hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アミロイドβ産生酵素プレセニリンの構造活性相関解明

アルツハイマー病は不可逆的な記憶障害を特徴とし、病理症状としてAβ42を主体とした老人斑の蓄積が挙げられる。この為、Aβ42の産生を決定するγセクレターゼは標的分子として古くから研究されてきた。今までの検討により、私はγセクレターゼの活性中心サブユニットであるプレセニリン1(PS1)の第3膜貫通領域(TMD3)の面する親水性ポアがAβ42の産生の変動によって変化することを見出している。本研究ではAβ42産生とポアの変動に関与するTMD3の構造変化を同定し、γセクレターゼの構造活性相関への理解を深めた。酵素活性の制御に関与するTMD3の構造変化を同定する為、本研究ではクロスリンカーとE2012を用いたin vitro assayを行い、TMD3の構造を固定した時のAβ産生の変化を測定した。クロスリンカーは2つのシステイン残基が十分近傍にある場合に両者をジスルフィド結合で強固に結び、タンパクの特定残基間の構造変化を阻害することを可能とする化合物である。一方E2012はγセクレターゼモジュレーターであり、酵素活性の増強を通じて毒性種Aβ42の産生比率を特異的に減らすことができる薬剤である。本研究ではTMD3のL166とF177、及び活性中心に近いL383とI387それぞれにシステイン残基を導入し、L166とL383、F177とI387をそれぞれクロスリンカーで物理的に結合させた。その結果、L166とL383を結んだ場合にはE2012によるAβ42の産生減少効果が有意に減弱されることが確認され、またF177とI387を結んだ場合にはそのような変化が見られないことも発見した。L166はTMD3の細胞質側、F177はTMD3の内腔側の残基であることから、TMD3の細胞質側が活性中心から離れるような構造変化をすることが酵素活性の増加及びAβ42の産生減少に重要であることが明らかとなった。本研究ではアルツハイマー病発症に関連するγセクレターゼのうち、活性中心を有するPS1のTMD3に着目し、毒性タンパクAβ42の産生とTMD3の構造変化の関係性を明らかにした。γセクレターゼの発見から切断酵素に関する研究は精力的に行われてきたが、PS1のTMD3に着目した研究報告は本研究が世界初であり、その点に於いてまず非常に有意性が高い。また、検証対象であるTMD3は単粒子構造解析の結果からγセクレターゼの活性中心から少なくとも10Å以上離れていると報告されてきたが、本研究の結果からその半分をはるかに下回る距離まで近づくことが証明された。本研究ではシステイン残基を標識する世界的にも独創的な手法で構造解析を行っているが、生細胞を使用していること、解析タンパクが活性を保持している状態であることなどの実験手法上の特徴などが、顕微鏡では観察されない構造変化の検出をも可能にしたと考えている。こうした構造変化の重要性や意義を考察するには更なる解析が必要ではあるが、TMD3はγセクレターゼに於いて基質を切断する空洞を形成している領域の一つであることも報告されており、本研究をベースにしてγセクレターゼへの理解が益々深まることが期待できる。以上のことを鑑みて、現在までの研究はおおむね順調に進歩していると判断した。上記の研究目的に基づき、現在までに明らかにしたことを発展させる為、主に以下の解析を遂行する。1)、ロイシン、イソロイシンなどのβ分枝鎖アミノ酸はhelix間の相互作用を増強することが知られているが、TMD1と基質C99にもこれらの残基がリッチな領域が存在する。そこで、該当アミノ酸を電荷的、性質的に異なるアミノ酸に置換した変異体を作成し、Aβ42の産生比率に与える変化からβ分枝鎖アミノ酸の役割を考察する。2)、γセクレターゼモジュレーターによってPS1のTMD1とTMD3いずれにも構造変化が起きることを発見している。そこで、標識実験や架橋実験を組み合わせ、片方のドメインを意図的に固定した際のもう片方のドメインに与える影響を調べることにより、Aβ42産生が減少する時の構造変化の流れを明らかにする。3)、膜タンパクの1つロンボイドファミリーであるGlpGタンパクには、ヒスチジン、セリンなどが水分子保持基として機能し、酵素の活性化に伴って水分子を活性中心に供与する働きがあることが示唆されている。申請者がこれまでに明らかにした、活性に重要なTMD3内の領域の近傍にこうした残基が複数確認される。そこで、シミュレーション解析などを通じ、様々な活性状態における候補残基の水分子との結合強度や構造変化を複合的に解析して考察する。4)、電子顕微鏡による構造解析の結果、γセクレターゼによる切断が起きる直前、TMD3に位置するS169が基質と直接相互作用することが示されている。S169は、申請者が同定したTMD3内の重要な構造変化が起きる領域から数残基しか離れておらず、活性変動時に大きな影響を受けることが考えられる。そこで、上記の架橋実験に加え、光親和性標識実験によって基質と酵素の相互作用を調べ、酵素の活性状態や特定の構造を取る状態と紐づけることで、申請者が明らかにした構造変化の機能的意義を見出す。

この為、Aβ42の産生を決定するγセクレターゼは標的分子として古くから研究されてきた。今までの検討により、私はγセクレターゼの活性中心サブユニットであるプレセニリン1(PS1)の第3膜貫通領域(TMD3)の面する親水性ポアがAβ42の産生の変動によって変化することを見出している。本研究ではAβ42産生とポアの変動に関与するTMD3の構造変化を同定し、γセクレターゼの構造活性相関への理解を深めた。酵素活性の制御に関与するTMD3の構造変化を同定する為、本研究ではクロスリンカーとE2012を用いたin vitro assayを行い、TMD3の構造を固定した時のAβ産生の変化を測定した。クロスリンカーは2つのシステイン残基が十分近傍にある場合に両者をジスルフィド結合で強固に結び、タンパクの特定残基間の構造変化を阻害することを可能とする化合物である。一方E2012はγセクレターゼモジュレーターであり、酵素活性の増強を通じて毒性種Aβ42の産生比率を特異的に減らすことができる薬剤である。本研究ではTMD3のL166とF177、及び活性中心に近いL383とI387それぞれにシステイン残基を導入し、L166とL383、F177とI387をそれぞれクロスリンカーで物理的に結合させた。その結果、L166とL383を結んだ場合にはE2012によるAβ42の産生減少効果が有意に減弱されることが確認され、またF177とI387を結んだ場合にはそのような変化が見られないことも発見した。L166はTMD3の細胞質側、F177はTMD3の内腔側の残基であることから、TMD3の細胞質側が活性中心から離れるような構造変化をすることが酵素活性の増加及びAβ42の産生減少に重要であることが明らかとなった。本研究ではアルツハイマー病発症に関連するγセクレターゼのうち、活性中心を有するPS1のTMD3に着目し、毒性タンパクAβ42の産生とTMD3の構造変化の関係性を明らかにした。γセクレターゼの発見から切断酵素に関する研究は精力的に行われてきたが、PS1のTMD3に着目した研究報告は本研究が世界初であり、その点に於いてまず非常に有意性が高い。また、検証対象であるTMD3は単粒子構造解析の結果からγセクレターゼの活性中心から少なくとも10Å以上離れていると報告されてきたが、本研究の結果からその半分をはるかに下回る距離まで近づくことが証明された。本研究ではシステイン残基を標識する世界的にも独創的な手法で構造解析を行っているが、生細胞を使用していること、解析タンパクが活性を保持している状態であることなどの実験手法上の特徴などが、顕微鏡では観察されない構造変化の検出をも可能にしたと考えている。こうした構造変化の重要性や意義を考察するには更なる解析が必要ではあるが、TMD3はγセクレターゼに於いて基質を切断する空洞を形成している領域の一つであることも報告されており、本研究をベースにしてγセクレターゼへの理解が益々深まることが期待できる。以上のことを鑑みて、現在までの研究はおおむね順調に進歩していると判断した。上記の研究目的に基づき、現在までに明らかにしたことを発展させる為、主に以下の解析を遂行する。1)、ロイシン、イソロイシンなどのβ分枝鎖アミノ酸はhelix間の相互作用を増強することが知られているが、TMD1と基質C99にもこれらの残基がリッチな領域が存在する。そこで、該当アミノ酸を電荷的、性質的に異なるアミノ酸に置換した変異体を作成し、Aβ42の産生比率に与える変化からβ分枝鎖アミノ酸の役割を考察する。
ヒトフローラマウスを用いた食品中の有害物質の腸内細菌による不活化の研究

食品中に含まれる各種変異原物質(IQ、MtIQ、Trp-P-1,Trp-P-2、PhIP、アフラトキシンB_1)に対するヒト腸内細菌の不活化能あるいは活性化能をエ-ムス試験を用いて検索した。ヒト糞便懸濁液と各種変異原物質を嫌気的に18時間、37°Cで反応させたところ、変異原性は減少し、直接変異原が生成される現象は観察されなかった。減少する割合は糞便によって異なり、同一個体でも採取時期により変異原性減少の様子は異なった。変異原物質によっても減少の割合は異なったが、糞便と変異原物質の組合せによる特異性は明らかではなかった。これらの変異原性の減少が菌の代謝によるものか、菌体への変異原物質の吸着によるものかを検討するため、糞便と15分間反応(吸着)、糞便を超音波破砕した遠心上清と18時間反応(吸着がない)を糞便と18時間反応させたものと比較した。その結果、15分間の反応でほとんどの物質の変異原性は減少し、特にTrp-P1とTrp-P-2で減少が大きかった。変異原性の減少には吸着が大きな役割を持つことが示唆されたが、18時間反応の方が変異原性の減少が大きい変異原物質が多く、さらに検討が必要であると考えられた。一方、超音波破砕糞便そのものには変異原性は認められなかったにも関わらず、IQ、Trp-P-1,Trp-P-2で超音波破砕糞便と18時間反応後、著しい変異原性の増強が見られた。本研究により、ヒト腸内細菌は食餌由来の変異原物質の変異原性を減少させる作用を持つことが示されたが、この作用がin vivoでどのように働くかは、ヒトフローラマウス等を用いてさらに研究していく必要がある。また、超音波破砕したヒト糞便によって変異原性が増強される現象はこれまで報告されておらず、今後その機序と生体内における役割をさらに詳しく研究することは、発癌の予防や疫学に大きく貢献するものと期待される。
ビジュアルプログラミング環境を用いた子ども向け協調的帰納学習環境の構築

小学生を対象として行うプログラミングを通した学習活動において、ビジュアルプログラミング環境を用いた協調学習環境について研究を行っている。本研究においては、プログラミングの概念を帰納的に習得する学習教材の開発や、教室内で協調的にプログラミング学習に取り組めるようなシステムの開発を行い、地域の小中学校やNPO法人と連携して実施している休日のワークショップで実適用を行っている。前年度に開発した、スモールステップ化されたプログラミング課題に対して、動作検証を子ども達が相互に行うことで協調的にプログラミングを進めることができるように支援するシステムの開発と検証を通じて、プログラムの動作検証をしながら帰納的な学習が行えるような効果が確認できる一方で、あらかじめスモールステップ化されているのではなく、子ども達自身がスモールステップ化を行った上で創作活動を行えるような支援が必要であることが明らかになってきた。そこで、子ども達がグループを組み、創作課題に対して作品をローテーションしながら作成することができるようなシステムを構築し、実際のワークショップで検証を行った。これにより、他人が作ったプログラムを理解した上で、それを参考にして自身のプログラムを追加していくという過程を踏みながらプログラミングを行うことで、プログラミングの概念をより効果的に学ぶことができるようになると考えている。この成果については、今後、国内外の学会において発表を行っていく予定である。一方、前年度に開発したプログラミング作品の発表に適したプレゼンテーション支援ツールについては、国際会議において発表した。研究の推進においては、月に2度程度のプログラミングワークショップをNPO法人と連携して実施しており、本研究を通じて得た知見を有効に活用するとともに、新しい課題の発見を探求し、研究成果の社会への還元に努めている。本研究の中心課題である、例題を用いたプログラミングの過程で試行錯誤を発生させ、プログラミングに関わる知識の概念化を促すような教材の開発においては、教材をネット上に公開し、国内のプログラミング学習に関わるコミュニティ内で共有し、活用の方策を検討している。また,実際のプログラミングワークショップへの適用や評価の結果を学会発表や論文等で公表している。さらに、協調学習を支援するシステムを構築する上で基盤的な技術となる携帯端末間の情報共有環境においても、学術雑誌に新しく論文が掲載されるなど、成果を上げている。現在、NPO法人が実施しているプログラミングワークショップに加えて、滋賀県草津市や京都市の小学校とも連携体制を築いており、実際の教育現場への研究成果の展開が見込まれる。平成30年度までに開発し、ネット上に暫定的に公開している帰納プログラミング学習モデルの教材について、今年度は、プログラミングを行うための概念の習得過程に応じて体系化を行うとともに、子ども達にとって親しみやすく、学習意欲が上がるようなデザイン面での工夫を行い、プログラミングワークショップや学校での授業で利用できるようにする。また、本研究で利用しているビジュアルプログラミング環境Scratchの開発者によって昨年刊行された書籍では、次世代を担う人材を育成するために必要な創造的思考スパイラル(Imagine、Create、Play、Share、Reflect)が提唱され、本研究でもこのようなスパイラルを促進するワークショップの実践事例の紹介とモデル提示を行い、様々な人々が子ども向けプログラミングワークショップを実施する場合の指針となるようにする。加えて、協調学習支援システムの構築に必要な情報共有手段等の要素技術についても、これまでの成果を総括し、様々なソフトウェアで再利用可能になるように一般化を行う。これらの成果は、国内外の学術雑誌、国際会議、国内の研究会等で発表するとともに、本研究課題の最終年度に際して、報告書としてまとめる。主に小学生を対象とし、ビジュアルプログラミング環境を用いて協調的にプログラミング学習を行うための学習モデルや教材の開発を進めている。まず、実際にプログラミング学習を行う場で用いることを想定した教材を3種類程度開発し、地域の小中学校やNPO法人と連携して実施している休日のワークショップで実適用した。その結果、多くの児童・生徒が期待したとおりにプログラミングを行えるようになったことを確認するとともに、プログラミングをした後の動作検証を十分に行わず、帰納的な学習が十分に行えていない場合があることが分かってきた。また、帰納的学習モデルを具体化するため、"Chain-learning"と呼ばれる学習方法に基づき、プログラミングの重要な概念をステップごとに深化させていく学習ツールのプロトタイプ構築を実施した。このツールは、タブレット端末を含む様々なOS上で動作するWebブラウザで実行可能なようにJavaScript言語で構築されている。さらに、協調的な学習を行うための環境として、教室内SNS(Social Networking Service)システム、および、ビジュアルプログラミング環境の実行画面を共有可能なシステムを構築し、実際のワークショップで適用評価を行った。その結果、児童間でのコミュニケーションが活性化し、プログラミングを行う活動の振り返りや教え合いを発生することができることを確認した。その他、協調学習環境を構築する上で基盤となる情報共有の仕組みについて検討し、プロトタイピングを行うとともにユーザ評価を実施した。以上のような成果については、国際会議をはじめ、国内の研究会や大会で口頭発表を行った。当初予定していたように、例題を用いたプログラミングの過程で試行錯誤を発生させ、知識の概念化を促すような教材を開発し、実際にプログラミングの授業やワークショップで活用することができた。また、これらを通じて、プログラミングの後の動作検証を十分に行っていない場合が多いという、新たな課題を発見することもできた。さらに、教材の開発においてはタブレット端末でも操作可能なプロトタイプツールを構築することができ、また、協調学習環境についても複数のシステムを実際に適用して評価を行うことができた。小学生を対象としたプログラミング学習を対象として、ビジュアルプログラミング環境を用いた協調的な学習環境について研究を推進している。

本研究では、実際にプログラミング学習を行う場で用いることを想定した教材を開発し、地域の小中学校やNPO法人と連携して実施している休日のワークショップで実適用を行っているが、前年度に適用を行う中で、プログラミングをした後の動作検証を十分に行わず、帰納的な学習が十分に行えていない場合があることが明らかになってきたため、プログラミング課題をスモールステップ化し、動作検証を子ども達が相互に行うことで協調的にプログラミングを進めることができるように支援するシステムを開発し、その検証を行った。その結果、子ども達同士で正しくプログラムが動作しているかどうかを確かめながらプログラミングを進める様子が観察され、一定の効果があることが分かってきた。さらに、ワークショップ等で作成したプログラミング作品に対してプレゼンテーションを行う場面において、プログラミング作品の発表に適したプレゼンテーションになるように支援するシステムを開発し、実際のワークショップで検証を行った。これにより、教室内での協調学習がより効果的に進められるようになると考えている。これらの成果は、今後国内外の学会において発表を行っていく予定である。一方、協調的なプログラミング学習を支援する環境として前年度に開発した教室内SNS(Social Networking Service)システム、および、ビジュアルプログラミング環境の実行画面を共有可能なシステムについては、国際学術誌に論文が掲載された。また、プログラミング学習に関する研究を進める中で得た知見を実際の初等教育の現場に活かせるよう、連携先の小学校を5校に拡大した。当初予定していたように、例題を用いたプログラミングの過程で試行錯誤を発生させ、知識の概念化を促すような教材の開発においては、プログラミングの課題をスモールステップ化し、各ステップで子ども達同士が相互評価を行いながらプログラミングを行えるような形式に具体化を行うことで、実際のプログラミングワークショップで検証を行い、その効果の検証を行うことができている。また、協調学習を支援するシステムを構築する上で基盤的な技術となる携帯端末間の情報共有環境においても、学術雑誌に論文が掲載されるなど、成果を上げている。さらに、2020年の小学校でのプログラミング教育必修化とも相まって、小学校との連携を拡大しており、実際の教育現場への研究成果の展開が見込まれる。小学生を対象として行うプログラミングを通した学習活動において、ビジュアルプログラミング環境を用いた協調学習環境について研究を行っている。
国家事業としての口承文芸の採集とその出版-中国「三套集成」プロジェクト-

中華人民共和国文化部、国家民族事務委員会、中国民間文芸研究会は、『中国民間故事集成』『中国歌謡集成』『中国諺語集成』(「三套集成」)の編集と出版に関する通知」を、1984年に連名で発表した。この通知は、(1)全国各地で民間文学についての調査を普く行うこと、(2)民間文学の採録あたっては、科学的な方法をとること、(3)県を単位とした資料本を編集し印刷すること、(4)各省、自治区、直轄市は編集委員会をそれぞれ設置し、県や市の作成した印刷本をもとに、全国編纂委員会の方針に基づいて、故事、歌謡、諺語の各本を編集し、全国編纂委員会の審査を経た後に各々公開出版する、ことを各省(自治区・直轄市)に求めていた。広西壮族自治区ではこれを受けて、自治区レベルの編纂委員会である中国民間文学集成広西巻編纂委員会を設置し、(1)全ての郷や鎮にいたるまで調査をすること。(2)語り手(歌い手)の名前や地域を明記する他、可能なかぎり語られたままの形を記録するなど、科学的な方法による採集を、各県に求めた。各県では、文化局や文化館が中心となって、採集をすすめ、その成果を、故事、歌謡、諺語の三分冊にまとめ、中国民間文学集成広西巻編纂委員会へ提出した。中国民間文学集成広西巻編纂委員会は、故事、歌謡、諺語の各本を編集する三委員会を新たに設け、資料本などをもとに、『中国民間故事集成広西巻』『中国歌謡集成広西巻』『中国諺語集成広西巻』を編集し、中国民間文学集成全国編纂委員会と連名で、新華書店から刊行した。(『中国諺語集成広西巻』は刊行準備中)本研究では、広西壮族自治区各県で作成された故事編資料本を70冊複写するとともに、中国民間文学集成広西巻編纂委員会の編纂に関わる通達資料を入手し、さらに編纂に関わった編集者に聞き取り調査を行うことによって、広西壮族自治区における「三套集成」プロジェクトに関する基礎的な資料を整備した。三条集成の重要な部分を占める中国民間故事集成の資料本の収集とその編纂過程を明らかにすることが、本年度の課題であった。11月9日から16日まで、中華人民共和国広西壮族自治区において、中国民間故事集成広西巻の資料本所蔵調査と、同巻の編纂委員の二人に、編纂の経過を聞き取り調査した。調査で確認できた点は以下の二点である。中国民間故事集成広西巻は90冊制作され、全巻が広西壮族自治区図書館に所蔵されている。中国民間故事集成広西巻編纂委員会では、同自治区内の複数の大学に、全巻を寄贈したが、散逸しているようである。その他編纂委員が、全巻を所蔵している可能性がある。中国民間故事集成広西巻の編纂は、中国民間故事集成広西巻編纂委員会が行った。委員は広西民間文学研究会の専業の民間文学研究者と自治区内の大学の民間文学研究室の教員である。編纂の方針は北京師範大学の鐘敬文教授がたて、それに従い作業を行った。自治区内の各県に収集のための組織が作られ、編纂委員はその指導と各県から提出された資料本から、本編へ採録する昔話の選択を担当した。
極低消費電力ＬＳＩの実現に向けたグリーンナノデバイスの研究

新材料及び新構造を用いた次世代MOS型トランジスタの性能を高精度に予測するために、量子論的ウィグナー・モンテカルロシミュレータ並びに原子論的バリスティックシミュレータを開発した。III-V族化合物半導体は、ソース・ドレイン間直接トンネリングによるリーク電流増大と低状態密度による電流駆動力低下の回避が必須であることを示した。グラフェンFETの性能予測では、グラフェンナノリボン構造が原理的に最も優れた性能を示した。ジャンクションレス・トランジスタは、チャネル/ゲート酸化膜界面でのラフネス散乱が軽減されるため、次世代の超微細集積デバイスとして有力であることを示した。平成24年度はグラフェンナノメッシュについて検討を行った。グラフェンナノメッシュは、グラフェンにバンドギャップを開かせる新しいナノ構造グラフェンであり、グラフェンナノリボンに比べて製造や取り扱いが簡単なためLSIへの応用が期待されている。本年度は前年度に開発した強束縛近似法を用いてグラフェンナノメッシュのバンド構造を解析し、LSIへの応用に適する幾何学的構造を見つけ出した。そしてグラフェンナノメッシュトランジスタとしての電気特性を評価し、従来のシリコンMOSFETを凌ぐ性能が実現できることを明らかにした。一方、新概念トランジスタのベンチマーク評価に欠かせないシリコンMOSFETの高精度なデバイスシミュレータの開発を完了させた。反転層キャリアの量子化を考慮したフォノン散乱、界面ラフネス散乱および不純物散乱を取り入れたウィグナー・モンテカルロシミュレータを完成させ、バルクシリコンMOSFETの電子移動度ユニバーサル曲線の実験結果を再現できることを確認した。上記と並行して、III-V族半導体チャネルMOSFETのウィグナー・モンテカルロシミュレータの開発にも成功し、有効質量の軽いIII-VチャネルMOSFETでは比較的長いチャネル長でもソース・ドレイン直接トンネリングによるサブスレッショルド電流の増大が顕在化することを見出した。上記の知見は、次世代の低消費電力トランジスタとして期待されているIII-VチャネルMOSFETの短チャネル化限界がシリコンMOSFETよりも長いチャネル長で訪れる可能性があることを示唆しており、デバイス開発者に大きなインパクトを与えている。また、従来の常識を覆す新概念デバイスであるナノワイヤ型ジャンクションレス・トランジスタの性能評価に向けて、原子スケールで高精度なフォノン散乱のモデル化に成功した。平成25年度はグラフェンナノリボンFETとInAsナノワイヤFETとの性能比較を行った。両者とも低消費電力トランジスタとして期待されていることから、FETのスイッティング電力に相当するPDP(電力遅延積)を重要な性能指標の一つとして検討を行った。その結果、LSI内の単位面積当たりのPDPで比較すると、シングルゲート構造のグラフェンナノリボンFETがInAsナノワイヤFETよりも低消費電力動作が可能であることを見出した。特に、ゲート酸化膜の厚さを薄くするほど、グラフェンナノリボンFETの優位性が顕著になることが分かった。この知見は、LSIの省電力化に向けたグラフェンFETの研究に強いモチベーションを与えるものである。一方、シリコンダブルゲート構造MOSFETに対して、準バリスティック輸送係数を抽出することに成功した。チャネル長が10nmまでは短チャネル化によりバリスティック効率が向上するが、チャネル長が10nm以下になるとチャネルの膜厚揺らぎに起因する新たな表面ラフネス散乱が顕在化し始め、バリスティック効率は急激に低下することを見出した。この結果は、現在のシリコンテクノロジーではチャネル長が10nm以下になるとMOSFETの性能向上が本質的に困難になることを示唆しており、微細化限界を議論する上で重要な知見を与えている。また、従来の常識を覆す新概念デバイスであるジャンクションレス・トランジスタの性能評価を行った。ジャンクションレス・トランジスタは従来型トランジスタに比べて表面ラフネス散乱が大きく低減するため、たとえチャネル内で不純物散乱が発生しても、従来型と同等の性能を維持できることが分かった。ジャンクションレス・トランジスタは微細化が容易なデバイス構造をしているため、従来型トランジスタと同等の性能を維持したまま更なる微細化を可能にする技術として注目される。平成23年度は、グラフェンナノデバイスの動作解析の基礎となるグラフェンナノリボンとバイレイヤグラフェンのバンドギャップ変調特性を明らかにした。強束縛近似法を用いたバンド構造計算法を確立し、リボン幅が異なるグラフェンナノリボンの多重接合を解析した。その結果、リボン幅を原子スケールで空間的に制御することで、グラフェンナノリボン内に実効的なヘテロ接合を形成することが可能であることを見出した。この知見は、グラフェントンネルFET等の幾何学的構造設計に有用な情報となっている。また、グラフェンナノリボンとバイレイヤグラフェンのFETチャネルとしての性能比較を行い、バンドギャップの大きさと電子速度の観点からは、グラフェンナノリボンが優れていることを明らかにした。一方、新概念トランジスタのベンチマーク評価に欠かせないシリコンCMOSトランジスタの高精度デバイスシミュレータの開発を進めた。具体的には、量子力学的効果とキャリアの散乱効果を高精度に取り入れることができる新型のモンテカルロシミュレータ(ウィグナー・モンテカルロシミュレータ)の開発に取り組んだ。

その結果、ナノスケールトランジスタで重要となる量子反射効果と量子トンネル効果を正確に取り入れることが可能であることを実証した。この特性を活かして、pn接合を必要としないジャンクションレス・トランジスタへの適用にも着手した。ジャンクションレス・トランジスタは、CMOS微細化限界の一つとして懸念されている急峻なpn接合形成技術を必要としない新構造トランジスタであり、現在のLSI製造を単純化し微細化限界を打ち破る可能性があるデバイス技術として注目されている。平成23年度は、このジャンクションレス・トランジスタの動作メカニズムの理解と不純物散乱の影響について検討を行った。本年度は、絶縁基板上に堆積されたグラフェンの電子移動度の解析とシリコンナノワイヤMOSFETの準バリスティック輸送特性の解明を行った。グラフェンを絶縁基板上に堆積すると、基板内の光学フォノンや基板表面の荷電不純物が引き起こす外因性の散乱によってグラフェンの電子移動度は大幅に低下するが、h-BN基板の場合には100,000cm2/Vs以上の高移動度を維持することを見出した。その理由として、h-BN基板の表面に存在する荷電不純物密度がSiO2基板に比べて約1桁低いことが関係していることを明らかにした。一方、シリコンナノワイヤMOSFETの後方散乱係数を抽出することにも成功した。シリコンナノワイヤ内の1次元電子状態を反映して、オン状態ではゲート電圧の増加とともに後方散乱係数が減少することを初めて見出した。これは、従来のプレーナ型MOSFETと逆の特性を示していることから、シリコンナノワイヤMOSFETの実用化を進める際の重要な知見を与えている。研究期間を通じて、低電圧駆動型トランジスタの有力候補に挙げられているダブルゲート構造およびナノワイヤ構造MOSFET、高移動度チャネルIII-V MOSFET、および絶縁基板上グラフェンの電子輸送特性を解明することに成功した。さらに、現在の主流技術であるプレーナ型シリコンMOSFETとの性能比較にも取り組み、上記新技術の優位性および課題についても明らかにしてきた。これらの成果は、極低消費電力LSIの実現に向けたグリーン・ナノエレクトロニクスの発展に寄与するものとして注目される。工学グラフェンFETの性能はグラフェンチャネルのバンド構造が鍵を握るため、ナノ構造グラフェンの幾何学的構造や原子配置の影響など、ミクロな視点からの電子状態の把握が非常に重要になる。本年度は、新しいナノ構造グラフェンであるグラフェンナノメッシュの強束縛近似バンド構造計算法を確立するとともに、その電気特性の評価を可能とするデバイスシミュレータの開発に成功している。
Al合金単近似結晶の作製とその電子物性及び異方性の測定

本研究の目的は、正二十面体クラスターなどに特徴づけられる近似結晶の単結晶作製とその電子物性及び異方性の測定である。本年度は、Cd-Yb系、Cd-Ca系、Cd-Y系及びCd-Tb系近似結晶の単結晶の作製を試み、その電子物性の評価実験を行った。試料組成はCd6M(M=Yb, Ca, Y, Tb)で、作製方法は、アルミナるつぼに原料金属を入れて石英管に封入し、電気炉を用いて徐冷法により単結晶塊を育成した。得られた単結晶粒の評価には背面X線ラウエ法を行い、電子物性としては、1.8Kから300Kの温度範囲で電気抵抗率及び比熱の測定、異方性の評価としては1.8K以上、9テスラ以下の磁場下で磁気抵抗の測定を行った。また、フェルミ準位近傍の価電子帯構造を調べるため高分解能光電子分光測定を行った。電気抵抗率の温度依存性はいずれの合金系でも正で、金属的な伝導を示した。一方、光電子分光測定の結果、2価のCaを含んだCd6Ca系においては、Caのdバンドがフェルミ準位に差し掛かっているのに対し、3価のYやTbを含んだCd6Y及びCd6Tbにおいては、YやTbのdバンドが完全に満たされていることが明瞭に観察された。以上のことより、Cd6YbやCd6Caにおいてはd電子も電気伝導に関与していることがまず結論された。さらに、低温比熱測定の結果より、3価のYをもつCd6Yと、2価のYbやCaをもつCd6YbやCd6Caの間に顕著な差が見られた。光電子分光の結果とあわせて、Cd6Yb及びCd6Caの大きな電子比熱係数はフェルミ準位にかかっているdバンドに由来するものであることが結論された。さらに、今回、Cd6Tbの電気抵抗及び比熱の測定で2K及び20Kの低温で新たに相転移が見つかった。今後のさらなる研究の進展が望まれる。異方性に関しては、磁気抵抗測定の結果、これらの単結晶の各方位に有意な差が見られなかった。このことよりこれらの近似結晶の電子構造が非常に等方的であることが分かった。本研究は良質な単近似結晶を作製すること、及びその電気物性を測定することで、正20面体クラスター等の特徴的な局所構造を有する準周期秩序物質の電子構造と電気伝導機構に関し知見を得ることを目的とする。単近似結晶の作製は、Al合金及びCd合金において行った。その結果、これまでのところ、Cd合金において良質の単近似結晶の作製に成功している。作製方法はまず、Cd6Yb、Cd6Ca、Cd6Y、Cd6Ceの仕込組成で原料金属を秤量し、アルミナるつぼに入れてAr雰囲気で石英管に封じた後、電気炉を用いて溶解した。その後、溶融状態から冷却速度1°C/hで徐冷することにより単結晶粒を育成し、ファセット状の良質な単近似結晶を得た。得られた単結晶の評価は背面反射ラウエ法により行った。電気物性としては、交流四端子法により13K300Kの温度範囲で、直流4端子法により4K13Kの温度範囲で電気抵抗率の測定を行った。結果として、上述の4つ合金系においてcm級のファセット状の単結晶粒が得られ、背面ラウエ法からはファセット面は{100}面と{110}面であることが分かった。室温における抵抗率は、4080μΩcmと近似結晶としては低い値を有し、特に多結晶試料よりも低いことが分かった。多結晶との抵抗率の違いは、単結晶においては粒界や第2相などの欠陥が無いことによるものである。一方、温度依存性はいずれの系においても正で金属的な振舞いを示し、Cd6Yb及びCd6Caにおいては、110K付近に相転移が明瞭に観測された。また、Cd6Yにおいても140K付近に相転移による抵抗率の飛びが観測された。Cd6Ceにおいては今回測定した温度範囲では相転移は見られなかった。今後磁気抵抗測定により単近似結晶の異方性を詳細に調べて、その電気伝導機構に関しさらに知見を得る予定である。

一方、光電子分光測定の結果、2価のCaを含んだCd6Ca系においては、Caのdバンドがフェルミ準位に差し掛かっているのに対し、3価のYやTbを含んだCd6Y及びCd6Tbにおいては、YやTbのdバンドが完全に満たされていることが明瞭に観察された。以上のことより、Cd6YbやCd6Caにおいてはd電子も電気伝導に関与していることがまず結論された。さらに、低温比熱測定の結果より、3価のYをもつCd6Yと、2価のYbやCaをもつCd6YbやCd6Caの間に顕著な差が見られた。光電子分光の結果とあわせて、Cd6Yb及びCd6Caの大きな電子比熱係数はフェルミ準位にかかっているdバンドに由来するものであることが結論された。さらに、今回、Cd6Tbの電気抵抗及び比熱の測定で2K及び20Kの低温で新たに相転移が見つかった。今後のさらなる研究の進展が望まれる。異方性に関しては、磁気抵抗測定の結果、これらの単結晶の各方位に有意な差が見られなかった。このことよりこれらの近似結晶の電子構造が非常に等方的であることが分かった。
核酸の全身投与による炎症性腸疾患の治療開発

この研究は、クローン病や潰瘍性大腸炎などの難治性の炎症性腸疾患に対して核酸という新しい治療法を開発することを目的として実施された。2%デキストラン硫酸ナトリウムはマウスに実験的な腸炎を引き起こす。スーパーアパタイトに搭載したmiR-29を静注することで腸管の炎症を阻止できた。これは、デリバリーシステムが重要な役割を演じており、炎症腸管の樹状細胞という免疫応答の司令塔に核酸を送達できるシステムが功を奏していることが明らかとなっている。すなわち、樹状細胞を起点とする初期免疫応答がmiR-29によって抑制され、それに続く炎症カスケードが遮断されることを示唆している。本研究の目的は、クローン病や潰瘍性大腸炎などの難治性炎症性腸疾患に対して新しい核酸治療剤を開発することである。平成28年度の計画では、文献上有効と考えられるmiR-29bを取り上げ、静注による腸炎発症の予防治療効果と各種サイトカインの動きについて検証することを予定していた。2%デキストラン硫酸ナトリウム(DSS)を飲水に混じて9日間与えることによりIBDマウスモデルを作成し、体重減少や腸管長の短縮を腸管炎症度の指標として、組織学的に腸管壁(粘膜、粘膜下層、筋層)への炎症細胞浸潤やびらん、潰瘍形成などをスコア化することにより確定する。結果として、スーパーアパタイトに搭載したmiR-29bは、マウス尾静脈に4回注射することで、炎症の無い正常腸管を維持することができた。コントロールとして、negative control miRをスーパーアパタイトに搭載した場合や、スーパーアパタイトなしでnaked miRを投与した場合は、高度の腸管炎症を引き起こした。このことは、IBD治療におけるmiR-29bの全身投与に際してはスーパーアパタイトが必須であることを意味する。同じ、miR-29familyであるmiR-29aについても検証し、同様の腸炎予防効果を認めた。実際に、炎症腸管に核酸が送達されているかどうかを確認するために、マウスに存在しないmiR-29bと62.5%の相同性をもつ人工配列を設計し、アパタイトに内包して静注後、4時間後に腸管を採取してqRT-PCRによってこの外因性のmiR-29b誘導体の定量を行った。DSSを摂取させていない正常腸管に比べて、DSSにより炎症を起こした小腸、大腸(盲腸、横行結腸、直腸)では、有意に人工核酸の取り込みが高いという結果が得られ、病巣部への核酸の送達が確認された。当初の目標である、クローン病や潰瘍性大腸炎などの難治性炎症性腸疾患に対して新しい核酸治療剤を開発するという課題は、スーパーアパタイトとmiR-29aないしはmiR-29bを組み合わせることで概ね達成された。定量PCRでは、外因性に投与された人工核酸がDSSで惹起された炎症腸管に送達されていることが証明された。炎症腸管では様々な炎症性メディエーター(TNFalpha、IL6, IL-12, IL-23, IL-10など)が作用していることが想定される。しかし、炎症が進んだ状態でこれらの分子を検出しようとしても、すでに焼野原となっており痕跡しか捉えることができなかった。DSSを投与して初期の段階でこれらサイトカインの変化を調べるように、腸管サンプリングの時期を再検討する必要がある。非特異核酸配列に赤色蛍光を発するAlexa647を接合し、血中投与された核酸の局在をin situで調べた。炎症部位の粘膜固有層内に散在する形で赤色蛍光は確認されたが予想よりも少なかったことから、これまでに癌でみられたように大量の核酸が病巣部に集まることで核酸の効果が発揮されるのではなく、別のメカニズム(少量でかなりの効果を発揮させるメカニズム)の存在が示唆された。マウスに全身投与した場合の抗炎症効果は極めて大きく、これらのギャップを埋める作業仮説と実証が必要である。このように未だ不明点はあるものの、miR-29bだけでなく、miR-29aもスーパーアパタイトに搭載することで炎症性腸疾患の予防に利用できることが分かり重要な成果があったと考えられる。以上から、おおむね順調に進展していると考えられる。本研究の目的は、クローン病や潰瘍性大腸炎などの炎症性腸疾患に対して核酸治療剤を開発することである。2%デキストラン硫酸ナトリウム(DSS)を9日間与えることにより腸炎マウスモデルを作成した。DSS投与によってマウスの体重減少や腸管長の短縮、腸管壁の炎症指標の増加が引き起こされるが、スーパーアパタイトに搭載したmiR-29b、あるいはmiR-29aを、マウスに全身投与することで、正常腸管を維持できた。

miR-29bにAlexa647を接合し、スーパーアパタイトに内包させて全身投与すると、炎症腸管の粘膜固有層・下層の少数中等度数の細胞に赤色蛍光を認めた。B cell, CD4+cell, CD8+cell,マクロファージ、好中球、樹状細胞のそれぞれに対する特異抗体を用いて各細胞の染色を追加して核酸との共在を調べたところ、大部分の核酸はCD11c陽性の樹状細胞に取りこまれていることが分かった。マウスに存在しない人工配列を設計して同様の実験を行ったが、やはり樹状細胞への集積が確認され、microRNAの種類によらずスーパーアパタイトは炎症腸管の樹状細胞に核酸を送達する機能を有することが分かった。DSSによるマウス腸炎モデルでは、樹状細胞がIL-6やTGF betaを産生し、Th17細胞を誘導すること、更にIL-23産生がTh17細胞を病原性Th-17に活性化させることが知られている。樹状細胞に送達されたmiR-29a, bは、これらの分子発現を減少させ、腸管組織全体のマイクロアレイ解析によって下流のインターフェロンシグナル伝達経路が阻害されていることが明らかとなった。以上の所見は、DSS投与後に発動する樹状細胞を起点とする初期免疫応答がmiR-29によって阻止され、それに続く炎症カスケードが抑制されることを示唆している。以上の所見は特許出願、論文投稿の予定である。1)少量のマイクロRNAで効果を示すことから、DSS腸炎の発症メカニズムを再考し、DSSによって破綻した粘膜上皮から腸管壁に侵入するバクテリアや食物抗原に対して最初に働きかける樹状細胞に注目する。樹状細胞は異物を認識して、ナイーブT細胞に抗原情報を提示し分化したT細胞を誘導する。DSS腸炎にあっては、樹状細胞はIL-6やTGF betaを産生し、Th17細胞を誘導することが知られている、更に、IL-23産生が病原性Th-17に活性化させる。DSS投与後に発動する、これら樹状細胞をめぐる一連の初期免疫応答が、それに続く炎症カスケードの拡散に重要と考えられている。平成29年度は、核酸と樹状細胞とのin situでの局在の比較、樹状細胞を特異抗体によって粘膜組織から抽出して核酸がどの程度検出されるか、あるいは上記の分子メカニズムについて検討する。もしも、核酸が樹状細胞に作用して効果的にTh17細胞への分化を阻止しているのならば、比較的、少量の核酸で高い効果を引き出すことも理解できる。2)DSS投与開始後に経時的に炎症腸管を採取し、mRNAを抽出、RNAseqにより遺伝子発現の変化を網羅的に調べる。miR-29a, 29bによって腸管壁内全体としてどのような炎症のカスケードが阻害されているのかIPAなどにより分析する。3)DSS投与開始後に経時的に炎症腸管を採取し、microRNA (miR)を抽出、microarrayによりmiRNAの変化を網羅的に調べる。典型的には炎症性サイトカインを標的としてこれを抑制するmiRNAで進行性に減少するものを選別し(miR-29bはこのタイプに相当する)、そのmiRNAをスーパーアパタイトに搭載してマウスに全身投与し炎症性サイトカインを抑制することでIBDを治療する。先に行ったmRNA seqで発現上昇する分子との関連性にも注目する。消化器疾患
光導波路法による固体表面反応の高感度モニタリング

1.多波長光導波路法の開発オプティカルマルチチャンネルアナライザー(OMA)を用いて、スラブ型導波路に白色光を導入できる多波長光導波路分光システムを組んだ。本システムは、同様な目的で組まれた他のシステムと比べて単純である。導波路への光入射はプリズムに近づけたファイバーで行い、出射光の集光はファイバーバンドルのライトガイドによった。入射用ファイバーからの出射光広がり角の調整による光導入効率の最適化は行っていないが、光強度は十分に得られている。但し、マッチング液とカプラープリズムの屈折率を等しくしてカップリング効率を上げる、などの工夫を行った。レーザー使用の場合と比べると、導入効率は低くなるが、光ファイバーからの光導入の角度の制限はずっと少ない。このシステムを用いて、ガラスの色中心生成反応や、薄膜中の色素のスペクトル変化などの追跡を行った。後者については、多層構造導波路についての新しい手法である群屈折率法を開発して詳しい感度の解析を行い、またゾル・ゲル法によって作製した色素含有多層薄膜導波路を用いて、5ppmまで測定可能なH_2Sセンサーを作製した。2.複合構造・超高感度導波路の特性マグネトロンスパッタリングを用いて作製したTiO_2薄膜(n=2.02.5、厚さ=2025nm)とK^+イオン交換導波路(屈折率変化=0.01、厚さ=2μm)との組み合わせについて、この導波路系の感度などの特性を理論的および実験的に調べた。この導波路系では、クラッドの屈折率変化として10^<-4>程度までが追跡できる。また、垂直方向からの観測と比較して10^4以上の増幅率が得られるので、高度に分散した表面吸着色素やLB膜中の機能分子の測定などに適当であると考えられる。
生殖始原細胞の増殖分化に作用する新規サイトカインの探索

LIFの機能受容体はIL-6受容体のシグナル伝達分子であるgp130としLIF受容体サブユニットから成る。このgp130・LIFR受容体複合体はヒトOSM、CNTF、CT-1にも共有されていることが知られており、従ってこれらのサイトカインにはPGCの増殖刺激活性がある。マウスOSMはヒトOSMとは低い相同性しか示さないため、まず精製した組換え体サイトカインを用いてマウスOSM,ヒトOSM,LIFの三者の生物活性と受容体に対する結合親和性を検討した。その結果、マウスOSMはヒトOSMと異なりLIF受容体を共有していないことが明らかとなった。次に、マウスOSMの発現をRT-PCR法、In situ Hybridization法、そして抗体による組織化学的解析により調べたところ、マウスOSMは胎生11.5-14.5日のゴナド(雌雄)及び新生マウスの精巣セルトリ細胞に特異的に発現していることが判明した。卵巣ではOSMは検出されず、また精巣での発現は生後減少し、精子形成のおこる時期に消失した。このことは生殖器官を構成する生殖細胞と体細胞の増殖時期に一致している。そこでマウスOSMのPGCに対する効果を検討したところ、LIFで観られる直接的増殖刺激活性はなく、胎生11.5日ゴナドの体細胞を増殖刺激することで間接的にPGCの増殖を支持していることが明らかとなった。この初代培養系ではさらに、マウスOSM依存的に敷石状細胞のクラスター、造血幹細胞に特異的に観察されるコ-ブルストーン領域、そして未分化造血細胞が多数出現した。この培養系よりOSM依存性敷石状細胞株LOを樹立するのに成功し、そこからin vitroで血球細胞を分化させることができた。LO株の細胞表面抗原を認識する多数の単クローン抗体は新生マウス由来の精巣、卵巣を構成する体細胞にも発現しており、線維芽細胞には検出されなかった。造血幹細胞と生殖器官の発生場所が近いことが近年指摘されており、OSMの作用がその両者にわたり、かつ共通抗原が存在することはそれらの発生起源を考える上で興味深い。次に、新生マウスの精巣を構成する細胞の初代培養を試みたところ、再びマウスOSMによりセルトリ様細胞の増殖が支持され、同様の効果はヒトOSMやLIFには観察されなかった。この結果はOSMが新生マウスの精巣セルトリ細胞のオートクライン増殖因子になっていることを示唆する。以上の結果はマウスにおいてLIFとOSMは明確に区別された様式で生殖関連細胞の増殖に関与することを示す。本年度得られた結果を、さらに作成中のOSM遺伝子破壊マウスの詳細な解析により確認していきたい。
時間領域予測を用いた画面内符号化アルゴリズムに関する研究

本研究では、高圧縮率を実現する新たな動画像符号化アルゴリズムを提案する。今まで幅広く使用されている動画像符号化国際標準H.264/AVCの基本アルゴリズムをベースに、時間領域と空間領域の特徴を併用することにより、冗長性を更に削減できるアルゴリズムを新規開発し、符号化効率を大幅に向上する。この研究成果を利用し、必要な検証を行ったうえ、次世代の動画像符号化国際標準に提案できるものと考える。実験結果により、中間報告時に10%しか性能向上が見られなかったが、現状平均15%以上になり、20%以上の性能向上が見られた場合もあった。この評価の結果より、提案手法は予定した性能向上を実現した。隣接フレームの画素を用いた空間予測に使用することは有効であることが証明され、この斬新な予測方法は必ず高い圧縮率の実現につながると予測できる。しかし、実験に用いた参照ブロックの選択、参照画素の選択、予測ブロックの作成方法は、従来の方法を流用したものであり、それぞれは最適な方法であると言えず、最高な圧縮率を引き出せるための細部に渡る調査が必要となる。本研究は隣接フレームの画素を用いた空間予測手法を用いて、参照ブロックの選択、参照画素の選択、予測ブロックの作成方法を改良した。また、本研究の成果をHEVCに実装し、性能比較を行った場合HEVCとほぼ同等な結果を得られた。しかしHEVCの手法と異なるので、両方の手法の良い点を抽出し合わせる必要がある。それについての研究が現在も進めており、多数のモードを用意して時間がかかるような手法を取りやめ、全く新しい手法で画面内符号化を行う手法を開発している。この新しい手法には、今回の研究成果を利用したものである。先行研究の実験結果により、隣接フレームの画素を用いた空間予測に使用することは有効であることが証明され、この斬新な予測方法は必ず高い圧縮率の実現につながると予測できる。本研究は隣接フレームの画素を用いた空間予測手法を用いて、参照ブロックの選択、参照画素の選択、予測ブロックの作成方法を改良することにより、符号化のパターンを覚えるにはさらにビット数が必要であるため、そのパターン数を限定することにした。実験結果により、この制限を加えた場合平均10%以上の性能向上が見られた。この評価の結果より、提案手法は実用的なものであり、従来の画面内符号化手法と比較評価ができるようになった。ここまでの研究成果をまとめ、国際会議で論文を発表した。また、本手法の性能をさらに向上するため、現画像の性質により、画像符号化の手法を変える手法を提案している。そのため、現画像の特徴を捉えるための手法を開発し、その検証を行っている。本研究は隣接フレームの画素を用いた空間予測手法を用いて、参照ブロックの選択、参照画素の選択、予測ブロックの作成方法を改良することにより、平均20%以上の圧縮率向上を目指しているが、現在では10%以上の向上を達成している。先行研究の検証結果により、連続フレームの同位置のブロックは連続的にイントラモードに符号化される確率が高いため、先行研究に使用された手法では前フレームの同位置のブロックがイントラモードで符号化された場合に限定している。また、参照ブロックの選択については、最多数のモードで符号化されたブロックのみを候補ブロックとしている。この二つの制限があるため、演算量の増加を抑えているが、最適な予測ブロックが選択されてない場合がある。

動き探索を行う際に、前フレームにあるもっとも近似するブロックを探索しているため、先行研究ではその結果の一部の使用を試みた。その結果は良い性能を示しているが、新たな動き情報を符号化する必要があるため、圧縮性能が劣化する場合がある。動きベクトルの符号化手法について、動き探索中心から予測することにより、動きベクトルの符号量の削減を試みた。しかし、やはり参照フレームにイントラブロックの数が多く、参照できる動きベクトルが少ないので参照精度が低い。また、参照画素の選択について、現手法では単純に参照ブロック間の差分を取り、差分の小さいブロックを選択している。しかし、選択されるブロックの画素を用いて参照ブロックを再構築する場合、参照ブロック全体の特性が予測性能を左右するため、参照ブロックの特性を正しく反映する手法で選択すべきと考える。そのため、一つのブロックの画素を交互に分離し、四つの画素ブロックを作成する。この四つのブロックの差分により、参照ブロックの特性を量的に評価する手法を提案する。この手法は有効であることが証明され、現在も検証を進めている。選択された参照ブロックの画素を用いて、複数の方向の参照を行う必要があるため、参照ブロックの各方向の画素値の分散を用い、符号化ブロックの相応方向の分散と比較することにより、参照ブロックを正確に選択することが可能と考え、その実装と検証を行う。分散値を用いても精度が不十分である場合、他の評価基準と組み合わせる方法で補う。ただし、演算量の大幅な増加を避けるため、できるだけ簡易な方法を採用する。また、現在HEVCに提案されているイントラ符号か手法、特にイントラ予測の方向を増やすことで多くの参照パターンを作成する方法は非常に有効であるため、本手法にも類似の方法を導入したいと考えている。しかし、そのまま導入すると演算量が大幅に増加するのみならず、並列処理性能を劣化させるので、現在提案している手法をベースに、多方向の予測データを新たに作成する手法を提案する予定である。本研究の直接の目的ではないが、提案手法をGPUに実装した場合の処理速度を評価し、提案手法の並列処理性能も評価していく予定である。以上の改良を行ってから、本研究の提案手法とHEVCの提案を比較し、その優劣を分析する。HEVCに提案された複数の空間予測に関する提案では画面内の予測のみを使用しているため、本研究の提案と根本的に異なり、それぞれの特長がある。そのため、提案手法とHEVCの提案を併用した場合、より良い性能を達成できると予測し、併用する場合の検証も行う。様々なシミュレーションを行うのは、性能の高いPCを導入する必要があるが、去年では高価のワークステーションを購入せず、GPUボート付きのPCで高速処理を目指していましたが、今年の実験内容がさらに増えるため、高性能なPCをさらに導入する予定です。複数の学生で作業を行うため、ネットワークファイルシステムを導入して作業の効率化を図る予定である。そのため、市販のNASシステムを購入する必要がある。また、実装用と検証用のソフトウェア環境は既に入手しているが、並列処理プログラミングの記述、デバッグをスムーズに行うために、効率的なGPU開発環境の構築が必要となる。