hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タウ、αシヌクレイン、アミロイドβ蛋白を介した神経変性の解明と治療に関する研究

タウ遺伝子に変異を持つ神経変性疾患であるFTDP-17は。前頭葉と側頭葉の萎縮、神経細胞の消失、神経細胞やグリア細胞内のタウ病変が特徴である。これまでにP301L変異を持っFTDP-17患者脳内ではP301L変異型タウのみ凝集し。野生型タウは凝集していないのに対し、R406W変異を持つFTDP-17患者脳内ではR406W変異型タウと野生型タウの両方が凝集、蓄積することが報告されている。今年度は。FTDP-17患者脳内における変異タウの凝集体形成のメカニズムを明らかにすることを目的とし、生化学的解析、タンパク質化学的解析を行った。Tau-WT、TarP301L溶液に凝集核としてSeed-WTを添加したところ、いずれにおいても同程度の凝集体が形成された。一方、凝集核としてSeed-P301Lを添加したところ、Tau-P301Lでは多量の凝集が観察されたがTau-WTでは少量であった。Tau-WT、Tau-R406WにSeed-WT、もしくはSeed-R406Wを添加したところ、いずれの場合においても同程度の不溶性タウが形成された。Seedによって形成された凝集体はヘパリン添加により形成される線維と同様の線維が観察され、その形態に差は認められなかった。凝集核の構造的違いが線維の伸長過程に影響する可能性を考え。各々の凝集核をプロナーゼ処理し、プロナーゼ耐性を示す線維の中心領域を解析した。その結果、Seed-P301Lのプロナーゼ耐性バンドのパターンはSeed-WTのそれと異なるパターンを示した。一方、Seed-R406WのバンドパターンはSeed-WTと同様であった。抗Aβ、抗プリオン凝集阻害作用などが報告されている低分子化合物を含め、12系統79種類の化合物のタウ、αシヌクレイン、Aβの線維化阻害効果の検討を行った。凝集タンパクの検出は電子顕微鏡による観察、チオフラビンSの蛍光強度測定、及び超遠心機を用いたサルコシル不溶性蛋白の検出の3つの方法で行い、阻害効果の見られた化合物については50%阻害濃度(IC50)を求め、その阻害の強さを定量した。抗Aβ凝集阻害作用についても同様に検討し、タウに対する効果、αシヌクレインに対する効果と比較した。その結果、ポリフェノール、ポルフィリン、フェノチアジン、コンゴーレッド誘導体など複数の化合物に全ての蛋白質の凝集を阻害する強い効果が観察された。病気の初期段階を画像で診断するアミロイドイメージングの薬剤が最近開発されているが、そのFSB、BSBといった化合物にも蛋白質の凝集阻害効果が認められた。化合物の添加により凝集阻害がみられたものでは、可溶性の画分に二量体を含むオリゴマーが観察されたことから、阻害化合物は線維化する中間体に結合して阻害効果を発揮すると考えられた。タンパク質の凝集、蓄積と関連して細胞内の重要な機能のひとつが障害を受けるモデルを構築できれば、初期の段階から凝集を抑制する薬剤の探索などに活用できるものと考えられる。タンパク質の凝集に密接な関係が指摘されているユビキチンプロテアソーム系(UPS)の機能を測定することによってタンパク質の初期の凝集傾向がとらえられると考えられ、申請者らはGFPにUPS分解シグナルを付加したコンストラクトを作製し、αシヌクレインと共に神経系の細胞に発現した。その結果、αシヌクレインを過剰発現しただけでUPSによる蛋白質の分解過程が障害されることが観察された。今年度は。
多様化する電気エネルギーマネジメントに対応するマルチ機能システムに関する研究

1.広域での電力系統状態量の時間同期計測システムを開発した.ソフトウェアとして離散的DFTアルゴリズムに基づくフェーザ変換法を,ハードウェアとして高速信号処理プロセッサDSPを用いている.GPS信号に同期したサンプリングにより,多地点での同期計測が可能であり,実測データより位相同期精度0.8度以内を実現.DSPにおいて再帰的DFTにより演算された状態量(高調波有効電力・無効電力など)から各ノードにおける高調波フロー・高調波インピーダンスのリアルタイム解析が可能であることが検証できた.2.時間同期計測システムによるフェーザ計測法に基づく安定度解析・評価法の構築を目的として,実測フェーザによる発電機コヒーレントに着目した系統縮約化アルゴリズムを提案した.これをハイブリッド型リアルタイムシミュレータPSAによる実験データに適用した結果,脱調傾向にある発電機群のリアルタイム予測が可能であることが明らかになった.3.高調波抑制のためのアクティブフィルタに関する研究として,並列形アクティブフィルタをディジタル制御する場合,3相電流を電源周波数に同期した回転座標変換により,基本波成分は直流量,高調波成分は交流量と変換され簡単に高調波電流を検出できることを示した.この検出方式を用いて高調波補償をする場合,サンプル周期と高調波補償特性の関係を導出し,基本波周波数60Hzに対して13次高調波電流までを補償するためには,サンプル周期を130μs以下にしなければならないことを明らかにした.4.高機能系統安定化装置(PSS)のロバスト制御系設計法として,部分パラメータ同定に基づく手法を提案し,未知の系統パラメータを一機無限大系統として縮約化したモデルに対してH∞制御に基づくロバスト制御装置を設計した.また,同じくゲインスケジューリング理論に基づく制御手法を提案した.種々のシミュレーションにて検証の結果,提案する安定化装置は,複雑化かつ大規模化する電力系統において生じる系統故障にフレキシブルに対応できることが明らかになった.5.FACTS機器応用の一つであるUPFC(Unified Power Flow)の制御法として,有効電力と無効電力の非干渉制御設計法を提案した.変換器容量1KVAの試作システムを用いた実験により,電圧飽和がある場合にも良好な制御効果があることが明らかになった.1.広域での電力系統状態量の時間同期計測システムを開発した.ソフトウェアとして離散的DFTアルゴリズムに基づくフェーザ変換法を,ハードウェアとして高速信号処理プロセッサDSPを用いている.GPS信号に同期したサンプリングにより,多地点での同期計測が可能であり,実測データより位相同期精度0.8度以内を実現.DSPにおいて再帰的DFTにより演算された状態量(高調波有効電力・無効電力など)から各ノードにおける高調波フロー・高調波インピーダンスのリアルタイム解析が可能であることが検証できた.2.時間同期計測システムによるフェーザ計測法に基づく安定度解析・評価法の構築を目的として,実測フェーザによる発電機コヒーレントに着目した系統縮約化アルゴリズムを提案した.これをハイブリッド型リアルタイムシミュレータPSAによる実験データに適用した結果,脱調傾向にある発電機群のリアルタイム予測が可能であることが明らかになった.3.高調波抑制のためのアクティブフィルタに関する研究として,並列形アクティブフィルタをディジタル制御する場合,3相電流を電源周波数に同期した回転座標変換により,基本波成分は直流量,高調波成分は交流量と変換され簡単に高調波電流を検出できることを示した.この検出方式を用いて高調波補償をする場合,サンプル周期と高調波補償特性の関係を導出し,基本波周波数60Hzに対して13次高調波電流までを補償するためには,サンプル周期を130μs以下にしなければならないことを明らかにした.4.高機能系統安定化装置(PSS)のロバスト制御系設計法として,部分パラメータ同定に基づく手法を提案し,未知の系統パラメータを一機無限大系統として縮約化したモデルに対してH∞制御に基づくロバスト制御装置を設計した.また,同じくゲインスケジューリング理論に基づく制御手法を提案した.種々のシミュレーションにて検証の結果,提案する安定化装置は,複雑化かつ大規模化する電力系統において生じる系統故障にフレキシブルに対応できることが明らかになった.5.FACTS機器応用の一つであるUPFC(Unified Power Flow)の制御法として,有効電力と無効電力の非干渉制御設計法を提案した.変換器容量1KVAの試作システムを用いた実験により,電圧飽和がある場合にも良好な制御効果があることが明らかになった.広域での電力系統状態量の時間同期計測システムを開発した。ソフトウェアとして離散的DFTアルゴリズムに基づくフェーザ変換法を,ハードウェアとして高速信号処理プロセッサDSPを用いている。GPS信号に同期したサンプリングにより,多地点での同期計測が可能である。また同時に,JABA言語をベースとした通信プログラムにより,インターネットを介した電力データ電送システムを構築した。フェーザ変換法を用いることで,三相電圧・電流瞬時値より電力,インピーダンス,系統周波数,三相対称座標成分,高調波成分等の様々な電力系統状態量の同時算出が容易となった。演算能力の高いDSPを用いることで,大量のデータ処理が可能となり,これまで,個別に処理されていた種々の電力情報を一体化処理することができる。また,GPS同期による同一時間断面での評価が可能となり,系統監視のみならず系統安定化,リレー,高調波抑制などの各種制御への応用が考えられる。一方,高調波抑制のためのアクティブフィルタに関する研究として,並列形アクティブフィルタをディジタル制御する場合,3相電流を電源周波数に同期した回転座標変換により,基本波成分は直流量,高調波成分は交流量と変換され,簡単に高調波電流を検出できることを示した。

この検出方式を用いて高調波補償をする場合,サンプル周期と高調波補償特性の関係を導出し,基本波周波数60Hzに対して13次高調波電流までを補償するためには,サンプル周期を130μs以下にしなければならないことを明らかにした。また,3kVAの試作システムによりサンプル周期100μsとして実験を行なった結果,理論通りの高調波補償特性が得られた。また,系統安定化のためのUPFC制御法として,有効電力と無効電力の非干渉制御設計法を開発した。変換器容量1kVAの試作システムを用いて系統電力7kVAのステップ指令を与えたところ,設計値通りの時定数2.5msの応答が得られた。(1)平成12年度において開発したGPSとDSPを用いた時間同期計測システムの同期試験および2地点間での電力状態量を実測した.その結果,開発したシステムは位相同期精度0.8度以内を実現した.また,実測電圧・電流データからDSPにおいて再帰的DFTにより演算された状態量(高調波有効電力・無効電力など)から各ノードにおける高調波フロー・高調波インピーダンスのリアルタイム解析が可能であることが検証できた.(2)上記の時間同期計測システムによるフェーザ計測法に基づく安定度解析・評価法の構築を目的として,実測フェーザによる発電機コヒーレントに着目した系統縮約化アルゴリズムを提案した.これをハイブリッド型リアルタイムシミュレータPSAによる実験データに適用した結果,脱調傾向にある発電機群のリアルタイム予測が可能であることが明らかになった.(3)IPPの参入などによって複雑化する電力系統に対応した高機能系統安定化装置(PSS)の制御系設計法として,部分パラメータ同定に基づく手法を提案し,未知の系統パラメータを一機無限大系統として縮約化したモデルに対してH∞制御に基づくロバスト制御装置を設計した.また,同じくPSSのロバスト制御系の設計法としてゲインスケジューリング理論に基づく制御手法を提案した.種々のシミュレーションにて検証の結果,提案する安定化装置は,複雑化かつ大規模化する電力系統において生じる系統故障にフレキシブルに対応できることが明らかになった.(4)FACTS機器応用の一つであるUPFC(Unified Power Flow)の制御法として,有効電力と無効電力の非干渉制御設計法を提案した.変換器容量1KVAの試作システムを用いた実験により,電圧飽和がある場合にも良好な制御効果があることが明らかになった.
露出歯髄にEnamel Proteinsを用いた象牙質の形成誘導について

本研究において、enamel matrix derivative(以下、EMD)を露出歯髄に投与した場合、大量の修復象牙質の形成が短期間に生じることを明らかにした。これらの研究の中でenamel proteinsの1つであるameloblastin(sheathlin,amelin)が、修復象牙質形成と損傷を受けた歯髄の創傷治癒に大きく関与していることが示唆された。そこで、recombinant ameloblastin(以下、rAmbn)を断髄面に投与する実験を施行したところ、EMDの症例より大量の新生修復象牙質の形成が短期間で認められた。また、観察された象牙質形成量は、コントロールとして用いた水酸化カルシウム(以下、Ca(OH)2)で治療された症例と比べ有意に多かった(形成された新生硬組織の量は、EMD>rAmbn>Ca(OH)_2であった)。さらに免疫組織化学的検索を施行したところ、新たに形成された硬組織は、EMDやCa(OH)_2)により形成された象牙質と病理組織学的に同様の所見を呈していた。これらの結果から、rAmbnがbiological active pulp-dressing agentとしての強い潜在能力を有していることが明らかになった。以上のように、平成16年から行われてきた本研究の目的は、当初予定された内容に関しては達成されたと考えている。しかし、新たに明確にしなければならない問題点が生じた。それは、rAmbnを投与した2症例ではEMDを上回る(データ未発表)大量の修復象牙質形成が認められたが、同時に残存歯髄に強い退行性の変化が観察されたことである。これは、歯髄のlife spanを縮めかねない問題である。したがって、臨床応用を目指すために原因を詳細に検索しなければならないと考えている。本研究の目的は、Enanel Matrix Proteins (EMD)によって生じた硬組織が□修復象牙質であることを明確にするため□その形成機序が歯の発生期にみられるprimary dentinを擬態するものであるかを明らかにするため、組織学的に観察すると共に各種抗体を用いて免疫組織化学的検索を行い検討した。実験には24匹の成熟したミニブタの切歯72本を用いた。断髄を施した後、EMD(実験群)と水酸化カルシウム(対照群)により露髄面を覆った。術後、4日から12週間にわたり実験歯は経時的に抜歯され、通常に従い組織標本の作製をそれぞれ行った。実験歯は、光学顕微鏡によって観察されるとともに、抗type I collagen, DSP, sheathlinそしてEMD抗原を用いて免疫組織化学な検索が行われた。EMDを投与した歯では全症例において大量の修復象牙質の形成が観察された。水酸化カルシウムで処置された歯において形成された修復象牙質は、EMD症例と比べ、明らかに形成量が少なく、露出歯髄面を効果的にbridgingするものではなかった。免疫組織化学的検索では、Enamel Matrix Proteins (EMD)が適応された部位において約4週間にわたって発現されていた。さらに、損傷を受けた歯髄組織において象牙質形成に関与するproteinsの発現は、EMDを投与した歯の方が約2週間早く認められた。以上の結果から、Enamel Matrix Proteins (EMD)は、断髄を行った歯において修復象牙質形成という形で急速な歯髄創傷治癒を引き起こす潜在能力を有している事を示すものと考えられる。昨年度までの研究により、EMD)を露出歯髄に投与した場合には、大量の修復象牙質の形成が短期間に生じることが明らかになった。

また、免疫組織化学的な観察により、enamel proteinsの1つであるsheathlin(ameloblastin, amelin等、動物により名称が異なる)が、1)修復象牙質形成と2)損傷を受けた歯髄の治癒に大きく関与していることが示唆された。本研究では、enamel proteinsの1つであるameloblastinを露出された歯髄に投与することで、修復象牙質形成誘導の作用機序をより明確にすることが目的である。実験には17匹の成熟したミニブタの切歯28本を用いた。断髄を施した後、ameloblastin(実験群)と水酸化カルシウム(対照群)により、露髄面をそれぞれ覆った。術後2,4,8週にわたり、実験歯は経時的に抜歯され組織標本を作製した。実験歯は、HE染色と免疫組織化学的手法(抗ameloblastin,抗type I collagen, DSP)によって光学顕微鏡で検索を行った。Ameloblastinを投与した歯では、大量の修復象牙質の形成が観察された。これは対照群と比べ、有意に早く、また大量に形成が生じるものであった。組織・免疫組織化学的な観察により、新たに形成された硬組織は象牙質と考えられる組織であった。以上の結果から、amdoblastinが損傷を受けた歯髄において創傷治癒を促進させ、その結果として修復象牙質の形成を引き起こすことが示唆された(本実験に用いたrecombinant ameloblastinは、化学的に不安定であり、冷凍保存によって実験を行った報告がない。そのため、研究協力者であるオスロ大学歯学部S.P.Lyngstadaas教授のもとで動物実験等を試行した)。今までの我々の研究により、enamel matrix derivative(EMD)を露出歯髄に投与した場合、大量の修復象牙質の形成が短期間に生じることが明らかになった。本研究では、ameloblastinを露出された歯髄に投与することで、修復象牙質形成誘導の作用機序をより明確にすることが目的である。断髄を施した後、Recombinant ameloblastin(実験群)と水酸化カルシウム(対照群)により、露髄面をそれぞれ覆った。また、本実験に用いたrecombinant ameloblastinは、化学的に不安定であり、冷凍保存によって実験を行った報告がない。そのため、研究協力者であるオスロ大学歯学部S.P.Lyngstadaas教授のもとで動物実験等を試行した。得られた結果は、以下のとおりである。すなわち、Ameloblastinを投与した歯では、大量の修復象牙質の形成が術後2,4,8週のすべて観察期間で認められた。
共感性の個体発生

共感性に関わる以下の諸能力の発達様相を解明した:乳児期後期における表情動画への自発的模倣行動、TD/ASD者間の差異、乳児での視線を含む他者の反応の報酬性、1歳半児における自他の認識論的差異を踏まえた自発的教示/関心傾向、幼児における恩送り型間接互恵性の様相、4-5歳児の「計算高い」他者の排除傾向の頻度依存性、物語の「因果応報」的結末に対する期待の7歳齢での出現、ヒト共感性の特徴としての“We"概念の重要性の指摘と資源分配時のTD/ASD者間の相違、他者の顔探索時のオキシトシンの関連など。領域内共同研究により他種の共感性関連の認知・行動の様相を明らかにし、共感性の系統発生の解明にも寄与した。本研究班の目的は、定型、非定型発達児を対象に、共感性に関わる諸能力の発達的変化および相互作用を明らかにし、共感性の発達過程を統合的に解明することである。平成25年度は、まず情動伝染に関連して、"ニュートラル→ポジティブ"、"ニュートラル→ネガティブ"のモーフィング画像に対する表情感染が乳児期においても生起することを、行動実験およびビデオ映像解析から明らかにした。また、定型発達乳児で、静止画(鏡映像ではなく)における自己顔認知の可能性が示唆された。子どもの共感発達には、親の養育態度が関わっていると考えられるが、これまで日本語の養育態度尺度には、国際的に比較可能なものがなかったため、ロビンソンら(1995)の養育スタイル尺度の日本語版を作成し、Webによる大規模調査を行い、その因子構造、構成概念妥当性を検討した。共感の認知的基盤を担う可能性が指摘されているワーキングメモリ(WM)に関しても、その重要な機能の一つである短期的情報の保持に注意が果たす役割を検討した。行動指標を用いて空間WM保持中に注意効果が観察されるか検討した限りでは注意効果は検出されなかったが、ERP指標を用いたところ、注意効果が観察され、この効果は保持中に視覚探索課題を行って注意を剥奪した場合にも維持された。したがって、注意はWMの保持に積極的な役割を果たしていることが明らかとなった。本成果は、WM機序の解明において、さらには共感性の認知的基盤の理解において、重要な土台を提出するものである。さらに、渡邊計画班との連携により、共感の一側面を捉えているとされヒトからイヌで認められているあくびの伝染は、イヌにおいてはより親しい人ほど生起しやすいことを初めて示した。また、ネコの社会的認知に関連して、ヒトの発話内容、特に名前を他の単語と弁別していることが明らかになった。本研究班の目的は、定型、非定型発達児を対象に、共感性にかかわる諸能力の発達的変化および相互作用を明らかにし、共感性の発達過程を統合的に解明することである。本年度、1つ目の成果は、自閉スペクトラム症児を対象に、昨年度定型発達乳児でおこなった表情伝染の実験を、ワイヤレスEMGを用いて実施したことである。実験の結果、定型発達群も自閉スペクトラム症群も、NeutralからPositiveになる動画をみているときに、NeutralからNegativeになる動画を見ているときよりも口元の筋肉が活動していることがわかった。次に、本研究班が研究の射程の一つにしている「他者理解に基づく認知的共感(同情)」の重要な基盤となる「他者理解」について、新たに案出した「覗き見課題」を実施した。結果、対象児は、見ていることがわかっている条件では利他的にふるまうが、見られていることに気づいていない(対象児は「覗き見」している)条件では利己的にふるまうようなエージェント(パペット)を回避する傾向が明らかになった。親の養育態度と子どもの共感性の発達の関連について、3ー5歳児とその親を対象に調査を行ったところ、権威を示し子どもの行為に対して必要な制限を加えるものの、基本的には子どもの自立を支援するような子育てスタイルである「指導的な子育てスタイル」を取る傾向が強い親の子どもは、社会性の基礎となる能力(他者の視点に立って物事をとらえる力)が高いという結果が得られた。さらに、渡邊計画班との連携により、以下の研究成果もあげることができた。イヌの祖先種であるオオカミで、霊長類以外の種では観察されていなかった同種他個体からのあくびの伝染を確認することができた。またネコを対象にヒトの視線認知を調べたところ、ネコは自分を見ている人と見ていない人を弁別していることが示された。本研究班は、定型・非定型発達児を対象に、共感性に関わる諸能力の発現および相互作用を明らかにし、共感性の発達過程を統合的に解明している。情動伝染に関しては、ASD・TD児でのデータ収集を終了し、"中立→笑顔"、"中立→怒り顔"のモーフィング画像についてはASD・TD児者両群共通に生起するが、表情静止画に対する反応は、時系列上の特性が異なることを、ワイヤレス式筋電計を用いた実験から明らかにした。また、共感性に関わる特性として、他者の経験に対する「因果応報」的知覚についての新たな研究を実施し、成人については(日本人学生・来日留学生間の比較から)背景文化に関わらず「善い行為」には「幸運な結末」/「悪しき行為」には「不幸な結末」が選択される一方で、5歳児(日本人)では同様な傾向は見出せないことが明らかになった(公募の中尾班との共同研究)。「共感」と表裏一体で検討する必要がある「心の理論」についても考察をまとめ、書籍として公刊した。親の共感性と養育態度の関係も調査した。

母親の他者の思いやりにつながる共感性の側面は、養育のポジティブな側面(権威を示し子どもの行為に対して必要な制限を加えつつも、基本的に子どもの自立を支援するような子育てスタイルである「指導的子育てスタイル」)と関係を持つ一方、他者の情動を受け冷静さを失いやすい側面は、ネガティブな養育(感情的に身体的・言語的暴力を子どもに向けるような「権威主義的な子育てスタイル」)と関係することがわかった。これは、共感性の高さが一概によい養育につながるわけではないことを示す。これまでの調査からは、親の養育態度と子どもの認知機能の発達関連について、親の指導的子育てスタイルは、子どもの実行機能、社会性の基礎となる能力(他者の視点に立って物事をとらえる力)と関係することが明らかになっていることを合わせ、共感性の世代間伝播の一端が示されたと言える。本研究班の目的は、上記研究実績の概要でも述べた通りであるが、今年度についても、被験者および保護者の積極的な参加協力をいただき、定型発達乳幼児研究、自閉症スペクトラム児者研究ともに、安定した研究基盤のもと順調に進展している。研究の進行に伴って研究課題内で新たなテーマも生まれ、それらの研究も着実に研究成果として着実しつつある。これまでの定型発達乳児に加え、自閉スペクトラム症児を対象にした表情伝染、定型発達乳児における他者理解、親の共感性と養育態度の関連、親の養育態度と子どもの共感の発達、イヌ・オオカミおよびネコにおける対ヒト社会的認知に関する一定の成果を出すことができた。また、次年度の計画における準備状況も下記のとおり順調である。また、追加配分予算にて購入した脳波計測システムの導入により、一個体内のみではなく、二者間の脳波の同期性に関するデータ取得が可能となった。これによって二者間インタラクション時の脳波同時計測を行い、神経活動の同期性に関するデータ取得が行えることとなった。これらの成果より、目的の達成度はおおむね順調と考えられる。本研究班の目的は、定型、非定型発達児を対象に、共感性に関わる諸能力の発達的変化および相互作用を明らかにし、共感性の発達過程を統合的に解明することである。(1)情動伝染に関連してはデータ収集を終え、(a)乳児および(b)ASD・TD児における自発的表情模倣に関する論文2本(a,b)をまとめ、投稿した。(2)「わたしたち」と発話する際のニュアンス(人物Aの功績に対してBが「わたしたちが」と発話する、等)についてTD児は敏感に反応し、直後のA、Bへの分配行動に反映させるのに対し、ASD児ではそのような傾向が見られないことを明らかにした。現在論文を執筆中である。(3)因果応報的なストーリーへの期待に関しては、これを検討するために作成した新課題を学童期において調査実施し、成人で文化を越えて確認された「善行/悪行」に対する「ハッピーエンド/バッドエンド」の選択は、幼児を対象とした対面実験では6歳頃までは(ストーリーに対する理解や記憶には問題がないにもかかわらず)見られないが、7歳になると顕在化することを明らかにした。これらの成果を国内外の学会で発表し、関連の研究者と議論することで論文としてのとりまとめ準備も整えた。また、前年度以前におこなった研究についても、英語学術論文等として公刊が進んだ。(4)二者の脳波同時計測のための実験環境を構築し、二者が同時に同一の事物を観察している際の事象関連電位を測定した。
加齢および疾患に伴うミトコンドリア遺伝子変異蓄積機構

本研究の基本となる概念は、ミトコンドリアDNA (mtDNA)の体細胞における変異の蓄積が加齡過程と退行性疾患において重要な役割を演じていることである。ミトコンドリアは種々の細胞活動のために必要なエネルギーの大部分を供給している。ミトコンドリアは細胞内における活性酸素種の主な発生源である。mtDNAは呼吸鎖の近傍に存在するため、呼吸の副産物として呼吸鎖から漏出する活性酸素種に常に曝露されている。mtDNAへの酸化的損傷は、特に神経細胞あるいは筋肉細胞などの分裂終了細胞においては主な変異原性因子である。初期の体細胞変異(欠失・点変異)は、ミトコンドリア呼吸鎖からの活性酸素種の漏出を増加させ、mtDNAへの酸化的損傷を増大させ、変異の蓄積をもたらす。生体エネルギー的な機能の低下の機構を明らかにするために、酸化的損傷の蓄積とmtDNA変異を研究した。1.加齡に伴う骨格筋mtDNAの欠失の蓄積:Hayakawaはオーストラリアの剖検および整形外科手術において得られた骨格筋試料からDNAを抽出し、180種のプライマー対を用いて、欠失mtDNAの網羅的解析を行った。その結果、加齡に伴って検出される欠失mtDNAの種類が有意に増加することを見いだした。2.生体エネルギー疾患と酸化還元療法:LinnaneらはラットにAZTを投与し骨格筋と心筋異常を誘発した。骨格筋の収縮機能の低下は、心筋の亜ミトコンドリア粒子のエネルギー産生機能の低下を反映していた。Coenzyme Q_<10>とその類似化合物をAZTと同時に投与すると、骨格筋収縮能と心筋亜ミトコンドリア粒子の膜ポテンシャルを改善した。老齢ラットの心筋から調製した亜ミトコンドリア粒子は若年ラットから調製した標品よりも膜ポテンシャルを維持する機能が低下していることが明らかになった(Biochim Biophys Acta ;1271 : 191-194,1995)。3.ミトコンドリア変異細胞株の確立: Nagleyらはethidium bromideとMnによる処理をNamalwa細胞に加え、mtDNAが枯渇した細胞株(ρ^d細胞)を確立し、mtDNAの枯渇によってATP合成が障害される疾患の細胞モデルを提供した(Hum Mol Genet4: 903-914,1995)。4.ミトコンドリア脳筋症におけるmtDNA点変異の蓄積:ミトコンドリア脳筋症患者の骨格筋のmtDNAをクローン化し、クローン間の塩基配列の多様性を検討した。その結果、患者の骨格筋では、60クローン中10個のクローンに点変異が検出された。アミノ酸置換を伴う変異が1個のクローンに観察されたのみならず、終止コドンを生じる変異が2個のクローンにおいて検出された。コントロールの骨格筋では塩基置換は分析した60クローンには検出されなかった。正常胎盤では60クローン中2個のクローンに変異が観察された。ミトコンドリア脳筋症における変異の頻度によれば、それぞれのmtDNA分子は2-3個の有害な変異を有すると推定された。5.ミトコンドリア心筋症における欠失mtDNAの蓄積:180組のプライマーを用いてmtDNA欠失を網羅的に検出する系により、mit-変異とsyn-変異を伴ったミトコンドリア心筋症の19歳の患者で欠失mtDNAが高齢者において検出される量に匹敵する量に達していることを明らかにした。(BBRC202: 102-110,1995)。6.生殖腺細胞変異と体細胞変異の複合:7歳で心臓移植を受けた患者において3種の生殖腺細胞変異に加えて、212種の欠失mtDNAを体細胞変異として検出し、表現型とmtDNA遺伝子型の間の関連を明確にした(BBRC207: 613-620,1995)。以上の共同研究により、母系遺伝された生殖腺細胞点変異が引き金となり、ミトコンドリアで発生する活性酸素によってミトコンドリアDNAの断片化とともに点変異の蓄積がもたらされることが明らかになった。また、酸化還元療法によりミトコンドリア機能が維持される可能性が示され、ヒト疾患の有用な細胞モデルが得られた。

2.生体エネルギー疾患と酸化還元療法:LinnaneらはラットにAZTを投与し骨格筋と心筋異常を誘発した。骨格筋の収縮機能の低下は、心筋の亜ミトコンドリア粒子のエネルギー産生機能の低下を反映していた。Coenzyme Q_<10>とその類似化合物をAZTと同時に投与すると、骨格筋収縮能と心筋亜ミトコンドリア粒子の膜ポテンシャルを改善した。老齢ラットの心筋から調製した亜ミトコンドリア粒子は若年ラットから調製した標品よりも膜ポテンシャルを維持する機能が低下していることが明らかになった(Biochim Biophys Acta ;1271 : 191-194,1995)。3.ミトコンドリア変異細胞株の確立: Nagleyらはethidium bromideとMnによる処理をNamalwa細胞に加え、mtDNAが枯渇した細胞株(ρ^d細胞)を確立し、mtDNAの枯渇によってATP合成が障害される疾患の細胞モデルを提供した(Hum Mol Genet4: 903-914,1995)。4.ミトコンドリア脳筋症におけるmtDNA点変異の蓄積:ミトコンドリア脳筋症患者の骨格筋のmtDNAをクローン化し、クローン間の塩基配列の多様性を検討した。その結果、患者の骨格筋では、60クローン中10個のクローンに点変異が検出された。アミノ酸置換を伴う変異が1個のクローンに観察されたのみならず、終止コドンを生じる変異が2個のクローンにおいて検出された。コントロールの骨格筋では塩基置換は分析した60クローンには検出されなかった。正常胎盤では60クローン中2個のクローンに変異が観察された。ミトコンドリア脳筋症における変異の頻度によれば、それぞれのmtDNA分子は2-3個の有害な変異を有すると推定された。5.ミトコンドリア心筋症における欠失mtDNAの蓄積:180組のプライマーを用いてmtDNA欠失を網羅的に検出する系により、mit-変異とsyn-変異を伴ったミトコンドリア心筋症の19歳の患者で欠失mtDNAが高齢者において検出される量に匹敵する量に達していることを明らかにした。(BBRC202: 102-110,1995)。6.生殖腺細胞変異と体細胞変異の複合:7歳で心臓移植を受けた患者において3種の生殖腺細胞変異に加えて、212種の欠失mtDNAを体細胞変異として検出し、表現型とmtDNA遺伝子型の間の関連を明確にした(BBRC207: 613-620,1995)。以上の共同研究により、母系遺伝された生殖腺細胞点変異が引き金となり、ミトコンドリアで発生する活性酸素によってミトコンドリアDNAの断片化とともに点変異の蓄積がもたらされることが明らかになった。また、酸化還元療法によりミトコンドリア機能が維持される可能性が示され、ヒト疾患の有用な細胞モデルが得られた。1.mtDNA変異と生存率の関係:多数の症例についてmtDNAの全塩基配列を解析した結果、mRNA遺伝子における種間保存されているアミノ酸の置換を伴う塩基置換(mit^-)に加えて、tRNA遺伝子およびrRNA遺伝における種間保存されている部位の塩基置換(syn^-)を複合して有する患者の死亡年齢が、mit-変異のみ、あるいはsyn^-変異のみを有する患者の死亡年齢より有為に低いことを見いだした(Lancet345:189,1995)。
高齢者に対するロコモーショントレーニングの長期効果の検証

本研究の前身的研究として、我々はロコトレ介入の効果を検証するために、60歳以上の中高年者303人(介入群184人、コントロール群119人)を対象にした無作為割付の介入研究と462人を対象にしたロコモの調査研究を行っている。本研究では765人の追跡調査を行い,ロコトレ介入の長期効果とロコモの悪化に関する縦断調査を行うことを目的として研究を行った。追跡調査は3年で3回実施する予定であり,1年目と3年目の調査はアンケート調査のみ実施し,2年目の調査ではアンケート調査に加え,運動機能測定(握力、5回立ち上がり時間、歩行速度、片脚立ち時間、2ステップテスト、立ち上がりテスト)を実施した。1年目のアンケート調査では674人(88.1%)からの返信があった。2年目の追跡調査では運動機能の測定に参加した対象者が374人,アンケート調査のみ可能であった対象者が143人であり、合計して517人(67.5%)が追跡可能であった。3年目の追跡のアンケート調査は、565人(73.8%)から返信を得たロコトレ介入の長期効果として,ロコトレ介入群はコントロール群に比較して、転倒発生率が低く,特に女性においては,ロコトレ群で有意に転倒発生率が低下しており、ロコトレは転倒予防効果があることが明らかとなった。またその後の追跡調査においても、ロコトレ実施率は高く,2年後の時点でも約半数の人がロコトレを実施していた。ロコモの悪化には,体脂肪率,痛み,バランス機能(片脚立ち時間),下肢筋力が関連していることが縦断調査から明らかとなり,ロコモの予防には,運動機能を維持すること,痛みを予防すること,サルコペニア肥満を予防することが重要となる可能性が示唆された本研究の目的は、運動器の障害であるロコモティブシンドローム(ロコモ)を予防するために、60歳以上の中高年者に対して行ったロコモーショントレーニング(ロコトレ)の長期効果を、3年間の追跡調査から検証することである。当初の予定では,対象者は前年度に行っていた無作為化比較対照試験によるロコトレ介入の対象者である303人(介入群162人,コントロール群103人)であったが、この対象者に加え、我々が2年前に行った横断調査に参加した462人を対象者に加えて、765人の追跡調査を行うことに変更することとなった.追跡調査は1年毎の3年間実施する.1年目と3年目はアンケート調査のみを行い,2年目にはアンケート調査に加え,運動機能測定を実施する予定である.アンケート調査の評価項目は運動の実施状況,転倒・骨折の有無,要介護発生の有無,Euro-QOL,ロコチェック,ロコモ25,基本チェックリスト,食品摂取状況である.また2年目の運動機能の測定では握力,5回立ち上がり時間,片脚立ち時間,2ステップテスト,立ち上がりテスト,最大歩行速度を実施する.またその他に,身長・体重の測定とバイオインピーダンス法により体脂肪率,筋肉量の測定を行う.現在の実施状況としては,1年目の追跡調査が終了し,今年度に2年目のアンケート調査と運動機能評価を実施する予定である研究開始当初の計画では,前年度の無作為化比較対照試験によるロコトレ介入研究に参加した303人(介入群164人,コントロール群103人)を対象に,3年間のアンケート調査を実施する予定であった.しかし我々は同じ自治体で2年前にも462人を対象にした横断調査を行っており,今回その対象者も含めて追跡調査を行うこととなった.対象者数は765人と増加しているものの追跡調査の1年目は予定通り終了しており,今後も予定通り2年目と3年目の追跡調査を実施する予定である。今年度実施する2年目の追跡調査ではアンケートだけでなく,実際に対象者に来ていただき,運動機能の測定も実施する予定であり、おおむね順調に進展しているとした。本研究より以前に、我々はロコトレ介入の効果を検証するために、60歳以上の中高年者303人(介入群184人、コントロール群119人)を対象にした無作為化比較対照試験を実施しており、ロコトレの運動機能改善効果を明らかにしている。本研究の目的は,ロコモティブシンドローム(ロコモ)を予防するために、60歳以上の中高年者に行ったロコモーショントレーニング(ロコトレ)の長期効果を検討することである。本研究の当初の予定の対象者は、我々が以前に実施したロコトレ介入研究の303人であったが、この対象者に加え、それ以前にロコモに関する横断調査を行った462人も対象者に加えて、765人の追跡調査を行うことに変更した。追跡調査は3年で3回実施する予定であり,1年目と3年目の調査はアンケート調査のみ実施し,2年目の調査ではアンケート調査に加え,運動機能測定を実施する。今年度までに1年目と2年目の追跡調査は終了している。1年目の追跡調査(アンケート調査のみ)では674人からの返信があった。2年目の追跡調査では運動機能の測定に来ていただいた対象者が374人,アンケート調査のみ可能であったものが143人であり、合計して517人が追跡可能であった。1年目の追跡調査では、ロコトレ介入群がコントロール群に比較して、転倒発生率が低いという結果を得ている。2年目の追跡調査では、運動機能が維持されているという結果を得ている。今年度に最終3年目のアンケート調査を行う予定である。

当初の予定でよりも、追跡調査の対象者が増えたことに加え,2年目の調査では,アンケート調査だけでなく,実際に対象者に来ていただき、運動機能などを実際に測定することができた点については、当初の予定以上に研究が進んでいるといえる。しかし2年目の追跡調査となり、返信率が低下していることや、追跡調査の時期が遅くなっているという点もあるため、研究全体としては概ね順調に進展しているといえる。本研究の前身的研究として、我々はロコトレ介入の効果を検証するために、60歳以上の中高年者303人(介入群184人、コントロール群119人)を対象にした無作為化比較対照試験を実施しており、ロコトレの運動機能改善効果を明らかにしている。本研究では,介入後の対象者の3年間の追跡研究を実施し、ロコモーショントレーニング(ロコトレ)の長期効果を明らかにすることを目的としている。本研究の当初の予定の対象者は、我々が以前に実施したロコトレ介入研究の303人であったが、この対象者に加え、それ以前にロコモに関する横断調査を行った462人も対象者に加えて、765人の追跡調査を行うことに変更した。追跡調査は3年で3回実施する予定であり,1年目と3年目の調査はアンケート調査のみ実施し,2年目の調査ではアンケート調査に加え,運動機能測定(握力、5回立ち上がり時間、歩行速度、片脚立ち時間、2ステップテスト、立ち上がりテスト)を実施した。1年目のアンケート調査では674人からの返信があった。2年目の追跡調査では運動機能の測定に参加した対象者が374人,アンケート調査のみ可能であった対象者が143人であり、合計して517人が追跡可能であった。3年目の追跡のアンケート調査は今年度に終了し、565人から返信を得ている。1年目の追跡調査では、ロコトレ介入群はコントロール群に比較して、転倒発生率が低かった。特に女性においては,ロコトレ群で有意に転倒発生率が低下しており、ロコトレは転倒予防効果があることが明らかとなった。また2年目の追跡調査では、ロコトレ群の運動機能が低下しておらず、維持されているという結果を得ている。3年目のアンケート調査の結果では、介入群の生活機能が維持されていたが、コントロール群との有意差はみらなくなっており、さらなる詳細な検討を今後行う予定である。当初の予定よりも、追跡調査の対象者が増えたことに加え,2年目の調査では,アンケート調査だけでなく,実際に対象者に来ていただき、運動機能などを実際に測定することができた点については、当初の予定以上に研究が進んでいるといえる。しかし、2年目で運動機能測定を追加した影響で、2年目以降の追跡調査の時期が遅くなってしまった。平成29年度では最終の3回目の追跡調査を終えたが、調査時期が遅れた影響で、研究結果を論文にすることが遅れている。そのため平成30年度には研究結果をまとめる作業をおこなう予定である。本研究の前身的研究として、我々はロコトレ介入の効果を検証するために、60歳以上の中高年者303人(介入群184人、コントロール群119人)を対象にした無作為割付の介入研究と462人を対象にしたロコモの調査研究を行っている。本研究では765人の追跡調査を行い,ロコトレ介入の長期効果とロコモの悪化に関する縦断調査を行うことを目的として研究を行った。1年目のアンケート調査では674人(88.1%)からの返信があった。
摂動パラメータ付き確率過程における挙動解析

19年度の研究成果として、自己相似性をもつ多次元ランダム環境の下での拡散過程における長時間挙動解析及びその結果を応用した集合値拡散過程の長時間挙動解析の結果を得た。いずれも正則性を持ってない重みポテンシャルつき拡散過程の白色雑音ゼロ極限問題において、ディリクレ形式論とそれに対応するマルコフ過程論を主な道具として使う解析的取り組みの産物である。この研究より、確率論的問題である「摂動パラメータ付き確率過程における挙動解析」は、ランダム環境が多次元の場合、ディリクレ形式論などの解析学的アプローチが非常に有効な手段として、ひとつの突破口になることが示された(研究成果は現在審査中)。研究は摂動パラメータが時間に依存する一般的な場合まで及んだ。ランダム環境の下での取り組みではないが、このようなモデルは、物理数理や工学分野でも応用の幅が広い焼きなまし過程の一般的な拡張の意味をもち、ディリクレ形式に対するポアンカレ型不等式の表現による応用問題として定式化することができた。また、時間によって変化する領域の上を、その時間に依存する拡散パラメータをもつ拡散過程が動いているとき、そのスペース・タイム領域を脱出するための領域・拡散係数の条件などが示された(研究成果は現在審査中)。ランダム環境がドリフトをもつ場合や時間に依存する場合などのさらなる応用、並び拡張への可能性が伺える。正則性(regularity)を持っていない白色雑音のゼロ極限問題(zero white noise limit problem)における理論的体系およびその応用問題を考えるのが本研究課題の中心的部分である。この問題を確率論的に形式化すると「摂動パラメータ付き確率過程における挙動を解析することになるが、そのなかでも特に、摂動パラメータ付き拡散過程における任意領域上の脱出時間分布の挙動や任意領域滞在時間分布の挙動などの解析を具体的に行うことに興味を持った。平成17年度の研究では、正則性を持っていないポテンシャル関数の勾配をドリフト項として持つ摂動パラメータ付き拡散過程における任意(滑らかでない)領域上の脱出時間分布の挙動について一連の解析結果を得た(研究成果参照)。方法論的には、拡散過程に対応する解析学的概念である強局所ディリクレ形式におけるスペクトラル・ギャップ(spectral gap)の摂動0に対する漸近挙動とポテンシャル関数における任意領域上のある幾何学的量の関係に対する特徴付けが重要な道具となっている。この研究結果は、物理数理や工学分野でも応用の幅が広い焼きなまし過程やランダム環境をもつ多次元拡散過程(multi-dimensional diffusions with random environments)に関する非正則条件のもとでの新たな理論展開にも、その波及効果を期待している。今後の研究計画としては、焼きなましモデルをはるかに含む一般的な非同次確率過程、すなわち、時間に依存する摂動パラメータ付きのスペース・タイム拡散過程(space-time diffusions)における任意領域上のhitting probabilityの解析を行う予定である。18年度の研究では、正則性を持っていない重みポテンシャルにおける拡散過程の白色雑音ゼロ極限問題(zero white noise limit problem)およびその応用問題を考えるのが目標課題であった。この問題を確率論的に形式化すると「摂動パラメータ付き確率過程における挙動」を解析することになるが、そのなかでも特に、摂動パラメータ付き拡散過程における任意領域上の脱出時間分布の挙動や任意領域滞在時間分布の挙動などの解析を具体的に行った(研究成果参照)。この研究結果は、物理数理や工学分野でも応用の幅が広い焼きなまし過程やランダム環境をもつ多次元拡散過程に関する新たな理論展開にもその波及効果を期待している。今後の研究計画としては、焼きなましモデルをはるかに含む一般的な非同次確率過程、すなわち、時間に依存する摂動パラメータ付きのスペース・タイム拡散過程(space-time diffusions)における任意領域上の再帰・非再帰性を中心としてしらべる予定である。このときの主な道具としては、ディリクレ形式にかかわるポアンカレ型不等式の正式化が重要であることが予想できる。
牛乳アレルギーにおける経口免疫寛容誘導とその機序

1.女子学生(1820才)において、人工乳を生後すぐまたは3ヶ月までに開始した群に比し、人工乳ならびに牛乳を含む離乳食を生後811ヶ月に開始した群ではβ-LGに対するIgE抗体価が有意に高値であり、また人工乳ならびに牛乳を含む離乳食を生後1年以降に開始した群ではβ-LGに対するIgGとIgG_4抗体価が有意に高値であった。また、母乳のみまたは母乳と人工乳の両方を摂取してきた人の中で、牛乳またはその加工品を食べた後にアレルギー症状をおこしたことの有無と母親の妊娠中の牛乳またはその加工品の摂取量との関連性を検討した。その結果、母親が妊娠中牛乳を1日1本以上摂取していた人は、今までに牛乳またはその加工品を食べた後にアレルギー症状をおこしたことのある割合が高かった。2.BALB/Cマウスにおいて(1)脾臓細胞のβ-LGに対する反応:胎児期(p0)、生後3週令(離乳開始前)(p3)、生後5週令(離乳開始時期)(p5)のそれぞれの時期よりβ-LGを摂取し生後5週令にβ-LGを腹腔に投与し、6週令に解剖した群(p0-ip)(p3-ip)(p5-ip)では、controlで生後5週目にβ-LGを腹腔に投与し、6週目に解剖した群(control-ip)に比べて、有意に低値を示した。血液中のβ-LGに対するIgGならびにIgGサブクラス抗体価がまだ下がらない時期よりトレランスの誘導のメカニズムは働きはじめていることが示唆された。(2)6週令におけるβ-LGに対するIgE抗体価:p0-ip,p5-ipでcontrolに比べ有意に低い値を示し、IgE抗体価については、胎児期あるいは生後5週令よりβ-LGを摂取することでトレランスの誘導がおこなわれていることが示唆された。1.女子大生(18才)において、血液中のβ-ラクトグロブリン(β-LG)に対するIgGの高い学生ではなんらかのアレルギー症状を有していることが示された。対象者数が少ないためか、また対象者の年齢がアレルギーを多く発症するとされている乳幼児期より離れてしまっているためか、アレルギー症状と乳児期の母乳、人工乳の摂取状況、現在の牛乳ならびに牛乳加工品などの摂取状況についてのアンケートによる回答との関連性については、不明であった。今後、さらに対象者を増やし続けて調査をおこなうとともに年齢の低いヒトを対象に同様の調査を行う予定である。2. BALB/Cマウスにおいて(1)β-LGに対するIgGならびにIgGサブクラス抗体価:胎児期よりβ-LGを母体をとおして摂取した群(p-0)では、β-LGを含まない飼料MFを摂取した群(control)に比し、生後3週齢ですでに有意に高く、その後6週齢ではcontrolと同様の低値を示した。離乳期前(生後3週齢)、離乳直後(生後5週齢)よりβ-LGを摂取した(p-3)(p-5)群では、それぞれ生後6週齢、8週齢より上昇を示し、生後17週齢ではどちらもcontrolと同様の値まで下降した。β-LGを摂取したいずれの群においても時期はずれるものの、生後17週齢までにβ-LGに対するトレランスが誘導されることが示された。(2)脾臓細胞のβ-LGに対する反応:p-0、p-3、p-5で生後5週目にβ-LGを腹腔に投与し、6週目に解剖した群(p-0-ip)(p-3-ip)(p-5-ip)では、controlで生後5週目にβ-LGを腹腔に投与し、6週目に解剖した群(control-ip)に比べて、有意に低値を示した。

(2)6週令におけるβ-LGに対するIgE抗体価:p0-ip,p5-ipでcontrolに比べ有意に低い値を示し、IgE抗体価については、胎児期あるいは生後5週令よりβ-LGを摂取することでトレランスの誘導がおこなわれていることが示唆された。
演算加速器を有する計算機クラスタ向け固有値解法の並列実装に関する研究

本年度は研究課題3.を達成するために,ナノシミュレーションにおいて現れる大規模な密エルミート一般化固有値問題に対し,大規模Xeon Phi(Knights Landing,KNL)クラスタOakforest-PACSにおける周回積分型固有値解法の適用,および性能評価を行うことを目的に研究を行った.研究課題1.について,前年度の成果であるGPUクラスタ向け分散メモリ並列な行列-複数右辺ベクトル積のKNLクラスタ向け移植を行った.また,複数右辺ベクトルのデータ保持形式を使用して,直交化手法であるCholesky QR法の実装を行った.これらを利用してKrylov部分空間反復法の一種であるBlock BiCGrQ法の実装を行った.分散メモリ並列数値計算パッケージScaLAPACKの直接法による連立一次方程式ソルバであるPZGETRFおよびPZGETRSと提案法を,周回積分型固有値解法で現れる連立一次方程式に対して適用した.Oakforest-PACS上で性能評価を行い,特に多数ノードでの実験において提案法が高速であることを確認し,学会で口頭発表を行った.研究課題3.について,Sakurai-Sugiura法のパッケージz-Paresに前述のBlock BiCGrQ法を組み込むことで,KNLクラスタにおける分散メモリ並列な一般化固有値問題解法を実現した.ナノシミュレーションにおいて実際に現れる行列に対して,ScaLAPACKのエルミート一般化固有値問題向けソルバであるPZHEGVXと提案法を適用し,性能評価を行った.PZHEGVXの多数ノードでのスケーラビリティを確認し,少数ノードでの提案法の実行結果から多数ノードでの計算時間の見積もり,多数ノード時にはPZHEGVXよりも高速になる可能性が示された.この成果に関して,国際会議SIAM PP18にて口頭発表を行った.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は交付申請書の研究目的1.「周回積分型固有値解法を演算加速器を持つ計算機クラスタにおいて大規模な問題に適用するために必要となる,分散並列実行可能な連立一次方程式ソルバを実現する」,および2.「固有値分布推定の結果を利用したパラメータ決定,および周回積分型固有値解法の計算過程の見直しによる計算の高速化を行う」について取り組んだ.項目1.について,係数行列を正方形のグリッドに分割し各グリッドを密行列として保持するブロック行列-行列積のGPUクラスタ向け実装を行い,性能を評価した.非零要素が少ない部分については疎行列格納形式であるSELL-C-σの並列実装であるGHOSTを用いて疎行列化を行った.また,9月にドイツのフリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン=ニュルンベルクで行われた,GHOSTの開発元であるESSEXプロジェクトのミーティングではGHOSTのXeon Phi対応について情報を得た.一方Krylov部分空間反復法について,実対称一般化固有値をSakurai-Sugiura法で解く際に現れる複素対称行列を実数演算のみで求解を行うReal-Valued Block CGrQ法の実装を,線形計算ライブラリEigenを用いて行い,複素対称行列向け解法である前処理付きBlock COCGrQ法と計算時間,解の精度の比較を行った.現在はその成果を論文としてまとめ論文誌へ投稿中である.項目2.について,直交化手法であるCholesky QR法の分散並列実装を行った.現在は同法の性能評価を行い,Sakurai-Sugiura法への適用を行っている.交付申請書に記載した研究目的1.「周回積分型固有値解法を演算加速器を持つ計算機クラスタにおいて大規模な問題に適用するために必要となる,分散並列実行可能な連立一次方程式ソルバを実現する」について,申請書に記載した行列・複数右辺ベクトル積を実装し性能を評価することはできたが,それを利用したBlock BiCGrQ法の実装,および性能評価には至っていない.研究目的2.「固有値分布推定の結果を利用したパラメータ決定,および周回積分型固有値解法の計算過程の見直しによる計算の高速化を行う」については,申請書記載の確率的固有値分布推定法による自動パラメータ設定,およびBlock Arnoldi型解法の実装が途上であり,計算の高速化に至っていない.一方で,来年度取り組む予定であった研究目的3.「演算加速器を持つ計算機クラスタ上で,実問題から現れる固有値問題に適用し性能を評価する」については,実装,および性能評価を行ったReal-Valued Block CGrQ法が,実問題でよく現れる実対称一般化固有値問題への適用の際に現れる解の精度の悪化などの懸念事項を解消する可能性がある.以上から,本研究の達成度は当初の予定に対してやや遅れていると評価する.本年度は研究課題3.を達成するために,ナノシミュレーションにおいて現れる大規模な密エルミート一般化固有値問題に対し,大規模Xeon Phi(Knights Landing,KNL)クラスタOakforest-PACSにおける周回積分型固有値解法の適用,および性能評価を行うことを目的に研究を行った.研究課題1.について,前年度の成果であるGPUクラスタ向け分散メモリ並列な行列-複数右辺ベクトル積のKNLクラスタ向け移植を行った.また,複数右辺ベクトルのデータ保持形式を使用して,直交化手法であるCholesky QR法の実装を行った.これらを利用してKrylov部分空間反復法の一種であるBlock BiCGrQ法の実装を行った.分散メモリ並列数値計算パッケージScaLAPACKの直接法による連立一次方程式ソルバであるPZGETRFおよびPZGETRSと提案法を,周回積分型固有値解法で現れる連立一次方程式に対して適用した.