hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規肝硬変治療薬の開発を目指した星細胞脱活性化の分子機序解析

サイトグロビン(CYGB)は哺乳動物のグロビンファミリーに属し、肝臓では主に肝星細胞(HSC)に局在する。CYGBはガス結合能力に加えて、臓器の線維化および発癌に関連する。本研究によりFGF2がCYGBの発現誘導因子であり、FGF2のCYGB発現調節機構が明らかとなった。さらに、マウス線維化疾病モデルを用いた実験によりFGF2が抗線維化作用を有することが分かった。これらの結果から内在性CYGBの発現誘導が新規抗線維化治療法の開発に繋がることが示された。本研究室で使用されるヒト肝星細胞の初代培養より樹立されたHHSteCを用いて実験を行ったところ、Fibroblast Growth Factor2 (FGF2)がヒト肝星細胞の非活性化を誘導する候補因子と挙げられた。FGF2は、時間依存的かつ濃度依存的にαSMA発現量を減少させた。FGF2の下流のシグナルを明らかにするため、数種類のMAPK阻害剤の中からERK阻害剤がFGF2によるαSMAの減少を濃度依存的に回復させることが分かった。これらの結果によりFGF2がERKシグナルを介し、αSMAの発現を減弱させることが明らかとなった。また、ヒト初代星細胞にFGF2を添加したところ、HHSteC同様、αSMA減少がタンパク質およびmRNAレベルで確認された。さらにFGF2処理により活性化に関係するCollagen1a1,1a2およびSPARCの発現減少、HSCの休止期を誘導するとされるPPARγの発現亢進が定量的PCRで確証された。蛍光シグナルを標的としたIn vitro評価系の構築のため、Col1A2遺伝子プロモーター2.4kb断片の下流に蛍光遺伝子を繋げたDNA(Col1A2 Promoter-mCherry)を持つレンチウイルスを作製した。レンチウイルスを導入したLX2細胞は高発現細胞株を樹立後、蛍光顕微鏡下で赤色のシグナル(mCherry陽性細胞)が観察された。Col1A2 promoter-mCherry-LX2細胞の蛍光強度を観察した結果、細胞数に比例して蛍光シグナル強度の上昇が見られた。Col1A2発現を誘導する物質をポジティブコントロールとし、蛍光シグナルの減少を確認した。その他、スクリーニングを開始する前に、細胞播種密度、DMSOの濃度および培地、細胞播種から測定までの時間の条件検討を行った。大阪大学創薬推進研究拠点の2,000化合物を用いて、GloMax Multi Detection System (Promega)で蛍光シグナルを測定した。その後、CellTiter-glo (Promega)を使って細胞毒性試験を同細胞で行った。その結果、1,920化合物中、10化合物がHit化合物として選出された。本研究室は肝臓疾病に関する研究が精力的に行われており、研究環境が整っているため、申請者の研究も順調に進展している。また、大阪大学創薬推進研究拠点、産学連携本部との契約により化合物ライブラリーとスクリーニングに要する最新装置が利用可能になり、今回の研究成果に繋がっている。昨年、Fibroblast Growth Factor2 (FGF2)がヒト肝星細胞(hHSC)の非活性化を誘導する候補因子であることを示した。本年度、上記のhHSC培養細胞を用いた実験により、FGF2がhHSCのサイトグロビン(CYGB)の発現を促進することが分かった。CYGBは肝臓ではHSCでのみ発現し、生理作用として抗酸化的機能を持ち、HSCの非活性化維持に重要であることが予測される。しながら、CYGB遺伝子の発現制御に関する報告は乏しい。FGF2は、FGF受容体のリン酸化を誘導し、CYGB発現量を時間依存的かつ濃度依存的に増加させる、一方αSMA発現量を時間依存的かつ濃度依存的に減少させた。FGF2はFGFR2-JNK-c-JUNシグナルを介しCYGBの発現促進を担っていることが分かった。さらに、マウス胆管結紮による線維化症モデルを用いた結果、FGF2投与群ではコントロール群に比べαSMAとCollagen1A1発現の有意な減少に伴い組織障害が緩和し、線維化の軽減が見られた。蛍光シグナルを標的としたIn vitro評価系で2,000化合物を用いて、1,920化合物中、10化合物が抗線維化のHit化合物として選出された。そこから、ヒトHSC細胞を用いて、RTーPCRでこれら10化合物添加後HSC活性化に関わるαSMAと非活性化に関わるCYGBの遺伝子発現変動を調べた。結果、10化合物中、2化合物にαSMAの発現の減少とCYGB発現の増加が見られた。その化合物と類似する骨格を持つ8化合物を入手した。その結果、それらほぼすべての化合物で、αSMA遺伝子減少、CYGB遺伝子増加が見られた。現在類似骨格を有する化合物の数を増やし、HSC活性に関わるαSMA、CYGB, Collagen, PPARγなどの遺伝子発現変動の化合物の最小濃度を調査している。昨年に引き続き本研究室では肝臓疾患に関する研究が精力的に行われており、研究環境が整っているため、申請者の研究も順調に進展している。化合物ライブラリーからのスクリーニングも順調に進み、そこから数個のHit化合物を選出するに至った。サイトグロビン(CYGB)は肝臓ではHSCでのみ発現し、生理作用として抗酸化的機能を持ち、HSCの非活性化維持に重要であることが予測される。

私はFibroblast Growth Factor2 (FGF2)がヒト肝星細胞(hHSC)の非活性化を誘導する因子であることを示した。初代hHSC株(HHSteC)および初代hHSCを用いた実験により、FGF2がhHSCのCYGBの発現を促進することが分かった。FGF2はHHSteC細胞のCYGB発現量を時間依存的かつ濃度依存的に増加させた。また、FGF2はFGFタイプII受容体、下流のシグナル分子であるJNK、さらに、その下流の転写因子-c-JUNのりん酸化を誘導した。c-JUN抗体を用いたクロマチン免疫沈降法によりFGF2処理後c-JUNがCYGBのプロモーター領域に結合することが分かり、FGF2-JNK-c-JUNシグナルによるCYGB発現促進が示された。さらに、マウス胆管結紮およびTioacetamide (TAA)による線維化症モデルを用いた結果、FGF2投与群ではコントロール群に比べ、αSMA Collagen1A1発現の有意な減少に伴い組織障害が緩和し、線維化の軽減が見られた。昨年度の候補化合物スクリーニングの結果、最もHSCのαSMAの発現を抑制し、CYGBの発現を増加させた化合物(A)を選出した。化合物(A)はTGF-βにより誘導した活性化HHSteC細胞およびヒト初代星細胞で濃度依存的にαSMA、Collagen1A1の発現を抑制し、CYGB発現を回復させた。また、化合物(A)は薬物相互作用評価試験において安全性が確認されたため、現在、特許申請をしつつ、複数のマウス肝線維化症および脂肪肝モデルを用いて化合物(A)の有用性と薬理作用を検証している。サイトグロビン(CYGB)は哺乳動物のグロビンファミリーに属し、肝臓では主に肝星細胞(HSC)に局在する。CYGBはガス結合能力に加えて、臓器の線維化および発癌に関連する。本研究によりFGF2がCYGBの発現誘導因子であり、FGF2のCYGB発現調節機構が明らかとなった。さらに、マウス線維化疾病モデルを用いた実験によりFGF2が抗線維化作用を有することが分かった。これらの結果から内在性CYGBの発現誘導が新規抗線維化治療法の開発に繋がることが示された。繊維化疾病モデルマウスを用いてFGF2投与による繊維化の程度を調べる。さらに、FGF2シグナルとその関連因子の重要性を生体レベルで立証する。候補化合物の絞り込み実験を行うために、類似化合物の探索および星細胞の活性化関連遺伝子の発現レベルをリアルタイムPCR法で測定し、候補化合物の有用性および薬理作用の検証を行う。本年度、胆管けっさつにより線維化を誘導し、FGF2投与により肝傷害の軽減が認められた。今後は、Drug-inducibleであるTAAモデルと高脂肪高コレステロール食(HFCD)を与えたNASHのモデルの二つの肝線維症モデルを用いてFGF2の薬効の確立を目指す。さらに、候補化合物の薬効効果を調べ、候補化合物の有用性および薬理作用の検証を行う。肝臓学本年度予定額の約3分の1の50万円分を次年度の化合物スクリーニングおよび動物実験の経費とする。本年度予定額の約3分の1の84万円分を次年度の動物実験(2つの線維化モデルマウスを作製する予定)の経費とする。
小型木造漁船の健造に係わる社会構造とその破綻のプロセス

FRP船体の漁船は、1970年代から増加し、現在、漁船に占めるFRP船体の割合は90%を超えている。このように、我が国の漁船のほとんどが木質からFRPに取って代わった要因としては、(株)ヤマハ発動機や(株)ヤンマーなど、大手メーカーがFRP船体の量産体制を構築し、販売網を広げたことが大きく影響している。しかし、大手メーカーの市場占有率は50%程度であり、残る50%は、FRP建造技術を導入した中小・零細造船所による建造によって達成されている。漁村にある中小・零細造船所が、大手メーカーに市場を席巻されず、FRP建造の担い手になり得た理由は2つある。第一に、大手メーカーは、品質は高いが、量産体制であるため、製造する船型のバリエーションが少なく、多種多様な船型ニーズに応え得られなかったこと。第二に、中小・零細造船所に適した船体工法が開発され、それが急速に普及したことである。その工法とは、低コストで簡単に作成できる簡易型雌型を用いたFRP船穀の工法である。簡易型雌型を用いた工法は、木造船体を建造してきた船大工にとっては、特に高度な技術を必要とせず、初期投資も少額であった。そのこともあって、漁村における中小・零細造船所が、短期間の研修で習得でき、導入し得る工法であった。さらに、中小・零細造船所が建造する船体の価格は、低コストで製造していることもあり、大手メーカーの価格よりも低額であった。こういった要因が重なって、大手メーカーと中小・零細造船所の販売競争が高まり、FRP船体の供給速度が高まったのである。こうして小型木造漁船を供給してきた産業構造の崩壊が決定的となった。しかし、FRP船体は、腐食しないことから、耐久性があるため、船体の更新が進まない。そのためか、漁業生産が縮小し、漁業者が高齢化している今日、造船所数が激減している。1998年時点で約1700、1973年の約1/2となった。本研究は実態調査により小型木造漁船の製造に係わる社会構造を明らかにして、木造漁船産業がどのような段階を経て崩壊していくのか、そのプロセスを詳細に解明する。特に造船材に使われる木材が立木の段階から船体になるまでの全過程に係わる技術(造材技術、運材技術、製材技術、船体建造技術)と地域資源(自然材、労働力など)との関係が時代区分別に顕わになるまで明らかにする。次いで、木造漁船衰退の契機となったFRP船体の建造技術が漁村の零細造船所にどのように導入され、どのように船大工にその技術が普及したかを調査し、造船所が木造船からFRP船建造にすぐに移行し得た論理を解明する。本年は、小型木造漁船船体の建造技術、および、造船用材の製材技術、造材技術、流通を調べ、高度成長期前後の造船用材の供給構造を分析した。論点は以下である。造船用材は農林規格で定められた一般用材と異なり特殊材である。また、造船用材に係わる造材作業や製材作業は、手間がかかる上、技量が必要なため、熟練作業者がその作業を担っていた。それゆえに、一般的な用材と比較すると造船用材の流通経路は隘路であった。これは、伝統的な建造方法が続けられてきた和船型漁船の船体部材が規格化できないことに起因する。ただ、機械化体系になる前の高度成長期前は、技能を有した林業労働力、製材労働力が豊富であり、また造船材向け資源も豊富にあったため、後の時代と比較すると造船用材の調達は安定していた。しかし、高度成長期に入り造船用材の造材業・製材業の機械化が進み、熟練の労働力が激減し、かつ、造船用材を製材していた送材車付きバンドソーが製材工場から姿を消し、造船用材の流通経路はさらに隘路化した。船体の部材は山林にある原木の選択から素材生産、運材、製材など数段階の過程を経て作られる。これらの過程について調査し、その上で、船体建造までの技術的・技能的要素を抽出し、それを規定する要因について分析を行った。【選木】棚板に使われる素材は、10m以上の大径木で、ねじれて育っていない直木のスギが利用される。また、船体部材には曲材が使用されるが、曲材は部材に必要な曲がある、根曲材が選木される。【素材生産】直木、根曲材、いずれにしても、根株の部分は利用価値があるため、根本近辺の雪、土を掘り起こしてから、全幹伐倒を行う。したがって、追口、受口が根株部分に作られるため、ねらい通りの方向に伐倒することが、一般材よりも、困難である。【運材】10数メートル以上の直木を全幹で集材・集材するため、運材作業は極めて危険であった。製材工場までトラック運材する場合、電線に材が引っかかることもあった。【製材】棚板の製材機は、10数メートルの大径材をバンドソーに送り込むことのできる送材車付バンドソーである。この製材機を用いた作業では、バンドソーと送材車にそれぞれ作業者を配置し、一般用材の2倍から3倍の長さで緩やかに曲がっている材をできる限り側面の木目が切れないよう製材する。送材車に固定してバンドソーに送り込んで製材すると木目が切れ仕上がりが悪くなる。そのため、材の位置をこまめにコントロールしながら製材しなければならない。

しかし、大径長材である造船用材は重くて緩やかな曲りがあるため手慣れた製材業者においてもかなり難渋な作業であった。材の大きさによっては4人で作業を行わなければならなかったこともあった。以上のような、特殊な技術・技能的要素は小型木造漁船の船体建造方法に規定されている。FRP船体の漁船は、1970年代から増加し、現在、漁船に占めるFRP船体の割合は90%を超えている。このように、我が国の漁船のほとんどが木質からFRPに取って代わった要因としては、(株)ヤマハ発動機や(株)ヤンマーなど、大手メーカーがFRP船体の量産体制を構築し、販売網を広げたことが大きく影響している。しかし、大手メーカーの市場占有率は50%程度であり、残る50%は、FRP建造技術を導入した中小・零細造船所による建造によって達成されている。漁村にある中小・零細造船所が、大手メーカーに市場を席巻されず、FRP建造の担い手になり得た理由は2つある。第一に、大手メーカーは、品質は高いが、量産体制であるため、製造する船型のバリエーションが少なく、多種多様な船型ニーズに応え得られなかったこと。第二に、中小・零細造船所に適した船体工法が開発され、それが急速に普及したことである。その工法とは、低コストで簡単に作成できる簡易型雌型を用いたFRP船穀の工法である。簡易型雌型を用いた工法は、木造船体を建造してきた船大工にとっては、特に高度な技術を必要とせず、初期投資も少額であった。そのこともあって、漁村における中小・零細造船所が、短期間の研修で習得でき、導入し得る工法であった。さらに、中小・零細造船所が建造する船体の価格は、低コストで製造していることもあり、大手メーカーの価格よりも低額であった。こういった要因が重なって、大手メーカーと中小・零細造船所の販売競争が高まり、FRP船体の供給速度が高まったのである。こうして小型木造漁船を供給してきた産業構造の崩壊が決定的となった。しかし、FRP船体は、腐食しないことから、耐久性があるため、船体の更新が進まない。そのためか、漁業生産が縮小し、漁業者が高齢化している今日、造船所数が激減している。1998年時点で約1700、1973年の約1/2となった。
福島第一原発事故に伴うβ線被曝線量の推定

2011年3月に発生した福島原発事故により放出された放射性物質からのβ線による被曝線量を推定することを目的した。モンテカルロ計算を行い空気中β線量および皮膚線量をの推定を実施した。その結果、Cs-137が1000kBq/m2の沈着時の土壌表面のβ線量率と表層土壌中のβ線量率の時間変化を推定した。更に、MEXTの2kmメッシュ調査の汚染量を組み合わせることでβ線積算線量マップの作成を行った。これらの研究結果は、Journal of Radiation Research誌に論文2編として発表した。また、付随した研究発表として8篇を発表している。2011年3月に発生した福島原発事故により放出された放射性物質により、広範囲が汚染された。土壌汚染を引き起こした放射性物質の主要成分は、I-132,I-131,Te-132,Te-129,Te-129m, Cs-134,Cs-136,Cs-137であることは、多くの測定で明らかになっている。これまでの研究では、γ線による空間線量等の評価は多く存在するもののβ線による空間線量や皮膚線量の評価は、ほとんど存在しない。しかしながら、上述の放射性核種はγ線のみでなく、β線も放出する放射性核種である。β線による空間線量率は、全身被曝には寄与しないが、皮膚線量(70μm線量当量)に寄与する。したがって、β線由来の空間線量や皮膚線量の評価は、初期の皮膚の被曝や体の小さい昆虫などの被曝を評価する際に必要である。本研究では、沈着放射能からのβ線をモンテカルロ計算を行い皮膚線量を評価するための70μm線量当量の評価を行うことを目的とする。MCNP計算コードを用いて、土壌中、5mm-10mmに配置した放射性核種:I-132,I-131,Te-132,Te-129,Te-129m,Cs-134,Cs-137から、β線を発生させて電子線輸送計算を行った。空間をセルに分け、各セルに付与されたエネルギーとセルに含まれる空気質量より空間線量を決定し、各物理半減期を考慮しβ線空間線量率の時間変化を推定した。本研究年度は、昨年度行ったMCNPコードを用いたモンテカルロ計算により推定したβ線空間線量率とCs-137汚染濃度の関係に、文部科学省が実施した2kmメッシュ調査の測定値を組み合わせることで、β線の積算空間線量のマップを作製した。これにより、福島県及びその近郊の事故後1年間の地表面における積算空間線量を明らかにした。また、β線の実験的検証法として、レンガを用いた積算線量評価を思いつき、試料採取を進めている。本研究年度においては、本研究を実施中に着想したレンガ試料を用いた実測によるβ線被曝線量の評価を進めた。レンガ試料は長年共同研究してきたロシアMRRCのステパネンコ教授に測定を依頼し、プレリミナリーな測定データを得た。その結果では、レンガ表面に高い被曝線量を認め、β線に寄与であることが示唆された。

この結果を理解するためモンテカルロ計算を実施し、この高い線量がβ線由来であることを確かめた。これらの結果をもとに、現在論文の準備を進めている。また、土壌中の放射性微粒子中にSr-90が存在することを確かめ、Sr-90からのβ線についても検討を進めている。2011年3月に発生した福島原発事故により放出された放射性物質からのβ線による被曝線量を推定することを目的した。モンテカルロ計算を行い空気中β線量および皮膚線量をの推定を実施した。その結果、Cs-137が1000kBq/m2の沈着時の土壌表面のβ線量率と表層土壌中のβ線量率の時間変化を推定した。更に、MEXTの2kmメッシュ調査の汚染量を組み合わせることでβ線積算線量マップの作成を行った。これらの研究結果は、Journal of Radiation Research誌に論文2編として発表した。また、付随した研究発表として8篇を発表している。モンテカルロ計算の結果をまとめ、Estimation of β-ray dose in air and soil from Fukushima Daiichi Power Plant accident, Journal of Radiation Research, 2014, 55, 476-483に発表した。飯舘村や南相馬市で、アスファルト上と土壌上においてβ線量率の実測を行い、計算値と矛盾しないことを確かめた。また、β線の実験的な検証法として、レンガを用いた積算線量評価を思いつき、順次進めている。作成したβ線量マップの精度を向上させるため、実測による確認を目指す。その一環として、レンガを用いたβ線積算線量の評価について、試料採取とともに測定を進めていく。また、土壌に降下したホットパーティクルとしてSiボールが確認された。Siボールからのβ線の測定を進めていく。環境学β線線量の計算方法を拡張し、文部科学省が実施した2kmメッシュ土壌調査のデータを組み合わせることで、β線の積算線量マップの作製を行っていく。また、β線の実験的な検証法として現在進めているレンガ試料を用いた積算線量評価を進めていく。購入する消耗品代にわずかに残金が足りなかったため、次年度の物品費と合わせて購入することとしたため。今年度の物品費と合わせて、消耗品を購入する。
GDM法による2元ナノクリスタルの作成と物性

これまでガスデポジション法(GDM)と呼ばれる超微粒子の堆積によりナノクリスタル作成法を行い、酸化度が低く、硬度が高い単元系ナノクリスタル材料を得た。本研究では2元系ナノクリスタルを作製することにより、バラエティーに富んだ材料生成を目的とした。また基礎となる単元磁性金属のナノ結晶化の効果を詳しく調べた。まず単元系磁性金属Niにおいて、ナノ結晶の低保磁力のモデルとして一般的なRandom Anisotropy Model(RAM)の適応性を調べた。常温で成膜した試料について作製後、400°Cまでの熱処理により粒径を変化させた。粒径は作成時の10nmから20nmまで得られた。保磁力は粒径の6乗にしたがって増加した後、-1.2乗に従い減少に転じた。これにより微小体領域ではRAMが適用でき、磁気異方性の平均化が保磁力変化に支配的であることを明らかにした。2元ナノクリスタルの作製のため2種類の方法を講じた。第1の方法は2つの微粒子生成源を用い、混合する物である。CoとCu(基板上混合)、Ag(搬送管内混合)について実験を行った結果、基板上での混合ではガス流の影響が強く充分な混合ができなかった。このため搬送管内混合により試料作製を行った。その結果、前者より混合の状態は改善されたが数十ミクロンの幅で組成の変調が見られた。さらに良好な混合状態を得るためには混合器の導入が必要と考えられる。第2の方法としてガスデポジションにスパッタ法を併用してグラニュラー材料を生成する方法を研究した。強磁性金属Coの超微粒子流と非磁性金属Mg,Agのスパッタ原子を基板上で混合した。搬送管形状と非磁性金属の種類により磁性金属の酸化度が大きく依存することが判明した。混合状態も第1の方法に比べると格段に改善された。Co-Agにおいて磁気抵抗の測定を行ったが残念ながら大きな値は得られなかった。これはCo粒子直径の問題かと思われ、今後は金属微粒子の粒子径の制御と基板回転などによる均質化が課題となる。本研究では、ガスデポジション(GDM)法において、2種の異なる熱源から個別に超微粒子を作成し混合して2元ナノクリスタルを作成する方法を確立することを目的としている。そこでは結晶合金やアモルファス合金とは異なる新たな2種の金属の存在形態を創成できると考えている。その準備として1元系で予備実験を行った。このことを実現するために、2つの方法を既存の装置改良により試みている。第一は2つの微粒子生成源を用いて粒子混合を行う方法である。この方法はガスデポジション法をそのまま2元系に適用しようとするものである。実際には高周波誘導加熱装置の調整と高純度ヘリウムガスの循環精製装置を整備し、所定の性能が得られた。微粒子混合の方法として基板上での直接混合をまず試みたが、微粒子束の拡がりから膜厚に偏りが生じたため、混合室を設置し、そこで混合した後に粒子を堆積させる方法に移行しつつある。現状では混合室内での分散が良くなく、均一な混合がなされていない。今後は混合室の形状の改良を行う。第2の方法は、スパッタ法との併用により蒸発法で生成したナノ結晶粒子を母体に埋め込む方法である。

直流スパッタガンを堆積室に設置するために、蒸発室の圧力を下げることと、アルゴンガス使用時の最適条件を探した。スッパタ材料には酸化度を考慮して、銀とマグネシウムを使用している。微粒子源にFe、母体材に銀を使用した実験では、母体金属の結晶は30nm程度のグレインサイズになっていることがわかった。また微粒子の搬送管の形状に酸化度が間接的に影響されることがわかった。今後、作成試料の物性について詳しく調べる予定である。本研究では、ガスデポジション法(GDM)において、2種の異なる熱源から個別に作製した超微粒子を混合する2元ナノ結晶作製法を確立することを目的とした。またナノ結晶の物性を制御する最も基本的な要因である粒子直径を変化させるために、試料作製後の熱処理の効果を調べた。2元ナノ結晶を作製する第1の方法は個別の2つの微粒子生成源を用いてガスデポジションにより粒子混合を行う方法である。基板上に2種の超微粒子を直接吹き付ける方法と2種の微粒子を混合室で混合した後に堆積させる方法を試した。いずれも異なる微粒子束間の混合がうまく進行せず、基板上での元素分布に偏りが生じた。次に第2の方法としてスパッタ法との併用により蒸発法で生成したナノ結晶粒子を母体に埋め込む方法を試した。堆積室に直流スパッタガンを設置し銀とマグネシウムをスパッタし、そこに蒸発室で生成した鉄やCoの超微粒子を堆積させた。通常のGDM単元ナノ結晶に比べ酸化の影響が大きく現れ、スパッタする金属の酸化容易度に応じて金属強磁性微粒子の酸化の様子が異なることがわかった。また微粒子の搬送管の形状が酸化度に間接的に影響することがわかった。酸化過程の解明と粒径の制御のため単元ナノクリスタルにおいて保護膜の有無による酸化状態の変化と、熱処理による粒子径の変化を調べた。この結果、搬送管の形状は粒子の集合状態の粗密に関わり、密度の粗な試料では作製後に酸化が進行することがわかった。またガス圧が低い場合は堆積室での酸化の比率が増加した。GDMナノ結晶では作製条件を変えるだけでは粒子径は大きく変化しなかったので、熱処理が有効な手段と考えた。Niナノ結晶では5分間の熱処理が大きな効果を示し、300°C以上の熱処理により粒成長が急速に進行することがわかった。
積層複合材中を伝ぱする応力波に関する研究

カ-ボン/エポキシ(T300/2500)積層材を用いて積層材中の応力波伝ぱ状況と層間強度についての主として実験的に検討し次の結果を得た。1.一方向性繊維強化材中の波動伝ぱ特性(1).たて波の伝ぱ速度C_0は繊維方向(0°)の方が直角方向(90°)に比し約4倍大きく、それぞれの値は静的なヤング率EよりC_0=√<E/p>で計算される値とほぼ一致する。(2).たて波の減衰は90°方向の方が0°方向に比し著しく大きく、その比は遅延時間で約20倍である。2.積層材中の波動伝ぱと層間せん断強度3層直交積層材[0/90]_s中を伝ぱするたて波に関して、その波長が積層材を構成する各層厚さに比し十分大きい場合(1).積層材を伝ぱするたて波速度C_cは各層のたて弾性率から複合則によって計算させる積層材のたて弾性波速度で伝ぱする。(2).各層のたて波速度の差により界面にはせん断応力が生じる。その大きさは各層のたて弾性率の差およびひずみ波の変化率に比例する。(3).層間のき裂は(2)のせん断応力が限界値以上に達したとき進展する。T300/2500のき裂進展限界応力は静的な場合よりかなり高い。3.積層材はりを伝ぱするよこ波と層間剥離強度薄い積層板が横衝撃を受け界面剥離する場合の変形状態は弦の横波伝ぱに類似である。積層材はりを剥離しつつ伝ぱする横波の測定よりT300/2500の動的剥離エネルギ-G_<Id>は10002000J/m^2であり、これは動的な剥離エネルギ-に比し約10倍高い。本年度に実施した研究内容及びその主な結果は次の通りである。1.一方向強化材の力学特性の同定試験構造用複合材とし広く用いられているカーボン/エポキシ(T300/2500)の一方向強化単層板を作製し(1)静的材料試験を行ない異方性弾性体としての弾性係数を得た。(2)振動法、パルス法により繊維強化方向、及積層方向のたて波伝ぱ速度の測定を行い、それぞれの方向のたて波伝ぱ速度を得た。その結果、繊維方向と積層方向では約3倍の速度差のあることが判明した。(3)波動伝ぱ速度より動的な弾性係数を求めた結果、(1)項より求めた弾性係数と大きな差のないこと、従って0200KHz領域での弾性係数は周波数にほとんど依存せずほぼ一定であることが判明した。(4)減衰率の周波数依存性についての研究は来年度実施の予定である。2.積層材中の波動伝ぱ特性の解明(1)各種積層構成の梁を作製し横衝撃試験を実施し梁の変位、表面ひずみ、支持端での荷重履歴等の測定を行った。その結果いづれの積層構成についても動的曲げ挙動から得られる見掛けの弾性係数は1で得られた値よりかなり低い値となることが判り、その原因を現在究明中である。(2)1で得た弾性係数等を用いて、梁を伝ぱする横波の伝ぱ状況を数値計算により解析を行ない、(1)の結果と比較検討中である。積層複合材が動的な荷重を受ける場合、その不均質性や異方性のために、また波動による過渡現象のために均質材料が静的負荷を受ける場合とは大きく異なる応力状態が生じる。

積層材中の応力波解析とT300/2500カ-ボン/エポキシ積層材を用いた衝撃試験より次の結果を得た。1.3層直交積層はりを伝ぱするたて応力波(1).各層厚さに比し波長が十分長い場合について、1次元理論により解析を行ない、積層複合材の伝ぱ速度、減衰率を単層板の弾性率及び減衰率より予測する式を得た。この結果は実験結果と一致した。(2).各層のたて波速度の差により、均質材あるいは静的負荷の場合には生じない層間せん断応力が生じる。この大きさは各層のたて弾性率の差及びひずみ波の変化率に比例する。(3).(2)で生じるせん断応力が限界値に達すると層間にき裂が発生あるいは進展する。実験による限界せん断応力より動的せん断じん性値はG_<IId>=5x10^22x10^3J/m^2と推定され、これは静的な場合に比しかなり高い値である。2.厚板中を伝ぱする応力波の伝ぱ特性積層個性[0/90/45/ー45]_<25s>,厚さ50mmの厚板を積層方向に伝ぱするたて応力波の伝ぱ速度は0°方向に比し小さく約1/3であり、面内90°方向の値よりやや大きい。これらの結果は積層材構造の動的強度設計に資するものである。当初計画の項目の中で3次元解析によるき裂周辺応力解析、周波数特性調査等十分検討できなかった点は今後の課題としたい。
大脳皮質運動野におけるベータ脳波の機能的意味を解明する

ベータ波は運動に関与する12-30Hzの脳波として知られているが何を表現するのか不明な点が多い.昨今,非ヒト霊長類に導入され始めたオプトジェネティスは特定の神経細胞に時間的に精緻に制御された活動を可能にさせる.そこでオプトジェネティスを用いて神経活動を制御してベータ波が運動に与える作用を調査することでベータ波と運動の因果関係を明らかにする.その基盤として本研究では一次運動野への光刺激で手指運動の即時惹起が可能である程に高効率な光感受性イオンチャネル(チャネルロドプシン)の発現をニホンザルで成功させた.本成果はオプトジェネティスのサル運動野への適用の普及に貢献する.研究を確実に遂行するために結果を段階的に確認しながら業務を実施した.本研究の旨であるOptogeneticsの適用にあたりチャネロドプシン光感受性タンパク質ミュータント(ChIEF),ウイルスベクタ(AAV-DJ),プロモータ(CaMKII)を目的に最適なベクタとして選定し,コンストラクトを完成した.所属機関の遺伝子組換実験の認可を得て,ウィルスベクタによる導入遺伝子発現効率の確認のために慢性行動実験に先行して亜急性実験を準備した.微小電気刺激による大脳皮質運動野における上肢領域の神経支配領域を特定し,当領域にベクタを注入した.続く慢性行動実験のために並行して別個体のタスク訓化とサル覚醒行動下におけるマルチチャネル電気生理実験装置をセットアップした.加えて,すでに収録済みのサルの随意運動時の慢性実験データを詳細に解析した.その結果,サル上肢到達把持運動における試行間を通じた運動野のベータ波の位相ロックについて, (1)出現は強い力を要求されるタスクにおいて再現性が高い.(2)一方で試行内における他の運動のタイミングについて位相ロックは運動待機状態の開始時に出現するがタスクの違いでその出現頻度に顕著な差はなく, (3)またタスクにおいて上肢の力の強弱の違いが最も現れると予察された把持の終了時(把持されるレバーを引き終わるタイミング)では位相ロックの出現頻度についてタスク間の差はなかった.(4)運動開始を指示する聴覚刺激がある場合に位相ロックは出現した.(5)神経活動と同時記録された12の上肢筋肉の活動について9は活動開始前に位相ロックが出現しなかった.これらの結果は運動野におけるベータ波の位相は筋活動という運動の実質的な情報を表現しておらず,後に続く運動で発生する力の強弱や,音のある無しなどのタスクの文脈を表現することを示唆する.研究を確実に遂行するために,導入遺伝子発現効率の確認を目的とした亜急性実験を追加した.亜急性実験は実績のある生理学研究所・認知行動発達研究部門と協力して行う予定であった.使用するウィルスベクタの作成は順調で,当部門における実験手続き及び準備を進めていた.一方で部門の異動に先立つ使用施設の繁忙が顕著となった.協議の結果,十分な実験は不可能と結論し,代替案として申請者の所属機関における実施を決定した.所属機関にて実験計画の変更申請・設備・実験個体の調整に少なからず時間を要した.現状において実験個体の配当を受け,当初予定していた亜急性実験としてベクタ注入を完了し導入遺伝子の発現の待機をしている.次に控える慢性実験を滞りなく進めるためにサルのトレーニングを並行して開始している.霊長類におけるベータ脳波の機能的な意味については不明な点が多い.本課題ではベータ脳波発生中の神経回路の活動を制御して,動物の行動変化を記録することで,ベータ脳波の機能同定を試みる.この目的のため光遺伝学手法(オプトジェネティクス)を導入する.本年度は,青色光反応性の光遺伝学分子ツール(チャネルロドプシン)についてサル皮質運動野神経細胞に発現させる方法を確立するために,昨年度開発完了したベクタを主にして3頭のサルを使って実験をした.ベクタの注入手法の選定や多重注入を試み,光刺激に対する神経細胞応答を記録した.実験結果は複数個体間で再現性を有し,サルにおける光遺伝子発現手法を十分な確度を有して確立できた.また並行してベータ周波数帯域の脳波の発生時に,リアルタイムに脳波の任意の位相に光/電流刺激を可能にする刺激装置の実装を完了させた.装置は一般的に市販されている制御回路に申請者が開発したコードをインストールすることで比較的低廉に作成することができた.本装置によって時間的に精緻に制御されて脳波に同調された刺激に対する神経・行動応答の記録が可能になった.更にベータ脳波発生中の神経回路を構成する神経細胞集団の活動を記録するために,上記とは別個体のサル1頭について,運動課題を十分に訓練し,その皮質運動野に多点電極を慢性留置した.電極留置は成功し,運動課題中のマルチチャネル神経活動記録を4カ月以上継続している.昨年度までに実験セットアップを完了させ,またサルに開発されたベクタの注入を終えていた.所属機関が有していた実験動物の優先使用が許可された.ベクタ注入と光刺激応答の技術提供を受けた.開発中の多点電極の先行提供を受けた.研究支援者の技能が向上し,研究者の負担が減少した.霊長類におけるベータ脳波の機能的な意味については不明な点が多い.本研究は最終的にはベータ脳波発生中の神経回路の活動を制御して,動物の行動変化を調査することで,ベータ脳波の機能同定を試みる.この目的のため光遺伝学手法(オプトジェネティクス)を導入した.最終年度については前年度からの記録を継続して,2個体のサルについて光刺激に対する神経細胞応答と上肢筋活動を確認した.

更に記録電極を用いた微小電流刺激による実験を同時に実施し,特定の神経細胞だけを刺激する光刺激と,刺激部位周辺の細胞や軸索を全て活性化させる従来からの電流刺激手法が本質的にどのように違うのかを調査した.またベータ脳波の周波数構造を有する光刺激を試み,神経応答を記録した.刺激記録終了後に細胞標識による光感受性タンパクの発現を確認するために,光感受性遺伝子(チャネルロドプシン)と共に導入された蛍光タンパクの標本組織を作製した.前年度までに実験を終了した1個体と合算し,本課題3カ年の実施期間において計3個体(ニホンザル,オス2頭,メス1頭)を使用した.以上の結果を通じて,サル皮質運動野における光遺伝子発現を十分な確度で成功させた.また上記と別個体のサル1頭について,その皮質運動野から運動課題中のマルチチャネル神経活動記録を実施し,ベータ脳波発生中の神経回路を構成する神経細胞集団の活動を解析した.その結果,課題提示視聴覚刺激に応じてベータ脳波の特定の位相が試行間を通じて出現することを明らかにした.今後はサル上肢運動中における手指運動分析と皮質運動野のベータ波の関係性について国際的な共同研究を行う.運動課題中の光刺激の有無による手指関節角度変化を分析し,同時計測される神経活動データからベータ波位相応答と運動の関係を明らかにする.ベータ波は運動に関与する12-30Hzの脳波として知られているが何を表現するのか不明な点が多い.昨今,非ヒト霊長類に導入され始めたオプトジェネティスは特定の神経細胞に時間的に精緻に制御された活動を可能にさせる.そこでオプトジェネティスを用いて神経活動を制御してベータ波が運動に与える作用を調査することでベータ波と運動の因果関係を明らかにする.その基盤として本研究では一次運動野への光刺激で手指運動の即時惹起が可能である程に高効率な光感受性イオンチャネル(チャネルロドプシン)の発現をニホンザルで成功させた.本成果はオプトジェネティスのサル運動野への適用の普及に貢献する.導入遺伝子発現効率の確認後,直ちに慢性実験を実施する準備を並行して進める.また確実な成果を得るために光刺激に加えて微小電気刺激による応答計測も実施する.尚,生理学研究所・認知行動発達研究部門と協力を予定していた遺伝子導入技法については併進して生理学研究所・生体システム研究部門と協力する準備が完了している.また,業務の遅延の一つの挽回策として,統計数理研究者との共同研究による効率的なデータ解析は有効と考えている.光刺激に対する筋活動応答記録を試みる.注入遺伝子の発現形態を解剖学的に同定する.現在までの成果を国際学会・論文誌に発表する.神経科学申請者の異動に伴い,実験動物の使用計画を現所属機関と調整した.その結果,平成27年度における実験動物の購入を平成28年度に移行する.また実験動物に使用予定の電極も平成28年度に購入する.実験動物としてのサル2頭の代金が予定よりも高騰した.またサル飼育設備と搬入時期を調整し,サルを年度末近くに入荷した.結果的に購入金額の決定が年度末直近になり,予算差が発生した.実験動物と電極の購入代として平成28年度に計上する.解析用の計算設備,大型計算機使用料,学会旅費,論文発表費用,消耗品などに使用する.
項目反応理論に基づく能力値の簡易推定法に関する研究

項目反応理論(IRT)には,テスト項目が異なっていても得点が比較可能であるという利点があるため,多くのテストで用いられている。しかし,項目反応理論に基づく得点(能力値)の推定は簡単ではない。本研究では,最適重みをより一般的な項目反応モデルへ拡張した。そして,これを能力値の簡易推定法に応用し,その有効性を,シミュレーションデータと実データを用いて示した。項目反応理論(IRT)を用いて作成されたテストの成績は、通常、θという能力値尺度を用いて表示されるが、このθは、その算出に用いられた項目が異なっていても比較可能であるという利点を持つ。しかしθの算出は簡単ではなく、通常の受験生が行えるものではないため、受験生にとってθに対する不信感が生じることも否めない。そこで、本研究では、項目特性が既知である項目からなるテストを受験した受験生が、彼らにとって計算が容易な重み付き項目得点を計算し、それを元にしてθを推定する方法、すなわち簡易推定法を提案した。また、その際必要となる重みの中で最も効率の良いものを、多くの反応モデル、特に、3PLモデルや段階反応モデルの様な重み付き得点という形での十分統計量を持たないモデルに対しても提案を行った。具体的には,問題項目に割り当てる重み(配点)として、Mayekawa(2008)が提案した最適重みを利用した。この最適重みを部分採点モデル・一般化部分採点モデル等への拡張を行い,それらの重みの計算を実行するためのRプログラムを開発を行った。このRプログラムを用いて,実データへの応用を行い,最適重みを利用して採点した場合と,元からある配点を利用して採点した場合との比較を行った。さらに,項目パラメタが等化されてあり,能力値θが比較可能であるような複数の問題冊子に最適重みを用いる場合についてシミュレーションを行い,そのような場合の最適重みの求め方についての示唆を得た。
非晶性セルロースを用いた薬効機能性化合物の拡散制御製品の開発

経皮薬剤の分野においては、適量を持続的に一定期間投与できる製品が求められている。この要請に対し、本研究課題ではポリエチレン(PE)フィルム内に薬剤を供給するセルロース粉体を分散させた薬剤経皮貼付フィルムを創成するための研究を実施した。PEフィルム表面に供給される薬剤の濃度を表面拡散量と定義し、その影響をフィルム表面における結露実験と表面反射光の赤外吸収スペクトルで評価した。本研究課題を実施した結果、吸収母材となるセルロースの結晶化度を調整することで薬剤供給の速度が制御できることが分かった。また、PEの結晶化度を制御することで表面拡散量の定常化(0次放出)が実現できることが確認できた。今年度は、研究計画記載の通り、「吸収性の高い非晶性セルロースでサルチル酸メチルなどの拡散律速の薬剤の可溶化(吸収性)の解析と指標化」に関して集中的に明らかにしてきた。非晶性セルロースの薬剤吸収性を明らかにするためには、セルロースの結晶化度と薬剤の吸収性の相関を探索することが必要である。申請者グループの開発したセルロース非晶化技術で結晶化度の異なるセルロースを作成し、極性基濃度を変更した種々の薬剤の吸収量の評価方法を検討した。その結果、セルロースを充填したガラススクリュー管に薬剤を上部から添加し、その浸透距離を測定する方法が効率的かつ定量性があることが明らかになった。検討の結果、非晶性が高いセルロースほど、薬剤の吸収性が高いことを明らかにした。さらに、薬剤を吸収したセルロースを「薬剤濃度の高い池」としたブレンドフィルムを卓上コーターで作成し、ポリエチレン(以後PEと略)フィルムと積層した。PEフィルム表面の拡散量を経時的に測定可能な評価装置を自作で製作し、その定量性を表面赤外測定法で確認した。PEの結晶化度と拡散性の相関性を検討することで、本研究における評価法の確立と基礎的知見を得た。今年度は、平成27年度以降の初年度にあたり、研究計画記載の通り、「粘着樹脂ブレンド系で放出性の理論構築と3次元モルフォロジーの新規製品創製」の中で「薬剤の拡散・放出の理論構築」について集中的に明らかにしてきた。現実の課題として発布剤製品の中期使用には、外装袋内での剥離紙を通しての薬剤(サルチル酸メチルやサルチル酸グライコール)の蒸散問題があり、中期的保存に課題がある。基礎的理論であるFickの法則から、まず発布剤互着防止剥離紙に用いられているポリエチレン(以下PE)の厚みや結晶化度の剥離紙表面に拡散する量の影響を検討した。モデル的にポリビニルアルコール水溶液にサルチル酸メチルとサルチル酸グライコールを各6%濃度で含有した水溶液をPEフィルムに塗布した系を用い、反塗布面の拡散量を表面赤外分光光度測定した結果、PEの厚みが厚くなるほど、またPEの結晶化度が高くなるほど剥離紙表面への拡散量が少なくなる事をみいだした。特にPEの厚み50μmの系で結晶化度が50%以下だと10時間位で大量に表面に拡散してしまい、150時間後では1/7位まで拡散量が低下するが、60%以上になると初期拡散量と150時間経過の拡散量が少ない量で一定なことが判明した。この150時間まで少量で一定の拡散量となる挙動は、0次拡散的挙動であることを見いだした。結晶化度と拡散性の相関性を検討することで、本研究における長期一定拡散性の基礎的知見を得た。本研究開発の目標を達成するためには、1吸収量の評価方法を探索・確立することと非晶化セルロースの優位性を評価すること、および、2吸収量を制御したものが少量で長期間一定に拡散するシステムの因子解析が最も重要な点であった。1については、26年度に検討した。西岡らの開発した臼式粉砕装置でセルロースの結晶化度を制御したセルロースを用い、薬剤吸収性には非晶化度の高いセルロースが有効であり、拡散性の評価では非晶化度が高いと拡散量が低い事が判明した。その結果、吸収量と拡散量制御には、セルロースの結晶化度の適当な領域(30-50%)がある事を見いだした。2について、27年度に検討した。まず樹脂ブレンド系におけるモルフォロジーと物性安定性を検討し、非晶化セルロース/ポリオレフィン樹脂複合体にはセルロースの周りに相容化剤が存在することが重要であり、その相容化剤の設計概念を確立した。このセルロース表面周辺に存在する相容化剤は、拡散の「道」になる事も想定された。また、外装袋内蒸散問題に対しては、拡散の理論をベースに剥離紙の目止め材としてラミネートしたPEの厚みと結晶化度を変更し、サルチル酸メチルとサルチル酸グライコールのPE表面への拡散性の因子解析をモデル的に検討した。その結果、PEの厚みが厚くなるほど、またPEの結晶化度が高くなるほど剥離紙表面への拡散量が少なくなる事をみいだした。この検討の中で、目標とする0次拡散的挙動を示す系を見いだし、結晶化度と拡散性の相関性を検討することで、本研究における長期一定拡散性の基礎的知見を得た。今年度は、最終年度にあたり、サルチリ酸メチル,サルチル酸グライコールの薬効機能成分化合物を初期から中期にわたり均一に表面に拡散(ブリード)するという0次拡散発布剤系の3次元的モルフォロジー設計の拡散制御製品を目標とした。まず、サルチリ酸メチル,サルチル酸グライコールの薬剤吸収性は、セルロースの結晶化度が低いと吸収量は高くなることを見出した。

しかし薬剤を吸収した非晶性セルロースからの放出性は、セルロースの分子構造(極性基濃度)と薬剤との親和性が高いため、放出性は急激に低下することも確認した。結果的には結晶化度30-40%のものが吸収・放出のバランスが良好であることを見出した。このセルロースの結晶化度制御は、西岡らの臼式温度制御粉砕技術で制御できることも確認した。「粘着樹脂ブレンド系で放出性制御のための3次元モルフォロジー設計」については、厚み方向に多層化されているPE層(発布剤互着防止が目的)の結晶化度が低いと初期に薬剤が急激に表面に拡散(ブリード)してしまい、中期的にはブリード量が低下する。これを解決する条件としてPEの厚みが50μm場合PEの結晶化度60%以上にするとサルチル酸メチル、サルチル酸グライコールが初期から中期(150時間)に渡り一定量で表面にブリードすることを見出した。この中で、拡散挙動の解析手法として表面反射赤外分光法の詳細条件を確立した。さらには、より精度向上できる手法のアイデアも創出した(多層フィルム積層試料経時測法)。経皮薬剤の分野においては、適量を持続的に一定期間投与できる製品が求められている。この要請に対し、本研究課題ではポリエチレン(PE)フィルム内に薬剤を供給するセルロース粉体を分散させた薬剤経皮貼付フィルムを創成するための研究を実施した。PEフィルム表面に供給される薬剤の濃度を表面拡散量と定義し、その影響をフィルム表面における結露実験と表面反射光の赤外吸収スペクトルで評価した。本研究課題を実施した結果、吸収母材となるセルロースの結晶化度を調整することで薬剤供給の速度が制御できることが分かった。また、PEの結晶化度を制御することで表面拡散量の定常化(0次放出)が実現できることが確認できた。本研究開発の目標を達成するためには、吸収量の評価方法を探索・確立することが当初の最も重要な点であった。この点において集中的に実験・検討を行い、試料の作成手法、測定方法をほぼ確立できた。その結果、親水性と親油性の指標となるHLB(サルチル酸メチルなども含む)を変更した薬剤の吸収性は非晶化度の高いセルロースが有効であった。さらには拡散量の評価方法では密閉式水蒸気結露量測定装置(自作)と表面赤外測定法で薬剤ブリード量を定量化する手法を確立した。その結果、積層フィルム表面への薬剤拡散ではセルロースの非晶化度が低いと早期の拡散が大きく、非晶化度が高いと中期の拡散が大きいことが明確になった。PEの結晶化度においては低い系がより多くブリードすることを見出した。吸収量と拡散量の評価方法と因子解析をほぼ確立できたことから、最終年度(28年度)は、サルチル酸メチル、サルチル酸グライコール等の薬効機能成分化合物を初期から中期にわたり均一に表面に拡散するという0次拡散発布剤系の3次元的(縦・横・深さ)モルフォロジー設計の拡散制御製品を開発する。具体的には、発布剤に必要な粘着性付与のためにエチレン系共重合体(EVA等)を用いる。その共重合体に薬剤吸収・放出性のバランスを持つ結晶性を制御したセルロースをブレンドする。このブレンドしたセルロースは、EVA中に島構造を示す。この島構造を持つセルロースが薬剤吸収した「池」の役目をもち薬剤が「池」の界面から相容化剤的役目も果たすEVAにじわじわと拡散していく機構を想定している。
コア融合機能を持つメニーコアプロセッサに関する研究

コア融合機能を持つメニーコアプロセッサとして開発を進めているCoreSymphonyとして,効率的で現実的なアーキテクチャを提案し,FPGAをターゲットとする実装をおこなった.この研究プロジェクトの主な貢献は次の通りである.(1)効率的で現実的なコア融合機能を持つメニーコアアーキテクチャとしてCoreSymphonyを提案した.既存のアウトオブオーダ実行のコアをベースにして,アプリケーションのバイナリの互換性を維持しつつ,プロセッサのフロントエンド部分での通信を大幅に排除している.(2)CoreSymphonyを実現するために解決すべきマイクロアーキテクチャ的な問題点を明確にした.(3)マイクロアーキテクチャ的な問題点を解決する洗練された方式を示し,その実装を明らかにした.(4)FPGAをターゲットとし,4コア構成の提案アーキテクチャを実装することで,その実現可能性を明らかにした.コア融合機能を持つメニーコアプロセッサとして開発を進めているCoreSymphonyとして,効率的で現実的なアーキテクチャを提案し,FPGAをターゲットとする実装をおこなった.この研究プロジェクトの主な貢献は次の通りである.(1)効率的で現実的なコア融合機能を持つメニーコアアーキテクチャとしてCoreSymphonyを提案した.既存のアウトオブオーダ実行のコアをベースにして,アプリケーションのバイナリの互換性を維持しつつ,プロセッサのフロントエンド部分での通信を大幅に排除している.(2)CoreSymphonyを実現するために解決すべきマイクロアーキテクチャ的な問題点を明確にした.(3)マイクロアーキテクチャ的な問題点を解決する洗練された方式を示し,その実装を明らかにした.(4)FPGAをターゲットとし,4コア構成の提案アーキテクチャを実装することで,その実現可能性を明らかにした.チップに複数のプロセッサコアを集積するマルチコアプロセッサが注目されている.市場では2個から8個程度のコアを搭載するマルチコアプロセッサが普及している.今後も,搭載されるコアの数は増加していくと予想されており,チップに数十個あるいは数百個のコアを搭載するメニーコアプロセッサの性能を引き出す研究が必要とされている.そのような要求を受け,本研究では,メニーコアプロセッサの高性能化のための方式開発に取り組んでいる.具体的には,幾つかの発行幅の狭いプロセッサコアを協調動作(コア融合)させることで発行幅の広い仮想コアを形成し,このコア融合の技術を用いて逐次処理部分を加速するメニーコアプロセッサアーキテクチャの確立を目指している.今年度は,シンプルなパイプライン処理のプロセッサ,複数のパイプラインを持つスーパースカラプロセッサなど,幾つかの異なるマイクロアーキテクチャを採用するプロセッサをFPGA上に実装し,コア融合アーキテクチャのハードウェア規模を見積もるための準備を進めた.また,提案しているコア融合技術であるCoreSymphonyアーキテクチャの高効率化を着実に進めることができた.特に,これまでハードウェア規模が大きかった分岐予測器の構成を大幅に見直すことにより,予測精度の向上,ハードウェアの複雑さの低減,ハードウェア規模の低減をおこなった.これにより,プロセッサのフロントエンドの大部分のハードウェア構成を実現可能なレベルまで具体化することに成功した.プロセッサの性能向上を維持するため,チップに複数のプロセッサコアを集積し,スレッドレベルの並列性を活用してスループットの向上を狙うマルチコアプロセッサが注目されている.市場では2個から8個程度のコアを搭載するマルチコアプロセッサが普及している.また,半導体技術の進歩により,今後も,チップに搭載されるコアの数は増加していくと予想されており,1つのチップに数十個あるいは数百個のコアを搭載するメニーコアプロセッサの性能を引き出す研究が必要とされている.本研究では,そのようなメニーコアプロセッサの高性能化のための方式開発に取り組んでいる.平成23年度は、コア融合機能を持つメニーコアプロセッサとして開発を進めているCoreSymphonyアーキテクチャの改良および部分的な実装をおこなった。複雑なハードウェアを必要としていた従来のCoreSymphonyアーキテクチャのフロントエンド部を見直し,現実的な構成のフロントエンドの構成を提案した。具体的には,複数分岐予測器の一つであるTree-based Multiple Branch Predictorを用いることで分岐予測のハードウェアの軽減を実現した.また,プロセッサバックエンドについても,ハードウェアの複雑さを削減する仕組みの検討をおこなった.プロセッサの実装に関しては,CoreSymphonyアーキテクチャを適用したプロセッサの実装に取り組んだ.主に,CoreSymphonyアーキテクチャのフロントエンド部分をハードウェア記述言語にて記述し,FPGAをターゲットとして論理合成することでハードウェア規模と複雑さを評価した.その結果,コア融合の仕組みがプロセッサ全体の動作周波数に悪影響を与える可能性が低いことを明らかにした.プロセッサの性能向上を維持するため,チップに複数のプロセッサコアを集積し,スレッドレベルの並列性を活用してスループットの向上を狙うマルチコアプロセッサが注目されている.市場では2個から8個程度のコアを搭載するマルチコアプロセッサが普及している.また,半導体技術の進歩により,今後も,チップに搭載されるコアの数は増加していくと予想されており,1つのチップに数十個あるいは数百個のコアを搭載するメニーコアプロセッサの性能を引き出す研究が必要とされている.本研究では,そのようなメニーコアプロセッサの高性能化を目指すコア融合アーキテクチャの開発に取り組んだ.平成24年度は、FPGAをターゲットとして,コア融合アーキテクチャ(CoreSymphonyアーキテクチャ)のバックエンド部分のハードウェア実装をおこなった.また,前年度までに実装したフロントエンド部分とバックエンド部分を結合して,プロセッサ全体として動作することを検証した.このプロセッサを大規模のFPGAボードをターゲットとして論理合成し,サンプルアプリケーションを動作させて,その論理の検証をおこなった.また,実装したコア融合プロセッサの動作速度およびハードウェアの複雑さを詳細に評価し,コア融合アーキテクチャの有用性および実現可能性を示すことができた.計画通り、コア融合アーキテクチャのバックエンド部分のハードウェア記述を進めている。