hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
観測ロケット実験で目指す、紫外線領域での太陽大気磁場診断手法の確立

太陽観測衛星「ひので」などの観測により、6千度の太陽表面(光球)と100万度のコロナの境界に位置する彩層・遷移層が、様々な磁気活動現象で満ち溢れていることが明らかになった。これらの活動現象は、コロナの加熱に重要な役割を果たしていると考えられ、既存の観測装置では不可能な彩層・遷移層での磁場観測が急務となっている。そこで我々は、観測ロケット実験CLASPを開発し、平成27年9月に世界初のライマンα輝線(波長121.6 nm)での偏光分光観測を成功させた。本研究は、打ち上げ後回収したCLASP観測装置を改良し、ライマンα輝線よりも精度よく磁場情報を取得できると期待される電離マグネシウム線(280 nm)用の高精度偏光分光観測装置・CLASP2の開発を行うものである。最終年度となる平成30年度は、昨年度より継続して行っていた観測装置の開発(新規開発部分の振動試験、偏光較正試験、全系での性能確認試験)を完了させた。途中、様々な問題に直面したが、国内外のチームメンバーと協力して解決し、当初の予定通りの平成30年11月、完成した観測装置を米国NASA/Marshall Space Flight Center (MSFC)へ出荷した。その後、米国チームと協力し、NASA/MSFCでフライトエレキとの結合試験、ホワイトサンズミサイル試験場(WSMR)でロケットとの噛み合わせ試験を実施した。特に日本チームが主導して実施したのが、NASA/MSFCやWSMRへ輸送後、WSMRでの振動試験後、それぞれで実施した観測装置の健全性確認試験である。いずれの試験でも異常は見られず、打ち上げに向けて観測装置の準備が整った。なお、WSMRで予定されている他ミッションとの調整の結果、打ち上げは平成31年度早々となったが、ロケット側の準備も年度内に全て整い、後は打ち上げを残すのみとなっている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。太陽物理学の最重要課題である「彩層・コロナ加熱問題」を理解するためには、太陽表面とコロナの連結領域である彩層・遷移層の磁場情報を得る事が必須である。しかし、彩層・遷移層の磁場観測が圧倒的に不足しているのが現状である。本研究では、打ち上げ後回収したCLASP観測装置を改良し、ライマンα輝線よりも精度よく磁場情報を取得できる可能性が高まった電離マグネシウム線(280 nm)用の偏光分光観測装置(CLASP2)の開発を行う。開発した装置は、観測ロケットに搭載し速やかに観測を実施し、彩層・遷移層のベクトル磁場構を探るとともに、紫外線領域での磁場測定の有用性を実証する。CLASP2計画は、平成28年12月に正式にNASAに採択された。これにより、平成31年の打ち上げに向けて日・米・欧の足並みがそろい、その開発は本格始動した。本研究では、CLASP2観測装置のうち、肝となる偏光分光器の改造を行う。平成28年度は、まず、改造部分の構造検討を進め、光学系を確定させるとともに構造の詳細設計を完了させた。そして、それに基づき、軸外し双曲面鏡や280 nm用ワイヤーグリッド偏光板をはじめとする各光学素子の製作を行った。また、国立天文台で内製した光学素子の保持機構の黒色化を進め、フライトモデルの開発を完了させた。いずれの光学素子も、単体レベルの検査で目標通りの性能を有していることを確認した。フライトモデルの製作と並行して、偏光分光器の光学調整や性能評価試験に必要なジグの設計・製作も進め、万全な準備体制を整えた。本研究を立案した当初の計画は、平成27年8月にNASAへ提出したプロポーザルが採択され、平成30年春に打ち上げを実施するという計画に基づいたものであった。しかし、このプロポーザルは不採択となり、平成30年度末を新たな打ち上げ時期としたプロポーザルを平成28年夏に再提出し、受理された。このように、打ち上げ時期に変更があったものの、我々は、当初の予定通り、フライトモデルの開発を進めた。途中、ゴーストや迷光の懸念が生じたため、スリット鏡を透過型から物理的に孔のあいた金属スリット鏡に変更することとなり、その試作と評価のために光学設計、構造設計、フライトモデルの製作を遅らせることとなったが、予定通りフライトモデルの開発を完了させることができた。また、フライトモデル完成後に行う組み立て、光学調整、性能評価試験の準備も着々と進めており、順調に進展していると評価した。本研究は、打ち上げ後回収したCLASP観測装置を改良し、ライマンα輝線よりも精度よく磁場情報を取得できると期待される電離マグネシウム線(280 nm)用の高精度偏光分光観測装置・CLASP

2の開発を行うものである。最終年度となる平成30年度は、昨年度より継続して行っていた観測装置の開発(新規開発部分の振動試験、偏光較正試験、全系での性能確認試験)を完了させた。途中、様々な問題に直面したが、国内外のチームメンバーと協力して解決し、当初の予定通りの平成30年11月、完成した観測装置を米国NASA/Marshall Space Flight Center (MSFC)へ出荷した。その後、米国チームと協力し、NASA/MSFCでフライトエレキとの結合試験、ホワイトサンズミサイル試験場(WSMR)でロケットとの噛み合わせ試験を実施した。特に日本チームが主導して実施したのが、NASA/MSFCやWSMRへ輸送後、WSMRでの振動試験後、それぞれで実施した観測装置の健全性確認試験である。いずれの試験でも異常は見られず、打ち上げに向けて観測装置の準備が整った。なお、WSMRで予定されている他ミッションとの調整の結果、打ち上げは平成31年度早々となったが、ロケット側の準備も年度内に全て整い、後は打ち上げを残すのみとなっている。太陽観測衛星「ひので」などの観測により、6千度の太陽表面(光球)と100万度のコロナの境界に位置する彩層・遷移層が、様々な磁気活動現象で満ち溢れていることが明らかになった。これらの活動現象は、コロナの加熱に重要な役割を果たしていると考えられ、既存の観測装置では不可能な彩層・遷移層での磁場観測が急務となっている。そこで我々は、観測ロケット実験CLASPを開発し、平成27年9月に世界初のライマンα輝線(波長121.6 nm)での偏光分光観測を成功させた。本研究は、打ち上げ後回収したCLASP観測装置を改良し、ライマンα輝線よりも精度よく磁場情報を取得できると期待される電離マグネシウム線(280 nm)用の高精度偏光分光観測観測装置・CLASP2の開発を行うものである。平成29年度は、新規に開発したフライトモデルを、CLASP打ち上げ後回収して日本へ返送していた観測装置に組み込んだ。そして、望遠鏡、偏光分光器それぞれの部分での光学調整、光学性能評価試験を実施し、要求通りの光学性能を有していることを確認した。なお、一部のフライト品については、光学調整試験の結果を踏まえて製作し、観測装置へ組み込んだ。国立天文台での開発と並行して、分子科学研究所の放射光施設(UVSOR)にて、フライトミラーと同時にコーティングを行なったウィットネスサンプルの反射率と偏光特性確認試験も行い、想定した性能を有していること、観測装置のスループット確定に必要な情報を得た。いずれの試験も、順調に進んでいること、また、宇宙科学研究所の小規模計画としてCLASP2が採択されその開発はさらに勢いを増していることから、想定以上に進展していると評価した。本研究課題は、平成30年度までに、電離マグネシウム線用の高精度偏光分光観測装置を完成させ、それをNASAの観測ロケットで打ち上げ、観測を実施するものである。平成28年度の成果をふまえ、以下のように研究を推進する。
哺乳動物細胞におけるHSP70およびHSP40の分子シャペロン機能

いわゆる熱ショック(ストレス)タンパク質(HSP)の多くは分子シャペロンとしての機能を持つことが、ここ数年間で明らかになってきた。個々のHSPが単独で機能することもあるが、複数のHSPがチームを組みシャペロン系として働く場合もある。例えば、大腸菌におけるDnaKは単独でもタンパク質の折りたたみやタンパク質複合体の解離・会合、変性タンパク質の修復などを手助けすることができるが、多量のDnaKが必要である。しかしそこにDnaJやGrpEなどのパートナーが共存するとこれらの過程が効率よく進行する。真核細胞におけるHSP70(DnaK相同体)も同様の機能を持っており、そのパートナーと考えられるDnaJ相同体の存在が明らかになってきた。数年前にわれわれは、哺乳動物細胞において分子量約40-kDaで塩基性の新しい熱ショックタンパク質HSP40を見いだした。HSP40の部分的アミノ酸配列およびcDNAクローニングの結果、HSP40はDnaJの相同体であることが判明した。また、ヒトHSP40遺伝子は染色体上の19p13.2に存在し、そのプロモーター領域にはheat shock element(HSE)が存在する。HSP40は通常細胞質に存在し、その一部はHSP70と複合体を形成しているが、熱ショックに伴ってHSP40とHSP70は一緒に核・核小体へ移行し、同じ細胞の同じ核小体に局在する。これらの結果は哺乳動物細胞におけるHSP70(DnaK)/HSP40(DnaJ)シャペロン系の存在を示唆している。次に、ルシフェラーゼをモデルタンパク質としてウサギ網状赤血球ライセ-トでの無細胞タンパク質合成系を用いた実験では、合成されつつあるルシフェラーゼにHSP70とHSP40が会合しており、またライセ-ト中のHSP40やHSP70をそれぞれの抗体で除去すると成熟した活性のあるルシフェラーゼが生成されてこないことなどから、HSP40はHSP70とともにリボゾームから伸びてきた未熟なポリペプチドに結合しその折りたたみを手助けしていることが示された。酵母においては、HSP70(SSA1)/YDJ1(DnaJ)(細胞質)、HSP70(BiP)/SEC63(DnaJ)(小胞体)などのシャペロン系が知られている。このようなことからHSP70(DnaK)/HSP40(DnaJ)シャペロン系は生物界に普遍的に存在し、細胞内の各コンパートメントにおいてタンパク質の折りたたみやタンパク質複合体の解離・会合、変性タンパク質の修復などに関与していると考えられる。
発生工学的手法を用いた脳内アロマターゼの機能に関する研究

脳におけるアロマターゼは神経細胞、および時期特異的に発現し、周生期における脳の性分化に深く関わっている。アロマターゼの脳特異的プロモーターは上流200bp領域に強い活性を有し、この中にaroA-I、A-II、そしてBと名付けた3種のシスエレメントが存在する。今回、A-II結合タンパク質を同定し、その性質を明らかにする目的で実験を行なった。A-II結合タンパク質cDNAの単離は、酵母one-ハイブリット法を利用して行なった。単離されたcDNAクローンがコードするタンパク質のA-IIサイトへの結合の解析はゲルシフト法、およびChIP assay法にて行なった。また、脳特異的アロマターゼプロモーター活性に対する影響は、培養細胞を使用して、ルシフェラーゼ遺伝子をレポーターとして解析した。得られた複数のクローンの塩基配列の解析により、核内受容体スーパーファミリーに属する転写因子であるARP1がA-II結合タンパク質である可能性が示唆された。胎生15日目の胎仔間脳部の核抽出液を用いたゲルシフト法におけるシグナルは、抗ARP1抗体によりスーパーシフトした。さらに、ChIP assayを利用した解析により、in vivoにおいてもARP1がアロマターゼプロモーターのA-IIサイトに結合している事が明らかとなった。また、培養細胞を用いた脳アロマターゼのプロモーター活性は、ARP1の発現量依存的に増加した。以上のようにA-II結合タンパク質としてARP1が単離、同定された。一般的にARP1は、種々のプロモーターに対して抑制的に働くが、脳特異的アロマターゼプロモーターに対しては活性化因子として働くことが明らかとなった。マウスでは脳の他に、精巣や卵巣にもアロマターゼが発現している。アロマターゼノックアウト(ArKO)雄マウスでは、マウント行動をはじめとする性行動活性に著しい低下が認められるが、これらの異常が脳におけるアロマターゼの発現のみで回復するか否かを調べるために実験を行った。現在までの我々の研究により、脳特異的エクソン1の上流約6.5Kbのプロモーター領域にはアロマターゼの脳特異的な発現に関与するエレメントが含まれていることが明らかとなっているので、この6.5Kbのプロモーター領域にヒト・アロマターゼcDNAを連結したトランスジーンを用いてトランスジェニックマウス(TghAromマウス)を作製した。さらにTghAromマウスとヘテロArKOマウスを交配することにより、ArKO-TghAromマウスを作出した。RT-PCR解析の結果からArKO-TghAromマウスでは脳にのみアロマターゼが発現していることが確認され、組織特異的にアロマターゼ活性を回復したマウスの作製に成功した。ArKO-TghArom雄マウスの性行動を解析するとArKOマウスと比較して、明らかな性行動活性の回復が認められた。これらの結果は雄型性行動の発現には脳におけるアロマターゼの発現のみで十分であるということを示したのに加え、今回計画したトランスジェニックレスキューシステムが正常に機能することを証明する結果でもあると考えられる。アロマターゼの遺伝子の転写には組織毎に異なるエクソン1が使用され、それぞれ独立したプロモーターを使用することで組織特異的な発現制御を受けている。特に脳アロマターゼの遺伝子発現と性分化は密接に関係していると考えられる。初代培養細胞を用いた実験では、脳特異的プロモーターは上流200bpまでの領域に強い活性を有し、この中には少なくとも、AroA-I, A-IIそしてBと名付けた3種のシスエレメントが存在している。特にA-II結合活性は、周生期における脳で認められ、成体のそれには検出できなかった。今回、A-IIサイトに変異を導入したトランスジーンを持つTgマウスを用いてレポーター遺伝子の発現を解析することで、そのエレメントの脳特異的発現における役割を調べた。現在までにトランスジェニックマウスを使用したプロモーター解析の結果から、脳特異的エクソン1の上流6.5Kbの領域に脳の領域特異的、時期特異的な発現に必要なエレメントが含まれていることが明らかとなっている。A-IIサイトに変異を導入した6.5Kbプロモーターを持つ5ラインのTgマウスのうち1ラインのマウスにおいては精巣や腎臓で異所性の発現が認められるものの、脳でも視索前野や視床下部腹内側核、扁桃体など内因性アロマターゼの存在する神経核に発現が認められ、A-IIサイトが必ずしも脳での発現に必須のエレメントでないことが示唆された。しかしながら、他4ラインのマウスでは、脳における発現が認められず、逆に精巣などでの異所性の発現が高くなることが明らかとなった。このようにA-IIサイトは脳特異的なアロマターゼの発現に重要であり、欠損により他の組織での発現が増大する。一方で、A-IIサイトが変異しても脳での発現は完全に消失しないことから、プロモーター領域に存在する他のシスエレメントの働きが、脳における発現を相補する可能性も示された。

単離されたcDNAクローンがコードするタンパク質のA-IIサイトへの結合の解析はゲルシフト法、およびChIP assay法にて行なった。また、脳特異的アロマターゼプロモーター活性に対する影響は、培養細胞を使用して、ルシフェラーゼ遺伝子をレポーターとして解析した。得られた複数のクローンの塩基配列の解析により、核内受容体スーパーファミリーに属する転写因子であるARP1がA-II結合タンパク質である可能性が示唆された。胎生15日目の胎仔間脳部の核抽出液を用いたゲルシフト法におけるシグナルは、抗ARP1抗体によりスーパーシフトした。さらに、ChIP assayを利用した解析により、in vivoにおいてもARP1がアロマターゼプロモーターのA-IIサイトに結合している事が明らかとなった。また、培養細胞を用いた脳アロマターゼのプロモーター活性は、ARP1の発現量依存的に増加した。以上のようにA-II結合タンパク質としてARP1が単離、同定された。一般的にARP1は、種々のプロモーターに対して抑制的に働くが、脳特異的アロマターゼプロモーターに対しては活性化因子として働くことが明らかとなった。
南アジア天水田地帯における地域生態系構造の環境計画学的研究

低水準ながら高度な生態学的平衡が長期に亙って維持されていた地域生態系が、開発行為によって急変革を余儀なくされている典型例として南アジアの天水田地域の最近の灌漑開発地の村落を選び、その(1)域生態系の構造、特にその自然構造、生産構造および生活構造の相互関係構造(2)灌漑開発に伴う地域生態系構造の変化と、随伴する系要素間の不整合の発現状況(3)前項の不整合の解消過程などを、導入灌漑開発の仕様・機能と併せて調査し、地域生態系に発現した不整合の灌漑開発機能との関係づけを試みた。第1次本調査は主として試・資料収集、ヒアリング等により昭和62年度に実施されたが、(3)不整合の解消過程については現象のトレースに依る他ないので、観察集落を設定し、平成元年度に予定している第2回本調査へ向けて現地研究者の協力のもとに経過記録を続けている。調査は現地での学際討論を重視して全員が行動を共にし、62年7月18日9月15日に実施された。調査地域はインドのタミルナドゥ州、カルナータカ州およびネパールのテライ地方に大別される。それぞれコインバトール農科大学(Sivanappann教授他)、バンガロール大学農学部(Deshpande教授他)およびトリブヴァン大学農学部(Pyakuryal教授他)の協力のもとに実施された。調査の具体的内容は工学(農業土木)班による灌漑施設の仕様・機能状況、自然科学(作物学、土壌学、熱帯疫学)班によるサンプリング調査と社会科学(農業経営、地域経済学、社会学)班によるヒアリング調査であり、現地研究者の適切な協力が得られたこともあって、それぞれ十分な成果を得ることができた。またタミルナドゥ州とテライ地方については予定どうり精査地区を設定することができ、それぞれ現地研究者のグループによる継続観測体制を作った。収集資料は土壌、水田湛水、水稲葉、種籾、昆虫などの試料サンプルと、営農内容などについての農家アンケート調査回答・ヒアリング記録と、灌漑施設の仕様・機能及びその運用記録、地域自然構造・土地利用、地域経済・社会状況についての文献資料・統計資料・地図資料などである。うち試料サンプルについては原則として現地協力大学の研究者と折半して半分を持ち帰った。それらの整理にはそれぞれの分担研究者が当たり、リストを作成した上で、分担研究者の所属大学に保管した。農家アンケート調査回答とヒアリング記録の整理は八木、佐藤が担当し、リストを作成した上で農業経済学関係のものは東京大学農学部、社会学関係のものは横浜市立大学商学部に保管した。文献資料・統計資料・地図資料については、まずリスト(研究報告書に記録)を作成して研究組織全員での利用体制を作った上で、灌漑施設の仕様・機能及びその運用記録については広田、小出、冨田が整理に当り、おもに東京大学農学部に保管した。63年度は収集資料の分析・一次取りまとめと並行して観察集落調査のフォローを継続すると共に、ネパール国トリヴァン大学農学部のPyakuryal教授を1か月間招へいし、精査地区の継続観測状況の検討と、総合考察討論を共にした。同教授の専門分野が本研究の学際的側面の要をなす社会学であることから活発な討論が実現し、平成元年度に予定している2次調査に向けて、環境計画学的観点から地域生態系の再平衡構築要件の一次仮説を総合考察することができた。分析・考察結果は研究分担者ごとに分担課題に関係の深い学術雑誌に論文報告(10.に一覧表記、予定を含む)すると共に、総合考察討論の成果と合わせて報告書に取りまとめて印刷した。なお、相手国インド、ネパールへの成果の還元については、基本的には前述の現地研究者との学術論文の共同発表がこれに当たるが、報告書に盛り込み切れなかったものを含めて試料サンプル類の全分析結果、その他資料の全整理結果も関係現地大学の研究者へ回付し、相手国内での将来の研究資料に供する予定である。調査の具体的内容は工学(農業土木)班による灌漑施設の仕様・機能状況、自然科学(作物学、土壌学、熱帯疫学)班によるサンプリング調査と社会科学(農業経営、地域経済学、社会学)

班によるヒアリング調査であり、現地研究者の適切な協力が得られたこともあって、それぞれ十分な成果を得ることができた。またタミルナドゥ州とテライ地方については予定どうり精査地区を設定することができ、それぞれ現地研究者のグループによる継続観測体制を作った。収集資料は土壌、水田湛水、水稲葉、種籾、昆虫などの試料サンプルと、営農内容などについての農家アンケート調査回答・ヒアリング記録と、灌漑施設の仕様・機能及びその運用記録、地域自然構造・土地利用、地域経済・社会状況についての文献資料・統計資料・地図資料などである。うち試料サンプルについては原則として現地協力大学の研究者と折半して半分を持ち帰った。それらの整理にはそれぞれの分担研究者が当たり、リストを作成した上で、分担研究者の所属大学に保管した。農家アンケート調査回答とヒアリング記録の整理は八木、佐藤が担当し、リストを作成した上で農業経済学関係のものは東京大学農学部、社会学関係のものは横浜市立大学商学部に保管した。文献資料・統計資料・地図資料については、まずリスト(研究報告書に記録)を作成して研究組織全員での利用体制を作った上で、灌漑施設の仕様・機能及びその運用記録については広田、小出、冨田が整理に当り、おもに東京大学農学部に保管した。63年度は収集資料の分析・一次取りまとめと並行して観察集落調査のフォローを継続すると共に、ネパール国トリヴァン大学農学部のPyakuryal教授を1か月間招へいし、精査地区の継続観測状況の検討と、総合考察討論を共にした。同教授の専門分野が本研究の学際的側面の要をなす社会学であることから活発な討論が実現し、平成元年度に予定している2次調査に向けて、環境計画学的観点から地域生態系の再平衡構築要件の一次仮説を総合考察することができた。分析・考察結果は研究分担者ごとに分担課題に関係の深い学術雑誌に論文報告(10.に一覧表記、予定を含む)すると共に、総合考察討論の成果と合わせて報告書に取りまとめて印刷した。なお、相手国インド、ネパールへの成果の還元については、基本的には前述の現地研究者との学術論文の共同発表がこれに当たるが、報告書に盛り込み切れなかったものを含めて試料サンプル類の全分析結果、その他資料の全整理結果も関係現地大学の研究者へ回付し、相手国内での将来の研究資料に供する予定である。
土器の型式変化と分布に関する民族考古学的研究

本研究では、パプアニューギニアにおける土器づくり民族誌調査を通して、土器型式の時期的変化・地理的分布を齎す社会的背景を探ることを目的とした。土器型式の変化においては、親族組織を通じたヒト・技術の移動が大きな影響を及ぼす。地理的分布に関しては、親族組織のつながりや製作技法に差異によって、各地域で在地の型式が成立し、分布圏を持つことが窺える。一方で、型式を超えて存在する儀礼形態が、異系統土器の共存を齎すことが想定される。これらの知見は、縄文土器型式においては、粗製土器や精製土器、特殊遺物などの広がり方と比較しうる。民族考古学的視点から、その背景には親族組織や儀礼形態の存在を垣間みることができる。2012年度に引き続き、9月にパプアニューギニア・ミルンベイ州で土器づくり民族誌調査を行った。今年度は、昨年調査を行ったイーストケープのほか、現地の大規模土器生産地であるワリ島で調査を行った。両地域は、いずれも輪積み法による土器づくりを行っているが、粘土の調整や製作工程に微妙な差異があり、モノの移動のみではわかり得ない技法の認識が土器型式の成立・地域性に大きな影響を持つことを確認した。また、儀礼調理に用いられる特定器種を確認し、異系統土器が共存する背景に、儀礼が存在する可能性を確認した。土器の模倣・変化については、9月の調査で十分に確認できなかったため、2014年2月にイーストケープで追加調査を行った。その結果、高い技術を持つ製作者は、モノを見ただけで土器を模倣することができるが、あまり積極的に模倣土器を製作することはないということが判明した。つまり、土器の分布においては、製作されたものがしっかり受け入れられる必要があり、それ故に土器型式が成立することが伺える。また、これら土器づくり民族誌から明らかとなった土器型式の実態を縄文土器研究に還元するため、5月に山形県・宮城県へ資料調査に行き、従来東北地方中部として一括りにされてきた両地域の土器に、地域性があることを確認した。2014年2月には、遠隔地における土器の分布について把握するため、奈良県で資料調査を行った。奈良県橿原遺跡では、東北系の土器群が出土しているが、資料を実見した結果、東北からの搬入品ではなく、関東地方への搬入を経たうえで、在地の粘土を用いて製作されたものである可能性が高いことが判明した。土器づくり民族誌と、出土資料を双方の視点から観察・研究することで、土器型式をめぐる様々な事象が明らかとなり、縄文土器を実際にそれらが使用されていた縄文社会の中で位置づける基礎的な枠組が本研究により完成した。2012年度は、パプアニューギニア・ミルンベイ州における土器づくり民族誌の調査を実施した。調査では、2006年に予備的な調査を行ったイーストケープ・ケヘララ村に重点を置き、各世帯が所有する土器のデータ収集(拓本、実測、写真撮影等)、土器づくりおよび親族組織に関する聞き取りを中心に行った。また、国内では国立民族学博物館の収蔵品の調査を行った。調査地では、日常調理に金属器が導入されてきているが、儀礼時の調理は未だ土器を用いて行う場合が多い。これまでの調査では、儀礼が土器製作や他地域からの搬入・搬出の契機となりうることを指摘した。2012度調査では、儀礼時の調理における土器の使い分けを把握することができた。肉や魚、タロイモなどの調理は、一般的な調理土器である「ギルマ」が用いられるが、近年は大型で薄手であるという理由からワリ島産の土器が好んで用いられる。一方で、「ハバヤ」という在地土器は、儀礼用調理の中でも特にヤムイモの団子を作る際に用いられる。「ギルマ」が金属器やワリ島の土器に押されつつある状況に対し、「ハバヤ」は基本的に各世帯で広く所有されており、社会の中で重要な位置づけがなされていた。土器の器種と用途、社会的意味などについて、非常に示唆に富む事例である。また、ワリ島の土器は大型で薄手であることから評価が高いため、ミルンベイ州で広く流通しており、それを模倣する製作者がいることを確認した。特に、小型中型の土器は、モノの移動のみであっても模倣される事例を確認できた。しかし、製作技術の違いから、大型土器の模倣は、居住や婚姻など人の移動が重要である。土器の変化は決して単純ではなく、モノの移動、人の移動、技術の移動など、様々な要因が絡み合っているものと考えられる。ミルンベイ州における土器づくり民族誌の調査は、2006年度から継続して行っており、土器データや集落配置の記録など、基礎的な情報が蓄積されてきている。

2012年度に収集した土器データは約70点で、これまで蓄積してきた土器データの総数は約300点にのぼる。また、GPS記録に基づいた地図を作成しており、製作者や土器の移動、親族組織の広がりなどを明確にとらえることが可能である。そのため、本研究ではこれらのデータを基に、土器の型式変化と分布の背景に関して、いまだ不明瞭な部分に焦点を絞ることができ、限られた現地調査期間内でも計画的に調査を進めることができた。また、これまで現地で築いてきた協力者との信頼関係も有り、現地住民も調査には理解を示してくれ、非常に協力的であった。2012年度調査では、特定器種の社会的な位置づけや、模倣土器の製作に関して大きな収穫があった。模倣土器が、在地土器やモデルとなった地域の土器とどのような相違を持ち、物質文化としてどのような情報を有しているかを把握できれば、考古資料の背景にある人々の技術体系や交流など、社会的な側面を引き出せるであろう。この点については、2012年度に収集した土器データの詳細な分析を進めるとともに、残る課題を抽出し、2013年度調査において考察を加えたい。また、最終的な目的である縄文土器研究への還元については、今年度は青森県で資料調査を行い、研究の基礎となる土器編年の整理を行った。2013年度は、ワリ島および周辺の島を中心に調査を行う。ワリ島は、ミルンベイ州における大規模土器生産地であり、その影響はこれまで調査を行ってきたイーストケープ地方にも及んでいる。イーストケープ地方では多数のワリ島産の土器が搬入されており、模倣製作する製作者もいる。ワリ島では、2009年に予備的な調査を行っており、島の地図や親族組織等については基礎的なデータを所有している。2013年度調査では、土器データの収集、聞き取り調査を中心に、ワリ島における土器製作の実態を探る。そのほか、周辺の島々における土器を調査することで、ワリ島を含めたミルンベイ州の土器製作、土器の流通・分布の在り方を探り、土器の地理的分布と、流通過程における型式間の影響関係を齎す要因に関するモデルケースの作成を目指す。また、本研究における土器の型式変化と分布に関するモデルを、縄文土器研究へ還元するため、東北地方における縄文時代後期の瘤付土器の研究も進める。特に仙台湾周辺地域と北海道という隣接地域の様相が混在する北東北(青森県、秋田県北部、岩手県北部)を中心に、土器に残された痕跡を基に、人々の動きや社会背景を探る。2013年度は、旅費としてパプアニューギニア・ミルンベイ州における民族誌調査を行うための海外旅費60万円、国内におけるミルンベイ州の土器資料・縄文土器の資料調査のための国内旅費25万円を使用する予定である。
骨芽細胞の分化およびメカニカルストレス応答性におけるAMPKの機能的役割

メカニカルストレスに応答性を示したAMP-activated protein kinase(AMPK)は、骨芽細胞分化過程においてリン酸化の低下が見られた。AMPK持続的リン酸化効果をもつmetformin刺激および活性型AMPK発現誘導により、骨芽細胞による基質石灰化は抑制された。Metformin刺激はRunx2遺伝子発現および骨芽細胞分化マーカー発現を抑制した。これらより、AMPKのRunx2を介した骨芽細胞分化シグナル伝達経路への関与が示唆された。メカニカルストレス(MS)は、骨組織における重要な代謝調節因子である。RUNX2を含む幾つかの転写因子が骨芽細胞の分化に必須であると報告されている一方、細胞内における分化調節に関わるシグナル伝達経路は未だ不明な点も多い。AMP-activated proteinkinase(AMPK)はαβγのヘテロ3量体から成るセリン-スレオニンキナーゼの一種であり、一般的に細胞内エネルギー恒常性や極性、分裂等の重要な調節因子として知られている。骨細胞を含むあらゆる細胞種で発現しているが、骨代謝における機能的役割については殆ど解明されていない。今回、マウス骨芽細胞株(MC3T3-E1細胞)においてAMPKβサブユニットの遺伝子発現量がLIPUS照射により著明に増加する所見が得られた。本研究の目的はMSと骨芽細胞機能におけるAMPKの役割を調べることであり、その初段階として平成20年度は骨芽細胞分化に及ぼすAMPKの影響についてin vitro分化モデルにより追究した。AMPKγサブユニットのリン酸化は、初代骨芽細胞とMC3T3-E1細胞いずれの分化においても低下が見られた。一方、骨芽細胞最終分化の指標である基質石灰化は、AMPK活性化効果を持つグルコース制限とmetformin刺激により著明に抑制された。Metforminは、オステオカルシンや骨シアロタンパク,オステオポンチン等の骨分化マーカー発現を低下させ、さらにRunx2遺伝子の発現も有意に抑制した。これらの所見より骨芽細胞の分化には、AMPK活性の低下が機能的に関連している可能性が示唆された。今後はMSとAMPK活性との関係に注目し、骨芽細胞機能に及ぼす影響を解析していく予定である。骨芽細胞の分化には、RUNX2を含む幾つかの転写因子が必須であると報告されている一方、細胞内における分化調節に関わるシグナル伝達経路は未だ不明な点が多い。AMP-activated protein kinase (AMPK)はエネルギー飢餓のセンサーとして働くキナーゼとして知られ、骨細胞を含むあらゆる細胞種で発現しているが、骨代謝における機能的役割については殆ど解明されていない。今回、MSの一つである低周波超音波刺激によりAMPK発現レベルに変化が見られたことから、骨代謝とAMPKの関連についてin vitro分化モデルにより追究した。AMPKのリン酸化で示す活性は、初代骨芽細胞とMC3T3-E1細胞いずれの分化過程においても低下が見られた。一方、骨芽細胞最終分化の指標である基質石灰化は、AMPK持続的活性化効果のあるグルコース制限及びmetformin刺激、さらに活性型AMPK強発現によって著明に抑制された。Metforminは、Runx2発現の抑制と、骨分化マーカー(オステオカルシン,骨シアロタンパク,オステオポンチン)発現及びアルカリフォスファターゼ活性を有意に抑制した。これらにより、生理的なAMPK活性の低下がRunx2発現誘導を介して、骨芽細胞の分化シグナル伝達経路に関わりを持つ可能性が示唆された。前駆脂肪細胞3T3-L1細胞においても、AMPK活性を持続させると脂肪細胞への分化が有意に抑制されたことから、間葉系幹細胞由来細胞の分化にAMPKが関与する可能性が示唆された。MS応答性におけるAMPKの機能は解析途中であるが、低周波超音波刺激によるAMPK活性の低下が確認出来ている。
深海底における超稠密地震観測を実現する観測手法の変革

海域ではプレート沈み込みに伴いスロー地震が発生していることが知られてきたが、この発生要因は、発生場所とそのメカニズムを十分な解像度で解析できる海底地震観測データがないため明らかでない。そこで、無人探査機で多数の海底地震観測装置(OBS)を海底に運搬、設置、回収する新しい観測のモデルに基づき、近接稠密アレイ観測を計画し得る超小型・軽量・ローコストなOBSに必要となる技術を開発する。そのため、3Dプリンター等を用いた新しい構造の筐体・地震計センサーの自動化製作と耐久性試験、可視光通信機能を備えた地震計処理系の設計試作、試作機の陸上試験観測および無人探査機を用いた実海域試験観測を行う。
天然変性タンパク質Ａｔｇ１３によるオートファジー始動の制御機構

天然変性タンパク質Atg13は、飢餓時速やかに脱リン酸化され、Atg1およびAtg17と結合することでAtg1複合体を形成し、オートファジーの始動を引き起こす。しかしAtg13がその天然変性領域を用いてどのように他のAtg因子と相互作用するのか、リン酸化によるそれら相互作用の制御はどのように行われているのか等、分子機構の詳細ほほとんどわかっていなかった。昨年度、Atg1-Atg13複合体の構造決定に成功したが、本年度はAtg13-Atg17複合体の結晶構造解析を行った。その結果、Atg13は天然変性領域内の短い領域二ヶ所を用いて、Atg17のN末端付近とC末端付近の互いに遠く離れた2つの酸性ポケットに結合することが明らかとなった。In vitro、in vivo両面での機能解析の結果、Atg13の2つのAtg17結合領域内に含まれるセリン残基のリン酸化により、Atg17との結合が直接負に制御されることを示した。リン酸化によりAtg13に導入される負電荷が、Atg17の酸性ポケットの負電荷と反発することで結合が減弱されると考えられる。さらにLC-MS/MSおよびリン酸化抗体を用いた解析により、これら結合を負に制御するリン酸化セリンが飢餓により脱リン酸化されることを明らかにした。すなわち飢餓によりAtg13の天然変性領域内の特定のセリン残基が脱リン酸化されると、Atg1およびAtg17両方への高い親和性を獲得し、その結果Atg1複合体の形成およびオートファジーの始動が起きることが明らかとなった。25年度が最終年度であるため、記入しない。Atg13の天然変性領域はAtg1およびAtg17と結合することで,オートファジーの始動に必須なpre-autophagosomal structureの構築に中心的役割を担う.この相互作用はリン酸化により制御されており,その制御機構を理解することはオートファジーの始動機構解明のために必須である.Atg13の天然変性領域内に,Atg1に結合する領域を一か所,Atg17に結合する領域を二ヶ所同定した.この情報に基づき,Atg1と結合する領域とAtg1のC末端領域との複合体の結晶構造を決定し,さらにAtg17結合領域とAtg17との複合体結晶の調製にも成功した.Atg13のAtg1結合領域は,Atg1との結合によりへリックス-ループ-へリックス構造が誘起され,Atg1の構造上の2つの溝に結合していた.変異体解析の結果,Atg1-Atg13相互作用のリン酸化による制御には,このAtg1結合領域に加えてAtg13の別の領域も関与することが明らかとなった.一方Atg13のAtg17結合領域内に2つのセリン残基を同定し,このセリンをリン酸化をミミックするアスパラギン酸に変異させると,Atg17との結合が消失し,オートファジー活性も失われることを見出した.すなわちAtg13-Atg17相互作用は,Atg17結合領域のリン酸化が直接制御していることが明らかとなった.以上の結果から,Atg13のリン酸化は結合部位の直接的な性質改変(負電荷の上昇など)とAtg13のグローバルな構造変化の両方を通してAtg1およびAtg17との結合を制御しているというモデルが得られた.Atg13の天然変性領域に,Atg1の結合領域一か所とAtg17の結合領域二ヶ所を同定し,小型化したAtg1-Atg13複合体の結晶構造決定に成功し,さらに小型化したAtg13-Atg17複合体結晶の調製にも成功した.さらに変異体解析により,Atg13のリン酸化がAtg1およびAtg17との相互作用を制御するメカニズムの一端を解明することに成功した.

Atg13の天然変性領域とAtg17との複合体の結晶構造を決定し,Atg17との相互作用によって誘起される立体構造を明らかにし,Atg13のリン酸化がAtg17との相互作用を制御するメカニズムを解明する.昨年度に得られたAtg1-Atg13複合体構造情報と合わせることで,Atg13の天然変性領域がpre-autophagosomal structureを構築する上で担う役割およびそのリン酸化による制御の全貌を解明する.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。
黄疸の発症機序及び治療に関する類洞側、細胆管側各肝細胞膜の物質輸送機構の研究

細胆管側肝細胞膜vesicles(CMV)へのbilirubin digolucuronide(BOG)摂取については、CMVを用いて、〔^3H〕BDGの摂取を急速ろ過法にて観察した。〔^3H〕BDGはラットに〔^3H〕αALAを投与して胆汁から精製した。KClの濃度勾配下で〔^3H〕BDGの初期摂取は、〔^3H〕BDG濃度を上昇させると飽和した〔Km=75μM、Vmax=0.38nmal/mg蛋白×20s、37°C)。CMVを非標識BDGにて前孵置すると、〔^3H〕BDG摂取は対照の約1.3倍に増加した。BSPは〔^3H〕BDG摂取を競合的に阻害するが、タウロコ-ル酸Naによる阻害は認められなかった。100mM等価のアニオン勾配下での〔^3H〕BDG摂取は、Cl^-にての摂取を100%(平均)とした場合、HCO_3^-244%、SO_4^<2->78%、NO_3^-68%、SCN^-50%であり、HCO_3^<>の勾配下での摂取が極めて高かった。一方標識タウロコ-ル酸Naの摂取はCl^-100%、SO_4^<2->95%、HCO_3^-68%、NO_3^-72%、SON^-51%であり、HCO_3^-存在による特異的上昇はみられなかった。valinomycinの存在下で、K gluconate勾配下での〔^3H〕BDG摂取は、対照の約1.4倍に増加した。以上の結果から、BDGはタウロコ-ル酸Naとは異なり、BSDと共通のCMVのキャリア-によって移送される事、その駆動力としては、膜内外の電位差に加えて、HCO_3^-が何らかの役割を演じている事が明らかとなった。肝細胞膜流動性の観察は類洞側肝細胞膜vesicles(SMV)を用いて、5-doxyl-stearic acidを添加しスピンラベルし、膜流動性をESRにて測定した。S-adenosylmethionine(SAMe)をSMVに添加して変化を観察した。order parameter Sは対照群で0.634±0.003であったがSAMe添加にて0.623±0.003と低下しin vitroに流動性亢進が確認できた。膜リン脂質の測定のためにphosphatidylcholine(PC)他6種を分画測定できるHPLCを開発し、SMVおよびCMVにおいて測定を行い比較した。SMVにおいてはsphingomylinが各々高濃度で、膜のheterogeneityが証明された。今後黄疸時のビリルビン輸送を追究予定である。
造血器腫瘍に認められるゲノム異常領域責任遺伝子の細胞の分化増殖における役割

1.成人T細胞性白血病/リンパ腫(ATLL)の研究:急性型とリンパ腫型について、アレイCGH法によるゲノム異常を解析し、臨床病型とゲノム異常との関連について検討した。急性型とリンパ腫型ATLLは、ゲノム異常様式が異なり、それぞれに特徴的なゲノム異常があることを見出した。2.T/NK細胞リンパ腫/白血病の研究:27症例(Aggressive NK cell leukemia、10症例;節外性T/NKリンパ腫(鼻型)、17症例)のアレイCGHを施行した。両疾患単位はEBウイルスの関与や臨床経過の転帰などの共通性があるが、一部のゲノム領域を除けば、ゲノム異常様式はまったく異なることが明らかとなった。3.末梢性T細胞リンパ腫分類不能型(PTCL-U)の解析およびATLLとの比較:PTCL-U51症例のアレイCGH解析し、ゲノム異常の有無と病理組織学的特徴に関して検討したところ、ゲノム異常群は、ATLLとよく似ており、予後不良であった。ゲノム異常の認められない群の予後は異常群よりもよい。PTCL-Uゲノム異常群のゲノム異常様式はATLLリンパ腫型のゲノム異常様式と似ていることが明らかとなった。4.B細胞性リンパ腫の解析:これまでの解析から、マントル細胞リンパ腫の2q13欠失領域責任遺伝子がBIMであることを明らかにした。BIM遺伝子欠失が、リンパ腫発症にどのような影響を与えるのか、欠失細胞株にBIM遺伝子を導入するために、発現誘導系を用いた機能解析を試みている。BIMはアポトーシスを制御する遺伝子であるため、アポトーシス関連遺伝子群を用いて発現解析データを検討したところ、クラスターのうちのひとつが、予後不良群を規定することを見出した。1.成人T細胞性白血病/リンパ腫(ATLL)の研究:最も急激な転帰をたどる急性型とリンパ腫型の症例について,アレイCGH法によるゲノム異常を解析し,臨床病型とゲノム異常との関連について検討した.急性型とリンパ腫型ATLLは,ゲノム異常様式が異なり,それぞれに特徴的なゲノム異常があることを見出し,報告した.HTLV1ウイルスが関与する疾患でありながら,他のゲノム異常の関与の仕方により病型が異なる可能性が示唆された.2.T/NK納リンパ腫/白血病の研究:27症例(Aggressive NK cell leukemia,10症例;節外性T/NKリンパ腫(鼻型),17症例)のアレイCGHを施行した.両疾患単位はEBウイルスの関与や臨床経過の転帰などの共通性があるが,一部のゲノム領域を除けば,ゲノム異常様式はまったく異なることが明らかとなっている.比較的狭い領域に異常が絞られている6q25欠失領域に対して,contigアレイCGH法を用いて,さらに領域を狭め,標的遺伝子をほぼ同定しており,現在機能的な解析を行っている.3.前骨髄球性白血病の研究:明確な疾患単位が確立している急性前骨球性白血病(FAB分類:M3)を対象にアレイCGH法を施行したところ,約60%の症例に何らかのゲノム異常が認められ,その特徴的なゲノム異常様式について報告した.しかし,リンパ腫で認められるような多くのゲノム異常は認められなかった.転座以外のゲノム異常様式は,メチル化なども視野に入れて検討する必要がある.1.末梢性T細胞リンパ腫分類不能型(PTCL-U)解析およびATLLとの比較PTCL-U 51症例のアレイCGH解析より,ゲノム異常が認められる症例は29症例であり,残り22症例にはゲノム異常が認められなかった.病理組織学的特徴に関して検討したところ、ゲノム異常群では、核多型で、CCR4陽性であり、予後不良であった。ゲノム異常の認められない群は、炎症性反応を示す像が認められ、CCR4陰性で予後は異常群よりもよい。ゲノム異常群は成人T細胞性白血病リンパ腫の組織像、病態が似ていることが明らかとなった。

アレイCGH解析によりまとめたゲノム異常群のゲノム異常様式はATLLリンパ腫型のゲノム異常様式と似ていることが明らかとなり、共通ゲノム異常領域やそれぞれの病型に特徴的なゲノム異常領域から、責任遺伝子を単離することが今後の重要な課題である。2.B細胞性リンパ腫のゲノム異常解析と責任遺伝子の機能解析これまでの解析から,マントル細胞リンパ腫の2q13欠失領域責任遺伝子がBIMであることを明らかにした.BIM遺伝子欠失が,リンパ腫発症にどのような影響を与えるのか,欠失細胞株にBIM遺伝子を導入するために、レトロウイルスベクターを構築し、ウイルス産生を試みた。しかし、ウイルス産生用の細胞株にBIM遺伝子導入したところ,死滅してしまうために、十分なウイルス産生が得られなかったので、発現誘導系を用いたき機能解析を試みている。BIMはアポートーシスを制御する遺伝子であるため、アポトーシス関係遺伝子群を用いては発現解析データを検討したところ,クラスターのうちのひとつが、予後不良群を規定することを見出した。今後、詳細に検討する必要がある。
CPU-FPGA混在クラスタによるCFD向け高性能計算システムの研究

本研究プロジェクトでは複数のCPUノードと、それにアクセラレータとして接続された多数のFPGAノードから成る並列システムを構成するためのハードウェアおよびソフトウェアのプラットフォームを開発している。本年度は基本的なプラットフォームをXilinx FPGAだけでなくIntel FPGAでも利用できるように拡張し、さらにC++によって複数のFPGAの高位合成記述とホストのプログラムを一括記述・検証するための手法と基本的なツールの整備を行った。同様の開発環境として、Xilinx, Intel共にOpenCLを用いてホストのプログラムの一部をFPGAにオフロードする環境を提供しているものの、これらはクラスタ環境には対応しておらず、オフロードする部分をOpenCLに書き換える必要があるのに対して、開発した手法ではオフロード部はC++のままでよく、最低限インタフェイス部分を高位合成むけに書き換えればよいため、アプリケーションの一部をFPGAにオフロードしてチューニングを開始するまでの工数を大幅に削減することができる。この開発環境に、以前にHDLを用いて実装した二次元拡散方程式ソルバのC++版を実装した結果、ほぼ同じ面積と演算スループットが一ヶ月程度で実現できた。また、グループ内で開発してきたJavaベースの高位合成ツールによるクラスタフレームワークへのデザインエントリも可能となり、Javaスレッドによって回路の並列性を明示的に書くことができる点が特徴である。その他の取り組みとして、Intel Arria 10 SoC上での粒子法シミュレーションの実装およびExpEtherを用いたアクセラレーションの検討を行った。前者からは今後Intel FPGAへの対応を進める上で設計上の重要な知見が得られ、後者からは現在の専用シリアルリンクに代わる結合網を検討する基礎的なデータが得られた。2台のホストPCと、PCI Express(ホストインタフェイス)や高速シリアルリンク(FPGAボード間インタフェイス)で互いに接続された3枚のFPGAボードから成るFPGAクラスタのプロトタイプを構築した。このシステム上でホストやFPGA間相互でのデータの送受信の仕組み、および部分再構成を行う仕組みを実装し、基本的な性能評価を実施した。STREAM, STREAM2ベンチマークではホストとFPGAの間で双方向約2.5GB/s、片方向約1.5GB/s、リモートのFPGAとの間では双方向1.3GB/s、片方向約650GB/sであった。後者については、FPGA間のリンク速度が6.25Gbpsであるための制約で、今後改善する予定である。また、このFPGA上のストリーム演算ユニットとして拡散方程式ソルバを実装し、最大で41.95GFLOPSの演算スループットを達成した。また、Altera OpenCLを用いて、Arria10 SoC上のARMプロセッサとFPGAによる数値計算のアクセラレーションについても検討と実装を行い、Full-PIC法のシミュレーションでARMプロセッサに対して77倍、Xeonプロセッサの14.1倍の高速化を達成した。このアルゴリズムにはGPU等での並列化が困難な部分が含まれており、FPGAの適用による高速化の見通しがついたことは大きな成果であるといえる。これらの実装はいずれもHDL (ハードウェア記述言語)による記述や、OpenCLへの書き換えなど、プログラミングに多くの手作業が必要であるが、Fortranソースコードからのデザインエントリを可能にするための合成ツールの開発も進めている。IntelベースのマルチFPGAプラットフォームおよびARMベースのプラットフォームを開発し、今後のプロジェクトの推進に必要な要素技術の実装と初期の性能評価を行うことができた。ARMベースの環境ではOpenCLが動作しており、JAXAが開発したコードの移植も順調に進んでいる。IntelベースのマルチFPGAプラットフォームに関しては現状、HDLでの設計となっているものの、性能は充分に出ており、Fortranからの高位合成ツールも作業が進んでおり、市販のC言語設計ツールの導入も可能と考えている。以上のことから、プロジェクト全般に当初の予定通りの進捗である。2016年度に構築したホストPC2台とFPGAボード3台から成るFPGAクラスタのプロトタイプをFPGAボード4台に拡張し、ホストからのアクセスやFPGA間の通信が安定して動作するに至った。FPGA間のリンク速度を6.25Gbpsから7.8125Gbpsへ25%引き上げるとともに、PCI expressのDMAの実装を改善することで、従来10MB程度の大きなトランザクションでないと帯域が飽和できなかったものを100kB程度の小さなトランザクションでも充分な速度を実現した。また、ホストからFPGAへアクセスするためのAPIの整備を行い、プログラマビリティを向上した。評価用のアプリケーションに関しては、この環境での前年度までのアクセラレータ実装ではデータはFPGAの内部RAMに格納していたため扱うことのできる問題サイズに限度があったが、FPGA外部のSDRAMを用いた動作を可能とした。また、従来はHDLでアクセラレータの実装を行っていたが、グループ内で開発した高位合成ツールであるJRT (JavaRock Thrash)によってJavaからのデザインエントリを実現した。同様の手法で今後、商用の高位合成ツールからのデザインエントリも可能になる予定である。ARMプラットフォームを用いた研究では、引き続きOpenCLによって粒子法の実装を行っており、メモリアクセスパターンが原因でGPUでは高速化の困難な部分のFPGA実装による高速化に成功した。プラットフォームとしてのハードウェアと、それを制御するためのソフトウェアは基本的な部分の開発は順調に進展しており、この上で動作する性能評価用のアプリケーションの実装も進んでいる。今年度はHDLに加えて、農工大で開発した高位合成ツールによる性能評価用のアプリケーションの実装も行った。また、商用のC言語ベースの設計ツールの導入も可能な見通しが立っている。以上のことから、プロジェクト全般に順調に進捗している。

本年度は基本的なプラットフォームをXilinx FPGAだけでなくIntel FPGAでも利用できるように拡張し、さらにC++によって複数のFPGAの高位合成記述とホストのプログラムを一括記述・検証するための手法と基本的なツールの整備を行った。同様の開発環境として、Xilinx, Intel共にOpenCLを用いてホストのプログラムの一部をFPGAにオフロードする環境を提供しているものの、これらはクラスタ環境には対応しておらず、オフロードする部分をOpenCLに書き換える必要があるのに対して、開発した手法ではオフロード部はC++のままでよく、最低限インタフェイス部分を高位合成むけに書き換えればよいため、アプリケーションの一部をFPGAにオフロードしてチューニングを開始するまでの工数を大幅に削減することができる。この開発環境に、以前にHDLを用いて実装した二次元拡散方程式ソルバのC++版を実装した結果、ほぼ同じ面積と演算スループットが一ヶ月程度で実現できた。また、グループ内で開発してきたJavaベースの高位合成ツールによるクラスタフレームワークへのデザインエントリも可能となり、Javaスレッドによって回路の並列性を明示的に書くことができる点が特徴である。その他の取り組みとして、Intel Arria 10 SoC上での粒子法シミュレーションの実装およびExpEtherを用いたアクセラレーションの検討を行った。前者からは今後Intel FPGAへの対応を進める上で設計上の重要な知見が得られ、後者からは現在の専用シリアルリンクに代わる結合網を検討する基礎的なデータが得られた。アプリケーションを実装するための基本的な環境は琉球大・慶應義塾大において初年度でほぼ整いつつあるので、これを用いて農工大で開発されているFortran高位合成系を用いた設計が可能になるように検討し、JAXAとも連携しながらアプリケーションの実装や性能評価を行う。また、この結果をフィードバックしながら、ホスト-FPGAやFPGA-FPGAの通信機構の実装にも手を加えて最適化を進める。アプリケーションを実装するための基本的な環境は琉球大および慶應義塾大で確立しており、農工大で開発された高位合成系の導入も完了した。最終年度は各機関で連携しながらアプリケーションの実装と全体的な性能評価を進めていく予定である。2016年度末に琉球大で予定していた、JAXAと琉球大の研究グループの打ち合わせの日程が確保できなかったため、旅費の残高が生じた。