hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
広帯域X線スペクトル観測によるブラックホール降着流のエネルギー解放バランスの解明

ブラックホール(BH)は物質を降着する過程で重力エネルギーの解放により、X線ガンマ線として大量のエネルギーを宇宙空間に放出する。本研究では、X線天文衛星「すざく」によって得た、広帯域X線スペクトルに基づき、物質のエネルギー解放が質量降着・質量放出にどのようにバランスするかがどのように変化するかを定量的に評価した。また、降着円盤内部構造を考慮した理論モデルを構築し、実データとの比較・検証から、降着流の理解において、乱流や照り返しなどの要素が重要となってくる可能性を示した。ブラックホール(BH)は物質を降着する過程でX線ガンマ線を放出し、静止エネルギーの最大10%(非回転BH)ものエネルギーを宇宙空間に放出する。同時に、X線スペクトルに観測される高電離の共鳴吸収線の観測からBHにおけるエネルギー解放機構には放射に加えて、質量放出が重要な役割を担うことが明らかになりつつある。こうした状況をふまえ、本研究は、「すざく」衛星によるBHの広帯域X線ガンマ線スペクトル観測とモデル計算を行い、放射と質量放出によるエネルギー解放バランスを明らかにすることを目指している。本年度は、イギリスのC.DoneかおよびM.Gierlinskiと共同でBHからのX線放射に関するレビュー論文をAstronomy and Astrophysics Reviewに招待論文として寄稿した。本論文では、観測される降着円盤からの軟X線放射、高温および非熱的コロナからの硬X線放射を理論描像と照らしあわせ、その放射機構を解いた。またこれと並行して、「すざく」衛星のサイエンスワーキンググループで観測した恒星質量BH、GRO J1655-40、Cygnus X-1の解析をすすめ、査続付き論文として共著で出版および投稿した。本論文によって硬X線放射の詳細を理解するとともに、「すざく」衛星搭載の硬X線検出器による解析手法の道筋がたてられた。さらに、恒星質量BHから超巨大質量BHへの進化を理解する上で重要な、近傍銀河の超光度天体について、「すざく」衛星による観測データの解析を進めている(NGC4945という銀河の超光度天体については共著として出版)。こうした状況をふまえ、本研究は、「すざく」衛星によるBHの広帯域X線ガンマ線スペクトル観測を行い、放射と質量放出によるエネルギー解放バランスを明らかにすることを目指している。本年度は、すざくで観測した恒星質量BHであるはくちょう座X-1のlow stateのスペクトルを解析し、牧島らとともに逆コンプトン散乱を担う高エネルギー電子が2温度モデルで記述できることを示した。また、二つの超光度X線天体(ULX)NGC2403source3およびM82X-1のすざくの観測から、ULXでも恒星質量BHと同様に状態遷移をすること、また逆コンプトン散乱が重要であることを示し(Miyawaki et al. Isobe et al.)、BHの連続スペクトルを理解する上で貴重な結果を得ることができた。同時に、すざくによる大マゼラン雲にある代表的な恒星質量BHであるLMCX-3のすざくによる観測をPIとして行い、現在解析を進めているところである。特に、質量降着率の高いhighおよびvery highという状態では、光学的に厚い降着円盤が形成され効率的な放射が行われるとともに、円盤風としての質量放出がエネルギー解放に重要な役割を担うことが明らかになってきた。本研究は、「すざく」衛星によるBHの広帯域X線ガンマ線スペクトル観測を行い、放射と質量放出によるエネルギー解放バランスを明らかにすることを目指している。今年度は、まず第一に、「すざく」で観測した、GX339-4というBH天体のvery high状態の広帯域スペクトルから、円盤からの熱的放射と円盤を取り巻く熱的コロナという描像でスペクトルを理解できた(Yamada et al.2009)。さらに、前年度にPIとして「すざく」で観測を行ったBH天体LMC X-3のhigh状態の詳細な解析を行い、この天体が典型的なhigh状態であるにも関わらず、円盤風由来と考えられる吸収線が検出されないことを示し、円盤風形成が単に質量降着率によって決まるものではないことを定量的に示した。また、円盤内部構造の詳細な理論計算を行い、得られたスペクトルから降着円盤の内部構造を精査し他結果、理論的に考えられる吸収端構造が観測データには全く存在しないことをはじめて示した(Kubota et al.2010)。これは現在我々が標準的に用いている標準降着円盤の理解においてなんらかの考え落としがあることを示しており、降着によるエネルギー解放を探る上で重要な知見を得たといえる。
ヒト腫瘍増殖因子のα(hTGF-α)の合成研究

1984年DerynckらはcDNA解析により50アミノ酸よりなるヒト腫瘍細胞増殖因子(hTGF-α)の一次構造を明らかにした.腫瘍細胞の無秩序な増殖を司る本物質の役割りを解明するために,本物質の全合成を,液相法と固相法の2種類の方法で全合成を行った.採集脱保護,及び空気酸化による活性体への誘導は検討中である.2. h-TGF-αの固相合成:システインのSH基の保護基として酸処理に安定なアセトアミドメチル(Acm)基を用い,不溶性ポリマー上でBocアミノ酸を順次縮合し保護ペプチドーレジンを得た.これを1Mトリメチルシリルトリフラート(TMSOTf)で処理し, Acm基を除く全保護基の除去とペプチドのレジンからの切断を行った.次に得られたAcm-ペプチドのAcm基を新しく開発したAgOTf(トリフルオロメタンスルホン酸銀塩)/TFA系で脱保護し,チオールによる脱Ag操作の後,空気酸化を行い各種クロマトにより精製し目的とするhTGF-αを得た.本合成品(10ng/ml)は, hTGF-β存在下,寒天培地においてNRK-細胞に対してコロニー形成活性を示した.1984年DerynckらはcDNA解析により50アミノ酸よりなるヒト腫瘍細胞増殖因子(hTGF-α)の一次構造を明らかにした.腫瘍細胞の無秩序な増殖を司る本物質の役割りを解明するために,本物質の全合成を,液相法と固相法の2種類の方法で全合成を行った.採集脱保護,及び空気酸化による活性体への誘導は検討中である.2. h-TGF-αの固相合成:システインのSH基の保護基として酸処理に安定なアセトアミドメチル(Acm)基を用い,不溶性ポリマー上でBocアミノ酸を順次縮合し保護ペプチドーレジンを得た.これを1Mトリメチルシリルトリフラート(TMSOTf)で処理し, Acm基を除く全保護基の除去とペプチドのレジンからの切断を行った.次に得られたAcm-ペプチドのAcm基を新しく開発したAgOTf(トリフルオロメタンスルホン酸銀塩)/TFA系で脱保護し,チオールによる脱Ag操作の後,空気酸化を行い各種クロマトにより精製し目的とするhTGF-αを得た.ヒト腫瘍細胞増殖因子α(hTGF-α)は腫瘍細胞により産生される因子で、オートクリン系により無血清培地中での腫瘍細胞の増殖を促すので、本因子と正常細胞の癌化および癌細胞の無性限の増殖との関連が注目されている。本研究は1984年DerynckらによりcDNAの解析により明らかにされたhTGF-αの一次構造に基き、アミノ酸50残基より成る本物質の液相法による全合成を行い、癌細胞の増殖に対する本物質の作用機構を検討するとともに合成品によるRIA系を調製し癌診断への応用等の基礎研究を行おうとするものである。本年度は当初の実験計画に基き、以下の様に研究を進めた。1.hTGF-αは分子内に6個のヒスチジン残基を含み、高収率で目的物を得るためにはこれを保護した形で合成を進める必要がある。そこでJonesらにより導入されたBom(beuzyloxymethyl)基の化学的性質を詳細に検討し、本保護基が通常のペプチド合成の条件下に安定であり、又最終段階において最近我々の開発したトリメチルシリルトリフラートを用いる方法で定量的に除去できることを明らかにした。2.本物質は分子内に3個のジスルフィド結合を有し、効率良く目的の物質を得るためには正しい位置にジスルフィド形成を行う必要がある。そこで二つのタイプの新しいジスルフィド形成反応を検討し〔1.3価のタリウムを用いる方法,2.S-保護システィンスルホチシドを用いる方法〕、hTGFの全合成への基礎実験を行った。実際の合成において従来の空気酸化法と比較検討する計画である。3.上記の基礎研究を基にhTGF分子全合成に必要な10個の区分ペプチド(1-5,6-11,12-15,16-19,20-23,24-31,32-34,35-37,38-40,41-50位)の合成をほぼ完了した。
わが国近代地理学思想形成における土着思想と外来思想

われわれの研究は、(1)インド・中国を含めた日本伝来の土着的地理思想と、(2)欧米に由来する地理思想とが、わが国近代地理学思想の形成にいかに係ってきたかを解明するところにある。(1)については、明治以降の科学的な近代地理学の発達の中で、忘れ去られてしまったものであるが、近年のヒューマニスチック地理学の隆盛とともに、この東洋的な地理思想が注目されるに至っている。わが国古来の地理思想の表現である「間」や「奥行」といった空間概念によって、日本のオリジナルな景観の深層の解読が可能となることが示された。また日本古代の景観構成において中国伝来の道教的要素の存在が指摘されるなどいくつかの興味深い知見が得られた。(2)については、まず幕末から明治初期にかけてわが国に招聘された外国人教師や日本人渡欧者によって西欧流の地理学がもたらされた。前者における札幌農学校の影響が大きく、そこで学んだ新渡戸稲造・内村艦三・志賀重昂らは近代日本の地理学発達史においてきめわて重要な役割を演じた。その中で志賀は西欧の地理学思想を導入するとともに、日本の風景の中に日本的特徴を読み取ろうとし、われわれの(1)、(2)の課題を繋ぐ人物とみることもできる。新渡戸稲造は「郷土会」を通じて牧口常三郎や小田内通敏らの在野の地理学者を育て、これらの人たちは草創期の日本の人文地理学に大きな足跡を残した。このようにアカデミズム地理学成立以前のわが国地理学の存在が浮き彫りにされつつある。明治末から大正の初めにかけてわが国のアカデミズム地理学が成立するとともに本格的に西欧の地理学が導入されることになった。1920年代から40年代にかけて日本の地理学の一大潮流をなした景観地理学研究はシュリューターを初めとするドイツ地理学の景観概念やサウアーを中心としたアメリカ文化地理学の影響を強く受けたのであった。今年度行なった研究の成果は大きく二つに分けられる.1)は中国・インド含めた日本伝来の土着的ともいえる地理思想に関するものであり,2)は西洋伝来の近代地理学思想に係わるものである.1)に属するものとして,日本のオリジナルな景観の深層に,わが国伝来の地理思想の表現である「奥行」や「間」などを読み取ろうとする水津の研究.同じく日本の古代の景観構成に道教的要素の存在を指摘する千田の研究を上げることができる.竹内が取り上げた志賀重昴の国粋思想は日本の特徴的風景から抽出されたものであるが,かれの地理学の中にはすでに西欧欧の近代地理学思が入っている.2)に属するものとして,久武は,わが国において1920年代から40年代にかけて,地理学の大きな潮流をなした景観地理学研究とアメリカ文化地理学の影響関係を探っている.また,地理学方法論と集落地理学に大きな業績を残した綿貫勇彦について,山野はヘットナー,シュリューターを始めとするドイツ地理学との関係を明らかにした.西欧地理学の日本地理学への影響関係を問題にする場合,西欧地理学自体の発達にも充分目を注いでおかなければならない.第二次大戦前のドイツにおける「民族ドイツ学術振興会」において果してきた地理学の役割を追究する山本の研究,また栗原のマドリッド地理学協会とヨーロッパ地理学界の影響関係は日本の地理学の形成,発達を探る上で参考となろう.フランスのヴィダル地理学の日本での評価が正当であったかどうかが,野澤によって追究されている.

さらに中川による明治年間の中等学校の地理教師の出身母体をめぐる問題や千口の西欧のツーリズムの思想の日本的変容の問題は日本の地理(学)思想の発達を教育,民衆から捉えるという視点を提供してくれる.今年度はもっぱら幕末以降いかに欧米の地理学がわが国にもたらされ、わが国の近代地理学の形成に影響を与えてきたかの検討に充てられた。まず幕末から明治初期にかけてお雇い外国人教師や日本人渡欧者によって西欧流の地理学がわが国に紹介されたのであるが、源はお雇い外国人の中で地理学を教えていた教師を特定し、使用されていたテキストの探究とその内容の検討を行い、これまで空白であった部分を埋める作業を行った。また当時欧米から海水浴法が伝えられたが、小口はこの受容過程を検討し、日本のツーリズムの黎明期の問題を明らかにした。これは広い意味の西欧と日本の地理思想の違いを浮き彫りにするものであった。明治期における西欧地理学の日本への紹介者として札幌農学校の存在を忘れることはできない。そこで学んだ新渡戸稲造・内村鑑三・志賀重昴らはアカデミズム地理学成立以前のわが国地理学に大きな影響を与えた人たちである。竹内はこれらの人物や福沢諭吉・内田正雄らを含めたいわゆる啓蒙思想家の地理学思想が日本の近代ナショナリズムと深く結びついていることを明らかにした。新渡戸の影響を強く受けた小田内通敏は日本の人文地理学の発達の上で大きな足跡を残した。中でも郷土地理研究を通して、戦前の日本のナショナリズムと結びつくところがあった。野澤は小田内のほか三沢勝衛、内田寛一の郷土地理について検討したが、三沢、内田は当時のイデオロギーからは無縁であった。明治末から大正初期にかけてわが国に地理学講座が創設され、アカデミズム地理学の時代を迎える。それとともに本格的な西欧の近代地理学の導入が見られるようになる。久武はシュリューターを始めとしたドイツ地理学やサウアーを中心としたアメリカ地理学が日本の文化地理学の発達に与えた影響について詳細に明らかにした。なお、山野は近年地理学思想に大きな位置をしめるヒューマニスチック地理学の文献整理をした。
半導体ナノロッドアレイ構造の光局在場制御技術の開発とその応用に関する研究

本年度は、昨年度中に見出した新規な表面二次元構造作製技術である、レーザー誘起表面凹凸作製法による構造の最適化やランダムレーザー発振の確認を中心に行った。この手法では、高強度パルス照射により基板界面にラフネスを形成し、そのラフネスから自発的にランダムレーザーが誘起されるため、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる。実験では、ZnOと同様に紫外域での発光やレーザー発振の観測例のあるGaN平面基板を用い、照射するレーザーの強度や時間を調整することにより、ランダムレーザー発振に最適な構造を作製するための条件探索を行った。その結果、照射レーザー偏光の向きに応じたリップル構造が作製できることをSEM像観察により確認し、600 MW/cm2程度の強度のレーザーを10秒程度照射したのち、レーザー発振閾値が最小となることを確認した。また、ランダムレーザー・局在場の制御を行う手法として、磁性基板上に作製したZnOナノ粒子フィルムにおいて、レーザー発振のスイッチングを試みた。外部から磁場を印加することにより磁性基板での反射光のカー回転が起き、局在モードへのフィードバックが変化することによってレーザー発振が変化する様子を確認した。今後はこの成果を基に、磁性基板上への半導体ナノロッドの作製を試み、磁場によるレーザー発振・局在場制御を試みる予定である。当初の目的とは異なるものの、新規な構造作製法の提案や、新規な局在場制御技術の提案・実証を進め、低しきい値ランダムレーザー発振の観測やランダムレーザー発振のスイッチング手法の開発に成功した。これらの作製手法や制御手法に関する招待講演2件、学会発表11件を行い、査読付き論文2報を発表した。研究は順調に推移しており、今後はこの成果を基に、磁性基板上への半導体ナノロッドの作製を試み、磁場によるレーザー発振・局在場制御を試みる予定であり、最終的にはシングルモードのレーザー発振のデモンストレーションを行う。本年度開発した表面凹凸作製法や磁場印加による局在モード制御技術をナノロッドアレイ構造に適用し、ナノロッドアレイランダムレーザーの発振制御を試みる。当初計画の通り、上記と並行してレーザー誘起水熱合成条件の更なる条件探索を継続して行う。具体的には、ロッド径のばらつきの原因であると考えられる温度ムラを抑制するための照射レーザー光のプロファイル制御や、結晶成長制御を行うためのエチレングリコール混入等を行い、より制御性の優れた構造作製評価を行う。また、本年度の成果と当初の計画を組み合わせ、磁性基板上への半導体ナノロッドの作製を試み、ナノロッドアレイ構造におけるランダムレーザー発振の低しきい値化やシングルモード化、スイッチング動作などの局在モード制御の検証を進める。本年度は、酸化亜鉛を材料として選択し、金薄膜上に集光したレーザーの光吸収による局所加熱を利用したレーザー誘起水熱合成によりナノロッドアレイ構造を作製する際の作製条件の最適化を行い、高確率にランダムレーザー発振を誘起できる構造の作製条件の探索を行った。照射レーザー強度や時間、前駆体溶液濃度の3つのパラメータを変化させた際に作製されるナノトッド径や形状をSEM観察により評価を行った。また、発光スペクトル測定を行い、紫外発光強度が増大し、欠陥に由来する可視域の発光が減少する様な条件の探索を行った。実験の結果、紫外域の発光を散乱により増強するため、100nm程度のナノロッドが作製でき、紫外域の発光が増大する条件として、照射強度1.2kW/cm2、照射時間10分、前駆体溶液濃度100mMという作製条件を得た。また、各条件で試作した試料におけるランダムレーザー発振特性の確認も行い、上記条件以外ではランダムレーザー発振を確認できず、上記の条件で作製した構造においてのみ80%以上という高い確率でランダムレーザー発振を確認する事に成功した。また、GaN基板上でのレーザー誘起水熱合成実験中に、レーザー誘起水熱合成法とは異なる2次元構造作製技術を見いだした。この手法では、高強度パルス照射によりGaN基板界面にラフネスを形成し、そのラフネスから自発的にランダムレーザーが誘起されるため、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる。このため、ZnOナノロッドアレイ構造のレーザー水熱合成実験と平行して研究を行い、レーザー発振が誘起される最適な照射条件を確定する事に成功した(論文準備中)。当初の目的通り、作製条件の探索、構造構造評価を進め、ランダムレーザー発振を高確率に誘起できる構造作製条件の確定に成功し、レーザー誘起水熱合成法を用いた低しきい値のナノロッドアレイランダムレーザーを確実に作製するための指針を得た。この作製手法に関する招待講演2件、学会発表4件を行い、現在論文を準備中である。しかし、構造条件探索に時間がかかり、予定していたランダムレーザー発振モードを意図的に制御する手法の実現にまでは至っておらず、更なる作製条件の絞り込みが今後も継続して必要である。また、GaN基板上でのレーザー誘起水熱合成実験中に、レーザー誘起水熱合成法とは異なる2次元構造作製技術を見いだし、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる新たな作製手法の提案を行った。この作製手法に関する学会発表1件を行い、現在は論文を準備中である。

この手法では、高強度パルス照射により基板界面にラフネスを形成し、そのラフネスから自発的にランダムレーザーが誘起されるため、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる。実験では、ZnOと同様に紫外域での発光やレーザー発振の観測例のあるGaN平面基板を用い、照射するレーザーの強度や時間を調整することにより、ランダムレーザー発振に最適な構造を作製するための条件探索を行った。その結果、照射レーザー偏光の向きに応じたリップル構造が作製できることをSEM像観察により確認し、600 MW/cm2程度の強度のレーザーを10秒程度照射したのち、レーザー発振閾値が最小となることを確認した。また、ランダムレーザー・局在場の制御を行う手法として、磁性基板上に作製したZnOナノ粒子フィルムにおいて、レーザー発振のスイッチングを試みた。外部から磁場を印加することにより磁性基板での反射光のカー回転が起き、局在モードへのフィードバックが変化することによってレーザー発振が変化する様子を確認した。今後はこの成果を基に、磁性基板上への半導体ナノロッドの作製を試み、磁場によるレーザー発振・局在場制御を試みる予定である。当初の目的とは異なるものの、新規な構造作製法の提案や、新規な局在場制御技術の提案・実証を進め、低しきい値ランダムレーザー発振の観測やランダムレーザー発振のスイッチング手法の開発に成功した。これらの作製手法や制御手法に関する招待講演2件、学会発表11件を行い、査読付き論文2報を発表した。研究は順調に推移しており、今後はこの成果を基に、磁性基板上への半導体ナノロッドの作製を試み、磁場によるレーザー発振・局在場制御を試みる予定であり、最終的にはシングルモードのレーザー発振のデモンストレーションを行う。発振・局在モード制御の実現を目指し、レーザー誘起水熱合成条件の更なる条件探索を継続して行う。具体的には、ロッド径のばらつきの原因であると考えられる温度ムラを抑制するための照射レーザー光のプロファイル制御や、結晶成長制御を行うためのエチレングリコール混入等を行い、より制御性の優れた構造作製評価を行う。また、これまでナノ粒子膜で行って来た局在モード制御技術を流用し、意図的な欠陥領域を導入する事でモード制御の実現を試みる。これらの方法で構造を試作し、ランダムレーザー発振測定を行う事でその制御性の実証を試みる。構造試作後、ランダム構造の局在モード制御による光反応増強効果の検証を開始する。ロッド径や密度に対する導入色素(今回の場合はZnO)の発光寿命測定やスペクトル測定を行い、構造特性の制御による発光・吸収特性の増強効果の見積を進める。また、高強度レーザー照射による自発的なランダムレーザー作製手法に関しても平行して研究を行い、来年度中に作製条件の制御によるレーザー発振制御が可能かどうかの検討を行う。本年度開発した表面凹凸作製法や磁場印加による局在モード制御技術をナノロッドアレイ構造に適用し、ナノロッドアレイランダムレーザーの発振制御を試みる。当初計画の通り、上記と並行してレーザー誘起水熱合成条件の更なる条件探索を継続して行う。
ジェミニウイルスベクターを用いた効率的な相同組換え手法の確立

本研究では、ジェミニウイルスの機能を利用して外来遺伝子の植物ゲノムDNAへの相同組換え頻度を上昇させる系を確立することを目的としている。まず、ベゴモウイルス属のBean golden mosaic virus、クルトウイルス属のBeet severe curly top virus、マストレウイルス属のTobaccoyellow dwarf virusの感染植物をAmerican Type Culture Collectionから輸入し、ゲノムDNA全長となる約3kbのDNA断片をPCRにより増幅し、クローン化した。次に感染性クローン作製のため、複製開始点を2つ含むように、ゲノムDNA全長をタンデムに約1.5コピーとなるようなコンストラクトを作製し、バイナリーベクターに導入した。これらのベクターをアグロバクテリウムに導入し、インフィルトレーション法により宿主となる植物にそれぞれ接種した結果、全身感染が確認され、病徴が再現できた。以上の結果より、これらのベクターは感染能を持ち、タバコやシロイヌナズナなどのモデル植物を含むさまざまな植物における解析が可能となった。次に、感染率の低い宿主に対するウイルスの感染率を上昇させる実験系の確立を試みた。ジェミニウイルスの複製酵素(Rep)はウイルス複製を開始させる重要なタンパク質であるため、ウイルス感染時にRepを感染細胞内で高発現させると複製効率が上昇し、感染率が上昇する可能性が考えられる。そこで、植物体内で機能するプロモーター配列などと共にRepを発現ベクターに導入することで目的のコンストラクトを作製した。この実験系の確立により、効率的な相同組換え手法がより多くの植物に適用できると期待される。まず、ベゴモウイルス属のBean golden mosaic virus、クルトウイルス属のBeet curly top virus、マストレウイルス属のTobaccoyellow dwarf virusの感染植物をAmerican Type Culture Collectionから輸入し、ゲノムDNA全長となる約3kbのDNA断片をPCRにより増幅し、クローン化した。以上の結果より、これらのベクターは感染能を持ち、タバコやシロイヌナズナなどのモデル植物を含むさまざまな植物における解析も可能となることが期待された。次に、イネの培養細胞系を確立するため、さまざまな条件検討を行った結果、安定して維持することが可能となった。さらに、Wheat dwarf virus由来のベクターであるpWI-11を用いたイネ培養細胞の形質転換も可能となり、現在、形質転換効率の条件検討を行っている。
電界による磁壁駆動

これまで多磁区構造にあるCo超薄膜への電界の印加による磁区構造の変化から、磁壁エネルギーが電界により変化していることがわかったが、その変調の起源は実験的には明らかとなっていなかった。近年、磁気異方性エネルギーとともに磁壁のエネルギーに関連する交換スティフネス定数が電界によって変調されるということが理論的に示された。そこで、多磁区構造の磁区幅を定量的に評価し、磁気異方性定数・飽和磁化の電界変調の寄与を考慮することで、交換スティフネス定数が電界によりどれほど変化しているのかを調査した。その結果、交換スティフネス定数が約50%変化することがわかった。本結果は理論値と実験値とでは定量的な差はあるものの、変調方向は一致していた。実験的に交換スティフネス定数の電界制御を実現できたことはスピントロニクス分野における磁性制御に新た視点を与えるものと考えられる。さらに、磁壁エネルギーの変化を応用して電界による磁壁駆動を試みた。空間的に傾斜の付いた電界を試料に印加すれば、磁壁エネルギーにも空間的な勾配ができるため、無磁場・無電流でより磁壁エネルギーの低くなる方向へ磁壁を移動できると期待される。そこで、キャパシタ構造のゲート電極の面内方向に電圧を印加し、ゲート電極中の電位降下を利用して細線の長手方向に対して傾斜のついた電界を印加した。そして、一定磁場の下で磁壁移動を観察した結果、磁壁移動速度が位置に依存する振る舞いが見られた。この磁壁移動速度の位置依存性から磁壁エネルギーが位置に依存していることが確かめられたが、無磁場においては磁壁エネルギーの勾配に由来した磁壁移動は見られなかった。傾斜のついた電界の印加下における磁壁移動速度の磁場依存性から磁壁エネルギーの勾配に起因した有効磁場を見積もったが、本系においては磁壁移動を誘起するには小さすぎることが示された。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は無磁場・無電流で電界の印加のみによって磁壁駆動を実現し、磁壁駆動を利用した磁気メモリのさらなる省電力化への手がかりを見つけることである。これまで磁壁は磁場の印加や、磁性体に直接電流を印加することによって駆動できることが知られていたが、これらの手法はジュール熱の発生が避けられない。電界の印加にはキャパシタ構造への充放電のみに電流を要するため、ジュール熱の発生が非常に小さく抑えられる。これまでに磁性体における電界効果として磁気異方性エネルギーや磁化といった物性が変化することが知られている。そこで今年度研究代表者は磁区構造への電界効果を調査するため多磁区状態にある磁性体に電界を印加し、その際の磁区構造の変化をMagneto-optical Kerr Effect顕微鏡を用いた光学的な手法により観察した。その結果、ゲート電圧の増加とともに磁区幅も増大することがわかった。このことから本実験において観察された磁区幅の変調には磁壁エネルギー、つまりは磁気異方性エネルギーの変調が支配的となっていることがわかった。さらに磁性層が多磁区化する直下の温度にて磁性細線へのゲート電圧の印加の影響を調べた。その結果、正のゲート電圧下では単一磁区状態であるのに対し、負のゲート電圧を印加したところ、細線の端部分から磁化反転する現象が観察された。さらにゲート電圧を正に戻すと磁化反転により現れた磁区は磁壁移動を伴って消滅した。この一連の現象は繰り返し観察された。つまり局所的な磁化がゲート電圧の印加に追随して反転するといった結果が得られた。本結果は電界による磁壁移動を用いた磁気メモリへの情報の書き込みの可能性を示唆するものである。勾配電界印加下での磁壁移動本研究では細線長手方向に勾配の付いた電界(勾配電界)の印加下では磁壁のエネルギーにも勾配がつき、磁壁はよりエネルギーの低い方へと移動するはずであるとのアイデアの下、勾配電界印加時の磁壁移動を計測した。ゲート電極の長手方向に電圧を印加することにより、細線中の電位勾配を利用して勾配電界を印加することができる。これまでのところ勾配電界のみでの磁壁駆動は実現できていないが、勾配電界の印加下において外部磁場による磁壁移動を計測した結果、磁壁移動速度が細線の位置に依存する振る舞いが見られた。この結果は先行研究で示された磁壁移動速度の電界依存性と同様に、ピニングポテンシャルが細線のそれぞれの位置における電界に依存しているために現れており、勾配電界の印加により電界効果が位置に依存して現れていること示している。電流駆動磁壁移動の電界依存性これまで磁場誘起による磁壁の移動速度は電界の印加によって大きく変化することが明らかとなったが、電流駆動による磁壁移動速度の電界効果は不明のままである。垂直磁気異方性を有するMgO/Co/Pt系を用いて無磁場において電界印加下の電流誘起による磁壁移動を磁気光学Kerr効果顕微鏡により観察した。本系はCo/Pt界面において強いDzyaloshinsky-Moriya相互作用を有する系であり、磁壁はスピンホールトルクを介して電流方向に移動する。観察された速度領域の磁壁移動は熱活性によるクリープ領域であり、本実験を通して電流誘起による磁壁のクリープ速度は磁場駆動の場合と同様にゲート電圧の増加とともに減少することが明らかとなった。

本研究の目的は電界の印加のみにより磁壁駆動を実現し、磁壁駆動を利用した磁気メモリのさらなる省電力化への手がかりを見つけることである。今年度は昨年度に得られた電界の印加による磁壁ネルギーの変調を応用した実験を行った。試料面内方向に対して勾配を持った電界を印加することにより、磁壁エネルギーに勾配を持たせることに成功した。このことは磁壁移動速度の細線の位置依存性の測定からそのことを確認することができた。これまで多磁区構造にあるCo超薄膜への電界の印加による磁区構造の変化から、磁壁エネルギーが電界により変化していることがわかったが、その変調の起源は実験的には明らかとなっていなかった。近年、磁気異方性エネルギーとともに磁壁のエネルギーに関連する交換スティフネス定数が電界によって変調されるということが理論的に示された。そこで、多磁区構造の磁区幅を定量的に評価し、磁気異方性定数・飽和磁化の電界変調の寄与を考慮することで、交換スティフネス定数が電界によりどれほど変化しているのかを調査した。その結果、交換スティフネス定数が約50%変化することがわかった。本結果は理論値と実験値とでは定量的な差はあるものの、変調方向は一致していた。実験的に交換スティフネス定数の電界制御を実現できたことはスピントロニクス分野における磁性制御に新た視点を与えるものと考えられる。さらに、磁壁エネルギーの変化を応用して電界による磁壁駆動を試みた。空間的に傾斜の付いた電界を試料に印加すれば、磁壁エネルギーにも空間的な勾配ができるため、無磁場・無電流でより磁壁エネルギーの低くなる方向へ磁壁を移動できると期待される。そこで、キャパシタ構造のゲート電極の面内方向に電圧を印加し、ゲート電極中の電位降下を利用して細線の長手方向に対して傾斜のついた電界を印加した。そして、一定磁場の下で磁壁移動を観察した結果、磁壁移動速度が位置に依存する振る舞いが見られた。この磁壁移動速度の位置依存性から磁壁エネルギーが位置に依存していることが確かめられたが、無磁場においては磁壁エネルギーの勾配に由来した磁壁移動は見られなかった。傾斜のついた電界の印加下における磁壁移動速度の磁場依存性から磁壁エネルギーの勾配に起因した有効磁場を見積もったが、本系においては磁壁移動を誘起するには小さすぎることが示された。本研究の最終目標は電界印加のみによる磁壁駆動を実現し、磁壁移動を伴った局在磁化の反転を実現することである。今年度研究代表者は磁性体への電界印加時の磁区構造の変化に着目して実験を行い、磁壁エネルギーの電界による変調を介して多磁区構造にある磁性体の磁区幅の大幅な制御に成功した。さらに、電界印加による磁壁移動の伴った局所的な磁化反転にも成功し、これらの成果は電界による磁壁位置制御につながる大変興味深い結果であり、当初の計画以上に進展していると言える。これまで電界のみによる磁性細線中の単一磁壁の駆動を目指して実験を行ってきたが、勾配電界に起因した有効磁場が十分に大きな強度を得られなかったために、電界のみによる磁壁駆動の実現には至らなかった。そこで、実際にどの程度の有効磁場が得られているのかを勾配電界印加下での磁場アシストによる磁壁クリープ運動から見積もる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
言語音声インプットの速度が第二言語処理能力の発達に与える影響の研究

大学生を対象として速聴タスクの効果を検証した。学習内容としては英語の音声変化を取り上げ、タスクとしては音声識別の可否を詳細に判定出来る書き取りを用いた。各被験者の使用したマテリアルは、2枚のCD-R、27頁の問題タスク冊子(7日分)、9頁の解答用紙からなる。前半の3日間が弱形・同化・連結などの性質を持つ音声素材(1日約30分)による学習であり、後半の3日間が各種リダクションを扱ったより高難易度の音声素材(1日約40分)による学習である。調査は、1)プリテスト→2)6日間のリスニング学習→3)7日目のポストテスト、からなる。前半の3日間におけるタスクは、「a)書き取りテスト⇒b)学習タスク⇒c)書き取りテスト⇒d)学習タスク⇒e)書き取りテスト」を1セットとした。後半の3日間は、「a)書き取りテスト1⇒b)学習タスク1⇒c)書き取りテスト1⇒d)書き取りテスト2⇒e)学習タスク2⇒f)書き取りテスト2」を1セットとした。学習タスクは、実験群においては、「i)スクリプトを見ながら通常スピード音声の口頭反復→ii)スクリプトを見ながら1.5倍速の口頭反復→iii)スクリプトを見ないで1.5倍速のリスニング→iv)スクリプトを見ながら2倍速の口頭反復→v)スクリプトを見ないで2倍速のリスニング」を1セットとした。統制群においては、タスクはすべて通常スピードであり、「i)スクリプトを見ないでリスニング→ii)スクリプトを見ながら口頭反復→iii)スクリプトを見ないで口頭反復→iv)スクリプトを見ながらシャドーイング」を1セットとした。タスク前後の書き取りのパフォーマンスを実験群・統制群で比較することによって、学習の効果を検証した。実験群の明確な優位性は認められず、速聴は比較的効果の実感されやすい学習直後の音声認識においても必ずしも有用であるとは言えないことが示唆された。本研究の目的は、リスニングタスクにおけるマテリアルのスピードがリスニング能力の伸びに与える影響を調べることであり、特に、通常のスピードより速い速度のインプットによる「速聴」の効果の検証が主たる目的である。平成17年度においては、速度調整されたリスニング学習用マテリアルの作成と修正を行った。マテリアルは、1)事前のリスニング能力把握のためのプレテスト、2)トレーニング用教材、3)事後のリスニング能力把握のためのポストテスト、4)アンケート、からなる。中心となる2)は、(1)150wpm、(2)300wpm、(3)450wpmを基本とし、それぞれを別個の被験者を対象に用いるが、(2)のマテリアルにおいては(1)のスピードを、(3)のマテリアルにおいては(1)と(2)のスピードを部分的に取り入れ、タスクに多様性を持たせるとともに、学習の達成感と継続への意欲が得られるように工夫した。スピード調整においては、a)音声編集ソフトウェアSound Forgeによる加工、b)マルチトラック・ハードディスクレコーダによるデジタル処理、C)スピード可変CDプレーヤーによる調整、を併用した。データの処理に当っては、研究補助員の協力を得た。また、東京学芸大学の学生を対象として予備調査を行い、難易度やタスクを調整し、上位レベルと中位レベルの被験者のためのマテリアルを作成した。これらの教材は、さらに、3つの用途-(1)週1回の授業時間に受講生を対象に実施するトレーニング用教材、(2)1週間の集中演習形式による授業の受講生を対象に実施するトレーニング用教材、(3)集中的な家庭学習への協力に応じた学生を対象とする教材-に応じて、分量・内容を調節した。作成したマテリアルは、さらに改良の上、平成18年度において、集中演習授業、家庭学習、週1回の授業で使用し、他大学(4大学を予定)の学生の協力も得て、データを収集・分析する。統制群においては、タスクはすべて通常スピードであり、「i)スクリプトを見ないでリスニング→ii)

スクリプトを見ながら口頭反復→iii)スクリプトを見ないで口頭反復→iv)スクリプトを見ながらシャドーイング」を1セットとした。タスク前後の書き取りのパフォーマンスを実験群・統制群で比較することによって、学習の効果を検証した。実験群の明確な優位性は認められず、速聴は比較的効果の実感されやすい学習直後の音声認識においても必ずしも有用であるとは言えないことが示唆された。
光学干渉計による高速度映像からの音響情報抽出に関する研究

マイクロホンなど従来の方法では原理的に計測できない音場に対して,レーザ干渉計を用いて非接触に音を計測する光学的音響測定の研究を進めている.計測法やデータ解析手法に関する検討を行い,光学的に測定可能な音響現象の種類を増やしてきた.一方,現実の応用問題へ適用するにあたり,これまで取り組んだ計測法自体の改善に加え,計測されたデータに対する発展的な信号処理も検討する必要があるが,現状は基礎検討に留まっている.本研究では,これまで発展させてきた光学的音響測定手法を現実の工学的問題に適用することを目指し,光学干渉計によって測定された音響データに対する信号処理について検討を行う.マイクロホンなど従来の方法では原理的に計測できない音場に対して,レーザ干渉計を用いて非接触に音を計測する光学的音響測定の研究を進めている.計測法やデータ解析手法に関する検討を行い,光学的に測定可能な音響現象の種類を増やしてきた.一方,現実の応用問題へ適用するにあたり,これまで取り組んだ計測法自体の改善に加え,計測されたデータに対する発展的な信号処理も検討する必要があるが,現状は基礎検討に留まっている.本研究では,これまで発展させてきた光学的音響測定手法を現実の工学的問題に適用することを目指し,光学干渉計によって測定された音響データに対する信号処理について検討を行う.
生体内単一ニューロン記録法による概日リズム発現の神経回路解析

概日リズムの乱れは、様々な疾患や健康障害の発症リスクとなることが明らかになってきている。本研究課題では、生きたラットやマウスから、概日リズムの中枢である視交叉上核(SCN)の単一ニューロンから電気活動を記録し、光照射時における視交叉上核における中枢時計の情報統合過程とリセットの仕組みを解明する事を目的としている。その結果、非常に難しいと思われた生きたマウス視交叉上核の単一ニューロンからの記録および光照射時の反応をとらえることが、確率は低いながら可能であることが分かった。つまり、概日リズムの乱れを修正するリセットのメカニズムは、心身の健康を維持に重要な役割を果たしている。概日リズムの最も強いリセット因子は「光」であるが、概日リズムの中枢である視交叉上核内には網膜から直接入力を受けるニューロンと、受けないニューロンが混在している。しかし、これらの機能分担と情報伝達・統合の仕組みはほとんど分かっていない。本研究課題では、生きたマウス及びラットから、視交叉上核(SCN)の単一ニューロンから電気活動を記録し、光照射時における視交叉上核における中枢時計の情報統合過程とリセットの仕組みを解明する事を目的としている。これまでに視交叉上核における単一ニューロンからの電気活動の記録およびトレーサー注入の条件検討を行った。その結果、非常に難しいと思われた単一ニューロンからの記録および光照射時の反応をとらえることが、確率は低いながら可能であることが分かった。25年度は、この研究をさらに積み重ねて、データの蓄積を行った。つまり、概日リズムの乱れを修正するリセットのメカニズムは、心身の健康維持に重要な役割を果たしている。本研究課題では、生きたラットから、視交叉上核(SCN)の単一ニューロンから電気活動を記録し、光照射時における視交叉上核における中枢時計の情報統合過程とリセットの仕組みを解明する事を目的としている。24年度は、視交叉上核における単一ニューロンからの電気活動の記録およびトレーサー注入の条件検討を行った。当初の計画通りに実験が進んでおり、そのうちいくつかの実験で既に新たな知見を得ており、論文等の成果も期待できる状況となっている。おおむね当初の計画通りに進行しており、このままの進行で問題ないと考える。生きたラットの視交叉上核からJaxta-cellular法で単一ニューロン活動を記録し、トレーサーを導入することは非常に困難であると考えられたが、それが実現できたため、今後はさらに検討を進めていく。該当なし
核医学的手法による甲状腺腫瘍の代謝に関する研究

臨床的検討としては甲状腺腫瘍における^<201>T1の集積と腫瘍増殖能との関係を検討して次の結果を得た。1)針生検で得た新鮮検体を用いたflowcytometry解析から求めたproliferating cell nuclear antigen(PCNA)の発現率と^<201>T1の集積とは甲状腺癌の予後因子と密接な関連性がある事が示唆され、これらの指標を評価する事で腫瘍の臨床的挙動の把握や予後の推定が可能になる。2)甲状腺乳頭癌症例で^<201>T1の遅延スキャンの集積比が高値を呈するものは手術後の再発率が有意に高かく、^<201>T1の集積を術後再発の予測の指標として利用可能である。3)再発甲状腺癌症例では^<131>Iの取込みが悪い病巣で^<201>T1の集積は有意に強かった。この事は^<201>T1による再発甲状腺癌の検出率が^<131>Iに勝っているというよりは、^<201>T1の集積が強くなってくると腫瘍の性格がより侵襲的になって^<131>Iを取込みにくくなるものと思われる。そして^<201>T1の集積程度を^<131>I治療の適応判定の指標の一つとして利用できるものと思われる。以上の結果より^<201>T1の集積は甲状腺腫瘍の増殖能を反映しており、予後因子とも関連性のある事が示唆された。基礎的検討としては、マウス移植腫瘍の^<14>C-DG集積性の検討と腫瘍の増殖能の評価についてわれわれが新たに樹立したヒト甲状腺乳頭癌自家樹立培養細胞株AC2を用いて検討した。^<14>C-DG腹腔内投与60分後のマクロ及びミクロオートラジオグラフィー法では、培養細胞株AC2への^<14>C-DG集積を確認した。また、臨床例と同じ方法で腫瘍のDNA ploidyとPCNAの発現率を検討した。これらの検討により、viableな腫瘍では^<14>C-DGの集積と腫瘍増殖因子の発現は密接に関連していると考えられた。甲状腺腫瘍に於ける^<201>Tl集積と細胞増殖能指標との比較検討については甲状腺腫瘍12症例(甲状腺乳頭癌8例、良性腫瘍4例)と慢性甲状腺炎2例を対象に検討した。^<201>Tlシンチグラフィは^<201>Tl静注後earlyscan,delayed scanともScintipacにデータを収集し、病巣部とバックグランド領域に関心領域を設定してlesion/back ground ratio(LBR)を求めた。一方、これらの症例にエコー下で針生検を行ない、得られた組織のDNA ploidyとPCNAの発現率をflow cytometryにより検討した。この検討より、甲状腺腫瘍への^<201>Tl集積と細胞増殖能指標とは関連性のある事が示唆された。マウス移植腫瘍の^<14>C-DG集積性の検討と腫瘍の増殖能の評価については今回新たに樹立したヒト甲状腺乳頭癌自家樹立培養細胞株AC2を用い^<14>C-DG集積性を検討した。^<14>C-

DGによるオートラジオグラフィは^<14>C-DGを腹腔内投与し60分後に屠殺、マクロ及びミクロオートラジオグラフィー法に供し、合せて臨床例と同じ方法で腫瘍のDNA ploidyとPCNAの発現率を検討した。また、AC-2担癌マウスにbromo-deoxy uridine(Brdu)40mg/kgを前投与して60分後に屠殺、腫瘍を摘出して抗Brdu抗体を用いて免疫組織化学染色を行ない、xenograft内のS期細胞の発現について検討した。この検討により、新たに樹立したヒト甲状腺乳頭癌自家樹立培養細胞株AC2への^<14>C-DG集積を確認した。また、この細胞は穏やかな増殖能を有すると考えられた。甲状腺腫瘍に於ける201Tl集積と細胞増殖能指標との比較検討については甲状腺腫瘍26症例(乳頭癌14例、髄様癌1例、悪性リンパ腫2例、良性腫瘍9例)と慢性甲状腺炎6例を対象に201Tl静注後earlyscan,delayed scanを実施し、病巣部とバックグランド領域に関心領域を設定してlesion/back ground ratio(LBR)を求めた。一方、これらの症例にエコー下で針生検を行ない、得られた組織のDNA ploidyとPCNAの発現率をflow cytometryにより検討した。この検討より、甲状腺腫瘍への201Tl集積と細胞増殖能指標とは有意な相関性のある事が認められた。マウス移植腫瘍の14C-DG集積性の検討と腫瘍の増殖能の評価についてはヒト甲状腺乳頭癌自家樹立培養細胞株AC2を用い14C-DG集積性を検討した。14C-DGによるオートラジオグラフィは14C-DGを腹腔内投与し60分後に屠殺、マクロ及びミクロオートラジオグラフィー法に供し、合せて臨床例と同じ方法で腫瘍のDNA ploidyとPCNAの発現率を検討した。この検討により、AC2への14C-DG集積を確認した。AC-2は移植個体の内分泌的状態の差によって索状増殖を主体とする場合と濾胞形成を主体に対する場合がある。腫瘍のviableな部分では、14C-DGの集積は索状増殖部と濾胞形成部で差はみられなかった。PCNAの免疫組織化学染色との比較では、PCNAの発現の強い細胞で14C-DGの集積も明らかに強い傾向があった。甲状腺腫瘍33例、慢性甲状腺炎7例、良性腫瘍15例の計55例を対象として、甲状腺腫瘍における^<201>T1の集積と腫瘍増殖能との関係を検討して次の結果を得た。1)針生検で得た新鮮検体を用いたflowcytometry解析から求めたproliferating cell nuclear antigen(PCNA)の発現率と^<201>T1の集積(病巣部と反対側のバックグランドに関心領域を設定誌、病巣部/対側比算出)とは甲状腺癌の予後因子と密接な関連性がある事が示唆された。即ち、これらの指標を評価する事で腫瘍の臨床的挙動の把握や予後の推定が可能になると考えられた。2)甲状腺乳頭癌症例で^<201>T1の遅延スキャンの集積比が高値を呈するものは手術後の再発率が有意に高かった。この事から、^<201>
無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御のデータ駆動型実現法の研究

本研究は、無線アドホックネットワーク向きのクロスレイヤ型負荷制御を、同時並行処理性を活用して従来の1/10程度の低消費電力で実現するデータ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャを明らかにした。さらに、クロスレイヤ型負荷制御を実現するデータ駆動プログラムの定量的評価を通じて、IEEE802.11 a/gにおける54Mbps程度の伝送速度を実現する実時間多重処理性などの要件を満足する見通しが得られた。本研究は、研究代表者が研究してきたデータ駆動ネットワーキングプロセッサCUE(Coordinating Users' requirements and Engineering constraints)上に実現された実行時のオーバヘッドを極小化した実時間多重処理方式など、ネットワーキングアーキテクチャのデータ駆動型VLSI実現法に関する一貫した研究成果を基礎として、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御の高効率な並列実現法を明らかにすることを目的にしている。データ駆動ネットワーキングプロセッサCUEの最大の特徴は、従来型プロセッサにみられる文脈切替オーバヘッドがない実時間多重処理性、データ駆動原理の受動性による実時間応答性にある。また、チップマルチプロセッサコアとしての拡張性についても、CUE-v2/3の性能評価を通じて実証されている。本研究では、これらの特徴を最大限に活用し、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御の実現法として、データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャの検討ならびに評価を進めた。初年度は、データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャを検討して、ハードウェア記述言語(HDL)による設計を進め、研究終了年度にあたる本年度はレジスタトランスファレベル(RTL)シミュレーションによる評価とこれを反映した再設計・評価を行った。さらに、無線LAN MACを実現するデータ駆動プログラムを実現しデータ駆動型実現法の実時間多重処理性や実時間応答性を定量的に評価した。本研究では最終的に、このデータ駆動プログラムの定量的評価を通じて、目標とするクロスレイヤ型負荷制御のデータ駆動型実現法が、チップマルチプロセッサを構成するコア数程度の実時間多重処理性やIEEE802.11gが規定する54Mbps程度の実時間応答性などを満足する見通しが得られた。本年度は、データ駆動ネットワーキングチップマルチプロセッサアーキテクチャを検討した。これまで研究してきたCUEシリーズデータ駆動ネットワーキングプロセッサの設計・試作を通して改善が可能な点が明らかとなっていたため、その最新版である超低消費電力化データ駆動ネットワーキングプロセッサ(Ultra-Low-Power Data-Driven Networking Processor; ULP-CUE)を発展させ、チップマルチプロセッサコアとしての能力向上をめざした。同時に、コア内およびコア間の同時並行多重処理性を格段に向上させる接続構造を考察した。具体的には、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御をネットワーク処理に擾乱を与えないで同時並行処理を実現するデータ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャを検討した。即ち、これまで多くのネットワークプロセッサに導入されてきた、制御プレーンとデータプレーンの同時並行処理を、その実時間処理性について同時並行処理性を高める観点から検討し、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御のための超同時並行処理型データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャを目標とした。また、超同時並行型チップマルチプロセッサでは特に、各々のプロセッサを結合する方式が重要となる。本研究では、これまでVLSI実現してきた自己同期型環状エラスティックパイプラインを用いた結合方式、いわゆるGALS(Globally Asynchronous Locally Synchronous)型実現法などを、実験的に検討した。この環状エラスティックパイプラインは、局所的な配線で実現でき非常にVLSI向きであるとともに、通常の受動的金属バスでは不可能な時分割転送と空間分割転送が混在して生起し、非常に有機的な転送系が構成されることなどその優位性が確認できた。本研究は、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御の実現法として、データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャの検討ならびに評価を目的としている。初年度は、データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャを検討することを目標としていた。研究実績の概要の項に述べたように、これまで多くのネットワークプロセッサに導入されてきた、制御プレーンとデータプレーンの同時並行処理を、その実時間処理性について同時並行処理性を高める観点から検討した。その結果、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御のための超同時並行処理型データ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャとして、コアプロセッサ内アーキテクチャならびにコアプロセッサ間アーキテクチャを、研究代表者らがこれまでVLSI試作し検討してきた自己同期型環状エラスティックパイプラインとして統一的に実現する方式を明らかにした。特に、この自己同期型環状エラスティックパイプラインを用いた結合方式、いわゆるGALS(Globally Asynchronous Locally Synchronous)型実現法などを実験的に検討して以下の優位性を確認した。即ち、この自己同期型環状エラスティックパイプラインは、(1)局所的な配線で実現でき非常にVLSI向きであること、(2)通常の受動的金属バスでは不可能な時分割転送と空間分割転送が混在して生起し、非常に有機的な転送系が構成されること、さらには、(3)付加的なハードウエア機構を一切用いないで、相互接続することによってチップマルチプロセッサないしメニーコアアーキテクチャが実現可能なこと、などを確認する段階に到達したので、初年度の研究目標は、ほぼ達成されたと考えている。研究最終年度にあたる平成24年度は、前年度に検討したチップマルチプロセッサアーキテクチャを評価し、我々の研究室で開発したプラットフォームシミュレータを用いて最適化する。

この最適化には、アドホックネットワークレイヤ、データ駆動ネットワーキングチップマルチプロセッサプラットフォームレイヤ、VLSI実現法からなる層横断的なシミュレーションを行って、想定するアーキテクチャが、実時間処理性などの所望の性能を達成することを確認する。具体的には、入力されるデータ流量に応じたスケーラブルな性能向上を実現すると同時に、データ駆動チップマルチプロセッサ上に処理負荷の分散を実現するために、ネットワーキング処理に内在する処理の同時並行性を徹底して抽出する。このために、まず、従来のプロトコルの階層にまたがった同時並行性をも抽出して、ネットワーキング処理をデータフローグラフを用いて定義し、その実時間処理性を示すターンアラウンドタイムを決定するクリティカルパスを明らかにする。同時に、各プロセッサコアに均等に処理負荷を分散する観点から、データ駆動ネットワーキングチップマルチプロセッサの命令セットアーキテクチャを明らかにする。無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御のための命令セットアーキテクチャについては、ルネサスエレクトロニクス株式会社などとの議論を通じてより実用的な検討を進めるとともに、プラットフォームシミュレータを用いたシミュレーションについては、研究代表者の研究室に所属する博士後期課程学生2名の協力を得て、研究を進める予定である。同時に、次年度の研究費の使用計画の項に示すような国際会議などでの研究発表や議論を通じて外部評価を受け、本研究の目的を達成したいと考えている。研究実績の概要の項に述べたように、研究初年度にあたる平成23年度は、データ駆動ネットワーキングチップマルチプロセッサアーキテクチャの検討を、主として、無線アドホックネットワーク向きクロスレイヤ型負荷制御をネットワーク処理に擾乱を与えないで同時並行処理を実現するデータ駆動チップマルチプロセッサアーキテクチャならびにコア内およびコア間の同時並行多重処理性を格段に向上させる接続構造をプラットフォームシミュレータなど我々の研究室での研究資産を最大限に活用して検討した。従って、初年度には多くの研究費は発生しなかった。