hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特異遺伝子の検出を利用した培養不可能状態のビブリオの生態学的研究

ビブリオ属菌は自然環境水を棲息域とする細菌であるが,コレラ菌や腸炎ビブリオのような病原種も存在する。これらの病原種は低水温期や非流行期には検出されないが,その原因の一つに菌が生きてはいるが培養法では検出されない状態(viable but non-culturable : VBNC)で存在しており,何らかの要因で培養による検出が可能な細胞になるとの考えが出てきている。したがって,VBNC細胞としての生態を調査し,VBNCへの移行あるいはその逆が,どのような機構によるのかを明らかにすることは,予防衛生上重要である。しかし培養不可のため,検出が困難であるので,本研究ではビブリオ属菌の特異抗原である側毛の遺伝子配列を用いるpolymerase chain reaction (PCR法)により検出する方法を開発し,さらにVibrio mimicusの溶血毒の遺伝子塩基配列を決定して,PCR法開発につながる情報を得た。さらに,実験室的にVBNC細胞を誘導し,さらにこれを復帰させるための基礎実験を行った。他の細菌では低温低栄養の条件でVBNC細胞が誘導されやすいことが知られている。腸炎ビブリオを低温条件におくと,低栄養の場合は全菌数はあまり変わらず,生菌数は2段階の緩やかな減少曲線を示すが,栄養が豊富な場合は菌は速やかに死滅した。低栄養条件の場合には生菌数が一定した第II相が存在し,ここではおそらく何らかの平衡状態が保たれているものと思われる。そこで第II相の菌液に還元剤の添加実験を行ったところ,菌の増殖には影響のない濃度にも関わらず,急激な生菌数の減少が観察された。このことは,第II相が一定の酸化還元電位にある可能性を示唆している。第II相における生菌数と全菌数の大きな差はVBNC細胞の存在を示唆しているが,ヒートショック等による培養可能細胞への復帰は見られなかった。今回の研究では,最適なVBNC誘導条件や,再生条件を見出すことは出来なかったが,低温・低栄養条件への適応などVBNC研究に資する有用な情報が得られた。ビブリオ属菌は自然環境水を棲息域とする細菌で,低水温期や非流行期には検出されないが,その原因の一つに菌が生きてはいるが通常の培養法では検出されない状態(viable but non-culturable:VBNC)で存在しており,何らかの要因で培養による検出が可能な細胞に復帰するとの考えが出てきている。しかし培養不可のため,検出が困難であるので,本研究ではpolymerase chain reaction(PCR法)等により,特異遺伝子断片を検出する方法を開発して生態学的研究に応用するのを目的としており,腸炎ビブリオの側毛遺伝子lafAの系を検討した。まずlafA遺伝子から4つのプライマー領域(S1,S2,A1,A2)を選択し,その組合せで腸炎ビブリオのPCRによる検出が可能なことを確かめ,プライマーの特異性をみるために,他のブビリオ属細菌についても同様に検討をおこなった。その結果,S1-A2,S2-A2のプライマーの組合せを用いれば,PCR法によって腸炎ビブリオが特異的に検出できることが明らかとなった。さらに,実験室内でVBNC菌を含むnonculturable cellsを最も形成しやすい条件について検討し,低温条件下で飢餓状態にさらせば,腸炎ビブリオのnonculturable cellsを容易に得ることを明らかにした。これらがVBNC菌を含むかどうかは,nonculturable cellsのviablityを調べる必要があるが,試料の調整方法や,ヒートショックの条件を種々検討すれば,自由にVBNC菌をつくり,culturable cellsに復帰させことが可能であると思われた。以上の基礎的研究により,lafAのPCR法による検出系により水環境での腸炎ビブリオのVBNCの生態学的検討の可能性が開けたと言える。

そこで第II相の菌液に還元剤の添加実験を行ったところ,菌の増殖には影響のない濃度にも関わらず,急激な生菌数の減少が観察された。このことは,第II相が一定の酸化還元電位にある可能性を示唆している。第II相における生菌数と全菌数の大きな差はVBNC細胞の存在を示唆しているが,ヒートショック等による培養可能細胞への復帰は見られなかった。今回の研究では,最適なVBNC誘導条件や,再生条件を見出すことは出来なかったが,低温・低栄養条件への適応などVBNC研究に資する有用な情報が得られた。
対流圏実大気中のOH/HO_2ラジカル測定装置の開発

開発中のレーザー誘起蛍光法によるOH/HO_2ラジカル測定装置の感度を向上させるためのさまざまな改良を行った結果、検出下限値として1×10^6radicals/ccまで向上した。具体的な改良点は、多重反射からシングルパスに変更することでバックグランドノイズを減らし、レーザービーム経を約1cmに大きくすることにより観測領域を増やし、それに伴う検出光学系(レンズ系)も設計変向した。これにより実大気中でHO_2ラジカルの測定が可能となった。更に校正装置の開発も行った。野外観測で実用可能な同時光分解法を用いた標準ラジカル発生装置の作製を行い性能評価を行ったところ、OH,HO_2,RO_2のそれぞれのラジカルに対して10^8radicals/cc以上の濃度で既知量のラジカルを安定に発生できることが明らかとなった。
指使いの自動プロセスモデル解析に基づく緻密手作業のロボットハンド模倣

物体操作の指使いプロセスをモデリングする手法の研究を行った。課題を(1)手指姿勢や指先位置の精密な画像計測、(2)物体の形状に基づく把持パタンの想起、(3)操作による物体および手の状態遷移の記述モデル、(4)物体状態に基づく次の取るべき行動の想起、(5)ロボットハンドの制御、の各部分問題に還元し、それぞれ個別に検討した。物体と手指の間の関係性を、人の行動観察から静的ならびに動的時系列として獲得する枠組みとして、深層学習に基づく学習・想起の道具立てを開発することで上記の部分問題に共通して適用し、制約はあるもののプロセスモデリング手法の端緒を提案することができた。まず物体操作を行う手指の姿勢計測には深度センサーの情報を用いたセグメンテーションが必要と考え、深度センサーから得られる奥行き情報から手指輪郭を抽出し各関節角度や掌姿勢をリアルタイムに推定するシステムを従来システムを拡張して開発した。左右のどちらの手であるかも自動判別し両手同時に推定できるモードを追加した。次にものを把持する際の手の領域を抽出するにあたり、あらかじめ大雑把に物体のどこを手がどのように把持するのかを事前学習しておき、それにもとづいて手と物体の領域分割をした上で手指の詳細な姿勢推定を行う枠組みを想定した。そこでチームの所有技術である「手指-物体座標系のモデリングに基づく物体機能の推定および識別手法」に基づき、機械学習によって物体操作座標系を抽出して把持画像を正規化した上で、把持の様子を1)手の形状(2D/3D)と物体相対位置、2)物体の見え(2D)・形状(3D)を組み合わせた画像をSparse auto encoderを用いて教師なしにクラスタリングし、物体機能に対応した把持パタンを記述する「持ち方パラメータ空間」を抽出した。この空間上に記述された物体把持パタンを、物体自身の見え・形状と付きあわせてConvolutional NNを用いた教師付き学習によって想起させることに成功した。一方双腕ロボットの頭部に深度センサーを、また両手先に自作した9自由度ハンドを装着した把持ロボットを製作し、把持パタンを強く想起させる物体パーツの位置を特定し、そこにハンドを移動させて、傘やかばん、缶などの物体を実際に把持することができた。またハンドの制御において、運動指示を直接与えるのではなく、目標となるハンド形状を3-Dの深度画像として与えるとその形に近づけるappearance-drivenな姿勢制御を機械学習によって実装した。1年目の目標であった、手指の姿勢計測システムの製作や物体のパーツ形状から把持パタンを想起する枠組みについて一定の成果があげられた。とくに物体の部分形状に誘導される形での把持パタンを記述するための特徴空間を機械学習を用いることにより獲得できたことにより、高自由度で記述や推定の難しい手指操作を低次元で表現しつつ扱う方法について一定の方向性が確認できたので、これらを土台にして2年目は時間的な把持パタンの遷移について記述する方法へと研究のターゲットを推し進めることが可能になった。一方で、1年目では物体の変形や状態変化については取り扱うまでに至っておらず、あくまでも物体の静的な部分形状に誘導される静的な把持パタンの想起に過ぎないので、物体側の時間的な変遷、とくにどのような把持パタンを実施したあとでどのような物体の形状遷移が起るのかを定量的に記述していくことが本研究の目的であるプロセスモデリングの数理的枠組みを探求することに繋がると考える。また、人の物体把持および操作をロボットハンドが模倣する際の最大の問題は、人とロボットの手形状が異なる(指の数は太さ長さなど)ことにあり、これを転移学習等の枠組みを利用して解決することを今後検討する。この人ーロボット間の作業スキル転写についてやや進捗が少なかった。昨年度「1フレームの静止画像における人の物体操作シーン」を深度画像、手領域、物体領域の3チャンネル画像としてとらえ、Autoencoderを用いて物体と手の操作の関連を記述する記述子空間を教師なしに獲得できたが、記述子をdecoderに通して得られる手領域や物体領域の像がかなりぼやけていることが問題であった。これを解決するため、学習画像の画面内シフトを自動的に考慮して不変な像クラスタを教師なしに生成できる「Shift-Invariant Autoencoder (SIAE)」を今年度新たに開発し、その有用性を実証するとともに物体操作シーンの記述子空間生成に応用して、昨年度よりも鮮明な物体把持シーンの像を生成することに成功した(複数の国際会議ならびに英文論文誌に採録済)。また人間の操作によって対象(道具など)の状態変化が連鎖的におこる操作プロセスの記述法として、RNNを応用した時系列の状態発展記述を採用し、人が部屋の椅子などを操作し座るという動作を学習/予測することができた。当初予定では手が物体を操作するシーンを想定していたが、NNの記述能力と必要な訓練時間の問題から、部屋シーンにおける椅子と形状と人体の大きな動きを扱った。部屋のシーン状態(椅子があるかどうか)によって椅子を引いて着席する動作と、座らずに立ったまま付近を通る動作になるかが分岐的に想起されることが確認できた。さらに前述のSIAEを応用して手指の深度画像を記述する空間を生成し、半教師学習によってリアルタイムにロボットハンドのモーターコマンド出力する回帰CNNを学習させて実際にロボットハンドの姿勢を制御を行った。

初年度では物体の変形や状態変化については取り扱うまでに至っておらず、あくまでも物体の静的な部分形状に誘導される静的な把持パタンの想起に過ぎなかったが、今年度は操作による物体形状の時間的な状態変化(深度画像の変化)によって次になすべき操作をRNNが次々に想起していく枠組みを考案し、実際に椅子を引いて、うまく引けたらそこに着席する人間の動作を想起することに成功した。またうまく椅子を引けなければ椅子の深度画像が予想どおりに変化しないため、その場合には再度椅子を引く動作が想起されることを確認した。即ち目の前の物体状態に応じて次になすべき操作を選択的に想起することができていることを示唆している。これは大まかな人体動作についての実験例であるが、手指による複雑で詳細な物体操作を記述するためのプロトタイプになりうる。とくにどのような把持パタンを実施したあとでどのような物体の形状遷移が起るのかを記述/想起していくプロセスモデリングの数理的枠組の端緒になると期待できる。また本研究の理論的成果であるSIAEを適用して手の深度画像とロボットハンドの姿勢制御コマンドを半教師学習によって回帰することができたことは、人とロボットの手形状が異なるにも関わらず人の物体把持をロボットハンドに模倣させることができる可能性を示したもので、物体形状から想起した把持操作の手形状を入力としてロボットハンドに当該物体の把持をさせることに繋がり、一定の成果が得られたと考える。昨年度提案した、人の姿勢スケルトンと深度シーン画像を入力とするRNN(LSTM)を用いたプロセスモデリング手法では、人の動作にも関わらずシーンの変化に失敗したケースを入力すると、人の動作だけがシーンの状態を顧みずに先行してしまうことが起こった。今年度は、シーンの現状態とゴール状態から次に取るべき動作列(例えば100時刻分)を出力するRNNと、現在のシーン状態と人の動作から次のシーン変化を予測するNNの2つにモデルを分離し、それぞれに学習を行うことによって、動作だけがシーンの状態にかかわらず先行してしまう従来の問題点を回避しつつ、シーン変化に失敗した状況を意図的に入力した場合でも、現在のシーンから次の状態に遷移させるために必要な動作を手戻りして出力する能力を持たせることに成功した。またすでに途中の状態まで進んでいる場合には、不要な手順をスキップして次の状態遷移を引き起こす動作を適切に出力することにも成功した。これらを椅子を引いて着席し、テーブル上の物体を操作する実際の手順に適用して有効性を確認した。また、物体の形状からその物体の持ち方を推定する課題において、従来は物体全体の画像から持ち方を推定したのを拡張し、物体のパーツに対応した部分画像からどの位置にどのように手指を配置すれば把持できるか、を推定するパーツベースの持ち方推定の枠組みを構築した。部分画像ごとに回帰された記述パラメータが得られるため、これらの記述パラメータが類似している者同士をクラスタリングして結果を貼り合わせる操作を施し、物体全体に対応する持ち方の様子を可視化した(IW-FCV2018最優秀論文受賞)。物体操作の指使いプロセスをモデリングする手法の研究を行った。課題を(1)手指姿勢や指先位置の精密な画像計測、(2)物体の形状に基づく把持パタンの想起、(3)操作による物体および手の状態遷移の記述モデル、(4)物体状態に基づく次の取るべき行動の想起、
原子層厚スペーサーを用いたフルメタルCPPスピンバルブの作製と磁気抵抗効果

原子層程度の極薄膜厚内で急峻な磁気モーメントの方向変化が生じる積層膜材料系を開発すべく、超高真空スパッタリング法を用いて、Co基強磁性材料とRuスペーサーからなる垂直電流通電(CPP)型磁気抵抗薄膜素子を作製し、その伝導特性について調査した。また、Mn-Ir/強磁性積層膜の界面非補償スピンの強磁性層材料依存性を調査し、積層界面の交換相互作用と強磁性層の結晶構造が大きな交換磁気異方性の誘導に重要であることを明らかとした。極薄Ruスペーサー層を有する垂直通電型磁気抵抗薄膜素子開発のための基盤技術開発を行った。超高密度ハードディスク装置用再生ヘッド応用などの用途を想定した場合、素子サイズはサブミクロンオーダーとなる。このような極小デバイスで、強磁性層の磁化方向を膜面内方向とした場合には2枚の強磁性層の素子端部における静磁気的結合が大きくなることから、磁化方向を膜面垂直方向とする強磁性材料について検討を行った。強磁性材料にCo/Pd多層膜を選び、各層膜厚、積層回数、耐熱温度について詳細な検討を行った。その結果、Pd層厚1nm以上において垂直磁気異方性が得られ、同膜厚領域においてCo層厚ならびにPd層厚の増大に伴って磁気異方性定数が増大することが判った。Co膜厚0.4nm,Pd膜厚2nm,積層回数4回の膜構成において、単位面積当たり1.9 erg/cm2の垂直磁気異方性が得られ、350°C以上の耐熱性を有することが判った。また、極薄スペーサー層のRKKY相互作用による大きな反強磁性結合に抗して、2枚の強磁性層の磁化回転を伴わない安定反平行配列を低磁界域で実現する為は、片方の強磁性層に大きな交換磁気異方性を付与する必要がある。平成23年度までの研究成果から、反強磁性層にMn-Irを用いた場合の交換磁気異方性を大きくするためには、強磁性層磁化方向が膜面内にある場合にはMn-Ir層に接する強磁性層をbcc構造を有するCoリッチな組成とすることが有効であることが判っている。平成24年度は膜面垂直磁化の場合の交換磁気異方性について検討を行った。その結果、膜面垂直磁化の場合においてもMn-Ir層に接する界面に70at%Co-Fe合金を配することが大きな交換磁気異方性の誘導に効果的であり、膜面内磁化交換磁気異方性と同様のメカニズムで膜面垂直磁化交換磁気異方性が誘導されていることが明らかとなった。原子層程度の極薄膜厚内で急峻な磁気モーメントの方向変化が生じる積層膜材料系を見出すべく、RKKY振動を示す貴金属スペーサー材料と3d遷移強磁性金属材料との組み合わせで材料探索を行った。超高真空スパッタリング法を用いて、主にCo基強磁性材料を用いて貴金属スペーサー材料(Au, Ag, Pt, Ru, Cu)の膜厚を変化させたスピンバルブ型積層膜を作製し、2枚の強磁性層磁化の反平行配列の成否について検討した。その結果、12原子層の厚み範囲で反平行配列が実現できるスペーサー材料はRuだけであることが明らかとなった。Ruスペーサー中における伝導電子のスピン情報の損の程度を調べる為に、2 nm程度の厚みのRuをスペーサーとしたCo-Ir/Ru/Co-Ruの積層構造を有する垂直電流通電型磁気抵抗薄膜素子を作製し、その伝導特性について調査した。その結果、磁気抵抗変化率は0.2%と、同程度の膜厚のCuをスペーサーに用いた場合に比較して極めて小さく、Ruスペーサー中での伝導電子のスピンフロップ散乱が顕著であることが判った。極薄スペーサー層のRKKY相互作用による大きな反強磁性結合に抗して、2枚の強磁性層の磁化回転を伴わない安定反平行配列を低磁界域で実現する為には、片方の強磁性層に大きな交換磁気異方性を付与する必要がある。反強磁性層にMn-Irを用いた場合の交換磁気異方性は積層界面に誘導される非補償Mnスピンの大きさと相関することから、非補償Mnスピンの強磁性層材料依存性について放射光XMCDの手法で系統的な調査を行い、第一原理計算により求めた積層界面の電子構造との比較検討を行った。その結果、強磁性層の組成ならびに結晶構造によって積層界面における交換相互作用の符号ならびに大きさが変化する結果として非補償Mnスピンの大きさが変化することを明らかとした。交付申請書に記載した研究計画が順調に実施され、所期の成果が得られている。平成23年度までに得られた研究成果を基に、極薄Ruスペーサー層を有する垂直通電型磁気抵抗薄膜素子の開発を行う。

このような極小デバイスで、強磁性層の磁化方向を膜面内方向とした場合には2枚の強磁性層の素子端部における静磁気的結合が大きくなることから、磁化方向を膜面垂直方向とする強磁性材料ならびに交換磁気異方性材料についても検討を行う。薄膜材料開発に関しては、平成23年度と同様に、現有設備の超高真空スパッタリング装置を活用して成膜実験を行い、同じく現有設備の薄膜構造評価用X線回折装置を用いて構造解析を行う。また、磁気抵抗素子の微細加工に関しては、現有設備のFIB/SEM微細加工装置ならびにイオンミリング装置を活用するため、設備導入に関しての研究経費充当は必要ない。このため、研究経費の殆んどは、実験に使う消耗品ならびに、研究状況調査、成果発表等のための旅費に費やす。
西アジア史研究のデータベース化に関する総合的研究

西アジアにおける日本の発掘調査団は四十年を経て,現在では毎年十余に近い調査団が派遣されている。それ故その資料や研究成果は多大なものである。けれどもそれらの資料整理や公開は十分に行われていない。そこでこれらの資料や研究成果をデータベース化するために,各調査団に関係する研究者と総合的な共同研究を進め,そしてその研究内容やその成果を公開してきた。具体的には日本の西アジア遺跡調査団が発掘調査や分布調査した遺跡のデータベース化,日本の研究者が著した西アジアに関係する欧文の文献目録集の作成また代表的な雑誌の目次のデータベース化を実施した。これによって日本の研究者による西アジア考古学関係の文献や遺跡関係のデータがコンピュータに入力され,ホームページを開くことによって,何時でも何処からでもこれらのデータが検索できるようにした。また西アジアの発掘調査報告会を毎年開催してその年の発掘成果を公開し,「西アジア史研究のデータベース化の総合的研究(西アジア発掘調査報告会)クバプロ,をしてまとめた。また各時代でのシンポジュウムを開催し,「アジアの古代文明を探る-歴史と水の流れ-」大学と科学公開シンポジュウム編,「西アジア考古学研究会報告。東方ヘレンニズムイスラム」ラーフィダーン,「文明の原点を探る-新石器時代の西アジア」同成社,としてまとめ,研究成果の公開を計った。今後はこれらのデータをさらに充実させて,これらのデータを国内の西アジア研究により活用できるようにするとともに,海外の研究者や西アジアの現地の研究者との情報交換を進め,西アジア研究の発展に努めたい。西アジアでの日本の考古学調査団の数は1956年以来増加し、現在では毎年エジプトを含めて10に近い調査団が西アジアに派遣されている。そしてそれぞれの調査団はその成果を報告書にまとめている。しかし現在、調査団あるいは研究者間の交流も少ないまま、調査研究はさらに詳細に進められて、研究分野はますます専門化しているのが現状である。今後も数多くの調査団が派遣され、より多くの成果が得られていることはまちがいない。よって今までの各調査団のデータベース化を進め、広く研究者をはじめ一般の人々にも公開できるような基礎を作り、将来もそれに基づいたデータが蓄積されていくことが必要である。また同時にこれらの情報を基に当該地及び欧米の研究者との共同研究或いは情報交換を推進していくことが期待される。本年度はまず今までに西アジアへ派遣された調査団が幾つあったか、またその状況はどのようであったか、また現在幾つの調査団がどこでどのような調査活動を実施し、その成果はどうであったかを把握することがデータベース化への一歩であると判断し、研究会を通して情報の交換及び収集を主として行った。日本の西アジアへ派遣された調査団は今までに少なくとも20以上となっている。データベース化へ向けて、こうした各調査団の遺跡の分布調査状況、発掘した遺跡の成果の整理を進めた。そして西アジア発掘調査報告会も行った。また同時に考古学情報の入力や利用に適したパソコンやソフトの研究、さらには実際に使用されている状況の把握に努めるとともに、試験的に情報の入力を実施してその問題点を確認した。西アジアでの発掘調査は1956年、江上波夫先生がイラク、イラン東京大学発掘調査団を率いて学術調査を実施されたことに始まる。そしてその後、多くの調査団が西アジアに派遣された。もうすぐ日本の調査団は40年を迎える。それだけに各調査団には膨大な資料が蓄積されている。反面、時の発掘責任者が亡くなられたり、退職されたりして、資料の散逸もみられるようになってきた。また毎年10に近い調査団が派遣されるようになり、西アジアの考古学を研究する者でも互いの情報を把握することが困難になってきた。

こうした状況の中から、より詳細な考古学情報をデータベース化すると同時に、今後のデータベース化へ向けて、ある一定の方向付けをしておく必要性が求められ、このプロジェクトが西アジアに派遣された考古学調査団の代表者や分担者の賛同のもとに、実施されている。考古学情報は大きく遺跡、遺物、遺構、文献に分類される。これらの分析項目を検討し、決定していく中で、具体的に遺跡と文献を早急にデータベース化する。遺物、遺構のデータベース化は分類を主たる研究に位置付ける考古学上の重要な研究課題であり、各研究者間でも異なることから基本的分析項目を中心に進め、詳細はさらに詳細に研究討議することした。また上記のような研究資料のデータベース化を遂行するためには、こうした研究者間の信頼関係に基づいた情報の公開、あるいは情報交換が最も重要である。そのため西アジア考古学研究者間の情報交換、交流を盛んにし、シンポジュームや研究会を活発に行った。昨年10月10日の富山では第9回「大学と科学」公開シンポジューム、アジアの古代文明を探る-歴史と水の流れ-を開催した。西アジアにおける日本の発掘調査団は40年を経て、現在では毎年10余に近い調査団が派遣されている。それ故その資料や研究成果は多大なものである。けれどもそれらの資料整理や公開は十分に行われていない。そこでこれらの資料や研究成果をデータベース化するために、各調査団に関係する研究者との総合的な共同研究を進め、そしてその研究内容やその成果を公開してきた。具体的には日本の西アジア遺跡調査団が発掘調査や分布調査した遺跡のデータベース化、日本の研究者が著した西アジアに関係する文献のデータベース化、国士舘大学イラク古代文化研究所が所蔵する西アジアに関係する欧文の文献目録集の作成また著名な雑誌の目次のデータベース化を実施した。これによって日本の研究者による西アジア考古学関係の文献や遺跡関係のデータがコンピュータに入力され、ホームページを開くことによって、何時でも何処からでもこれらのデータが検索できるようにした。また西アジアの発掘報告会を毎年開催してその年の発掘成果を公開し、「西アジア史研究のデータベース化に関する総合計研究」(西アジア発掘調査報告書)クバブロ、としてまとめた。また各時代でのシンポジュームを開催し、「アジアの古代文明を探る-歴史と水の流れ」大学と科学公開シンポジューム委員会編、「西アジア考古学研究会報告:東方ヘレニズムイスラーム」ラーフィダーン、「文明の原点を探る-新石器時代の西アジア-」同成社、としてまとめ、研究成果の公開を計った。今後はこれらのデータをさらに充実させて、これらのデータを国内の西アジア研究により活用できるようにするとともに、海外の研究者や西アジアの現地の研究者との情報交換を進め、西アジア史研究の発展に努めたい。
口腔癌の細菌性生物発癌におけるＡＩＤの発現と役割

た。初年度(平成24年度)は当科において同意の得られた口腔癌切除組織検体における1ゲノムDNA抽出、2PCRによるS.anginosusの検出、3RT-PCRによるAID発現ついて解析を行った。平成25年度は平成24年度に引き続きは口腔癌切除組織検体数を更に追加し、上記13のついての解析を行った。更に、ヒト歯肉上皮細胞株を用いてS.anginosus刺激により培養した試料についてのAID発現誘導についてRT-PCRを行い、複数のAID抗体を使用しウエスタンブロットにて解析を行った。今後更にAID抗体を用いて培養細胞での免疫組織染色を行いAID発現解析を行う予定である。た。本研究では口腔扁平上皮癌組織中に高頻度に検出されるStreptococcus anginosus(S.anginosus)ついて口腔癌組織中のActivation-induced cytidine deaminase(AID)発現およびS.anginosus感染による口腔粘膜上皮でのAID発現誘導について検討し、細菌性生物発癌における本酵素の異所性発現の特異性とS.anginosusの病原性との関連について明らかにし、S.anginosusの口腔癌発生機序の解明を目的とするものである。平成24年度の研究実施計画としては切除口腔癌組織における1S.anginosus検出2AID発現3p53遺伝子変異について検討し、これまで食道癌、頭頸部扁平上皮癌組織において高頻度の検出が報告されているS.anginosusの口腔癌組織検体での検討を計画した。また同検体でのAIDの異常発現も解析することにより、本来免疫系において特異的に機能すると考えられていた変異誘導酵素であるAIDが口腔細菌感染(S.anginosus)により口腔の上皮細胞でも異常発現、機能するかを明らかにし口腔癌発生機序の解明を目指すものである。平成24年度に実施した研究の成果としては当科において同意の得られた切除癌組織9検体における1ゲノムDNA抽出2PCRによるS.anginosusの検出3RT-PCRによるAID発現について解析を行った。また、並行してヒト歯肉上皮細胞株を用いたS.anginosusの刺激によるAID発現誘導についての分析を行った。今年度は平成24、25年度より行ってきた当科において同意の得られた口腔癌切除組織検体における1ゲノムDNA抽出2PCRによるS.anginosusの検出、3RTーPCRによるAID発現による解析を引き続き行い、更に4株化粘膜上皮細胞およびヒト正常歯肉細胞を培養し、5S.anginosusの生理活性物質であるSAAを作製し、株化上皮細胞とヒト正常歯肉細胞のAID異所性発現誘導について検討を行った。13より口腔癌組織におけるS.anginosus感染率は47%で口腔扁平上皮癌組織におけるS.anginosus感染とAIDの異所性発現の関連性については有意に正の相関関係が認められた。また、45ではSAAはいずれの株化上皮細胞およびヒト正常歯肉細胞に対しても有意のAID異所性発現誘導能を示した。この結果よりS.anginosus感染により歯肉上皮細胞でのAID異所性発現を誘導し、口腔扁平上皮癌の発症に関与している可能性が示唆された。口腔外科学初年度はpilot studyによる受験系の確立に時間を要し、口腔癌切除癌組織検体での1ゲノムDNA抽出、2PCRによるS.anginosusの検出、3RT-PCRによるAID発現ついての解析について開始が遅れたが、実験系確立後は現在まで順調に経過し18検体行った。又、平成25年度に実施計画であった、ヒト歯肉上皮細胞株を用いてS.anginosus感染についてのAID発現誘導についてもAID抗体を使用したウエスタンブロットを開始することが出来た。平成24年度は実験初年度であったため1ゲノムDNA抽出2PCRによるS.anginosusの検出3RT-PCRによるAID発現についてpilot studyによる実験系の確立に時間を要したため、試料として採取した切除口腔癌組織での実験開始が遅れた。また20検体を目標としていたが9検体の分析に留まり、検体数の確保も当初予定よりは遅れている。しかし、実験系確立後については現在まで順調に上記1、2、3についての分析も進んでおり、今後も検体の確保に努め遂行可能であると考える。平成24、25年度に引き続き切除口腔癌組織における1ゲノムDNA抽出、2PCRによるS.anginosusの検出、3RT-PCRによるAID発現ついての解析は検体数を増やし行う予定である。又、平成25年度より開始しているヒト歯肉上皮株のS.anginosusu感染によるAID発現誘導についても引き続きウエスタンブロットによる解析も継続し、今後更にAID抗体を用いて培養細胞での免疫組織染色を行いAID発現解析を行う予定である。平成24年度に引き続き、切除口腔癌組織における1ゲノムDNA抽出2PCRによS.anginosusの検出3RT-PCRによるAID発現について検体数を増やし解析を行う予定である。平成25年度はすでに開始している培養細胞を用いたS.anginosus刺激による細胞培養した試料についてAID発現についてRT-PCRのみでなく、さらに複数のAID抗体を用いてウエスタンブロット、免疫組織染色によるAID発現についても検討を予定している。S.anginosusでの解析が検出感度の問題で困難な場合はS.anginosus antigen(SAA)での感染実験での解析も試みる予定である。初年度設備備品として申請していた、リアルタイムPCRシステムは現在まで岩手医科大学分子生物学講座(木村重信教授)にて研究の助言を含め、使用させて頂いている。

同申請分経費は本研究に必要な複数のAID抗体、ウェスタンブロット、免疫組織試薬として継続的な消耗品の購入に使用している。平成26年度さらに検体数を増やす予定であり、PCR及び、ウェスタンブロット等の消耗品に使用予定である。平成26年度は切除癌組織の検体数を更に増やし、1ゲノムDNA抽出、2PCRによるS.anginosusの検出、3RT-PCRによるAID発現ついての解析を行い、又ヒト歯肉上皮細胞株を用いてS.anginosus刺激により培養した試料についてのAID発現誘導についてRT-PCRを行い、複数のAID抗体を使用しウエスタンブロットにて解析を行った。今年度はこれに加え免疫組織染色を行いAID発現解析を行う予定であるのでこれら実験系の消耗品、又論文作成、投稿費等に使用する予定である。平成24年度は実験初年度であったためpilot studyによる実験系の確立に時間を要し、本実験(使用試料として採取した切除口腔癌組織)での実験開始が遅れたため、分析用試薬、培養試薬等の使用開始が遅れた。しかし、実験系確立後については現在まで順調に検体の確保及び分析も進んでおり今後目標である20検体の分析を行う予定であり、これらの実験での酵素、抗体、分析試薬の購入を予定している。また、設備備品に申請していたリアルタイムPCRシステムはpilot studyより岩手医科大学分子生物学講座(木村重信教授)にて研究への助言を含め使用させて頂いた。今後、培養細胞でのS.anginousus感染によるAID発現では複数のAID抗体、ウエスタンブロット免疫組織染色実験などの消耗品の購入を予定している。また、これらの成果は平成25年10月に口腔顎顔面国際学会(バルセロナ)での発表を予定している。
感圧塗料を用いた平面圧力分布測定法の超音速内部流れ場への適用法に関する研究

感圧塗料を高速非定常な流れに適用するため薄膜クロマトグラフィー(TLC)に発光分子を吸着させた。その状態における感圧塗料の静的特性を調べるため、感圧塗料を温度制御をすることができるペルチェ素子に塗料を吸着させたTLCを設置し、圧力ならびに温度を変化させて発光強度の測定を行った。その結果以下のことがわかった。1.感圧塗料は壁面の温度に依存する。2.親水性のTLCを用いると発光特性に気体中の水分の影響が出る。疎水性のTLCを用いることによりこの問題を解決することができる。また、上述の感圧塗料の時間応答性を調べるため衝撃波管を用いて測定した結果以下のようなことがわかった。1. TLCを用いた塗布方法を用いることにより、従来の塗布方法では得られなかった速い時間応答性を得ることができた。2.感圧塗料の時間応答性は吸着方法が同じなら、発光分子の種類にほとんど依存しない。3.衝撃波管によって発生する接触面は圧力は変化しないが温度が急激に変化する。この接触面を用いて感圧塗料の急激な温度変化に対する発光特性を調べた。その結果、感圧塗料は気体の急激な温度変化に対して影響を受けないことがわかった。感圧塗料の静的特性を調べるため、感圧塗料を温度制御をすることができるペルチェ素子に塗布し、それを静止気体セル内に設置し、圧力ならびに温度を変化させて発光強度の測定を行った。1.温度一定のもとで感圧塗料の発光強度は圧力に比例する。発光強度の圧力に対する感度は温度によって変化し、温度が増加するにしたがって増加する。感圧塗料を衝撃波と境界層が干渉しているラバルノズル内の流れ場に適用したところ以下のことがわかった。1.流れ場の発光強度と静止場(大気状態)の発光強度の比をとることによって測定面に塗布された塗料の不均一性やCCDカメラの感度の非一様性から生じる発光強度分布の非一様性を取り除くことができる。2.発光強度比の分布はシュリーレン写真と衝撃波の位置など定性的によい一致を示す。3.感圧塗料を用いて得られる壁面静圧分布は、先頭衝撃波上流の緩やかな圧力の減少、先頭衝撃波による急激な圧力上昇、擬似衝撃波特有の先頭衝撃波下流の緩やかな圧力上昇をとらえることができる。4.2、3の結果より圧力検知塗料は衝撃波と境界層が干渉する超音速流れの壁面静圧分布測定に十分適している。この方法を複雑な静圧分布を有する流れの現象の解明に用いることは十分妥当である。
発光ビラジカルのダブルレーザー解析と「有機ラジカルＥＬ」の開発

有機ラジカルELの開発のため,トリメチレンメタン(TMM)ビラジカルの発光特性の正確な評価は不可避な課題の一つである.しかし,TMMビラジカルは短寿命中間体であるため,通常の方法を適用することが出来ない.本研究ではダブルレーザー法と種々のTMMビラジカル発生法を用いて発光特性の評価を検討した.光誘起電子移動反応は,励起TMMと増感剤との電子移動消光が問題となり効果的ではなかったが,分子内および分子間エネルギー移動反応を用いることでTMMビラジカルの発光特性を評価することができた.また,その過程でメチレンシクロプロパン誘導体の「励起状態C-C結合開裂ー発光」現象を見出した.有機ラジカルELの開発のため,トリメチレンメタン(TMM)ビラジカルの発光特性の正確な評価は不可避な課題の一つである.しかし,TMMビラジカルは短寿命中間体であるため,通常の方法を適用することが出来ない.本研究ではダブルレーザー法と種々のTMMビラジカル発生法を用いて発光特性の評価を検討した.光誘起電子移動反応は,励起TMMと増感剤との電子移動消光が問題となり効果的ではなかったが,分子内および分子間エネルギー移動反応を用いることでTMMビラジカルの発光特性を評価することができた.また,その過程でメチレンシクロプロパン誘導体の「励起状態C-C結合開裂ー発光」現象を見出した.平成23年度は,ダブルレーザーフラッシュフォトリシス(DLFP)法により,基質2-(1-ナフチル)-2-フェニル-1-メチレンシクロプロパン(1)の光誘起電子移動反応による基底状態のトリメチレンメタン型ビラジカル(^32^<・・>)の発生と,その光励起による励起状態の^32^<・・>*の発生を達成し,室温・溶液中における^32^<・・>*の発光解析を検討した.ジクロロメタン中,N-メチルキノリニウムテトラフルオロボレート-トルエン共増感系で,第一レーザー(Nd:YAG,THG,λ_<EX>=355nm)を照射し,過渡吸収スペクトルを観測したところ,λ_<AB>=385nmに^32^<・・>の過渡吸収が観測された.そこで,第一レーザー照射の500ns後に第二レーザー(λ_<EX>=355nm)を照射すると,λ_<PL>=470nm付近に発光ピークが観測された.この発光波長は,γ線照射-昇温実験における^32^<・・>*の熱ルミネッセンス(TL)発光波長(λ_<TL>=479nm)に近く,DLFP法によっても^32^<・・>*の発光が観測されていると考えられる.TLとDLFPでは発光スペクトル波形に若干の違いが認められた.本研究ではこれを^32^<・・>*の配座異性体の数とその相対的割合が温度によって異なるためであると考え,参考として^32^<・・>の配座異性体の密度汎関数理論計算を行った.DLFP法による蛍光量子収率(φ_F),蛍光寿命(τ_F)の最終データ得るにはまだ至っていない.実験を更に進め,γ線照射-昇温実験や有機ラジカルELでは決定できない発光特性を明らかにする.メチレンシクロプロパン類から発生する励起トリメチレンメタン(TMM)ビラジカル類は,三重項-三重項(T-T)蛍光を発し,大変興味深い.一昨年(平成24年)度はベンゾイル部をもつジフェニルメチレンシクロプロパンの光反応をダブルレーザー(DLFP)法を用いて検討したところ,その励起三重項状態から対応するTMMビラジカルの励起三重項状態が生成し,それがT-T蛍光を発することを見出した.即ち,分子内光エネルギー移動による「励起状態C-C結合開裂-発光」系の発見である.そこで昨年(平成25年)度は,分子間光エネルギー移動による「励起状態C-C結合開裂ー発光」系を開拓すべく,ベンゾフェノン(BP)を増感剤とする2,2-ビス(4-ビフェニリル)-1-メチレンシクロプロパン(1)の光エネルギー移動反応をDLFP法で検討した.まず,基質1とBPを含むベンゼン溶液に,第一レーザー光(355 nm)を照射すると,1とBP*の三重項エネルギー移動反応が進行し,TMMビラジカル2・・(波長= 380 nm)の過渡吸収が観測された.第一レーザー光を照射してから4 ms経過した後に,第二レーザー光(532 nm)を2・・に照射したところ,三重項励起TMMビラジカル2・・*に帰属される発光が630 nmに観測された.ローダミンBを標準物質に用いて,この発光量子収率を0.029,発光寿命を130 nsと決定した.ここで興味深いことに,第一レーザー光の照射だけでも630 nmに発光が観測された.発光強度(E)が励起光強度(L)に比例するという事実から,1*から2・・*が直接発生する機構が確認でき,分子間光エネルギー移動でも「励起状態C-C結合開裂ー発光」系を確認することができた.平成24年度はまず,増感剤を用いたジフェニルメチレンシクロプロパン1の分子間光誘起電子移動反応と電荷再結合によって生ずる励起トリメチレンメタン(TMM)ビラジカル2・・*を発生させ,その発光特性を研究した.しかし,2・・*と光増感剤との副次的な反応が,量子収率測定の障害となることが分かった.

そこでつぎに,分子間光誘起電子移動反応と電荷再結合ではなく,分子内光誘起エネルギー移動反応と光照射で,励起TMMビラジカルを発生させることとした.具体的には,三重項増感部としてベンゾフェノン(BP)部を導入した1の分子内光エネルギー移動反応で生じたTMMビラジカル2・・の光励起を行い,励起TMMビラジカル2・・*の光化学および光物理特性を,シングルおよびダブルレーザーフラッシュフォトリシス(LFP)を用いて解析した.基質1のシングルLFP(hν1,355 nm)による過渡吸収スペクトルを測定すると,2・・に帰属される吸収がλAB = 358 nmに観測された.このことは,励起三重項状態の1から基底三重項状態2・・への開環が非常に速く進行することを示唆している.ダブルLFPにおいては,第一レーザー(hν1,355 nm)照射の2 μs後における第二レーザー励起(hν2,532 nm)により,2・・*のPLがλPL = 580 nm付近に観測され,ローダミンBを基準とした相対法から,その量子収率は0.021と算出された.また,光強度効果の検討から,この光反応が,励起三重項状態の1から励起三重項状態の2・・の反応が起きてから発光する系,即ち「励起状態C-C結合開裂ー発光」系であることが明らかとなった.交付申請書に記載した平成23年度の研究実施計画の項目(1)(9)であり,それぞれの達成度を総合的に勘案して,上記の様に判断した.【平成23年度の研究実施計画の項目とその達成度】(1)合成(池田)⇒従来法の他に,予定にはなかったが別法を開発した.(2)γ線誘起熱ルミネッセンスとX線誘起熱ルミネッセンス⇒終了した.(3)ダブルレーザー法による発光スペクトルの観測,発光量子収量測定,発光寿命測定⇒現在,検討中である.(4)量子化学計算⇒ほぼ終了した.(5)置換基効果の評価⇒ほぼ終了した.(6)ラジカル発光を有機ELに応用するメリットの考察⇒ほぼ終了した.(7)高効率「有機ラジカルEL」への考察⇒ほぼ終了した.(8)「有機ラジカルEL」の作製と物性評価⇒現在,検討中である.(9)総括⇒現在,検討中である.25年度が最終年度であるため、記入しない。励起トリメチレンメタン(TMM)ビラジカル2・・*を生成する方法として,当初は,計画通り,分子間光誘起電子移動反応と電荷再結合を用いたが,上記のように,2・・*と光増感剤との副次的な反応が問題となった.そこで,本研究では,新たな分子を設計し,分子内光誘起エネルギー移動反応と光照射で,励起TMMビラジカルを発生させることに成功し,量子収率測定などの発光特性を解明することに成功した.また,光強度効果の検討から明らかになった「励起状態C-C結合開裂ー発光」系は,想定外の結果であり,有機光化学反応機構の分野において重要な知見を与えることになった.従って,上記の達成度であると判断した.平成23年度は当初の計画より研究がやや遅れたので,実験を担当する学生の数を3人に増やして遅れを挽回する.研究の方向性については問題が無いので,平成24年度についてもほぼ計画通りに研究を遂行する.特にダブルレーザー法については,扱う反応系を増やしてより広く実験条件を検討する.25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究で得られた「励起状態C-C結合開裂ー発光」系の知見は,学術的な価値が高いので,さらに詳細な検討を加える.また,新たな基質1を設計して同様なダブルレーザー解析を行い,量子収量などの発光特性の解明とともに,「励起状態C-C結合開裂ー発光」系の詳細を明らかにする.
神経成長因子の神経細胞シナプス再構築過程への影響

研究計画は、水棲カタツムリLymnaea Stagnalisの中枢神経節を摘出しトリプシン処理した後、RPeD1神経細胞をマイクロピペットで採取し培養液(コントロール群)および神経成長因子(NGF)を含有した培養液(NGF群)、興奮性神経伝達物質ドパミン1μMを含有した培養液(DOPA群)、興奮性神経伝達物質グルタミン酸1μMを含有した培養液(Glutamate群)、抑制性神経伝達物質GABA1μを含有した培養液(GABA群)の5群にそれぞれ分けて培養し、シナプスを形成させた後に2個の神経細胞間の興奮伝達を細胞内カルシウム濃度の変化を同時に測定し、刺激側の細胞の活動電位の発射回数に対する記録側の細胞の活動電位の発射回数、細胞体におけるカルシウムイオン濃度の経時的変化をコントロール群と比較する実験である。結果は、コントロール群(n=12)においては大半(90%)が抑制性シナプスであったのに対し、NGF群(n=14)では興奮性シナプスおよび抑制性シナプスともに同じ割合であった。DOPA群、Glutamate群では興奮性シナプスが有意に多く形成され(DOPA群、興奮性シナプス:60%、n=12)、(Glutamate群、興奮性シナプス:90%、n=12)GABA群では抑制性シナプスが有意に多く形成された(抑制性シナプス:70%、n=14)。さらに、Glutamate群においては刺激側の細胞の刺激に対して記録側の細胞の細胞内カルシウムイオン濃度上昇を伴う活動電位の発射回数の増加が観察された。以上の結果からRPeD1細胞では、シナプスを形成する過程において、NGFがシナプス伝導の形態を決定するのではなく、神経伝達物質の種類やその濃度などの因子がシナプス伝導の形態を決定する可能性が示唆された。そして、慢性疼痛のメカニズムの1つは、グルタミン酸などの興奮性神経伝達物質の過剰分泌もしくは過敏反応ではないかと結論した。目的:NGFや神経伝達物質のシナプス再構築時にそのシナプスの性質(興奮性か抑制性か)に関与する影響を調べる。方法:水棲カタツムリLymnaea Stagnalisの神経節から神経細胞のうち呼吸に関与している2個のRPeD1細胞をNGFを含有していない培養液(コントロール群)およびNGFを含有した培養液(NGF群)、興奮性神経伝達物質ドパミン1μMを含有した培養液(DOPA群)、抑制性神経伝達物質GABA1μMを含有した培養液(GABA群)の4群にそれぞれ分けて3mlの入ったシャーレで接近して2日間培養し、2個の細胞間でシナプスを形成させた後、2個の神経細胞それぞれに電極を挿入し、シナプス間の興奮伝達を測定した。結果:コントロール群(n=13)およびNGF詳(n=14)では興奮性シナプスおよび抑制性シナプスともにおなじ割合だった。DOPA群では興奮性シナプスが有意に多く形成され(興奮性シナプス:80%、n=12)、GABA群では抑制性シナプスが有意に多く形成された(抑制性シナプス:90%、n=14)考察:RPeD1細胞では、シナプスを形成する過程において、NGFがシナプス伝導の形態を決定するのではなく神経伝達物質の種類やその濃度などの因子がシナプス伝導の形態を決定する可能性が示唆された。
有限体上の諸演算のためのハードウェアアルゴリズムに関する研究

情報の通信や記憶の信頼性向上に不可欠な誤り訂正符号の符号化および復号処理、安全性(セキュリティ)向上に不可欠な公開鍵暗号の暗号化および復号処理などにおいて重要な役割を果たす有限体(ガロア体)上の諸演算のためのハードウェアアルゴリズム(専用回路実現向きの計算手順)に関して、以下の研究成果を得た。(1)以前に提案した拡張バイナリGCD法に基づくGF(2^m)上の除算のハードウェアアルゴリズムを洗練し、これに基づく演算回路を設計し、計算機シミュレーションおよびプロトタイプLSIの試作により評価を行った。高速で小面積の除算回路を実現できることを示した。(2)有限体GF(p)上の除算とモンゴメリ乗算を単一の回路で計算するためのハードウェアアルゴリズムを開発し、これに基づく回路を設計し、計算機シミュレーションにより評価を行った。除算は拡張バイナリGCD法に基づいている。拡張バイナリGCD法に基づく除算器とほぼ同じハードウェア量で二つの演算を行えることを示した。(3)有限体GF(p)上の除算と乗算、モンゴメリ乗算を単一の回路で計算するためのハードウェアアルゴリズムを開発し、これに基づく回路を設計し、計算機シミュレーションにより評価を行った。除算は拡張ユークリッド法に基づいている。拡張ユークリッド法に基づく除算器とほぼ同じハードウェア量で三つの演算を行えることを示した。(4)拡張ユークリッド法に基づく有限体GF(2^m)上の乗法逆元算出のための高速ハードウェアアルゴリズムを開発した。本手法では、拡張ユークリッド法の数ステップ分の計算をテーブル参照を用いて一挙に実行する。専用回路のみならず、ソフトウェアとしての実現にも有効である。(5)剰余計算で用いる整数除算のハードウェアアルゴリズムを開発した。有限体GF(p)上の種々の演算において、整数を法である整数pで割った余りを求める剰余計算が必要である。整数除算は、剰余計算以外にも広く用いられる演算であり、本ハードウェアアルゴリズムに基づく整数除算器をプロセッサに搭載することにより、さまざまな計算の高速化が期待できる。1.以前に提案した有限体GF(2^m)上の除算のハードウェアアルゴリズムを洗練し、これに基づく演算回路を設計し、計算機シミュレーションおよびプロトタイプLSIの試作により評価を行った。このアルゴリズムは、拡張バイナリGCD法に基づいている。内部で制御用に用いているカウンタの構成を工夫することにより、m=1024の場合、ハードウェア量を約20%削減できることを示した。このアルゴリズムに基づく回路を設計し、ゲート数と面積および遅延時間を見積もるとともに、東京大学VDECを通してチップ試作を行い、正常に動作することを確認した。2.公開鍵暗号の暗号化および復号処理において重要な演算である長ビットの整数剰余環上での乗算および剰余体上での除算を高速に行う、剰余系乗除算回路のためのハードウェアアルゴリズムを開発し、これに基づく演算回路を設計した。このアルゴリズムは、剰余系除算については拡張バイナリGCD法に基づいており、剰余系乗算(乗算剰余算)についてはモンゴメリ法を高速化するとともに除算とほとんどの操作が共通になるように改変している。また、内部計算を桁上げ保存で行うことにより、計算を高速化している。このアルゴリズムに基づく剰余系乗除算回路は、剰余系除算回路と同程度のハードウェア量で実現できる1.昨年度に開発した剰余系乗除算のためのハードウェアアルゴリズムを洗練し,これに基づく演算回路を設計し,計算機シミュレーションにより評価を行った。

このアルゴリズムは,剰余系除算については拡張バイナリGCD法に基づいており,剰余系乗算(乗算剰余算)についてはモンゴメリ乗算を実現する。このアルゴリズムに基づく演算回路を設計し,ハードウェア記述言語で記述して回路合成を行い,計算時間および面積の評価を行った。その結果,拡張バイナリGCD法に基づく剰余系除算回路と同程度のハードウェア量で実現できることが確認できた。さらに,この演算回路を用いた,公開鍵暗号系の暗号化および復号処理方式について検討した。2.剰余系乗除算に対して,上記とは異なる新たなハードウェアアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは,剰余系除算については拡張ユークリッド法に基づいており,剰余系乗算については通常の乗算剰余算とモンゴメリ乗算の両方に対応している。このアルゴリズムに基づく剰余系乗除算回路は,拡張ユークリッド法に基づく剰余系除算回路と同程度のハードウェア量で実現できる。3.ガロア体上の楕円曲線暗号における暗号化および復号で用いられる,ガロア体GF(2^m)上の逆元算出に対して,テーブルを用いた高速アルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは,拡張ユークリッド法に基づいている。従来の拡張ユークリッド法の数ステップ分の計算をテーブルを用いて一挙に行うことにより,高速計算を実現している。1.一昨年度に開発し、昨年度に計算機シミュレーションにより有効性の評価を行った、拡張バイナリGCD法に基づく有限体GF(p)上の乗除算のハードウェアアルゴリズムをさらに洗練し、評価を進めた。この研究成果をIEEE Transactions on Computersに投稿し、2005年1月号に掲載された。2.昨年度に開発した、拡張ユークリッド法に基づく有限体GF(p)上の乗除算のハードウェアアルゴリズムを洗練し、これに基づく回路を設計し、計算機シミュレーションにより評価を行い、有効性を示した。この研究成果をIEICE Transactions on Fundamentalsに投稿した。3.昨年度に開発した、拡張ユークリッド法に基づく有限体GF(2^m)上の乗法逆元算出のハードウェアアルゴリズムを洗練し、計算機シミュレーションにより評価を行い、有効性を示した。4.新たに、剰余計算で用いる整数除算のハードウェアアルゴリズムを開発した。有限体GF(p)上の種々の演算において、整数を法である整数pで割った余りを求める剰余計算が必要である。整数除算は、剰余計算以外にも広く用いられる演算であり、本ハードウェアアルゴリズムに基づく整数除算器をプロセッサに搭載することにより、さまざまな計算の高速化が期待できる。この研究成果は、2005年6月に開催される17th IEEE Symposium on Computer Arithmeticにおいて発表する。