hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
防災学習会の参加者が自宅用立体的避難地図を簡単に作成できる教材システムの開発

[研究目的]防災情報の提供には,主に平面地図が用いられている.これを立体模型のように表現することで,地形起伏や集水域などの災害に関する地理情報が把握しやすくなる.また避難計画策定に際し,道路傾斜や経路阻害など考慮すべき要件を直感的に把握できるようになる.本研究では,自主防災組織などのパソコンの扱いに詳しくない人が容易に扱えるように,地図が表示された画面をなぞるだけで,地形を好きな方向から見る,書き込むなどの操作を直感的に行える「防災用立体的地理情報システム」を開発した.[研究方法]3D-GISソフトを講演会場で運用する形態を想定し,開発を行った.基盤データとして国土地理院の基盤地図情報や電子国土から立体的地形や建物情報,空撮写真などを取得し,対象地域の地形や建物など地理要素を立体的に可視化した.システムに実装した入力・編集などの機能は主として,地形に被災域などの描画を行う,立て看板的に画像や文字を設置する,避難経路を描いて入力する,GPSで取得した移動経路をアニメーション表示する,などである.これらをPCに詳しくない地元の住人が直感的に操作できるよう,特にインターフェースや操作手順に工夫を行った.ソフトの開発・運用環境としてMicrosoft Windows上でVisual C#と,DirextXを用いている.[研究成果]開発したGISは公共の地理データを利用しており,日本全国の地域で適用可能である.性能評価のため自主防災組織関係者に試用してもらい,自治体が配布したハザードマップで把握し難かった点をわかりやすく表現する効果が確認できた.特に高齢者からは,自宅避難所間のみを大きく表示した地域防災地図の要望が大きく,教育効果が期待できる.[研究目的]防災情報の提供には,主に平面地図が用いられている.これを立体模型のように表現することで,地形起伏や集水域などの災害に関する地理情報が把握しやすくなる.また避難計画策定に際し,道路傾斜や経路阻害など考慮すべき要件を直感的に把握できるようになる.本研究では,自主防災組織などのパソコンの扱いに詳しくない人が容易に扱えるように,地図が表示された画面をなぞるだけで,地形を好きな方向から見る,書き込むなどの操作を直感的に行える「防災用立体的地理情報システム」を開発した.[研究方法]3D-GISソフトを講演会場で運用する形態を想定し,開発を行った.基盤データとして国土地理院の基盤地図情報や電子国土から立体的地形や建物情報,空撮写真などを取得し,対象地域の地形や建物など地理要素を立体的に可視化した.システムに実装した入力・編集などの機能は主として,地形に被災域などの描画を行う,立て看板的に画像や文字を設置する,避難経路を描いて入力する,GPSで取得した移動経路をアニメーション表示する,などである.これらをPCに詳しくない地元の住人が直感的に操作できるよう,特にインターフェースや操作手順に工夫を行った.ソフトの開発・運用環境としてMicrosoft Windows上でVisual C#と,DirextXを用いている.[研究成果]開発したGISは公共の地理データを利用しており,日本全国の地域で適用可能である.性能評価のため自主防災組織関係者に試用してもらい,自治体が配布したハザードマップで把握し難かった点をわかりやすく表現する効果が確認できた.特に高齢者からは,自宅避難所間のみを大きく表示した地域防災地図の要望が大きく,教育効果が期待できる.
スロー地震の地質学的描像と摩擦・水理特性の解明

(A)スロー地震発生域で形成された付加体・変成岩の地質調査・分析と(B)地質・模擬試料を用いた摩擦・透水実験を行い、以下の研究成果を得た。(A)では、付加体中に発達するメランジュから数十mの厚さを持つ剪断脈濃集帯を見出し、プレート沈み込み時に静岩圧に近い間隙水圧下で低角逆断層センスを示す剪断破壊が繰り返し起こり、その発生間隔がスロー地震の発生間隔と同等であることを明らかにした。ビトリナイト反射率から付加体中の断層近傍の摩擦熱拡散パターンを見出し、熱モデリング計算によりスロー地震と比較可能なすべり継続時間を得ることに成功した。また、変成岩中に発達する蛇紋岩メランジュから反応帯や流体の流路を見出し、交代変成作用により流体がはきだされること及びスラブ由来のSiO2に富む流体がマントルウェッジ全体に浸透せず幅100mの蛇紋岩剪断帯に集中して流れたことを明らかにした。(B)では、粉末状藍閃石片岩試料を用いた摩擦実験を行い、スロー地震発生領域で間隙水圧が上昇すると摩擦の速度依存性が負に遷移する傾向を見出し、スローすべりになる条件を明らかにした。一方、生物源軟泥試料を用いた摩擦実験では、間隙水圧が上昇すると摩擦の速度依存性が正に遷移する傾向が見出され、断層すべりが安定になる条件が明らかにされた。更に粘土鉱物とスロー地震の関係を調べる摩擦実験を行い、湿度の上昇とともに摩擦係数が系統的に減少する傾向を見出した。岩石を用いた三軸圧縮試験を行い、破壊前の微視的クラックや破壊に伴う透水率変化を測定した。スロー地震発生域で形成された付加体の地質調査・分析では、他班が明らかにしたスロー地震観測結果(低角逆断層メカニズム、静岩圧に近い間隙水圧、数年以下の短い発生間隔)を全て満たす地質学的証拠(クラックシール剪断脈)が見出され、論文公表に向けた準備を行っているところである。変成岩の地質調査・分析では、スロー地震発生に必要とされる高間隙水圧の原因究明やそれに必要な地質構造が明らかとなってきた。日本海溝沈み込み帯の模擬物質である粉末状藍閃石片岩試料を用いた摩擦実験では、間隙水圧上昇がスローすべりの発生にとって重要であることが見出され、論文として公表された。この研究成果は、高間隙水圧条件下における摩擦特性分布を考慮することによって、日本海溝で発生した2011年のスロー地震の分布をうまく説明できることを示唆している。他の物質を用いた摩擦実験でも研究成果は着実に得られており、論文投稿中ないし投稿準備中である。以上のように、スロー地震発生域で形成された付加体・変成岩の地質調査・分析と地質・模擬試料を用いた摩擦実験双方から着実に研究成果が得られている。すでに論文化ないし論文化へ向けて研究は進んでおり、おおむね順調に進展していると判断できる。スロー地震発生域で形成された付加体・変成岩の地質調査・分析においては、他班との融合研究・国際共同研究を推進していく予定である。融合研究では、これまでの地質学的研究で得られたスロー地震像と地震・測地観測から得られているスロー地震像の比較・検討を行い、地質学的描像に裏打ちされたスロー地震発生像の構築を目指す。国際共同研究では、沈み込みの進行に伴って、変形様式、変形メカニズム、化学反応、レオロジー、流体移動様式がどのように変化し、それがスロー地震発生とどう結びついているのか検討を行う。また、ニュージーランド・ヒクランギ沈み込み帯で実施される国際深海科学掘削計画(IODP)第375次研究航海に乗船・参加し、浅部スロー地震域の物性と物質を調べる。地質・模擬試料を用いた摩擦・透水実験においては、これまで開発してきた高温・高圧・高間隙水圧条件下で摩擦実験が可能な装置を本格運用させる。また、高速すべり・高間隙水圧下で断層の透水性変化を評価する装置の開発に取り組み、試験運用を開始する。これら装置により断層の多様な性質を明らかにしていく。既存の装置を用いた摩擦実験では、他班によるスロー地震観測結果と照合させた実験を実施し、スロー地震の物理プロセスに制約を与える実験的研究を実施する。東九州の四万十付加体、西彼杵半島及び野母半島の長崎変成岩類、四国の三波川変成岩類を対象に、スロー地震の地質学的描像構築のための地質調査に着手し、あわせて室内分析・実験用試料を採取した。四万十付加体からは厚さ60 mほどの石英充填剪断脈の濃集帯を見出し、剪断脈は高間隙水圧下で逆断層、正断層、双方の運動により形成され、圧力溶解クリープと交互して発達することを明らかにした。長崎変成岩類からは蛇紋岩メランジュにおいて剪断センスが首尾一貫して逆断層センスを示すことを明らかにし、メランジュマトリックスと泥質片岩クラストの間に曹長石化で特徴づけられる反応帯を見出した。三波川変成岩類からはブルース石がウェッジマントルに幅広く分布すること、超塩基性岩体と沈み込んだ岩石との境界に沿って100 m以下の幅を持つアンチゴライトマイロナイト帯が分布することを明らかにした。スロー地震の発生領域に分布する可能性の高い粘土鉱物の摩擦特性を二軸摩擦試験機により調べ、含水条件下において摩擦の速度依存性は弱くほぼニュートラルな性質を持つことを明らかにした。回転式中ー高速摩擦試験機に、間隙水圧を一定速度で加圧・減圧することのできる機能を付加した。

この実験システムを用いて、南海トラフ巨大分岐断層物質、コスタリカ沖沈み込み帯インプット物質などについて、間隙水圧下における摩擦特性と有効垂直応力の関係を詳細に調べることを目的とした実験を開始した。熱水摩擦・透水試験機を製作し、試運転を実施した。熱水摩擦・透水試験機により透水試験を実施するための予察的研究として、常温摩擦試験機を用いた摩擦透水試験システムを構築し、水を間隙流体として用いた摩擦透水実験に成功した。観測班から得たスロー地震に関する情報(断層すべりメカニズム解、高間隙水圧の発生)を参照し、スロー地震を反映している候補であると考えられる物質、変形構造を見出すことが出来た。変形構造のうち石英充填剪断脈に関しては、幾何学的形状・増加すべり量計測・石英のカイネティクスを用いた反応析出時間の算出にも着手しており、観測班が見出しているスロー地震の発生間隔との比較に向けた研究が進んでいる。また、ウェッジマントルにおける水収支・強度・流体移動を明らかにするうえで鍵と予想される鉱物、変形岩、反応帯を見出すことも出来た。班内及び他班の研究者との連携・交流も良好で、良好に地質学的研究が進んでいる。実験的研究に関しても研究は円滑に進んでいる。二軸摩擦試験機を用いた含水条件下での粘土鉱物の摩擦実験は予定通り進んでおり、スロー地震の摩擦特性を理解するうえで鍵となるニュートラルな摩擦の速度依存性が明らかになっている。試験機の改良・製作も順調に進んでおり、既存の回転式中ー高速摩擦試験機に間隙水圧の新たな制御機能を付加したことにより、断層の浅部すべり挙動を明らかにすることを目的とした実験を有効応力下で行うことが可能になった。また、熱水摩擦・透水試験機の製作を達成することが出来たため、熱水環境下で摩擦実験を行うことが可能となった。一方、熱水摩擦試験機を用いた摩擦透水試験は、ハードルが高いため、まずは常温摩擦試験機を用いた予察実験を開始した。これまでのところ予備実験は順調に進行しており、データ収得に成功している。(A)スロー地震発生域で形成された付加体・変成岩の地質調査・分析と(B)地質・模擬試料を用いた摩擦・透水実験を行い、以下の研究成果を得た。(A)では、付加体中に発達するメランジュから数十mの厚さを持つ剪断脈濃集帯を見出し、プレート沈み込み時に静岩圧に近い間隙水圧下で低角逆断層センスを示す剪断破壊が繰り返し起こり、その発生間隔がスロー地震の発生間隔と同等であることを明らかにした。ビトリナイト反射率から付加体中の断層近傍の摩擦熱拡散パターンを見出し、熱モデリング計算によりスロー地震と比較可能なすべり継続時間を得ることに成功した。また、変成岩中に発達する蛇紋岩メランジュから反応帯や流体の流路を見出し、交代変成作用により流体がはきだされること及びスラブ由来のSiO2に富む流体がマントルウェッジ全体に浸透せず幅100mの蛇紋岩剪断帯に集中して流れたことを明らかにした。(B)では、粉末状藍閃石片岩試料を用いた摩擦実験を行い、スロー地震発生領域で間隙水圧が上昇すると摩擦の速度依存性が負に遷移する傾向を見出し、スローすべりになる条件を明らかにした。一方、生物源軟泥試料を用いた摩擦実験では、間隙水圧が上昇すると摩擦の速度依存性が正に遷移する傾向が見出され、断層すべりが安定になる条件が明らかにされた。更に粘土鉱物とスロー地震の関係を調べる摩擦実験を行い、湿度の上昇とともに摩擦係数が系統的に減少する傾向を見出した。岩石を用いた三軸圧縮試験を行い、破壊前の微視的クラックや破壊に伴う透水率変化を測定した。
地方都市における立地適正化計画策定のための市街地集約拠点の配置モデルの提案

1.立地適正化計画の策定状況の整理(継続課題)平成28・29年度に収集した事例と合わせ、平成30年度末時点で161自治体の立地適正化計画の事例収集を行った。その結果、3つの居住誘導区域の指定方針を再度整理し直した。(1)核集約型:人口の集積する場所ごとに拠点を集約しているため複数の拠点をもつ傾向がある。人口の少ない地域や非線引き地域に多かった。(2)軸集約型:大都市で線引き都市に多い。主要駅ごとに複数の都市拠点が公共交通路線でつながれ、その沿線に相当の人口集積があった。(3)非可住域除外型:人口規模の差により2つのパターンが考えられた。1つ目は、人口規模の大きい都市である。(都市規模が大きく、市街化区域の人口密度が高い都市)。三大都市圏周辺の都市が多い。2つ目は、人口規模の小さい都市である。(都市規模が小さくすでに集約)2.公共交通計画との連携1地域公共交通網形成計画との連携の実態、2基幹交通および地域交通に関する計画や事業の内容ついて整理した。その結果、全体の4割弱の自治体が地域公共交通網形成計画も策定していた。しかし、具体の事業を実施するための地域公共交通再編実施計画まで認定済の自治体はわずかであった。また、生活交通を徒歩で計画している自治体の約6割で、居住誘導区域がその中心から半径1kmを超えて広域に設定されていた。立地適正化計画は、都市の骨格となる基幹交通については計画対象となっているが、地域交通は必ずしも計画対象となっていない。従って、特に居住誘導区域を広域に設定している自治体は、核となる都市機能誘導区域までの移動を担保する補助交通についても地域公共交通再編実施計画を活用し、詳細に計画する必要がある。1.市街地の集約拠点の整理:「拠点核」と「拠点地区」の設定既往研究前頁で整理した市街地の「集約拠点」を発展させ、立地適正化計画における都市機能誘導区域=「拠点核」、居住誘導区域=「拠点地区」の概念を加え再編・整理した。特に拠点区域の設定方法については、拠点核を中心とする「一極型」だけでなく「多極型」「沿道型」「分散型」があることを明らかにした。2.集約拠点の設定方法の検討拠点核の適正な配置と拠点地区の規模を設定するため、都市機能(交通・商業・生活・医療に関する公共施設および民間施設)の指標を検討した。また、中心ー郊外の各拠点核に集約する都市機能の整理と、集約拠点間の役割分担について検討した。事前に整理した各集約拠点に必要な都市機能に関し、既存の都市施設等の活用を基本とし、不足分は集約拠点間のネットワークで補う方策により、新規の施設整備を抑制する方策を検討した。3.立地適正化計画策定策定に関する実態調査立地適正化計画を策定した自治体(平成29年1月時点、札幌市、花巻市、箕面市、熊本市)の資料を収集した。居住誘導区域(拠点地区)の設定方法として、概ね2つのパターンが確認された。1つ目は、市街化区域より災害危険区域等を除く全域を指定している自治体で、市街化区域全域がDIDとなっていることが特徴であった。2つ目は、都市機能誘導区域周辺の一定半以内(500m圏など)を指定している自治体で、市街化区域周辺部の人口密度が低いことが特徴であった。集約拠点の設定方法および必要な都市機能に関する整理を行ったことから、今後は具体の都市を参考にケーススタディを実施していく段階にある。都市機能の中でも都市施設に着目し、特に上水道や道路と比べ自治体で整備率が異なる下水道に着目している。下水道認可区域(供用済み区域)と計画区域(未整備の都市計画決定区域)を見ることで、既存都市インフラの有効活用の観点から、集約のための大枠を決定する要素を検討している。また、拠点核となる地区の魅力向上等を目指したエリアマネジメントに関する研究や、拠点地域における既存建築ストックの活用に何する研究など、市街地集約のための都市・建築政策に関する周辺分野の研究も進めている。1.立地適正化計画策定状況の調査(平成28年度より継続)平成28年度に実施した事例と合わせ、平成29年度末時点で112自治体の立地適正化計画の事例収集を行った。その結果、実態として3つの居住誘導区域の指定方針が明らかとなった。人口の少ない地域や非線引き地域に多く、将来人口推計などより居住誘導区域の指定を行うことが望ましいと考えられた。主要駅ごとに複数の都市拠点が公共交通路線でつながれ、その沿線に相当の人口集積があり、将来も一定の運行水準を維持すると見込まれる公共交通路線があることが望ましい。都市規模が大きく、市街化区域の人口密度が高い都市と考えられた。都市規模が小さくすでにコンパクトになっていると考えられた。2.集約型都市構造モデルの検討国交省の「都市構造の評価に関するハンドブック」にある分析指標を参考に、主成分分析により「都市構造の評価軸」を(ア)都市生活便利度、(イ)都市経営安定度、(ウ)生活安心度、(エ)第三次産業活性度、

(オ)商業立地健全度に整理した。この評価軸を元に、県庁所在地クラスの都市の指標を参考に、集約型都市構造のモデル化を行った。その結果、(1)くらし安心型、(2)郊外商業活性型、(3)商業集積型、(4)歩きくらし型の4モデルが得られた。本年度の進捗目標として、研究実績に記載した「集約型都市構造モデルの検討」を行うこととしており、立地適正化計画に先行して実績のある中心市街地活性化計画の活性化の方針とその(数値)目標の評価を参考に、都市構造のモデル化を行った。特に県庁所在地クラスの自治体に焦点を当てた分析を行うことによって、「くらし安心型」「郊外商業活性型」「商業集積型」「歩きくらし型」など、地方都市目線のモデルが検討できた。同時に、まちなか居住の達成度や、中心商業と郊外商業の対立軸など、地方都市ならではの課題も見えてきたため、最終年度では、課題解決に向けた方策を検討したい。1.立地適正化計画の策定状況の整理(継続課題)平成28・29年度に収集した事例と合わせ、平成30年度末時点で161自治体の立地適正化計画の事例収集を行った。その結果、3つの居住誘導区域の指定方針を再度整理し直した。(1)核集約型:人口の集積する場所ごとに拠点を集約しているため複数の拠点をもつ傾向がある。人口の少ない地域や非線引き地域に多かった。(2)軸集約型:大都市で線引き都市に多い。主要駅ごとに複数の都市拠点が公共交通路線でつながれ、その沿線に相当の人口集積があった。(3)非可住域除外型:人口規模の差により2つのパターンが考えられた。1つ目は、人口規模の大きい都市である。(都市規模が大きく、市街化区域の人口密度が高い都市)。三大都市圏周辺の都市が多い。2つ目は、人口規模の小さい都市である。(都市規模が小さくすでに集約)2.公共交通計画との連携1地域公共交通網形成計画との連携の実態、2基幹交通および地域交通に関する計画や事業の内容ついて整理した。その結果、全体の4割弱の自治体が地域公共交通網形成計画も策定していた。しかし、具体の事業を実施するための地域公共交通再編実施計画まで認定済の自治体はわずかであった。また、生活交通を徒歩で計画している自治体の約6割で、居住誘導区域がその中心から半径1kmを超えて広域に設定されていた。立地適正化計画は、都市の骨格となる基幹交通については計画対象となっているが、地域交通は必ずしも計画対象となっていない。従って、特に居住誘導区域を広域に設定している自治体は、核となる都市機能誘導区域までの移動を担保する補助交通についても地域公共交通再編実施計画を活用し、詳細に計画する必要がある。地方都市の実態を踏まえ、公共交通や道路等でのネットワークを加味した多核型都市構造モデルを検討する。道路ネットワークには、自家用車だけでなくデマンドバス等の公共交通に準じた方策の導入も検討する。具体には平成28年度末において、立地適正化計画が策定済みの自治体が4自治体あることから、それらの自治体において拠点核と拠点地域がどのような関係にあるか=集約型都市構造を形成しているかを分析することで、典型となるモデルを検討する。
機能メモリ型並列プロセッサを用いた計算機システムの開発

本研究では,まず,既に試作を行っていた1kbitビット並列ブロック型並列機能メモリ型並列プロセッサ(BPBP-FMPP)を用いたプロセッサボードの開発を行い,機能メモリをホスト計算機と結んだ計算機システムから,その問題点を洗い出した.次に,アプリケーションを動画像圧縮に絞り,低ビットレートでの動画像圧縮を高速に行うベクトル量子化用機能メモリ型並列プロセッサ(FMPP-VQ)の開発を行った.BPBP-FMPP,FMPP-VQは,SRAMをベースとして設計を行ってきたが,更なる集積度の向上を目指して,加算機能を持つDRAMベース機能メモリ(加算機能付メモリ)の開発も行った.これとは別に,多数の機能メモリをボード上に搭載したときにそれらを高速な光バスで接続するための手法検討も行った.(1)ビット並列ブロック並列機能メモリ型並列プロセッサここでは,加算,論理演算の機能を持つビット並列ブロック並列構造の機能メモリ型並列プロセッサ(BPBP-FMPP)の評価を行った.(2)ベクトル量子化に特化した機能メモリ型並列プロセッサここでは,処理をベクトル量子化を用いた動画像の低ビットレート圧縮に限定して,集積度を高めた「ベクトル量子化用機能メモリ型並列プロセッサ(FMPP-VQ)」の設計開発を行った.(3)DRAMを用いた加算機能に特化した機能メモリ型並列プロセッサの開発ここでは,DRAMを用いて機能メモリを構成した.DRAMの高集積度の恩恵を最大限に活かすために,演算機構を2ワード毎にビットシリアルに付加した.処理としては,加算機能とそれを用いて付随的に可能な簡単なもののみに限定した.光配線のプロセッサボードへの応用ここでは,光配線と電気配線について適当なモデルを設定し,配線距離と遅延時間の関係について考察した.光配線の応用例として高速光伝送バスを想定し,その検討課題を調べた.また,クロック信号の分配について提案し,ボード内クロック配分のモデルについて検討した.本研究では,まず,既に試作を行っていた1kbitビット並列ブロック型並列機能メモリ型並列プロセッサ(BPBP-FMPP)を用いたプロセッサボードの開発を行い,機能メモリをホスト計算機と結んだ計算機システムから,その問題点を洗い出した.次に,アプリケーションを動画像圧縮に絞り,低ビットレートでの動画像圧縮を高速に行うベクトル量子化用機能メモリ型並列プロセッサ(FMPP-VQ)の開発を行った.BPBP-FMPP,FMPP-VQは,SRAMをベースとして設計を行ってきたが,更なる集積度の向上を目指して,加算機能を持つDRAMベース機能メモリ(加算機能付メモリ)の開発も行った.これとは別に,多数の機能メモリをボード上に搭載したときにそれらを高速な光バスで接続するための手法検討も行った.(1)ビット並列ブロック並列機能メモリ型並列プロセッサここでは,加算,論理演算の機能を持つビット並列ブロック並列構造の機能メモリ型並列プロセッサ(BPBP-FMPP)の評価を行った.(2)ベクトル量子化に特化した機能メモリ型並列プロセッサここでは,処理をベクトル量子化を用いた動画像の低ビットレート圧縮に限定して,集積度を高めた「ベクトル量子化用機能メモリ型並列プロセッサ(FMPP-VQ)」の設計開発を行った.(3)DRAMを用いた加算機能に特化した機能メモリ型並列プロセッサの開発ここでは,DRAMを用いて機能メモリを構成した.DRAMの高集積度の恩恵を最大限に活かすために,演算機構を2ワード毎にビットシリアルに付加した.処理としては,加算機能とそれを用いて付随的に可能な簡単なもののみに限定した.光配線のプロセッサボードへの応用ここでは,光配線と電気配線について適当なモデルを設定し,配線距離と遅延時間の関係について考察した.光配線の応用例として高速光伝送バスを想定し,その検討課題を調べた.また,クロック信号の分配について提案し,ボード内クロック配分のモデルについて検討した.本研究では,これまでの研究結果を踏まえて,現有の1kbit FMPP LSIを核とした計算機システムを構築することを目的とする.本計算機システムは,1.FMPPを複数個搭載したプロセッサボード,2.プロセッサボードを使用するホスト計算機,3.ホスト計算機からプロセッサボードを制御するために用いるソフトウエアの3要素から構成される.初年度は,プロセッサボードを実現するための基幹要素技術であるアーキテクチャの検討,ハイブリッド通信のための光通信と電子通信のインターフェース方式の検討を行なった.考案手法の有効性を計算機実験により検証し,プロセッサボードの設計を行なうためのワークステーションを導入した.・複数個のFMPPを効率的に利用できるプロセッサボードアーキテクチャおよびその制御方式の検討ここでは,複数個のFMPPを同時に動作させるための効率的なプロセッサボードアーキテクチャの検討を行なった.試作チップの制御をどの程度までプロセッサボード内部で行なうかを検討することで,プロセッサボードとホスト計算機の適切な負荷分担を行なった.PLDを利用した高速かつ柔軟な制御方式の検討も行なった.(小野寺,Moshnyaga,吉田)・光通信と電子通信のインターフェース方式の検討FMPP LSIを含めたボードに用いられる電子回路部品には直接光信号を取り扱うことが出来ないために,ボード上に光と電子のインターフェースを実装しなければならない.その光通信インタフェースの実装法およびインタフェース自体の回路構成の検討を行なった.(小林,吉田)本研究は,機能メモリ型並列プロセッサFMPPを用いた並列計算機システムを開発する事を目的とする.ここで用いるFMPP LSIは昨年度既に試作が完了している.開発したLSIは単体での並列計算能力を有しているが,その並列度は低く,多数のチップを並列に動作させる事でその処理能力を向上させなければならない.また,チップ単体では,既存の計算機とのインタフェースもとりにくい.

本研究では,FMPP LSIを並列計算機として動作させるための,チップ間の通信方法や,チップの制御方程式等の検討を行った上で,最適な並列計算機システムの構築を目的とする.本年度は以下のように研究を進めた.高速一致検索,ボード間通信法の開発を行ない,プロセッサボードの設計試作,実験を行なった.本システムのホスト計算機として,ワークステーションを導入した.1.複数チップにわたる高速な一致検索方法の開発ここでは,光通信を用いた高速な一致検索法を開発した.光は高速に信号の加算(OR)を行なうことが出来る.この性質を利用して複数のチップ上にまたがる一致検索信号のあるかないかを高速に求める手法の開発を行なった.(小野寺,Moshnyaga,吉田)2.ボード間通信の方法の開発FMPPを用いた多数のプロセッサボードを効率良く動作させ,プロセッサ数に比例した処理能力を得るための,プロセッサボード間の通信方法の検討を行なった.具体的には,ハイブリッド通信方式を用いたバスによるボード間通信の方法を検討した.(小林,小野寺,吉田)最終年度に当たるため,研究の総括を行い,研究報告をまとめた.その他に,以下のようなことを行った.・加算機能メモリの開発.SRAMは,プロセッサを製造するプロセスで用意に実現することができ,また,メモリに書き込んだ値が電源を入れている限り不揮発であるので,設計・制御が用意である.しかし,計算機のメインメモリとして一般に使用されているDRAMに比べてその面積は圧倒的に大きい.ここでは,DRAMを用いて機能メモリを構成した.DRAMの高集積度の恩恵を最大限に活かすために,演算機構を2ワード毎にビットシリアルに付加した.処理としては,加算機能とそれを用いて付随的に可能な簡単なもののみに限定した.この加算機能付メモリの基本性能を確認するために3種類のLSIの設計を行い,その性能を確かめた.・機能メモリを用いた動画像の低ビットレート圧縮.ここでは,処理をベクトル量子化を用いた動画像の低ビットレート圧縮に限定して,集積度を高めた「ベクトル量子化用機能メモリ型並列プロセッサ(FMPP-VQ)」の設計開発を行った.まず,PEの動作を確かめるために,4PEのみを集積化したLSIを試作し,その測定・評価を行った.次に,実際の動画像圧縮に用いることのできる64プロセッサを集積化したLSIの試作を行い,その測定・評価を行った.更に,並行してFMPP-VQを用いた低ビットレート動画像圧縮システムの開発を行った.ここで開発を行ったアルゴリズムを用いれば,PHSを想定した29.2kbpsの伝送路において,176×144のQCIFサイズの動画像を1秒間に10枚という十分なフレームレートで送信することが可能となる.
集団発火時系列に対する情報量解析を用いた大脳皮質情報処理機構の解析

様々な運動や知覚に対して個々の神経細胞がどのように反応するか,あるいはどのような部位の活動が上昇するかなど脳の活動のミクロおよびマクロな性質は詳細に研究されている.一方,脳内では多数の神経細胞の集団活動によって情報が表現されていると考えているにもかかわらず,数百個レベルの集団発火時系列がどのように情報を表現しているかは,未だに明らかにされてはいない.本研究では,どのような復号化を行えば神経細胞のあるいはネットワークの発火時系列の情報量が最大となるかを解析する手法を提案し,脳部位や神経細胞ごとに異なると予想される符号化方法の違いを詳細に解析した.共同研究者から,レバーを押して保持し引くという動作を自発的に繰り返すように訓練したラットから記録した多点電極による細胞外記録データの提供を受けて,データの解析を進めた.本年度は,発火時系列の持つ情報量を定量的に評価しどのように復号化すれば情報量が最大の信号が得られるかを解析する手法を導入した.具体的にはカーネルと呼ばれる類似度関数により定義される発火時系列の軌道とレバー運動などの観測信号との相関を求める手法を提案し,相関が最大となるカーネルパラメータを遺伝アルゴリズムによる探索により求める.その際に用いるカーネル群として,少数のパラメータで発火率による情報表現と発火タイミングによる情報表現の両方を包括するようなものを提案している,まずは,運動野の浅層と深層での神経細胞集団の符号化様式がどのように異なるのかを詳細に解析し,浅層では発火率が低く細胞間の相互作用情報が重要であり,深層では個々の神経細胞が比較的独立に発火率で情報表現していることが示唆された.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。様々な運動や知覚に対して個々の神経細胞がどのように反応するか,あるいはどのような部位の活動が上昇するかなど脳の活動のミクロおよびマクロな性質は詳細に研究されている.一方,脳内では多数の神経細胞の集団活動によって情報が表現されていると考えているにもかかわらず,数百個レベルの集団発火時系列がどのように情報を表現しているかは,未だに明らかにされてはいない.本研究では,どのような復号化を行えば神経細胞のあるいはネットワークの発火時系列の情報量が最大となるかを解析する手法を提案し,脳部位や神経細胞ごとに異なると予想される符号化方法の違いを詳細に解析する.また,それらの神経細胞の集団が集団としてどのように情報表現しているかを,冗長性や高次相関に含まれる情報を解析することにより明らかにする.本年度は,発火時系列の持つ情報量を定量的に評価しどのように復号化すれば情報量が最大の信号が得られるかを解析する手法を開発した.具体的には,適切な規格化を行ったカーネルと呼ばれる類似度関数を定義し,パラメータを変えながらカーネル主成分分析を発火時系列に適用することにより,評価関数(情報量)を最大化するようにパラメータ探索を行った.評価関数として,教師信号と主成分の内積の和を用い,教師信号と相関が高い成分の分散が大きくなるように設定した.この評価関数を用いると,計算量の多い固有値分解を避けることができ,神経細胞集団の情報量が個々の神経細胞の情報量の線形和として計算できるなど様々な利点がある.この手法を用いて,ラット運動野の浅層と深層で情報処理様式が異なることを明らかにした.様々な運動や知覚に対して個々の神経細胞がどのように反応するか,あるいはどのような部位の活動が上昇するかなど脳の活動のミクロおよびマクロな性質は詳細に研究されている.一方,脳内では多数の神経細胞の集団活動によって情報が表現されていると考えているにもかかわらず,数百個レベルの集団発火時系列がどのように情報を表現しているかは,未だに明らかにされてはいない.本研究では,どのような復号化を行えば神経細胞のあるいはネットワークの発火時系列の情報量が最大となるかを解析する手法を提案し,脳部位や神経細胞ごとに異なると予想される符号化方法の違いを詳細に解析した.共同研究者から,レバーを押して保持し引くという動作を自発的に繰り返すように訓練したラットから記録した多点電極による細胞外記録データの提供を受けて,データの解析を進めた.本年度は,発火時系列の持つ情報量を定量的に評価しどのように復号化すれば情報量が最大の信号が得られるかを解析する手法を導入した.具体的にはカーネルと呼ばれる類似度関数により定義される発火時系列の軌道とレバー運動などの観測信号との相関を求める手法を提案し,相関が最大となるカーネルパラメータを遺伝アルゴリズムによる探索により求める.その際に用いるカーネル群として,少数のパラメータで発火率による情報表現と発火タイミングによる情報表現の両方を包括するようなものを提案している,まずは,運動野の浅層と深層での神経細胞集団の符号化様式がどのように異なるのかを詳細に解析し,浅層では発火率が低く細胞間の相互作用情報が重要であり,深層では個々の神経細胞が比較的独立に発火率で情報表現していることが示唆された.24年度が最終年度であるため、記入しない。解析手法を確定させ,実験データへ適用し,その有用性を確認できた.24年度が最終年度であるため、記入しない。様々な実験データを用いて,脳部位や発火率の違いなどにより,神経細胞の符号化がどのように異なるのかを詳細に解析する.続けて複数の神経細胞が同時に活動することの機能的な意味として予想される情報の冗長化や高次相関による情報表現などについて解析を行う.
植物珪酸体分析による過去の熱帯雨林構成種の推定

本研究は植物珪酸体分析により,熱帯雨林構成種の局所的置換の解明法を開発することを目的とする.本年度11,12月にマレーシア国サラワク州の熱帯雨林で,前年度に続いて現地調査を行った.2年の研究期間で得た成果および暫定的結論を以下に記す.1)落葉散布様式既設の52ha調査区に優占するフタバガキ科竜脳樹の中から,孤立状態の大径木5個体を抽出し,トラップを用いて落葉散布様式を調べた.当該種は微風(落葉データからの推定平均風速0.30.5m/sec)の卓越する57月の乾季に落葉を集中させた.個体の根元からの距離20m以内に個体総落葉量の95%が落下し,落葉起原の植物珪酸体の土壌中への集積と当該種の個体の住み場所が誤差20m程度で対応することが解った.2)落葉データベース樹木の落葉散布様式の詳細を把握するため,竜脳樹を含む62種の樹木から各10枚の落葉を採集し,落下速度,形態特性を測定し,落葉データベースを構築した.運動方程式を基に,落下物体の空気抵抗の推定法を開発し,その成果を学会大会(山倉ら2003)及び学術誌に発表した(山倉ら2003).落下速度の2乗に比例する空気抵抗係数は平均0.893となった.3)植物珪酸体ライブラリー落下速度を測定した62種の樹木の落葉,スゲ科植物,イネ植物の標本を日本に持ち帰った.これまでに28種の樹木の植物珪酸体を分析し,落棒状,球状,非晶質の珪酸体を見出した.竜脳樹のそれは非晶質で,形態は日本のブナ科植物のそれに類似していた.また被食防衛物質としての珪酸体の働きが示唆された.分析は途上にあるものの,特殊な種を除けば,フタバガキ科では種特異的な形を持つ植物珪酸体は少ないと思われた.[結論]フタバガキ科の植物珪酸体の形態に種特異的といえるものは少ないようであるが,限定された種については熱帯雨林構成種の局所的置換を推定し得る可能性がある.本研究は植物珪酸体分析を用いて,熱帯雨林構成種の局所的置換の解明に役立つ新手法を開発することを目的とする.このため,平成14年9,11,12月にマレーシア国サラワク州の熱帯雨林で現地調査を行い,採集試料を日本に持ち帰って分析した.主要調査項目,調査の進捗状況,および成果は下記の通りである.1)リュウノウジュの落葉散布様式と個体群動態調査は既設の52ヘクタール森林調査区で行った.調査区の優占種であるリュウノウジュ(フタバガキ科)の孤立木の中から5個体を標本抽出し,各個体当たり20個のリタートラップを4方向に放射状に設置し,落葉散布様式の調査を開始した.また,リユウノウジュの新規加入,成長,死亡調査を開始した.この2調査は現地の共同研究者が現在も継続中であり,研究最終年度の年度末まで調査を継続する.2)フタバガキ科樹木の落葉落下速度樹木の落葉散布様式の詳細を把握するため,リュウノウジュを含む44種のフタバガキ科樹木から各10枚の落葉を採集し,個々の落葉の落下速度,長さや重量等のサイズを測定した.また落葉の落下を記述する運動方程式を基に,落葉落下運動の空気抵抗を推定するための数学モデルを開発し,その概要を学術誌に発表した(山倉ら,2002.印刷中).測定データをモデルに当てはめ,落下速度の2乗に比例する空気抵抗力を推定すると,44種に共通の空気抵抗係数(C=0.890)を得た.3)植物珪酸体ライブラリー落下速度を測定した44種のフタバガキ科樹木の落葉,調査区の林床でパッチ状に分布するスゲ科植物,調査区の林冠ギャップに分布するススキ属植物の標本を日本に持ち帰り,その珪酸体を分析した.分析は途上にあるものの,フタバガキ科樹木の葉の主脈部分には棒状や球状の珪酸体が蓄積されていることが解った.本研究は植物珪酸体分析により,熱帯雨林構成種の局所的置換の解明法を開発することを目的とする.本年度11,12月にマレーシア国サラワク州の熱帯雨林で,前年度に続いて現地調査を行った.2年の研究期間で得た成果および暫定的結論を以下に記す.1)落葉散布様式既設の52ha調査区に優占するフタバガキ科竜脳樹の中から,孤立状態の大径木5個体を抽出し,トラップを用いて落葉散布様式を調べた.当該種は微風(落葉データからの推定平均風速0.30.5m/sec)の卓越する57月の乾季に落葉を集中させた.個体の根元からの距離20m以内に個体総落葉量の95%が落下し,落葉起原の植物珪酸体の土壌中への集積と当該種の個体の住み場所が誤差20m程度で対応することが解った.2)落葉データベース樹木の落葉散布様式の詳細を把握するため,竜脳樹を含む62種の樹木から各10枚の落葉を採集し,落下速度,形態特性を測定し,落葉データベースを構築した.

運動方程式を基に,落下物体の空気抵抗の推定法を開発し,その成果を学会大会(山倉ら2003)及び学術誌に発表した(山倉ら2003).落下速度の2乗に比例する空気抵抗係数は平均0.893となった.3)植物珪酸体ライブラリー落下速度を測定した62種の樹木の落葉,スゲ科植物,イネ植物の標本を日本に持ち帰った.これまでに28種の樹木の植物珪酸体を分析し,落棒状,球状,非晶質の珪酸体を見出した.竜脳樹のそれは非晶質で,形態は日本のブナ科植物のそれに類似していた.また被食防衛物質としての珪酸体の働きが示唆された.分析は途上にあるものの,特殊な種を除けば,フタバガキ科では種特異的な形を持つ植物珪酸体は少ないと思われた.[結論]フタバガキ科の植物珪酸体の形態に種特異的といえるものは少ないようであるが,限定された種については熱帯雨林構成種の局所的置換を推定し得る可能性がある.
新民事訴訟法下における証拠法の規律

本研究においては、平成10年1月1日より施行された新民事訴訟法典によって大幅な改革の対象となった各種の証拠調べ手続を主たる対象として、アメリカ法、ドイツ法、フランス法などの比較法研究を踏まえて、具体的な解釈論を構築するという作業を行った。その成果としてすでに公表されたものとしては、別表に掲げたものなどがある。これらは最終的には研究分担者である執筆者個人の責任でまとめられたものであるが、そこで示された見解は、二ヶ月に一回程度開催した共同研究会における議論を踏まえたものである。具体的には、伊藤論文は、損害額の認定に関して新設された民訴法248条の基本的性格について、立証されるべき損害の性質または証拠方法の制約のため損害額の認定が困難な場合に、証明度の軽減と裁判所への裁量権の付与を可能にしたものであることを明らかにし、今後の解釈論の指針を示したものである。春日論文は、新民訴法における証言拒絶権制度について、ドイツ法の知見をも踏まえながら、各類型ごとにその趣旨・根拠を明らかにし、適用上予想される問題点について解決の方向を示したものである。山本第一論文は、公務員の職務上の秘密に関する新民訴法の規律を、ドイツ法、フランス法、アメリカ法、イギリス法の知見を活用しつつ検討し、主として証言拒絶権および公文書提出命令についてあるべき解釈論を示しており、山本第二論文は、新法で拡充された文書提出義務の適用の有無がかねてより問題となっていた稟議書について、裁判例の動向を素材として理論的検討を試みたものである。また、事実認定における専門的知識の活用の問題に関しては、加藤=春日=山本ほかにおいて、ドイツ法およびフランス法の知見を活用しつつ、鑑定手続の活用のための運用上、あるいは立法による改善の方途を提言した。そのほかの成果についても、引続き公表を予定している。本年度の研究実施計画は、民事訴訟法における公文書の提出義務および提出手続に関する法案の内容について、情報公開法の内容とあわせて検討を加えることであった。現在までのところ、同法案は、国会審議中であり、いまだ法律として成立していないが、本年度は、その内容に関する証拠法一般について共同研究を実施した。具体的には、各自の研究成果を基礎として、2ヶ月に1回程度研究会を開催し、公務員を含む証人の証言拒絶権、公務員の職務上の秘密と証拠調の手続、証拠調によって心証の形成がなされない場合における事実認定のあり方などについて、判例研究および比較法研究を基礎とした検討を行った。その内容は、いずれも研究発表論文の中に反映されているが、公務員の証言拒絶権の根拠と限界、技術または職業の秘密に関する証言拒絶権の外延、報道機関の取材源に関する証言拒絶権の意義、公文書と自己使用文書概念との関係など、証拠法の重要な論点についての共同研究者の考え方をまとめることができた。また、損害賠償額に関して、証拠にもとづく確信が形成されない場合の取扱いを定めた、民事訴訟法248条の意義についても、今後の実務運営のあり方について共同研究者としての見解を形成することができた。本年度の研究実施計画は、証人尋問の手続、たとえは証人尋問における陳述書の意義と規整、鑑定の方式、訴訟開始前における証拠保全の限界などについて、比較法的研究を踏まえて、解釈論に関する共同研究を行うことであった。具体的には、上記のテーマ、および平成10年度からの継続テーマである、証明軽減に関する問題について2ヶ月に1回程度研究会を開催し、判例研究、実務状況の調査、比較法研究などを行った。その内容は、今後共同研究者から発表を予定される論文中に示される予定であるが、とりあえず証明軽減に関する部分は、研究代表者による後掲論文にまとめられている。また、証人尋問に関する陳述書の意義と規整については、現段階において以下のような認識を得ることができた。

証人を証拠方法とする取調べにおいては、主尋問および反対尋問を通じて事実に関する証人の記憶内容を口述陳述の形で引き出すことが目的とされる。口頭弁論の基本原則である直接主義からみても、この方式を遵守すべきものと思われるが、近時の民事裁判実務において拡大しつつある、陳述書の利用は、この原則との関係が問題となる。たとえば、極端な形では、主尋問に対する陳述内容はすべて陳述書を援用することで代え、反対尋問のみが行われるという方式も考えられなくはないが、共同研究の結果としては、このようなやり方は直接主義の趣旨にも背馳し、かつ、裁判における真実発見の要請にも沿わないので、不適当と考えられる。もっとも、証拠開示などの意味では、陳述書に対して積極的な評価が与えられるべきであるので、なお、今後研究を継続したい。本研究においては、平成10年1月1日より施行された新民事訴訟法典によって大幅な改革の対象となった各種の証拠調べ手続を主たる対象として、アメリカ法、ドイツ法、フランス法などの比較法研究を踏まえて、具体的な解釈論を構築するという作業を行った。その成果としてすでに公表されたものとしては、別表に掲げたものなどがある。これらは最終的には研究分担者である執筆者個人の責任でまとめられたものであるが、そこで示された見解は、二ヶ月に一回程度開催した共同研究会における議論を踏まえたものである。具体的には、伊藤論文は、損害額の認定に関して新設された民訴法248条の基本的性格について、立証されるべき損害の性質または証拠方法の制約のため損害額の認定が困難な場合に、証明度の軽減と裁判所への裁量権の付与を可能にしたものであることを明らかにし、今後の解釈論の指針を示したものである。春日論文は、新民訴法における証言拒絶権制度について、ドイツ法の知見をも踏まえながら、各類型ごとにその趣旨・根拠を明らかにし、適用上予想される問題点について解決の方向を示したものである。山本第一論文は、公務員の職務上の秘密に関する新民訴法の規律を、ドイツ法、フランス法、アメリカ法、イギリス法の知見を活用しつつ検討し、主として証言拒絶権および公文書提出命令についてあるべき解釈論を示しており、山本第二論文は、新法で拡充された文書提出義務の適用の有無がかねてより問題となっていた稟議書について、裁判例の動向を素材として理論的検討を試みたものである。また、事実認定における専門的知識の活用の問題に関しては、加藤=春日=山本ほかにおいて、ドイツ法およびフランス法の知見を活用しつつ、鑑定手続の活用のための運用上、あるいは立法による改善の方途を提言した。そのほかの成果についても、引続き公表を予定している。
運動成績に及ぼす呼吸リズムの影響

運動開始前の意識的・無意識的呼吸調節は次に続く運動をより的確に実施するために重要である。1.この運動適応には上位中枢(呼吸運動)一交感神経を介した自律系の関与が考えられることから、まず運動開始前後の交感神経活動の観察を行なった。この結果から、運動開始の予測をした場合としない場合では交感神経活動の反応性の異なることが明らかとなった[体力科学(1992)に報告]。この反応は運動開始前の随意的呼吸調節と関係すると考えられた。2.呼吸運動が全身反応時間にどのような影響を与えるか確かめるため、運動を予測させ意識的に呼吸を調節させた場合と自発呼吸の場合について全身反応時間を測定した。(1)「よ-い」の予測合図を与えた後に運動開始合図を提示した場合には吸気に続いて呼吸を停止し、運動開始合図を待つことが明かとなった。運動鍛錬者では常にほぼ一定の呼吸パタンを示したのに対し、運動経験の浅いものでは呼吸パタンが一定しなかった。運動鍛錬者に比べ反応時間の短縮傾向がみられた。(2)予測合図を与えないで運動開始合図を提示した場合には、全身反応時間の変動が大きくなった。これは呼吸相と関係が深く、吸気から呼気、呼気から吸気の呼吸相変移点で反応時間が延長する傾向が観察された。さらにこの時点は血圧の上昇、下降期にそれぞれ対応していた。3.今後の研究の展開(1)運動負荷により呼吸を促進させた段階において全身反応時間が変化するか否かを確かめる。(2)寒冷負荷あるいは筋収縮によりあらかじめ血圧を実験的に上昇させた場合の反応時間を測定する。
癌細胞の生存戦略破綻を作用点とする抗癌剤の開発

本研究では、酸化ストレス防御機構の中核を担うNrf2誘導性のaldo-keto reductase (AKR)の機能を制御する新規阻害剤の探索研究を実施し、現時点で最も理想的なAKR1B10阻害剤の創製に成功した。本化合物は抗癌活性に加えて、抗癌剤耐性細胞株の抗癌剤感受性に対する回復効果を示したため、耐性克服を可能にする画期的アジュバンド薬になると期待される。また、AKRが神経細胞において酸化ストレスに対して保護的に作用することに加えて、筋萎縮性側索硬化症患者のエキソーム解析から細胞レベルでの不活性変異体を見出し、その不活性化機構を明らかにした。1.AKRの特異的阻害剤の創製:これまでに見出してきたAKR1B10阻害剤の構造情報と阻害強度及び阻害選択性の情報を基に、新たな誘導体を設計、評価した。具体的には、これまでで最も強力なAKR1B10阻害活性を示すが、構造類似酵素であるAKR1B1に対する選択性が低いクロメン誘導体の構造をベースとし、阻害活性と阻害選択性は共に高いが、細胞内安定性に問題があるカフェ酸エステル誘導体の構造的特徴をハイブリッドさせることで、新規誘導体12種を合成した。これら誘導体はいずれもAKR1B10に対するIC50値が12 nM以下の強力な阻害剤であり、これらの中で最も強力な阻害剤は過去に報告した最も強力な阻害剤KO79よりも強力であった。また、これまでのクロメン誘導体ではAKR1B1に対して5倍程度の選択性しか得られなかったが、今回合成した誘導体は全て20倍以上の選択性を示し、最も強力な阻害活性を示した化合物の選択性は約80倍であり、現時点で最も理想的な阻害剤であると考えられた。また、本化合物はその他のAKR酵素(AKR1C1-4)に対しても高い選択性を示した。さらに、本化合物の細胞レベルでの有用性を評価したところ、AKR1B10による細胞内代謝を有意に阻害し、創傷治癒アッセイや増殖試験によって肺癌A549細胞の遊走能や増殖能に対しても阻害効果を示すことを明らかにした。2.AKRトランスジェニックマウスの作製:AKR1B10、AKR1C3のトランスジェニックマウスをCre-loxPシステムを用いて作製するために、両遺伝子を組み込んだ発現ベクターを調製した。現在、培養細胞を用いてCre発現ベクターとの共発現によるCre-loxPシステムの成立を確認しているところである。1.AKRの特異的阻害剤の創製:最も強い阻害活性を示した化合物の酵素補酵素複合体への分子モデリングを行った。構造活性相関から活性に必須であることが示唆されていたクロメン環7位の水酸基はAKR1B10の触媒残基であるHis111と水素結合可能な位置にあり、この相互作用は過去に報告された強力な阻害剤で見られたものと同じであった。また、もう一つの水酸基は選択性に重要であることが知られるLys125に隣接するPro124の主鎖カルボニル基と水素結合することが予想された。本化合物のさらなる有用性を提示するために、肺癌治療に用いられるシスプラチン(CDDP)に耐性をもつ肺癌細胞株を樹立した。本化合物はCDDP耐性肺癌細胞のCDDP感受性を有意に回復させた。また、CDDP添加によって、親細胞株は増殖しないが、耐性細胞では細胞増殖するコンディションにおいて、本化合物は細胞増殖を抑制したことから、CDDP耐性に対して克服効果を示すことも明らかとなった。2.AKRの一塩基多型(SNP):家族性筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者のwhole exome sequencingによりこれまでにExACデータベースに登録されていないAKR1C3の新たな変異C154Y、L159Vを見出した。C154およびL159は本酵素の活性部位ポケットではなく、α-へリックス上に位置する。そのため、酵素活性ではなく、構造安定性に影響を与えることが予想された。そこで、これら変異を導入したリコンビナント酵素を調製し、安定性に及ぼす影響を検討した。C154Y変異体は有意にUreaやGuanidineのような変性剤や熱に対してWTやL159V変異体よりも高い感受性を示し、37°C、30分のインキュベーションで活性は90%低下した。現在その原因を熱力学的、物理化学的に解析しているところである。昨年度に続き、AKRの特異歴阻害剤の創製に関しては、順調に結果が得られており、知財化についても検討しているところである。また、AKRの一塩基多型解析についても家族性ALSのwhole exome sequencingにより、いくつかの新規AKR SNPsを見出すことができた。この中の一つAKR1C3 C154Y変異については安定性低下に起因したloss-of-function変異である可能性も考えられ、大変興味深い。1.AKRの特異的阻害剤の創製:過去の検討にて最も強力なAKR1B10阻害活性を示すが、構造類似酵素であるAKR1B1に対する活性が低いクロメン誘導体の創製に成功している。腫瘍尾静脈投与による肺転移モデルを作成し、AKR1B10阻害剤によるin vivoでの抗腫瘍効果を検討した。

その結果、vehicleのみで48時間刺激したルシフェラーゼ発現A549 (A549-Luc2)細胞を注入した群での肺転移形成と比べて、AKR1B10阻害剤で刺激したA549-Luc2細胞を投与した群では顕著に肺転移形成は抑制された。2.AKRの一塩基多型(SNP):前年度見出したAKR1C3の新規遺伝子変異体C154Yの熱に対する安定性低下の原因の解明を行った。熱処理によるC154Yの失活はグリセロール、NADPHや拮抗阻害剤の添加で抑制され、示差走査蛍光定量法からこれらの添加剤がC154Yとの相互作用を介して、構造安定性を向上させたことが明らかとなった。さらにCys154をフェニルアラニンとセリンにそれぞれ置換した変異体C154FとC154Sを調製したところ、C154FのみでC154Yと同程度の失活が認められた。円偏光二色性分析とANS蛍光分析からCys154の嵩高い芳香族アミノ酸への置換がαへリックスの崩壊に伴う全体的な二次構造変化をもたらしたと推測された。また、C154Y変異が与える影響について細胞レベルで検討した。AKR1C3は酸化ストレス時に生成される4-oxo-2-nonenal (ONE)などの毒性アルデヒドを解毒代謝する。AKR1C3 WTのHEK293細胞への過剰発現はONE毒性を有意に軽減したが、C154Yの過剰発現はONE毒性に対して防御効果を示さなかった。従って、C154Y変異体は細胞レベルで不活性変異体であると示唆された。本研究では、酸化ストレス防御機構の中核を担うNrf2誘導性のaldo-keto reductase (AKR)の機能を制御する新規阻害剤の探索研究を実施し、現時点で最も理想的なAKR1B10阻害剤の創製に成功した。本化合物は抗癌活性に加えて、抗癌剤耐性細胞株の抗癌剤感受性に対する回復効果を示したため、耐性克服を可能にする画期的アジュバンド薬になると期待される。また、AKRが神経細胞において酸化ストレスに対して保護的に作用することに加えて、筋萎縮性側索硬化症患者のエキソーム解析から細胞レベルでの不活性変異体を見出し、その不活性化機構を明らかにした。AKRの特異的阻害剤の創製に関しては、想定していた以上の結果が得られ、27年度に行う予定であった細胞実験についても一部有用な結果を得ることができた。トランスジェニックマウスの作製については当初想定していた発現系から、Cre-loxPシステムを用いた発現系に変更したため少し遅れているが、発現ベクターの作成には完了しているため、問題ないと考える。AKRの特異的阻害剤については、in vitroで肺癌細胞に対する増殖抑制効果やCDDP耐性に対する克服効果を示すことができた。今後、in vivoでの評価を行う予定である。家族性ALS患者から見出した新規SNPsの性状解析を行い、疾患との関連性について検討する。創薬科学研究は概ね順調に進んでいるため、申請書通りに研究は継続して行っていく。AKRのSNP評価については、NCBIデータベースには大量のSNPデータが含まれるが、網羅的であるため、疾患との関連性を評価することが難しい。そこで、対象を変更し、特定の疾患に関するSNPデータベースを用いることで、AKRのさらなる機能の解明にも繋がると期待される。次年度、培養細胞実験と動物実験を実施するにあたり、想定以上に研究費が必要であることが考えられたため、使用額の調整を行った。繰越額は53798円と少なく、繰越金が生じたことに関するとりわけ重要な理由は存在しない。使い切るのではなく、適切な時に適切な額を使用しようとした結果、差額が生じてしまったことによります。上記理由のため、使用計画については当初予定していたものから大幅な変更はない。