hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
３次元多様体の基本群が許容する不変順序に関する研究

3次元球面内の結び目に対して,その補空間の基本群を結び目群とよぶ.結び目群はメリディアンとよばれる幾何的に素性の明らかな元によって正規的に生成される.つまり,メリディアンの正規閉包が結び目群全体に一致する.そのような性質をもつ元を正規生成元とよぶことにする.非自明な結び目群については,メリディアン以外の正規生成元が無限に存在すると予想されており,2橋結び目,トーラス結び目,ケーブル結び目,結び目解消数1双曲結び目については肯定的に解決されている.本年度はプレッツェル結び目のある無限族について,その予想を肯定的に証明した.その議論においては,生成元,関係子がともに2つである表示をもつあるタイプの群が自明であることを示すために,ミラーとシャップの判定法を活用した点が新しい.この結果は論文としてまとめ,すでに国際学術雑誌から出版されている.また,同内容について,日本数学会において講演を行った.共役ねじれ元が群の自由積に対して,どう振る舞うのか,長年未解決であったが,共同研究によってこの問題を解決した.ねじれ元のない群の有限個の自由積に対して共役ねじれ元が存在するとき,因子であるいずれかの群に共役ねじれ元が存在することを,共役ねじれ元の安定交換子長に対して上界を与えることで証明することができた.この成果は論文としてまとめ,すでに国際学術雑誌に受理されている.また,次年度6月にメキシコで開催される国際会議に招待を受けている.今年度は,1本の単著論文と3本の共著論文が全て国際学術雑誌に受理された.また,国内の学会,研究集会において2回の成果発表を行った.引き続き,結び目群の正規生成元や共役ねじれ元の構成,さらに結び目の巡回被覆空間の基本群に含まれる共役ねじれ元の構成を中心に研究を進める.3次元多様体の基本群の多くは,両側不変順序を許容しない.順序群の研究において,両側不変順序を許容しない群は,共役ねじれ元をもつと予想されていた.残念ながらこの予想に対しては,1970年代に反例が見つかったが,それらは3次元多様体の基本群ではない.いわば,3次元多様体の基本群のような素性の良い群については,上記の予想は成立すると予想する.本年度の研究では,この予想を代表的な3次元多様体の族であるザイフェルト多様体と可解多様体に対して肯定的に解決した.3次元多様体の許容する幾何構造は8種類しかないことが知られているが,これにより7つの幾何構造に対して予想が解決されたことになる.残る双曲多様体の場合がもっとも難しいことはいうまでもないのだが,8の字結び目の巡回分岐被覆空間すべてや,レーブレス葉層構造を許容しないことで知られる双曲3次元多様体の無限族など,双曲3次元多様体のこれら無限列に対しても予想の肯定的確認を行うことができた.この結果は,日本大学の茂手木公彦氏との共著論文として執筆し,すでに国際学術雑誌に受理されている.また,イギリスのケンブリッジ大学で開催された3次元多様体に関する国際ワークショップにおいて,研究代表者が成果発表を行った.また,結び目外部空間のスロープの定める正規部分群について,いつそれらが一致するか,それらの交わりの分析,包含関係の分析を行った.特に,そのような正規部分群がいつ一致するのかといういわゆるマグナス問題に対して,完全解決を得ることができた.この成果については現在,論文にまとめているところである.年度の早い段階で成果が得られたため,その結果を論文にまとめ,国際学術雑誌に受理されている.また,ケンブリッジ大学で開催された国際ワークショップにおいて成果発表をするに至った.さらに次年度以降に向けて,着々と成果が蓄積されつつあることから,順調に進展していると判断できる.3次元球面内の結び目に対して,その補空間あるいは外部空間の基本群を結び目群とよぶ.境界であるトーラス上のスロープに対して,その正規閉包の間の関係を研究した.その結果,双曲結び目において,無限個のスロープに対して,それらの正規閉包の共通部分は自明であることを証明した.この成果は共同研究者が2017年11月に韓国で開催された第2回トポロジーと応用に関する環太平洋国際会議で発表した.現在,論文としてまとめており,国際学術雑誌に投稿中である.また,一般にスロープの正規閉包の間に成り立つ様々な関係について前年度末に実績として記載したが,論文としてまとめ,すでに国際学術雑誌に投稿し審査を受けている.この内容については,2017年6月の広島大学トポロジー幾何セミナーにおいて,研究代表者が講演を行なった.また,前年度の結果について,2017年8月に行われた拡大KOOKセミナーおよび上述の第2回トポロジーと応用に関する環太平洋国際会議において研究代表者が講演を行なった.結び目群に限らず,3次元多様体の基本群においては,両側不変順序を許容しない場合,共役ねじれ元が存在すると予想している.今年度は特に結び目のデーン手術によって得られる3次元多様体について,ある条件下で共役ねじれ元を構成した.また,共役ねじれ元の位数という概念を導入し,安定交換子長との関係を見いだすことで,結び目のロンジチュードは共役ねじれ元にならないことを証明した.これらの結果については,2018年2月にアメリカ・テキサス大学オースチン校でのトポロジーセミナーにおいて研究代表者が成果発表を行った.現在,論文にまとめている段階である.今年度は2本の論文を国際学術雑誌に投稿し,さらに1つの論文をまとめている段階にある.また,国際会議で1回,海外の研究機関で1回,国内では2回の成果発表を行った.

3次元球面内の結び目に対して,その補空間の基本群を結び目群とよぶ.結び目群はメリディアンとよばれる幾何的に素性の明らかな元によって正規的に生成される.つまり,メリディアンの正規閉包が結び目群全体に一致する.そのような性質をもつ元を正規生成元とよぶことにする.非自明な結び目群については,メリディアン以外の正規生成元が無限に存在すると予想されており,2橋結び目,トーラス結び目,ケーブル結び目,結び目解消数1双曲結び目については肯定的に解決されている.本年度はプレッツェル結び目のある無限族について,その予想を肯定的に証明した.その議論においては,生成元,関係子がともに2つである表示をもつあるタイプの群が自明であることを示すために,ミラーとシャップの判定法を活用した点が新しい.この結果は論文としてまとめ,すでに国際学術雑誌から出版されている.また,同内容について,日本数学会において講演を行った.共役ねじれ元が群の自由積に対して,どう振る舞うのか,長年未解決であったが,共同研究によってこの問題を解決した.ねじれ元のない群の有限個の自由積に対して共役ねじれ元が存在するとき,因子であるいずれかの群に共役ねじれ元が存在することを,共役ねじれ元の安定交換子長に対して上界を与えることで証明することができた.この成果は論文としてまとめ,すでに国際学術雑誌に受理されている.また,次年度6月にメキシコで開催される国際会議に招待を受けている.今年度は,1本の単著論文と3本の共著論文が全て国際学術雑誌に受理された.また,国内の学会,研究集会において2回の成果発表を行った.結び目外部空間のスロープの定める正規部分群を調べる必要性は,研究計画に述べた共役ねじれ元の継承あるいは生成という観点から生じている.上述のように,スロープの定める正規部分群の構造分析については一応の結論を得たので,本来の目的である共役ねじれ元の研究に移行する.引き続き,結び目群や3次元多様体の基本群に含まれる共役ねじれ元の構成を中心に研究を進める.また,結び目の巡回分岐被覆空間の基本群も視野に入れる.引き続き,結び目群の正規生成元や共役ねじれ元の構成,さらに結び目の巡回被覆空間の基本群に含まれる共役ねじれ元の構成を中心に研究を進める.アメリカへの渡航を行なったが,費用に関して予定よりも安価に実施できたことが原因である.少額ではあるが,次年度に余裕を持って旅費に使用する.当初予定していた海外渡航が実現しなかったために次年度使用額が生じた.2019年度はすでにメキシコでの国際研究集会に招待を受けており,最終年度において使用する予定である.
インジュリン(HGF発現誘導因子)の精製と構造解析

HGFは私達が肝再生因子の実体として発見した増殖因子であるが、HGFは主に増殖制御や細胞運動の促進、形態形成の誘導などの機能を有するpleiotropic factorであり、肝臓や腎臓、肺など多くの組織・器官の形成や再生を担うorganotropic factorである。本研究においてインジュリンの精製を進めるとともに,HGFの発現を調節するサイトカインの同定,HGF/インジュリンシステムからみた癌と宿主の相互作用の理解に貢献できる研究成果を得た。(1)インジュリンの精製とHGF発現調節ブタ肺からインジュルンの精製を進める過程でインジュリン活性を示す数種の画分を得た。そのうち2つの画分について精製すると、1つはIL-1であり、他の1つはヘパリンであることが明らかになり、ヘパリンやIL-1がHGF誘導活性を持つことを明らかにした。さらにインジュリンの逆作用を持つHGF発現抑制因子としてTGF-beta1やグルココルチコイドが明らかになり、HGF発現がアクセルとブレーキにより巧妙に調節されていることが考えられた。現在さらに未知のタンパク質性のインジュリン活性の精製を進めている。(2)インジュリン発現を介するがん細胞と宿主細胞との相互作用がん細胞の増殖能や浸潤転移能が宿主細胞の影響を強く受けているどとは古くか知られている。このがん細胞と宿主細胞の相互作用をメディエ-トする液性因子の1つがHGFであることを明らかにした。がん細胞の中にHGF誘導因子(インジュリン様因子)を分泌するものが高頻度で検出された。がん細胞がインジュリン様因子を産生して宿主ストロマ-細胞のHGF産生を促し、このHGFによりがん細胞の増殖能や浸潤能、線腔形成能が高まる可能性がある。HGFとそのインデュサーであるインジュリンをメディエーターとしてがんの増殖、悪性化などがん-宿主相関についての分子レベルの理解ができると考えている。
ＨＳＰ７２を標的としたエキソソーム単離法の評価と腫瘍マーカーの探索への応用

エキソソームの膜表面にHSP72が発現しているという報告を基に、HSP72複合体単離法(NHq法)によるエキソソームの効率的な単離と腫瘍マーカーの探索を目的とした。癌細胞培養上清からNHq法でHSP72複合体を単離し、エキソソームマーカーにて超遠心法と比較したが、結果は陰性であった。したがってNHqではエキソソームの単離はできなかった。一方NHq法により、多発性骨髄腫マーカーの探索を試みた。患者血清に対してHSP72結合分子の探索を行った結果、10例中すべてで3種類のタンパク質を同定した。中でもプロテインXは腫瘍マーカーになりうる可能性を秘めている。癌細胞由来のエキソソーム小胞は複数の腫瘍免疫関連分子を内包しており、腫瘍マーカー探索の標的となりうる。Heat shock protein72(HSP72)は、エキソソームマーカーの一つとして広く知られており、なかでも癌細胞では細胞膜上の発現が報告されている。そこで、申請者の開発したHSP72複合体の包括的な単離・解析方法のエキソソーム単離法としての妥当性を評価し、多発性骨髄腫腫瘍マーカーの探索を試行した。前年度、肺癌、マクロファージ由来のエキソソームにHSP72が内包されていないことが明らかになったため、HSP72の発現亢進の知られる膵癌細胞について評価した。その結果、超遠心法で単離したエキソソーム中にHSP72を認めた。一方で膵癌培養上清に対してNHq法を行った結果、大量のHSP72が単離できた。したがって、NHq法は細胞外HSP72を効率的に単離できる一方で、エキソソーム単離はできないと結論付けた。この理由としてHSP72は小胞の膜上には発現していないこと、あるいはHSP72の細胞外領域にNHqを構成する抗体の抗原部位がないことが考えられる。そこで、NHqを構成するHSP72抗体9種類のエピトープマッピングを行った。一方、昨年度、多発性骨髄腫患者血清からマーカー候補として挙がった4分子のうち、2分子について、疾患特異性の評価をおこなった。しかし、結果は陰性であった。そこで、再度10例の患者血清に対してNHq法を施行し、プロテオーム解析を行った。新たに全員の血清中に認められたHSP72結合分子に関して、現在、疾患特異性を検証している。Heat Shock Protein 72 (HSP72)は、エキソソームマーカーの一つとして報告されており、近年、エキソソーム膜表面での発現が報告されている。したがって申請者の開発したHSP72結合分子の包括的な単離・解析手法はエキソソーム単離法になりうる可能性がある。そこで、本法のエキソソーム単離法としての妥当性を評価し、多発性骨髄腫腫瘍マーカーの探索を試みた。HSP72複合体を単離するNHqビーズを使用して肺がん細胞、およびマクロファージの培養上清中のHSP72複合体分子を単離・同定した結果、エキソソームで認められる膜タンパク質や骨格タンパク質、核内タンパク質を複数認めた。一方で、両細胞の培養上清を用いて超遠心法にてエキソソームの単離を行った。ウエスタンブロット、質量分析にてHSP72の発現を評価したがHSP72は見いだせなかった。そこで、超遠心法とNHq法を順番を変えて組み合わせることで、HSP72およびエキソソームマーカータンパク質を追跡し、NHq法でエキソソームが単離可能か評価した。その結果、従来の報告に反して単離したエキソソームにはHSP72の発現を認めず、NHqではエキソソームは単離できないという結果が得られた。一方で、NHq法にて多発性骨髄腫細胞の培養液および多発性骨髄腫患者血清を対象に解析した結果、82種類のタンパク質を同定した。これらにはエキソソームマーカー分子が複数含まれていたが、他の実験結果と総合して考えると、NHqがエキソソームを単離している訳ではないと結論付けた。しかし、培養細胞上清と患者血清の両者で共通して同定される分子が4つあり、多発性骨髄腫腫瘍マーカーになりうる可能性が強く示唆された。結果は陰性であったが、当初の計画通り、NHqを用いてエキソソームの単離が可能か評価した(課題1)。一方でNHqを用いて多発性骨髄腫腫瘍マーカーの探索(課題2)を行い、エキソソーム由来かは別として腫瘍マーカー候補分子を挙げた。特許申請まで至っている点で、「研究の目的」を十分達成していると考える。

NHq法によるエキソソーム単離に関しては難しいが血中の微量タンパク質を単離できることは証明できたことから、課題2を継続して行う。当初予定したLC/MS/MSによるMultiple Reaction Monitoring(MRM)法は機械の不具合の問題もあり、定量性試験の方法は流動的に対応する。これまでに同定した多発性骨髄腫腫瘍マーカー候補分子の妥当性を評価する一方で、再度NHq法を用いたスクリーニングを行うことでその他のマーカー候補分子を選抜する。前年度に引き続きタンパク質精製や培養に係る物品費にその大半を支出する。一部、質量分析は他施設に委託することからそのための輸送費や成果報告のための旅費を計上した。
断片的に散らばった抽象的世界知識の構造化と集約

人工知能をより賢くするために、世の中に存在する大量の言語データから因果関係などの世界知識を自動獲得するための基盤技術を開発した。また、これらの世界知識を用いて、観測された事象から未知の仮説を予測するための「仮説推論」の技術を開発した。特に本研究では、「宇宙開発に投資すべきか」などのトピックについて書かれた論述文を解析対象とし、主張文-根拠文の関係の自動解析器の開発や、「分散表現」と呼ばれる単語のベクトル表現を用いて知識を柔軟に使いこなすための仮説推論の技術開発を行った。下記の二つの課題それぞれに対して、次のような成果が得られた。(1)課題1:論述文からの構造的知識の抽出技術の開発一次知識の構造化の前段階として、大規模コーパスからの一次知識の抽出、一次知識の表現方法についての基礎的検討を行った。具体的には、約2万件の自然言語処理の論文データを集めたACL Anthology Reference Corpusより、数百万のオーダで関係知識(一次知識)の抽出を行い、その中に(TFIDF, is used for, feature weighting)のような有用な関係が多く含まれることがわかった。さらに、大規模Webコーパスより20億個の因果関係知識を抽出し、知識表現として複単語表現を考慮することの重要性を実験により確認した(佐々木ら2016)。また、スクリプト的な知識の表現方法として、RNNエンコーダ・デコーダモデルにより得られる分散表現的アプローチについても検討を行い、従来の記号的アプローチに対する有用性を実験により確認した(Roemmele et al. 2017)。課題1・課題2ともに、おおむね当初の研究内容に沿って研究が進んでおり、対外的な成果発表も行えている。(1)課題1:論述文からの構造的知識の抽出技術の開発構造的知識の自動獲得に向けて、主張-根拠の関係解析タスクの設計・モデル構築を進めた。より具体的には、論述文における主張-根拠の関係を自動解析する計算モデルを構築した。このとき、解析対象の文の周辺から、より大域的な論述構造を抽出・利用して解析を行うことにより、その解析精度を向上させられることを経験的に示した(Kuribayashi et al. 2017, 2018)。また、論述文において、エンティティに対する感情極性情報を根拠付きで自動抽出することを目指して、アノテーションスキームの設計、および試験的なコーパスアノテーションを行い、その実現性を検討した(白井ら2018)。(2)課題2:構造的知識に対する基礎的演算の実現知識演算の枠組みとして、分散表現に基づく後ろ向き推論器の検討を行った。ウェブから獲得した大規模知識を用いて推論器を主観的に評価し、ある程度の精度で柔軟な推論ができることを示した(Inoue et al. 2018a)。さらに、この後ろ向き推論器をディベート理解タスクに応用するため、Natural Logic (McCarthy et al. 2007)を用いた知識演算の機構に関する基礎的検討も行った(Inoue et al. 2018b)。さらに、知識評価の環境構築として、構造化パーセプトロンに基づくディベート理解モデルを構築した。また、構造的知識の新たな応用先として、試験答案の自動採点タスクを検討し、既存モデルの実装・エラー分析を行い(Wang et al. 2018)、さらに理想的な知識構造のダウンストリームタスクからの検討等を行った。年度の前半は、課題1に重点的に取り組み、年度の後半で徐々に課題2への取り組みを重点化していく。具体的には、前年度の研究で得られた一次知識のデータベースや知識表現に関する知見を活かし、知識の成立条件の表現など、前年度十分に検討ができなかった一次知識の構造化を進める。また、前年度の論理推論に基づく知識演算機構のアイデアをさらに発展させ、分散表現と論理推論を組合せた柔軟な知識演算機構を構築する。最後に、構造化した一次知識を知識演算機構に投入し、前年度検討を重ねたディベート理解タスクの上で取り組みの評価を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。自然言語処理29年度が最終年度であるため、記入しない。
神経変性疾患予防を指向した未解明天然物の網羅全合成と構造活性相関

本研究では,天然食品由来の生物活性物質を標的として,活性化合物の全合成ならびに化合物レベルでの神経細胞保護効果を検証している.本年度は主に,1)神経保護効果の期待できるヘリセノンCHおよび5'-ヒドロキシヘリセノンFの効率全合成と小胞体ストレス依存性神経細胞死に対する細胞保護活性,2)ビスTHF環構造をもつ紅藻由来の含臭素アセトゲニン類(イソローレニディフィシン,ブロムローレニディフィシン,ローレンマリアレン)の全合成と構造決定について検討した.1)に関しては,モンモリロナイト鉱とモレキュラーシーブを用いるゲラニル基の1,3-転位反応を鍵として,脂肪酸鎖の異なるヘリセノンCHならびに5'-ヒドロキシヘリセノンFの初の全合成に成功した.特に後者の合成に関しては,エポキシド中間体の6-エンド環化を選択的に引き起こす条件を見出した.合成化合物に関して,マウス神経芽細胞腫Neuro2a細胞を用いて小胞体ストレス依存性細胞死に対する細胞保護効果を検証したが,評価系の最適化に時間を要し,有効なデータを得るには至らなかった.この点は今年度引き続いて検証する必要がある.一方,2)に関しては,前年度に開発したシス型特異的な環縮小反応を鍵反応として,2種類の天然物(イソローレニディフィシンおよびブロムローレニディフィン)の初の全合成に成功した.これらの天然物の絶対配置は今まで未知であったが,今回の合成により天然物の立体構造が明らかになった.また,共役トリエンやブロモアレン構造を特徴とするローレンマリアレンの合成において,懸案であった側鎖の立体選択的導入法を見出し,今後の全合成に向けた道筋をつけることができた.以上の結果は,キノコや海藻に含まれる未解明天然物の効率供給と機能解明につながる有益なものである.ヘリセノン類の合成に関しては,当面の目標であったケトンおよび脂肪酸鎖を含むヘリセノンCHおよびその関連天然物や類縁化合物の全合成に成功した.細胞保護試験の条件最適化に時間を要しているが,構造活性相関解析に必要なサンプル類は揃っており,実験条件を精査すれば適切に試験できる状況にある.前年度に,脂肪酸エステルに関する位置異性体が天然物よりも強い保護活性を持つことを見出したが,それに対応する誘導体の合成は進んでいないため,今年度に推進する必要がある.一方,アセトゲニン類の合成に関しては,絶対配置が不明であった2種類の天然物の全合成を達成し,アセトゲニンの多様な立体化学の構築に,我々の開発した立体特異的環縮小反応の合成戦略が適用可能であることを実証した.ビスTHF環を母骨格とする天然アセトゲニン類の網羅合成が着実に進んでおり,概ね当初の計画に沿った進行度である.ヘリセノン類に関しては,オレイン酸やリノール酸を側鎖に含む誘導体ならびに活性の増強が期待される位置異性体を合成し,前年度に合成した化合物を含め(特に5'位にケトン基を持つヘリセノン類),包括的に神経細胞効果を検証する.得られた構造活性相関から細胞保護効果の発現に必要な官能基を精査し,それを踏まえた新規分子の設計・合成に着手する.一方,紅藻由来のアセトゲニン類に関しては,THF環に二重結合を含む天然物群(ローレンマリアレンやオカムラレンなど)の一般合成法を検討するとともに,これらの全合成を進める.合成した化合物については,神経変性疾患に関わると考えられているヒストンアセチル化への影響を調査するため,ヒストン脱アセチル化酵素(Hdac)活性アッセイキットを用いて酵素阻害活性があるかどうか検討する.本研究では,天然食品由来の生物活性物質を標的として,全合成ならびに神経変性疾患予防を指向した生物活性評価を行う.本年度は主に,1)ヘリセノン類の全合成と小胞体ストレスを起因とする神経細胞死に対する保護効果,2)紅藻由来のアセトゲニン天然物であるローレニディフィシンおよびローレンマリアレンの全合成を検討した.1)の全合成法に関して,モンモリロナイト鉱とモレキュラーシーブを組み合わせたゲラニル側鎖の1,3-転位反応を見出し, 5'-位にカルボニル基を持つヘリセノンCの初の全合成に成功した.今回見出した合成ルートは従来法よりも短段階で実施しやすいものであり,特に脂肪酸エステルを有する化合物群の合成に有効である.全合成と平行して,5'-位にカルボニル基を持たないヘリセン型天然物およびその誘導体を複数合成し,小胞体ストレス誘導細胞死に対する神経保護効果を検証した結果,脂肪酸エステルの重要性が明らかになった.特に,脂肪酸エステルの結合位置が異なる誘導体は天然物よりも強い保護活性を示し,活性の増強に向けた新たな分子デザインが可能になった.また,天然物と位置異性体では小胞体ストレス誘引物質に対する保護効果の傾向が少し異なり,細胞保護機構が同一ではない可能性が得られた.一方,2)に関しては,懸案となっていた環縮小反応の立体制御に関して,1,3-シス体を選択的に得る方法を確立した.これにより,立体化学が未知のイソローレニディフィシンやブロモローレニディフィンの推定構造の合成に向けた道が開かれた.また,ローレンマリアレンの合成においては,ブテニル側鎖を直接的に導入する方法や5員環内に二重結合を導入する方法を見出すことができ,全合成に道筋をつけることができた.ヘリセノン類の合成に関しては,兼ねてからの懸案事項であった,ケトンを含むゲラニル側鎖の短段階導入を1,3-転位反応によって達成し,特に脂肪酸エステルを含むヘリセノン類の実用合成につながる成果を得た.

従来法よりも保護-脱保護等の官能基変換工程が少なく,不安定側鎖の直接的アルキル化や1,3-転位反応などの合成化学的に有益な知見も得た.合成化合物の細胞保護活性に関しては,脂肪酸エステルの結合位置の異なる異性体が天然物よりも強い保護活性を持つことを見出し,さらに,天然物と位置異性体で異なる細胞保護機構が生じる可能性を示した.これらの結果は当初の計画に優るものであり,新規な神経細胞保護物質の分子設計に向けた研究指針となるものである.また,ジオキサビシクロ[3.3.0]オクタン骨格をもつアセトゲニン類の合成に関しては,立体特異的環縮小反応を改良することで1,3-トランス型と1,3-シス型のいずれの立体化学も同一出発物質から合成できることを示した.この方法論により,ビスTHF構造を持つアセトゲニン類の全て立体化学様式の合成手段が備わったことになる.また,モデル実験ではあるが,ローレンマリアレンの直接的な側鎖導入法も見出し,次年度につながる研究指針を得ることができた.以上の成果は,当初の計画と同等以上のものである.本研究では,天然食品由来の生物活性物質を標的として,活性化合物の全合成ならびに化合物レベルでの神経細胞保護効果を検証している.本年度は主に,1)神経保護効果の期待できるヘリセノンCHおよび5'-ヒドロキシヘリセノンFの効率全合成と小胞体ストレス依存性神経細胞死に対する細胞保護活性,2)ビスTHF環構造をもつ紅藻由来の含臭素アセトゲニン類(イソローレニディフィシン,ブロムローレニディフィシン,ローレンマリアレン)の全合成と構造決定について検討した.1)に関しては,モンモリロナイト鉱とモレキュラーシーブを用いるゲラニル基の1,3-転位反応を鍵として,脂肪酸鎖の異なるヘリセノンCHならびに5'-ヒドロキシヘリセノンFの初の全合成に成功した.特に後者の合成に関しては,エポキシド中間体の6-エンド環化を選択的に引き起こす条件を見出した.合成化合物に関して,マウス神経芽細胞腫Neuro2a細胞を用いて小胞体ストレス依存性細胞死に対する細胞保護効果を検証したが,評価系の最適化に時間を要し,有効なデータを得るには至らなかった.この点は今年度引き続いて検証する必要がある.一方,2)に関しては,前年度に開発したシス型特異的な環縮小反応を鍵反応として,2種類の天然物(イソローレニディフィシンおよびブロムローレニディフィン)の初の全合成に成功した.これらの天然物の絶対配置は今まで未知であったが,今回の合成により天然物の立体構造が明らかになった.また,共役トリエンやブロモアレン構造を特徴とするローレンマリアレンの合成において,懸案であった側鎖の立体選択的導入法を見出し,今後の全合成に向けた道筋をつけることができた.以上の結果は,キノコや海藻に含まれる未解明天然物の効率供給と機能解明につながる有益なものである.ヘリセノン類の合成に関しては,当面の目標であったケトンおよび脂肪酸鎖を含むヘリセノンCHおよびその関連天然物や類縁化合物の全合成に成功した.細胞保護試験の条件最適化に時間を要しているが,構造活性相関解析に必要なサンプル類は揃っており,実験条件を精査すれば適切に試験できる状況にある.前年度に,脂肪酸エステルに関する位置異性体が天然物よりも強い保護活性を持つことを見出したが,それに対応する誘導体の合成は進んでいないため,今年度に推進する必要がある.
術者への電気メス分流成分の発生機序解明とその傷害対策に関する研究

手術中に突然発生する電撃ショックと熱傷、及び関連する電気的な異常状況を解析しその対策を検討した。まず、手術用手袋のゴム厚をマイクロメーター測定すると約0.2mm前後と一様ではない。インピーダンスは発振周波数500KHzで把持面を10cm^2と仮定すると数100オーム前後であった。そこで、ピンポイント凝固モードで30Wから70Wへと徐々に出力を増加させると、縦軸の振幅(電圧値)が増加し、最大出力電圧が約3,000Vで頭打ちとなったが、同モードでピンセットを介しパチパチとスパークを起こすと電圧値は最大6,000Vに上昇したが、この状況ではゴムに穴は開なかった。しかし、スプレーモードでは約60W約5,000Vの出力で、通電約2秒後に発煙と同時に手袋資料に穴が開いた。穴が開くものはおおよそ54-55W程度からみられたが、製品によってゴムの厚さが若干不均一なものがあって薄い製品では、より低出力で穴が開く傾向であった。また、ゴムにペーストを塗ったり、電極の凸部分をあてると低出力電圧でも穴が開いた。以上より、電気メス通常使用時のスプレー凝固において、手術用手袋の絶縁破壊が容易に発生しうることが判明した。その後、手術用手袋下熱傷に及ぼす直流電圧の単独の影響を検討したが、天然ゴムでは1/10(10%)のみが9,000Vの高電圧で絶縁破壊をきたしたが、ラテックスゴムでは3/10(30%)が5,000Vまでに破壊された。合成ゴム手袋は高電圧による絶縁破壊を考慮する必要があると思われた。以上の成績から、電気メス使用時の手袋破壊要因は高電圧が主因を占めるものではなく、低インピーダンス化による電流性の関与が中心と考えられた。実際の手術現場では鉗子や鑷子を握るためにインピーダンスは一層低下して、高周波電流は容易に手袋を通過するようになる。また、同様に手袋に血液や洗浄液が付着したり、手袋ゴムの進展によってもインピーダンスはより低下するので、この絶縁破壊による熱傷はより容易に発生しやすいこととなる。したがって、手袋下熱傷の防止にはスプレーモード使用の適応に注意を払い、鉗子や鑷子の絶縁コーティングを行って高周波リ-ケージを防ぎ、また、電気メスの周波数、電力の低減化を工夫する必要があると判明した。手術中、突然発生する不快な電撃ショックと手袋下の熱傷の原因を明らかにする目的で各種手袋を対象とした電気メスによる加電力実験を行った。1)手袋ゴムのインピーダンスの算出:各種手袋材料のゴム厚は約0.2mm前後であり、容量値から算出したインピーダンスは、発振周波数100kHzで100KΩ/cm^2程度になるが、実用電気メスの発振周波数を500-700KHz握持面積約10cm^2を考慮すると、1KΩ前後まで低下する。2)ピンポイント凝固による加電力実験:

ピンポイントモードの出力電力を30Wから70Wへと出力を増加させると電圧値だけが増加した。しかし、本モードでは最大出力電圧が約3,000Vで頭打ちとなり、またピンセットでパチパチとスパークを起こすと瞬時ピーク電圧値は最大6,000Vと電流性の針状波形を示したが、いずれも手袋資料に穴は開なかった。3)ピンポイントとスプレーモードの関係:電気メスの凝固目盛を変えずモードスイッチを切り替えると、ピンポイント凝固の87Wがスプレー凝固の50Wに相当し変換され、スプレー凝固で出力電圧は約5000Vに増加した。4)スプレー凝固による加電力実験:スプレー凝固の電力を上げて行くと、60W、5,000Vので手袋資料に穴が開いた(約55W程度)。ゴムの厚さが不均一なもの、薄いものでは、より低出力で穴が開く傾向であった。また、ゴム資料にペーストの塗布や凸部分を有する電極でより低出力電圧で穴が開いた。これらは高周波高電力による破壊損傷と考えられた。本研究により、電気メス通常使用時において、手術用手袋の破壊損傷が容易に発生し、手袋下の熱傷はこれが第一要因と考えられた。手術現場では鉗子や鑷子を握る、手袋に血液や洗浄液が付着するなどのためインピーダンスはより低下するので、この絶縁破壊による熱傷はより容易に発生しやすいこととなることも推測された。手術中に突然発生する電撃ショックと熱傷、及び関連する電気的な異常状況を解析し、その対策を検討した。平成6年度:手術用手袋のゴム厚はマイクロメーター測定すると約0.2mm前後であった。インピーダンスは発振周波数100KHzで1cm^2あたり100Kオーム以上であるが、500KHz、で把持面を10cm^2と仮定すると数100Kオームに低下した。平成7年度:ピンポイント凝固モードで30Wから70Wへと徐々に出力を増加させると、縦軸の振幅(電圧値)が増加し、最大出力電圧が約3,000Vで頭打ちとなった。同モードでピンセットを介しパチパチとスパークを起こすと電圧値は最大6,000Vに上昇したが、この状況でもゴムに穴は開なかった。しかし、スプレーモードでは60W約5,000Vの出力で、通電約2秒後に発煙と同時に手袋資料に穴が開いた。穴が開くものはおおよそ54-55W程度からみられたが、製品によってゴムの厚さが若干不均一なものがあって薄い製品では、より低出力で穴が開く傾向であった。また、ゴムにペーストを塗ったり、電極の凸部分をあてると低出力電圧でも穴が開いた。以上より、電気メス通常使用時のスプレー凝固において、手術用手袋の絶縁破壊が容易に発生しうることが判明した。その後、手術用手袋下熱傷に及ぼす直流電圧の単独の影響を検討したが、天然ゴムでは1/10(10%)のみが9,000Vの高電圧で絶縁破壊をきたしたが、ラテックスゴムでは3/10(30%)が5,000Vまでに破壊された。合成ゴム手袋は高電圧による絶縁破壊を考慮する必要があると思われた。以上の成績から、電気メス使用時の手袋破壊要因は高電圧が主因を占めるものではなく、低インピーダンス化による電流性の関与が中心と考えられた。実際の手術現場では鉗子や鑷子を握るためにインピーダンスは一層低下して、高周波電流は容易に手袋を通過するようになる。また、同様に手袋に血液や洗浄液が付着したり、手袋ゴムの進展によってもインピーダンスはより低下するので、この絶縁破壊による熱傷はより容易に発生しやすいこととなる。したがって、手袋下熱傷の防止にはスプレーモード使用の適応に注意を払い、鉗子や鑷子の絶縁コーティングを行って高周波リ-ケージを防ぎ、また、電気メスの周波数、電力の低減化を工夫する必要があると判明した。
トランスジェニックマウスを用いたマウスCD4遺伝子プロモーター領域の解析

今年度はトランスジェニック作製のためのトランスジーンコンストラクトの作製を行った。即ちマウスCD4遺伝子上流部を有する遺伝子をクローニングし、CD4遺伝子上流部とレポーター(CAT)遺伝子をライゲートするものである。しかしながら、このコンストラクト作製中に我々の目的とする結果と同様のものが他のグループにより報告された(Blum,M.D.et al.,J.Exp.Med.,177:1343-1358,1993)。この研究によるとCD4^+T細胞に特異的なCD4分子の発現は、CD4遺伝子の近位上流部のプロモーター部位よりも、13kbも上流にある1.3kbのDNAフラグメントが重要であることが示された。ところがこの部分に結合する核タンパク質は、培養細胞を使った限りではCD4^+細胞に限局していないことがすでに報告されている(Sawada;S.and Littman,D.R.,Mol.Cell.Biol.,ll:5506-5515,1991)。従ってこの矛盾を解決するために、現在この1.3kb DNAフラグメント上の核タンパク結合エレメントと、培養細胞ではなく、マウスから精製したCD4^-及びCD4^+T細胞から抽出した核タンパク質を用いエレメントとの結合について検討中である。
オプティカル・フロー計測による自動車交通の挙動解析システム

1.既存のオプティカル・フロー推定法の整理全画素レベルでの推定法には,主に光学勾配法と領域マッチング法に大別される。光学勾配法は,正則化手法に着目すると,観測方程式数の増加による方法,条件の付加による方法に整理され,領域マッチング法は,目的関数に着目すると,相関法,残差逐次検定法,固有窓法,Hough変換に整理される。2.オプティカル・フロー推定法の実証比較分析自動車交通を対象とした,固定ビデオカメラ画像,高度撮影ビデオ画像に各手法を適用した。1/30秒程度の撮像間隔の動画像に対して,光学勾配法の基本的アプローチとその組み合わせによる結果では正確かつ高密度の推定することは困難であることを確認した。一方で,残差逐次検定法は比較的良好な結果を示した。3.車両挙動認識手法の開発人間の動物体認識過程から,特徴量として背景差分値,オプティカル・フローが重要であることを確認し,両者を特徴量とした時空間クラスタリング法の開発を行った。4.実動画像への提案手法の適用ヘリコプターから撮影された航空HDTV画像に対し,提案手法を適用し,下記の検討を行った。(1)提案手法の有効性の確認空間分解能10cm,時間分解能1/30秒の実動画像に対する適用の結果,車両認識率は100%と十分な結果が得られた。(2)空間・時間分解能が認識結果に与える影響の検討空間分解能10cm70cm,時間分解能1/30秒4秒の全ての組み合わせに対して適用し,時間分解能の変化による制約が厳しいことが確認された。(3)位置精度の検証画素レベルでの位置精度の検証を行った。車両40台に対する10秒間の軌跡を対象とし,時空間クラスタリング法による結果とマニュアルによる結果の車両重心位置を比較したところ,その重心位置は2.5±0.9pixelsの精度であることが確認された。1.光学勾配法の整理光学勾配法は、オプティカルフローの二つのパラメータに対し、一つの基本拘束式が導かれるのみで、解を一意に得ることは不可能である。この問題を解くために正則化手法は種々提案されてきたが、その基本的アプローチを以下に整理する。(1)観測方程式数の増加:(a)ある空間領域においてオプティカルフローを一定と仮定する空間的局所最適化法、(b)ある時間領域においてオプティカルフローを一定と仮定する時間的局所最適化法、(c)各ピクセルにおいて色情報(RGB,HIS等)を利用する、すなわち各チャンネルごとに基本方程式を適用するマルチスペクトル拘束法、(d)各ピクセルにおいて濃淡値の空間微分値も不変と仮定する、すなわち濃淡値の2階微分値を用いる2階微分法、(e)上記の統合法(2)新たな条件の付加:(a)空間的な滑らかさを条件として付加する空間的大域最適化法、(b)時間的な滑らかさを条件として付加する時間的大域最適化法、(c)上記の統合法2.整理した手法の実証比較対象は、現在普及している一般家庭用のビデオカメラにより得られた動画像(撮像間隔1/30秒)であり、一般幹線道路における自由流の交通状況である。時間的局所最適化法は、撮像間隔1/30秒では仮定が不適切であり、良好な結果が得られなかった。マルチスペクトル拘束法、および2階微分法は自由度が1(パラメータ数2、観測方程式数3)と低いため、非常に不安定な解となる。空間的時間的大域最適化法では、オプティカルフローの滑らかさを条件として付加し、これが、オプティカルフローを平滑化することになるためオ過小推定された結果が多くなった。

基本的アプローチの中で比較的良好な結果を示したものは、空間的局所最適化法であった。空間的局所最適化法を適用すれば、2次元画像上においてのみならば、車両のトラッキングは十分に可能であることを確認した。(1)オプティカル・フロー推定手法の整理,適用可能性の検討対象画像の全画素に対してオプティカル・フローを推定するための手法としては,(a) Gradient-Based Approachに大別される。上記アプローチに分類される手法を整理し,空間分解能10cm,撮像間隔1/30sの高度プラットフォームから撮影した実動画像に対し,適用可能性を検討した。その結果,Area-Based Approachに属する手法の方が安定した結果を得られることを確認した。(2)オプティカル・フローと背景差分を用いた車両挙動認識手法の開発(1)によって得られたオプティカル・フローのみによる車両の認識可能性を検討した。車両認識のためには,更なる情報が必要であるという結果を得た。そこで,人間における動物体認識方法に対し,認知科学における研究をレビューした。視覚情報は,空間,時間,色空間に関連付けられる。動物体認識に対し,特に時間に関連する情報が重要である。空間-時間に関連する情報としてオプティカル・フローが位置付けられ,色空間-時間に関連する情報として,背景差分値が重要であることを確認した。以上の整理より,車両挙動を認識するために,オプティカル・フローと背景差分値を併用した画像分割による車両挙動認識手法の開発を行った。(3)提案手法の有効性の検討(2)において構築した認識手法を,(1)と同様の実動画像に適用した結果,77台の車両に対し,100%の認識結果を得,手法の有効性を確認した。また,空間分解能,時間分解能に対する認識精度の検討を行い,空間分解能に対しては,分解能50cmまで,安定した結果を得られることを確認した。(1)実3次元空間における車両位置同定手法の開発画像処理において得られる車両位置は,画素単位のものである。しかしながら,実際に交通分析を行う際には実距離での測定が必要となる。実3次元空間での車両位置を求める手法として,ステレオ画像を取得する方法と撮影対象が平面である制約を課す方法の2つが考えられる。しかしながら,道路空間において,そのような条件を満足させることは困難である。そこで,道路を静止物体とし,車両はその道路上を移動すると仮定することにより,実3次元空間において車両位置を同定する枠組みを構築した。まず,基準フレームと異なる視点からの画像を事前に取得することにより,道路空間の3次元モデルを構築する。その他のフレームは幾何補正により,基準フレームに位置合わせを行う。これにより,道路上の任意の地点での3次元座標が推定でき,道路上を移動する車両の位置も推定可能となる。(2)車両位置精度の向上のためのスムージング法の検討車両認識の結果は,形状などの不正確さからその位置精度が十分なものとは言えない。そのため,時間的なスムージングを適用することにより,その位置精度の向上が期待される。様々なスムージング手法を検討した結果,位置・速度・加速度を同時にスムージング可能なカルマンスムージングの有効性を確認した。
アセチルコリン抗体による脳内コリン神経系の免疫組織化学

アセチルコリン神経系の形態学的研究は、本研究者らが開発したアセチルコリン合成酵素の免疫組織化学が普及することにより急速に進展をみた。しかし動的なコリン神経機能を形態学的に追求することは上記の手法では困難なため、伝達物質アセチルコリンそのものに対する抗体を作成し、その抗体を用いる免疫組織化学法の開発が必要と考えられた。本研究において、まず最初にこれまで作成が困難であるとされていたアセチルコリン抗体について、詳細な検索を行った。その結果、従来の報告にみられるようなコリン抗体は特異性に欠け、実用に適さないことが認められた。さらに特異性が高く、抗血清の作成も再現性よくするという目的のもとに検討を加えたところ、サクシニルコリンの側鎖にアミノ基を結合したものとアルブミンのカルボキシル基とをグルタルアルデヒド架橋法によって複合体としたもの、あるいはアセチルチオコリンのSH基を介する結合法によって複合体としたもの、などをハプテン抗原とした場合に、家兎免疫血清中に抗体価の高い抗体が作られることを見いだした。このうち、優秀な抗血清はアセチルコリンと強く反応するが、生体に豊富に存在するコリンやその誘導体とはほとんど免疫交叉性を示さないことが認められた。このことにより、初段階の目的は成功をおさめたといえる。次にこの抗血清を用いて免疫組織化学染色を試みたところ通常の組織固定切片では期待される程の染色結果が得られなかった。各種の組織固定法を現在もなお検討中であるが、組織内では非常に溶解度の高い状態で存在するアセチルコリンをいかにして細胞骨格タンパクなどと結合させるかにポイントがあると思われる。仏国在住の著名なコリン神経学者である辻博士とも討論を行い、タングステン酸塩がアセチルコリンと錯塩を作るという可能性が想定されたので、タングステン酸含有固定法について至適条件を検討中であり、一層の努力を続けたい。アセチルコリン神経系の形態学的研究は、本研究者らが先駆的に成功した合成酵素の免疫組織化学が一般化するにおよんで、急速に進展しつつある。しかし動的なコリン神経機能を追跡するためには伝達物質を直接に可視化することが望ましく、たとえばセロトニンやギャバなどではこの考え方が実証され機能形態学の研究が飛躍的に進んでいる。コリン神経の場合もこの流れに沿ってアセチルコリン抗体の開発競争がここ数年続けられている。しかし、ラット脳内神経系の分布図を作図できるほど満足する報告はまだない。本研究者らは、このアセチルコリン免疫組織化学の実用化を妨げていた問題点を検討した結果、アセチルコリン抗体の作成法に関し次のような結果を得た。アセチルコリン、アセチルチオコリン、塩化コリン、サクシニルコリン、ブチリルコリンなどをハプテン抗原としてウシ血清アルブミン(BSA)と結合させる。この結合法として、マンニック反応、グルタルアルデヒド架橋、カルボジイミド結合などを検討したところ、グルタルアルデヒド架橋法によってサクシニルコリン、塩化コリンなどがBSAと結合複合体を作ることが判明した。しかしなお、アセチルコリンと反応させることは困難であった。それに代わるのはチオコリンでありマンニック反応で十分な結合が得られた。この最後のチオコリンBSA複合体を家兎に反覆注射し、現在免疫抗体を作成中である。抗体価は徐々に上昇しつつあり、グルタルアルデヒド固定処理した脳切片で、コリン神経と思われる細胞が可視化できるようになった。しかし、それら陽性ニューロンの突起などはまだ十分に観察できるには至っていない。

次年度の課題は、抗体価を上昇させる工夫をすること、脳切片の固定処理法を検討すること、が主目的となる。以上の問題はある程度解決策が見つかっているので、一層この所期目的に向って努力したい。アセチルコリン神経系の形態学的研究は、本研究者らが開発したアセチルコリン合成酵素の免疫組織化学が普及することにより急速に進展をみた。しかし動的なコリン神経機能を形態学的に追究することは上記の手法では困難のため、伝達物質アセチルコリンそのものに対する抗体を作成し、その抗体を用いる免疫組織化学法の開発が必要と考えられた。本研究において、まず最初にこれまで作成が困難であるとされていたアセチルコリン抗体について、詳細な検索を行った。その結果、従来の報告にみられるようなコリン抗体は特異性に欠け、実用に適さないことが認められた。さらに特異性が高く、抗血清の作成も再現性よくするという目的のもとに検討を加えたところ、サクシニルコリンの側鎖にアミノ基を結合したものとアルブミンのカルボキシル基とをグルタルアルデヒド架橋法によって複合体としたもの、あるいはアセチルチオコリンのSH基を介する結合法によって複合体としたもの。などをハプテン抗原とした場合に、家兎免疫血清中に抗体価の高い抗体が作られることを見いだした。このうち、優秀な抗血清はアセチルコリンと強く反応するが、生体に豊富に存在するコリンやその誘導体とはほとんど免疫交叉性を示さないことが認められた。このことにより、初段階の目的は成功をおさめたといえる。次にこの抗血清を用いて免疫組織化学染色を試みたところ通常の組織固定切片では期待される程の染色結果が得られなかった。各種の組織固定法を現在もなお検討中であるが、組織内では非常に溶解度の高い状態で存在するアセチルコリンをいかにして細胞骨格タンパクなどと結合させるかにポイントがあると思われる。仏国在住の著名なコリン神経学者である辻博士とも討論を行い、タングステン酸塩がアセチルコリンと錯塩を作るという可能性が想定されたので、タングステン酸含有固定法について至適条件を検討中であり、一層の努力を続けたい。
フラグによりCPUとアクセラレータが連携するヘテロジニアスマルチコアに関する研究

本研究では、CPU、アクセラレータ、及びデータ転送ユニットの柔軟な連携を可能とするヘテロジニアスマルチコアのコンパイラ及びアーキテクチャを開発した。本研究による主な成果の一つとして、アクセラレータ用LLVMバックエンドコンパイラを含むコンパイルフローを開発し、コンパイルしたプログラムを開発したFPGAテストベッドで評価したところ、1CPU実行に対して24.91倍の性能向上が得られたことが挙げられる。2015年度の研究計画は、アクセラレータのアーキテクチャの基礎検討とシミュレータの開発、及び並列化コンパイラのプロトタイプ拡張とアクセラレータコード生成系の開発を予定していた。2015年度はこの研究計画に従ってソフトウェアとアーキテクチャの両面から研究を行った。まずアーキテクチャに関しては本研究の要となるアクセラレータの基本構成を定め、またメモリアーキテクチャに関しても基本構成を定義した。その上でこのアクセラレータのシミュレーションモデルを既存のマルチコアアーキテクチャシミュレータに対して実装を進めていった。その結果、アクセラレータのパイプライン構成と近接メモリ構成の精緻なモデルを組み込んだマルチコアアーキテクチャをシミュレーション可能となった。ソフトウェアに関しては、上記アクセラレータ上で動作する基本計算プログラムをアセンブリを用いて記述し呼び評価を行った。さらに本研究の促進に必要となるアクセラレータ用コード生成を可能とするバックエンドコンパイラの開発を、オープンソースのコンパイラフレームワークであるLLVMを改修していくことで進めていった。LLVMの構成として、ソースプログラムを中間表現に変換する部分、及びこの中間表現をターゲットアーキテクチャのアセンブリコードに変換する部分に大きく分けることができる。本年度ではソースプログラムをターゲットのアクセラレータを考慮した中間表現に変換することが可能となった。コード生成部に関しては簡単な命令のコード生成が可能となった。さらに本研究においてマルチコア用並列化を行う自動並列化コンパイラに対して、評価対象アプリケーション並列化に必要な解析機能の開発を行った。本解析機能の強化により複雑なデータ構造の解析が可能となった。アクセラレータのコード生成に利用したLLVMの根幹部分を修正する必要があり、この作業に当初の想定以上の時間がかかった。また、ターゲットのアプリケーションの並列化に必要な解析機能の開発を追加したため、フラグ送受信等に関わる作業に若干の遅れが生じた。本研究は、各コアがアクセラレータを持つマルチコアにおいて、アクセラレータ、データ転送ユニット、及びCPUコアがフラグ変数を介して非同期に動作し、各部が途切れることなく動作するようなシステムを構築するものである。本研究にはアーキテクチャとソフトウェア(並列化コンパイラ)の両面からの取り組みが重要であり、2016年度も当初研究計画に基づき、これら両面から上記アクセラレータを持つマルチコアの研究を行った。以下により詳細に説明する。まず、アーキテクチャに関しては前年度に引き続きフラグセット・チェックによる制御可能なアクセラレータとデータ転送ユニットを持つマルチコアのシミュレータを開発した。特に、アクセラレータのパイプラインとメモリ構成に関して、前度開発のモデルに対しより詳細なハードウェアモデルを実装した。さらに、このようなアーキテクチャシミュレーションを用いた評価実験に要する時間を短縮する手法を1件の国際会議論文として発表した。またソフトウェアシミュレーションだけではなく、1コアをFPGA上で実装し評価する環境の構築にも着手した。本評価環境により、より現実的なハードウェアの評価が可能になる。ソフトウェアに関しては、アクセラレータのコード生成系を2015年度に引き続き開発した。コード生成系はオープンソースのコンパイラインフラストラクチャとして広く用いられているLLVMをベースにしている。さらに、プログラムからタスク抽出を行い適切な位置にフラグセット・チェックのコードを挿入する手法の開発、及びアクセラレータにデータを供給するメモリ管理手法を開発し、これらを実現する自動並列化コンパイラのプロトタイプ・モジュールの開発を実施した。アクセラレータのコード生成に関しては1件の情報処理学会研究会報告として発表し奨励賞を受賞した。またメモリ管理手法に関しては1件の国際会議論文として発表した。2016年度は、前述の通り申請書の計画に基づき研究を進めることができた。アーキテクチャに関してはフラグ変数によりアクセラレータ・CPU・データ転送ユニットの連携が可能なマルチコアのシミュレータを開発した。さらに、昨今のFPGA評価ボードの入手容易性や開発環境の向上を鑑み、当初予定にはなかったFPGAによるアクセラレータ評価環境の構築にも着手した。本評価環境とシミュレータを相補的に利用し様々な評価実験が可能となることが期待できる。ソフトウェアに関してはLLVMを用いたコード生成系の開発を継続し、国内研究会にてその成果の発表を行った。フラグ変数授受によりアクセラレータやデータ転送ユニットを制御する手法も引き続き開発し、さらにアクセラレータにデータを供給する近接メモリ管理手法の開発を行った。メモリ管理手法は国際会議で発表を行った。これら手法のプロトタイプ機能を自動並列化コンパイラに実装している。本研究は、アクセラレータを持つヘテロジニアスマルチコアに対して、アクセラレータの制御やデータ転送に要するオーバーヘッドを削除する技術の開発を目的とする。本目的達成のため、CPU、データ転送ユニット(DTU)、及びアクセラレータ間でフラグ送受信を行うアーキテクチャに対し、これらの要素を同時実行させることで上記オーバーヘッドを隠蔽可能とするタスク分割及びスケジューリング手法を開発し、自動並列化コンパイラに実装する。さらに開発したコンパイル手法を、上記アーキテクチャ要素を持つヘテロジニアスマルチコアのシミュレーションにより評価する。平成27年度・28年度では、まず研究対象となるマルチコアに搭載するアクセラレータを、コンパイル技術の蓄積を考慮して、ベクトル型のアクセラレータ(VACC)とした。このマルチコアのソフトウェアシミュレータを開発すると共に、より現実的なアプリケーション評価のためにFPGAによるエミュレータの開発を開始した。ソフトウェア面に関しては、先に述べたCPU、DTU、アクセラレータの制御を可能とするOSCAR自動並列化コンパイラの開発を進め、またアクセラレータ用のコードを生成するコンパイラをLLVMをベースに開発を始めた。