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日本近代における地域史像の構築-郷土史家の歴史学的方法論と構想力-

また、『林金兵衛家文書』の整理作業のなかで、寛政期以降先代の林金兵衛の地主経営関係史料、子供で代議士となった林小参の政治活動に関係する史料も確認でき、とくに林金兵衛自身の県会議員時代の日記を発見できたことは、明治前期の愛知県政の動向を研究する貴重な史料を提供できる。整理にあたっては「近代史料学」の授業教材としても活用し、受講生に史料整理の方法を理解させ、同時に史料の読解力を培うために利用した。本研究の目的は、津田応助(愛知)ら東海地域の著名な、精力的な活動をおこなった郷土史家を研究対象とし、彼らの経歴・資料収集の手法・著作の内容分析を行い、その歴史学的方法と地域史学構築へ向けた実践活動を明らかにすることにある。今年度も昨年度に引き続き『林金兵衛家文書』の整理を実施し、8割程度の整理作業終えて、仮目録を作成した。林金兵衛は幕末から明治前期の地域名望家であるが、20世紀前期の愛知県を代表する郷土史家・津田応助による伝記研究や郷土史で注目された。津田の郷土史研究の成果である『贈従五位林金兵衛伝』や『東春日井郡誌』、『小牧町史』などの編纂内容などを再検討する格好の史料群であることが確認できた。また、豊田市史の編纂事業のなかで、明治前期に長く西加茂郡長を務めた田中正幅の郷土史研究・著作に注目して、『挙母藩史』、『西加茂郡地理小誌』、『西加茂郡誌』の編纂と内容について検討した。また旧藤岡町誌の編纂の中でも、20世紀前期における郷土誌を収集し、『藤岡町誌』においてその特徴について記述した。
高齢者における咬合力訓練装置の開発

高齢者における咬合力訓練装置の開発を行い、その効果について検討した。咬合力訓練装置の開発としてアンケート調査により、訓練装置の形態および訓練プロトコールを設定した。開発した咬合力訓練装置を用いて6名の高齢者に対して、訓練プロトコールに沿った訓練を行い、その後の咬合力を検討した。訓練後の咬合力は6名中5名が増加しており、開発した咬合力訓練装置を用いた訓練は、咬合力の向上に有効であるとうかがわれた。H20年度において、高齢者における咬合力訓練装置の開発を行い、さらに当病院に通院する患者に対し、この装置を用いた間接的訓練を行い、その効果について検討した。1.咬合力訓練装置の開発:有歯顎用と無歯顎用の2種類の訓練装置を製作し、当病院に通院をしている65歳以上の高齢者10名に対し、作成した訓練プロトコールのもと、一ケ月間使用した後、アンケート調査を行い、訓練装置の大きさ、形状、感触、硬さ、色、使いやすさ、使用回数、習慣性、におい、味の10項目について評価した。再検討により、訓練装置の形態を顎間距離に合わせ、チューイング部の厚さを有歯顎用は、15mmと10mmとし、無歯顎用は、30mmと25mmに設定した。2.訓練プロトコールの設定:有歯顎者においては、訓練装置を臼歯列にあわせて、患者自身で保持しての10秒間の持続的に咬合させる訓練プロトコールを作成した。また、局部床義歯の場合においては、義歯をはずして歯牙と粘膜間で咬合させ、上下無歯顎者においては、義歯を外して粘膜間での咬合をさせるように設定した。3.訓練装置の効果の検討:開発した咬合力訓練装置を用いて当院に通院している65歳以上で歯科口腔外科的に問題のない2名に対して、作成した訓練プロトコールに沿った訓練を一ケ月間行い、訓練後の最大咬合力をプレスケールにより記録し、その効果を検討した。訓練後の最大咬合力は2名とも増加しており、開発した咬合力訓練装置を用いた間接的訓練は、咬合力の向上に有効であるとうかがわれた。今後は、対象者を増やし、本訓練装置の更なる効果について検証中である。H21年度において、高齢者における咬合力訓練装置の開発を行い、さらに当病院に通院する患者に対し、この装置を用いた間接的訓練を行い、その効果について検討した。1.咬合力訓練装置の開発:前年度行ったアンケート調査による訓練装置の再検討により、訓練装置の形態を顎間距離に合わせ、チューイング部の厚さを有歯顎用は、15mmと10mmとし、無歯顎用は、30mmと25mmに設定した。2.訓練プロトコールの設定:有歯顎者においては、訓練装置を臼歯列にあわせて、患者自身で保持しての10秒間の持続的に咬合させる訓練プロトコール、30回咬み合わせる訓練プロトコールおよび舌先を使って訓練装置をリズミカルに30回左右に運動させる訓練プロトコールを作成した。3.訓練装置の効果の検討:開発した咬合力訓練装置を用いて当院に通院している65歳以上で歯科口腔外科的に問題のない6名に対して、作成した訓練プロトコールに沿った訓練を一ヶ月間行い、訓練後の最大咬合力をプレスケールにより記録し、その効果を検討した。訓練後の最大咬合力は6名中5名が増加しており、開発した咬合力訓練装置を用いた間接的訓練は、咬合力の向上に有効であるとうかがわれた。今後は、介入研究を行い、本訓練装置の更なる効果について検証中である。
気象と傷害データに基づいた熱中症予防のための運動指針の再検討

WBGTに基づいた運動指針は高等学校運動部の指導者らが使用することで未然に労作性熱中症の予防を図ることが期待されている。しかしながら、現存の労作性熱中症予防のための指針は専門家の経験則や海外の先行研究により導かれたものであり、日本の気象および高等学校運動部の傷害データに基づいていないのが現状である。そこで本研究では実際の気象と傷害データに基づいた運動指針の再検討を行い、国内のデータに基づいた熱中症予防のための運動指針の作成を目指す。
膵神経内分泌腫瘍における腫瘍間質間相互作用を標的とした新規治療法の開発

我々は膵神経内分泌腫瘍(PNET)における腫瘍間質相互作用を評価し、新規治療法の可能性を証明した。PNETでは腫瘍間、腫瘍内では膵星細胞の発現が多く、Ki-67指数と予後との関連が示唆された。また、mTOR pathway、somatostatin受容体の発現とともに約30%にdopamine受容体の発現を認められ、さらにdopamine受容体はKi-67指数、肝転移の有無、予後因子との関連が認められ、dopamine受容体をターゲットした治療は進行性PNET患者に対する新たな治療戦略として期待が持てることを証明した。膵神経内分泌腫瘍(PNET)は、豊富な腫瘍内血流やホルモン産生腫瘍の存在など、膵管癌と一部異なる性格を有する腫瘍であるが、多発肝転移症例などは膵管癌同様、予後が著しく不良であり、新たな治療法が期待される。本研究ではPNETにおける腫瘍間質相互作用の病態を明らかにし、膵星細胞に着目した新規治療標的の開拓を行う。平成25年度は、PNET患者組織標本を用いて膵星細胞の局在を明らかにした。さらにPNET組織周囲に存在する膵星細胞の発現分子、受容体を明らかにし、また活性化シグナルを明らかにした。具体的には免疫蛍光組織学的染色法を用いて、PNETならびに膵星細胞の膵組織および腫瘍内局在を検討した。PNETのマーカーにはChromogranin A、Synaptophysinを用いる。膵星細胞のマーカーにはα-SMAを用い、腫瘍間、腫瘍内の星細胞を評価し、腫瘍面積(腫瘍細胞数)当たりの星細胞の割合を算出した。また周囲の腺房細胞ならびに導管細胞、正常膵ランゲルハンス島、血管、神経との解剖学的関係も同時に検討した。以上、得られた位置データをスコアリングし、腫瘍細胞の細胞分裂度、Ki-67との相関、ホルモン産生との相関、遠隔転移との相関、予後との相関、治療反応性との相関を多変量解析を用いて統計学的に分析中である。膵神経内分泌腫瘍(PNET)は、一般的に進行が緩徐な腫瘍と考えられているが、多発肝転移症例などは通常型膵癌と同様に予後が著しく不良であり、新たな治療法が期待される。本研究ではPNETにおける腫瘍間質相互作用の病態を明らかにし、膵星細胞に着目した新規治療標的の開拓を行うことが目的である。平成25年度は、PNET患者組織標本を用いて膵星細胞の局在を明らかにし、PNET組織周囲に存在する膵星細胞の発現分子、受容体を明らかにした。平成26年度は、さらに免疫蛍光組織学的染色法を用いて、PNETならびに膵星細胞の膵組織および腫瘍内局在を、さらに腺房細胞ならびに導管細胞、正常膵ランゲルハンス島、血管、神経との解剖学的関係も同時に検討した。その結果をもとに、臨床データーと腫瘍細胞の細胞分裂度、Ki-67との相関、ホルモン産生との相関、遠隔転移との相関、予後との相関、治療反応性との相関を多変量解析を用いて分析し結果を日本消化器病学会(平成27年4月)にて報告した。さらに、神経内分泌腫瘍細胞株Bon-1を用いて、膵星細胞との相互作用の検討をおこなっている。具体的には膵星細胞の機能である細胞外基質産生、分解、各種成長因子の発現、分泌、増殖、遊走がどのように変化するか検討中である。また間質因子として、膵星細胞から分泌される因子によってBon-1細胞のmTORpathwayならびにSSTR発現がどのように変化するかを検討している。PNET患者組織標本を用いて膵星細胞の局在を明らかにし、PNET組織周囲に存在する膵星細胞の発現分子、受容体を明らかにした。さらに免疫蛍光組織学的染色法を用いて、PNETならびに膵星細胞の膵組織および腫瘍内局在を、さらに腺房細胞ならびに導管細胞、正常膵ランゲルハンス島、血管、神経との解剖学的関係も同時に検討した。その結果をもとに、臨床データーと腫瘍細胞の細胞分裂度、Ki-67との相関、ホルモン産生との相関、遠隔転移との相関、予後との相関、治療反応性との相関を多変量解析を用いて分析し結果を報告した。さらに、PNETにおけるmTOR pathway、somatostatin受容体、dopamine受容体、PD-1/ PD-L1 pathwayの発現を検討し、結論としてdopamine受容体はKi-67指数、肝転移の有無、予後因子と関連があり、dopamine受容体をターゲットした治療法は進行性PNET患者に対する新たな治療戦略として期待が持てることを証明した。現在英文誌に投稿中である。

概ね、当初の計画通りに進んでいるため。消化器内科学現在まで得られたデータをもとに、膵星細胞とBon-1細胞の共培養実験系を用いて、非接触、接触条件下における腫瘍間質相互作用の変化をみる。膵星細胞はコネキシンなどの細胞細胞間結合にとって重要な分子を発現しているため、腫瘍細胞との接着によってもたらされる変化が存在しうる。これらの接着分子の発現変化、ならびに中和抗体を用いて、中心的役割を担う分子の同定を行う。腫瘍の増殖に関与するPDGF、IGFなどの成長因子ならびに上皮間葉形質転換に関与するTGF-β、血行性転移に関与するVEGFの発現を免疫組織化学的に評価する。また腫瘍側におけるこれら成長因子の受容体発現も同時に検討する。以上の結果からPNETにおける腫瘍間質変化に関わる候補分子、受容体が明らかにされる。また、既に治療薬として確立しているmTOR inhibitor, somatostatin analogの標的となるmTOR pathwayならびにSSTRの発現についても同時に検討し、これらの治療薬の標的として膵星細胞が存在するかを明らかにする。研究の遂行上、試薬や抗体・消耗品が先ず必要でありマイクロプレートリーダーを学内共有のものを使用したため。平成25年年度で得られたデータをもとに、どのような分子の発現変化が膵星細胞に出現しているかを明らかにする。試薬・抗体・消耗品及び機材を研究計画に従い使用する。研究の遂行上、試薬や抗体・消耗品が先ず必要でありマイクロプレートリーダーを学内共用のものを使用して購入予定を26年度としたため。試薬・抗体・消耗品及び機材を、研究計画に従い使用する。
多感覚情報に基づく注意呈示による両眼視野闘争の視覚誘導を行う全方位知覚装置の開発

我々は、ユーザが両眼に任意の独立した視野を得る装置「バーチャルカメレオン」の開発を行い、評価実験を実施してきた。本研究では、バーチャルカメレオンに搭載されたカメラの操作の可用性を向上し、触覚を伴う操作感を得られる追加機能の役割を果たすインタフェース開発を行い、検証実験を実施した。実験結果では、正答率については従来と同様に周囲を視覚していることを確認することができ、さらに与えられたタスクに対する応答性について、およそ従来比で32.7%の時間的な向上が見られた。このことから、視覚行動に対しても他の感覚や動作が、全方向視知覚の状態向上を図り行動の応答性の向上に関連することが明らかになった。これまで申請者らは、ユーザの両眼に任意の独立した視野を与えてヒトの感覚を拡張する装置「バーチャルカメレオン」の開発を行い、装着時におけるヒトの行動や判断能力を評価する実験を行ってきた。評価実験の結果、行動の応答性は低減するが、両眼で異なる方向の視野を与えられても周囲を視認することが明らかになった。しかし、ユーザ間の応答性については、大きく差が生じており、その原因として申請者らは異なる二つの視野に対する注意について着目した。本研究では、多感覚情報に基づく注意生成により、擬似的な両眼独立視による両眼視野闘争下の全方位視認の視覚情報量の増大と応答時間を向上するため、擬似的な両眼独立視に加え、聴覚や触覚などの多感覚情報を呈示するシステムの開発および実証研究を実施することとした。本研究では、従来システムに対して聴覚などの周辺環境情報を取得する機能を追加した装置開発を行う必要があり、従来システムの操作方法の改善を行う必要があった。平成25年度では、システム開発の継続と共に平成24年度においてた操作の自由度を増やすためトラックボールにより機能拡張を行った操作デバイスを用いた検証実験を実施した。トラックボールを組み合わせることにより、カメラ姿勢制御時において様々な姿勢制御様式を擬似的に生成することが可能になり、本装置使用時において生じる両眼視野闘争の視知覚の交代現象における視覚の優位期間とその強さに影響を及ぼし、その結果としてユーザが装置の操作手技によって視知覚の優位性を調整し、全方向視知覚の状態向上を図り行動の応答性向上の可能性が考えられたためである。検証実験では、与えられたタスクに対する応答性で、従来と比較して最大でおよそ32.7%の時間的な向上が見られた。このことから、視覚行動に対しても他の感覚や動作が、全方向視知覚の状態向上を図り行動の応答性の向上に関連すると考えられる。申請者らは、ユーザがカメレオンのように両眼に任意の独立した視野を得る装置「バーチャルカメレオン」の開発を行い、評価実験を実施してきた。本研究では、多感覚情報に基づく注意生成により、擬似的な両眼独立視による両眼視野闘争下の全方位視認の視覚情報量の増大と応答時間を向上するため、擬似的な両眼独立視に加え、周辺環境音と周辺物体までの距離などの感覚情報を、聴覚および触覚に変換して呈示するシステムの開発および実証研究を実施する。そこで、平成24年度ではまず、バーチャルカメレオンに搭載されたカメラを任意の方向に動かすと同時に、追加機能の役割を果たす装置の操作も可能とするインタフェースおよび手法の確立を行うことにした。従来システムでは、両手に把持した3次元位置センサを用いることで装置に搭載された2台のカメラを任意の方向へ向けていたが、ここでは3次元位置センサに小型のトラックボール入力デバイスを追加し、併用することとした。本手法を用いることで、追加装置の操作のみならず、カメラ姿勢制御時において様々な姿勢制御様式を擬似的に生成することが可能になった。これにより、本装置使用時において生じる両眼視野闘争の視知覚の交代現象における視覚の優位期間とその強さに影響を及ぼし、その結果としてユーザが装置の操作手技によって視知覚の優位性を調整し、全方向視知覚の状態向上を図り行動の応答性の向上は図る可能性が考えられる。本研究の目的の一つとするシステム開発の課程において、システムの操作インタフェースの開発を行ったところ、その使用方法によっては従来システムに単純に適用した場合でも本研究の目標である視覚情報量の増大と応答時間向上を可能性が生じ、追加で検討を行う必要がある項目が増えたため。

本研究における装置開発過程において追加の検討項目が生じてしまったため、現時点では達成度で述べた通り開発とそれに伴う実験が充分に実施できているとは言えない状況である。従って、今後の研究遂行においては、計画時に想定されていた開発項目の整理を行い、また、検証過程においても、増大してしまった検討項目を整理した上で効率的に被験者数による検証実験を行うことになる。現在の達成度のやや遅れているという自己点検による評価は、目標達成に向けた検討項目の増大に伴う装置開発が原因である。今年度は、計画達成に向けた装置開発を行うための物品費購入費と、また成果発表に伴う旅費や出版費などが研究費の使用の中心となると考えられる。
機能性人工アミノ酸を含むペプチドや蛋白質を基幹とするバイオエレクトロニクス材料

ペプチドや蛋白質中での電子移動を分子レベルで制御することによって酸化還元反応を経由する生体機能を調節することができる.この様な意味でのバイオエレクトロニクス材料を人工アミノ酸を含むペプチドや蛋白質から構成することが本研究の目的である.1.光学活性な新規人工アミノ酸の合成とそれらを含むポリペプチドの合成電子供与性あるいは電子受容性の芳香族基をもつ新規の光学活性アミノ酸の合成が確立された.それらの光学純度もほぼ100%であることが確認された.これらのアミノ酸を含み,右巻α-ヘリックス構造をとるポリペプチドが合成された.円二色性スペクトルの解析やコンホメーションエネルギー計算の結果からポリペプチド中の一対の電子供与基,受容基間の距離が計算された.またアントリル基を周期的に含むポリペプチドが新たに合成され,同様な解析の結果からアントリル基間の距離が求められた.2.α-ヘリックスに沿った電子移動に関する研究α-ヘリックス中に一対の電子供与基(D)と電子受容基(A)を含むポリペプチドについて, DからAへの光をトリガーにする電子移動が調べられた.その結果電子移動効率はDとAとの距離に大きく依存し,例えばDとしてp-ジメチルアミノフェニル基, Aとしてピレニル基を使った場合では, r=7〓では90%も電子移動が起るが, r=13〓では数%しか起らないことがわかった.このような単純な系での電子移動効率が評価されたのは本研究が初めての例である.3.分子メカニックス,分子グラフィックスによるコンホメーション計算任意のアミノ酸シーケンスをもつポリペプチドのコンホメーションエネルギーを計算し,最も安定なコンホメーションを図示するためのソフトウェアが開発された.ペプチドや蛋白質中での電子移動を分子レベルで制御することによって酸化還元反応を経由する生体機能を調節することができる.この様な意味でのバイオエレクトロニクス材料を人工アミノ酸を含むペプチドや蛋白質から構成することが本研究の目的である.1.光学活性な新規人工アミノ酸の合成とそれらを含むポリペプチドの合成電子供与性あるいは電子受容性の芳香族基をもつ新規の光学活性アミノ酸の合成が確立された.それらの光学純度もほぼ100%であることが確認された.これらのアミノ酸を含み,右巻α-ヘリックス構造をとるポリペプチドが合成された.円二色性スペクトルの解析やコンホメーションエネルギー計算の結果からポリペプチド中の一対の電子供与基,受容基間の距離が計算された.またアントリル基を周期的に含むポリペプチドが新たに合成され,同様な解析の結果からアントリル基間の距離が求められた.2.α-ヘリックスに沿った電子移動に関する研究α-ヘリックス中に一対の電子供与基(D)と電子受容基(A)を含むポリペプチドについて, DからAへの光をトリガーにする電子移動が調べられた.その結果電子移動効率はDとAとの距離に大きく依存し,例えばDとしてp-ジメチルアミノフェニル基, Aとしてピレニル基を使った場合では, r=7〓では90%も電子移動が起るが, r=13〓では数%しか起らないことがわかった.このような単純な系での電子移動効率が評価されたのは本研究が初めての例である.3.分子メカニックス,分子グラフィックスによるコンホメーション計算任意のアミノ酸シーケンスをもつポリペプチドのコンホメーションエネルギーを計算し,最も安定なコンホメーションを図示するためのソフトウェアが開発された.
最適原理に基づく細胞の動的情報伝達機構の解明

生物には物理学にあるような統一的な理論がないと考えられている.しかし,現存する生体メカニズムは進化的に環境に適応したシステムとなっているため,「環境に対する最適性」がすべての生体メカニズムの根底に存在している.細胞は外界の情報をシグナル伝達系や転写翻訳ネットワークによって細胞内に伝える.情報伝達は細胞の中心的な機能であり非常に重要であるため,少ないエネルギーで正確に伝えることが出来るように高度に最適化されており,情報伝達機構における多くの疑問は最適性の観点から答えることが可能である.本研究ではこの点に着目し,数理最適化や最適制御理論を用いて細胞の情報伝達機構の解明を行うことを目標としていた.2016年度の研究では多変量情報を,細胞がどのように最適にデコードしているかを明らかにした.最適制御の理論を応用することで,最適な分子ネットワークの構成原理を求めた.さらに2017年度の研究では確率熱力学の知見を用いることで,細胞振動子ネットワークがどのように精度を担保しているかを明らかにした.具体的には,振動子はInformation Flowと呼ばれる情報の流れを用いることで,精度の分散を向上していることが明らかになった.2018年度の研究では,時系列データ解析のための,位相データ解析の手法を提案した.また,細胞におけるモデル化では,分子の拡散を無視したモデル化を行うが,どのような条件でこのような近似が可能かを理論的に示した.以上で上げた成果を査読付き論文誌(Physical Review E,Chaos)に発表した.本研究は,動的情報伝達機構の解明を,最適原理に基づく手法によって明らかにするものである.生物には物理学や化学におけるような統一的な理論がないと考えられている.しかし,生体メカニズムは進化的に環境に適応してきているため,「環境に対する最適性」によってそのメカニズムの機能を説明することが出来ると考えている.つまり,生体機能の理解には数理最適化による切り口が非常に有効であると考えられる.細胞は外界の情報をシグナル伝達系や転写翻訳ネットワークによって細胞内に伝える.シグナル伝達によって,細胞は環境に適した応答(適切なたんぱく質合成など)を行うことが可能になる.シグナル伝達は細胞の中心的な機能であり非常に重要であるため,少ないエネルギーで正確に伝えることが出来るように高度に最適化されていると考えられる.本研究課題では,情報伝達機構における多くの疑問を最適性の観点から答えることにある.近年,細胞は濃度や分子種の観測のみならず,動的なシグナル分子のパターンも認識できることが明らかになっている.本研究ではこの点に着目し,シグナル伝達における動的なパターンを最適化原理によって求めた.具体的には,情報を正確かつ少ないエネルギーで伝えることに適したパターンを最適制御理論によって求めた.この結果,シグナル伝達で頻出のパターンが,これらの最適化原理より導くことが出来ることを初めて示した.この成果を査読付き論文誌(New Journal of Physics)に発表した.平成28年度の研究計画では,シグナル伝達系を最適制御理論と確率過程の手法を用いて解析し,シグナル伝達系の理解を深めることが目的であった.この研究計画に従い,平成28年度の研究では,シグナル伝達系における動的シグナル分子のパターンに着目し,正確に情報を伝える能力と少ないエネルギー消費に注目し,最適な動的パターンを数理的に解析した.平成28年度の研究成果によって,シグナル伝達系がどのような進化的淘汰圧の下で獲得されたかが,非常にシンプルな物理モデルによって説明することが可能となった.特に,今までは,動的なパターンで頻出しているOvershootパターンが,情報伝達の精度とエネルギー消費量を最適化するために必要であることを初めて明らかにした.また,他のよく見られるパターンについても説明することに成功している.この手法をさらに発展させることで,他の生体メカニズムの機能の説明が可能になると考えている.本研究は,動的情報伝達機構の解明を,最適原理に基づく手法によって明らかにするものである.生物には物理学や化学におけるような統一的な理論がないと考えられている.しかし,生体メカニズムは進化的に環境に適応してきているため,「環境に対する最適性」によってそのメカニズムの機能を説明することが出来ると考えている.つまり,生体機能の理解には数理最適化による切り口が非常に有効であると考えられる.細胞は外界の情報をシグナル伝達系や転写翻訳ネットワークによって細胞内に伝える.シグナル伝達によって,細胞は環境に適した応答(適切なたんぱく質合成など)を行うことが可能になる.シグナル伝達は細胞の中心的な機能であり非常に重要であるため,少ないエネルギーで正確に伝えることが出来るように高度に最適化されていると考えられる.本研究課題では,情報伝達機構における多くの疑問を最適性の観点から答えることにある.近年,細胞は濃度や分子種の観測のみならず,動的なシグナル分子のパターンも認識できることが明らかになっている.本年度は,特に複数の動的シグナルが重なり合った信号(多重化信号)が存在した場合の最適デコード機構について明らかにした.現代制御理論を適用することで,任意の多重化信号のデコードを,生化学反応によって実現できることを初めて示した.特に,シグナル伝達系で頻出の生化学ネットワーク構造によってデコードできることを示した.この成果を査読付き論文誌(Physical Review E)に発表した.平成29年度の研究計画では,シグナル伝達系を最適制御理論と確率過程の手法を用いて解析し,シグナル伝達系の理解を深めることが目的であった.平成29年度の研究では,動的な多重化された信号の最適デコードについて制御理論を用いて解析した.この研究によって,任意の多重化動的信号の最適デコードが,生化学的に実現可能であることを初めて理論的に示した.

特に,シグナル伝達系で頻出するモチーフであるカスケードネットワークを用いることで可能であることを示し,実際の細胞がこのような最適デコードを行えることが明らかとなった.この手法をさらに発展させることで,他の生体メカニズムの機能の説明が可能になると考えている.生物には物理学にあるような統一的な理論がないと考えられている.しかし,現存する生体メカニズムは進化的に環境に適応したシステムとなっているため,「環境に対する最適性」がすべての生体メカニズムの根底に存在している.細胞は外界の情報をシグナル伝達系や転写翻訳ネットワークによって細胞内に伝える.情報伝達は細胞の中心的な機能であり非常に重要であるため,少ないエネルギーで正確に伝えることが出来るように高度に最適化されており,情報伝達機構における多くの疑問は最適性の観点から答えることが可能である.本研究ではこの点に着目し,数理最適化や最適制御理論を用いて細胞の情報伝達機構の解明を行うことを目標としていた.2016年度の研究では多変量情報を,細胞がどのように最適にデコードしているかを明らかにした.最適制御の理論を応用することで,最適な分子ネットワークの構成原理を求めた.さらに2017年度の研究では確率熱力学の知見を用いることで,細胞振動子ネットワークがどのように精度を担保しているかを明らかにした.具体的には,振動子はInformation Flowと呼ばれる情報の流れを用いることで,精度の分散を向上していることが明らかになった.2018年度の研究では,時系列データ解析のための,位相データ解析の手法を提案した.また,細胞におけるモデル化では,分子の拡散を無視したモデル化を行うが,どのような条件でこのような近似が可能かを理論的に示した.以上で上げた成果を査読付き論文誌(Physical Review E,Chaos)に発表した.シグナル伝達系の最新の研究動向を調査し,今までの研究成果を発表するために予定であり,その予算を使用予定である.現在執筆中の論文について,英文校正代が必要である.また,採録された場合は投稿料として予算を使用する予定である.本研究課題は指導する学生が研究テーマとして研究している.これらの学会発表や論文発表のために使用する予定である.シグナル伝達系の最新の研究動向を調査し,今までの研究成果を発表するために予定であり,その予算を使用予定である.現時点で投稿中論文が3本,また近々投稿予定の論文が1本ある.現在執筆中の論文について,英文校正代が必要である.また,採録された場合は投稿料として予算を使用する予定である.本研究課題は指導する学生が研究テーマとして研究している.これらの学会発表や論文発表のために使用する予定である.10万円ほど余ったが,これは物品価格,校正価格,旅費などの価格変動のためで,予算執行状況はおおむね予定通りである.伊庭斉志教授の科研費基盤Bの分担になり,50万円が配分されたため,当初予定より余裕ができた.
多機電力システムの平衡点制御による非線形分散制御

新エネルギー、独立電力事業者などによる分散電源、電力自由化および電力需要の増加による電力システムの過負荷運転などを考慮すると、今後の電力システムの安全性・信頼性向上がさらに要求され、発電機制御による安定化はますます重要な役割を果たすものと考えられる。本研究の動機となるAVRでは、故障により発生した動揺を速やかに収束させるために高いゲインとしているが、発電機の絶縁強度の制約でリミッタを設けており、励磁電圧を積極的にリミッタに当てて動揺を押さえ込んでいる。したがってAVR入力ゲインの設計が極めて困難であり、現状では経験に基づいてゲインが設定されている。平衡点制御を基本とする本研究で得られた成果は以下の通り要約できる。(1)過負荷運転で運転点が非線形領域にある場合は、平衡点解析に基づく非線形制御がPSSに比較して有効である。(2)AVR-GOVリミッタ到達前後など電力システムがハイブリッドシステムとみなせる状態では、前後の平衡点を解析することにより入力ゲインを決定することができる。(3)既に取り扱った多くのモデルシステムに引き続き、電気学会技術報告書(第754号)の標準1機モデルに平衡点解析を適用し、動揺方程式として得られる12元連立非線形微分方程式を非線形のままで線形化しないでAVRのリミッタも考慮した場合、標準モデルの臨界故障除去時間および電力輸送限界などを向上させることが検証できた。(4)本研究で得られた成果の一般性を確認するために、非線形システムである倒立振子システムに適用した結果、提案法は有効な手法であることが分かった。電力システムは大規模非線形制御システムであり、制御器や電力機器が新しく設置されて系統が変わっても、既に設置されている制御器や電力機器のゲインは再設定されないのが現状である。したがって将来のIPPの増加と過負荷運転などを踏まえると、各制御器を設計するローカル解析と、系統全体を対象とするグローバル解析が、今後さらに要求されるものと思われる。本年度の研究については、上記の問題に基づいて、前回研究課題を継承しつつ検討をすすめ、次の成果が得られた。1多機電力システムの基本となる1機モデル系統において、AVR・GOVに加える補助制御入力Ua-Ugの特にUaを非線形入力とすることにより、各リミッタを考慮したゲインを決定して、線形入力の場合に比較して臨界故障除去時間tcrはかなり延びることが分かった。2非線形入力Uaおよび線形入力UgをNew England 10機・39母線モデル系統の10台中3台の発電機に加え、提案する平衝点制御の方法により分散制御を行った結果、制御応答およびtcrがかなり改善された。電気的出力(有効電力)の大きい3台の発電機にUa・Ugを加えた状態で、他の故障に対する過渡安定度を調べたところ、30故障点にわたって良好な制御応答とtcrの延びをシミュレーションにより検証することができた。電力需要がさらに増加する中で、独立電力事業者、新エネルギーとして太陽電池発電・風力発電・燃料電池発電などの分散電源が進展すると、電力システムの過渡安定度の向上がいっそう要求されるため、電力システムの心臓にあたる発電機の制御は今後ますます重要な役割を果たすものと考えられる。特にAVRの入力ゲインに関しては、故障により発生した動揺を速やかに収束させるために高ゲインを設定しているが、発電機の絶縁強度の制約でリミッタを設けており、励磁電圧をリミッタに当てて動揺を押さえ込んでいる。リミッタにあてることは、システムを切り替えていることになり、切り替えを含むシステム(ハイブリッドシステム)の制御理論が研究され始めたばかりであることを考慮すると、AVRの入力ゲインの設計が極めて困難であることが分かる。現状では経験に基づいたゲインが設定されており、平衡点制御に関する本研究の動機はその点に起因している。

研究課題の本年度の成果を要約すると、(1)過負荷での運転時は、運転点が発電機の電力位相角曲線上の非線形領域にあり、その場合の動揺発生には線形制御より非線形制御が有効であることを、平衡点制御を行うことによりモデル系統で検証することができた。(2)AVR・GOVリミッタ到達前後、負荷・電力機器投入前後などが電力システムにおいてハイブリッドシステムとみなせる状態であり、今回は故障回線除去前後の状態を対象として平衡点解析を行い、不安定平衡点の座標を移す制御入力ゲインを決定した。その結果、不安定平衡点が安定平衡点から遠ざかるようにゲインを決定すると、比較的簡単に、故障回線除去前後をハイブリッドシステムとみなして安定化制御できることが分かった。があげられる。新エネルギーによる分散電源、電力自由化および電力需要の増加による電力システムの過負荷運転などを考慮すると、今後の電力システムの安全性・信頼性向上がさらに要求され、発電機の非線形制御はますます重要な役割を果たすものと考えられる。本研究の動機となる問題点、すなわちAVRの入力ゲインの設定に関しては、故障により発生した動揺を速やかに収束させるために高ゲインとしているが、発電機の絶縁強度の制約でリミッタを設けており、励磁電圧をリミッタに当てて動揺を押さえ込んでいる。したがってリミッタにあてることはシステムを切り替えていることになり、切り替えを含むシステム(ハイブリッドシステム)の制御理論が研究され始めたばかりであることを考慮すると、AVRの入力ゲインの設計が極めて困難であり、現状では経験に基づいてゲインが設定されている。平衡点制御に関する本研究はこの点に始まり、本年度の成果は以下の通り要約できる。(1)既に取り扱った多くのモデルシステムの代わりに電気学会技術報告書(第754号)の標準1機モデルに平衡点解析を適用し、動揺方程式として得られる12元連立非線形微分方程式を非線形のままで線形化しないで、しかもAVRのリミッタも考慮して平衡点を解析した。実システムに近い標準モデルにおいて、現状の発電機設備を変えることなく、特にAVR・GOV・PSSの可変パラメータに注目し、平衡点解析に基づいてパラメータを設定した結果、従来の設定パラメータによる場合に比較して、標準モデルの臨界故障除去時間および電力輸送限界などの向上をはかることがシミュレーションで検証できた。(2)提案法による得られた成果の一般性を確認するために、非線形システムとしてよく研究で使われる倒立振子システムに適用し、平衡点解析が非線形システムの制御においてかなり有効な手法となることが分かった。
生殖管の器官形成におけるMAGUK蛋白質DLGの機能解析

昨年度までに、Dlg遺伝子のノックアウトマウスでは雌で膣の形成不全、雄で精嚢の形成不全が見られたことから、Dlgは生殖管の正常発生に不可欠であることが示された。そこでDlgが細胞内の何らかの蛋白質を膜近傍に局在させることで、細胞の機能を調節しているのではないかとの仮説を立て、Dlg KOマウスと野生型マウスとの間で、細胞内分布の異なる蛋白質を探すという方法で、この仮説の検証を行ってきた。対象としては、(1)KOマウスの表現型がDlgと類似しているものなど、機能的な関連が予想されるもの、(2)Dlg KOマウスで発現が抑制あるいは亢進している可能性があるもの、(3)Dlg分子との相互作用が予想されるもの、を選んだ。(1)、(2)については、BMP受容体、Ephrin受容体などを解析したが、WTとKOの間で細胞内局在に差があるものは発見できなかった。また、(3)において、Dlgと同一複合体に含まれることが報告されているE-cadherinについては、野生型、KOマウスの間で細胞内局在パターンの相違は見られなかった。一方、C末にPDZ class I domain binding motifをもつWntシグナル受容体frizzled 1の細胞内分布を検証したところ、野生型マウス尿管上皮細胞では細胞のアピカル面、細胞質、側壁部などに分布し、側壁部ではDlgと共存していたのに対し、KOマウスでは、frizzledのシグナルは細胞頂部面でやや強く、あとは細胞内部に一様に分布しているだけで、側壁部への集積はほとんど認められなかった。さらに、PDZ class I domain binding motifをもたないfrizzled 3は、細胞の側壁部には分布していないことも明らかになった。このことから、マウス胎仔の尿管上皮細胞では、frizzled 1の細胞側壁部への局在が、Dlgに依存している可能性が示された。以上の結果から、発生期の上皮細胞では、Dlgがfrizzledの細胞内局在を規定することで、Wntシグナルの細胞内への伝達効率を調節しているのではないかと考えられる。これまでに、出生直前の雌のDLG KOマウスでは膣が形成されないことを明らかにしてきたが、今年度は生殖管の形態形成過程を詳細に解析した。ミュラー管、ウォルフ管はPax2陽性であったため、発生過程の泌尿生殖器部分を抗Pax2抗体でホールマウント染色し、胎仔期の生殖管の詳細な形態観察を可能にした。まず野生型マウスにおける生殖管の発達過程を観察したところ、胎生14.5日までに下方に伸長してきた左右のミュラー管の下部が、胎生15.5日までに癒合することが示された。この膣の内腔は次第に下方へ拡大し、出生直前には子宮頸部と尿道の背面に観察される膣腔の上部へと発達していた。この過程をDLG遺伝子KOマウスで観察すると、ミュラー管の伸長が遅延し、さらに左右のミュラー管の癒合がまったく起こらず、左右ミュラー管の下端はいずれも尿道上端付近の高さで閉塞していた。組織学的には、KOマウスではミュラー管上皮周囲の結合組織の癒合も見られず、これらの組織を構成する細胞の性質や挙動が野生型マウスと著しく異なることが明らかになった。また、DLGの、発生期の上皮細胞における機能を明らかにするため、胎生12.5日の尿管上皮細胞の増殖率を比較したところ、KOマウスでは野生型に比べて細胞増殖率が低下していた。この結果は、DLGは細胞増殖を負に制御するという従来の考え方が、少なくとも発生期の泌尿生殖管上皮については該当しないことを示しており、DLGの分子機能の多様性を示唆している。さらに、腸管上皮細胞でDLGは、細胞間接着因子であるE-cadherinの細胞内局在を規定すると報告されているが、胎生期のDLG KOマウスの尿管上皮細胞でE-cadherin分子は野生型と同じ細胞側壁部に局在しており、この細胞ではE-cadherinの局在にDLGが必須ではないことが示された。発生期の上皮細胞におけるDLGの分子機能を解明するため、現在さらに詳細な解析を行っている。

一方、C末にPDZ class I domain binding motifをもつWntシグナル受容体frizzled 1の細胞内分布を検証したところ、野生型マウス尿管上皮細胞では細胞のアピカル面、細胞質、側壁部などに分布し、側壁部ではDlgと共存していたのに対し、KOマウスでは、frizzledのシグナルは細胞頂部面でやや強く、あとは細胞内部に一様に分布しているだけで、側壁部への集積はほとんど認められなかった。さらに、PDZ class I domain binding motifをもたないfrizzled 3は、細胞の側壁部には分布していないことも明らかになった。このことから、マウス胎仔の尿管上皮細胞では、frizzled 1の細胞側壁部への局在が、Dlgに依存している可能性が示された。以上の結果から、発生期の上皮細胞では、Dlgがfrizzledの細胞内局在を規定することで、Wntシグナルの細胞内への伝達効率を調節しているのではないかと考えられる。
高性能計算リソースの抽象化を実現するランタイムシステム

本研究課題では、計算科学アプリケーションにおけるプログラミングおよびデータ管理の簡易化を目的とし、(1)メニーコアアクセラレータの仮想化(プロセッサ抽象化)、(2)ソフトウェア定義ネットワークの仮想化(ネットワーク抽象化)、(3)科学データのデータベース化(データ抽象化)の機能を有する高性能計算クラスタ向けランタイムシステムの研究開発を行った。交通流シミュレーションとDNA解析を応用事例として、提案技術の汎用性ならびに仮想化やデータベース化による性能への影響を評価した。平成25年度は、以下のとおり、本研究を構成する個々の要素技術の研究開発に取り組んだ。メニーコアアクセラレータの仮想化に関しては、GPUをメニーコアアクセラレータとして採用し、オープンソースのGPUデバイスドライバおよびGPUプログラミング言語であるCUDA用ランタイムシステムの研究開発を行い、同じくオープンソースのOSであるLinuxおよび仮想マシンハイパバイザであるXenを用いて、世界で初めてGPUを複数の仮想マシン上で資源管理できる仕組みを実現した。ソフトウェア定義ネットワークの仮想化に関しては、既存の規則的なネットワークトポロジにスモールワールド性を生かしたショートカットリンクを追加することで、(1)隣接プロセス間通信が多い並列アプリケーションは規則的なネットワークトポロジを構成するネットワーク資源のみを用い、(2)トラヒックパターンが予測できず、平均通信遅延を最小化したい並列アプリケーションの場合は、すべてのネットワーク資源を用いる通信方式について検討、評価を行った。本方式は、各計算ノードに複数IDを持たせ、(1)と(2)の経路に各々対応させることで、計算ノードのネットワークインタフェースが目的地の計算ノードへの経路を設定することで実現可能であることが分かった。科学データのデータベース化については、以下の調査および研究を行った。気象データなどの科学データを扱うシステムとして配列データベースが存在する。配列データベースにおいて頻繁に行われる処理としてウィンドウ集約処理がある。これはウィンドウを用いてデータを分割し、ウィンドウ内における集約値(平均、最大、最小、総和)を求める処理である。我々は差分計算の概念を導入することによりウィンドウ集約処理を高速化するアルゴリズムを考案し、プロトタイプシステムにおいて効率化を確かめた。平成26年度は、平成25年度の実績である本研究を構成する個々の要素技術の改善、および統合に向けた研究開発を実施した。特にGPUを用いた仮想メニーコアシステム上でデータベースのクエリを実行するためのシステム設計および実装を行った。今後はソフトウェア定義ネットワークの導入により、トポロジに依存しない仮想メニーコアシステムの実現を目指す。平成26年度の実績として、GPUの完全仮想化および準仮想化が挙げられる。研究代表者の加藤らが開発したオープンソースのGPUランタイムドライバをベースとして、オープンソースの仮想マシンモニタであるXenハイパバイザを改良し、GPUを仮想化する技術を研究開発した。仮想化の仕組みや仮想マシンのスケジューリング、詳細な性能評価を論文にまとめ、USENIX ATC 2014で発表した。USENIX ATCは、オペレーティングシステムに関する世界トップの国際会議であり、これまで本会議で論文発表している日本人は研究代表者の加藤らのほかにいない。GPUの仮想化によって仮想メニーコアシステムの研究を進めると同時に、GPUを用いてデータベースのクエリを実行する研究も実施した。具体的には、関係データベースのクエリであるJoinを高速化すべく、GPUを用いた実装を行った。その結果、Hash Joinのような処理は23倍程度の高速化に留まるが、Non-Index Joinのような処理は100200倍の高速化を実現できることを実証した。本研究成果を論文にまとめ、現在、IEEEトランザクションに投稿中である。そのほかに、ローカルマシンのGPUだけでなく、ネットワーク接続されたGPUを透過的に利用できるようにする研究も実施し、その研究成果をIEEE CPSNA 2014にて発表した。メニーコアアクセラレータには画像処理プロセッサ(GPU)を採用した。提案当初は、複数のノードに跨ったGPUの仮想化を目標としていたが、GPUの構造とデバイスドライバの性質上、ページフォールトのハンドリングが困難ということがわかったため、ノード内にあるGPUの仮想化に焦点を充てた。ソフトウェア定義ネットワークの仮想化と科学データのデータベース化についても要素研究を進めた。データベースについては表結合のような計算量の多い処理をGPUプログラミングで実装し、制約の強い複雑な結合に対しても1020倍の高速化を実現したうえで、仮想GPU上で動作させることができた。また、配列データベースに対する窓集約処理を高速化するために再帰的インクリメンタル法を提案し、既存のSciDBに対して64倍程度の性能向上を示した。ソフトウェア定義ネットワークに関する研究では、ネットワークスイッチで相互接続した典型的なネットワーク構成に対して、スイッチのルーティングテーブルのエントリをリネーミングにより二重化する手法を提案し、マイクロ秒単位での経路の切り替えにより、ユーザジョブの想定したネットワーク構成を超高速に実現することを可能とした。

本研究課題を構成する個々の要素技術の研究開発は極めて順調である。更に、個々の要素技術の研究開発に留まることなく、要素技術の統合にも取り組めた。特に仮想メニーコアシステムの研究開発は順調であり、その成果は世界トップの国際会議であるUSENIX ATC 2014にも採択されたほどである。更にその改良版をIEEEトランザクションに投稿中であり、研究成果の完成度は確実に上がってきている。また、仮想メニーコアシステム上でのデータベース処理を実現すべく、まずはGPU上でデータベース処理を行う設計と実装を行っているが、こちらも既存研究に比べて一定以上の優位性を示せており、論文としてもまとめられた状況にある。現在、IEEEトランザクションに投稿中であり、今後の展開には大いに期待できる。ネットワークの抽象化には、ソフトウェア定義ネットワーク技術を活用する方針であり、現状は要素技術としての研究を進めている状況であるが、こちらも著名な国際会議での発表に至っており、順調である。27年度が最終年度であるため、記入しない。並列分散システム今後はデータベース処理を仮想メニーコア上で実行させ、ソフトウェア定義ネットワークを導入した性能チューニングを予定している。概ね、当初の研究計画通りに進んでいるが、複数GPUを包括した仮想化には技術的課題が残されている。複数GPUを包括的に仮想化する場合、あるGPU上で実行中のカーネルが必要とするデータが別のGPUにある可能性がある。これは実行前に検出できるものではなく、カーネル実行後に発生するイベントとなる。通常のCPU仮想化であれば、この時点でページ違反が起こり、OSに割込みがかかるので、それをトリガーに一旦実行を中断し、別のマシンにあるメモリからデータをロードすることになる。GPUでも同じような手続きが必要になるが、これまでの研究開発により、ページ違反をハンドリングところまでは達成できているが、GPU処理を中断したのち、再開することが困難になっている。これはGPUに存在するレジスタ数や状態管理が複雑であることが原因である。ページ違反後の実行再開ができないと、複数のGPUに跨った包括的な仮想メニーコアの実現はできない。
全可視光を利用する光合成生物における光捕集とエネルギー移動の調節機構の解明

酸素発生型光合成生物は、2種類の光化学系(光化学系Iと光化学系II)に加え、種に特有の光捕集アンテナを持つことで利用可能な光の色の範囲を広げる。特にシアノバクテリア、紅藻、灰色藻は、フィコビリソームと呼ばれる光捕集アンテナを持つことで全可視光を光合成に利用できる。光合成における可視光の利用方法を解明することを目的として、平成30年度には、灰色藻Cyanophora paradoxaにおける長期的調節時の光捕集とエネルギー移動の調節機構を分光学的手法により検証した。白色LED培養細胞と比較すると、単色(青、緑、黄、赤色)LED培養細胞では、光化学系に対するフィコビリソームの相対量が変化し、さらに、フィコビリソームから光化学系Iまたは光化学系IIへのエネルギー移動も変化することが明らかになった。単色LEDの光強度を上げて培養すると、光化学系に対するフィコビリソームの相対量の増加、フィコビリソームから光化学系IIへのエネルギー移動の抑制や経路の変化が起こることが示唆された。遅延蛍光スペクトルの精密測定から、スピルオーバーと呼ばれる光化学系IIから光化学系Iへのエネルギー移動の寄与が培養光の波長や強度に依存しないことが示された。このような調節は、灰色藻と色素組成が類似するシアノバクテリアや紅藻では報告されておらず、新しい知見である。比較のために、フィコビリソームを持たない珪藻Chaetoceros gracilisに関しても検証したところ、培養光の波長により色素組成を大きく変化させないことが明らかになった。一方、赤色系LED培養細胞では、これまでに報告がされていない新たな光捕集アンテナが発現していることが示唆された。分光学的手法を用いて得られた結果から、単色LED条件下での培養により、(1)光化学系に対するフィコビリソームの相対量と(2)フィコビリソームから2種類の光化学系へのエネルギー移動が調節され、(3)スピルオーバーが調節されない、ことが明らかになった。このような調節は、シアノバクテリアや紅藻では報告されておらず、新しい知見である。この内容を国際シンポジウムにて発表したところ5-min short talk speakerに選出された。比較のために検証した珪藻において、赤色系LED培養によりこれまでに報告がされていない新たな光捕集アンテナが発現することが示唆された。平成30年度に測定したサンプルの詳細な解析がまだ完了していないが、現在得られているデータからこれまでに報告例がない新たな知見が多数得られているため、現在までの進捗状況を「おおむね順調に進展している」とした。平成30年度中に完了しなかったグローバル解析とコンポーネント解析を行う。光化学系Iに由来する成分の波長と数がコンポーネント解析の問題となっていたが、平成31年度に単離PSIを測定する機会が得られるため、そのデータを基にすれば解決可能であると考えている。また、平成30年度に珪藻Chaetoceros gracilisにおいて発現が示唆された新たな光捕集アンテナの分光特性を測定し、従来の光捕集アンテナと比較する。当初の研究計画通り、灰色藻Cyanophora paradoxaにおける短期的調節時の光捕集とエネルギー移動の調節機構を検証する。長期的調節(平成30年度)と短期的調節(平成31年度)の結果の相互理解を通して、可視光利用時の光捕集とエネルギー分配の調節機構の全容を明らかにする。得られた結果の普遍性の検証のために、他の灰色藻に対しても同様に測定および解析を行う。

このような調節は、シアノバクテリアや紅藻では報告されておらず、新しい知見である。この内容を国際シンポジウムにて発表したところ5-min short talk speakerに選出された。比較のために検証した珪藻において、赤色系LED培養によりこれまでに報告がされていない新たな光捕集アンテナが発現することが示唆された。平成30年度に測定したサンプルの詳細な解析がまだ完了していないが、現在得られているデータからこれまでに報告例がない新たな知見が多数得られているため、現在までの進捗状況を「おおむね順調に進展している」とした。平成30年度中に完了しなかったグローバル解析とコンポーネント解析を行う。光化学系Iに由来する成分の波長と数がコンポーネント解析の問題となっていたが、平成31年度に単離PSIを測定する機会が得られるため、そのデータを基にすれば解決可能であると考えている。また、平成30年度に珪藻Chaetoceros gracilisにおいて発現が示唆された新たな光捕集アンテナの分光特性を測定し、従来の光捕集アンテナと比較する。当初の研究計画通り、灰色藻Cyanophora paradoxaにおける短期的調節時の光捕集とエネルギー移動の調節機構を検証する。長期的調節(平成30年度)と短期的調節(平成31年度)の結果の相互理解を通して、可視光利用時の光捕集とエネルギー分配の調節機構の全容を明らかにする。得られた結果の普遍性の検証のために、他の灰色藻に対しても同様に測定および解析を行う。