hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
真菌細胞壁グルカン合成機構の総合的解明

Saccharomyces cerevisiae等の酵母や真菌の細胞壁の必須構成成分であるβ-1, 6-グルカンの合成機構解明を目指した研究を行った.β-1,6-グルカン合成経路において重要な機能をもつことが予想されるKre5, Kre6およびKre9について主に生化学的な手法を用いて解析し,その機能や相互作用に関する新知見を得た.これらは,β-1, 6-グルカンの合成経路を標的として抗真菌作用を示す新たな化合物・薬剤の発見を可能にする重要な成果である.出芽酵母細胞壁β-1,6-glucanの生合成に中心的役割を果たすと強く予想されるKre5, Kre6蛋白質に関し以下の解析を行った.UGGT(UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase)の酵母相同蛋白質であるKre5にHis-tagを付加し,昆虫細胞Sf9を用いて分泌発現して,培地からNi-NTA columnにより精製した.コントロールとして,分裂酵母のKre5相同蛋白質Gpt1も,同じく分泌生産して精製した.精製したKre5と,地衣類から得られ,β-1,6-glucanを主成分とするpustulanから調製した短いβ-1,6-glucan鎖をPA標識したものを基質としたin vitro反応系を構築し,β-1,6-glucanの生合成への関与を解析した.その結果,予備的ではあるが,Kre5の存在に依存する反応が検出された.また酵母の細胞抽出液中にβ-1,6-glucanを切断する活性を見出した.細胞破砕液から界面活性剤により抽出した画分を加熱処理して不溶化した画分を遠心で除き,その上清を異なるpHの移動層を用いた二回の連続したDEADカラムを用いた分離により,精製を進めた.またII型膜貫通型蛋白質であるKre6に関しては,N糖鎖付加部位など機能に関与すると予想される配列にアミノ酸置換を導入し,機能や細胞内分布への影響を調べた.KRE6遺伝子は生育に必須ではないが,相同蛋白質をコードするSKN1遺伝子との二重破壊は致死となる.このことを利用して,Δkre6 Δskn1株において,アミノ酸置換を行ったKre6蛋白質を発現するように遺伝学的な操作を行い,その生死により,Kre6のアミノ酸置換体の機能を調べた.その結果,置換により機能を完全に失うようなアミノ酸残基,また修飾や蛋白量に影響を及ぼすアミノ酸残基が同定された.計画していたプラスミドや変異体の構築や組換え蛋白質の生産精製は,ほぼ予定通りに達成することができ,in vitro系の構築も行うことができた.これを踏まえて,次年度以降の研究の目途が立った.前年度までにSaccharomyces cerevisiaeの細胞破砕液中に見出した,β-1,6-glucanを切断する活性を更に詳細に解析した.活性の所在を正確に調べたところ,膜画分に二種類,細胞質画分に一種類が存在することを明らかとした.大量培養後の細胞破砕液から,複数のカラムを用いて活性を担う蛋白質の精製を試みた.膜画分の活性のうち,一つはエキソグルカナーゼ活性を示すExg1であった.遺伝学的な解析や局在に関する解析を行っている.また残りの二つは,基質の切断パターンから共におそらくエンドタイプの切断活性を示すグルカナーゼであることを見出した.精製のスキームはほぼ完成し,同定のためのスケールアップを行っている段階である.β-1,6-glucanの合成に中心的な機能を持つII型の膜貫通型蛋白質であるKre6に関しては,N糖鎖付加部位など機能に関与すると予想される配列にアミノ酸置換を導入し,機能や細胞内の分布への影響を調べた.KRE6遺伝子とその相同蛋白質をコードするSKN1遺伝子との二重破壊は致死となることを利用して,Δkre6 Δskn1株において,アミノ酸置換を行ったKre6蛋白質を発現するように遺伝学的な操作を行い,Kre6のアミノ酸置換体の機能の有無を調べた.Kre6はGH (glycosyl hydrolase)16ファミリーと相同性を有しており,まず糖質分解酵素の活性中心の共通配列のアミノ酸の置換を導入したところ,Kre6の機能が失われたが,その芽への局在は顕著な影響を受けなかった.また5個あるN糖鎖付加共通配列のアミノ酸置換では,2番目の共通配列の置換は機能を消失させ,芽への局在も失われた.また3番目と4番目の共通配列に同時に置換を行うことにより機能が失われた.これらN糖鎖の結合蛋白質との相互作用への影響などを調べるための株の作製を開始している.Kre5, Kre9は昆虫細胞や,酵母の高発現系を用いることにより大量に得ることができるようになり,最終年度の実験を大きく促進することが期待できる.またKre6のリン酸化と芽への局在の関連性など,Kre6の局在化に関する知見も得ることができた.我々が検出した細胞のβ-1,6-glucanase活性はかなり強く,合成機構の解析の妨げとなると考えられる.同定したExg1をコードする遺伝子を欠損することで今後の解析が容易になった.β-1,6-glucanの合成に関わる3つのKre蛋白質,Kre5, Kre6, Kre9の個々の機能を明らかにするために,またin vitro系実験等の基盤となる知見を得るために以下の実験を行った.Kre5とKre6の相互作用の有無を免疫沈降実験により検討した.

最初に野生株を用いて共免疫実験を行ったところ,非常に弱い共沈降のシグナルが得られた.β-1,6-glucan合成の変異株を含めた,細胞壁に異常を示す変異株で同じ実験を行ったところ,一群の変異株において,強いKre5とKre6の共免疫沈降のシグナルが得られた.Kre9は自身のプロモーターにより発現するとおそらくO糖鎖の付加の程度の差異により,SDS-PAGE上で数本のブロードなシグナルとして検出される.高発現するとさらにバンドのパターンは複雑になる.それらがどのような分子種なのか,また他のKre蛋白質の機能との関連を調べるために,やはり細胞壁に異常を示す変異体での高発現を行った.その結果,一群の変異株で,幾つかのバンドの消失が見られた.高発現したKre9の種々の酵素による処理や,変異の導入により,その原因の解明を試みている.また前年度より引き続き行っている出芽酵母膜の活性,細胞質の切断活性に関しては,バンドの同定のため質量分析を行ったが,明らかに追求している活性の本体とは考えにくい,細胞内に量が多く存在するために混入したと考えられる蛋白質ばかりがヒットした.分離を大きく改善するために異なる分離モードを持つカラムを導入し,条件検討を行い,それぞれ一本数本のバンドにまで精製度を高める方法を確立した.それらのバンドをゲルから抽出して,質量分析を行ったが,おそらくは量の不足のため,まだ同定には至っていない.現在スケールアップの方法を検討している.Saccharomyces cerevisiae等の酵母や真菌の細胞壁の必須構成成分であるβ-1, 6-グルカンの合成機構解明を目指した研究を行った.β-1,6-グルカン合成経路において重要な機能をもつことが予想されるKre5, Kre6およびKre9について主に生化学的な手法を用いて解析し,その機能や相互作用に関する新知見を得た.これらは,β-1, 6-グルカンの合成経路を標的として抗真菌作用を示す新たな化合物・薬剤の発見を可能にする重要な成果である.発現精製に問題の多かったKre6の高発現,精製を,条件検討の幅をさらに広げて成功させる.得られたKre6を用いてin vitroの反応系を作り,機能を解析する.発現精製に問題の多いKre6の高発現,精製条件の検討を引き続き行う.得られたKre6を用いてin vitroの反応系を作り,機能を解析する.またKre5やKre9に関しても昆虫細胞や,酵母を用いて,高発現,精製を行い,ラベルの基質を用いた反応などを行い機能を解析する.農芸化学、応用微生物学
交渉における適応的譲歩戦略とその社会的帰結に関する研究

本研究の目的は、交渉に関する理論的枠組みとして、適応的譲歩戦略という枠組みが有効であることを示すことである。昨年度は、コンピュータ・シミュレーションを実施し、本研究の主張する枠組みが、Ohtsubo & Kameda(1996),Emerson, Cook, Gilmore & Yamagishi(1983)らの実験で得られた交渉結果を説明するうえで、きわめて有望な枠組みであることを、理論的にデモンストレートした。本年度は、昨年行われたコンピュータ・シミュレーションから導出された命題を検証するために、実際の人間を用いて、行動実験を実施した。昨年の研究では、Ohtsubo & Kameda(1996)で見出された、不完全情報下での交渉実験における功利主義的平等の達成は、「良き交渉者」と名づけられた戦略を人々が採用していることで可能となっていることが、理論的に示唆された。本年度に実施した実験では、実験室における参加者の交渉過程を観察することで、人々がこの「良き交渉者」戦略を実際に用いているのか検討された。実験の結果は、上記のアイデアを支持するものであり、多くの被験者が、「良き交渉者」戦略に従って、資源分配をめぐる交渉を行っていたことが観察された。昨年の結果とあわせ、本実験に基づいた英語論文を執筆し、現在投稿中である。また、本年度は、交渉過程において重要な役割を果たす、社会的動機についても実証的検討をおこなった。社会的動機に関する実験の一部は昨年も実施されたが、本年度は新たな実験を実施し、これの成果に基づき、学会発表×1を行い、英語論文×1を執筆中である。特に、本年度は、社会的動機の発達過程にも注目し、児童を使った実験を行った。この研究成果に基づいて、学会発表×3をおこない、さらに、英語論文×1が投稿中である。資源やコストの分配を巡る「交渉(bargaining)」は、社会の基盤となる重要なマイクロ・プロセスであるにも関わらず、交渉に関する理論モデルは、実証研究で得られたデータをうまく予測することができず、両者の間に乖離が存在していた。本研究は、「適応的ヒューリスティクス」という枠組みを、「譲歩」という交渉過程におけるマクロ・レベルでの行動に適用することにより、交渉に関する新たな理論的アプローチを切り開こうとするものである。本年度は、様々な「譲歩戦略」を列挙・モデル化し、モンテ・カルロ・シミュレーションを通じて、「どの戦略が、実験場面で観察された交渉結果を再現しうるのか?」を研究した。さらに、複数の戦略と互いに競い合う状況下で、ここで見いだされた「nice bargainer戦略」が適応的な戦略として進化しうるのかを、進化的シミュレーションを通じて検討した。シミュレーションの結果は、全て、「適応的譲歩戦略」というアイデアが、実証データと合致する理論的枠組みを構築する上で、極めて有望なものであることを示している。この研究成果に基づき、本年度は学会発表×1をおこない、また現在、英語論文×1を執筆中である。さらに、関連研究として、社会的相互作用場面における社会的動機に関して2つの実験を実施し、それに基づき、学会発表×1をおこない、英語論文×2を執筆中である。
社会ゲームの理論的拡張とそれによるプラットフォームの取引ガバナンスの理論研究

まず、研究分担者の藤原(奥野)がVSRPDのモデルを精緻化する。特に有限期間の行動履歴の下で、永続的な協力が始まる均衡が存在するかを理論的に解明する。次に、研究代表者の野口がlearningの手法を適用し、behavioralなエージェントに限定した場合、このVSRPDのnoinformation flowの仮定の理論的拡張が可能かどうかという点を中心に考察する。最後に研究分担者の中泉がプラットフォームやブロックチェーンの経済活動の理論的な分析を行う。
潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す総合科学実験教材の開発

「潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す総合科学実験教材の開発」を研究課題として下記の研究実績を上げた。1.合成・天然色素を課題とした教科横断的・総合科学実験カリキュラムの開発と試行鳴門教育大学・自然系理科教育コースの学部3年生と大学院生(修士)を対象に六段階からなる身近なアゾ色素の合成を課題とした教科横断的・総合科学実験教材を開発し,試行した。総合科学実験教材の構成:第一段階:アゾ化合物の歴史,産業,応用,環境問題,合成方法について情報検索;第二段階・ジアゾニウム塩の反応性,数種のアゾ化合物の合成;第三段階:アゾ化合物の構造解析,機器(NMR・IR・UV・MS)の利用とその原理;第四段階:アゾ化合物を用いた環境教育,簡易比色計の作成,二酸化窒素の測定;五段階:アゾ色素による染色の実践,コンピュータを利用した染色機構の解明;六段階:実験研究の発表・討論・自己評価この総合科学実験教材は,次のような特徴がある。(1)学習者に教科横断的・総合的に事物・現象に興味・関心を持たせる。(2)学習者の潜在的な科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す。(3)重要中間体である不安定なジアジニウム塩を長期の冷凍保存できるアゾ色素の簡便な合成法を考案し,安全に教育現場での課題研究に利用できる方法を提案。(4)学習者は,色々な身近な実験試料を選択し,応用・実施できる実験方法を提唱できる能力を得,改良しながら教育現場で実践できる。2.中学・高校生を対象にした「色の不思議さを探究する総合科学実験研究の体験」の課題で公開講座の実施(3日間):大学・教育委員会・現場教師・地域の専門家との連携により,上記の総合科学実験教材を改良し,実施した。現場教師の専門知識の向上と学生・院生の実践例及び学習者の潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促すことができる教材を提案し実践した。「潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す総合科学実験教材の開発」の研究課題として14年度は下記の研究実績を上げた。1)合成・天然色素を課題とした教科横断的・総合科学実験カリキュラムの試行鳴門教育大学・自然系理科教育コースの学部3年生と大学院生(修士)に実施した本総合科学実験カリキュラムは,身近なアゾ色素の合成を課題とし,学習者を教科横断的・総合的に事物・現象に興味・関心を持たせ,自身の潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促すことを配慮した六段階からなる。第一段階:アゾ化合物の歴史,産業,応用,環境問題,合成方法について情報検索;第二段階:ジアゾニユム塩の反応性,数種のアゾ化合物(染料の合成);第三段階:アゾ染料の構造解析,機器(NMR・IR・UV・MS)の利用とその原理;第四段階:コンピュータを利用した染色機構の解明,ブルーコピー感光紙(ジアゾニュウム塩の一種)を用いた種々の色素の合成,比色計の作成,二酸化窒素の測定;五段階:アゾ色素による染色の実践,種々の繊維に対する染色効果;六段階:実験研究の発表・討論・自己評価本科学実験プログラムの特徴は,総合的に物質を探究する能力と潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促すことができ,学習者は,色々な実験試料を選択し,応用・実施できる実験方法を提唱したことにある。

2)中学・高校生を対象にした「アゾ色素を用いた総合科学実験研究の体験」という課題で公開講座の実施(3日間):大学・教育委員会・現場教師・地域の専門家との連携により,上記の実験プログラムを改良し,実施した。現場教師の専門知識の向上と学生・院生の実践例及び学習者の潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促すことができる教材を提案し実践した。「潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す総合科学実験教材の開発」の研究課題として15年度は下記の研究実績を上げた。1)合成色素(アゾ化合物)を課題とした教科横断的・総合科学実験カリキュラムの試行14年度に開発した六段階からなるアゾ色素を用いた教科横断的・総合科学実験教材を以下に示したように高校の教育現場の教育条件を考慮した五段階からなる教科横断的な総合科学実験プログラムに改良し実践試行した。第一段階:アゾ化合物の歴史,産業,応用,環境問題,合成方法について情報検索;第二段階:ジアゾニユム塩の反応性,数種のアゾ化合物(染料の合成);第三段階:アゾ染料の構造解析,機器(NMR・IR・UV・MS)の利用とその原理;第四段階:合成したアゾ色素による染色の実践,種々の繊維に対する染色効果;五段階:実験研究の発表・討論・自己評価本科学実験プログラムの特徴は,不安定なアゾ色素の簡便な合成法を考案し,それらの色素を冷凍保存することによって,安全に長期にわたって課題研究に利用でき,総合的に物質を探究する能力と潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促すことができ,学習者は,色々な実験試料を選択し,応用・実施できる実験方法を提唱したことにある。本教材は,SSHの指定高校に十分利用できる教材である。これらの結果を一部論文としてまとめ「化学と教育」(日本化学会編)に投稿中である。2)中学・高校生を対象にした「アゾ色素を用いた総合科学実験研究の体験」の公開講座を実施(3日間)とまとめ:大学・教育委員会・現場教師・地域の専門家との連携により実施後,実践指導力から見た現場教師の専門知識の向上と学生・院生の実践例及び学習者の潜在的科学能力を引き出し科学的認識の深化発展を促す
メディア間を移動することにより環境に遍在する認知システムの研究

本研究の目的は、我々の提案する遍在する認知(Ubiquitous Cognition)の概念に基づく新しいインタフェースシステム(ITACOシステム)を構築することである。ITACOシステムとは、ユーザの個人情報を持つエージェントが、環境に存在するメディア問を移動(migrate)しながら、文脈(状況)に応じた一貫性のあるユーザ支援を行うものである。つまり、本システムのエージェントは、普段はユーザの衣服上にいてユーザと日常的なインタラクションを行うが、支援が必要になったときは衣服から環境にあるユビキタスコンピュータやロボットに移動して、一貫性のある継続的なユーザ支援を行う。本研究ではこのITACOシステムを実装し、システムの有効性を心理実験により検証した。平成18年度において、本研究では、我々の提案する遍在する認知(Ubiquitous Cognition)の概念に基づく新しいインタフェースシステム(ITACOシステム)の実験用システムを構築した。ITACOシステムとは、ユーザの個人情報を持つエージェントが、環境に存在するメディア間を移動(migrate)しながら、文脈(状況)に応じた一貫性のあるユーザ支援を行うものである。さらに、本研究で構築した実験システムを用いて、システムの有効性を検証する心理実験を行った。実験の結果、エージェントが異なるメディア間を移動しても、ユーザは特定のエージェントから一貫性のある支援を受けているという印象を持ち、エージェントに対して親しみを感じていることが明らかとなった。今後の検討課題としては、実際の生活において実用可能なソフトウェアおよびハードウェアシステムを設計し、実装していく必要がある。また、ネットワークの状況により、移動するソフトウェアモジュールを動的に変化させる機構も必要となるだろう。また、心理実験としては、人の擬人化能力、コミュニーケーションの指向性、人と人工物の関係性に焦点をあてた調査・実験を行う必要がある。
科学技術を利用した文化財研究法の開発の総括

本研究は、東京国立文化財研究所を中心にして、日本の文化財科学の研究者がスミソニアン研究機構の研究者と共同で、平成5年度から7年度にかけて、3つの分野に分かれて文化財科学の研究法を確立することを目的として行った3年間の研究を総括することを目的とした。その内容は、(1)陶磁器、(2)遺跡探査、(3)青銅器の3つであったので、それぞれについて研究実績の概要を説明する。(1)陶磁器研究分担者の一人である上智大学の青柳教授が、本研究のために借用しているベトナムの北部と中部の遺跡から発掘された陶磁器片の分析を行い、スミソニアン研究機構の研究者と研究討議を行った。ベトナムでは紀元1世紀頃から現在に至るまで、青磁、白磁、鉄絵、青花、など様々な陶磁器が製作されていた。ベトナム陶磁は東南アジア各国から大量に出土していて、日本各地の遺跡からも近年ベトナム陶磁が出土している。またベトナムは中国の南に隣接しているためその陶業の発生と隆盛に、中国陶磁器の影響を無視することはできない。日本、中国から東南アジアにかけての陶磁器文化の流れを研究する上で、ベトナム陶磁器の研究は重要であるが、長年の戦乱の影響などで、ベトナム陶磁器の本格的な発掘調査はまだ少なく、その化学組成や編年に関する研究はようやく始まったばかりである。本研究ではベトナム北部のチューダオ、ホプレ、中部のゴ-サイン、カイメの遺跡から出土した陶磁器片の素地と釉薬を、走査型電子顕微鏡を用いて分析した。元素分析にはエネルギー分散型X線マイクロアナライザーを用いた。分析の結果、ベトナム産青磁の素地はSiO_2の含有量が比較的高い特徴があることがわかり、また釉薬はCaOの含有量が他に比べて高いので、石灰釉を用いていることが明らかになった。また素地、釉薬ともSiO_2、Al_2O_3の含有量が、中国南方の窯でできた青磁に類似していて、ベトナム産青磁が中国南方の窯と原料の選択において共通していることを示唆すると考えられた。また素地のSiO_2の含有量が高く、ベトナム産陶磁は中国南方の陶磁と同様に、瓷石を主な原料にしていたと考えられる。(2)遺跡探査平成5年度にIllinois州KampsvilleにあるCamp Mound遺跡とMissouri州EminenceのShawnee Creek遺跡、Oklahoma州SpiroのSpiro遺跡の3箇所で地中レーダー探査、電気探査、磁気探査を行ったが、その際、機器が重く、かさばって輸送が困難であったこと、広い面積を限られた時間で行うのが難しかったなどの経験をもとに探査機器の改良を行った。特に磁気探査について三軸グラジオメーターを用いたベクトル磁気探査法、現地での探査を実行する前の事前調査としてあるいは他の探査方法と併用するためとしての航空写真などの利用に関する研究を行った。(3)青銅器引き続き、雪野山古墳出土の三角縁神獣鏡の同型鏡に関する調査を行った。また中国古代の青銅器について引き続き研究を行い、三星堆遺跡の青銅製品、安陽殷墟の青銅製品などについて、鉛同位体比分析などの成分分析を行い、相互の関連について考察した。(2)遺跡探査

平成5年度にIllinois州KampsvilleにあるCamp Mound遺跡とMissouri州EminenceのShawnee Creek遺跡、Oklahoma州SpiroのSpiro遺跡の3箇所で地中レーダー探査、電気探査、磁気探査を行ったが、その際、機器が重く、かさばって輸送が困難であったこと、広い面積を限られた時間で行うのが難しかったなどの経験をもとに探査機器の改良を行った。特に磁気探査について三軸グラジオメーターを用いたベクトル磁気探査法、現地での探査を実行する前の事前調査としてあるいは他の探査方法と併用するためとしての航空写真などの利用に関する研究を行った。(3)青銅器引き続き、雪野山古墳出土の三角縁神獣鏡の同型鏡に関する調査を行った。また中国古代の青銅器について引き続き研究を行い、三星堆遺跡の青銅製品、安陽殷墟の青銅製品などについて、鉛同位体比分析などの成分分析を行い、相互の関連について考察した。
内科的治療を受ける入院患者への生活行動に基づく新たな離床看護プログラム開発と評価

本研究は、術後患者を対象に筆者が取り組んできた離床研究を基盤に、内科的治療を受ける入院患者を対象にした生活行動に基づく新たな離床看護プログラムを開発し、その実効性を検証することを目的としている。研究期間のなかで3つの研究(研究1:新たな離床看護プログラムの開発、研究2:効果検証に向けた測定指標の検討、研究3:新たな離床看護プログラムの実効性の検証)を実施する予定であり、2018年度は研究1に取り組んだ。研究1は、先行研究を基盤にして、内科的治療を受ける入院患者(以後、内科患者)を対象とした、生活行動に基づく新たな離床看護プログラムを作成することを目的に実施した。内科病棟に勤務し、離床に関心のある複数の看護師に、術後患者を対象にした離床看護プログラムの内科患者への適用について聞き取りを行った。その結果、内科患者においても離床は重要な課題であり、生活行動に基づく離床看護プログラムへの期待は大きいとの意見が得られた。一方で、1術後患者の離床に比べて、内科患者の離床は病状や治療内容、ADL等による個別性が大きいこと、2術後患者の離床プログラムで目標に位置づけた「もとの生活に戻る」は、内科患者の目標にはマッチしない可能性があること等の課題が挙がった。以上の結果から、離床看護プログラムの開発に先行して対象患者を検討する必要性が明確となり、本研究では、地域包括ケア病棟に入院する患者を対象に、この先の研究を進めていくことにした。現在、地域包括ケア病棟の看護師および理学療法士らの協力のもと、実用的な離床看護プログラムの開発を進めているところである。本年度の目標である研究1を実施し、内科的治療を受ける入院患者を対象とした、新たな離床看護プログラム開発に向けた課題を明確にすることができた。しかし、離床看護プログラムを開発するところまでには至らず、「やや遅れている」と評価した。2年目となる2019年度は、地域包括ケア病棟の看護師および理学療法士の協力を得て、引き続き研究1「新たな離床看護プログラム開発」を進める計画である。同時に、研究2「離床看護プログラムの効果検証に向けた測定指標の検討」にも取り組み、離床およびその効果を量的にとらえる方法を文献により検討し、実際の測定機器を用いた予備調査を計画したい。さらに、当初の計画どおり、離床に関するウェブサイトを立ち上げ、研究成果の発信と研究ネットワークづくりにも取り組む。研究1で離床看護プログラム開発が完了しなかったこと、ウェブサイトの立ち上げが遅れたことから次年度使用額が生じた。研究1による離床看護プログラムのデザインおよび印刷費、研究2による測定機器の購入費、ウェブサイト作成費に使用する予定である。
糖尿病が惹起する脳エネルギー代謝異常と脳脂質代謝異常

糖尿病において、認知機能低下をはじめとするさまざまな中枢神経系障害のリスクが上昇するメカニズムとして、脳内ステロール代謝異常に注目した。糖尿病マウスの脳ではインスリン作用低下の結果コレステロール合成が低下し、さらにステロール含量を感知する分子SCAPが減少している。脳全体でSCAPを減少させたマウスは記憶能力が低下している。糖尿病の脳の状態を模倣するAMPK活性化刺激で、脳グリア細胞のSCAPが減少することを見出した。さらに、グリア細胞の一種であるアストロサイトでSCAPを欠損させると、長期記憶の障害と社会認識能力の障害をきたすことを見出した。(1)ステロールセンサーSCAPの量的制御のメカニズムは報告が少ない。糖尿病状態の脳でAMPK活性が上昇していることに着目し、初代培養グリア細胞を用いて種々のAMPK活性刺激(AICAR、メトホルミン、2-DG)を加えたところ、AICAR刺激において、刺激後およそ6時間で初代培養グリア細胞のSCAPタンパク量が減少し、24時間時点において顕著な減少を認めた。48時間後においてもSCAPタンパク量の減少は持続した。2-DG添加、メトホルミン刺激のいずれの場合も刺激後24時間でSCAP蛋白量が減少した。AMPKの上流に位置するLKB1のfloxマウスから得られた初代培養グリア細胞にCreリコンビナーゼを発現させるアデノウイルスベクターを感染させLKB1欠損を誘導すると、SCAP量がわずかに増加し、AICARによるSCAPの減少が部分的に抑制された。プロテアソーム阻害薬MG132 2μMの前処理により、AICAR刺激によるSCAP減少が抑制された。(2)ドイツKirchhoff研から分与されたGFAP-CreERT2マウスとSCAP floxマウスを交配し、アストロサイト特異的誘導型SCAP欠損マウスを作成した。本マウスから得られた初代培養アストロサイトにおいてSCAP欠損を誘導できることを確認した。現在、個体レベルでの表現型を解析中である。(3) SREBP-2 floxマウスを神戸理研との共同開発により作製し、現在系統樹立中である。(1)ステロールセンサーSCAPの量的制御のメカニズムについて引き続き検討を行った。プロテアソーム阻害剤MG132やSCAPの細胞内輸送を阻害するFatostatinの前処理によって、AICAR刺激によるSCAP減少は抑制された。S1P阻害薬によるSCAPの減少も同様にMG132、Fatostatinの前処理によって抑制された。AICAR刺激において、AMPKの活性化によるプロテアソーム系の分解がSCAPの減少に関わっており、AICARによるSCAPの分解には一旦小胞体から外に輸送される必要があると考えられる。S1P阻害によるSCAPの減少においても、プロテアソーム系が関わっており、SCAPの量制御においてプロテアソームは重要であると考えられる。本マウスモデルでは、成長後にタモキシフェンを投与しSCAP欠損を誘導することで、発生段階での影響を除外することができる。種々の行動実験を実施し、本マウスのアストロサイトにおけるSCAP欠損誘導後の行動異常について興味深い表現型を確認している。(3) SREBP-2 floxマウスを神戸理研との共同開発により作製した。引き続き系統樹立を進めている。1.ドイツKirchhoff研から分与されたGFAP-CreERT2マウスとSCAP floxマウスを交配して作成したマウスに成長後タモキシフェンを投与し、成体のアストロサイト特異的にSCAP欠損を誘導した。同マウスは長期記憶の障害と不安様行動の減少を認め、social recognition testにおいて社会認識能力の有意な障害を認めたことから、アストロサイトにおけるSCAPの発現は長期記憶の固定化と恐怖・不安に関与する行動に影響することを見出した。体重変化、耐糖能、インスリン抵抗性及び短期記憶に有意差を認めなかった。2.ステロールセンサーSCAPの量的制御のメカニズムについて引き続き検討を行った。マウス初代培養グリア細胞でAICARによるAMPK活性化刺激やPF429242によるsite-1 protease阻害処理によって、SCAP蛋白量が減少した。これらのSCAP減少作用は、プロテアソーム阻害薬MG132や、SREBP:SCAP複合体の小胞体-ゴルジ輸送阻害薬として働くFatostatinの前処理により抑制された。SCAPの蛋白量制御にプロテアソーム系が重要である。SCAPは分解を受ける際に小胞体からゴルジ体へ輸送される必要がある。

さらに、グリア細胞の一種であるアストロサイトでSCAPを欠損させると、長期記憶の障害と社会認識能力の障害をきたすことを見出した。複数の組織特異的欠損マウスの作製および解析に向けて進展している。糖尿病学作製したマウスの表現型の評価を通じて、糖尿病状態での脳におけるSCAPおよびSREBP-2減少に関する解析を進める。さらに、リピドミクスでの網羅的解析を進捗させる。作製したマウスの表現型の評価を通じて、糖尿病状態での脳におけるSCAPおよびSREBP-2減少に関する解析を進める。
生物リズムの分子・細胞機構

約24時間の周期を示す概日リズムは、原核生物からヒトに至るほとんどすべての生物に見られる内因性の振動現象である。概日リズムの性質は、すべての生物に共通しているが、その発現が共通した分子機構に基づくか否かは不明であった。本研究では、米国とわが国の研究者の共同により、原核生物から哺乳類に至る生物の概日リズムを系統的に解析し、概日リズムの分子・細胞機構の解明を目指した。過去2年間の研究期間で、米国と日本で独自に藍色細菌、ショウジョウバエ、マウスなどで時計分子を分離した。このうち特に、マウスとヒトにおいてショウジョウバエのper遺伝子に相同な遺伝子をクローニングしたこと、また、マウスのClock遺伝子ホモログやCLOCKタンパクのパートナーであるBMAL1をコードする遺伝子(cycle)をショウジョウバエでクローニングし、動物界においては時計のコンポーネントに共通性があることを示したことが特筆すべき点である。さらに、原核生物では、時計分子が異なっているが、いずれの生物でも概日リズムは、時計遺伝子の転写とタンパクの翻訳により構成される正と負のフィードバックループを基本として発現することを示し、生物を通した概日振動分子機構の普遍性を明らかした。これら以外にも、松果体光受容物質pinopsinの概日系への関与、視交差上核単一細胞からのリズム記録、アストロサイトと概日リズム発現の関連、無周期マウスの発見、ICERと概日リズム発現などについてそれぞれ成果を挙げた。概日リズムの性質は、すべての生物に共通しているが、その発現が共通した分子機構に基づくか否かは分かっていない。本研究は、米国とわが国の研究者の共同により、原核生物から哺乳類に至る生物の概日リズムを系統的に解析し、概日リズムの分子・細胞機構の解明を目指すものである。本年度は、米国と日本で独自に藍色細菌、ショウジョウバエ、マウスなどで時計分子を分離した。このうち特に、ショウジョウバエの時計遺伝子perと相同な遺伝子がマウスとヒトで分離され、時計の分子構造は種を越えて共通している可能性が出てきたこと、また、これとは異なる時計分子がマウスで分離されたが、これにも他の時計分子と共通したドメイン構造があることが分かった点が特筆すべき事項である。これ以外にも、藍色細菌での時計蛋白質の相互作用、ショウジョウバエ時計遺伝子timとPER蛋白質との関連、松果体光受容物質pinopsinの概日系への関与、視交差上核単一細胞からのリズム記録、アストロサイトと概日リズム発現の関連、無周期マウスの発見、ICERと概日リズム発現などについてそれぞれ成果を挙げた。概日リズムの性質は、すべての生物に共通しているが、その発現が共通した分子機構に基づくか否かは不明である。本研究では、原核生物から哺乳類に至る生物の概日リズムを系統的に解析し、概日リズムの分子・細胞機構の解明を目指した。特に、今年度は、本研究の最終年度のため、それまでの成果を集大成して概日リズムの分子・細胞機構の発現モデルの構築を目指した。過去2年間の研究で、米国と日本で独自に藍色細菌、ショウジョウバエ、マウスなどで時計分子を分離しが、このうち特に、今年度は、マウスのClock遺伝子ホモログやCLOCKタンパクのパートナーであるBMAL1をコードする遺伝子を明らかにし、動物界においては時計のコンポーネントに共通性があることを示した。これら以外にも、松果体光受容物質pinopsinの概日系への関与、視交差上核単ー細胞からのリズム記録、アストロサイトと概日リズム発現の関連、無周期マウスの発見、ICERと概日リズム発現などについてそれぞれ成果を挙げた。
核磁気共鳴映像法による海水飛沫着氷の成長機構の解明

本研究は核磁気共鳴映像法を用いて海水飛沫着氷内に形成されるブラインの3次元構造を可視化する手法を開発し、成長機構を解明することが目的である。3カ年の研究により主に以下の4つの成果を得た。1.氷とブラインからなる着氷の可視化の前段階として、積雪の空隙に真空ポγプを用いてドデカンを注入し可視化用サンプルを作成する手法を開発した。常磁性試薬を加えてT1を短縮することにより、空間分解能120μm^3、画像マトリクス256^3の良好なMRI画像を取得することが出来た。2.(1)低温室内で水溶液をスプレーして着氷を再現する装置を開発した。さらに小型冷凍庫内で飛沫着氷を再現する装置を開発した。この装置で試料を作成した後、時間経過、温度変化なくNMRI装置によりブラインの3次元分布を測定することが可能となった。(2)北海道日本海に面した港湾設備において海水飛沫着氷の実態調査を行った。その結果厳冬期に防波堤灯台に発達した海水飛沫着氷のサンプルを取得し、密度、塩分濃度等を測定するとともに可視化実験に用いる試料とした。3.(1)海水飛沫着氷の3次元構造を高空間分解能で測定するために、NMRIシステムのシーケンスを新たに構築した。、その結果グラディエントエコー・FLASHを使うことにより画像マトリクス256^3、ボクセルサイズ90×90×90μmの可視化画像を取得することに成功した。(2)海水飛沫着氷試料にドデカンを浸透させて撮像した三次元データを用いて、ブライン排水路の最大値投影法による可視化を行った。また海水飛沫着氷の再現試料についてブラインの排水路の構造と、排水によるNMR信号の変化を測定した。4.以上の結果から海水飛沫着氷内のブラインは従来考えられていたようなブラインポケットの中にあるのみではなく、着氷内に行き渡るように張り巡らされたブライン排水路が存在することがわかった。よって海水飛沫着氷が成長するとともにブライン排水路が形成され、排水が促進されるモデルを提唱した。本研究は核磁気共鳴映像法(NMRI)を適用し、海水飛沫着氷中のブラインの3次元構造を可視化することが目的である。本年度は主に以下の4つの研究活動を行った。(1)海水飛沫着氷は、飛沫が物体に衝突して凍結するときに水が不純物を排除しながら凍結するため、氷粒子の間に濃い海水が分布するスポンジ状の氷となることが知られている。そこで、スポンジ状の着氷を模すために、積雪の空隙にドデカンを注入したサンプルを作成し、空間分解能200マイクロ立法、128×128×128画素の3次元核磁気共鳴映像の取得を行った。ノイズを減ずるために信号積算を行うことから、一サンプルの撮像には約30分を要した。そこで測定領域の大きさ合わせて、温度制御が可能な小型チェンバーを製作し、氷が融解せず、間隙が液体で満たされるような実験条件を実現した。(2)実際の飛沫着氷を観測するために、厳冬期に稚内-礼文間の船舶および、北海道日本海側稚内周辺、留萌周辺の港湾設備において着氷の実態調査を行った。

観測期間には顕著な着氷の成長は見られなかったが、港湾設備に発達した着氷の構造を観測することより、本年度の可視化実験に用いる試料作成の基礎データとした。(3)飛沫着氷を再現するために、低温室において着氷実験を行った。実験には濾過水と1%プロピレングリコール(以下PG)水溶液を用いた。PGは不凍液として使われる物質で、海水と同様に凍結時にブラインが形成することから、模型氷の実験にしばしば用いられる。実験は飛沫の粒径と、雰囲気温度を変えて行い、飛沫着氷が成長する条件を求めた。(4)上記の実験をもとに、塩化ナトリウム水溶液とPG水溶液を用いて飛沫着氷の試料を作成し、NMRI用小型チェンバーに挿入するように加工した。この試料を用いて筑波大学NMRイメージング研究室の核磁気共鳴装置により可視化実験を行った。本実験のデータは来年度に解析を行う予定である。本研究は核磁気共鳴映像法(NMRI)を適用し、海水飛沫着氷中のブラインの3次元構造を可視化することが目的である。本年度は3年計画の2年目に当たり、主に以下の5つの研究活動を行った。1 NMRIによるブライン構造の可視化と3次元画像から情報の抽出するために、Marching cubes法を応用した3次元データ処理システムを開発した。このシステムを用いて昨年度取得したNMRIによる積雪の3次元撮像データの解析を行い国際ワークショップおよび国内の学会において発表した。2厳冬期に石狩市から稚内市にかけての北海道日本海に面した港湾設備において、海水飛沫着氷の実態調査を行った。その結果1月初旬、1月下旬、2月中旬に防波堤灯台に発達した海水飛沫着氷のサンプルを取得し、密度、塩分濃度等を測定するとともに本年度の可視化実験に用いる試料とした。3海水飛沫着氷は形成時には濃い海水であるブラインを含んでいるが、その後徐々に排水されることから、いったんブラインが排水されたサンプルの排水路を可視化するために、各磁気共鳴信号を持つ液体を排水路内に挿入する装置を開発した。4昨年度低温室用に作成した、水溶液を間欠的にスプレーして着氷が成長させる装置を改造し、飛沫着氷を小型冷凍庫内で再現できるようにした。この装置を用いてNMRIシステムの設置されている常温実験室内で着氷サンプルを作成後、加工、運搬の温度変化を加えることなくすぐにブラインの様子が測定できるようになった。5 3により作成した防波堤灯台の海水飛沫着氷サンプルと、4により作成したプロピレングリコール水溶液を用いて飛沫着氷の試料を作成し、共同研究者である巨瀬の核磁気共鳴装置により可視化実験を行った。本研究は核磁気共鳴映像法を用いて海水飛沫着氷中のブラインの3次元構造を可視化することが目的である。本年度は3年計画の3年目に当たり、主に以下の3つの研究活動を行った。1.(1)昨年度開発した小型冷凍庫内で飛沫着氷を再現する装置を改良し、常温室内で海水飛沫着氷に近い試料を作成できるようにした。この装置で試料を作成した後、時間経過、温度変化なくNMRI装置によりブラインの3次元分布を測定することが可能となった。また飛沫着氷からのブラインの排水過程をリアルタイムで測定した。(2)北海道日本海に面した浜益漁港防波堤灯台において厳冬期に海水飛沫着氷の経時観測を行った。本冬期は暖冬のため海水飛沫着氷は成長ぜず、可視化実験に用いる試料を取得することはできなかった。2.(1)海水飛沫着氷の3次元構造を高空間分解能で測定するために、NMRIシステムのシーケンスを新たに構築した。
低分子量から高分子量領域にわたる高分子希薄溶液物件に関する研究(らせんみみずモデル仮説の検証)

本研究では、アタクチックポリスチレン(a-PS)、アタクチックポリメタクリル酸メチル(a-PMMA)、ポリイソブチレン(PIB)、およびポリジメチルシロキサン(PDMS)の4つの代表的屈曲性高分子について、低分子量(オリゴマー)から高分子量までの広い分子量領域にわたる単分散試料を用い、静的光散乱、小角X線散乱、および誘電率測定より平均二乗回転半径、平均二乗光学異方性、平均二乗電気双極子能率、および散乱関数の静的物性を、また動的光散乱と粘度測定より並進拡散係数および固有粘度を決定した。それらの分子量依存性を「らせんみみず」(HW)鎖理論を用いて解析し、HWモデルの妥当性の検討ならびに高分子鎖の固さおよび局所形態と溶液物性の関係について考察を行った。なお、非対称高分子であるa-PSとa-PMMAに関しては、測定に先立ち^1Hおよび^<13>CNMRより、それぞれの高分子について測定試料の立体規則度が揃っていることを確認している。以下に、主要な結果を列記する。1.HW鎖理論を用いて、上記の高分子の種々の溶液物性が矛盾なく説明でき、モデルの妥当性が確認できた。2.データ解析より上記4種類の高分子のHWモデル定数を正確に決定した。なお、PIBとPDMSの固有粘度は極低分子量オリゴマー領域で負となる場合があるが、新たに考案した解析法を用いることで、そのような場合でもモデル定数が正確に決定できた。3.得られたモデル定数から、(1)a-PMMAおよびPDMS鎖は局所的に湾曲した形態をとること、(2)従来の定説とは逆に、a-PMMA鎖の方がa-PS鎖よりも固いこと、(3)PDMS鎖は従来考えられていたよりも固いこと、ならびに(4)PDMS鎖は流体力学的に非常に細いことが明らかになった。これらの結論は何れも、オリゴマー領域をも含む広い分子量領域における測定結果をHW鎖理論で解析して初めて得られたものである。4.PDMSの定常輸送係数に対して、高分子量屈曲性高分子では初めて素抜け効果を観測した。このような挙動は、本研究で明らかになったPDMS鎖の性質3-(3)および-(4)を考慮すれば説明できる。5.定常輸送係数から評価される高分子鎖全体の流体力学的大きさと平均二乗回転半径から評価される静的大きさの比は、高分子量領域においては高分子と溶媒の種類によらない普遍定数であると考えられてきたが、これに反する系があることを明らかにした。今年度の研究経過および得られた成果を以下に列記する。

1.ラセモダイアドの分率f_rが0.59のアタクチックポリスチレン(aーPS)について、重量平均分子量Mwが578から9.73×10^4の範囲でX線小角散乱(SAXS)測定により平均二乗回転半径〈S^2〉を決定した。その結果はすでに得ている平均二乗光学異方性〈γ^2〉固有粘度[η]と合わせて、らせんみみず(HW)鎖理論で統一的に説明でき、得られたHWモデル定数から希薄溶液中のaーPS鎖の形態を明らかにすることができた。2.frが0.79のポリメタクリル酸メチル(aーPMMA)について、Mwが402から2.83×10^6の広い範囲でSAXSおよび光散乱測定より〈S^2〉を決定した。この結果もHW理論により定量的によく記述できる。得られたHWモデル定数より、aーPMMA鎖はaーPS鎖に比べて固くかつ大きくわん曲した局所形態をとっており、その結果Mwの大きい領域でaーPMMA鎖はaーPS鎖よりも小さな〈S^2〉をもつことがわかった。3.SAXSで決定される散乱関数Ps(k)に対して、高分子鎖の中心線まわりの電子密度分布の影響を、HW鎖モデルに基づいて理論的に考察し、SAXSデ-タの解析に必要な理論式を導いた。この結果、散乱関数の形と電子密度分布の形(鎖の太さ)との関数が明らかになった。4.1.と同じaーPSについてMw=1.48×10^34.00×10^4でのPs(k)をSAXS測定より決定した。Kratkyプロットは散乱ベクトルkの大きい領域でもMwに依存し、また、従来の報告と異なりkの大きいところではkによらずほぼ一定になることがわかった。ポリジメチルシロキサンしポリイソブチレンの分別精製による単分散試料の調製はほぼ完了した。今後これらの試料の〈S^2〉、[η]、並進拡散係数D等の測定を進めていく予定である。購入した動的光散乱測定装置の調整をすでに完了し、Dの測定に着手した。FabryーPerot干渉計については現在調整中で、完了次第、2.と同じaーPMMAに対する〈γ^2〉の測定を行う予定である。今年度の研究経過および得られた成果を以下に列記する。1.重量平均分子量M_〓が3.02×10^2から2.83×10^6の範囲の22のアタクチックオリゴおよびポリメタクリル酸メチル(aーPMMA)試料について,アセトニトリル中44.0°C(Θ溶媒)における固有粘度[η]を測定した。用いたすべての試料は,平成元年度に行ったアセトニトリル中44.0°Cにおける平均二乗回転半径〈S^2〉ならびに塩化nーブチル中40.8°C(Θ溶媒)における[η]の決定に用いたものと同一のものであり,ラセモダイアドの分率f_rはM_〓によらず一定値0.79である。高分子量試料について,2つのΘ溶媒中における〈S^2〉の値に差がないにもかかわらず,[η]の値には実験誤差を超える明かな差が見られた。このことは,高分子量の非摂動屈曲性高分子鎖について高分子あるいは溶媒の種類によらない普遍量と考えられてきたFloryーFox定数Φが溶媒に依存することを示唆する。Φが溶媒に依存する場合の[η]のデ-タ解析法を考案し,らせんみみず(HW)モデル理論を用いて今回の[η]のデ-タ解析を行ったところ,〈S^2〉並びに塩化nーブチル中での[η]の解析結果と矛盾のない結果が得られた。(Macromoleculesに投稿,印刷中)2.上記のaーPMMAのうちM_〓が1.10×10^3,2.95×10^3,1.09×10^4,および1.19×10^5の4試料について,X線小角散乱(SAXS)測定により散乱関数P_s(k)を決定した。
スパースデータの多階層メモリへの配置及び高速かつ省電力計算手法の開発と検証

現在、複雑化&大規模化が進んでいる実問題に対しては高次元データに普遍的に内在するスパース(疎)性を利用するスパースモデリングの手法が大きな期待を集めている。しかしデータのスパース性は最新の計算機アーキテクチャ上での計算性能を大幅に低下させる要因の一つとなっている。そのため本研究プロジェクトでは当該領域内での計算需要の増大(特にグラフ探索や数理最適化問題)と実問題への大規模計算時に遭遇する問題を考慮して以下の二つを主目的とする。1:最新の計算機アーキテクチャ上でのスパースデータの多階層メモリへの配置手法及び高速かつ省電力計算手法の開発と検証2: 1の技術を活用したソフトウェア実装方式の提供及びグラフ探索及び数理最適化用のソフトウェアの開発と評価。代表的な最適化問題(数理計画問題)である半正定値計画問題(SDP)や混合整数計画問題(MIP)に対するソフトウェアにも同様の手法を適用する。本研究期間中にグラフ解析や最適化問題に対する高速・省電力計算に関する研究を中心的に行い、大規模な問題に対して極めて高い性能が得られることを示した。具体的には大規模なグラフを解くことでスパコン上のビッグデータ処理を計測するGraph500、及び、その省電力性を計測するGreen Graph500ベンチマークを様々な研究機関や企業の協力と支援によって実施した結果、両者において世界第1位の高成績を達成した。また、世界最大規模のSDPを高速に解くことに成功している.具体的には制約式の数が233万以上となる世界最大規模の巨大SDPを解くことに成功した.このとき東工大のスパコンTSUBAME ver.2の4080個のGPUを同時に用いて最大で1.774PFlops(2014年度の記録は1.713PFlops)の計算性能を達成した。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究期間内の主要目的は主に以下の二つである1.最新の計算機アーキテクチャ上でのスパースデータの多階層メモリへの配置手法及び高速かつ省電力計算手法の開発と検証2.1の技術を活用したソフトウェア実装方式の提供及びグラフ探索及び数理最適化用のソフトウェアの開発及び当該領域研究者への提供1に関しては最新の計算機アーキテクチャとして主にNUMA(Non-Uniform Memory Access)を想定している。スパースデータによる重要なアプリケーションとしてグラフ探索に取り組んでいるが、26年度は主としてメモリ配置の高速化及び省電力化に成功した。具体的にはグラフ接続行列に対する局所的なデータ配置及びメモリアクセスパターンの改善によって、グラフ探索の主要な部分におけるノード間通信の大幅削減に成功した。またこの改善によって、グラフ探索の大幅な高速化と省電力化にも成功した。また2に関しては、次に示すソフトウェアの開発を行っている(平成27年度に公開予定)。グラフ探索ではULIBC: CPUアフィニティやローカルメモリの確保を容易に行うためのライブラリ。NETAL:計算機のメモリ階層構造を考慮したグラフ処理ライブラリ(最短路計算、ネットワーク内での各点の重要度を推定。各点の広域内における影響(情報の伝播力)の開発を進めている。また数理最適化に関してはSDPARAの開発を行い、大規模な数理最適化問題(半正定値計画問題: SDP)に対する並列ソルバの開発と評価。計算量とデータ移動量の正確な推定、疎性やサイズなどのデータ特性と性能値の見極め等のアルゴリズムを開発することによって、世界最高性能の並列ソルバの開発に成功し、東工大スパコンTSUBAME2.5上で1.73PFlops(4080GPU)を達成した。

データ構造の工夫とグラフの特性を考慮した探索アルゴリズムの開発により、計算量と通信データ量の削減に成功し、またメモリの多階層化を考慮することによって、高速性と省電力性を両立したアルゴリズムに提案と評価を行った(第3、4回Green Graph 500ベンチマーク(http://green.graph500.org)において世界1位の省電力性能を達成した)。また、研究実績の概要にも記載したように、大規模な数理最適化問題(半正定値計画問題: SDP)に対する並列ソルバの開発を行い、極めて高い性能を達成している。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後登場するポストペタスパコン上では計算コア数の増大、メモリバンド幅の不足などによって、これまでの技術の延長では最大100万規模の並列環境ではソフトウェアの性能を発揮できないことが予想される。そこで本研究では、最初にポストペタスパコン上での超高性能最適化ソフトウェアを実現するための技術的課題を特定し、以下の技術を世界に先駆けて確立する。1入力データの特徴(大小,密や疎)を把握し、計算量の推定によるデータ構造と計算方法の自動選択及び少ないメモリバンド幅でも高性能を発揮する疎データに対する高速計算エンジンの開発2大規模並列環境下における分枝限定法の分枝木の生成及び高速列挙技術。また研究期間の後期では予想され得る実データの大規模化及び複雑化に対処可能な技術の確立を目指し、実データを用いてポストペタスパコン上で大規模な実証実験を行う。さらに平成26年度の成果である最新の計算機アーキテクチャ上でのスパースデータの多階層メモリへの配置手法及び高速かつ省電力計算手法を活用して、以下のソフトウェア開発とライブラリ公開を推進する。1: ULIBC: CPUアフィニティやローカルメモリの確保を容易に行うためのライブラリ。2: NETAL:計算機のメモリ階層構造を考慮したグラフ処理ライブラリ(最短路計算、ネットワーク内での各点の重要度を推定。各点の広域内における影響(情報の伝播力)。3: SDPARAソルバ:大規模な数理最適化問題(半正定値計画問題: SDP)に対する並列ソルバの開発と評価。計算量とデータ移動量の正確な推定、疎性やサイズなどのデータ特性と性能値の見極め等のアルゴリズムを開発することによって、世界最高性能の並列ソルバの開発に成功し、東工大スパコンTSUBAME2.5上で1.73PFlops(4080GPU)を達成した。
獣医療におけるAutopsy imaging（死亡時画像診断）法の開発と応用

近年、人医療の院内死亡症例や法医学領域において,死亡時画像診断が死因究明の手段として実施されている。本研究では,2019年度に麻布大学附属動物病院で病理解剖を依頼された臨床例(犬2例,猫2例,牛1例,馬1例)について、病理解剖前に単純X線撮影およびCT撮影を実施した。CTで病変部位が判明し病理検査で不明であったものは、牛の多発性の骨融解であった。CTで病変部位が判明し病理検査で確定したものは、犬の左腎腫瘍、椎体腫瘍、出血を伴う肺水腫および血管肉腫、猫の後腹膜腔血腫であった。CTで病変部位が検出できず病理検査で確定したものは、犬の急性出血性壊死性膵炎および血管肉腫、猫の大動脈血栓、馬の化膿性髄膜炎および小脳奇形であった。死亡時画像診断で検出された病変部位が病理検査で確定した一方、病理検査で検索できなかった多発性の骨融解が画像診断で判明した。このことから、死亡時画像診断と病理検査は相互に補完するものであり、死因の確定のためには死亡時画像診断と病理検査の併用が有用であると考えられた。また、病理解剖前に行った死亡時画像診断により、病理解剖時に注意すべき部位が明確になり、診断精度の向上につながったと考えられた。化膿性髄膜炎と小脳奇形は、CTではわからなかったため、中枢神経系の観察にはMRIの使用も検討する必要があると考えられた。引き続き獣医療における病理解剖前の死亡時画像診断の知見を増やし、死亡時画像診断の有用性と限界を明らかにしていく計画である。麻布大学附属動物病院で病理解剖前に死亡時画像診断を実施できた症例について,死亡時画像診断の有用性をオートプシー・イメージング学会と日本獣医学会で発表した.Ai所見と剖検所見の一致と差異、死後変化と死因病変の比較のAiデータベースを作成する。このAiデータベースを用いて、動物におけるAiの有用性と限界を明確にし、信頼性の高いAi診断法を確立する。また、動物虐待などの社会的問題に対応し、日本で立ち遅れている「法獣医学」の新分野を発展させ、社会に貢献することを目的とする。Ai学会に参加し、Aiの読影方法に関する情報収集を図る。また、動物看護学の視点から動物虐待関連の事例を調査する。死亡時画像診断のCTの費用を別予算から支出したため,当初の予定よりも使用額が少なくなった.