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発生期腎臓血管網を解析するシステムの開発および血管ネットワークの構築

腎臓血管の由来は長く論議されたが、定説は明らかになっていない。これまでangiogenesis説(血管侵入)とvasculogenesis説(現地形成)があるが、どちらも初期血管の形成に確実な結論を出していない。本研究は新方法を開発し、発生初期のマウスはE12.375期に背側大血管から後腎への侵入写真を捉らえ、腎血管形成初期にangiogenesisはvasculogenesisより先行したことを明らかにした。また生体外培養と移植実験により、大血管のangiogenesisにより血管網の完全構築を実証した。これらに成果を生かし血管再生の応用が期待できる。腎萎縮、結石および壊死に起因する血管網障害を治癒するたま、血管網の再生が重要な課題であり、血管網の時空間的形成機序の解明が糸口である。本研究の目標は、マウス胎児のin vivoイメージングに必要な低新宗技術を樹立し、可視化システムを開発する。初年度は既に血管網の鋳型作成法と鋳型血管観察法を開発した。今回は開発された鋳型血管観察法を利用して、これまで論議されて未解決の腎臓血管起源であるangiogenesis(血管侵入説)とvasculosgenesis(内部血管新生説)の優先順序を解明し、また、前回開発した蛍光鋳型法をさらに改良し、低コストのインク鋳型法を開発し、angiogenesis開始の初時刻まで解明した。さらに得られた結果であるangiogensesisの優先発生に基づき、太い血管の体内移植によるりvasuculogenesisを誘導するかどうかも明らかにした。上記の成果を平成24年6月に日本透析医学会、7月に第6回ナノバイオメディカル学会、9月に第44回化学工学会、第21回日本次世代人工腎臓研究会、韓国で開催された国際学会IBS(International Biotechnology aymposium、10月に日本生物工学会、日本で開催された国際学会YABEC2012 (Young Associtaion of BioEnginering Committee)、平成25年2月に日本化学工学会つくば学生研究会、3月に日本顕微鏡学会バイオメディカルニューマイクロスコープ分科会シンポジウム,つくば技術懇話会で其々発表した。またこれらの結果をまとめ、現在論文を作成し、今年度学術国際誌に投稿する予定である。腎萎縮、結石及び壊死に起因する血管網障害を治癒するため、血管網の再生が重要な課題であり、血管網の時空間的形成機序の解明が糸口である。本研究の目標は、マウス胎児のin vivoイメージングに必要な低侵襲技術を樹立し、可視化システムを開発、さらに生体外における腎血管網の構築や再生の可能性を探求する。初年度うは既に血管網の鋳型作成法と鋳型血管観察法を開発し、次年度はangiogenesisの開始時刻を解明し、体内移植によりangiogenesisの優先発生からvasculogenesisの誘導が可能であることが明らかにした。最終年度の今回は生体外in vitroで腎血管網構築法を試み、気液相培養法による腎血管網の構築に成功した。また、低酸素、拍動流など物理条件を加え、前者は組織内の血管網の形成に大きな影響がないが、後者が影響あることを明らかにした。また、Al, Zr, Ti等のセラミックス多孔性担体を足場とし、気液相培養条件に加え、後腎を培養した結果、酸化アルミニウム担体が血管網形成を促進することが分かった。上記の成果を平成25年6月18ー19日に日本動物細胞工学会、9月27ー29日に第51回日本人工臓器学会/第5回国際人工臓器学術大会、12月14ー18日に2103 ASCB(米国細胞生物学会)、平成26年3月4ー6日に日本再生医療学会で其々発表した。また、これらの成果をまとめ、論文を作成し、学術国際誌J. nephrologyに投稿し、現在審査中である。腎萎縮、結石および壊死に起因する血管網障害を治癒するため、血管網の再生が重要な課題であり、血管網の時空間的形成機序の解明が糸口である。本研究の目標は、マウス胎児のin vivoバイオイメージングに必要な低侵襲技術を樹立し、可視化システムを開発する。初年度は低侵襲条件で微細血管網の鋳型作成法と鋳型血管を観察する可能な最大限度を探索し、以下の実績を達成した。まず、自作した保温ホルダーを用い、妊娠マウスの母体と腎臓発生初期マウス胎児を生きたままで、胎盤介入法によりin vivoで血管鋳型剤の注入ができ、保温条件下で胎児全身の血管網への循環に成功した。また鋳型剤を低侵襲状態で注入するため、超微量駆動装置を試作し、徐凝固する血管鋳型剤を低速微量で注入し、低温凝固により最適な血管網鋳型形成条件を見出した。この技法で形成された胎児全血管鋳型を金コート処理したうえ、走査型電子顕微鏡で観察し、微細血管の形成度を確認した。上記の成果を平成24年3月2日につくば技術研究会で発表した。

同成果を平成24年6月、9月と10月に日本透析学会、IBS (international biotechnology symposium)国際学会、日本生物工学会に発表要旨を既に登録、発表する予定である。またこれらの成果をまとめ、24年度で国際学術誌に投稿発表する予定である。本研究は初年度において、血管網形成時の低侵襲・可視化システムを計画通り開発したため、今回は開発したシステムを用い、去年度の鋳型技術をさらに改良した。1まず、低コストのインクと樹脂を混合する鋳型作成法を考案し、臓器を透明にさせるスケルAといった操作を導入した。この方法により、不透明な臓器内部の映像が取れるようになった。2次に、腎臓発生最初期の時間を計算し、妊娠マウスE11.5-E14まで8時間毎に鋳型剤を胎盤介入法により背側動脈が発生初期腎臓の血管へ最初に侵入した時刻を可視化した。3またRT-PCRにより、angiogenesis(血管侵入説)とvasculosgenesis(内部血管新生説)の血管初期、中期、後期因子の発現を調べ、両者発生の優先順序を突き止めた。4上記3の結果によりangiogenesisはvasculogenesisより優先的に腎臓内で進むことにより、太い血管を生体内に移植し、血管が分岐し、周囲に微小血管網の形成を確認したため、時空間的にangiogenesisは腎臓血管形成に重要であることを示唆された。初年度は腎臓血管発生機序の論議である「血管新生論」と「脈管形成論」の根源を解明するため、「低侵襲・可視化システムの開発」に向けて、微細血管網の鋳型作成法をチャレンジし、保温ホルダーと低温鋳型剤の導入および手動式超微量駆動装置を用い、最適な条件を樹立した。詳細を以下のとおりである。(1)自作した保温ホルダーを用い、妊娠マウスE13.5の母体と腎臓発生初期3日目に相当するマウス胎児を生きたままで、胎盤介入法により低侵襲in vivoで血管鋳型剤の注入ができ、胎児全身の血管網への循環に成功した。(2)超微量電気駆動装置を手動に改良し、漏れやすい血管造影剤を低温で凝固できる血管鋳型剤に改変し、手動で注入速度をコントロールしながら、低温で鋳型剤の凝固を観測しながら、最適な血管網鋳型形成条件を見出した。(3)形成した胎児全血管鋳型を走査型電子顕微鏡で観察し、形成度を確認した。低侵襲in vivo腎臓血管鋳型観測システムを開発し、腎発生時血管形成のangiogenesisとvasculogenesisの優先順序を明らかになったものの、尿管周囲に絡んでいる微小血管網はいつ、どのように形成されたか、まだ解明されていない。これらの微小血管網は生体内に必須の小分子成分やイオンを尿細管内部から再吸収し、生体内に戻す重要な役割を果たすため、糸球体血管との繋がりとクロストークの形成を明らかにする。方策として、in vivoとex vivo両方から迫る。in vivo systemでは、angiogenesisからvasculogenesisに関わる血管網誘導因子を着目し、胎児へのelectroporation手法により、生体腎に導入観測する。ex vivoシステムは生体を模倣する拍動流の物理条件環境を作成し、発生初期腎血管、骨髄細胞、尿管芽を用い、どこまで腎血管網が形成できるかを検証する。
形状とテクスチャの類似度に基づくエネルギーの最小化による三次元欠損領域の修復

本研究課題では、レーザレンジファインダ等を用いて取得した三次元物体上に生じた欠損領域を対象として、その物体の欠損以外の領域の情報を利用することで、物体の欠損を修復する手法を開発した。具体的には、欠損領域周辺の局所領域と欠損領域以外の領域上の局所領域の間の類似度によって定義されるエネルギー関数を用い、これを最小化することで、欠損領域の形状を最適化する手法を開発した。また、他の手法との比較を定量的に行うことで、手法の有効性を評価した。本研究では、画像計測やレーザレンジファインダによって計測された欠損領域を含む三次元物体から、欠損のないテクスチャ付き三次元モデルを自動生成する手法を開発することを目的としている。今年度は、まず形状を自動修復する手法の開発に取り組んだ。本手法では、欠損した領域の周辺に存在する形状に類似した局所形状を、同一物体中の欠損していない箇所から探索し、その類似した局所形状を用いて欠損領域を修復する。具体的には、形状の類似度に基づくエネルギー関数を設計し、これを繰り返し処理によって最小化する手法を開発した。ここで、繰り返しによる効率的な形状の修復を実現するために、欠損領域に初期値を与え、形状の変形について、各頂点の移動の自由度を法線方向に沿った1自由度とし、繰り返しごとか頂点を再配置することで、比較的高速に欠損領域を修復する手法を実現した。また、この形状修復の有効性について、シミュレーションおよび実物体を用いた実験を行い、違和感の小さい形状が生成できることを確認した。開発した手法を用いることで、従来は手作業により補間・修復されていた三次元形状の自動修復が可能となり、各種の三次元計測手法自体の利用価値および応用範囲が広がることが期待できる。ただし、今年度は、三次元物体の表面に貼り付けられるテクスチャについては取り扱っておらず、次年度はテクスチャと形状の双方を同時に考慮するエネルギー関数および最適化手法を開発する予定である。今年度は、昨年度開発した三次元形状復元手法を評価する方法を開発することを主眼におき研究をおこなった。具体的には、形状の類似度に基づくエネルギー関数を設計し、これを繰り返し処理によって最小化することで形状を最適化する。ここで、繰り返しによる効率的な形状の修復を実現するために、欠損領域に初期値を与え、形状の変形について、各頂点の移動の自由度を法線方向に沿った1自由度とし、繰り返しごとに頂点を再配置することで、比較的高速に欠損領域を修復する。この形状修復の有効性を検証するため、あらかじめ形状が既知の物体を対象とした復元結果の定量評価を実施した。また、従来から提案されてきた最適化処理を行わない逐次処理手法との定量比較により、提案手法がより違和感の小さい、本来の形状に近い修復を実現できることを確認した。また、今年度新たに形状の類似度比較を行う際に、曲率に基づく一定の基準を満たさないペアに関する類似度計算を省略する改良を加え、復元精度を維持しながら処理の高速化を実現することが可能であることを示した。
英文学における政体概念の効果に関する史的考察

(1)中世後期に関しては、主にチョ-サ-を中心に考察を更に進め、その結果「コモン・プロブィット」をめぐる伝統との関連が重要と判断し、ボエチウスあたりから連綿と続く「神学・政治編」を学際的に取り込みながら研究を進めた。中世後期におけるこの問題のあり方は、一言でいえば「世俗領域の正当化」のそれに他ならず、その際「政体」概念の「体」の部分の扱いが、キリストの受肉の問題と密接に絡んで、特に議論の的となることが分かった。(2)ルネサンス期については、いわゆる「王の二つの(神授と生得)身体」の議論を批判的に摂取し、この問題をさらに今日的な「新歴史主義」的観点から見直してみた。つまり、エリザベス朝に関して「女王の二つの身体」という視点に立つことを試みたわけだが、この立場から例えばシェイクスピアの作品を見た場合、当時の受容における「主権」の問題と、我々の解釈における「精神分析」的問題との関係が極めて複雑な構造を以て新たに考究すべき課題として表われた。これに関して我々は『コリオレイナス』を例に採って若干の考察を試みた。(3)十八世紀については、新たにスコットランド啓蒙主義について考察を行い、そのことを通して、「英文学における政体論」と言った場合の「英国」が一枚岩的でなく、いわば小規模な国際的次元における政体論を模索しなければならないことが認識された。(4)十九世紀については、ディケンズのみならず、トロロウプをも視野におさめて考察を進め、従来省みられることの少なかったキケロとの関係を、「共和制」、「君主制」といったイデオロギ-組成の観点から分析した。総じて、政体論の効果といった観点から英文学を見るとき、十七世紀のイギリス革命を基軸として、史的にも理論的にも、書き直すことが必要となるが、このような作業を通して得られる文学史は、従来の単なる通史を超えて、説得力あるものとなろう。政体論については、立憲制度の歴史に即して見みることが効果的と判断しまず十四五世紀の政治理論家サ-・ジョン・フォ-テスキュ-の思想を検討した。その結果、英国固有の君主政体と伝統的なアリストテレスの政治論との関係が重要であることが分かり、「ヴァ-チュ-」という言葉を主な手がかりとして、チョ-サ-を中心とした同時代文学との関連を探った。ルネサンス期の政体論としては、ヨ-ロッパ大陸の思想の影響とその受容が問題となり、具体的には、リヴィウスとキケロにまつわる政治思想の輸入と、英国におけるいわゆる「混合政体」理念の把握が欠かせないことが分かり、まずキケロ受容に関して基礎的な考察を行った。この問題は、見方を変えて言えば、宗教改革に発する「主権」の議論と、ルネサンスに発する「共和制対君主制」の議論の接点をどうするか、ということに帰着し、政治史ではある程度整理がついていることが明らかになった。その文学における効果について、シェイクスピアを中心に若干の考察を行い、この問題が重要な主題を形成していること、そしてまた、いわゆるエリザベス朝とジェイムズ朝の様々の面にわたる相違が「文学における効果」を複雑にすると同時に興味深いものにしていることを確認した。この問題はさらに十七世紀の内乱を経て歴史的に顕在化するが、それを我々は主にトマス・ホッブスを中心に考察した。その際、政体論に絡んで新しく「自然権」の問題が浮上した。内乱後の王政回復・「権利章典」から十八世紀末のフランス革命にいたる世紀の政体論と文学の問題は、デイヴィド・ヒュ-

ムとエドマンド・バ-クを軸に考察を進めたが、その際、抽象的な概念が如何にイメ-ジとして心象化されたかを注意した。その結果、フランスにおけるような「理性」の視覚化・心象化がバ-クの体現する英国の伝統には希薄であることが分かった。(1)中世後期に関しては、主にチョ-サ-を中心に考察を更に進め、その結果「コモン・プロフィット」をめぐる伝統との関連が重要と判断し、ボエチウスあたりから連綿と続く「神学・政治論」を学際的に取り込みながら研究を進めた。中世後期におけるこの問題のあり方は、一言でいえば「世俗領域の正当化」のそれに他ならず、その際「政体」概念の「体」の部分の扱いが、キリストの受肉の問題と密接に絡んで、特に議論の的となることが分かった。(2)ルネサンス期については、いわゆる「王の二つの(神授と生得)身体」の議論を批判的に摂取し、この問題をさらに今日的な「新歴史主義」的観点から見直してみた。つまりエリザベス朝に関して「女王の二つの身体」という視点に立つことを試みたわけだが、この立場から例えばシェイクスピアの作品を見た場合、当時の受容における「主権」の問題と、我々の解釈における「精神分析」的問題との関係が極めて複雑な構造を以て新たに考究すべき課題として表われた。これに関して我々は『コリオレイナス』を例に採って若干の考察を試みた。(3)十八世紀については、新たにスコットランド啓蒙主義について考察を行い、そのことを通して、「英文学における政体論」と言った場合の「英国」が一救岩的でなく、いわば小規模な国際的次元における政体論を模索しなければならないことが認識された。(4)十九世紀については、ディケンズのみならず、トロロウプをも視野におさめて考察を進め、従来省みられることの少なかったキケロとの関係を、「共和制」、「君主制」といったイデオロギ-組成の観点から分析した。総じて、政体論の効果といった観点から英文学を見るとき、十七世紀のイギリス革命を基軸として、史的にも理論的にも、書き直すことが必要となるが、このような作業を通して得られる文学史は、従来の単なる通史を超えて、説得力あるものとなろう。
有機薄膜界面超構造の設計と制御に関する研究

本研究は、有機薄膜の光機能の発現に着目し、それに望ましい界面の超構造を明らかにし、それを制御することを目的として行ったものである。以下に、得られた結果を示す。1.界面の制御を行う対象として、多数の界面を持つ多層構造を取り上げた。AFMの観察により、有機薄膜同志の界面では、分子レベルで平坦なアモルファスの超構造を持つことが明らかになった。2.有機薄膜の多層構造において、発光の機能にふさわしい超構造を検討した。その結果、アルミニウムキノリノール錯体とオキサジアゾール系材料の薄膜多層構造が、type-I型のエネルギー構造をとることを、光物性評価から明らかにした。エネルギーの低い状態への緩和時間がpsレベルと早いことがわかった。3.発光の機能の発現にとっては、分子の分散構造においても多層構造と同様の効果を持ち、psレベルの緩和時間でのエネルギー移動が生じることがわかった。4.多層構造や分子分散構造を発光素子に応用し、単層膜に比べて数倍高い量子効率での発光を得た。これにより、光機能に望ましい超構造としての、界面構造の特質が明らかになった。
Functional MRIの信号機序に関する研究

本研究は、大きく分けて4段階の臨床および基礎的研究からなる。第1は、磁場強度の異なる臨床用MRI装置を用いて撮像を行い信号強度と磁場強度の関係を明らかにする。第2は、小動物の血中酸素濃度と信号強度との関係を明らかにする。第3は、小動物の血流量と信号強度との関係を明らかにする。第4は、磁場強度の異なる臨床用MRI装置を用いて脳機能画像の撮像を行う。うち本年度においては、主に第4の研究および、第1,第2,第3の研究結果について検討した。1)信号強度と磁場強度の関係に関する研究:磁場強度の異なる臨床用MRI装置(0.3T AIRIS,Hitachi;現有設備及び1.5TSTRATISIISpecial,Hitachi;現有設備)を用いて脳の撮像を行い、血管内、周囲皮質、白質、灰白質等の信号強度の測定を行った結果、高い信号強度を容易に得るには、高磁場装置のほうが有利である。T1強調画像において周囲皮質、白質、灰白質等の信号強度の差が力大きく高コントラストな画像を得るには、低磁場装置のほうが右利であることが明らかとなった。2)血中酸素濃度と信号強度の関係に関する研究:相関関係が明らかとなるような有効な結果が得られなかった。3)血流量と信号強度との関係を明らかにする研究:血流量と信号強度には、直接的な相関はなく、高い血流信号を得るには、その流速に最適な撮像条件を設定する必要があることが明らかとなった。具体的には、TE、Flip angleの最適化である。4)脳機能画像の撮影:磁場強度の異なる臨床用MRI装置を用いて脳機能画像及び脳表血管の撮像を行なった結果、脳機能画像の信号機序おいてbold効果が関与していることは明らかであるが、賦活部位近傍血管の信号強度の明らかな変化から血流が大きく関与していることは、否定できない。今後、拡散強調画像を用いて脳機能の画像化を行える装置が開発されれば、bold効果より、むしろ微小血流が大きく関与するものと考えられます。第2は、マウスの血中酸素濃度と信号強度との関係を明らかにする。第3は、マウスの血流量と信号強度との関係を明らかにする。うち本年度においては、主に第1、第2の研究を行った。(1)信号強度と磁場強度の関係に関する研究:信号強度と磁場強度の関係について比較・検討を行うために磁場強度の異なる臨床用MRI装置(0.3T AIRIS,Hitachi;現有設備及び1.5T STRATIS II Special,Hitachi;現有設備)を用いて脳の撮像を行い、血管内、周囲皮質、白質、灰白質等の信号強度の測定を行った。現在、異装置間のデーターの最適な比較法法について検討中である。血中酸素濃度と信号強度の関係に関する研究:マウスの脳に程度の異なる低酸素状体を作る。(まず、血中酸素濃度とマウスの脳における低酸素状態の程度の相関関係を調べる。)次にマウスの血中酸素濃度を段階的に変化させ、MRI装置(1.5T STRATIS II Special,Hitachi;現有設備)を用いて各血中酸素濃度ごとに脳の撮像を行うものである。現在までに数個のマウス用撮像コイルの作成を行いマウスの脳の撮像を試みたが、マウスの脳が非常に小さく、画像的にも、また性能の面でも満足できるコイルの完成には至っていない。そのため装置附属の小口径コイル(ヒトの四肢用コイル)と自作の動物固定器を組み合わせた物を用いてウサギの脳の撮影を行っている。

4)脳機能画像の撮影:磁場強度の異なる臨床用MRI装置を用いて脳機能画像及び脳表血管の撮像を行なった結果、脳機能画像の信号機序おいてbold効果が関与していることは明らかであるが、賦活部位近傍血管の信号強度の明らかな変化から血流が大きく関与していることは、否定できない。今後、拡散強調画像を用いて脳機能の画像化を行える装置が開発されれば、bold効果より、むしろ微小血流が大きく関与するものと考えられます。
重水素による格子間原子集合体一次元運動の促進効果

本研究は、照射損傷によって金属中に形成され転位ループの動的挙動に対する重水素の効果について基礎的知見を得ることを主たる目的とした。低放射化核融合炉候補材料Fe-9Cr-2Wを中心に、高純度Fe等の試料に、重水素イオンや電子線を照射し、形成された転位ループの動的挙動の電子顕微鏡その場観察や、重水素の熱離脱特性を測定した。その結果、重水素の転位ループからの熱離脱とループの一次元移動挙動には密接な関係があることが判明し、その詳細を調べた。これらの結果は、重水素(あるいはその複合体)による転位ループの核形成促進効果と、ループ転位上に偏析したこれらのもたらす移動促進効果を示唆している。格子間原子集合体の一次元運動、あるいは熱的安定性に及ぼす重水素の効果を調べるために、Fe-9Cr-2Wフェライト鋼と高純度(5-nine)Feに対して5-10 keVのD2+イオンやHe+イオン、1MeVの電子線をそれぞれ電子顕微鏡内で照射し、格子間原子型転位ループを形成した。照射後の昇温に伴う転位ループの挙動を電子顕微鏡その場観察するとともにビデオに記録した。また、同様に照射した試料からのガス熱離脱特性の測定も併せて行った。主要な成果は、1.De+照射によってFe-9Cr-2W中に形成された転位ループは、電子線照射や、He+照射の場合と比較して、かなり低い温度(400-500 K)で移動消滅することが明らかになった。He+照射の場合はバブルによる転位ピン止め効果、電子線照射では照射誘起偏析した合金元素によるピン止め効果が考えられる。一方D照射の場合には、転位線に偏析したD原子が転位歪み場への合金元素の偏析を妨げ、ループの移動消滅を他の照射の場合よりも容易にした可能性が推察される。(J. Nucl. Mater.投稿中)2.上記の転位ループの消滅と重水素の熱離脱には密接な関係があることが分かった。熱離脱特性の照射量、昇温速度依存を測定し、重水素の転位ループからの離脱に必要な活性化エネルギーを得た。(J. Nucl. Mater.投稿中)3.D2+イオンを照射した高純度Fe試料からの重水素の熱離脱特性を測定すると、350 K付近と390 K付近に放出ピークが観測された。これは、バーガースベクトルの異なる転位ループからの熱離脱と考えられ、電子顕微鏡観察によるループの移動の測定結果と併せて、重水素の効果の詳細を検討中である。格子間原子集合体の一次元運動に及ぼす重水素の効果を実験的に抽出するために、純FeおよびFe-9Cr-2Wフェライト鋼に5-10keVの重水素イオン,ヘリウムイオン、1MeVの電子線をそれぞれ電子顕微鏡内で照射し、その後昇温した。昇温に伴う格子間原子集合体の一次元運動を電子顕微鏡で観察するとともにビデオに録画し画像変化を時間の関数として解析した。また、同様に照射した試料からの重水素やヘリウムの熱離脱特性を測定した。Fe-9Cr-2W鋼では、Heや電子線の照射によって形成された転位ループが、750-850Kの高温まで安定であるのに対して、重水素照射によって形成された転位ループは、400-500Kの比較的低温で可也消滅するという結果が得られた。またこの温度範囲で、重水素の熱放出ピークが観察された。放出ピークの昇温速度依存性から、放出のエネルギーを求めると0.63eVという値が得られた。重水素バブルは微細で、バブルからの放出量は観測された放出量の数%以内と見積もられ、得られた活性化エネルギーは重水素が転位ループから離脱するのに要する活性化エネルギーである可能性が高いと考えている。ヘリウム照射では、バブルによる転位のピン止め効果、電子線照射では不純物の偏析効果により転位ループの移動度が抑制されると考えられる。一方、重水素は転位に偏析し、不純物の偏析を抑制している可能性が考えられるが、転移ループのバーガースベクトルやその温度依存の測定を行う必要があり、これらの結果をふまえて一次元運動の詳細をさらに検討することにより、重水素の効果を明らかにしたい。純Feについても、上記と同様な実験を行った。重水素照射した純Feでは、320K付近からでも転位ループの移動が観察された。移動の拡散係数のループサイズ依存性、バーガースベクトル依存性など詳細について検討中である。転位ループの動的挙動に対する重水素の効果を抽出することを目的に研究を進めてきたが、今年度は主として高純度Feの重水素照射、電子線照射を行い、形成された転位ループの挙動を調べた。高純度Fe(99.999 %)

試料に5、10 keVの重水素イオンを220 K300 Kで照射し、形成された転位ループのキャラクタリゼーションと、以後の昇温によるループの動的挙動を電子顕微鏡でその場観察した。また同様に重水素照射した試料からの重水素の熱離脱特性を四重極質量分析装置を用いて測定した。さらに比較のために電子線照射や、W、Cuについても同様な照射と観察を行った。得られた主要な結果を以下に示す。(1)重水素の放出ピークが、Fe-9Cr-2Wでは、440 K付近に大きいピークが見られたが、純Feでは、隣接した二つのピーク(350 K付近と390 K付近)が初めて観察された。このピークは、10 keV照射で特に明瞭に現れた。(2)電顕観察による組織変化と、重水素の熱離脱ピークを対応させてみると、350 K付近のピークは、重水素の関与によって発生したと思われる比較的小さいループの移動と周囲のループへの吸収、390 K付近のピークは、比較的小さいループの大きいループへの吸収にともなう粗大化・合体過程と密接に関連していることが分かった。(3)Fe中の転位ループの核形成は、残留不純物とともに重水素によっても促進される。特に低照射量の場合は、このことが転位ループの一次元運動に対する重水素の効果を不純物効果と分離して抽出することを複雑にした。判定できたループは、1/2<111>タイプのものと<100>タイプのものが混在していた。(4)低照射量では、ループは孤立化しており、300550 Kで一次元運動するものが観察され、また電子線照射では100 Kでの移動も確認された。これらは不純物の影響を示す結果と思われる。以上のように、重水素の関与した鉄中の転位ループの挙動について特徴的な新しい知見が得られた。金属物性研究成果を2編の論文にして投稿中である。さらに、高純度Feでは、二つの重水素放出ピークがあることや、転位ループの核形成に重水素が関与していること等、当初あまり念頭に無かった新たな発見と課題も見つかり、鋭意研究中である。Fe-9Cr-2W鋼について、電子線、重水素イオン、ヘリウムイオン照射によって形成された転位ループの熱的安定性を比較し、重水素照射では、他の場合と比較して転位ループが比較的低温で消滅するという結果が得られた。又、この温度範囲で、重水素の熱放出ピークが得られ、離脱に要する活性化エネルギーも求められた。これらの成果は当初目指した目標を達成するものである。純鉄についても同様な照射を行い、格子間原子集合体の一次元運動の拡散係数も一部評価したが、当初予定していなかったループのバーガースベクトルとの関係を明らかにする必要性を認識し努力した。しかし微小な転位ループのバーガースベクトルの判定は可也困難であったので、照射温度を調節して、ループサイズを制御した上で、バーガースベクトルと拡散係数の関係をふまえて重水素の効果を抽出する研究を進めている。1.前年度に引き続き、高純度Feの重水素照射を行い、重水素の熱離脱特性と転位ループ挙動の関係を調べる。また、重水素は転位ループの核形成にも関与しているので、ループ密度の照射量、照射温度依存を調べ、核形成過程、移動過程の両面から重水素の効果を調べる。2.一方、面心立方金属である超高純度Cuについて同様の重水素照射を行い、転位ループの一次元運動に対する重水素の効果を電子顕微鏡その場観察と熱離脱特性の測定の両面から調べる。以上の結果から、転位ループ一次元運動に対する重水素の効果について結晶構造を踏まえた体系的知見を得ることを目指す。
光合成光化学反応中心たんぱく質複合体のリン酸化の機能解析

光合成は植物における最も重要な生理活性であり、変動する環境の下でその活性を最適に保つことは植物の存続に必要不可欠である。光合成は多くのタンパク質が集合した超分子において進行し、この複雑な分子集合体には環境に応答する様々な機構が仕組まれていると考えられる。光化学系II複合体の重要な構成成分であるD1タンパク質は、環境の変動に伴ってリン酸化される。また多くのタンパク質は環境ストレスの検知やその情報伝達の過程でリン酸化され、環境ストレス応答におけるシグナル伝達に対して重要な役割を果たしていると考えられている。これらのタンパク質のリン酸化の生物学的役割を明らかにするため、D1タンパク質のリン酸化部位であるThr2を除いた、あるいはAlaに変換したラン藻の突然変異株、およびシグナル伝達に関与すると考えられるヒスチヂンカイネースの破壊株を作製し、光合成活性、ストレス耐性などの解析することを目的として研究を遂行した。ニュージーランド側の研究者は主にラン藻の光化学系II複合体、特にCP47への部位特異的変異の導入システムを構築し、日本側研究者は主に形質転換体の環境応答特性の評価システムを構築した。D1タンパク質をコードする3種類(psbA1、psbA2、psbA3)の遺伝子それぞれについてThr2のコドンをAlaのコドンに改変した変異株を作製し、各種生育条件下で光合成活性を測定した。CP47タンパク質や表在性タンパク質の変異は光化学活性や環境応答能に多大の影響を及ぼしたにもかかわらず、D1タンパク質のリン酸化部位を改変した変異株は野生株と比べて表現型に大きな違いは検出できず、D1タンパク質のリン酸化よりも光化学系II複合体の分子集合体構築様式の方が、光合成の環境応答において重要な役割を果たしていると推定された。光化学反応中心を構成するタンパク質成分の光条件下における特異的なリン酸化は、シグナル伝達において重要な役割を果していると考えられている。このタンパク質のリン酸化の生物学的役割を明らかにするため、本研究では、ラン藻のD1タンパク質のリン酸化部位であるThr2を除いた、あるいはAlaに変換した突然変異株について、光合成の光化学反応および環境ストレスに対する応答を解析し、タンパク質のリン酸化の役割を明らかにする。本年度はこのために必要となる部位特異的変異株の作製を中心として研究を遂行した。ラン藻にはD1タンパク質をコードする遺伝子が3種類(psbA1、psbA2、psbA3)存在するため、D1タンパク質の部位特異的変異のためには、まずこれらの一つずつを破壊した変異株を作製しなければならない。ラン藻Synechocystis PCC6803のゲノムDNAからpsbA1を含む約1.8kbpのBamH1-EcoR1断片、psbA2を含む2.3kbpのEcoR1-HindIII断片、psbA3を含む1.5kbpのBamH1-EcoR1断片を調製した。これらのDNA断片を用いて、例えばpsbA1のBanII-BanII領域をテトラサイクリン耐性遺伝子に置換した組み換えDNAを作製した。これらラン藻に導入し、相同組み換えによってpsbA1の破壊されたラン藻を得た。psbA2おpsbA3遺伝子についても同様に破壊した。さらにこの株のpsbA2遺伝子を改変してD1タンパク質のThr2のコドンをAlaのコドンに改変したDNA断片を作製し、現在これを上述のpsbA遺伝子の破壊株に導入し、リン酸化部位の改変された変異株の作製を進めている。ラン藻などのタンパク質の特異的なリン酸化は、環境ストレス応答におけるシグナル伝達に対して重要な役割を果たしていると考えられている。

これらのタンパク質のリン酸化の生物学的役割を明らかにするため、D1タンパク質のリン酸化部位であるThr2を除いた、あるいはAlaに変換した突然変異株、およびシグナル伝達に関与すると考えられるヒスチヂンカイネースの破壊株を作製し、光合成活性、ストレス耐性などの解析することを目的として研究を遂行した。D1タンパク質の特定のアミノ酸を置換した変異株を作製するために、D1タンパク質をコードする3種類(psbA1、psbA2、psbA3)の遺伝子を全て破壊した変異株を作製した。これに部位特異的変異によってD1タンパク質のThr2のコドンをAlaのコドンに改変できるDNA断片を作製し、これを上述のpsbA遺伝子の破壊株に導入し、リン酸化部位が改変された変異株の作製を行った。得られた変異株について各種条件下で光合成活性を測定したが、現在の時点では野生株と比べて表現型に大きな違いは検出できていない。また塩素配列からヒスチヂンカイネースをコードしていると予測される32種類の遺伝子のそれぞれに薬剤耐性遺伝子を挿入した破壊株を作製し、作製できたものについて温度、塩、金属ストレスに対する耐性を解析した。一部の変異株は重金属耐性を欠損しており、破壊された遺伝子が重金属ストレス応答におけるシグナル伝達に関与していると推定した。
新不斉誘導法開拓のための修飾錯塩の合理的設計

近年の不斉触媒開発では,反応を効率的かつ選択的に推進する遷移金属触媒の金属周りを飾る配位子分子の設計に大きく依存しておりその重要性が増していることが分かる.全く新しい触媒系も配位子の設計と合成が望まれ,ならびに目的の触媒反応の検討が必要である.本研究では,われわれがこれまでに開発した窒素系配位子Pyboxを用いて全く新規な錯体Ru(Pybox-ip)(Pydic)を創案かつ合成し,酸化剤との組合せによりオレフィンのエポキシ可能があること,さらに不斉誘導を持ちあわせることを発見した.特に,いままで金属触媒の酸化剤として利用されたことのないPhI(OAc)2が触媒効率と不斉誘導ともに有効であることを見いだした.従来では,不斉誘導が難しいといわれたトランスオレフィンの不斉エポキシ化で74%光学収率に到達した.錯体のX線構造解析にも成功している.さらにビピリジン錯体の合成を同時に成功した.この錯体は,空気およびブチルハイドロペルオキシドによるオレフィンのエポキシ化に活性をみせた.生体内酸化反応の新規なモデルとして注目できる系となる.現在,Pyboxの置換基変換によるさらなる反応と不斉誘導の効率化を検討している.その他,不斉シクロプロパン化における新しい修飾剤としての配位子の合理的設計に取り組んでいる.従来のホモデユアル型配位子から得られた知見よりシングルキラルにしても十分選択性を保つことができると考え検討したところ反応ができることを見いだした.近年の不斉触媒開発では,反応を効率的かつ選択的に推進する遷移金属触媒の金属周りを飾る配位子分子の設計に大きく依存しておりその重要性が増していることが分かる.全く新しい触媒系も配位子の設計と合成が望まれ,ならびに目的の触媒反応の検討が必要である.本研究では,われわれがこれまでに開発した窒素系配位子Pyboxを用いて全く新規な錯体Ru(Pybox-ip)(Pydic)を創案かつ合成し,酸化剤との組合せによりオレフィンのエポキシ可能があること,さらに不斉誘導を持ちあわせることを発見した.特に,いままで金属触媒の酸化剤として利用されたことのないPhI(OAc)2が触媒効率と不斉誘導ともに有効であることを見いだした.従来では,不斉誘導が難しいといわれたトランスオレフィンの不斉エポキシ化で74%光学収率に到達した.錯体のX線構造解析にも成功している.さらにビピリジン錯体の合成を同時に成功した.この錯体は,空気およびブチルハイドロペルオキシドによるオレフィンのエポキシ化に活性をみせた.生体内酸化反応の新規なモデルとして注目できる系となる.現在,Pyboxの置換基変換によるさらなる反応と不斉誘導の効率化を検討している.その他,不斉シクロプロパン化における新しい修飾剤としての配位子の合理的設計に取り組んでいる.従来のホモデユアル型配位子から得られた知見よりシングルキラルにしても十分選択性を保つことができると考え検討したところ反応ができることを見いだした.
組織の境界を越えた情報セキュリティのガバナンスに関する研究

クラウド・コンピューティングの社会経済活動への浸透などに伴い、情報システムの構造や利用形態が変容する中で、組織の境界を超えた情報セキュリティ確保が重要になっていることを踏まえ、新たな情報セキュリティガバナンスのあり方に関する論点を整理し、その検討に寄与することを目的として研究した。大規模災害と情報セキュリティ、クラウドコンピューティング等が企業組織等に与える影響、パーソナルデータ活用の制度的側面、情報セキュリティ被害の定量的把握及び組織の境界内の私的利用端末の利用実態の5点を中心に研究した。各研究を通じて、今後の情報セキュリティガバナンスのあり方を検討するために必要な一定の知見を得られた。本研究は、クラウド。コンピューティングの導入の本格化などで、これまで以上に組織の協会を超えた情報セキュリティ確保の在り方が重要になることを踏まえ、新たな情報セキュリティガバナンスのあり方を目的とするものである。この目的を達成するために、平成24年度は、ケーススタディ及び定量的な分析を行った。まず、ケーススタディとしては、東日本大震災による自治体の情報システムの被害が甚大であったことを踏まえて、被災の実態とそれを踏まえての今後の対応についての調査を行った。具体的には、仙台市、釜石市といった被災地自治体のほか、東日本大震災の被災地以外の自治体からの聞き取り調査などを行った。その結果、基幹的な情報システムについては、情報セキュリティ・ポリシーなどに基づいてデータのバックアップが手当されている一方で、個別の業務システムに関するデータについては、自治体によって取り扱いに差異がある可能性が明らかになった。また、震災以降、自らの市町村区域内ではない、より遠隔地にバックアップを用意したり、遠隔地の自治体間でデータのバックアップシステムをとるなどの新たな動向があることが明らかになった。次に、情報セキュリティ・ガバナンスを検討する上で、重要な要素となる情報セキュリティ被害に関する定量的な把握についても研究を行った。そのために、いくつかの既存の取り組みについて、聞き取り調査などを行った。例えば、個人情報漏洩に基づく被害額算定、損害保険を付保する際のリスクの定量的把握や企業に対する大規模質問紙調査データに基づく、積み上げ型の算定などを対象とした。本研究では、その内の質問紙データに基づく推計について、積み上げ型とは異なる、生産関数に基づく手法での推計方法を検討した。本研究は、クラウド。コンピューティングの導入の本格化などで、これまで以上に組織の境界を超えた情報セキュリティ確保の在り方が重要になることを踏まえ、新たな情報セキュリティガバナンスのあり方を目的とするものである。この目的を達成するために、平成25年度は、定量的な分析、情報通信技術と企業組織のあり方を研究するとともに、パーソナルデータに関する研究会を開催し、制度的側面を中心とする研究を行った。まず、定量的な分析については、情報セキュリティ・ガバナンスを検討する上で、重要な要素となる情報セキュリティ被害に関する定量的な把握について昨年度に引き続き、研究を進めた。その結果は、「情報セキュリティ・インシデントによる経済損失の推計に関する研究」としてまとめて、学会報告を行った。次に、新たな情報セキュリティガバナンスに影響する、情報通信技術と企業組織のあり方について、アウトソーシングやコールセンターのオペレーション、そして、クラウドコンピューティングなどを踏まえた分析手法を提案し、実際の適用を行った。その結果は、"Information Technology and Modern Business Organization"としてまとめて、学会報告を行った。第3の制度的な研究については、2014年1月に社会・経済システム学会と共催で「パーソナルデータの利活用に関する制度的論点」をテーマとする研究会を開催した。ここでは、2013年12月にIT総合戦略本部で決定された「パーソナルデータの利活用に関する制度見直し方針」を踏まえ、海外の動向なども併せて、パーソナルデータの利活用に関する制度的論点について、専門家を交えて研究を行った。本研究は、クラウド・コンピューティングの導入本格化などで、これまで以上に組織の境界を越えた情報セキュリティ確保のあり方が重要になることを踏まえ、新たな情報セキュリティ・ガバナンスのあり方を明らかにすることを目的とするものである。この目的を達成するために、平成23年度は、ケーススタディと関連制度の調査を中心に行った。ケーススタディについては、主に、インフラ企業(通信、交通及びエネルギー)を中心として行い、自治体についてもあわせて実施した。本助成事業開始直前に発生した東日本大震災が情報通信インフラにも多大な影響を及ぼしたことを踏まえて、災害発生時の情報システムへの影響やシステム復旧を含むビジネス・コンティニュイティ・プラン(BCP)又は同マネジメント(BCM)の実態について聞き取り調査を行った。その結果、インフラ企業においては、復旧時には、費用対効果よりもスピードを優先することや電力供給力の低下が通信インフラの機能にも深刻な影響を与えるという重要インフラ間の相互依存性の高さを確認した。大規模災害による情報システムへの打撃は、従来、想定されていた以上に組織の境界を越えた情報セキュリティ管理を重要にすることを明らかにした。また、自治体に対する聞き取り調査では、情報システムの壊滅的な打撃の事例を踏まえて、クラウド・コンピューティングへの移行が加速しつつあることなどを確認した。

関連制度に関する調査としては、大規模災害が組織の境界を越えた情報セキュリティ・ガバナンスに多大な影響を与えるという実態を踏まえて、災害と情報システムに関する文献を中心に調査を行った。最終年度の研究成果について述べる。第1に、企業の境界を越えた情報サービスの利用が国境をも越え得ることを踏まえ、情報サービス業の国際的な展開が日本企業にどのような影響を与えるかの研究を行った。その結果、アジア地域の多様性を考慮した情報セキュリティのあり方の検討の必要性を示唆する結果が得られた。第2に、組織の境界内にある利用者の利用実態に関する研究を行った。個人が所有するスマートデバイスが会社などの職場などでも利用されるようになってきているが、これは、BYOD(私有端末の業務利用)として企業の情報セキュリティ対策の観点からも重要な課題となってきている。そこで、その利用実態の調査を行い、利用者の観点からのBYODの実態を明らかにし、組織の境界を超えた情報セキュリティガバナンスの検討に対して一定の示唆を与える結果を得た。研究期間全体を通じての研究成果について述べる。本研究は、クラウド・コンピューティングの社会経済活動への浸透などに伴い、組織の境界を超えた情報セキュリティ確保の在り方がより重要になっていることを踏まえ、新たな情報セキュリティガバナンスのあり方に関する論点を整理し、その検討に寄与することを目的とした。主に5つの観点で取り組んだ。第1に、本研究開始直前に発災した東日本大震災が情報通信インフラに多大な影響を及ぼしたことを踏まえて、大規模災害と情報セキュリティに関する点に注目をした。第2に、クラウド・コンピューティングや情報サービスのアウトソーシングが、企業組織や社会経済活動に及ぼす影響に着目した。第3に、情報セキュリティガバナンスを検討する上で重要な要素となる、情報セキュリティ被害に関する定量的な把握を行った。第4に、組織の境界を越えて共有する情報のうち、パーソナルデータに着目し、その制度的側面からアプローチした。第5に、組織の境界内にある利用者の利用実態に着目した。社会情報学本補助事業の開始直前に発生した東日本大震災は、組織の境界を越えた情報セキュリティのあり方に多大な影響を及ぼすことが明らかになった。本研究の遂行に当たっては、その影響を無視することはできず、初年度からやや遅れて進行している。その遅れを取り戻すべく、2年度目にあたる平成24年度も取り組んだが、まだ、その遅れを取り戻すには至っていない。
肝細胞増殖因子の網膜色素上皮細胞における分化促進効果について

ウシ培養RPEを用いた実験で、HGFはtight junctionの構成蛋白であるoccludinの細胞骨格への結合を促進させ、上皮様形態を維持させた。このシグナル伝達系についてははっきりしたデータがでていない。confluentになったRPEを一部擦過、除去したモデルにおいて、HGFはwoundhealingを促進し、かつwound修復後のRPEは、HGFを添加しないものより上皮様形態を示した。HGFはRPEの増殖と遊走を促進したが、増殖は主にmitogen-associated protein kinases系により、遊走は主にphosphatidylinositol3-phosphate kinase系により伝達されていることが、阻害剤を用いた実験により明らかとなった。RPEと血管内皮細胞を用いた3次元再構成培養モデルを用いたwoundhealingに対するHGFの効果は、モデルの作成がやや困難であり、現在も検討中である。家兎を用いての実験を予定していたが、3次元再構成培養モデルを用いての十分な検討ができなかったことより、無駄な動物実験を避ける意味で、今回は検討しなかった。今後、in vitroでの十分な検討を行った後、必要最低限の動物を使った研究を行いたいと考えている。ウシ培養RPEを用いた実験で、HGF添加群では非添加群に比し、環状アクチン線維束の形成が明らかで、上皮様形態への分化がみられた。tight junctionの構成蛋白である。occludinを経時的に免疫染色すると、confluentになるまでは、HGFの有無に関係なく細胞同士の接着部位にoccludinの発現がみられた。しかし、confluent後1週間では、HGF添加群ではoccludinの発現が継続していたが、非添加群ではほとんどみられず、HGFがtight junctionの形成時に作用してoccludinの安定化に関与していることが示唆された(平成11年11月、第65回日本中部眼科学会にて発表)。次に、HGFがoccludinを安定化させる作用を持つか否かについて、固定前に可溶性蛋白を除去して細胞骨格と結合したoccludinを免疫染色した。connuentの状態では、細胞骨格に結合したoccludinの染色はHGF添加群の方が鮮明であった。また、HGF非添加群では、confluent後経時的に、細胞骨格に結合したoccludinの染色が減少し、線維芽細胞様に形態変化していった。このように、RPEにおいてHGFはoccludinの細胞骨格への結合を安定化させ、これによって上皮様形態が維持されると考えられた(平成12年4月、第104回日本眼科学会総会で発表予定)。confluentになったRPEを一部除去したモデル、及びRPEと血管内皮細胞を用いた3次元再構成培養モデルを用いたwoundhealingに対するHGFの効果は、現在検討中である。
小児慢性疾患患者の成人移行期支援モデルの構築：親子システムを包含した支援の検討

親子関係に着目した成人移行期支援モデルの構築を目指し、第1段階として患者の成人移行に対する親の認識尺度を、親へのインタビュー調査によって開発する。第2段階として患者の成人移行期支援外来受診による患者・親双方の変化を明らかにするため、成人移行期支援外来受診前、2回の受診後の2時点において質問紙調査を行う。第3段階として患者の成人移行へ向けた準備状況を示す移行準備性、疾患特性、親の要因の関連を検討する。患者の移行準備性と有意な相関がある変数を用い、各変数間の関係性を示す関連図を作成し、適合度を評価する。以上により患者の移行準備性を向上させるための親及び親子関係に対する支援構築への示唆が得られる。
選択的に実行履歴を記録する手法の改善と新しい応用の開発

主に階層的クラスタリングであるBIRCHのアクターモデル上の実装の改良と実験を進めた.前年度に実装したBIRCHは初期段階の設計であり,本年度は設計をより詳細に検討し,再実装を行なった.具体的には,並列化された入力が木を根から末端に辿る際に誤った箇所に到達することがあり,その到達箇所を適宜修正する改良を加えた.実験データとしてはImageNetとして知られる大規模な画像データベースの特徴量を用意し,その内部の中間出力を入力として開発したアクターモデルを利用したBIRCHアルゴリズムに投入した.画像データベースの特徴量は,関連する研究であるPERCHと呼ばれるアルゴリズムの論文で採用された手法を使い,画像の分類に利用する畳み込みニューラルネット(CNN)の中間出力を特徴量として利用する.これにより学習済みのCNNを利用し画像データをBIRCHで扱うことのできる固定長の入力に変換することができる.アクターモデル上のBIRCHで階層的クラスタリングを行うことで,逐次的で大規模な分類に対応できることを確認している.予備的な実験では入力データ数が37万程度で木のノード数が50万程度作成され,問題なく動作することを確認している.また,これらの実装と実験は実験は現状で単一の計算機上の並列環境で行なっている.並列環境では前年度の結果と合わせて並列化の効果を確認している.また同時に分散環境への対応も実装を進めた.アクターモデルでは分散化が比較的用意であり,分散環境での実験の準備が概ね整った.当該年度は主に実装と実験を進めたが,大規模な画像データベースのデータセットを利用することで実装したアルゴリズムが動作することを確認し,さらに予備的な実験データが得られている.今後はこれらの成果を応用して,引き続き分散化に対応した環境での実験を行う.アクターモデルでのデータ処理基盤の実装は分散化が可能であり,前年度で確認した大量のデータ処理の実装をそのまま分散した計算機環境での動作を確認し,成果としてまとめる.当該年度は実行履歴を扱う際のデータ処理について調査・検討を行い、高性能なデータ処理のため、並列分散システムを構築するためのフレームワークを使い機械学習アプリケーションを構築した。これらのアプリケーションは、逐次的に入力される大量のデータに対してオンラインの決定木学習や階層的クラスタリングである。決定木学習はVFDTと呼ばれるアルゴリズム、階層的クラスタリングはBIRCHと呼ばれるアルゴリズムをそれぞれ使用した。これらのアルゴリズムはいずれも入力データを軽量な形式に変換して蓄積した木を構築する手法をとり、大規模なデータに対応可能である点に共通の特徴がある。一方で、並列・分散化は想定されておらず、本研究ではこれらのアルゴリズムを並列分散処理基盤としてアクターモデルを利用して統一的に実現した。開発にはJavaとアクターツールキットであるAkkaを用いて実装した。いくつかの既存のデータセットを用いて予備的な実験を行い、並列化された学習が行えることを確認した。また、大量のデータを処理する並列分散基盤であるHadoopに対してトレースデータの取得を行い、機械学習から実行時間を予測する予備的な実験を行った。この結果から、最新のHadoopのクラスタ上で動作するアプリケーションの実行履歴の取得が可能で、また機械学習によって実行時の性能に関する有用な知見を得られる可能性があることがわかった。これらの結果から選択的に実行履歴を取得したり、実行履歴を機械学習の手法と組み合わせて活用することが可能になったと考えられる。当該年度は主に予備的な調査・実験を行なったが、特に機械学習やアクターモデルについて調査し、独自に実装を行なった。これらの実装はJavaを用い、アクターツールキットとしてAkkaを利用し構築するとで、実践的な適用が可能になっている。実際の計算機クラスタ上で大規模なデータを利用して並列・分散化された環境での実験が可能となった。また、Hadoop上で記録した実行履歴データから機械学習を適用する実験を行うことで、分散環境で取得された実行履歴データを統合して学習に適用するための知見を得た。主に階層的クラスタリングであるBIRCHのアクターモデル上の実装の改良と実験を進めた.前年度に実装したBIRCHは初期段階の設計であり,本年度は設計をより詳細に検討し,再実装を行なった.具体的には,並列化された入力が木を根から末端に辿る際に誤った箇所に到達することがあり,その到達箇所を適宜修正する改良を加えた.実験データとしてはImageNetとして知られる大規模な画像データベースの特徴量を用意し,その内部の中間出力を入力として開発したアクターモデルを利用したBIRCHアルゴリズムに投入した.画像データベースの特徴量は,関連する研究であるPERCHと呼ばれるアルゴリズムの論文で採用された手法を使い,画像の分類に利用する畳み込みニューラルネット(CNN)の中間出力を特徴量として利用する.これにより学習済みのCNNを利用し画像データをBIRCHで扱うことのできる固定長の入力に変換することができる.アクターモデル上のBIRCHで階層的クラスタリングを行うことで,逐次的で大規模な分類に対応できることを確認している.予備的な実験では入力データ数が37万程度で木のノード数が50万程度作成され,問題なく動作することを確認している.また,これらの実装と実験は実験は現状で単一の計算機上の並列環境で行なっている.並列環境では前年度の結果と合わせて並列化の効果を確認している.また同時に分散環境への対応も実装を進めた.アクターモデルでは分散化が比較的用意であり,分散環境での実験の準備が概ね整った.