hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ホログラフィ干渉法によるサブクール自然対流膜沸騰熱伝達の研究

サブクール液中の膜沸騰熱伝達にとって、蒸気膜および液体温度境界層内における流体の速度分布と温度分布が重要なパラメータである。本研究は、大気圧下の冷媒R-113中における直径10mmの白金球周りのプール膜沸騰を対象に、蒸気膜厚、液体温度境界層厚さならびに境界層内温度分布を光学的手法を用いて測定し、既存の理論モデルを検証することが目的である。研究の過程で気液界面の振動が見いだされたので、その解析が研究のかなりの部分を占めるようになった。試験球を槽外で所定の温度に加熱した後液内に浸没させて膜沸騰を起こさせ、核沸騰に遷移するまでの間レーザビーム法により蒸気膜厚さおよび気液界面振動の周波数と振幅を測定し、ホログラフィ干渉法により境界層の厚さと境界層内温度分布を測定した。さらに、自然対流サブクール膜沸騰における界面振動について理論解析を行い実験結果と比較した。その結果以下の知見を得た。・気液界面の振動周波数は球過熱度がある値より高い時にはほゞ一定であるが、それより低くなると球過熱度の低下とともに上昇する。液サブクール度が高くなると周波数は上昇する。・気液界面の振動の振幅は過熱度の低下とともに減少し、液サブクール度の上昇とともに減少する。・液体境界層厚さはサブクール度の上昇とともに増加するが、球過熱度にはほとんど依存しない。・線形解析によって求めた固有周波数と実験による測定周波数を比較すると、サブクール度および球過熱度が周波数に及ぼす影響に関しては定性的に一致していた。サブク-ル液中の膜沸騰熱伝達は、蒸気膜および液体温度境界層内における流体の速度分布と温度分布によって記述される。本研究は、大気圧下の冷媒Rー113中における球周りのプ-ル膜沸騰を対象に蒸気膜厚、液体温度境界層厚さならびに境界層内温度分布を光学的手法を用いて測定し、既存の理論モデルを検証することが目的である。本年度は主として蒸気膜厚と境界層厚さの測定を行った。試験槽は両端に窓を有するステンレス製の円筒形容器(内径100mm、長さ112mm)で、外部の循環恒温槽からの温水によって槽内の液体の温度を室温から飽和温度まで調節できる。試験球は直径10mmの白金球で、その中心温度は熱電対により測定される。試験球を槽外で所定の温度に加熱した後液内に浸没させて膜沸騰を起こさせ、核沸騰に遷移するまでの間以下の光学的測定を行った。蒸気膜厚の測定にはレ-ザ-ビ-ム法を用いた。ホログラフィ干渉法により球表面から液体温度境界層外縁までの距離を測定し、この距離と蒸気膜厚との差として境界層の厚さを求めた。また、気液界面は振動していることが分かったので、その周波数と振幅についても調べた。実験は液サブク-ル度、球過熱度、球周りの位置をパラメ-タとして行ったが、その結果以下の知見を得た。・蒸気膜厚は球過熱度の低下とともにほゞ直線的に減少し、また液サブク-ル度が低くなるほど増加する。液サブク-ル度が高くなると周波数は上昇する。・気液界面の振動の振幅は過熱度の低下とともに減少し、液サブク-ル度の上昇とともに減少する。・液体境界層厚さは球過熱度によらずほゞ一定で、液サブク-ル度の上昇とともに増加する。本研究は、大気圧下の冷媒R-113中における球周りのプール膜沸騰を対象に蒸気膜厚、液体温度境界層厚さならびに境界層内温度分布を光学的手法を用いて測定し、既存の理論モデルを検証することが目的である。

本年度は主として気液界面の挙動について研究した。試験槽は両端に窓を有するステンレス製の円筒形容器(内径100mm、長さ112mm)で、外部の循環恒温槽からの温水によって槽内の液体の温度を室温から飽和温度まで調節できる。試験球は直径10mmの白金球で、その中心温度は熱電対により測定される。試験球を槽外で所定の温度に加熱した後液内に浸没させて膜沸騰を起こさせ、核沸騰に遷移するまでの間レーザビーム法により気液界面振動の周波数と振幅を測定した。さらに、自然対流サブクール膜沸騰における界面振動について理論解析を行い実験結果と比較した。その結果以下の知見を得た。・気液界面の振動周波数は球過熱度がある値より高い時にはほゞ一定であるが、それより低くなると球過熱度の低下とともに上昇する。液サブクール度が高くなると周波数は上昇する。・気液界面の振動の振幅は過熱度の低下とともに減少し、液サブクール度の上昇とともに減少する。・線形解析によって求めた固有周波数と実験による測定周波数を比較すると、サブクール度および球過熱度が周波数に及ぼす影響に関しては定性的に一致していた。
自己組織性量子井戸材料を用いた有機/無機ヘテロ構造光共振器素子の構築とレーザ発振

本研究では、自己組織性の量子井戸材料であるハロゲン化鉛系層状ペロブスカイトを発光層として用い、有機電界発光素子におけるキャリヤ集約による高効率発光の原理を応用した新しいレーザ発振素子の可能性を明らかにすることを目的とした。具体的には、以下の点を目的に研究を進めた。1)キャリヤ集約の原理を利用した外部注入キャリヤによる無機半導体薄膜発光層の高効率駆動の可能性を検証し、高効率発光実現のためのデバイス設計指針を明らかにする。2)有機/無機ヘテロ構造素子へ光共振器構造を導入する手法を確立し、その光励起および電流励起下での発光特性を詳細に検討することでレーザ発振素子としての可能性および問題点を明らかにする。本研究で得られた成果は以下の通りである。(1)キャリヤ集約による高効率電界発光フタロシアニンを正孔輸送層、オキサジアゾールを電子輸送層として用いた三層ヘテロ構造素子において、キャリヤを層状ペロブスカイト発光層へ集約でき、高効率の電界発光が実現可能であることが示された。特に臭化鉛系層状ペロブスカイトを発光層として用いた素子においては、発光効率が30倍になることが示された。(2)カチオン混合による室温での励起子発光の高効率化層状ペロブスカイトの発光材料としての問題点は、100K程度の低温では非常に高い励起子発光効率を示すが、室温ではその効率が大きく低下することであった。ここでは、鉛と同じ二価カチオンを混合することで室温での発光効率を5倍以上増大できることを見出した。(3)Langmuir-Blodgett法による層状ペロブスカイト薄膜作製法の確立および微小共振器素子構築への応用Langmuir-Blodgett法を用いて層状ペロブスカイト薄膜を作製する手法を確立した。これにより、分子レベルで構造や膜厚を制御した層状ペロブスカイト薄膜の作製が可能となった。さらに、この手法を用いて微小共振器素子が構築可能であることを確認した。(4)ナフタレン発色団を導入した層状ペロブスカイトからのりん光電界発光素子ナフタレン発色団を有機層に導入した層状ペロブスカイトにおいて無機半導体励起子からナフタレン発色団励起三重項状態への効率良いエネルギー移動による、りん光発光の増強効果を見出した。このペロブスカイト薄膜を発光層とした電界発光素子においてりん光に起因した電界発光に成功した。本年度の研究において、以下の成果が得られた。1.自己組織性量子井戸材料である鉛ハライド系層状ペロブスカイトを発光層とした素子において電界発光を得ることに成功した。発光色は臭化鉛系層状ペロブスカイトにおいて紫、ヨウ化鉛系層状ペロブスカイト化合物において緑であった。さらにペロブスカイト発光層を有機半導体からなる正孔輸送層と電子輸送層ではさんだ3層型有機/無機ヘテロ構造素子において、高効率の電界発光が得られることが示された。

これより、この素子構造が電流注入によるレーザ発振を目指した基本的な素子構造のひとつになることが明らかとなった。2.ヨウ化鉛系層状ペロブスカイトにおいて鉛原子が占めるカチオンサイトの一部をカルシウムやカドミウムにより一部置換することで、室温での励起子発光が著しく増大することが明らかとなった。カドミウムを20%混合した場合には励起子発光強度が3倍、カルシウムを20%混合した場合に5倍に増大した。これまで鉛ハライド系層状ペロブスカイトでは100K以下の低温でしか高効率発光が得られていなかったが、室温で高効率発光を得るための端緒が得られた。3.鉛ハライド系層状ペロブスカイト量子井戸材料を薄膜化する新しい手法として、Langmuir-Blodgett法を用いる方法を見出した。この手法により分子レベルで構造を制御した有機/無機ヘテロ構造素子の作製が可能になると考えられる。さらにこの手法により層状ペロブスカイトを発光層としたフォトニック結晶の作製が可能であることを示した。この技術は新しいレーザ発振素子の開発に有用であると考えられる。本研究では、自己組織性の量子井戸材料であるハロゲン化鉛系層状ペロブスカイトを発光層として用い、有機電界発光素子におけるキャリヤ集約による高効率発光の原理を応用した新しいレーザ発振素子の可能性を明らかにすることを目的とした。具体的には、以下の点を目的に研究を進めた。1)キャリヤ集約の原理を利用した外部注入キャリヤによる無機半導体薄膜発光層の高効率駆動の可能性を検証し、高効率発光実現のためのデバイス設計指針を明らかにする。2)有機/無機ヘテロ構造素子へ光共振器構造を導入する手法を確立し、その光励起および電流励起下での発光特性を詳細に検討することでレーザ発振素子としての可能性および問題点を明らかにする。本研究で得られた成果は以下の通りである。(1)キャリヤ集約による高効率電界発光フタロシアニンを正孔輸送層、オキサジアゾールを電子輸送層として用いた三層ヘテロ構造素子において、キャリヤを層状ペロブスカイト発光層へ集約でき、高効率の電界発光が実現可能であることが示された。特に臭化鉛系層状ペロブスカイトを発光層として用いた素子においては、発光効率が30倍になることが示された。(2)カチオン混合による室温での励起子発光の高効率化層状ペロブスカイトの発光材料としての問題点は、100K程度の低温では非常に高い励起子発光効率を示すが、室温ではその効率が大きく低下することであった。ここでは、鉛と同じ二価カチオンを混合することで室温での発光効率を5倍以上増大できることを見出した。(3)Langmuir-Blodgett法による層状ペロブスカイト薄膜作製法の確立および微小共振器素子構築への応用Langmuir-Blodgett法を用いて層状ペロブスカイト薄膜を作製する手法を確立した。これにより、分子レベルで構造や膜厚を制御した層状ペロブスカイト薄膜の作製が可能となった。さらに、この手法を用いて微小共振器素子が構築可能であることを確認した。(4)ナフタレン発色団を導入した層状ペロブスカイトからのりん光電界発光素子ナフタレン発色団を有機層に導入した層状ペロブスカイトにおいて無機半導体励起子からナフタレン発色団励起三重項状態への効率良いエネルギー移動による、りん光発光の増強効果を見出した。このペロブスカイト薄膜を発光層とした電界発光素子においてりん光に起因した電界発光に成功した。
がん特異的タンパク立体構造を標的としたCAR-T細胞療法の開発

乳がん細胞に高発現し、かつ構造変化を起こすことが知られている膜タンパク(特許未出願の為仮名Xとする)に対する抗体の中から高い乳がん特異性を示す抗体を単離することを行った。マウス細胞(3T3細胞など複数の細胞)に候補タンパクを強制高発現させた細胞を抗原として用い、モノクローナル抗体を多数作製し、ヒトとマウスのXに交叉結合する抗体を6クローン単離し、CAR T細胞を作製したところXを発現するがん細胞を特異的に認識することが確認された。そこで、免疫不全マウスに作製したCAR T細胞を投与したところマウス正常組織は攻撃されなかった。ところが次に、ヒト乳がん細胞を移植した免疫マウスにそのCAR T細胞をとうよしたところ、今度はおそらく自己免疫反応と考えられる肺障害、腎障害によりマウスは早期に死亡した。これは、腫瘍に発現するXタンパクに反応したCAR T細胞が、Xを低レベルで発現する正常マウス組織を攻撃したためと考えられた。さらにバラエティーに富んだエピトープを認識する抗X抗体を得るためにXのノックアウトマウスを作製した。CRISPR-Cas9を用いた方法により2ラインのXノックアウトマウスの作製に成功した。そこで、構造変化に伴いがん特異的に露出するエピトープなどがん特異的なエピトープを認識する抗体の取得を目指して、X発現がん細胞によるXノックアウトマウスの免疫を開始し、preliminaryな結果を得始めている。候補となるモノクローナル抗体を多数樹立した。単離した抗体の中から抗原タンパクの構造変化に感受性の抗体を選択し、がん特異性を検討したうえで、それらを元にCAR T細胞を作製し、抗腫瘍効果を検討する。当初の予定では、今年度に抗体の作製を終える予定であったが、抗体の作製に必要なノックアウトマウスの作製に今年度いっぱいまで必要となったため、現在、ノックアウトマウスに抗原を免疫している状況であり、作製した抗体のスクリーニングに必要な費用は今年度には使用されず、次年度に使用することとなった。ノックアウトマウスの作製は動物実験施設の生殖工学センターで一括して行われているため、他の研究者との兼ね合いで順番待ちがあり、多少の遅延は不可避であった。
中国南部の経済成長と日系子会社における労働力移動

本研究は、中国沿岸部の高度成長に占める日本の中小企業間の役割を調べるものである。とりわけ、日本の中小企業が中国進出に当たって、直面する労働力及びその管理問題に焦点を当てている。そのため、食品産業を選び、調べることにした。食品産業の日本製造業の対中投資に占める比率は10%程度にととまるが、日本の中国からの食品輸入が次第に増加していること、また、日本の消費者が中国からの食品の品質に次第に関心を高めるようになってきたこと、そして、食料自給問題が日本の自由化過程で大きな問題になってきていること、等の理由から選定した。そのために、食料生産者から、加工者を経て、流通業者、そして消費者へと至る食品連鎖の変貌を、経済空間分析の形で具体的に描き出すことを目的とした。2003年度において、中国南部、上海、山東半島について、日本食品産業の投資状況を調べた。本年度の研究では、中国で進出企業に対する法的保護は少なく、商取引もしばしば市場外で官僚ネットワークを通じて行われていることが明らかになった。中国への外国投資は、資本と原料を海外から移入し、中国では安価な労働力と土地を利用する形態が一般的だが、食品産業の場合は、原料も現地で調達し、衛生管理に配慮を払っている点が特徴である。明年度においては、さらに食品産業における労使関係、あるいは委託生産関係を調査することにしたい。進出中小企業の意思決定の問題については、中国の経済システムと企業管理の間には相関関係のあることが、今日までのインタビューで判明しているが、さらに、日本国内での企業管理と子会社における企業管理間の異同を調査する必要がある。また、進出地の決定に当たって、食品産業の場合には、上海近辺、江蘇省、山東省等が多いが、華南経済圏、香港経済との関連については更に調査を要する。日本企業の香港、深圸、広州進出は主として、中国国内、または欧米市場を対象とするものが多い。これらの第三国・国内市場を対象とした投資と、食品産業の場合のようにオフショア生産で、日本市場への逆輸出を目的とする投資が、将来的に一つの東アジア経済圏の形成に進み得るのかとうか、進み出すとすると、どのような条件の下にそれが可能か、については、明年度の研究に待ちたい。本研究の目的は、中国南部の経済成長と日系中小企業のグローバル化の相互作用を明らかにすることである。本研究では、日系中小企業が中国南部で経験する、労働力をどう管理するかという問題を抱えながら、子会社を起業する困難に分析の焦点を置く。香港は中国南部の開発や外資調達の役割を有しているために、とりわけ香港が辿った開発過程と中国と他のアジアの仲介者としての役割の分析を重視する。中国では、法による企業保護は限られている。所有権や契約は適切に保護されておらず、土地の所有権も認められていない。このことからは、リスクや不確実性が生まれる。こうした傾向は、1980年代に進められた地方分権政策によって更に増大している。その結果、取引はしばしば市場を介さずに、官僚的なネットワークを通じて行われる。取引費用を避ける目的で、地元や外国企業は、地方幹部とのネットワークを作る。外国企業はまた、安い労働力や安価な土地を国内で使用するが、それは海外で確保した未加工原料や資本を利用するためである。外資系工場に財と資本を供給する役割を有しているが故に、香港は中国にとって必要不可欠な地域として存続している。中華人民共和国は世界第2位の外国投資受入先であり、香港の相対的役割は減少しているとはいえ、依然として極めて重要性である。本研究は、従来取り入れられてきた経済分析の定説とは異なり、管理制度と経済組織は相互作用を持つという立場にたち、企業のブラックボックスの部分、即ち意思決定の過程にメスを入れる。日系中小企業の意思決定過程については、日系中小企業の社長や香港や中国の日系子会社への聞き取り調査を通じて分析していく。この方法論は、中国における日系中小企業の起業決定要因と共に、香港や東アジアと中国南部の経済統合が進む中で日系中小企業の役割に対して新たな知見をもたらすものである。

進出中小企業の意思決定の問題については、中国の経済システムと企業管理の間には相関関係のあることが、今日までのインタビューで判明しているが、さらに、日本国内での企業管理と子会社における企業管理間の異同を調査する必要がある。また、進出地の決定に当たって、食品産業の場合には、上海近辺、江蘇省、山東省等が多いが、華南経済圏、香港経済との関連については更に調査を要する。日本企業の香港、深圸、広州進出は主として、中国国内、または欧米市場を対象とするものが多い。これらの第三国・国内市場を対象とした投資と、食品産業の場合のようにオフショア生産で、日本市場への逆輸出を目的とする投資が、将来的に一つの東アジア経済圏の形成に進み得るのかとうか、進み出すとすると、どのような条件の下にそれが可能か、については、明年度の研究に待ちたい。
赤外銀河計数モデルによる銀河の形成進化の研究

銀河の星形成、金属量進化は特に遠赤外線などの長い波長の輻射に反映される。本研究は、赤外線を中心とする全ての波長域のサーベイ観測結果を再現するモデルを構築することによって銀河進化の統一的描像を探る。特に近年発展の目覚ましい化学進化モデルを拡張し、銀河の金属量進化とそれに伴うダストの進化を取り入れることで、宇宙の化学進化を演繹することが最終目標である。本年度の目標である、可視光からミリ波までの観測データを総合的に説明するモデルの拡張と、それを用いた波長横断的吟味は順調に進めることができ、本課題の集大成というべき論文の第一弾を発表することができた。また、宇宙論的構造形成を取り入れ、かつ銀河の重元素進化を整合的にすべて説明する試みも進め、画期的成果をあげることができた。これにより、これまでスペクトルの再現が主であった宇宙赤外線背景放射のモデルに加え、背景放射強度揺らぎのパワースペクトルのモデル化と将来の観測への戦略まで研究を発展させることができた。この計算のため、本年度も科学研究費によって拡充した計算機環境をフルに活用した。これらの成果は論文および国際会議にて発表し、高い評価を得ている。一連の成果が注目された結果、最新の宇宙物理学研究の成果を集めたレビュー集に執筆を依頼された。研究の初期目標は達成し、3年間の期間でさらに幅広い発展的成果まで得られた。宇宙の重元素合成と銀河形成の理論に大きな貢献ができたといえるであろう。本研究は、赤外線を中心とする全ての波長息のサーベイ観測結果を再現するモデルを構築することによって銀河進化の統一的描像を探る。本年度の目標である、銀河計数モデルに取り入れるための銀河のスペクトル(SED)モデルの構築と大質量星および超新星からのフィードバック過程などの素過程のモデル化は順調に進み、国際天文学連合アジア・環太平洋領域会合にて発表することができた。この原始銀河の赤外SEDモデルは、金属量が太陽の1/41という非常に進化の進んでいない近傍銀河SBS0335-052の奇妙な赤外SEDを見事に再現し、その正しさが観測的にも証明された。この計算のため、本年度拡充した計算機環境をフルに活用した。銀河計数モデル自体の詳細な検証も行った。銀河のスペクトルのみならず、宇宙における銀河の光度の分布関数(光度関数)も銀河計数を通じた銀河進化の解釈に影響する。この効果を定量的に検証した結果は論文として受理された。これらの研究は、来るべき赤外線衛星ASTRO-F計画や大型電波干渉計ALMA計画へ向けての大きな指針を提供することになる。昨年に引き続き、これらの研究成果は国際会議でも発表し、論文としても公表した。
新規HIV複製ステップの同定及びその阻害剤開発への応用

研究代表者は今まで同定されていないHIV複製ステップを阻害する薬剤(Y-664)を発見、報告した。Y-664はAZTとの併用で相乗効果が認められ、治療上問題となる多剤耐性HIVに対しても野生株と同様な効果を示した。また、Y-664は宿主細胞への吸着、進入および逆転写反応を阻害しないが、宿主細胞内でのウイルスDNAの合成を濃度依存的に阻害した。作用機序解明のためY-664に対する耐性HIVをin vitroで誘導し、約4倍の耐性度を示すHIVを分離した。このHIVの複製能は野生株と比べ低下していた。その変異部位をplasmid cloneであるpNL4-3と組み替え、解析したところpolおよびvifをコードする部位が耐性に関与していることが判明し、現在その詳細な解析を行っている。さらに作用機序が未だ解明されていない薬剤を18種同定し、そのうち14種類が宿主細胞への吸着からprovirus組み込みまでに関与していることを明らかとした。この研究で確立した方法を用い、耐性株に対して効果を示す新規核酸誘導体の作用機序を解明したところ、逆転写酵素阻害剤であると同定でき、その結果を論文にまとめることが可能であった。
リポ酸転移反応の機構に関する研究

リポ酸はグリシン開裂酵素系のH-蛋白、ピルビン酸、アルファケトグルタン酸及び分枝鎖ケト酸脱水素酵素複合体のアシルトランスフェラーゼの補欠分子族として、それら蛋白質の特定のリシン残基のイプシロンアミノ基に結合している。リポ酸が蛋白質に結合する反応は、リポ酸転移酵素によって触媒される。我々は既にウシ肝ミトコンドリアからリポ酸転位酵素を精製し、2種のアイソフォーム(I型とII型)を得ている。アミノ酸配列をリポ酸転移酵素I型についてはN末端から20残基まで、II型についてはN末端から30残基まで決定した。リポ酸転移酵素I型はN末端に更にアスパラギンが結合している以外II型のN末端アミノ酸配列と差異はなかった。リポ酸転移酵素II型のN末端から13-18残基及び25-29残基のアミノ酸配列から推定される塩基配列を用いて、2種のプローブを作製した。^<32>Pで標識したプローブを用いてウシ肝cDNAライブラリーをスクリーニングし、両プローブとハイブリダイズするクローンを得た。このクローンに含まれるcDNAの長さは1.3kbpであり、リポ酸転位酵素の全コーディングシークエンスを含むものと考えられる。その塩基配列について今後解析を進め、リポ酸転移酵素のアミノ酸配列を決定すると共に、大腸菌中で酵素を発現させ、その抗体を作製し、リポ酸転位酵素の諸性質や触媒反応機構を更に追究する予定である。
新規たんぱく質代謝研究法の確立とその活用に関する基礎研究

本研究の目的は、指標アミノ酸酸化(IAAO)法について、窒素出納法との整合性を確認すること、IAAO法によるたんぱく質代謝に関するデータを蓄積することである。ラットを用いて新規たんぱく質代謝研究法としてIAAO法を確立し、たんぱく質の質評価、たんぱく質栄養状態の評価、各種病態時のたんぱく質代謝要求量の推定を行った。日本人成人男性および高齢者においてIAAO法によりたんぱく質代謝要求量を算出した。成人女性のたんぱく質代謝要求量を性周期との関連で明らかにした。本研究の研究成果は、IAAO法は窒素出納法と整合性があることを示し、日本人のたんぱく質食事摂取基準として、広く健康行政への活用が期待される。課題4:ライフステージ別のたんぱく質要求量の推定法の確立する。課題6:ヒトたんぱく質要求量の推定法を確立する。指標アミノ酸酸化(IAAO)法により、成人を対象としてたんぱく質要求量を算出した。2007年にHumayunらが報告した方法(Am J Clin Nutr, 86: 995-1002)に従って行ったが、Humayunらがたんぱく質源としてアミノ酸混合を用いたのに対して、本研究では卵白たんぱく質を使用した。たんぱく質要求量を算出した結果、成人男性(22-24歳、n=6)では推定平均必要量(EAR)0.89 g/kg BW/day、推奨量(RDA)1.11 g/kg BW/dayであった。また、高齢者の男女(75-79歳、n=8)では、EAR 1.12 g/kg BW/day、RDA 1.75 g/kg BW/dayと算出された。成人男性で算出された値は、予想していた通りに現行の窒素出納法で算出されている値より高く、またHumayunらの値に近かった。高齢者では、結果は予想していた通り、成人より高かった。高齢者では、今後さらに年齢層が異なる被験者を対象として検討する予定である。成人女性(21-22歳、n=6)では、月経周期を考慮して検討した結果、基礎体温が低温を示す卵胞期で、EAR 0.96 g/kgBW/day、RDA 1.53 g/kg BW/dayであった。黄体期でのたんぱく質要求量は算出できなかったため、現在も検討を継続して行っている。[課題4]ライフステージ別のたんぱく質要求量の推定法を確立する。(平成23・24・25年度)健康な日本人成人男性及び高齢者を被験者に鶏卵たんぱく質をたんぱく質源とした際のIAAO法を行った。その結果、たんぱく質要求量は、成人男性(23±0.6歳、n=6)で0.89 g/kg体重/日、高齢者(70歳以上75歳未満、n=10)で1.20 g/kg体重/日、高齢者(75歳以上80歳未満、n=10)で1.28 g/kg体重/日であった。70歳代の二つの区分でたんぱく質代謝要求量に顕著な違いは認められなかった。高齢者では成人男性と比較して、より多くのたんぱく質を摂取する必要があると考えられた。[課題5]各種病態時のたんぱく質要求量の推定法を確立する。(平成24・25年度)SD系雄性ラット(4週齢)に2.6%カゼイン食を3週間自由摂取させ、たんぱく質欠乏状態とし、無たんぱく質摂取時の呼気中13CO2排泄量を測定した結果、たんぱく質質欠乏状態では正常状態と比較して呼気中13CO2排泄量が有意に高値であった。このことは、習慣的なたんぱく質摂取量の低下により、たんぱく質代謝プールが小さくなり、たんぱく質合成量も低下し、呼気中13CO2量が増加したと考えられた。無たんぱく質食でIAAO法を行うことによってたんぱく質代謝プールを推定できると推察した。課題6]ヒトたんぱく質要求量の推定法を確立する。(平成24・25年度)鶏卵たんぱく質をたんぱく質源とした際のIAAO法を用いて、健康な日本人成人女性(21.3±0.2歳,n=10)のたんぱく質代謝要求量を低温期(卵胞期)と高温期(黄体期)に分けて調べた結果、低温期は0.80 g/kg BW/day、高温期は0.60 g/kg BW/dayと算出された。成人女性の場合、性周期に伴いたんぱく質代謝要求量も大きく変化していることが推察された。課題1:新規たんぱく質代謝研究法として指標アミノ酸酸化(IAAO)法を確立する。SD系雄性ラット(5週齢)において、5%、10%、15%、20%、25%、30%カゼイン食を実験食とし、13C-Pheを指標アミノ酸とするIAAO法を実施した。呼気13CO2量を13C-Phe酸化量としてプロットして得られた

2直線の屈曲点を、たんぱく質要求量であると判断し、13.1 g/kg BW/dayと算出した。IAAO法によるたんぱく質代謝測定法が確立された。課題2:たんぱく質の質の評価法を確立する。SD系雄性ラット(5週齢)を用いた。実験食のたんぱく質源には、カゼイン、小麦グルテン、魚たんぱく質を用いた。劣質たんぱく質である小麦グルテンはカゼインに比べたんぱく質必要量が高くなり、仮説の通り、たんぱく質の質を量で補おうとする傾向がIAAO法によって認められた。また、数種類の魚肉たんぱく質の必要量を算出した。さらに、それぞれのたんぱく質の必要量と、たんぱく質摂取量の1点(10 g/kg BW/day)の呼気13CO2量の間には正の相関が認められ、必要量の違いではなく10 g/kg BW/dayタンパク質摂取量時の呼気13CO2量によって、たんぱく質の質を評価することも可能であることが示唆された。課題3:たんぱく質栄養状態の評価法を確立する。5%カゼイン食を3週間摂取させることで、低たんぱく質栄養状態のラットを作成し、IAAO法によりタンパク質代謝測定を試みた。健康なラットと比較し、低栄養状態ラットでは呼気13CO2量が高くなる傾向となり、栄養状態は呼気13CO2量に反映されることが示唆された。低栄養状態ラットのたんぱく質要求量については算出できておらず、実験を継続中である。課題4:ライフステージ別のたんぱく質要求量の推定法を確立する。課題6:ヒトたんぱく質要求量の推定法を確立する。実験計画ではラットを用いて行う予定であったが、ヒトたんぱく質要求量の推定法が確立されたため、ヒトで高齢者のたんぱく質要求量を算出することとした。成人男子(22-24歳)と高齢者(75-79歳)で、おおむね予想した通りの値が算出され、ヒトにおけるたんぱく質要求量の推定法、ライフステージ別のたんぱく質代謝要求量の推定法は確立されたと判断した。課題6が予定よりも早く確立されつつあるが、課題5:各種病態時のたんぱく質要求量の推定法を確立するに着手できていないため、今後は課題5を進めるよう努める。課題1:新規たんぱく質代謝研究法として指標アミノ酸酸化(IAAO)法を確立する研究について、研究計画は達成された。たんぱく質要求量を算出することができ、その値は予測した必要量に近く適当であったことから、IAAO法によるたんぱく質代謝研究法は確立されたと判断した。課題2:たんぱく質の質の評価法を確立する研究について、研究計画は達成された。課題1で確立されたIAAO法により算出したカゼイン、小麦グルテンのたんぱく質必要量が、それぞれの質を反映したものとなったため、IAAO法によって算出されるたんぱく質必要量によってタンパク質の質が評価できたと判断した。さらに、たんぱく質必要量の違いではなく10 g/kg BW/dayタンパク質摂取量時の呼気13CO2量によって、たんぱく質の質を評価することも可能であることが示唆され、IAAO法によるたんぱく質の質の評価法の簡易化にも発展させられた。課題3:たんぱく質栄養状態の評価法を確立する研究については、検討課題は残っている。ラットの低栄養状態がIAAO法の呼気13CO2量に反映されることは確認できたが、たんぱく質必要量算出は達成できていない。
インフラマソームによる神経炎症を標的とした慢性痛の新規治療戦略

本研究では、一次知覚神経のインフラマソーム活性化が神経炎症を引きおこして慢性痛が成立するとの仮説を検証した。マウス慢性炎症モデルにおいて、インフラマソームを構成するNLRP2、カスパーゼ1の後根神経節における発現を定量したところ、NLRP2とカスパーゼ1活性の有意な上昇を認めた。カスパーゼ1阻害剤およびNLRP2 siRNAの髄腔内投与により、慢性炎症時の痛覚過敏は緩和された。これらの所見より、後根神経節におけるインフラマソームの活性化が慢性炎症時の痛覚過敏成立に関与することが明らかにされた。中枢神経における神経炎症においてインフラマソームが促進的に働くことが示されつつあるが、末梢神経におけるインフラマソームの果たす役割は明らかでない。知覚神経におけるインフラマソームの役割を明らかにするため、本年度はマウス後根神経節におけるNLRP2、NLRP3、アダプタータンパクASC、カスパーゼ1の発現について確認を行った。免疫組織化学法によりNLRP2が後根神経節の小型ニューロンを中心に発現していること、ASCとカスパーゼ1が後根神経節のニューロン全体に発言していることが明らかにされた。中枢神経における炎症反応に重要な役割を果たすNLRP3については有意な発現を認めることはできなかった。ウェスタンブロッティングによりカスパーゼ1発現量を定量すると、未処置なマウスに比べ足底組織に炎症反応を加えたマウスでは投射先の後根神経節における発現量が増加した。後根神経節におけるカスパーゼ1活性も炎症刺激時に上昇していることが確認された。これらの所見から、後根神経節にはカスパーゼ1、ASC、NLRP2からなるインフラマソームが存在し、炎症刺激によってその活性は上昇することが明らかとなった。今後、遺伝子改変技術や薬理学的手法をもちいてインフラマソームの活性を制御することにより炎症に伴う痛覚過敏が緩和できるかどうかを検討する予定である。インフラマソームを構成するタンパクについて、免疫組織化学法およびウェスタンブロッティングを用いて確認することができた。一方でノックアウトマウスの作成についてはES細胞の作成に難渋しておりshRNAによる遺伝子干渉が可能かを検討したい。知覚神経におけるインフラマソームの役割を明らかにするため、昨年までの研究期間において我々はNLRP2, NLRP3, ASC,カスパーゼ1の後根神経節における発現を明らかにし、組織炎症において後根神経節のカスパーゼ1の発現や活性が上昇することを確認した。本年度は、NLRP2の発現が組織炎症により上昇することを免疫組織化学法とウェスタンブロッティング、リアルタイムPCR法により確認した。NLRP2は未処置の状態でDRGニューロンに発現するが、NLRP2陽性ニューロン数は組織炎症により有意に上昇した。同時にウェスタンブロッティングにより定量したDRGにおけるNLRP2タンパク発現量は組織炎症により上昇した。同様に、リアルタイムPCRにより測定したNLRP2 mRNA発現量も組織炎症により上昇することが確認できた。また、NLRP2に対するshRNAを設計し、遺伝子干渉によるin vivoノックダウンの予備的実験を行った。インフラマソームを構成するNLRP2、ASC、カスパーゼ1が後根神経節一次知覚神経に存在することを明らかにし、NLRP2とカスパーゼ1の発現は組織炎症により上昇することが確認できた。現在、shRNAを用いた遺伝子干渉法やノックアウトマウスを用いた解析によりNNRP2やASCの一次知覚神経において果たす役割を解析する準備を進めている。2015年、2016年の研究により、インフラマソームを構成するタンパクであるNLRP2やカスパーゼ1が知覚神経の細胞体があつまる後根神経節において発現しており、足底炎症により投射領域の神経節におけるNLRP2の発現が増加する事が示された。2017年にはNLRP2 siRNAを投与して炎症時の痛覚過敏が抑制できるかを検討した。マウス足底にセラミドまたはComplete Freund's Adjuvantを投与して炎症を惹起させ、痛覚過敏を作成した。NLRP2 si RNAまたはスクランブルドsiRNAを髄腔内投与し、痛覚過敏に対する効果を検証した。また、後根神経節を採取し炎症性サイトカインの発現を確認した。NLRP2 siRNAは後根神経節におけるIL-1 betaの発現を低下させ、痛覚過敏を抑制した。このことから、NLRP2の働きで後根神経節におけるサイトカインが増加し、炎症性痛覚過敏が発現するメカニズムが明らかとなった。本年度の研究により、インフラマソームが一次知覚神経に存在し、その活性が炎症性痛覚過敏発現時に上昇することが明らかとなっている。今後、何らかの手法でインフラマソームの活性化を阻止する手法を実現し、痛覚過敏が抑制できることを証明したいと考える。

当初はノックアウトマウスの導入を検討しており、今後もその使用について模索するが、それ以外の手法として遺伝子干渉法および薬理学的手法によって活性化が阻止できないか検討していきたい。現在、カスパーゼ1阻害剤によるインフラマソーム活性の抑制や、shRNAによる遺伝子干渉法やノックアウトマウスを用いた解析により、カスパーゼ1、NLRP2およびASCが一次知覚神経において果たす役割を解析する準備を進めている。解析方法は行動解析による痛覚閾値の測定やIL-1b発現量による神経炎症の程度などを予定している。29年度が最終年度であるため、記入しない。疼痛治療29年度が最終年度であるため、記入しない。
ガングリオシド糖鎖情報の解読と細胞機能の制御

本研究は分子生物学的アプロ-チが従来困難であった生体成分で、かつ生体膜必須成分である複合糖質の一分子群、ガングリオシドにスポットを当て、ガングリオシド糖鎖の生理活性、神経系の機能調節、糖鎖遺伝子と発現制御、糖鎖認識プロ-ブの開発、および糖鎖の化学合成という5グル-プの分かれ、それぞれの分野の第一人者による総合的研究を展開した。グル-プ間の連絡を密に保ち、また共同研究の芽が出るように総括班としては、年2回の公開シンポジウムと班会議を開催した。さらに班員相互の交流を図る場としてニュ-スレタ-を年4回発行するとともに、手技手法の相互利用を目的として和文総説集を発行した。各班員の努力には目ざましいものがあり、数々の成果を上げることができた。このことを裏付けるように、公開シンポジウムには班員以外の研究者も含め160余名が参加し、極めて活発な討論が行なわれた。成果としては、ガングリオシド糖鎖特異的に作動する膜結合型蛋白質キナ-ゼの発見、糖鎖特異的な細胞増殖と分化制御の機序の解明、糖転移酵素と糖分解酵素の遺伝子クロ-ニングの成功、糖鎖発現遺伝子の染色体上の位置の解明、神経細胞の分化制御と神経伝達への関与、糖鎖特異的モノクロ-ナル抗体の開発とその応用、糖鎖の新規合成法の開発などがあり、いずれもが世界的に高い評価を得た研究である。このような初年度の研究をさらに発展させるために、海外学者も含めた公開シンポジウムの開催など、班員相互の交流を活発にし、基盤作りを進めたいと考えている。
独検・ＺＤ等の各種検定の指標に基づく到達度自己評価を核とした自律学習支援システム

本研究を通じ、個々のドイツ語学習者がそれまでの学習による到達度をチェックリスト形式で自己診断しそれを基に学習を進めるためのドイツ語学習支援システムの作成を試みた。当該支援システムの一環として具体的には、以下のことを実現した。1)広大ドイツ語基礎語彙リスト(約1200語)の改善、2)ドイツ語初級文法到達度チェックリスト(約320項目)の作成、3)can do形式の言語能力チェックリスト(約550項目)の作成、4)上記のチェックリストと関連付けた独検3・4級準拠問題(約600題)の開発とDGSGを通じた配信、5)storyboard形式の速読支援プログラム・テキスト再生プログラムOLESの開発。計画の初年度である平成23年度は、1)過去6年間の広島大学における中級レベルの学習者を対象としたアンケート調査資料(学習履歴、学習ストラテジー、自己評価、到達レベル等)と、2)ヨーロッパ言語共通参照枠およびドイツ語技能検定試験やStartDeutsch 2 / Zertifikat Deutsch等の各種検定試験関連の資料との分析を通じ、到達度評価の基礎として使い得る指標を明らかにしていく作業を行った。計画の2年度目に当たる平成24年度は、前年度に行った基礎調査をもとに作成した、到達度評価のための指標をより細かく検討し、階層的な形で整理するとともに、それらを自己評価のために利用するためのシステムの作成を開始した。また、文法に関しては、学習すべき項目を整理すると共に、ドイツ語検定試験の出題形式を利用し、主にその3級4級レベルに焦点を絞り、公開されている関連資料と過去18年間の出題問題の分析作業をもとに、文法の理解度を自己診断するためのオンラインの課題を600題程度作成し、それらをインターネット上で提供できるようにした。さらに、特に読解に重点を置いた自己評価システムの一環として、指定した速さと開始のタイミングで画面上からテキストを消去していく形で読む速さを制御するオンライン型の速読支援システムを作成すると共に、単語入力を通して、隠されたテキスト全体を少しずつ再生していくStoryboard型のテクスト再生課題をオンライン上で提供できるようにし、それらの実験運用を開始した。計画の最初の2年間で、到達度評価のための指標をより細かく検討し、階層的な形で整理する作業を完了した。また、文法項目に関しては、学習すべき項目を整理すると共に、ドイツ語検定試験の出題形式を利用し、主にその3級4級レベルに焦点を絞り、文法の理解度を自己診断するためのオンラインの課題を600題程度作成し、それらをインターネット上で提供できるようにした。それらの成果を受けて、計画の最終年度である本年度は、「何ができるか」という観点から記述された到達度評価のための指標と文法項目の到達度の指標を、HTML上のプルダウンメニュー機能等を利用し、それぞれ階層化された形で表示できるようにすると共に、それらの項目を選ぶと、それぞれの到達度の判断基準のより詳しい記述や、関連する例文や、判定の基準として使えるオンラインドリルDGSG(http://lang. hiroshima-u. ac.jp/dgsg/)の課題を表示するシステム(http://home.hiroshima-u.ac.jp/katsuiwa/evaluation02/germanframe.htm)の作成を行った。また、昨年度に開発した速読支援とStoryboard型のテクスト再生課題の両方をオンライン上で提供するシステム(http://cuby.riise.hiroshima-u.ac.jp/tommy/oles_dev/)についても、それらの実験運用を通じて、たとえば、より解像度の低いモバイル環境でも利用可能な形にするなど、主にインタフェースの部分を中心としたシステムの改善を行った。2014年6月末を目途にこれらのシステムを統合して運用できるようにする予定である。計画の初年度である平成23年度は、まず基礎的な調査と、ヨーロッパ言語共通参照枠(Common European Framework of Reference for Languages,以下CEFRと略)およびドイツ語技能検定試験やStartDeutsch 2 / Zertifikat Deutsch等の各種検定試験とその関連資料の分析を通じ、到達度評価の基礎として使い得る指標を明らかにしていく作業を行った。基礎的な調査としては、広島大学において全学を対象にした中級以降のドイツ語学習プログラムとして導入されている「ドイツ語特定プログラム」受講者の学習履歴、学習ストラテジー、自己評価、到達レベル等の情報についての過去6年分の詳細なアンケートを集計・分析するとともに、初年度は、評価の「規準と基準」の修正、あるいは語彙や表現などの追加や差し替え等による重み付けの変更を通してCEFRから得られる指標を、日本(の大学等)におけるドイツ語学習の社会的な文脈という条件を通して特殊化(regionalized)する作業を行った。なかでも、特に基礎語彙に焦点を絞って作業を進め、基礎語彙については、ほぼ原案を確定した。独検に関しては、主に2級5級レベルに焦点を絞り、公開されている関連資料と過去18年間の出題問題の分析作業を進めた。

現在は、その作業を効率的かつ一貫性のある形で進めるため、それらに分析用の関連データをタグ付けした作業用のデータベースを作成中である。到達度評価の基礎として使い得る指標を明らかにし、それを自己評価のために使用する枠組みづくりの作業は、計画通り進行している。また、到達度評価の根拠として利用するための各種検定準拠のオンライン型テスト・課題等の作成については、今年度は、主としてドイツ語技能検定試験準拠問題に重点を置いて、その作成作業を早めたため、Start DeutschおよびZertifikat Deutschに準拠した語彙テストの開発はやや遅れているが、全体として見れば、ほぼ計画通りの進行状況である。到達度評価の基礎として使い得る指標を明らかにしていく作業については、語彙や文法項目に関しては、当初の予定より作業は進行しているが、全体としては、ほぼ計画通りの進行状況である。平成25年度には、自律学習支援のためのポートフォリオ等の補助的な機能を加え、システム全般を完成し、広島大学における独検準備講座等で実際に利用する。実際の運用を通じシステムの評価と改善に努める共に、最終的な成果を各種学会で発表する。また、開発したシステム自体も2014年初頭を目途にWWW上で広く公開し、広島大学以外の教育機関や個人にも開放し、自由にアクセスして使えるようにする。平成24年度は、到達度チェックリストの作成と自己評価システムの設計を行うとともに、各種検定準拠のオンライン型テスト・課題等の開発を試みる。具体的には、計画初年度に得られた到達度の指標を項目ごとに細分化し、たとえば「という場面で、という条件があればを使ってすることができる」等の宣言的な表現の形でまとめられた自己評価用チェック項目の束の形に再構成する。それぞれのチェック項目には、技能の分野や種類、前提となる場面や条件、使用語彙や表現、判定基準となる診断テストや具体的な判断事例を付け、学習者自身が一定の手続きに従ってチェックしていけば、判断の根拠を明確に示せる形で自己診断できるシステムを作成する。なお、チェック項目の束は構造化し、診断の深さもその用途に応じて分け、一番粗い上位カテゴリーのみを使った診断では50項目程度の分類を行い、それらの各項目ごとにその10倍程度のより詳細な下位カテゴリーのチェック項目を設けることで、学習者の診断ニーズに合わせて分野ごとに深さを選べるようにし、一倍詳細な診断では、最大で500600項目程度のチェック項目を利用できるようにする。また、作業用データベースを参考にしつつ、文法等が重要となる言語構造部門とテキスト理解が中心となる読解・聴解支援部門に分け、上記検定試験準拠の模擬テストと練習用課題の作成を試みる。チェックリスト項目の整理、課題のデータベース化などの電子化作業の補助(謝金)および設計したオンラインシステム設計の実装(物品)、および成果の発表等のための費用(旅費)がそれぞれ必要となる。
組合せ最適化問題に対する超多点差分進化の開発と勤務表作成問題への適用

Differential Evolution (DE)は進化計算に分類される,個体群による確率的な多点探索手法であり,実数値関数を対象とした最適化手法である.本研究では,DEの組合せ最適化への適用を目的とし,決定変数が離散値となる問題を扱うためのDEのアルゴリズムを提案する.また,並列コンピューティングに適する進化モデルである島モデルを拡張し,効率的に複数の個体群を進化させるための超多点DEを開発する.勤務表作成問題のベンチマーク問題を用いた数値実験を通して,開発手法が多目的・多重制約性を有するにおいて短時間で実用的な勤務表を作成できることを示す.本年度は,前年度に提案した複数の個体群を扱う島モデル型DEのアルゴリズムを発展させ,勤務表作成問題へ適用することを目的とした.複数の制約が存在する勤務表作成問題では,制約を考慮して遺伝操作を行う必要がある.そのため,多重制約問題を扱うことができる共存型遺伝的アルゴリズム(CGA)を用い,複数の個体群を競争的に共進化させる共進化型CGAを提案した.また,アルゴリズム実行中の演算速度を向上させるために,各個体群の遺伝演算はマルチコアCPU上でopenMPを用い,スレッドレベルの並列実行処理として実装した.提案手法では1つの個体群は1つの勤務表に対応し,複数のCGAが並列に実行される.各個体群に対しては,適応度に基づくランクが付与され優劣が決定される.各CGAでは共進化における相互戦略向上のための条件に従い,突然変異率を現在の個体集団のランクにより決定する.これにより,解探索における摂取と探索のバランスを取り効率的な共進化を図る.提案手法の有効性を検証するために,実問題を基に作成された勤務表作成問題のベンチマーク問題を対象としたシミュレーション実験を行った.提案手法では各個体の適応度の優劣が周期的に変動し,全ての個体集団が局所解に陥ることなく解探索を行うことが確認できた.特に,勤務人数や制約条件が多い複雑な問題に対しては,複数の個体群を用いることで解空間を網羅的に探索することができ,従来のCGAよりも精度の高い解を得ることができた.Differential Evolution (DE)は進化計算に分類される,個体群による確率的な多点探索手法であり,実数値関数を対象とした最適化手法である.本研究では,DEの組合せ最適化への適用を目的とし,決定変数が離散値となる問題を扱うためのDEのアルゴリズムを提案する.また,並列コンピューティングに適する進化モデルである島モデルを拡張し,効率的に複数の個体群を進化させるための超多点DEを開発する.勤務表作成問題のベンチマーク問題を用いた数値実験を通して,開発手法が多目的・多重制約性を有するにおいて短時間で実用的な勤務表を作成できることを示す.本課題では,近年実用化に達している高い並列演算処理を持つ計算アーキテクチャの性能を十全に引き出すための差分進化(Differential evolution: DE)として超多点DEを開発する.また,開発したDEを勤務表作成問題へ適用することを目的としている.本年度は,DEのアルゴリズムの拡張として,1.組み合わせ最適化問題のためのDEの提案,2.並列実行可能な島モデルDEの提案,を行った.1.組合せ最適化問題のためのDEの提案DEは実数値最適化問題を対象とした最適化アルゴリズムであり,各個体は実数値のベクトルで表現される.ここでは代表的な組合せ最適化問題の1つである2次割当て問題を対象とし,DEの離散最適化問題への拡張を行った.2次割り当て問題における解候補は整数値の順列であるため,提案手法では問題の解となる順列を直接個体の遺伝子としてコード化した.そのため,個体のベクトルの各要素は離散値となる.提案手法では整数値の順列を対象とした離散値のための差分操作を実装した.また決定変数が離散値の場合,通常のDEよりも初期収束が起こりやすいため,一定世代ごとに再初期化を行うことで解探索の効率化を図った.2.並列実行可能な島モデル型DE提案DEにおいて超多点探索を実現するために,GAの並列化モデルの一つである島モデルをDEに導入し,複数の個体群が並列に進化する島モデル型DEアルゴリズムを提案した.提案手法では,島ごとに異なる制御パラメータを与え,個体群は各島内で独立に進化を行う.また,移住操作を行うことにより,各島の個体が持つ解の情報を全体で効果的に利用しながら解探索を行う.提案した島モデルを並列計算アーキテクチャ上で実行することで,大量の個体群を用い効率的に解探索を行う超多点DEを実装できると考える.DEこれまで連続関数最適化の分野で用いられてきた手法であり.組合せ最適化問題に対しては,理論・応用を含めて十分な研究が行われていない.そのため,今年度はまずDEの組合せ最適化問題への適用方法について研究を行った.提案したDEを2次割当て問題に適用した結果,離散最適化問題においてもDEの探索メカニズムは有効であることが確認できた.また,並列計算環境で実行可能なモデルとして複数集団を並列に進化させる島モデル型DEの提案を行った.島モデル型DEは,典型的なベンチマーク関数において通常のDEよりも探索性能が優れることを明らかにした.これらのDEアルゴリズムの拡張に関しては,研究成果を国際会議で発表し,概ね計画通りに遂行できたと考える.一方,離散変数空間ではDEの遺伝オペレータである差分操作の特性により,次元数が大きくなると局所解へ陥りやすいことが分かった.そのため,より多様性を維持できる進化オペレータの提案が次年度の新たな課題となった.

1.今年度は決定変数が離散値となる問題を扱うためのDEの提案を行った.提案したDEを2次割当て問題に適用した結果,ある程度の次元の問題では最適解を発見することができたが,高次元の問題に対しては探索途中で個体集団が局所解に陥りやすいことが確認できた.提案したコーディングおよび差分操作では,決定変数が離散値の場合,個体が解空間内で重複しやすく,差分ベクトルによる探索が有効に働かないことが理由であると考えられる.そのため,今後は決定変数が離散値となる場合でも,十分な多様性を維持しながら探索を行うDEの改良が必要であると考える.また,複数の制約が存在する勤務表作成問題では,制約を考慮して遺伝操作を行う必要がある.そのため,多重制約問題を扱うことができる共存型遺伝的アルゴリズム(CGA)を用いることも考慮している.2.並列計算アーキテクチャに関しては,GUGPUによるプログラミングやopenMPなどを用い,マルチスレッドプログラムにより複数の個体集団を効率的に進化させる並列進化モデルを構築する予定である.3.勤務表作成問題のベンチマーク問題がhttp://www.cs.nott.ac.uk/tec/NRP/で公開されており,スタッフ数,スケジュール長,シフトタイプなどについて様々な設定の問題が提供されている.本研究ではこれらの問題を提案手法の評価に用いる予定である.次年度は,並列計算アーキテクチャ上で超多点DEを実行するためにGPU演算を可能とするワークステーションを購入する予定である.また,計算機ソフトウェアや計算機関連消耗品の購入も予定している.