hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微生物を利用するバイオマシニングの基礎的研究

本研究は従来の加工法の中には全く存在していない生物学的加工法、すなわちバクテリアを使って金属を加工する「バイオマシニング」の基礎的実験を行なうことを目的としている。そのためにまずバクテリア・リーチングで利用されている独立栄養細菌の一種であるチオバチルスフェロオキシダンスの培養液を使って金属の加工実験を行なった結果、基本的にバイオマシニングが可能であることを明らかにした。しかし昨年度は、加工中にpHが増加して細菌の活動を阻害するために、加工の進行が妨げられるという現象が見られた。本年度は、まずこの点を改善するために実験装置の改良を行ない、良好な結果を得た。すなわち昨年度の実験では、加工実験中に培養液が減少したので、本年度は加工槽を大きくするとともに、培養液の蒸発を防ぐ覆いを取り付けた。さらに、加工パターンをフォトリソグラフィの技術を使って工作物上に付けることにした。その結果、加工中のpHの増加はなくなるとともに加工速度は飛躍的に増加した。現在、加工速度は純鉄で14μm/hr、純銅で20μm/hr程度であり、しかもほぼ加工時間に比例するという状態を実現することができている。さらに、この加工法におよぼす電界の影響を調べた結果、0.5V程度の電圧をかけることによって、陽極側の加工量がほぼ2倍に増加することが確認された。これを「電解バイオマシニング」と命名した。電解バイオマシニングでは、電気条件のコントロールによっても、加工量をコントロールすることができるので、実用上極めて有利である。なお磁界の影響についても検討したが、今回の実験範囲ではその影響は見られなかった。以上の実験によって、微生物を利用して金属を加工することが可能であり、しかも加工時間や電気条件のコントロールによって加工量が制御できることが明らかとなったので、実用化に向けて今後の研究の発展が期待される。現在、加工技術の分野において実用化されているのは物理的加工法と化学的加工法であり、生物的加工法とみなされるものはまだ実用になっていない。しかし近年バイオテクノロジの発展はめざましく、各方面でその可能性が検討されている。もしミクロンオ-ダの微小な微生物に所定の位置に所定の量の加工を行なわせることができるならば、究極のマイクロマシニング用ツ-ルとして活用することも可能になると考えられる。本研究は、バクテリアリ-チングとして鉄、銅、ウラン等の抽出に適用が検討されている鉄酸化細菌を用いて金属の除去加工を行なおうとするものであり、ここではこれをバイオマシニングと名付けた。本研究で用いた細菌は、無機物を酸化してエルネギを獲得し、二酸化炭素を同化して生きている独立栄養細菌の一種で、Thiobacillus ferrooxidansと呼ばれる鉄酸化細菌である。この細菌はその大きさが(12)x(0.51)μmの短桿菌で、おもに鉱山の廃水などの酸性の液中に成育しており、ATCCには現在7種類が登録されている。本実験ではそのうち13598、13661、33020の3種類を用いた。本年度はこの細菌の培養方法を確立するとともに、若干の金属加工実験を行なった。培養は、9K培地を用いて28°Cで1週間振盪することにより、約10^8個/mLの細菌を含む加工液を得ることができた。加工実験は各種加工液と工作物を用いて溝を加工し、経過時間と溝深さとの関係を求めた。その結果純鉄は、150時間の振盪によって250300μm、純銅は100時間の振盪によって4060μm程度の加工量が得られることが明らかとなった。

しかし加工中にpHが上昇して細菌の活動を阻害するために、加工の進行が妨げられるという現象が見られたので、今後この点に対する検討を行う予定である。本研究は微生物を使って金属を加工する「バイオマシニング」の基礎的実験を行なうことを目的としている。昨年度は、独立栄養細菌の一種であるチオバチルスフェロオキシダンスの培養液を使って、基本的にバイオマシニングが可能であることを明らかにした。しかし加工中にpHが増加して細菌の活動を阻害するために、加工の進行が妨げられるという現象が見られた。本年度は、まずこの点を改善するために実験装置の改良を行ない、良好な結果を得た。すなわち昨年度の実験では、加工実験中に培養液が減少したので、本年度は加工槽を大きくするとともに、培養液の蒸発を妨ぐ覆いを取り付けた。さらに、加工パターンをフォトリソグラフィの技術を使って工作物上に付けることにした。その結果、加工中のpHの増加はなくなるとともに加工速度は飛躍的に増加した。現在、加工速度は純鉄で14μm/hr、純銅で20μm/hr程度であり、しかもほぼ加工時間に比例するという状態を実現することができている。さらに、この加工法におよぼす電界の影響を調べた結果、0.5V程度の電圧をかけることによって、陽極側の加工量がほぼ2倍に増加することが確認された。これを「電解バイオマシニング」と命名した。電解バイオマシニングでは、電気条件のコントロールによっても、加工量をコントロールすることができるので、実用上極めて有利である。なお磁界の影響についても検討したが、今回の実験範囲ではその影響は見られなかった。以上の実験によって、微生物を利用して金属を加工することが可能であり、しかも加工時間や電気条件のコントロールによって加工量が制御できることが明らかとなったので、実用化に向けて今後の研究の発展が期待される。
クーイ語の文法の記述

平成20年度は、クーイ語の動詞を中心とした表現についての分析と報告を行った。具体的には、東南アジアの諸言語においてよく見られる動詞連続を取り上げ、クーイ語の動詞連続の分析を試みた。研究の手法としては、研究者の内省及びこれまでの現地調査において収集してきた音声資料の分析を行い、その結果に基づく研究を行った。この研究結果については、平成20年5月にタイクーイ語の動詞連続について口頭発表を行った。平成20年8月には、同じ大学で開催されたThe International Conference on Language,Literary Works and Culture in ASEAN:Diversity in theUnityにおいて、クーイ語の移動動詞に関しての口頭発表を行った。年度末には、クーイ語の付属語及び自立語の共起関係について注目し、クーイ語の語類を分類する方法についての検討を行った。更なる研究業績として、平成19年9月に中国のハルビンの黒竜江大学で開催されたThe 40th International Conference on Sino-Tibetan Languages&Linguisticsにおいて口頭発表を行ったクーイ語の照応表現の研究内容が出版向けに選考されたため、平成20年12月に出版向け原稿を送付済みである。また、平成20年5月にタイのチュラロンコン大学で口頭発表を行ったクーイ語の動詞連続の内容に関しては、2009年に学会の論文集として出版された。更に、平成20年8月にタイのチュラロンコン大学で口頭発表を行ったクーイ語の移動動詞に関する研究内容は、出版向けに投稿し、現在査読中である。平成19年度は、クーイ語の文法の記述に関する研究項目の中より、特にクーイ語の名詞を中心とした表現についての分析と報告を行い、更にクーイ語の動詞を中心とした表現についての分析を開始した。具体的には、年度の前半までにおいては、クーイ語の名詞を中心とした表現についての研究を行った。ここでは、まず名詞句構造についての研究を進めた。研究の手法としては、研究者の内省及びこれまでに収集してきていた音声資料の分析を行い、その結果に基づいた研究を行った。この研究結果については、東京外国語大学の出版物、太田(2007)として発表すると共に、平成19年8・9月にアメリカのメリーランド大学で行われた東南アジアの言語学研究の国際学会The 17th Annual Conference of the Southeast Asian Linguistics Societyにおいて口頭発表を行い、この学会誌に掲載される予定である。年度の後半以降においては、クーイ語の動詞を中心とした表現についての分析を開始した。その中でも、まず動詞連続に注目して研究内容として取り上げた。具体的には、研究者の内省による分析を平成19年夏頃より開始し、東京外国語大学における合同ゼミで発表を行った。その後平成20年3月には現地調査を3週間程行い、他のクーイ語の母語話者へのインタビュー調査によって、詳細な内容についての確認作業を行ってきた。現在、これらの調査内容の分析を進めている途中である。
非可換類体論と志村多様体

非可換類体論の研究を幾何的視点を含む多方面から行っている。リジッド幾何学の基礎付けについては加藤と共にO. Gabber (IHES)を交えた国際共同研究が発展した。この共同研究により、(非ネーター性を許す)可換環の完備化について新たな知見を得た。結果として以前得られていた枠組みを若干広げた部分で基礎が確立することになり、より柔軟な道具を提供することが可能となった。また,リジッド幾何学には類似の理論としてR. Huberのadic spaceの理論、V. BerkovichのBerkovich spaceの理論があるが、三つの理論の関係が極めて明快な形で説明することができるようになった。非可換類体論ではガロア表現の変形理論(Galois deformation theory)を直接数論に応用する、という先行研究にない新たな知見が得られている。研究代表者は以前より総実代数体に対する二次拡大の相対類数の奇素数pによる非可除性(indivisibility)をその最初の例として取り上げて来たが、応用上十分な一般性を以て解決した。分担者である高井はこの様な二次拡大の数を具体的に下から評価する研究をしており、有理数体のGalois拡大でpが大の時、評価を得た。志村多様体のp-進的研究にはジッド幾何学が重要であることか世界的に認識されてきている.研究代表者は以前からこの視点を持ちリジッド幾何学の基礎を継続して研究してきた.以前の科学研究費補助金(リジッド幾何学とその数論への応用,平成17年度-20年度)のおかげで基礎研究が進んだが,著者(加藤文元氏(京都大学理学研究科)との共著)としての公表に向けでさらに今年度さらに進展があった.リジッド幾何学で必要な可換環論の基礎は藤原,加藤にO.Gabber(IHES)も加わってさらに拡張され,より使いやすい条件になった.この部分は環論的に興味があると考えられるため,プレプリントにまとめた(仮題"On Hausdorff completions of commutative rings in rigid geometry",公表準備中).より具体的には,形式スキームが定義イデアルの外でネーター的(かつその上に有限生成なものも同じ性質をもつと仮定)をすると十分であり,多くの関手性をもつ非常に良いものとなる.従来想定されていたものより広い範囲での基礎付けに非常に有効な結果である.この枠組みは志村多様体や,ガロア表現の固有多様体を考察するには十分であるが,志村多様体の無限被覆多様体で条件に当てはまらないものがある(L.FargueによるDrinfeld上半空間とLubin-Tateモジュライ空間の関係).この場合はBanach環の構造に着目することが必要であるが,このように単なる抽象論として枠組みを作るのではなく,現れる例に注目して研究が進められるのもこの研究計画の特徴的な部分である.今年度は主として保型形式の整数論への応用について研究を行った.pを奇素数とし,固定した総実代数体上のCM二次拡大で相対類数がpで割れないもの(相対類数の非可除性)とガロア表現の変形環に関係があることを研究代表者が発見していたが,他の志村多様体に関連した代数群の場合に同様の問題を考察した(上記非可除性は二次線形群の場合に相当している).CRM(スペイン,バルセロナ)でガロア表現と保型形式についてのspecial yearが行われていた.研究代表者は6月に一ヶ月ほど招待され,研究交流を行った.特に,非可除性と変形環との関係について研究発表を行った.また相対類数の非可除性については,別のアプローチとしてCM二次拡大の数を下からboundする方法が(有理数体の場合に)Skinner-Onoにより知られていた.総実代数体に拡張する場合はHilbertモジュラー形式について様々な基礎研究を行う必要がある.今年度,高井勇輝(名古屋大学)によりSturmの定理の拡張が示され,Skinner-Onoの結果の一般化も可能になってきているので,今後高井との研究体制を強化していきたい.前年の報告の通り,志村多様体のp-進的研究にはリジッド幾何学が重要であることが世界的に認識されてきている.

研究代表者はリジッド幾何学の基礎付けも視野に入れて研究しているが,加藤文元(京都大学),O.Gabber(IHES)との共同研究として前年度にまとめたプレプリントを論文として公表した.HesselholtとGeisserは正標数でのWitt複体とモチーフについての研究を行っている.今年度は志村多様体を支える基礎理論としてp-進解析幾何学の基礎を再構成した.高さ1の付値体上では,Tate, Raynaud,藤原-加藤などによる解析空間の良い概念がある.一方,Berkovichによる解析空間は対象が若干増えており,同値なものを与えない.本研究期間中では,この二つの関係を明確にすることに主眼を置いた.Berkovichのアプローチでは最初に局所コンパクトな位相空間を与え,「貼り合わせ」によって解析空間を定義するが,その際に開集合に沿って貼ることはできず,コンパクト部分集合を使うという困難がある.そこで,加藤文元氏との共同研究でBerkovichの解析空間の定義を簡易化し,特殊な局所位相環付き空間として定義し,Berkovichの定義との関連を明確にした.また,より広い解析空間の概念を得る事も可能である.以上の結果も新しいものであるが,これらの結果を得る際に位相空間に対する様々な新しい概念を導入した.例えば,局所コンパクト空間に対する付値の概念など,従来にない新しいものである.以上の成果は最終校正中である「Foundations of rigid geometry」の一部として公表する予定である.なお,上記研究の一部は京都大学数理解析研究所に長期研究員として滞在中に行われている._今年度はGalois deformation theoryの応用の研究を行った.Galois deformation theoryは従来modularity conjectureなどLanglands対応を確立するために使われてきたものであるが,筆者はより直接の数論への応用があるはずである,という視点から研究を行って来た.これについては総実代数体に対する相対類数の素数pによる非加除性(indivisibility)をその最初の例として取り上げて来た.応用上, pがその代数体で分岐している場合を含めることが重要となるが,その場合を含めた結果を得,プレプリント「Indivisibility of relative class numbers for quadratic extensions of totally real fields」を準備中である.分担者である高井はこの様な二次拡大の数を具体的に下から評価する研究をしているが,有理数体のGalois拡大になっている場合で, pが大の時,評価を得た.これは既にプレプリントとなっている.今後これらを論文出版の予定である.これ以外にもリジッド幾何学においてBerkovich型の解析空間との関係をStone空間の理論に基づき解析した.これは加藤との共同研究であるが,内容については招待講演を2012 6月に東京で行っている.当研究では数論に対する基礎理論とその応用という視点が重要になっている.今年度は特に基礎理論に対して進展があり,数論的多様体についての理解が深まっている.総体的に見て前進していると判断している.24年度が最終年度であるため、記入しない。
関数解析・偏微分方程式の研究

1.線形問題(1)実解析的方法との関連について,2階偏微分作用素の平方問題の研究を進めた.(2)特異ポテンシャルをもつ2階楕円形偏微分方程式の一意接続定理について新しい結果を得,関連して熱方程式の解の時間後退評価について新知見を得た.一部公表ずみ.(3)共鳴レヴェルの作用素論的方法による研究については,スペクトル凝集に関するA.Orthの理論の一般化と適用範囲の拡大に関する研究を行った。具体的成果は,研究代表者指導の博士論文として結実した.(4)9月からは,月1回のスペクトル理論セミナーを開始し,当研究機関外からも多数の参加を得ている.2.非線形問題非線形楕円型境界値問題の不安定解の数値計算に関してNehariの変分原理に基づいて不安定解を数値的に捕促する方法について,理論的,実際的研究が成果をあげた.成果は近刊予定.3.数値解析関係については,シュレーディンガー方程式の数値計算で有用な種々のTrotter型積公式の導出と誤差評価について,理論面に重点をおいて研究を行った。その成果の一部は公表.また時間を含むシュレーディンガー方程式の陽的解法の一般論についての研究を開始し,Taylor近似の安定性についての新知見を得た.4.逆問題については,Po^^-schel-Trubowitzの方法による摂動された1次元調和振動子の問題の研究を開始し,進展中である.成果発表までは今一歩であるが,究明すベき問題点を紋り込むことが出来た.5.そのほか,関連する研究として,曲線の自交点数の双有理分類理論による研究,5次元レンズ空間の分類に関する研究も進めた。
東アフリカにおける「早すぎる高齢化」とケアの多様性をめぐる学際的研究

本研究課題は日本のアフリカ研究者による初めての高齢者研究であり、かつ、人類学と公衆衛生学・保健学を組み合わせた方法論を採用したため、期間を通じてそのアプローチのあり方について模索を続けた。成果として書籍(編著)を公刊したほか、日本アフリカ学会におけるフォーラムの開催、日本アフリカ学会の学術誌『アフリカ研究』に特集を組んだことがあげられる。検討を通じて、都市部貧困層高齢者の課題、アフリカにおける高齢者イメージの解体、生業基盤によるケアのあり方の違いといった探求課題を整理できたことも成果である。H25年度の主たる活動は国内研究会の開催、および、ケニアにおけるワークショップの開催であった。またケニアおよびスリランカにおいて調査実施の準備と打ち合わせを行った。7月に神戸で開催された研究会では、4年間の研究計画の確認、研究課題と調査課題の確認、アフリカ3ヶ国ならびにスリランカでの調査計画に関する打ち合わせを行った。2014年3月にはケニア共和国クワレ県において国際ワークショップ「Aging in Africa and Asia: Perspective and Prospective from Public Health and Ethnography」を開催し、代表者、分担者ならびに研究協力者の全員が研究発表を行った。この集会にはケニア保健省のNCD担当官にも報告を依頼したほか、クワレ県の保健セクター関係者を招き、日本からの出席者を含め合計18名の参加を得た。このワークショップの主なねらいは以下の4点である。(1)グローバルエイジング問題におけるアフリカの位置づけを確認し、今世紀中に到来するアフリカ社会の高齢化を見越した問題意識の共有をはかること、(2)ケニアにおける人口高齢化および非感染症の現状を確認し、クワレ地域において計画されている高齢者調査の具体化につなげること、(3)ケニア、エチオピア、ウガンダの各地における民族誌的報告を行うことにより、東アフリカ地域における高齢者の生活とケアに関する文化的多様性への認識を深めること、(4)日本における高齢者ケアと介護福祉政策に関する議論をケニアの保健セクターとの間で交わすことにより、アフリカにおける政策課題の検討の手がかりを得ること。国際ワークショップの成果をもとに、各分担者はH26年度より個別の調査課題に取り組むことになるが、同時にHDSS(人口動態サーベイランス)のデータを活用したケニアにおける高齢者調査の具体化にも取り組む予定である。平成26年度は、7月に国内研究会を開催し前年度の成果の報告と今後の調査に関する打ち合わせを行う一方、研究分担者および研究協力者はそれぞれのフィールドにおいて現地調査を実施した。研究代表者(増田)は研究動向ならびに現在のアフリカにおける高齢者政策の概要を文献により調査したほか、ケニアおよびエチオピアに渡航し、今後の調査計画について現地期間と打ち合わせを行った。またケニア保健省エイジング担当者を日本に招き研究交流を実施した。増田、山本、野口は筑波大学グローバルエイジングセンターにおけるシンポジウムに参加した。山本はザンビア国首都ルサカ市の低所得者居住区であるチャワマ地区(人口9万人)において現地調査を企画し、行政機関(首都保健局・生活福祉局)、地域住民組織の代表らと意見交換を行ったほか、現地の高齢者16人に聞き取り調査を行った。野村はスリランカ南東部の津波被災地区において、津波被災後のPTSD(外傷後ストレス障害)、PTGI(外傷後成長)、認知症について、それぞれ簡易評価尺度を用いてプレテストを行った。波佐間はウガンダ北東部カラモジャ地域の牧畜民ドドス社会において、高齢女性の社会的役割を参与観察した。田川はエチオピア南部オロミア州ボラナ行政区において、現地で地方行政府と国際NGOがそれぞれに取り組んでいる村落部における老人に対する援助プロジェクトについての調査を行った。宮本は、エチオピア南西部、オモ川流域のバンナ社会において、生活環境の地誌的記述のための予備的調査を行った。宮地は現地調査のための文献研究を実施し、また高齢者の生活を量的に測るための運動習慣測定器(ライフコーダ)による予備的調査を国内で実施した。研究協力者の野口は、エチオピア南西部アリの農村において、近くに血縁関係を近くにもたない高齢者世帯と高齢寡婦に着目し、かれらの生活実践状況に関する聞き取りや語りの収集をおこなった。平成27年度は二度の国内会議を実施したほか、分担者がそれぞれのフィールドにおいて調査活動に従事した。渡航したフィールドはケニア、エチオピア、ウガンダ、ザンビアである。また比較対象としてのアジア地域の検討も行った。2015年5月には日本アフリカ学会において高齢者をテーマとするフォーラムを開催した。増田はケニア南東部において農村の高齢者の生活と健康状態に関する予備調査を実施したほか、民間研究機関との意見交換を行った。またエチオピアでは首都アディスアベバにおいて、高齢者支援を行う国際NGOおよびローカルNGOを訪問し聞き取り調査を実施した。山本はザンビア国ルサカ市において「都市部で高齢者を支える共助」を課題とし、支援活動を行っているCBOのリーダーらとワークショプを実施した。波佐間はウガンダの難民居住地において高齢者ケアのグローバル化の推進装置としての国際緊急人道支援との接点で高齢の「ケア化」が進展していることを明らかにした。宮地は文献研究、ならびにケニア西部のキシイ県、海岸部のクワレ県を対象とし、高齢女性に対するケアの現状に関する聞き取り調査を行った。田川はエチオピア南部オロミア州ボラナゾーンにおいて牧畜民社会ボラナの老人のケアについての調査を行った。老人のケアの様態にはジェンターにおける差異があり、男性に対しては妻によるケアが重要であるのに対して、女性に対しては孫や子ども世帯によるケアが重要であることが明らかになった。宮本は南アジア地域の高齢化問題とアフリカ北東地域の高齢化問題の共通性・異質性に関する問題群を精査するため、大陸間の広域比較研究の予備統計調査を実施した。

野村は津波被災地であるスリランカ南西部において、高齢者の生活習慣と健康状態に関する調査を行った。また、スリランカ国内および日本国内のスリランカ医師に研究協力を依頼した。研究代表者および分担者は、おおむね予定通りの調査を実施している。プロジェクト全体としては、当初計画していたケニア海岸地方における調査活動を、治安状況を理由として縮小させているが、計画全体を滞らせるものではない。研究活動全体を通じて、(1)都市部、農耕地域、牧畜地域のそれぞれのケアを成立させる社会的要件が異なること、(2)東アフリカ各国において近年、人口高齢化への対応準備が始まりつつあること、(3)高齢者支援に特化したNGOや介護施設への関心がいまだに弱いこと、(4)経済状況や親族構造に応じて高齢者の社会的布置が異なり、それに応じた多元的な制度設計が必要とされる一方、在来の社会システムから学ぶべき点への配慮が欠かせないこと等が明らかになっている。平成28年度(最終年度)は、こうした知見を踏まえて、エチオピアにおいて国際研究集会を開催し、調査活動そのものの発展へとつなげたい。【概要】平成28年度の活動は現地調査の実施、論文の発表、学会での研究発表などであった。増田、波佐間、山本は日本アフリカ学会の『アフリカ研究』90号において「アフリカの人口高齢化:西暦2100年を見据えた調査と政策策定へ向けて」と題する特集を組み寄稿した。この特集にはメンバーのほか野村眞理子(京都大学)と林玲子(国立社会保障・人口問題研究所)が論考を寄せた。【現地調査】波佐間と田川はそれぞれウガンダ北東部カラモジャ地域およびエチオピア南部オロミア州の村落部において、男性優位社会における高齢者の生活とケアに関する現地調査を行った。波佐間は女性の老成の過程とケアをめぐる世代間の互酬性モデルの妥当性を検討し、田川は家父長制度とジェンダー規範の相互作用に焦点を当てた。増田はアディスアベバにおいて高齢者支援施設の調査を進め、脆弱な高齢者に対する社会的保護のシステムについて検討した。【比較】山本はザンビアにおいて収集した資料に基づき、CBO(地域住民団体)の役割を、それを媒介にした「共助」の役割について検討を進め、日本の地域社会における制度や経験のアフリカにおける活用可能性を探った。宮本は南アジア地域の山岳地域と日本の高齢化問題を人口移動と過疎化という観点からアフリカと比較検討している。また野村はスリランカ南東部において60歳以上の男女200名を対象に認知症などの健康状況と信仰、占い、伝統医療との関連に焦点を合わせた質問紙調査を進めた。【政策面の調査】
シグナル伝達抑制分子を用いた癌遺伝子導入ヒト細胞のアポトーシスと浸潤能の制御

ヒトHAG-1細胞にシグナル伝達の要である活性型Ras,v-Srcを導入し浸潤能とアポトーシスについて解析した。活性化Srcは浮遊状態におけるアポトーシスを回避させた。この機序はインテグリンと細胞骨格蛋白との間に介在するFocal Adhesion Kinase(FAK)のv-Srcによる恒常性のチロシンリン酸化によることが明らかとなった。srcチロシンリン酸化阻害剤であるハービマイシンAで処理するとFAKのリン酸化の阻害とともにアポトーシスが誘導された。更にFAKのアンチセンスでアポトーシスが誘導されることを確認し、SrcによるFAKのチロシンリン酸化とアノイキス抵抗性に深い関連があることを見出した(J.Cell Biol投稿中)。またアデノウイルスベクターに組み込んだDominant negative RasでRas機能を抑制したところ,Src導入細胞の造腫瘍性が消失したためv-srcによる癌化にはRas機能が必要であることがわかった(J.Cell.Physiol.183 : 221,2000)。この機序をRas下流のsmall GTP蛋白であるRac/Rhoが関与している可能性が示唆されたため、Dominant negative RacでRac機能を抑制したところ、v-srcで癌化したHAG-1細胞の遊走能と浸潤能が抑制され、造腫瘍性も完全に消失した。このためv-srcで誘導される浸潤能におけるRac機能の重要性が初めて示唆された(J Cell Biol投中)。正常上皮細胞が基質への接着を阻止されるとアポトーシスにより細胞死を起こす。この現象はアノイキスとよばれ、癌細胞はアノイキスは起こらないことが特徴であり、これが癌細胞の持つ足場依存性喪失を説明でき、また浸潤や転移に関連していると考えられている。しかしその詳細な機序は不明のままである。我々はヒト細胞のアノイキス抵抗性を解析するため、ヒト上皮細胞であるHAG-1にシグナル伝達の要である活性型Ras,v-Srcを導入し、癌化とアポトーシスについて解析した。この細胞はSrcでのみ癌化し、同時にアノイキスも誘導されなかった。このv-srcによるアノイキス回避の機序を、Src下流のシグナル分化との関連で解析した。v-src導入細胞ではインテグリンと細胞骨格蛋白との間に介在するFocal Adhesion Linase(FAK)の恒常性のチロシンリン酸化がみられ、またsrcチロシンリン酸化阻害剤であるハービマイシンAで処理するとFAKのリン酸化の阻害とともにアノイキスが誘導された。更にFAKのアンチセンスでアノイキスが誘導されることを確認し、SrcによるFAKのチロシンリン酸化とアイノキス抵抗性に深い関連があることを見出した(J.Cell Biol.投稿中)。更にアデノウイルスベクターに組み込んだdominat negative RasでRas機能を抑制するとv-Src導入細胞の造腫瘍性が消失したため、v-srcによる癌化はRas機能が必要であることがわかった(Cancer Res.投稿中)。またRas下流のsmallGTP蛋白であるRacは細胞の形質転換、細胞接着、細胞遊走能、接触阻害の解除などを制御しているので、Racの癌細胞の浸潤、造腫瘍能における役割を変異抑制分子を用いて解析した。アデノウイルスベクターに組み込んだDominant negative RacでRac機能を抑制したところ、v-srcで癌化したHAG-1細胞の遊走能と浸潤性が抑制され、造腫瘍性も完全に消失した。このためv-srcによる癌化におけるRac機能の重要性た初めて示唆された。src下流のphosphatidylinositol-3kinase(Pl-3 kinase)阻害剤であるWortmanninでは浸潤能は軽度の低カのめで、Srcによる浸潤能はPl-3 kinaseよりもRacが深く関与している可能性が示された。ヒト癌細胞の浸潤能とアポトーシスのシグナル伝達を明らかにし、これらのシグナル伝達抑制分子により、浸潤能とアポトーシスを制御することにより癌治療への応用を試みた。ヒトHAG-

1細胞にシグナル伝達の要である活性型Ras,v-Srcを導入し、浸潤能とアポトーシスについて解析した。活性化Srcは浮遊状態におけるアポトーシスを回避させた。この機序はインテグリンと細胞骨格蛋白との間に介在するFocal Adhesion Kinase(FAK)のv-Srcによる恒常性のチロシンリン酸化によることが明らかとなった。srcチロシンリン酸化阻害剤であるハービマイシンAで処理するとFAKのリン酸化の阻害とともにアポトーシスが誘導された。更にFAKのアンチセンスでアノイキスが誘導されることを確認し、SrcによるFAKのチロシンリン酸化とアノイキス抵抗性に深い関連があることを見出した(J.Cell Biol.投稿中)。またアデノウイルスベクターに組み込んだDominant negative RasでRas機能を抑制したところ,Src導入細胞の造腫瘍性が消失したためv-srcによる癌化にはRas機能が必要であることがわかった(J.Cell.Physiol.印刷中)。この機序をRas下流のsmall GTP蛋白であるRac/Rhoが関与している可能性が示唆されたため、アデノウイルスベクターに組み込んだDominant negative RacでRac機能を抑制したところ、v-srcで癌化したHAG-1細胞の遊走能と浸潤能が抑制され、造腫瘍性も完全に消失した。このためv-srcによる癌化におけるRac機能の重要性が初めて示唆された(J.Cell Biol.投稿中)。
離島の課題を高専ものづくりで解決するエンジニアリングデザイン教育の実現

高等専門学校専攻科および本科5年生を対象にしたエンジニアリングデザイン(ED)教育プログラムを開発し,離島という特殊な地域の課題に「ものづくり」で解決を試みるユニークな教育プログラムの実現を目指す.プログラムの特色として,地域貢献,学科混成型のチームによる複合融合型の課題解決,学生と地域との共同作業を基軸とする.具体的な取り組み課題として,学生による提案を受ける他,回収と処分の困難な漂着ごみ問題,豊かな自然やバイオマス資源の活用技術などを複合融合的な工学的アプローチで挑戦する.研究期間において,予備実験とプログラム構築,カリキュラム実践,学修成果向上の検証を行う.高等専門学校専攻科および本科5年生を対象にしたエンジニアリングデザイン(ED)教育プログラムを開発し,離島という特殊な地域の課題に「ものづくり」で解決を試みるユニークな教育プログラムの実現を目指す.プログラムの特色として,地域貢献,学科混成型のチームによる複合融合型の課題解決,学生と地域との共同作業を基軸とする.具体的な取り組み課題として,学生による提案を受ける他,回収と処分の困難な漂着ごみ問題,豊かな自然やバイオマス資源の活用技術などを複合融合的な工学的アプローチで挑戦する.研究期間において,予備実験とプログラム構築,カリキュラム実践,学修成果向上の検証を行う.
多自由度量子系の重ね合わせ状態の特徴付け・生成・操作・検出の理論

多くの自由度を持つ量子系の重ね合わせ状態のうち、特に興味深い状態を解析する理論を発展させた。また、そのような状態を外部からの擾乱から守るための手段として、物理系の自然な(ハミルトニアンによる)時間発展を利用することを提案した。さらに、そのような状態のうち、非平衡状態に着目し、その物理的性質を解明した。特に、外場に対する応答関数の一般論を構築した。まず、マクロに異なる状態の重ね合わせについて、それを我々が開発した方法で可視化することにより、その物理的な特徴を捉えることに成功した。さらに、ハミルトニアン時間発展を外来ノイズから守る新しい方法を提案した(論文投稿済み)。この方法を用いれば、作成が困難である長大で複雑な量子回路を作らなくても、量子ドットなどの二準位系をラフに配置するだけで、エンコードされた時間発展を自然に誘起することができる。そして、我々がerror correction sequenceと名付けた新しい量子エラー訂正プロトコルを用いることにより、外来ノイズから守ることができる。また、多自由度系が非平衡になったら、そもそもどんな状態が出現するのかを調べるために、相互作用する古典多自由度系の解析を行った。多くの場合、量子状態は、古典的な状態のまわりに「量子補正」を入れることで求まるので、まず古典状態を求めることが重要だからだ。その結果、多体相互作用と不純物散乱が共存する系で、長時間相関がどのように現れるかを、初めて明らかに出来た。量子系のハミルトニアン時間発展を外来ノイズから守る新しい方法を提案し、それが、量子ドット系などで、容易に実現できることを示した。従来の方法では、パラメーターの値を正確に制御し、さらにそれを自在にスイッチングする必要があったので、実在の物理系で実現するのはきわめて困難であった。それに対して、我々の方法の著しい特徴は、パラメーターのファイン・チューニングを全く必要としないことである。9つの量子ドットを、「だいたいこんな位置関係になるように」という程度の精度で配置すれば、自然にシュアーコード系になり、論理キューピットが、もとの系の時間発展と等価な時間発展をするようになる、というものである。また、多体量子系の安定性や、外場に対する応答についても進展があり、学会発表を行った。これらは、順次、論文として発表してゆく。まず、論理qubitの物理的な駆動法について、状態準備から訂正操作までを調べた。即ち、論理qubitの時間発展と、それをデコヒーレンスから防ぐための量子エラー訂正操作をqubit間の自然な相互作用で駆動する方法を理論的に解析した。訂正操作には補助qubitが必要で、これらにノイズがある場合でも正しく訂正できるために、補助qubitの状態を適切に準備する必要があり、それもqubit間の自然な相互作用で駆動する。訂正に必要となる補助qubitを全て考慮したので、訂正操作を含めた論理qubitの時間発展の一連の流れを全て解明できた。次に、論理キュービットを駆動する際のジッターの解析を行った。論理qubitを駆動し、同時に量子エラー訂正操作を行うと、特定のタイミングで1 qubitへの特定の操作を行う必要がある。1 qubitへの特定の操作とは、補助qubitを局所測定したり、検知したビットエラーを訂正するためにビットフリップを作用させる等の操作である。これらの操作のタイミングが想定した時刻からずれてしまう(ジッター)場合を考え、どの程度のジッターなら許されるかを解析した。これらの成果については、学会発表を行い、現在、論文を執筆中である。また、強い外場で駆動される非平衡定常状態の、揺らぎや、弱い外場に対する応答関数に、物質の個性に依らない普遍的な性質が潜んでいることを発見した。たとえば、線形応答関数を周波数に関して積分すると、被測定量と外場が結合する量との交換関係で決まる値になる、等である。この成果については、学会発表と論文発表を行った。
流体力学における超計算機適合アルゴリズム

並列型超計算機適合アルゴリズムの研究分野においては。代表者の提案した複数の格子点からなる群に対して、非対称な陰的差分法を適用して得られる連立方程式の係数行列を解析的に反転して陽的差分表示を得る群陽的差分法に対する並列計算機上での性能の評価を62年度に導入した超立方体結合方式の計算機(Ncube4)で、圧縮性流れの各種検定問題に対して試み、4CPUに対してほぼ理論上期待できる最良の加速比が得られることを実証し、その成果を昨年7月米国ウイリアムスバーグで開催された第11回流体力学における数値的方法に関する国際会議において発表した。また、ベクトル型超計算機に適合したアルゴリズムとして既に提案した時間積分法に有理ルンゲ・クッタ法を用いる線の方法を領域分割法と組合せることにより、多数のCPU上で並列計算を可能とする方法の可能性を超立方体結合方式で16CPUのFPS Tー20を用いて検討し、領域分割数と収束に至るまでの反復回数の関係、各領域間のデータの通信負荷の大小の計算効率に及ぼす効果などを調べ、実用的な計算を行なう上での重要な多くの知見を得た。さらに、ベクトル型超計算機では、各分担者が稀薄気体流に対するモンテカルロ法の応用、ロケット型物体や翼まわりの3次元高レイノルズ数流れに対する超計算機コードの効率と信頼性の検討と評価を低速から超音速に至る広い流れ領域に対して行ない、別紙の論文リストに示すように多大の成果を挙げた。
一般化ファジィシステムに対する制御系設計と実システムへの応用

一般化ファジィシステムに対する制御系設計に関しては、多重積分関数を含むリアプノフ関数を用いることで、制御性能と安定性を保証するコスト保証制御則の設計手法を提案した。これまでのマルチプルリアプノフ行列法を拡張し、メンバーシップ関数の導関数を用いる設計条件を取り除くことができ、得られた制御系設計条件は以前のそれよりも緩和された。したがって、この手法により、より広いクラスの非線形システムに対してコスト保証制御則を設計できることが示された。また、離散時間ファジィシステムに対しても、同様な手法により、安定化制御則の設計法を提案した。こちら手法に関してもこれまでの設計法よりもより広いクラスの非線形システムに適用できることが示された。フィルタの設計においては、一般化ファジィシステムの一つであるファジィ双線形システムに対するフィルタの設計手法を提案した。一般的な未知の外乱と任意の外部入力に対するフィルタの設計も行ったことは当初の予定以上の成果であった。さらに、むだ時間を含むファジィシステムに関しては、上記と同様に、多重積分関数を含むリアプノフ・クラソフスキ関数を用いることで、従来までの制御系設計条件を緩和することができた。この手法を、むだ時間を含むファジィシステムの応用的なシステムであるファジィネットワーク制御システムに対する制御系設計も提案した。また、ファジィネットワーク制御システムに関しては、安定化制御則の設計のみならず、外乱抑制を考慮した制御系設計も提案した。上記に示した研究に関してはすべて学会発表、または論文発表を行った。最後に、サンプル値システムに関しては、離散時間システムとむだ時間システムに対する制御系設計を応用することで、ファジィサンプル値システムに対する制御系設計手法を与えることが可能である。これに関しては学会発表や論文発表までには至らなかったが、現在執筆中である。局所的にも非線形システムで表現される一般化ファジィシステムに対して安定化制御則の設計を行った。従来の高木・菅野ファジィシステムは局所的には線形システムを用いていたため、一般的な非線形システムをモデル化するには制約があった。また、モデルが可能であっても、局所的なサブシステムの数が膨大となってしまい、安定性の解析や制御系設計における条件が厳しいものとなることが示されていた。今回、局所的にも非線形システムを用いた一般化ファジィシステムを用いることで、これらの問題を低減することを示すことができた。この一般化ファジィシステムに対して、制御系設計を行った。設計手法として、フィードバック線形化の手法を応用し、局所的な非線形システムをフィードバック制御により擬似線形システムにすることで制御系を設計することを提案した。さらに、従来用いられていた並列分散補償(PDC)をより一般化したNon-PDC型制御則を採用した。また、制御則の導出には閉ループシステムをディスクリプタ形式で表現し、それに対して安定解析を行うことで、制御則を設計する方法を与えた。Non-PDC型制御則とディスクリプタ形式を用いることで冗長な設計パラメータを取り入れた。これらの手法により、制御則の設計条件を大幅に緩和することができた。よって、広いクラスの非線形システムに対する安定化制御系設計が可能となった。さらに、実システムの制御を考えるとすべての状態が観測可能ではないため状態フィードバック制御則は使用できない。そのため、出力フィードバックによる制御系設計手法を与えた。最後に、数値シミュレーションにより、制御系設計理論の有効性を確認した。従来の高木・菅野ファジィシステムによるシステムを拡張し、各サブシステムに一般的な非線形システムを持つファジィシステムに対する制御系設計を行った。この一般化ファジィシステムと呼ばれるより一般的なファジィシステムにより、広いクラスの非線形システムをより厳密に表現できることになった。また、一般化ファジィシステムでは、使用するサブシステムの数を減らせることから、結果的には制御系設計の条件の数も少なくて済み、設計条件も緩和されることになった。これにより、広いクラスの非線形システムに対する制御が可能となった。これまでに、状態フィードバック則の設計とフィルタを用いた出力フィードバック則の設計を行った。従来は並列分散制御器(PDC)を用いた設計手法が主流であったが、新たな制御器として、並列分散制御器を一般化した非線形の制御則(non-PDC)を用いた。それに加え、フィードバック線形化の手法を用いて、一般化ファジィシステムに対する制御器を構成した。さらに、制御系設計の条件を緩和する方策として、ディスクリプタ形式を利用した制御系設計を行った。これらにより、従来よりも理論的によりよい制御系の設計が可能となった。また、システムのパラメータに不確かさが含まれている場合のロバスト制御則設計や、アクチュエータの誤動作の可能性も考えたnon-fragile制御則設計も合わせて行った。システムモデルに関しても、連続時間の高木・菅野ファジィシステムのみならず、離散時間のファジィシステムも上記の制御系の設計を行った。これらの理論的な制御系設計手法の有効性を確認するために、数値的なシミュレーションを行った。既存の結果よりもより広いクラスの非線形システムに対して、制御系設計を行うことが可能であることを確認した。計画していた状態フィードバック則による制御系設計と出力フィードバック則を用いた制御則設計はすでに結果が得られた。また、単なる安定化制御則のみならず、ロバスト制御則や制御性能を考慮したコスト保証制御則の設計もすでに行った。また、確率的な外乱が混入する場合の確率制御系の設計も行った。

コスト保証制御則や確率制御則は、当初はこれらの制御則の設計は予定していなかったが、安定化制御則の制御系設計を拡張する形で制御系設計手法が得られた。さらに、ファジィシステムにおける前件部変数が未知もしくは測定できない場合には、それが既知の場合と比べて、ファジィシステムはより強い非線形性を持つ非線形システムも表現できる。しかし、その場合は制御系設計条件は保守的になる傾向があり、一般的には制御系設計は困難となる。しかしながら、この場合でも制御系設計の手法を提案した。一方、計画していたフィルタの設計に関してはまだ確立していない部分がある。フィルタの設計にも前件部変数の取り扱いにより、設計方法が異なるため、予定していた内容は未完成である。なお、研究計画にあるむだ時間を含む高木・菅野ファジィシステムに対する制御系設計や、サンプル値制御系の設計は今年度と来年度に行う計画であるため、総合的に考えると、これまでに計画していた研究内容はほぼ順調に進んでいると思われる。これまでの研究において、従来のスタンダードな高木・菅野ファジィシステムを拡張し、より広いクラスの非線形システムを表現できる一般化ファジィシステムを提案した。また、その一般化ファジィシステムにより局所的なサブシステムの数も少なくできることを示した。これにより、広いクラスの非線形システムを表現でき、さらにその制御系設計のための設計条件も少なくできることを示した。さらに、新たな制御器として、従来の並列分散制御器(PDC)を拡張したnon-PDC型の制御器を用いた。また、制御器の重み関数として、メンバーシップ関数の積分を用いた。これにより、制御系設計のための設計条件においてはメンバーシップ関数の微分可能性を仮定する必要がなくなった。一般的に、メンバーシップ関数が微分可能とは限らず、多くの場合にメンバーシップ関数として用いられている三角型の関数は微分不可能である。したがって、この制御器により、従来の制御器では不可能であった非線形システムの制御系設計が可能となった。対象システムはシステムパラメータに不確かさを含むシステムとし、アクチュエータの誤動作も考慮したロバスト制御系の設計を行った。さらに、対象システムを、主に大規模ネットワークシステムの制御を念頭に置いて、むだ時間を含む非線形システムに拡張した。ネットワークシステムではセンサーとアクチュエータに遅れが生じる。このような非線形むだ時間システムに対しても、対象のネットワークシステムをファジィむだ時間システムで表現し、上述同様の新たな制御器を提案した。これにより、理論的には制御系設計条件を大幅に緩和することが可能となった。これらの理論的な制御系設計手法の有効性を確認するために、数値的なシミュレーションを行った。既存の結果と比較して。より広いクラスの非線形システムに対する制御系設計が可能であることを確認した。計画していた出力フィードバック則による制御系設計はほぼ終了した。
計算機資源の動的再構成機能を有するベアメタルクラウド構築手法の確立

本研究では、ユーザが記載する計算機資源要求を受け付け、それら資源要求間で有限の計算機資源の調整・スケジューリングを行い、アクセラレータ等の計算機資源を動的に計算ノードに割り付けることで、それぞれの計算機資源要求および性能要求に合致したベアメタルクラウドをオンデマンドに構築・提供する技術を実現する。技術的には、申請者らが開発してきたユーザの資源要求に最適な計算機資源とネットワーク資源を動的に割り当てるジョブ管理フレームワークSDNJMSの資源割当機構を中核技術とし、クラウド管理ツールOpenStackおよびシステムハードウェア仮想化技術ExpEtherを連動させることにより、ユーザの多様なシステム構成要求に応じた動的資源割当を行うベアメタルクラウド構築手法および技術を確立する。このような研究目的に向け、2年目となる平成29年度は、前年度から継続となる「課題1.計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装」に取り組み、後半期から「課題2.ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案」へ移行する。この研究計画に基づき、平成28年度は下記の(b)(b')(c)を推進した。(b)計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装:本フェーズでは、計算機資源要求に基づいた資源割り当てシミュレータの開発を行った。(b')コンテナ仮想技術採用時の技術検証:本フェーズでは、動的再構成機能を有するベアメタルクラウドを構築するに際して、コンテナ仮想技術採用時の技術検証をおこなった。(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案:本フェースでは、ユーザスループット最大化といった観点から、プロセッサ、複数の再構成可能資源をユーザの計算機要求資源に割り当てるスケジューリングアルゴリズムの設計を行なっている。本年度、当初予定では、(b)動的再構成フレームワークの実装を完了し、(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案に移行する計画であった。しかし、コンテナ仮想技術を採用した場合の性能面の技術検証を行う必要性が生じ、(b')コンテナ仮想技術採用時の技術検証、の研究プロセスを急遽実施内容に組み込んだ。そのため、(c)の開始時期にやや遅れが発生している。次年度は、当初予定から本年度および今年度に実施予定の(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案に引き続き取り組むとともに、実環境背の性能評価と有用性・運用性の検証を推し進めていく予定である。技術的には、申請者らが開発してきたユーザの資源要求に最適な計算機資源とネットワーク資源を動的に割り当てるジョブ管理フレームワークSDN-JMSの資源割当機構を中核技術とし、クラウド管理ツールOpenStackおよびシステムハードウェア仮想化技術ExpEtherを連動させることにより、ユーザの多様なシステム構成要求に応じた動的資源割当を行うベアメタルクラウド構築手法および技術を確立する。このような研究目的に向け、初年度となる平成28年度は、本研究を推進していく上での関連研究および関連技術の調査から開始し、後半期より「課題1.計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装」を目的とした研究にシフトする。この研究計画に基づき、平成28年度は下記の(a), (b)を推進した。(a)関連研究・技術調査OpenStack等のクラウド管理ツール、ExpEther等のシステム仮想化技術、PCIに対する動的活線接続の対応技術の状況、OGE(Oracle Grid Engine)等のジョブ管理システムについて調査した。(b)計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装計算機資源要求に基づいた資源割り当てシミュレータの開発を行った。本年度は、(b)計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装を推進する予定であったが、計算資源要求に基づ動的再構成ブレームワークの実装過程において、当初予定していた仮想計算機技術ではスケジューラ技術との親和性が低く、動的再構成可能技術の実用性・有用性が不十分であることが判明した。そのことから、他の仮想技術での検証を行う必要があったことから、追加調査・実装・試作が発生したこともあり、やや遅れ気味と判断した。(b')

コンテナ仮想技術採用時の技術検証:本フェーズでは、動的再構成機能を有するベアメタルクラウドを構築するに際して、コンテナ仮想技術採用時の技術検証をおこなった。(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案:本フェースでは、ユーザスループット最大化といった観点から、プロセッサ、複数の再構成可能資源をユーザの計算機要求資源に割り当てるスケジューリングアルゴリズムの設計を行なっている。本年度、当初予定では、(b)動的再構成フレームワークの実装を完了し、(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案に移行する計画であった。しかし、コンテナ仮想技術を採用した場合の性能面の技術検証を行う必要性が生じ、(b')コンテナ仮想技術採用時の技術検証、の研究プロセスを急遽実施内容に組み込んだ。そのため、(c)の開始時期にやや遅れが発生している。次年度は、本年度実施した「課題1.計算機資源要求に基づく動的再構成フレームワークの設計と実装」を達成すべく、資源要求インタフェースおよび資源要求解析パーサ、スケジューリング機能の実装を行う。次年度は、当初予定から本年度および今年度に実施予定の(c)ユーザ資源要求に基づく計算機資源の多次元スケジューリング手法の考案に引き続き取り組むとともに、実環境背の性能評価と有用性・運用性の検証を推し進めていく予定である。