hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫における時間認識機構の探求

時間条件付けでは、無条件刺激(報酬もしくは罰)の提示を一定時間間隔で繰り返し、提示後の一定間隔で発現される行動を条件反射と定義する。平成28年度に構築した、ショウジョウバエに電気ショックを提示しその応答を高解像度で記録する行動実験系、および画像データの解析系を用いた。また時間間隔に依存した条件反射を、電気ショック提示に伴う非特異的なものと区別するため、同強度の刺激を同回数、不定間隔で与えるコントロール実験を合わせて行った。はじめに刺激の提示回数、刺激の提示間隔の二つの変数を変化させ条件検討を試みた。その結果、2秒間隔で刺激を10回繰り返し与えた際に、電気ショック応答の一つであるジャンプ行動の増加が、訓練終了後の刺激予想時間に観察された。本研究では、トレーニング後にみられた行動変化が刺激提示間隔に合わせたものであるかを定量するため、ジャンプ発生頻度の時系列データに対し時間周波数解析を行った。時間周波数解析では周波数成分の時間変化を解析できるため、条件反射の発生時間まで特定することが可能である。時間周波数解析の結果、実験群ではコントロール群に比べて、刺激提示間隔(2秒)を周期とする周波数成分の値が(0.50Hz)、訓練開始時から訓練終了直後まで高くなっていた。これはショウジョウバエが2秒という時間間隔を学習し、定間隔の条件反射(ジャンプ)を獲得したことを示している。本研究結果は無脊椎動物の微小脳にも計時機構が備わっていることを示唆する初めての研究である。29年度が最終年度であるため、記入しない。数秒単位の時間認知を司る神経基盤を解明するための第一歩として、本研究ではショウジョウバエを用いた時間条件付けの確立を目標とした。これまでに研究代表者のグループは、ショウジョウバエに電気ショック罰を提示する系を用い、感覚刺激の時間処理に取り組んでおり、電気ショック罰を伝達する神経細胞を複数同定してきた経緯がある。そこで本研究で行う時間条件付けにも、刺激提示時間を正確にコントロールできる電気ショック罰を選択した。しかし、電気ショックに対するショウジョウバエの行動応答はジャンプ、歩行、横転、など高速かつ多岐にわたり、その時間変化の定量的な解析は困難であった。平成28年度はこれら電気ショックに特有の技術的な問題を解決するため、短い露光時間、低ノイズ、高フレームレートでビデオ撮影する実験系を構築した。また、行動中のショウジョウバエをコントラストよく撮影するため、当研究室で開発した透明電極をショックの提示に用いて(Vogt, eLife 2015)、8つのチャンバーを同時撮影する実験系を構築した。さらに東北大学情報科学研究科の橋本浩一教授との共同研究で新たなマシンビジョンアルゴリズムを開発し(Thoma, Nature Comms 2016; Sirigrivatanawong, Sensors 2017)、これまで困難であったジャンプや横転など電気ショック応答を含む6つの異なる行動状態を、撮影された動画より自動認識することに成功した。これにより数十ミリ秒単位での行動の時間遷移を、高精度かつ高速に分類することが可能となり、刺激の提示間隔に合わせた条件反射行動の検出が可能となった。申請書に記載の通り、ショウジョウバエの電気ショックに対する行動応答の解析手法を確立した。ショウジョウバエに電気ショックを用いた時間条件付け実験を行い、定間隔の条件反射の検出を試みる。解析系には平成28年度に開発した解析系を用いる。
非共軸塑性構成式に対するスピンとひずみ尺度に関する熱力学的検討およびFEM解析

エントロピーの増大性とエントロピー生成速度の最大性という熱力学の基本原理に立脚した形で非共軸塑性構成式を導出するための一般論を展開し,熱力学的な有限変形理論を構築した.その際,弾性ポテンシャルとしてGibbs関数,また塑性ポテンシャルとして補散逸関数を用いることにより,塑性構成式には必然的に非共軸性が導入されることを示した.得られた非共軸塑性構成式は,補散逸関数を塑性ポテンシャルとする一つの流れ則となるため,塑性ひずみ速度は必ず補散逸曲面に垂直となり,応力と応力速度のなす角が直角以下となる場合にも補散逸曲面に尖り点の存在が保証されると同時に負荷範囲が拡大されることを指摘した.また,共回転応力速度のスピンの選択範囲を制限するために,スピンが満足すべき熱力学的要請を新たに提示した.それは,弾性ひずみが完全なひずみ尺度(状態量=非経路依存量)となるようにスピンに対応する中間配置を選択する必要があり,その時,弾性ひずみを表現するストレッチが必ず存在せねばならないと述べられる.次に,現在スピンの候補となっている連続体スピン,Green-Naghdiスピン,Eulerスピンおよび塑性スピンの本熱力学的要請への適合性に関して調べたところ,各中間配置において弾性ひずみがひずみ尺度,塑性ひずみが変形尺度(非状態量=経路依存量)となり,弾性ひずみを表現するストレッチが具体的に定義できるのは塑性スピンのみであることを明らかにした.さらに,上述の各スピンを用いて矩形板の単調引張りにおけるひずみの局所化問題に関するFEM解析を行った結果,応力-ひずみ線図に振動が生じることなく,せん断帯形成に関してもある程度望ましい結果が得られるのは塑性スピンのみであることを確認した.エントロピーの増大性とエントロピー生成速度の最大性という熱力学の基本原理に立脚した形で非共軸塑性構成式を導出するための一般論を展開し,熱力学的な有限変形理論を構築した.その際,弾性ポテンシャルとしてGibbs関数,また塑性ポテンシャルとして補散逸関数を用いることにより,塑性構成式には必然的に非共軸性が導入されることを示した.得られた非共軸塑性構成式は,補散逸関数を塑性ポテンシャルとする一つの流れ則となるため,塑性ひずみ速度は必ず補散逸曲面に垂直となり,応力と応力速度のなす角が直角以下となる場合にも補散逸曲面に尖り点の存在が保証されると同時に負荷範囲が拡大されることを指摘した.また,共回転応力速度のスピンの選択範囲を制限するために,スピンが満足すべき熱力学的要請を新たに提示した.それは,弾性ひずみが完全なひずみ尺度(状態量=非経路依存量)となるようにスピンに対応する中間配置を選択する必要があり,その時,弾性ひずみを表現するストレッチが必ず存在せねばならないと述べられる.次に,現在スピンの候補となっている連続体スピン,Green-Naghdiスピン,Eulerスピンおよび塑性スピンの本熱力学的要請への適合性に関して調べたところ,各中間配置において弾性ひずみがひずみ尺度,塑性ひずみが変形尺度(非状態量=経路依存量)となり,弾性ひずみを表現するストレッチが具体的に定義できるのは塑性スピンのみであることを明らかにした.さらに,上述の各スピンを用いて矩形板の単調引張りにおけるひずみの局所化問題に関するFEM解析を行った結果,応力-ひずみ線図に振動が生じることなく,せん断帯形成に関してもある程度望ましい結果が得られるのは塑性スピンのみであることを確認した.
ホームレスの自立と地域生活支援に関する総合的調査研究

本研究は、ホームレスの自立支援策と地域生活への再参入に対する支援のあり方に関する調査研究である。本研究は、ホームレス実態と「ホームレスの自立の支援等に関する特別措置法」の施策展開を踏まえ、第一に、支援策である自立支援センターの施策評価、第二に退所者等の調査による退所者の就労維持や生活課題の析出、第三に、地域生活に再参入するに際し、どのような支援が求められているか、第四に、再野宿化を防止策と社会保障制度等の制度的対応のあり方を解明することであった。調査研究は、ホームレスが自立の過程で関わる、巡回相談、自立支援センター・救護施設、居宅保護、といった場面・段階で把握して進めた。以下のことが明らかとなった。1.ホームレス支援法により様々な支援事業と支援の仕組みが大都市を中心に作られ、量的にはホームレス数の減少が進むなど成果は上がっている。ただ、長期化したホームレスの存在や新規流入への歯止めといった点で有効性が問われている。2.自立支援センターや「多様な自立」のため「中間施設」等が自立と地域生活への再参入に重要な位置を占めている。第一線のアウト・リーチ活動は、支援方法として定着してきている。有効性を高めるには「中間施設」の整備や社会福祉制度等が活用しやすいものになることが改めて確認された。3.自立支援センターのアフターケア活動は、就労の継続性の維持と再野宿防止にとって重要な支援活動である。救護施設における通所型支援も再野宿防止策として有効に機能している。居宅保護受給者については、実態から半福祉・半就労等「多様な自立」モデルの必要性を示した。健康支援は、健康維持・回復のため必須の支援で、脱却の際に大きな役割を果たしている。4.ホームレス状態から脱却しただけでは、地域生活への再参入は困難を伴うためアフターケア等の支援が必要である。日本におけるホームレス支援策は、まだこの段階を重視していない。平成15年度は、本研究の申請初年度にあたる。野宿者の自立過程を、野宿状態から安定的な地域生活に至るまでの過程と捉え、それぞれの段階ごとの野宿者(ホームレス)ニーズ把握と支援のあり方を検討するための調査を実施した。(1)ホームレスと元ホームレスに対する聞き取り調査従来調査で手薄であった部分については補完調査を実施した。(1)無料低額診療事業である大阪社会医療センター入院者に対する聞き取り調査を実施した。また無料低額診療事業をもつ病院や社会福祉協議会に対する聞き取り調査を実施した。(2)2003年2月実施の全国調査の各府県版データの収集と集計・分析作業を行い地域的特徴の解明を目指している。(3)自立支援センター入所者及び退所者調査を継続的に実施しており、その特質と支援のあり方の解明を目指している。就労の継続性問題や生活問題、社会関係の再構築がどのようになされているのかといった地域生活支援方策検討のためのデータを継続的に収集した。(2)地域生活支援方策開発に向けた様々な機関相互の連携体制の模索ホームレスの自立と地域生活への定着を図るためには、様々な機関との連携が必要である。地域での社会的資源の開発のため、行政関係者やNPO、支援団体などとの調査研究の協働を図り、また定期的に事例検討会などの研究会を開催した。また北九州や東京にある地域生活での自立を目指す支援団体への聞き取りを通じて連携を図った。(3)調査結果のデータベース化と地図化の試行蓄積された野宿者調査結果と地図データとの連携を図る端緒的プログラム開発に着手した平成17年度は、本研究の2年目にあたる。

平成16年度調査研究に引き続き、野宿生活者(ホームレス)の自立過程を野宿状態から安定的な地域生活に至る過程、言い換えれば「ソーシャルインクルージョン」(社会的包含あるいは包摂)の過程ととらえ、諸段階におけるニーズ把握と支援のあり方を検討するため以下の調査研究を実施した。(1)ホームレス・元ホームレス、支援施設に対する聞き取り調査、健康支援の全国的動向把握とその役割に関する調査研究従来調査で手薄であった自立への諸過程に関する調査を実施した。(1)自立支援センター退所者の動向把握を継続するとともに、元ホームレスであった者が多い更生施設の聞き取り調査を実施した。シェルターや救護施設の退所者の動向の把握を行った。(2)また、平成16年度より予算化された保健所などの自治体とNPOとの協働・連携によるホームレスに対する健康支援活動の全国的な活動実態とその自立支援における役割に関して調査を実施し、典型自治体に対する聞き取りをおこなった。(3)生活保護を受給している元野宿者の聞き取り調査を当事者組織とNPOの協力の下に継続的な聞き取り調査を行い、現在の生活課題と支援内容、地域生活への再参入の障壁などの課題、期待されている支援などの事例的質的研究調査を継続的に実施している。(4)堺市内の大規模公園などのホームレスに対する継続的アプローチを試み、2003年の全国調査以降の動向を把握している。その際、全国で初めての路情新聞「なにわ路情」を活用している。(2)地図データと個別データのリンクを図るホームレス支援のためのGISシステムの活用のため、これまでの蓄積された野宿生活者調査結果と地図データとの連携を図るプログラムの運用の試行を始めた。平成17年度は、本研究の最終年度にあたる。野宿生活者(ホームレス)の「自立」に至るまでの過程を、野宿生活者に対する巡回型の総合的な相談活動→様々な自立支援のための施設入所や生活保護の適用など→地域生活に至る,といった一連の過程と捉え、それぞれの段階ごとの野宿生活者(ホームレス)のニーズや抱えている生活課題に対する支援のあり方を検討するための調査を行った.また,野宿の防止策として社会保障のあり方に関する理論研究を行った。(1)元ホームレスに対する聞き取り調査これまでの調査で手薄であった部分について補完的な調査を実施した。(1)野宿状態から脱し居宅保護生活を送っている人々に対する大量観察調査を大阪市N区の生活保護受給者を対象に実施した.(2)生活保護施設,特に救護施設における野宿生活者(ホームレス)の受け入れ状況を把握するため,全救協が実施したホームレス受け入れに関する調査データを再集計し,その特徴を明らかにした.(3)自立支援センター入所者及び退所者に関するアフターフォロー調査を継続的に実施し,その特質と支援のあり方について検討した。また,アフターフォロー活動の意義について考察を加えた.(2)地域生活支援方策開発に向けた様々な機関相互の連携体制の模索ホームレスの自立と地域生活への定着を図るためには、様々な機関との連携が必要である。
二重の危険の政策的基礎―二重の危険の再構成に向けて―（２）

最終年度である2018年度においては、引き続き、ドイツにおける重複処罰禁止に関する資料の収集・精読に加え、米国及び日本における二重の危険に関する資料の収集・精読に従事した。また、本研究テーマに関係する論稿を執筆・公表した【「一事不再理効」法学教室460・38-41(2019)】。同稿は、日本の「刑事訴訟法の基本」の「再確認」というテーマに即して、当該「基本」の1つである「一事不再理効」につき解説したものである。「基本」とされつつも学習者には敬遠されがちな一事不再理効の基礎的な問題点や(代表的?)判例につき、教科書等では説明が省かれることも多い視点・内容を含めつつ解説した点に特徴・重要性が認められる。2015年度2017年度においては、上記同様の資料収集・精読活動に従事したほか、本研究テーマにも関連する論稿【「一罪一逮捕一勾留の原則に関する一考察」研修829・3-18(2017)、「形式裁判の内容的確定力」刑事訴訟法判例百選〔第10版〕(別冊ジュリスト232)・224-225(2017)】を執筆し、公表した。前者は、実体法上一罪の範囲内にある複数の事実のそれぞれにつき、同時にあるいは時を異にして逮捕または勾留することの適否を、後者は、被告人が自らの死亡を偽装して公訴棄却の決定を受けた後、その生存が判明した場合には、同人につき、あらためて同じ事件で公訴を提起できるか(後訴裁判所は前訴裁判所の「被告人死亡」という判断に拘束されるか)をそれぞれ論じたものである。いずれも、従来の議論を整理しつつ、新たな視点も取り込んで検討したものである点に特徴、重要性が認められよう。なお、20152018年度中に実施したドイツの重複処罰禁止、米国・日本の二重の危険にかかる資料の収集及び精読の成果のうち、現時点で活字になっていないものについては、今後論稿として順次公表していく予定である。平成27年度においては、「二重の危険の禁止(ないし重複処罰禁止)」に関係する日本・米国・ドイツの文献の収集及び精読を主に行った。そして、その研究成果の一端を第16回早稲田大学英米刑事法研究会での米国連邦最高裁判例の評釈(「誤った『無罪(acquittal)』と二重の危険(Evans v. Michigan, 133 S. Ct. 1069 (2013)」と題する口頭報告)として発表した【未公刊】。Evans判決は、裁判所が犯罪の構成要素ではないものをそうであるものと誤って解釈し、当該要素の存在が証明されていないことを理由に手続を終結させた場合でも、その裁判が二重の危険の観点からする「無罪」と見られる限りはその後の再訴追は禁止されるとの判断を示したものである。この評釈は、同判決につき、二重の危険の政策的基礎や類似の問題にかかる先例の内容等に照らして検討し、これに肯定的な評価を与えたものである。これは、その検討の視点(特に前者)において一定の独自性があり、この問題について初めて直接判断した重要な最高裁判例に対する評釈として重要性も認められよう。また、これは、本研究の目的の一つである「ドイツにおける重複処罰禁止の政策的基礎」にかかる問題を直接取り扱うものではないが、本研究のもう一つの目的である「ドイツにおける重複処罰禁止の原則と米国における二重の危険の政策的基礎における共通点及び相違点を抽出し、相違点については相違することとなった原因を明らかにすること」との関係で密接な関連性が認められ、本研究の実施計画を遂行する上でも重要な意味を持つ。平成27年度においては、日本刑法学会(全国大会【専修大学】)、早稲田大学刑事法学研究会、刑事判例研究会(東京大学)に参加し、日本の刑事手続にかかる判例・実務・学説上の重要な動向を確認したが、このことは、間接的に本研究の推進にもつながっている。ドイツにおける重複処罰禁止にかかる文献の収集・精読がある程度進んでいるものの、研究成果を公表するにはなお不十分であり、実施計画上は平成28年度において執筆を完了(・公表)することが予定されている「ドイツにおける重複処罰禁止の政策的基礎」に関する論文の執筆作業に着手することができていないため。平成28年度においては、引き続き「二重の危険の禁止(ないし重複処罰の禁止)」に関係する日本・米国、ドイツの文献の収集・精読を行った。そして、それと関連する内容にかかる裁判例の解説を執筆・提出した(『刑事訴訟法判例百選〔第10版〕』(有斐閣、2017年5月刊行))。また、それに先行して、平成28年5月に、その内容を含む研究報告(口頭報告)を刑事法総合研究会(名古屋大学)にて行った。これらの解説・報告では、被告人の死亡を前提に裁判所が公訴棄却の判決を宣告した場合でも、後に被告人の生存(死亡偽装)が判明し、同人があらためて起訴された場合には、当該起訴を受けた裁判所は前訴裁判所の被告人死亡の判断に拘束されることなく審理することができるとした大阪地判昭49・5・2刑月6・5・583、判時745・40を分析した。具体的には、前訴裁判所の公訴棄却判決と二重の危険の禁止(以下「二重の危険」という)との関係を検討し、さらに、この問題を「拘束力」の問題として考えた場合に後訴裁判所が採るべき措置にかかる代表的な学説を分析・整理した。

なお、口頭報告では、拘束力と二重の危険の関係についても若干言及したが、この点は、上記裁判例に対する先行評釈とは若干異なる切り口を提示するもので、本研究との関係でも意義があるものといえる。上記に加え、二重の危険に関する新しい米国連邦最高裁判例の簡単な紹介(比較法学51巻1号、2017(予定))も行った。紹介自体はごく簡潔なものであるが、その紹介のために行ったこの判例の精読・分析は、本研究の推進にも役立つものである。さらに、早稲田大学刑事法学研究会、刑事判例研究会(東京大学)に参加し、日本の刑事手続における判例・実務・学説上の重要な動きを確認したが、この点も間接的には本研究の推進に役立つものといえる。ドイツにおける重複処罰の禁止及び米国における二重の危険に関する文献の収集・精読はある程度進んでいるものの、実施計画上は平成28年度中に執筆・公表する予定になっていた「ドイツにおける重複処罰禁止の政策的基礎」にかかる論文の執筆が進んでおらず、現時点(平成29年5月現在)でなお公表できていないため。本年度においては、本研究の目的及び実施計画に沿って、1ドイツにおける重複処罰禁止の政策的基礎にかかる文献の探索・精読及び2ドイツにおける重複処罰禁止と米国における二重の危険の禁止の比較にかかる文献の探索・精読を行ったほか、3我が国における二重の危険に関する文献を探索・精読し、「拘束力」に関する裁判例の解説や「公訴事実の同一性」に関係する論文を執筆・公表した。研究成果として平成29年度中に公表したものとしては、まず「アメリカ合衆国最高裁判所2015年10月開廷期刑事関係判例概観」比較法学51巻1号175頁がある(以下「判例紹介」という)。これは、米国における二重の危険に関する近時の最高裁判例(Puerto Rico v. Sanchez Valle(2016))を簡潔に紹介したものである。また、「形式裁判の内容的確定力」刑事訴訟法判例百選〔第10版〕224-225頁を公表した(以下「判例解説」という)。これは、我が国における裁判の効力の一つである拘束力に関する特徴的な裁判例を解説したもので、従来の議論状況の整理と新たな視点の提示を含むものである。さらに、「一罪一逮捕一勾留の原則に関する一考察」研修829号3-18頁を公表した(以下「論文」という)。これは、同原則に関する従来の議論状況を確認した上で新たな整理の仕方を提案するものである。以上の各研究業績は、本研究の目的と直結するテーマを取り扱うものとして(上記「判例紹介」)、あるいは、裁判の効力の一つとして二重の危険とも密接に関連しうるテーマや裁判の効力の及ぶ範囲を画する概念としての「公訴事実の同一性」や「罪数」に深くかかわるテーマを取り扱ったものとして(上記「判例解説」及び「論文」)いずれも本研究の目的を達成するのに必要な下準備となる研究の成果を提示したものといえる。下準備となる研究はそれなりに進んでいるが、本研究の中核となるドイツにおける重複処罰禁止の政策的基礎の探究及びそれと米国における二重の危険の政策的基礎の比較にかかる研究の成果がどちらも公表できていない。必要な文献等の探索・精読になお時間を要するほか、ドイツと米国の制度を比較検討する際の前提となる米国における二重の危険の政策的基礎にかかる研究の取りまとめに時間がかかっていることなどが遅延の主たる理由である。最終年度である2018年度においては、引き続き、ドイツにおける重複処罰禁止に関する資料の収集・精読に加え、米国及び日本における二重の危険に関する資料の収集・精読に従事した。また、本研究テーマに関係する論稿を執筆・公表した【「一事不再理効」法学教室460・38-41(2019)】。
環境概念構造解明のための連想法による調査とデータ解析

61年度は最終年度であるのでアンケート調査を実施完了するとともに、調査結果についてのデータ解析を完了し、その結果の検討を重点的に進めた。また、調査結果のデータの整備を進め、これのデータベース化を行った。更に、研究報告集B295-R40-7を発行した。主な成果は、以下の通りである。61年度は、茨城県大子町、東京都世田谷区深沢及び等々力において、自由連想調査を行った。大子町は都市から離れ地理的にも他の地域から隔てられた山間地として、世田谷はこれと対照するために、大都市の中にあって住宅地としても或る程度高い評価を得ている地域として選んだ。刺激語としては、従来の「住みよさ」,「住みやすさ」の組に加えて,「交通」、「近所づきあい」,「みどり」の語も用いた。その結果大子では、「住みよさ」、「住みやすさ」という刺激語に対しては、従来調査をしたどの地区でも見られ、世田谷でも認められた、利便性と快適性についての連想語クラスターで多くの回答者から頻度高く連想されるもの(主クラスターと呼ぶ)が存在しなくはり、交通にかかわる利便性や人間関係に係わるクラスターが主要な関心事になっている。「交通」という刺激語については、大子と世田谷では連想される交通機関の多様性に差が著しい。山間地大子で事故や安全に関する語の連想頻度が高いことも注目を要する。「近所づきあい」からの連想では、主クラスターが認められない2元クラスタリング図が得られた。また、近所づきあいの否定的な面を表す語の連想頻度は大子では低い。「みどり」を刺激語としたとき、大子では、木の種類の名前を上位の頻度順位で連想する。更に、大子と世田谷の回答データについて、近傍法による解析を行った。また、本年と従来の調査データについてデータベース化を進めるとともに、属性等について解析を進めた。その結果、都市の住宅地区と農村との地域特性を反映した意識差が明らかになった。
マウスLAO酵素の乳腺退行因子としての可能性に関する研究

本研究は、マウスミルク中に見られるL-amino acid oxidase(LAO)酵素の生理的・生化学的性状を明らかにすることで、乳腺退行因子としての可能性を探るものである。・前年度に引き続き、LAO遺伝子ノックアウトマウスの作出を行い、ヘテロ(-/+)型およびホモ(-/-)型マウスを得た。ホモ(-/-)型マウスにおいても正常に出生され繁殖能力も有していた。現在までのところ明らかな変異表現型は見つかっていないが、今後、ホモ(-/-)型の母マウスにおけるミルク合成能力や乳腺退行変化、また、その子供の成長パターンの変化などを解析していく予定である。・LAO酵素の抗菌作用を解明するために、上記作出したマウスを用いて乳房炎原因菌の感染実験を開始している。ホモ(+/+)と(-/-)型のマウス泌乳10日目に菌液を乳頭より注入し、その病理変化を解析する予定である。・ウシにおける本遺伝子の存在はこれまで確認されていなかったが、クローニングの結果、ウシ乳房内でも発現していることが確認された。しかし、その配列はゲノムから予測されたものよりも長さが短い可能性が示唆された。現在、完全長のクローニングを行っている。本年度の成果として以下に報告する。1.LAO酵素の生体内における役割を明確にするには、LAOノックアウトマウスの作成が急務かつ必要不可欠であると考え、最優先実験としてその作成を開始した。すでに3匹の雄キメラマウスが得られており、内1匹のキメラマウスからアグーチ色の仔マウスが生まれている。近日中にジェノタイピングを行う予定である。次年度は、このLAOノックアウトマウスを用いた解析を行い多くの知見が得られるものと期待される。2.組換えLAOタンパクの作成を進めている。過去の報告においてヘビ毒中に見られるLAO酵素のホモログタンパクは大腸菌系では低活性を示したことから、我々は哺乳細胞系での作成を試みている。pcDNA-HisMaxベクターとCOS-7細胞を使用し、Medium中のLAOタンパクをHis-tagカラムにて精製した。また、ウエスタンブロッティングによりLAOタンパクの産生を確認した。しかし、LAO活性の指標となる過酸化水素発生能は予想したものより低かった。現在、精製方法等に変更を加え、再作成中である。3.LAO酵素の基質となるアミノ酸の細胞内外レベルセンサーとして知られるmTORシグナルの関与を、そのマーカーであるp70S6 kinaseおよび4E-BP1抗体を用いてウエスタンブロッティングにより確認した。その結果、泌乳期間を通して両タンパクとも高い発現レベルを示し、離乳とともに低下する傾向が見られた。リン酸化程度は現在解析中である。
災害時シェルターのためのライトインフラストラクチャー研究

2005年度は、昨年度の調査研究を分析し、山小屋の空間構成の根拠は雪崩・地形などの外的要因が大部分を占め、配置・デザインの根拠が他律的に形成される特異な存在であることが分かった。それゆえに独特の景観が生まれ、バナキュラーな様相をつくりだしている。立地環境に応じて4つのバリエーション「斜面に埋没した建築の造形」・「急斜面を利用した立体配置」・「稜線上の線状のかたち」・「平地に広がる集合と離散の造景」が考えられることが分かった。これら研究成果をもとに、「多視点の時代-ライトインフラストラクチャーのネットワーク」(SLOWMEDIA発行/「URBAN DYNAMICS・01」誌/2005/06)や「山小屋の建築」(山と渓谷社/「山と渓谷2005年8月号」誌/2005/08)・「ライトインフラストラクチャーの素形-山岳建築研究序論」・「山岳建築がつくり出す多様な造景」(鹿島出版会/SD2005/2005/11)などの論考の雑誌掲載や「山岳地建築の空間構成に関する研究(その1)-北アルプスにおける山小屋建築を事例として」・「山岳地建築の空間構成に関する研究(その2)-山小屋建築の配置計画に関して」(2005年度日本建築学会大会学術講演梗概集/2005/09)として日本建築学会大会学術講演にて口頭発表したところ、次年度以降の調査分析も期待するとの評価をいただいた。また同時に、三重県市街地に隣接する小さな山の頂に建つ宿泊施設・レストラン・休憩所の計画案/kmnプロジェクト(2005/06)の提案を行い、具体的な建築設計モデルとして提案した。本研究は引き続き次年度以降も、さらに国内外において調査・提案を行う予定である。2004年度より開始した新規研究テーマである。主に日本・ヨーロッパアルプスにおける先駆的なライトインフラストラクチャーとしての山小屋建築事例の調査分析を行っている。日本においては、北アルプスにおける8軒の山小屋調査を行った。2004年7月に白馬鑓温泉小屋(標高2,100m・収容人数150名)・白馬尻荘(標高1,550m・収容人数200名)・白馬尻小屋(標高1,560m・収容人数200名)、8月に洞沢ヒュッテ(標高2,350m・収容人数200名)・涸沢小屋(標高2,350m・収容人数200名)・穂高岳山荘(標高2,996m・収容人数350名)、9月に白馬山荘(標高2,832m・収容人数1,500名)・白馬大池山荘(標高2,380m・収容人数250名)のそれぞれ地形的特質、気候的特質、インフラストラクチャーの整備・運営状況、建築配置図・平面図・立面図・断面図などを、現地実測調査・ヒアリングによって行った。それぞれ立地に応じた太陽光発電・風力発電などの電力供給や浄化槽などの汚水処理システムが見受けられた。ヨーロッパにおいては、ドイツアルプス・アレガウ山系における5軒の山小屋調査を行った。2004年10月にNebelhorn hutte(標高2,224m)・Edmund-Probst-Haus(標高1,932m)・Schwarzenberghutte/シュヴァルツェンベルグヒュッテ(標高1,380m・収容人数40名)ほか2軒のそれぞれ、日本と同様に調査を行った。調査は具体的には、山小屋建築インフラシステムの静止画/動画による撮影・実測・ヒアリングなどによって行われた。現在はそれらの調査データを元に現状の諸問題洗い出しと整理・抽出を行っている。2005年度には建築設計モデル提案に移行しつつ、補完的にさらに国内外において調査を行う予定である。
一般病棟における終末期がん患者の家族の補完・代替医療に対するニーズの実態

一般病棟で過ごす終末期がん患者の家族7名に対してインタビュー調査を実施した。その結果、全ての家族が心身のエネルギー充足・維持のために、補完・代替医療(以下CAMとする)を取り入れていた。その種類は、ツボ押し、マッサージ、温泉、アロマセラピー、栄養食品、漢方薬であった。終末期がん患者の家族のCAMに対するニーズとして、[CAMを使って自分の気持ちを落ち着かせたい][患者のそばにいながらCAMをしたい][CAMによって身体の調子を維持したい][CAMをするための時間が欲しい]の4つが明らかとなった。【目的】本研究は、一般病棟で過ごす終末期がん患者の家族が心身のエネルギー充足・維持のために行っている内容についてその実態を明らかにし、さらにその中から補完・代替医療に対するニーズを導き出すことを目的としている。【研究方法】調査対象:1.終末期がん患者(主治医により予後が6ヶ月以内であると判断されたもの)の家族(血縁・婚縁関係にあるもの)、2.患者に付き添うキーパーソンであること、3.がんに罹患していないこと、4.言語的コミュニケーションが可能であり成人であること、以上の14の条件を満たすもの、15名程度に対して、記録調査及び1人12回程度、1回40分程度の半構成的面接を実施する。調査内容は、1.患者および家族の身体的・精神的・社会的状況について(身体的・精神的症状、生活スタイル、職業など)2.患者に付き添う家族の思いについて(困難、辛さ、苦労、支え、喜びなど)3.家族が行っている心身のエネルギー充足のための行動について(種類、方法、効果、動機、頻度など)4.補完・代替療法に対する家族の思い・考えについて(イメージ、期待、情報源など)5.一般的背景・患者の医学的状況について(疾患の経過と現状、治療、家族背景など)である。得られたデータから、逐語録を作成し、質的・帰納的アプローチにより分析をする。現在、データ収集を実施している。しかし、対象の確保が困難のため、21年度より研究協力施設を増やし、データの補完を行い、データの整理・分析を実施する予定である。本研究は、一般病棟で過ごす終末期がん患者の家族が心身のエネルギー充足・維持のために行っている内容についてその実態を明らかにし、さらにその中から補完・代替医療に対するニーズを導き出すことを目的としている。一般病棟で過ごす終末期がん患者の家族7名に対して半構成的面接を実施した。終末期がん患者の平均年齢は、80.3歳、家族の平均年齢は、56.9歳だった。家族の内訳は、長女が5名、配偶者、長男の嫁が各1名であった。終末期がん患者の家族は、自分の体調が悪くなると患者と他の家族員の生活が滞り、迷惑がかかるという思いから、その管理の必要性を強く感じていた。そして実際に、心身エネルギーの充足・維持のために、「日常生活をきちんと送る」「自分の気持ちをコントロールする」「自分の生活パターンを維持する」「仕事を続ける」「趣味を行う」「薬を飲む」「面会時に休息をとる」「家族のサポートを受ける」「友人のサポートを受ける」「近所の人のサポートを受ける」「看護師のサポートを受ける」を行っていた。このうち、実際に取り入れていた補完・代替医療は、「ツボ押し」「マッサージ」「温泉」「アロマセラピー」「栄養・健康食品」の5つであった。終末期がん患者がCAMを取り入れるにあたり影響していた要因には、「必要性を感じる身体状況にない」「経済的な問題」「興味があるが実践に至らない」「取り入れるきっかけがない」「効果に疑問がある」「取り入れる時間がない」「できる環境にない」「継続できない」などであった。以上より、終末期がん患者の家族は、心身のエネルギーの充足・維持のために様々な方法を取り入れているが、補完・代替医療を取り入れるには至らず、今まで実施してきた対処方法を継続・工夫しながら心身のエネルギーの充足・維持をしていることが明らかとなった。今後、これらの結果を関連学会で発表する予定である。
発癌物質に抵抗性及び感受性動物の代謝活性化系の発現制御

発癌物質への感受性とそれを代謝する能力との相関性が明らかにされているのは、芳香族炭化水素を代謝するマウス肝臓のP450系酵素と肺あるいは皮膚癌発生との関係である。本研究では、肝細胞初代培養系を用いて個体レベルで芳香族炭化水素処理によってP450遺伝子の発現が誘導される応答性と誘導されない非応答性のマウスを用い、AHH(ベンツピレン水酸化酵素)とP450遺伝子の転写段階での発現制御の違いを検討した。芳香族炭化水素処理後早期に応答性マウスでは用量依存性に活性誘導があった。個体レベルでは誘導が無い非応答性マウスの肝細胞でも誘導が認められたが、誘導は培養開始34日後に遅れて起こった。AHH活性誘導は細胞が培養開始から絶えず誘導剤に暴露されている必要はなく、数日経過してから添加しても高い誘導が認められた。このことは、培養の経過と共に細胞側の反応が変化した結果と考えられる。AHH活性の高さに相関して応答性と同様に非応答性マウス肝細胞でもP_1450蛋白の生成とP_1450RNAの転写が観察された。AHH誘導現象は、誘導剤が細胞内に入り細胞質Ahレセプターとを緒合し、その後結合体が核の中に移行してP450遺伝子の制御領域に働きかけて転写を開始させると考えられている。応答性と非応答性との違いはAhレセプターの誘導剤との親和性の違いで説明されている。従って肝細胞の初代培養系で、培養の経過と共に非応答性マウスのAHH活性が誘導された理由として、Ahレセプターの性質が肝細胞が培養系に移ることで変化したと考えられる。また他の可能性として、cAMP依存性や短寿命の発現抑制蛋白による発現制御を検討する必要がある。
ＲＮＡスプライシングによる酸化ストレスシグナル制御の分子機構の解析

PKCδSVを高発現させた神経細胞では、スーパーオキサイド、過酸化水素、過酸化DAGなどの種々の酸化ストレス刺激による細胞傷害に対して抵抗性となることが判明した。また、酸化ストレス負荷によって過酸化DAGが増加した脳・肝臓などの組織中においてPKCδSVの発現が著明に増加していることが明らかとなった。これらの結果から、酸化ストレスにより誘導されるPKCδSVは細胞傷害抑制分子であることが明らかとなり、生体中にはRNAスプライシングを制御することにより酸化ストレス傷害を防御するメカニズムが存在することが示唆された。1PKCδ遺伝子から産生されるPKCδSVは、PKCδのwild typeとは異なるアミノ酸配列を有する。このPKCδSV特異的アミノ酸配列部の中から他の蛋白質との相同性を持たない2つの配列を選択し、ペプチドを合成した。このペプチドにKLHをコンジュゲーションしたものを用いてウサギに免役し抗体作成を行った。作成した抗体とPKCδのC末側およびN末側を認識する市販を用いて、酸化ストレスモデル動物組織(四塩化炭素投与マウス肝臓、虚血再灌流ラット脳)を用いて蛋白質の発現解析を施行した。その結果、自作したPKCδSV特異的抗体がPKCδSVを認識すること、また、酸化ストレス負荷によりPKCδSV蛋白質の発現が増加することが明らかとなった。2AAPHおよびAMVNにより酸化ストレスを負荷したところPC12細胞の生存率は有意に減少した。一方、アデノウイルスベクターを用いてPKCδSVを高発現にしたPC12細胞ではこれらのラジカル発生剤による細胞傷害が顕著に抑制されていた。下記に示すように、本年度は(1)酸化ストレスに対するPKCδSVの抑制作用を明らかにし、また、(2)PKCδSVの定量系を確立し2種類の酸化ストレスモデル動物組織においてPKCδSVが有意に増加することを明らかにした。(1)PKCδSVによる酸化ストレス誘導性細胞傷害の抑制効果を検討するため、細胞にスーパーオキサイド産生薬剤であるMenadioneを投与し酸化ストレスを負荷させた際の細胞形態の変化の様子を観察した。Menadione単独投与群では未処理のものと比較して樹状突起の数珠状の変性傷害が強く誘導された。またコントロールであるLacZ発現細胞においても突起の変性傷害が観察された。一方、PKCδSVの強制発現細胞ではMenadione刺激における突起の変性傷害が抑制されることが明らかとなった。また、Menasione単独投与群では、未処理のものと比較して細胞生存率が約40%減少した。PKCδSVの強制発現細胞ではMenadione刺激による細胞生存率の減少が有意に抑制された。(2)次にPKCδSVの発現をreal-time RT-PCR法により計測するシステムを確立し、この測定系を用いて酸化ストレスによるPKCδSV発現の増加を定量的に詳細に観測した。2種類の酸化ストレスモデル動物(CCl4投与による肝細胞傷害モデル及び4血管閉塞全脳虚血再灌流傷害モデル)を用い、酸化ストレスが負荷された生体組織におけるPKCδSVの発現動態を検討した。その結果、酸化ストレスモデル組織中においてPKCδSVの発現が正常組織と比較して有意に増大していること明らかとなった。以上の結果から、PKCδSVは酸化ストレスにより誘導され、酸化ストレスを制御する機能を有する分子であることが強く示唆された。本年度は、培養細胞系を用いてPKCδSVの機能の詳細な解析を試みた。プラスミドベクターを用いてPC12細胞にPKCδSVとGFPとの融合タンパク(PKCδSV-GFP)を髙発現する細胞を作成した。PKCδSV-GFPは、N末側にGFPを融合したもの(PKCδSV-GFP-N)とC末側に融合したもの(PKCδSV-GFP-C)の2種類を作成した。その結果、PKCδSV-GFPを髙発現させた細胞では細胞死が誘導されることが明らかとなった。アデノウイルスベクター系を用いてPKCδSVを発現させた実験系では酸化ストレスに対しPKCδSVが防御的に作用する結果が得られていたが、これは本年度得られた上記の結果と相反するものであった。プラスミドベクター系とアデノウイルスベクター系の両者のベクター系で産生されるPKCδSVの発現量を、昨年度作成したPKCδSVに対する抗体を用いてimmuno-blottingにより解析したところ、プラスミドベクター系ではPKCδSV蛋白質の発現がアデノウイルス系と比較して非常に高くなっていることが判明した。以上の結果から、PKCδSVは発現量の多寡により細胞に及ぼす作用が異なることが明らかとなった。PKCδSVではDAG結合部位がオープンの状態となっておりDAGとの結合活性が高いことが判っており、細胞生存に必要なcPKC、nPKCなどのDAG依存性PKCアイソフォームとDAGとの結合を競合阻害することでシグナル伝達を阻害していることが推察された。また、PKCδSVがGFPとの融合蛋白を形成することが毒性発現に重要である可能性が示唆されたため、現在、mycおよびHA tagをもつPKCδSV分子を発現誘導するベクターを作成して細胞傷害に及ぼす作用を検討しているところである。PKCδSV mRNAの測定系を確立し、四塩化炭素短期投与および脳虚血再潅流により酸化ストレスを負荷したモデル動物の臓器(肝臓および脳)においてPKCδSVが増加することを明らかにした。スーパーオキサイドを発生させる薬剤であるmenadioneにより酸化ストレスを負荷したPC12細胞におけるPKCδSVの細胞傷害抑制作用を示した。

更にPKCδSVタンパク質の発現解析系を確立すべく、PKCδSVに特異的なアミノ酸配列をもつペプチドを用いて特異抗体の作成を試みた。PKCδ遺伝子からAlternative splicingにより産生されるPKCδSVは、PKCδのwild typeとは異なるアミノ酸配列を有する。このPKCδSV特異的アミノ酸配列部の中から遺伝子データベースを参考に他の分子との相同性を持たない2つの配列を選択し、ペプチドを合成した。このペプチドにKLHをコンジュゲーションしたものを用いてウサギに免役し抗体作成を行った。作成した抗体とPKCδのC末側およびN末側を認識する市販を用いて、酸化ストレスモデル動物組織(四塩化炭素投与マウス肝臓、虚血再灌流ラット脳)を用いて蛋白質の発現解析を施行した。その結果、自作したPKCδSV特異的抗体がPKCδSVを認識すること、また、酸化ストレス負荷によりPKCδSV蛋白質の発現が増加することが明らかとなった。ラジカル発生剤であるAAPHおよびAMVNにより酸化ストレスを負荷したところPC12細胞の生存率は減少したが、PKCδSVを高発現したPC12細胞ではこれらのラジカル発生剤による細胞傷害が顕著に抑制されていた。これらの結果から、酸化ストレスによって誘導されるPKCのスプライシングバリアントであるPKCδSVは酸化ストレス制御分子であることが判明した。また、生体中にはRNAスプライシングを制御することにより酸化ストレス傷害を防御する機構が存在することが示された。PKCδSVを高発現させた神経細胞では、スーパーオキサイド、過酸化水素、過酸化DAGなどの種々の酸化ストレス刺激による細胞傷害に対して抵抗性となることが判明した。また、酸化ストレス負荷によって過酸化DAGが増加した脳・肝臓などの組織中においてPKCδSVの発現が著明に増加していることが明らかとなった。これらの結果から、酸化ストレスにより誘導されるPKCδSVは細胞傷害抑制分子であることが明らかとなり、生体中にはRNAスプライシングを制御することにより酸化ストレス傷害を防御するメカニズムが存在することが示唆された。本研究では、新規の酸化ストレス防御分子と考えられるPKCδSVの役割を明らかにすることを目的としている。2012年度ー2014年度の期間内に、酸化ストレスによるPKCδSVの発現誘導についてmRNAおよびタンパクレベルで明らかにすることができた。また、adione、AAPH、AMVNなどのラジカル発生試薬により誘導され酸化ストレス傷害に対しPKCδSVが有効な防御因子となり得ることが明らかとなった。更にPKCδSVの発現量がある閾値以上になると、むしと細胞傷害性に作用することが判ってきた。分子病理学本年度の実験結果から、PKCδSVがこれまで想定していなかった新しい役割を有することが判明した。PKCδSVの発現量が細胞生存に大きな影響を与えると推定される。
１細胞遺伝子発現・力学動態の統合アプローチによる１個体発生原理の構成的理解

これまでにショウジョウバエ胚から単離した細胞とFluidigm社C1ハイスループットチップ、次世代シークエンサーを用いた1細胞RNA RNA-seq技術を開発していた。当該年度にはこの手法を用いて、既存のデータセットよりもさらに高精度なsingle cell RNA-seqデータの取得を進めた。その結果、合計1,237細胞分のデータが得られ、1細胞あたり平均143,658転写産物と4,417遺伝子の発現を検出することに成功した。これは既存のデータセットよりも広いダイナミックレンジを持ち、より詳細な細胞種の分類が可能になった。さらに各細胞の胚における空間位置の推定手法の確率を進めた。クラスタリング解析と既知の空間発現情報を用いることで、前後軸および背腹軸に沿った位置を割り当てることができた。さらに前後軸に沿った1細胞列単位の繰り返し空間配置パターンについても推定に成功した。そして各細胞集団ごとに特徴的な遺伝子群の抽出を行った。また、ライブイメージングにより抽出した胚全体の画像データから1細胞レベルの三次元形態・応力場の変化を予測するため,その技術の核となるシミュレーション手法を構築した。また、構築したシミュレーション手法の有用性を評価するために、簡単化した胚発生における細胞の集団運動の現象に適用し、その力学機構の予測を行った(Biophys J, 2019)。その結果,構築したシミュレーション手法により、胚発生に見られる三次元的な多細胞組織の形態・応力場の変化を再現・予測が可能であることが示された。予定通りの1細胞遺伝子発現データを取得でき、胚の空間位置の推定にも成功した。また組織変形の予測のためのシミュレーション手法の構築と基盤技術の確立を進めた。しかしながら、画像データの取得が遅れているため、次年度すぐにとりかかり、細胞形態に関する定量データの取得をすすめる。これまでに開発した三次元応力場の推定手法と予測手法の粗視化スケールは、三次元バーテックスモデルのレベルで統一されている。そのため,画像データから推定した応力場の情報を、予測に用いるシミュレーションの物理パラメータとして直接導入することができる。まずは胚全体を対象に1細胞単位の解像度での画像取得を進める。並行して取得した胚組織の画像データから、多細胞の三次元構造を抽出し、三次元バーテックスモデルの粗視化レベルの情報に変換する手法を開発する。そして、これらの開発した手法を、実際のショウジョウバエ胚の画像データに対して適用し、各細胞の応力状態の定量的な推定・予測を実現する。そして、空間情報を基準として1細胞遺伝子発現情報と細胞応力情報の統合データを構築し、多変量相関解析により両者の関係性を見出す。さらに、形態形成に異常をきたす変異系統を対象に同様の解析を行うことにより、普遍的な関係性を絞りこむことを計画している。これまでにショウジョウバエ胚から単離した細胞とFluidigm社C1、次世代シークエンサーを用いた1細胞RNA RNA-seq技術を開発していたが、データ量・精度を上げるためにハイスループットチップと分子識別のためのUMIを使った手法の確立を行なった。それにより、一度の解析で400細胞以上の1細胞RNA-seqデータを得られるようになった。また、発現遺伝子数についても1細胞あたり平均4675遺伝子が検出できており、これまでに報告されているdrop-seqデータと比較してより多くの遺伝子が検出できている。主成分分析を行なったところ、背腹軸に沿った既知の空間遺伝子発現パターンで細胞が適切に分類されたことから、胚空間情報と矛盾のない高検出感度の1細胞RNA-seqデータが得られていると考えられた。また、顕微鏡を用いたライブイメージングにより、細胞膜をラベルするGAP43-GFPおよび染色体をラベルするHistone-RFPを発現する胚を用いて1細胞レベルの三次元形態変化の過程の観察を行った。また、ライブイメージングにより抽出した胚全体の画像データから1細胞レベルの応力場を推定するため,その技術の核となる推定手法を構築・実装した。本手法では,三次元空間における多細胞組織の構造を,細胞境界面を単位とする三次元トポロジーにより近似する。さらに,胚発生を準静的な過程であると仮定し,このネットワークの頂点における力の釣合式を構築する。さらに,一般化逆行列を用いて,この連立方程式を解き,各細胞の応力状態の定量的な推定を実現した。よりスループットと精度の高い1細胞RNA-seq手法を確立することができ、予定よりも多くの細胞データを取得できる目処がついた。また応力状態の推定のための画像データの取得と基盤技術の確立を進めた。

また、ライブイメージングにより抽出した胚全体の画像データから1細胞レベルの三次元形態・応力場の変化を予測するため,その技術の核となるシミュレーション手法を構築した。また、構築したシミュレーション手法の有用性を評価するために、簡単化した胚発生における細胞の集団運動の現象に適用し、その力学機構の予測を行った(Biophys J, 2019)。その結果,構築したシミュレーション手法により、胚発生に見られる三次元的な多細胞組織の形態・応力場の変化を再現・予測が可能であることが示された。予定通りの1細胞遺伝子発現データを取得でき、胚の空間位置の推定にも成功した。また組織変形の予測のためのシミュレーション手法の構築と基盤技術の確立を進めた。しかしながら、画像データの取得が遅れているため、次年度すぐにとりかかり、細胞形態に関する定量データの取得をすすめる。1細胞RNA-seq解析については、報告されたdrop-seqデータよりもより高検出感度で情報量の多いデータセットとするために、新たに確立した手法を用いて合計1、500-2、000細胞程度のデータを取得し、胚三次元空間情報と紐付けする。三次元応力場の推定手法は、既に詳細な研究の行われている二次元の手法に基づいて開発している。しかし、二次元と三次元の推定手法には、空間次元に依存した自由度の違いがあるため、高精度な三次元の応力場の推定には、最適な自由度の粗視化が必要である。そこで、三次元バーテックスモデルにより作成した仮想的な三次元組織における三次元応力場を推定し、その精度の向上と妥当性の確認を行う。さらに、最適化を行った本手法を、実際のショウジョウバエ胚の画像データに対して適用し、各細胞の応力状態の定量的な推定を実現する。そして、空間情報を基準として1細胞遺伝子発現情報と細胞応力情報の統合データを構築し、多変量相関解析により両者の関係性を見出す。これまでに開発した三次元応力場の推定手法と予測手法の粗視化スケールは、三次元バーテックスモデルのレベルで統一されている。そのため,画像データから推定した応力場の情報を、予測に用いるシミュレーションの物理パラメータとして直接導入することができる。まずは胚全体を対象に1細胞単位の解像度での画像取得を進める。並行して取得した胚組織の画像データから、多細胞の三次元構造を抽出し、三次元バーテックスモデルの粗視化レベルの情報に変換する手法を開発する。そして、これらの開発した手法を、実際のショウジョウバエ胚の画像データに対して適用し、各細胞の応力状態の定量的な推定・予測を実現する。さらに、形態形成に異常をきたす変異系統を対象に同様の解析を行うことにより、普遍的な関係性を絞りこむことを計画している。スループットと精度の高い
大規模科学技術計算を指向するメモリ混載型高性能プロセッサアーキテクチャの研究

本研究では、大規模科学技術計算の高速処理に必須な極めて高いメモリシステムのスループットを、集積度の向上を頼りにプロセッサチップ上のメモリを増やすことで確保する、メモリ混載型のマイクロプロセッサの実現を目指す。具体的には、プロセッサチップ上に、従来のハードウェア制御のキャッシュ以外に、ソフトウェアでデータのアロケーションとリプレースが制御可能なアドレス指定されたメモリをも実装することを提案する。本研究では、初年度にアーキテクチャの詳細を決定し、予備評価として種々のアプリケーションにおいて、提案するアーキテクチャがオフチップメモリトラフィックを低減可能であることを示した。その後、提案するプロセッサのシュミレータを開発し性能評価環境を整備した。本シュミレータは、プロセッサが搭載する演算器の数・レーテンシ・リピートレート、およびチップ上の記憶であるオンチップメモリとキャッシュ、及びオフチップ主記憶のスループレット・レーテンシをパラメータとして変化させることができるものである。次に、このシュミレータを用いて、簡単なベンチマークとして行列積計算、さらに物理学上の実アプリケーションとして量子色力学と重力流体力学の計算を対象に、提案手法の性能を評価した。その結果、キャッシュだけ用いる従来のプロセッサと比較して、データのアロケーションとリプレースを指定可能という特徴をもつ提案するプロセッサは、オフチップメモリトラフィックを低減することができ、またレーテンシが大きい場合でも高い実行スループットを維持できるため、高い実効性能を達成できることがわかった。例えば、オフチップメモリアクセスレーテンシが40サイクルのとき、量子色力学問題で約2.7倍の高速化、重力流体力学問題でも1.7倍の処理の高速化が達成できた。また、将来の半導体の集積度の向上によりプロセッサの演算能力が高まった場合にはさらにこの性能上の優位性が拡大することもわかった。以上より、提案するアーキテクチャは大規模科学技術計算において有効であり、将来の技術動向を踏まえると今後もさらに有効となることが示された。チップ上へ実装するメモリは、データのアロケーションとリプレースがハードウェアで制御される従来のキャッシュとは異なり、ソフトウェアでデータのアロケーションとリプレースが制御可能なメモリを用いることを提案する。本年度は、量子色力学(Quantum Chromo Dynamics)の計算を対象に、提案手法の性能を評価した。この計算で扱うべきデータサイズは非常に大きいが、超並列計算機の上で処理することを想定するので、1プロセッサあたりのデータサイズは40MBとした。評価においては、浮動小数点演算能力:オンチップメモリスループット:オフチップメモリスループット=8:4:1と仮定した。その結果、まず、チップ上のメモリにアロケー卜されるデータを指定可能な場合と指定不可能な場合を比較すると、前者の場合にメモリを0.75MB用意するのと、後者の場合にメモリを2.25MB用意するのとでは性能が変わらず、両者ともチップ上の記憶が何も無い場合と比較して3割ほど性能が向上する。このことは、オンチップ記憶へ保持すべきデータを指定することで、オンチップ記憶を1.75MB減らすことが可能であること、及び全データを保持できない小容量のメモリでもチップ上へ実装することが有効であることを示している。次に、上記構成にアロケートのみならずリプレースも制御可能なメモリを1.5MB追加すると性能がさらに5割向上することがわかった。以上の結果より、量子色力学の計算ではデータのアロケーションとリプレースを指定可能なメモリをプロセッサチップ上に混載することの有効性が示された。