hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細粒度マルチスレッド処理原理による並列分散処理カーネルウェアの研究

本研究では,細粒度マルチスレッディング原理を徹底した並列分散処理アーキテクチャについて,スレッドレベル並列処理プログラミングモデルと記述言語・処理系,細粒度マルチスレッド処理プロセッサ(FUCE),OS核等の研究を行った.具体的な成果内容は以下の通り.(1)スレッドレベルの並列処理を記述するプログラミングモデルを明らかにし,C言語に準じた記述言語とFUCEマシン語へ翻訳する言語処理系の構成法を明らかにし,スレッドレベル並列処理,関数/プロセス間並行処理,排他資源アクセス制御,データ並列処理,ストリーム処理などのプログラムを従来型言語に比べて統一手法で比較的容易に記述できることを確認した.(2)FUCEプロセッサのハードウェア設計を行ってFPGA上にFUCEエミュレータマシンとしてハードウェア実装するとともにソフトウェアシミュレータを開発してベンチマーク評価を行い,細粒度マルチスレッディングがデータ並列・パイプライン並列融合処理,複数タスクの並行処理,ストリーム処理等,従来プロセッサでは効率的な処理が困難な並列処理問題に対して有効であることを明らかにした.(4)同時にFUCEプロセッサのハードウェア量を評価して,現在の商用プロセッサと同程度のコストで実現可能であることを明らかにした.(5)細粒度マルチスレッド処理に基づくOS核機構について,並行プロセスの実行制御とスケジュールの手法,外部イベント処理の手法を究明し,OS核が簡潔な構造で実現できることを明らかにした.本研究の目的は,並列分散処理のための新しいアーキテクチャおよびソフトウェアの基本機構(カーネルウェア)について基礎的な研究を行い,そのカーネルウェアが実現性・実用性の点で現実的であることを示すことであったが,その目的はほぼ達成できた.今後は,実臾マシン開発に向けて,記述言語・処理系の完備化,細粒度マルチスレッド処理OSの開発,大規模実用ベンチマークプログラムによる評価を進めていく.本研究では,細粒度マルチスレッディング原理を徹底した並列分散処理アーキテクチャについて,スレッドレベル並列処理プログラミングモデルと記述言語・処理系,細粒度マルチスレッド処理プロセッサ(FUCE),OS核等の研究を行った.具体的な成果内容は以下の通り.(1)スレッドレベルの並列処理を記述するプログラミングモデルを明らかにし,C言語に準じた記述言語とFUCEマシン語へ翻訳する言語処理系の構成法を明らかにし,スレッドレベル並列処理,関数/プロセス間並行処理,排他資源アクセス制御,データ並列処理,ストリーム処理などのプログラムを従来型言語に比べて統一手法で比較的容易に記述できることを確認した.(2)FUCEプロセッサのハードウェア設計を行ってFPGA上にFUCEエミュレータマシンとしてハードウェア実装するとともにソフトウェアシミュレータを開発してベンチマーク評価を行い,細粒度マルチスレッディングがデータ並列・パイプライン並列融合処理,複数タスクの並行処理,ストリーム処理等,従来プロセッサでは効率的な処理が困難な並列処理問題に対して有効であることを明らかにした.(4)同時にFUCEプロセッサのハードウェア量を評価して,現在の商用プロセッサと同程度のコストで実現可能であることを明らかにした.(5)細粒度マルチスレッド処理に基づくOS核機構について,並行プロセスの実行制御とスケジュールの手法,外部イベント処理の手法を究明し,OS核が簡潔な構造で実現できることを明らかにした.本研究の目的は,並列分散処理のための新しいアーキテクチャおよびソフトウェアの基本機構(カーネルウェア)について基礎的な研究を行い,そのカーネルウェアが実現性・実用性の点で現実的であることを示すことであったが,その目的はほぼ達成できた.今後は,実臾マシン開発に向けて,記述言語・処理系の完備化,細粒度マルチスレッド処理OSの開発,大規模実用ベンチマークプログラムによる評価を進めていく.本年度は、主にアーキテクチャとカーネルウェアについての検討を行った。まずアーキテクチャに関する検討では、オペレーティングシステムやアプリケーションを如何にして細粒度マルチスレッド実行方式と関数型実行方式にもとづいたアーキテクチャで動作させるのかという観点からおこなった。検討の結果得られたアーキテクチャ動作モデルにもとづいて、細粒度マルチスレッド実行をサポートするスレッドの管理機構について検討した。これらの検討の結果、ハードウェアによるスレッド管理機構(Thread Activation Control : TAC)を考案し、「細粒度マルチスレッド実行による並列処理コンピュータ」として特許申請をおこなった。また、TACについての詳細な設計と、プロセッサの細粒度スレッド制御関連拡張命令セットの追加により、細粒度マルチスレッド実行方式にもとづいたプロセッサの基本仕様を策定した。同時に、細粒度マルチスレッド実行方式における割り込みや例外処理の扱いについて検討をおこない、オペレーティングシステムやアプリケーションを動作させる際のプロセッサの挙動について研究を進めた。また、ハードウェア記述言語であるVHDLを利用して、策定したプロセッサの基本仕様にもとづいたプロセッサを設計・制作した。そして、設計・制作したプロセッサ記述の動作確認をVHDLシミュレータ上でおこない、プロセッサのVHDLシミュレーション環境を作成した。さらにプロセッサのVHDLシミュレータ環境を利用して、プロセッサの構造を変更した際の性能変化について基礎的なデータを測定し、本アーキテクチャがプロセッサ性能向上において効果的であることの確認をおこなった。同時に、VHDLを利用して設計・製作したプロセッサの実験用FPGAボード上への実装手法について検討をおこなった。次にカーネルウェア部分に関する検討では、細粒度マルチスレディングをベースにOS核の検討を進め、プロセッサI/Fとの整合および効率的なスレッド実行を可能にするスレッド構成法を研究し、μスレッド、スレッド、およびプロセスの3レベルでプログラム実行を制御する構成法を明らかにした。また、μスレッドとスレッドのレベルでの実行においては、同期実行を基本とし、「待ち状態」を持たない制御法を検討した。さらに、プロセスのレベルでの実行においては、その生成速度の高速化や実行環境の変更機能について研究を進めた。また応用として、充足可能性問題(SAT問題)を解くSATソルバをFUCEアーキテクチャ上に構築することを目的として、FPGAを利用してSATソルバを作成した。本年度は主にアーキテクチャとカーネルウェアについて検討を行った.

アーキテクチャに関する検討として,プロセッサの性能評価をVHDLシミュレータ上でハードウェア記述言語を用いて記述したプロセッサを動作させることで行った.本プロセッサは命令レベルの並列性ではなくスレッドレベルの並列性に着目し,排他的マルチスレッド実行モデルに基づき複数のスレッドを効率良く実行する.そのため高速なスレッドの実行管理を行う機能ユニットとしてThread Activation Controllerを持ち,スレッドの継続や同期といったスレッドの管理をハードウェアで行う.また複数のスレッドを効率良く実行するプロセッサの特長を生かすため,スレッド間パイプライン並列実行方式を利用したプログラミング手法について評価を行った.評価によってスレッドプログラムにおいてスレッドの並列実行性能を確認でき,プロセッサが複数スレッドを効率的に並列実行できるとわかった.またハードウェア記述言語を用いて記述したプロセッサを実験用FPGAボード上へ実装した.カーネルウェアに関して,細粒度マルチスレッド実行環境におけるオペレーティングシステムの構成法のうちプロセススケジューリング法についての研究を行った.細粒度マルチスレッド実行マシンでは効率的なスレッド実行のためにハードウェアでスレッドを制御しているため,個々のスレッドの動作・停止をオペレーティングシステムから厳密に制御することはできないという問題があった.そこでオペレーティングシステムの負担を最小にしつつ信頼性が確保可能なスレッドスケジューリング機構を提案した.さらに提案したスケジューリング法を効率的に検証する手法を考案した.具体的にはUNIX環境におけるプロセスを細粒度スレッドにみたてて動作させ,その動作を観測することで細粒度マルチスレッド制御法の評価を行う手法である.本手法で得られた結果は簡便ながらVHDLによるハードウェアシミュレータを用いた評価手法と比較しても同等程度信頼できるとわかった.さらにイベント駆動によるプリエンプトなしのマルチスレッド実行機構におけるスレッド実行処理の連続性や性質に着目し,事象待ち状態をなくすプログラム実行制御法を提案した.またFUCE
分裂酵母を用いたtarget of rapamycin複合体2の活性制御機構解析

TOR複合体2(TORC2)はヒトにおいてガン遺伝子AKTをリン酸化して活性化することが知られ、多くのガン細胞においてこの経路に異常な活性化が見られることから、新規の抗ガン剤の標的となりうると考えられてきた。そのためTORC2の活性化メカニズムを分子レベルで明らかにすることはこの研究領域の最重要課題の一つとなっており、様々なモデル生物を用いた多様なアプローチが数多くのグループにより試みられている。採用者の所属するグループではモデル生物分裂酵母において、低分子量型GTPaseの一っで、ヒトRab6のホモログとして知られるRyh1がTORC2の活性化において重要な役割を担うことを明らかにした(Tatebe, et al. 2010)。しかしRyh1によるTORC2の詳細な活性化機構は解明されていなかった。採用者はTORC2の活性化メカニズムの理解の為には、これまでに未解明であるTORC2構成タンパク質の固有の役割を分子レベルで明らかにすることが必須であると考えた。今年度は真核生物間で保存された構成因子Ste20、Wat1およびBit61の機能を同定し、このうちBit61がTORキナーゼの触媒活性を調節することを明らかにした。これ迄の採用者の研究により、Ryh1は炭素源であるグルコースにより活性化する事がわかっていた。このことからRyh1によるTORC2制御は生理学的な細胞の栄養応答メカニズムの一つであると考えられる。興味深い事に、RyhlはBit61依存的にTORのキナーゼ活性を充進することでTORC2を制御することが解った。今後は分子機構の完全な理解の為に、Ryh1とBit61との遺伝学的相互作用を指標にし、TORC2の活性化に関与する新規因子の同定を目指す。(抄録なし)真核生物に保存されたTORタンパク質キナーゼは栄養やストレス、成長因子やインスリンに応答する情報伝達経路を形成し、細胞内の代謝や増殖、生存を制御する。TORはTOR複合体1(TORC1)および複合体2(TORC2)を形成する。特異的な阻害剤が存在しない為にTORC2研究は遅れており、その活性制御機構は未解明な点が多い。私はモデル生物分裂酵母を用いTORC2制御機構の解明を試みている。分裂酵母においては、TORC2経路の制御因子としてRyh1が報告されている。Ryh1は活性型/不活性型の二つの病態をとるが、活性型Ryh1を発現する細胞においてTORC2の基質Gad8のリン酸化が亢進することが報告されている。しかしRyh1によるTORC2-Gad8経路の制御機構は未解明である。本年度はTORが自身をリン酸化する事および、このリン酸化がTORC2の活性と相関することを明らかにした。さらに活性型Ryh1を発現する細胞においてTORキナーゼの自己リン酸化が亢進する事を見出した。これらの事からRyh1がTORC2を活性化することによりGad8のリン酸化を亢進する事がわかった。以前にグルコースがTORC2-Gad8経路を活性化する事を見出したが、本年度はこの応答がRyh1を介する事を明らかにした。活性型Ryh1認識プロープを作成し、活性型Ryh1の量を解析したところ、グルコース非存在下では活性型Ryh1の量が減少した。この事からRyh1がグルコースにより活性化され、TORC2が活性化する機構が明らかとなった。さらにRyh1によるTORC2活性化には複合体構成因子Bit61が不可欠である事が示された。活性型Ryh1発現細胞において見られるGad8リン酸化の亢進はbit61遺伝子破壊を組み合わせる事により見られなくなる。これはBit61がTORC2活性の制御点となる事を示唆している。真核生物に広く保存されたTOR複合体2(TORC2)は分裂酵母においては、キナーゼTbr1と基質認識サブユニットSin1、及びSte20およびWat1より構成される。Wat1はTORC2の機能に必須の構成因子として知られ、酵母からヒトに至るまであらゆる真核生物に保存されている。採用者はWat1がSin1とmor1キナーゼのアンカーとして働き、Sin1をmor1のキナーゼドメインに固定することを見出した。分裂酵母TORC2の基質としてはタンパク質キナーゼGad8が知られているが、このGad8とSte20の融合タンパク質を作製することにより、Wat1およびSin1の機能がバイパスされることが判明した。Gad8はWat1またはSin1非存在下ではリン酸化を受けないが、融合タンパク質のGad8はこれらの構成因子非依存的にリン酸化されていた。さらに、Sin1-Wat1の相互作用に重要なアミノ酸残基をSin1上に同定した。このアミノ酸残基は酵母からヒトに至るまであらゆる真核生物において保存されており、NMR解析や二次構造予測の結果、α-ヘリックスを形成することが示唆された。このSin1のα-ヘリックス内の残基に変異を導入することによりWat1との相互作用が著しく低下し、これらの変異型Sin1を発現する細胞においては、Gad8のリン酸化が顕著に低下した。ヒト培養細胞を用いた解析により、分裂酵母において見出したWat1の機能がヒトTORC2においても保存されることが示唆された。分裂酵母TORC

2構成因子であるSin1とWat1はヒトにおいても保存されており、それぞれhSIN1、mLST8と呼ばれるが、これらのタンパク質が相互作用することを確認した。さらに、分裂酵母において同定したSin1のWat1との相互作用に重要な領域はhSIN1においても保存されており、この領域を削るとmLST8との相互作用が著しく低下することも判明した。これらの発見は、癌などの疾病との関与が示唆されるヒトTORC2経路の理解のみならず、未だ発見されていないTORC2特異的な阻害剤の設計につながる重要な知見となり得る。TOR複合体2(TORC2)はヒトにおいてガン遺伝子AKTをリン酸化して活性化することが知られ、多くのガン細胞においてこの経路に異常な活性化が見られることから、新規の抗ガン剤の標的となりうると考えられてきた。そのためTORC2の活性化メカニズムを分子レベルで明らかにすることはこの研究領域の最重要課題の一つとなっており、様々なモデル生物を用いた多様なアプローチが数多くのグループにより試みられている。採用者の所属するグループではモデル生物分裂酵母において、低分子量型GTPaseの一っで、ヒトRab6のホモログとして知られるRyh1がTORC2の活性化において重要な役割を担うことを明らかにした(Tatebe, et al. 2010)。しかしRyh1によるTORC2の詳細な活性化機構は解明されていなかった。採用者はTORC2の活性化メカニズムの理解の為には、これまでに未解明であるTORC2構成タンパク質の固有の役割を分子レベルで明らかにすることが必須であると考えた。今年度は真核生物間で保存された構成因子Ste20、Wat1およびBit61の機能を同定し、このうちBit61がTORキナーゼの触媒活性を調節することを明らかにした。これ迄の採用者の研究により、Ryh1は炭素源であるグルコースにより活性化する事がわかっていた。このことからRyh1によるTORC2制御は生理学的な細胞の栄養応答メカニズムの一つであると考えられる。興味深い事に、RyhlはBit61依存的にTORのキナーゼ活性を充進することでTORC2を制御することが解った。今後は分子機構の完全な理解の為に、Ryh1とBit61との遺伝学的相互作用を指標にし、TORC2の活性化に関与する新規因子の同定を目指す。申請書の年次計画の一年目に示した計画はすべて達成し、二年目および三年目の計画も順調に進捗している。今後の研究もより効果的なアプローチを取り入れていることにより、更なる進捗が期待できる。当初予定されていたRabエフェクターを用いたRyh1のグルコース応答の解析は完結し、新たにTORC2の分子構築様式に関わる重要な知見が数多く見られたため。TORC2の分子レベルでの活性制御機構の理解の為、この複合体の基質認識サブユニットでキナーゼ活性に必須であるSin1に着目する。Sin1と他の構成因子との相互作用機序を構造生物学的に理解し、TORC2の分子レベルでの制御機構に関わる知見を得る事を目指す。また、Ryh1の更なる上流経路の探索を行う,既にRyh1の活性化因子としてはRic1-Rgp1複合体が報告されているが、不活性化因子は同定されていない。これまでに遺伝学的なスクリーニングにより不活性化因子の候補を取得したので、これらの候補タンパク質の生化学的解析を行う。構造生物学的な解析が今後必要になると考えられる。
秘密関数分散法に対する情報理論的性能評価と応用に関する研究

本年度は,秘密関数分散法およびその他の秘密分散法に関して下記の成果を得た.(1)秘密関数分散法のセキュリティ条件をエントロピーを用いて定式化するとともに,秘密関数分散法における符号化レートの下限を情報理論的に導出した.(2)Naorらの2変数関数を用いた秘密関数分散法を,線形演算を用いる方式に一般化する共に,上記の下限を達成する方式を示した.(3)ランプ型の秘密関数分散法を提案するとともに,その性能を情報理論的に評価した.その結果,幅Lのランプ型秘密関数分散法を用いると,符号化効率がL倍改善されることを明らかにした.(4)Koyamaの複数グループ間の秘密分散法を秘密関数分散法に導入するとともに,その応用として新しいランプ型の紛失通信プロトコルが作れることを明らかにした.2.その他の秘密分散法に対する成果(1)グレースケールの視覚復号型秘密分散法を,行列の多項式表現と偏微分方程式を利用した方式で構成できることを示した.また,(n,n)しきい値法の場合,その方法で画素拡大率が最も少ない最適なものが構成法できることを明らかにした.(2)分散画像の組合わせ方で異なるカラー画像を復号できる,新しい視覚復号型秘密分散法の構成法を提案し,その理論解析を行った.(3)量子秘密分散法や,一般の秘密分散法への離散最適化手法の応用などについて,調査を行った.本年度は,秘密関数分散法およびその他の秘密分散法に関して下記の成果を得た.(1)秘密関数分散法のセキュリティ条件をエントロピーを用いて定式化するとともに,秘密関数分散法における符号化レートの下限を情報理論的に導出した.(2)Naorらの2変数関数を用いた秘密関数分散法を,線形演算を用いる方式に一般化する共に,上記の下限を達成する方式を示した.(3)ランプ型の秘密関数分散法を提案するとともに,その性能を情報理論的に評価した.その結果,幅Lのランプ型秘密関数分散法を用いると,符号化効率がL倍改善されることを明らかにした.(4)Koyamaの複数グループ間の秘密分散法を秘密関数分散法に導入するとともに,その応用として新しいランプ型の紛失通信プロトコルが作れることを明らかにした.2.その他の秘密分散法に対する成果(1)グレースケールの視覚復号型秘密分散法を,行列の多項式表現と偏微分方程式を利用した方式で構成できることを示した.また,(n,n)しきい値法の場合,その方法で画素拡大率が最も少ない最適なものが構成法できることを明らかにした.(2)分散画像の組合わせ方で異なるカラー画像を復号できる,新しい視覚復号型秘密分散法の構成法を提案し,その理論解析を行った.(3)量子秘密分散法や,一般の秘密分散法への離散最適化手法の応用などについて,調査を行った.
体系的RNAi法による線虫胚生致死遺伝子の孵化後発生における機能の解析

本研究では線虫の胚性致死遺伝子について、孵化後特異的に遺伝子機能破壊をするL1-soaking RNAiを網羅的に行い、胚性致死遺伝子の孵化後の機能を明らかにすることを目的としている。これらの結果から、発生プログラムにおける遺伝子の複数の機能と使い分けについて理解を進められると考えている。申請者の属する研究室では、非重複のcDNAセット(国立遺伝研・小原雄治教授により供与)をRNA合成の鋳型として用い、四齢幼虫(L4)に対するSoaking RNAi法によって体系的遺伝子機能破壊を行ってきた。16年度までに約6000個の遺伝子についてL4RNAiを行った結果、約14%がF1世代で胚性致死であった。本研究では、この胚性致死を示した遺伝子についてL1幼虫に対してRNAiを行い、孵化後発生における表現型を微分干渉顕微鏡で観察した。約300個の遺伝子について孵化後発生の表現型解析を行った。その結果、半数以上の遺伝子が生殖細胞形成、陰門形成の異常や成長異常などの表現型を示した。これらのことから、必須遺伝子の多くが発生過程において複数の機能を持つことが分かった。大量の表現型情報の処理のため、表現型の体系的記述法を確立した。孵化後発生の表現型項目を設定し、各表現型項目を「present」「absent」「not applicable」のスコアで記述した。複数の項目の組み合わせで記述した表現型プロファイルはバイナリーデータに変換し、コンピュータを用いた遺伝子の機能的分類を行った。胚発生表現型と孵化後発生表現型の組み合わせを比較したところ、様々な組み合わせが得られた。発生における複雑な遺伝子の使い分けが考えられた。胚発生と孵化後発生の両方で同じ表現型を示した遺伝子群もあり、それらは両方の発生時期で同様に機能していると考えられた。また、これらの表現型データを用いた遺伝子検索も可能である。本研究では線虫の胚性致死遺伝子について、孵化後特異的に遺伝子機能破壊をする。L1-soaking RNAiを網羅的に行い、胚性致死遺伝子の孵化後の機能を明らかにすることを目的としている。申請者の属する研究室では、非重複のcDNAセット(国立遺伝研・小原雄治教授より供与)をRNA合成の鋳型として用い、四齢幼虫(L4)に対するsoaking RNAi法によって体系的遺伝子機能破壊を行ってきた。現在までに約6000個の遺伝子についてL4RNAiを行った結果、約14%がF1世代で胚性致死であった。本研究では、この胚性致死を示した遺伝子について、L1幼虫に対してRNAiを行い、孵化後発生における表現型を微分干渉顕微鏡で観察している。現在、約300個の遺伝子について孵化後発生の表現型解析を行った。その結果、約半数の遺伝子が生殖細胞形成、生殖腺形成、陰門形成の異常や成長異常などの表現型を示した。これらの事から、必須遺伝子の多くが発生過程において複数の機能を持つことが分かった。大量の表現型情報のデータベース化のため、表現型は汎用性のある単語(項目)の組み合わせで記述することが必要であると考えられた。そのために孵化後発生の表現型を表す項目を検討した。複数の項目の組み合わせで記述した表現型ブロファイルはバイナリデータへの変換が可能であり、コンピューター解析に適している。胚発生と孵化後発生の表現型データベースから、胚発生と孵化後発生における遺伝子の機能的分類を行っている。また、胚発生と孵化後発生の表現型プロファイルの組み合わせから遺伝子のグループ化も行っている。胚発生と孵化後発生の両方で同じ表現型プロファイルを示した遺伝子群は両方の発生時期で機能していると考えている。
抗炎症薬によるがん発生および悪性化の抑制機構の解明と戦略的がん化学予防

腫瘍形成時やがん組織周辺の炎症部位では、炎症関連DNA損傷が誘発され、がんの発生や悪性化を引き起こす。炎症シグナルとして働き、最近がん治療の標的分子として注目を集めているHMGB1 (High-Mobility Group Box1)が、遺伝子変異や細胞死誘導の繰り返しに重要な役割を果たしていることから、本研究では、HMGB1特異的阻害剤で抗炎症薬のグリチルリチンによる炎症関連DNA損傷抑制機構を解明する。また、本研究では炎症性微小環境中での抗炎症薬による炎症関連DNA損傷制御の分子機構を解明することにより、がんの発生のみならず悪性化も制御する新しい戦略的がん化学予防法を開発する。
エネルギー弁別型X線撮影装置の医療応用システムの開発

二次元CdTe X線画像センサの画質特性であるディジタル特性曲線、MTF、WSを測定し、NEQ、DQEを求めた。また、被写体として、1緻密骨、2皮質骨、3内骨、4肺、5軟部組織の人体等価ファントムを使用して、エネルギー領域3075 keV領域で各人体等価ファントムの二次元平面画像を取得間隔は3keVの条件にて測定して、比較した。その結果、2次元CdTe検出器のNEQとDQEは、既知の直接型FPDのNEQ及びDQEと同等の値が得られた。また、人体等価ファントム(1緻密骨、2皮質骨、3内骨、4肺、5軟部組織)の実効原子番号Zは、9%以内の誤差範囲内で理論値と一致した。本研究の目的は、まず、(1) 64chCdTe放射線ラインセンサとCdTeフラットパネルディテクタの医療応用として、簡単に使用できるエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを開発すること、次に、(2)患者の被ばく線量を低減するために、このエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)で、ファントム被写体などのファントム画像撮影で得た基礎データから画像による被写体の材質(線減弱係数や実効原子番号)の違いも画像化して、画質とX線の線質との関係をX線のスペクトル測定から求め、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発する。(3)この医療応用システムの骨塩定量法、IVR、CTの電子密度測定などへの応用について明らかにする。上記の研究目的に従い、簡単に使用できるエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを開発し、ファントム被写体などのファントム画像撮影で得た基礎データから画像による被写体の材質(線減弱係数や実効原子番号)の違いも画像化して、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発中で、具体的には、入射光子数と被写体の透過光子数から光子数の2次元平面画像をエネルギー10-75keVの領域において5keV間隔でそれぞれ取得し、各エネルギー領域の線減弱係数を求めた。求めたエネルギーごとの線減弱係数から2つの異なるエネルギー領域の線減弱係数により、カーボン(C),アルミニウム(Al),銅(Cu)の各被写体の実効原子番号Zを算出した結果、カーボン(C)とアルミニウム(Al)においては理論値と近い値が得られた。銅(Cu)において測定値と理論値の実効原子番号の誤差が他の2つに比べて大きくなったのは、原子番号が高いためだと考えられるので、さらに検討していく。研究目的に従い、簡単に使用できるエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを開発し、ファントム被写体などのファントム画像撮影で得た基礎データから画像による被写体の材質(線減弱係数や実効原子番号)の違いも画像化して、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発中である。具体的には、入射光子数と被写体の透過光子数から光子数の2次元平面画像をエネルギー1075keVの領域において5keV間隔でそれぞれ取得し、μ(E)=ln (透過光子数/入射光子数)より各エネルギー領域の線減弱係数を求めた。求めたエネルギーごとの線減弱係数から2つの異なるエネルギー領域(E1,E2)の線減弱係数により、カーボン(C),アルミニウム(Al),銅(Cu)の各被写体の実効原子番号Zを算出した。【結果・考察】カーボン(C)とアルミニウム(Al)においては理論値と近い値が得られた。銅(Cu)において測定値と理論値の実効原子番号の誤差が他の2つに比べて大きくなったのは、原子番号が高いためだと考えられる。今後、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発していく。1.患者の被ばく線量と診断用X線画像の画質との関係の究明(松本、高階)患者の被ばく線量を低減するために、平成27年度に続いて開発したエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを使って、いろいろなX線撮影装置の各種透視・撮影条件下で測定したX線スペクトルと、最適化したディジタル画像撮影法で、1 keVと3 keVのエネルギー間隔で、30 keV70 keVのX線画像(炭素(C)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、銅(Cu)のファントム画像)の異なる2つのエネルギーでの線減弱係数からファントム被写体の実効原子番号を求めた結果、理論値との誤差が、それぞれ、炭素(C)で0.73 %、アルミニウム(Al)で1.04 %、チタン(Ti)で5.86 %、鉄(Fe)で0.73 %、銅(Cu)で4.01 %の検出能で検出できた。平成29年度は、患者の被ばく線量を低減するために、平成28年度に続いて開発したエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを使って、いろいろなX線撮影装置の各種透視・撮影条件下で測定したX線スペクトルと、最適化したディジタル画像評価法でX線画像(人体のファントム画像)の画質と検出能の関係を究明する。また、被ばく線量などもモンテカルロ・シミュレーションでも検証する。

さらに、この医療応用システムの適用範囲を明らかにするとともに、患者の被ばく線量を低減するために、さらに、散乱X線のスペクトルも測定して、各種透視・撮影条件下の線質の改善方法を検討し、これを使ったエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の医療応用システムとして骨塩定量法、IVR、CTの電子密度測定などへの応用ついて明らかにする。最適化したディジタル画像撮影法の撮影条件を見出すのに手間取ったため。本研究の目的は、まず、(1) 64chCdTe放射線ラインセンサとCdTeフラットパネルディテクタの医療応用として、簡単に使用できるエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の撮影システムを開発すること、次に、(2)患者の被ばく線量を低減するために、このエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)で、ファントム被写体などのファントム画像撮影で得た基礎データから画像による被写体の材質(線減弱係数や実効原子番号)の違いも画像化して、画質とX線の線質との関係をX線のスペクトル測定から求め、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発する。(3)この医療応用システムの骨塩定量法、IVR、CTの電子密度測定などへの応用について明らかにする。上記の研究目的に従い、より臨床に近い被写体として人体(緻密骨、皮質骨、内骨、肺、軟部組織)等価ファントムを用いて線減弱係数と実効原子番号の測定した。緻密骨、皮質骨、内骨、軟部組織の線減弱係数μ(E)は低エネルギー領域で理論値とのずれが生じていることが分かった。これは、管電圧100kVでX線を照射する際に発生する散乱線が低エネルギー領域に強く影響を及ぼしているからであった。また、緻密骨、皮質骨、内骨、軟部組織ではこのような挙動がみられるが、肺では見られなかった。肺にはCa(Z=20)が含まれておらず、緻密骨、皮質骨、内骨、肺には含まれている。Ca(Z=20)は構成原子の中で最も原子番号が大きく、X線と相互作用して散乱線を発生しやすいため、肺では散乱線の影響が小さく、ずれが小さかったと考えられる。本研究では人体等価ファントムの実効原子番号Zを±9.00 %以内で測定できた。人体等価ファントムは化合物ファントムであり、X線との相互作用が複雑になったことが原因で測定誤差が大きくなったと考えられる。二次元CdTe X線画像センサの画質特性であるディジタル特性曲線、MTF、WSを測定し、NEQ、DQEを求めた。また、被写体として、1緻密骨、2皮質骨、3内骨、4肺、5軟部組織の人体等価ファントムを使用して、エネルギー領域3075 keV領域で各人体等価ファントムの二次元平面画像を取得間隔は3keVの条件にて測定して、比較した。その結果、2次元CdTe検出器のNEQとDQEは、既知の直接型FPDのNEQ及びDQEと同等の値が得られた。また、人体等価ファントム(1緻密骨、2皮質骨、3内骨、4肺、5軟部組織)の実効原子番号Zは、9%以内の誤差範囲内で理論値と一致した。今後、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発していき、患者の被ばく線量を低減するために、このエネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)で、ファントム被写体などのファントム画像撮影で得た基礎データから画像による被写体の材質(線減弱係数や実効原子番号)の違いも画像化して、画質とX線の線質との関係をX線のスペクトル測定から求め、エネルギー弁別型X線撮影装置(CT装置も含む)の最適な画像特性を見出すための撮影法を開発する。次に、この医療応用システムの骨塩定量法、IVR、CTの電子密度測定などへの応用について明らかにしていく。1.患者の被ばく線量と診断
難治性固形腫瘍の病態・治療解析モデルとしての高次人工癌組織の開発

癌の浸潤、転移は癌難治性の主な要因のひとつであり、その制御は癌治療の目標でもある。今回の我々の研究目的は、「我々が開発した人工癌組織モデルを発展させ、これを利用して複雑系としてのヒト癌微小環境における病態を解析し、医学研究のための次世代癌研究In vitroモデルを確立すること」である。具体的には、(1)ヒト細胞からなる癌組織、則ち、癌細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞、マクロファージを含み、コラーゲンを中心とした間質と増殖因子で構成される高次の人工組織を構築することであり、さらに、(2)この高次癌組織モデルを用いて、悪性固形腫瘍の生物学的特性発現のメカニズムを経時的・定量的に解析できる方法論を確立し、新たな治療標的因子を検証することである。今回の研究結果は以下に要約される。業績1:以前、ヒト膵癌細胞と線維芽細胞とともに、Type Iコラーゲン中で、低重力下に培養することにより、より長期に三次元組織として観察に耐えうるがん組織類似モデルが作成可能なことを証明するとともに、この膵癌モデルが、抗がん剤や免疫療法薬剤を用いた、がん組織治療モデルとしても有用であることを明らかにした。業績2;我々が樹立したヒト胃癌細胞GCTM-1とヒト線維芽細胞株TIG-20をヒト型Type IコラーゲンとヒトTGF-β1中で共培養することにより、ヒトスキルス胃癌に類似した組織をin vitroで再構築でき、本モデルを用いることによりヒトインターフェロンガンマ(IFN-γ)がTGF-βのSMAD経由の阻害を介して、スキルス癌細胞の浸潤抑制に有用であることを証明した。以上、本研究により、三次元人工がんモデルを作成し、これを用いたより高次のin vitroにおけるがん病態、治療解析モデルとしての有用性を示すことができた。本研究の目的は、人工癌組織モデル作成し、これを利用して複雑系としてのヒト癌微小環境における病態を解析し、医学研究のための次世代癌研究In vitroモデルを確立することである。具体的には、(1)ヒト細胞からなる癌組織、則ち、癌細胞、線維芽細胞を含み、コラーゲンを中心とした間質と増殖因子で構成される高次の人工癌組織を構築し、(2)このモデルを用いて、悪性固形腫瘍の生物学的特性発現のメカニズムを経時的・定量的に解析できる方法論を確立し、新たな治療標的因子を検証することである。第一世代の人工癌モデルであるスキルス胃癌GCTK-1,ヒト線維芽細胞TIGとコラーゲンゲルを用いたモデルでは、TGF-βを作用させることにより癌の浸潤が促進されること、そしてこの浸潤がIFN-γにより抑制されることを見いだし、現在投稿中である(Oncogene Revice中)。このモデルにおいては、TGF-βによる浸潤促進に転写因子smad-3,4の核内移行が関与していることを免疫染色にて確認した。人工癌組織での免疫染色は知る限りにおいては他に報告はない。またこの人工癌組織の培養法に関する研究においては、低重力培養装置(Rotary cell culture system)を用いた癌細胞の三次元培養の有用性についての研究成果について発表した(業績1参照)。現在このモデルにおける癌組織薬剤感受性試験を行っている。

具体的には、(1)ヒト細胞からなる癌組織、則ち、癌細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞、マクロファージを含み、コラーゲンを中心とした間質と増殖因子で構成される高次の人工組織を構築することであり、さらに、(2)この高次癌組織モデルを用いて、悪性固形腫瘍の生物学的特性発現のメカニズムを経時的・定量的に解析できる方法論を確立し、新たな治療標的因子を検証することである。本年度の研究結果は以下に要約される。業績1:以前、ヒト膵癌細胞と線維芽細胞とともに、Type Iコラーゲン中で、低重力下に培養することにより、より長期に三次元組織として観察に耐えうるがん組織類似モデルが作成可能なことを証明し、さらに、この膵癌組織モデルが、抗がん剤や免疫療法薬剤を用いた、がん組織治療モデルとしても有用であることを証明できた。業績2;我々が樹立したヒト胃癌細胞GCTM-1とヒト線維芽細胞株TIG-20をヒト型Type IコラーゲンとヒトTGF-β1中で共培養することにより、ヒトスキルス胃癌に類似した組織をin vitroで再構築でき、本モデルを用いることによりヒトインターフェロンガンマ(IFN-γ)がTGF-βのSMAD経路の阻害を介して、スキルス癌細胞の浸潤抑制に有用であることを証明した。
CIP法及び自然観測法理論を用いた雷放電発生時の地中内電磁環境の調査研究

落雷発生時における地中内電磁環境を明らかにするために,地中内における実際の観測,その信号処理及び数値解析によって研究を遂行した。検討項目を以下に示す。1.計測機器の保守点検作業を行い,連続観測を維持している。-3ヶ月に2回程度の頻度で,地中観測実験システムのメンテナンスを行い,順調に連続観測が実施され,多くの貴重なデータを観測することができた。2.昨年度の観測結果を考慮し,測定レンジ,サンプりング時間を調整,観測を継続。-地上のGPSアンテナは長期観測にも,良好に動作しており,正確に時刻が同期できている。3.CIP法を用いた落雷シミュレーションを行い,本手法の有効性を示した。-伝送線路モデル(大気自由空間中に置かれた移動電流源)をCIP解析に組み込み,従来方法との比較により数値誤差が少ないことを明らかにした。4.CIP法を用いた電磁界シミュレーションの検討として,2次元及び3次元空間において,複数の媒質が存在する場合の媒質問境界条件について検討し報告した。-方向分離法であるCIP法では,各方向の空間微分の境界条件も考慮することが必要であることを確認した。5.観測データに対して,ディジタル信号処理を行い,地上及び地中内で観測された電磁界信号の解析を行った。-地中・地上間の信号の振幅比・位相差などを評価した。その結果,振幅・位相差は大地などの条件(含水率,天候)によりばらつきがあることが明らかになった。現在は,これらの観測結果を考慮したシミュレーションモデルを検討中である。落雷発生時における地中内電磁環境を明らかにするために,数値解析と実際の観測及びその信号処理を用いて以下に示す研究を行った。1.CIP法を用いた電磁界シミュレーションの基礎検討として,大気自由空間中に置かれた線電流によって発生する電磁界の解析を行い報告した。--従来法との比較により,本法の解析結果は,パルス性の信号に対して波形の歪みが小さいことが明らかになった。2.CIP法を用いた電磁界シミュレーションの基礎検討として,複数の媒質が存在する場合の媒質問境界条件について検討し報告した。--媒質境界が存在する場合は,空間微分の境界条件も考慮することで,数値分散の小さい結果が得られることが明らかになった。3.電磁界観測システムとして,地上及び地中内に磁界センサの追加設置を行った。--ループ型アンテナを用いたセンサであり,地上及び地中内に全く同じものを導入した。地上からは減衰の少ないケーブルを用いる。記録装置との接続も問題なく,同時観測を開始するができた。4.電磁界観測システムに高精度のGPS時刻発生装置を新たに導入し,記録されたデータの観測時刻の校正が可能となった。--地上のGPSアンテナとの接続も問題なく,良好に継続的な時刻補正が行われている。5.上記磁界センサ,導入済みの平板電極アンテナ及び記録装置を用いて,電磁界信号の継続的な観測を行った。--観測機器間の接続は良好であり,現在,トリガレベルを調整しながら,継続的に観測しデータの蓄積を行っている。
非平衡非定常現象への統計科学の展開と生体分子の機能発現機構に対するその応用

近年、生体分子の機能発現を研究するため、分子動力学シミュレーションが活発に遂行されている。しかし、機能と関連する生体分子の構造変化は稀な現象であり、さらに生体分子のような大自由度系に関し、分子動力学で得られる大規模時系列データから集団運動を抽出することは大きな課題であり、次元削減における新たな方法が必要である。そのために本研究では、階層的集団運動の抽出に向けたデータマイニングの方法として、近年のデータ解析の手法であるウエーブレット解析・トレンド解析・カーネル法と、非線形物理における不変集合解析を組み合わせ、大自由度モデル系や天然変性タンパク質等に応用し、新たな解析手法を展開した。ウエーブレット変換を用いて階層的時間スケールにおける振動成分やトレンド成分を抽出する方法を開発している。それらの方法では、時々刻々に変動する振動や、非平衡な条件下で誘起される変位を抽出することを目的とする。さらに、このように抽出された振動や変位に対する次元縮約、即ち、それらの運動に関与する集団的自由度を取り出すため、特異値分解やカーネル法を用いた解析手法を開拓している。以上の成果を応用する対象として、アロステリーとの関連で研究されているPDZドメインや、「天然変性タンパク質」等の生体分子を考えている。タンパク質が「天然変性状態」をとるメカニズムとして、Wolynes(UCSD)はfly-casting機構を提唱している。即ち、タンパク質が決まった立体構造を取らないことで、その周囲をより広く探索でき、そのために相方の分子を効率よく見つけられる、という機構である。他方で奈良先端大の片岡幹雄らは、黄色ブドウ球菌の核酸分解酵素(SNase)に対する実験研究で、タンパク質の2次構造の中で動きの大きいループ部分に「デザインされた揺らぎ」が存在する可能性を示唆している。Wolynesのfly-casting機構が、熱雑音を利用した単純な探索を念頭においているのに対して、片岡らの考えは、より系統的な探索の可能性、別の言い方をすれば「非熱的な揺らぎ・運動」の可能性を示しており、この違いを検証できれば、生体分子の機能発現の機構に関して、大きな発見となり得る。本研究では、片岡グループとの議論も行い、データマイニングによる集団運動の抽出と、その相関・因果関係の解析によって、「天然変性タンパク質」の機能発現における「非熱的な揺らぎ・運動」の検出を目指している。本研究の目的は、揺らいでいる環境の下で、生体分子の機能が頑健に発現するメカニズムを解明する方法論の構築である。即ち、外界の揺らぎに抗して、あるいは揺らぎを利用することによって、分子機能が発現する起源を、生体分子の動的な性質に基づいて理解することを目指している。特に、生体分子の動力学には、特徴的な時空間スケールを持つ複数の階層で様々な集団運動が存在し、それらの集団運動は、それぞれの階層において固有のダイナミックスを持つとともに、階層を越えた相互的な関連のもとに挙動していることが予想される。このような様相をとらえるために、本研究では以下の3点を中心的な課題とする。(1)非平衡分子動力学で得られる大規模分子動力学データから、機能と関連する集団運動を抽出するデータマイニングの手法を、時間における階層抽出(ウエーブレット変換など)と空間次元縮約(特異値分解・正準相関解析など)を組み合わせて開拓する。(2)これらの集団運動が相互に、刺激とその応答として挙動する相関や因果関係を解析する統計的因果推論を、カーネル法などを用いた手法で展開する。(3)以上の方法論を、生体分子に対する大規模シミュレーションデータの解析に応用する。対象とする生体分子は、揺らぎ下において構造変化と機能が密接に関係する生体分子(「天然変性タンパク質」を典型とする)である。これら生体分子の時系列データに対する時系列解析によって、揺らぎの中から機能を担う集団運動が形成されていく動力学的過程を解析する。生体分子を代表例とする大自由度力学系に対して、重要な集団自由度を抽出する解析手法を開拓した。非定常な時系列から、時々刻々変化する振動モードを抽出するウェーブレット変換と、情報縮約に用いられる主成分解析・正準相関解析を組み合わせ、変動する集団運動を解析する。これらの手法を、化学反応のミニマルモデル、振動エネルギー移動をモデル化するフェルミ・パスタ・ウラム結合振動子系、生体分子の分子動力学データに応用した。化学反応のミニマルモデルとフェルミ・パスタ・ウラム振動子系では、振動子間のエネルギー移動を解析する手法により、非定常なエネルギー移動の変化点を特定できる可能性を明かにした。より本格的な反応過程への応用は今後の課題である。生体分子の分子動力学データに対しては、個々のアミノ酸残基の振動運動の相関を解析することにより、タンパク質において複数の2次構造が関与する集団運動の存在を示した。この集団運動はアロステリック効果とも関係する可能性があり、生体分子の機能発現など、生命現象において重要な過程を明かにする方向を示している。ここまでは振動運動を中心とする解析であるが、振動運動のみならず、減衰運動や増大する過程に対しても、これらの手法を拡張する手法の開拓が望まれる。これらは今後の課題である。

そのために本研究では、階層的集団運動の抽出に向けたデータマイニングの方法として、近年のデータ解析の手法であるウエーブレット解析・トレンド解析・カーネル法と、非線形物理における不変集合解析を組み合わせ、大自由度モデル系や天然変性タンパク質等に応用し、新たな解析手法を展開した。研究課題(1)に関しては、ウエーブレット変換と主成分解析(PCA)を組み合わせた時系列解析の新手法として、ウエーブレットPCAを開拓し、モデル系の解析で有効性を検証している。モデル系としては、エネルギー等分配が破れることが知られ、非線形物理学の観点から興味を持たれているFermi・Pasta・Ulam(FPU)結合振動子系と、タンパク質分子の粗視化モデルである弾性振動子ネットワーク系(Elastic Network Model)である。研究課題(2)に関しては、統計科学におけるカーネル法を実際に応用する際に重要となる二つの問題、カーネル選択問題と原像問題に取り組んでいる。ウエーブレットPCAとカーネル法のいずれの手法において、「解析の結果得られる基底をどのように解釈するのか」という問題が現われる。この問題は、先端的な手法の応用に際して、普遍的に直面せざるを得ない課題であり、新たなアイデアが必要である。研究課題(3)に関しては、「天然変性タンパク質」の一種であるDNA分解酵素SNaseの時系列解析に取り組んでいる。さらに、構造変化と分子機能の関連でアロステリーに注目している。アロステリーとは、生体分子において、機能を果たす部位から離れた個所の構造変化が、分子機能の調節機能を持つ現象を指している。神経伝達において重要とされるPDZドメインは、比較的固いとされるタンパク質でありながら、アロステリー効果を示す生体分子として興味を持たれている。このPDZドメインの時系列解析も行っている。非線形非平衡物理学研究課題(1)に関しては、2次の相関を利用したウエーブレットPCAを拡張し、高次相関を利用する手法の開拓を行う。モデル系の解析において見えてきた問題に、時系列の非定常性を自動的に検出する手法の開発がある。揺らぎの統計的性質が急激に変化する時点を検出し、急激な変化を引き起こす自由度の特定を行う手法を目指す。これらの手法を、Fermi・Pasta・Ulam(FPU)結合振動子系と弾性振動子ネットワーク系(Elastic Network Model)に適用し、その有効性を検証する。研究課題(2)に関しては、特にカーネル原像問題のアルゴリズムを実装することを中心的な課題とする。カーネルの選択に際しても、原像問題に有効な方法があることが重要となるからである。原像問題のアルゴリズムを、多次元空間において揺らいだ成分を持つ多様体抽出に応用し、その有効性を検証するとともに、モデル力学系における法双曲的不変多様体の抽出に応用する。「解析の結果得られる基底をどのように解釈するのか」という問題に関しても、基底の変化が生じる自由度の特定を行うことで、「既に知られた基底」から「まだ知られざる基底」への変化を解析する手がかりを得る方法を開拓する。
伝達波形のパターン解析を用いたコンクリートのレオロジー特性に関する研究

本研究は横波超音波を用いてフレッシュから硬化後に到るまでのコンクリートの諸物性を評価する方法,即ちコンクリートの全材齢力学モデルの確立を目的としている。得られた成果を以下に示す。1.粘弾性ねじり要素を用いて有限要素解析を行い,出力波形や伝播速度等,実験で得られた超音波の伝播性状を精度良く再現出来た。またフレッシュ時から硬化後までのコンクリートの各材齢に応じてモデル分割の大きさを変えることにより,精度の良い出力波形が得られること,即ち各材齢における最適なモデル寸法が存在することを示し,その経時変化を算定した。2.粗骨材が伝達波形に及ぼす影響に関して,出力波形のパワースペクトルにより検討を行った結果,粗骨材最大寸法が伝達波形に与える影響を定量化することにより,粗骨材の分離の検出など建築施工現場レベルで応用できることを示した。また,各測定材齢における最適周波数について確率密度スペクトルにより検討を行い,各材齢で測定に用いる周波数の最適値を算定した。これにより実験的に得られた最適周波数を定量的に検証できた。3.タイムスケールに依存しない物質常数を有する慣性粘弾性レオロジーモデルを用いて,各周波数領域におけるモデルの挙動を解析し,これと測定結果とを比較することにより,コンクリートの全材齢力学モデルの確立に関する検討を行った。その結果,コンクリートの各材齢において,測定周波数に依存しない,即ち変形速度に依存しないせん断弾性係数及びせん断粘性係数等の物性常数が算定できることを示した。また逆に物質常数自体にタイムスケール依存性が無くともモデルの特性として依存性が生じていることを明らかにした。得られた結果を用いることにより,クリープのような長期的なタイムスケールで生じる現象から,衝撃力等を受けた場合の動的挙動のように短いタイムスケールで生じる現象まで,一つの力学モデルでコンクリートの挙動が評価できる可能性を示した。申請者等は,平成7年度において横波超音波によるコンクリート試験体の測定及び硬化コンクリートを想定した解析モデルを用いて以下のような知見を得た.1)フレッシュコンクリートの動的せん断弾性係数より,極く若材齢時の圧縮強度の推定が可能であり,動的せん断粘性係数を用いることでさらに精度のよい推定が可能であることが明らかになった.2)フレッシュモルタルのフロー試験の結果から,動的な荷重と動的せん断粘性係数との関係を検討し,コンクリートの流動性の評価に関して動的せん断粘性係数を含めた評価が可能であることを明らかにした.3)1次元粘弾性ねじりモデルにより,波動の伝播が確認され横波伝播速度と動的せん断弾性係数の間の弾性体の理論式(1)により整合性が確認された.ここにG':動的せん断弾性係数(kgf/m^2)V_S:横波伝播速度(m/s)4)コンクリート中での波動の減衰は伝播距離に対してe関数的に減衰するが,これを比例減衰によって表すことが可能であることが確認された.5)2次元粘弾性ねじりモデルを用いることにより,波動の伝播の3次元的な評価が可能となりコンクリート内部での超音波の広がりが確認され,測定対象物の大きさおよび測定位置による伝達波形の違いなども考慮することが可能であることが確認された.本研究は横波超音波を用いてフレッシュから硬化後に到るまでのコンクリートの諸物性を評価する方法,即ちコンクリートの全材齢力学モデルの確立を目的としている。本年度は,有限要素法を用いてコンクリート中を伝播する超音波伝播性状を再現し,また伝達波形のパターン解析により各種コンクリートの物理性状を把握することを試みた。

1.粘弾性ねじり要素を用いて有限要素解析を行い,出力波形や伝播速度等,実験で得られた超音波の伝播性状を精度良く再現出来た。またフレッシュ時から硬化後までのコンクリートの各材齢に応じてモデル分割の大きさを変えることにより,精度の良い出力波形が得られること,即ち各材齢における最適なモデル寸法が存在することを示し,その経時変化を算定した。2.慣性要素を有する動的粘弾性モデルを用いて応答解析を行い,コンクリートの各材齢において,測定周波数に依存しない,即ち変形速度に依存しないせん断弾性係数及びせん断粘性係数等の物質定数が算定できることを示した。得られた定数を用いることにより,クリープのような長期的なタイムスケールで生じる現象から,衝撃力等を受けた場合の動的挙動のように短いタイムスケールで生じる現象まで,一つの力学モデルでコンクリートの挙動が評価できる可能性があることを示した。3.実験により測定された横波超音波伝達波形に関して,確率密度スペクトルやフーリエスペクトル等のスペクトル解析を行い,各材齢で測定に用いる周波数の最適値を算定して昨年度までに実験的に得ていた最適周波数を検証した。
動物細胞由来のHTLV-Iの高い感染性の解析およびウイルス感染における糖鎖の役割

3.ネコ細胞株由来のHTLV-Iは末端αガラクトシル基に結合するレクチン(BS-IB4)で強く感染阻害された。また、ヒトおよびネコ細胞株由来のHTLV-Iはガラクトシル基に結合するレクチン(ECA)で感染阻害された。ウシ白血病ウイルスはこれらのレクチンで感染阻害されなかった。4.ネコ細胞株由来のHTLV-Iを、末端αガラクトシル基を切断する酵素(αガラクトシダーゼ)で処理すると感染性の低下が認められた。また、末端シアル酸残基を切断する酵素(シアリダーゼ)で処理すると、逆に感染性の上昇が認められた。5.ヒト細胞株から3種類のガラクトース結合レクチン(ガレクチン1、3および9)遺伝子をクローニングし、発現ベクターpMX-puroに導入した。次に、これらの遺伝子を、HTLV-I非感受性マウス細胞株(Ba-F3)に導入し、安定発現細胞株(Ba-F3/GAL1、Ba-F3/GAL3、Ba-F3/GAL9)の作製に成功した。ガレクチン1を導入したBa-F3細胞株に、ネコ細胞株由来のHTLV-Iを感染させた所、HTLV-Iに対する感受性は影響されなかった。現在、ガレクチン3および9遺伝子を導入したBa-F3細胞株でのHTLV-Iに対する感受性の変化を調べている。3.ネコ細胞株由来のHTLV-Iは、末端αガラクトシル基に結合するレクチン(BS-IB4)で強く感染阻害され、また、ネコおよびヒト細胞株由来のHTLV-Iは、末端ガラクトシル基に結合するレクチン(ECA)で感染阻害された。4.ヒト細胞株およびネコ細胞株由来のHTLV-Iを、末端ガラクトシル基を切断する酵素(αガラクトシダーゼ、βガラクトシダーゼ)で処理すると感染性の低下が認められた。5・ブタ細胞株よりクローニングした、αガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子を発現ベクターpcDNA3-neoおよびpMX-puroに導入した。次に、αガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子をHTLV-Iが持続感染したヒト細胞株(HOS/HTLV-I_<SI-5>)に導入して安定発現細胞株の作成に成功した。