hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舌切除患者における咀嚼,嚥下障害の改善にに対する基礎的研究

舌接触補助床(PAP)の口蓋後縁形態が,食物の嚥下運動に及ぼす影響を追究するため,嚥下の咽頭相において喉頭腔との遮断に関わり,甲状舌骨筋により舌骨と繋がっている甲状軟骨の挙動を捉えることのできる口腔外装置を試作した.試作した口腔外装置を用いて嚥下運動の円滑さを検査することを目的に,試験食品嚥下時における甲状軟骨の運動様相を検討した.試作した口腔外装置は,空気圧力センサとデータ取込解析装置とから構成されている.空気圧力センサにはBIOPAC社製圧力センサを用い,空気圧力を高感度作動圧力トランスデューサで電位に変換し,AD変換後,パーソナルコンピュータに波形として表示した.なお計測時にセンサの位置を一定にするため,市販の頸椎固定用シーネに改良を加えたセンサ固定装置を製作した.本装置の妥当性を検討するため,嚥下機能に障害がなく実験に同意の得られた健常成人5名(平均年齢29.6歳)に対し,嚥下の困難さが異なると思われる杏仁豆腐とシフォンケーキを試験食品として,嚥下時の甲状軟骨の運動波形を観察し,運動時間を測定した.その結果,杏仁豆腐の嚥下時には単純な波形を示し,シフォンケーキでは数度のピークを持つ波形が示され,甲状軟骨の運動時間においても杏仁豆腐では2.04±0.26秒,シフォンケーキでは3.40±0.49秒であり,有意に甲状軟骨の運動時間が延長することが示された.以上のことから,試作口腔外装置は嚥下に伴う甲状軟骨の運動を捉え,嚥下運動の円滑さを検査・評価するための有効な手段となり得ることが示唆された.さらに,上顎骨欠損部の再建が施された症例に対し部分床義歯の口蓋形態を決定するため本装置を応用した.ペースト状食品を嚥下させ口蓋部への残留状況および試作口腔外装置による甲状骨の挙動を測定し,口蓋部に食品が残留せず単純な波形が得られる口蓋形態を付与した.嚥下に最適な口蓋形態の決定に対し,本装置の有用性が認められた.舌切除患者における咀嚼,嚥下障害の改善に対する基礎的研究の第一段階として,舌切除後の発音障害改善のために製作されるPAP (Palatal Augmentation Prosthesis)の口蓋床後縁形態と嚥下との関連について検討した.PAPは発音障害の改善を主な目的として製作されることから,装置自体が厚くなり,その結果PAP後縁と口蓋粘膜との移行角度が急傾斜となることがしばしば見受けられる.そこで口蓋床後縁の形態が試験食品の嚥下に及ぼす影響を健常者を対象として,VF(ビデオ嚥下造影法)にて観察するとともに,嚥下時間を計測した.嚥下機能に障害がなく,咬頭嵌合位が安定している健常者の中から,実験に同意の得られた8名(平均年齢28.6歳)に対して,後縁の傾斜を10°,20°,40°に設定した実験用口蓋床を装着した.10W/V%のバリウムを含有した杏仁豆腐を嚥下したときのVF動画から嚥下運動を観察するとともに,舌骨の運動開始から終了までを嚥下時間として測定した.その結果,口蓋床後縁の傾斜10°,20°では嚥下運動が円滑な様相を呈したが,傾斜40°では口蓋床後縁と粘膜との移行部における試験食品の残留が認められた.また,嚥下時間は傾斜10°の0.87±0.13秒に対して,傾斜40°では0.98±0.14秒と有意に延長した.試験食品の残留の理由として,傾斜40°では口蓋床後縁と粘膜との移行が急角度であったことにより,嚥下運動に必要となる舌圧が口蓋床後縁移行部に対して適切に作用しなかったためと思われた.また嚥下時間の増加は,口蓋床後縁の傾斜が急角度になると同時に口蓋床の厚みが増したことで,口蓋床後縁付近の舌圧を得るために,被験者自身で舌の動きを調節しながら嚥下を行ったためと考えられた.以上のことから,口蓋床後縁が粘膜に対して急角度で移行し,舌圧の作用がみられない場合は,嚥下に支障を来すことが示された.舌接触補助床(PAP)の口蓋後縁形態が,食物の嚥下運動に及ぼす影響を追究するため,嚥下の咽頭相において喉頭腔との遮断に関わり,甲状舌骨筋により舌骨と繋がっている甲状軟骨の挙動を捉えることのできる口腔外装置を試作した.試作した口腔外装置を用いて嚥下運動の円滑さを検査することを目的に,試験食品嚥下時における甲状軟骨の運動様相を検討した.試作した口腔外装置は,空気圧力センサとデータ取込解析装置とから構成されている.空気圧力センサにはBIOPAC社製圧力センサを用い,空気圧力を高感度作動圧力トランスデューサで電位に変換し,AD変換後,パーソナルコンピュータに波形として表示した.

なお計測時にセンサの位置を一定にするため,市販の頸椎固定用シーネに改良を加えたセンサ固定装置を製作した.本装置の妥当性を検討するため,嚥下機能に障害がなく実験に同意の得られた健常成人5名(平均年齢29.6歳)に対し,嚥下の困難さが異なると思われる杏仁豆腐とシフォンケーキを試験食品として,嚥下時の甲状軟骨の運動波形を観察し,運動時間を測定した.その結果,杏仁豆腐の嚥下時には単純な波形を示し,シフォンケーキでは数度のピークを持つ波形が示され,甲状軟骨の運動時間においても杏仁豆腐では2.04±0.26秒,シフォンケーキでは3.40±0.49秒であり,有意に甲状軟骨の運動時間が延長することが示された.以上のことから,試作口腔外装置は嚥下に伴う甲状軟骨の運動を捉え,嚥下運動の円滑さを検査・評価するための有効な手段となり得ることが示唆された.さらに,上顎骨欠損部の再建が施された症例に対し部分床義歯の口蓋形態を決定するため本装置を応用した.ペースト状食品を嚥下させ口蓋部への残留状況および試作口腔外装置による甲状骨の挙動を測定し,口蓋部に食品が残留せず単純な波形が得られる口蓋形態を付与した.嚥下に最適な口蓋形態の決定に対し,本装置の有用性が認められた.
脳虚血と細胞内カルシウムイオン濃度の変動についての研究

1)脳神経終末を用いた実験により、虚血群ではコントロ-ル群に比べて、脱分極による細胞外よりの細胞内へのCa^<2+>流入が大きいことが示された。カルシウム拮抗薬(ジヒドロピリジン系)はこのCa^<2+>流入を抑制することが示された。バルビツレ-トはCa^<2+>流入を抑制せず、これ等の実験からは、バルビツレ-トの虚血時の脳保護作用はカルシウム流入抑制というよりは、脳代謝の抑制が主であることが示唆された。2)吸入麻酔薬にはジヒドロピリジン系カルシウム拮抗薬様作用があることが証明され、脳保護に有効であることが示唆された。また、その作用はハロセン、イソフルレン、エンフルレンの順となり、麻酔薬の強さに関連があることが示唆された。3)痙攣時は、需要に応じるだけの酸素供給がなさえないために(局所脳虚血)、局所の脳障害を残すことが示唆されている。細胞性癌遺伝子産物cーFosは転写制御因子であり、脳代謝のマッピングと良く一致し、さらには脳の可塑性、変性の良い指示になることがすでに報告されている。非麻酔性痙攣物質(カイニン酸、ペンチレンテトラゾ-ル、電気痙攣刺激)による痙攣では、強いcーFos発現が海馬(特に歯状回を中心に)、梨状皮質、扁桃等に見られたが、局所麻酔薬であるリドカイン誘発性の全身性痙攣では、海馬にcーFos発現は無く、梨状皮質、扁桃に散在性のcーFos発現が見られたのみであった。この発現は、NMDA拮抗薬のMKー801前処置で消失したことから、グルタミン酸受容体のサブタイプである、NMDA受容体の関与が示唆された。本年度は、脳神経細胞と脳神経細胞膜を用いて虚血モデルの作成と細胞内へのカルシウムの流入の測定及び細胞内カルシウム濃度の測定を行った。ラット大脳シナプトソ-ムを作成し、R.H.Ashleyらの方法(Biochem.J.(1984)219,149ー158)によりカルシウム蛍光色素Quin2をQuin2/AMの形でシナプトソ-ム内に負荷した。外液に2mMのCaCl_2の高濃度のKClを加えることによりQuin2の蛍光強度の増加、即ち外液から脱分極によりカルシウムが流入することが確認された。また、このカルシウム流入は外液にk^+及びCa^<2+>を単独で加えても起こらなかった。蛍光測定は日立蛍光分光光度計F2000で行い、Ca^<2+>濃度の計算はR.Y.Tsienらの方法(J.Cell Biol.(1982)94,325ー334)によった。虚血のモデルとしては、外液のpHを7.4から6.5に低下もしくは、窒素ガスによる脱酸素化をおこなった。虚血操作によりシナプトソ-ム内カルシウムイオン濃度の上昇がコントロ-ルに比べて大きい傾向を示したが、さらに検討が必要である。また、高濃度のカルシウム拮抗薬、バルビツレ-トともに脱分極によるカルシウム上昇を抑制する傾向を示したが、これもさらに検討が必要と思われる。神経細胞を用いた実験については、神経細胞の良いモデルと成るとされている、neuroblastomaとgliomaのhybrid cellであるNG108にカルシウム蛍光色素Fura2をFura2/AMの形で負荷し、細胞内カルシウム濃度の測定をオリンパス顕微測光装置で行っているところである。本年度は、1)脳神経終末(シナプトソ-ム)の虚血モデルを用いて、カルシウムの流入と、それに対する薬物の影響(カルシウム拮抗薬とバルビツレ-トを中心に)を検討した。

2)細胞内カルシウムの上昇により引き起こされる変化を、細胞性癌遺伝子産物であるcーFosの発現をマ-カ-として検討した。さらに、グルタミン酸受容体との関連を検討した。1)虚血操物(外液のpHを7.4から6.5へ下げる、もしくは、窒素ガスにより脱酸素化を行う)単独ではシナプトソ-ム内カルシウム濃度の有意な上昇はなかった。しかし、外液に高濃度K^+(5-10mM)を加え脱分極させた場合にはコントロ-ルに比べて、虚血群のシナプトソ-ム内カルシウムの濃度は有意に上昇した。10μM以上のニトレンジピンはカルシウウムの上昇を有意に抑制しが、ペントバルビタ-ルにはカルシウム流入抑制作用は無く、1mM以上の高濃度ではむしろ流入を促進した。2)局所脳虚血のモデルと考えられる痙攣でcーfosタンパク(cーFos)の発現をラット脳を用いて検討した。カイニン酸、ペンチレンテトラゾ-ル、電気痙攣刺激により全身性の痙攣が誘発され、海馬(特に歯状回を中心に)、梨状皮質、扁桃にcーFosの発現が見られた。しかし、局所摩酔薬のリドカイン誘発性の痙攣では、梨状皮質、扁桃に散在性のcーFosが見られるのみであった。この発現は、NMDA拮抗薬のMKー801前投与で消失した。エンフルレン、ケタミンによる痙攣ではcーFosの発現は全く見られなかった。
下垂体、視床下部におけるホルモンによる転写活性変化の細胞単位での検索

本研究は、視床下部及び下垂体の遺伝子発現に及ぼすホルモン効果を甲状腺ホルモンの作用を中心として細胞単位で検索することである。本年度は、in situhybridization(ISH)法を用いて、ラット下垂体の初代培養細胞において、甲状腺ホルモン及びTRHがそれぞれ独立してTSHβsubunit遺伝子の発現を調節している事(J.Neuroendo.1994)、また、ラット個体を用いて、ラット視床下部におけるc-erbAα2遺伝子が室傍核のみならず弓状核や腹内側核においても発現していることを報告した(Endocrine J.1995)。ラット以外では、同様にISH法を用いて、成熟期のサケのGnRH遺伝子の発現が一過性の甲状腺ホルモンの分泌上昇と同期して生ずること(Neurosci.Lett.1994)、プロラクチン及びその受容体が、下垂体のみならずヒト脱落膜にも発現し、妊娠の経過に伴い発現が変化することを報告した(日本産婦人科学会誌1994)。続いて、liposomeを用いて細胞内へ遺伝子を導入し、発現調節を解析するための実験系の確立を目指した。まず、発現ベクターをliposome(Lipofectoamine^<TM>)と種々の濃度で混合し、1-24時間までの種々の時間経過で、上記の培養細胞、及びラット個体にtransfectionをおこなった。しかし、培養細胞も、動物個体も、周囲の線維芽細胞やグリア細胞にはかなり良い高率でtransfectするものの、下垂体細胞や神経細胞への導入効率は悪く、満足な結果は得られなかった。そこで、30merの甲状腺ホルモン受容体に対する合成オリゴヌクレオチドを用いて遺伝子導入実験を施行した。その結果下垂体の培養細胞においてc-erbAβ群のアンチセンスを導入したときのみ甲状腺ホルモンの作用を抑制する傾向が観察された。しかし(恐らく導入効率が低いため)その傾向は弱かった。今後、更に20mer程度までオリゴヌクレオチドを短くし、実験を継続することが必要であると思われる。
ソラフェニブによる肝細胞癌多段階発癌阻止の可能性

Sorafenibの早期投与がラット肝においてdysplastic nodule (DN)から多血性細胞癌への多段階発癌を阻止できるかどうかについて、化学発癌モデルを使用して検討した。早期投与群では、肝内に誘導される結節の個数は有意に少なく、それら結節は多血性肝細胞癌が少ない傾向にあり、特に出血性結節は少ない傾向にあることが造影MRIと病理組織化学的検討で判明した。Sorafenib早期投与により、DNへの血管誘導を妨げられ、多血肝細胞癌発生を防ぐことができると考えられたSorafenibの早期投与がラット肝においてdysplastic nodule (DN)から多血性細胞癌への多段階発癌を阻止できるかどうかについて、化学発癌モデルを使用して検討した。Sorafenib早期投与により、DNへの血管誘導を妨げられ、多血肝細胞癌発生を防ぐことができると考えられた本年度はsorafenibの経口投与方法決定のための予備試験を行った。臨床で使用されている同剤の容量をDMSO溶液に溶解すると白濁が目立ち、ラットに自由飲水でこれを自発的に摂取させることは不可能であった。このため、食道内に毎日ゾンデにて直接溶解液を注入する形で経口投与を行うこととした。試みにヒトへの投与量400mg/50kgBW/dayに換算して、8mg/kg/dayを投与量に設定し、少数例で予備実験を行った。各ラットの体重計測を3日毎に行い、健康状態を調査しつつ最長で3ヶ月間にわたり飼育し、何度か採血した上で剖検した。血液は血液生化学分析すると同時に質量分析にて、血中のsorafenib濃度を定量した。血中濃度は投与10時間後で130ng/ml(全血)となった。F344ラット10匹に100ppmのdiethylnitrosoamine水溶液を飲水させつつ40日間飼育し、これを2群に分け、まず、第1群のコントロールの3匹にはDENによる化学発癌のみを行い、sorafenibを含まない溶媒のみ(DMSO溶液)をplaceboとして投与、第2群6匹にはDENの含有水を飲水開始して1ヶ月後(前癌状態モデル)からsorafenib 8mg/kg/dayを80日間にわたり連日投与した(一匹はSorafenib投与前の撮影時麻酔死)。これらの動物の肝臓に対し、Sorafenib投与前、投与後に造影MRIを施行した。撮影終了後、剖検し、肝臓を摘出、連続切片を作成、H&E染色し、現在2群間での差異についてMR画像、組織学的に評価検討中である。30匹のF344ラットに100 ppmのN-nitrosodiethylamine (DEN)水溶液を40日間自由飲水させることによって肝硬変症から肝細胞癌を化学発癌させるモデルを作製した。本実験開始直後からDENを投与開始。動物を10匹ずつ、3群に分割した。すなわち、Sorafenib早期投与群(SE群)、Sorafenib後期投与群(SD群)、placebo投与群(C群)の3群である。SE群にはDEN投与開始から数えて20日後より同120日後まで100日間にわたりsorafenib 800mg/50KgBW/dayを食道ゾンデで連日投与、SD群では同様の投与をDEN投与開始から数えて40日後より120日後までの80日間連日投与した。C群では溶媒をplaceboとして同様に投与した。実験開始から40日後にペントバルビタール腹腔内投与による全身麻酔下に尾静脈を確保し、3Tesla MR装置にてGd-DTPA(0.1 mmol/kg)による造影ダイナミックMRIを撮像した。120日後に、同じ麻酔法で同じMR装置にてGd-EOB-DTPA(0.05mmol/kg)による造影ダイナミックMRIを撮影した。撮影終了後、深麻酔下に心臓採血し、血液中のSorafenibの濃度を質量分析法にて定量した。経静脈性のペントバルビタール過量投与にて屠殺し、肝臓を摘出し、PBSホルマリン溶液にて固定し、パラフィン包埋後冠状断で連続切片を作製、H&E染色、CD34染色、α-SMA染色を施した。実験40日目と120日目のMR画像に関して、3群で最大径5mm以上の結節を同定し、大きさを計測、関心領域を設定し、ダイナミックスタディの各時相で平均信号を計測した。なお、結節直近の背景肝においても同様に関心領域を設定して信号を計測した。なお、実験開始から120日後までの間にSD群で1匹が死亡、C群で2匹が腹腔内出血によって死亡している。100ppmのdiethylnitrosamine溶液(DEN)を40日間自由飲水させて作製する化学発癌モデルラット30匹を3群に分け、sorafenib(800 mg/50kg/day)による薬理学的介入により、肝細胞癌発癌を阻止できるかどうかを検討した。sorafenibの介入は早期から投与する群(DEN開始後20日に投与開始)、後期から投与する群(DEN開始後40日から投与開始)、投与しないコントロール群に分割して施行した。DEN開始から40日後に造影MRIを施行し、多血性肝細胞癌はその時点では誘導されていないことを確認している。DEN開始から120日後にGd-EOB-

DTPAによる造影MRIを(造影前、造影動脈相、造影肝細胞造影相)施行した後、採血して動物を屠殺し、肝臓を摘出してホルマリン固定後連続切片を作製した。造影MRI上で最大径5mm以上の結節について隣接する背景肝組織と共に各時相において平均信号強度を計測し、結節/背景肝、信号比を計算した。病理組織標本はHE染色、αSMA染色、CD34染色を行った。その結果、DEN開始40日では肝内には多数のdysplastic nodules(DN)が形成されるものの、多血肝細胞癌は形成されなかったが、120日後には大小の多血肝細胞癌が形成されていた。そのうち、sorafenib投与群では形成された径5mm以上の結節の個数は有意に少なく、早期に投与した群ではそれら結節は多血性肝細胞癌が少ない傾向にあり、特に出血性結節は早期投与群で少ない傾向にあることがわかった(造影MRIの増強パターンから)。病理組織化学的検討でも、結節内αSMA染色陽性領域は早期投与群で有意に少なかった。結論として、Sorafenib早期投与により、DNへの血管誘導を妨げることができると考えられた。当該年度に必要な動物実験は全て終了し、研究最終年度(次年度)において、これまでに得られたデータを解析する準備が整ったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画通りに進行しており、データ解析を残すのみとなっており、今後データのとりまとめと発表に時間と資源を集中する予定である。
脊髄小脳失調症の活動依存的な運動機能改善メカニズム

脊髄小脳失調症(SCA)は小脳性の運動失調を生じる遺伝性の神経変性疾患であるが、現在のところ、運動機能を効果的に回復させる治療法が見つかっていない指定難病の希少疾患である。申請者は、既承認薬であり筋弛緩剤として臨床利用されているbaclofen (GABAb受容体の活性化薬)の投与とリハビリ(運動トレーニング)を組み合わせると、SCAモデルマウスの運動機能が有意に改善されることを見出した。このことは、SCAにおいて、運動機能改善を達成するには活動依存的なbaclofenの効果が非常に重要であることを示唆するが、その詳細なメカニズムは不明である。そこで、本研究では、活動依存的ニューロン標識法を利用し、バクロフェンがSCAマウスに運動機能改善効果をもたらすメカニズムを検討することを目的とした。本年度では、薬剤誘導性遺伝子発現の技術と活動依存的遺伝子発現の技術を組み合わせ、Tamoxifenを投与してその薬剤が体内に存在し、かつ神経活動が生じたときにのみ、マーカーのRFPが安定して発現するという、薬剤による時期特異的かつ活動依存的ニューロン標識法を検討した。Tamoxifen投与と同時に光刺激を与えて神経活動を誘発すると、視覚野の神経細胞に対して活動依存的にRFPをより安定して発現させられることを確認できた。その一方、小脳組織からGFPなどで標識された小脳プルキンエ細胞をFACSで回収する実験手法を試みたがうまく行かなかった。また、SCAマウスの電気生理学的検討を行い、SCAマウスでは野生型に比べてプルキンエ細胞の自発発火が減少している異常を見出した。また、SCAマウスのスライス標本にbaclofenを急性投与して、mGluRシグナリングに対する影響を検討する予備実験を行った。薬剤誘導性遺伝子発現と活動依存性遺伝子発現の技術を組み合わせて、活動依存性標識を行った後、安定してマーカーが発現してから実験を行うことが可能になった。標識されたプルキンエ細胞をFACSで回収する実験はうまく行かなかったが、スライス標本をもちいてプルキンエ細胞からパッチクランプ記録を行い、細胞内液を吸引してmRNAを採取し、発現解析をおこなう予備実験はうまく行った。そのため、計画どおり、活動依存性標識を行った後、マーカーで標識されたプルキンエ細胞の発現解析は十分行えると判断した。薬剤誘導性遺伝子発現と活動依存的遺伝子発現の技術を組み合わせ、活動依存的にプルキンエ細胞群を標識した後に、遺伝子発現解析や電気生理学的解析を行い、バクロフェン投与とリハビリを組み合わせたときに、プルキンエ細胞でどのような変化が生じているのかを検討していく予定である。脊髄小脳失調症(SCA)は小脳性の運動失調を主な症状とする遺伝性の神経変性疾患であるが、現在のところ、運動機能を有意に回復させる治療法が見つかっていない指定難病である。申請者は、既存の医薬品でありGABAb受容体の活性化薬であるbaclofenの投与とリハビリ(運動トレーニング)を組み合わせると、SCAモデルマウスの運動機能が効果的に改善されることを見出した。このことは、活動依存的なbaclofenの効果が、SCAの運動機能改善のために非常に重要であるということを示唆するが、そのメカニズムは不明である。そこで、本研究では、活動依存的ニューロン標識法を用いて、バクロフェンによるSCAマウスの運動機能改善効果のメカニズムを明らかにすることを目的とした。本年度では、まず、活動依存的に小脳神経細胞を標識する実験系の確立を目標とした。神経細胞依存的プロモーターであるE-SAREの制御下で半減期の短い非安定型GFP(dGFP)を発現するAAVベクターを作製した。このAAVベクターをマウス大脳の視覚野に感染させ、光刺激の有無によって活動依存的にdGFPが発現することを免疫染色によって確認し、E-SAREプロモーターが適切に機能することを確認した。次に、このAAVベクターをSCAモデルマウスの小脳に接種し、ローターロッド課題(運動課題)を行った後、免疫染色によってdGFPの発現を検討した。その結果、運動課題によって、活動依存的に小脳でのdGFP発現が増えることがわかった。この実験系を用いて、運動課題によって活動依存的に小脳神経細胞を標識することをおおむね実現することができた。E-SAREプロモーター制御下でdGFPを発現するAAVベクターを作成し、神経活動の操作が容易に行える視覚によってE-SAREプロモーターが適切に機能することを確認したうえで、小脳において、運動課題による活動依存的な神経細胞の標識を行うことが可能となったため。

Tamoxifen投与と同時に光刺激を与えて神経活動を誘発すると、視覚野の神経細胞に対して活動依存的にRFPをより安定して発現させられることを確認できた。その一方、小脳組織からGFPなどで標識された小脳プルキンエ細胞をFACSで回収する実験手法を試みたがうまく行かなかった。また、SCAマウスの電気生理学的検討を行い、SCAマウスでは野生型に比べてプルキンエ細胞の自発発火が減少している異常を見出した。また、SCAマウスのスライス標本にbaclofenを急性投与して、mGluRシグナリングに対する影響を検討する予備実験を行った。薬剤誘導性遺伝子発現と活動依存性遺伝子発現の技術を組み合わせて、活動依存性標識を行った後、安定してマーカーが発現してから実験を行うことが可能になった。標識されたプルキンエ細胞をFACSで回収する実験はうまく行かなかったが、スライス標本をもちいてプルキンエ細胞からパッチクランプ記録を行い、細胞内液を吸引してmRNAを採取し、発現解析をおこなう予備実験はうまく行った。そのため、計画どおり、活動依存性標識を行った後、マーカーで標識されたプルキンエ細胞の発現解析は十分行えると判断した。運動課題によって、小脳の神経細胞が標識できることは確認できたが、どのような種類の神経細胞が標識されるのかについては今後詳細に検討していく予定である。運動課題を行わせていないときも少数ではあるがdGFPが発現してしまっているため、薬剤誘導性遺伝子発現の技術を組み合わせて、活動依存的なマーカー発現の特異性をより向上させる取り組みも行う予定である。また、今後は、本年度で可能になった手法を用いて、活動依存的に標識された神経細胞をターゲットとした遺伝子発現を調べる実験手法を検討していく予定である。薬剤誘導性遺伝子発現と活動依存的遺伝子発現の技術を組み合わせ、活動依存的にプルキンエ細胞群を標識した後に、遺伝子発現解析や電気生理学的解析を行い、バクロフェン投与とリハビリを組み合わせたときに、プルキンエ細胞でどのような変化が生じているのかを検討していく予定である。本年度は活動依存的神経細胞標識の実験手法を確立することができ、次年度では、活動依存的に標識された神経細胞のみを抽出して遺伝子発現を解析する未経験の新しい実験技術を導入するため。次年度では、ターゲットである神経細胞を単離するための試薬や実験器具、遺伝子発現解析のための費用等に使用する予定である。本年度は、標識されたプルキンエ細胞をFACSを用いて回収することがうまく行かなかったため、遺伝子発現解析などをあまり進めることが出来なかった。しかし、本年度の検討によって、パッチクランプ法を用いて1つのプルキンエ細胞からmRNAを採取し、発現解析を行う手技的準備が整ったので、次年度では、遺伝子発現解析を本格的に行う費用や、電気生理学的解析、免疫染色などによる形態学的解析などの費用に使用する予定である。
糸球体硬化症

慢性腎臓病は国民健康上の大きな問題であるが、腎臓のポドサイトという細胞の傷害が鍵になっている。ポドサイトは生後に増殖する事なく、一度失われると補充される事はない。我々は、ポドサイトの増加を新たな治療の方向性として、生体内でポドサイトの増殖を誘導させる実験を行った。その結果、ポドサイトの増殖は、脱分化とは不可分ではなく、可能である事を示した。また、多くの腎臓病において、ポドサイトの傷害の後、尿細管傷害が続発するが、その過程において、megalinによるタンパク質の再吸収が関与する事を明らかにした。さらに、Angiotensin IIが腎臓病を増悪させるが、その機序を明らかにし、またAngiotensinの産生経路に新たな発見を得た。1.p21ノックアウト(KO)マウスを導入し、抗基底膜抗体を投与した。糸球体内に上皮細胞の増殖を認めた。これらではWT1の発現が減弱し、また一形質変換様所見もみられた。今後、これらの細胞の起源を同定する予定である。2.Dr.Koppよりpodocin-rtTAマウスの提供をうけ、IVFにより東海大学の動物実験施設CGHEDにコロニーを導入した。これらは、TRE-SV40Tと交配予定である。3.Nephrin-BMP4マウスを作製した。Podocyteの数は増えず、糸球体係蹄の形成不全を示した。4.VEGFの免疫染色を改善し、複数のpodocyte傷害モデルで共通してVEGFの低下が起こることを明らかにした。5.NEP25の糸球体内皮細胞傷害を可視化する方法を探索し、Flk-1が減弱する事を見いだした。6.制御可能なVEGF発現マウスの作製のため、TRE-VEGFマウスを作製した。7.Dr.Willnowより提供されたmegalin KOマウスの腎臓の電顕標本を観察した。Podocyteにはclathrin coated pitが少ない傾向が認められ、従ってpodocyteのendocytosisにもmegalinが関与する可能性が示された。8.megalin-loxPマウスと、ApoE-CreマウスをDr.Willnowより供与をうけ、IVFによりCGHEDにコロニーを導入した。これらは、Nephrin-CreやNEP25と交配される予定である。9.podocyte特異的AT1 KOマウスをNEP25と交配し、immunotoxinによる腎病変を解析した。AT1 KOによるpodocyteの保護効果は認められなかった。10.尿細管特異的AT1 KOマウスを作製した。基礎状態あるいは塩分制限下での血圧や塩分保持能力に正常AT1マウスとの差は認められなかった。1.p21ノックアウト(KO)マウスにおける抗基底膜抗体腎炎において、podocyteの形質転換を示唆するような糸球体上皮細胞の増殖を認めた。これらの細胞の起源がpodocyteであるかどうかを検定するために、p21 KOをNephrin-CreおよびROSA26loxPマウスと交配中である。2.podocin-rtTA/TRE-SV40Tダブルトランスジェニックマウスに短期間ドキシサイクリン(DOX)を投与すると、podocyte特異的にSV40T抗原が発現した。これらの細胞は、BrdUを取り込み、Ki67陽性、p57陰性で、WT1、synaptopodin、podocalyxinを正常に発現していて、多くは二核であった。すなわち、正常な分化状態を保ったpodocyteの増殖に成功したのである。DOXを2週間投与し、1週間中止後に解析すると、BrdU陽性podocyteの多くは単核で、核のみならず細胞質の分裂も起こっている事が示された。6週間以上DOX投与を続けると、糸球体硬化が発症した。3.NEP25マウスモデルにVEGFを投与して治療効果を検討した。LMB2投与後に認められた糸球体内皮細胞のFlk-1の減弱は、VEGFの投与によっては防止できなかった。podocin-rtTA/TRE-SV40Tダブルトランスジェニックマウスにドキシサイクリン(DOX)を投与すると、podocyteの増殖が起こった。増殖したpodocyteは正常な分化状態を示すものの、albuminの漏出を起こした。長期間のDOX投与により、podocyteの傷害が起こり、糸球体硬化症を起こした。以上の結果から、podocyteの傷害を起こさず数を増加させるには、短期間のDOX処理反復する事と、さらにロサルタンを同時投与により、albuminの漏出を軽減させる事が有効と思われた。そこで、ロサルタン投与下に、6回のDOX短期反復投与により、podocyte傷害を起こさないで、正常なpodocyteの数を有意に増加させる事に成功した。

megalin-loxP/ApeE-Cre/NEP25トリプルトランスジェニックマウスを作成し、少量のイムノトキシンLMB2を投与して、podocyte傷害を誘発させた。マウスは、非特異的蛋白尿を示した。LMB2投与2-3週間目で解析すると、軽度の尿細管傷害を示した。Megalin欠損尿細管細胞は、非欠損細胞に比べて、albuminの集積がなく、aquaporin 1の発現低下が少なく、MCP1の発現が少なかった。すなわち、megalinによる蛋白再吸収が、尿細管傷害の鍵となっている事が示された。AT1A-loxP/Nephrin-Creマウスのpodocyteで実際にAT1Aが欠失しているかどうか調べるために、同マウスをROSA-loxPマウスと交配し、triple transgenic miceから糸球体を単離し、SV40T発現retrovirusで形質転換し、podocyte株を樹立した。現在それらを、単クローン化しつつある。2.podocin-rtTA/TRE-SV40/NEP25マウスを作製した。少量(0.625ng/gBW)のLMB2を投与し、軽度のポドサイト傷害をおこし、7日後から4日間ドキシサイクリンを投与して、ポドサイトの増殖を誘導させた。podocin-rtTA/TRE-SV40/NEP25は、コントロールマウス(WT/TRE-SV40/NEP25)に比べ、より重いポドサイトの傷害を示した。この事は、少なくとも傷害の急性期には、ポドサイトの増殖を誘導するのは、有効な治療法とはなり得ない事を示した。4.AT1A-loxP/Nepbrin-Cre/ROSA-loxP/podocin-rtTA/TRE-SV40Tの5重トランスジェニックマウスを作製した。糸球体を単離し、ドキシサイクリン存在下に培養しSV40 T抗原は発現させ、ポドサイトを増殖させた。このマウスでは、ポドサイト細胞系列は、分化状態に関わらずLacZを発現するが、lacZ染色陽性によって同定されるポドサイトのクローンからDNAを抽出した。PCR解析の結果、ほとんどのクローンでAT1A遺伝子が欠失している事を証明した。この事により、AT1A-loxP/Nephrin-Creでは、ほとんどのポドサイトでAT1Aを欠損する事が示された。1.HIV-1感染症等でおこる虚脱型糸球体硬化症では、podocyteが増殖すると信じられてきた。podocyteを遺伝的に標識したp21ノックアウト(KO)マウスに虚脱型糸球体硬化症モデルを作製し、増殖細胞はpodocyteではない事を明らかにした。2.podocyteは通常生後に増殖しない。podocyteにSV40のT抗原を誘導可能なマウスを作成し、in vivoでpodocyteを強制的に増殖させた。Podocyteを持続的に増殖させると傷害されたが、短期間の増殖を繰り返す事により、傷害を起こす事なく約10%podocyteの数を増加させる事ができた。
小胞体タンパク質局在化に働くRer1タンパク質の分子シャペロン的役割

これまでに我々は,出芽酵母のゴルジ体膜タンパク質Rer1pが、ゴルジ体に誤って輸送されてきたSec12p,Sec71p,Sec63pなどといった一群の小胞体膜タンパク質を認識し,ゴルジ体から形成されるCOP I小胞を介して小胞体へと送り返す新たな分子選別装置の一つであることを示唆してきた.しかしながら,これまでのところ,Rer1pとSec12pなどとの直接的な相互作用は,両者が膜タンパク質であることもあって検出することができなかった.そこで,本年度はまず,Rer1pとSec12pの直接的な相互作用をクロスリンク法によって解析した.その結果,Rer1pがSec12pの膜貫通領域を特異的に認識し,結合することがはじめて明らかとなり,Rer1pが新たなタイプの分子シャペロンである可能性が示唆された.また一方で,Rer1pの生体内における動態をリアルタイムで解析するために,緑色蛍光タンパク質(GFP)をN末端に結合した融合タンパク質(GFP-Rer1p)を構築した.このGFP-Rer1pはRer1pとしての活性を保持しており,細胞内において酵母のゴルジ体に見られるようなドット上の構造体に局在していた.解析の結果,GFP-Rer1pは小胞体からのタンパク質輸送に欠損を持つsec変異株では速やかに小胞体に蓄積するようになることから,Rer1p自身もゴルジ体ー小胞体間をリサイクリングしていることが示唆された.また,Rer1pのゴルジ体局在化に必要な領域を探索したところ,C末端側の細胞質領域が重要であることが判明した.さらに,ゴルジ体から小胞体,ゴルジ体層板間における小胞輸送に働くCOP I複合体(COP I)がRer1pのC末端側の細胞質領域と相互作用すること,COP Iに欠損を持つ変異株ではGFP-Rer1pが液胞へと誤って輸送されてしまうことなどから,Rer1pのゴルジ体局在化と小胞体へのリサイクリングはCOP Iによって厳密に規定されていることが明らかとなった.これまでに我々は,出芽酵母のゴルジ体膜タンパク質Rer1pが、ゴルジ体に誤って輸送されてきたSec12p,Sec71p,Sec63pなどといった一群の小胞体膜タンパク質を認識し,ゴルジ体から形成されるCOP I小胞を介して小胞体へと送り返す新たな分子選別装置の一つであることを示唆してきた.しかしながら,これまでのところ,Rer1pとSec12pなどとの直接的な相互作用は,両者が膜タンパク質であることもあって検出することができなかった.そこで,本年度はまず,Rer1pとSec12pの直接的な相互作用をクロスリンク法によって解析した.その結果,Rer1pがSec12pの膜貫通領域を特異的に認識し,結合することがはじめて明らかとなり,Rer1pが新たなタイプの分子シャペロンである可能性が示唆された.また一方で,Rer1pの生体内における動態をリアルタイムで解析するために,緑色蛍光タンパク質(GFP)をN末端に結合した融合タンパク質(GFP-Rer1p)を構築した.このGFP-Rer1pはRer1pとしての活性を保持しており,細胞内において酵母のゴルジ体に見られるようなドット上の構造体に局在していた.解析の結果,GFP-Rer1pは小胞体からのタンパク質輸送に欠損を持つsec変異株では速やかに小胞体に蓄積するようになることから,Rer1p自身もゴルジ体ー小胞体間をリサイクリングしていることが示唆された.また,Rer1pのゴルジ体局在化に必要な領域を探索したところ,C末端側の細胞質領域が重要であることが判明した.さらに,ゴルジ体から小胞体,ゴルジ体層板間における小胞輸送に働くCOP I複合体(COP I)がRer1pのC末端側の細胞質領域と相互作用すること,COP Iに欠損を持つ変異株ではGFP-Rer1pが液胞へと誤って輸送されてしまうことなどから,Rer1pのゴルジ体局在化と小胞体へのリサイクリングはCOP Iによって厳密に規定されていることが明らかとなった.
肺上皮の集団運動のメカニズムとmorphogen gradient

肺の上皮の枝分かれ構造形成時のFGF10による細胞運動に関して、これまで蛍光ラベルしたFGFタンパク(FGF10-Alexa)を用いて細胞運動とFGF10の分布の関係を検証していた。しかし、このようなchemical labelされたタンパクがどこまで分解されずに残っているのか不明だったため、蛍光ラベルしたFGFが肺上皮に取り込まれたのちにFGF10, FGFR2, HSPGの免疫染色を行い、その共局在を観察した。現在のところ取り込まれた粒子とこれらのタンパクの共局在は見られておらず、ラベリング反応が本当にうまくいっているのか各所が得られていない。近日FCCSを行い、ラベルされていないタンパク質がどの程度存在するか計測する予定である。肺の枝分かれに関しては、最近になって幾つかの理論モデルが提案されてきているが、現在のところ一番重要な分子の実験的な計測に基づいたモデルはまだ存在しない。原理として提案されているのは1.FGF10にやる拡散律速成長2.SHH-FGFによるチューリングインスタビリティ3.肺の上皮の成長による座屈現象の3種類であるが、我々は1.の詳細を多少改変した、SHHによるFGF10の発現抑制から生じる界面不安定を用いたモデルを提唱している。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、肺の上皮の運動に関わるmorphogenの実体であるFGF10の可視化とその拡散動態について集中的に研究を行った.FGF10の可視化には、化学的にAlexa488を結合させた精製蛋白と、FGF10-EGFPfusionproteinの双方を用いた.FGF10-Alexaに関しては、生体内にヘパリンビーズを用いて投与し、局所的なソースからの拡散動態を観測した.これまではビーズ周辺10μm程度のごくわずかな領域にしか拡散しないと思われていたが、観察後の固定法を工夫することにより、実際にはもっと遠方まで届いて、上皮内に小胞として蓄積されていることがわかった.この小胞内の蓄積ではFGFR2蛋白と共局在しており、Alexa色素のみが分解されて蓄積しているのではないことが示唆されている.また、FGF10-EGFPについては、肺の器官培養系でelectroporation法を用いて導入し、拡散動態を観測する試みをしている.現在、導入効率を挙げるために条件を最適化している.肺の上皮の枝分かれ構造形成時のFGF10による細胞運動に関して、これまで蛍光ラベルしたFGFタンパク(FGF10-Alexa)を用いて細胞運動とFGF10の分布の関係を検証していた。本研究では肺の上皮の集団運動とmorphogenの拡散動態との関連を研究するのが主たる目的だが、そのうちのmorphogenの拡散動態に関して、実験的な道具が機能するようになって来た.今後これと細胞運動のライブの観察を組み合わせて当初の研究目的の達成につとめたい.前年度に確立したmorphogenの拡散動態を観測する実験的な道具と、肺の上皮の運動の器官培養系におけるライブイメージング、さらにERK signal inputを可視化するマウスとを組み合わせて、肺の上皮がどのような形態形成運動を起こすのか解明する.
マルチサイクル過渡故障に耐性を持つディジタルシステムの動作合成法

大規模集積回路(LSI)の微細化により,ソフトエラー(放射線衝突による一時的な誤り)の発生が無視できなくなっている.本研究では,LSIシステムに発生するソフトエラーのような過渡故障に耐性を持つ(内部の誤りを外に出さない)システムの合成法を提案する.提案法は,動作記述を入力として,一定時間継続する過渡故障に耐性を持つレジスタ転送レベル回路を出力する.出力される回路は機能的に3重化されている.データパス部では3つのユニット間で適切に演算器を共有し,さらに,その過渡故障耐性を利用してコントローラ部も耐過渡故障化させる.従来の一般的な耐故障設計法に比べてより小さい面積で実現可能である.本研究ではソフトエラーなどによる一時的な故障に対して耐性を持つディジタルシステムの高位合成法を提案する.平成24年度では,主にデータパス部のスケジューリングと演算器バインディングのアルゴリズムの設計を行った.具体的な成果は次のとおりである.なおここでは,過渡的な誤り継続期間をkサイクルと考えるとき,データパス部がk <= kcを満たす誤りを訂正可能なとき(k <= kdを満たす誤りを検出可能なとき),そのデータパスをkcサイクル訂正可能(kdサイクル検出可能)という.(1)演算器数の下界の導出:3重系のスケジュール済みデータパスにおいて,kcサイクル訂正可能/kdサイクル検出可能なデータパスを合成するために必要は演算器の個数(下界)を求めた.(2)演算器バインディングアルゴルズムの設計:上述(1)の演算器数の下界を利用した精度の高い演算器バインディングのためのヒューリスティックアルゴリズムを開発した.提案法は,誤り訂正(kc),検出(kd)の条件を同時に考慮したヒューリスティック尺度を用いるため,昨年度に開発したアルゴリズム(kcに関する最適性のみを考慮するヒューリスティック)に比べて,より小さい演算器数でバインディングでき,ほとんどの場合最小の演算器数でバインディング可能である.(3)誤り訂正条件を考慮したスケジューリングアルゴリズムの設計:上述(1)の下界の導出方法を応用し,与えられた訂正条件kcのもとでの演算器数最小を指向したフォースディレクテッドスケジューリングを開発した.具体的には,フォースディレクテッドスケジューリングにおける分散の計算に(1)の考えを応用した.提案法と上述(2)のバインディングアルゴルズムを組み合わせることで,未スケジュールのデータパスに対して演算器最小のデータパス合成が可能である.本研究では,一時的な故障(過渡故障)に耐性を持つディジタルシステムの高位合成法を提案する.近年の半導体技術の発展による微細化のために,複数サイクル継続するソフトエラーの発生が懸念されている.本研究ではそのようなエラーの原因をマルチサイクル過渡故障としてモデル化し,それに耐性を持つシステムの合成法の提案を目指している.最終年度の平成25年度では,主に2つの課題に取り組み,成果を得た.(1)誤り訂正・誤り検出可能なデータパスを指向したスケジューリングアルゴリズム:前年度に提案した「誤り訂正可能なデータパスを指向したスケジューリングアルゴリズム」をもとに,k_cサイクル故障による誤りを訂正するとともに,k_dサイクル故障による誤りを検出することを可能とするデータパスの合成において,リソース(演算器数)を最小にするためのスケジューリングアルゴリズムを提案した.(2)誤り訂正・誤り検出可能なコントローラの設計法:k_cサイクル故障訂正可能・k_dサイクル検出可能なコントローラの設計法を提案した.データパス部の耐過渡故障性(誤り訂正機構,誤り検出機構)を活用することで,コントローラ部の耐故障化のためのオーバーヘッドを最小化するものである.これらの手法は,先に提案したバインディングアルゴリズムと組み合わせることで,単純な3重化システムよりずっと小さいリソースで耐マルチサイクル過渡故障システムが実現できる.大規模集積回路(LSI)の微細化により,ソフトエラー(放射線衝突による一時的な誤り)の発生が無視できなくなっている.本研究では,LSIシステムに発生するソフトエラーのような過渡故障に耐性を持つ(内部の誤りを外に出さない)システムの合成法を提案する.提案法は,動作記述を入力として,一定時間継続する過渡故障に耐性を持つレジスタ転送レベル回路を出力する.出力される回路は機能的に3重化されている.データパス部では3つのユニット間で適切に演算器を共有し,さらに,その過渡故障耐性を利用してコントローラ部も耐過渡故障化させる.従来の一般的な耐故障設計法に比べてより小さい面積で実現可能である.本研究はソフトエラーなどの外的要因による一時的な故障に対して耐性を持つディジタルシステムの高位合成法を提案することを目的とする.設計の上流から一時故障に対する耐性を考慮し,また,永久故障(継続的に生じる不良)ではなく,ソフトエラーのような一時的な故障に着目することで,オンライン(ユーザがシステムを利用しているとき)の信頼性を安価に実現することができる.研究期間は3年とした.初年度である平成23年度はデータパス部のソフトエラー耐性に主眼を置いた.誤り検出訂正機能の実現として,機能的3重系システム(3つのユニットで同計算を実行し,比較と多数決で誤りを検出,訂正)を基本とした.主な成果は次のとおりである.(1) kサイクル故障の検出可能条件および訂正可能条件:複数のユニット間で演算器を共有することでシステム全体のリソースを削減できるが,不適切な共有はユニット間の同一誤りによる誤り見逃しの可能性がある.演算器における一時故障の期間をkサイクルとしたときの検出可能な共有条件,および,訂正可能な共有条件を明らかにした.(2) kdサイクル故障検出可能/kcサイクル故障訂正可能なデータパスのためのバインディングアルゴリズム:

(1)で示した条件に基づき,与えられたkc, kc (kc < = kd)に対して,kdサイクル故障検出可能/kcサイクル故障訂正可能なデータパスのための演算器バインディングのためのヒューリスティックアルゴリズムを提案した.(3)2重系システム(検出のみ)に対するスケジューリングアルゴリズム:3重系システム(訂正可能)のスケジューリングアルゴリズムの考察の準備として,2重系システムにおける演算器数最小化を指向したスケジューリングアルゴリズムを提案した.ほぼ計画どおりである.本研究課題の中でもっと大きな課題と予測していた,誤り訂正条件を考慮したスケジューリングのためのヒューリスティック尺度を導出できたことは大きい.そのヒューリスティック尺度には,まだ,誤り検出条件に関する尺度を反映できていないが,研究実績の概要で述べたとおり,誤り検出条件も踏まえたバインディングアルゴルズムとそれを見積もる下界の導出に成功しているため,その完成は近いと思われる.スケジューリングアルゴリズムの完成度を除いて,ほぼ予定どおりの成果を得ている.特に(1), (2)については実験的にも良い評価が得られており,本研究が提案するアプローチの有効性が示せた.予定していたスケジューリングアルゴリズムは,ヒューリスティックアルゴリズムを検討したものの効果の高いものとはいえないため,完成とはいえない.よってさらなる改良や新たな着眼点に基づくヒューリスティックの考案が継続課題である.一方で,(2)については,当初のアルゴリズムを改良し高速化を実現した.この高速化の考察過程で効果的なスケジューリングアルゴリズムのヒントを得ており,完成の見込みは高いことから,この評価とした.最終年度である平成25年度では当初の計画どおりの研究推進が可能であると思われる.具体的な課題は次のとおりである.・誤り検出条件(kd)を考慮したスケジューリングアルゴリズム・過渡故障に耐性を持つコントローラの設計法・ソフトエラー発生確率とエイリアス確率を考慮したより実用的な耐ソフトエラー高位合成法平成24年度では,当初の計画である耐一時故障コントローラの設計法の提案を目指すとともに,前述のとおり,昨年度からの継続課題としてのスケジューリングアルゴリズムの改良,提案を目指す.上述のとおり,効果的なスケジューリングアルゴリズムの完成が近いことから,今後もほぼ計画どおりに研究を進められると思われる.平成24年度の研究成果発表のうち一部を平成25年度に実施することとし,研究費の一部を繰り越している.その繰り越し分を利用して成果発表を行うとともに,最終年度として計画どおりの研究を実施し,研究費を適切に執行する.昨年度の目標達成が一部遅れたため,その成果報告等に要する経費が次年度に繰り越しとなった.その他は計画どおり執行可能の見込みである.
データ駆動型プロセッサの携帯機器向け応用に関する研究

本年度は、前年度までで用意したデータ駆動型プロセッサ評価ボードを用いて、実験を行うとともに、新しいシステムを提案した。内容は以下の通りである。実験環境を整備する目的で、制御用ノイマン型プロセッサへのリアルタイムモニタを実装した。データ駆動型プロセッサでは、ソフトウェア定義によるA/DやD/A変換器を提案し、ブレッドボード実装であるがソフトウェア定義A/D・D/A変換器の実験を行った。ノイマン型プロセッサ上のモニタを使ってそれらの実験するという形をとっており、ノイマン型プロセッサとデータ駆動型プロセッサの協調動作を試みた。そのような実験および結果について発表を行った。協調動作をノイマン型プロセッサから見てより自然な形となるようなしくみの提案も行った。これは、データ駆動型プロセッサのプログラムであるDFG(Data Flow Graph)の一部が、そこを流れるデータにより変形するというものである。DFGの中でパケットの流れを選択命令で決定するだけでは足りないような多くの選択肢があり、一方で選択肢はめったに変わらない(例えば状態変数で撰択される)ような場合、制御パケットを生成しそれでフローを書き換えるという方法がある。しかしそれはノイマン型のプログラムの自己書き換えに相当し問題が多い。一方で、ノイマン型の世界では関数へのポインタのような方法により、そのような遷移処理は容易に実現できる。そこで、DFGに(自己書き換え的にフローを変えるという意味で)変形能を持たせたい部分を、ノイマン型プロセッサで処理しようとするものである。異なる動作原理を持つプロセッサどおしを接続するこの提案は、国際会議で発表した。本年度の結果はハードウェアの研究とソフトウェアの研究に大きく分けることができる。まず、高知工科大学岩田研究室において開発されたDDMPプロセッサを利用し、単独動作可能な周辺インターフェースを追加して評価・開発用ボードを設計した。周辺インターフェースとしてはUSBを導入し、その制御には初期段階では通常のマイコンを使用する。消耗品費を充当して評価・開発用ボードを試作した。評価・開発用ボードには消耗品費充当により100万ゲート規模のFPGAを搭載し、周辺インターフェースの開発・計測を行う。制御機器への入出力に必須となるA/D変換やD/A変換のデータ駆動型プロセッサ向きの検討・設計を行い、さらにリアルタイム処理に向けた実験を行い評価した。PID制御というような回路をそのままデータ駆動型プロセッサでソフトウェア化するとき、その処理回路(ソフトウェア)の応答時間を測定した。次年度以降、コデザインではなくソフトウェア化した回路の合成へと発展させたい。つぎに、データ駆動型プロセッサ向けのプログラム開発環境を開発するためのツール類を開発する。開発機材として消耗品費を充当しパーソナルコンピュータを調達して、開発環境を開発する。本年度はパーソナルコンピュータとの通信環境の整備を行った。具体的には、i)評価・開発ボードへのUSBプロトコルスタックの実装、ii)パーソナルコンピュータ側のデバイスドライバ開発である。さらに、携帯機器で必要となる安全なデータの保存・復元に関する研究も行った。データを安全に保存するためには、物理的に異なった揚所に分散し保存すること、分散したデータの一部だけでは復元できないこと、全てではなく必要数の分散データを集めれば復元できること、という条件を満たした手法を検討・実装した。そのような手法としては(k, n)秘密分散法というものがあるが、その手法における分散保存は演算処理の多さから通常のプロセッサでは処理に時間がかかる。あるいは演算パワーを確保しようとすると消費電力が多くなる。そこで、本研究では、データ駆動型プロセッサを利用して演算処理を低消費電力なままで高速にする手法を検討し、データ駆動型プロセッサへの実装を行って評価した。携帯機器に使用されるマイクロコントローラでは電力消費の少なさや体積の小ささが重要になってくる。そこで、処理内容に着目するとアプリケーション寄りの情報処理と、GUIや通信などの制御、これら2つに大きく分けることができる。情報処理部分はマイクロコントローラの性能向上でソフトウェア化が進んでいるが、制御部分ではかなりの部分がソフトウェア化が進んでいるとはいえ、まだ専用ハードウェアを使用している部分が多い。例えば、PLLやA/D・D/A変換といったものは、オンチップで用意されるか外付けになるかにかかわらず、マイクロコントローラコアとは別の専用のハードウェア回路である。ソフトウェア化から取り残された回路ブロックが存在し続けている現状があるが、本研究ではマイクロコントローラコアのアーキテクチャに着目し、従来ではソフトウェア化されなかった部分をソフトウェア化する。まず、マイクロコントローラとしては自己同期型回路により実装されたデータ駆動型プロセッサを使用する。これは、全体の同期のためのクロックがないことから、自由な速度で動作させることができる、という性質がある。この性質により、最終的にはPLLやA/D・D/A変換をデータ駆動型プロセッサのソフトウェアにより実現する。本年度は、その予備実験として、DCモータのPID制御を例に、制御ループを(通常の実装例のような)クロック無しに実現し、アーキテクチャの変更によるソフトウェア化の見通しを得た。具体的には、PID制御は数式で表現できるので、データ駆動型プロセッサのソフトウェアであるフローグラフに変換して実装した。パケットの流れで処理がすすむため、時間軸は離散的となるので数式とは厳密には異なるが、フローグラフで処理する周期でもって入力をサンプリングし、出力を制御できた。最終年度は、この結果を受けて、サンプリング周期を自由に設定するためのPLLや、PLLフローグラフからのパケットを受けて動作するA/DやD/A変換ソフトウェアを実装し、有効性や精度と速度のトレードオフを計測する。本年度でも、A/D変換の部分は実装済みであるが、まだ測定ができてないため、次年度(最終年度)に周囲のソフトウェアとともに完成させる。