステロイド剤などとの効果の比較を予定している。また、ヒト血管内皮細胞を用いてVEGFとカベオリンー1との相互作用を解析するためVEGF/VEGF受容体系の下流の各種の細胞内シグナル伝達分子のリン酸化に及ぼすステロイドの影響も検討する予定である。皮膚角化細胞におけるカベオリン発現についてはタンパク量での解析の他、mRNA量の解析を進める予定である。また電顕によるカベオラ構造の変化などの形態学的アプローチを考えている。また他の皮膚構成細胞である線維芽細胞についてもカベオリン発現やステロイドの影響について検討する予定である。血管内皮細胞のカベオリン発現に及ぼすステロイドの影響につき数時間単位の短期的作用と数日間という長期的作用につき検討し、その差を比較する予定である。
在宅療養における高齢者身体拘束の実態と対策-家族介護者と在宅サービス提供者の認識

家族介護者、ならびに、在宅介護を支えるサービス提供者の多くが、身体拘束についての知識を新聞・テレビから得たと答え、講習会等研修を受ける機会が全くないと答えた割合が、非常に高かった。サービス提供者の約4割が身体拘束を高齢者の家庭で見ているが、職種によって認識に差があり、多くが身体拘束に関して家族介護者の理解を促し支援するのに十分な認識・知識を持っていないことが判明した。今後、身体的虐待につながる家庭内身体拘束を効果的に防止するためには、家族介護者を混乱させず同一の見解で家族介護者を支えるために、在宅サービス提供者全体への統一的な研修体系構築が必要かつ不可欠であることが確認された。1.介護保険制度改正に伴い医療処置や重度の介護を要する高齢者の在宅療養の増加がみこまれ,核家族化や介護者の高齢化等の介護力低下によって,在宅で療養者に身体拘束を実施する危険性は高まると考えられる。そこで,在宅で介護する家族を対象に,身体拘束の具体的禁止項目の認知度,弊害に関する認識,必要度が高いと考える拘束項目,知識を得る機会や場所,及び,拘束に関する相談先等の実態を把握して,家族介護者の身体拘束に関する認識の実態、特徴、傾向や関連性、影響要因を明らかにし,不必要な身体拘束を防止するための在宅特有な課題を検討することを,研究目的とした。研究実施に先立ち,研究計画書を浜松医科大学倫理審査委員会の審査に提出し,承認を受けた。2.浜松市と磐田市の居宅介護支援事業所81ヵ所に訪問等によって協力依頼を行い,本研究について,口頭と書面で説明し,同意が得られた介護支援専門員に対して,家族への研究協力の依頼と研究協力依頼書、質問紙の配布,及び,記入後(封筒に入れたもの)の回収を依頼した。3.現在,230人の家族介護者から回答を回収できており,入力作業中である。今後,さらに54人の介護支援専門員を通じて回収される予定で,合計300人余の回答が得られる見込みである。当初の予定より回収が遅れている理由の一つは,日常業務に追われている介護支援専門員の実態を反映していると思われる。他方,在宅で介護している家族を対象に身体拘束に関する調査を行うという性質上,調査協力が得られにくいことを危惧していたが,このように多数の回答が回収された状況は,在宅療養における身体拘束が家族介護者にとって現実の問題となっていることを裏付けていると思われる。4.平成20年度は,今回,協力いただいた介護支援専門員を含めた各種サービス提供者(訪問看護,訪問介護,主治医)を対象とした調査に移行する予定である。超高齢社会への移行、入院日数の短縮化、在宅療養重視の施策により、医療管理が必要で、かつ重度の介護を要する高齢者の在宅療養が増加している。家族の小規模化や介護者の高齢化等による介護力の著しい低下、鬱症状を抱える介護者の増加等深刻な問題を抱え、在宅介護は非常に厳しい状況で行われている。その結果、心身ともに限界に追い込まれ、虐待行為でもある家庭内身体拘束が実施される危険性は高まっている。不必要な身体拘束を防止するためには、在宅介護者の最も身近にいる在宅サービス提供者;居宅介護支援専門員・訪問看護師・訪問介護員・主治医が正しい認識を持って家族を支えることが重要である。そこで本年度はケアマネ・訪問看護師・訪問介護職員・主治医の身体拘束に関する認識の実態調査を行った。A市B市の居宅介護支援専門員158名、訪問看護師78名、訪問介護員201名、主治医131名から回答が得られた。「身体拘束」の情報源は、昨年の対象者の家族介護者と同様に、どの職種も新聞・テレビが最も多く、講習会等研修を受ける機会が全くない割合は主治医が最も高く、介護支援専門員は複数回の研修に参加した割合が最も高かった。約4割が身体拘束を高齢者の家庭で見たと回答した。身体拘束に当たる行為・弊害・必要度の認識は在宅療養を支える4職種間で差があり、多くが身体拘束に関して家族介護者の理解を促し支援するのに十分な認識・知識を持っていないことが判明した。さらに、身体拘束に関する認識が、主治医と居宅介護支援専門員の間で大きく異なり、その背景の一因として身体拘束に関する研修の有無が示唆された。すなわち、家庭内身体拘束防止の効果的な連携を推進するためには、家族介護者を混乱させず同一の見解で家族介護者を支えるために、在宅サービス提供者全体への統一的な研修体系を構築することが重要である。
プラスミドおよび大腸菌染色体の分配機構の研究

大腸菌の性決定因子であるFプラスミドの安定保持機構を分子遺伝学的に解析し、プラスミド上の3つの遺伝子(sopA,sopB,sopC)に支配された分配機構が存在することを明らかにした。sopA,sopBはそれぞれ41,35kdの蛋白をコードする。またSopC領域には43塩基対よりなる12個の直列反復配列が存在する。精製したSopB蛋白はこの反復配列に結合する性質を持つ。またSopB蛋白は【Mg^(++)】存在下で膜分画から回収される。一方、このプラスミドの分配には宿主遺伝子の機能も関与していることが明らかになった。ミニFプラスミドを安定に保持できなくなった宿主変異株を多数分離し解析した結果、5連関群に分類できた。そのうちの4連関群においてはミニFプラスミドDNAの物理的形態は正常であり分配機構の変異であるといえる。しかし第5の連関群に属する変異株では、ミニFの直鎖多量体DNAが蓄積しており、ローリングサークル型の異常複製がおこっている。前記の4つの連関群の遺伝子をクローニングして、詳細に解析することによって、分配機構の全体像が明らかになってくるものと期待される。第2の安定保持機構(ccd機構)はプラスミド上の2つの遺伝子ccdA,ccdBにより支配されており、プラスミドを脱落した細胞を致死にする機構であることを明らかにした。CcdB蛋白は細胞を致死にする働きを持ち、CcdA蛋白はCcdB蛋白の機能を抑制する働きがある。プラスミドを脱落した細胞では、細胞増殖にともなってCcdA蛋白の稀釈、失活がおこり、CcdB蛋白の致死効果が現われ、細胞が死ぬものと考えられる。上記の2つの機構に類似の機構が他のコピー数の少ないプラスミドに普遍的に存在するものと推測される。
経年劣化の緩和と監視に基づく高信頼プロセッサの研究

半導体製造技術の進歩に伴い,集積回路は我々の生活に欠かせないものになっている一方で,集積回路の構成部品であるMOSトランジスタは経時的に特性が劣化することが知られている.数ある劣化現象の中でも,本研究はバイアス温度安定性(NBTI: Negative bias temperature instability)を対象としており,NBTI劣化のモデル化手法,NBTI依存のパス遅延劣化推定手法および劣化緩和手法の提案を通して,高い安全レベルを確保可能な高信頼プロセッサを実現した.本研究では,経年劣化を緩和可能な高信頼プロセッサに関する研究を行っている.まず,NBTIに起因するパス遅延劣化を高速に計算できる手法を開発した.本手法は,ルックアップテーブルに基づいている.NBTIはpMOSトランジスタのゲート電極に負電圧がかかる時間の割合(信号確率)で決まるため,事前に各pMOSゲートの信号確率とその時のしきい値電圧の劣化量を取得する.逐次このテーブルを参照しながら,高速にパス遅延劣化量を計算する.本手法を商用RISCプロセッサに適用した場合,既存のSPICEツールによる評価と比べて7%以下の誤差で4114倍の高速化を達成した.本成果に関しては,国内会議1件,国際会議1件で発表済みであり,論文誌での採択が決定している.続いて,NBTIによるタイミング劣化を効率よく緩和する手法を提案した.提案手法では,事前にNBTIの劣化が進む箇所を推定し,オンラインでこれを緩和する施策を行う.上述のように,信号確率からpMOSの劣化量が推定できるため,事前にプロセッサのワークロードから事前に付加がかかりやすい箇所を推定することができる.また,プロセッサのNOP動作時にpMOSに負電圧がかかる割合を変化させる機構を埋め込むことで,オンラインでの劣化緩和を実現した.この緩和機構は回路オーバーヘッドを伴うため,遺伝的アルゴリズム,k-means++アルゴリズムを用いて緩和機構の埋込箇所を選択する手法を開発した.パス遅延は上述のパス遅延劣化の高速計算手法を用いおり,商用プロセッサに対して適当したところ,4%の回路オーバーヘッドで劣化遅延の44%を緩和できることを示した.本成果は,国内会議1件と国際会議1件にて発表済みで,さらに国内会議2件と国際会議1件で発表が決まっている.ほぼ計画どおりである.初年度で計画していた,NBTI経年劣化によるタイミング遅延の評価環境構築及び,タイミング劣化機構の効率的な埋込手法の提案を達成できた.当初の計画通り,ワークロードに対する経年劣化に対するキャラクタライズおよび経年劣化モニタのアーキテクチャのための経年劣化モデルの検討を進めた.またこれに加えて,昨年度提案した手法の改善として,機械学習を用いたタイミング解析手法と高速な経年劣化緩和セル置換手法を提案した.(1)ワークロードに対する経年劣化キャラクタライズ:ランダム生成した多数のワークロードを用いた解析から,ワークロードに依存せず,常に劣化状態となる回路構成があることを見出した.このような構成を効率的に抽出する手法を提案した.また,この結果から,これらの回路構成によって,回路の経年劣化が進展していることが分かった.(2)経年劣化モニタのアーキテクチャの検討:経年劣化を正確にモニタするためには,経年劣化の振る舞いを忠実にモデル化する必要がある.代表的な経年劣化現象であるNBTIには,Reaction-DiffusionモデルとTrapping-Detrappingモデルが知られているが,正当性についてはまだ議論が続いている.本年度は,これらを統合した新たなモデルを提案し,実測から既存の2モデルより正確であることを示した.(3)昨年度手法の改善:(3-i)機械学習で小規模回路のタイミング劣化を学習し,評価対象である大規模回路の劣化考慮タイミング解析に適用する手法を提案した.機械学習により経年劣化を学習することで,多数の経年劣化要因因子の相関を考慮してセルの経年劣化のセルライブラリを生成できる.(3-ii)劣化緩和セルは,通常のセルよりもオーバーヘッドを要するため,戦略的に劣化緩和セルとすべきセルを選択する必要がある.昨年度は遺伝的アルゴリズムおよびk-means++を用いた最適化手法を提案したが,今年度は,ニューマンクラスタリングや枝刈り手法の追加することで効率化している.多数のワークロードに対する経年劣化キャラクタライズについては当初の計画通り検討を進めることができ,ロードワークに依存せず劣化する回路構成を見出すことに成功した.また,経年劣化モニタのアーキテクチャの検討に必須となる経年劣化モデルの見直しについても順調に進んでいる.以上より,全体としてはおおむね順調に進展していると考える.昨年度まで検討していた経年劣化見積もり手法は,あるワークロードを仮定して,そこから一意の信号確率を抽出して計算に用いていた.しかし,実際のプロセッサの稼働においては,常に一定ワークロードで動作しているわけではなく,常時刻々と変化している.したがって,単一のワークロードのみを考慮した場合だと,劣化により最悪遅延となるパスを見逃す可能性がある.さらにワークロードの推定はそれ自体が困難な課題である.本研究では,ワークロード依存の最悪ケースの劣化を,稀少事象を模擬する手法の1つであるSubset simulationアルゴリズムを用いて高速に推定する手法を提案した.モンテカルロ・シミュレーションを適用した場合と比較して,計算時間を36倍高速化できることを示した.半導体製造技術の進歩に伴い,集積回路は我々の生活に欠かせないものになっている一方で,集積回路の構成部品であるMOSトランジスタは経時的に特性が劣化することが知られている.数ある劣化現象の中でも,本研究はバイアス温度安定性(NBTI: Negative bias temperature instability)を対象としており,NBTI劣化のモデル化手法,NBTI依存のパス

遅延劣化推定手法および劣化緩和手法の提案を通して,高い安全レベルを確保可能な高信頼プロセッサを実現した.次年度は,研究計画どおりプロセッサ命令に基づく経年劣化モニタの開発に注力する.具体的な課題としては,下記を考えている.・命令毎の経年劣化のキャラクタライズとその評価・経年劣化モニタのアーキテクチャの検討と評価最終年度である次年度は,これまでの検討内容をさらに押し進め,主に実チップやFPGA等を用いた効果の検証を行う.(1)ワークロードに依存しない常時劣化パスについて,本年度は実験的に求めるにとどまっている.次年度は,より回理論に基づいた常時劣化パスの抽出につとめる.(2)今年度検討した新たな経年劣化モデルに適したアーキテクチャの経年劣化モニタのアーキテクチャを検討・実装する.(3)経年劣化の緩和を実証するために,実デバイスによる評価を行う.ここでは,上記(2)における経年劣化モニタと遅延劣化緩和セルを実装し,正確な経年劣化の予測およびそれに基づいた緩和を目指す.計算機システムH27年度,国際会議への発表を計画していたが,不採録となり参加できなくなったため.この分の旅費が浮いた.経年劣化モニタの設計時に不具合があることが分かったため,今年度のデバイス試作を見送った.論文採択率をよりあげるため,アカデミック向け試作サービスによる経年劣化モニタの試作をH28年度に前倒して行う.試算費用は,0.18umプロセスによる試作価格を約2,000千円/5mm^2である.実デバイスによる実証を行うため,複数回の試作を計画している.その他,研究成果の発表や研究調査をおこなうために,国際会議に参加するための費用として充当する.