hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
長大スパン斜張橋の静的、動的安定性を確保できる限界最小断面構成の特定

本研究は、長大スパン斜張橋を対象に、静的、動的安定性が確保できる限界最小断面の追求を行ったものである。斜張橋のコスト低減を達成するには、主桁断面をいかに、安全かつ小さくするかにかかっている。安全な小型断面の設定は、ケーブルサイズ、塔サイズの低減、また基礎工事費の低減に結びつくものである。本研究では主桁断面の小型化の追及とあわせて、相対的に高価なケーブルの安全率低減の可能性も検討している。まず、ケーブルの安全率低減の可能性に関する研究から得られた結果を要約する。1)斜張橋においては、ケーブルの塑性伸びに起因して、大きな圧縮軸力を受ける主桁が座屈し、終局状態となる。2)終局時の荷重倍率(終局時の作用荷重と死、活荷重の比)は極めて簡単に計算できる。すなわち、ケーブルの耐力と発生最大応力の比でもって安全側に推定できる。3)ケーブルの安全率を現行の2.5(破断に対して)から2.2に砥下させても、橋梁全体の安全率1.7は確保できる。4)フラッター風速、横ねじれ座屈が生じる風速は、ともにケーブル安全率の影響を受けない。一般に前者に比べて後者の風速が低いが、設計風速はクリヤできる。ケーブルの安全率を2.2に低減した上で、静的、動的安定性を確保できる最小断面の特定に関する研究から得られた結果を要約する。1)桁幅としてスパンの50-55程度を選び、塔位置の桁端部(横断面内)の板厚を適切に補強すれば安定性(フラッター、横ねじれ座屈)の確保が可能となり、これまで言われてきた比40は限界とならない。2)面内耐力の観点からは、桁高はかなり小さくできるが、製作性、架設時安定性、維持管理を念頭に入れて、2.0-2.5mを最小とする。桁幅が広い場合、橋軸直角方向にに発生する応力も念頭に入れて最小桁高を検討する必要がある。3)終局時の荷重倍率は、ケーブルでは、耐力と発生最大応力の比、主桁、塔では、局部座屈強度と発生最大応力の比を計算し、いずれか最も小さい値を選べばよい。スパン600m斜張橋を対象に、ケーブルの非弾性挙動を考慮した弾塑性有限変位解析から終局挙動、強度を検討した。桁高さを3ケース、また3種類のケーブル安全率をパラメータとした解析を行った。その際、塔の剛性は現行安全率で得られる値より若干大きい値とした。計算の結果、次の知見を得た。1)斜張橋の終局耐力はケーブルの降伏に支配される、2)桁高を高くするほど強度が上昇するが、顕著ではない、3)終局時の荷重倍率は(ケーブルの降伏点/ケーブル最大応力)または(桁鋼板の局部座屈応力/最大作用応力)のうち小さい方の値で評価できる。次に、スパン600m,1400mの斜張橋を対象にし、それぞれ、桁高(高さをパラメータ)、ケーブル安全率に加え、塔の安全率も変化させ、弾塑性有限変位解析を行った。各構成要素(桁、ケーブル、塔)のそれぞれの強度(安全率に応じて部材諸元を変化)が全体の終局挙動に及ぼす影響の検討である。

その結果、等分布荷重が作用する状態では、(ケーブル降伏点/ケーブルの最大作用応力)、(桁鋼板の局部座屈応力/最大作用応力)、(塔鋼板の局部座屈応力/最大作用応力)のうち、一番小さい値で橋全体の終局が支配されることを明らかにするとともに、以上の比率で橋全体の荷重係数が評価できることを明らかにした。塔に大きな曲げモーメントが生じる偏載荷重時には、塔剛性が高いと、ほぼケーブルの塑性化で全体耐力が支配される。一方、塔剛性を小さくすると、桁の剛性との関係に応じて異なった崩壊状態を示す。この荷重倍率に関する同定は今後の課題となった。現在、1400mモデルの計算が終了しており、結果を整理中の状態である。本研究は、長大スパン斜張橋を対象に静的、動的安定性が確保できる限界最小断面の追求を行ったものである。斜張橋のコスト低減を達成するには、主桁断面をいかに、安全かつ小さくするかにかかっている。安全な小型断面の設定はケーブルサイズ、塔サイズの低減、また基礎工事費の低減に結びつくものである。本研究では主桁断面の小型化の追及とあわせて、相対的に高価なケーブルの安全率低減の可能性も検討している。まず、ケーブルの安全率低減の可能性に関する研究から得られた結果を要約する。1)斜張橋においては、ケーブルの塑性伸びに起因じて、大きな圧縮軸力を受ける主桁が座屈し、終局状態となる。2)終局時の荷重倍率(終局時の作用荷重と死、活荷重の比)は極めて簡単に計算できる。すなわち、ケーブルの耐力と発生最大応力の比でもって安全側に推定できる。3)ケーブルの安全率を現行の2.5(破断に対して)から2.2に低下させても、橋梁全体の安全率1.7は確保できる。4)フラッター風速、横ねじれ座屈が生じる風速は、ともにケーブル安全率の影響を受けない。一般に前者に比べて後者の風速が低いが、設計風速はクリヤできる。ケーブルの安全率を2.2に低減した上で、静的、動的安定性を確保できる最小断面の特定に関する研究から得られた結果を要約する。1)桁幅としてスパンの50-55程度を選び、塔位置の桁端部(横断面内)の板厚を適切に補強すれば安定性(フラッター、横ねじれ座屈)の確保が可能となり、これまで言われてきた比40は限界とならない。2)面内耐力の観点からは桁高はかなり小さくできるが、製作性、架設時安定性、維持管理を念頭に入れて2.0-2.5mを最小とする。桁幅が広い場合、橋軸直角方向にに発生する応力も念頭に入れて最小桁高を検討する必要がある。3)終局時の荷重倍率は、ケーブルでは、耐力と発生最大応力の比、主桁、塔では、局部座屈強度と発生最大応力の比を計算し、いずれか最も小さい値を選べばよい。
超細密磁場測定及び古地磁気学的手法による被熱遺構探査

遺跡遺構の被熱痕跡を、簡単かつ迅速に確認する帯磁率測定法の確立をめざしてきた。特に、今年度はシルト(粘土)質土壌の被熱による帯磁率変化と被熱痕跡である帯磁率増加の時間経過に対する安定性について検討した。その目的達成のため、今年度に実施した実験項目は大きく分けて、(1)シルト質土壌面(兵庫県七日市遺跡)でのたき火実験とたき火前後の表面土壌での帯磁率測定、(2)被熱痕跡(赤化)の確認遺跡(新潟県大沢遺跡、縄文時代)での帯磁率測定、(3)実際の遺跡(岡山県恩原遺跡)での磁気による被熱遺構探査、そして(4)配石遺構の被熱痕跡探査法の検討であった。項目(1)では、シルト質土壌面で約10倍程度の帯磁率増加を確認できた。昨年度実施の火山灰質土壌(愛鷹ローム)面では約1.41.5倍の増加であった。予想通り、シルト質(粘土質も含む)土壌でより大きな、被熱による帯磁率増加が認められた。項目(2)では、肉眼的に観察される土壌(火山灰質)のみならず、観察されない土壌においても、帯磁率測定により被熱痕跡を確認できることがわかった。ただし、その帯磁率増加率は些少で、火山灰質土壌での適用の難しさが一層確認された。項目(3)では、帯磁率及び残留磁化強度供に相対的に大きな土壌を発見した。それらの土壌の磁気的性質が被熱によってもたらされたものかどうか他の方法で検討する予定である。項目(4)では、配石遺構の石材の被熱痕跡の同定法及び痕跡ありの場合に被熱温度を推定する方法を実際の被熱(たき火)を通して検討した。石材が被熱すると新たな熱残留磁化を獲得することを利用して、残留磁化方位と強度から被熱痕跡及び被熱温度が推定できることがわかった。
フナムシの超微細構造による吸水メカニズムーその機能の不安定性と補償システム

フナムシは成虫脱皮を繰り返し体サイズを大きくしていくが、これに伴って吸水機能における不安定性の要因として「汚れの付着」が脱皮の間にどの程度生じているのかを明らかにするため、走査型電子顕微鏡像を用いた画像解析を行った。その結果、脱皮前の個体では脱皮直後の個体に比べて、列構造に多くの汚れが付着していることが明らかになった。また本研究では、フナムシの幼生も成体と類似した吸水構造を持つことを明らかにした。フナムシの幼生は付属肢を6対しか持たないため、成体の持つ、吸水のための列構造は持たないと考えられてきた。しかし、今回の画像解析では幼生の第5・6肢に類似の構造が存在することが明らかになった。動物の集水・吸水メカニズムについて、口器以外の知見は極めて乏しい。これまで、等脚目に属するフナムシ類が体表の構造を用いた独特な吸水様式を獲得していることを明らかにしてきた。すなわち2対の後肢(第6肢と第7肢)の表面に存在する、高さ約30μmのクチクラの毛状突起が規則正しい列を形成するという精密な機構を介した海水の吸水とその調整である。しかしこのような精密な構造であるがゆえに「汚れの付着」と「構造の摩耗」という不安定性にさらされている。そこで本研究では微細列構造とその特性の経時的変化を形態学的及び物性の面から追跡することにより、吸水メカニズムとその機能の不安定性と脱皮リズムの関連を明らかにすることを目的とした。フナムシは成虫脱皮を繰り返し、体サイズを大きくしていくが、これに伴って吸水機能も変化すると考えられる。不安定性の要因として「汚れの付着」と「構造の摩耗」が脱皮の間にどの程度生じているのかを明らかにするため、走査型電子顕微鏡像を用いた画像解析を行った。フナムシの第6・7肢では、直線上に並んだクチクラの突起が約30μmの間隔で10列程度並ぶことにより幅約200-300μmの列構造を形成している。このうち特に周縁部分の1-2列の汚れが著しかった。また突起そのものにも付着物が多く見られ、感覚毛が完全に覆われるほど汚れが付着している箇所も見られた。汚れの付着が多く見られた周縁部の毛の列は、毛細管現象により水を重力に逆らって上昇させる機能があることから、この部位の汚れは水の吸水効率を低下させる可能性が示唆された。また、フナムシの孵化直後の幼体は脚を6対しかもたず、水中に長く滞在する生活様式をとるため、脚の列構造を用いた吸水機能は有さないと考えられてきたが、6対の脚のうち最も後側の2対に成体と同様の列構造を有することを新たに明らかにした。

動物の集水・吸水メカニズムについて、口器以外の知見は極めて乏しい。これまで、等脚目に属するフナムシ類が体表の構造を用いた独特な吸水様式を獲得していることを明らかにしてきた。すなわち2対の後肢(第6肢と第7肢)の表面に存在する、高さ約30μmのクチクラの毛状突起が規則正しい列を形成するという精密な機構を介した海水の吸水とその調整である。しかしこのような精密な構造であるがゆえに「汚れの付着」と「構造の摩耗」という不安定性にさらされている。そこで本研究では微細列構造とその特性の経時的変化を形態学的及び物性の面から追跡することにより、吸水メカニズムとその機能の不安定性を明らかにし、環境変化と脱皮リズムの関連を明らかにすることを目的とした。フナムシは成虫脱皮を繰り返し、体サイズを大きくしていくが、これに伴って吸水機能も変化すると考えられる。そこで本年度は、脱皮というイベントが個体に与える影響とその意味を明らかにした。不安定性の要因として「汚れの付着」と「構造の摩耗」が脱皮の間にどの程度生じているのかを明らかにするため、走査型電子顕微鏡像を用いた画像解析を行った。その結果、脱皮前の個体では脱皮直後の個体に比べて、列構造に多くの汚れの付着があることが明らかになった。汚れの付着は列構造の周縁部や溝構造の中央部分で特に顕著に見られた。しかしもう一つの不安定性の要因である「構造の摩耗」については脱皮前後で明確な違いは確認されなかった。今後、飼育基材の違いによって構造の摩耗が生じるかという点について検討を行う必要性が示唆された。すなわち2対の後肢(第6肢と第7肢)の表面に存在する、クチクラの毛状突起が規則正しい列を形成するという精密な機構を介した海水の吸水とその調整である。そこで本研究では微細列構造とその特性の経時的変化を形態学的及び物性の面から追跡することにより、吸水メカニズムとその機能の不安定性を明らかにし、脱皮リズムの関連を明らかにすることを目的とした。フナムシは成虫脱皮を繰り返し体サイズを大きくしていくが、これに伴って吸水機能も変化すると考えられる。汚れの付着が多く見られた周縁部の毛の列は、毛細管現象により水を重力に逆らって上昇させる機能があることから、この部位の汚れは水の吸水効率を低下させる可能性が示唆された。また、これまでフナムシの孵化直後の幼体は脚を6対しかもたず、水中に長く滞在する生活様式であるため、脚の列構造を用いた吸水機能は有さないと考えられてきた。しかし、本研究により幼体の持つ6対の脚のうち最も後側の2対に成体と同様の列構造を有することを新たに明らかにした。フナムシの幼体は親個体の保育嚢から放出された後、約3週間で最初の脱皮を行い、7対の脚を持つようになる。この時に新しく増えた脚は最後尾にできることが明らかになった。動物生理学フナムシ後肢に存在する微細列構造における水の上昇は、単離した脚においても生じる界面張力による受動的な現象である。
咀嚼筋痛の治療効果予測のための定量的超音波ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ診断法の確立

咀嚼筋痛を有する顎関節症患者において、超音波elastographyによる咬筋の硬度情報を基に、咀嚼筋痛の治療効果を予測しうる定量的画像診断法の確立をめざす。ファントムを用いて組織弾性指数の測定精度を求め、弾性指数と生体硬度計による組織硬度の相関を検討した。その結果、弾性指数は臨床応用上十分であった。患者にオーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療を施行した。治療有効群において、治療後の咬筋の筋厚・筋硬度は縮小し、高エコーバンドが明瞭にみられる割合が増えた。有効群と無効群間の超音波所見に違いがみられた。これは、治療効果を予測する重要な因子となり得た。本研究プロジェクトは、超音波elastographyを用いて咀嚼筋痛を有する顎関節症患者の咀嚼筋の形態・内部性状・血流動態・硬度情報を評価し、それらの値を基にして咀嚼筋痛の治療法の選択・治療効果を予測しうる定量的画像診断法の確立をめざすものである。当該年度では超音波elastographyを用いて咬筋の持続噛締めによる変化や筋マッサージ治療後の変化を評価し、超音波elastographyによる画像診断の指標となりうる値を明らかにする。健常ボランティアに持続噛締めの実験を行い、咬筋全体の硬度、軟・硬領域の面積比、筋厚みの変化を評価した。その結果、軟領域の面積比は持続噛締めによる咬筋の浮腫の状態とよく相関し、MRI所見ともよく合致し、硬領域の面積比は咬筋硬度をよく表していた。これらの値は咬筋の性状を把握する上で有用な指標となりうることを明らかにした。前年度に引き続いて、咀嚼筋痛を有する患者に対しオーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療施行の同意を得て、治療プロトコールに従い筋マッサージ治療を施行するとともに、筋マッサージ前後において咀嚼筋の超音波elastographyの撮像を行い、咬筋の浮腫・硬度・筋厚み・筋内部エコーの変化の検討を進めている。当該年度では超音波elastographyを用いて咬筋の筋マッサージ治療後の変化を評価し、超音波elastographyによる画像診断の指標となりうる値を明らかにする。咀嚼筋痛を有する患者に対し、オーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療施行の同意を得て、治療プロトコールに従い筋マッサージ治療を施行するとともに、筋マッサージ治療前後において咀嚼筋の超音波elastographyの撮像を行い、咬筋の浮腫・硬度・筋厚み・筋内部エコーの変化を評価した。マッサージ治療は、70.7%の患者において有効であった。治療有効群において治療後の咬筋の筋厚は有意に縮小し、高エコーバンドが明瞭にみられる割合が増え、筋硬度は縮小した。治療の有効・無効群において、超音波所見の変化に異なる所見が確認された。咬筋の筋厚、高エコーバンドの描出、筋硬度は、治療効果を予測する重要な因子となり得ることを明らかにした。本研究プロジェクトは、超音波elastographyを用いて咀嚼筋痛を有する顎関節症患者の咀嚼筋の形態・内部性状・血流動態・硬度情報を基にして、咀嚼筋痛の治療法の選択・治療効果を予測しうる定量的画像診断法の確立をめざすものである。当該年度ではその基盤として超音波elastographyの組織弾性の測定精度の向上および組織硬度を表示しうる超音波elastographyシステムの構築をめざした。既存の超音波断層装置LOGIQ E9および新規購入の硬さ・大きさ・輝度の異なる素材が埋め込まれた超音波弾性評価用ファントムを用いて、超音波elastographyにおける組織圧迫の訓練を行い、一定範囲の組織圧迫を実施できるようにした。その結果、組織弾性の測定精度は、検査者間CV=5.18%、検査者内CV=4.10%となり、臨床応用上十分な精度を確保できた。次に超音波elastography(USE)解析ソフトウェアおよび生体硬度計を用いて、健常ボランティアの咬筋の関心領域の弾性数値および組織硬度を測定した。その結果、USEの弾性数値と生体硬度計による組織硬度との間には有意な相関がみられ(Kendall相関係数0.44)、超音波elastographyシステムの基礎づくりは達成できた。

現在、咀嚼筋痛を有する患者に対しオーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療施行の同意を得て、治療プロトコールに従い筋マッサージ治療を施行するとともに、筋マッサージ前後において咀嚼筋の超音波elastographyの撮像を行い、咬筋・側頭筋の硬度・幅径・筋内部エコーの変化の検討を進めている。今年度の研究の目的は、咬筋の持続噛締めや筋マッサージ治療後における咬筋の変化を表示しうる超音波elastographyの指標を探ることである。前者に関して、健常ボランティアに持続噛締めの実験を行い、咬筋全体の硬度、軟・硬領域の面積比、筋厚みの変化を評価し、軟・硬領域の面積比はそれぞれ咬筋の浮腫および筋硬度をよく表しており、咬筋の性状を把握する上で有用となりうる指標の獲得は達成できた。後者に関しては、咀嚼筋痛を有する患者に対しオーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療を施行し、データ収集を進めている。今年度の研究の目的は、超音波elastographyの組織弾性の測定精度の向上、および組織硬度を表示しうる超音波elastographyシステムの構築をめざすことである。前者に関して、超音波弾性評価用ファントムを購入し、超音波elastographyにおける組織圧迫の技術を習得し、組織弾性の測定精度は検査者間CV=5.18%、検査者内CV=4.10%となり、臨床応用上十分な精度を確保できた。後者に関しては、Elastography解析ソフトウェアを用いた関心領域の弾性数値と生体硬度計による組織硬度との間には有意な相関がみられ(Kendall相関係数0.44)、超音波elastographyシステムの基礎づくりは達成できた。咀嚼筋痛を有する患者に対しオーラルリハビリテーションロボットによる筋マッサージ治療施行の同意を得て、治療プロトコールに従い筋マッサージ治療を施行する。患者の咀嚼筋痛・開口制限・関節音・日常生活支障の程度を記録する。筋マッサージ前後において咀嚼筋の超音波elastographyの撮像を行い、咬筋全体の硬度、軟・硬領域の面積比、筋厚み、筋内部エコーの変化を記録する。臨床症状、超音波elastographyの指標とマッサージ治療効果との関連を検討し,治療効果を予測しうる定量的画像診断法の確立をめざす。筋マッサージ前後において咀嚼筋の超音波elastographyの撮像を行い、咬筋・側頭筋の硬度・幅径・筋内部エコーの変化を記録する。筋硬度とマッサージ治療効果との関連を検討し,治療効果を予測しうる定量的画像診断法の確立をめざす。咀嚼筋の状態や慢性疼痛のしくみを検討するために、MR装置を借用してMR検査を施行する。超音波elastographyの硬度の正確性を確認するために筋腱構造模擬ファントムを購入し実験を行う。データ解析にパソコンを要する。研究補助および統計処理に関する専門知識の提供を必要とする。国内外の関連学会で発表する。また関連施設で研究打合せを行う。研究成果を投稿する。筋肉の弾性硬度と圧痛閾値を同時に測定可能な圧痛PEKを購入し、筋痛の程度を主観・客観的に把握できるようにする。
降着円盤の渦状衝撃波の数値実験と観測の比較

降着円盤とは、白色わい星、中性子星、ブラックホールなど、いわゆるコンパクト天体の周りにできたガスの円盤である。本研究では近接連星系に存在する降着円盤の3次元数値流体力学シミュレーションを行った。計算法は有限体積法で、リーマン解法としてSFS法を採用した。計算領域は、質量降着が起こっている主星とガスを供給している伴星を含む。ガスの状態方程式としては、完全気体のそれを採用した。その結果、ラグランジュL1点から流れ出したガス(L1流)は、採用したパラメターの範囲では、円盤に貫入することが分かった。貫入したガスに、公転している円盤ガスが衝突して、細長い衝撃波を形成することが分かった。これをわれわれはL1衝撃波と名付けた。それとともに、すでに我々が発見していた渦状の衝撃波も見いだされた。L1衝撃波のために、円盤ガスは角運動量を失い、中心星に落下する。我々は従来、渦状衝撃波による角運動量輸送機構を提案してきたが、その大きさは必ずしも十分でなかった。本研究で見いだしたL1衝撃波による角運動量損失は十分に大きいことが分かった。1997年になって英国の天文学者が、激変星ペガサス座IP星において、予言通りの渦状構造を発見して以来、渦状衝撃波モデルは世界の注目を浴びるようになった。またL1流の貫入現象も最近発見された。上記の計算の問題点は、輻射輸送による冷却が陽に考慮されていないことである。かわりにガスの比熱比γを断熱気体の5/3から1.01に下げることにより、その効果を代替した。われわれは今後、有限体積法ではなく、モンテカルロ直接法による数値シミュレーションを計画している。そして2次元の場合には予備的な結果を得ている。さらに計算を3次元に拡張して、熱伝導を陽的に解くことにより、輻射輸送をシミュレートすることを考えている。降着流の研究および太陽風と星間ガスの相互作用の研究を行った。近接連星系における降着円盤の3次元数値シミュレーションを行い、最近ペガサス座IP星で発見された、降着円盤上の渦状衝撃波の観測と比較した。われわれの計算では、コンパクト星からラグランジュ点を経由して流れ出したガスは、降着円盤と衝突して、いわゆるホットスポットを形成するのではなく、円盤に観入することを発見した。星風降着流の研究では、近接連星系における星風降着の2次元数値シミュレーションを行った。その結果、流れが2次元で、等温ガスの場合、マッハ数が大きいと、流れは非常に不安定になることを確認した。また降着流に対する輻射抵抗の影響の研究も行った。この場合、流れの速さが光速に近くなると影響が現れる。輻射圧の影響は降着率を減少させる方向に働き、輻射抵抗の影響は増大させる方向に働く。両者の影響が重なり合って、結局は降着率は増大することが分かった。また太陽風と星間ガスの相互作用の研究においては、電磁流体力学の3次元数値シミュレーションを行った。計算法は有限体積法で、リーマン解法としてSFS方を採用した。計算領域は、コンパクト天体周りのみの場合と、伴星を含む領域まで拡張した場合の両者を行った。

その結果、分かったことは、ラグランジュL1点から流れ出したガスは、定説とは異なり、円盤に貫入することであった。貫入したガスに、公転している円盤ガスが衝突して、細長い衝撃波を形成することが分かった。それとともに、すでに我々が発見していた渦状の衝撃波も見いだされた。L1流による衝撃波のために、円盤ガスは角運動量を失い、中心星に落下する。これは円盤ガスの角運動量損失に関する第三のメカニズムである。ちなみに定説は、乱流粘性による角運動量輸送である。また我々は従来、渦状衝撃波による角運動量輸送機構を提案してきたが、その大きさは必ずしも十分でなかった。本研究で我々が発見した機構は、全く新しいものである。1997年になって英国の天文学者が、激変星ペガサス座IP星において、予言通りの渦状構造を発見して以来、渦状衝撃波モデルは世界の注目を浴びるようになった。われわれは観測データと計算結果の比較を行い、良い一致を得た。われわれは、上記の研究とは別に、回転円盤における粘性係数の気体運動論的導出過程を調べている。これは完全に解析的な研究である。Boltzmann方程式から出発し、衝突項に対してBGK近似を行い、Chapman-Enskog展開を行って、回転気体に対する粘性係数を求めた。降着円盤とは、白色わい星、中性子星、ブラックホールなど、いわゆるコンパクト天体の周りにできたガスの円盤である。本研究では近接連星系に存在する降着円盤の3次元数値流体力学シミュレーションを行った。計算法は有限体積法で、リーマン解法としてSFS法を採用した。計算領域は、質量降着が起こっている主星とガスを供給している伴星を含む。ガスの状態方程式としては、完全気体のそれを採用した。その結果、ラグランジュL1点から流れ出したガス(L1流)は、採用したパラメターの範囲では、円盤に貫入することが分かった。これをわれわれはL1衝撃波と名付けた。L1衝撃波のために、円盤ガスは角運動量を失い、中心星に落下する。我々は従来、渦状衝撃波による角運動量輸送機構を提案してきたが、その大きさは必ずしも十分でなかった。本研究で見いだしたL1衝撃波による角運動量損失は十分に大きいことが分かった。またL1流の貫入現象も最近発見された。上記の計算の問題点は、輻射輸送による冷却が陽に考慮されていないことである。かわりにガスの比熱比γを断熱気体の5/3から1.01に下げることにより、その効果を代替した。われわれは今後、有限体積法ではなく、モンテカルロ直接法による数値シミュレーションを計画している。そして2次元の場合には予備的な結果を得ている。さらに計算を3次元に拡張して、熱伝導を陽的に解くことにより、輻射輸送をシミュレートすることを考えている。
ヒノキとスギの材質劣化樹脂性病害の樹木成分による解析

針葉樹5種の各部成分化合物を、樹病感染時と健康時で比較した。また、それらの主要な化合物の病原菌成長への影響を調べ、次のことがわかった。1.ヒノキアスナロ樹皮成分は、高級脂肪酸メチルエステルから、漏脂病に罹病後にはabietinolやabieta-7,13-dieneのジテルペンとなった。2.ヒノキ樹皮成分は、ジテルペン二量体や高級脂肪酸から、漏脂病に罹病後にはtorulosolやferuginolなどのジテルペンとなった。材成分では、罹病後より酸化が進んだ構造のテルペンが得られた。3.樹脂胴枯病ヒノキ樹脂の主化合物はtorulosolとcupressic acidであり、樹脂胴枯病ローソンヒノキ樹脂の主化合物はacetyl isocupressic acidとisocupressic acidであった。前者2ジテルペンは病原菌菌糸成長を促進し、後者2ジテルペンは抑制した。4.キバチにより変色したスギ材の特徴的な化合物はabieta-7,13-dieneとacetyl-sandaracopimarinolであった。5.漏脂病ヒノキの樹皮化合物の樹木分布を調べると、目立った増加をしめすt-communic acidが感染段階をしめす基準物質となることがわかった。6.樹脂胴枯病に感染したローソンヒノキの樹皮と材かち、抗菌性テルペンtotarol, nootkatin, nootkatone,13-hydroxynootkatoneを分泌していた。ローソンヒノキはテルペンに基づく防御メカニズムを有していた。7.樹脂胴枯病に感染したレイランドヒノキ樹脂からがcommunic acidやtotarolのジテルペンを単離した。これらは病原菌の菌糸成長を抑制した。レイランドヒノキはテルペンに基づく防御メカニズムを有していた。樹脂病に感染した樹木と非感染の樹木の成分を比較するための分析を、ローソンヒノキとヒノキについて行った。1.ローソンヒノキの材と樹皮成分樹脂胴枯病ローソンヒノキの材と樹皮成分の分析結果を生かすため、健全木の樹皮と材から、テルペン10種、ステロイド2種、炭素数22,24,26の直鎖脂肪酸メチルエステル3種、フェニルプロパロイド1種を単離した。うち13化合物はこの樹木からはじめて見いだされた。罹病すると抽出物量が45倍に増え、生合成経路のより進んだ構造の化合物に変化していた。健康時ラブダン系やアビエタン系のジテルペンが、罹病するとほとんどトータラン系のものとなっていた。2.漏脂病ヒノキの材成分漏脂病に感染したヒノキの材からセスキテルペン11種、ジテルペン4種を単離した。健全な材と比べると、健康時のセスキテルペンに水酸基やカルボニル基が増えた構造をしており、より酸化が進んだ化合物が得られた。ジテルペンにおいても同じように考えられた。3.ヒノキの樹皮成分の垂直分布(ガスクロマトグラフ法による)一本の健全なヒノキ木の樹皮からの面積当たりの抽出物量はどの高さでもほぼ一定であった。ジアゾメタンを用い抽出物をメチル化後、ガスクロマトグラフ法で同定と定量を行った。健全木の樹皮では、成分化合物も高さによりほぼ変わらないことを、一方、一本の漏脂病に感染したヒノキの樹皮では、患部やその付近で抽出物量が増加し、そこでは特徴的な化合物の増加を確認した。これらの特徴的な化合物の増加量から病状の進行を把握できると考えた。

漏脂病、樹脂胴枯病、キバチが産卵時に注入したアミロステレウス属菌による材変色のように、菌に感染し樹脂病となった樹木と非感染の樹木の成分を比較するための分析を、3種の樹木で行った。1.ローソンヒノキの材と樹皮成分。非感染のものから、8種のジテルペン、3種のセスキテルペン、2種のステロイド、1種のリグナン、3種の高級脂肪酸メチルエステルを単離した。内14種はこの樹木からはじめて見出された。雑誌論文の1に発表した。2.漏脂病ヒノキ材成分。樹病の材から、11種のテルペン、1種のステロイド、1種のリグナンを見いだした。健康な材から、8種のテルペン、1種のステロイド、1種のリグナンを見いだした。各成分を比較し、漏脂病に感染するとより酸化が進んだ構造の化合物が見出されると言える。雑誌論文の2に発表した。3.ヒノキ樹皮成分の垂直分布。健康な1本の樹木の樹皮抽出量は、面積当たりどの高さでもほぼ一定であった。漏脂病の樹皮抽出量は幹部やその周辺で増加した。樹皮抽出物をジアゾメタンによるメチル化後、ガスクロマトグラフ法で同定と定量を行った。患部では特徴的なジテルペンが増加しており、これから病状の進行を把握できると考えた。(投稿準備中)4.キバチが産卵時に注入したアミロステレウス属菌により変色したスギ材の成分。キバチの材変色被害を受けた材の抽出量は健康時より多くなり、アビエタ-7,13-ジエン,デヒドロアビエタンなど健康時には見いだされないアビエタ系ジテルペンが単離できた。(投稿準備中)樹脂胴枯病のセイリジウム属やキバチの共生菌アミロステレウス属のような菌に感染し樹脂病となった樹木成分と、非感染の樹木の成分を比較することから樹脂病を解析するための分析を4種の樹木で行っている。2.キバチより変色したスギ材中のテンペル類。キバチが産卵時に注入した菌による変色したスギ材から、セスキテンペン3種とジテルペン15種が単離された。健康材の成分化合物と比較し、変色時にアビエタ系ジテルペン多種が新たに分泌されること、菌成長を抑制すると推定できるジテルペンアルコール2種(16-phyllocladanol, sandaracopimarinol)が感染時分泌量を増加することが分かった。(雑誌論文の2)3.樹脂胴枯病レイランドヒノキの樹脂成分。樹脂胴枯病に感染した樹木の樹脂として3つめ、レイランドヒノキ樹脂から17種のジテルペンと2種のリグナンを単離した。ラブダン系ジテルペンのisocupressic acidとその誘導体が多種見出され、これらが樹脂に特徴的な化合物と考える。これらジテルペンの病原菌への影響を検討し、投稿原稿を準備する。感染した材中の物質の分析も進めている。ステロイド、ジテルペン、リグナンの3グループの化合物が単離されている。針葉樹5種の各部成分化合物を、樹病感染時と健康時で比較した。また、それらの主要な化合物の病原菌成長への影響を調べ、次のことがわかった。1.ヒノキアスナロ樹皮成分は、高級脂肪酸メチルエステルから、漏脂病に罹病後にはabietinolやabieta-7,13-dieneのジテルペンとなった。2.ヒノキ樹皮成分は、ジテルペン二量体や高級脂肪酸から、漏脂病に罹病後にはtorulosolやferuginolなどのジテルペンとなった。材成分では、罹病後より酸化が進んだ構造のテルペンが得られた。
インスリン分泌におけるRab3A低分子量G蛋白質の役割と作用機構

私共の研究室では、低分子量G蛋白質Rab3Aがインスリン分泌や神経伝達物質の放出反応などの細胞外の刺激に反応して分泌が起こるregulated secretionに関与していることを明らかにしつつある。また、Rab3Aの活性制御蛋白質としてRab GDIを、標的蛋白質としてRabphilin-3Aを見出している。さらに、C2様領域を2個を有するRabphlin-3AがCa^<2+>依存性にリン脂質に結合することを明らかにしており、Ca^<2+>依存性のregulated secretionにおいてRabphlin-3AがCa^<2+>センサーとして機能している可能性が強い。本年度の研究で、Rabphilin-3AのNおよびC末端側フラグメントが、濃度依存性に蛋白分子を介してシナプス小胞に飽和結合することが明らかになった。さらに、膜貫通領域を有さないRabphilin-3Aが、少なくともN未端領域を介してシナプス小胞上の蛋白分子に結合してシナプス小胞に局在していることが明らかになった。ところで、私共の研究室ではRabphilin-3AのNおよびC末端側フラグメントがPC12細胞からのgrowth hormoneの分泌を抑制することを明らかにしており、Rabphilin-3AがNおよびC末端側領域で各々異なる蛋白分子に結合してCa^<2+>依存性のregulated secretionを制御している可能性が示唆された。このように、本研究は予想以上に進展し、当初の目的はほぼ完全に達成することができた。
アデノ随伴ウイルスベクターの開発とそのがん治療への応用

A)アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用いた癌遺伝子治療法の開発:1)バキュロウイルスを利用したAAVベクター作製法の改良:大容量のAAVベクターを作製し、そこから効率良く空ベクターを除くカラムクロマトグラフ法を確立した。P5プロモーター配列をAAVベクターのトランスジーンに付加するとAAVベクターの産生量が増加することが分かった。2) AAVベクターの改変に関する基礎検討:血清型5型AAVベクターのキャプシドの構成蛋白質の一っであるVP1の一部を2型の対応する部分に置き換えたキメラAAVベクターではVP1の含量が増加し、また5型AAVベクターと同様の性状を保っていた。3) AAVベクターを用いた遺伝子導入法/遺伝子発現制御法に関する基礎検討:AAVベクターを用いて骨格筋、肝臓、脂肪、腹膜などの標的組織に遺伝子導入する方法を確立した。遺伝子発現の増強については、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤の併用効果を認めた。4) AAVベクターを用いた癌に対する遺伝子治療ストラテジーの検討:血行性・リンパ行性転移及び腹膜播種など治療困難な病態に対する遺伝子治療法の開発を行い、モデル動物において効果を示した。B)癌に対する新しい遺伝子治療ストラテジーの探索:難治性悪性リンパ腫(B細胞性非ポジキンリンパ腫)の治療のため、CD19を認識するキメラ抗原受容体発現T細胞を用いた強化養子免疫遺伝子療法の開発を試みた。その結果、遺伝子改変T細胞がCD19陽性Bリンパ腫細胞を効率よく殺傷することを試験管内で明らかにした。アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの特徴を活かした癌遺伝子治療法を開発した。1バキュロウイルスを利用したAAVベクター作製法の改良:昆虫細胞をパッケージング細胞として、各種血清型AAVベクターの作製法の確立を進めた。AAV p5プロモーター領域の配列をAAVベクタープラスミドのCMVプロモーターの上流または下流に挿入すると、AAVベクター産生量が増加した。カラムクロマト法による精製法では、1型AAVベクターと空ベクターを分離できる条件を見出した。さらに、メンブラン法により空ベクターを分離除去できる簡易法も開発した。2 AAVベクターを用いた遺伝子導入法/遺伝子発現制御法に関する基礎検討:様々な血清型のAAVベクターの遺伝子導入効率について、in vivoイメージング装置などにより検討した。骨格筋や脂肪組織に対してはAAV-1ベクターが最適であり、肝臓にはAAV-8ベクターが適していた。次に、AAVベクターで導入した遺伝子の発現を増強させる方法として、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤FK228の併用効果が認められ、標的細胞核内でのAAVベクターゲノムのヒストン修飾とアセチル化の亢進が示唆された。3 AAVベクターを用いた癌に対する遺伝子治療ストラテジーの検討:直接法では、ヌードマウス皮下腫瘍モデルを用いたHSV-TK遺伝子/GCV法において、上記のFK228の併用による抗腫瘍効果の増強が確認された。間接法では、sFlt-1,IL-10などの血管新生抑制因子を利用した抗腫瘍血管遺伝子療法に関する基礎実験を担癌ヌードマウスで行うと同時に、リンパ行性転移抑制に向けた遺伝子治療法の開発研究を開始した。即ち、VEGF-C高発現株などを用いたリンパ行性転移モデルを確立し、治療用ベクターとしては、可溶型受容体のsFlt-4を発現するAAVベクターの構築を行った。アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの開発とその特徴を活かした癌遺伝子治療法への応用を検討した。1.バキュロウイルスを利用したAAVベクター作製法の改良:AAVベクターの作製効率を更に上げるため、Rep78とRep52以外にRep68、Rep40を用いた場合、及びRep78、Rep68、Rep52、Rep40すべてを発現させた場合のAAVベクターの産生量を解析した。Rep68/40の組み合わせではAAVベクター量はRep78/52を用いた場合に比べ、AAVベクターの産生量はむしろ約1/5に低下した。

またRep78/68/52/40をすべて発現させた場合はRep78/52の時より約1/2に低下した。以上のことは、バキュロウイルスを用いた作製法ではRep78とRep52の組み合わせが一番良いことを示している。2.AAVベクター改変に関する基礎的検討:1,2型キャプシド蛋白質にラングムに変異を導入し、スクリーニングする系の開発に着手した。3.AAVベクターを用いた癌に対する遺伝子治療ストラテジーの検討:癌に対する遺伝子治療は直接法と間接法に大きく分けられる。後者では、sFlt-1,1L-10などの血管新生抑制因子を利用した抗腫瘍血管遺伝子療法に関する基礎実験を担癌ヌードマウスで行うと同時に、リンパ行性転移抑制に向けた遺伝子治療法の開発研究を進めた。即ち、VEGF-C高発現株などを用いたリンパ行性転移モデルを確立すると共に、治療用ベクターとして可溶型受容体のsFlt-4を発現するAAVベクターを構築し、in vitroでの機能を確認した。骨格筋へのベクター投与によるin vivoの治療効果に関しては現在検討中である。アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの開発とその特徴を活かした癌遺伝子治療法の基礎研究を行った。1.バキュロウイルスを利用したAAVベクターの作製とAAVベクター改変に関する基礎的検討:ベクターゲノムのパッケージング効率を高める検討では、大きな進展はなかった。AAVベクターの改変に関して、5型のAAVベクターのキャプシド蛋白質VP1の一部をドメインごとに2型の対応する部分に置き換えたキメラGFPベクターを計6種類構築した。これらの293細胞での発現強度はどれもほぼ同程度であった。以上より、VP1特異的領域が比較的変異を導入しやすいことが分かった。2.AAVベクターを用いた遺伝子導入法に関する基礎検討:各種血清型AAVに対する中和抗体の力価と、サル門脈内へのAAVベクター投与による肝臓への遺伝子導入効率への影響につき検討を行った。その結果、検出限界程度の低力価中和抗体であっても、遺伝子導入効果を著しく阻害することが明らかとなった。一方、中和抗体陰性の個体では遺伝子導入効率は良好であった。AAVベクターの血管内投与では中和抗体の影響が強く出るものと考えられた。3.AAVベクターを用いた癌に対する遺伝子治療ストラテジーの検討:子宮体部癌リンパ行性転移モデルを用いて、sFlt-4発現AAVベクターの効果を検討した。その結果、同ベクターの筋肉内投与により、リンパ節転移のほぼ完全な抑制が認められた。このモデルでは肺転移も同時に認められたが、治療群では肺転移も著明に抑制されており、リンパ行性のものが主体であることが示唆された。尚、原発巣に対する抗腫瘍効果は認められず、sFlt-1による腫瘍血管の抑制の場合と異なったパターンの治療効果が得られることが判明した。
水中フミン質の特性解析に基づく地域特性に適合した高度浄水処理システムの最適化

水中フミン質のキャラクタリゼーション、ならびに活性炭や天然素材等への吸着性、酸化処理、生物処理反応性の解析に基づいて、天然素材から開発した水処理材を利用して様々な特性のフミン質を含む水道原水の高度浄水処理システムを地域特性に応じて最適化するための手法ならびに技術を確立することを目的として下記の研究成果をあげた。(1)広島県三永貯水池を対象にして、水中フミンを親疎水性、官能基、分子量等の化学的なキャラクタリゼーションを行い、オゾンによる酸化分解性と生分解性の変化を評価した。オゾンと生分解の繰り返しを行っても、疎水性有機物は減少するものの、生分解できない親水性有機物が蓄積することがわかった。オゾンまたは促進酸化処理と生物処理の繰り返しが可能な処理水の循環システムとの組み合わせによって水道原水中のフミン質の除去率の向上が期待できることを明らかにした。(2)フィリピンで生産されるモリンガ種子を採取し、安全かつ安価な水処理材料の開発を行った。塩抽出により、従来より高活性の新規な凝集活性成分を発見した。さらにその精製に基づいた簡易な抽出手法の開発に成功した。その凝集剤を実際の湖沼原水(広島県三永水源地)に適用し、市販の凝集剤に近い性能を得た。新凝集剤の凝集機構は水中イオンとの結合によって生成する網目状構造物質の捕集作用であると推定した。(3)広島県三永水源地に設置した通常の浄水処理システム、生物活性炭反応装置、オゾン反応装置等からなる高度浄水処理パイロットプラントを用いて水中フミン質の挙動を分析した。低分子量の水中フミン質と水中のカルシウムの2つの因子が活性炭の有害化学物質除去能を相補的に低下させることを明らかにした。しかし、その吸着飽和には5年以上の長期間がかかり、生物活性炭でも安定して有害化学物質が除去できることを明らかにした。本研究では、水中フミン質のキャラクタリゼーション、ならびに活性炭や天然素材等への吸着性、酸化処理、生物処理反応性の解析に基づういて、天然素材から開発した水処理材を利用して様々な特性のフミン質を含む水道原水の高度浄水処理システムを地域特性に応じて最適化するための手法ならびに技術を確立することを目的とした。本年度は水中フミンの科学的なキャラクタリゼーション手法開発のための両国研究者による合同セミナーをフィリピンで実施し、方法論ならびに統一化の方法を検討した。また、広島県三永貯水池を対象にして、分子量分画、親水性・疎水性といった水中フミンの化学的なキャラクタリゼーションを行い、その特性と消毒副生成物との関連を明らかにした。とくに、疎水性のフミン質が消毒副生成分の生成ポテンシャルが高いことを明らかにした。さらに、フィリピンで生産されるモリンガ種子と籾殻等を用いて、安全かつ安価処理材料の開発を行った。その結果、モリンガ種子は擬厚剤として有効であることを明らかにするとともに、その精製方法を明らかにした。また、アミン付加反応によってイオン交換態になることも明らかにした。そして、通常の浄水処理システム(比較対照ならびに予備処理施設)、生物活性炭反応装置、オゾン反応装置等からなる高度浄水処理パイロットプラントを用いて浄水処理システムにおける水中フミン質の挙動を分析し、オゾン水循環が水中フミン質の削滅に有効であることを明らかにした。水中フミン質のキャラクタリゼーション、ならびに活性炭や天然素材等への吸着性、酸化処理、生物処理反応性の解析に基づいて、天然素材から開発した水処理剤を利用して様々な特性のフミン質を含む水道原水の高度浄水処理システムを地域特性に応じて最適化するための手法ならびに技術を確立することを目的として下記のような研究を実施した。

(1)技術的キャラクタリゼーション手法の開発:水中フミンを親疎水性、官能基、分子量等の化学的なキャラクタリゼーションを行い、オゾンによる酸化分解性と生分解性の変化を評価した。その結果、オゾン処理では親水性と生分解性が増加した。しかし、オゾンと生分解の繰り返しを行っても、疎水性有機物は減少するものの、生分解できない親水性有機物が蓄積することがわかった。(2)水中フミン調査:広島県三永貯水池を対象にして、水中フミンの化学的なキャラクタリゼーション手法の開発を行った。(3)フィリピンで生産されるモリンガ種子を採取し、安全かつ安価な水処理材料の開発を行った。塩抽出という手法を用いることにより、徒来より活性の高い粒子に対する凝集活性成分を発見した。その精製も行ったが、従来と異なる凝集成分であった。また、別の抽出方法によってフミン質を除去できる活性成分も見出した。(4)広島県三永水源地に設置したパイロットプラント、すなわち通常の浄水処理システム(比較対照ならびに予備処理施設)、生物活性炭反応装置、オゾン反応装置等からなる高度浄水処理パイロットプラントを用いて浄水処理システムにおける水中フミン質の挙動を分析した。その結果、低分子量の水中フミン質が活性炭の有害化学物質除去能を低下させることが明らかになった。しかし、その吸着飽和には5年以上の長期間がかかり、生物活性炭でも安定して有害化学物質が除去できることを明らかにした。水中フミン質のキャラクタリゼーション、ならびに活性炭や天然素材等への吸着性、酸化処理、生物処理反応性の解析に基づいて、天然素材から開発した水処理材を利用して様々な特性のフミン質を含む水道原水の高度浄水処理システムを地域特性に応じて最適化するための手法ならびに技術を確立することを目的として下記の研究成果をあげた。(1)フィリピンで生産されるモリンガ種子を採取し、安全かつ安価な水処理材料の開発を行った。塩抽出手法を用いることにより、従来より活性の高い粒子に対する凝集活性成分を発見し、さらにその精製に基づいた簡易な抽出手法の開発に成功した。その凝集剤を実際の湖沼原水(広島県三永水源地)に適用し、市販の凝集剤に近い性能を得た。また、新凝集剤の凝集機構についても検討し、水中のイオンと結合することによって生成する網目状構造物質の捕集作用であると推定した。(2)広島県三永水源地に設置したパイロットプラント、すなわち通常の浄水処理システム(比較対照ならびに予備処理施設)、生物活性炭反応装置、オゾン反応装置等からなる高度浄水処理パイロットプラントを用いて浄水処理システムにおける水中フミン質の挙動を分析した。その結果、低分子量の水中フミン質と水中のカルシウムの2つの因子が活性炭の有害化学物質除去能を相補的に低下させることを明らかにした。(3)オゾンならびに生物処理の繰り返しによる高度浄水処理システムの開発を行い、処理水の循環システムと促進酸化処理の組み合わせによって水道原水中のフミン質の除去率の向上が期待できることを明らかにした。
キラル配位子修飾金属ナノ粒子ネットワークに基づく新奇スピントロニクス素子の創出

キラリティは「空間反転対称性Pは破るが、純粋回転Rと時間反転対称性Tとの組み合わせRTは破らない」と定義される。すなわち、局在したスピン偏極電子や(非スピン偏極)電流はアキラルな現象と定義されるのに対し、スピン偏極電流はキラルな現象と定義される。この事実は、アキラルな電流からキラルなスピン偏極電流へのキラル分子による物性変換の可能性を示唆する。本研究では、キラル配位子を修飾した金属ナノ粒子を電極間に超格子化することで、ここを流れる電流に対し"多重CISS(Chiral-induced spin-selectivity)効果"を与え、100 %に限りなく近い高スピン偏極率を実現する。
RNAシナプス局在および制御の分子機構解明

本研究は、RNAのシナプスへ局在するメカニズムおよびシナプスでの翻訳制御の分子メカニズムの解明を目的としている。23年度は、アメフラシから採取した感覚神経、運動神経細胞を用いて人工神経ネットワークを構築し、生きた細胞で翻訳蛍光レポーターを用いたRNA局在メカニズムや、翻訳制御の解析を行った。さらに、遺伝子発現の空間的制御をリアルタイムで解析する可視化研究手法を開発した。その成果の一つに、mRNAがシナプスに局在するための「アドレス」エレメントを同定した。アメフラシの感覚-運動神経をつなぐシナプスに局在する神経伝達物質ペプチド遺伝子sensorinをモデル分子とし、翻訳コドンのすぐ上流に存在する66ntの局在エレメントの存在を見出した。このエレメントを本来局在しないmRNAに連結させると、連結した遺伝子もシナプスに局在するようになった。さらに、変異導入で解析することによって、エレメントの2次構造が何らかの分子に認識され、sensorinのシナプス局在を促進するであろうメカニズム的な示唆が得られた。2次構造の同定については、in silico predictionで得られた2次構造を候補にあげ、生化学的な手法で構造を裏付けするアプローチが有用であることがわかった。もう一つの成果は、RNAライブイメージングの基盤ツールとなるエキシトン蛍光プローブを用いて、無洗浄RNA in situ検出法を開発した。従来のFluorescence In Situ Hybridizationよりも簡便にRNA検出ができた。これらの結果は1RNAの空間制御メカニズムの解明に手掛りを与え、さらなる発展に繋がる研究ツールとして期待できる。
ディペンダブルプロセッシングコデザイン型3次元プロセッサアーキテクチャの創出

本研究では、従来の半導体技術による製造限界、ならびにアーキテクチャ設計限界に直面するプロセッサ開発において、近年注目を集めている3次元実装技術を活用し、プロセッサの高性能化と高信頼化を実現する新たなアーキテクチャ設計技術を確立することを研究の目的としている。多くのアプリケーションの実行においてメモリサブシステムが性能制約を与えることから、本研究では3次元実装技術を活用した大規模高性能オンチップメモリ階層の設計と、これらメモリ階層を単にプログラムの実行だけでなく信頼性向上に活用できるオンラインチェックポイント機構の設計に取り組んだ。本年度は,3次元積層メモリを活用したディペンダブル機構の基本設計とその評価を行った.本機構は,3次元積層技術を利用してマイクロプロセッサ上に通常メモリとチェックポイント用メモリを搭載し,全システムのメモリイメージをチェックポイント用メモリに定期的にバックアップするものである.これにより,エラーが発生した場合にバックアップデータに基づく実行のロールバックを行い,プログラムの実行状態を回復することができるため,マイクロプロセッサが実行するプログラムやデータを保護可能である.これにより,マイクロプロセッサのディペンダビリティを向上させることが可能である.本機構における通常メモリとチェックポイント用データメモリは,3次元積層技術を用いてマイクロプロセッサ上に積層するDRAMを用いる.3次元積層技術では,PCB基板上にマイクロプロセッサとDIMMを実装する2次元実装と比較して,マイクロプロセッサとメモリの間の通信バンド幅を約3倍,メモリシステム内でのDRAMコマンドの実行に必要な時間を約3分の2まで削減させることが可能である.これにより,従来と比較してより低いオーバーヘッドで定期的なバックアップを取ることができる.評価は本機構の検証のために作成されたシミュレータによって行った.シミュレーションの結果,2次元実装の場合のディペンダブル機構と比較して平均で13%の性能向上が得られることが明らかとなった.また,メモリ階層の消費エネルギは平均で26%削減されることが明らかになった.3次元積層メモリをメインメモリとして利用した場合,メインメモリのデータ転送性能が著しく向上する.このため,電力効率の観点からはより深いキャッシュ階層が常に有効であるとは限らない.そこで,メモリシステム内のキャッシュメモリをバイパスし,電源を無効化することによって消費電力を削減する機構を提案した.本機構では,アプリケーションのキャッシュヒット率が低くメモリアクセス負荷が大きい場合に,キャッシュメモリが性能向上に有効に貢献できていないと判断する.このような場合,キャッシュメモリをバイパスすることによってメモリアクセス全体のレイテンシを削減可能にするとともに,そのキャッシュメモリを無効化することによって低消費電力化を図る.これにより,メモリシステム全体として電力効率を高めることを可能とした.また,耐障害性を強化し,エラー発生時にプログラムの実行中断を最小限にとどめ,速やかなプログラム実行回復を目指す仕組みとして,チェックポイントリスタート機構があるが,定期的にプログラムの実行途中の環境の保全を行うチェックポイントは,本来のプログラムの実行の妨げとなるために,その効率的なスケジューリングが求められる.本研究では,予定されたタイミングよりも前に保全すべき最終メモリ更新を投機的に判断し,プログラムの実行と並行してチェックポイントデータの保全を行うことにより,ファイルI/O競合の最小化とチェックポイントによるプログラム実行遅延の最小化を実現する機構を考案した.性能評価の結果,従来の方式に比べ,11%省エネルギーなチェックポイント取得を5%以下の実行時間の増加で達成することが確認できた.本研究では、従来の半導体技術による製造限界、ならびにアーキテクチャ設計限界に直面するプロセッサ開発において、近年注目を集めている3次元実装技術を活用し、プロセッサの高性能化と高信頼化を実現する新たなアーキテクチャ設計技術を確立することを研究の目的としている。計画通り進めている。計算機科学最終年度である平成27年度は、システムの完成に向けて、提案システムの詳細な評価と,それに基づくアーキテクチャ改良を行う。様々なアプリケーションを用いたシミュレーション評価を実施する。成果は国内外の会議等で積極的に公開していく。初年度は、関連研究の基本調査、および提案システムの概念設計を実施したが、これらは研究代表者だけで効率よく行うことができたために、結果的に謝金を執行する必要がなくなった。最終年度である平成27年度は、提案システムアーキテクチャの詳細な評価実験が必要なために、その実施のためのスーパーコンピュータを計画よりより多く利用することを考えている。また関連して得られた実験データの整理もより必要となる。また、予算に余裕ができたために、これまで対象から外していた国内外の学会等での発表も、積極的に行う。これらの研究を加速させるための取り組みに、使用する。