hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水産無脊椎動物レクチンの機能素材化

本研究では、水産甲穀類アカフジツボに体液に含まれるレクチンを糖結合活性を持つ機能素材として利用するために、化学修飾と酵素修飾技術を使いレクチンの活性部位を決定すること及び糖結合保持する修飾レクチンを作成することを目的にしている。アカフジツボレクチンは、構造を異にする140Kダルトンと64Kダルトンのレクチンからなる。これらは、それぞれの22Kと16々のサブユニットが分子間ジスルフィド結合してダイマ-をつくり、さらに非共有結合して構成されている。そこで最初に、有機溶媒、尿素、グアニジン塩酸塩、pH変化のレクチンの高次構造と活性に対する影響を調べた。その結果、64Kレクチンは変性剤やpH変化に対し安定であることが分かった。一方、140Kレクチンはサブユニットに解離して活性が低下した。Dーガラクトサミンのアミノ酸基に1ーアジドー5ーナフタレンスルホニルクロライド(ANSーCl)を導入して、糖の発蛍光性光反応性誘導体を合成した。これで64Kレクチンを光アフィニティ-ラベルし、標識部位を同定した。次に、レクチンを化学修飾して修飾率と凝集活性の変化を調べた。140K、64Kレクチンとも、トリプトファン、ヒスチジンアルギニンの修飾により活性を失い、レクチン活性の発現にこれらのアミノ酸測鎖が重要な働きを演じていることを示唆している。チロシンとアミノ基の修飾では凝集活性の低下はみられなかった。64Kレクチンサブユニットは、128位に1残基のメチオニンを持つ。そこでブロムシアン分解により、そのペプチド結合を選択的に切断し、ゲル瀘過クロマトグラフィ-で2つのジスルフィド結合で囲まれた糖認識結合ドメインを単離した。さらに、これを塩酸処理したセファロ-ス4Bカラムにかけてガラクト-ス結合性を保持したドメインを得た。本研究では、水産甲殻類アカフジツボ体液に含まれるレクチンを糖結合活性を持つ機能素材として利用するために、化学修飾と酵素修飾技術を使いレクチンの活性部位を決定すること及び糖結合活性を保持する修飾レクチンを作成することを目的にしている。これらは、それぞれ22Kと16Kのサブユニットが分子間ジスルフィド結合してダイマ-をつくり、さらに非共有結合して構成されている。そこでブロムシアン分解により、そのペプチド結合を選択的に切断し、ゲル濾過クロマトグラフィ-で2つのジスルフィド結合で囲まれた糖認識結合ドメインを単離した。さらに、これを塩酸処理したセフアロ-ス4Bカラムにかけてガラクト-ス結合性を保持したドメインを得た。D-ガラクトサミンのアミノ基に1-アジド-5-ナフタレンスルホニルクロライド(ANS-C1)を導入して、糖の発蛍光性光反応性誘導体(GalN-ANS)を合成した。64KレクチンをGalN-ANSと暗所で結合反応させた後、光照射した。光アフィニティ-ラベルしたレクチンをカルボキサミドメチル化し、プロナ-ゼで酵素消化した。消化物をHPLCで分離、ラベルされたペプチド断片を蛍光で検出した。

アミノ酸分析の結果、標識部位はアミノ酸配列の比較から糖結合部位と推定された64位-70位のセグメントを含むものであることが同定された。タンパク質の機能性は、固有のアミノ酸配列とそれに基づく高次構造により発現される。本年度は、水産甲殻類アカフジツボ体液に含まれるレクチンを糖結合活性を持つ機能素材として利用するために、レクチンのアミノ酸残基側鎖を選択的に化学修飾して修飾率と凝集活性の変化を調べた。140K、64Kレクチンのトリプトファン、リジン、チロシン、ヒスチジン、アルギニンの各側鎖を、Nープロモスクシンイミド、フルオレスセインイソチオシアネ-ト、Nーアセチルイミダゾ-ル、ジエチルピロ炭酸、シクロヘキサンジオンで修飾後、過剰試薬をゲル濾過または透折で除去した。試薬の添加の他は同じ条件で処理したレクチンをコントロ-ルとし、ウナギ赤血球に対する凝集活性を調べた。修飾率は吸収スペクトルあるいはアミノ酸分析で求めた。140K、64Kレクチンとも、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニンの修飾により活性を失い、レクチン活性の発現にこれらのアミノ酸側鎖が重要な働きを演じていることを示唆している。チロシンとアミノ基の修飾では凝集活性の低下はみられなかった。従って、レクチンの機能素材化に当たっては、これらの側鎖を介した応用が考えられる。64Kレクチンサブユニットは、128位に1残基のメチオニンを持つ。そこでブロムシアン分解により、そのペプチド結合を選択的に切断し、ゲル濾過クロマトグラフィ-で2つのジスルフイド結合で囲まれた糖認識結合ドメインを単離した。さらに、これを塩酸処理したセファロ-ス4Bカラムにかけてガラクト-ス結合性を保持したドメインを得た。
ハイブリッド透過波実験による断層イメージング手法の検証

地中深くの断層の破砕度の直接モニターや,観測から推定した破砕域の正確性の検証は難しい.本研究では,実験室での透過弾性波を用いたモニタリング手法と,数値計算による波動伝播シミュレーションという二方向からの破砕域イメージングについて,手法の高精度化を試みた.研究期間中は,三軸圧縮試験の実験手法の改良と試験の実施,数値計算を実施した.実験のために,直径50mm高さ100mmの円柱形の花崗岩試料を準備し,小型ケースで保護した広帯域圧電素子を貼付し,熱収縮シリコンチューブをかけた上から液状シリコンによって保護した.この試料で三軸圧縮の準備試験をしたところ,シリコン中の気泡が封圧上昇によりつぶれ,破れた部分から試料内に油が浸入する問題が発生した.気泡混入は,センサ貼付部に近い複雑な表面形状の位置で確認されたため,複数の硬さのシリコンを多層的に塗布して凹凸形状を埋め,耐圧性を確認した.そこで改めて,岩石試料の周囲に送振用の圧電素子と受振用の6個の広帯域圧電素子を貼付し,改良した手法でシリコン保護をした.室温,乾燥状態,封圧50MPaで試料の載荷をおこなうと同時に,送振子から試料内に弾性波を繰り返し透過させた.回収した試料をCTスキャンで調べたところ,内部に一つの大きな亀裂面が見られた.得られた時系列波形には,載荷にともない消失する波群や,逆に振幅が顕著になる波群などが見られた.これらの波形変化は,試料内に生成された破壊域の時空間的成長を反映したものと考えられる.この実験条件に合わせて,すでに作成済みであった岩石実験を模擬した3次元差分法を用いた計算コードを改良した.送信点,観測点を自由に配置できるように拡張性を高め,今後の実験波形との比較に備えた.地震発生時に断層帯で亀裂が増加する可能性が示唆されているが,地中深くの断層の破砕度の直接モニターや,観測から推定された破砕域の正確性の検証は難しい.そこで,実験室における透過弾性波を用いたモニタリング手法と波動伝播シミュレーションという二手法を融合させることで,破砕域イメージング手法の高精度化・効率化に向けた,既存の破砕域イメージング手法の検証をする.初年度は,実験波形の取得のための試料準備と三軸圧縮試験の実施,試料コーティング手法の改良を行った.まず,研削盤でセンサ貼付面を作成するために花崗岩試料の表面研磨を行った.広帯域の圧電素子を小型の金属ケースにより保護して試料研磨面に貼付し,熱収縮シリコンチューブをかけ,さらにその上から液状シリコンによって保護した.この段階で三軸圧縮試験を行い,荷重20kNごとに弾性波を透過させながら,7観測点,20Mspsで一時間以上にわたる連続波形集録に成功したものの,シリコンによるコーティングが破れ,実験中に油が試料の中に浸入してしまう問題が発生した.そこで,この問題を解決するために,シーリングの完全性を確かめるテストを行った.シリコンを塗布する際に気泡が混入し,封圧によって気泡がつぶれることでシーリングが破れ,油が侵入すると推測された.気泡混入は,センサに近い複雑な表面形状の部分で確認されたため,あらかじめ硬めのシリコンで複雑な形状の凹凸を埋めることにした.また,試料全体にシリコンでのコーティングを行う際には,時間をかけて脱気を行う,曲面にも厚みを持ってシリコンを塗るために,数回に分けて塗布する,といった工夫をした.その後,改めて耐圧試験を行ったところ,油の浸入は確認されず,改良したシリコン塗布手法の有効性が確認された.地中深くの断層の破砕度の直接モニターや,観測から推定した破砕域の正確性の検証は難しい.本研究では,実験室での透過弾性波を用いたモニタリング手法と,数値計算による波動伝播シミュレーションという二方向からの破砕域イメージングについて,手法の高精度化を試みた.研究期間中は,三軸圧縮試験の実験手法の改良と試験の実施,数値計算を実施した.実験のために,直径50mm高さ100mmの円柱形の花崗岩試料を準備し,小型ケースで保護した広帯域圧電素子を貼付し,熱収縮シリコンチューブをかけた上から液状シリコンによって保護した.この試料で三軸圧縮の準備試験をしたところ,シリコン中の気泡が封圧上昇によりつぶれ,破れた部分から試料内に油が浸入する問題が発生した.気泡混入は,センサ貼付部に近い複雑な表面形状の位置で確認されたため,複数の硬さのシリコンを多層的に塗布して凹凸形状を埋め,耐圧性を確認した.そこで改めて,岩石試料の周囲に送振用の圧電素子と受振用の6個の広帯域圧電素子を貼付し,改良した手法でシリコン保護をした.室温,乾燥状態,封圧50MPaで試料の載荷をおこなうと同時に,送振子から試料内に弾性波を繰り返し透過させた.回収した試料をCTスキャンで調べたところ,内部に一つの大きな亀裂面が見られた.得られた時系列波形には,載荷にともない消失する波群や,逆に振幅が顕著になる波群などが見られた.これらの波形変化は,試料内に生成された破壊域の時空間的成長を反映したものと考えられる.この実験条件に合わせて,すでに作成済みであった岩石実験を模擬した

3次元差分法を用いた計算コードを改良した.送信点,観測点を自由に配置できるように拡張性を高め,今後の実験波形との比較に備えた.解析に使用できる透過波形の集録には至らなかったものの,弾性波を繰り返し透過させることと,長時間にわたって中断なく連続的に波形を集録することに成功し,実験データ取得の準備が整った.当初の計画でも実験完了まで複数年かかる見込みであったため,研究は予定通り進んでいると言える.実験室では,今年度に確立した試料の準備手法を用いて透過波計測試験を実施する.また,差分法を用いた波動伝播シミュレーションにより,実験で取得した様々な波線を持つ波形の再現を試み,実験で取得した波形との比較を試みる.試験機が使用できる日数が限られていたことと,手持ちの部品を使うことによって,実験に必要な消耗品の購入がやや少なくなったため,次年度使用額が生じた.今年度購入しなかった消耗品等を購入し,実験で使用する予定である.
SP-D欠損マウスを用いた喘息COPDオーバーラップ症候群の病態解析と治療法探索

喘息とCOPDが合併する喘息-COPDオーバーラップ(ACO)が注目されており、その病態解析を肺気腫を自然発症するSP-D欠損マウスを用いて検討した。野性型マウスと比べてSP-D欠損マウスでは気腔拡大および静肺コンプライアンスの上昇を認めた。ACOモデルとして、SP-D欠損マウスに抗原感作曝露すると、野性型マウスと比べて、SP-D欠損マウスでは肺胞洗浄液中好酸球数増加やTh2サイトカイン上昇は低値だっにもかかわらず気道過敏性は亢進していた。換気回数を現象させるとこの気道過敏性亢進は消失したため、喘息病態によるアレルギー炎症と気腫化による周波数依存性の気道過敏性亢進が関与していると考えられた。COPDや喘息ではタバコ煙やアレルゲン、あるいは病原体由来分子(LPSやウィルス由来RNAなど)によって気道上皮が最も傷害を受けるため、その病態解析は重要である。我々は、SP-D欠損マウスの作成に成功しており、本マウスを用いて以下の検討をおこなった。(1)SP-D欠損マウス肺の経時的変化を形態解析した。一般的に行われているように、PCソフトウェア(WinROOF V6.1)を用いて、平均肺胞間距離や平均肺胞面積などの計測をおこなった。(2)生理機能解析としては、肺気腫の指標となる静肺コンプライアンスや呼吸抵抗を経時的に測定し、野生型マウスと比較検討した。(3)気管支肺胞洗浄液中の細胞成分やサイトカイン(Th2サイトカインとして、エオタキシン、IL-5, IL-13濃度、炎症性サイトカインとしてKC,MIP-2,)濃度を測定した。(4)ACOSモデルとして、SP-D欠損マウスを用いて、抗原となる卵白アルブミン(OVA)で感作後、抗原を吸入曝露し喘息反応(吸入アセチルコリンに対する気道過敏性、気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞とサイトカイン・ケモカイン濃度、PAS/AB組織染色による杯細胞化生)を比較解析した。野生型マウスにタバコ煙曝露によるCOPDモデルを作成し、気腫性病変の程度や炎症の評価を、形態測定法やELISA、RT-PCR、免疫組織染色、などを用いて検討する。このタバコ煙曝露モデルの確立が困難であるため計画よりやや遅れている。一般的に行われているように、PCソフトウェア(WinROOF V6.1)を用いて、平均肺胞間距離や平均肺胞面積などの計測をおこない、野性型マウスと比べてSPーD欠損マウスでの気腔拡大を確認した。(2)生理機能解析として、肺気腫の指標となる静肺コンプライアンスや呼吸抵抗を経時的に測定し、SP-D欠損マウスでの静肺コンプライアンスの上昇を確認した。(3)気管支肺胞洗浄液中の細胞成分やサイトカインを測定した。Th2サイトカインとして、IL-5, IL-13濃度、炎症性サイトカインとしてKC, MIP-2濃度を測定した。定常状態では、野性型マウスと比べ、SP-D欠損マウスでも、BAL液中好酸球数、各サイトカインの濃度に変化は見られなかった。(4)ACOSモデルとして、SP-D欠損マウスを用いて、抗原となる卵白アルブミン(OVA)で感作後、吸入曝露し喘息反応(吸入アセチルコリンに対する気道過敏性、気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞とサイトカイン・ケモカイン濃度、PAS/AB組織染色による杯細胞化生)を比較解析した。野性型マウスに感作曝露した場合と比べて、SP-D欠損マウスに感作曝露するとBAL液中好酸球数増加やTh2サイトカイン上昇は低値だった。杯細胞化生に関しては両群間に差はなかった。しかしながら、気道過敏性はSP-D欠損マウス群で上昇していた。タバコ煙曝露モデルの作成が困難である点と、野性型マウスと比べてSP-D欠損マウスの方が好酸球性炎症は軽度であるにもかかわらず、気道過敏性が亢進している機序の解明が未解決である点が予定より遅れている。また、新規治療法の探索として、すでに開発・販売済みで他疾患に使用されている薬剤の中から、大規模データベースを用いて検索するというドラッグリポジショニング法により、新規治療法を探索する予定である。喘息と慢性閉塞性肺疾患COPDを合併する喘息-COPDオーバーラップ(Asthma-COPD overlap; ACO)が注目されており、COPDや喘息ではタバコ煙やアレルゲンによって気道上皮が最も傷害を受けるため、その病態解析は非常に重要である。SP-D欠損マウスを用いて以下の検討をおこなった。PCソフトウェア(WinROOF V6.1)を用いて、平均肺胞間距離や平均肺胞面積の計測をおこない、野性型マウスと比べてSP-D欠損マウスでの気腔拡大を確認した。

Th2サイトカインとして、IL-5, IL-13濃度、炎症性サイトカインとしてKC, MIP-2濃度を測定した。定常状態では、野性型マウスとSP-D欠損マウスでは、BAL液中好酸球数、サイトカインの濃度に変化は認めなかった。(4) ACOモデルとして、SP-D欠損マウスに、抗原となる卵白アルブミン(OVA)で感作曝露し喘息反応(気道過敏性、気管支肺胞洗浄液中の炎症細胞とサイトカイン・ケモカイン濃度、PAS/AB組織染色による杯細胞化生)を比較解析した。野性型マウスに感作曝露した場合と比べて、SP-D欠損マウスに感作曝露すると杯細胞化生には両群間に差はなく、BAL液中好酸球数増加やTh2サイトカイン上昇は低値だったにもかかわらず、気道過敏性はSP-D欠損マウス群でより亢進していた。換気回数を低下させるとこの気道過敏性亢進は消失した。したがって、ACOの病態には喘息によるアレルギー炎症と気腫化両者による周波数依存性の気道過敏性亢進が関与していると考えられた。喘息とCOPDが合併する喘息-COPDオーバーラップ(ACO)が注目されており、その病態解析を肺気腫を自然発症するSP-D欠損マウスを用いて検討した。野性型マウスと比べてSP-D欠損マウスでは気腔拡大および静肺コンプライアンスの上昇を認めた。ACOモデルとして、SP-D欠損マウスに抗原感作曝露すると、野性型マウスと比べて、SP-D欠損マウスでは肺胞洗浄液中好酸球数増加やTh2サイトカイン上昇は低値だっにもかかわらず気道過敏性は亢進していた。換気回数を現象させるとこの気道過敏性亢進は消失したため、喘息病態によるアレルギー炎症と気腫化による周波数依存性の気道過敏性亢進が関与していると考えられた。(1)平均肺胞間距離や平均肺胞面積などの計測は、生後12週での解析は行ったが、経時的な変化およびOVA感作曝露後の解析を行う予定である。(2)静肺コンプライアンスや呼吸抵抗も、生後12週での解析は行ったが、経時的な変化およびOVA感作曝露後の解析を行う予定である。(3)また、野生型マウスにタバコ煙曝露によるCOPDモデルを作成し、気腫性病変の程度や炎症の評価を、形態測定法やELISA、RT-PCR、免疫組織染色、などを用いて検討する。(4)タバコ煙曝露によるCOPDモデルに、抗原感作曝露による気道炎症モデルを組み合わせることによりACOSモデルをさらにもう一つ作成し、2つのAOCSモデルの確立を目指す。2.新規治療法の探索と確立(1)ステロイドや長時間作動性β2刺激薬(LABA),長時間作動性抗コリン薬(LAMA),ロイコトリエン受容体拮抗薬などの効果を検討する。(2)次に、ナノ粒子に封入した、あるいはミセル化したSP-D発現プラスミドを経気道投与し、その導入効率や喘息反応・気腫形成に対する治療効果を検討する。(3)タバコ煙曝露、抗原感作曝露モデルに対するSP-D導入治療(4)新規治療法の探索すでに開発・販売済みで他疾患に使用されている薬剤の中から、大規模データベースを用いて検索するというドラッグリポジショニング法により、より効率的な治療法を探索する。野性型マウスと比べてSP-D欠損マウスの方が好酸球性炎症は軽度であるにもかかわらず、気道過敏性が亢進している機序の解明を進める。人工呼吸器の換気回数を変化させて解剖学的な気腫による過敏性亢進を証明する方針である。また、機序を解明することによってACOSに対する治療法を探索する。
生態系における炭の役割と外生菌根菌を用いた森林修復試験

平成18年度は、本研究の最終年度にあたる。しかも、本研究の開始が平成16年9月であったことから、平成18年度は9月までの半年間のみとなった。以上の状況から、本年度においては、継続実験と従来の研究成果をとりまとめながら、植物と土壌微生物の相互作用の解明と「炭」の適切な使用方法の体系化を中心課題とした。本実験は、これまでの実験で整理されてきたファクターをふくめて、以下のようなデザインで実施した。「炭」については米炭を用い、「炭」と土壌の基本混合割合を1:8とした。菌根菌はECを用いた。土壌pHはおおよそ3.5とした。また、6種のPGPRバクテリアを用い、コントロールをふくめ14パターン(Control,M,B1,B2,B3,B4,B5,B6,M*B1,M*B2,M*B3,M*B4,M:B5,M*B6)による実験とした。菌根菌かバクテリアを接種した実生は、コントロールの実生より旺盛な成長を示した。菌根菌とB4を混合接種した実生は、B3を接種した実生と比べて、成長が促進された。同様な成長は、菌根菌とB5・B6とにおいても認められた。しかし、実生の成長がB1より劣ってしまうことから、M*B1においては菌根菌とB1の接種が負の効果となることも明らかになった。同様の現象は、B2においても認められた。このことは、カラマツ実生の成長初期におけるバクテリア・菌根菌間における土壌微生物の競合によるものと推定された。最も大きな成長は、M*B5において認められた。以上の研究成果は、今後の土地利用や酸性化土壌の改良・森林土壌の修復などに大きな前進をもたらすものと考えられた。ニホンカラマツは北日本の重要な緑化・造林樹種で、本州中部から移入されたが先枯れ病や野鼠害により成林が妨げられた例が多い。このため千島列島に自生するグイマツを母樹とする雑種F1が創出された。カラマツ類は北海道の主要な木材資源であり、高い光合成能力から大気中CO_2の削減機能も期待される。木材収穫後には、環境保全と省力化のため天然更新が期待される。グイマツ雑種F1(以下F1)の林分も結実時期に達しており、カラマツとF1の芽生え間の競合も予想される。そこで、カラマツとF1林の天然更新の期待できる土壌環境の解析と芽生えの成長を微生物の活動に注目し、生理生態学的に解明することを研究の目的とした。これら2樹種の成長に及ぼす栄養塩類の効果は、芽生えに10,20,40mg窒素・個体^<-1>季節^<-1>を、個体の成長に応じて指数関数的に与える処理と一定量与える処理を120日間行い、3週間間隔でサンプリングし成長を比較した。この結果、指数関数的な窒素施与の方が一定量施与より成長を促進した。一定量施与法では指数関数的な施与より個体内での養分の希釈効果が働き成長が低下した。40mg処理では根長の抑制が見られ、その影響はF1で顕著であった。これらからF1の方が貧栄養条件での成長が良好であった。さらに、外生菌根菌を接種する方法を6種(Russulaemetica, Tricholoma saponaceum, Lactarius hatsudake, Suillus grevillei, S.laricius, Cenococcum geophilum)について実験室で検討した。これらを2種の芽生えに感染させ70日間の培養を行い、良好な成長を確認した。根圏バクテリア-根圏における「接着剤」の役割が注目されている。事実、野外から分離したバクテリアを添加するとPtの効果が明瞭に現れてきた。現在、バクテリア分離法の改良と予備試験を行っている。山火事後には、微生物の活動が大きく変化する。中央シベリアを広く覆うグイマツ林には、かならず、イグチ類をはじめとする外生菌根菌が活動し、成林を助けている。「炭」の有無は生態系の維持に重要な働きをしていると考えられる。自然を模倣することで、より確実に成林を達成するために、現在の各種「炭」を介した共生関係を調べている。例えば、グイマツ雑種F1の成長に及ぼすPt接種効果は、ソバガラ>籾殻薫炭≧ミズナラ炭の順であった。また、菌根菌を1種類のみ加えるより、混菌あるいはEC(エクト・ドレンチ)を利用する事によって、宿主の成長が促進されることも明らかになった。以上のことを裏付けるように、混菌の種数と宿主の成長の間には、頭打ちはあるが右上がりの関係が認められた。従って、どのような組み合わせが効果的か検討する必要が有ろう。さて、外生菌根菌は宿主の光合成産物を利用して成長する。その割合は、1個体の光合成産物の最大30%程度といわれているが、イグチ類(Suillus grevillei)を接種したグイマツ雑種F1苗木に放射性同位体^<14>C試験を吸収して追跡して調べたところ、外生菌根菌の炭素消費量は、約16%と推定された。森林生態系の呼吸消費が、温暖化ガス吸収源として注目される森林のNEE(純生態系CO_2交換速度)の推定に重視されている。

しかし、微生物バイオマスの動態と並び、外生菌根菌の光合成によって固定された炭素の消費は、緑化のみならず生態系の機能評価に重要な因子であり解明が待たれる。平成18年度は、本研究の最終年度にあたる。しかも、本研究の開始が平成16年9月であったことから、平成18年度は9月までの半年間のみとなった。以上の状況から、本年度においては、継続実験と従来の研究成果をとりまとめながら、植物と土壌微生物の相互作用の解明と「炭」の適切な使用方法の体系化を中心課題とした。本実験は、これまでの実験で整理されてきたファクターをふくめて、以下のようなデザインで実施した。「炭」については米炭を用い、「炭」と土壌の基本混合割合を1:8とした。菌根菌はECを用いた。土壌pHはおおよそ3.5とした。また、6種のPGPRバクテリアを用い、コントロールをふくめ14パターン(Control,M,B1,B2,B3,B4,B5,B6,M*B1,M*B2,M*B3,M*B4,M:B5,M*B6)による実験とした。菌根菌かバクテリアを接種した実生は、コントロールの実生より旺盛な成長を示した。菌根菌とB4を混合接種した実生は、B3を接種した実生と比べて、成長が促進された。同様な成長は、菌根菌とB5・B6とにおいても認められた。しかし、実生の成長がB1より劣ってしまうことから、M*B1においては菌根菌とB1の接種が負の効果となることも明らかになった。同様の現象は、B2においても認められた。このことは、カラマツ実生の成長初期におけるバクテリア・菌根菌間における土壌微生物の競合によるものと推定された。最も大きな成長は、M*B5において認められた。以上の研究成果は、今後の土地利用や酸性化土壌の改良・森林土壌の修復などに大きな前進をもたらすものと考えられた。
脳と顎口腔咽頭領域の形態-機能連関のイメージング

顎口腔咽頭領域は様々な生理機能に関与する多機能領域である。本研究は、磁気共鳴画像(MRI)映画法、機能的MRI(fMRI)、voxe-based morphometry(VBM)などの画像解析法を用いて脳と顎口腔咽頭領域の形態と機能の連関を探索するものである。発音機能を対象として、MRI映画を用いて以下の2つの実験を行った。いずれの実験においても外部同期信号を用いてMRI装置を駆動するとともにリズムを被験者に与えた。この信号に同期した両唇音(/apa/)発音中の顎口腔咽頭形態をgradient echo法を用いて撮像した。実験1:時間分解能(TR)を30ms,40ms,60ms,80ms,120msの5条件下での形態計測を行った。その結果、被験者間に個体差が存在するものの、構音器官同士の動作の時間的関係は個体内で保持されていると考えられた。また、TRは研究目的に応じて選択すべきことが示唆された。実験2:上下口唇間距離(IL)、第2頸椎-舌尖間距離(TA)、C2-舌根間距離(TP)および軟口蓋挙上角(Vp)を設定し、これらの時系列変化および相関を解析した。その結果、個人内において、IL、TA、TPおよびVpは、TRに依存せずほぼ一定の時系列変化を示し、互いに有意な相関を示した。個人間において、ILとTAおよびILとVpは有意な相関を示した。以上の結果から、口唇は舌尖および軟口蓋と密接な時間関係を維持しながら構音運動することが示唆された。また、口唇口蓋裂(CLP)患者における発話時の大脳皮質ならびに小脳の賦活と裂の側性の相関を想定し現在CLP患者ならびに健常者においてfMRIデータならびにVBMデータを採得中である。fMRI研究の予備実験として、両唇音/pa/を構音課題として発生させた際の大脳皮質一次感覚運動野の賦活パタンを成人の術後口唇口蓋裂患者(CLP群)および健常成人(対照群)において比較し、以下の結果を得た。1)CLP群ならびに対照群において両側の大脳皮質一次感覚運動野の賦活が認められた。2)片側性CLP患者においては、裂と同側の大脳皮質一次感覚運動野の賦活が対側より強く認められた。一方、両側性CLP患者においては、口唇形成術を先行して行った側と対側の大脳皮質一次感覚運動野の賦活がより強く認められた。MRI映画に関しては、繰り返し時間(TR)を30msから100msまで変化させて撮像シーケンスの最適条件を検討した。その結果、画像の鮮明度と被験者への負荷などの諸条件を考慮した結果、本研究の目的には30msが最適であると考えられた。現在、/pa/,/ta/,/ka/および/sa/発音時の口腔咽頭・咬頭領域の構造物の時間的・空間的形状変化パタンに関するデータを成人の術後口唇口蓋裂患者ならびに健常成人において採得中である。本研究は、磁気共鳴画像(MRI)映画法、機能的MRI、voxel-based morphometryなどの画像解析法を用いて脳と顎口腔咽頭領域の形態と機能の連関を探索するものである。

実験1:時間分解能(TR)を30ms,40ms,60ms,80ms,120msの5条件下での形態計測を行った。その結果、被験者間に個体差が存在するものの、構音器官同士の動作の時間的関係は個体内で保持されていると考えられた。また、TRは研究目的に応じて選択すべきことが示唆された。実験2:TRを30msとして上下口唇間距離(IL)、第2頸椎-舌尖間距離(TA)、C2-舌根間距離(TP)および軟口蓋挙上角(Vp)を設定し、これらの時系列変化および相関を解析した。その結果、個人内において、IL、TA、TPおよびVpは、TRに依存せずほぼ一定の時系列変化を示し、互いに有意な相関を示した。個人間において、ILとTAおよびILとVpは有意な相関を示した。以上の結果から、口唇は舌尖および軟口蓋と密接な時間関係を維持しながら構音運動することが示唆された。また、口唇口蓋裂(CLP)患者における発話時の大脳皮質ならびに小脳の賦活と裂の側性の相関を想定し現在CLP患者ならびに健常者においてfMRIデータならびにVBMデータを採得中である。
グローバリゼーション下の日米税制比較分析

経済のグローバル化と人口の高齢化の進行下での基幹税の再構築という大きな流れの中で、日米両国は一般消費税を基幹税として組み込むことに失敗しただけでなく、日本では賃金ベースの縮小が、アメリカでは控除型消費税への実質的な移行を加速させている。この原因を財政社会学的に捉えれば、グローバル化による社会的構造の変化に加えて、日米両国の所得税への過度な依存が、所得税がその理念と一致するように機能させてきた納税者の道徳的意識=信頼を侵食させていったことに求められる。本年度は、OECDデータを用いて、先進諸国の税制比較を行い、グローバル化のもとにおける国際的な税制の動向に関する特徴の抽出作業を行う一方で、経済学、政治学、社会学で展開されてきたグローバル化論に関する先行研究のサーベイを行った。これらの作業に加えて、Steinmo教授とメールを通して情報・意見交換を行い、日米比較分析を進めるうえでの理論的基盤を確立する作業を行った。(1)グローバル化論が主張する「最底辺への競争」に適した税収構造への収斂ではなく、各国税制間の偏差の存続が確認された。具体的に明らかにされた点は以下の3点である。第1に、普遍主義的再分配政策志向のスウェーデンやデンマークでは、平均的中流層を対象とした社会保障政策の財源として賃金所得と消費を課税ベースにした広範な中流層への課税に依存することに成功した。第2に、限定主義的再分配政策志向の日本では、法人税収の急速な低下の中、消費税の導入にもかかわらず支出水準に合致した税負担を国民に求めることができず、公債に抱かれた財政運営を余儀なくされた。(第1・第2点は、2006年7月公刊論文の追加修正という形で生かされている)。第3に、限定主義的再分配政策志向が強いアメリカでは、1980年代に賃金所得及び資本・法人所得に依存した歳入調達構造を再構築しようとしたが、経済のグローバル化の進展は資本・法人所得への依存を困難にし、賃金所得を課税ベースにした基幹税の再構築という本来の政策意図の維持をも困難にした。(2)European UniversityのSteinmo教授とのメールのやりとりで、限定主義的再分配政策志向の日本とアメリカで、一方は法人所得に、他方は、賃金所得に依存した税制の形成理由やグローバル化と高齢化の進行の中で、それらの維持が困難になった理由を明らかにするには、政治構造と市場組織の態様及びそれらの相互依存関係の相違に関する新政治経済学的分析が必要なことが確認された。今年度は、日米が基幹税の再構築に失敗したという前年度に明らかにした分析結果の原因を財政社会学の観点から抽出するために、内外の先行研究の検討に加え、Steinmo教授との議論を通して理論の精緻化を図るとともに、幅広い意見を吸収するために第64回日本財政学会で報告を行った。そこでは、具体的に以下の諸点が明らかにされた。第1に、制度の形成過程における特徴を考慮に入れた場合、制度による経済合理性の方向付けという点には、権力視角と合理性視角との接点から制度形成のプロセスを考察する視点が必要であること。第2に、合理的選択新制度論と歴史的選択新制度論は、双方が過程論を精緻化していく中で、Schumpeterの財政社会学の枠組みの中に接点を見出していること。第3に、労使和解体制と産業構造の高度化を安定させるために必要不可欠であった高度経済成長とそれによる所得の伸びを、現実のものとして認識させ、日本の相互補完システムを完結させるためには、毎年の減税の制度化が必要であったこと。第4に、戦後、所得税が給与所得税化していく中で、同税は給与所得者からの支持を調達するために絶えざる減税の実施を宿命づけられ、個人所得の伸びを背景に大幅な自然増収を生み出す一方で、そうした減税政策は「税制改正といえば所得税減税」という意識を国民の間に醸成させてきたこと。第5に、第3と第4の点は増税なき財政再建路線の中で、所得控除の増殖を促し、グローバリゼーションと高齢化の進行の中で、所得税制を溶解させる要因として作用していること。本研究は、中間層の育成をその中心的な目的としてきた戦後税制をグローバリゼーションと高齢化の進行の中で再構築していく過程で、日本だけがそれらの階層に依拠した税制の構築に失敗した理由を精緻化された財政社会学の手法を用いて分析した点で理論的かつ政策論的意義をもつものと考えられる。今年度は、米国の租税構造の特異性をOECDデータの枠組みで捉え直す作業を通して抽出した同国の租税政策の特徴を、財政社会学と関連付けることで同国の租税政策の比較財政史的特徴を明らかにし、財政社会学から捉えた同国の租税政策の意義と限界ならびに今後の展開可能性の抽出を試みた。そこでは具体的に以下の諸点が明らかにされた。

第1に、Campbellが提示した財政現象の規定要因を相互に代替的かつ補完的関係に位置づける上で必要な制度の意味を考えるには、経済学、社会学、政治学における進化論的展開を踏まえた視点が必要であること。第2に、これを踏まえると、財政を中心に据えた社会の動態的な変化を説明するためのマイクロ=メゾ=マクロ・ループが重要であり、そこにWeberとSchumpeterによって展開された財政社会学の方法的統合の問題に取り組む鍵も潜んでいること。第3に、米国は、賃金と消費に対する税の双方を利用する他の先進諸国と異なり、連邦歳入の大きな部分を賃金に対する税にもっぱら依存する租税構造を有するが、投資控除、投資所得非課税措置、投資所得に対する税の繰延べによって、実質的に古典的所得税制から控除型消費税制への移行を加速させていること。第4に、州・地方の売上税の存在故にEU並みのVATの導入が不可能であり、税率のフラット化と課税ベースの拡大を追求せざるを得ない米国で、フラット税やUSA税の提案が政治的争点となり、所得税が消費税化していくのは、強力な議会権限という米国の政策決定過程の特徴の帰結であること。本研究は、各国が消費と賃金の双方に課税ベースの軸足をおく中で、米国が表面的には賃金だけへの依存を続けながら、実質的に控除型消費税への移行を加速させた原因を財政社会学的に分析することで、ハイブリッド税化の宿命を明示した点で理論的かつ政策論的意義と重要性をもっ。
歯周疾患の病態と各種サイトカインmRNA発現の関連性の検討

本研究において歯肉組織における各種炎症関連因子mRNA発現の検出に先だち、組織採取時の侵襲を最少とした微量歯肉組織穿刺採取法を開発した。同法を用いて採取した組織よりRNAを抽出し、RT-PCRを行うことにより、種々の因子の局所mRNA発現を同時に、半定量的に検出する系を確立した。多検体間における各種mRNA発現量の比較を行うにあたり、RT-PCRのテンプレートとなるcDNAの濃度の標準化が必要であるため、ハウスキーピング遺伝子であるGAPDHの194塩基対欠落変異DNAを作成し、各検体のcDNAと競合増幅することで検体中のGAPDH発現量を定量する系を確立した。これらの手法を用いて歯周炎の臨床的炎症所見と各種炎症関連因子mRNA発現の関連性を検討した。すなわち、大阪大学歯学部歯周病室を受診した成人歯周炎患者7名からインフォームドコンセントの後に臨床的に炎症所見を有する部位および健常な部位を各々一部ずつ選択し、歯肉組織局所における各種炎症関連因子mRNA発現の検出を行い臨床的炎症パラメータとの関連性を検討した。その結果、臨床的炎症所見の強く認められた部位では健常な部位と比較してIL-1α,β,IL-6、8、TNFα、IFNγおよびプロスタノイド合成の律速酵素であるCox-2-mRNA発現量が高い値を示すこと、健常部位でも数種の因子のmRNA発現量が上昇している部位が存在すること、および、これらのmRNA発現上昇は一様ではなく各部位により異なった上昇パターンを示すことが明らかになった。この上昇パターンの多様性は歯周組織局所の病態を反映しているものと考えられる。このことから、本研究で開発した手法を用いて複数の炎症関連因子mRNA局所発現の同時検出を行うことにより、歯周組織の多様な炎症像の鋭敏かつ詳細な解析が可能とり、今後の疾病活動度の研究に応用可能であることが示唆された。
オリゴ糖および核酸のアミナカルボニル反応と生活酸素の関与

アミノカルボニル反応は食品の加熱・醗酵・熟成・保蔵中に起こる着色(褐変)やフレーバー形成に関わる反応で、食品の品質と密接に結びついている。この反応の反応機構解明と反応制御(抑制)法を探ることが本研究の目的である。(1)ペプチドのアミノカルボニル反応の反応性は、トリペプチド>ジペプチド>アミノ酸の順であった。N末端アミノ酸が同じジペプチドでもC末端アミノ酸残基の反応性に依存した。ペプチドからの着色色素の色調は、アミノ酸からの着色色素の色調より、暗色であった。(2)二糖類のアミノカルボニル反応における反応性は還元末端側の糖の開環割合に依存すること、その開環割合は非還元末端側の糖の結合部位によって影響されることが明らかとなった。(3)グルコ二糖類の核酸(デオキシグアニル酸)とのアミノカルボニル反応における反応性は、アミノ酸に対する反応性傾向と同じであった。(4)アミノカルボニル反応は遷移金属イオンで促進され、SOD、カタラーゼの添加やキレート化合物の添加で部分的に阻害された。また、糖自動酸化による活性酸素(過酸化水素・水酸ラジカル)生成量とアミノカルボニル反応による着色(褐変)度ほぼ相関した。以上のようにアミノカルボニル反応過程への活性酸素の関与は明らかとなった。(5)みりん中の化学発光量は保蔵中に着色(褐変)に先立って増加し、加温・光照射下では発光量は多くなった。化学発光量はみりん着色(褐変)予想指標として利用可能である。(6)着色(褐変)抑制や色調改善には、ジペプチドやトリペプチドをより反応性の低いアミノ酸にまで酵素などで分解すること、および反応性の高いアミノ酸や暗い色調の色素を生成するアミノ酸(グルタミン酸やアスパラギン酸)を適当な方法で減らすこと、還元性二糖類を非還元糖に転換すること、遷移金属イオンなど酸化促進因子を除去することなどが考えられる。アミノカルボニル反応は食品の加熱・醗酵・熟成・保蔵中に起こる着色やフレーバー形成に関わる反応で食品の品質と密接に結びついている。この反応の反応機構解明と反応制御法を探ることが本研究の目的である。今年度は以下2点を明らかにした。(1)オリゴ糖のアミノカルボニル反応における反応性食品中に存在する各種グルコオリゴ糖のアミノカルボニル反応における反応性を反応液の吸光度・蛍光強度から比較した。ジオースならびにトリオースは単糖のグルコースより反応性は低かったが、ジオースのなかでイソマルトースは高く、コージビオースは低かった。トリオースでは、イソマルトトリオースは高く、パノースは低かった。一方、単糖では3位置換糖や6位置換糖の反応性は高く、2位置換体は低い。先に述べたグルコオリゴ糖種間の反応性は単糖での置換基効果と一致していた。(2)アミノカルボニル反応への活性酸素の関与還元糖とデオキシグアノシン1-リン酸の反応系をアミノカルボニル反応モデル系にして解析した。反応は遷移金属イオンで促進され、SOD、カタラーゼの添加やキレート化合物の添加で部分的に阻害されたので、活性酸素の関与する反応機構が考えられる。さらに、単糖および単糖置換体について活性酸素生成能をヒドロキシルラジカルによる2-デオキシリボース酸化法あるいは安息香酸酸化法で比較したところ、還元糖のアミノカルボニル反応における反応性と活性酸素生成能はおおむね一致した。

アミノカルボニル反応はマヤール(メイラード)反応とも呼ばれ、食品の加熱・醗酵・熟成・保蔵中に起こる着色やフレーバー形成に関わる反応で、食品の品質と密接に結びついている。この反応の反応機構解明と反応制御法を探ることが本研究の目的である。今年度は昨年度に続き、以下2点を明らかにした。(1)オリゴ糖のアミノカルボニル反応における反応性食品中に存在する各種グルコオリゴ糖のアミノカルボニル反応における反応性を反応液の吸光度・蛍光強度から比較した。その結果、(1)二糖類間では還元末端側の単糖の反応性に依存する。(2)単糖の場合と同様に水溶液中での1,2-エンジオール構造の存在割合が反応性の要因であることがわかった。すなわち、グルコ二糖類では1位置換体のトレハロース、スクロースの反応性はなく、2位置換体のコウジビオースも反応性は低かった。3位および6-位置換体のニゲロース、イソマルトースは開環型の存在割合が多いため、反応性は特に高く、4位置換体のマルトースもやや高かった。(2)アミノカルボニル反応への活性酸素の関与アミノカルボニル反応は遷移金属イオンで促進され、SOD、カタラーゼの添加やキレート化合物の添加で部分的に阻害された。単糖および二糖類について活性酸素生成能をヒドロキシルラジカルによる2-デオキシリボース酸化法および安息香酸酸化法で比較したところ、還元糖のアミノカルボニル反応における反応性と活性酸素生成能はおおむね一致した。アミノカルボニル反応に活性酸素の関与する反応経路のあることが考えられる。アミノカルボニル反応は食品の製造・保蔵・流通中の起こる褐変着色・着香現象と深く関わっており、味醂(みりん)などでは着色・濃色化は消費者に好まれない。(1)アミノ酸・ペプチドのアミノカルボニル反応における反応性および生成する褐変色素の色調について、みりんモデル系(pH5.6)中で比較検討ところ、反応性はアミノ酸<ジペプチド<トリペプチドの順に高かった。C末端が同じジペプチドの反応性は、N末端アミノ酸残基の反応性に依存した。N末端アミノ酸が同じジペプチドの反応性もC末端アミノ酸残基の反応性に依存した。また、同じアミノ酸の組み合わせのジペプチドではC末端アミノ酸残基の反応性よりもN末端アミノ酸残基の反応性の方がより大きく影響した。同一重量濃度のグリシン、ジグリシン、トリグリシンの反応性は、モル数(N末端数)よりアミノ酸・ペプチド間の反応性の差に大きく影響された。各アミノ酸・ペプチドから生成する色素の色調も異なった。以上のことから、みりんの濃色化抑制のためには、ペプチドを反応性のより低いアミノ酸にまで酵素などで分解すること、および反応性の高いアミノ酸および暗い色調の色素を生成するアミノ酸を適当な方法で除去すること、が望ましい。(2)みりん中の化学発光量は保蔵中に褐変に先だって増加し、加温、光照射下では発光量が多くなった。化学発光量はみりんの褐変化の予測に使用できる。(3)グルコニ糖類の核酸(デオキシグアノシンーリン酸)とのアミノカルボニル反応における反応性は、アミノ酸に対する反応性傾向と同じであった。以上、みりん保蔵条件下を中心にアミノカルボニル反応に関わる諸要因について明らかにできた。
多倍長積分計算を高速化するアクセラレータとソフトウェアのコ・デザイン

多倍長演算を用いた数値積分を加速するため、我々は多倍長演算専用アクセラレータを開発した。我々は多倍長演算(4/6/8倍精度)が可能なプロセッサをデザインし、再構成可能デバイスに実装した。また、OpenCLによる高速な多倍長演算ライブラリを構築した。これによりGPU上で高速な多倍長演算が可能である。これらは我々の開発したコンパイラで統合的に扱うことが可能である。実アプリケーションでの検証を行い、我々のシステムの有用性を実証した。本研究では、多倍長浮動小数点演算(以下、多倍長演算)を用いた積分計算の高速化を実現するために、ハードウェアとソフトウェアの両面による高速化を実現し、実アプリケーションでの検証によりその有用性を実証することを目的としている。具体的には、最適化された多倍長演算用プロセッサエレメント(以下、PE)とプロセッサ(以下、MP)の開発、および、それらを実装したFPGAボードからなるアクセラレータシステムの開発、OpenCL/CUDAによる高速な多倍長演算手法の確立、および、多倍長演算を必要とする多次元数値積分(ファインマンループ図形積分)と重力多体系の軌道計算(高次エルミート法)について高速化の実現である。平成27年度は、これまでに我々が開発したアクセラレータを基盤として更なる高速化のための基礎調査を行い、その結果を元にPEとMPのデザインと専用アクセラレータコード生成用バックエンドシステムの最適化の検討を行った。まずは多次元積分の場合について、最適化したPE/MPをFPGAボードに実装し、その性能評価を行った。8倍精度演算では、ボートあたりの性能が、これまでに比べて約5倍の高速化が達成された。並行して、OpenCL/CUDAでの4倍精度浮動小数点演算のライブラリ構築が完了した。汎用計算機上での多倍長演算の高速化を実現した。さらに、我々のターゲットアプリケーションであるファインマンループ図形積分に関しては、主に、2ループ・ボックス型(6次元積分)を高速化に計算するための定式化を行った。このループ積分には、様々なパラメータがあるが、過去の研究で採用されたパラメータを用いた計算を行い、より高精度の結果を短時間で得られることを示した。エルミート積分法の関しては、10次、12次の積分公式の定式化を行い、軌道計算による検証を行った。PEとMPのデザインに関しては、高速化に必要なアーキテクチャと回路設計を検討するために、様々なアルゴリズムやPEの構成のパターンについて基礎的な演算性能を評価した。現状のPEは浮動小数点加算器と乗算器が独立に動作する構成になっているが、計算の性質によっては加算機と乗算器を融合したFused-Multiple-Add(FMA)型の構成が望ましいこともある。多次元積分に関して、FMA型を演算器を採用した場合の性能改善率を見積った結果、期待した改善が得られないことが判明した。一方、MPの改善と新たなFPGAボードを採用が、性能改善には大きく寄与することが分かった。新たなアクセラレータとして用いるFPGAボードの入荷が遅れたが、評価の結果を反映したPE/MPをFPGAボードに実装し、性能測定を行った結果、期待した性能が得られた。ハードウェアとしては想定した性能に到達できたと考えている。OpenCLでの実用的な多倍長演算ライブラリに関しては、4倍精度浮動小数点演算のライブラリ構築が完了した。これにより、高速処理のボトルネックになっていたホスト計算側での多倍長演算処理が解消できたと考えている。これらと同時に応用計算の定式化を行った。エルミート積分法では、高次積分の定式化を行い、10次、12次の公式を導出した。この公式を用いて軌道計算を行い、導出した公式の検証を行った。ファインマンループ図形積分で、主に、2ループ・ボックス型(6次元積分)を高速化に計算するための定式化と数値計算を行った。ハードウェアとソフトウェア、ファインマンループ図形積分に関しては、共同研究者らと、ICCS、日本物理学会や応用数理学会で発表を行った。平成28年度は、ソフトウェアに関しては、OpenCL/CUDAによる実用的な6倍、8倍精度演算ライブラリを構築した。また、ライブラリの構築だけでなく、Gooseコンパイラを拡張し、Gooseコンパイラによる統一的プログラミング環境を実現した。ファインマンループ図形積分の計算においては、計算したいループ図形は多種存在するため、様々な図形に対して適応精度の手法とその数値計算コードの開発、および被積分関数の導出を行った。いくつかの物理パラメータを用いて数値計算を行い、ループの物理パラメータによっては、2ループ・ボックス型の積分で端点以外に発散する領域が存在すること明かになった。また、GPUによるループ積分の計算の高速化についても検討した。専用システムとしてFPGAボードを4枚搭載したシステムを構築する予定あるため、その前段階として小規模なシステムを構築し、コンパイラも含めたシステムの検証を行なった。OpenCL/

CUDAによる実用的な6倍、8倍精度演算ライブラリの構築に関しては、すでにGPUによる高速化が実現されているDD方式及びその拡張方式は指数部11ビットであり実アプリケーションにおいてダイナミックレンジが不足する可能性があるため、指数部ビットを拡張したライブラリを構築した。また、OpenCL/CUDAによる多倍長演算ライブラリの構築だけでなく、gooseコンパイラによる統一的プログラミング環境を実現した。Gooseコンパイラは指示行ベースのコンパイラであり、専用システムを容易に利用するために開発しているものである。統一的なプログラミング環境を提供するために、Gooseが多倍長演算ライブラリを利用できるようにGooseを拡張した。高次エルミート積分に関しては、専用システムへの実装の検討、構築した高次エルミート積分法を軌道計算(中心重力場中の天体運動)への適応を進めている。専用システムへの実装に際しては、PEのレジスタや演算器、MPのメモリ最適化を行う必要があり、その詳細検討を進めている。ファインマンループ図形積分の数値計算に関しては、物理パラメータよっては積分領域の端点以外に被積分仮数の発散があることが判明した。そのような場合の積分計算を可能にするために、より単純なループを用いて、計算に必要な分点数の調査、および、空間分割方法などの検討を進めている。専用システムとしてFPGAボードを4枚搭載したシステムを構築する予定であるため、その前段階としてFPGAボード2枚搭載したシステムを構築し、コンパイラも含めたシステムの検証を行った。成果は、物理学会、応用数理学会、電子情報処理学会の研究会で発表した。本研究では、多倍長浮動小数点演算(以下、多倍長演算)を用いた積分計算の高速化を実現するために、ハードウェアとソフトウェアの両面による高速化を実現し、実アプリケーションでの検証によりその有用性を実証することを目的としている。具体的には、最適化された多倍長演算用プロセッサエレメント(以下、PE)とプロセッサ(以下、MP)の開発、および、それらを実装したFPGAボードからなるアクセラレータシステムの開発、OpenCL/CUDAによる高速な多倍長演算手法の確立、および、多倍長演算を必要とする多次元数値積分(ファインマンループ図形積分)と重力多体系の軌道積分(高次エルミート法)について高速化の実現である。平成29年度は、4枚のFPGAボードを搭載したシステム(MP-GRAPE1)を構築し、実アプリケーションでの性能評価を行った。結果、ボードあたり、これまでに得られていた実行性能より4倍以上の高速化が実現できた。また、OpenCLによる6/8倍精度演算ライブラリの最適化、およびGooseコンパイラへの統合を行った。GPU内部構造に適合したパラメータ調整を行い、幅広いGPUに適応したライブラリを作成し、種々のGPU上で高速な多倍長演算が実現できることを確認した。ファインマンループ図形積分に関しては、空間分割法による積分手法を考案した。
覚醒剤後遺症の慢性化機構に関する研究-病態モデル動物の作成

本研究の目的は、覚醒剤後遺症に基づく精神病が精神分裂病の病態モデルとしてその慢性再発性の機構を解明するために、最適な実験動物を作成することである。本研究の結果、脳内モノアミン伝達物質代謝に対する覚醒剤に慢性変化を指標にして、近交系マウスの系統間で比較したところ、従来焦点が当てられてきたドパミン神経系以外にセロトニンやアセチルコリン神経系にも変化が生じている系統が示され、系統間に特徴的な差異が示されたことが明らかにされた。ついで、これらの中から特徴的な系統(NZB/NCrj、NZW/NCrjとその交配1代のCrj:NZBWF1ならびにC57BL/6NCrjの4系統:NZB、C57BLは、ドパミン神経系を中心とした慢性的な伝達物質放出異常が示された。NZWではドパミン神経系には変化がなくセロトニン、アセチルコリン神経系に慢性的な変化が示された)を選んで、覚醒剤の慢性投与断薬、覚醒剤のchallengeにおけるopenfieldtestを繰り返し測定いた。覚醒剤投与によるopenfield scoreの変化は、逆耐性を反映するhyperkinesiaの個体と、対照群の平均値よりも低値を示すhypokinesiaの個体が示された。これらの薬理反応は、覚醒剤投与量との相関の無いことも示された。これらの結果に基づいて、これらのhyperkinesiaの雌雄個体同士、hypokinesiaの雌雄個体同士をそれぞれ交配し、選抜育種することにより、特異的な覚醒剤後遺症モデル動物を作成を開始した。選抜交配の第2代目から、逆耐性動物の発現率が顕著に示されるようになり、選抜交配の4代目においてNZWの雌性動物では、親の特性が子に引き継がれることが示された。今後さらに、選抜育種を重ね、分子生物学的な解析を行う方向に進める予定である。本研究の目的は、覚醒剤後症に基づく越神病が精神分裂病の病態モデルとしてその慢性再発性の機構を解明するために、最適な実験動物を作成することである。本研究の結果、脳内モノアミン伝達物質代謝に対する覚醒剤の慢性方化を指標にして、近交系マウスの系統間で比較したところ、従来焦点が当てられてきたドパミン神経系以外にセロトニンやアセチルコリン神経系にも変化が生じている系統が示され、系統間に特徴的な差異が示されたことが明らかにされた。NZWではドパミン神経系には変化がなくセロトニン、アセチルコリン神経系に慢性的な変化が示された)を選んで、覚醒剤の慢性投与断薬、覚醒剤のchallengeにおけるopenfieldtestを繰り返し測定した。覚醒剤投与によるopenfield scoreの変化は、逆館性を反映するhyperkinesiaの個体と、対照群の平均値よりも低値を示すhypokinesiaの個体が示された。これらの結果に基づいて、これらのhypeikinesiaの雌雄個体同士、hypokinesiaの雌雄個体同士をそれぞれ交配し、選抜育種することにより、特異的な覚醒剤後遺症モデル動物を作成を開始した。