hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代メモリのソフトウェア・エミュレーション技術の研究

本研究では、仮想計算機技術を用いて、次世代メモリが接続された計算機があたかも存在するかの状況をソフトウェア上で再現する手法(エミュレーション手法)を研究する。平成30年度は、全体の研究期間3年において最終年度にあたる。これまでに開発した研究成果の完成度を高めるとともに、その取りまとめを行った。第一に、これまで開発してきた次世代メモリの性能特性をエミュレーションする技術について、より新しい世代のCPUを対象にプログラムの移植を行った。その結果、昨年度よりも大幅に再現誤差を縮小することに成功した。ワークロードによっては1.1%以内に誤差が収まることを確認した。CPUが備えるパフォーマンスカウンタの精度が向上したことが再現誤差の縮小に寄与した可能性がある。網羅的な性能評価実験を行い、その結果を取りまとめて英語論文誌に投稿した。第二に、上記エミュレーション技術の応用先を広げるため、更なる機能強化に取り組んだ。さらに新しい最新世代のCPUに移植したところ、再現精度が大幅に落ちるという現象が発生した。公開されている技術資料は十分ではなく原因の究明は容易ではなかったものの、挙動を詳細に分析することで問題を解決することができた。最新世代のCPUが備える性能監視機能が従来のものと異なることが原因であった。また、マルチスレッドプログラムへの対応およびハイブリッドメモリシステムへの対応について、基本的な設計を行いプロトタイプを作成した。今後、評価実験を行い国際会議等への投稿を予定する。全体の研究期間3年において初年度にあたる平成28年度においては、エミュレーション機構の基礎となる技術の開発に取り組んだ。第一に、先行して開発を進めてきたハイブリッド型メモリシステム向けのハイパーバイザについて、詳細な評価実験を行い、その結果を取りまとめて国際会議に投稿した。この先行開発技術は、本課題で取り組む次世代メモリの性能特性を再現する機構は備えないものの、本課題で必要となる任意の物理メモリ領域を仮想計算機の任意のメモリ領域に割り当てる機構および仮想計算機のメモリアクセス量をリアルタイムに計測する機構を有している。これら今後のエミュレーション手法の開発で必要となる2つの技術について、実装の完成度を高め綿密な動作確認を行った。投稿した論文は国際会議において最優秀論文賞を獲得した。第二に、次世代メモリの性能特性を再現する機構について、基礎的なプロトタイプを設計した。次世代メモリとして見立てたDRAM領域に対するタスクのメモリアクセス量を計測し、その量に応じてCPU割当時間をリアルタイムに調整することで、擬似的に次世代メモリの性能特性を再現する。文献調査の結果、既存の類似研究が存在するものの、次世代の不揮発メモリが備える、読み込みレイテンシと書き込みレイテンシが異なるという特性を再現できないことが分かった。一方、我々の提案技術では、CPUのライトバック動作を分析して、読み書きレイテンシが異なる影響を考慮して性能特性を再現する手法を開発した。提案機構のプロトタイプを実装し、改善の余地があるものの、ある程度の精度で性能特性を再現できることを確認した。評価を取りまとめ、査読付きシンポジウムで発表した。当初の予定通り順調に推移している。我々のアイディアと類似する既存研究が存在したのは予想外であったが、読み書きレイテンシが異なる次世代メモリを再現できないという大きな問題点を抱えており、我々の研究に対する影響は極めて限定的であった。本研究では、次世代メモリが接続された計算機があたかも存在するかの状況をソフトウェア上でエミュレーションする手法を研究する。平成29年度は全体の研究期間3年において2年度目にあたる。第一に、昨年度プロトタイプを開発した、次世代メモリの性能特性をエミュレーションする技術について、再現誤差をより小さくする方法を検討した上で詳細な性能評価を行った。再現誤差の原因を探るために、ラストレベルキャッシュの詳細な振る舞いを調査するとともに、パフォーマンスカウンタにより取得できる値の正しさについても調査を行った。既存の類似手法と比較する評価を行った結果、読み書きレイテンシの差を考慮できる我々の手法の方が既存の類似手法よりも正確にエミュレーションできることを確認した。類似手法は読み書きレイテンシの差を考慮しないため、アプリケーションの実行時間を余計に(例えば書き込みレイテンシが読み込みレイテンシよりも5倍遅い場合で1.5倍あまり大きく)見積もってしまうことを確認できた。成果を取りまとめて査読付き国際会議にて発表を行った。第二に、新たなエミュレーション手法を検討するため、Intel CPUが備えるイベントサンプリング機能の適用可能性について調査した。パフォーマンスカウンタよりも詳細にラストレベルキャッシュの挙動を把握できるため、アプリケーションのメモリI/Oをより詳細に分析可能になる。しかし、CPUがサンプリング処理を行う間は、サンプリング用のマイクロ命令が実行されるためアプリケーションがごくわずかの時間であるが停止し、またサンプリング処理のためにCPUキャッシュを利用してしまう。オーバヘッドを評価した結果、1サンプルあたり230-280nsの処理時間がかかり、アプリケーションに対して一定の影響が存在することがわかった。ここまでの成果を取りまとめて査読付き国際会議にて発表を行った。昨年度より開発してきたエミュレーション手法について、これまでの研究成果を取りまとめて国際会議にて発表できたことは、本研究が概ね順調に進展していることの証左である。

第一に、これまで開発してきた次世代メモリの性能特性をエミュレーションする技術について、より新しい世代のCPUを対象にプログラムの移植を行った。その結果、昨年度よりも大幅に再現誤差を縮小することに成功した。ワークロードによっては1.1%以内に誤差が収まることを確認した。CPUが備えるパフォーマンスカウンタの精度が向上したことが再現誤差の縮小に寄与した可能性がある。網羅的な性能評価実験を行い、その結果を取りまとめて英語論文誌に投稿した。第二に、上記エミュレーション技術の応用先を広げるため、更なる機能強化に取り組んだ。さらに新しい最新世代のCPUに移植したところ、再現精度が大幅に落ちるという現象が発生した。公開されている技術資料は十分ではなく原因の究明は容易ではなかったものの、挙動を詳細に分析することで問題を解決することができた。最新世代のCPUが備える性能監視機能が従来のものと異なることが原因であった。また、マルチスレッドプログラムへの対応およびハイブリッドメモリシステムへの対応について、基本的な設計を行いプロトタイプを作成した。今後、評価実験を行い国際会議等への投稿を予定する。プロトタイプを実装した性能特性再現手法について、その精度を詳細に評価するとともに、改良手法を検討する。現在は入手できない次世代メモリを想定する本研究において、その性能特性の再現精度をどのように定量的に議論するのかという点は一つの課題であり、今後検討を進める。査読付きシンポジウムに投稿した論文を発展させ、国際会議への投稿を目指す。翌年度は3年間の研究期間の最終年度である。エミュレーション手法の改良を検討するとともに、提案技術のプログラムを整理するなど研究成果の取りまとめを行う。RAとして学生を雇用することを見込んでいたが、給与の発生しない技術研修生として採用したため、人件費の支出が不要となった。また技術研修生を採用する上での費用は、所属研究機関から支援を得ることができた。既存のDRAMを置き換える次世代メモリに近い技術として、当初今年度中にIntel製のメモリモジュール(3D XPoint)を購入する予定を立てていた。しかし、本研究で有用なDIMMインタフェースに対する製品が翌年度の販売となったため、今年度の購入を見合わせた。また、国際会議での発表に関して当初の予想に反して所属組織から予算支援を得ることができたため未使用額が生じた。次年度、メモリモジュールの購入や成果発表等の費用に充足する。
ロボット関節剛性を高速に調節する機構の開発とその制御の基づく動的器用さの実現

本研究では、まず、任意方向へ関節性を高速に調節する機構の検討し、シリコーンゴム製の弾性体を関節内の運動伝達部に挿入し、その変形を制御することで高速に任意方向への剛性調節を実現した。また、その関節機構を搭載した4本指ロボットハンドの製作を行い、基本性能の評価を行った。これと並行して、ハンドの応用を目的として、物体投射作業を取り上げ、ハンド関節の運動および剛性制御アルゴリズムを構築するため、人間の手指関節の制御方策について解析を行い、各関節の役割、制御方策を明らかにした。本年度は,(1)人の手指関節運動の制御スキルの解析,(2)高速な剛性可変機構の試作と評価を行った.(1)については,物体投げ上げ時の手首と指関節の連携運動について解析を行った.その結果,両関節とも背屈運動から動作を開始し,その後屈曲運動へ移行し投げ上げを完了することが確認された.これは関節駆動筋の弾性要素としての特性を巧みに利用したスキル動作である.また,指関節の運動では屈曲運動中に筋の拮抗活動を生成し,運動の停滞と剛性を一時的に高める点が存在することが確認された.これは,運動の停滞により,手先に載っている物体の離脱を促すとともに,拮抗活動解消後にさらなる指先の高速化を可能とし,物体を高くはじき上げる目的を持った動作であると考えられる.このように,短時間の動作であるが,関節剛性の制御と力の干渉を巧みに利用したスキル動作であり,ロボットのスキル動作の手本となる知見が得られた.一方,(2)の高速関節剛性可変機構の試作では,リンク部を弾性体で支持する機構を採用した.これは弾性体での支持力を調節することでリンクの外力に対する変位特性を制御する方式のものであり,これを搭載したロボットハンドを製作した.基本性能を評価した結果,負荷トルクにリンク先端の変位量で評価した剛性は15Nm/m55Nm/mの範囲で変化が得られた.また,最低剛性から最高剛性への調節に要する時間はおよそ1sであることが確認できた.この調節時間に関しては従来の機械式剛性調節に対しては十分高速であるが,さらなる高速化が必要と考えられる.本年度は,(1)人間の投げ上げ動作の解析と(2)剛性可変機構を搭載したロボットハンドの製作の2課題を行った.(1)に関しては,昨年度の実験条件をさらに一般化し,全ての指関節対象とした投げ上げ動作を計測・解析した.その結果から,各関節の役割および,その制御方法について次のような知見を得た.(1)手首,MP関節の運動は投げ上げ物体の速度上昇に大きく関わる.(2)MP関節は物体の投射方向を大まかに決定している.(3)PIP関節,DIP関節は運動中,物体との安定した接触状態を保つよう姿勢が調節されている.これは,関節の受動性を利用した特徴であることも推察された.(4)各関節の運動速度ピークは手首からDIP関節への順に到達時刻がずれており,運動連鎖の現象が確認された.一方,(2)の関節剛性可変機構を有するロボットハンドの製作においては,4本指を有するものを製作し,その基本特性について検証を行った.この剛性可変機構は昨年度試作した方式とは異なり,新たに考案したものである.関節内部に空気圧クッションを挿入し,空気圧制御により剛性を調整するものである.基礎実験により,関節剛性は2倍程度の可変域を確保できることが確認できた.また,剛性調節に要する時間はおよそ500ms程度であった.4本指構造としたことで,人の行う姿勢はほぼ再現でき,剛性調節機能と合わせて,人と同様の器用な動作の実現が期待できる.今後は,(1)から得られる知見をもとにロボットの制御アルゴリズムを考案し,ロボットハンドを用いて,人の行う投げ上げ動作を行う予定である.本年度は、まず、関節剛性を調節できる4本指ハンドの製作を行った。昨年度、製作した空気圧式剛性可変機構を搭載したロボットハンドは剛性調節に500ms程度を有するため、投げ上げ動作のような瞬間的な調整の実現が困難であることが判明した。そこで、剛性を高速に調節するメカニズムとして、モータによる拮抗筋駆動方式を新たに採用したハンドの開発を行った。製作したハンドは人と同様に1つの指に3関節を有する構造である。高速に剛性を調節するため屈筋と伸筋の2本の腱により、3関節を連動させて、駆動させる簡便な機構を採用した。性能検証を行った結果、人と同程度の関節速度を出力できることが確認され、剛性調節のスピード、調整域も投げ上げに十分な領域を確保できることが確認できた。一方で、このハンドを用いて人の行う器用な投げ上げを実現させる制御則を構築するため、人の動作解析を昨年に引き続き行った。その中では、新たに、射出に至るまでの投射物体(球体)の手のひら上での運動を解析し、指関節の運動と球の転がり運動との関係を明らかにした。

その結果、手のひら上の球の初期位置とPIP関節運動を巧みに利用することにより、物体の転がり運動を制御し、その速度を射出速度の向上に利用する人のスキルを確認した。また、射出時には、各指は伸展姿勢となり、関節の剛性上昇および、弾性力を利用した射出を行っていることも考察された。さらに、昨年からの解析結果と合わせ、ハンド関節の制御アルゴリズムを構築し、ハンドモデルを利用したシミュレーションにより、投げ上げ方向と射出速度が調節可能であることを確認した。また、実ハンドを用いた投げ上げ実験も行い、その性能の評価を行う段階となっている。
前駆・早期病変の分子異常に注目した濾胞性リンパ腫の形成機構

濾胞性リンパ腫(FL)は今なお治癒が困難なB細胞リンパ腫で、近年患者数が増加している。FLは染色体転座t(14;18)(q32;q21)/IgH-BCL2によるアポトーシス抵抗性にエピゲノム異常や免疫逃避といったさまざまな付加的形質が加わって発症する。しかし、それぞれの付加的な異常が発生・進展のどの段階で獲得され、どの形質がFLの形成を決定づけるのかは明らかでない。本研究では、FLの前駆・早期病変で良性の経過を示すin situ follicular neoplasm: ISFNの分子異常を統合的に解析し、t(14;18)を有したB細胞がFLに至るメカニズムを明らかにする。
区画火災の開口噴出火災隆状に関する研究

区画火災時に上階延焼などの問題となる開口部に形成される噴出火炎については、区画内滞留時間が短い場合、未反応の燃料と空気が反応すると考えられる。混合や反応の割合については、現在のところ未解明であるが、このような火炎は、予混合火炎と拡散火炎の中間的な性状を示すと考えられる。そこで、本研究では、拡散火炎に空気を予混合させ、予混合の割合と形成される火炎の火炎高さ、中心軸上の温度や流速、熱流束の測定を行った。これまでに、可燃物上に形成される火炎に関しては、広範な研究がなされており、これらの研究結果に基づき、乱流拡散火炎の火炎高さ、中心軸上の温度及び流速のモデル化を理論的に行い実験によりこのモデルの妥当性を検証している。このモデルに基づいて実験結果をモデル化した。その結果、火炎高さは、混合する空気中の酸素量が燃料と化学量論的に反応する燃料分を差し引いた量によりにこれまでの乱流拡散火炎高さの関係と同じく整理可能であることが分かった。また、中心軸上の温度と流速に関しては、乱流拡散火炎の性状を整理する場合と同様の仮想点源位置の考え方によ結果が整理でき、これをモデル化した。外部での熱流束の測定結果から、予混合する空気量が化学量論的に反応する値に近づくと、火炎高さの減少と火炎の輝度の減少から熱流束の減少が測定された。なお、これらの結果に関しては、今後さらに検討を行い、火災時の開口部に形成される噴出火炎との整合性を図る予定である。
余剰家畜バイオマス資源の藻類および菌類による再資源化

家畜排泄物の余剰問題を解決するため牛糞・豚糞尿を液化し藻類・菌類の水耕栽培を試みた。藻類はクロレラ、菌類はヒラタケを選んだ。牛・豚の排泄物は水で10倍希釈し、微細気泡とオゾンの発生装置を用いて浄化処理した。植物の生長に関与する炭素/窒素(C/N)比は牛培地が6.2、豚培地は0.1となり、牛・豚の混合培地がクロレラの生長に有利であることがわかった。最適な混合割合を調べた結果、牛3:豚7の比率のときクロレラの生長量は標準培地に比し最大2.8倍を得た。ヒラタケは人工培地では菌糸の成長が認められたが、牛豚の両培地では菌糸の成長は僅少であった。マグネシウムやナトリウムなどのミネラル過剰が原因と推察した。本研究は、家畜排泄物の余剰問題を解決するため、家畜糞尿汚水を浄化し、これを浄化液として付加価値の高い藻類および菌類の培養を試み、余剰家畜バイオマス資源の再資源化の可能性を探ることを目的とする。初年度(H27)は、(1)「浄化液の調整」、(2)「藻類の培養」、の2課題を検討した。(1)「浄化液の調整」では、附属農場の豚舎の床下貯留槽から採取した豚糞尿汚水を対象に、これを水道水で10倍希釈し、これを微細気泡発生装置とオゾンガス発生装置とを併用した「浄化・殺菌・脱臭・脱色装置」を用いて24時間曝気処理し、それを藻類の液体培養に利用するとともに、浄化液の肥料成分を分析し原液と比較した。その結果、浄化液は、全炭素(T-N)、全窒素(T-C)については、T-Cのみ40%減少した。T-Cが減少した理由は、微細気泡とオゾンによる脱炭素化によるものと推定した。藻類培養の生育指標であるC/N比は、原液で1.2、浄化液では0.8となり、標準値210に比し、原液、浄化液ともに大差が生じた。両液ともにCが大幅に不足していることが分かった。(2)「藻類の液体培養」では、藻類として有用成分を含むクロレラとスピルリナの2種を選定した。この2種の供試株3mLずつを、浄化液150mLと比較対象の標準液150mLとを入れた三角フラスコにそれぞれ添加、pH調整(6.5)後、標準環境条件「25°C,明期/暗期10/14hr,照度6000 lux」で3週間培養した。藻類の増殖量の指標としてクロロフィルa量を分析した結果、浄化液で培養したクロレラは3週間後、その濃度は0.8mg/m3となり、標準液の0.2 mg/m3に比し4倍も増加した。一方、スピルリナは標準液では0.8mg/m3と大きな増殖を示したが、浄化液では増殖がほとんど認められず、死滅した。浄化液はクロレラの培養に適していることがわかった。初年度(H27)の目標はほぼ達成したと判断するが、予想されなかった問題として,豚糞尿汚水から調整した浄化液は、C/N(炭素/窒素)比が0.8と極めて低い値となったことである。供試株の標準液から算出したC/N比は、スピルリナが5.8、クロレラが1.9であった。浄化液は、スピルリナにとって、炭素源が極めて不足した培養液であり、死滅の主原因と推定された。このため、(1)浄化液のC/N比を改善するために、牛糞やイナワラ粉末など簡易で低コストの炭素源の追求、(2)クロレラのほかに、低いC/N比にも適する藻類の探索、が次年度(H28)の課題となる。2年度(H28)は、1「浄化液のC/N比の向上と藻類・菌類の培養」、2「タンパク質の構造と機能」の2課題を検討した。1「浄化液のC/N比の向上と藻類・菌類の培養」では、豚糞尿に比べ繊維質が多くC/N(炭素/窒素)比の向上が期待される牛糞尿を対象に、これを水道水で10倍に希釈し、微細気泡とオゾンガスとを併用した浄化装置を用いて曝気処理した。この浄化液を栄養源として藻類(クロレラ)と菌類(ヒラタケ、カワラタケ、シイタケ、サナギタケ)の液体培養を試み、豚糞尿の浄化液および人工栄養による液体培養と比較した。その結果、牛糞尿の浄化液のC/N比は8.9となり、豚糞尿の浄化液(0.79)では12倍、および人工栄養(1.9)では5倍と著しく向上した。クロレラを培養した結果、牛糞尿の浄化液は、豚糞尿の浄化液および人工栄養に比し、クロロフィルaの濃度がいずれも2.5倍となった。牛糞尿のCの増大効果が推定された。しかし、菌類の培養では、人工栄養ではいずれの菌種でも菌糸の生育が認められたが、牛糞尿および豚糞尿の浄化液ではとともに菌糸の生育は認められなかった。これは牛糞尿・豚糞尿の浄化液がいずれも、菌糸の生育に必須な何らかの微量要素が欠乏しているためと推定した。

2「タンパク質の構造と機能」では、昨年度(H27)、分子軌道法(MO)による菌類のリグニン分解酵素の解明を試みたが、酵素(タンパク質)のより基本的な機能を探る必要から今年度(H28)は、分子動力学法(MD)を用いて、リガンドとタンパク質とのポテンシャルエネルギーの関係、並びにタンパク質同士の相互作用を検討し、基礎的知見を得た。2年度(H28)の目標はほぼ達成したと判断するが、予想されなかった問題として,牛糞尿から調整した浄化液は、豚糞尿からの浄化水に比べ、そのC/N(炭素/窒素)比が8.9と高いにもかかわらず、豚糞尿の浄化水とともに、菌類の液体培養ができなかった。この理由として、菌類に特有な微量要素の欠乏が考えられ、最終年度で解決すべき課題となった。本研究は、家畜排泄物の余剰問題を解決するため、家畜糞尿汚水を浄化し、これを浄化液として付加価値の高い藻類および菌類の培養を試み、余剰家畜バイオマス資源の再資源化の可能性を探ることを目的とする。最終年度は次の3課題を検討した。(1)「藻類の追試験」これまでの成果として、炭素/窒素(C/N)比は、牛糞浄化液が6.28.9、豚糞尿浄化液は0.81.3となり、牛・豚の「混合浄化液」が藻類の生長に有利であることがわかった。最終年度は、これらの「混合浄化液」を栄養源として藻類(クロレラ)の液体培養を試みた。最適な混合割合を調べた結果、牛3:豚7の比率のとき、クロレラの生長量は、「人工栄養液」に比し、最大2.5倍と著しい増加となった。(2)「菌類の追試験」これまでの2年間、付加価値の高いリグニン分解酵素をキノコ菌糸から抽出すること目指し、牛糞・豚糞尿を対象に浄化し、菌類(ヒラタケ)の水耕栽培を試みた。しかし、これらの浄化液にはナトリウムやマグネシウムなどのミネラル成分が過剰に含まれ、菌糸生産は失敗に終わった。最終年度は、炭素を多く含む牛糞浄化液を対象に、RO膜を用いてミネラル成分を脱塩化したところ、わずかであるが菌糸の生長が認められた。菌糸の生長が不十分となった原因は、RO膜がナトリウムだけでなくマグネシウムも大量に脱塩化したためと推定され、脱塩処理ではミネラルバランスをとる必要があることがわかった。(3)「タンパク質の立体構造の解析と分類」最終年度は、家畜・家禽の血液ヘモグロビンタンパク質の立体構造を、代数的位相幾何学手法(パーシステントホモロジー法)を用いて解析、その分類を試みた。3年間の成果として、生命現象を分子・原子・電子の運動として理解できることがわかり、農業気象学分野において、温度・気圧など気象要素が生体に与える影響を定量化できる道筋がみえてきた。家畜排泄物の余剰問題を解決するため牛糞・豚糞尿を液化し藻類・菌類の水耕栽培を試みた。藻類はクロレラ、菌類はヒラタケを選んだ。牛・豚の排泄物は水で10倍希釈し、微細気泡とオゾンの発生装置を用いて浄化処理した。植物の生長に関与する炭素/窒素(C/N)比は牛培地が6.2、豚培地は0.1となり、牛・豚の混合培地がクロレラの生長に有利であることがわかった。最適な混合割合を調べた結果、牛3:豚7の比率のときクロレラの生長量は標準培地に比し最大2.8倍を得た。ヒラタケは人工培地では菌糸の成長が認められたが、牛豚の両培地では菌糸の成長は僅少であった。マグネシウムやナトリウムなどのミネラル過剰が原因と推察した。次年度(H28)の研究計画として、前年度の残された課題を実施するとともに、新たに菌類に注目し、家畜糞を液体培地に用いた菌類からのリグニン分解酵素の抽出と活性度計測を試みる。手順は次のとおり。(1)家畜糞および菌類:炭素源が多いことが期待できる牛糞を北里大学付属農場より入手し、これに水道水を適量加え、微細気泡発生装置とオゾンガス発生装置とを併用した「浄化・殺菌・脱臭・脱色装置」を用いて24時間曝気処理し、浄化液を調整する。この浄化液に、供試菌としてリグニン分解酵素の産生量が多いと期待できるヒラタケおよびシイタケを添加し、インキュベータで培養する。
病理解剖症例によるPBL-チュートリアル教育の実践と形態学ライブラリー構築の試み

研究目的は、全人的医療を実践できる医師を育成するために、PBL-チュートリアル教育の教材として病理解剖症例を有効利用した基礎から臨床医学までを一貫して学習できる医学教育法を確立することである。3年間で、肺癌、膵内分泌腫瘍、皮膚筋炎、悪性リンパ腫、肝硬変・肝癌、手術後肺動脈塞栓の6症例の臨床経過、理学的所見、検査データ、画像、肉眼臓器とその写真、組織標本の全てがそろった自学自習用教材を20セットずつ作成した。これで以前の症例と併せて呼吸器系2例、消化器系3例、循環器系2例、内分泌系1例、膠原病系1例、造血器系1例の計10症例が整備された。医学部3年生でこの実習を実践したが、病理解剖症例という死亡例を学ぶことで、学生は生物学的規定の「ヒト」と社会学的規定の「人」における「死」を目の当たりにした。生理学や解剖学からとらえた「死」のみならず、薬害肝炎や医療関連死などの最近の医療問題も学生同士の熱心な議論を通して学ぶことができ、倫理面など医師として備えるべき資質を涵養できた。アンケート結果からも学生の評価は高く、この実習の継続が望まれ、今後の医学教育に役立つとの評価を得た。また、自学自習時に種々の疾患を容易に調べられるように形態学ライブラリーも構築した。日本病理学会の推薦疾患約150例に我々が必要と考えた約50疾患を併せた計200疾患で質の高い組織標本を揃え、これら全てをバーチャルスライド化した。これにより、学生は実習室や自宅のパソコンで実際の顕微鏡を使用しているかのように自由自在に動かして組織を閲覧できるようになった。また、学生はWeb上に公開されている教材を参考に、仲間の学生や教員と同じモニター上で組織像を指さしながら、質疑応答、議論がきるようになり、組織像を容易に、そして深く理解でき、さらには上記肉眼臓器との比較検討も行うことができた。本研究の目的は、全人的医療を実践できる医師を育成するために、PBL-チュートリアル教育の教材として病理解剖症例を有効利用できる方法を開発し、学生が基礎医学から臨床医学までを一貫して学習できる医学教育の一方法を確立することである。平成14年度から行ってきた病理解剖症例を用いた症例検討実習(症例基盤型学習)を、17年度も医学部3年生の病理学各論実習で実践した。今年度は肺癌(呼吸器系)症例と膵腫瘍(消化器系)症例を選択し、臨床経過・検査データ、放射線画像、病理解剖肉眼写真、肉眼実物臓器、組織標本からなる教材を各20部作製した。これにより、昨年度までの症例を併せて同様の教材が、呼吸器系2例、消化器系2例、循環器系1例、内分泌系1例の計6症例整備された。また、造血系、感染症系など他の疾患系列で、今後作製する症例の選定も行った。実習形態としては、これまでは大きな実習室でチュートリアル学習を行ってきたが、今年度からは解剖センターに隣接した芝蘭会館のセミナー室をチュートリアル室として各班が個別に利用できる体制を整えた。さらに、内科学1冊・診断学1冊・検査医学2冊の教科書を各班に貸与した。これらにより、学生は集中して議論できるようになり、充実した小グループ学習が実践できた。臨床経過を学習した後に肉眼実物臓器に触れることで、学生は生と死を実感するとともに新たなる発見や驚きを経験した。各症例の最終実習日には学生全員による討論会を行った。

学生は、「肝脂肪化の機序は、・・」、「頻脈の病態生理は、・・」など基礎医学的側面を議論するだけでなく、「医療の限界を感じた。」、「早期発見法を医療コストを念頭に開発する必要がある。」、「少しでも早く診断できるよう医療人として最善を尽くすべきだ。」などの社会医学的側面にも言及していた。実習の教育効果が医学教育推進センターにも認識され、同センターはこの実習をより充実させる目的で実習室に有線LAN環境を今年度予算で構築した。今後は、教材をより充実させることで形態学ライブラリーを創設し、Web上でも教材を閲覧できることを目指す。本研究の目的は、全人的医療を実践できる医師を育成するために、PBL一チュートリアル教育の教材として病理解剖症例を有効利用できる方法を開発し、学生が基礎医学から臨床医学までを一貫して学習できる医学教育の一方法を確立することである。今年度も病理解剖症例を用いた症例基盤型学習を、医学部3年生の病理学各論実習で実践し、昨年度と同様学生から高い評価を得た。皮膚筋炎(膠原病系)症例と悪性リンパ腫(造血器系)症例を選択し、臨床経過・検査データ、放射線画像、病理解剖肉眼写真、肉眼実物臓器、組織標本からなる教材を各20部作製した。これにより昨年度までの症例と併せて同様の教材が、呼吸器系2例、消化器系2例、循環器系1例、内分泌系1例、膠原病系1例、造血器系1例の計8症例整備された。また、今年度は日本病理学会が、学生が学ぶべき代表疾患として推薦している約150疾患の中から、教材として耐えうる質の高い組織標本を110疾患選定した。さらに、これらの標本を教材として学生がいつでもどこからでも利用できる環境を整えるために、教材をWeb配信可能とするサーバーやソフトを準備するとともに、京都大学情報メディアセンター及び医学研究科の協力を得て、インターネットに接続可能なデスクトップパソコンを110台、解剖センター2階の組織実習室に設置した。これにより、学生は実習室ではWeb上の教材を参考にしながら顕微鏡観察できるようになり、また、自宅や図書館でも同じ教材を閲覧できるようになった。今後は、実際に手で触れることが出来る肉眼臓器標本の作製を継続するとともに、上記Web環境を利用して、肉眼臓器標本、組織標本、臨床情報などをデジタル化した教材を提供することで、PBL-チュートリアル教育における自学自習の効率や教育効果の向上を目指す。本研究の目的は、全人的医療を実践できる医師を育成するために、PBL-チュートリアル教育の教材として病理解剖症例を有効利用できる方法を開発し、学生が基礎医学から臨床医学までを一貫して学習できる医学教育の一方法を確立することである。今年度は、肝硬変・肝癌(消化器系)症例と手術後肺動脈塞栓(循環器系)症例を選択し、医学部3年生の病理学各論実習でこの実習を実践した。学生からの評価は高く、前者は薬害肝炎、後者は医療関連死など最近の医療における問題点を取り扱った症例で、今回の症例を通して学生は医学に関わる知識のみならず、倫理面など医師として備えるべき資質を、学生同士の熱心な議論を通して学ぶことができた。これにより昨年度までの症例と併せて同様の教材が、呼吸器系2例、消化器系3例、循環器系2例、内分泌系1例、膠原病系1例、造血器系1例の計10症例整備された。また、今年度も日本病理学会が推薦している約150疾患とさらに我々が必要と考えた約50疾患を併せた計200疾患を学生が学ぶべき疾患としてリストアップし、全ての疾患の質の高い組織標本を昨年度の110疾患に加えて揃えることができた。
イタリアの精神保健実践における生態学的インタラクション環境の文化生態人類学的研究

本研究では、精神科病院を全廃して地域精神医療サービスに移行したイタリアにおいて、インタラクションの視点からどのような実践が行われているのかを検証した。そこでは狭義の精神医療をこえて、「生きもの」としての人間が他の人々や環境とのインタラクションのなかで、自らの「テリトリー」を創出していく過程が見出される。本研究では文化人類学および生態心理学の観点から、このような<生態学的インタラクション環境>の諸特徴について明らかにした。2010年10月から11月にかけての約1カ月間、イタリアに滞在し現地調査を実施した。訪問先は、ウンブリア州、カンパーニャ州、プーリア州、バジリカータ州、シチリア州の各精神保健局や精神保健センター、デイセンター、グループホーム等であり、そこでフィールド調査およびインタビュー調査を行なった。そこで収集したデータは現在鋭意分析中であるが、現在までに明らかになってきたことがいくつかある。それは、イタリアにおける公立精神病院の全閉鎖という出来事からイメージされる極端な「脱施設化」というのは実状とは異なっており、精神病者が単に病院から外に出て地域で個別にリハビリテーションを行なうというのではなく、医療スタッフも含めて全ての人が外に出ることで、地域に病院とは異なる関係性の場を創出し、そこでのインタラクションを通してスタッフの側も自らのやり方や考え方を問い直していく「脱制度化」という文脈の中に精神病院の廃絶という出来事が置かれているということである。これは精神病院に代表されるような、一つの空間を一つの機能に特化させていくような近代の考え方の背景にある「何もない空間の中で個々の主体が行為している」という前提を掘り崩す。代わって、われわれは常に他の人々や環境に包囲されており、そのような生態学的環境の中でインタラクションを行ないながら、集合的に何事かを決定しているという事態が浮き彫りになるとともに、「責任能力のある自由な決定主体」という近代の人間の前提を再考に付すことになる。今後はこの点に関して、「決定」という事態がどのような集合的なプロセスの中にあるのかを明らかにしていくとともに、主体の範囲というものが、異なった種類の行為的テリトリー化を通してどのように伸縮するものであるかを検討する必要があろう。イタリアでは1978年に成立した法律180号を機に、20年以上かけて公立の精神科病院を全廃、また司法精神病院も2013年には閉鎖されることが決まった。これはしかし、従来病院で行われていた精神医療が、今度は病院の外の地域で行われるようになったということを単に意味しているのではない。イタリアでは「地域」のことを"territorio"すなわち「テリトリー」と呼ぶが、地域精神保健実践を見るとそこで行われていることは、狭義の医療というより、「生きもの」としての人間が他の人々や環境とのインタラクションのなかで、自らの「テリトリー」としての生態学的なニッチを創出していく過程だということが見えてくる。したがって問題は、精神障害を抱えた人々が地域に出ていかに自立するかということよりも、テリトリーを構築するのを助けるような<生態学的インタラクション環境>をどう整えるかというところにあろう。このような観点に基づき2011年8月から9月にかけて実施した現地でのインタビュー調査およびフィールド調査から浮かび上がってきたのは、環境の様々なアフォーダンスのなかでもとりわけ他の人間のアフォーダンスがいかに重要かということであった。それは「現実」を間主観的に構成するのみならず、その手前で「現実」を成り立たせている自明な前提の成立に関わっている。「つながり」とか「人と共にいること」という日常語で表現されてきたもののうちにある決定的な意義の一つが、この「他人のアフォーダンス」にあると考えられる。それゆえ、具体的な生身の人間がそばにいて自分のやることを見守り伴走することが、精神疾患の「治癒」という狭い文脈を超えて重要となる。ここからは、自然の環境問題というより人間の環境問題として現れている「心」の問題について、個々人の「心」に限定されることなく、より広く生態学的なアプローチで捉えられる必要性が導き出される。
骨格筋中心核の機能及び出現機構における機械的・電気的刺激又は衛星細胞の役割解明

本研究では、Duchenne型筋ジストロフィーのモデルマウスであるmdxマウスの骨格筋であるヒラメ筋を用いて再生筋の指標である中心核の特性を解明することが目的である。筋線維は巨大な多核細胞であり、成熟した筋線維では筋核は周辺に分布している。しかし、未熟な筋線維や再生過程にある筋線維では中心部に筋核が観察される。そのため、一般的には中心核を持った筋線維は新生・再生筋線維の指標と考えられている。本年度は、骨格筋に活発な再生・崩壊サイクルを持ったmdxマウス骨格筋における筋核分布の違いによる筋線維の形態的な特徴を比較することによって、中心核を持った筋線維が分化段階に違いがあるか否かを検討した。サンプル採取後、筋横断切片ならびに単一筋線維において抗体染色を行い、全筋線維数、筋線維横断面積、筋線維長、筋核分布、活動期ならびに静止期筋衛星細胞数、神経筋接合部サイズならびに数、筋核横断面積を共焦点レーザー顕微鏡を用い分析した。その結果、筋核分布に関わらずmdxマウスヒラメ筋線維において多くの形態的性質には違いはなかった。従って、中心核を有していても必ずしも新生・再生筋線維でないことが示唆された。中心核のapoptosisと周辺核の新生が起きている可能性も否定された。核周辺の微細構造には顕著なエビデンスは認められなかったが、単一筋線維における全筋核数は筋核分布の異なった筋線維において差はなかったことから、筋線維内での筋核移動が示唆された。これらの結果は筋再生過程における筋核分布の生理学的意味の解明につながる可能性を示唆するものである。本年度は、mdxマウスの左足のヒラメ筋以外の腱を切断し、2週間ヒラメ筋に過負荷を与えることによって再生筋にどのような変化が生じたかを観察した。対照群には、反対側のヒラメ筋ならびに野生型マウス筋にcardiotoxinを注入し筋崩壊を誘発させた後、再生過程において過負荷を与えた群を用いた。過負荷によって筋線維は肥大したが、mdxマウス・野生型マウスともに筋線維長、筋核数、筋衛星細胞数、神経筋接合部サイズには変化が見られなかった。しかし、mdxマウスの筋線維のみ過負荷後、枝分かれした筋線維の割合ならびに中心核を持った筋線維の割合が増加していた。中心核を持った筋線維が増加したことによって、再生のみが促進されたのか、崩壊が促進された後に再生が促進されたのかは今後検討が必要である。また、枝分かれした筋線維の増加も再生の結果なのか崩壊の結果なのか検討が必要である。本年度の研究では、筋線維への過負荷が筋線維再生過程に多大な影響を与えていることが示唆できる。筋核の移動が再生過程のどの段階で生じるのか、崩壊した筋線維がどのような過程で再生するのか、分化した筋線維同士が融合したり分裂したりする現象が生じているのかなど、今後解明することができると期待する。
原発性肝細胞がんの発症・進展における低分子量ストレス蛋白質の役割に関する解析

ストレス蛋白質は、熱や化学物質などのストレスにより組織・細胞内に誘導される一群のタンパク質の総称である。肝細胞がんにおける低分子量ストレス蛋白質の役割の詳細は明らかとされていない。本研究では、肝発がんにおける低分子量ストレス蛋白質の役割およびその分子機序を検討した。本解析により、低分子量ストレス蛋白質の一つであるHSP20が肝がん細胞において、p44/p42マップキナーゼおよびAKTの細胞内情報伝達系を制御し、その増殖を抑制することを明らかとした。わが国におけるB型肝炎ウイルス(HBV)、C型肝炎ウイルス(HCV)の持続感染者はおよそ150万人と推定され、HBV感染者の10-15%、HCV感染者の60-70%が慢性肝炎に移行するとされる。肝細胞がんは、HBV、HCVの持続感染による慢性肝炎や肝硬変を母地として発症することがほとんどである。最近では、早期発見と治療法の進歩により根治的治療がなされる症例が増えてきているものの、一方では肝細胞がんの再発が高頻度で認められ、このことが予後改善を図る上で大きな問題となっている。現在、肝細胞がんの再発予防策として、ウイルスの排除が最も重要とされ、それ以外にも化学療法剤などにより、がん再発予防の試みがなされているが、未だ十分な治療結果は得られていないのが現状である。ストレス蛋白質(heat shock protein ; HSP)は生体において生体防御という極めて重要な役割を担っていることは良く知られている。そのファミリーの中で低分子量ストレス蛋白質(HSP27、HSP20、αBクリスタリン)は高分子量ストレス蛋白質と同様に分子シャペロンとして作用すると推測されているが、その詳細は未だ明らかとされていない。最近、私共はHSP27と同様に、低分子量ストレス蛋白質のHSP20とαBクリスタリンの総発現量と肝細胞がんの進行度との関連性について解析を進め、HSP20の総発現量と肝がんの進行度の間に負の相関性があることを見出した。この結果を基に、今回、低分子量ストレス蛋白質のHSP20の肝がん細胞における役割を検討した。その結果、HSP20を過剰に発現させた肝がん細胞の増殖機能は、そのコントロール細胞に比較し有意に低下していることを明らかとした。我が国におけるB型肝炎ウイルス(HBV)、C型肝炎ウイルス(HCV)の持続感染者はおよそ150万人と推定され、HBV感染者の10-15%、HCV感染者の60-70%が慢性肝炎に移行するとされる。肝細胞がんは、HBV、HCVの持続感染による慢性肝炎や肝硬変を母地として発症することがほとんどであり、我が国のがんによる死亡原因の第4位となっている。昨年度までに低分子量ストレス蛋白質の一つであるHSP20の総発現量と肝がんの進行度の間に負の相関性があることを見出し、HSP20を過剰に発現させた肝がん細胞の増殖機能は、そのコントロール細胞に比較し有意に低下していることを明らかとしてきた。この結果を基に、今回、HSP20が肝がん細胞内で如何なる蛋白質と相互作用をし、肝がん細胞の増殖機能を制御しているかを検討した。その結果、HSP20と14-3-3蛋白質、Bax等4種類の蛋白質と相互作用していることを明らかとした。

現在、肝細胞がんの再発予防策として、ウイルスの排除が最も重要とされ、それ以外にも化学療法剤などにより、がん再発予防の試みがなされているが、未だ十分な治療結果は得られていないのが現状である。ストレス蛋白質(heat shock protein; HSP)は生体において生体防御という極めて重要な役割を担っていることは良く知られている。そのファミリーの中で低分子量ストレス蛋白質(HSP27、HSP20、αBクリスタリン)は高分子量ストレス蛋白質と同様に分子シャペロンとして作用すると推測されているが、その詳細は未だ明らかとされていない。昨年度までに低分子量ストレス蛋白質の一つであるHSP20の総発現量と肝がんの進行度の間に負の相関性があることを見出し、HSP20を過剰に発現させた肝がん細胞の増殖機能は、そのコントロール細胞に比較し有意に低下していることを明らかとしてきた。HSP20の標的蛋白質として、新たにAKT経路を担う細胞内情報伝達物質を同定した。現在、この標的蛋白質の機能に対するHSP20の作用機序について検討中である。HSP20の標的蛋白質を4種類見い出すことができている。24年度が最終年度であるため、記入しない。見い出した標的蛋白質のHSP20による機能制御機構を検討する。
モノリグノール配糖体を用いた酵素的脱水素重合反応の解析と応用

広葉樹・草本リグニンの主要前駆体であるS型モノリグノールの実験室的脱水素重合では、通常、S型人工リグニン(S-DHP)はほとんど生成しないことが知られている。本研究ではこれまで、モノリグノール配糖体の均一系脱水素重合を利用した脱水素重合モニタリング法を開発し、それによるS型モノリグノールの特異な重合挙動の解析を行ってきた。昨年度までの研究で、「S型モノリグノールの重合過程で極めて安定なS型キノンメチド中間体(S-QM)が生成すること」、「S-QMの解消を促進する求核試薬存在下での脱水素重合によりS-DHPが高収率に生成すること」を見出し、それらに基づき、「S-QMの低反応性によりS-DHPの生成が阻害されていること」を提案した。本年度は、リグニン生合成でのS-QMの解消機構の解明を目指し研究を進めた。具体的には、キノンメチド化合物の酸性溶媒中での不安定化に着目し、S型モノリグノールの西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)触媒脱水素重合における溶媒pH効果を調べた。まず、S型配糖体の均一系HRP触媒重合をモデルとしてUVスペクトルならびにGPCによる脱水素重合のモニタリングを行い、重合過程でのS-QMの挙動を調べた。その結果、pH4.5以下の酸性条件においてS-QMの解消速度が大きく加速し、それによりS-DHPの生成も促進されることが示唆された。S型モノリグノールのHRP触媒重合による検証を行ったところ、予測通りS-DHPの収率はpH4.5以下で向上し、pH3.5で最大となった。さらにS-DHPの各種構造解析により、α-アリール型β-0-4構造に対するα-遊離水酸基型β-0-4構造の比率がpH4.5以下の重合で著しく増加することを見出した。以上の結果は、S型モノリグノールのHRP触媒脱水素重合では、pH4.5以下での酸性条件において、溶媒水分子によるS-QMへの酸触媒求核付加反応が速やかに進行し、その結果として、S-DHPの生成が促進されることを示唆する。このことから、天然でのリグニン生合成におけるS-QMの解消機構となり得る因子として細胞壁の低pH環境を提案した。本研究では、リグニン生合成の最終段階であるモノリグノールの脱水素重合反応の機構解明を目指し、モノリグノール配糖体を利用した実験室的脱水素重合反応の解析を行った。まず、3種(G、S、H型)のモノリグノール配糖体の西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)触媒脱水素重合は、糖残基の効果により均一系で進行し、その一方で、対応するモノリグノールの不均一系での重合挙動を非常によく反映することを明らかにした。このことから、配糖体のHRP触媒重合がモノリグノールのHRP触媒重合挙動を均一系で解析する有効なモデル反応となることを見出した。そこで、配糖体の均一系重合をスペクトル分光法、液体クロマトグラフィー法によりモニタリングし、脱水素重合過程での構造変化を経時的に追跡する手法を確立した。3種のモノリグノールのうち、S型モノリグノールの実験室的脱水素重合では人工リグニン(DHP)がほとんど生成しないことが既往の研究から知られている。そこで、配糖体による脱水素重合のモニタリング法を用いて、3種のモノマーのHRP触媒重合挙動の違いを調べた。その結果、他の2種の重合とは異なり、S型モノマーの重合では極めて安定なS型キノンメチド中間体が系に堆積していることを明らかにした。これに基づき、キノンメチドの解消を促進する求核試薬アジドイオンの存在下でS型モノリグノールのHRP触媒重合を行ったところ、DHPが高収率に生成することを見出した。以上の結果から、S型キノンメチドの低い反応性が、S型モノリグノールからのDHPの低収率と低重合度の一因であることをはじめて実証した。

さらにS-DHPの各種構造解析により、α-アリール型β-0-4構造に対するα-遊離水酸基型β-0-4構造の比率がpH4.5以下の重合で著しく増加することを見出した。以上の結果は、S型モノリグノールのHRP触媒脱水素重合では、pH4.5以下での酸性条件において、溶媒水分子によるS-QMへの酸触媒求核付加反応が速やかに進行し、その結果として、S-DHPの生成が促進されることを示唆する。このことから、天然でのリグニン生合成におけるS-QMの解消機構となり得る因子として細胞壁の低pH環境を提案した。
含ホウ素π電子系機能性分子材料の創成

20面体ホウ素クラスターであるカルボランやホウ素原子をトリフェニルアミン(TPA)に導入することで、新規のπ電子系分子材料を開発することを目的としている。例えば、ホウ素原子と窒素原子を大環状骨格中に同数持つシクロファン分子の異性体を合成し、発光特性を調べた。ホウ素原子と窒素原子の置換位置の違いのみで、吸収極大波長や蛍光量子収率の大きさなど光学特性が顕著に異なることを、分光学的手法を用いて明らかにした。この化合物の1電子酸化状態では、分子内電荷移動が起きることも溶液のESRスペクトル測定により明らかにした。これらの結果は、一般に無発光性分子として知られているTPAに発光特性を付与するための新たな分子設計指針を与えるものである。また、分子内電荷移動の機構を解明するためのモデル分子としてTPAを複数有する種々の化合物を合成し、酸化種の混合原子価状態を評価した。異なる共役系スペーサーであるオルトフェニレンとオルトカルボランにTPAを導入した分子を合成し、量子化学計算、電気化学測定、酸化に伴う吸収スペクトル測定、溶液温度可変ESR測定を行うことで酸化種の電子状態を調べた。これらの化合物の1電子酸化種において、π共役ユニットであるオルトフェニレン体はスルーボンド相互作用に基づくClass IIの混合原子価状態を示し、σ共役ユニットであるオルトカルボラン体はスルースペース相互作用に基づくClass Iの混合原子価状態を示すことを明らかにした。2電子酸化体に関しては、オルトフェニレン体ではスピン間に分子内反強磁性的相互作用が働く一方で、オルトカルボラン体では磁気的相互作用が実質的に存在しないことを確認し、オルトフェニレンやオルトカルボランの電子的結合の強さについて知見を得た。つまり、TPAユニット間を結ぶ共役系スペーサーの違いにより、分子内電荷移動の制御が可能であることを明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。20面体ホウ素クラスターであるカルボランにπ電子系有機分子として芳香族アミンを導入した新規な有機-無機ハイブリッド型分子を開発することが本研究の目的である。芳香族アミンの代表例である、トリフェニルアミン(TPA)のフェニル末端にカルボランクラスターとしてモノカルボランやオルトカルボラン、メタカルボラン、パラカルボランを導入した有機-無機ハイブリッド型分子では、無発光性のTPAと無発光性のカルボランのハイブリッドにより、発光性を付与できることを明らかにした。無発光性のTPAが発光した起源を詳しく調べるために、量子化学計算を行い、振電相互作用の観点から発光過程を解析した。量子化学計算の結果、HOMOはTPA上からカルボランに非局在化していた。一方、LUMOはTPA上に局在化していた。したがって、カルボランを導入した系では重なり密度が小さくなり、内部転換が抑制され、無発光性のTPAが発光したと考えられる。この解析結果は無発光性の分子に発光特性を付与するための新たな分子設計指針を与えた。さらにこれらの化合物は窒素原子を骨格に有しており、酸化可能であることから、電気化学測定、酸化過程に伴う吸収スペクトル測定、溶液ESR測定、酸化状態の量子化学計算を行うことで酸化種の電子状態を調べた。特にオルトカルボランにTPAを導入した分子は特徴的な温度可変ESRスペクトルを示した。この特徴的なESRスペクトルはスルースペース相互作用に基づく混合原子価状態に起因することを明らかにした。当初の計画通りホウ素クラスターであるカルボランにπ電子系有機分子として芳香族アミンを導入することで、新たな有機-無機ハイブリッド分子を合成することに成功した。さらに、オリゴアセンにメシチル基や芳香族アミンを導入した化合物の合成に成功し、それぞれの化合物の電子状態を解明した。

つまり、TPAユニット間を結ぶ共役系スペーサーの違いにより、分子内電荷移動の制御が可能であることを明らかにした。当初の計画通り、これまでに得た電子状態に関する諸知見に基づき、量子化学計算を援用しながら、これまでに合成した基本分子骨格を組み合わせ、多様なトポロジーを持つ高スピン分子や電子輸送材料の開発を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。
経験的知識を利用した適応型問題解決に関する研究

事例形式で知識を獲得・再利用する適応型問題解決パラダイムを提案した.悪定義な現実問題として日本語点字翻訳問題を,悪構造な現実問題として室内レイアウト変更計画問題を,それぞれ対象問題とし,提案するパラダイムを適用した.ここで,室内レイアウト変更計画問題とは,変更前後の機器配置レイアウト,変更作業者数,作業時間の上限が与えられたときに,各機器の移動経路の集合からなるプラン,および,機器移動作業への作業者および作業時間の割当てからなるスケジュールを求める問題である.本年度は,室内レイアウト変更計画問題において,事例知識を再利用する方式の開発・評価を行った.本問題は,プランニングとスケジューリングの双方を同時に行わなければならない複雑な問題である.このため,本問題を制約充足問題として定式化することによって,汎用的な解探索ソルバを用いてプランとスケジュールを同時作成できるようにした.また,対象とする問題インスタンスに最も類似した過去の事例から,ヒューリスティクスを選択的に作成することにより,探索の効率化を実現した.実験により,事例を用いることによって,事例検索・適合のオーバーヘッドを加味しても,40問題のうち31問題において,探索性能を改善できることを確認した.現段階では,過去の事例を対象問題インスタンスに適合させる処理において,再利用していないパラメータが多く存在する.これらのパラメータについても再利用することにより,さらなる探索性能の改善を図ることができると考える.事例形式で知識を獲得・再利用する適応型問題解決パラダイムを提案した.悪定義な現実問題として日本語点字翻訳問題を,悪構造な現実問題として室内レイアウト変更計画問題を,それぞれ対象問題とし,提案するパラダイムを適用した.ここで,室内レイアウト変更計画問題とは,変更前後の機器配置レイアウト,変更作業者数,作業時間の上限が与えられたときに,各機器の移動経路の集合からなるプラン,および,機器移動作業への作業者および作業時間の割当てからなるスケジュールを求める問題である.本年度は,室内レイアウト変更計画問題において,事例知識を再利用する方式の開発・評価を行った.本問題は,プランニングとスケジューリングの双方を同時に行わなければならない複雑な問題である.このため,本問題を制約充足問題として定式化することによって,汎用的な解探索ソルバを用いてプランとスケジュールを同時作成できるようにした.また,対象とする問題インスタンスに最も類似した過去の事例から,ヒューリスティクスを選択的に作成することにより,探索の効率化を実現した.実験により,事例を用いることによって,事例検索・適合のオーバーヘッドを加味しても,40問題のうち31問題において,探索性能を改善できることを確認した.現段階では,過去の事例を対象問題インスタンスに適合させる処理において,再利用していないパラメータが多く存在する.これらのパラメータについても再利用することにより,さらなる探索性能の改善を図ることができると考える.
新しい時代を迎えつつある地球観測分野では,数千機の人工衛星を同時に使った地球観測網,いわゆる衛星コンステレーションが実現されつつある.そこでは,これまで生じなかった様々な問題が発生する.その1つが,“複数センサ間の差異を考慮し観測結果の一貫性をいかに保つか"という問題である.センサ間の観測結果を相互に比較する場合,各組み合わせごとに直接的に比較する方法がとられている.衛星の数がさらに増え,組み合わせの数が膨大になると,この方法では対応が困難となる.そこで,本研究ではセンサ間の比較を極力回避するための方法について研究し,そのための理論的基盤の構築を目指す.新しい時代を迎えつつある地球観測分野では,数千機の人工衛星を同時に使った地球観測網,いわゆる衛星コンステレーションが実現されつつある.そこでは,これまで生じなかった様々な問題が発生する.その1つが,“複数センサ間の差異を考慮し観測結果の一貫性をいかに保つか"という問題である.センサ間の観測結果を相互に比較する場合,各組み合わせごとに直接的に比較する方法がとられている.衛星の数がさらに増え,組み合わせの数が膨大になると,この方法では対応が困難となる.そこで,本研究ではセンサ間の比較を極力回避するための方法について研究し,そのための理論的基盤の構築を目指す.