hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Bi-2212高温超電導ケーブル導体の製作と評価

高温超電導ケーブルの交流損失の計算方法を開発し、交流損失が最小になるケーブル導体の設計を行った。交流損失の計算は、ケーブル導体の交流特性を電気回路モデルでモデル化し、それを基にして行った。まず、各層の電気抵抗値をノリスの式の近似式で求めた。次に、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスは、発生磁場を周方向磁場と軸方向磁場に分類し、2種類のインダクタンスとした。これより発生電圧方程式を立て、解が収束するまで連立方程式を解く。得られた解より自己磁場損失W_<self>が求まる。このとき、各層に流れる電流も求まるので、この値から各層に印加される周方向磁場と軸方向磁場を求める。各層の通電電流値と印加磁場の値をCarrの式に代入し、周方向磁場損失W_<Bc>と軸方向磁場損失W_<Ba>を求める。これより、ケーブル導体のトータルの交流損失W_<tot>はW_<tot>=W_<self>+W_<Bc>+W_<Ba>、より求まる。この計算結果と、住友電工と東京電力が共同開発している114MVA高温超電導ケーブルの交流損失の実測値はよく一致することが分かった。さらに、W_<tot>は軸方向磁場損失W_<Ba>が支配的であることが明らかになった。114MVA高温超電導ケーブルの各層の電流分布を求めてみると、導体部の各層の電流値は均流化されていることが分かった。それに対して、シールド部では外層ほど電流値が高くなっていた。この均流化は、各層の高温超電導テープの巻きつけピッチを調整することで達成される。均流化により自己磁場損失は最小化されるのだが、このケーブル導体では軸方向磁場損失が支配的なため、均流化により全体の交流損失が最小化されるかは疑問である。そこで、Wtotが最小化する巻きつけピッチの値を求めたところ、1000A通電で0.7W/mの交流損失が0.5W/mまで低減できることが明らかになった。Bi-2212テープを連続焼結するため、管状炉の作成を行った。長さ1mの管状炉に対してテープの運送速度を0.05m/hとして、テープが管状炉に挿入されてから徐々に温度上昇し始め、3時間で890°Cになるようにする。そこから4時間で850°Cまで徐冷して、この温度を10時間保持できるようにする。このような設計指針に基づいて、管状炉に巻くカンタル線を3つの部分に分け、それぞれ温度コントローラで温度制御できるようにした。温度分布の計算結果から、それぞれの部分の巻き線ピッチは2mmで均一とした。最適なBi-2212テープの焼結条件を知るため、試料とBi_2Al_4O_9とともに溶融凝固焼結した場合に臨界電流密度に与える影響と、各温度パラメータが与える影響について調査した。それぞれ最適条件で作成した試料の電気磁気特性を比較すると、Bi_2Al_4O_9とともに溶融凝固焼結した試料では結晶粒間の電気的な結合には影響を与えないものの、結晶粒内のピンニング力を劣化させ、液体ヘリウム温度での臨界電流密度を低下させてしまうことが分かった。超電導ケーブル導体を作成した場合の交流損失がいくらになるか見積もりを行う必要がある。そこで、東京電力と住友電工が開発した114MVA高温超電導モデルケーブルを例にとり、交流損失計算方法の開発を行った。このケーブルの電気特性を表現するために電気回路モデルを適用した。電気回路モデル中の電気抵抗は、テープ面に平行に磁場が印加された場合の交流損失の測定結果を解析し、印加磁場と通電電流の2つの関数として表現した。また、インダクタンスは軸方向磁場と周方向磁場に分けられることを考慮に入れ数値計算した。電気回路モデルにより計算された層電流から交流損失を求めたところ、測定結果と一致する結果が得られた。これにより、高温超電導ケーブルの交流損失の見積もりが可能となった。さらに、W_<tot>は軸方向

磁場損失W_<Ba>が支配的であることが明らかになった。114MVA高温超電導ケーブルの各層の電流分布を求めてみると、導体部の各層の電流値は均流化されていることが分かった。それに対して、シールド部では外層ほど電流値が高くなっていた。この均流化は、各層の高温超電導テープの巻きつけピッチを調整することで達成される。均流化により自己磁場損失は最小化されるのだが、このケーブル導体では軸方向磁場損失が支配的なため、均流化により全体の交流損失が最小化されるかは疑問である。そこで、Wtotが最小化する巻きつけピッチの値を求めたところ、1000A通電で0.7W/mの交流損失が0.5W/mまで低減できることが明らかになった。
離散関数解析と変分理論からなる差分法の基礎理論構築

離散関数解析,変分理論の構成についてわれわれは研究を行い、微積分作用素間関係の離散的対応と差分作用素のなす空間における差分変換行列の概念を提唱、数学的評価を行うとともに、これらの結果を用いて一定の微積分不等式の離散版を統一的に証明するとともに、それらを成立させる数学的条件などについて研究を進めた.証明技法に関する議論により数学的制約の理解を深め、本議論がより広い関数空間で成り立つ強い示唆を得た.また、変分理論で用いる主要な概念の離散定義を拡張する研究も推進した.これにより、グリーン定理などの基本関係式の離散版に基づき離散変分理論概念を拡張し、差分法のさらなる数学的基盤を定義した初年度は申請時に述べたいくつかの目的に沿って研究を推進した.主たる目的は離散関数解析,変分理論の構成を空間1次元問題に限定し,数学的一般化の可能性を調べるものである.微積分作用素間関係について離散的な対応物について調べる視点であるが,基本的な差分作用素のなす空間について,ある中心差分作用素の族に対して差分作用素同士を変換する「差分変換行列」の概念を提唱し,数学的評価を行った.そのひとつの帰結として,一定の微積分不等式の離散版を統一的に証明した.ただいまこの証明について細部を丁寧に精査しつつ,より広い応用が可能か,特に空間次元が2以上の問題にも適用可能か等について研究をさらにすすめているところである.この結果は技術的には数学的証明の形をとるが,実質的には任意精度の離散関数解析が一部なりとも可能であることを強く示唆するもので,これは研究計画時の予想より汎用性の高い成果である.また他の研究目的として周辺分野の調査,知見の統合があり,常微分方程式分野よりいくつかの知見を得て研究をすすめた.一つは合成した複数スキームの安定性議論であり,関数空間上でのLyapunov関数の挙動を合成パラメータで評価する成果を得た.また,予測子修正子法を構造保存解法の枠組みの中で用いる試みも優れた成果を得た.これは非線形問題の数値解法を高速化する優れた手法であり,構造保存解法に組み入れることで大変に実用性を高めることが確かめられた.さらに,微分方程式の数値計算分野における専門家が参加する国際研究集会SciCADE,非線形問題を扱うNonlinearWave2013,微分方程式におけるヨーロッパ国際研究集会Equadiff13,同メンバーと日本人研究者による国際研究集会CJS2013などに参加,講演発表を行ない,他専門家との研究成果交換等を行った.本計画の第二年度は研究計画書に記載したいくつかの目的にそって研究を推進した.まず最初の主たる目的は、一次元領域空間に限定して離散ノルムとそれによって自然に導出される離散関数空間、例えば離散ルベーグ空間や離散ヒルベルト空間、離散ソボレフ空間の定義を与えてその数学的な性質を調べることである.それらの離散関数空間の上で成り立つコーシー-シュワルツ不等式やソボレフ不等式などの微積分不等式の離散化を行うこと、部分積分などの変分理論の計算基盤を離散化すること、そしてさらにこれらを介して積分汎関数や変分導関数などの主な概念を離散化することが次の目的である.これらについて本計画研究者二人は研究を進め、基本的な差分作用素が構成する離散関数空間において、ある中心差分作用素の族に対して作用素同士を変換する差分変換行列の概念にいたり、この概念に基いてある一定の範囲で、一般的な微積分不等式の性質が統一的に証明できること、そしてさらにそれらを成立させる数学的条件などについて研究を進めた.現時点では証明に用いた数学的な制約のためにこの一般性がある程度限定されているが、われわれはこの性質がより広い関数空間で成り立つことを予測しており、この点について計算機の支援的な数値実験によって確認をとろうと準備を進めている.本計画の第三年度は研究計画書および交付申請書に記載した目的および実施計画に沿って研究を推進した.主たる最初の目的は一次元領域空間に限定して離散ノルムとそれによって自然に導出される離散関数空間、例えば離散ルベーグ空間や離散ヒルベルト空間、離散ソボレフ空間の定義を与えてその数学的な性質を調べることである.それらの離散関数空間の上で成り立つコーシー-シュワルツ不等式やソボレフ不等式などの微積分不等式の離散化を行うこと、部分積分などの変分理論の計算基盤を離散化すること、そしてさらにこれらを介して積分汎関数や変分導関数などの主な概念を離散化することが次の目的である.これらについて本計画研究者

二人は前年度までの研究内容を引き続き推進する形で研究を進め、基本的な差分作用素が構成する離散関数空間において、対称性を失わないある中心差分作用素の族に対して作用素同士を変換する差分変換行列の概念を用いて離散ソボレフ不等式などの一般的な微積分不等式の性質が統一的に証明できること、そしてさらにそれらを成立させる数学的条件などについてさらに研究を進めた.証明の技法に関する研究を通じて、この議論に含まれる数学的な制約の本質の理解が進み、この理解によって、われわれはこの性質がわずかな数学的修正を通じて、より広い関数空間で成り立つと予測した.そしてこの点についてさらに調査をすすめるとともに、計算機による数値実験によって補助的な確認を行う準備を進めている.また、予定通り偏微分方程式の数値解析を含む応用数学に関する専門家が集まる国際研究集会上記研究実績の項目で述べているように、研究成果については独自の内容で当初の研究計画以上の成果を得ている部分もあり、全般としてはほぼ当初計画に沿った進展が見られると考えられる.そして、主たる国外招聘研究者の都合で初年度から第二年度、つまり平成26年度、へ予定を変更した国際研究集会を構造保存解法に対する研究交流のために数値解法の専門家が集まる研究集会KCNADE (Kyoto Conference on Numerical Analysis and Differential Equations)として平成26年の夏に無事に主催、運営し、国内外から多くの専門家を招待、講演をしてもらうとともに自分らも研究発表を行い研究交流をすすめることも出来た.これらにより本研究の研究成果、実績について当初の計画からの大きなずれは無く、本達成度としてみずから評価するものである.第四年度にあたり、本計画の研究推進は主に研究計画書および交付申請書記載の目的および実施計画に沿って行った.計画書に記載した通り、おもな目的の一つは空間一次元状況下で離散L2ノルムを代表とする離散ノルムと自然に導出される離散関数空間,特に離散ソボレフ空間の定義を考え、それら数学的な性質を調べることであった.このとき、コーシー-シュワルツ不等式やソボレフ不等式などの重要な微積分不等式の離散化を行い、部分積分に基づく離散変分理論の基礎を構築すること、さらに離散積分汎関数や離散変分導関数などの定義を与えることが次の目的であった.これらについて本計画研究者らは第三年度までの研究を引き続き推進し、特に離散L2ノルムにおいて、対称な中心差分作用素の族に対して作用素同士を変換する差分変換行列の概念を用いて離散ソボレフ不等式などの一般的な微積分不等式の性質が統一的に証明できることを示し、そしてさらにそれらを成立させる数学的条件について研究をすすめた.そして離散関数空間のカーネルの取扱いが数学的に本質的であることを見出した.これにより、より一般のカーネルを考えることでより広い枠組みの関数空間を考えることが可能となる.その成立条件が数学的に精妙であることが示唆されるため、計算機による補助的な知見を得る準備を進めている.上記研究実績の項目で述べているように、研究成果については独自の内容で当初の研究計画以上の成果を得ている部分もあり、全般としてはほぼ当初計画に沿った進展が見られると考えられる.これらにより本研究の研究成果、実績について当初の計画からの大きなずれは無く、本達成度としてみずから評価するものである.本計画の最終年度は研究計画書および交付申請書に記載した目的および実施計画に沿って研究を推進した.まず、第四年度までにおける研究内容を発展させることからはじめ、離散ノルムに基づく離散関数空間において、離散L2ノルムに限定したソボレフ次数pに依存しない結果を整理し拡張した.そして、離散ポアンカレ・ヴィルティンガー不等式などの離散版についても研究を進めた.また、変分理論で用いる主要な概念の離散定義を拡張する研究も推進した.より具体的には、グリーン定理などの基本関係式の離散版に基づき離散変分理論概念を拡張した.これらにより、一次元問題での差分法の数学的理論基盤が築け、離散不等式を介して差分法の性能評価能力と空間離散化の自由度をともに拡張できた.これは、具体的な偏微分方程式、例えばカーン・ヒリアード方程式、非線形シュレディンガー方程式といった問題に適用できる.こうした問題は研究代表者と研究分担者がそれぞれ研究対象としており、分担によりより効率的な研究を推進できた.
脂肪酸不飽和化酵素の活性制御

嫌気・好気両経路の不飽和脂肪酸合成経路が共存する耐冷菌シュードモナス-E-3株における両経路の役割を理解するため、in vitro不飽和化酵素活性測定系を検討した。酵素は膜画分に局在し、基質として飽和アシル-CoAを利用、至適pHは7.0であった。しかし、膜画分の酵素は極めて不安定で、各種安定剤(牛血清アルブミン、各種塩等)の添加によっても安定化されなかった。細胞質画分より脂肪酸合成酵素を部分精製し、嫌気経路を阻害剤(DAC)でブロックした系に、膜画分を加えて反応させると不飽和脂肪酸が生成された。100°C熱処理した膜画分にはこの活性は認められず、また不飽和脂肪酸要求株の膜画分の活性は著しく低下していた。この結果は、膜画分の不飽和化酵素活性がin vitroで測定できることを示すものである。2.酸素の低温誘導発現好冷菌Vibrio ABF-1株のイソクエン酸脱水素酵素(IDH)には、常温菌型の熱安定性を持つIDH-Iと、熱に極めて不安定な低温適応型IDH-IIのアイソザイムが存在する。また両者は構造的にも免疫学的にも異なっている。両アイソザイムの生理的役割を調べる目的で、アミノ末端アミノ酸配列を基にして調製した合成オリゴヌクレオチドをプローブとして遺伝子をクローニングし、翻訳領域を含む塩基配列を決定した。クローニングした遺伝子の大腸菌内での発現様式を調べると、IDH-II遺伝子の発現は37°Cでは起らず、15°Cに温度を低下させた時に発現された。
電子軌道偏向形電位計の開発と植物表面電位による青果物鮮度非破壊計測

青果物の表面生体電位を計測して非破壊による品質評価、鮮度評価、熟度評価することを目的とした。生体から発生する微弱な準直流電位の正確な測定は非常に因難である。さらに電圧源として見たとき内部抵抗が高いため,電位計も高入力インピーダンスかつ精度の高いものが要求される。高感度直流増幅器,および電極の開発を行い,植物表面電位の測定に成功した。植物生理の変化による電位変化、青果物の経時変化による電位変化を測定した。その結果、以下のような各項目の結果を得た。1.まず増幅器としては,MOSFETを使用した背面電極形の新しい方法で高入力インピーダンスの増幅器を開発し、これを用いた電位計を開発した。その特徴として,(1)入力インピーダンスはR成分はほぼ無限大、容量成分は約15[pF]程度(2)インピーダンススケーラ回路を採用し、ゲートからの漏れ電荷の影響を排除し、出力が正または負に偏る現象を無くした(3)回路構成の工夫により±1.0Vの入力範囲において良好な直線性を得た(4)ドリフト特性は、24時間連続測定でドリフト電圧は最大でも8[mV]と極めて小さい2.電極に関しては,極と対象物との間に導電性スポンジ,導電性シートなどを挿入することにり,対象の形状によらず,非常にソフトな接触を実現し,対象に対して与える損傷は皆無にして植物表面電位を測定できるようにした。3.最後に植物表面電位の測定結果から以下のような結論を得た。(1)キュウリの軸方向の表面電位分布は、中央が一番低く、両端に向かって二つの山になって現れると言う興味ある結果が得られた。(2)この二つの山の電位の大きさは、時間と共に減少し、青果物の鮮度の劣化と表面電位との間に相関性があるという情報が得られた。(3)トマト、リンゴ、ナスの表面においても同様な分布があり、同様な結果を得、非破壊による品質評価、鮮度評価、熟度評価を可能にする基礎を作った。
うつ病の責任脳回路の系統的同定とニューロン・グリア傷害の実像解明

うつ病の神経炎症仮説に基づき、動物実験としては、グラム陰性菌内毒素をマウスに投与して、行動および脳内の組織化学的変化について研究した。広範囲に及ぶミクログリアの一過性の活性化は見られたが、それを通じたアストログリア、オリゴデンドログリアへの影響は検出できなかった。ミクログリア活性化阻害物質であるミノサイクリンの投与は、内毒素投与の有無にかかわらず、抑うつ様行動を惹起した。培養細胞系では、ヒト末梢血中の単球から、ミクログリア様細胞を誘導することに成功し、気分障害罹患者を対象とする画像研究でも、拡散テンソル画像を集積した。これらの研究を通じ、うつ病と神経炎症の関連についてさらに知見を深めた。lipopolysaccharide (LPS)を投与したBALB/c系統マウスにおいて、行動の経時的変化および脳内の組織化学的変化に関する検討を行なった。投与7日後に強制水泳試験で無動時間の延長が見られるという知見に加え、尾懸垂試験では、無動時間の延長がより明確に見られること、また投与後3日目から6日目まで抗うつ薬(セロトニン選択性取り込み阻害薬エスシタロプラム)を反復投与することにより、無動時間の延長が抑制できることが見出された。LPSを用いたうつ病の動物モデルは広く使用されているが、行動の変化を24時間程度ののちに評価するものが多く、また行動変化を抑制する薬剤は、LPSよりも前に投与されることが多い。今回われわれが得た知見により、今後はより妥当性の高い動物モデルを用いたうつ病研究が可能になると考えられる。形態学的研究のため、アストロサイト、オリゴデンドロサイトの標識物質、またFosBなどの免疫染色の条件も確立した。LPS投与後の、脳内での組織化学的変化については、多数の部位に関する解析の結果、脳内の特定領域でミクログリアの活性化が遷延すること、活性化の時間経過は部位によってかなり異なることが明らかとなった(現在、報告の準備を行なっている)。この所見に対応する画像所見を得るため、オーバーハウザーMRIを用いた解析に着手した。培養細胞系では、抗炎症効果を持つ可能性のある化合物が、ミクログリアの活性化を抑制する作用について評価を行い、その結果を動物モデルでも検証する準備を行なった。画像研究では、九大病院精神科で治療を行なっているうつ病患者の、diffusion tensor imagingのデータ集積を開始した。動物実験ではひきつづき、lipopolysaccharide (LPS)を投与したBALB/c系統マウスにおいて、行動の経時的変化と脳内の組織化学的変化、さらにその変化を変容しうる薬理学的介入について検討を行った。LPS (0.8 mg/kg, i.p.)単回投与7日後の脳内において、さまざまな標識物質に対する抗体を用いて、持続的な組織学的変化の検索を行ったところ、線条体等の皮質下構造および内包等の白質構造でも、アストロサイトの標識物質とされているS100β陽性細胞が増加傾向にあるのを見出した(これまで、LPS単回投与による持続的な組織学的変化の報告は、はるかに高用量のLPS(2-5 mg/kg)についてのものがほとんどであった)。薬理学的介入については、マクロファージ系細胞の活性化阻害物質であるミノサイクリン投与がLPSの効果に与える影響を調べたところ、ミノサイクリン(50 mg/kg, b.i.d. x 3 d)は、LPS投与による抑うつ様行動を増強することがわかった。これは予想とは逆の結果であったが、ミクログリアの機能的多様性を考慮すると、非常に興味深いものと言える。培養細胞系ではひきつづき、抗炎症効果を持つ可能性のある化合物が、ミクログリアの活性化を抑制する作用について評価を行ってきた。脳画像研究ではこれまでに、大うつ病性障害26名、双極性障害31名、健常136名について、拡散テンソル画像を撮像済みである。動物実験では、lipopolysaccharide (LPS)を投与したマウスの脳におけるグリア系標識物質の発現について、免疫組織化学法による検索を行った。GFAP, S100-β, APC, oligo2, NG2, Iba1について標本を作製し、さまざまな部位で解析を行ったが、期間内に調べられた限りでは、これらの物質の発現量に持続的な変化が生じているという証拠を見出すことはできなかった。LPS投与の行動上の影響に対してミノサイクリンが与える影響について研究を進めたところ、ミノサイクリン投与(50 mg/kg, b.i.d. x 3 d)は尾懸垂試験において7日後も持続する抑うつ行動を惹起させたが、その効果はLPS (0.8 mg/kg, i.p.)投与の有無とは無関係であった。ミノサイクリンがマウスの行動に及ぼすこの効果の機序について、血液脳関門の損傷が関与しているという仮説を立てて、抗アルブミン抗体による染色を行ったところ、ミノサイクリン投与マウスで染色領域が増加する傾向がみられた。これを受けて、静注蛍光色素の脳内漏出量を吸光度測定することで、血液脳関門の機能低下の定量的評価を試みたが、期間内に結果を出すに至らなかった。抑うつ様行動に関連する脳内神経回路について、尾懸垂試験を行ったマウスでc-Fosを指標として行った解析の結果、抗うつ薬の前投与によって有意に賦活され、行動試験の結果と相関がみられるのは、外側中隔核と下辺縁皮質であることが分かった。

ヒトを対象とする画像研究では、双極性障害38人、大うつ病性障害32人、健常者136人について,拡散テンソル画像を撮像し、解析を進めている。うつ病の神経炎症仮説に基づき、動物実験としては、グラム陰性菌内毒素をマウスに投与して、行動および脳内の組織化学的変化について研究した。広範囲に及ぶミクログリアの一過性の活性化は見られたが、それを通じたアストログリア、オリゴデンドログリアへの影響は検出できなかった。ミクログリア活性化阻害物質であるミノサイクリンの投与は、内毒素投与の有無にかかわらず、抑うつ様行動を惹起した。培養細胞系では、ヒト末梢血中の単球から、ミクログリア様細胞を誘導することに成功し、気分障害罹患者を対象とする画像研究でも、拡散テンソル画像を集積した。これらの研究を通じ、うつ病と神経炎症の関連についてさらに知見を深めた。LPSの効果に対するミノサイクリンの影響が、予想とは逆であったために、仮説やその検証手続きについて、見直しを迫られたことが最大の理由である。27年度が最終年度であるため、記入しない。精神医学ミノサイクリンが、抗炎症性(M2)ミクログリアあるいは周皮細胞など血管周囲マクロファージの活動を抑制することでLPSの効果を増強する可能性について、検証を進める(標識物質としてマンノース受容体などを検討している)。LPS投与が白質や大脳基底核を含む諸構造でS100β陽性細胞を増加させる可能性について、標本数を増やして有意性を確認し、時間経過の影響についても検討を進める。とくに、白質構造に持続的変化が生じている可能性について精査する。培養細胞系では、これまで不十分であった抗炎症ミクログリアについても評価を試みる。脳画像研究では、とくに白質構造について、動物実験と対応する所見の同定を試みる。動物モデルの行動解析と組織化学、培養細胞、および画像解析と、予定したとおりの多角的な研究が行なえている。分子レベルの解析の準備については、予定より遅れている。人件費について、新たな実験補助員の雇用が延期になったため。当初の計画通り、開発したLPS投与によるうつ病動物モデルについて、多角的に研究を進める。組織学的には、ミクログリアの活性化が顕著であった部位において、ニューロンや他のグリアの構成物質に変化が見られるかどうかの検討を中心に行なう。また、薬剤投与による行動への影響と、組織化学的な変化との相関にも注目する。組織化学的変化の分布も考慮しながら、行動と相関して変化する分子の検索も試みる。さまざまな抗炎症物質が、動物モデルにおいて抗うつ様効果を発揮するかどうかを検討する。培養細胞系では、動物モデルにおける組織化学的研究の結果も踏まえながら、動物モデルで生じている病態を追求する。臨床画像研究では、これに対応する臨床所見の検索を試みる。平成27年度は雇用予定。予定していた機器の購入を延期したため。機器の購入を予定している。
「文化的自由の為の会議」から考察する、冷戦期現代音楽における外音楽的レトリック

本研究は、「文化的自由の為の会議(The Congress for Cultural Freedom)」が冷戦期に行った活動の調査を通じ、第二次大戦後の欧米音楽における「モダニズム」という概念を構築したレトリックとその背後にある動機を、外音楽的な、より広い枠組みにおいて考察することを目的として行われた。当初は、2007年3月と8月に行った米国(シカゴおよびテキサス)とスイス(バーゼル)での結果を受け、シカゴ大学附属Joseph Regenstein図書館所蔵の「自由会議」関連の資料、およびテキサス大学オースティン校のHenry Ransom人文リサーチセンター所蔵のニコラス・ナボコフ・ペーパーのより綿密な資料調査・収集を行う予定であった。しかしながら前出の二機関に保管されている資料の膨大な規模を受け、パウル・ザッハー財団(スイス、バーゼル)所管の音楽関係者(作曲家、音楽活動家、演奏家など)の資料の調査を通じて、当時の音楽家がどのような外音楽的意識をもって「自由会議」によって開催された音楽祭と関係を持っていたかを巡る考察に焦点をしぼるほうが得策と考え、結果研究時間の大半を同財団内の資料の調査・収集に費やした。音楽祭で中心的な扱いを受けた作曲家(とりわけイーゴリ・ストラヴィンスキー)やその運営の中心的な役割を担った音楽家(とりわけニコラス・ナボコフ)の関係資料から見えてきたものは、第一に会議側と音楽家側の動機において相当な温度差が存在したということ、第二に、会議側が特に確固とした美学的青写真をもって「現代音楽」を擁護しようとしていたわけではない、という事実である。とりわけ、会議側による音楽祭のプログラミングを巡っては、特定の音楽様式を意識的に前景化させようとした会議側の意図の顕れというよりもむしろ、その時々に運営に関わってきた関係者の個人的な音楽観の表出であるという結論に達するに至った。今後の課題としては、一見ランダムにも見えるその音楽祭の運営が、「文化活動」を通じて反ソ・レトリックを繰広げた「会議」の根本的動機にどう関連づけられるべきなのか、上記二機関での調査の可能性も含め、考えることであろう。
小胞体膜タンパク質によるタンパク質品質管理に関する研究

小胞体は、分泌タンパク質や膜タンパク質の品質管理機能をもつ細胞小器官である。本研究では、小胞体がどのような仕組みで品質管理を行っているのかを分子レベルで解明することを目的とした。特に小胞体の過負荷で発現誘導されるHerpやDerlinに着目して解析した。その結果、小胞体では構成因子が異なる複数種のタンパク質複合体が品質管理を行っていることや、それらが小胞体の状態によってダイナミックに変化することがわかった。小胞体は、分泌タンパク質や膜タンパク質の合成および成熟において重要な役割を果たす。本研究の目的は、小胞体においてタンパク質品質管理を担う分子機構を明らかにすることである。特に、小胞体ストレス時に発現誘導される小胞体膜タンパク質HerpおよびにDerlin-1,2,3に着目し、それらとともに小胞体膜に形成されるタンパク質複合体の成分と機能を調べる。2年計画の1年目である本年度は、まず小胞体膜のタンパク質複合体を同定するために、マウス胚性線維芽細胞およびマウス肝臓から調製したミクロソーム画分をジギトニンで可溶化し、ショ糖密度勾配遠心を行った。各画分をウエスタンブロッティングで解析した結果、Derlin-1やDerlin-2、HRD1、p97などは、構成因子の組み合わせが異なる少なくとも2種類の複合体を形成しており、小胞体ストレスによって、より大きな複合体に変化することが示された。小胞体ストレスが負荷されていない状態では、HerpとDeilm-2、HRD1の3者を含む複合体が存在するが、小胞体ストレス状態ではHerpとHRD1の結合が増強し、逆にHerpとDerlin-2、およびDerlin-2とHRD1の結合は減弱した。これらの複合体はHerp欠損による影響を受けた。また、小胞体ストレス状態ではDerlin-1とDerlin-2、p97の3者を含む複合体の形成が誘導され、これはHerp欠損の影響を受けなかった。以上の結果から、小胞体におけるタンパク質品質管理に関与する膜タンパク質複合体は複数種あり、小胞体の負荷状態に応じてその存在様式を変化させていることが明らかになった。これらの実験と並行して、Derlin-1,2,3各遺伝子欠損マウスの作製を進めた。Derlin-1,2ではヘテロマウスが、Derlin-3ではキメラマウスが誕生した。さらに交配と飼育を継続し、2年目の研究に役立てる予定である。特に、小胞体ストレス時に発現誘導される小胞体膜タンパク質HerpおよびにDerlin-1,2,3に着目し、それらとともに小胞体膜に形成されるタンパク質複合体の成分と機能を調べることを試みた。2年計画の1年目である昨年度は、小胞体膜のタンパク質複合体を同定するために、野生型マウス胚性線維芽細胞および肝臓から調製したミクロソーム画分を解析し、HerpやDerlinなどの構成因子の組み合わせが異なる複数種の複合体が存在することや、小胞体ストレスによって複合体組成が変化することを示した。そこで、2年目である今年度は、新たに作製した抗体などを用いて連続免疫沈降実験などを行い、小胞体ストレスが負荷されていない状態ではHerpとDerlin-2、HRD1の3者を同時に含む複合体が存在することや、小胞体ストレス状態ではHerpとHRD1の結合が増強し、さらに、新たに発現誘導されるDerlin-3がHerpを含む複合体に含まれることを明らかにした。タンパク質レベルでDerlin-3の挙動を観察したことは、本研究の中で特筆すべき成果である。また、並行して進めていたDerlin-1,2,3各遺伝子欠損マウスの作製については、Derlin-1およびDerlin-2の完全欠損マウスは誕生しないこと、Derlin-3完全欠損マウスは見かけ上、正常に誕生することが明らかになった。これらの結果によって、Derlin-1および2が個体発生に必須であることや、互いに機能損失を補償できないことが初めて示された。本研究で得られた知見や、完成したDerlin-3欠損マウスを利用することは、今後の当該分野の研究の発展に有用である。
発達性協調運動障害の視覚情報処理機能の解明

1発達性協調運動障害(DCD)児を判別できる視機能の検証:弘前市に在住する5歳児(満5歳児)1189名にDCDQ、SDQを郵送し、1106名(84.6%)から返信が得られた。DCDQでカットオフ値を超えた子どもをDCD疑いとし、115名にMABC-2、JMAP、WISC-IV及びSP感覚プロファイルによる運動、認知及び感覚機能評価を行った。必要に応じてVineland-2、自閉症スペクトラム障害(ASD)の構造化面接ADOS-2またはADI-R、注意欠如・多動性障害(ADHD)の評価Conners-3を用いてDSM-5基準でDCDの診断を行い、47名がDCDの診断を受けた。115名全員にGazefinderによる注視点測定を行い、25名は新規映像、22名は従来の映像による測定を行った。22017年に測定した65名分と2018年に測定した51名分の旧映像の判別能を検証した。IQ70未満およびASD、併存障害のある発達障害児を除外基準とし、定型発達児39名、併存障害のないADHD児14名、併存障害のないDCD児23名を解析対象とした。使用したパラメーターは注視、追視、切替のすべての課題とした。すべてのパラメータが協調運動機能と相関があった。特に追視課題において、速度が速くなると、DCDでは優位に追視速度が遅くなり、特に上下の眼球運動の課題において遅れが顕著であった。3旧映像について、子どもたちの感想や解析結果を加味し、新映像を検討した。試作品を完成させ、2018年に健診において63名に測定を実施した。計画の90%は達成している。視機能と認知、感覚機能との関連は次年度に継続して検証を行っていく。2017年に測定した44名分と2018年に測定した63名分の新映像の判別能について、現在検証中である。新映像と旧映像の判別力の良い特徴量を取り出し、よりよい映像を作成する。また、眼球運動と視機能を鑑別できるよう、視機能検査を導入していく。測定は常に新規対象者で行い、有用性を検証していき、2021年の完成を目指す。国際DCD学会の開催が2年に1度であり、2018年は開催されなかった。2019年の国際学会にて成果発表を予定しているため、旅費を繰り越した。
ソフトウェア工学データベース(SEDB)の構築とその協調利用に関する研究

本研究の目的は,ソフトウェア工学実験に関する詳細な情報を格納するためのデータベース(ソフトウェア工学データベース:SEDB)を試作し,その協調利用技術を確立することにあった.これに対する研究実績は次の通りである.1.ソフトウェア工学実験の実態調査...実験的ソフトウェア工学の研究者へのインタビューや文献調査の結果,ソフトウェア工学データベース(SEDB)には,オブジェクト指向開発に関する情報が格納されなければならないことが分った.特に,開発作業毎に,作業者の能力,作業時間,使用されたツール等を整理する必要のあることが分かった.2.SEDBの設計...1.の結果に基づいて,オブジェクト指向開発プロセスをモデル化し,開発作業毎に,作業者の能力,作業時間,使用されたツール等を属性として持つことのできるデータベースを設計した.開発プロセスのモデルをカスタマイズ可能とすることにより,様々な開発方法論に基づいて実施されるソフトウェア工学実験のデータを格納可能とした.3.インターネットとのインターフェースの設計...SEDBをインターネットに接続するためのインターフェースを設計した.インターネットとの接続プロトコルにはTCP/IPを,データベース情報の視覚表現手段にはWorld Wide Web(WWW)を,それぞれ用いた.4.SEDBの試作...2.3.の結果に基づいて,SEDBをWindowsワークステーション上で試作した.ただし,データベースシステムには,Microsoft Accessを用いた.開発プロセスモデルの表示には,Visioを用いた.5.試作システムの評価実験...4.で試作したSEDBの有効性や妥当性を確認するための評価実験を行った.その結果,OMTやOOSEといった代表的なオブジェクト指向開発方法論に基づく比較的小規模な実験であれば,実験データ等のデータベースへの格納が可能であることが分った.本研究の目的は,ソフトウェア工学実験に関する詳細な情報を格納するためのデータベース(ソフトウェア工学データベース:SEDB)を試作し,その協調利用技術を確立することにあった.これに対する研究実績は次の通りである.1.ソフトウェア工学実験の実態調査...実験的ソフトウェア工学の研究者へのインタビューや文献調査の結果,ソフトウェア工学データベース(SEDB)には,オブジェクト指向開発に関する情報が格納されなければならないことが分った.特に,開発作業毎に,作業者の能力,作業時間,使用されたツール等を整理する必要のあることが分かった.2.SEDBの設計...1.の結果に基づいて,オブジェクト指向開発プロセスをモデル化し,開発作業毎に,作業者の能力,作業時間,使用されたツール等を属性として持つことのできるデータベースを設計した.開発プロセスのモデルをカスタマイズ可能とすることにより,様々な開発方法論に基づいて実施されるソフトウェア工学実験のデータを格納可能とした.3.インターネットとのインターフェースの設計...SEDBをインターネットに接続するためのインターフェースを設計した.インターネットとの接続プロトコルにはTCP/IPを,データベース情報の視覚表現手段にはWorld Wide Web(WWW)を,それぞれ用いた.4.SEDBの試作...2.3.の結果に基づいて,SEDBをWindowsワークステーション上で試作した.ただし,データベースシステムには,Microsoft Accessを用いた.開発プロセスモデルの表示には,Visioを用いた.5.試作システムの評価実験...4.で試作したSEDBの有効性や妥当性を確認するための評価実験を行った.その結果,OMTやOOSEといった代表的なオブジェクト指向開発方法論に基づく比較的小規模な実験であれば,実験データ等のデータベースへの格納が可能であることが分った.
耐水蒸気酸化性耐熱合金の基礎研究

耐水蒸気酸化性耐熱合金の基礎的知見を得るためアルミナ生成合金に希土類元素または貴金属を添加した。0.5%の白金添加合金ではアルミナスケールの密着性が改善された。0.5%のイットリウム添加合金では昇温と冷却を繰り返すサイクル酸化においてもアルミナスケールの密着性が改善された。このスケール/合金界面ではY3Al5O12粒子が合金内に突き出すkeying効果によりスケールの密着性が改善されるものと考えられる。耐水蒸気酸化性耐熱合金の開発にとっての基礎的知見を得るためにまずアルミナ生成耐熱合金であるFe-20Cr-4Alを基本合金としてFe-20Cr-4AIY,Fe-20Cr-4AIPtおよびFe-20Cr-4Alpt(pd)Y合金を作成し,これらの合金について酸素-水蒸気(露点温度:353K)雰囲気中1673K,18ks間の高温酸化実験を実施し以下の結果を得た。2各合金上に生成したスケールの外観観察より,水蒸気はスケールの剥離を助長した。しかしながら,0.5Yおよび0.5Pd0.1Y合金表面ではスケールの剥離は認められず,また0.5Pt合金表面ではスケールの剥離が微量であることから,これらの合金は耐水蒸気酸化性に優れた合金であると考えられる。3Fe-20Cr-4Al-(0,0.05,0.1,0.5,1.0)Pt合金の質量増加量はいずれもほぼ同様の数値を示したが,スケールの密着性は0.5Pt合金で最も良好であった。次いでクロミア生成耐熱合金であるNi-20CrおよびNi-20Cr.1si合金にそれぞれ希土類元素(Y,Lu)を添加し,酸素中1473K,18ks間の高温酸化実験を実施し以下の結果を得た。これは今後の水蒸気酸化に向けての予備試験である。4Ni-20Cr合金へのSiおよび希土類元素の単独,並びに複合添加は質量増加量を著しく低減した。5Siおよび希土類元素の単独,並びに複合添加はスケール表面におけるCr_2O_3連続層の生成を促進した。6Siおよび希土類元素の複合添加は質量増加量の低減,並びにスケールの密着性改善に寄与することがわかった。耐水蒸気酸化性耐熱合金の開発にとっての基礎的知見を得るために種々のアルミナ生成合金について酸素-水蒸気(露点温度;353K)雰囲気中,1673Kで18ksを1サイクルとして5サイクルまでのサイクル酸化実験を実施した。アルミナ生成合金はFe-20Cr-4Alを基本とし,これに(0.01,0.05,0.1,0.2,0.5)Y,(0.05,0.1,0.5,1.0)Pt,0.1(La,Pr,Gd,Ho),0.5Pr(Gd,Ho)を添加した合金等である。以下に得られた結果を示す。1スケールの剥離は多くの合金の冷却過程で,特に合金粒界に沿って生じることが分かった。またスケールの剥離はサイクル数の経過とともに低減する傾向を示した。2スケールの密着性改善はPt添加合金で著しかったので,種々の合金を作製し,酸化実験を実施した。その結果スケールの剥離酸化物量が5サイクルまで0であった合金はFe-20Cr-4Al-0.5Ptであった。しかしながら,スケール表面形態はいずれのPt添加合金でもほぼ同様であった。3Fe-20Cr-4Al-0.5Pt合金のスケール/合金界面は微細な入り組んだ形態を示した。また1サイクル酸化で観察されたスケール/合金界面におけるPtの濃縮層の生成もスケールの密着性改善に寄与するものと考えられる。4スケール表面形態はいずれの合金でもroughであったが,希土類元素添加合金では希土類元素酸化物粒子がスケール表面で認められた。耐水蒸気酸化性アルミナ生成耐熱合金開発にとっての基礎的知見を得るため,Fe-20Cr-4Alを基本合金とし,これに白金を添加した合金の酸素-水蒸気(47vol%)雰囲気中1673K,18ks間の高温酸化実験を実施した。これらの合金のスケール表面から合金内部にわたる断面をSAICAS(表面・界面切削)装置により切削し,その界面をSEMを用いて観察した。この装置は鋭利なダイヤモンド切刃を用いて,被着体の表面から界面にかけて切削し,界面で剥離する装置である。一方,著者はこれまでの研究からアルミナスケールの剥離が18ks間酸化では特に1573Kという酸化温度からの冷却中で著しいことを見出してきた。このスケールの剥離を詳細に検討するためFe-20Cr-4Alを基本としてこれに微量のイットリウムを添加した合金について酸素-水蒸気(47vol%)雰囲気中,1573Kで18ks間を1サイクルとして5サイクルまでのサイクル酸化実験を実施した。1 SAICAS

装置によるスケール/合金界面の切削面のSEM観察より,スケールの密着性の悪かった基本合金ではスケールは合金表面に密着していない領域を多く含むことを明らかにし,このことが冷却過程におけるスケール剥離へと導くものと考えられる。一方,スケールの密着の良好な0.5Pt合金ではスケール/合金界面が入り組み,かつその領域では空隙もほとんど認められなかった。2基本合金のサイクル酸化では5サイクルまで各サイクル後にスケールは剥離し,サイクル数の増加とともにその剥離酸化物量は低減した。一方,0.5Y合金ではいずれのサイクル後でもスケールは剥離せず,この合金ではスケール中に点在するY_3Al_5O_<12>粒子が合金中にくさびの様に突き出すいわゆるkeying効果によりスケールの密着性が改善されるものと考えられる。
チャーン・サイモン・ゲージ場の位相的構造と分数統計

2次元空間では粒子に固有の統計的性質が存在しないため、フェルミオンも単独で凝縮可能だし分数統計を持つ粒子も存在できる。この様な系をチャーン・サイモン・ゲージ理論を用いて解析し、その新しい側面が明らかにした。具体的には量子ホール状態を研究したが、これは2次元電子が磁場と複合粒子(ボソン)をつくり凝縮した状態であり、その準粒子は位相的励起としての分数統計粒子である。新しい側面として、この様な2次元電子面を近接して平行に配置した時、各層で凝縮した電子の位相差に対応した量子位相状態が出現する事を我々は見出した。著しい特徴はこの量子位相現象が丁度超伝導ジョセフソン接合で見出されるジョセフソン現象と極めて類似である事である。但し、定電圧回路で発生する電磁場の周波数は、単独電子の凝縮を反映して、超伝導でのそれの半分である。また、マイスナー効果は存在しない。系の摂動的励磁モードはプラズマ振動であり、非摂動的励起は位相的励起(渦糸)である。このプラズマ振動は最近のベル研究所の実験で見出された横磁場の変化に対する活性化エネルギーの特異なる振る舞いを見事に良く説明する。(この特異な振る舞いはジョセフソン現象が予言されている系にしか現われていない。)横磁場の変化で層間量子位相状態が相転位を起こし、これによってプラズマ振動のモードに変化が起こったとすれば、実験事実をよく説明できる。これは我々の理論に対する強力な実験的サポートである。我々の予言するジョセフソン・トンネル現象が観測されると、「分数量子ホール状態が電子単独の凝縮状態であること」が証明されることになる。これは物理学の基礎的知見としてその意義の極めて大きい。この新しい現象を検証する為の実験準備が東京大学物性研究所、同生産技術研究所、東北大学電気通信研究所、NTT基礎研究所で始まった。平面に束縛された粒子には固有の統計的性質が存在しない。この事から、平面上でフェルミオンはボソンに転化でき、又、分数統計を持つ粒子も存在し得る。この事に起因する低次元物理に特有の不可思議な諸現象を、チャーン・サイモン・ゲージ場の位相的構造との関連で解析し、更に進んで、その研究成果を実験的に検証する方法を探求している。具体的に、「2層量子ホール系には素電荷の凝縮に伴うジョセフソン効果が存在する」という我々は予言を行っている。この予言が検証されれば「平面系では統計が意味を失う」という物理原理の初めての検証になり学術的意義は極めて大きい。平成5年度に新たに得られた理論的成果は次の様である。1.二層ホール系でのジョセフソン効果が電磁的対称性の自発的破れに起因する、という事を指摘し、詳しい理論的解析を行った。2.上記の自発的破れに伴うゴールドストーン・モードを、最低ランダウ準位への射影をとりいれ、量子論的に解析した。3.二層ホール系にはプラズマ振動が低エネルギー励起モードとして存在する事を示した。この励起によって、最近ベル研究所で観測した「活性化エネルギーの横磁場依存性に存在する異常な振舞い」が大変良く説明される事を示した。この事は、二層ホール系に於けるジョセフソン現象の測定が比較的容易である事を示唆している。更に、マイクロ・ウェイブを用いたプラズモン振動の測定の為の実験を提唱した。チャーン・サイモン・ゲージ(CS)理論を用いて2層量子ホール状態を解析した。量子ホール状態は2次元電子系が垂直にかけられた磁場のもとに作る特別の秩序状態である。CS理論によれば、これは2次元電子が磁場と複合粒子(ボソン)をつくり凝縮した状態とみなせる。

この様な2次元電子面を近接して平行に配置すると、各層で凝縮した電子のの位相差に対応した量子位相状態が出現する。著しい特徴はこの量子位相現象が丁度超伝導ジョセフソン接合で見出されるジョセフソン現象と極めて類似である事である。但し、定電圧回路で発生する電磁場の周波数は、単独電子の凝縮を反映して、超伝導でのそれの半分である。系の摂動的励起モードはプラズマ振動であり、非摂動的励起は位相的励起(渦糸)である。位相的励起はこの系の電気伝導に寄与し、また、温度を上げたときの系の相転位を特徴づけると考えられる。本年度はこの系に更に横磁場をかけて、基底状態がどの様に変化するか研究した。プラズマ振動は最近のベル研究所の実験で見出された横磁場の変化に対する活性化エネルギーの特異な振る舞いと関係がある、と思われる。事実、この特異な振る舞いは従来の考え方では解明不可能である。横磁場の変化で層間量子位相状態が相転位を起こし、これによってプラズマ振動のモードに変化が起こったとすれば、実験事実をよく説明できる。これは我々の理論に対する強力な実験的サポートである。我々の予言するジョセフソン・トンネル現象が観測されると、「分数量子ホール状態が電子単独の凝縮状態であること」が証明されることになる。これは物理学の基礎的知見としてその意義は極めて大きい。
圧縮したまま演算可能なデータ表現に基づくスマートストレージの開発

多くの文字列処理ではビッグデータが用いられ,データアクセスが処理のボトルネックになることが多い.本研究ではデータアクセスに着目し,圧縮したまま演算できるような簡潔データ構造とその演算回路構成を提案した.ウェーブレット木を用いた階層的なデータ構造を用いられることにより,データ量が27%まで削減した.その結果メモリアクセスを73%まで削減できた.本研究では,データアクセス削減のための簡潔データ表現に基づいたスマートストレージ構造を提案した.それを用い,遺伝子配列位置推定や文字列検索処理を高速化するアクセラレータを再構成可能な集積回路(FPGA)上で実装し,従来のCPUの21倍の高速処理を実現した.文字列処理,グラフ処理,データマイニングなどの様々なビッグデーア応用の高速化は重要であるが,データ量が膨大でありデータ転送が処理のボトルネックになっている.本研究では,圧縮データのまま計算できる簡潔データ構造に着目し,演算回路と記憶素子を一体化したスマートストレージの開発を目的とする.初年度では,ハードウェア向き文字列処理用簡潔データ構造の開発,およびスマートストレージの基本構成の開発に着目する.本研プロジェクトの対象のハードウェア向きデータ構造には以下の点を重視する.1.データ全体の伸張は不要2.任意の場所からアクセス可能この条件を満たすデータ構造では,元の文字データのどの部分が圧縮データのどの部分に対応するのかが大事である.従来の圧縮方法では文字列データ全体の圧縮しか考えられていなく,データの対応関係が無視される.本研究では文字列データを同じサイズのブロックに分割し,ブロックごとに圧縮する.しかしながら,ブロックごとに圧縮が異なり,圧縮後のブロックサイズが一様にならない.その場合は,最長ブロックサイズに合わせられ,全体の圧縮率が悪くなる.この問題を解決するため,ブロックの類似度によりクラスタリングし,各クラスターごとに共通辞書を用いワードペアエンコーディング方法で圧縮する簡潔データ構造を提案した.提案データ構造ではデータ量が73%までに圧縮され,記憶素子へのアクセスが27%削減できた.この成果を国際会議や論文誌において発表している.文字列処理の一例であるゲノム配列アラインメントをFPGAというプログラム可能なハードウェアで実装し,従来に比べ22倍以上の性能向上が達成できている.また,FPGAと外部メモリ・内部メモリからなるスマートストレージの基本構成を確立され,現在処理の実装に必要なプロセッサーアーキテクチャの開発を行われている.現在までは,ハードウェア向き簡潔データ構造とスマートストレージの基本構造の開発を行った.文字列データ処理に関しては簡潔データ構造を提案し,そのアルゴリズム,ソフトウェアなどをすでに確立されている.また,その有効性については実験により明らかになっている.ビッグデータ応用への適応に関しては現在,文字列処理におけるテキスト検索やゲノム配列のアラインメントを実装し,その性能を評価している.スマートストレージ内部で演算を行うためのプロセッサーアーキテクチャについては研究を進んでおりFPGAというプログラム可能なハードウェアで実装を予定している.スマートストレージの基本構造をメモリとFPGAハードウェアにより構成し,その構造に,ハードディスク,SSDなどの大容量の記憶素子を取り入れるための研究を進んでいる.文字列処理,グラフ処理,データマイニングなどの様々なビッグデータ応用の高速化は重要であるが,データ量が膨大でありデータ転送が処理のボトルネックになっている.本研究では,圧縮データのまま計算できる簡潔データ構造に着目し,演算と記憶を一体化したスマートストレージの開発を目的とした.本研究プロジェクトで得られた研究成果を以下で述べる.多くの文字列処理ではビッグデータが用いられ,データアクセスが処理のボトルネックになることが多い.文字列データをブロックに分け圧縮しブロックごとに文字数のインデックス情報を持つことにより,任意の場所から伸長可能な簡潔データ構造を実現できる.しかしながら,ブロックごとの圧縮率のばらつきが非常に大きいのは問題である.本研究では,ブロックの特徴によりクラスタリングし,クラスタごとに一つの辞書で圧縮する方法を提案した.提案により,各ブロックの圧縮率を一定にし,全体のデータ量を削減できる.さらに,文字列データを木のような階層構造で表し,各階層ではビット列ごとにブロック圧縮を行う「ウェーブレット木」に基づく圧縮方法を提案した.ビット圧縮により文字の種類を削減し,ブロック圧縮におけるインデックスデータ量を削減した.再構成可能なハードウェア(FPGA)を使い,提案手法を用いた文字列処理アクセラレータを実装した.その結果テータ量を27%まで削減できた.また,データ圧縮によりメモリアクセスを従来と比べ73%までに減らすことができた.遺伝子配列データを簡潔データ構造により圧縮し,伸長せずに計算に用いるスマートストレージ構造を提案した.提案アーキテクチャをFPGAで実装し,従来の方法と比べ22倍高速な遺伝子配列アラインメント処理を実現した.このようなアクセラレータの設計ができるC言語を用いたハードウェア構築について研究を行い,設計時間を従来の1/10までに削減した.多くの文字列処理ではビッグデータが用いられ,データアクセスが処理のボトルネックになることが多い.本研究ではデータアクセスに着目し,圧縮したまま演算できるような簡潔データ構造とその演算回路構成を提案した.ウェーブレット木を用いた階層的なデータ構造を用いられることにより,データ量が27%まで削減した.その結果メモリアクセスを73%まで削減できた.本研究では,データアクセス削減のための簡潔データ表現に基づいたスマートストレージ構造を提案した.それを用い,遺伝子配列位置推定や文字列検索処理を高速化するアクセラレータを再構成可能な集積回路(FPGA)上で実装し,従来のCPUの21倍の高速処理を実現した.現在はストレージあるいは記憶素子としてメモリをを使いそのアクセス回数を最小限にし,高速な処理を行っている.しかしながら,ビッグデータではさらに大きいフラッシュメモリ,SSD,ハードディスかなどへのアクセスを考えなければならない.このような大きなストレージに提案の簡潔データ構造を組み込むことについてはこれから研究する.

そのために必要なSSD,IPコアを含むソフトウェアなどの購入を予定している.次年度の研究計画の大まかの流れは以下に示す.1.スマートストレージの基本構成にSSD,ハードディスクなどの大規模なストレージを取り込む2.ビッグデータ応用を用いた評価SSD,ハードディスクなどを取り込むためには,ハードウェア(FPGA)からストレージを操作すのに必要な,IPコア,通信プロトコール,ドライバーソフトウェアなどを開発する.SSD,外部メモリ,内部メモリからなる階層的ストレージ構造において,各ストレージごとにデータ構造を階層化することやストレージ間の通信などについて研究する.複数のFPGAやストレージからなる大規模なスマートストレージシステムへの展開を予定している.そのため,FPGA間でデータを40Gbps以上の速度で高速通信可能な光通信の導入について研究する.また,ビッグデータ処理を実装しその性能評価を行う.従来のスーパーコンピュータSX-9(18ノード,1ノードあたり16CPU、1CPUあたり102GFLOPS)と比較し評価する.計算機アーキテクチャ