hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小河川氾濫による社会的被害の構造とその変動に関する実証的研究

今年度は、対象地域の北海道南西部、特に室蘭市及び登別市を中心として、土地利用に関する自然、社会的指標データの収集と整理、医療施設の被害実態分析を行った。その結果、次のような社会的被害要因の実態分析結果が得られた。(1)対象地域の水害発生要因をみると、秋雨前線、台風による集中豪雨等8月から9月に発生するケースが多く、局地的な集中豪雨となっている。その要因は、海成段丘と狭小な沖積地に宅地開発がなされ、このような土地利用高度化の速度に対して、中小河川の整備の遅れと、満潮時の悪条件の複合的原因が中心となっている。(2)災害は、急傾斜地の崩壊と河川の異常流出による低地帯市街地の浸水で発生する場合が多く、下流域の資産、人口の高集積・高集中に対応する治水対策の遅れが目立っている。(3)医療施設の被害としては、4か所あったが、昭和58年9月の集中豪雨の被害としては、登別厚生年金病院で甚大な被害を受けた。当病院は高さ100mの山ろくにあり、裏山が急傾斜地で、幅50m以上にわたって崩壊し、その土砂が病院の1階の外来とレントゲン室と2階の手術室を直撃したが、夜中であったので在院患者がいなかったので人命被害はなかった。しかし、病院の被害は甚大で、二次災害の危険と衛生面より診療継続は困難になり、入院患者は、全道各所の病院に転院した。(4)今後の対策としては、現況計画高水量の見直しを図り、築堤、ポンプ施設、遊水地などの広汎な治水対策が必要であり、土地利用にあたっては、危険度の導入により上・下流一体的な計画も考察することが必要である。さらに、医療施設については、特に水害多発地帯では立地条件を十分に配慮して、医療施設配置を適切に行う必要がある。
自然由来のヒ素を含有し酸性化する掘削土砂の中性化による不溶化処理に関する研究

昨年度までの研究で複数の酸性土を対象に中性化に必要なアルカリ資材の種類や添加量を検討してきた。今年度は実用化に向けて,1適切な添加量の検討,2長期的なpHの評価を中心に検討した。現場で処理を考えると添加量が多すぎても少なすぎても施工性に問題が生じる。また,処理コストは重要なファクターである。さらに,アルカリ資材のアルカリ資材の種類によって中性化に必要な量やpHの変化に要する時間が異なっていた。アルカリ資材を複数混合することで,適切なアルカリ資材添加量でpHの変動が少なくことを期待して配合試験を実施した。炭酸カルシウムとマグネシウム系固化材の混合材(混合比は5:5もしくは7:3)やマグネシウムと製鋼スラグの混合材(混合比は1:9)が効果的であった。さらに,費用面も考慮するとマグネシウムと製鋼スラグの混合材(混合比は1:9)が最も優良だと判断した。中性化した処理土が長期的にも中性を維持できることを確認する必要があるが,多くの条件に対して長期的な試験を実施することは現実的でない。そこで,一部の配合を用いて長期的なpH挙動を把握しながら,促進試験を併用して長期的なpHを短期間で予測する方法を検討した。養生条件を「密閉状態での長期養生」に加え,乾燥と湿潤を繰り返したり,水浸状態で水を繰返し入れ替えたりすることによる劣化促進養生とした。また,試料のpH分析においいては,土懸濁液試験,環境省告示第46号試験,酸性化可能性試験による比較を行った。以上の方法で処理土のpHを検討したところ,試料の養生条件によらず酸性化可能性試験を用いることで長期的なpHを推定することが可能であることを明らかにした。最終的には「自然由来のヒ素を含有し,徐々に酸性化するような土」を中性化することが目的であるが,適切な対象土が入手できていない。堆積泥岩である上総層群泥岩や関門航路の浚渫粘土に硫酸や黄鉄鉱を添加してpH≒3または4の模擬酸性土を作製したうえで,炭酸カルシウム,酸化マグネシウム,苦土石灰,製鋼スラグなどのアルカリ資材を添加して中性化処理土を作製した。中性化処理土のpH上下限値を密閉養生7日後の土懸濁液試験によるpH(H2O)=6,8と設定し,必要なアルカリ資材の添加量を求めた。酸性化に必要な硫酸や黄鉄鉱の添加量が多い土ほど中性化に必要なアルカリ資材の量が多くなった。これは土の緩衝能が影響していると考えられた。この中性化処理土の長期的なpHを確認するために,養生条件を密閉養生(最大1年)と乾湿繰り返し養生の2種類とした試料を準備し,酸性化可能性試験によるpH(H2O2)と土懸濁液試験によるpH(H2O)を測定した。アルカリ資材添加量の基準とした養生7日目の密閉養生試料のpH(H2O)が中性域を示しても、アルカリ資材の添加量が少ない場合には1年間湿潤養生や乾湿繰返し養生した試料のpH(H2O)やpH(H2O2)は酸性側に変化する場合がみられた。1年間湿潤養生した場合には養生期間における土自身の酸性化や黄鉄鉱の酸化・酸性化が影響していると考えられる。乾湿繰り返し養生を行った場合は土の物理的,化学的劣化による細粒化などによる土の表面積が増えたために相対的にアルカリ資材の添加量が不足したためであると考えられる。アルカリ資材自身も周辺の環境によって溶解速度が変わることも推察されたため,さらなる検討が必要である。自然に酸性化する土やヒ素の溶出量が土壌環境基準を超過する土の入手ができていないものの,長期的なpHの評価がある程度できたため。

以上の方法で処理土のpHを検討したところ,試料の養生条件によらず酸性化可能性試験を用いることで長期的なpHを推定することが可能であることを明らかにした。最終的には「自然由来のヒ素を含有し,徐々に酸性化するような土」を中性化することが目的であるが,適切な対象土が入手できていない。自然に酸性化する土を入手し,平成29年度に得られた知見をもとに,継続的なpHの挙動を把握し,適切な中性化処理方法を検討する。すなわち,添加するアルカリ資材の種類や添加量のみならず添加時期についても検討する。自然に酸性化する土が入手できない場合には硫酸や黄鉄鉱の添加を複数回に分け段階的に土を酸性化することで代替する。これらの結果より酸性化物質とアルカリ化物質の収支バランスを検討する。ヒ素の溶出量が土壌環境基準を超過する土を入手し,中性化処理によってヒ素の溶出量を抑制できるかどうかを確認する。ここでも酸性化の進行と添加するアルカリ資材の種類や添加量,添加時期との関連も検討する。中性化処理土を盛土材として適用する場合に必要な力学特性をコーン指数試験,CBR試験,一軸圧縮試験,圧密試験,透水試験などによって評価する。試薬や分析用の消耗品の使用量が予定より少なかったため次年度使用額が生じた。2019年度の消耗品購入に充てる。
分子間相互作用の設計ならびにルイス酸塩基活性種による動的立体化学制御

研究代表者である丸岡啓二は、「キレート型ホウ素活性種による動的立体化学制御」の研究に取り組み、先例のないキレート型5配位ホウ素性種の存在を検出するとともに、光学活性二点配位型チタン触媒を各種のカルボニル化合物とのキレート形成による立体化学制御に基づいた高いエナンチオ選択性の獲得に向けて合理的な新規不斉合成反応プロセスを案出した。また、分担者である香月勗は、「分子間相互作用の設計と立体制御」に関して、生体反応場を規範とする新しい反応場を構築すると共に分子間相互作用の動的側面を詳細に検討して各種反応の立体化学制御を達成した。金政修司は、「遮蔽基の配座制御に基づく効率的不斉触媒の創製」に取り組み、キラルルイス酸触媒下での強配位性求核剤のエナンチオ選択的共役付加反応を開発した。桑野良一は、「フレキシブルな不斉反応場を持つ新規不斉触媒による触媒的不斉反応の開発」研究で、今までの不斉触媒の設計の常識に反し、フレキシブルな置換基を導入した、新しいタイプの不斉触媒の設計・合成を行ない、新たな選択性の発現に成功するとともに、光学活性ビスホスフィンTRAP-塩化白金錯体の溶液中での挙動について考察した。三上幸一は、「異種金属錯体触媒間の相剰作用の設計と動的立体化学制御」の面から新しい触媒系の創製、触媒と基質との相互作用の動的挙動の解明を研究テーマとして新しい動的立体化学制御法を達成した。笹井宏明は、「動的立体化学制御による多機能触媒の創製と応用」研究で、希土類/アルカリ金属、或いは銅/アミン触媒を含む多機能型の複合酸塩基金属錯体を調製し、それらを用いる強磁場中での動的立体化学制御の検討を行なった。研究代表者である丸岡啓二は、「キレート型ルイス酸活性種による動的立体化学制御」の研究に取り組み、先例のないキレート型5配位典型金属活性種の存在を検出するとともに、二点配位型有機金属分子を各種のカルボニル化合物とのキレート形成による立体化学制御に基づいた高い選択性の獲得に向けて合理的な新規合成反応プロセスを案出した。また、分担者である香月勗は、「分子間相互作用の設計と立体制御」に関して、生体反応場を規範とする新しい反応場を構築すると共に分子間相互作用の動的側面を検討して、C-H結合の反応の立体化学制御を達成した。金政修司は、「遮蔽基の配座制御に基づく効率的不斉触媒の創製」に取り組み、基質分子と触媒分子の接近、結合形成の遷移状態構造、触媒からの生成物の脱離過程を考察して触媒設計し、触媒作用を発現し物理・化学的堅牢性を持つ有用触媒を開発した。桑野良一は、「フレキシブルな不斉反応場を持つ新規不斉触媒による触媒的不斉反応の開発」研究で、今までの不斉触媒の設計の常識に反し、不斉反応場を直接形成する置換基としてフレキシブルな置換基を導入した、全く新しいタイプの不斉触媒の設計・合成を行った。三上幸一は、「異種金属錯体触媒間の相剰作用の設計と動的立体化学制御」の面から新しいコンセプトに基づく触媒系の創製、触媒と基質との相互作用の動的挙動の解明、および外部分子による制御を研究テーマとして新しい動的立体化学制御法を確立した。笹井宏明は、「動的立体化学制御による多機能触媒の創製と応用」研究で、希土類/アルカリ金属を含む多機能型の複合酸塩基金属錯体を調製し、それらを用いる動的立体化学制御の検討と立体選択的ニトロアルドール反応を開発した。

研究代表者である丸岡啓二は、「キレート型ホウ素活性種による動的立体化学制御」の研究に取り組み、先例のないキレート型5配位ホウ素性種の存在を検出するとともに、光学活性二点配位型チタン触媒を各種のカルボニル化合物とのキレート形成による立体化学制御に基づいた高いエナンチオ選択性の獲得に向けて合理的な新規不斉合成反応プロセスを案出した。また、分担者である香月勗は、「分子間相互作用の設計と立体制御」に関して、生体反応場を規範とする新しい反応場を構築すると共に分子間相互作用の動的側面を詳細に検討して各種反応の立体化学制御を達成した。金政修司は、「遮蔽基の配座制御に基づく効率的不斉触媒の創製」に取り組み、反応分子と触媒の接近、結合形成の遷移状態構造などを考察して触媒設計し、物理・化学的堅牢性を持つ有用触媒を幾つか開発した。桑野良一は、「フレキシブルな不斉反応場を持つ新規不斉触媒による触媒的不斉反応の開発」研究で、今までの不斉触媒の設計の常識に反し、フレキシブルな置換基を導入した、新しいタイプの不斉触媒の設計・合成を行ない、新たな選択性の発現に成功した。三上幸一は、「異種金属錯体触媒間の相剰作用の設計と動的立体化学制御」の面から新しい触媒系の創製、触媒と基質との相互作用の動的挙動の解明を研究テーマとして新しい動的立体化学制御法を達成した。笹井宏明は、「動的立体化学制御による多機能触媒の創製と応用」研究で、希土類/アルカリ金属を含む多機能型の複合酸塩基金属錯体を調製し、それらを用いる強磁場中での動的立体化学制御の検討を行なった。研究代表者である丸岡啓二は、「キレート型ホウ素活性種による動的立体化学制御」の研究に取り組み、三フッ化ホウ素・エーテル錯体を用いるキレート型5配位ホウ素性種の存在を実験的に証明するとともに、光学活性二点配位型チタン、ジルコニウム触媒を各種のカルボニル化合物とのキレート形成による立体化学制御に基づいた高いエナンチオ選択性の獲得に向けて合理的な新規不斉合成反応プロセスを案出した。また、分担者である香月勗は、「分子間相互作用の設計と立体制御」に関して、サレン-ルテニウム錯体を用いる不斉合成を開発し、この触媒が光照射下でルイス酸性を示す事を見い出し、不斉シクロプロパン化反応における立体化学制御を達成した。金政修司は、「遮蔽基の配座制御に基づく効率的不斉触媒の創製」に取り組み、反応分子と触媒の接近、結合形成の遷移状態構造などを考察して触媒設計し、物理・化学的堅牢性を持つ光学活性ビスオキサゾリン配位子を有する不斉触媒を幾つか開発した。桑野良一は、「フレキシブルな不斉反応場を持つ新規不斉触媒による触媒的不斉反応の開発」研究で、今までの不斉触媒の設計の常識に反し、フレキシブルな置換基を導入した光学活性ビスホスフィンTRAPを用い、新しいタイプの不斉白金触媒の設計・合成を行ない、新たな選択性の発現に成功した。三上幸一は、「異種金属錯体触媒間の相剰作用の設計と動的立体化学制御」の面から新しい触媒系の創製、触媒と基質との相互作用の動的挙動の解明を研究テーマとして新しいキラル触媒をデザインした。笹井宏明は、「動的立体化学制御による多機能触媒の創製と応用」研究で、銅/アミン錯体を調製し、それらを用いる強磁場中での動的立体化学制御の検討を行なった。
幾何ソフト内蔵グラフ電卓を用いた、高校数学におけるベクトル分野の教材開発

研究のねらい現在の高校生に対し、数学の学力養成は重要な課題である。ここでは、特に生徒が理解に困難を感じるベクトルについて幾何ソフトを用いた教材の開発を試みた。研究方法概念の発達をたどり、自然にベクトルを理解できるようにベクトル・微分的考えが自然的な現象の解明に鮮やかに用いられた歴史的なニュートンの「プリンキピア」、そしてそれを初等的な幾何を用いて解説したファインマンの「Lost Lecture」をもとに、幾何ソフトを活用した教材を作成した。それを、本校の数学倶楽部、市民講座の受講生の方に講義し、内容を改善を図った。研究の内容・成果まず、ベクトルの合成・分解、運動の記述の前提である慣性の法則の直感的理解のため、ガリレイの放物運動の研究を出発点とした。ガリレイは、慣性の法則をはっきりとうち立て、速度がベクトルとして合成・分解できるということを示した。これを幾何ソフトで視覚的に示した。ここから、ケプラーの三法則から万有引力め法則・惑星の運行の解明の過程をたどり、ベクトル的考え方・運動の解析における微分的考え方の有用性が実感できるよう構成を考えた。「面積速度一定の法則」は慣性の法則と三角形の等積変形・「運動の第二法則」とベクトルの合成から導ける。ベクトルや力学は高校生にとって理解するのが難しいのであるがこ幾何ソフトを用いることで、理解が容易になったようである。さらに、速度の変化をベクトルの差で表し、「ケプラーの第三法則」から引力が距離の二乗に反比例すること(万有引力の性質)も示すことができ、これもまたベクトル概念・微分的な考え方の正当性の「demonstration」となっており、生徒の理解を強力に後押ししたようである。最後の、万有引力による惑星の軌道が太陽を焦点とする楕円軌道を描くことは、まだ生徒に授業実践できていないが、日本数学教育学会全国大会では、発表予定である。
チロシン水酸化酵素の機能発現の新たな制御機構の解明と神経疾患治療法

中脳黒質ドパミン神経変性疾患であるパーキンソン病の新規治療法の開発を目指し、本研究では、私たちが発見したドパミン合成酵素チロシン水酸化酵素(TH)の機能発現を増大させる新規制御因子V-1に着目して、V-1によるTHの制御機構を精査した。その結果、V-1、これに結合する細胞骨格制御因子CapZ_2、および未熟な細胞の増殖・分化を制御するpref-1/DLK1の発現を抑えると、THの転写活性が抑制され、さらにTHタンパク質レベルの低下が認められた。また、V-1とCapZ_2の発現を抑えるとpref-1/DLK1の発現が低下した。つまり、V-1によるTH遺伝子発現制御には細胞骨格制御因子CapZを介したpref-1/DLK1依存的なメカニズムが関与することを初めて突き止めた。副腎髄質褐色細胞腫由来のPC12D細胞におけるV-1によるチロシン水酸化酵素(TH)の機能発現制御メカニズムの解明PC12D細胞にV-1 siRNA(5 nM)をトランスフェクションし、6日間培養してV-1をノックダウンした結果、Western blot法でTHタンパク質発現の減少が観察された。また、マウス骨髄間質細胞由来の前駆脂肪細胞であるMC3T3-G2/PA6細胞において、V-1がnotchシグナリングにおいてnotchリガンドとして機能し脂肪細胞分化抑制因子として働く分泌タンパク質の遺伝子発現調節機構においてpositive regulatorをとして働き、MEK/ERK依存的シグナル伝達を促進する活性を持つことをV-1レトロウイルスを用いたgain of functionの実験およびV-1 siRNAを用いたloss of functionの実験で証明した。さらに、この分泌タンパク質は副腎髄質およびPC12D細胞などで発現することを免疫組織学的解析、Western blot法およびRT-PCR法で確認した。そこでいこの分泌タンパク質の5nMのsiRNAをPC12D細胞にトランスフェクションし、6日間培養してノックダウンした結果、THタンパク質の発現レベルの低下が観察された。これらの所見はV-1がnotchシグナリングを仲介してTHの遺伝子発現を促進性に制御している可能性を示唆する。現在、PC12D細胞におけるV-1レトロウイルスを用いたgain of functionの実験およびV-1 siRNAを用いたloss of functionの実験で得られた細胞より回収したリン酸化タンパク質の解析準備中である。高齢化社会を迎え、パーキンソン病(PD)の治療法の開発が強く待望されている。そこで、本研究では、私たちが発見した新しいチロシン水酸化酵素(TH)の機能発現の制御因子として働くV-1に着目して、それによるTHの機能発現の新しい制御機構の解明と本タンパク質の生理機能に関する新しいアイデアを基盤とするPDの治療法の開発を目指す。本年度は、notchシグナリングにおいてnotchリガンドとして機能し中脳黒質ドパミン神経細胞や脂肪細胞の分化制御因子として働くことが報告されている細胞膜結合理および分泌型のdelta-like protein 1(dlk1)/pref1の遺伝子発現制御にV-1が関与することを、in vitroのカテコラミン産生細胞系であるラット副腎褐色細胞腫由来のPC12D細胞でV-1、CapZβ、およびPref-1/DLK1の各siRNAで処置してノックダウン実験を行い、新たに発見した。すなわち、(1)V-1がその結合タンパク質のF-アクチン結合タンパク質CapZαβと協同でTHタンパク質の発現を促進性に調節すること、(2)PC12D細胞でV-1がdlk1/pref1の遺伝子発現を促進性に調節し、しかもdlk1/pref1分子がTHの遺伝子発現の正の調節因子と機能することを突き止めた。(3)生細胞でV-1がCapZαβに結合し、CapZαβのキャッピング活性を抑制することによりアクチンの重合を実際に促進することを捉えることに成功した。中脳黒質ドパミン神経変性疾患であるパーキンソン病の新規治療法の開発を目指し、本研究では、私たちが発見したドパミン合成酵素チロシン水酸化酵素(TH)の機能発現の新規制御因子Wに着目して、V-1によるTHの制御機構を精査した結果、下記の注目すべき研究成果を得ることに成功した。(1)細胞骨格制御因子であるCapZはアクチン線維の一方の末端(プラス端)に結合してその線維末端へのアクチンモノマーの付加を阻害するタンパク質である。他方、アンキリンリピート・タンパク質であるV-1は、副腎褐色細胞腫由来細胞において、そのリピート配列を介してCapZに結合してそのアクチン結合部位をマスクする。これにより、CaZはアクチン線維末端に結合できなくなる。その結果、細胞内にはCapZフリーのアクチン線維の量が増え、アクチンモノマーが付加され易くなり、アクチン線維形成が促進される。

2010年私たちはこのようなV.1の作用メカニズムを世界で初めて解明し、その成果を論文として発表した(PLoS Biology 8(7) : e1000416,2010)。(2)V-1、CapZβ_2および、幹細胞や前駆細胞などの未熟な細胞の自己再生および増殖・分化を制御するpref-1/DLK1のノックダウンのTH転写レベルへの影響を検討するため、これらの各siRNAとラットTH遺伝子の転写開始点から上流9kbpのプロモーター領域を持つレポーター遺伝子pTH-Lucをコトランスフェクションして、48時間後Lucの活性を測定した。その結果、V-1、CapZβ_2およびpref-1/DLK1のノックダウンによりTH転写活性は顕著に抑制された。さらに、ノックダウンによるTHタンパク質レベルの低下が認められた。つまり、V-1によるTH遺伝子発現制御にはCapZ依存的なメカニズムが存在すること、これにはpref-1/DLK1が関与することを突き止めた。V-1トランスジェニックマウスではTHタンパク質レベルが上昇することから、これはV-1/CapZ複合体によるTH遺伝子発現調節機構、すなわち細胞骨格制御因子によるドパミン合成酵素THの転写制御に関わる新たな生体内調節機構の存在を示す有力な証拠となる。
地球科学現象におけるエントロピー生成率の変動特性の研究

流体系での熱と運動量の輸送に伴うエントロピーの生成率を,運動方程式とエネルギー方程式に基づいて研究した。その結果,流体系の安定性を支配する無次元数が臨界値より小さい場合は,エントロピー生成率が最小の状態が定常状態として実現されるが,臨界値より大きくなると非線形移流項が拡散項より大きくなり,エントロピー生成率が最大の定常状態が実現されることが分かった。また,地球科学現象の例として,熱帯低気圧と地球大気の熱対流の強度と熱輸送特性を熱力学的に研究した。その結果,熱帯低気圧や熱対流の強度とその変動特性が,対流運動に伴うエントロピー生成率が最大になる条件から説明できることが分かった。本年度は,外界からのエネルギーや物質の供給により平衡から離れた状態を維持する非平衡系の統計的な性質を,理論及び数値モデルを使って研究した。特に,流体系内部での熱や運動量の移流や拡散によりエントロピー生成率がどの様に変化するかに注目して研究を行った。研究の結果,線形的な拡散過程が支配的な流体系の場合,エントロピー生成率が時間と共に減少し,最終的な定常状態でエントロピー生成率が最小(MinEP)の状態に収束する。しかし,非線形的な移流項が線形的な拡散項よりも大きい場合,エントロピー生成率が時間と共に増加し,エントロピー生成率が最大(MaxEP)の状態が実現されうる事がわかった。これらの結果は,非平衡系の定常状態には2つの異なる状態があり,線形的な領域ではMinEPの状態が実現されるが,非線形的な領域ではMaxEPの状態が実現される可能性を示している。また,地球や他の惑星の大気中での乱流熱輸送に伴うエントロピー生成率を,数値モデルを用いて研究した。その結果,エントロピー生成率が最大(MaxEP)の状態に対応する熱輸送率や温度の分布が,地球と金星そしてタイタンで観測される大気の状態と非常に近いことがわかった。この結果は,MaxEPの状態が地球を含む惑星の大気の定常的な状態に実現されている可能性を示している。これらの成果の一部は,2013年7月にイタリアで開催された国際学会において招待講演の中で発表され注目を集めた(学会発表)。また,3編の学術論文を執筆し,学会の論文集とドイツSpringer社から出版された書籍の中の2つの章として発表した(発表論文及び図書)。本年度の研究実績は以下の通りである。・流体の運動方程式とエネルギー方程式を用いて,エントロピー生成率の変動特性の時間変動解析を行った。その結果,流体の状態が力学的に安定で外からの擾乱が減衰する流体系の場合,エントロピー生成率が時間と共に減少して最小値に収束する。しかし,流体の状態が力学的に不安定で擾乱が発達する流体系の場合,エントロピー生成率が時間と共に増加する事が示された。・非平衡状態の流体系で対流運動が自発的に組織化される自然現象の例として,熱帯低気圧の発生と発達の過程を熱力学的に研究した。解析の結果,海面水温が300K以上で半径が50km以上の熱帯低気圧は,正のフィードバックを伴う運動エネルギーの増加により13日で急速に発達して定常状態に達すること,そして定常状態でのエネルギーの変換効率は,不可逆的な熱輸送に伴うエントロピー生成により,カルノーの最大効率と比べて約40%小さいことがわかった。これらの結果は,太平洋で観測された台風の発生と頻度の統計分布や強度と海面水温の観測値とよく整合することが示された。一連の結果は,15頁の英文論文に纏められ,スウェーデンの国際学術誌Tellus Aに投稿受理され印刷となった(出版論文参照)。・乱流状態の流体の定常的な流れの状態を熱力学的な視点から考察した。特に,経験的に知られている流量と運動量の輸送率を,エントロピー生成率が最大になる条件から推定する方法の検討を行った。本年度は,昨年度に引き続き,地球科学分野での非平衡散逸現象の典型的な例として熱帯低気圧(台風)に注目し,その生成と発達の仕組みを研究した。熱帯低気圧の運動エネルギーの生成過程とその散逸過程を考慮したエネルギー収支モデルを用いて解析を行った結果,熱帯低気圧は同じ温度境界条件の下で2つの異なる定常状態(静止状態と動的定常状態)が実現可能であることが解った。この内,静止状態は力学的に可能だが外からの擾乱に対して不安定で,擾乱を加えると動的定常状態に変化すること,そして動的定常状態は外からの擾乱に対して安定であることが示された。この結果は,エントロピー生成率がより大きい動的定常状態が外からの擾乱に対してより安定であるという非線形非平衡系に対して提案されている統計的性質(エントロピー生成最大説)と整合する。また,エネルギー収支モデルに基づき,熱帯低気圧の定常状態での到達可能強度(最大可能強度)を海面水温の分布から推定する方法を開発した。この方法を用いて,過去から現在そして将来の海面水温の変化に伴い,太平洋上の熱帯低気圧(台風)の発生域とその最大可能強度の分布がどう変化するかを調べた。その結果,台風の最大可能強度は,1990年代に顕著に増加していること,そして将来の海面水温の上昇(温暖化)に伴い台風の最大可能強度は増加するが,必ずしも日本付近での台風の強度の増加につながらない可能性が示された。

これらの結果の一部は,国際学術誌上に投稿され,論文が受理され印刷になった。本年度は,昨年度に引き続き,地球科学分野での非平衡散逸現象の典型的な例として,熱帯地方の高温海水上に発達する熱帯低気圧に焦点をあて,その生成と発達の仕組みを研究した。熱帯低気圧は,これまで主に力学的な視点から大循環モデルを使って研究されてきたが,熱力学的な視点から運動エネルギーの生成率とその散逸率を考慮したエネルギー収支モデルを使ってその挙動を調べ,安定性とエントロピー生成率の関係を調べた研究は本研究が最初である。またエネルギー収支モデルを用いて,太平洋上の熱帯低気圧(台風)の最大可能強度の推定を行い,地球の気候変化に対して台風の最大可能強度やその分布がどう変化するかについて新しい知見を得ることができた。この結果は,将来の気候の変化に伴う台風の強度の変化やその対策を考える上でも重要である。これらのことから,本年度は,おおむね順調に研究が進展していると判断した。本年度は,主に以下の2つの研究を行った。高温の海水面と低温の大気上層の温度差の下で発達する熱帯低気圧(台風)の形成機構と経路の特徴を熱力学的に研究した。その結果,熱帯低気圧は,海面水温が27°C以上の場合,2-3日で急速の発達する事,そして定常状態での強度と中心気圧は,循環運動に伴うエネルギー散逸率(エントロピー生成率)が最大になる条件から説明できることが分かった。また,過去20年間の北太平洋の熱帯低気圧の経路を解析した結果,熱帯低気圧は平均的に見て,3-4hPa中心気圧が低くエネルギー散逸率の大きい経路を通る傾向があることが分かった。これらの結果から,熱帯低気圧は高温の海水面と上空の温度差に駆動される循環運動であること,そしてその強度と経路の特徴が熱力学的な散逸率の観点からある程度まで説明できることが分かった。また,太陽の短波放射による地表の加熱と,長波放射による大気上層からの冷却の下で発達する大気中の熱対流とその熱輸送過程を熱力学的に研究した。その結果,対流熱輸送に伴うエントロピー生成率が最大になる条件から推定される熱輸送率と温度分布が,観測結果と良く合う事が分かった。また,放射による地表の加熱率が変化した時の地表温度の応答を,同じ条件から推定した所,推定された応答が観測結果や数値モデルシミュレーションの結果と良く合うことが分かった。これらの結果は,大気中の熱対流とその変動特性が,エントロピー生成率が最大になる傾向から理解できる可能性を示している。以上の成果の一部は,ドイツとオランダで開催された国際ワークショップで発表された。流体系での熱と運動量の輸送に伴うエントロピーの生成率を,運動方程式とエネルギー方程式に基づいて研究した。その結果,流体系の安定性を支配する無次元数が臨界値より小さい場合は,エントロピー生成率が最小の状態が定常状態として実現されるが,臨界値より大きくなると非線形移流項が拡散項より大きくなり,エントロピー生成率が最大の定常状態が実現されることが分かった。また,地球科学現象の例として,熱帯低気圧と地球大気の熱対流の強度と熱輸送特性を熱力学的に研究した。その結果,熱帯低気圧や熱対流の強度とその変動特性が,対流運動に伴うエントロピー生成率が最大になる条件から説明できることが分かった。これまでの研究から,非平衡状態の流体系におけるエントロピー生成率の変動特性が,境界条件の違いに応じた特徴的な性質を示すことがわかってきた。
社会システムの樣相性に注目したビジネスプロセスの設計方法論

ローカルな利益追求が逆にグローバルな衰退をもたらす社会現象の発生を説明する一つのキーワードは「社会システムの様相性」である。本研究は、社会システムとの相互作用を無視できない好適な対象としてビジネスプロセスをとりあげ、その様相性に注目した設計方法論の構築を目指した。4年間の研究成果を以下にまとめる。[基礎理論(theory)]対象とする系には、それを規定するダイナミクスが「因果関係」ではなくむしろ系外との「バランス」にあるという特徴がある。そこで研究当初から、生態(エコロジカル)システムに見られる知見の導入を試み、「秩序化/脱秩序化」などの相補的な図式で捉えられる現象発生メカニズムを構想した上で、最終年度までには対象系を絞ってそのメカニズムを活用する方策を示した。[デザイン支援手法の確立(method)]設計支援システムという一つの計算機アプリケーションとして実装するまでには至らなかったが、E-businessにおいて離散的・分権的な各セクターが、時間様相と義務様相を媒介としたインタラクションを引き起こす場合を対象として、隠されたコンフリクトの発見とその解消をする方法を提案した。[実践(practice)]ビジネスプロセスの定義として「人-モノ-環境の相互作用を無視できない系」を採用すれば、その相互作用を顕在化するフィールドの一つとして、インクルーシブデザインWSが好適である。我々はこのWSを月例で開催し、オーガナイザ集団という小規模な社会、WS参加者集団という中規模な社会、デザイン結果のユーザをも取り込んだ規模の社会が、WS開催という活動を媒介として形成される様子を、実践的に検証した。現在はその結果をまとめている段階であり、来年度中に報告する予定である。「可能である」などの様相はシステムの不確定性に関連するものであり、できるだけ排除して「ある・ない」の二値論的な取り扱いをするほうが一般のシステム構築では望ましいとされる。これに対して本研究は、本来様相性を備えその排除が不可能な対象である社会システムに注目し、新規ビジネスモデルが投入された際の社会システムの変容をビジネス設計段階から考慮に入れる方法論の構築を目的とする。研究立ち上げの平成16年度におげる成果は、以下のようにまとめられる。まず、社会システムの変容などは多分に文脈依存、状況依存的であり、トップダウンに作り込んだモデルによってそれらを全て予測することは不可能である。そこで本研究で採用したのは社会システムを構成するローカルなセクタをまず定めるというボトムアップ的アプローチである。ここで各セクタをエージェントと捉えれば近年のエージェント技術の援用が期待できる。そこで、異なる文化を持つエージェントの変容を「学習」に見立てたシミュレーションを実施し、その結果を国際会議で報告した。また、社会システムの状況依存性の背後には様々な事物が緊密に複雑な連関をしていることに注目し、従来から自然システムにおけるこのような複雑な連関を正面から取り扱っている生態学とのアナロジーに注目するアプローチを研究計画に採用しているが、その一環としてこのような視点から環境を捉える生態心理学の知見を用い、社会システムの中の構成要素である技術システムに注目し、技術継承のプロセスの枠組みを策定し、研究を行った。一方、社会システムの一部として人工物を介した設計者と使用者とのつながりに注目し、人工物と使用者があたかも「会話」をしているような関係を形成させる人工物設計方法論を提案し、学術雑誌にて報告した。これは、研究計画にも述べた「応用事例の増強によるプロセス表現モデルの精緻化」の一つである。「ある・ない」の二値的取扱いをする方が、「可能・必然」「義務・許可」などの様相を導入する場合よりも、一般のシステム構築には望ましい。しかしそのような理想的な対象系は限られたものであり、一般には様相が本質的でありそれを排除しては対象系のモデル化が本来不可能な場合が多い。

本研究ではそのような対象系としてビジネスプロセスに注目し、新規ビジネスモデルが投入された場合の社会システムの変容を考慮した上でビジネスモデルを設計する方法論の策定を目的としている。研究二年目の平成17年度における研究成果を以下にまとめる。まず、社会システムの変容は多分に文脈依存・状況依存であり、トップダウンに作りこんだモデルによってそれらを全て予見することは不可能である。そこで、社会システムを構成する各セクタをまず定めるというボトムアップなアプローチを本研究では採用している。ただしここで、各セクタに想定し得る全ての文脈を与えその各々での挙動をトップダウンに定めることは、本末転倒であり、現実的に不可能でもある。したがって必然的に、セクタという「個」に情報を与えるのではなく、個と個のつながりが重要な役割を担う。すなわち、「要素分割」とその「最適化」という、一般のシステム理論では疑うことも無く盲従されるアプローチを採用することができないという本質的問題が発生する。これに対して、より本質的な「時間」概念の再考から始めて新たなシステム論のベースを構築し、ヒューマンインタフェース学会誌で発表した。一方、そのような研究全体に横断的にかかわる基礎理論に対して、社会システムの一部を切り出し、それぞれにおいて、個ではなくその「つながり」を表すネットワークから知見を得る方策も検討し、その一部を学術雑誌で報告した。たとえば、webを介した人と人のつながり、ケアの場面における看護師と患者のつながり、経営技術移転における師弟のつながり、美術工芸作品を介した作者と鑑賞者のつながり、などである。ローカルな利益追求が逆にグローバルな衰退をもたらす社会現象の発生を説明する一つのキーワードは"社会システムの様相性"である。本研究は、社会システムとの相互作用を無視できない好適な対象として「ビジネスプロセス」をとりあげ、社会システムの様相性に注目したビジネスプロセス設計方法論の構築と、その実証実験を目的としている。研究三年目の平成18年度における研究成果を以下にまとめる。まず本研究では社会システムに含まれる各セクターがどのような状態集合を達成できるかを、様相論理における可能世界の可達性として取り扱うことを試みた。これによって、全ての可能な事象を予め想定するというトップダウンなアプローチではなく、各セクターをまず定めるというボトムアップな方法を実現した。本成果は国際ジャーナルに発表された.事例調査から抽出した社会システム特有の様相性を拡張ペトリネットに翻訳する16・17年度に開発した方法に加え,どのような種類の特殊アークを導入することでこの社会システム特有の様相性を網羅的に記述できるかを検討した。
カンキツbrown spot病菌の病原性決定因子(AC毒素)と宿主識別機構

感受性カンキツ(ラフレモン)におけるACR毒素の第1次作用点はミトコンドリア(Mt)にある。今回は単離Mtの呼吸活性に対する本毒素の作用を検討した。外生NADH駆動の呼吸系に毒素(1μg/ml)を添加すると呼吸調節能の失活を引起し、【O_2】消費が脱共役的に促進された。またph計を用いてMt膜の微小【H^+】変化を測定すると、感受性Mtに毒素を処理した場合だけ膜電位障害が生じた。一方、リンゴ酸基質の場合は、毒素添加により【O_2】消費の著しい抑制がみられた。この毒素処理で抑制された酸素消費は、NADの添加により再び増大した。また、Mt内在のNADの漏出を測定した結果、感受性Mtだけに毒素処理によるNAD漏出量の増大が認められた。これより、本毒素は、ラフレモンの細胞内Mtに、Mt膜電位障害を伴う脱共役およびTCA回路の補酵素NADの漏出という2つの効果を及ぼすことが明らかとなった。感受性ラフレモンのACR毒素処理葉組織からは電解質の異常漏出も観察され、Mtへの毒素作用が原形質膜の透過機能障害を誘起するものと考えられている。このような電解質の異常漏出は光照射下(2300lux)で著しく抑制され、壊死斑形成も阻止された。しかし、単離Mtの呼吸に対する毒素の効果は光に全く影響されなかった。光による毒素作用の抑制効果は、毒素処理後3時間以上の暗期が続くと消失した。また、暗下および明下で腐生性Alternariaの胞子を毒素とともに感受性葉にスプレー接種すると、暗下では誘発された菌の感染が、明下では抑制された。以上の結果から、ACR毒素の第1次作用点であるMt呼吸における毒素作用は光に影響されないが、その後の原形質膜機能障害過程に3時間以上の暗期が必要であること、また、菌の感染成立には膜機能障害が重要であることが示唆された。なお、ACT毒素群については毒素の純化問題と予備的生理実験で終ったが、本研究の主要な研究目的はほぼ達成できたものと考えられる。
建国期朝鮮半島における国語科教科書研究-民族主義と国家主義の対立をめぐって

本研究「建国期朝鮮半島における国語科教科書研究-民族主義と国家主義の対立をめぐって-」は、建国期(19451958年)大韓民国(以下、韓国)・朝鮮民主主義人民共和国(以下、北朝鮮)における国語科が、どのような価値体系とナショナル・アイデンティティを構築したかについて考察する。なお、第2次世界大戦後、朝鮮半島の諸国と同様、連合軍による占領・軍政期の経験を持つ日本・ドイツとの比較検証を行うことで、具体的には、冷戦時代下各国における教科書をめぐる「民族主義」、「国家主義」といったイデオロギーの対立に注目し、戦後初期国語科における言語教育とナショナル・アイデンティティの諸問題を明確にさせることを目的とする。【平成22年度】の成果は、以下のとおりである。i.建国期朝鮮半島の国語科の場合、一種類の国定教科書であったために、19451958年までの中等学校国語科(それぞれ24冊と12冊)すべてを分析対象とし収集した。資料は、マイクロフィルムの紙焼きと現物・LizadTechDjvu Fileでの閲覧とした(韓国教育開発院図書館、韓国教科書博物館の図書室)。ii.日本の場合、戦後初期の「広域採択以前の上位10社の発行部数」(中村紀久二、前掲報告書、1997)により、上位6社である東京書籍、学校図書、二葉、三省堂、光村図書、教育出版の教科書を収集した。iiドイツの場合、ゲオルク・エッカート国際教科書研究所附属教科書図書館において、中等教育の『Deutsch』を収集した。【平成23年度】には、北朝鮮の戦後初期における教育史に関する資料を収集した。本研究の実績(成果)は、以下のようである。主に、建国期韓国における国語科の特徴である。解放直後の南朝鮮では、米軍政庁の管轄下に置かれたため、様々な改革が行われたが、とりわけ、教育再建は重要な課題であった。教科書の開発や制作に関しては、朝鮮語学会に委託するようになる。米軍政庁の依頼を受けた朝鮮語学会は、国語学者及び教育関係者で「教材編纂委員会」を構成し、解放後初の中等国語科教科書である朝鮮語学会編著の『中等国語教本』(上・中・下)などの国語科教材を発行する。この『中等国語教本』は、1948年の建国前後に存在した左右対立という混乱した状況の中で、左右作家のテキストがともに掲載された点からは評価できる。しかし、日本帝国の朝鮮総督府編の『中等学校朝鮮語及漢文読本』と重複する教材も数多く、植民地朝鮮時代における帝国主義の原理をそのまま継承し、「国民精神涵養」という目標で国家イデオロギーを直接的に反映しているなど、植民地朝鮮時代から解放後にわたる「連続性」の問題も明確であった。本研究「建国期

朝鮮半島における国語科教科書研究-民族主義と国家主義の対立をめぐって-」は、建国期(19451958年)大韓民国(以下、韓国)・朝鮮民主主義人民共和国(以下、北朝鮮)における国語科が、どのような価値体系とナショナル・アイデンティティを構築したかについて考察する。なお、第2次世界大戦後、朝鮮半島の諸国と同様、連合軍による占領・軍政期の経験を持つ日本・ドイツとの比較検証を行うことで、具体的には、冷戦時代下各国における教科書をめぐる「民族主義」、「国家主義」といったイデオロギーの対立に注目し、戦後初期国語科における言語教育とナショナル・アイデンティティの諸問題を明確にさせることを目的とする。【平成22年度】の成果は、以下のとおりである。◎韓国・日本・ドイツの中等教育用国語科教科書の収集に取り組んだ。i.建国期朝鮮半島の国語科の場合、一種類の国定教科書であったために、19451958年までの中等学校国語科(それぞれ24冊と12冊)すべてを分析対象とし収集した。資料は、マイクロフィルムの紙焼きと現物・LizadTech Djvu Fileでの閲覧とした(韓国教育開発院図書館、韓国教科書博物館の図書室)。ii.日本の場合、戦後初期の「広域採択以前の上位10社の発行部数」(中村紀久二、前掲報告書、1997)により、上位6社である東京書籍、学校図書、二葉、三省堂、光村図書、教育出版の教科書を収集した。iii.ドイツの場合、ゲオルク・エッカート国際教科書研究所附属教科書図書館において、中等教育の『Deutsch』を収集した。本研究「建国期朝鮮半島における国語科教科書研究-民族主義と国家主義の対立をめぐって-」は、建国期(19451958年)大韓民国(以下、韓国)・朝鮮民主主義人民共和国(以下、北朝鮮)における国語科が、どのような価値体系とナショナル・アイデンティティを構築したかについて考察する。i-建国期朝鮮半島の国語科の場合、一種類の国定教科書であったために、19451958年までの中等学校国語科(それぞれ24冊と12冊)すべてを分析対象とし収集した。ii-日本の場合、戦後初期の「広域採択以前の上位10社の発行部数」(中村紀久二、前掲報告書、1997)により、上位6社である東京書籍、学校図書、二葉、三省堂、光村図書、教育出版の教科書を収集した。【平成23年度】には、北朝鮮の戦後初期における教育史に関する資料を収集した。本研究の実績(成果)は、以下のようである。
補助刺激分子の関わる血管新生の新しいメカニズムと治療法の開発

角膜血管新生の新たなメカニズムを解明することを目的に本研究を行った。特に本研究では、T細胞に重要である補助シグナル分子に注目した。BALB/cマウスの角膜に10-0ナイロンを縫合し、角膜血管新生を誘導した。1週間後に角膜を採取しcDNAを作成、各補助シグナル分子の発現を確認した。当初補助シグナル分子の一つであるOX40に注目していたが、OX40の発現はそれほど強くなかった。mRNAレベルで発現が強かった補助シグナル分子はCD40であった。そこでCD40の発現を免疫組織化学染色で確認したところCD40が強く発現していることが確認できた。角膜血管新生においてCD40の発現が機能的であるか否かを確認するためにvivoの実験を行った。BALB/c角膜に10-0ナイロンを縫合し、隔日でCD40に対する刺激抗体をマウスに投与した。1週間後に角膜血管新生の程度をコントロール抗体を投与した群と比較した。CD40を刺激する抗体を投与したマウスでは血管新生がコントロール群に比較し強く誘導されていた。これらのことから角膜血管新生のメカニズムにCD40が深くかかわっていることが確認できた。今後さらに研究を進め、CD40と血管新生の詳しいメカニズムについて検討を行っていく予定である。またさらに網脈絡膜血管新生とCD40の関係についても現在検討を行っている。
ゲルを用いた金属型カーボンナノチューブの単一構造分離

金属型の単層カーボンナノチューブの構造分離では、初発材料に半導体型カーボンナノチューブと分離した金属型カーボンナノチューブを用い、長いゲルカラムを使用することにより、異なる構造の金属型カーボンナノチューブを分離することに成功した。分離原理については、100種類を超える界面活性剤のスクリーニングから、分離に使用可能な界面活性剤の共通点と特性を見出し、また、金属型と半導体型のカーボンナノチューブのゲルに対する相互作用を熱力学的視点から解明した。平成24年度は、金属型カーボンナノチューブの構造分離を行うことを目的に実験を行った。前年度に段階溶出による方法と、カーボンナノチューブ分散液を過剰投与することによる競争的吸着による分離を行ったが顕著な分離を認めることが出来なかったため、今年度は、長いカラム(60cm)を用いて、クロマトグラフィーシステムにより溶出液組成を厳密に制御することで、分離の改善を試みた。分離用試料にはあらかじめ金属型カーボンナノチューブを分離精製したものを用いた。濃縮した金属カーボンナノチューブ試料を少量添加し、長いカラムを通過する間に分離が生じた。その結果、光吸収スペクトルでカーボンナノチューブ組成が明らかに異なるものが分画できた。ラマン分光によっても、異なる金属型カーボンナノチューブが分離されていることを確認した。分離されてくる順序には一定の法則性があるようであった。分離された試料を再分離すること、あるいは、さらに長いカラムを用いることによって、分離精度の向上が期待できる。一方、ゲルを用いた金属型・半導体型カーボンナノチューブの分離原理解明に関する研究も行った。分離精製した金属型と半導体型カーボンナノチューブのそれぞれについて、ゲルに対する吸着を定量的に解析した。その結果、カーボンナノチューブとゲルの相互作用はLungmuirの吸着等温式に従うこと、その吸着はエントロピー駆動であること、金属型と半導体型のカーボンナノチューブとゲルの吸着定数が異なる結果分離されることを見出した。本成果は、金属型と半導体型のカーボンナノチューブとゲルとの相互作用を熱力学的視点から世界で初めて示したものであり、海外著名雑誌(ACS Nano, impact factor =11.4)に掲載された。平成23年度は、単一構造の金属型カーボンナノチューブを得ることを目的に実験を行った。カーボンナノチューブをカラムに吸着させたのち段階溶出方法と、大量のカーボンナノチューブ分散液を直列に連結したカラムに投入することによる分離を行ったが、顕著な分離を認めることが出来なかった。一方で、デオキシコール酸で分散したカーボンナノチューブを用いて、ゲルに対する吸着と脱着により、カーボンナノチューブとその他不純物(アモルファスカーボンなど)を分離できることを見出した。興味深いことに、分離した金属型カーボンナノチューブを出発材料にして、このデオキシコール酸を用いた系で分離を行うと、金属型カーボンナノチューブとその他不純物の分離に加えて、分離前後で金属型カーボンナノチューブのカイラリティ分布が変化することを明らかにした。本手法を最適化することで、単一構造の金属型カーボンナノチューブの取得に繋がる可能性がある。また、金属型・半導体型分離が可能な新たなゲルと界面活性剤の組合せも見出した。これまでに行ってきた金属型・半導体型カーボンナノチューブの分離に使用出来る界面活性剤のスクリーニングを行った結果の解析から、コール酸やデオキシコール酸の様な平面状分子でカーボンナノチューブに面で強固に結合し、非常に高い分散能を持つ界面活性剤と異なり、ドデシル硫酸ナトリウムを筆頭とする分離に使用可能な直鎖アルキルの疎水基をもつイオン性界面活性剤は、カーボンナノチューブに対する親和性があまり高くなく、そのあまり高くない分散能が金属型と半導体型のカーボンナノチューブの違いを見分けることを可能としているというモデルを導いた。単一構造金属型カーボンナノチューブの分離に向け、デオキシコール酸を用いたカイラリティ分離の他、新たなゲルと界面活性剤の組合せを発見しており、次年度にさらなる高精度分離に繋げることが可能である。また、計画通り、分離原理に関する知見も得られており、順調に進展していると言える。当初の計画になかった新たな分離現象の研究を優先して進めた結果、消耗品費を多く必要とする別の実験が後回しとなったため、次年度に繰り越す予算が多くなった。H24年度はこれらの実験のほか、最終目標のでデバイス作製までを行う。前年度に引き続き、単一構造金属型カーボンナノチューブの分離と金属型・半導体型の分離原理に関する知見を得るための研究用消耗品と成果発表のための旅費に使用する。
計算アクセラレータによる高効率なネットワークサービス基盤の実現

効率の良いクラウドサービスなどへの応用を目指して,多数の計算コアや高速メモリを持つ計算アクセラレータを用いた高効率なネットワークサービス基盤と評価用ウェブアプリケーションFEHA (Front-end Environment for Hands-on Activities)の開発を行った.また,開発した基盤とFEHAを大学における多人数講義に適用し,評価用ワークロードシナリオ作成環境を構築した.実装した基盤とFEHAを約50から150名の参加する大学の講義で使用し,要求されたリクエストが相対的な高負荷時においても遅延なく処理できていることを示した.本年度は,本計画で効率化の対象としているウェブ・アプリケーション・フレームワークについての予備調査および,評価用ウェブ・アプリケーションの実装と初期評価を行った.対象とするウェブ・アプリケーション・フレームワークとしてNode.jsを用いることを決定した.Node.jsは,全ての処理を非同期実行することで,既存のウェブサーバと比較して,高負荷時における高い応答性を実現する.今後,サーバ群のデータセンターへの集約によってクラウド基盤は高密度化することが予想される.このような中で電力性能比を高く維持するためには,サーバ単体のピーク性能はあえて低く抑えられることが予想される.よって,高負荷時における高い応答性は,高密度クラウド基盤を実現するうえで重要である.選定にあたっては,他機関で実施された統合的なベンチマーク結果を用いた.Node.jsは,その中でも比較的良好なパフォーマンスを示していた.評価用ウェブ・アプリケーションとして,FEHA(Front-end Environment for Hands-on Activities)を提案し,Node.jsを用いて実装した.FEHAは,最新の計算機技術の「体験」を目的として,既存のスーパーコンピュータを含む計算機システム用のウェブ・フロントエンドを提供する.FEHAは簡易なプログラミングや実験環境を提供することで,仮想環境や実験用システムではない,「実物」の計算機システムを学習者に体験させることができる.FEHAの評価として,ウェブ・アプリケーションに対する印象評価と,ノートPC程度の性能を持つサーバを用いて,高負荷時の性能を評価する実験を行った.実験結果から,約55人の大学講義において,ほぼ全ての滞り無く処理することができることを確認した.本年度は,メモリ共有型マルチプロセッシング(SMP)環境において,昨年度作成した評価用ウェブ・アプリケーションFEHA (Front-end Environment for Hands-on Activities)のマルチコア対応および,大規模利用時の負荷測定実験を行った.FEHAは,簡易なプログラミング演習環境を提供するウェブ・アプリケーションである.大学の講義に適用することで,多数の利用者による性能測定実験を行うことができる.単純な性能測定実験は,ベンチマークプログラムなどでも可能であるが,通信リクエストの発生傾向が実運用と乖離する傾向にあるため,多数の利用者による実運用に近い測定実験は必要である.FEHAは,近年のウェブ・アプリケーション開発で注目されているMEAN(MongoDB, Express, AngularJS, Node.js)スタックと呼ばれる基盤を用いて実装した.この基盤上に実装されたウェブ・アプリケーションは,既存のデファクト・スタンダードであるLAMP (Linux, Apach, MySQL, PHP)スタック上に実装されたものと異なり,単一プロセスによるイベントループ処理により,高負荷時に多数のHTTPリクエストを効率よく処理できるという特徴を持つ.本年度行ったマルチコア対応においては,複数のプロセスを同時に起動し,各コアに割当てることで,SMP環境上でより高効率な処理を実現した.昨年度行った単一プロセスによる性能測定実験では,FEHAを大学の講義に適用し,ノートPC程度の性能をもつサーバを用いて,100名を超える学生による性能測定実験を行った.その結果,負荷がサーバの処理能力を超え,正確な性能を測定することができなかった.一方,今年度行ったマルチコア対応により,1時間30分間に,最大で116名の学生が行った少なくとも1,648回のHTTPリクエストを滞り無く処理することができた.当初計画においては,MICアクセラレータによるプロセス並列化を行う計画であったが,本年度終了時点においては,メモリ共有型マルチプロセッシング環境におけるプロセス並列化まで完了している.MICアクセラレータ上でのプロセス並列化の原理はSMP環境と基本的に同じであるが,MICアクセラレータ上で動作するLinux OSは,一般的なLinux OSと比べ,機能などが一部制限されている.また,MICアクセラレータ上のプロセッサコアも,通常のCPU (Central Processing Unit)のコアと比べ非力である.さらに,アクセラレータ上のメモリ構成も対称ではない.よって,SMP環境で行ったマルチコア対応の実装をそのままMICアクセラレータ上で動作させることはできない.さらに,MICアクセラレータのアーキテクチャに合致した実装変更を行わなければ,期待する性能が得られない.これまで行ったSMP上での実装をMICアクセラレータ上で動作させるためのポーティング作業および,不足分のライブラリなどを補う機能の実装に時間を要している.あわせて,評価用ウェブ・アプリケーションの実装に用いたフレームワークのアップデート対応に時間を要している.利用しているMEANフレームワークは,近年,様々なサービスの実運用環境に適用さているフレームワークであるため,開発が活発であり,性能面の大きな改善も目立つ.できるだけ公平で実用に即した評価結果を得るため,フレームワークのアップデートにあわせて,ウェブ・アプリケーションの実装変更も必要となっている.情報インフラ環境の処理効率評価のために本研究プロジェクトで作成したプログラミング演習用ウェブ・アプリケーションFEHA (Front-end Environment for Hands-on Activities)を用いて,単一プロセッサによるマルチコア環境における性能評価を行い,その成果を公表した.成果の公表は,情報インフラ環境を評価するベンチマークデータの収集にFEHAを用いるという視点だけでなく,FEHAを活用したプログラミング教育環境の向上という観点からも行った.また,実証実験結果および公表時に得られた議論などのフィードバックを元に,FEHAの,教育利用を通じた学術への貢献を高めるための機能設計・実装を行った.