hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨軟部腫瘍における診断マーカーの同定と腫瘍概念の再構築を目指した融合遺伝子の探索

本研究提案では、骨軟部腫瘍ゲノムコンソーシアムの基盤を通じた試料・臨床情報収集と希少がんに対するRNA sequence解析を実施する。臨床検体の収集においては、新規参加機関の追加により25医療機関及び9研究施設に増加し、オールジャパンの解析体制を構築した。既に採取済みの臨床検体5000検体に加え、全体で年間5000例を超える手術症例について、前向きに正常及び腫瘍由来の検体の収集を進めている。また解析対象疾患を中心に臨床情報の入力を進めている。またコンソーシアム事務局を中心として、登録症例のデータベース化とプロトコールの統一化を実施した。また年に2回班会議を実施し、試料収集や研究進捗状況の報告、新規研究・共同研究の提案などを審議した。また事務局では、各医療機関との試料送付、凍結検体からの病理切片の作成と核酸の抽出・quality checkを実施した。また中央病理機関においては、凍結切片より作成したHE染色に基づき腫瘍細胞の含有率の測定を行った。また各施設から診断時に使用した病理標本を事務局経由で収集し、中央病理診断施設である駒込病院、九州大学へ送付し、診断の確定と解析対象症例の選択を実施した。解析対象症例を確定後、精製されたRNAを用いてRNA sequenceを実施した。明細胞肉腫、TGCT、ASPS、Desmoid、骨外性骨肉腫、2次性軟骨肉腫、粘液型脂肪肉腫については、H29年度までに約150例のRNA sequence解析が終了し、現在情報解析と疾患特異的融合遺伝子、予後関連遺伝子の探索を進めている。平成29年度は、新規3医療機関、1研究機関が参加し、25医療機関及び9研究施設に増加し、オールジャパンの解析体制を構築した。医療機関では既に採取済みの臨床検体5000検体に加え、全体で年間5000例を超える手術症例について、前向きに正常及び腫瘍由来の検体の収集を進めている。新規の4課題の提案が新たにあり、現在保有数調査結果を元に解析準備を進めている。また東京大学の骨軟部腫瘍ゲノムコンソーシアム事務局では、各医療機関との試料送付、凍結検体からの病理切片の作成と核酸の抽出・quality checkを実施した。また中央病理機関においては、腫瘍細胞の含有率の測定及び診断の確定と解析対象症例の選択を実施した。H29年度は、明細胞肉腫、TGCT、ASPS、Desmoid、骨外性骨肉腫、2次性軟骨肉腫、粘液型脂肪肉腫について、約70例のRNA sequence解析を実施した。これらの成果により、TGCTでは新規の融合遺伝子が同定された。平成30年度は、下記の1-6について実施する。1)検体の収集解析対象30疾患を中心に検体収集と臨床情報の入力を進める。2)事務局では、登録症例のデータベース化とプロトコールの統一化を実施する。また年に2回班会議を実施し、試料収集や研究進捗状況の報告、新規研究・共同研究の提案などを審議する。また各医療機関との試料送付、凍結検体からの病理切片の作成と核酸の抽出・quality checkを実施する。3)中央病理診断凍結切片より作成したHE染色に基づき腫瘍細胞の含有率の測定を行う。また各施設から診断時に使用した病理標本を事務局経由で収集し、中央病理診断施設にて診断の確定と解析対象症例の選択を実施する。4)骨軟部腫瘍に対する腫瘍特異的融合遺伝子の探索RNA sequenceを実施する。H30年度はOsteoid Osteoma, Osteoblastoma, Osteofibrous dysplasia, Adamantinoma, Granular cell tumor, Mammary type myofibroblastoma, Cellular angiofibroma, Epithelioid sarcoma, Ectopic hamartomatous thymoma, PEComaの10組織型について解析を実施する。5)腫瘍特異的融合遺伝子の機能解析同定された融合遺伝子については、FISHなどでの確認、臨床病理学的因子、予後、抗癌剤感受性との関連を検討する。また融合遺伝子を発現させることで細胞増殖への影響をin vivo, in vitroで検討する。6)情報公開と共同研究の推進整形外科関連・がん関連の学会・ホームページなどでコンソーシアムの活動を周知し、国内の医療機関のリクルートを進める。初年度にあたる平成28年度は実施計画に基づいて以下の研究を実施した。1)参加20医療機関における臨床検体の収集:コンソーシアムに参加する20医療機関において、新規手術症例に対する正常組織および腫瘍組織の検体収集を進めた。さらに、解析対象30疾患を中心に既存検体の保有数確認および臨床情報の整理を行った。2)コンソーシアム事務局を中心としたネットワーク構築と試料管理:コンソーシアム事務局が中心となり参加機関における倫理審査承認・更新を進めた。また平成28年7月16日と平成29年1月21日に班会議を実施し、試料収集や研究進捗状況の報告、新規研究・共同研究の提案などを審議した。また一部の組織型について各医療機関から事務局へ計386検体の試料(腫瘍組織:227、正常組織:159)を送付し、凍結検体からの病理切片の作成と核酸の抽出・評価を実施した。3)中央病理診断:2)で収集した凍結腫瘍検体73検体についてHE染色組織標本を作成し、腫瘍細胞の含有率の測定を行った。

また各施設から診断時に使用した病理標本を事務局経由で収集の上、中央病理診断施設にて診断の確定と解析対象症例の選択を実施した。4)骨軟部腫瘍に対する腫瘍特異的融合遺伝子の探索:2)によって精製されたRNAを用いて腫瘍組織138検体についてRNAシークエンスを実施し、高頻度に同定された融合遺伝子や治療標的分子については、同一検体での検証、独立検体での再現性の確認を進めた。5)腫瘍特異的融合遺伝子の機能解析:脱分化型脂肪肉腫について他施設の解析結果も用いたメタ解析を現在実施した。さらに臨床情報と突合した解析を実施し予後予測因子などについて検討をすすめた。6)情報公開と共同研究の推進:整形外科関連・がん関連の学会などでコンソーシアムの活動を周知した。国内の医療機関のリクルートを進め、新規に2医療機関の参加が得られた。参加20医療機関における臨床検体の新規収集については、各医療機関における新規症例の受診状況による部分が大きいが、全体としてみると骨軟部腫瘍の中でも特に希少な組織型も含めて収集が進んでいる。事務局を中心とした各医療機関・解析機関との連携として、年2回の班会議のほか個別に研究代表者、解析機関、事務局の間で打ち合わせも実施し、コンソーシアム内のネットワーク充実を図った。ゲノム解析の対象とした8組織型(明細胞肉腫、胞巣状軟部肉腫、二次性軟骨肉腫、骨外性骨肉腫、デスモイド、腱滑膜巨細胞腫、fibroma of tendonsheeth、desmoplastic fibroblastoma)について227症例の腫瘍組織検体を収集した。このうち正常組織と共に収集できた症例を中心に計100例を超える腫瘍組織を用いて中央病理診断機関での組織学的評価を進めると共にRNAシークエンス解析を完了した。さらにデータ解析を進め、2次解析として融合遺伝子解析、遺伝子発現解析を行った。一部の組織型においては複数検体で共通の融合遺伝子を同定しており、これに対して現在、検証解析を進めると共に機能解析を進めている。また、先行して解析を進めている脱分化型脂肪肉腫においてはメタ解析として121症例の解析を実施中であり、予後との関連を示す遺伝子異常も同定した。約30%の頻度で見られる新規融合遺伝子も明らかとしている。コンソーシアムの活動を周知するため、国際学会(The 11th Meeting of The Asia Pacific Musculoskeletal Tumour Society、2016 Connective Tissue Oncology Society Annual Meeting)・国内学会(第49回日本整形外科学会骨軟部腫瘍学術集会、第75回日本癌学会学術総会)での報告を行った。本研究提案では、骨軟部腫瘍ゲノムコンソーシアムの基盤を通じた試料・臨床情報収集と希少がんに対するRNA sequence解析を実施する。臨床検体の収集においては、新規参加機関の追加により25医療機関及び9研究施設に増加し、オールジャパンの解析体制を構築した。
アストロサイト特異的アデノウイルス発現ベクターによる脳腫瘍遺伝子治療の基礎的研究

現在臨床段階で最も多く検討されている脳腫瘍の遺伝子治療はHSV-tk geneを自殺遺伝子として脳腫瘍細胞に導入し,ganciclovir (GCV)を投与して抗腫瘍効果を導くものであるが、腫瘍細胞のみならず、腫瘍細胞周囲の健常な脳組織まで死滅し、薬物効果による非選択的な障害はさけられなかった。そのためにはウイルス増殖過程では目的遺伝子の発現が抑えられ、標的細胞に感染させた時に初めて、発現する厳密な発現制御系を用いることが必要である。これらの問題解決のためにアストロサイト特異的プロモーターを使用し、近年新たに開発されたCreリコンビナーゼとその認識配列であるloxPを用いた発現制御系を使用し脳腫瘍の遺伝子治療効果について検討することを目的とし、ラットC6グリオーマモデルを用い本実験を行った。このシステムではCAGプロモーターと、目的遺伝子HSV-tk間のスタッファー領域は、polyAシグナルのためsilent formとして、目的遺伝子は発現せず、GFAPプロモーターを有するCreリコンビナーゼをコードしている制御ウイルスを共感染させることにより、loxP配列が切り出され、目的遺伝子であるHSV-tkの発現が生じ、アストロサイト由来の悪性グリオーマに特異的に抗腫瘍効果を期待することができる。結果、腫瘍細胞への感染はウイルスの濃度依存性に増大し、種々の細胞間での比較検討の結果ウイルスとGCV両者の投与で、C6 gliomaにのみ特異的に細胞の殺傷効果が認められた。ヌードマウス皮下投与実験ではウイルスとGCV両者の投与群でのみ腫瘍サイズの縮小化が観察された。脳内に作製された腫瘍へのアデノウイルスベクターとGCVの投与群治療群では治療開始後40日で、腫瘍細胞の完全な消失嚢胞化を認め、生存率も増加し、この新しく開発されたシステムの有効性が確認された。現在臨床段階で最も多く検討されている脳腫瘍の遺伝子治療はHSV-tk geneを自殺遺伝子として脳腫瘍細胞に導入し、ganciclovir (GCV)を投与して抗腫瘍効果を導くものであるが、腫瘍細胞のみならず、腫瘍細胞周囲の健常な脳組織まで死滅し、薬物効果による非選択的な障害はさけられなかった。このシステムではCAGプロモーターと、目的遺伝子HSV-tk間のスタッファー領域は、polyAシグナルのためsilent formとして、目的遺伝子は発現せず、GFAPプロモーターを有するCreリコンビナーゼをコードしている制御ウイルスを共感染させることにより、loxP配列が切り出され、目的遺伝子であるHSV-tkの発現が生じ、アストロサイト由来の悪性グリオーマに特異的に抗腫瘍効果を期待することができる(LGL群)。さらに、悪性グリオーマに対しては抗腫瘍効果を、周囲の神経組織に対しては保護効果を期待する目的で、loxP間に神経細胞保護効果のあるBDNFを挿入したスタッファー配列を有するsilent formを作製し実験に供した(LBL群)。結果、アデノウイルスベクター治療群では治療開始後40日で、腫瘍細胞の完全な消失嚢胞化を認め、この新しく開発されたシステムの有効性が確認された。また、生存率曲線のグラフの解析からは、LBL群の方がLGL群に比較して生存効果が大であることが確認された。

悪性グリオーマは現在行われている手術療法・放射線療法・化学療法・免疫療法等によってもなお満足できる予後は得られていない。その為,悪性gliomaにおける遺伝子治療に注目が集まっている。現在臨床段階で最も多く検討されている遺伝子治療は,herpes simplex virus thymidine kinase(HSV-tk)geneを自殺遺伝子として脳腫瘍細胞に導入した後,ganciclovir(GCV)を投与して抗腫瘍効果を導くものである.しかしながら、これまでの方法では腫瘍細胞のみならず、腫瘍細胞周囲の健常な脳組織まで、薬物効果による障害はさけられなかった。そのためにはウイルス増殖の過程では目的遺伝子の発現が抑えられ、標的細胞に感染させた時に初めて、発現するような厳密な発現制御系を用いることが必要である。これらの問題解決のために本実験では近年新たに開発されたCreリコンビナーゼとその認識配列であるloxPを用いた発現制御系を使用した。このシステムではCAGプロモーターと、目的遺伝子HSV-tk間にはスタッファー領域が挿入されており、スタッファー内に存在するpolyAシグナルのためこの状態ではsilent formとして、目的遺伝子は発現せず、GFAPプロモーターを有するCreリコンビナーゼをコードしている制御ウイルスを共感染させることにより、loxP配列が切り出され、標的ウイルスはexpression formへと変換し、目的遺伝子であるHSV-tkの発現が生じ、アストロサイト由来の悪性グリオーマに特異的に抗腫瘍効果を期待するものである。GCVの特異性を培養細胞で検討した結果、C6 glioma特異的な細胞殺効果がGCV濃度依存的に観察された。ヌードマウスを用い皮下へのC6 glioma作製後adenovirus vecter、続くGCV投与の結果、腫瘍サイズの著明な抑制効果が認められた。またラット脳内に作製されたC6 gliomaに2種類のadenovirus vecter、続くGCV投与の結果、60日後には腫瘍は完全消失していた。Cre-loxP発現制御システムを用いた新しいアデノウイルスベクターによる実験的ラット悪性グリオー治療の結果、腫瘍細胞の完全な消失を認め、この新しく開発された、システムの有効性が認められた。
Signaling効果を応用した日本語科学技術文献読解支援データベースの開発

本研究では心理学実験による検討とSignalingのデータベース開発を行った。Signalingの有無、差異によって説明文と専門文献の構造の把握と理解の度合についてどのように異なるか、実験を行った結果、外国人の説明文読解にはSignalingそのものの効果は見られなかったが、専門文献において専門語の知識の他にSignlaing効果が有意な差で見られた。このSignalingをカテゴリ分けし、論文に使われるSignalingデータベースを開発した。科学技術Signalingのデータベースを利用し、論文のテキストを自動解析し、論文カテゴリを抽出する装置の開発の可能性が生まれた。科学技術論文のプレーンテキストを入力することによって自動的に科学技術文献Signalingデータベースからの知識を用いて文章を解析するシステムである。これを元に次の研究において専門文献読解支援システムの開発を目指すことができよう。
至る所ｇｏｏｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎをもつ楕円曲線について

本研究では、代数体上の楕円曲線と保型形式との間の対応関係を見出すことを念頭におき、小さいコンダクターをもつ楕円曲線の考察から出発して、対応するであろう小さいレベルをもつ保型形式の構成を目指している。交付申請時には具体的な研究内容として次を挙げた。1.至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定手法の構築とその実装、2.代数体上で解をもつ単数方程式と、それに対応する至る所good reductionをもつ楕円曲線の構成、3.至る所good reductionをもつ楕円曲線に対応する保型形式の考察。前年度、1の至る所good reductionをもつ代数体上の楕円曲線の決定アルゴリズムを構築した。本年度は、そのアルゴリズムを与えられた素数の有限集合でのみbad reductionをもつことも許した楕円曲線の決定アルゴリズムに拡張した。また、アルゴリズムの議論を整理することで、至る所good reductionをもつ楕円曲線決定のプログラムを書き直し、このプログラムを用いて、多くの具体例を得ることに成功した。2については、前年度構成した単数方程式の解から得られる至る所good reductionをもつ楕円曲線の無限族に、Tateによる具体例の構成のアイデアを元にして新たに得られた無限族を加え、論文としてまとめることができた。3の楕円曲線に対応する保型形式については、成果と呼べる段階には達していないが、新たなプログラムで得られた楕円曲線に対応する保型形式の実例計算を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度実施した研究では、与えられた代数体上で一番小さいコンダクターをもつ、つまり、至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定アルゴリズムを構築した。また、アルゴリズムに対応させる形でプログラムを作成中である。そして、アルゴリズムの鍵となる楕円曲線と単数方程式の解との対応を応用して、至る所good reductionをもつ楕円曲線で、定義体とj不変量の次数が等しいものを次数ごとに無限族として与えた。至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定アルゴリズムの一つとして、Cremona-Linghamによるものがある。彼らは、楕円曲線を探索する問題を、代数体上のある楕円曲線の整数点を求めることに帰着させているため、至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定には、全ての整数点が必要になる。しかし、一般の代数体上の楕円曲線の整数点を全て求める事はそれ自体が難しい問題であり、任意の体で計算できるわけではない。一方我々は、至る所good reductionをもつ楕円曲線を求める問題を、いくつかの代数体上の一次方程式の単数解を求める問題に帰着させた。一次方程式の単数解を求める計算も任意の代数体でできるわけではないが、一次方程式が定義される代数体の単数群のランクがある程度小さければ計算可能である。例えば、Magmaではランクが10以下の体について、全ての単数解を返すコマンドが用意されており、それを用いたプログラムを作成中であるが、全ての至る所good reductionをもつ楕円曲線を返すものになっており、2次や3次体であれば計算可能な範囲に収まるものが多い。当初の本年度の計画は、第一に、至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定アルゴリズムを構築し、アルゴリズムに沿ったプログラムを作成すること、第二に、ほとんどの円分体上で存在が知られているexceptional unitと呼ばれる単数から構成される楕円曲線のreductionを考察することであった。これに対して、「9.研究実績の概要」で述べたように、至る所good reductionをもつ楕円曲線の決定アルゴリズムは完成させており、プログラムは作成中である。Exceptional unitから構成される円分体上の楕円曲線については、ほとんど手が付けられなかったので、次年度の課題としたい。また、計画にはなかったが、至る所good reductionをもつ楕円曲線の無限族についての結果を、決定アルゴリズムの研究の中で副産物的に得ることができた。以上の事から、本研究はおおむね順調に進展していると言える。

今後は、作成中のプログラムを完成させ、そのプログラムを用い実例計算を行う。多くの新たな至る所good reductionをもつ楕円曲線の具体例が与えられることが期待されるので、得られた楕円曲線のデータから、対応する保型形式を考察する計画である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
巾零幾何と巾零解析の展開Ⅱ

巾零幾何と巾零解析を展開していく中でその理論を基礎にして「線形微分方程式に対するKlein-Cartanプログラム」を構想し,その理論構築を進めてきた.そして現在それは「幾何(内在的幾何と外在的幾何)と微分方程式(線形と非線形)に対するKlein-Cartanプログラム」へとさらに拡大しより統一的な理論へと発展しつつある.これまでの研究によって次の理論を得ている:階数付きリー代数gの階数付きベクトル空間Vへの表現(g,V)に対して,一方では積分可能な線形偏微分方程式系の族ID(g,V)が,他方では,Vに付随して決まる旗多様体Flag(V)の部分多様体の族SM(g,V)が定まり,両者の間には圏同型対応がある.さらに,(g,V)が単純既約の時には,ID(g,V) (またはSM(g,V))の元の不変量を決定するアルゴリズムが構成され,不変量の在処は(g,V)から一定の方法で定義されるコホモロジー群H1+である.今年度はこの理論を具体的な場合に適応し詳しく調べた.特に,興味深い例として(g,V)が(1) sl(3)とその随伴表現, (2) sp(4)とその随伴表現(so(2,3)とその随伴表現),の場合に鍵となるコホモロジー群H1+を表現論の方法(ウェイト図形,Kostantの理論など)を用いて決定した.そしてその幾何学的意味を探った.岩波書店からの出版が計画されている本「倉西正武の数学」への寄稿原稿として「微分方程式の流れと幾何の光」を9月に書き上げた.この執筆の過程で微分方程式の歴史を幾何学の目から振り返り整理した.そして特に,微分方程式系に対する倉西の延長定理を巾零解析の枠組みにおいてフィルター付き多様体上の微分方程式系の延長定理へと拡張した.フイルター付き多様体上の微分方程式系についての我々の一連の研究,特に最近のKlein Cartan programmeについて,東京,大阪,ポツダムでの国際的なセミナーや研究集会で講演,議論し,理論の広がりを図った.これまで巾零幾何と巾零解析を展開してきたが,これを基に今年度は,線形偏微分方程式系に対するKlein-Cartanプログラムを中心に研究を進めた.このプログラムは,まず偏微分方程式系の「元素」となるべきもの(我々の言葉では,Kleinモデル)は何かを明らかにし,それら元素たちを分類しその特性を調べること.続いて,一つの元素の近隣にはその変型(Cartan変型)が沢山住んでいるが,その変型の族がどのようになっているかを調べること,そして微分方程式系の元素への分解と元素からの合成について,そのメカニズムを明らかにすること,そしてこれらの知見を微分方程式に関わる様々な問題に応用することである.一方,線形偏微分方程式系は旗多様体の部分多様体と深くつながっており,線形偏微分方程式系に対するKlein-Cartanプログラムは旗多様体での外在幾何に対するKlein-Cartanプログラムに逐一対応し,外在幾何に関わるこれまでの様々な数多くの研究に統一的な視点を与えるものであり,幾何学的にも極めて重要な意味を持つ.研究代表者はB. Doubrov,待田芳徳との共同研究を通じてKlein-Cartanプログラムの主要な骨格のいくつかを構築してきた.この大きなプログラムの完遂は容易ではないが,今年度は,特に,1)低次元の単純リー環からなるKleinモデルのCartan変型のモデユライについて詳しく調べた.2)外在幾何の構造方程式を考察し,ガウスの大定理の一般化の方向を示し,さらに均質な部分多様体の分類問題を考察した.3)巾零幾何の方法を応用してサブリーマン幾何のいろいろな問題を考察した.フランス,ノルウエー,チェコ,韓国での講演,講義,討論等を通じ巾零幾何・巾零解析の考えを広め,諸外国の研究者,特に若い研究者にこれからの課題や問題を提供した.巾零幾何と巾零解析を展開していく中でその理論を基礎にして「線形微分方程式に対するKlein-Cartanプログラム」を構想し,その理論構築を進めてきた.そして現在それは「幾何(内在的幾何と外在的幾何)と微分方程式(線形と非線形)に対するKlein-Cartanプログラム」へとさらに拡大しより統一的な理論へと発展しつつある.Boris Doubrovと待田芳徳との共同研究により次の成果を得た。階数付きリー環gの階数付きベクトル空間Vへの表現(g,V)に対して,一方では積分可能な線形偏微分方程式系の族ID(g,V)が、他方ではVに付随して決まる旗多様体Flag(V)の部分多様体の族SM(g,V)が定まり、両者の間に圏同型対応がある。さらに、(g,V)が単純既約の時、ID(g,V) (またはSM(g,M))の元の不変量を決定するアルゴリズムが、拡大された動標構の方法と代数的調和積分論を用いて、構成され、不変量の在処は(g,V)から定まるコホモロジー群H1+であることが判明する。さらにまた、コホモロジー群H1+は多くの場合消滅するが、これが非自明となるような(g,V)が分類決定される。これらの成果は、2011年9月オーストラリア国立大学キャンベラでの国際研究集会The Geometry of Differential Equationsでの研究代表者による招待講演において、巾零解析に関する一連の研究成果とともに、発表紹介された。現在、上述の成果をDoubrovと待田との共著論文として纏める作業を進めており、Linear differential equations on filteredmanifolds and extrinsic

geometry in flag varietiesとしてほぼ書き上げたが、細部の詳述や推敲、いくつかの具体例への応用などまだ作業が残っている。これらの成果は、リー環の表現と有限型の線形偏微分方程式系と旗多様体における外在的幾何の関係を一般的な視点から明らかにするものであり基本的で重要な仕事であると思われる。また、この理論は様々な具体例を見出し構成する方法を与えており、それら具体例における詳細な研究から次の発展が期待される。これまで巾零幾何・巾零解析を提唱し展開してきたが,本研究期間全体を通じて,この視点から微分方程式の幾何学的・群論的研究を進め,その研究方向をKlein-Cartan programと定式化し,その骨格をBoris Doubrov,待田芳徳との共同研究を通して確証してきた.即ち,有階リー代数gと有階g加群Vの組(g,V)に対して典型となる微分方程式系が定まり,その変型全体のなす族D(g,V)が定義される.微分方程式系のD(g,V)への分解と合成,そして各D(g,V)の詳細な研究を通して微分方程式系を系統的に解明しようというのがKlein-Cartan programである.積分可能な線形変型全体IntLinD(g,V)は(g,V)型の部分多様体の外在的幾何と圏同型であり,このprogramは,外在的幾何の研究にも系統的な視点と方法を与えるものである.特に,gが単純リー代数でVがその既約表現の時,IntLinD(g,V)に属する微分方程式系の不変量を求める方法を与え,不変量はコホモロジー群H(g_,g')に値をとることを示し,さらにそのコホモロジー群はルート系を用いて計算できることを示した.その応用として部分多様体に関する様々な剛性定理が統一的に得られる.単純既約な組(g,V)だけでも多様な世界を成している.今年度は,それらの中で次元が小さく非自明なものについて,特に,微分方程式系の線形と非線形の関係,幾何構造の外在的幾何と内在的幾何の関係に焦点を当て,詳しく研究した.そこにガウスの大定理を一般化する深い関係が秘められていることを示唆するいくつかの結果を得たが,十分な解明にはまだ至っていない.幾何学共著論文の脱稿が予定より遅れている.原稿は一応出来上がっているが,まだ整理推敲の仕事が残っており,また関連して調べたり考えたりしたい問題がいろいろあり,関心はともすると論文の完成のための仕事よりもそちらの問題の方に向かいがちになる.また原稿「微分方程式の流れと幾何の光」の執筆ために夏から秋にかけての数ヶ月をこの仕事で忙殺された.このため共著論文の完成が少し遅れている.本研究の目指しているところは,他の研究に例がなく,広い範囲にわたる.そのため様々な試みや考察に追われ,それらを収束させ論文として纏め上げる作業が,当初予定していたよりやや遅れている.目標としていた第3理論はおおむね順調に構築展開されてきており、論文も、完成までには至っていないが、大筋はできている。出来るだけはやく共著論文を完成させ,モノグラフの執筆に集中したい.一方,次の研究活動も進めねばならないと考えている.1.第2次世界大戦後,世界の数学は大きく変動発展した.近年,高齢の数学者がだんだん世を去り,1950年代の数学の証人が少なくなってきた.
原爆への科学技術的認識を育てるVR教材の開発と遠隔授業実践

本研究では,原爆への科学技術的認識を育てることを意図したVR(Virtual Reality)技術を活用した学習環境を構築し,それを用いた遠隔授業実践を行うことを目的として研究を行った。その結果,携帯端末との連携を図るVR学習環境及び,それを遠隔地から操作するとともにテレビ会議映像の立体視伝送を行う環境を開発することができた。そして,これらの環境を用いた授業実践を行い効果を確認するとともに,今後の課題を把握することができた。本研究は、原爆に関するバーチャルリアリティ(以下、VR)教材「バーチャル浦上」を開発して遠隔授業を実践し、原爆の悲惨さと原爆への科学技術的認識を育て深めることを目的としている。そのために、平成19年度は以下の研究を行った。原爆VR教材の開発:設計指針にしたがって教材としての設計を行い、爆心地から浦上天主堂へ続く道路を中心とした仮想空間CGの構築と、その空間内に埋め込む科学技術的学習情報の収集を行った。遠隔地伝送ツールの開発:ハイビジョン品質映像による遠隔対話用ツールと、遠隔授業に用いるVR教材伝送用ツールの構想具体化及び開発を開始した。遠隔対話用ツールは左右映像の同期が問題となるが、まずは意図的な同期を行わないでどの程度の表示が可能かを調べた。これにより、映像同期の機能を実装するための基礎データが得られた。学校用スクリーンシステムの開発:普通教室で使用可能なVR映像提示のための学校用スクリーンシステムの開発を開始した。これは、U字形状のシステムであり、長崎大学保有のV字形状システムに比べて液晶プロジェクタやPCが半分で済むため、有用である。遠隔授業実践のための映像編集実験の実施:対話用の遠隔地伝送ツールでの伝送時に、字幕や他のPC画像等を効果的にかつリアルタイムで取り込むための映像編集実験を開始した。これにより、CGによるVR映像に実写映像をクロマキ合成することが可能となり、効果的な情報提示が可能となる。本研究は,原爆に関するバーチャルリアリティ(以下,VR)教材「バーチャル浦上」を開発して遠隔授業を実践し,原爆の悲惨さと原爆への科学技術的認識を育て深めることを目的としている。そのために,平成20年度は以下の研究を行った。原爆VR教材の開発:設計指針にしたがった教材の開発について,爆心地を中心に半径1km程度の範囲の仮想空間CGの構築と,その空間内に埋め込む科学技術的学習情報の収集を継続した。遠隔地伝送ツールの開発:ハイビジョン品質映像による遠隔対話用ツールと,遠隔授業に用いるVR教材伝送用ツールの構想具体化及び開発を継続した。遠隔対話用ツールは左右映像の同期が問題となるが,まずはネットワーク上の負荷が小さい状態での伝送実験を行った。学校用スクリーンシステムの開発:普通教室で使用可能なVR映像提示のための学校用スクリーンシステムの開発を継続した。遠隔授業実践のための映像編集実験の実施:対話用の遠隔地伝送ツールでの伝送時に,字幕や他のPC画像等を効果的にかつリアルタイムで取り込むための映像編集実験を継続した。これにより,CGによるVR映像に実写映像をクロマキ合成することが可能となり,効果的な情報提示が可能となる。そのために,平成21年度は以下の研究を行った。原爆VR教材の開発:爆心地を中心に半径1km程度の範囲の仮想空間3DCGの構築と,その空間内に埋め込む科学技術的学習情報の収集を完了した。仮想空間としては被爆直後の街並みに加えて,現在の街並みも対象とした。遠隔地伝送ツールの開発:遠隔対話用ツールの選定と,VR教材伝送用ツールの開発を完了した。遠隔対話用ツールは,ハイビジョン品質の映像伝送を可能とするツール(Day-Connect)を用いることとした。VR教材伝送用ツールは,VR教材映像の信号変換の問題から,VR教材を遠隔地から制御する方式に変更し,開発を完了した。学校用スクリーンシステムの開発:普通教室で使用可能なスクリーンシステムの開発を完了した。スクリーンサイズは教室内に収容可能で,かつ極力大きいサイズの100インチとし,視認性に優れる3D用の透過型ソフトタイプスクリーンー面を用いることとした。遠隔授業実践のための映像編集実験の実施:遠隔対話用ツールでの伝送時に,字幕や他のPC画像等をリアルタイムで取り込むための映像編集実験を完了した。これにより,CGによるVR映像に実写映像をクロマキ合成することが可能となり,効果的な情報提示が可能となった。授業実践では,開発した原爆VR教材を用いて,中学生を対象とした授業実践を行った。また,原爆VR教材と伝送ツール等を用いた遠隔VR実験授業を,長崎大学-広島大学間で行った。
水系ラジカル反応を指向した水溶性ポリシラン化合物の創製

有機合成化学において極めて重要なラジカル反応の特性を活かすため、新規水溶性有機シラン化合物の設計と合成、および含水系でのラジカル反応性を検討してきた。その結果、エーテル側鎖を有する水溶性ジアリールシランおよびトリアリールシランが、ハロゲン基を有する基質を含水系で効率良く還元することが分かった。また、同様にエーテル側鎖を有する水溶性テトラキス(トリアルキルシリル)シランは含窒素芳香族化合物の含水系でのアルキル化に効率良く作用することが分かった。このことは、これら新規水溶性シラン化合物を用いることにより、水系での基質の官能基変換や置換反応を遂行できることを示唆するものであり、正にラジカル反応の特性を活かした反応に成りえることが分かった。この事実は学問的にも意義深いばかりでなく環境的にも重要なことである。以上の知見については、現在、論文を作成中である。今後、有機シラン化合物の更なる水溶性の向上を達成するとともに反応用途の拡大を検討して行く。
スクイーズ膜効果を用いたアクティブエアスピンドルの研究

数値解析表記アクティブエアスピンドルの設計および予備実験を行う前に,スピンドルのローターを支持する振動パッドの面積・振動振幅・周波数・負荷・ロータ浮上量の関係について数値解析を行った.これにより能動制御に最適な応答が得られる各種パラメータを決定し,本軸受けの重要な設計指針とする.まず,2円盤間のスクイーズフィルム現象を考え,スクイーズ面の両面が剛体面である場合について解析した.圧力,変形ともに軸対称とし,無次元化したレイノルズの式および浮上物体の運動方程式より,圧力分布,膜厚分布,浮上物体の振動振幅,負荷の影響等を計算した.実験上記パッドを圧電アクチュエータで高周波駆動し,適当な質量を持つ浮上物体を浮上させる装置を試作した.パッドの面積・振動振幅・周波数・負荷・浮上量の関係について調査した.その結果,振動振幅を増加させるにつれて浮上量は増加するが,振動周波数には最適周波数が有ることなどがわかった.また浮上物体の振動振幅は小さい方が良いが,加振周波数を上げるにつれて,振幅は小さくなることなどが確認できた.さらに振動パッドの平均振動位置を制御することにより,浮上物体の変位を制御できることを確認した.これによりエアスピンドルのロータ位置・姿勢を能動的に制御出来ることが実証された.今後の課題として,より高い振動周波数でパッドを振動させるため,圧電アクチュエータを駆動する増幅器の改良を行う必要がある.数値解析表記アクティブエアスピンドルの設計および予備実験を行う前に,スピンドルのローターを支持する振動パッドの面積・振動振幅・周波数・負荷・ロータ浮上量の関係について数値解析を行った.これにより能動制御に最適な応答が得られる各種パラメータを決定し,本軸受けの重要な設計指針とする.まず,2円盤間のスクイーズフィルム現象を考え,スクイーズ面の両面が剛体面である場合について解析した.圧力,変形ともに軸対称とし,無次元化したレイノルズの式および浮上物体の運動方程式より,圧力分布,膜厚分布,浮上物体の振動振幅,負荷の影響等を計算した.実験上記パッドを圧電アクチュエータで高周波駆動し,適当な質量を持つ浮上物体を浮上させる装置を試作した.パッドの面積・振動振幅・周波数・負荷・浮上量の関係について調査した.その結果,振動振幅を増加させるにつれて浮上量は増加するが,振動周波数には最適周波数が有ることなどがわかった.また浮上物体の振動振幅は小さい方が良いが,加振周波数を上げるにつれて,振幅は小さくなることなどが確認できた.さらに振動パッドの平均振動位置を制御することにより,浮上物体の変位を制御できることを確認した.これによりエアスピンドルのロータ位置・姿勢を能動的に制御出来ることが実証された.今後の課題として,より高い振動周波数でパッドを振動させるため,圧電アクチュエータを駆動する増幅器の改良を行う必要がある.
昆虫の薬剤抵抗性に関する分子生物学的研究

アブラナ科作物の世界的害虫であるコナガの各種殺虫剤に対する抵抗性機構について解析を行った。本年度はベンゾイルフェニル尿素(BPU)に対する抵抗性に関わっている可能性があるキチン合成酵素(CHS)遺伝子の解析を行った。BPUは昆虫成育制御剤(IGR)の一種で、昆虫のキチン合成を阻害する。BPUの作用機構としてUDP-N-アセチル-D-グルコサミンのキチン合成の場への輸送阻害が考えられてきたが、最近蚊においてBPUの一種であるジフルベンズロンはCHS遺伝子の転写に影響を及ぼすことが報告された。コナガでも同様の現象が起こっているかどうかを検証するために、CHS遺伝子のクローニングを試みた。既知の配列をもとに縮重プライマーを合成し、PCRを行いCHS遺伝子断片のクローニングを行った。さらに5'および3'RACEを行い、全塩基配列を決定した。得られたCHS遺伝子はCHS1タイプの遺伝子で、4,701塩基対のORFには179kDaのタンパク質がコードされていた。また、コナガのCHS遺伝子は、オルタナティブ・スプライシングにより、2種類のmRNAを産生していることが明らかとなった。BPUの一種であるクロルフルアズロンおよびジフルベンズロンをコナガに処理し、CHS遺伝子に及ぼす影響を調べたが、転写レベルに変化は認められなかった。以上の結果より、コナガにおけるBPUの作用機構は蚊とは異なっていることが示唆された。殺虫剤散布後に害虫個体数が増加する現象は「リサージェンス」と呼ばれている。昨年度は、メチオニンリッチタイプの貯蔵タンパク質遺伝子がコナガのリサージェンスに関与している可能性を示唆した。本年度は2種類のアリルフォリンタイプの貯蔵タンパク質遺伝子のクローニングを行い、殺虫剤処理が遺伝子発現に及ぼす影響を調べた。その結果、これらの遺伝子の発現は殺虫剤処理による影響を受けず、リサージェンスには関連していないことが示唆された。コナガはアブラナ科作物の世界的大害虫である。コナガでは殺虫剤散布後に個体数が激増する,「リサージェンス」と呼ばれる現象が報告されている.殺虫剤による内分泌学的な変化もその一因といわれているが、その分子機構に関する知見は全く存在しない。本年度は、コナガの卵発育への利用が示唆されている貯蔵タンパク質遺伝子のクローニングを行った。塩基配列決定の結果、クローニングされた遺伝子はメチオニンリッチタイプの貯蔵タンパク質をコードしていることが明らかとなった。サザンブロット解析の結果、貯蔵タンパク質遺伝子はコナガのゲノムに複数コピー存在していることが明らかとなった。貯蔵タンパク質遺伝子の発現は、ノーザンブロット解析の結果、4齢幼虫で最も高まることが明らかとなった。また、4齢幼虫における発現レベルは雄よりも雌で高かった。現在、殺虫剤処理が貯蔵タンパク質遺伝子の発現に及ぼす影響について解析中である。コナガの合成ピレスロイド剤抵抗性の分子機構を明らかにするために、合成ピレスロイド剤の作用部位であるナトリウムチャネル遺伝子のクローニングを開始した。合成ピレスロイド剤抵抗性系統および感受性系統よりtotal RNAを抽出し、cDNAを合成した。現在、両系統のcDNAを鋳型として、縮重および特異的プライマーを用いたPCRを行っている段階である。殺虫剤によってコナガが受けるストレスを分子レベルで評価するためのバイオマーカーの開発を目指して、熱ショックタンパク質のクローニングを開始した。熱ショックタンパク質はその分子量に基づき、HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、HSP20に分類されるが、本研究では特に発現量の多いHSP90、HSP70、HSP20のクローニングを目指す。現在、既知の塩基配列より縮重プライマーを合成し、PCRを行っている段階である。殺虫剤散布後に害虫個体数が激増する「リサージェンス」と呼ばれる現象が報告されている。殺虫剤による内分泌学的な変化もその一因と言われているが、その分子機構は不明である。本年度は、コナガにおいて卵発育への利用が示唆されている貯蔵タンパク質遺伝子のクローニングを試みた。Total RNAより合成されたcDNAを鋳型として、既知の塩基配列を基に設計した縮重プライマーを用いてPCRを行ったところ、2種類の貯蔵タンパク質遺伝子(MMR1およびMMR2)がクローニングされた。塩基配列決定の結果、両遺伝子の相同性は82%であり、ともにメチオニンリッチタイプの貯蔵タンパク質遺伝子であることが明らかとなった。発育に伴う遺伝子発現をノーザン解析で調べたところ、ともに4齢幼虫において高い遺伝子発現が認められた。また、4齢幼虫においては雄よりも雌において高い遺伝子発現が認められた。薬剤処理がMMR1およびMMR2の遺伝子発現に及ぼす影響を調べるために、感受性系統およびペルメトリン抵抗性系統に亜致死濃度のペルメトリンを処理したところ、系統に関わらず両遺伝子の発現レベルが高まることが明らかとなった。以上の結果は、薬剤処理による貯蔵タンパク質の増大がコナガのリサージェンスに関与している可能性を示唆している。殺虫剤処理によってコナガの受けるストレスを分子レベルで評価するためのバイオマーカーの開発を目指して、ヒートショックタンパク質遺伝子のクローニングを試み、hsp90、hsc70、hsp19.5の単離に成功した。いずれの遺伝子も37°Cの高温ストレスにより速やかに発現が誘導された。また、発育に伴う遺伝子発現をノーザン解析で調べたところ、hsp90とhsc70は蛹と成虫において高発現していることが明らかとなった。

Hsp90の成虫期における発現は雄よりも雌で高かった。一方、hsp19.5は蛹期のみ発現していることが明らかとなった。今後は殺虫剤処理による遺伝子発現について解析を行う予定である。アブラナ科作物の世界的害虫であるコナガの各種殺虫剤に対する抵抗性機構について解析を行った。本年度はベンゾイルフェニル尿素(BPU)に対する抵抗性に関わっている可能性があるキチン合成酵素(CHS)遺伝子の解析を行った。BPUは昆虫成育制御剤(IGR)の一種で、昆虫のキチン合成を阻害する。BPUの作用機構としてUDP-N-アセチル-D-グルコサミンのキチン合成の場への輸送阻害が考えられてきたが、最近蚊においてBPUの一種であるジフルベンズロンはCHS遺伝子の転写に影響を及ぼすことが報告された。コナガでも同様の現象が起こっているかどうかを検証するために、CHS遺伝子のクローニングを試みた。既知の配列をもとに縮重プライマーを合成し、PCRを行いCHS遺伝子断片のクローニングを行った。さらに5'および3'RACEを行い、全塩基配列を決定した。得られたCHS遺伝子はCHS1タイプの遺伝子で、4,701塩基対のORFには179kDaのタンパク質がコードされていた。また、コナガのCHS遺伝子は、オルタナティブ・スプライシングにより、2種類のmRNAを産生していることが明らかとなった。BPUの一種であるクロルフルアズロンおよびジフルベンズロンをコナガに処理し、CHS遺伝子に及ぼす影響を調べたが、転写レベルに変化は認められなかった。以上の結果より、コナガにおけるBPUの作用機構は蚊とは異なっていることが示唆された。殺虫剤散布後に害虫個体数が増加する現象は「リサージェンス」と呼ばれている。昨年度は、メチオニンリッチタイプの貯蔵タンパク質遺伝子がコナガのリサージェンスに関与している可能性を示唆した。本年度は2種類のアリルフォリンタイプの貯蔵タンパク質遺伝子のクローニングを行い、殺虫剤処理が遺伝子発現に及ぼす影響を調べた。その結果、これらの遺伝子の発現は殺虫剤処理による影響を受けず、リサージェンスには関連していないことが示唆された。
拡散強調画像ボリュームデータによる膀胱癌の病期診断法の開発と治療戦略への応用

(1)3テスラMRIとアプリケーションRESOLVEで歪みの少ない薄層の拡散強調像の撮像が可能であった。薄層のボリュームデータから従来法の拡散強調像と同等の画質の任意方向の再構成像の作成も可能であった。(2)膀胱癌の腫瘍茎の描出能はとくに小病変において従来法よりも高かった。しかしながら膀胱癌の筋層浸潤の感度は86%で特異度は94%と従来法を上回るものではなかった。(3)内反性乳頭腫は非常に細い腫瘍茎を有する表面平滑なポリープ状病変で内部に嚢胞状構造を伴う場合があることが判明した。腫瘍茎周囲に拡散強調像で高信号を呈する腫瘍がないことは膀胱癌との鑑別点となりうると考えられた。まれな良性膀胱腫瘍である内反性乳頭腫の拡散強調像を含むMRI所見についての検討を行った。膀胱の内反性乳頭腫は表面平滑で細い茎を有する有茎性隆起性病変という特徴的な形態を呈することが判明した。しかしながら拡散強調像の信号強度やADC値は膀胱癌のそれと同様であり、拡散強調像は内反性乳頭腫と膀胱癌との鑑別には有用ではなかった。この研究成果は論文名MRI Findings of Inverted Urothelial Papilloma of the BladderでAmerican Journal of Roentgenologyへ投稿し平成26年11月18日に採択された。平成27年8月に出版予定である。私たちが2009年に報告した拡散強調像を用いた膀胱癌の病期診断法は「膀胱癌取り扱い規約」や「画像診断ガイドライン」にも取り上げられ、膀胱癌の病期診断のMRIの標準的撮像法の1つとなった。本法は膀胱癌の筋層浸潤の特異度が非常に高いが、感度が十分ではなかった。感度の向上のためには、空間分解能の向上が不可欠であるが、1.5テスラMRIでは空間分解能を高めると信号/雑音比が著しく低下して逆に診断能が低下する。私達は3テスラMRIの高い信号/雑音比の特徴に着目し薄層の拡散強調像の撮像を試みた。拡散強調像の新しいアプリケーションであるRESOLVEを使用することでS/Nを保ちつつ、歪みの薄層の拡散強調像の撮像が可能であった。また、本法で得られた薄層のデータを基に任意の方向の画像の再構成が可能であり、従来法と同等の画質の拡散強調像を得ることが可能であった。また、膀胱癌の腫瘍茎の描出能はとくに小病変において従来法よりも高かった。次に拡散強調像の膀胱腫瘍の質的診断における有用性を調べるためにまれな良性腫瘍である内反性乳頭腫の症例を収集し、その画像所見を検討した。内反性乳頭腫は非常に細い腫瘍茎を有する表面平滑なポリープ状病変で内部に嚢胞状構造を伴う場合があることが判明した。腫瘍本体は膀胱癌と同様に拡散強調像で高信号を呈するが、腫瘍茎周囲に拡散強調像で高信号を呈する腫瘍がないことは膀胱癌との鑑別点となりうると考えられた。平成26年度1年間、米国Mayo Clinicへvisiting scientistとして留学していたため。留学中も共同研究者の助けを借り、症例を蓄積することができた。放射線医学今後、膀胱癌患者に対してVDWIを撮像した症例について盲検下での実験読影を行い画質、病変検出能、深達度診断能の調査を行う。T2強調像や造影MRIや従来の拡散強調像との性能の比較を行う。また、拡散強調像の定量および定性データに加え他の画像情報や臨床情報や合わせて予後予測病理マーカーや膀胱癌患者の実際の予後との関連を調査する。平成26年4月から平成27年3月の1年間米国留学のため予定通り研究を進めることができなかったため未使用の研究費が生じた。引き続き症例を蓄積し、VDWI所見と病理所見の対比をしながらVDWIの膀胱癌の病期診断能について評価を行う。読影実験用のモニター、データ保存用ハードディスク、学会発表の旅費、論文の英文校正、出版費用などに充当する。人件費が当初の予定より少なかった。残額を論文の別刷代金として使用したかったが別刷代金が残額を超えていたため次年度に申請することとした。論文の別刷代金の一部として使用する。
慢性副鼻腔炎鼻汁のレオロジー的性質に及ぼす薬物の効果

慢性副鼻腔炎鼻汁は高い粘弾性値を示し、これが本症における鼻腔粘膜粘液繊毛機能障害や〓鼻による鼻汁の排泄障害の主な原因と考えられている。結果:(1)NFLX投与により鼻汁の弾性率(G')は有意に低下を示したが粘性率(η')に変化はみとめられなかった。(2)SER投与によりG'に変化をみとめなかったがη'は有意に低下した。(3)SCMC投与ではG'、η'ともに変化をみとめなかった。(4)CEE投与によりG'、η'は有意に低下した。(5)鼻粘膜粘液繊毛機能はSCMC投与群とCEE投与群において有意の改善がみとめられた。考察:慢性副鼻腔炎の薬物療法の基本の一つは高い粘弾性値を有する鼻汁のそれを低下させ、また低下した粘液繊毛機能を回復させることにある。本研究で示されたごとく薬物の経口投与で鼻汁の粘弾性値を低下させうる薬物が存在することが明らかとなった。一方、粘弾性値を低下させる薬物が必ずしも粘液繊毛機能を改善するとはいえないことも明らかとなった。従って本症には鼻汁の粘弾性を改善する薬物と粘液繊毛機能を改善する薬物を併用するのがよいと考えられた。また細菌感染が存在する場合には抗生剤や抗菌剤の併用が本症の鼻汁のレオロジー的性質や粘液繊毛機能にとって有効であると想像された。
サービスオーバーレイネットワークのためのインラインネットワーク計測技術の確立

本研究課題では、インターネット上に展開されるサービスオーバーレイネットワークのためのネットワーク計測技術を確立し、特にデータ転送中に得られる情報によってネットワークにおけるエンド間性能特性を把握し(インラインネットワーク計測と呼ぶ)、それをオーバーレイネットワークに提供することによって、エンドユーザ間の通信品質の向上を実現することを目標とした。まず、インラインネットワーク計測を可能とするための条件である,(1)計測用パケット数が少ない,(2)他のトラヒックに影響を与えない,(3)素早く連続的に計測結果を導出可能,を満たす計測アルゴリズムを提案した.その後,提案したアルゴリズムをTCPに導入するための方式として,TCP層の下部にキューを設置し,TCPからIPにデータパケットが移動する際にパケット転送間隔を動的に調整することによって計測アルゴリズムを実現するImTCP方式を提案した.次に、インライン計測によって得られた利用可能帯域に関する情報を利用し,ネットワーク内での優先度の低いデータ転送をTCPによって実現するバックグラウンド転送を行うImTCP-bg方式の提案を行った.本提案方式においては,計測された利用可能帯域の情報を用いてTCPコネクションの最大ウィンドウサイズを設定することによって,バックグラウンド転送を実現している.また,利用可能帯域の計測ができない,または正確でない場合にも,フォアグランドトラヒックに影響を与えないデータ転送を実現するために,データパケットのラウンドトリップ時間を監視することでネットワーク輻輳を早期に発見する手法を提案した.最後に、高速ネットワークで利用可能なインライン計測手法を提案した。提案手法は高速ネットワーク環境によって発生するパケットのバースト転送を逆に利用し、パケット送信間隔を調整することなく高い利用可能帯域を計測することができる。シミュレーション結果から、提案手法が数Gbpsの利用可能帯域でも計測可能であることがわかった。さらに、既存のパケットストリームを用いた手法に比べて、計測に使用するパケットが1/100程度になることもわかった。また提案方式を導入したTCPが従来のTCPと同じデータ転送性能を持ちながら、数RTT程度という短い間隔で計測結果を導出することもわかった。本年度における研究では,IPネットワークのエンドホスト間で利用可能な帯域幅をリアルタイムかつ少ないオーバーヘッドで計測する方式を提案した.提案方式はTCPコネクションのデータ転送時に得られる情報に基づいて計測を行なうインラインネットワーク計測と呼ばれる方式であり,新たな計測用のトラヒックをネットワークに導入する必要がなく,かつ計測結果を素早く導出することが可能となる.本研究ではまず,インラインネットワーク計測を可能とするための条件である,(1)計測用パケット数が少ない,(2)他のトラヒックに影響を与えない,(3)素早く連続的に計測結果を導出可能,を満たす計測アルゴリズムを提案した.その後,提案したアルゴリズムをTCPに導入するための方式として,TCP層の下部にキューを設置し,TCPからIPにデータパケットが移動する際にパケット転送間隔を動的に調整することによって計測アルゴリズムを実現するImTCP方式を提案した.この提案方式はTCPの送信側だけを変更することで導入可能である.

また,インライン計測機能を導入したImTCPには,アプリケーションが計測結果を適切なタイムスケールで獲得するための仕組みを導入した.さらに本研究では,インライン計測による利用可能帯域の計測結果を利用して,TCPコネクションそのもののデータ転送性能を向上させるための手法を示した.提案方式の有効性はシミュレーションによって行った.シミュレーション結果から,インラインネットワーク計測を行うTCPがその転送速度を落とすことなく,数RTTに1回計測結果を高い精度で導出することが可能であることがわかった.また,計測結果をTCPコネクションそのものの制御に用いることにより,計測を行うTCPコネクションがネットワーク内の他のトラヒックにほとんど影響を与えることなくリンク利用率を高く維持し,従来TCPがネットワーク帯域を使いきれない環境において,従来TCPに比べて高いスループットを得ることができることがわかった.また,提案手法の実ネットワークにおける実装実験に際しては,学部4年の学生と協力してFreeBSDシステム上への実装を進め,計測アルゴリズムが実験ネットワーク上でシミュレーションによって得られているのとほぼ同等の性能を示すことを明らかにした.本研究では,IPネットワークのエンドホスト間で利用可能な帯域幅および物理帯域を同時にかつ少ないオーバヘッドで計測する方式を提案した.提案方式はTCPコネクションのデータ転送時に得られる情報に基づいて計測を行なうインラインネットワーク計測と呼ばれる方式であり,新たな計測用のトラヒックをネットワークに導入する必要がなく,かつ計測結果を素早く導出することが可能となる.物理帯域の計測手法に関しては,同時に計測を行う利用可能帯域値を利用することで,従来手法とはまったく異なるアルゴリズムを用いて物理帯域の推測を行っている.シミュレーション結果から,インラインネットワーク計測を行うTCPがその転送速度を落とすことなく,数RTTに1回利用可能帯域の計測結果を導出することが可能であることがわかった.また,ネットワーク負荷が非常に高く,従来では計測が行えない状況においても高い精度で物理帯域の平均値,および計測値の信頼区間を導出することができることがわかった.さらに,インライン計測によって得られた利用可能帯域に関する情報を利用し,ネットワーク内での優先度の低いデータ転送をTCPによって実現するバックグラウンド転送を行うImTCP-bg方式の提案を行った.本提案方式においては,計測された利用可能帯域の情報を用いてTCPコネクションの最大ウィンドウサイズを設定することによって,バックグラウンド転送を実現している.また,利用可能帯域の計測ができない,または正確でない揚合にも,フォアグランドトラヒックに影響を与えないデータ転送を実現するために,データパケットのラウンドトリップ時間を監視することでネットワーク輻輳を早期に発見する手法を提案した.提案したバックグラウンド転送手法の評価はシミュレーションによって行い,その結果,従来提案されているバックグラウンド転送と比較して,フォアグラウンドトラヒックに影響を与えることなく,高いデータ転送スループットを実現できることを明らかにした.本年度の研究においては、高速ネットワークにおいても帯域計測が可能な、新たなインラインネットワーク計測手法の提案を行った。