hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋の再生におけるTGF-beta2の機能の解明

72時間または4日後は筋芽細胞の癒合が盛んであり、プラスミドの取り込みがよいと考えられることからプラスミド筋注時期として最適と考えられた。(2)発現ベクターの作成プラスミドベクターとしてpBR322を用い、これにLacZおよびLTRを組み込んだものを発現ベクターとして作成した。(3)LacZを組み込んだ発現ベクターを用いたgene transferの確立マウスの前脛骨筋にO.5%塩酸ブピバカイン100μ1を筋注し、筋注後72時間に上記プラスミド10μgを筋注した。塩酸ブピバカイン筋注後10日後に筋注した前脛骨筋を採取し、凍結固定した。この切片をβガラクトシダーゼ染色した。しかしながら、βガラクトシダーゼ陽性筋線維は認められなかった。この結果、プラスミドの筋注量および濃度の検討が必要であると考えられた。1.LacZを組み込んだ発現ベクターを用いたgene transferの確立マウスの前脛骨筋に0.5%塩酸ブピバカイン100μlを筋注し、筋注後72時間に上記プラスミド10μgを筋注した。この結果からプラスミドの筋注量を50μg,100μgのそれぞれで検討したが、βガラクトシダーゼ陽性筋線維は認められなかった。2.発現ベクターの検討プラスミドベクターとしてpBR322を用い、これにLacZおよびLTRを組み込んだものを発現ベクターとして作成し、使用してきた。しかしながら、βガラクトシダーゼ陽性筋線維が認められないため、同プラスミドを0.5%塩酸ブピバカイン処理していないマウスの前脛骨筋に筋注し、そのβガラクトシダーゼの発現を検討することとした。プラスミド筋注量を10,50,100μgとして検討した結果、100μg筋注を行った筋に陽性筋線維がわずかに認められたが、個体により相違が認められた。3.発現ベクターの再作成プラスミドベクターをpBR322からより筋組織に親和性が高いと考えられるpCMVbetaを用いた発現ベクターを作製した。4.pCMVbetaを用いた発現ベクターの検討プラスミド筋注量を10,50,100μgとしてマウス前脛骨筋に筋注し、そのβガラクトシダーゼの発現を検討を行うこととした。1.発現ベクターの変更プラスミドベクターとしてpBR322を用い、これにLacZおよびLTRを組み込んだものを発現ベクターとして作成し、使用してきた。しかしながら、β-ガラクトシダーゼ陽性筋線維が認められないため、同プラスミドをマウスの正常前脛骨筋に筋注し、そのβ-ガラクトシダーゼの発現を検討した。プラスミド100μg筋注を行った筋にβ-ガラクトシダーゼ陽性筋線維がわずかに認められた。このため、pCMVbetaを用いた発現ベクター作成した。2.pCMVbetaを用いた発現ベクターの検討プラスミド筋注量を10,50,100μgとしてマウス前脛骨筋に筋注し、そのβガラクトシダーゼの発現を検討した。10μgのプラスミドを筋注したマウス前脛骨筋にはβ-ガラクトシダーゼ陽性筋線維は認められなかったが、50,100μgのプラスミドを筋注したものにはβ-ガラクトシダーゼ陽性筋線維が認められた。この結果からpCMVbetaを用いた発現ベクターを使用することとし、プラスミド筋注量を50μgとした。pCMVbetaを用いた発現ベクターにTGF-beta 2のsenseおよびanti-senseとLacZを導入したプラスミドを作製した。
可溶性IL-1受容体による慢性関節リウマチ滑膜細胞増殖の制御に関する研究

ヒト遺伝子組み換え型可溶性IL-1受容体(I型,sIL-1R)が,慢性関節リウマチ(RA)の滑膜細胞からの炎症性サイトカインの産生を抑制するかについて検討した.sIL-1Rを分離滑膜細胞とともに培養して経時的に培養上清を回収し,培養上清中の炎症性サイトカイン濃度をELISAによって測定した.IL-1βに関してはsIL-1Rの添加によって培養上清中の測定値が抑制され,また別にsIL-1RがIL-1βのELISAによる見掛け上の測定値を低く抑えることも明らかとなった.TNFαに関しては,sIL-1Rの添加は培養上清中のTNFα濃度に全く影響を与えなかった.また培養上清中のIL-6とIL-8の濃度は,sIL-1Rの添加によって抑制されたが完全ではなかった.以上からRA滑膜細胞から自発的に産生されるIL-1β,IL-6およびIL-8は,滑膜細胞から産生される内因性IL-1βによって誘導される経路が存在することが明らかとなった.また同様の天然拮抗物質であるIL-1 receptor antagonist(IL-1ra)の濃度は,sIL-1Rの添加によって抑制された.したがってsIL-1RとIL-1raという炎症拮抗物質が相互に影響を及ぼしながら,炎症性サイトカインを制御する複雑なサイトカインネットワークが存在することが明らかとなった.一方培養上清中のIL-1βの濃度の抑制が,実際にIL-1βの産生が抑制されたためか,あるいはELISAによる見掛け上の測定値の減少かを証明するために,滑膜細胞のmRNAを抽出して引き続き検討している.ヒト遺伝子組み換え型可溶性IL-1受容体(I型,sIL-1R)が,慢性関節リウマチ(RA)の滑膜細胞からの炎症性サイトカインの産生を抑制するかについて検討した.sIL-1Rを分離滑膜細胞とともに培養して経時的に培養上清を回収し,培養上清中の炎症性サイトカイン濃度をELISAによって測定した.IL-1βに関してはsIL-1Rの添加によって培養上清中の測定値が抑制され,また別にsIL-1RがIL-1βのELISAによる見掛け上の測定値を低く抑えることも明らかとなった.TNFαに関しては,sIL-1Rの添加は培養上清中のTNFα濃度に全く影響を与えなかった.また培養上清中のIL-6とIL-8の濃度は,sIL-1Rの添加によって抑制されたが完全ではなかった.以上からRA滑膜細胞から自発的に産生されるIL-1β,IL-6およびIL-8は,滑膜細胞から産生される内因性IL-1βによって誘導される経路が存在することが明らかとなった.また同様の天然拮抗物質であるIL-1 receptor antagonist(IL-1ra)の濃度は,sIL-1Rの添加によって抑制された.したがってsIL-1RとIL-1raという炎症拮抗物質が相互に影響を及ぼしながら,炎症性サイトカインを制御する複雑なサイトカインネットワークが存在することが明らかとなった.一方培養上清中のIL-1βの濃度の抑制が,実際にIL-1βの産生が抑制されたためか,あるいはELISAによる見掛け上の測定値の減少かを証明するために,滑膜細胞のmRNAを抽出して引き続き検討している.
小麦粉製品のおいしさ予測モデルの開発

ミキシング段階の異なるパン生地中のグルテン分布の可視化および定量化に成功した.焼成パンの断面をスキャナで撮像した画像から気泡構造を定量化するためのアルゴリズムを開発した.焼成後のパンの食感に直接影響を与える粘弾性パラメータを検討した結果,特に米ゲルを原料とするパンについて,試料の膨張性と柔らかさが必ずしも対応しないという結果が得られた.おいしさ予測モデルの構築に向けて,官能評価データの精度向上が今後の課題である.ミキシング段階の異なるパン生地中のグルテン分布の可視化および定量化に成功した.焼成パンの断面をスキャナで撮像した画像から気泡構造を定量化するためのアルゴリズムを開発した.焼成後のパンの食感に直接影響を与える粘弾性パラメータを検討した結果,特に米ゲルを原料とするパンについて,試料の膨張性と柔らかさが必ずしも対応しないという結果が得られた.おいしさ予測モデルの構築に向けて,官能評価データの精度向上が今後の課題である.本研究では、小麦粉製品のおいしさ予測モデルを開発するために、まず、製造現場での実用面を考慮し、簡易にデータを取得可能なイメージスキャナを用いた単純な撮像方法と画像処理により、「すだち」と呼ばれるパンの気泡構造のパラメータを定量化する一連の気泡画像計測アルゴリズムを開発した。そして、得られた気泡パラメータと物性パラメータの一つである粘弾性係数の相関分析を行った結果、気泡面積割合(気泡パラメータ)と粘弾性に正の相関(r>0.59,p<0.05)があることが分かった。すなわち、気泡面積の割合が大きいほど、「かたく」感じられることが示唆された。また、米粉および米を糊化させて調製した糊化米粉およびお粥を混合した糊化米粉パンおよびお粥パンを開発し、その粘弾性および気泡構造の特性を明らかにした。糊化米粉パンおよびお粥パンは既存の米粉パンや小麦粉パンよりも柔らかく、膨張性が高いことから、米を利用したパンの普及に貢献できると考えられる。さらに、様々な波長の光を試料に照射ときの蛍光応答を計測する「蛍光指紋」を用い、パン生地中のグルテンとデンプンの分布を可視化する手法を開発した。可視化手法、及び、可視化によって明らかにされたパン生地の状態や製造工程における変化について、英文雑誌に2報の論文を投稿し(現在は査読中)、国内学会で2件の発表、国際学会で1件の発表を行った。そのうち、国内学会では優秀口頭発表賞を1件、国際学会では最優秀ポスター賞を受賞した、その他、本年度の論文発表業績は計11件(うち英文誌6件)、学会発表は計5件となっている。本研究では、小麦粉製品のおいしさ予測モデルを開発するために、まず、製造現場での実用面を考慮し、簡易にデータを取得可能なイメージスキャナを用いた単純な撮像方法と画像処理により、「すだち」と呼ばれるパンの気泡構造のパラメータを定量化する一連の気泡画像計測アルゴリズムを開発した。以上の成果は英文雑誌に2報、和文誌1報にまとめ、公表した。可視化手法、及び、可視化によって明らかにされたパン生地の状態や製造工程における変化について、英文雑誌に3報の論文を公表した。以上の成果をまとめると、本年度の論文発表業績は計6件(うち英文誌5件)、学会発表は計5件となっている。本研究では、励起・蛍光マトリクスによるパン生地中のグルテン分布の可視化および定量化に成功した。具体的には、ミキシング条件を4段階に調製したパン生地の励起・蛍光マトリクスを画素単位で計測し、そのパターンの違いをカラースケール化するイメージング手法を適用してパン生地中のグルテンの判別アルゴリズムを作成、妥当性を検証し、最終的にパン生地中のグルテンの可視化と定量化が可能となった。また、薄片化した焼成パン試料の断面をスキャナで撮像し、得られた画像データに形態画像解析を適用し、パン内部構造の気泡直径、面積等の気泡単体のパラメータを定量化するためのアルゴリズムを開発し、焼成パンの「すだち」と呼ばれる気泡構造を定量化した。加えて、焼成後のパンの食感に直接影響を与える粘弾性パラメータの特定を試みた。具体的には、米ゲルパン試料の生地攪拌時間を変化させながら粘弾性と比容積の対応関係を測定したところ、試料の膨張性と柔らかさが必ずしも対応しないという結果が得られた。このことから、試料の品質をより精緻に評価するためには、試料の賞味期限等も考慮に入れつつ総合的に評価することが不可欠であるとの結論に至った。なお、おいしさ予測モデルの開発については、官能評価データの精度向上が課題である。

今後は、試料の水分活性を追加的に測定することにより試料の品質を長期保存性といった観点からもあわせて評価することが必要となるだろう。3年間の研究計画の柱は大きく以下の4つである。1)励起・蛍光マトリクスによるパン生地中のグルテン分布の可視化および定量化、2)携帯画素解析による焼成パンの「すだち」の定量化、3)焼成パンの粘弾性パラメータの計測および官能評価、4)パンのおいしさ予測モデルの開発、がそれである。以上のうち、1)2)および3)のうち焼成パンの粘弾性パラメータの計測についてはすでに終了しており、原著論文に公表した総数は22年度に11報、23年度に6報の計17報となっている。また、当初の研究計画では小麦粉製品としての焼成パンのみをターゲットとしていたが、近年の国内における食料自給率の向上にむけての機運にも恵まれ、米粉パンやお粥パンといった新規な製品開発のための基礎データの取得から論文公表まで達成していることから、当初の計画以上に進展していると判断した。官能評価の実施と同データをどのようにおいしさ予測モデルの開発に組み込むかが最終年度の課題である。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度は、おいしさ予測モデルの開発に取り組む。また、本研究課題の終了後は、研究協力者である(独)農研機構食品総合研究所食品工学研究領域計測・情報工学ユニットの杉山純一ユニット長らと共同で農林水産省の実用技術開発事業に新規研究課題を申請し、基礎研究の成果を活用しつつ、より実用的な研究へと展開する予定である。
ベトナム社会における高齢者対策として社会的統合とコミュニティの相互関係の実証研究

(1)平成2729年度の研究結果から抽出された地域構造と高齢化の課題を踏まえ、研究内容を構造的に比較検証する為に、調査内容は過去の内容をベースとして用い、健康と地域機能に関する生活課題の要因分析について調査を実施。従属変数を主観的QOLとして、独立変数を基本属性、身体状況、社会的関係、地域意識として分析。平成2829年度に実施した「農村部」Lagi,Binh Thuan Provinceでの分析結果を深化させるために、65歳以上50名を対象に質問紙調査を実施し、「農村部」の社会的統合の構造を分析。また、人口流出がベトナム国内のみならず近隣国に及んでいることからカンボジアに移り住むベトナム人高齢者の実態について訪問調査を実施。人口構造は、ベトナム統計年鑑、人口・住宅サンセスを用いて、平均人口、人口移動(流出率、流入率)、就学状況(就学検討率、不就学就業率を含む)、経済状況、貧困率を算出し分析。(2)人口構造から捉えた都市部と農村部の格差の背景には、就学(学歴)と職業との相関による学歴階層格差があり、職業階層は収入に直結し、学齢期の就学検討は、高齢期の生活に繋がる検討すべき課題であった。また、人口構造と高齢者の関係の背景要因として、第1に人口構造を含めた年金制度の未整備を含め、経済状態が脆弱であること、第2に他の地域からの流入者による地域とのつながりが希薄なこと、第3に核家族化や一人暮らしによって家族内の機能に期待できない状況である。現代ベトナムにおいて農村部高齢者を取り巻く課題として、人口構造が引き起こす地域基盤の相互性が高齢化の進展に伴う身体機能、及び認知機能の低下による生活障害など、新たな時代を迎えることが予測され、ベトナム社会の地域システムの検討が示唆された。その結果を『日本老年社会科学会』『日本社会福祉学会』で研究発表、及び論文として『研究紀要』に掲載。(1)高齢者福祉対策を射程とした課題を捉えるために、(a)ベトナム社会における高齢者の関連法、社会福祉政策及び高齢者支援に関する資料に基づき、高齢者福祉の現状と課題の分析を行った。また、(b)研究課題である「コミュニティ」の観点からはベトナムの伝統的社会構造を概観し、ドイモイ政策(1986)との関連から課題を分析した。これらの(a)(b)分析に基づき、(c)人口動態との関連から今後の高齢化社会の課題を抽出した。その結果を研究誌『社会福祉研究』に投稿した(2016年4月刊行)。(2)社会的統合とコミュニティの相互関係について、加齢と健康に関する生活課題、共同体としてのコミュニティの課題を都市部と農村部の社会構造より要因を分析した。地域共同体認識としては、時代と共に地域との関係が減少しているが、共同体認識が高いこと、さらには高齢者の意見が尊重されていることへの認識は、都市部と比較して農村部が高いこと。社会的関係では、農村部では手段的支援が低く、都市部においては情緒的支援が低く、人口移動による地縁関係と罹患率が影響している。主観的幸福感では、農村部で心理的安定が都市部と比較して高く、また農村部、都市部共に楽天的思考が高いことが明らかになり、今後、ますます高齢化が進展することは統計的に予測される中で、人口移動を含めた地域における社会組織の再編としての地域共同体のシステムが示唆された。その結果を『日本老年社会科学会』『日本社会福祉学会』で研究発表した。※研究実績の概要に基づく。これらの(a)(b)分析に基づき、(c)人口動態との関連から今度の高齢化社会の課題を抽出した。その結果を研究誌『社会福祉研究125号』に投稿した(2016年4月刊行)。その結果を『日本老年社会科学会』『日本社会福祉学会』に研究発表した。(1)平成27年度の研究結果から抽出された高齢化社会の課題を踏まえ、研究内容を構造的に比較検証する為に、調査内容は過去の内容をベースとして用い、加齢と健康に関する生活課題の要因分析:加齢効果についてのベースライン調査を実施。従属変数を主観的QOLとして、独立変数を基本属性、身体状況、心理状況、社会的特徴、生活習慣として分析。「農村部」Lagi,Binh Thuan Provinceで65歳以上50名を対象に共同体としてのコミュニティの質問

紙調査・参与観察法調査を実施。測定尺度は地域の結束度尺度(Neighborhood Cohesion Instrument/NCI)とし、サポート効果を勾配的関係から捉えた。サポート形態は情緒的支援、有形的・実質的支援の構造とした。また、「農村部」の社会的統合の測定を実施。測定尺度を期待された社会的統合尺度を用いて分析した。なお、「都市部」My Tho, Tien Giang Provinceは、過去に外国人の介入による調査研究の実績がないことから、政府とのミーティングを実施し許可を得る(次年度調査実施予定)。(2)ベトナム農村部における高齢者の社会的関係とその構造について、ソーシャルサポートとの関連要因から分析。ドイモイ(1986)以降の経済的な背景から都市部への人口移動が縮小家族を招き、身近なサポート体制が脆弱であり、加齢による身体的な影響に対する対処資源の方略の検討が不可欠な課題であることが示唆された。その結果を『日本老年社会科学会』『日本社会福祉学会』で研究発表した。(3)ベトナムにおける高齢者福祉対策について、わが国における課題である認知症及び、ケアの質を射程とした観点から対応策を整理した。その内容を雑誌、1『ふれあいケア4月号』、2『ふれあいケア7月号』、3『ふれあいケア10号』4『なっとく!認知症ケア相談室ふれあいケア増刊号』、5『介護チームマネジメント11・12号』、6『ふれあいケア1月号(2017)』に掲載した。※研究実績の概要に基づく。(1)平成27年度の研究結果から抽出された高齢化社会の課題を踏まえ、研究内容を構造的に比較検証する為に、調査内容は過去の内容をベースとして用い、加齢と健康に関する生活課題の要因分析:加齢効果についてのベースライン調査を実施。従属変数を主観的QOLとして、独立変数を基本属性、身体状況、心理状況、社会的特徴、生活習慣として分析。「農村部」Lagi,Binh Thuan Provinceで65歳以上50名を対象に共同体としてのコミュニティの質問紙調査・参与観察法調査を実施。(3)ベトナムにおける高齢者福祉対策について、わが国における課題である認知症、ケアの質を射程とした観点から対応策を整理した。
多孔性金属錯体に吸着されたアンモニア分子の反応性の理解と制御

本研究では多孔性金属錯体(MOF)に吸着されたアンモニア分子が、バルク状態とは異なる化学状態を有することに着目し、その特異なアンモニア分子の化学反応性を理解することを目指す。そのために、高い触媒反応性を有する金属ナノ粒子に着目し、金属ナノ粒子とMOFを複合化させた研究対象となる新たな物質系を開拓する。さらに、MOFの高い設計性を活かし、その細孔サイズや細孔環境を適切に設計することにより、MOF細孔中に束縛されたアンモニアの化学状態の制御、さらにはアンモニアの反応活性の制御を試みる。
近未来の親子関係法制に向けた試論

文献および現地調査に基づく研究を行った。前々年度はいわゆる代理母に関する比較法的な調査を行い、前年度は、それを補完しながらも、離婚に伴う親子関係法制を主な対象とし、親子関係の効力に関する調査・研究をも行った。その結果、近未来の親子関係法制に関する成立および効力について、一応のイメージが構築され得る状況になっている。血縁に基づく親子関係を補充あるいは代替する制度として養子縁組が各国法制において認められている。その反面、養子縁組の成立要件は実質法においてかなり異なっている。イスラム法のように、養子縁組の成立をまったく認めない法制もある。血縁ではなく、意思の要素を重視した親子関係の成立に関しては、世界的には法統一にはほど遠い状況にある。とはいえ、血縁による親子関係の確定が常に疑問を残すものに留まるとすれば、意思を重視する親子関係が成立および効力の両面にわたって、着目されるべきではないか、との感触を得ている。すなわち、今後、親子関係を血縁と意思のいずれを規準に法的に評価していくべきか、が重大な問題となり得るのではなかろうか?このような実質法の今後の展望が、さらに国際私法を含めた抵触法の平面にどのように反映されることになるのか、あるいはされるべきなのか?このような成立の局面で顧慮したことが、効力にどのように反映されるのか、実質法および抵触法の双方のレヴェルで、さらに問題となってくる。これらの問題を現在は検討しており、近いうちに論文として成果を公表するつもりでいる。文献および現地調査により、親子関係の問題、とくに代理母および嫡出推定の問題の検討を行った。嫡出推定の問題については、日本の実質法が「父」死亡の場合、離婚による婚姻の解消の場合、婚姻の取消・の無効の場合などを同一のルールによって規律しているごとが、現在の状況にマッチしていないことが明らかとなった。諸外国においては、状況に応じた別個のルールによっている。このような実質法の相違が抵触法的な問題をも惹起している。今後はさらに、比較法的な調査および検討を行い、問題の本質をより精査する。代理母の問題に関しては、代理母を禁止している国、代理母を許容している国、いずれかともいえない国がある。それぞれに属する国のいくつかに赴き、実態調査などを行った。基本的に、アジア諸国の態度は未だよくわからない。代理母を禁止しているスイスおよびドイツにおいては、その国内においては当然禁止であるが、代理母を許容している国において成立した代理母関係を承認することについては、必ずしも公序に違反するものではないとい意見がかなりあった。これに対して、代理母を禁止しているフランスにおいては、日本の最高裁と同じく、外国において成立した代理母関係の承認は公序に反するとされている。アメリカ合衆国のいくつかの州は代理母を許容している。アメリカ大陸の諸国の態度は必ずしも明らかではない。OAS(Organization of American States)の国際私法担当者によると、南米諸国においては、禁止されていると考えてもいいのではないかということであった。そのため、各法域間で相違が生じ、国際私法の問題も生じ得るが、できればOSAの条約などの枠内では将来的にも検討したくはない、ということであった。ヨーロッバおよびアメリカにおける調査が昨年度末にずれ込んでしまったため、なお耕究成果の公表には至っていない。早急に調査結果をまとめて、公表する予定である。前年度はいわゆる代理母に関する比較法的な調査を行った。その資料の整理からはじめて、近未来における親子関係法制のあり方の可能性を確認した。基本的に、誰を法的に子の父とするか、子の母とするか、が問題解決の出発点となると考えられる。周知のように、母に関しては、産んだ女性か遺伝子的なっながりのある女性か、という2つの可能性に絞られる。当面は、子を産んだ女性を子の母としつつ、例外を認めるかどうか、に議論が集約されることになると推測される。他方で、父に関しては、従来通り問題の解決は容易ではない。婚姻を父の擬製のための制度として利用しない理由はない。他方で、婚姻を基礎とし得ない場合に、いわゆる任意認知を存置すべきかどうかが1つの問題として取り上げられるべきと思われる。このようないわゆる血縁に基づく親子関係を補充する、あるいは代替する制度として養子縁組があり得る。血縁による親子関係の確定が常に疑問を残すものになるとすれば、意思を重視する養親子関係の将来に着目されるべきであろう。実質法のあり方として上記の観点からの将来が想定されえる。これを抵触法に反映させるとどうなるか、も問題となる。このような観点からいくつかのモデルを作成し、アメリカ合衆国ワシントンDCのOASなどで意見交換を行った。偶然にも、アメリカ合衆国政府の主催する研究会にも参加することができ、私の作成したモデルについて、様々な批判・意見をもらうことができた。

血縁ではなく、意思の要素を重視した親子関係の成立に関しては、世界的には法統一にはほど遠い状況にある。とはいえ、血縁による親子関係の確定が常に疑問を残すものに留まるとすれば、意思を重視する親子関係が成立および効力の両面にわたって、着目されるべきではないか、との感触を得ている。すなわち、今後、親子関係を血縁と意思のいずれを規準に法的に評価していくべきか、が重大な問題となり得るのではなかろうか?このような実質法の今後の展望が、さらに国際私法を含めた抵触法の平面にどのように反映されることになるのか、あるいはされるべきなのか?このような成立の局面で顧慮したことが、効力にどのように反映されるのか、実質法および抵触法の双方のレヴェルで、さらに問題となってくる。これらの問題を現在は検討しており、近いうちに論文として成果を公表するつもりでいる。
土壌中におけるコロイド粒子の輸送時間及び起源推定手法の開発

土壌中のコロイド粒子に強く吸着する性質を持ち、環境中に存在する放射性核種(^7Be,^<137>Cs,^<210>Pb)をコロイド粒子のトレーサーとみなすことにより、現場土壌中におけるコロイド粒子の輸送時間及び起源を推定する手法を開発した。この手法により、粘土質土壌の暗渠排水及び砂質土壌の浸透水中のコロイド粒子の起源はいずれも主に表層土壌であること、粘土質土壌中のコロイド粒子輸送時間は約35日であること等を明らかにした。本研究は,土壌中のコロイド粒子に強く吸着される性質を持つ天然の放射性元素7Be,137Cs及ひ210Pbをコロイド粒子のトレーサーとして用いることにより,現場土壌中におけるコロイド粒子の輸送時間及び起源を推定する手法を開発することを目的とする。本年度は,愛知県内の砂質(砂礫質砂質埴壌土)台地土の野菜畑(化成肥料連用区と豚糞堆肥連用区)と新潟県内の粘土質低地土のダイズ畑を対象に,深さ1mまでの土壌を深さ110cm間隔で採取し,風乾土(径2mm篩別)に含まれる各放射性元素濃度1:2.5水抽出懸濁液中の溶質濃度等の鉛直分布を明らかにした。バルク土壌中に含まれる各放射性元素7Be,210Pb-ex(大気降下物由来の210Pb)及び137Csの濃度は,両地点とも表層で高く,砂質台地土では,それぞれ,08,1525及び0.40.8Bq/kg,粘土質低地土では,それぞれ,0100,160210及び1014Bq/kgと砂質台地土壌に比べて1オーダー以上高い値を示した。作土層中の7Be濃度は,両地点とも最表層ほど高かった。作土層中の210Pb-ex及び137Cs濃度は,砂質台地土ではほぼ一定値を示したが,粘土質低地土では,137Cs濃度はほぼ一定であったのに対して,210Pb-ex濃度は最表層ほど高かった。これら両地点における放射性元素濃度鉛直分布の大きな差は,土壌採取時期が春先であったこと(冬期は日本海側で降水由来の7Be降下量が多く,太平洋側で少ない),一般に日本海側では大陸由来と考えられる210Pb及び137Csの大気降下量が多いことと密接に関係すると考えられる。水抽出懸濁液の電気伝導度(EC)は,砂質台地土で高く(0.10.2dS/m),非常に高いリン酸イオン濃度(0.42.1mmol/L)を示した。粘土質低地土のEC値は0.020.1dS/mと低かった。今年度は,圃場条件下におけるコロイド粒子の輸送時間及び起源を推定する上で,研究の画期的な進展があった。即ち,重粘土質の水田転換畑(新潟県)において,降雨中直後の期間を対象として圃場からの表面排水及び暗渠排水を経時的に採取し(1回当り20Lずつ),それらに含まれる懸濁態及び溶存態の7Be,137Cs及び210Pb濃度を測定したところ,懸濁態物質(粒径>0.025μm)中にはこれらの放射性元素がいずれも高いレベルで検出されること,逆に溶存態(孔径0.025μmのメンブレンフィルター通過画分を全て蒸発乾固したもの)としては存在しない(ピークが検出されない)ことを見出した。また,試料水を孔径0.1μmで濾過した場合,濾液中には7Beが僅かに検出されるが,孔径0.025μm通過画分には検出されないことから,孔径0.1μm通過画分に含まれる7Beは溶存態ではないことが明らかとなった。これらの結果より,本研究の主題であるコロイド粒子の起源及び輸送時間の推定は,これらの放射性元素濃度に基づき実施できること((1)これらの放射性元素は懸濁態としてのみ土壌中を移動する,(2)暗渠排水中のコロイド粒子の主体あるいは少なくとも一部は表層土壌に由来する,(3)地表面から暗渠排出口までのコロイド粒子の平均輸送時間はおよそ数ヶ月程度以内の比較的短いものである)が明らかとなった。砂質の堆肥連用野菜畑圃場(愛知県)については,大雨後を対象に,深さ60cmに設置した埋設型ライシメータによって浸透水(1回当り20L)を採取し,懸濁態及び溶存態のこれらの放射性元素濃度を測定したところ,いずれの放射性元素も検出限界以下だった。このことは,懸濁態物質の主体が粘土粒子ではなく,これらの放射性元素が吸着しにくい有機物であることを示唆するが,高濃度の40Kが共存したことによる検出感度低下の可能性もあり,今後さらに検討する。

重粘土質の転換畑を対象に,ある降雨イベント(11時間で計45mm)における暗渠及び表面排水を経時的に採取し,ろ過(孔径0.025μm)によって易動性の土壌コロイド粒子(MSC)を分離すると共に,それに強く吸着する性質を持つ7Be(半減期53.1d),137Cs(同30.1yr)及び210Pb濃度(同22.3yr;大気由来210Pbと土壌由来210Pb濃度を区別)を測定した。暗渠排水中MSC(99244mg/L)の7Be濃度の大気由来210Pb濃度に対する比(1.41.8)は,理論的に,輸送時間が長いほど表面排水中MSC(157257mg/L)のそれ(1.92.6)よりも小さくなるはずである。これを利用して,地表面のMSCが暗渠(深さ60cm)から排出されるまでの輸送時間を求めたところ,約35dと比較的短いことが明らかとなった。これは,MSCが,重粘土質の土壌で良く見られる亀裂等の粗孔隙を通じた選択的な水移動により,急速に輸送されたことを示唆する。また,暗渠及び表面排水中MSCの大気由来210Pb濃度の全210Pb濃度に対する比は,共にほぼ同じ(0.96)だったことから,下層土からの土壌由来210Pbを含むMSC付加はほとんど生じていないと考えられる。一方,暗渠排水中MSCの全210Pb濃度は,表面排水中のそれの77%に過ぎなかったことから,残りの23%は210Pbをほとんど含まないMSC(暗渠排水管中で沈殿生成した鉄酸化物など)と考えられる。なお,暗渠排水中MSCの137Cs濃度は表面排水の約1.2倍と,予想に反して増加し,その原因の詳細は今後の課題として残された。以上のように,圃場条件下の土壌中におけるコロイド粒子の輸送時間及び起源を推定する手法を開発した。より詳細なMSC輸送メカニズムの解明および手法の適用限界・信頼性の幅等については,更なる研究が必要である。
デハロバクターFTH1株の全ゲノム配列解析に基づくPCB脱ハロゲン化機構の解明

産業廃棄物処分地等における多塩素化ビフェニル(PCB)汚染環境の浄化手段として、呼吸によりPCBを還元的に脱塩素化する微生物の利用が期待されている。本研究は、微生物を用いたPCB汚染環境浄化技術開発の一環として、嫌気性アクチノバクテリアとの共培養物として分離したPCB脱塩素化細菌であるファーミキューテス門Dehalobacter sp.FTH1株の微生物学的特性評価、生理学的評価およびゲノム配列解析を行い、FTH1株のPCB脱塩素化機構を明らかにする。本年度の主な成果として、米国JGI"Halorespiring Firmicutes"ゲノムプロジェクトに参加の下ゲノム配列解析を行いドラフトゲノム解析が終了し、精査解析段階にある。微生物学的特性評価として、Dehalobacter sp.FTH1株の生育至適条件を検討したところ、温度10-30°C、pH6.5-7.5で脱塩素化活性が観察され、電子供与体、受容体および炭素利用性を調べた結果、電子供与体として水素、炭素源として酢酸、電子受容体としては、硫酸、亜硫酸、チオ硫酸、フマル酸、硝酸、亜硝酸、III価鉄、酸素といった一般的な呼吸電子受容体を利用せず、有機ハロゲンのみ利用可能であったから、既知のクロロフレキシ門Dehalococcoides細菌と同じく偏性脱塩素化細菌であることが示唆された。脱塩素化可能な有機ハロゲンは、PCBのうち2,3,4-triCBP、2,3-diCBP、3,4-diCBP、塩素化フタリドのうち4,5,6,7-teCPH、4,5,6-triCPH、4,6-diCPH、4,7-diCPH、塩素化ベンゼンのラちhexCB、123triCB、124triCB、塩素化フェノールのうち2,4,6-triCP、2,4-diCP、2,6-diCPを利用可能で、塩素化エチレンや塩素化エタンは脱塩素化しない芳香族有機化合物に特異的な脱塩素化活性を有していた。また、興味深いことに、FTH1株は35°C以上で失活する性質を有する一方、透過型電子顕微鏡を用いてFTH1株の形熊観察を行ったところ、細胞内に内生胞子上の構造物が観察された。
脊椎動物の初期背側決定機構の解析

ゼブラフィッシュにおいては、受精卵植物極に存在する背側決定因子が、微小管束に乗って背側に移動し、背側胚盤細胞でWnt/.-catenin経路を活性化することで背側特異的遺伝子の発現を誘導し、背側軸を形成すると考えられてきた。これまで、微小管依存性モータータンパク質Kinesin Iのリンカー分子Syntabulinが、初期背側決定に重要な役割を果たしていることを見出してきた。本研究では、植物極微小管は予定背側領域に向かってプラス端を伸長すること、SyntabulinはGrip2(Glutamate receptor interacting protein2)と会合することを見出した。これらの結果は、Kinesin/Syntabulin/Grip2の複合体が背側決定因子を植物極から予定背側領域に運搬することで、背側を決定していることを示している。背側オーガナイザー、は胚の背側組織を作る最も重要な役割を担っている。魚類・両生類では、受精卵植物極に存在する背側決定因子が胚背側に移動し、Wntシグナルを活性化し、背側特異的遺伝子の発現を誘導することで、背側オーガナイザーを誘導すると考えられている。我々はこれまで、背側組織の形成不全を示すゼブラフィッシュ母性遺伝子効果変異体tokkaebiを同定した。tokkaebiホモ接合体雌魚から産まれた胚は、腹側化表現型を示す。月齢が若く特定の遺伝背景を持った変異体雌魚から産まれたtokkaebi胚のほとんどは、背側組織を全く有しない状態となる。我々は、ポジショナルクローニング法によってtokkaebi遺伝子座を同定した。tokkaebi遺伝子座は、哺乳動物の神経において微小管依存性の輸送に関与することが報告されているSyntabulinをコードしていた。Syntabulinは、微小管上プラス側に物質を輸送するモーター蛋白kinesin Iと貨物を結合させるリンカー蛋白として機能していることが報告されている。syntabulin mRNAは、卵形成において、Bucky ballを介したBalbiani体依存性の経路によって、植物極に輸送される。また、植物極で作られたSyntabulinタンパク質は、微小管依存性に運ばれることが明らかとなった。以上の結果は、Syntabulinは微小管依存性の背側決定因子の輸送に関与していることを示唆している。またBucky ballを介したBalbiani体依存性経路は卵の動植物極軸形成に必須であることから、卵の動植物極性の形成が胚の背腹軸形成と関連していることが明らかとなった。魚類・両生類においては、身体の背腹軸の決定は受精直後に起こると考えられている。これまでの研究から、受精卵植物極に存在する何らかの分子が(背側決定因子)が、微小管束に乗って背側に移動し、背側胚盤細胞でWnt/β-catenin経路が活性化されることで背側特異的遺伝子の発現が誘導されることで背側軸が形成されると考えられている。我々は、背側が形成されない母性遺伝子効果変異体tokkaebiを解析することで、微小管依存性モータータンパク質Kinesin Iのリンカー分子Syntabulinが、ゼブラフィッシュの初期背側決定機構に重要な役割を果たしていることを見出した。本年度は、受精後20分頃に卵黄植物極で形成される微小管の方向性を、微小管プラス端に結合するEB1タンパク質とEGFPの融合タンパク質を発現するトランスジェニックフィッシュを用いて検討した。その結果、卵黄植物極において、プラス端を予定背側領域に向かって微小管が伸長することを見出した。さらに、ゼブラフィッシュSyntabulinタンパク質が細胞内で微小管のプラス端に移動することを見出しており、初期発生においてSyntabulinが微小管上で背側決定因子を背側に輸送するというモデルを支持した。背側決定因子を探索するために、未受精卵より抗Syntabulin抗体で免疫沈降することで、Syntabulinと会合する分子の同定を試みた。質量分析により、Syntabulinと会合する多くのタンパク質を同定することができた。魚類・両生類においては、からだの背腹軸の決定は受精直後に起こると考えられている。これまでの研究から、受精卵植物極に存在する背側決定因子が、受精後20分後に形成される微小管束に乗って背側に移動し、背側胚盤細胞でWnt/β-catenin経路を活性化することで背側特異的遺伝子の発現を誘導し、背側軸を形成すると考えられてきた。我々は、背側が形成されないゼブラフィッシュ母性遺伝子効果変異体tokkaebiを解析することで、微小管依存性モータータンパク質Kinesin Iのリンカー分子Syntabulinが、ゼブラフィッシュの初期背側決定に重要な役割を果たしていることを見出してきた。さらに、微小管プラス端に結合するEB

1タンパク質とEGFPとの融合タンパク質EB1-GFPを発現する受精卵を解析し、受精後20分後に、予定背側領域に向かって微小管プラス端を伸長することを明らかにした。これらのデータは、植物極に存在する背側決定因子が、微小管上でKinesin IとSyntabulinの複合体によって、予定背側領域に運搬されることを示唆した。本年度は(1)予定背側に向かって一方向性に微小管が形成されるメカニズム、および(2)Kinesin IとSyntabulinの複合体によって運搬される背側決定因子に関して解析を行った。(1)卵黄植物極には体軸形成に関与する遺伝子のmRNAのいくつかが局在することが知られている(syntabulin mRNAも植物極に局在)。(1)アフリカツメガエルの卵で植物極に局在することが知られるcalmodulin kinase 2g (camk291)のmRNAが、ゼブラフィッシュの卵でも植物極に存在していることを見出した。神経組織の軸索伸長においてCamkは微小管形成に関与していることから、camk291が受精によって引き起こされるCa2+シグナルに反応し、植物極の一方向性の微小管形成を制御している可能性が示唆された。(2)tokkaebi同様に背側が形成されない母性遺伝子効果変異体hecateの責任遺伝子はGrip2 (glutamate receptor interacting protei2)をコードしているが、我々はSyntabulinとGrip2が複合体を作ることを見出した。我々の結果はKinesin I/Syntabulin/Grip2の複合体が、Wnt8aを含む細胞内小胞を輸送することを示唆した。
日本における工業学校の形成と大学昇格

本年度は、前年度までに収集した資料の読解を行い、成果を公表することに努めた。2018年5月に開催された日本科学史学会第65回年会において、「大正・昭和期の大学昇格への反対意見にみる工業学校の意味」のテーマで講演を行った。ここでは工業学校が大学へ昇格する歴史的過程において、昇格への議論について、関係者の間でも必ずしも賛成意見ばかりではなく、反対意見があったことを明らかにし、それらの議論に基づいて、当時工業学校がどのような意義をもっていたのかについて報告した。2018年9月には、欧州の日本学研究所から招聘があった国際ワークショップ「江戸時代から明治期にかけての技術知識の生成と普及ー職人から技師へ」において、「Social Motives of Two Higher Technical Schools in Tokyo and Osaka to Attain University Status in 1929」のテーマで講演を行った。ここでは、東京高等工業学校、および大阪高等工業学校の同窓誌の記事に基づいて、工業学校の形成と発展を社会史的観点から議論を行った。また、明治中期以降の各種工業学校の形成へとつながる歴史的源流にあたる工部大学校の終焉と帝国大学工科大学への移行について研究を展開し、明治初期以来の日本における技術教育の特徴に関する新たな解釈を日本科学史学会誌である『科学史研究』に提示することができた。なお、本年度は当初の計画においては最終年度であったが、上記の欧州の日本学研究所から、平成31年度中に開催される国際ワークショップへの再度の招聘を受けたため、研究課題を発展させた内容について報告する予定である。このため、補助を受ける事業期間の延長を申請した。成果の報告までに時間を費やしたとはいえ、本年度中には、一定の成果を公表することができた。そのうち、欧州の日本学研究所において開催された国際ワークショップにおいて研究課題の成果を示すことができた。その結果、同研究所から平成31年度中に開催される国際ワークショップにおいて引き続き招聘を受けることとなった。当初の計画では本年度が補助を受ける最終年度であったが、期間を延長して本研究課題を発展させる機会を持つことにつながったため、「おおむね順調に進展している」と判断した。本年度は補助を受ける事業の最終年度であったが、9月に参加した国際ワークショップの終了後に、次年度の9月に欧州においてに再び開催される国際ワークショップへ招聘を受けた。そのため、本研究課題を発展させた研究成果を提出することを検討して計画を変更することとし、補助を受ける事業期間の延長を申請した。平成31年度は、おもにその国際ワークショップにおいて成果を公表するための準備に充てる予定である。本研究は、大正・昭和初期に高等工業学校が大学昇格する過程を検討することにより、工業学校の意義を歴史的に明らかにすることを目的とする。技術史と教育史にまたがるこのテーマでは、西欧移入の最先端である大学(高等教育)が主な研究対象になっており、中等教育の役割は検討されてこなかった。とくに20世紀初頭の高等工業学校は、大学に昇格する前史と位置づけられるばかりで、日本の工業発展への役割が正当に評価されていない。中等教育に焦点を当てることで、当時の工業学校の社会的評価とともに、教育の工業化への実質的な貢献の解明を目指す。東京高等工業学校(東京工業大学)の歴史は、先駆的な学校として典型的事例を示すと考えられるため、まず東京工業大学の歴史解明に着手した。初年度は、とくに1929年に東京工業大学への昇格を果たした東京高等工業学校の大学昇格運動に着目し、学校内外の反応を精査することで、当時の工業学校に対する日本人の認識を復元することを試みた。すなわち、東京高等工業学校時代の関係者の手記や回想録を収集し、分析する作業を行った。また、明治から昭和期の工業教育を対象とする研究者への聞き取り調査を行い、工業教育のなかでも、分野によって大学昇格への動機と社会的要求が異なることの示唆を得た。これは、従来の、沿革の記述を中心とした研究によっては得られない視点であり、高等教育史に、科学技術史の視点を導入することで、新たな知見が得られることが分かった。当時の工業学校の状況を知るには、教育の国家政策や、工業関連団体の動きを把握しておく必要があり、そのための文献を手広く収集した。上記の通り作業が進んでいるものの、計画通りに進行していない。初年度の作業内容をもとに、2年目である2017年度にはその成果を公表し始めることを当初の予定としていたが、本報告執筆時点では実施が遅れている。東京高等工業学校(東京工業大学)の分析に一応のめどをたて、大阪や名古屋、熊本等の資料収集を開始する予定であったが、諸高等工業学校の調査について着手できていない。それというのも、東京工業大学の資料として、一般には入手しにくい資料が存在することが判明したためであり、手続きを経て東京工業大学の歴史に関する資料の調査を拡大する必要がある。また、研究対象に関する聞き取りと資料入手の手はずの依頼を予定・期待していた研究者の急逝があったことも、作業に困難をきたしたことの遠因である。以上の理由から、やや遅れていると判断した。

中等教育に焦点を当てることで、当時の工業学校の社会的評価とともに、教育の工業化への実質的な貢献の解明を目指す。本年度は、とくに東京高等工業学校、および大阪高等工業学校(現大阪大学)の歴史解明を行った。両校は、のちに大学に昇格した工業学校の中でも先駆的立場にあり、典型的事例を示すと考えられるためである。学校内外の反応を精査することで、当時の工業学校に対する日本人の認識を復元することを試みた。注目される史料として、両校の同窓会誌があげられる。大阪高等工業のものは大部分が入手可能である一方、東京高等工業のものについては関東大震災の前のものは入手が困難であることが判明した。史料の入手に限界があることを認めたうえで、大学昇格への動機について、学術的要求と社会的要求があることを見出した。これは、従来の、沿革の記述を中心とした研究によっては得られない視点であり、高等教育史に、科学技術史の視点を導入することで、新たな知見が得られることが分かった。当時の工業学校の状況を知るには、教育の国家政策や、工業関連団体の動きを把握しておく必要がある。本年度についても、そのための文献を引き続き手広く収集した。上記の通り作業が進んでいるものの、計画通りに進行していない。計画では、国内の工業学校の分析に一応のめどをたて、名古屋や熊本等の資料収集および分析を開始する予定であったが、東京と大阪の資料についてさえ、欠号や所蔵の散逸があることが判明した。本研究の対象とする時期に起こった関東大震災のためであると推測している。とはいえ、両校が大学に昇格する過程については、入手ができる資料に基づく限りで一応のまとめを行い、翌年度の初夏に行われる学会で報告する予定である。以上、計画の通りではないとはいえ、いくらかの進展があったことから、やや遅れていると判断した。本年度は、前年度までに収集した資料の読解を行い、成果を公表することに努めた。2018年5月に開催された日本科学史学会第65回年会において、「大正・昭和期の大学昇格への反対意見にみる工業学校の意味」のテーマで講演を行った。ここでは工業学校が大学へ昇格する歴史的過程において、昇格への議論について、関係者の間でも必ずしも賛成意見ばかりではなく、反対意見があったことを明らかにし、それらの議論に基づいて、当時工業学校がどのような意義をもっていたのかについて報告した。2018年9月には、欧州の日本学研究所から招聘があった国際ワークショップ「江戸時代から明治期にかけての技術知識の生成と普及ー職人から技師へ」において、「Social Motives of Two Higher Technical Schools in Tokyo and Osaka to Attain University Status in 1929」のテーマで講演を行った。ここでは、東京高等工業学校、および大阪高等工業学校の同窓誌の記事に基づいて、工業学校の形成と発展を社会史的観点から議論を行った。
大規模汎用生体モデル開発のための高性能シミュレーションクラウド

並列実行可能な汎用生体シミュレータFlintおよびそのクラウドサービスFlint K3の実行効率を改善し、超大規模な生体モデルのシミュレーションを実用的な実行時間で実現した。具体的には、自動並列化に際して、2階層グラフ方式に基づく並列化効率の向上、負荷分散の改善、計算順序とデータレイアウトの最適化の3つの手法を開発した。2,800万以上の連立常微分方程式からなる視覚野脳神経細胞モデルに対してシミュレーションを行い、並列化効率98.7%、速度向上27.4倍の性能を達成した。研究の全体構想は、生体機能の本質的理解を支援するため、多様な生体機能を統合した大規模生体モデルの高速なシミュレーションを生体機能研究者に提供することである。この構想のもと、これまでに汎用生体シミュレータFlintを開発し、生体機能モデル記述言語PHMLで記述した生体モデルから並列実行可能なシミュレーション・プログラムを自動的に生成する手法を確立している。さらにFlintを広く利用するための手段として、ブラウザから実行できるクラウドシミュレーションサービスFlint K3を提供している。本研究では、既存の生体シミュレータFlintおよびFlint K3に対して次の2つの拡張を行う。(2)クラウド環境における複数シミュレーションのスループット向上(対象:Flint K3)平成26年度は、主に(1)の目的に取り組んだ。既存のFlintは生体モデルを数式を頂点とする依存グラフとして解釈し変換する粗粒度グラフ方式を採用しているが、大規模な生体モデルに対してはグラフの生成および分割に要するコストが大きく、スケーラビリティ低下の原因となっていた。そこで新たな手法として、生体モデルを階層的なモジュールを頂点とする粗粒度グラフとして解釈・分割した後に細粒度グラフ方式を適用する二階層式グラフ方式を開発した。二階層グラフ方式を用いることで、約460万個の常微分方程式を含む大規模なモデルに対するシミュレーション・プログラムの生成において、必要な主記憶量を約1/5に削減し、実行時間を約1/4に短縮できた。(2)クラウド環境における複数シミュレーションのスループット向上(対象:Flint K3)平成27年度は、まず(1)に関して、生体機能分野の研究者の協力を得て超大規模な生体モデルを作成し、そのシミュレーションを現実的な時間内に実行できる方法を確立した。このモデルは生物的には視覚野を構成する脳神経細胞ネットワークを模したもので、数学的には2,800万個以上の連立方程式からなる。並列実行を用いずにこのモデルをシミュレーションした場合には170時間以上を要する。本研究で確立した自動並列化機能によって処理の98.7%を並列化でき、シミュレーション時間を6.2時間(40並列の場合)に削減できた。次に(2)に関しては、(1)の成果をFlint K3に組み込んだ新システムの構築に取り組んでいる。昨年度に見直した研究計画では、(1)Flint K3のクラウド環境移行(2)シミュレーションの改良をFlint K3に反映し、一般公開(3)複数シミュレーションを同時実行する場合の効率的な資源割り当ての自動化(4)実利用データに基づくシステム改善の4段階の方針を立てた。平成27年度内に(2)まで完了する予定であったが、現在の進捗は(2)の途中段階である。具体的には、改良の反映を完了しベータ版として限定ユーザに公開できている。遅れの原因は、単一シミュレーションのスループット向上に関して新たな発見があり、そちらを優先したためである。本研究では、既存の生体シミュレータFlintおよびFlint K3に対して次の2つの拡張を行った。(2)クラウド環境における複数シミュレーションのスループット向上(対象:Flint K3)平成28年度は、(1)に関して前年度までの成果を拡張し、より高速かつスケーラブルに実行可能なシミュレーション・プログラムを生成する手法を確立した。具体的な手法は次の2つである。まず、計算の実行順序およびデータレイアウトを自動最適化することで、シミュレーションを高速化した。CPU実行時に最大1.57倍、GPU利用時には最大1.6倍の高速化を達成した。次に、並列実行時における負荷分散を改善し、計算機の実行効率を向上した。16台からなるPCクラスタでの実行時に1.22倍の速度向上を得た。また(2)に関して、実行前に生体モデルの特徴を解析し、適切な使用計算機数を推定してシミュレーションを実行する機能を開発した。これにより、計算機資源の無駄な利用を削減し、複数のシミュレーションを効率良く実行することが期待できる。

並列実行可能な汎用生体シミュレータFlintおよびそのクラウドサービスFlint K3の実行効率を改善し、超大規模な生体モデルのシミュレーションを実用的な実行時間で実現した。具体的には、自動並列化に際して、2階層グラフ方式に基づく並列化効率の向上、負荷分散の改善、計算順序とデータレイアウトの最適化の3つの手法を開発した。2,800万以上の連立常微分方程式からなる視覚野脳神経細胞モデルに対してシミュレーションを行い、並列化効率98.7%、速度向上27.4倍の性能を達成した。当初の研究計画では、平成26年度は単一シミュレーションのスケーラビリティ向上について遂行し、平成27年度以降にクラウド環境における複数シミュレーションのスループット向上について遂行する予定であった。平成26年度は予定通り前者に取り組み、シミュレーション並列化のボトルネックを解消してスケーラビリティ向上を達成した。具体的には、従来は32並列実行時に高々2.7倍の速度向上しか得られなかった場合に対して、改善後は32並列実行時に約15.6倍の速度向上を得られた。さらに後者についても部分的に先行して取り組みをはじめ、クラウド環境における単一シミュレーションの使用資源量を自動最適化する手法を開発中である。平成28年度では、研究計画のうち``複数シミュレーションを同時実行する場合の効率的な資源割り当て''に重点して取り組む予定である。この目的を次の2つの課題に分け、段階的に取り組む。まず、個々のシミュレーションに関して最も資源効率のよい並列数を自動的に決定する手法を確立する。具体的な手法として、シミュレーション対象の生体モデルの特徴量を抽出し、過去の実行情報から深層学習などの機械学習を用いることを想定している。次に、同時実行している他のシミュレーションを考慮した並列数の決定手法を開発する。具体的には、各シミュレーションが最適な並列数を選択した場合の余剰資源に注目し、費用対効果の高い余剰資源の割り振りを予測することを検討している。並列ソフトウェア開発当初の予定通り、クラウド環境における複数シミュレーションのスループット向上について取り組む予定である。ただし、研究を遂行する上での課題として、Flint K3が稼働するクラウド環境の移行に伴う作業が挙げられる。FlintK3は他研究機関の提供するクラウド環境上に構築しているが、先方の都合により旧環境を廃止して新環境へ移行する必要が発生した。情報連携の不手際などもあり、この移行を平成26年度内に終えることができなかった。そこで当初の予定に加え、今後の方針を次のように変更する。(1)Flint K3のクラウド環境移行を優先して遂行する(2)本年度の成果をFlint K3に反映し、一般に利用できるよう公開する(