hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
寝たきり防止のための筋力および神経調節機能向上を目的とする新運動処方の開発

皮膚令刺激法をさらに発展させ、高齢者の転倒防止および寝たきりからの回復に役立つ筋力および神経調節機能向上のための新しいトレーニング法を開発することを目的とした。本研究により神経筋系や循環系から皮膚冷刺激の生理学的効果を解明することができ、さらに簡易的な刺激装具の開発もなされた。また、高齢者に対し日常生活の中で、皮膚冷刺激装具を用いて歩行能に対する効果も検証でき、目的とする新運動処方の有効性を示唆することができた。高齢者の自立や怪我からの復帰を目指すリハビリテーションへの応用のために、皮膚冷刺激法をさらに発展させ、筋力増強だけでなく神経調節系を加えた新しいトレーニング方法を開発することを目的としたものである。20年度の検討項目は1)皮膚冷刺激による感覚入力の中枢および脊髄運動ニューロンへのH波、M波、V波を用いて検討する2)実践応用を行うために、さらに簡易的な冷刺激方法を検討する3)脚左右筋力差や神経調節能力が連続足踏み動作頻度におよぼす影響を検討するであった。1)の結果、皮膚冷刺激によってH波、M波の増大が認められ、さらに60%以上の最大随意筋力発揮時にV波振幅が増大することが得られた。皮膚冷刺激は中枢および脊髄に対し興奮性に影響を及ぼしていることが示唆された(学会発表)。2)の結果、某会社と共同開発によって皮膚冷刺激が簡易的に行える用具を開発することが出来た。現在、その応用に向け、歩行時でも冷刺激効果が得られるように具体的な方法について検討中である。3)の実験については計画を変更し、高齢者の測定を行うための第一段階として、立位ステッピングテストと座位ステッピングテストの結果の検討を行った。座位の結果と立位の結果とは高い相関関係が得られ、座位テストではステップ力が少なくて立位と同様な結果を得ることが出来たことから、高齢者にとって負担の少ないテストとして座位ステップテストが応用できる結果を得た。また筋電図解析からステップ回数の少ない者は、神経筋調節(主働筋と拮抗筋の切り換え)がスムーズに行われていない結果を得た。21度の検討項目は1)昨年度開発した皮膚冷刺激用具の高齢者への応用2)加齢による神経調節機能の変化および1日の活動状態と神経機能調節能の検討であった。1)簡易的皮膚冷刺激用具を用いて歩行時に皮膚冷刺激を行った結果、歩行スピードが増し、スムーズな脚の動きが行われることが得られた。これは冷刺激による高閾値MUsの参画が主働筋・拮抗筋活動の切り替えに影響したものと考えられる。今後高齢者の歩行維持に大いに役立つものと考えている(学会発表)。2)の実験については今回高齢者の被験者を確保することが困難であったため計画を変更し、(a)拮抗筋上への皮膚冷刺激が主働筋のH波、V波に及ぼす影響(b)呼吸循環系に及ぼす影響を検討した。(a)の結果、拮抗筋皮膚冷刺激によって主働筋のV波振幅は抑制されることが得られた。この結果から主働筋への皮膚冷刺激は中枢および脊髄に対し興奮性に影響を及ぼしているが、拮抗筋では相反神経支配により抑制されることが示唆された(学会発表)。(b)の結果、皮膚冷刺激部位の筋活動は増加するが、呼吸循環系への影響は小さかった。しかし、自転車エルゴメーターを用いた皮膚冷刺激トレーニングの結果、エネルギー代謝は高まることが示された(学会発表)。次年度は65歳までを対象にスッテッピングと1日の活動量との関係を検討する。22度の検討項目は1)皮膚冷刺激用具を応用し、高齢者の歩行時のデータを得る2)加齢による自律神経調節機能の変化および1日の活動状態と神経機能調節能3)cross education効果の検討であった。1)高齢者に対し歩行時に簡易的皮膚冷刺激用具を用いた結果、歩行スピードの増加と軽快さが身についた(国際学会発表)。2)3)の実験については今回計画を変更し、2)皮膚冷刺激が中枢性と脊髄内へどのように影響を及ぼしているかV波のsilentperiodを用いて検討した3)疾病及び高齢者の筋神経機能の指標として素早い力発揮割合(RFD)を用いることから、皮膚冷刺激がRFDに及ぼす影響を検討した4)皮膚冷刺激下での低負荷筋力トレーニングが中高年者の体力および自律神経調節に及ぼす影響を検討した。(以上学会発表)2)の結果、皮膚冷刺激は中枢と脊髄に影響を及ぼしているが、脊髄のmotoneuronへの影響が大きいことが得られた。

3)の結果、皮膚冷刺激によりRFDの値は高くなることが示され、冷刺激よりhigh-thresholdMUsの促通によるものであることが示された。この結果から、中高年者に対し皮膚冷刺激トレーニングを課すことで、素早い動きができ、歩行機能の維持増進を図るのに最適なトレーニング方法であることが示唆された。4)自転車エルゴメータを用いた低負荷トレーニングであったので、筋力増加は得られなかったが、交感-副交感神経の切り替え能力の向上が得られた。
ヒトiPS細胞由来胆管細胞培養系を用いた胆管癌における新規発癌機序の解明

本研究は1)ヒト胆管上皮に惹起される細胞内シグナルの差異,2)長期暴露による癌形質獲得の有無,3)胆汁中の発癌物質の同定を中心課題とし,胆汁暴露から胆管上皮内部で起きる細胞生理学的な変化そして発癌までの病態を明らかにし,発癌物質を同定することを目的とする.申請者らは健常者由来ヒトiPS細胞から,ヒトiPS細胞由来肝前駆様細胞を樹立し維持培養を可能としており,この系を使用することでヒト由来の正常胆管細胞を,胆管癌患者由来の胆汁に暴露させるという極めて生態に近い環境での胆管細胞の挙動が詳細に観察できる.正常細胞が癌化するまでの形質変化を検討することで発癌機序および発癌物質の同定を試みる.本研究は1)ヒト胆管上皮に惹起される細胞内シグナルの差異,2)長期暴露による癌形質獲得の有無,3)胆汁中の発癌物質の同定を中心課題とし,胆汁暴露から胆管上皮内部で起きる細胞生理学的な変化そして発癌までの病態を明らかにし,発癌物質を同定することを目的とする.申請者らは健常者由来ヒトiPS細胞から,ヒトiPS細胞由来肝前駆様細胞を樹立し維持培養を可能としており,この系を使用することでヒト由来の正常胆管細胞を,胆管癌患者由来の胆汁に暴露させるという極めて生態に近い環境での胆管細胞の挙動が詳細に観察できる.正常細胞が癌化するまでの形質変化を検討することで発癌機序および発癌物質の同定を試みる.
極地の生物資源調査をめぐるレジーム-既存の法政策の比較分析と将来の課題

前々年度は、日本および諸外国において既に公表されている、本研究に関連する論文、文献、資料等の収集を行い、これらに基づいて既存の制度や国家実行等を整理し文献調査を主とした比較分析を行った。また、前年度は、国際法および国内法の下での生物資源調査の規制について詳細な分析を行った。具体的には、極地の生物資源調査に適用可能なあらゆる法源の分析や、特に北欧諸国、カナダおよび米国に焦点をあて、生物資源調査に関する国内法制度の分析を行った。最終年度である本年度は、これらの基礎調査からこれまでに得られた知見に基づいて、できるだけ幅広くコメントや批評を集め、それらを参考にして極地の生物資源調査について最終的な研究をまとめる作業に重点を置いた。また、新たな動向の把握にも注意を払い、それに対応して研究成果を再検討する機会も得るよう努めた。具体的には、関連する国際会議や国内研究会(「食糧エネルギーおよび産業のための持続可能な農業に関する国際会議」、「エネルギー技術等に関するUNESCO/UNITAR会議」等)に参加して、これまでの研究成果を発表することに努めた。何よりも、2008年9月にアイスランドで開催された国際シンポジウム"Looking beyond the International Polar Year:Emerging and re-emerging issues in InternationalLaw and Policy in the Polar Regions"を企画し、議長として会議を先導することができたことは、本研究の最大の成果であったと言える。本年度(初年度)は、11月半ばからの研究開始であったため、日本および諸外国において既に公表されている、本研究に関連する論文、文献、資料等の収集を行い、これらに基づいて既存の制度や国家実行等を整理し比較分析を行った。ここでは、南極条約システム、生物多様性条約、国連海洋法条約、既存の慣習法、国連機関の諸実行、および各国の諸実行などを分析対象とし、文献調査を中心とした研究を行った。さらに、本研究に関連のある分野として、宇宙空間平和利用委員会(United Nations Committee on Peaceful Use of Outer Space : UNCOPUOS)における議論や国際海底機構(International Seabed Authority : ISA)における議論なども参考にした。また、国内の関連する研究者や実務家を中心に積極的な意見交換を行い、今後の研究協力を円滑に進めるための人的ネットワークの構築に努めた。2007年は国際極地年であることから、これを記念して東京で開催された国際シンポジウムにも出席し、海外からの研究者との交流もはかることができた。本研究の途中経過報告として、研究目的および研究計画について、国連大学高等研究所において複数回の研究会を開き、この研究テーマについて関連する研究者との討論を行った。また、ここでは各方面からのコメントや提言を受け、研究計画の改善と向上に努めた。2007年の国際極地年を記念して東京で開催された国際シンポジウムにおいて、極地の生物資源調査に関するレジームについての研究発表を行い、関係者との活発な意見交換を行うことができた。前年度は、日本および諸外国において既に公表されている、本研究に関連する論文、文献、資料等の収集を行い、これらに基づいて既存の制度や国家実行等を整理し文献調査を主とした比較分析を行ったが、ここでの基礎調査に基づいて、本年度は、国際法および国内法の下での生物資源調査の規制について詳細な分析を行った。具体的には、極地の生物資源調査に適用可能なあらゆる法源の分析を行い、特に北欧諸国、カナダおよび米国に焦点をあて、比較法的観点から生物資源調査に関する国内法制度の分析も行った。さらに、北欧諸国(デンマーク、ノルウェー、フィンランド、アイスランド)の政府機関、英国ケンブリッジ大学スコット極地研究所、海洋遺伝子資源開発に携わる北欧および英国企業などにおいて、研究発表、情報収集、ヒアリング調査、および意見交換を行った。また、前年度調査の補充と新たな動向の把握を目的として、国連本部における海洋法非公式協議プロセス会議(United Nations Informal Consultative Process on the Law of the Sea)に出席し、最新情報の収集に努めるとともに、この研究の途中成果を公表して論議を深めることができた。同様に、国内で開催される研究会合においても発表と論議を行い、ここでは、法律家の他にも海洋生物学者を含め科学者との論議も幅広く積極的に行った。以上において得られた途中成果は、関連する研究会などへの参加の機会や学術雑誌等を活用して発表と論議を幅広く行った。何よりも、2008年9月にアイスランドで開催された国際シンポジウム"Looking beyond the International Polar Year:Emerging and re-emerging issues in International
クロノタイプの違いによる睡眠とエネルギー代謝の実態と機序解明

本研究は、将来、交代制勤務に従事する者が多い看護学生の集団を対象に、睡眠やエネルギー代謝の実態を明らかにすることを目的としている。1.過眠症状を呈し睡眠専門外来を受診した看護学生の睡眠実態に関する研究看護学生に特有の睡眠問題を明らかにするために、睡眠専門外来を受診した大学生・専門学校生である患者194名を対象に、診療録及び自記入式の質問票から、睡眠習慣・主観的な日中の眠気について情報を収集し、看護学生(15名)と他科の同年代の学生(179名)とを比較した。その結果、看護学生では睡眠不足症候群の者が多く、日中の眠気も重度であることが示唆された。2.大学生を対象としたクロノタイプ・睡眠・食事に関する横断的研究大学8校(うち看護学科4校)において、質問紙調査を実施し、1000名以上の大学生から回答を得た。調査項目は、学生の特性(通学時間、一人暮らしの有無、アルバイト、部活動など)、大学の特性(授業開始時刻、授業終了時刻など)、朝型夜型質問紙によるクロノタイプ、睡眠習慣、日中また夜間の睡眠関連症状、食習慣や食行動、体重・BMI、健康関連QOL、学業への影響(欠席・遅刻・授業中の居眠り)とした。得られた結果を集計し、クロノタイプの分布や睡眠習慣の実態、睡眠問題の有症割合、朝食欠食など食行動や体重・BMI、学業、健康関連QOLとの関連について分析を行い、今後、学会や学会誌での公表を予定している。睡眠専門外来を受診した看護学生を対象とした研究が完了した。また、大学生を対象とした横断的調査についても、データ収集が完了した。当初は看護大学生のみを対象に計画していたが、看護学科以外の大学生についても調査を実施することができた。それにより、大学生に共通して起こる睡眠問題やその関連要因の把握、また、看護学生を対象にした研究においては対照群として比較することが可能となった。横断的な質問紙調査により明らかになった睡眠実態とその関連要因について、追跡調査を実施し、因果関係について検討する予定である。また、質問紙調査では主観的な睡眠についてのデータしか得られないため、横断調査に参加した一部の学生を対象に、睡眠の客観的評価(睡眠時脳波測定、日中の眠気測定、アクチグラフによる睡眠習慣や活動量など)を行っていく予定である。本研究は、将来、交代制勤務に従事する者が多い看護学生の集団を対象に、クロノタイプを含む睡眠習慣やソーシャルジェットラグ(個人の持つ概日リズムと社会の時間とのずれにより生じる社会的時差ぼけ)の実態を明らかにし、機序解明を目指すものである。本研究で用いる評価項目を検討する上で、ソーシャルジェットラグの臨床的意義を明らかにする必要があると考えた。そこで、睡眠専門外来を受診した過眠症患者におけるソーシャルジェットラグの実態と日中機能(眠気、事故歴、健康関連Quality of life)について分析を行った。睡眠不足症候群患者及び睡眠相後退症候群患者では、ソーシャルジェットラグがリズムのずれではなく睡眠不足を反映している可能性が示唆された。患者を対象としたこの研究により、今後実施する看護学生を対象とした調査では、睡眠不足とリズムの双方の影響を考慮する必要があることがわかり、また、過眠症患者との日中機能の水準の比較が可能となった。今後、看護学生を対象に質問紙調査を実施し、クロノタイプの分布やソーシャルジェットラグを含む睡眠習慣の実態及び関連要因を明らかにする予定である。さらに、一部の学生を対象に、夜間の睡眠や日中の眠気を脳波計測により客観的に評価し、過眠症患者の日中機能の水準との比較も行う予定である。それにより、看護学生における潜在睡眠障害罹患者の割合の推定やハイリスク群の特定が可能となり、これらの知見は、医療事故防止及び看護師の心身の健康の維持・向上を目指す方策を検討するうえで役立つと考えられる。看護学生を対象とした調査については、所属機関の倫理審査が承認され、現在、調査協力施設である複数の大学においても倫理審査申請中の状況である。そのため、平成30年度は大学生の集団を対象とした調査が実施できる見込みである。睡眠専門外来の受診患者を対象とした研究も遂行しており、平成29年度は過眠症患者におけるソーシャルジェットラグの実態と意義について、平成30年度は看護職や看護学生である受診患者の睡眠の実態について分析を進めている。看護学生の集団を対象とした疫学的な研究に加え、睡眠に問題を抱える看護職を対象とした臨床研究も実施することにより、より有用な知見が得られると期待できる。

調査項目は、学生の特性(通学時間、一人暮らしの有無、アルバイト、部活動など)、大学の特性(授業開始時刻、授業終了時刻など)、朝型夜型質問紙によるクロノタイプ、睡眠習慣、日中また夜間の睡眠関連症状、食習慣や食行動、体重・BMI、健康関連QOL、学業への影響(欠席・遅刻・授業中の居眠り)とした。得られた結果を集計し、クロノタイプの分布や睡眠習慣の実態、睡眠問題の有症割合、朝食欠食など食行動や体重・BMI、学業、健康関連QOLとの関連について分析を行い、今後、学会や学会誌での公表を予定している。睡眠専門外来を受診した看護学生を対象とした研究が完了した。また、大学生を対象とした横断的調査についても、データ収集が完了した。当初は看護大学生のみを対象に計画していたが、看護学科以外の大学生についても調査を実施することができた。それにより、大学生に共通して起こる睡眠問題やその関連要因の把握、また、看護学生を対象にした研究においては対照群として比較することが可能となった。当初の計画では看護学生のみを対象にしていたが、睡眠の実態が看護学部(学科)に所属する学生に特有のものであるのか、また、分野に関わらずその年代の大学生に特有のものであるのかを明らかにする必要があると考え、看護学部以外の大学生も対象に追加することとした。また、一部の学生を対象にする測定調査では、自宅での簡易的な睡眠測定(アクチグラフ等)、研究協力施設(睡眠専門クリニック)での睡眠ポリグラフ検査に加え、反復睡眠潜時検査(MSLT)及び覚醒維持検査(MWT)を実施し、日中の眠気についても客観的に評価していく予定である。横断的な質問紙調査により明らかになった睡眠実態とその関連要因について、追跡調査を実施し、因果関係について検討する予定である。また、質問紙調査では主観的な睡眠についてのデータしか得られないため、横断調査に参加した一部の学生を対象に、睡眠の客観的評価(睡眠時脳波測定、日中の眠気測定、アクチグラフによる睡眠習慣や活動量など)を行っていく予定である。当初の計画では、質問紙調査や謝金の発生する測定調査を初年度に実施する予定であった。しかし、調査協力施設との調整や倫理審査手続きにより、初年度の実施は困難であり、2年目以降に実施することに変更した。質問紙調査の物品費や郵送費、測定調査の謝金、研究成果の発表に係る旅費や論文投稿費、英文校正費として使用予定である。被験者謝金としての使用を予定していたが、謝金が発生する質問紙調査・睡眠測定調査は、調査協力施設の都合また実験機器の準備のため、開始時期が2019年5月へと変更になった。そのため、次年度に被験者謝金として使用する予定である。また、次年度はこれまでの研究成果の発表も予定しており、旅費や論文投稿費に使用する予定である。
ミトコンドリアストレスを介した神経変性疾患の分子機構解明とその治療

Mnd2 (motor neuron degeneration2)は遺伝性の神経変性疾患モデルマウスで、アタキシア等の症状により生後20日程度で死亡する。神経細胞の脱落変性が疾患の原因である。mnd2マウスの疾患原因遺伝子はミトコンドリアのセリンプロテアーゼであるOmi/HtRA2である。Omiのミトコンドリアでの機能に関しては、これまで明らかにされていないが、(1)unfold proteinの処理を介してミトコンドリアストレスを回避している、(2)permeability transition (PT)抑制している、等の可能性が報告されている。PTはサイクロフィリンD(CyPD)蛋白質の活性に依存してミトコンドリア膜の透過性を亢進させ、細胞死を惹起する現象である。実際、mnd2マウス由来のミトコンドリアはPTが惹起されやすく、CyPDのノックアウトマウスとmnd2マウスを交配したところ、mnd2マウスの部分的な症状回復が観察された。回復が完全ではない事より、mnd2マウスの発症にはPT以外のミトコンドリア機能も関与していると考えられた。そこで我々は、Omiのミトコンドリアでの役割を明確にするために、Mnd2マウスの線条体からミトコンドリアを単離し機能解析、蛋白質の二次元電気泳動解析を行なった。また、Mnd2マウス線条体の超微形態学解析を行なった。これらの検討の検討の結果、(1)Omi欠損線条体ミトコンドリアにおいて特異的に発現レベルが変化している蛋白質を複数同定した。このうち、発現レベルの低下している蛋白質はOmiの基質蛋白質であった。(2)Omi欠損線条体の神経細胞では、ミトコンドリアの膨化が顕著であり、アポトーシス様の細胞死形態を呈していた、等の知見を得た。Mnd2(motor neuron degeneration2)は遺伝性の神経変性疾患モデルマウスで、アタキシア等の症状により生後20日程度で死亡する。Omiのミトコンドリアでの機能に関しては、これまで明らかにされていないが、(1)unfold proteinの処理を介してミトコンドリアストレスを回避している、(2)permeability transition(PT)を抑制している、等の可能性が報告されている。そこで我々は、Omiのミトコンドリアでの役割を明確にするために、Mnd2マウスの線条体からミトコンドリアを単離し機能解析を行なうとともに、ミトコンドリア蛋白質の二次元電気泳動解析、mnd2細胞の機能解析を行なった。その結果、1、Omi欠損ミトコンドリアの呼吸能やATP産生能は正常ミトコンドリアと変わらなかった。2、Omi欠損ミトコンドリアでは、PTが誘導されやすかった。3、Omi欠損ミトコンドリアに特徴的な蛋白質を複数同定した。4、Omi欠損細胞では、ミトコンドリアストレスに対する応答が強かった。等の知見を得た。
副腎髄質疾患における各種薬剤の降圧作用に関する研究

副腎褐色細胞腫の動物モデル作成のために、昭和63年度は、Wistar,SpragueーDawley,LongーEvans,Fisherの4系のラットに4mg/kg/dayのニコチンを連続12週間皮下投与し比較したところ、Wistarラットに9週で副腎重量、副腎髄質内のカテコ-ルアミンの増加が顕著に認められた。平成元年度は、再度Wistarラットに4mg/kg/dayのニコチンを9週間皮下投与し、副腎組織内カテコ-ルアミン濃度、尿中カテコ-ルアミン、及び、その代謝産物の排泄量が増加していることを見出だした。平成2年度は、平成元年度モデルの副腎髄質細胞の電顕的形態計測を行い細胞内カテコ-ルアミン代謝を検討した。電顕試料はニコチン9週投与群、コントロ-ル群のラット副腎髄質より組織ブロックを採取した。カルノフスキ-液、オスミウム酸にて固定後、アルコ-ル上昇系列にて脱水し、EPON812にて包埋し、ダイヤモンドナイフにて600A^^゚の超薄切片を作成した。透過型電子顕微鏡(日立Hー700)にて観察しながら、顆粒の性状によりエピネフィリン(E)細胞、ノルエピネフィリン(N)細胞を判別し、各細胞を、ニコチン9週投与群、コントロ-ル群より50個ずつ抽出した。細胞は、画像解析装置(Luzex3,ニコン社)にて、細胞面積、細胞内カテコ-ルアミン顆粒数、カテコ-ルアミン顆粒平均面積、顆粒密度(細胞内顆粒数/細胞質面積)を測定した。E細胞では、細胞面積、顆粒平均面積の変化は認められなかったが、顆粒数、顆粒密度の増加が認められた。N細胞は、ニコチン投与群で細胞面積の増大、細胞内顆粒数、顆粒平均面積、顆粒密度の増加が認められた。N細胞は、E細胞と比較してニコチン投与による影響が大きかった。以上より、ニコチンの投与によりカテコ-ルアミンの合成、代謝、排泄は促進することが、ホルモン測定値、細胞の形態計測の両面より明らかになった。N細胞は、E細胞と比較して腫大が著しく副腎重量の増加の一因と考えられた。最も差の顕著であったのは、WRであり、副腎重量(左右合計mg)が、対照群では6週で39.8、9週で43.2、12週で55.4であったのに対し、ニコチン群では6週で45.0、9週で63.5、12週で64.9でった。副腎内のカテコールアミン含有量は、アドレナリン(AD)、ノルアドレナリン(NA)(Mg/湿重量g)で、対照群では6週で198、779、9週で860、189、12週で705、165であったのに対し、ニコチン群では6週で448、822、9週で1013、468、12週で861、590と、特にNAの含有量に顕著な差を認めた。ER、SRでも、程度は弱いが同様の差を認めた。尿中カテコールアミンの値は、現在測定中である。一方、臨床的な検討もあわせて行なった。高血圧を呈する褐色細胞腫の患者3例について、術前の血圧のコントロールに、Ca Channel Blockerであるnifedipineを2040mg/day使用したところ、特に発作性の高血圧のコントロールに効を呈した。これは、従来使用されていたα-blockerよりも経口投与で速効性があり、有用な薬剤と考えられた。また、術中の高血圧の管理にATPを使用したところ、α-blockerにみられる、低血圧の遷延や効果の程度の動揺がなく、安定した降圧作用がみられた。以上、基礎実験では褐色細胞腫の動物モデルの作製、臨床研究では、Ca Channel BlockerやATPの効果につき、研究が進行している。褐色細胞腫における術前、術中、術後の循環系管理に、我々はATPあるいはCa拮抗剤を用いることが有効であることを見出した。しかし、これらの物質のカテコ-ルアミン代謝に対する作用は不明な点が多くそのためには褐色細胞腫動物モデルの確立が必要と思われた。そこで昭和63年度の研究においては、まずWistar,Fisher,Spraque-Dawley,Long-Evansの4系のラットにニコチン4mg/kg/dayを皮下投与し、副腎重量、副腎組織内、尿中カテコ-ルアミン濃度を測定したところ、9週でWistar系ラットに副腎重量、組織内カテコ-ルアミンの増加が認められ、同ラットがモデルとして適している事が分った。平成元年度はこのWistar系ラットに系を限定し、ニコチン4mg/kg/dayを投与し、尿中、副腎組織内カテコ-ルアミン尿中代謝産物の測定、光顕、電顕による解析を行った。さらにニコチンを9週投与した後、投与を2週間中止した場合のカテコ-ルアミンの動態も検討した。尿中カテコ-ルアミン排泄量は、エピネフィリン及びその代謝産物であるメタネフィリンが有意に増加し、副腎組織内濃度はカテコ-ルアミン3分画とも上昇していた。この上昇は投与を中止した2週間後には、カテコ-ルアミンの尿中排泄量、副腎組織内濃度ともコントロ-ルのレベルまで低下していた。光顕では、HE、重クロム酸染色にて検討した。

HE染色では、ニコチン投与群とコントロ-ル群で差は認められず、重クロム酸染色でもエピネフィリンとノルエピネフィリンを染色することは可能であったが、ニコチン投与群とコントロ-ル群の組織内の濃度差を定量化して比較することは困難であった。電顕では、エピネフィリン顆粒が認められる細胞と、ノルエピネフィリン顆粒が認められる細胞が確認でき、ニコチン投与群では、コントロ-ル群と比較して、細胞内の顆粒の数が増加していた。特に、ノルエピネフィリン細胞内の顆粒の増加は顕著であった。副腎褐色細胞腫の動物モデル作成のために、昭和63年度は、Wistar,SpragueーDawley,LongーEvans,Fisherの4系のラットに4mg/kg/dayのニコチンを連続12週間皮下投与し比較したところ、Wistarラットに9週で副腎重量、副腎髄質内のカテコ-ルアミンの増加が顕著に認められた。平成元年度は、再度Wistarラットに4mg/kg/dayのニコチンを9週間皮下投与し、副腎組織内カテコ-ルアミン濃度、尿中カテコ-ルアミン、及び、その代謝産物の排泄量が増加していることを見出だした。平成2年度は、平成元年度モデルの副腎髄質細胞の電顕的形態計測を行い細胞内カテコ-ルアミン代謝を検討した。電顕試料はニコチン9週投与群、コントロ-ル群のラット副腎髄質より組織ブロックを採取した。カルノフスキ-液、オスミウム酸にて固定後、アルコ-ル上昇系列にて脱水し、EPON812にて包埋し、ダイヤモンドナイフにて600A^^゚の超薄切片を作成した。透過型電子顕微鏡(日立Hー700)にて観察しながら、顆粒の性状によりエピネフィリン(E)細胞、ノルエピネフィリン(N)細胞を判別し、各細胞を、ニコチン9週投与群、コントロ-ル群より50個ずつ抽出した。細胞は、画像解析装置(Luzex3,ニコン社)にて、細胞面積、細胞内カテコ-ルアミン顆粒数、カテコ-ルアミン顆粒平均面積、顆粒密度(細胞内顆粒数/細胞質面積)を測定した。E細胞では、細胞面積、顆粒平均面積の変化は認められなかったが、顆粒数、顆粒密度の増加が認められた。N細胞は、ニコチン投与群で細胞面積の増大、細胞内顆粒数、顆粒平均面積、顆粒密度の増加が認められた。N細胞は、E細胞と比較してニコチン投与による影響が大きかった。以上より、ニコチンの投与によりカテコ-ルアミンの合成、代謝、排泄は促進することが、ホルモン測定値、細胞の形態計測の両面より明らかになった。N細胞は、E細胞と比較して腫大が著しく副腎重量の増加の一因と考えられた。
リピドーシス動物モデルを用いての中枢神経障害の遺伝子治療

リピドーシス患者の中枢神経障書の治療法を開発するため、本研究では最近HINで開発されたゴ-シェ病マウス、或いは従来我々が研究してきたクラッベ病マウス(Twitcher mice)、ニーマンビックマウスなどの動物モデルマウスを用いて、アデノウイルスベクター或いはヘルペスウイルスベクターに障害遺伝子のcDNAを組み込み脳内或いは髄中内に挿入し、脳障害の細胞内修復の臨床的、生化学的検討並びに遺伝子の発現に関して検討している。その際、各々のベクターでのプロモタ-領域を種々改良を加え、神経系組織或いは細胞への発現性を高める。神経親和性のあるヘルペス、アデノウイルスベクターの効率を比較検討をすると同時に遺伝子発現の持続期間、細胞内酵素動態を検討し、実際でのヒト遺伝子治療での基本的問題点に関して明らかにし、またカルシウム代謝を合めたリピドーシスマウスでの細胞内情報伝達機構の修復の機構も合わせて検討している。1)中枢神経親和性のベクターの開発:アデノウイルス或いはヘルペスウイルスのベクターのプロモタ-領域にSV-40、CMVpromotor、RSVなどの各種プロモタ-をベクター内に組み替えマウス培養神経細胞又はオリゴデンドログリア細胞内で発現させ効率を明らかにした。2)中枢神経障害の遺伝子治療:ゴ-シェ病マウス、クラッベ病マウス(Twitcher mice)、への脳内又は髄中内にアデノウイルスベクター或いはヘルペスウイルスベクターに各々ヒトglucocerebrosidase cDNA、arylsulfatase A cDNAを組み込む。ヘルペスウイルスの場合はプロモタ-として、gCプロモーターとSV-40のpolyadenylation signalを用いた。またアデノウイルスの場合はSV-40のearly promotor領域とhuman T-cell leukemia virusの5′側上流のnon-coding領域をプロモタ-として用いており、SR-alphaを言うアデノウイルスベクターを使用した。更にゴ-シェ病マウス脳において、形態並びに生化学的な蓄積の改善、細胞障害の改善の機構のプロセスが明らかになりつつある。よって、リピドーシスマウスの脳内細胞内でのカルシウム代謝の改善度を明らかにすることにより中枢神経の遺伝子治療効果を解明することを目指し研究を更に進めている。
期待オイラー標数法の深化と実用化，および関連する数理の展開

1.チューブ法・期待オイラー標数法の考え方にもとづく実験計画の基準を提案し,その基準のもとで多項式回帰モデルとフーリエ回帰モデルの最適な実験計画をもとめた.また結果を論文にまとめ,投稿した.提案した基準は,Naiman (1986)がチューブ法を用いて構成した同時信頼区間の幅である.多項式回帰モデルとフーリエ回帰モデルにはメビウス群が作用し,提案基準はこの群作用のもとで不変であるという著しい特徴をもつことが示される.論文においてはそれ以外のモデルについても,提案基準による最適計画を論じた.2.オイラー標数法を用いて,ウィシャート行列,多変量ベータ行列の最大固有値分布の近似を行った.ランダム行列の最大固有値・特異値の分布は,行列の2次形式,双線形形式として定義される確率場の最大値分布であるため,期待オイラー標数法を用いることができる.昨年度の研究で,ガウスランダム行列(GOE, GUE)の場合には,期待オイラー標数法は行列サイズが発散するときの極限分布であるTracy-Widom分布の上側裾確率を正しく近似することを見いだした.本年度は,統計学でより重要なウィシャート行列,多変量ベータ行列についても同じことが言えることを確認した.3.昨年度に引き続き,複数の確率場の最大値の同時分布の裾確率の研究を行った.本研究はエクスカージョン集合のオイラー標数の,モース定理に基づく表現から出発して,2つ以上の確率場の最大値の同時分布の近似を与えるというものである.今回得られた結果とほとんど問題を扱うZhou and Xiao (2017)の間には若干の差異があり,それについて今後精査する必要がある.以上に加えて,応用数理全般を対象としたワークショップ「確率・統計・行列ワークショップ松本2017」を2017年11月9日(木),10日(金)に信州大学理学部で開催した.上述の4つの研究成果のうち,項目1の最適実験計画に関しては,他のモデルへの適用や数値実験を追加し論文を完成させた.項目2については,昨年度扱ったガウスランダム行列の場合以上に複雑な計算を遂行し,期待通りの知見を得た.またその結果を国際学会ims-APRM 2018のdistinguished lectureで報告した.項目3については,複数の確率場の最大値の同時分布の裾確率の陽な表現を与えることができたため,その有効性が解析的に確認できるまでに至った.1.最大固有値とその類似の分布近似:ランダム行列の最大固有値・特異値の分布は,行列の2次形式,双線形形式として定義される確率場の最大値分布であるため,期待オイラー標数法を用いることができる.いままでの研究で,ガウスランダム行列,ウィシャート行列,多変量ベータ行列の場合に,期待オイラー標数法は行列サイズが発散するときの極限分布であるTracy-Widom分布の上側裾確率を正しく近似することを見いだしている.今後は,本結果の論文執筆を目標とするとともに,いろいろな固有値の関数や,歪対称行列などの他のランダム行列について同様のことが言えるかどうかを確認する.2. 2つの確率場の最大値の同時分布の研究:昨年度は,エクスカージョン集合のオイラー標数のモース定理に基づく表現から出発して,2つ以上の確率場の最大値の同時分布の近似分布を導出した.しかし本結果は既存結果のZhou and Xiao (2017)ならびにその元論文と食い違いがある.これらはPiterberg (1996)のdouble sum methodを拡張し用いている.既存論文を精査し,食い違いの原因を明らかにするとともに,本方法の誤差評価を行う.3.オイラー標数・ミンコフスキー汎関数の統計挙動:統計量としての確率場のエクスカージョン集合のオイラー標数や,その一般化であるミンコフスキー汎関数は,天文データ解析で標準的に用いられている統計量である.しかしながら,その統計量としての挙動は,解析的に求めることは難しい.それらの分散や共分散を数値計算する方法を開発する.4.昨年度に引き続き,必要に応じて他の科研費と共同で,行列解析,確率,統計を横断する学際的な国内研究集会を開く.1.期待オイラー標数法の考え方から導かれる新しい最適実験計画を提案した.Naiman (1986)は,非線形回帰モデルの回帰曲線の同時信頼区間を期待オイラー標数法によって構成できることを示した.同時信頼区間のバンド幅は回帰モデルのパラメータの推定量の分散と説明変数ベクトルのとりうる集合の体積で定まる.それらはデザイン行列の関数であり,逆にバンド幅を小さくすることを目的にデザイン行列を設計するという実験計画が提案できる.また本基準をフーリエ回帰モデル,あるいはそれと数学的に同等な重み付き多項式回帰モデルに適用すると,最適化問題にメビウス群が目的関数を保存する群として作用すること,その事実を用いると最適化の次元を減らすことができることが明らかになった.本課題はH. Wynn教授(LSE, UK)との共同研究である.2.ランダム行列理論の最大固有値・特異値分布は,例えば対称行列の場合,その2次形式として定義される確率場の最大値分布としてとらえることができ,分布の裾確率評価のために期待オイラー標数法を適用することができる.実対称,複素エルミートガウスランダム行列の場合(GOE, GUE),期待オイラー標数法による裾確率近似分布はエルミート関数で陽に書き下すことができ,その行列サイズが発散するときの極限分布は,真の極限分布であるTracy-Widom分布の上側裾確率を正しく近似することを見いだした.3.確率場の分布形に関する直交多項式に基づく適合度検定の研究を行った.

直交多項式から分布の局外パラメータの影響を除去することが一つの問題である.Morris (1982)で提案された指数型分布族に付随する直交多項式の場合は,局外パラメータに最尤推定量をプラグインしても,2次以上の多項式については漸近的挙動が変わらないことを示すことができた.上述の3つの研究成果のうちの項目1の最適実験計画に関しては,多項式回帰の情報行列のなすモーメント空間(すなわち,正値ハンケル行列)にメビウス群が作用し,目的関数(最適化基準)を保存するという結果は思いもよらない結果であった.この事実は,最適実験計画問題の解決に役立つのみならず,他問題への応用可能性も高いものと考えられる.また項目2については,当初困難であると予想していた行列サイズが無限に発散するときの漸近理論が,エルミート関数に関する漸近理論に帰着することができ,問題を解くことができた.これも予想以上の成果であった.1.チューブ法・期待オイラー標数法の考え方にもとづく実験計画の基準を提案し,その基準のもとで多項式回帰モデルとフーリエ回帰モデルの最適な実験計画をもとめた.また結果を論文にまとめ,投稿した.提案した基準は,Naiman (1986)がチューブ法を用いて構成した同時信頼区間の幅である.多項式回帰モデルとフーリエ回帰モデルにはメビウス群が作用し,提案基準はこの群作用のもとで不変であるという著しい特徴をもつことが示される.論文においてはそれ以外のモデルについても,提案基準による最適計画を論じた.2.オイラー標数法を用いて,ウィシャート行列,多変量ベータ行列の最大固有値分布の近似を行った.ランダム行列の最大固有値・特異値の分布は,行列の2次形式,双線形形式として定義される確率場の最大値分布であるため,期待オイラー標数法を用いることができる.昨年度の研究で,ガウスランダム行列(GOE, GUE)の場合には,期待オイラー標数法は行列サイズが発散するときの極限分布であるTracy-Widom分布の上側裾確率を正しく近似することを見いだした.本年度は,統計学でより重要なウィシャート行列,多変量ベータ行列についても同じことが言えることを確認した.3.昨年度に引き続き,複数の確率場の最大値の同時分布の裾確率の研究を行った.本研究はエクスカージョン集合のオイラー標数の,モース定理に基づく表現から出発して,2つ以上の確率場の最大値の同時分布の近似を与えるというものである.今回得られた結果とほとんど問題を扱うZhou and Xiao (2017)の間には若干の差異があり,それについて今後精査する必要がある.以上に加えて,応用数理全般を対象としたワークショップ「確率・統計・行列ワークショップ松本2017」を2017年11月9日(木),10日(金)に信州大学理学部で開催した.上述の4つの研究成果のうち,項目1の最適実験計画に関しては,他のモデルへの適用や数値実験を追加し論文を完成させた.項目2については,昨年度扱ったガウスランダム行列の場合以上に複雑な計算を遂行し,期待通りの知見を得た.
ニュートリノ振動をめぐる理論的諸問題

今年度の研究実績は次の通りである。九後は、二つの仮定1)クォーク・レプトンの質量行列が、異常U(1)電荷φ_iにより冪が与えられる因子化された形λ^{φ_i+φ_j}(Frogatt-Nielsen形)をとること、および2)このU(1)電荷φ_iがSU(5)GUTの構造を持つこと、を置くだけで、先ず、up型、down型クォークの質量データが必然的にレプトン側の牧-中川-坂田(MNS)混合行列U_{MNS}の大きな2-3混合を意味していることを示した。さらに太陽と大気ニュートリノの二乗質量差の比のデータをインプットすれば、1-2混合もまた必ず大きくなるということ、すなわちbi-large混合を導くことを示した。川崎は、宇宙背景放射の精密観測(WMAP)の結果から導かれた宇宙のバリオン密度と宇宙の軽元素合成理論から導かれるバリオン密度が有意にずれていることを説明できるシナリオをレプトン数の非対称や元素合成後のバリオン数の増大等を導入することによって作った。さらに、それを具体的に実現するものとして超対称性理論におけるQボール生成に基づくモデルを提案した。小林は、dilatonmoduli場の素粒子の翼象論への重要な役割として、湯川結合の様々なmoduliへの依存性を計算した。そして4次元有効理論の結合の大きさを決める様々なdilaton moduli場の真空期待値の決定の機構を研究し、これらのmoduli場のインフレーション時での振舞いを調べた。前川は、異常U(1)を用いた大統一理論の研究を継続し、E_6におけるdoublet-triplet splittingを実現するよりシンプルなモデルを提唱しただけでな、doublet-triblet splittingを実現するため昔提唱されたsliding singlet機構を一般化した。また、E_6大統一理論においては、レプトンセクターの混合角が一般的にクォークセクターの混合角よりも大きくなることを指摘し、その同じ構造がホリゾンタル対称性導入によるFCNCのsuppressionを自然に実現することを指摘した。また、ホリゾンタル対称性を持つE_6のヒッグズセクターを構築した。九後は、6次元時空で既に知られている超共形テンソル計算則から出発して次元削減の方法により5次元の超重力理論のテンソル計算則を導いた。次にそれに基づいて5次元時空でめベクトル多重項およびハイパー多重項からなる一般の物質-ヤンミルズ系の超重力系に結合した系に対する不変作用を計算し具体的な表式を求めた。川崎は、宇宙の再加熱がMeVスケールで起こった場合について宇宙初期の元素合成からの再加熱温度に対する制限を調べた。再加熱過程でハドロンが放出されない場合にはニュートリノが十分に熱平衡化されないことが元素合成に影響を与え、再加熱温度が約0.5MeV以上であることが必要とされ、ハドロンが放出される場合はパイ中間子による核子反応から再加熱温度の制限が3-4MeVになることを明らかにした。小林は、様々な場合の超対称性の破れの我々の世界への伝わり方、現われ方を研究した。更に、その破れの項の繰り込み群的性質を解析し、繰り込み群の効果で、FCNC問題を解決する可能性等を考察した。波場は、ニュートリノ振動実験により明らかにされた「レプトン系での世代構造はクォーク系でのそれと大きく異なる構造をしている」という実験事実の解明に向けて、超対称性理論を用いた新しい模型を構築し、そして、有効だと考えられている模型でのレプトン系の世代混合に対する量子効果の解析を行った。九後は、5次元時空で1次元がオービフォルドS^1/Z_2にコンパクト化した場合の、境界面上の物質場やtension項とバルクの超重力場やゲージ場との結合のさせ方をoff-shell formulationで一般的に明らかにした。特に、Randall-Sundrum解の存在のために要求される境界面上のtensionの大きとbulk宇宙項の大きさの間の特殊な関係式が、supersymmetryの要請から自然に出てくる定式化と、そうでない定式化があることを明らかにした。川崎は、超対称インフレーション宇宙におけるバリオン/レプトン数生成をアフレック・ダイン機構とその伴って作られるQボールの生成に着目して調べた。超対称性がゲージ相互作用によって伝えられる理論的枠組みではQボールの存在はバリオン数生成を阻害するためモデルに強い制限を与えることを示した。小林は、超対称模型の枠組みでは、現実的な湯川行列を生み出す機構は超対称性の破れの項への影響を考えながら議論すべきであり、更に、超対称性の破れの項については、フレーバー間の縮退度に関して大きな実験的制限があることに着目し、そのような縮退を実現しつつ階層的な湯川結合を導く、強結合セクターの研究を行った。波場は、余次元大統一理論における、フェルミオン質量階層構造と世代間構造を導出する模型の考案と解析をおこなった。また、ニュートリノの質量を量子補正で導出するZee模型においてバリオン数残存の条件を解析した。また、DecouplingによるSUSYの破れにおけるミュー粒子のg-2因子の解析をおこなった。九後は、triplet-doublet splitting問題に対して、通常のHiggs doubletだけがPseudo-南部-Goldstone粒子であるため軽くなるのだという、これまでSU(6)大統一理論の枠内で考えられていたアイデアを、ストリング理論の示唆するE_6大統一理論の枠内で考えた。

E_6の場合には、必ずHiggs doublet以外の軽いPseudo-南部-Goldstone多重項が現れること、さらに、それがゲージ結合定数の統一を破らないためには、SU(5)の10+10^*表現になるのが唯一の可能性であること、を明らかにした。川崎は、過去の超新星爆発によって放出されたニュートリノが宇宙の背景ニュートリノとして観測可能性を星形成率との関係に重点を置いて調べた。その結果現在のスパーカミオカンデの観測からすでに星形成率に意味のある制限が与えられることを示した。小林は、超対称模型の枠組みで、超対称性の破れの項の縮退を実現しつつ、現実的な湯川行列を生み出す機構を研究した。具体的には、強結合セクターをもつ4次元模型、5次元AdS時空上の模型などについて、超対称性の破れ等の解析を行った。前川は、異常U(1)ゲージ対称性を持った大統一理論では、ヒッグズセクターの詳細によらずに、自然なゲージ結合の統一がおこなわれるだけでなく、3世代のクォーク・レプトンがたった一つの場に統一される模型が作れることを示した。さらにその模型では、超対称性フレーバー問題が自然に解決できることを明らかにした。結果として、現象論におけるほとんどすべての問題が自然に解けている大統一理論が存在しているということがわかった。今年度の研究実績は次の通りである。九後は、二つの仮定1)クォーク・レプトンの質量行列が、異常U(1)電荷φ_iにより冪が与えられる因子化された形λ^{φ_i+φ_j}(Frogatt-Nielsen形)をとること、および2)このU(1)電荷φ_iがSU(5)GUTの構造を持つこと、を置くだけで、先ず、up型、down型クォークの質量データが必然的にレプトン側の牧-中川-坂田(MNS)混合行列U_{MNS}の大きな2-3混合を意味していることを示した。さらに太陽と大気ニュートリノの二乗質量差の比のデータをインプットすれば、1-2混合もまた必ず大きくなるということ、すなわちbi-large混合を導くことを示した。川崎は、宇宙背景放射の精密観測(WMAP)の結果から導かれた宇宙のバリオン密度と宇宙の軽元素合成理論から導かれるバリオン密度が有意にずれていることを説明できるシナリオをレプトン数の非対称や元素合成後のバリオン数の増大等を導入することによって作った。さらに、それを具体的に実現するものとして超対称性理論におけるQボール生成に基づくモデルを提案した。小林は、dilatonmoduli場の素粒子の翼象論への重要な役割として、湯川結合の様々なmoduliへの依存性を計算した。そして4次元有効理論の結合の大きさを決める様々なdilaton moduli場の真空期待値の決定の機構を研究し、これらのmoduli場のインフレーション時での振舞いを調べた。
生産的かつ高効率なFPGAアクセラレータ開発のためのメモリ参照局所性の高位最適化

メモリ局所性の高位最適化技術をFPGAアクセラレータ向けに展開する取り組みとして、Maxeler社のカスタムアクセラレーションシステムにおける多階層メモリに焦点を当て、開発を行った。特に、ピアソンの相関係数を求めるプログラムについて、最適なオンボードDRAMへのデータアクセスパターンに特化されたメモリコマンド生成器の設計を行い、その有用性の評価を行った。評価の結果、FPGAにて192並列の計算カーネルを実装し、1.4GB程度のサイズの配列に対してCPUの参照実装に対して8倍程度の速度向上が得られることを示すと同時に、メモリ参照局所性の高位最適化の基本原理の1つである多階層メモリの活用による実行速度改善の効果がFPGAアクセラレータの環境で実証された。高位最適化のアルゴリズムと自動化については、LLVM+Pollyの環境で開発しているメモリ局所性の高位最適化技術を、FPGAアクセラレータに加えて、メニーコア型アクセラレータとして普及しつつあるXeonPhiにも適応し評価を行った。特に、高位最適化の中でもループタイリングが性能に与える影響が最も大きいであろうという着想の下、タイルサイズ選択機構を独自のロードバランス見積もりとHill-Climbing法による探索の併用による数理最適化モデルにより実装した。評価実験の結果、メニーコア環境においては既存のコスト関数に基づく手法では達成できなかった性能向上が得られることが分かった。これらの研究成果は国際的にはICAICTA2018におけるKeynote講演、Journal first publicationモデルに基づくACMの論文誌TACOでの論文出版およびHiPEAC2019での口頭発表、IEEE COOL Chips 22におけるポスター発表のほか、国内の研究会において発表し該当分野の研究者らと深く議論することを行った。研究代表者がH30年4月に所属研究機関を移動したことに伴い、実験設備や実験環境について再構築および再設定を行う必要があった。研究実施場所の変更に加えて、他の業務の立ち上げにも予想以上の時間がかかったことによる多忙も重なり、研究が当初計画からやや遅れる状況となった。研究計画を1年延長し、予定していたCPU/FPGA密結合型アクセラレータへの展開や総合的な評価を行う。CPU/FPGA密結合型アクセラレータとしては、Xilinx社のZynqのようなFPGA/CPU混載型SoCを活用することを計画している。また、H30年度に引き続き、適宜、研究協力者に実験の補助を依頼し、評価の効率化を図る予定である。H30年度に基盤となる実験環境やソフトウェア開発環境の整備は完了しているので、円滑かつ効果的に進めることができる予定である。メモリ局所性の高位最適化技術をFPGAアクセラレータ向けに展開する取り組みとして、Polyhedralモデルによるループ最適化をFPGAアクセラレータの高位合成フローにおけるカスタム回路設計に適応することを試みた。Polyhedral最適化を行うツールチェインとしてLLVM IRのレベルでループの依存関係やスケジュール制約を表現するPollyを利用し評価プロトタイプを構築した。高位最適化による利得の検証については、Maxeler社のデータフロー駆動型カスタムアクセラレータを用いて実際にアクセラレーションの評価が可能なプロトタイプシステムを作成した。本プロトタイプにおいてはアプリケーションの対象カーネル部の高位最適化をC言語レベルでLLVM+Pollyにて実施した後、FPGAアクセラレータ向けの高位合成を行うためにカーネル部分について手作業でMaxJ言語による記述に変換するというフローを適応した。評価の結果、Polyhedralモデルに基づくループタイリングを適応することによりFPGAアクセラレータのメモリ階層構造に適するようにデータを分割することが可能となるため、FPGAアクセラレータの持つBRAMの容量に基づくタイリングを行うことにより任意の問題サイズを入力とした場合でもFPGAアクセラレータに展開可能であることを実証すると同時に、メモリデバイス特性の特徴を反映したプログラム効率化にもつながるとの見通しが得られた。これらの研究成果は国内のIEICE RECONF研究会およびIPSJ ARC研究会の場において発表し該当分野の研究者らと共有すると同時に、深く議論することを行った。また、ACM SIGPLANが主催する並列システム向けのソフトウェア工学に関する国際ワークショップSEPS2017のパネルセッションのポジショントークとして本研究の目的や成果の一部を発表した。研究代表者が他の業務との関係上、本研究のためのエフォート率を削減せざるを得なかったことに伴う時間的な制約や、H29年度をもって他の所属研究機関に移動することに伴い、計画していたPolyhedralモデルのコスト関数の探求やアクセラレーション性能予測モデルの構築が当初計画から遅延し、H30年度にずれ込んでしまう状況となった。

特に、高位最適化の中でもループタイリングが性能に与える影響が最も大きいであろうという着想の下、タイルサイズ選択機構を独自のロードバランス見積もりとHill-Climbing法による探索の併用による数理最適化モデルにより実装した。評価実験の結果、メニーコア環境においては既存のコスト関数に基づく手法では達成できなかった性能向上が得られることが分かった。これらの研究成果は国際的にはICAICTA2018におけるKeynote講演、Journal first publicationモデルに基づくACMの論文誌TACOでの論文出版およびHiPEAC2019での口頭発表、IEEE COOL Chips 22におけるポスター発表のほか、国内の研究会において発表し該当分野の研究者らと深く議論することを行った。研究代表者がH30年4月に所属研究機関を移動したことに伴い、実験設備や実験環境について再構築および再設定を行う必要があった。研究実施場所の変更に加えて、他の業務の立ち上げにも予想以上の時間がかかったことによる多忙も重なり、研究が当初計画からやや遅れる状況となった。本研究のためのエフォート率を調整し、研究に必要な時間を十分に確保する計画である。また、適宜、研究協力者に実験の補助を依頼し、評価の効率化を図る予定である。H29年度に基盤となるプロトタイプ環境の整備は完了しているので、本年度は円滑かつ効果的に進めることができる予定である。研究計画を1年延長し、予定していたCPU/FPGA密結合型アクセラレータへの展開や総合的な評価を行う。CPU/FPGA密結合型アクセラレータとしては、Xilinx社のZynqのようなFPGA/CPU混載型SoCを活用することを計画している。また、H30年度に引き続き、適宜、研究協力者に実験の補助を依頼し、評価の効率化を図る予定である。H30年度に基盤となる実験環境やソフトウェア開発環境の整備は完了しているので、円滑かつ効果的に進めることができる予定である。研究代表者が他の業務との関係上、本研究のためのエフォート率を削減せざるを得なかったことや、H29年度をもって他の所属研究機関に移動することに伴う時間的な制約もあり、既存の機器を用いて評価のプロトタイプ環境を構築した。これに伴い、当初はH29年度に計画していた高位合成処理用サーバの整備をH30年度に変更したことや、計画より海外への研究資料収集の回数が少なかったため、次年度使用額が生じた。当初計画時にH30年度に予定していたCPU/FPGA密結合型アクセラレータ搭載サーバの整備と合わせて、効率的に実験環境が整備できるように、商用クラウド環境の利用も取り入れつつ、早期の環境整備を行う計画である。研究代表者の所属研究機関移動に伴う研究計画の若干の遅れより、研究成果発表に伴う国内外への出張の回数が計画より少なかったため、次年度使用額が生じた。