hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ATP加水分解の自由エネルギー解析

サンプリングした水の配置からエネルギー分布関数を作成し、それを溶媒和自由エネルギー汎関数に代入することで、固定した構造の溶媒和自由エネルギーを算出した。対象とするタンパク質としてhorse heart cytochromeocを用い、水はTIP3Pとした。溶媒和自由エネルギーを、タンパク質分子内エネルギーに対してプロットすると、互いに補償関係にあることが見出された。これは平衡揺らぎの微小な構造変化では、全系の自由エネルギーの大幅な変動や、一方向に動くことがないことを意味する結果である。分子内エネルギーの揺らぎは300kcal/molと水素結合の数十個分もの大きさになる。真空中ではこのような大きな変化が起こることはないが、溶液中では周りの溶媒により補償されることがわかる。次に、溶質-溶媒間に働く相互作用の引力項と斥力項が溶媒和自由エネルギーに与える影響を調べた。溶質-溶媒間相互作用の平均和は、溶媒和自由エネルギーに対し、傾き1/2で線形に変化する。これに対して、溶媒和自由エネルギーの排除体積項は、ほぼ一定であった。このことから、溶媒和自由エネルギーが線形応答的に変化するタンパク質-水間相互作用の引力項と、ほぼ一定の値をとる斥力項の和で表現できることがわかった。本年度から、エネルギー論の焦点を、混合溶媒効果に移した。溶媒効果を用いた化学過程の制御のためである。代表的な共溶媒として、尿素の効果を検討した。尿素はタンパク質の変性に広く用いられている変性剤である。本年度は、アミノ酸アナログおよびcytochrome cを対象として、溶媒和自由エネルギーの観点から変性のメカニズムの解析を行った。自由エネルギー計算には、全原子分子動力学シミュレーションとエネルギー表示法を用いた。エネルギー表示法は、水中におけるタンパク質の溶媒和自由エネルギーの計算にも成功しており、また、汎関数の性質に基づいて、溶媒和自由エネルギーを尿素と水のそれぞれの寄与に分割することが可能である。溶媒和自由エネルギーの分割の結果、尿素は全てのアミノ酸アナログを安定化させることがわかった。一方で、水は疎水アナログでは尿素と協同的に働くが、親水アナログでは逆に不安定化させた。疎水アナログで見られる水の協同的な振るまいのみがindirect interactionを示す結果であり、全てのアナログでの尿素効果はdirect interactionを示す。さらに、溶質ー溶媒間相互作用との相関を調べた。水から尿素ー水混合溶媒への溶媒和自由エネルギー変化を、それに伴う溶質ー溶媒間相互作用の平均和の変化と相関させた。相関プロットより、溶質ー溶媒間のvan der Waals力が溶媒和自由エネルギー変化と強い相関を持つことがわかった。一方、静電力は水の寄与と尿素の寄与が互いに打ち消しあい、溶媒和自由エネルギー変化と無相関になる。
宣言型言語の並列化コンパイラ構成法の研究

本研究で対象とした宣言型言語はデータフロー意味論にもとづく関数型言語であり、本年度はその実用的な処理系を開発した。今年度の主な実績は、実用コンパイラの開発と細粒度処理の記述実験環境の研究の二つである。・実用コンパイラの開発コンパイラの機種非依存フェーズのデータフロー解析・中間言語生成部を開発した。前年度に開発した、V言語処理系の第1フェーズに当たる語彙・構文解析部からの出力を受けとり、機種非依存の中間言語(DVMC)を生成する。また、中間言語から実行コードへの変換部については、逐次実行マシン(ワークステーション)を主なターゲットとして、その処理系開発を行なった。高い記述力を支援するため配列などの構造体処理においても細粒度のnon-strictなデータ操作が可能だが、それにより実装時は高い頻度で細粒度の動的スケジューリングが生じる。ワークステーションといった非専用計算機ではそのようなスケジューリングのコストはかなり高いため、そのコストを削減する静的な解析と効率の良い実行時システムを開発した。・細粒度処理の記述実験環境実装においては、マルチスレッド並列実行モデルにもとづく抽象計算機(DVMC)を設定したうえで、実対象計算機のアーキテクチャ依存部と非依存部を分けて考えた。このDVMCのインタプリタを開発し、細粒度のマルチスレッドコードを対話的に実行する環境を構築した。同時にインタプリタのGUI環境も開発し、実行時の状況を視覚的に表示することも可能とした。この実験環境により、細粒度マルチスレッドのレベルのでの記述実験が容易になった。本年度は特に宣言型言語の実用性を示すために、分散メモリ型商用超並列計算機上への効率的な処理系実装を主眼として以下のような研究を進めた。言語仕様の整備1.まず、言語仕様の点からは、AP1000などの分散メモリ型超並列マシンへのデータの配置指定や並列実行/負荷平衡化制御をプログラムレベルで明示的に記述させるための注記記法について検討を行ない、その効果について予備的な評価を行なった。2.V言語の応用については、マルチメディア交換システムへの応用と画像処理への応用について検討を行なった。交換システムへの応用に関しては、マルチエージェントモデルによる呼処理システムの提案とそのプロトタイプ実験システムの記述実験を行なった。画像処理への応用としては、画像のフィルタリングや領域抽出などのアルゴリズム検討と記述実験を行なった。並列化コンパイラのバ-ジョンアップ1.仮想マシンモデルを対象にした中間言語生成レベルでの機種非依存の最適化法について研究を行ない、データフローセマンティクスによって生じる冗長データコピーの削減法を考案し、その効果を明らかにした。2.並列処理一般に当てはまる構造データの分散法、負荷の分散法について、機種非依存、機種依存の両面から検討を加え、宣言型言語における構造データの分散配置方策、粒度制御などについて予備評価を行なった。3.データ並列記述部分については、商用手続き型言語におけるデータ並列処理と比肩できる性能が得られることを明らかにした。4.agent機能の実装を行う.agent記述はプリコンパイルによって関数集合に変換する方式をとるがその具体化を行ないコンパイラへの実装設計を行なった。その結果、並列オブジェクト指向言語一般に共通する問題として、現在の分散メモリ型の商用マシンではメッセージ通信のオーバーヘッドが大きく性能面では実用的なシステムを構築することが困難であることを明らかにした。細粒度並列処理のためのマシンアーキテクチャ上記4の問題意識に立ち、メッセージ通信のオーバーヘッド問題を解決すし、細粒度並列処理向きのマシンのアーキテクチャについて研究を進めそのプロセッサの構成法を具体化した。この研究は、宣言型超並列言語の効率的な実行のためにはマシンアーキテクチャにまで踏み込んで超並列コンピュータシステムのあるべき姿を求めるという立場から進めたものである。本研究で対象としている宣言型言語はデータフロー意味論にもとづく関数型言語であり、現在そのコンパイラを実用開発中である。今年度の主な実績は、実用コンパイラの開発と超並列実行最適化の研究の二つである。・実用コンパイラの開発V言語処理系の第1フェーズに当たる語彙・構文解析部を開発した。

構文仕様をFixし、構文解析制御テーブル生成部および語彙・構文解析部を開発した。また、次フェーズのデータフロー解析・中間言語生成部の開発に向けて、機種非依存の中間言語(DVMC)の仕様書を作成した。中間言語生成、中間言語から実行コードへの変換部については、逐次実行マシン(ワークステーション)をターゲットとして、その実装を行なった(実用開発は次年度に本格化する)。・超並列実行最適化の研究下のような問題点の解決に向けて研究を行なった。-高い記述力を支援するため配列などの構造体処理においても細粒度のnon-strictなデータ操作が可能だが、それにより実装時は高い頻度で細粒度通信が生じる。実際の並列計算機の通信コストはかなり高く、そのオーバヘッドの削減は大きな課題である。-細粒度レベルでの非同期実行を伴うため、プログラムの静的な解析には限界があり、動的な振舞いを把握するためのツールが非常に有効である。上記に対し、以下のような問題解決法をとった。-実装においては、マルチスレッド並列実行モデルにもとづく抽象計算機(DVMC)を設定したうえで、実対象並列計算機のアーキテクチャ依存部と非依存部を分けて考えた。また、細粒度通信のオーバヘッド削減のため、message aggregationやcoalescingなどの手法の適用を行なった。この時も構造体non-strict性という独自の特徴に配慮した。-(株)富士通研の並列処理センターで開放されている分散メモリ型並列計算機AP1000用い、上記の研究結果を盛り込んだ試験実装の予備評価を行なった。その際、予備評価システムにプロファイル可視化ルーチンを埋め込み、実行プロファイルを採集した。本研究で対象とした宣言型言語はデータフロー意味論にもとづく関数型言語であり、本年度はその実用的な処理系を開発した。今年度の主な実績は、実用コンパイラの開発と細粒度処理の記述実験環境の研究の二つである。・実用コンパイラの開発コンパイラの機種非依存フェーズのデータフロー解析・中間言語生成部を開発した。前年度に開発した、V言語処理系の第1フェーズに当たる語彙・構文解析部からの出力を受けとり、機種非依存の中間言語(DVMC)を生成する。また、中間言語から実行コードへの変換部については、逐次実行マシン(ワークステーション)を主なターゲットとして、その処理系開発を行なった。高い記述力を支援するため配列などの構造体処理においても細粒度のnon-strictなデータ操作が可能だが、それにより実装時は高い頻度で細粒度の動的スケジューリングが生じる。ワークステーションといった非専用計算機ではそのようなスケジューリングのコストはかなり高いため、そのコストを削減する静的な解析と効率の良い実行時システムを開発した。
BNCT患者の最適照射位置の簡便迅速高精度な決定法と照射位置のずれ検出装置の開発

BNCTの照射において、治療計画で得られた患者セッティング位置情報をもとに迅速、かつ簡単に設置する手法が望まれており、本研究において、プロジェクションマッピング技術、3Dスキャナー、3Dプリンターによる照射位置決めシステムを開発した。また照射時間が約1時間と長いことから、照射中の位置ずれを検出することが望まれている。本研究においては小型の中性子検出器を患部表面に数点設置することで、熱中性子のフラックス情報から位置ずれを検出する手法を開発した。実際の臨床の照射場において、これら照射位置決めシステムと照射位置ずれ検出システムを適応し、照射試験を実施した。3Dスキャナーで足部の表面情報を読み取った画像情報から3Dモデルを形成し、3Dプリンターを用いて照射試験で使用する水ファントムを製作した。照射位置決めシステムを用いることで、従来行ってきたレーザーマーカーを用いたセッティング方法よりも迅速かつ簡便にセッティングすることが可能となった。また、セッティング位置精度も従来方法と同等であることを確認することができた。患部表面に3点の小型シンチレータと石英ファイバーを組み合わせた熱中性子検出器を設置し、照射中の熱中性子フラックスを測定した。セッティングと照射の組み合わせを3回繰り返し行い、熱中性子フラックス情報から位置ずれを検出することを確認することができた。本研究において開発した照射位置決めシステムと照射位置ずれ検出システムを用いることで、実際の臨床において患者照射位置を簡便かつ迅速に精度良く決定することが可能となることを示した。また、BNCTの照射場において、これまでになかった照射位置のずれを検出可能なシステムの開発に成功することができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。BNCT用加速器中性子源が医療機器として承認された際には症例数が増加する事が予想され、簡便・迅速かつ精度の良い患者位置決めの方法及び照射線量を保証するための照射中の患者の動きの監視技術が必要となる。そこで、本研究では中性子捕捉療法のためのプロジェクションマッピング技術・高精度3Dプリンターによる照射位置決めシステム及び照射中の位置ずれ検出装置の開発を行った。治療計画を実施した後に照射ビームの入射及び出射位置を体表面に書き込む必要があるが、精度よく入射及び出射位置を特定するために、プロジェクションマッピング技術を用いたビームの入射位置を特定する手法を開発した。このシステムは画像処理ソフト、画像処理用PC、プロジェクター、ビーム位置を特定するシミュレータから構成される。治療計画で得られたビーム軸の角度情報をシミュレータで再現して、ビームから見た三次元リモデリング画像を体表面に一致するように画像処理し、体表面に投影する。出射位置に対しても同様の作業を行う。投影された入射位置及び出射位置をマーキングし、体位設定時の指標とする。これにより従来行っている手法よりも精度良く、簡便かつ迅速に入射位置を決定することが可能となった。次に3Dスキャナを用いて患者表面を取得し、3Dプリンターによって固定治具を作成し、照射位置にあらかじめセットし、患者はそこにはまるように体位設定する事で、簡便かつ迅速に設定が可能な手法を開発した。上記プロジェクションマッピング技術を用いた入射位置特定システムを用いて固定治具上に入射位置をマーキングしておく。模擬ファントムを用いて、本手法の妥当性の検証を実施し、臨床応用可能であることを確認することができた。予定していたプロジェクションマッピング技術を用いた入射位置特定システムの開発及び、3Dスキャナ及び、3Dプリンターを用いた照射位置設定方法の開発はおおむね順調に進んでいる。BNCTも他の放射線治療と同様に、照射中に治療計画で設定された位置からずれると、付与される線量に差異が出てしまう。BNCTは中性子のバックグランドが他の放射線治療よりも高く、CCDカメラなどの電子機器の中性子による放射線損傷の課題があり適応することができない。そこで、本研究ではその中性子を積極的に利用し、位置ずれを検出する手法を提案した。我々は耐放射線性の高い、中性子場を乱さず、ガンマ線弁別に優れた中性子リアルタイムモニターの開発し、このモニターを患者患部近傍に数点設置し、それぞれの熱中性子の変動をモニターすることで、患者が三次元で照射位置からのずれを検出できないかと考えている。事前の治療計画で表面の熱中性子束分布は得られるので、少なくとも3点のモニターがあれば、3次元で患者がどのように動いたかを検出する事が可能となる。モニターはLiCAFシンチレータ、石英ファイバー、マルチチャンネル光電子増倍管、アンプユニットから構成される。患部表面のモニターによって照射時間を決定することが可能となり、精度の高い照射が可能となる。平成29年度は本システムの構築を行い、臨床で用いられている中性子源において特性試験を実施した。水ファントムの表面に3点のモニターを中心から5cmの位置に対称に設置し、治療計画と同じ照射位置もしくは、平行に5mmずらした位置において照射試験を実施した。治療計画と同じ照射位置においては3点のモニターからの熱中性子束の出力は同等であるのに対し、平行に5mmずらした位置での照射においては、一つのモニターからの出力が、他の2つよりも低い出力であることを確認した。その原因としては、出力が低下したモニターがコリメータの端に近づいたことによる熱中性子の減少によるものであり、本システムによって、位置ずれを検出することが可能であることを実証することができた。本研究において開発している、位置ずれ検出装置の特性試験を実施するためには、臨床で用いられている中性子源での十分なマシンタイムが必要となる。

本年度においては十分なマシンタイムを確保することができなかったため、臨床で必要となる課題を抽出するためのパラメータを導出するまでに至らなかった。平成30年度においては、実際の臨床で必要となる課題を抽出することに重点をおきたいと考えている。BNCTの照射において、治療計画で得られた患者セッティング位置情報をもとに迅速、かつ簡単に設置する手法が望まれており、本研究において、プロジェクションマッピング技術、3Dスキャナー、3Dプリンターによる照射位置決めシステムを開発した。また照射時間が約1時間と長いことから、照射中の位置ずれを検出することが望まれている。本研究においては小型の中性子検出器を患部表面に数点設置することで、熱中性子のフラックス情報から位置ずれを検出する手法を開発した。実際の臨床の照射場において、これら照射位置決めシステムと照射位置ずれ検出システムを適応し、照射試験を実施した。3Dスキャナーで足部の表面情報を読み取った画像情報から3Dモデルを形成し、3Dプリンターを用いて照射試験で使用する水ファントムを製作した。照射位置決めシステムを用いることで、従来行ってきたレーザーマーカーを用いたセッティング方法よりも迅速かつ簡便にセッティングすることが可能となった。また、セッティング位置精度も従来方法と同等であることを確認することができた。患部表面に3点の小型シンチレータと石英ファイバーを組み合わせた熱中性子検出器を設置し、照射中の熱中性子フラックスを測定した。セッティングと照射の組み合わせを3回繰り返し行い、熱中性子フラックス情報から位置ずれを検出することを確認することができた。本研究において開発した照射位置決めシステムと照射位置ずれ検出システムを用いることで、実際の臨床において患者照射位置を簡便かつ迅速に精度良く決定することが可能となることを示した。また、BNCTの照射場において、これまでになかった照射位置のずれを検出可能なシステムの開発に成功することができた。平成28年度は主に、照射前の患者セッティングの技術について開発を実施してきた。今後は照射中位置ずれ検出装置の構築を行う。BNCTの照射場は他の放射線治療よりも中性子線のバックグランドが高いため、CCDカメラやプロジェクターなどを照射室に設置することができない。本研究においては患者に照射される中性子線の強度情報を位置ずれ検出に使用できないかと考えている。我々は耐放射線性の高い、中性子場を乱さず、ガンマ線弁別に優れた中性子リアルタイムモニターの開発し、実際に臨床研究にも適応してきた。このモニターを患者患部近傍に数点設置し、それぞれの熱中性子の変動をモニターすることで、患者が三次元で照射位置からのずれを検出できないかと考えている。事前の治療計画で表面の熱中性子束分布は得られるので、少なくとも3点のモニターがあれば、3次元で患者がどのように動いたかを検出する事が可能となる。
カニクイザル脳組織を用いたアルツハイマー病発症機構の解明

(1)比較的低濃度(2および5μM)のAβをラットおよびカニクイザル胎仔大脳皮質初代培養系に加え、最大14日間にわたるAβの神経系細胞に与える影響を組織学的および生化学的に検索した。本実験で角いた培養系には神経細胞のみならず各種グリア細胞も存在しており(神経細胞が9割以上を占める)、実際の脳内に近い状態で検索できるという利点がある。この結果、ラット、カニクイザル培養系ともに、Aβ添加14日後でもアポトーシス細胞の有意な増加は見られず、各種蛋白群の蛋白発現量に変化は見られなかった。一方、ラット、カニクイザル培養系ともに、アストログリア(AG)関連蛋白であるGFAPおよびApoE蛋白量の有意な増加が見られ、増加度はラットの方が顕著であった。また、より毒性の高い分子種であるAβ42添加群において有意な蛋白発現上昇が確認された。このことから、Aβが蓄積し始める加齢およびAD進行初期においては、神経細胞よりもむしろAGの対Aβ反応が主に生じていることが示唆された。(2)Aβが直接AGを刺激しているのかどうかを確認するため、Conditioned-Medium (CM)実験系を用いてAGの対AB反応経路を検索した。(神経細胞を主構成成分とする初代培養系にAβを添加・培養した後の培養液をCMとして用いた。)この結果、ラットおよびカニクイザルAGは直接Aβに刺激されることで活性化が生じる(GFAP増加)ことが明らかになった。一方、ApoE産生経路には両者に種差が見られた。ラットAGはCM添加群においてApoE産生量の有意な増加が見られたのに対し、カニクイザルAGは直接Aβを添加した群でのみ、ApoE産生量の有意な増加が確認された。(3)Aβの生理学的機能は未だ不明である。昨今の研究により、ロイシンリッチリピート構造(LRR)を持つ蛋白をコードする遺伝子が、Aβ添加により遺伝子発現が上昇することがin vitroで確認された。そこで私は、同じくLRRを持つLGI3のラットにおける塩基配列およびアミノ酸配列を明らかにし、ラット培養系にてAβ添加による同遺伝子発現の検索を行った。塩基配列同定の結果、ラットLG13はアミノ酸レベルでヒトと90%以上の相同性を持つことが明らかになった。ラットLGI3は、主に大脳皮質で発現していることが明らかになり、且つAGで強く発現することが明らかになった。Aβ40添加により、ラットAG単独培養系で有意なLGI3発現上昇が確認された。Aβ40は生体内で恒常的に産生されるAβ分子種であることから、LGI3はAβの脳内における正常機能に関与していることが示唆された。(4)老齢のヒト脳およびAD患者脳では神経細胞内にAβが蓄積し、この細胞内Aβ蓄積がAD病態に深く関与しているのではないかと大きな注目を浴びている。そこで細胞内Aβに注目し、脳内局在および加齢性変化を検索した。その結果、PFA固定・過ヨウ素酸前処理・オートクレーブ処理の組み合わせにより、若齢カニクイザル脳における細胞内Aβの染色に成功した。細胞内Aβは主に大型錐体神経細胞の胞体内および大型神経細胞の突起に顆粒状に存在し、老齢個体の神経細胞内ではやや凝集して偏在することが明らかになったが、加齢に伴う顕著な増加はみられなかった。生化学的検索より、マイクロゾーム分画で加齢性にAβ42蛋白量が増加し、Aβ43蛋白量が顕著に減少していた。Aβ40および総Aβ量に変化が見られなかったことから、カニクイザル脳では主にAβ40と43が産生されており、加齢性にAβ42産生量が増加することが明らかになった。神経終末分画では総Aβ量の加齢に伴う増加が見られ、Aβ分子種によらず加齢性蛋白量増加が確認された。神経終末分画におけるこれらAD関連蛋白の蓄積は、神経終末における蛋白輸送および細胞内での蛋白代謝能低下に由来しているのではないかと考えられる。また、このような細胞内蛋白代謝の制御不能が神経細胞全体の機能低下および細胞死に繋がる可能性がある。)

この結果、ラットおよびカニクイザルAGは直接Aβに刺激されることで活性化が生じる(GFAP増加)ことが明らかになった。一方、ApoE産生経路には両者に種差が見られた。ラットAGはCM添加群においてApoE産生量の有意な増加が見られたのに対し、カニクイザルAGは直接Aβを添加した群でのみ、ApoE産生量の有意な増加が確認された。(3)Aβの生理学的機能は未だ不明である。昨今の研究により、ロイシンリッチリピート構造(LRR)を持つ蛋白をコードする遺伝子が、Aβ添加により遺伝子発現が上昇することがin vitroで確認された。そこで私は、同じくLRRを持つLGI3のラットにおける塩基配列およびアミノ酸配列を明らかにし、ラット培養系にてAβ添加による同遺伝子発現の検索を行った。塩基配列同定の結果、ラットLG13はアミノ酸レベルでヒトと90%以上の相同性を持つことが明らかになった。ラットLGI3は、主に大脳皮質で発現していることが明らかになり、且つAGで強く発現することが明らかになった。Aβ40添加により、ラットAG単独培養系で有意なLGI3発現上昇が確認された。Aβ40は生体内で恒常的に産生されるAβ分子種であることから、LGI3はAβの脳内における正常機能に関与していることが示唆された。(4)老齢のヒト脳およびAD患者脳では神経細胞内にAβが蓄積し、この細胞内Aβ蓄積がAD病態に深く関与しているのではないかと大きな注目を浴びている。そこで細胞内Aβに注目し、脳内局在および加齢性変化を検索した。その結果、PFA固定・過ヨウ素酸前処理・オートクレーブ処理の組み合わせにより、若齢カニクイザル脳における細胞内Aβの染色に成功した。細胞内Aβは主に大型錐体神経細胞の胞体内および大型神経細胞の突起に顆粒状に存在し、老齢個体の神経細胞内ではやや凝集して偏在することが明らかになったが、加齢に伴う顕著な増加はみられなかった。生化学的検索より、マイクロゾーム分画で加齢性にAβ42蛋白量が増加し、Aβ43蛋白量が顕著に減少していた。Aβ40および総Aβ量に変化が見られなかったことから、カニクイザル脳では主にAβ40と43が産生されており、加齢性にAβ42産生量が増加することが明らかになった。神経終末分画では総Aβ量の加齢に伴う増加が見られ、Aβ分子種によらず加齢性蛋白量増加が確認された。神経終末分画におけるこれらAD関連蛋白の蓄積は、神経終末における蛋白輸送および細胞内での蛋白代謝能低下に由来しているのではないかと考えられる。また、このような細胞内蛋白代謝の制御不能が神経細胞全体の機能低下および細胞死に繋がる可能性がある。
OpenFlow結合網での高速MPI通信に向けたフロー制御命令列ジェネレータ

本研究では、MPIプログラムの特性とSDN (Software Defined Networking)のネットワークプログラム性を連動させ、MPIプログラムを高速に実行する並列分散計算実行環境を実現する。具体的には、OpenFlow結合網を有する計算クラスタ上で、MPI通信によって発生するネットワークフロー系列をOpenFlowコントローラでプログラム制御することで、MPI通信、特に集合通信に要する時間の縮減を目的とする。初年度となる平成26年度は、関連研究及び関連技術の調査から開始し、後半期頃より「課題1. MPI通信系列・特性に基づくフロー制御アルゴリズムの設計・実装」を目的とした研究にシフトしていくことを計画した。本計画に基づき、平成26年度は下記を行なった。(a)関連研究・技術調査:本ステップでは、それ以降に行なう(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装、および(c)フロー制御命令列の記述方法、及び、フロー制御命令列生成機能の設計・実装を視野に入れた、SDN技術、MPI通信の高速化技法、InfiniBandなどのインターコネクト技術に関する関連研究についての文献調査を推進した。さらに、Trema, POXなどのOpenFlowコントローラ開発フレームワーク、SDN開発用言語を調査した。また、本ステップでは、小規模なクラスタ環境を構築し、関連研究の研究成果を実際に配備、利用することにより、それらが実際に安定的に利用できるかどうかについての調査も実施した。(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装本ステップでは、MPIのデバグ支援機能であるプロファイリング機能を活用したMPI通信系列・特性抽出手法の検討を行なった。二年目となる平成27年度は、前年度から継続となる「課題1.フロー制御アルゴリズムの設計・実装」に取り組み、後半期から「課題2.フロー制御命令列の記述方法、および、フロー制御命令列生成機能の設計・実装」へ移行していくことを計画した。本計画に基づき、平成27年度は下記を行った。(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装本ステップは前年度からの継続となり、前年度検討を行ったMPIのデバグ支援機能であるプロファイリング機能を活用したMPI通信系列・特製抽出手法の検討結果に基づき、取得されたMPI通信系列およびその特性と、ジョブスケジューラおよびOpenFlowコントローラから取得される、MPIプロセス群のノード上への配置情報、他のMPIプログラム等によるインターコネクトの利用状況、および、インターコネクトトポロジに関する情報に基づき、実行時において送信プロセス(群)から受信プロセス(群)への最適なデータ配送ツリーおよび配送手順を生成するフロー制御アルゴリズムの設計とプロトタイプ実装を行った。(c)フロー制御命令列の記述方法、フロー制御命令列生成機能の設計・実装本ステップでは、ステップ(b)で開発したフロー制御アルゴリズムの生成するデータ配送ツリーおよび配送手順の記述方法について検討を行った。以下の3ステップを本年度までの研究計画に定め、研究を実施した。(a)関連研究・技術調査(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装(c)フロー制御命令列の記述方法、フロー制御命令列生成機能の設計・実装その結果、(a)(b)は予定通り完了済みである。(c)については本年度および次年度で実施する計画となっており、当初予定通り、本年度実施予定のフロー制御アルゴリズムの生成するデータ配送ツリーおよび配送手順の記述方法について検討を完了している。(c)の残課題となる実装については、次年度に完了する予定である。このことから、本年度の達成度は、当初予定通りであり、順調に進捗していると判断している。平成28年度は、前年度から継続となる「課題2.フロー制御命令列の記述方法、および、フロー制御命令列生成機能の設計・実装」に取り組み、後半期から「課題3.実環境での性能評価と有用性検証」へと移行していくことを計画した。本研究計画に基づき、平成28年度は下記を行った。(c)フロー制御命令列の記述方法、フロー制御命令列生成機能の設計・実装本ステップでは、ステップ(b)で開発するフロー制御アルゴリズムの生成するデータ配送ツリーおよび配送手順の記述方法について設計した。その後、フロー制御アルゴリズムが出力するデータ配送ツリーおよび配送手順を設計した記述方法に従ってフロー制御命令列として生成する機能を設計・実装した。(d)実環境での性能評価と有用性検証本ステップでは、前ステップまでに開発したフロー制御命令列ジェネレータおよびOpenFlowコントローラを利用し、実際の科学計算で利用されているMPIプログラムを利用して、MPI_Alltoall、MPI_Reduce、MPI_Bcast等の集合通信の性能評価を行った。以下の4ステップを本年度までの研究計画に定め、研究を実施した。(a)関連研究・技術調査、(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装、(c)フロー制御命令列の記述方法、フロー制御命令列生成機能の設計・実装、(d)実環境での性能評価と有用性検証その結果、(a)(b)(c)は予定通り完了済みである。

(d)については、当初予定していた評価については完了しているが、研究成果をより実用的かつ有用的な成果にするために実施した改良、機能拡張部分の評価を次年度に延長している。本研究では、MPIプログラムの特性とSDN (Software Defined Networking)のネットワークプログラム性を連動させ、MPIプログラムを高速に実行する並列分散計算実行環境を実現する。具体的には、OpenFlow結合網を有する計算クラスタ上で、MPI通信によって発生するネットワークフロー系列をOpenFlowコントローラでプログラム制御することで、MPI通信、特に集合通信に要する時間の縮減を目的とした。平成29年度は、平成28年度実施した「課題3.実環境での性能評価と有用性検証」における、(d)実環境での性能評価と有用性検証において,研究成果となるフロー制御命令列ジェネレータをより実用的かつ有用的な成果にするために改良および機能拡張部分を追加評価した。より具体的には、冗長経路を有する相互結合網トポロジとして、今日の計算クラスタシステムで多く採用されるファットツリートポロジを想定し、改良・機能拡張したフロー制御命令列ジェネレータおよびOpenFlowコントローラを利用した実際のOpenFlow相互結合網を有する計算クラスタ上で、MPI_Bcast、MPI_Allreduce等のMPI集合通信のためのフロー制御アルゴリズムの実行時間、オーバヘッド等の計測実験をおこない、本研究での提案手法がMPI集合通信に要する時間の縮減に有効であることを確認した。同時に、さらなる縮減には通信と計算を連携させる技術開発が必要であることを示した。また、これらの研究成果を国際会議論文、および、論文誌にまとめるとともに、当該成果の利用促進にも努めた。本年度は、以下の2つのステップを研究計画に定め、研究を実施した。(a)関連研究・技術調査(b)フロー制御アルゴリズムの設計・実装その結果、(a)は予定通り完了済みである。(b)については本年度および次年度で実施する計画であったが、当初予定通り、本年度実施予定としていた、MPIのデバグ支援機能であるプロファイリング機能を活用したMPI通信系列・特性抽出手法の検討、および、フロー制御アルゴリズムの検討は完了しており、(b)の残課題は次年度に完了する予定である。このことから、本年度の達成度は、当初予定通りであり、順調に進捗していると判断した。次年度は、本年度からの継続となる「課題2.フロー制御命令列の記述方法、および、フロー制御命令列生成機能の設計・実装」を推進し、後半期より「課題3.実環境での性能評価と有用性検証」へと移行する。
動物に根源的な微生物認識・処理システムのカイコを用いた解析

アフィニティー精製法を用いてカイコ体液中のグラム陰性菌(大腸菌:Esherichia coli)、グラム陽性菌(Micrococcus luteus)および真菌(Saccharomyces cervisiae)の認識、排除に関与するペプチドの探索を行った。まず、これまでに報告済みである大腸菌結合タンパク質BmLBPのcDNAクローニングを行った。得られたcDNAより、BmLBPはアミノ酸配列の異なる二つの糖鎖認識部位(CRD)からなる新規のCタイプレクチンスーパーファミリーのメンバーであることが明らかになった。また、カイコに注射した大腸菌は血球により捕捉されるが、この際に形成される大腸菌捕捉血球の集合体であるノジュールの形成にBmLBPが必須であることが明らかになった。一方、Saccharomyces cervisiaeとMicrococcus luteusの各菌体にはそれぞれ約42kDaのペプチドが結合した。これらのペプチドの結合には2価の金属が必要で、菌体上の糖鎖が関与することが明らかになった。すなわち、既知の認識ペプチドから推し量る限りでは、これらのペプチドはCタイプレクチンであると考えられた。次に、精製した結合ペプチドを元にそれぞれの抗血清を作製し、3種の微生物結合ペプチドの異同について検討した。その結果、Saccharomyces cervisiae結合ペプチドとMicrococcusluteus結合ペプチドは同一かあるいは極めて構造的に共通性の高い関係にあることが明らかになった。また、BmLBPはこれら2種のペプチドとは異なるものであることが明らかになった。以上のように、本実験の結果から昆虫体液中には性状の類似したCタイプレクチンが少なくとも2種類存在すると予想された。また、極めて少ない種類のCタイプレクチンで真菌、グラム陽性菌、グラム陰性菌の認識を可能にしていると言った、抗体による認識の場合とは全く異なる構図が予想された。1) BmLBPのノジュール形成への関与in vivoにおける実験ではBmLBPがノジュール(血球と細菌から成る凝集)形成に関与することを示唆するデータを既に得ている。そこで次に、in vitroでその現象を再構成することを試みた。その結果、BmLBPが結合した大腸菌に対して血球はノジュール様の凝集を形成すること、その凝集形成を抗BmLBP血清が阻害することが明らかとなり、in vivoにおけるノジュール形成にBmLBPがが重要な役割を持つことが示唆された。2) BmLBPのcDNAのクローニングと構造解析血球からcDNAライブラリーを調製し、PCR法と抗体を用いてBmLBPのcDNAをクローニングした。そのcDNAの塩基配列を決定してBmLBPの構造を解析したところ、BmLBPが二つの糖結合部を持つ、新規のサブファミリーを形成するCタイプレクチンであることが判明した。アフィニティー精製法を用いてカイコ体液中の真菌(Saccharomyces cervisiae)とグラム陽性菌(Micrococcus luteus)の認識、排除に関与するペブチドの探索を行った。Saccharomyces cervisiaeには約42kDaのペプチドが結合した。本ペプチドのSaccharomycescervisiae菌体への結合には2価の金属が必要で、菌体上の糖鎖が関与することが明らかになった。すなわち、既知の認識ペプチドから推し量る限りでは、本ペプチドはCタイプレクチンであると考えられた。また、このペプチドは血球で作られることが明らかになった。一方、Micrococcusluteus菌体に対しても約42kDaのペプチドが結合した。本ペプチドのMicrococcusluteus菌体への結合には2価の金属が必要であり、菌体上の糖鎖が関与することが明らかになった。よって、既知の認識

ペプチドから推し量る限りでは、本ペプチドはCタイプレクチンであると考えられた。また、関与する糖鎖としてはグルコース、マンノース、Nアセチルグルコサミンなど多種類が考えられた。次に、精製したSaccharomyces cervisiae結合ペプチドとMicrococcusluteus結合ペプチドを元にそれぞれの抗血清を作製し、大腸菌に結合する43kDaのcタイプレクチンであるBmLBPを含めた3種の微生物結合ペプチドの異同について検討した。その結果、Saccharomyces cervisiae結合ペプチドとMicrococcusluteus結合ペプチドは同一かあるいは極めて構造的に共通性の高い関係にあることが明らかになった。また、BmLBPはこれら2種のペプチドとは異なるものであることが明らかになった。以上のように、本実験の結果から昆虫体液中には性状の類似したCタイプレクチンが少なくとも2種類存在すると予想された。また、極めて少ない種類のCタイプレクチンで真菌、グラム陽性菌、グラム陰性菌の認識を可能にしていると言った、抗体による認識の場合とは全く異なる構図が予想された。
人間行動とその対象物体との機能に着目した協調的認識機構と認識結果の自然言語表現

現在の物体認識では、認識中の対象物に人間が触れることなど論外である。それは認識システムが対象を外観的特徴に基づき認識しているため、対象物が手影になることや外見が変更されることを排除する必要があるからである。これに対し人間は、人の動作・行動とそれに関与する事物との強い関連を知り、人の行動を観察することで事物や機能・用途を予測し認識できる。この方策を物体認識に導入し、新しい物体認識方式を提案した。提案システムは、(1)系列画像の解析部、(2)2種類の辞書:行為・行動に関する辞書と物体に関する辞書、(3)推論機構、から構成される。(1)では、系列画像の背景を消去し変化領域を従来手法により求め、その中の肌色領域の抽出により顔や手を求める。それらの位置・動きから人物の見掛けの動作を求める。同時に人体以外の変化領域を見出し、両者の時間経過を求めるとともに、それらの相互関係を求める。(2)の行為・行動辞書には行為・行動の特徴と通常関連する物体の項目を設けた。物体辞書は従来の外観的特徴を排し、用途や機能などを新たな特徴に掲げた。見出し語も、従来の事物名称ではなく、用途・機能による概念分類(例えば、可搬物、可食物)が用られる。これら2種類の知識はそれぞれ概念階層にまとめられる。(3)2種類の辞書は共通する項目をもち、これらにより関連付けられ、この関連性を基に(1)で認識した人物動作から関連する物体を辞書の探索によって推測し、(1)で抽出した人体以外の変化領域を人体動作と関連付け、認識のための推論機構の基礎をなしている。また、最近(1)に隠れマルコフモデルを導入し行為・行動認識で良好な結果を得た。人の後姿から扱っている物の認識とか、ものまねやしぐさの認識ができそうである。近時、人間やその顔あるいはジェスチャーの認識がコンピュータビジョンの主題になっている。そのとき人間は複雑な形状をした物体と捉え、人間本来の特性というべき外界への働きかけを捉えようとはしていない。本研究では、働きかけの結果が視認できる場合にはフレーム間の差分という単純な手法で対象物が捉えられ、行動と関連づけることにより使用目的によって分類された物体認識が可能となる。認識された物体によって逆に行動の意味付けも可能になることを示した。ものを食べるシーンの映像を例に取ると、フレーム間の差分により手とそれに伴い移動する他の領域が検出でき、それぞれの移動軌跡も取得できる。その随伴物の軌跡が口周辺で消滅することからそれが食べ物であり、手の動作は食餌行為であることが分かる。また運搬物を面上に置く行為は、手にした物体が面の上に移ることから行為の内容が分かり、面の上向き支持機能も推論される。視点を変え物体認識によって獲得される知識を言語表現すると、従来の物体認識は「単語」、ジェスチャーの認識は「自動詞」であったのに対し、本研究で提案する認識は「他動詞」および「副詞句を伴う他動詞」であり、その認識対象世界の拡大を如実に見て取ることができる。このような意味で物体認識に新しい次元を開くものと言うこともできる。以上の認識手法はオフラインの処理には適しているが、実時間処理には新たな手法が求められる。この点についても今年度末になってベイジアンネットワークを用いた手法を考案でき、良好な結果を得つつあり、国内の研究会では良好な評価を得ており、国際会議にも発表しようとしている。
戦後西ドイツにおける「社会国家性」の歴史的展開-家族をめぐる「包摂」と「排除」

本年度の研究成果は、以下の4点に集約できる。1.研究課題を確実に遂行するために、研究代表者、研究分担者および研究協力者計9名をドイツに派遣し、次年度以降の実証研究に向け、集中的に史・資料調査を行った。2.9月(5名)および2月(1名)に、ミュンヘン大学において研究協力者であるホッケルツ教授(および助手のクラー博士)と面談し、本研究のキーワードとなる社会国家性概念をめぐり意見交換をすると共に、個別の研究テーマについてのアドハイスを受け、さらに次年度以降の研究協力の具体化に向けた打合せを行った。3.計5回開催(5.30./7.27./10.24./12.26/2.28.)した研究会においてメンバー全員が報告を行うことによって、本研究全体のキーワードとなる社会国家性および包摂・排除といつ2つの概念をめぐる議論を深化させるとともに、個別の研究課題をめぐる相互討論と国内研究協力者からのコメントを通じて、問題関心のすりあわせを行うことが出来た。その結果、本研究課題を遂行する上で、19世紀末からの通時的変化という視点と同時代の東ドイツ社会との共時的比較という視点の重要性が確認された。4.研究分担者の服部が代表となっている「医療・身体・環境史」研究会との合同研究会(2回開催)および、本研究の準備過程で公刊した『社会国家を生きる』(2008年)の合評会等(ドイツ現代史研究会:大学コンソーシアム京都キャンパスプラザ/6.27.;社会政策学会秋秀大会書評分科会:金城大学/2009年11月)への参加によって、本研究の課題について研究領域を異にする様々な研究者と議論する機会を得た。本年度は、計6回開催した研究会(東京3回、京都2回、名古屋1回)における報告と議論を通じて、研究の重点を以下の3つに絞り込むことによって、「研究の目的」を深化させることが出来た。(1)「家族と社会国家-20世紀ドイツにおける包摂のダイナミズム」(2)「社会国家と中間団体-第二次世界大戦後の東西両ドイツの社会国家性をめぐって」(3)「社会国家における包摂と排除の狭間-標準家族モデルの歴史的再検証」また、「研究実施計画」に即して言うと、上記研究会の枠内で、国際比較研究のためのワークショップ(ゲスト・スピーカーに「東アジアの後発福祉国家」を研究テーマとする東京経済大学の金成垣氏を招聘)と海外研究協力者Prof.Hockerts(Munchen大学)の下で助手を務めるDr.Kullerを招聘したワークショップを開催した。とりわけ、3月12-14日の3日間に渡って同志社大学で開催された後者のワークショップでは、本研究プロジェクトの概要報告、日本側の全メンバーの個別研究テーマ報告およびそれらをめぐる討論をすべてドイツ語で行い、招聘研究者との間でインテンシブな意見交換をおこなうことによって、本研究の最終年度におけるとりまとめ作業に向け、多くの貴重な示唆を得ることが出来た。また当初計画の枠内で、研究代表者の他、2名の研究分担者と1名の研究協力者をドイツに派遣し、ホカーツ教授との連携を密にするとともに、個別研究テーマに関わる史料の収集を進めた。最終年度にあたる今年度は、これまでの研究成果を学会シンポジウム等で報告することを活動の主眼に置き、以下のシンポジウム等を組織した(括弧内の氏名は口頭報告者)。(1)日本西洋史学会第61回大会(2011年5月15日、日本大学)小シンポジウム(「家族と社会国家-20世紀ドイツにおける包摂のダイナミズム」:川越/馬場/北村/白川);(2)Workshop:Japanische Perspektivenaufden deutschen Sozialstaat im langen' 20.Jahrhundert(2011年9月8日、Max-Planck-Institut fur Sozialrecht und Sozialpolitik,Munchen:白川/川越/辻/中野/水戸部/石井/服部);(3)ドイツ現代史学会第34回大会(2011年9月17日、東京大学)小シンポジウム(「東西ドイツの社会国家性-中間団体の視点から」:辻/中野/川越);(4)同志社大学人文科学研究所公開小シンポジウム(2012年1月22日、同志社大学)(「戦後『社会国家』におけるセクシュアリティと家族-西ドイツの視点から」:服部/水戸部、石井)。今年度の計4回のワークショップの内、3回(2011年4月17日、お茶の水女子大学;2011年7月16日、同志社大学;2011年11月19日、明治大学)はこれらのシンポジウムに向けた打合せを中心に行い、2012年2月27日(同志社大学)に開催した本プロジェクト最終ワークショップにおいて、3年間の活動成果を総括すると共に、成果の出版に向けての最終プランを策定した。序論「歴史のなかの社会国家」(執筆予定者:辻)、第1部「社会国家のダイナミズム-家族をめぐる包摂と排除」(馬場/原/北村)、第II部「揺れる社会国家-家族の多様化とジェンダー秩序」(水戸部/白川/石井)、第III部:社会国家と中間組織(服部/辻/中野/川越)という構成を取る本プランを通じて、本プロジェクト申請時以来の問題関心に加え、「国家・家族・市場」を結びつける位置を占める中間組織に新たにフォーカスすることにより、20世紀社会国家の全体像が明らかになると期待しうる。
アナログCDMA通信方式を用いた構造モニタリングに関する研究

無線センサネットワークにおいて1つの重要な問題である時刻同期について,アナログCDMAという,新たな観点からの検討を行った.アナログ信号をCDMAで符号化をかけることによって,複数端末から連続波を送信可能とする新しいアーキテクチャを開発した.性能評価によれば,20dB程度のSN比を実現可能であり,スマートフォンで利用されているような数100ug/√Hz程度の加速度センサを利用するには十分な性能を実現でき,斜張橋のケーブルなどの測定には十分な精度を実現できることが分かった.平成26年度は,アナログCDMA通信技術の実現に向けて,1次変調にFM変調方式を採用したアナログCDMA変調方式の基礎的検討,アナログ復調器と連動した同期検出・保持技術の開発,アナログCDMAセンサノードのプロトタイプ開発を行った.1.アナログCDMA通信方式の開発と性能評価通常のCDMA方式で用いられる基地局の受信電力に基づく端末の送信電力制御を行わないため,遠近問題による影響が大きい.本研究では,各センサノードの位置が固定であることを利用して,センサノード設置時に送信強度を設定することで遠近問題を緩和することを想定し,シミュレーション評価を行った.ネットワーク内のノード数,FM変調指数,拡散率などをパラメータとするシミュレータの開発を行った.2.アナログCDMAセンサノードの初期的実装CDMA方式は多重化手法であり,センサデータに対して1次変調を行った後に,2次変調として拡散変調を行う必要がある.1次変調にディジタル変調方式を利用していたこれまでのCDMA方式とは異なり,1PN周期における拡散復調器への入力電圧が変化するため,拡散復調次の相関ピーク検出手法を検討した.具体的には,1次変調にFM変調方式を用いると,符号同期時の拡散復調器からの出力がFM変調波となることに着目し,拡散復調器の同期検出を行う手法をGnuRadioを用いて検討した.初年度に開発を行ったプロトタイプセンサノードを用いて評価を行いて,センサノードの実装を行い,マルチホップに起因する遅延増加などの性能劣化がないこと,時刻同期やルーティングの仕組みが不要となるため,センサネットワークの構築が容易となることが確認できた.また,FM変調指数や拡散率などのパラメータチューニングを行った.変調指数の増大によって,ロバスト性を高められるものの,帯域の増大によりノイズが増加するため,これらのトレードオフを考慮して値を設定する必要があった.さらに,本プロトタイプセンサノードを用いて,振動台を利用して実証実験を行った.具体的には,同一の振動台上にアナログCDMAセンサノードを配置し,参照用センサの出力と比較することで,収集されるデータのSN比の評価を行った.性能評価によれば,20dB程度のSN比を実現可能であり,スマートフォンで利用されているような数100ug/√Hz程度の加速度センサを利用するには十分な性能を実現でき,斜張橋のケーブルなどの測定には十分な精度を実現できることが分かった.直流成分の保持が困難であるため温度のモニタリングなどへの適用は困難であるものの,数Hz以上を有する信号であれば,本方式を適用可能であると考えられる.今後,遠近問題や,台数増加時に非直交成分の増大によるSN比の劣化や,直流成分の保持,フェージングへの対応といった課題に取り組むことを考えている.無線センサネットワークにおいて1つの重要な問題である時刻同期について,アナログCDMAという,新たな観点からの検討を行った.アナログ信号をCDMAで符号化をかけることによって,複数端末から連続波を送信可能とする新しいアーキテクチャを開発した.性能評価によれば,20dB程度のSN比を実現可能であり,スマートフォンで利用されているような数100ug/√Hz程度の加速度センサを利用するには十分な性能を実現でき,斜張橋のケーブルなどの測定には十分な精度を実現できることが分かった.当初計画したシミュレータの実装およびノードの初期的実装を終えたため.センサネットワーク初年度に開発を行ったプロトタイプセンサノードを用いて基礎的評価を行い,FM変調指数は拡散率などのパラメータの調整を行った後,実証実験を行う.3.アナログCDMA通信方式の開発と性能評価H26年度の検討をさらに推し進め,シミュレーションを進めるとともに,実環境における評価を行う.同一の振動台上にアナログCDMA線sなノードを配置し,参照用センサの出力と比較することで,収集されるデータのSN比の評価を行う.また,消費電力の評価を行い,従来型のセンサノードとの消費電力の比較を行う.4.アナログCDMA通信方式の実証実験プロトタイプセンサノードの基礎的評価結果をもとに,パラメータのチューンアップを行う.また,実際の適用性を検証するために,屋内および屋外において実証実験を行う.購入を計画していた測定器を,現有の測定器で代用できたため.今年度の評価では,アナログ部分の評価が必要となるため,当初計画していた測定器を購入する.