hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デジタルフォトグラメトリを用いたfNIRSのための新しい空間解析システムの開発

本研究では、ヒトの頭部に装着したfNIRS(functional near infrared spectroscopy;機能的近赤外分光分析法)ホルダのプローブ座標をデジタルフォトグラメトリによって計測し、さらにデジタルフォトグラメトリによって計測したプローブ座標を空間的に標準化して表現するためのアルゴリズムの策定とソフトウェアの開発を行った。本年度においては、從来の磁気式デジタイザを用いた頭部計測と同等精度の精度を得られるよう、前年度に引き続きデジタルフォトグラメトリによる試験計測を行い、さらに磁気式デジタイザを併用し、デジタイザによって得られた頭表の座標点とデジタルフォトグラメトリによって得られた頭表の座標とのバリデーションを行った。デジタルフォトグラメトリにおいては、スタイラス型レシーバーを用いるデジタイザとは異なり、頭表上の一点ではなく頭髪上のマーカーを撮像する。頭髪上のマーカーは頭表から浮いた一点となるため、この座標を頭表上の一点と対応づけるための補正ロジックを新たに開発した。また、国際10-20法で定められたランドマーク座標の計測を必要とする、従来の確率的レジストレーションに対し、本研究ではランドマークに相当する一点を探索的に求めて標準化を行うことのできる新しいレジストレーション法(アンカーレジストレーション法)を考案し、シンプルで使いやすいユーザーインターフェースを備えたソフトウェアとして実装を行った。本課題の目的は、デジタルフォトグラメトリによって頭表に配置されたfNIRSのプローブ座標を計測し、その座標から脳内の信号源を推定するシステムの研究開発である。研究代表者は、本課題における初年度の取り組みとして、デジタルフォトグラメトリを用いた基礎計測実験を繰り返し行った。従来法である確率的レジストレーション法において、頭表上のプローブの座標は磁気式デジタイザによって計測されていたが、本システムではデジタルフォトタラメトリを用いることによって、多方向から撮影した複数の静止画から、自動的にプローブの座標を計測することが可能となる。しかし、従来法ではスタイラスタイプのレシーバーによって、頭髪を除けて頭表上の一点を計測することが可能であったのに対し、デジクルフォトグラメトリでは、頭髪とプローブホルダによる浮きを補正するための新たなロジックが必要となる。これに対し代表研究者は、頭髪によって覆われていない額や耳などにマーカーを貼付し、このマーカーの座標を参照してローカル座標を形成する新たな手法を編み出しか。マーカー貼付のパターンと補正ロジックに改良の余地は残っているものの、信号源推定を行う上での頭表の座標計測処理に関しては。その基礎部分が固まりつつある。また、次年度においては、信号源推定のみならず、信号源が脳のどの部位に該当するのかを解剖学的に解釈するための複数の解剖ラベルを用いる予定であり、この解剖ラベルのリファインと、解剖ラベルを参照するためのアプリケーションの作成を行った。さらに、研究代表者は、本研究に関連する、ヒトの発音時の脳賦活パターンをfNIRSで計測し、fNIRSの時間解像度とS/N比の有効性を確認した研究や、シミュレーションによってfNIRSの光路を求める研究にも精力的に携わり、共著者として実績を残した。
Gene targeting法を利用した薬物代謝酵素欠損マウスの作出

申請者は、マウスゲノムライブラリーよりマウスCYP1A2遺伝子のクローニングを行い、CYP1A2遺伝子を単離した。この遺伝子の第2エクソン又は第4エクソン内にネオマイシン耐性遺伝子発現ベクターであるpMC1neoPoly(A)を挿入し、更にその下流にチミジンキナーゼ(HSV-TK)を接続したプラスミドCYP1A2(2)neoTK及びCYP1A2(4)neoTKを作製した。各々のプラスミドをES細胞の一つであるA3-1細胞にエレクトロポレーション法により遺伝子導入し、さらにG418とガンシクロビルによるネガティブ-ポジティブ法により耐性クローンを選択した。CYP1A2(2)neoTKを遺伝子導入した耐性細胞株は、得ることができなかったが、CYP1A2(4)neoTKを導入した耐性細胞株は、6クローン選択できた。これらのクローンが実際相同的組み換えを起こしているか否かを明らかにする目的で染色体DNAを単離した後、PCR法を行った。その結果、1個のクローンのみPCR法で相同的組み換えが起こっていることを確認した。さらに、ゲノムを用いたサザンブロット解析を行い、相同的組み換えのみが起こっているか否かを認識したところ、相同的組み換えのほかに、非相同的組み換えも起こっていることも認められ、特異的な相同的組み換えのみは起こっていなかった。したがって、胚盤胞への細胞の注入をすることができなかった。現在、他のES細胞(D3及びTT2)を用い、再度検討を行っている段階である。
料理単位法を用いた食事評価のための標準化データベース開発

多様な地域対象者集団の観察データから得られた食事記録データをもとに、約7,000料理の料理単位データベース(使われた食品名と重量を料理の種類毎に整理したデータベース)の整備を行い、単食材料理と複合料理の出現頻度、種類数を検討した結果、多岐にわたる種類の複合料理データベースが整備される必要性が明らかになった。また、当該データベースを用いた食事評価の応用可能性についての検証では、料理単位での食事評価(料理単位法)の妥当性が担保されていることを明らかにし、ポーションサイズについて、男女差が顕著な料理群を明らかにした。本研究の成果により、料理単位法の実施を可能にする基盤が構築された。食事摂取量の把握は、公衆衛生施策から疾病予防研究に至る様々な分野において重要であるが、その正確な測定は容易ではない。本研究では、より精度の高い食事摂取量測定システムの開発に向け、日本人集団における料理単位栄養素成分データベース(料理データベース:使われた食品名と重量を料理の種類毎に整理したデータベース)を構築することを目的に実施した。本年度は、当初研究実施計画にあげられている以下3点について、データベースの整理、解析、および構築方法と利用に関する情報収集を行った。1.国内における食事記録調査データを用いた料理データベースの収集、整理に関して、23年度にデータベース化を行った国立がん研究センターにおける2つの研究、すなわち1)多目的コホート研究の頻度法妥当性研究において収集した約570人の食事記録、及び、2)国立がん研究センターがん予防・検診研究センター受診者における頻度法妥当性研究において収集した約150名に加え、既存データとして他研究機関より提供を受けた愛知県と岩手県住民の食事記録調査データ、茨城県より提供を受けた県民栄養調査データの料理毎食品構成を整理し、データベースを作成した。2.1のデータベースを用いて、各料理の頻度などの基本分布情報の解析を行った。また、1食あたり料理の大きさについて検討を行った。料理データベースを開発対象地域と異なる集団へ応用した際の外的妥当性の検討に関しては、昨年度から引き続いて検討し論文化した。3.海外における料理データベースの実務的な実施状況に関する情報収集を行った。本年度は、最終年として、集積されたデータベースから、料理出現頻度の性・年齢・地域分布、ポーションサイズに関する解析を進め、データベースを疫学研究に応用可能とする方策を模索した。具体的には、各料理の代表値の決定やはずれ値の取り扱いなどの検討を行った。また、データベースの汎用的な利用を可能とするため、一般ユーザー向けのインターフェイス作成を目指して、市販栄養調査システムの検証を行い、Webおよびソフトウェア仕様のメリット・デメリットを委託可能なシステム業者とともに検討し、開発の可能性を検証した。また、前年度データ収集を開始した食事調査(茨城県、新潟県、長野県、秋田県)について、料理データベースの拡充を目指して、料理名入力までを終了した。より精度の高い食事摂取量測定システムの開発に向け、その基礎となる、日本人集団における料理単位栄養素成分データベース(料理データベース:使われた食品名と重量を料理の種類毎に整理したデータベース)を構築すること、およびアジア諸国で利用可能な共通食事摂取量測定システムの基礎となる、日本人の料理データベースを構築するために、当初研究実施計画にあげられている以下3点について、データベース作成作業および情報収集を行った。1.すでに収集されている食事記録調査データを用いた料理データベースの作成を行った。国立がん研究センターにおける2研究、1)多目的コホート研究の頻度法妥当性研究において収集した約570人の食事記録、及び、2)国立がん研究センターがん予防・検診研究センター受診者における頻度法妥当性研究において収集した約150名の食事記録のデータを用い、料理別に、食材使用量を整理し、料理データベース作成を行った。2.日本における他食事記録調査による料理データベースの入手に関しては、茨城県民栄養調査のデータ使用について、茨城県倫理審査委員会より承認を得て、収集された食事記録調査について、電子化作業を行い、料理データベースを作成した。また、岩手県、愛知県において実施された既存の食事調査のデータに関しても、料理別の情報の提供を受け、データベース構造を整理した。3.米国ミネソタ大学において開発されている料理データベースシステムについては、文献およびウェブページなどから情報収集し、食材データの分類項目や料理と食材とのデータリンク方法について調査を行った。

24年度は、前年度データベース化を行った国立がん研究センターの2つ既存研究における食事記録データ、すなわち1)多目的コホート研究の頻度法妥当性研究において収集した約570人分、及び、2)国立がん研究センターがん予防・検診研究センター受診者における頻度法妥当性研究において収集した約150名分に加え、既存データとして他研究機関より提供を受けた名古屋市近郊住民1,071名および岩手県一関市住民287名の食事記録調査データを用いた料理毎の食品構成データベースの解析を行った。解析の内容は料理の頻度などの基本分布情報(出現頻度や種類数)、および1食あたり料理の大きさについての検討などである。また、前年度電子化を行った茨城県県民栄養調査のデータは、データクリーニングを行い、今後の解析に加えていく予定である。さらに前年度から検討を行ってきた、料理データベースを開発対象地域と異なる集団へ応用した際の外的妥当性に関しては論文化された。加えて、より多様な対象集団からのデータによりデータベースの拡充に向けて、新たな食事記録データの収集も計画し、一部実施した。上記のデータベース基本情報の検討に関しては、ローマにて行われた国際食事評価会議において発表を行ったが、その際、同様のデータベース構築を研究として行っている欧米および韓国での具体的実施例の情報収集、研究者との情報交換を行い、はずれ値の扱いや代表値の決定方法等、海外での料理データベースの構築方法と利用に関して、実務的な実施状況に関する情報を得た。23年度は、食材のコードからなる食事調査データに、料理コードを付与し、データベース作成を中心に行った。国立がん研究センターにおける既存で妥当性評価研究実施済みの2研究に関しては、データベースの作業がほぼ完了し、解析段階にある。内容は、料理の頻度などの基本分布情報の検討などに加え、料理データベースを開発対象地域と異なる集団へ応用した際の外的妥当性の検討についても検討し、論文を作成中である。茨城県民栄養調査のデータに関しては、既存の紙ベースデータであったものを、倫理審査申請からスタートし、入力、入力内容確認を行った上で、料理のコーディングを行い、前述の2研究のデータベースと同様のデータベース構造に落とし込む作業が終了している。岩手県、愛知県の食事データに関しても、料理コードの付与の作業を完了させた。今後も、料理出現頻度の性・年齢・地域分布、ポーションサイズに関する検討などを行い、さらに解析を進める。前年度開始した食事調査データ収集に関しては継続してデータベース化することを目指す。また、前年度に収集した海外でのデータベース構築・利用に関する情報を生かして、データベースを疫学研究に応用可能とする方策を模索する。具体的には、1)各料理の代表値の決定、2)はずれ値の取り扱い、3)利用インターフェイスの検討、などを行うことにより、日本人の標準的な料理別栄養素成分データベースとして、公衆衛生施策や疾病予防研究への応用を可能とする。また、一連のデータベース構築方法の公開方法に関しても、検討する。
呼吸器細菌感染症におけるリボゾームRNAを利用した早期診断法・病勢評価法の開発

今年度は次年度以降に実施予定の臨床検体を使用した研究を行う際に必要な標準物質を作成する作業を行った。具体的には、呼吸器細菌感染症あるいは敗血症原因菌として主要な菌についてライソザイム処理後DNA抽出を行った。細菌特異的リボゾームRNA(16S rRNA)に対する単一プライマーを使用してPCRを施行し数種類の制限酵素でPCR産物を消化した。その後Genetic analyzer ABI PRISM 3130およびGeneScanを使用して泳動パターンを決定する。それと同時にT-RFLPパターンをin silicoで予想して実際の泳動パターンと比較した。以上の研究と並行して、細菌を限界希釈後PCR施行しDNA ligation kitを使用してサブクローニングし、クローンをGenetic Analyzer ABI PRISM 3130を利用してダイレクトシークエンスを施行した。得られたシークエンスをNCBIのデータベースと比較して、抽出したDNAから得られたシークエンスが使用した細菌由来のものであることを確認した。またこれらのDNAを鋳型として限界希釈を行いそれを利用して定量的PCRを施行し、標準直線を引く作業を行った。これらの結果は次年度以降に行われる臨床検体を使用した研究の基礎資料として重要である。これらの基礎資料があって初めて原因不明の臨床検体に対して対処が可能であると考えられる。次いで主要な菌12種について定量した一部を95°C2分間あるいは65°C30分間の加熱処理を行い死菌とした。生菌と死菌を適当な割合、例えば1:100あるいは1:10000で混入後に予備実験で得られた至適付加濃度のEMAまたはPMAを添加後氷中5分間可視光に暴露する。QLAamp DNA mini kitを使用してDNA抽出後細菌特異的リボゾームRNAに対する単一プライマーを使用して定量的PCRを施行し予想される細菌数と実際に測定された細菌数を比較し、より詳細な条件設定を行った。上記の結果をふまえて抗酸菌性肺炎の患者から提出された喀痰を利用して起因菌および菌数を同定することを行った。いずれの検体においてもin vitroで確立した方法を利用して生菌・死菌を定量的に鑑別する方法の確立を、臨床検体を利用して施行した。これらの臨床検体は2分割されて一部は病院所属の細菌検査室へ送られ従来の培地培養した。これにより従来法での細菌培養の結果(起因菌・菌数)が得られる。この結果と本法の結果を比較することにより従来法で見落としがちであった・見落としていた菌種・菌量に対するデータが得られることが期待できると考えている。非結核性抗酸菌症(NTM)はその罹患率は上昇を続けている新興・再興感染症であるが、NTMの分子生物学的・分子疫学的研究は全く行われていなかった。日本全国の病院・診療所の様々なNTMの臨床分離株を利用して臨床現場で培養の困難な又は同定不能の抗酸菌症について、皮膚疾患由来の新種抗酸菌を報告し、日本で最初のまた皮膚疾患としては世界で最初のM. massiliense集団感染、および同菌種による呼吸器並びに皮膚感染症等を報告し簡便な鑑別法の開発を行い、簡便な鑑別法の内容で第53回日本呼吸器学会学術講演会でミニシンポジウムを行った。さらに病原体ゲノム解析研究センターとの共同研究でM. massilienseの全ゲノム配列を決定し、第53回日本呼吸器学会学術講演会でミニシンポジウムを行った。ブルーリ潰瘍はM. ulceransによる難治性皮膚潰瘍で3番目に多い抗酸菌感染症としてWHOに注目されているが、M. ulcerans類似菌“M. ulcerans subsp. shinshuense"(M.shinshuense)による皮膚潰瘍に関して新たな日本の症例を収集しブルーリ潰瘍と呼ぶべき重篤な症例が含まれていることを報告した。2011年12月と2012年8月、文部科学省新学術領域「ゲノム支援」研究班拡大班会議に出席し、「ブルーリ潰瘍原因菌であるMycobacterium shinshuenseが持つ毒性脂質合成酵素coding plasmid pMUM001自然欠損変異株に対する全ゲノムシークエンス解析」について発表した。この研究に関連する論文を6本と順調に発表することができている.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の結果多くの副産物といえる研究結果を得ることができたので、論文化することができた。これらも今後研究費の補助を受けて発展させていくべき課題であると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。
高ホモシステイン血症によるヒト内皮傷害機序の解明と治療的試み

心血管病の新しい危険因子として注目されている高ホモシステイン(Hcy)血症において血管内皮機能異常がみられる。しかし、それが原因か単なる付随現象か、その機序については明らかではないことから、Hcyの基質であるメチオニン(Met)を負荷することにより、健常者において血中Hcy濃度を上昇させこれが血管内皮機能に如何なる影響を及ぼすか、その変化に再メチル化によりHcyを低下させる葉酸補充がどのような影響をもたらすか検討した。若年健常男性に対し、Met又はMet+葉酸を経口投与し、経時的に血中Hcy濃度を測定し、同時に、血管内皮機能を反応性充血時の上腕動脈の血流依存性血管拡張反応により評価した。Met負荷により血中Hcy濃度は8時間後に約4倍に上昇し24時間後には正常に復した。Hcyの血中濃度の変化と鏡像的に血管内皮機能は前から8時間後には1/2程度に減少し24時間後には回復した。葉酸の同時投与はMetによる血中Hcy濃度の上昇に影響を与えなかったが、血管内皮機能低下を著明に改善させた。この葉酸によるHcy非依存性の内皮機能改善機序を明らかにするために、酸化ストレスの指標として血中MDAとoxLDLを、in vitroで葉酸による再活性化が報告されているNO合成酵素必須の補酵素BH4を測定した。Met前後で前者は不変であり、血中BH4の有意な上昇が見られた。即ち、Met負荷によりもたらされた内因性Hcy血中濃度上昇はダイナミックに血管内皮機能を変動させ、葉酸の同時投与は血中Hcy非依存性に(恐らくBH4の再活性化による内皮由来NO放出を介して)Metによる内皮機能異常を改善させた。ホモシステイン(Hcy)は酸化ストレスを介して血管傷害をもたらすが、近年高Hcy血症が心血管病の新しい危険因子として注目されている。高Hcy血症患者において血管内皮機能異常がみられるが、それが原因か単なる付随現象かについては明らかではない。葉酸は再メチル化によりHcyを低下させるばかりでなく、それ自身抗酸化作用を有することからHcyによる血管傷害作用を抑制する可能性が示唆されている。そこでHcyの基質であるメチオニン(Met)を負荷することにより、健常者において血中Hcy濃度を上昇させこれが血管内皮機能に如何なる影響を及ぼすか、その変化に葉酸補充がどのような影響をもたらすか検討した。即ち、Met負荷によりもたらされた内因性Hcy血中濃度上昇はダイナミックに血管内皮機能を変動させ、葉酸の同時投与は血中Hcy非依存性にMetによる内皮機能異常を改善させた。この結果は急性の"食餌性血管内皮機能異常"という新しい概念を提起し、これが葉酸同時投与により予防しうる可能性を示唆する。
精嚢より分泌される精子運動抑制因子の細菌に対する増殖抑制効果について

ヒト精嚢は前立腺に比較して、感染症が極めて少ない臓器であることを臨床的に経験しているが、その原因については現在不明である。精嚢より分泌される主要蛋白である精子運動抑制因子(seminal plasma sperm motility inhibitor;以下SPMI)はIwamotoらが1988年ヒト及びブタ精漿中からその分離に成功したものである。このSPMIが各種細菌に対して増殖抑制効果を有するのかを今回ブタSPMIを用いて検討した。黄色ブドウ球菌(MSSA及びMRSA),腸球菌,大腸菌を各種濃度(0,100,1000,5000,10000μg/ml)のSPMI添加トリプチケースソイ培地に接種,培養し経時的(0,2,4,6時間)に光電比色計にて吸光度(OD)を測定した。またこの時寒天平板法により培地中の生菌数も測定した。OD測定の結果、腸球菌では菌接種6時間後に無添加群ではOD0.54を示したのに対し10000μg/ml添加群ではOD0.06であり、この時の生菌数は無添加群では9.70×10^9CFU/mlであったのに対し10000μg/ml添加群では5.92×10^5CFU/mlと著明な増殖抑制効果が認められた。他の菌種に関してもほぼ同様な結果が認められた。以上の結果より、各種細菌に対してブタSPMIは濃度依存性に増殖抑制効果を示すことが明らかになり、精嚢において各種微生物による感染症が少ないことに、SPMIの細菌増殖抑制効果が少なからず寄与していることが示唆された。現在、このメカニズムを解明するために、SPMIを作用させた細菌の形態学的変化を電子顕微鏡を用いて観察している。その結果、SPMIが大腸菌や黄色ブドウ球菌の膜に付着し、その膜を破壊する像が観察されており、今後この点について他の細菌を含めさらに詳細に検討し、SPMIの細菌増殖抑制効果のメカニズムを探ってゆく予定である。
自動車荷重列観測データに基づく道路橋の損傷予見システムの開発

予想をはるかに越える大型化と通行量の自動車荷重が繰り返し載荷されることにより、道路橋のRC床版や床組取付箇所に疲労によるクラックが発生しているとの報告が近年とみに多くなってきており、疲労の問題が維持管理の点からも最大の関心事となってきている。そこで、本研究では、橋梁の竣工時点を人間の誕生時と考え、それ以前に伝達された遺伝情報とそれ以後に受けた環境情報とを、はっきりと区別し、個の橋の特性を重視し、制御可能な損傷発現因子を見出し、構造物の保守点検を合理的に進めようとする「予見(Indivisial Predictive Care)システム」である。このような損傷の予見の問題は、われわれ人間の発病や健康維持のために開発・提唱されたものであり、それを構造物の損傷発現や寿命推定のために適用したものである。さらに、有限要素解析や動的応答解析手法の支援を受けて道路橋の損傷を予見できるように改良し、その評価をより現実的なものした。まず総合システムの具体案を作成し、それぞれサブシステムを整備し、改良した。(1)損傷評価と制御の総合システムの具体案を設計し、仕様を決めた。(2)建設情報伝達子と環境情報伝達子のデータベースシステムの整備・改良した。(3)自動車荷重と実働応力測定システムを整備した。(4)損傷を軽減するための補強や補修の効果をシミュレーションできるシステムを開発中である。
植物の根圏土壌微生物を利用したVOCs汚染土壌浄化方法の研究

自然エネルギーや自然に本来備わっている浄化作用を利用して、環境汚染物質を分解・無害化することを目標にして、トリクロロエチレンやトルエンに代表される揮発性有機化合物(VOCs)に汚染された土壌を、ダイズが植栽された土壌の根圏に棲息する微生物を利用して浄化するバイオレメディエーションにおいて、アスパラガスの根から滲出される生育阻害物質を利用することにより、その浄化効果を持続できることが示唆された。環境汚染物質を目然エネルギーや自然に本来備わっている浄化作用を利用して、分解・無害化することを目標にして、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンに代表される揮発性有機化合物(VOCs)に汚染された土壌を、植物の根圏(Rhizosphere)に棲息する微生物を利用したシステムによって浄化することを目的とした。今年度については、実験室で、デザインしたシステムが真にVOCsを無害化するかについてその効果に関しての評価を行った。植物として根圏微生物でVOCsを分解できることが報告されている大豆をまず対象として、大豆が植栽されていた土壌とそれを滅菌したときの土壌について、VOCsの代表例としてトリクロロエチレン(TCE)の分解性能を評価したところ、大豆が植栽されていた土壌の場合にはTCE濃度の減少がみられ、分解活性があることが確認できた。また、大豆の根圏に棲息するTCE分解微生物をさらに活性化する目的で、アスパラガスの根から滲出することが知られている生育阻害物質3,4-dihydroxyphenyl aceticacid(3,4-DPAA)をTCEと同時に加えたところ、TCEの分解速度、分解量は、添加しない場合にくらべ、大きくなった。これらの結果から、植物の生育阻害物質とその根圏微生物を利用してTCEを分解・無害化するためのデザインしたシステムは、有効に働くであろうことが実験室にて確認することができた。環境汚染物質を自然エネルギーや自然に本来備わっている浄化作用を利用して、分解・無害化することを目標にして、トリクロロエチレンやテトラクロロエチレンに代表される揮発性有機化合物(VOCs)に汚染された土壌を、植物の根圏(Rhizosphere)に棲息する微生物を利用したシステムによって浄化することを目的とした。本年度については、実際に小規模で大豆を植栽し、根が成長したと思われた時期に、VOCsの代表物質としてトリクロロエチレン(TCE)を土壌に添加し、その濃度変化を調べた。大豆が植栽されていない土壌に同様にTCEを添加した場合に比較し、わずかながら濃度減少が大きかったことから、実際に植栽した大豆の根圏に棲息するであろう微生物にTCEの分解活性があることが確認できた。さらに、その微生物の活性維持のために、栄養分を補給できるよう、アスパラガスの根から滲出することが知られている生育阻害物質3,4-dihydroxyphenyl acetic acid(3,4-DPAA)の利用を考え、大豆とアスパラガスが実際に混植できるかについて、小規模で植栽試験を行った。その結果、大豆が先に大きくなり、アスパラガスの生長が遅くなるものの、2つの植物を同時に生育させることが可能であることがわかった。しかし、アスパラガスを混植した場合としない場合でTCE分解が促進されるかについては、明確な結果は得られず、来年度の課題となった。自然エネルギーや自然に本来備わっている浄化作用を利用して、環境汚染物質を分解・無害化することを目標にして、トリクロロエチレンやトルエンに代表される揮発性有機化合物(VOCs)に汚染された土壌を、植物の根圏(Rhizosphere)に棲息する微生物を利用したシステムによって浄化することを目的とした。本年度については、大豆を植栽した土壌から採取した微生物群を実験室で培養し、VOCsの代表物質としてトルエンを添加し、分解が進むかどうかを調べた。また、その微生物群の活性維持のために、アスパラガスの根から滲出することが知られている生育阻害物質3,4-dihydroxyphenyl acetic acid(3,4-DPAA)の利用を考え、培養とトルエン分解を繰り返し行い、生育阻害物質添加の効果を調べた。その結果、大豆を植栽した土壌には、トルエン分解を担う微生物が存在し、生育阻害物質を加えた群の方が、トルエン分解効果が持続することが明らかとなった。この結果は、ラボレベルだけではなく、大豆と3,4-DPAAの生育阻害物質を滲出するアスパラガスを混植した小規模の栽培土壌をトルエンで汚染した場合においても、その分解の効果が得られた。以上の結果から、表層がVOCsで汚染されている土壌に、大豆とアスパラガスを混植することによって、汚染物質が分解・無害化でき、さらにそのバイオレメディエーションの効果が混植によって、持続することが示唆され、ひとつの土壌浄化法になり得ることが期待された。
高速紡糸におけるネック状変形発生機構の解明-ネック状変形近傍の精密オンライン計測

高速紡糸は、紡糸工程のみで高配向・高結晶性の繊維を製造する技術である。高速紡糸過程中の溶融ポリマーは特異なネック状変形を起こすことが知られている。紡糸線上での繊維構造の形成機構の解明にはネック状変形の本質的な理解が必要であるが、ネック状変形の詳細なオンライン計測が難しいことなどから、その発生機構については不明な点が多い。そこで本研究では、以下に述べる2種類の新規な方法で、ネック状変形近傍の繊維の細化挙動の詳細な計測を試みた。1.3台の外径測定器を紡糸線上に近接して設置し、ネック状変形の位置のゆらぎに伴う時系列信号の変化を利用したネック状変形のプロフィールの解析を行った。ポリブチレンテレフタレート(PBT)及びポリエチレンテレフタレート(PET)の高速紡糸について測定を試みた結果、PBTのネック状変形終了点近傍の伸長歪速度は、紡糸速度の増加に伴い大きくなり、5km/minでは50ms^<-1>という著しく大きな値に達していることが明らかになった。一方、PETの場合は、同じ紡糸速度で比較するとPBTに比べ歪速度は10分の1程度で、ネック状変形の鋭さがポリマーの種類により著しく変化するとの知見を得た。2.高速紡糸過程中のネック状変形をCCDカメラにより直接撮影することを試みた。シリンドリカルレンズを使用し、繊維の長さ方向と半径方向の倍率の異なる光学系を組むことなどにより、PBTの4及び5km/minにおけるネック状変形を、ネック状変形の位置の移動に伴う変化を含めて撮影することに成功した。撮影された画像から解析した歪速度は1.の解析結果とよい一致を示した。また、材料の加速に伴う慣性力により紡糸線に作用する張力が急激に増加するため、繊維の進行方向の鉛直方向からのゆらぎのようすが、ネック状変形を境に急激に変化する現象も明らかになった。
マイクロモビリティ高齢者ドライバを支えるアクティブセーフティセンシングシステム

超高齢化社会における超小型電気自動車(マイクロモビリティ)に関して,高齢者ドライバの安全快適な運転を支援する予防安全の基礎研究として,自車両や周辺車両,環境インフラが装備するレーザスキャナからのセンシング情報をクラウド上に集約することで,1見通しの悪い環境においても死角を軽減して静止障害物や移動障害物を検出し,移動障害物(移動物体)の位置や速度,大きさを高精度に認識するとともに,2車両の急発進や急旋回,蛇行運転,人物の転倒など,交通環境における移動物体に対する様々な突発異常挙動を認識する方法を検討し,3特性評価実験を行った.高齢者ドライバの安全快適な運転を支援するアクティブセーフティセンシングに関して,自車両のセンシング情報と周辺車両や環境インフラからのセンシング情報を連携・協調させることで,高精度の車両周辺環境認識,車両の異常走行事象認識するセンシング手法を確立するため,平成26年度は,周辺環境認識システムの設計に焦点を絞るとともに,今後の評価実験に使用するプラットフォームを構築した.主な実績を以下に示す.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムの設計ー:車載センサとしてマルチレイヤレーザスキャナ(レーザレーダ)を対象とし,そこから得られる車両周辺のセンシング情報をもとに,エレベーションマップを生成して静止/移動物体を認識する方法を開発した.さらに高水準の予防安全に活用するため,移動物体の位置や速度,大きさをベイズフィルタにより推定し,その大きさ情報により移動物体種別(自動車,バイク,歩行者など)を判定するアルゴリズムを開発した.2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムの設計ー:上記環境センシングシステムの機能を拡張し,自車両や周辺車両から得られた周辺環境の移動物体に関する観測値情報をクラウド上に集約して死角を軽減し,移動物体を認識するアルゴリズムを開発した.また,道路環境に配置した複数のレーザレーダからの情報を統合して走行環境全体に渡って俯瞰的に環境認識を行うアルゴリズムを開発した.3.実験プラットフォームの構築:上記アルゴリズムを実装して評価実験を行うプラットフォームとして,2台の電動車いすと1台のマイクロモビリティ(マイクロEV)に32層や64層のレーザレーダ,高精度GPS,慣性航法装置等を搭載した実験システムを整備した.また,2台の電動車いすを用いて,上記環境センシング手法,協調環境センシングの基本性能を確認した.高齢者ドライバの安全快適な運転を支援するアクティブセーフティセンシングに関して,自車両のセンシング情報と周辺車両や環境インフラからのセンシング情報を連携・協調させることで,高精度の車両周辺環境認識,車両の異常走行事象認識するセンシング手法を確立するため,平成27年度は,これらの認識アルゴリズムの開発と性能評価実験を行った.主な実績を以下に示す.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムー:車載センサとしてマルチレイヤレーザスキャナ(レーザレーダ)を対象として,そこから得られる車両周辺のセンシング情報をもとに移動物体の位置や速度,大きさを推定するシステムに関して,昨年度構築したセンシングアルゴリズムのリアルタイム化を図り,実験プラットフォームに実装して評価実験を行った.また,このセンシングシステムの性能を3つの学外展示会で公開(デモ)した.2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムー:上記環境センシングシステムの機能を拡張し,自車両や周辺車両から得られた周辺環境の移動物体に関する認識情報をクラウド上に集約することで死角を軽減して移動物体を認識するシステムを開発した.そして,実験プラットフォームに実装して評価実験を行った.また,上記環境センシングシステムと協調環境センシングシステムの性能をテレビ取材を通じて公開(デモ)した.3.車両挙動認識ー車両異常事象センシングシステムー:上記環境センシングシステムの機能を拡張して,車両の急旋回や蛇行運転の異常挙動を検出するシステムを開発した.そして,実験プラットフォームに実装して基本性能を確認した.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムー:当初の予定であるシステムのリアルタイム処理は実現できたものの,評価実験を行った結果,センサを搭載する自車が高速走行する場合や不整地上を走行する場合,低精度の内界センサやGNSSシステムを装備する場合,現在の手法では静止/移動物体検出性能が低下することが確認された.検出性能低下を防ぐアルゴリズムは構築したもののその性能評価が不十分である..2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムー:当初の予定であるリアルタイム化の目途はたっているものの実験プラットフォームへの実装が不十分である.3.車両挙動認識ー車両異常事象センシングシステムー:当初の予定通り,車両の急旋回や蛇行運転の異常挙動を検出するアルゴリズムは構築できた.高齢者ドライバの安全快適な運転を支援するアクティブセーフティセンシングに関して,自車両のセンシング情報と周辺車両や環境インフラからのセンシング情報を連携・協調させることで,高精度の車両周辺環境認識,車両の異常走行事象認識するセンシング手法を確立するため,平成28年度は,これまで開発してきた認識アルゴリズムの性能改善を行った.主な実績を以下に示す.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムー:昨年度に問題点が明らかとなったレーザスキャナを搭載する自車が高速走行する場合,また,低精度の内界センサやGNSSシステムを装備する場合に生じる静止/移動物体検出誤差を低減する方法を,NDTスキャンマッチング法やカルマンフィルタを基礎に検討した.そして,公道における基礎実験を通じてその性能を評価した.2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムー:昨年度に問題点が明らかとなった非GNSS環境においても高精度の協調認識を実現する方法を協調スキャンマッチング法を基礎に検討した.また,ロボット・サーバ間の通信系の故障等にも対応するため,これまでの集中型協調センシング法を発展させ,階層型協調センシング法を構築した.これらの手法の性能評価実験を行った.3.車両挙動認識ー車両異常事象

センシングシステムー:車両の急旋回や蛇行運転のみならず人物の転倒など,交通環境における自動車,二輪車,人物などの移動物体に対する様々な異常挙動を検出する方法を検討し,性能評価実験を行った.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムー:昨年度,問題となっていた静止/移動物体検出性能の低下を防ぐアルゴリズムは構築し,性能評価は行ったものの,リアルタイム処理が不十分である.2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムー:昨年度,問題となっていた課題は解決し,性能評価は行ったものの,リアルタイム処理ができていない.3.車両挙動認識ー車両異常事象センシングシステムー:車両の急旋回や蛇行運転,人物の転倒などの異常挙動を検出するアルゴリズムは構築し,性能評価は行ったものの,リアルタイム処理が不十分である.高齢者ドライバの安全快適な運転を支援するアクティブセーフティセンシングに関して,自車両のセンシング情報と周辺車両や環境インフラからのセンシング情報を連携・協調させることで,高精度の周辺環境認識,車両の異常走行事象を認識するセンシング手法を検討した.主な実績を以下に示す.1.周辺環境認識ー環境センシングシステムー:車載センサやインフラセンサとしてマルチレイヤレーザスキャナを対象とし,そこから得られる周辺環境のセンシング情報をもとに静止/移動障害物を検出するとともに,移動障害物(移動物体)の位置や速度,大きさを推定する方法を開発した.また,レーザスキャナ情報により機械学習により移動物体種別(自動車,バイク,歩行者)を判定する方法を開発した.2.周辺環境認識ー協調環境センシングシステムー:上記環境センシングシステムの機能を拡張し,自車両や周辺車両,環境インフラから得られた周辺環境の移動物体に関する観測値情報をクラウド上に集約して死角を軽減し,移動物体を高精度で認識する集中型協調センシング手法を開発した.さらに,通信系の故障やサーバ故障等にも対応するため,集中型協調センシング法を発展させた階層型協調センシング法を構築した.3.車両挙動認識ー車両異常事象センシングシステムー:車両の急旋回や蛇行運転のみならず人物の転倒など,交通環境における自動車,二輪車,人物などの移動物体に対する様々な突発異常挙動を検出する方法を検討した.4.実験プラットフォームの構築と評価実験:上記センシングシステムを実装するプラットフォームとして,マルチレイヤレーザスキャナを有する電動車いすとマイクロモビリティ,環境インフラを基礎とした実験システムを整備し,評価実験を行った.
戦後理科教育改革を担った日米イノベータの思想と行動様式に関する研究

本研究の目的は戦後理科教育改革を担った日米イノベータの思想と行動様式を明らかにすることであった。関係する文献資料を分析検討したところ,戦後日本における小学校理科学習指導要領及び教科書の成立はアメリカ側GHQ/SCAP/CIE係官や日本側文部省係官だけでなく,理科研究中央・地方委員会に参画した小学校教師や理科教育関係者らによって成し遂げられたことが判明した。そしてこれら多数の理科教育関係者を結びつけていたのが,日本側イノベータとしての文部省の岡現次郎や理科研究地方委員会の藤田穆,河野通匡,郡清ら,アメリカ側イノベータとしてのCIEのV.T.エドミストン,K.M.ハークネスらの存在であった。平成25年度の研究を通して,次の諸点が明らかになった。第一に,那須常正を委員長とする理科研究北海道地方委員会は理科学習書である『私のかんさつ・第一三学年用』(1950)を発行し,同書の単元選定に当たって,戦前の『自然の観察』{1941・42)の単元を考慮するだけでなく,新しい単元の開発を試みている。新単元開発の視点として,『学習指導要領理科編(試案)』(1947)や理科研究中央委員会作成の「理解の目標」(1947)が考えられている。地方で自主的に理科教授用資料を発行するというやり方は理科研究中国地方委員会及び関東地区委員会と同様であり,こうした活動をリードしたイノベーターとして那須常正,文部省の岡現次郎らの存在は大きい。第二に,北海道においては理科研究北海道地方委員会だけでなく,北海道科学教育同好会によっても,代用教科書『ほっかいどう・3ねんのりか』(1949)が発行されている。同書の場合,北海道に棲息する貝類の採集や雪の結晶の観察など,地域の実態に適合した教材が盛り込まれている。第三に,熊谷三郎らを中心とする愛知県理科研究委員会は『小学一三年・理科指導書』(1948)において,農山漁村向けと都市向けの2種類の単元を開発したり,「アイスキヤンデーを作ろう」という単元を導入したりするなど,他の理科カリキュラムには見られないユニークな内容を構想している。同指導書に準拠して作成された代用教科書においては,愛知県に棲息するカニや貝などが取り上げられており,地域性を考慮した内容が展開されている。こうした活動をリードするイノベーターとしての熊谷三郎は愛知県教育委員会に勤務していた。本年度の研究目的は,1947(昭和22)9月に「理科研究中央委員会(Advisory Committee on Science Curriculum)」によって作成された「理解の目標(Objectives of Understandings)」が1947(昭和22)年5月に発行された『学習指導要領・理科編(試案)』に代わる教育内容のスコープとシークエンスの基準として,昭和20年代に都道府県教育委員会や全国各地の学校などで開発された小学校理科カリキュラムにおいてどのような役割を果たしたのかを検証することであった。今回,研究対象とした小学校理科カリキュラムは,香川県教育委員会編『香川県小学校教育課程ー生活カリキュラムにおける理科学習ー』(1950),横浜市教育委員会編『横浜市教育課程理科篇・小学校の部試案』(1951),横浜市立南太田小学校編『科学教育・南太田プラン』(1952),であった。一般に,昭和20年代に作成された小学校理科カリキュラムは日常生活における問題解決に主眼を置き,教育内容のスコープとシークエンスにおいて科学性や関連性などをほとんど顧みず作成されたと考えられており,教育内容の系統性は昭和33年版小学校理科学習指導要領によって初めて実現したと言われている。しかしながら,先の三者の理科カリキュラムにおいて,光教材を例に分析したところ,県,市及び学校レベルの理科カリキュラムは理科研究中央委員会によって作成された「理解の目標」(1947)を教育内容のスコープとシークエンスの基準として,子どもの心理的理解のプロセスに従って,自然の事物や原理,法則などを習得したり,概念の理解を図ることを目指すカリキュラム構造を構築していたことが明らかになった。本研究の目的は戦後日本の理科教育改革を担った日米イノベータ(Innovator)の思想と行動様式を明らかにすることであった。関係する文献資料を分析検討したところ,次の諸点が明らかになった。そもそも文部省関係者がGHQ/SCAP/CIEのK.M.ハークネス主催の第1回理科教育ゼミナールにおいて,米国『ヴァージニア州小学校コース・オブ・スタディ』(1943)の「能力表」を参考にしながら「理科学習能力発達表」を作成するように指示されたのは,昭和21年9月3日のことである。この時文部省の岡現次郎は「理科学習能力発達表」の作成に当たって,翌年の昭和22年7月10日に発足する理科研究中央委員会委員である江本(大平)漾子(私立啓明学園初等学校),川西良吉(東京都大田区立小池小学校),西野戌俊(東京都中央区立泰明小学校)らに協力を求めた。ここでの岡現次郎と小学校教師らとの共同作業が『学習指導要領・理科編(試案)』(1947)の「理科学習能力発達表」へと結実するのである。このように,戦後日本における小学校理科学習指導要領及び教科書の成立はアメリカ側CIE係官や日本側文部省係官だけでなく,理科研究中央及び地方委員会に参画した多くの小学校教師らによって成し遂げられた。

そしてこれら多数の理科教育関係者を結びつけていたのが,日本側イノベータ(Innovator)としての岡現次郎(文部省教科書局第二編修課係官)や藤田穆(理科研究九州地区委員会委員長),河野通匡(理科研究中国地方委員会委員長),郡清(理科研究関東地区委員会委員長),那須常正(理科研究北海道地方委員会委員長)ら,アメリカ側イノベータとしてのV.T.エドミストン(CIE科学教育担当係官)やK.M.ハークネス(CIE教科書担当係官),Hヘファナン(CIE初等教育担当係官),E.V.アンブローズ(CIE初等教育担当係官)らの存在であった。本研究の目的は戦後理科教育改革を担った日米イノベータの思想と行動様式を明らかにすることであった。関係する文献資料を分析検討したところ,戦後日本における小学校理科学習指導要領及び教科書の成立はアメリカ側GHQ/SCAP/CIE係官や日本側文部省係官だけでなく,理科研究中央・地方委員会に参画した小学校教師や理科教育関係者らによって成し遂げられたことが判明した。そしてこれら多数の理科教育関係者を結びつけていたのが,日本側イノベータとしての文部省の岡現次郎や理科研究地方委員会の藤田穆,河野通匡,郡清ら,アメリカ側イノベータとしてのCIEのV.T.エドミストン,K.M.ハークネスらの存在であった。本年度の研究を通して,戦後日本における小学校理科カリキュラムの成立に関して,教育内容のスコープとシークエンスの基準として「理解の目標」が果たした役割が県,市及び学校レベルのカリキュラムにおいて実証することができている。そもそも「理解の目標」を教育内容のスコープとシークエンスとして作成するという考えはアメリカ側イノベータであるGHQ/SCAP/CIE係官のK.M.ハークネスやV.T.エドミストンらによってもたらされたものである。彼(彼女)らは「理解の目標」にどのような意味を込め,改革の意向を示そうとしたのか。また日本側イノベータである文部省係官の岡現次郎や永田義夫らは「理解の目標」をどのように捉え,理科カリキュラムの変革を行おうとしたのか。これらの点を明らかにすることが今後の課題として残された。理科教育学研究目的で示したように,戦後日本の理科教育改革を担った日米イノベータのうち,岡現次郎や永田義夫,V.T.エドミストン,G.S.クレイグらの思想や行動様式などについては徐々に明らかになっている。当初の計画では,日米イノベータの活動を紹介する冊子作成等を予定していたが,現在のところ,岡現次郎,永田義夫,河野通匡,松井富一,V.T.エドミストン,G.S.クレイグなど,日米イノベータに関する研究をさらに精緻化することが必要である。今後,これらの点の解明を研究の中心に据えたいと考えている。戦後日本における理科教育改革をリードしたイノベーターとして,文部省の岡現次郎やGHQ/SCAP/CIEのV.T.Edmistonらの存在はよく知られているところであるが,地方における理科教育関係者が教育改革に果たした役割については十分に解明されているわけではない。今年度の研究を通して,那須常正や熊谷三郎らが地方における小学校理科カリキュラムの成立と展開に及ぼした影響が明らかになったことにより,一定の研究成果が得られたと考えられる。当初,研究計画で予算計上していたマイクロフィルム等の購入が進まなかった。前年度に引き続き,戦後日本における理科教育改革をリードした日米のイノベーターに関する一次資料を収集したり,関係者へのインタビューを行うことに努めたい。
拡張・適応可能なソフトウェアのセキュアな構成方式

我々は拡張性や適応能力をもつソフトウェアを安全に構成するための諸方式についての研究を行ってきた.拡張可能・適応的ソフトウェアにおいて発生する3つの安全上の問題点に対応して,我々の研究成果は以下の3つにわけることができる.(1)信頼できないプログラムを安全かつ効率的に実行する方式を開発した.この方式では,プログラムコードを変換して実行時にポリシー検査を行うコードを埋めこむ方法をとっている.安全メールの添付コードの安全な実行に用いることで,アプリケーションに依存した詳細なセキュリティポリシーを効果的に強制できることを示した.また,強制可能なポリシーについての理論的考察を行い,部分的な結果を得た.(2)以前より研究を続けている動的適応可能なオブジェクトに関する成果を発展させ,動的適応を安全に行うための諸条件を調査した.最終的には安全な適応を支援するJavaのクラスライブラリとして実装した.(3)我々はまた,独立して開発されたプログラムモジュールを安全に結合するための諸方式に関する結果を得ることができた.以上の研究成果と知見の一部は,本特定領域研究グループで共同開発した安全メールシステムに実際に適用されている.特に(1)は安全メールシステムにおける安全な添付コード実行機構に,また(3)の一部はプラグイン機構を安全に構成するための方法として取り入れられている.我々はさらに,実装を担当した安全メールクライアントのコードの一部モジュールの形式仕様を記述し,他の部分と正しく結合されていることを検証した.本研究の目的は,分散オブジェクトや移動コードで構成されるソフトウェアシステムを対象とした,セキュアな拡張・適応機構の構成技術の提案である.セキュアな拡張・適応機構とは,(i)破壊的コードを含む拡張ソフトウェアモジュールや実行時バグ,および(ii)設計時に意図していない変化に対する,適応動作の破壊的なふるまいをそれぞれ検出・回避できるようなものとする.本年度の成果は以下のように(i)(ii)それぞれに対処する基本機構の提案であり,全て査読付の国際会議で発表している.(i)ロード時自己反映のためのセキュリティ機構:現状では(i)のような脅威に対してはコード署名に頼っている.我々はロード時自己反映機構によって動的な拡張を可能としたシステムを対象とし,このような脅威に対してのシステムレベルでの対処法を提案した.基盤となるシステムはJavaを用いた.このようなシステムでは,メタレベル(拡張の記述)とベースレベル(アプリケーション)の動的な組み合わせでセキュリティレベルが決定するため,従来Javaセキュリティアーキテクチャだけでは対処が難しい.本研究ではロード時自己反映を2重に用い,実行時のセキュリティ検査を強制する方法を提案した.(ii)安全な動的適応を可能とする移動コードプログラム:動的適応可能性を持つソフトウェアは,実行環境の動的な状態変化に応じて振舞いを柔軟に変更することができ,その時々の状況に適した動作(適応動作)を実現することができる.本研究では,ソフトウェアの動的適応可能性に関する安全性について考察し,Safe DAS(Dynamically Adaptable System)モデルを提案した.Safe DASモデルは,動的適応可能性にアトミック性と例外機構を付加したソフトウェアモデルである.本方式では適応動作が一貫して行われ,かつ適応動作の失敗は検出される.我々は拡張性や適応能力をもつソフトウェアを安全に構成するための諸方式についての研究を行ってきた.拡張可能・適応的ソフトウェアにおいて発生する3つの安全上の問題点に対応して,我々の研究成果は以下の3つにわけることができる.(1)信頼できないプログラムを安全かつ効率的に実行する方式を開発した.この方式では,プログラムコードを変換して実行時にポリシー検査を行うコードを埋めこむ方法をとっている.安全メールの添付コードの安全な実行に用いることで,アプリケーションに依存した詳細なセキュリティポリシーを効果的に強制できることを示した.また,強制可能なポリシーについての理論的考察を行い,部分的な結果を得た.(2)以前より研究を続けている動的適応可能なオブジェクトに関する成果を発展させ,動的適応を安全に行うための諸条件を調査した.最終的には安全な適応を支援するJavaのクラスライブラリとして実装した.(3)我々はまた,独立して開発されたプログラムモジュールを安全に結合するための諸方式に関する結果を得ることができた.以上の研究成果と知見の一部は,本特定領域研究グループで共同開発した安全メールシステムに実際に適用されている.特に(1)は安全メールシステムにおける安全な添付コード実行機構に,また(3)の一部はプラグイン機構を安全に構成するための方法として取り入れられている.我々はさらに,実装を担当した安全メールクライアントのコードの一部モジュールの形式仕様を記述し,他の部分と正しく結合されていることを検証した.本研究の目的は,分散オブジェクトや移動コードで構成されるソフトウェアシステムを対象とした,セキュアな拡張・適応機構の構成技術の提案である.セキュアな拡張・適応機構とは,(i)破壊的コードを含む拡張ソフトウェアモジュールや実行時バグ,および(ii)設計時に意図していない変化に対する,適応動作の破壊的なふるまいをそれぞれ検出・回避できるようなものとする.本年度の成果は以下のように(i)(ii)それぞれに対処する基本機構の提案であり,全て査読付の国際会議で発表している.1.ロード時自己反映のためのセキュリティ機構:現状では(i)のような脅威に対してはコード署名に頼っている.我々は移動コードによって動的な拡張を可能としたシステムを対象とし,このような脅威に対してのシステムレベルでの対処法を提案した.基盤となるシステムはJavaを用いた.このようなシステムでは,メタレベル(拡張の記述)とベースレベル(アプリケーション)の動的な組み合わせでセキュリティレベルが決定するため,従来Javaセキュリティアーキテクチャだけでは対処が難しい.本研究ではバイトコード変換によって移動コードを監視可能な形に変換し,実行時のセキュリティ検査を強制する方法を提案した.

また,セキュリティポリシー記述のために,有限プロセス代数にもとづく言語Polaris/Jを設計した.2.安全な動的適応を可能とする移動コードプログラム:動的適応可能性を持つソフトウェアは,実行環境の動的な状態変化に応じて振舞いを柔軟に変更することができ,その時々の状況に適した動作(適応動作)を実現することができる.本研究では,ソフトウェアの動的適応可能性に関する安全性について考察し,Safe DAS(Dynamically Adaptable System)モデルを提案した.Safe DASモデルは,動的適応可能性にアトミック性と例外機構を付加したソフトウェアモデルである.本方式では適応動作が一貫して行われ,かつ適応動作の失敗は検出される.本研究の目的は,分散オブジェクトや移動コードで構成されるソフトウェアシステムを対象とした,安全な拡張・適応機構の構成技術の提案である.安全な拡張・適応機構とは,(i)破壊的コードを含む拡張ソフトウェアモジュールや実行時バグ,(ii)設計時に意図していない変化に対する,適応動作の破壊的なふるまい,および(iii)複数の(個々は正常に動作する)拡張モジュールを組み合わせた際の不整合をそれぞれ検出・回避できるようなものとする.本年度の成果はそれぞれについて以下の通りである.(i)セキュリティポリシーの実行時強制のためのポリシー記述言語の設計と実装:前年度までの成果である,バイナリ変換による実行時のセキュリティポリシー強制機構に関し,そのためのポリシー記述言語Polaris/Jの設計とプロトタイプ処理系の実装を行った.Polaris/Jによって,応用プログラムの持つ特殊なセキュリティ要求に柔軟に対応したポリシーを記述することができる.(ii)安全な動的適応のためのライブラリの設計と実装:前年度までに提案した,動的適応を安全に行うためのモデルSafe DASを,JavaクラスライブラリLampJとして実装した.適応動作のアトミック性の保証や適応に関する例外処理・再実行機構の導入により,特殊な言語機構を使わずに柔軟かつ安全な動的適応能力をもつアプリケーションを構成することができる.(iii)安全に結合可能なアスペクトを提供するためのルールの定式化:複数の機能モジュールにまたがる要件を記述するモジュールをアスペクトと呼ぶ.