参考資料５
最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発利用
「次世代生命体統合シミュレーションソフトウェアの研究開発」
中間評価報告書
－ 目次 －
はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１ Ⅰ 次世代生命体統合シミュレーションソフトウェアの研究開発の概要 ・・・・・・・・・・２ Ⅱ 中間評価の概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ Ⅲ 中間評価の結果 １．事業運営主体〔理化学研究所・茅 幸二〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・７ ２．各チームおよび個別研究課題の評価 Ａ 分子スケール研究開発チーム 〔理化学研究所・木寺詔紀〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１０ A1 長時間運動シミュレーション（全原子モデルと粗視化モデルの連成） 〔理化学研究所・木寺詔紀〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１１ A2 精密シミュレーション（分子動力学計算の高速化） 〔横浜市立大学・池口満徳〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１２ A3 タンパク質・脂質・核酸複合系の大規模長時間運動（粗視化モデルの確立） 〔京都大学・高田彰二〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１３ A4 量子化学計算の高速化 〔東京大学・佐藤文俊〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１４ A5 動的環境での酵素反応（量子化学計算と分子動力学計算の連成） 〔京都大学・林 重彦〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１５ A6 動的環境での酵素反応（量子化学計算、分子動力学計算、粗視化モデルの連成） 〔大阪大学・中村春木〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１６ Ｂ 細胞スケール研究開発チーム 〔理化学研究所・横田秀夫〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１７ B1 細胞シミュレーションプラットフォームレーション、筋繊維から筋肉へのマルチスケールシミュレーション、オイラー型有限差分 FSI シミュレーション〔理化学研究所・高木 周〕・・・・・・・・・・・・・・・・２５ C2 超音波治療シミュレーション 〔東京大学・松本洋一郎〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２６ C3 肺呼吸・肺循環統合シミュレーション 〔大阪大学・和田成生〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２７ C4 筋骨格神経系モデリング 〔大阪大学・野村泰伸〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２８ C5 オイラー型有限要素法の開発 〔広島大学・岡澤重信〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２９ C6 有限要素法による心臓全体シミュレーション 〔東京大学・久田俊明〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３０ C7 オイラー型連成手法による心臓シミュレーション 〔北陸先端科学技術大学院大学・松澤照男〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３１ C8 心筋細胞のモデリング 〔立命館大学・天野 晃、京都大学・松田哲也〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・３２ C9 血管網シミュレーション 〔千葉大学・劉 浩〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３３ C10 脳血管系血流シミュレーション 〔東京大学・大島まり〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３４ C11 マラリアシミュレーション 〔東北大学・山口隆美〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３５ C12 血栓症シミュレーション 〔東海大学・後藤信哉〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３６ Ｄ データ解析融合研究開発チーム 〔理化学研究所・宮野 悟〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３７ D1 ゲノムバリエーション 〔理化学研究所・宮野 悟、鎌谷直之〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３９ D2 遺伝子ネットワーク 〔東京大学・宮野 悟〕 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４０
E3 視覚系シミュレーション 〔東京大学・黒田真也〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４７ E4 無脊椎動物嗅覚系シミュレーション 〔東京大学・神崎亮平〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４８ Ｆ 生命体基盤ソフトウェア開発・高度化チーム 〔理化学研究所・泰地真弘人〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４９ F1 高速化、利用支援技術、可視化ソフトウェア 〔理化学研究所・泰地真弘人〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５１ F2 大規模仮想化合物ライブラリ 〔東京大学・船津公人〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５２ おわりに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５３
はじめに 現在、我が国は、第３期「科学技術基本計画」（平成１８年３月２８日閣議決定）の下に、「科 学技術創造立国」を目指して諸施策を実施している。 文部科学省では、同基本計画に基づく分野別推進戦略（平成１８年３月２８日 総合科学技術会議） において国家基幹技術として位置付けられている科学技術を牽引する世界最高水準の次世代スー パーコンピュータピュータの開発に向けて、「最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発 利用」プロジェクトを平成１８年度から開始している。 また「最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発利用」プロジェクトの一環として、汎 用京速計算機システム（以下、次世代スーパーコンピュータ）をライフサイエンスの分野におい て最大限利活用することで、第３期科学技術基本計画の政策目標として掲げられている「飛躍知 の発見・発明」や「科学技術の限界突破」を成し遂げ、「生涯はつらつ生活」などに貢献し得る ることが期待できる応用ソフトウェアの研究開発に取り組むため、「次世代生命体統合シミュレ ーションソフトウェアの研究開発」（以下、本プロジェクト）を平成１８年１０月より、公募に より選定された研究開発拠点の代表機関である独立行政法人理化学研究所を中心に進めている。 平成２２年度は、本プロジェクト開始から５年目にあたることから、中間評価を実施し、平成 ２１年度末段階における成果の内容や、プロジェクト開始後の様々な状況変化等を踏まえた対応 方針について評価を行い、その結果を本報告書としてとりまとめた。
Ⅰ 次世代生命体統合シミュレーションソフトウェアの研究開発の概要 （目的） ライフサイエンス分野において次世代スーパーコンピュータを最大限利活用することで第３期 科学技術基本計画の政策目標として掲げられている「飛躍知の発見・発明」や「科学技術の限界 突破」を成し遂げ、「生涯はつらつ生活」を実現し得ることが期待できる応用ソフト（以下、グ ランドチャレンジ）について、本プロジェクトを行う研究開発拠点を形成し、研究開発を推進す る。 本プロジェクトは、計算科学技術を駆使したライフサイエンス分野における新技術の適用など に道筋を付け、今後の我が国におけるライフサイエンス分野の科学技術の進展に大きく貢献して いくことを目的とする。 （期待される効果） 研究開発拠点を形成することにより、ライフサイエンス分野におけるグランドチャレンジの実 現を目指す研究開発を進められる体制を構築する。これにより生命現象の理解の深化、医用工学 を軸としたその理論の解明やモデル化、新たな薬剤開発手法等につながる計算科学技術手法の確 立等、ライフサイエンス分野における計算科学技術を駆使した新技術の適用などに道筋を付け、 今後の我が国におけるライフサイエンス分野の科学技術の進展に大きく貢献することが期待され る。 研究開発拠点において、ライフサイエンス分野におけるグランドチャレンジの研究開発に取り 組み、次世代スーパーコンピュータの能力を最大限利活用することにより、「飛躍知の発見・発 明」、「科学技術の限界突破」を成し遂げ、「生涯はつらつ生活」等を実現し得る応用ソフトを 開発することが期待される。 （実施期間） 平成１８年度～平成２４年度（開始後３年度目、５年度目に中間評価を行う） （予算） 文部科学省が委託事業として実施している。 平成１８年度 １.６億円 平成１９年度 １６億円
行できる体制が構築されていることなどを基準に、研究開発拠点を構築し研究開発を推進する機 関を公募・選定した。 採択された機関は以下のとおりである。 《代表機関》 独立行政法人理化学研究所 《協働機関》 独立行政法人理化学研究所 公立大学法人横浜市立大学 国立大学法人大阪大学 国立大学法人京都大学 国立大学法人神戸大学 国立大学法人千葉大学 国立大学法人東京工業大学 国立大学法人東京大学 国立大学法人東北大学 国立大学法人広島大学 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 学校法人慶應義塾 学校法人東海大学 学校法人立命館 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 （公募・選定の経緯） 本プロジェクトにおける実施機関の選定は、研究機関等を公募し、外部有識者により構成さ れる選考委員会において書面および面接ヒアリングによる審査を実施し、選定している。 これまでの公募・選定の経緯は以下のとおりである。 ・平成１８年度公募・選定 平成１８年６月１５日～同７月１４日
Ⅱ 中間評価の概要 （１）目 的 「次世代生命体統合シミュレーションソフトウェアの研究開発」プロジェクト（平成１８年度 ～平成２４年度（７年間））の実施に当たり、各委託機関の実施業務の平成２１年度末段階におけ る進捗状況および中間成果について、公正に評価を行うとともに、今後のプロジェクトの方向性 について提案することを目的とする。 （２）方 法 １）書面評価及びヒアリング評価により行う ２）評価対象 ・事業全体のマネジメント ・研究開発チーム ・個別研究課題 ３）評価者 評価委員会（平成２２年５月６日設置） ※設置要綱（参考資料１）、委員一覧（参考資料２） ４）評価の観点 委員全員の審議によって、①計算（機）科学からの評価（次世代スーパーコンピュータ活 用度）と②生命科学と社会からの評価の２軸で、ＡＡ、ＡＢ、ＢＡ、ＢＢの４つに定性評価 し提言を行う。なお、各評価基準には委員全員の平均評点（５点満点）を付記するが、この 平均評点と総合的な定性評価は直接的に連動するものではない。 ＡＡ：実装に向けて加速化を提言する。 ＡＢ：実装に向けて生命科学面の改善点を提言する。 ＢＡ：計算（機）科学面の改善または生命科学面での展開・転身を提言する。 ＢＢ：抜本的な見直しを提言する。 さらに事業全体のマネジメントと研究開発チームについては、③運営の評価と④今後の計 画についての評価を行う。 ５）評価結果の反映 ・今後の事業展開に向けた検討すべき課題の指摘および助言 ・予算配分の重点化等の提案
③運営の評価 ・公正・透明・効率的なマネジメントか ・プロジェクト内の優先順位付けとそれにもとづく資源配分は適切か ・チーム間、個別研究課題間の連携に成果があがっているか ・人材育成と産学連携に成果があがっているか 上記を総合的に勘案し５～１の５段階で評価する。 ④今後の計画についての評価 ２）研究開発チームの評価 ①計算（機）科学からの評価 ・次世代スーパーコンピュータを必要とする研究か ・次世代スーパーコンピュータを充分に活用する研究か ・特に平成２０年の中間評価で承認した短期目標課題について、計算（機）科学面で成果を あげたか 上記を総合的に勘案し５～１の５段階で評価する。 ②生命科学と社会からの評価 ・生命科学にとって意味のある研究か、生命科学の進歩に寄与しているか ・社会に役立つ研究か ・特に平成２０年の中間評価で設定した短期目標課題について、生命科学または社会にイン パクトある成果をあげたか 上記を総合的に勘案し５～１の５段階で評価する。 ③運営の評価 ・チーム内および他チームとの連携に成果があがっているか ・特に平成２０年の中間評価で設定した短期目標課題について、進捗管理は適切であったか ・人材育成と産学連携に成果があがっているか 上記を総合的に勘案し５～１の５段階で評価する。 ④今後の計画についての評価 ３）個別研究課題の評価 ①計算（機）科学からの評価 ・次世代スーパーコンピュータを必要とする研究か
（４）委員会開催実績 平成２２年５月２７日 第１回評価委員会 開催 （中間評価の視点、評価の進め方、評価方法の決定） 平成２２年７月１日 第２回評価委員会 開催 （面接ヒアリング） 平成２２年７月２９日 第３回評価委員会 開催 （中間評価結果の取りまとめ）
Ⅲ 中間評価の結果 １．事業全体の評価 （１）計算（機）科学からの評価 評点３．４ 前回の中間評価（平成２０年度）において高い評価を受けた「ハードウェア完成に連携した研究開発計 画」が着実に遂行され、次世代スーパーコンピュータの性能を充分に発揮するソフトウェアがいくつも開 発されつつあることは高く評価できる。とりわけ、目標を短期および中長期に分け、各ソフトウェアを第１ 走者から第３走者までに分類して、それぞれのマイルストーンを明確にし、それを遂行したことは高く評 価したい。今後は次世代スーパーコンピュータの並列度である１００万に近い並列度を達成するための マイルストーン、スケジュールを明確にし、それの達成に向けたより一層の努力、ブレイクスルーを期待 したい。 その一方で、ライフサイエンスに特化したモデリング技術の確立や新規アルゴリズムの開発といった 観点、すなわち『計算科学』の面においては、やや期待はずれの感がある。特に、分子－細胞－臓器と いったスケール間を連携・統合する取組みについては、平成 20 年度の中間評価において強く指摘され ていたにも関わらず大きな進展は見られなかった。視覚ネットワ-ク学習モデル、血栓形成と輸送に関す る研究開発などスケール間統合に一部成果をあげている例がある一方、分子と細胞の連動はいまだ目 処がたっていないように見受けられる。ここで、スケール間統合の計算科学的な可能性と限界について もう一度整理し直すことが重要であろう。その上で、今後どのように取り進めるかについての再検討を行 っていただきたい。 （２）生命科学と社会からの評価 評点３.１ 個々の研究課題については、生命科学としては総じて高い水準にあると評価できる。また、排 出トランスポーター、肺がんと薬など個別研究課題をつなぐ生命科学上のテーマを設定し個別課 題の連携を促進したことについても高く評価できる。 しかし、生命科学に対してどこまで強いインパクトがあるか、生命科学の進化に向けての一貫 した意志やコンセプトがあるのか、という観点からは物足りなさが残る。例えば、上述のスケー ル統合問題に対して、「要素還元型の延長のマルチスケールパラダイムで現実生命に関する意味の あるシミュレーションを行えるか」といった根源的な問いに対する検討の痕跡が見られない。ま た、現在あるいは数年先に、生命科学においてどういうデータが出てきて、それに対してどうい う問題を解かないといけないのかという洞察が一部の研究課題を除いて見あたらない。 こういった生命科学に対する深い洞察があってはじめて計算科学としての価値が生まれる。そ
（３）運営の評価 評点２.８ 平成２０年度の中間評価を機会に、ソフトウェアの優先順位づけ、チーム内・チーム間のミー ティング開催、生命科学面を強化するためのコーディネーターの配置など、運営の努力を行った ことは評価できる。特に各チームの進捗状況、計算機科学としての重要度などをきめ細かく精査 し、各課題を短期的、長期的課題に整理し、それに基づき研究課題や取り組みを再編成し、プロ ジェクト全体を有機的かつ効率的に実施しようとした点は十分に評価できる。チーム間連携の弱 さ、多すぎる研究課題など課題は残されているが、本中間評価での指摘・提言を参考にして、さ らなる運営の努力を続けていただきたい。 このような評価できる面がある一方で、運営の公正さ・透明性・客観性については十分確保さ れているとは言いがたい面がある。現状では、個々の研究課題の取捨選択や予算配分がどのよう に行われているのか、外部の客観的な評価が導入されているのか、プロジェクト参加者に公平に 目標・方針の周知がなされているのか等、運営面の問題があるように見受けられる。巨額を投じ て国民の注目を集めているプロジェクトの説明責任は非常に重いことをよく認識し、運営の公正 さ・透明性・客観性についてさらなる努力を払っていただきたい。 （４）今後の方向性の提案 定性評価：ＡＢ.実装に向けて生命科学面の改善点を提言 俯瞰的にプロジェクト全体を見通して、生命科学として、計算科学として、あるいは両方の意 味で、何が大事か、何を伸ばすべきか、もう一度整理し見直して、今後に進むべきである。この 整理・見直しの際に、「真に次世代につながるものは何か」という視点を強調していただきたい。 生命科学においては、基本方程式に相当する知見や定量データの蓄積が少ない上に、計算科学 利用の歴史が浅いため、他研究分野でのシミュレーションのような顕著な成果がでにくいことは 本プロジェクトの開始時から十分予想されたことである。言い換えれば、現時点では、計算科学 －生命科学の両面で高い評価ができ、次世代スーパーコンピュータ実装に向けて資源投下できる テーマはそれほど多くない。であるならば、であるからこそ、本中間評価を契機に原点に立ち返 り、次世代につながる芽を有する研究課題を育てることが重要ではないか。これこそが、まさに グランドチャレンジではないか。 次世代につながる芽を育てるにあたっての視点を以下に例示する。 ①期間内に次世代スーパーコンピュータ実装を目指すソフトウェア（第一走者）を除いた大部 分のソフトウェアは、基本のアルゴリズムを変えずに次世代スーパーコンピュータへの対応
のようにつなぐのか（プログラムの連携性をどのように図るのか）、データの共有や活用をど う図るのか、そのためのデータの標準化や品質保証をどのようにするのか、といったプログ ラムおよびデータの連携性を重視した取り組みを強化してはどうか。 ⑤製薬会社、医療機器メーカー、臨床医師など、ニーズ側、利用者側の人間が直接開発に関与 できる体制を構築できないか。ニーズ側、利用者側の人間の視点が入れば、安直なシミュレ ーションや再現性のないデータやモデルに向かうことが防げるのではないか。
２．各チームおよび個別研究課題の評価 Ａ 分子スケールチームとその個別研究課題 （１）計算（機）科学からの評価 評点３.８ 着実な進捗が見られる。量子から巨大分子構造体までの階層を越えたマルチスケールシミュレ ーションを目指して、25000 並列を達成し、1 万原子超計の全電子波動関数計算を可能とした意義 は大きい。また、３つの階層を接続するソフトウェアの開発は評価できるので、第二走者として 次世代スーパーコンピュータ実装につながるよう努力されたい。 （２）生命科学と社会からの評価 評点３.７ 生命科学としての価値も十分に認められる。例えば、分子全体に広がる分子軌道の役割を解明 するなど成果が認められる。また、多剤排出トランスポーターや脂質代謝酵素複合体という巨大 系のシミュレーションは、分子機構解明の指針を与えたことと、その成果の実用化レベルの利用 という両面で評価できる。 ただし、依然として他のチームとの連携が弱い。分子スケールレベルから細胞スケールレベル へのアプローチが困難なのは、このプロジェクトが立ち上がった時から想定されているはずだが、 どのような検討をしたのか。特に細胞スケールとの連携で肝細胞に絞って脂質代謝酵素複合体を 選択して研究を進めていたがどういう結果だったのか。これらの検討結果も大切な成果であるの で、整理して再度細胞スケールチームとの連携について検討していただきたい。さらにデータ解 析チームで研究しているタンパクドッキング手法は、本チームと融和性がある。連携の可能性を 検討されたい。 （３）運営の評価 評点３.５ 分子チーム内の運営はおおむね良好で、チーム内の協力体制にも努力が払われている。アカデ ミアや産業界との共同研究についても、開かれた研究体制を構築している成果として評価できる。 ただし、他チームとは独立している。繰り返しになるが細胞スケールとの連携で成果は上がっ ていない。難しい挑戦であることは理解しているが、今後の成果に期待したい。 発表論文数は充分であり、短期目標課題の進捗は概ね妥当である。 研究員を多数雇用し，若手の賞を受賞するなど成果を挙げつつある。ただし、このチームでど のような人材を育成すべきなのかよく分からない、すでに充分な人材がいるのではないか。次世 代に向けて、この分野の人材の姿とキャリアパスを検討されることをお勧めする。 （４）今後の方向性の提案 定性評価：ＡＢ.実装に向けて生命科学面の改善点を提言
個別研究課題名 ： [A1] 長時間運動シミュレーション（全原子モデルと粗視化モデルの連成） 代表機関名・代表研究者名 ： 理化学研究所・木寺 詔紀 １． 計算（機）科学からの評価 評点４．０ 巨大分子の長時間現象のシミュレーションを行うのには次世代スーパーコンピュータが必要であり、そのための 生体高分子系の階層を練成させるPlatypusMM/CG, REINというソフトウェアのプロトタイプを完成させたことは、次 世代スーパーコンピュータの活用に繋がると評価できる。平成20年度中間評価を真摯にうけてMM/CG結合に注力 し有効な成績をあげていることに高い評価を与えたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．８ 多剤排出トランスポーターと脂肪酸代謝多酵素複合体という分子スケール共通ターゲットに研究を集中したこと は、生命科学上新規な情報が集中的に得られることが期待できる。これらは、医薬開発への展開も期待できる。ま た、MM/CG法によりタンパク質の機能発現過程のシミュレーションは、創薬の分野に於いて、薬剤結合に伴うタン パク質構造変化の予測が可能となり、生命科学の進展に貢献する。特にタンパク質-リガンド結合予測の手法とし て3D-RISM法の開発は評価出来る。 今後はWet実験での裏打ちに力を注いでいただきたい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AA．実装に向けて加速化を提言 計画にしたがって、着実に開発を継続すること。MM/CG法および3D-RISM法などの方法論について完成、およ びPlatypus MM/CG, REINの統合と高度な並列化を期待する。多剤排出トランスポーターの機能的回転機構もさら に研究を進めていただきたい。 なお、巨大蛋白質や、その複合体の基質と相互作用の詳細シミュレーションは、その実証的検証も必要である。 また、実用化に繋がる特許的価値はないのか精査していただきたい。 生命科学と社会の価値 AA．実装に向けて加速 化を提言 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
個別研究課題名 ： [A2] 精密シミュレーション（分子動力学計算の高速化） 代表機関名・代表研究者名 ： 横浜市立大学・池口 満徳 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．４ ほぼ計画通りに進行している。 全原子シミュレーションプログラムMARBLEの開発を行い、生命科学の分野に於ける構造生物学実験との連携 技術の開発を進展させた。実験により小さな分子でのMABLEの応用可能性が検証されたことも評価できる。溶媒 まで含めた巨大超分子用全原子シミュレーションには、膨大な計算が必要であり、次世代スーパーコンピュータの 活用が必須である。 ただし、どこにブレイクスルーがあったのか、高速化は必須だが既存の技術の高速化だけではチャレンジとなら ない。今後は生命体基盤ソフトウェア開発・高度化チームの支援を受けて、ブレイクスルーを意識して研究を進め、 MARBLEが第二走者にふさわしいか再点検していただきたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．９ 実験における実証を重視していることは高く評価できる。NMR、X線溶液散乱実験との連携開発は有意義であっ た。巨大分子である多剤排出トランスポーターの次世代スーパーコンピュータ上でのシミュレーションにより分子メ カニズムが解明されれば生命科学においても、多剤耐性化を防止する薬剤の創薬に対しても貢献し得る。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AA．実装に向けて加速化を提言 高並列化での効率維持に留意されたい。 多剤排出トランスポーターはターゲットとしてもこのプロジェクトの目的に沿っているので推進を期待。多剤排出 トランスポーターの機能メカニズムの更なる解明が必要である。細胞との関連が強いテーマなので、細胞スケール チームとの連携努力に期待する。 MARBLEは有用性の高いソフトなので、並列化、高速化が完了すれば研究は終息し、有用性が広く関連領域の 研究者に周知されるように期待する。 生命科学と社会の価値 AA．実装に向けて加速 化を提言 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
個別研究課題名 ： [A3] タンパク質・脂質・核酸複合系の大規模長時間運動（粗視化モデルの確立） 代表機関名・代表研究者名 ： 京都大学・高田 彰二 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．７ 計画に沿って着実に進展している。巨大システムのシミュレーションのためには次世代スーパーコンピュータが 必須であり、複合生体分子系の粗視化モデルシミュレーションのためのソフトウェア CafeMol の開発により、蛋白 質、資質、核酸などの複合系シミュレーションに成功したことは評価できる。特に転写制御の研究ではクロマチン線 維構造の解明に次世代スーパーコンピュータを要すると考える。ソフトウェア一般公開まで進めたことも評価でき る。
しかし、CafeMol は第一走者として次世代スーパーコンピュータ実装を急ぐよりは、Embarrassingly Parallel に努 めることをお勧めしたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．６ 多剤排出トランスポーター、クロマチン、ネキシンなどそれぞれのテーマで新しい知見を得たり、新しいメカニズ ムを提唱したりしたことは、生命科学上大きな意義がある。また、既にソフトウェア CafeMol の公開を始めたことは、 すぐにも外部の生命科学研究者に役だたせ、波及効果が期待される。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AB．実装に向けて生命科学面の改善点を提言 ソフトウェアCafeMolは、10Petaに挑む第一走者なので、計画の見直し・遵守によって、超並列化へ向けてのア ルゴリズム改良や分子複合体の構造機能解析を進めることが望ましい。特に、実験的検証によりシミュレーション の精度がより高くなるのでウエット実験との連携計画の策定をしていただき、次世代スーパーコンピュータ上での計 算による巨大分子のメカニズムのシミュレーションで機能構造解析の面で成果が上がることに期待する。対象とし て残り期間は多剤排出トラスポーターに力を集中すべきと考える。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言 BB．抜本的な見直しを 提言
個別研究課題名 ： [A4] 量子化学計算の高速化 代表機関名・代表研究者名 ： 東京大学・佐藤 文俊 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．５ 適切な課題、計画であり、それに沿って順調に進展している。Protein DF は巨大な生体分子であるタンパク質の 軌道計算を行う為のプログラムであり、現在、メモリ構成の為のソースコード変更と次世代スーパーコンピュータに 活用出来るソフトウェアへのスケールアップをして 2500 並列を達成したことは評価できる。トランスポーターやイオ ンチャンネルの高信頼性計算の実現のために環境としての水分子を含んだ数万原子系における電子状態計算を 行うには、次世代スーパーコンピュータが必須である。 ただし全電子計算と他のプログラムとの連携が不明瞭なので、今後計画策定・報告の際は留意されたい。開発 した Protein DF は、マトリックスオペレーション等のネックについて先行しているナノグランドチャレンジと連携して解 決してはどうか。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．３ タンパク質の化学反応を全電子カノニカル波動関数計画でシミュレーション機能を構築しているが、完成により 今後の酵素研究や薬剤設計に有用であると推察できる。しかし、開発したプログラムでの具体的なシミュレーション や、その実証検証が不足しており、生命科学的な意義の証明が不十分である。どこまで実用に耐えるものができて いるのか、実証に注力されたい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AB．実装に向けて生命科学面の改善点を提言 20000原子全電子カノニカルは同関数計算達成に期待する。分子スケール共通ターゲットへの挑戦をより積極 的に進めていただきたい。今後は生命科学的な意義の証明に資源を集中していただきたい。 光合成アンテナ複合体 Protein DF は、本邦の独自開発であり、研究期間内のソフトウェア化および公開の推進 を期待する。特許化の検討も必要である。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言 BB．抜本的な見直しを 提言
個別研究課題名 ： [A5] 動的環境での酵素反応（量子化学計算と分子動力学計算の連成） 代表機関名・代表研究者名 ： 京都大学・林 重彦 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．６ 計画および進捗は妥当である。生体分子機能に関わる化学反応に関するハイブリッド QM/MM 法の開発を行 い、目標をほぼ達成したといえよう。ハイブリッド QM/MM 反応自由エネルギー計算法で新規の方法論の開発に成 功したことは、次世代スーパーコンピュータによる、巨大系の電子状態の時間発展を記述し、大規模構造変化と反 応の共役機構の解明する道を開いた。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．３ 実際の反応系での応用は評価できる。タンパク質の酵素反応のシミュレーションは本邦独自な方向性であり、 生物学的機能の発現機序を明らかにしつつある。特に紅色光合成細菌のユビキノン還元の分子機構で、長距離プ ロトン移動反応における水素結合ネットワーク形成揺らぎの重要性を解明したことは、分子スケールの共通ターゲ ットである多剤排出トランスポーターの研究に繋がることから意義が大きい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AB．実装に向けて生命科学面の改善点を提言 次世代スーパーコンピュータに実装する計画がないようなので、個別研究課題ではなく、今まで以上に多剤排 出トランスポーターなど他の研究課題との連携に重点をおいていただきたい。特に、Ａ４テーマ「量子化学計算の高 速化」とのさらなる連携に期待する。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言 BB．抜本的な見直しを 提言
個別研究課題名 ： [A6] 動的環境での酵素反応（量子化学計算、分子動力学計算、粗視化モデルの連成） 代表機関名・代表研究者名 ： 大阪大学・中村 春木 １． 計算（機）科学からの評価 評点４．２ 課題の必要性、計画の妥当性、その進捗はいずれも極めて明確である。 独自に開発した QM/MM/CG 連成計算ソフトウェア Platypus(CGM)によりマルチスケールシミュレーションも可能 にした。さらに超並列計算を可能にしており、タンパク質の生化学反応機構の解明の為に次世代スーパーコンピュ ータの活用に耐えるソフトウェアと思われる。RICC での DFT 部分の 8000 コアまでの並列化性能の達成は評価でき るので、第一走者として位置づけ、資源を集中して、実装化に向けたさらなるチューニングを期待したい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．８ 生体内で起こる種々の生命機構、特に発癌に関するプロリン異性化酵素の作用機構を Ab initio QM/MD で解析 するなど生命科学に貢献している。 今後に期待できる。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AA．実装に向けて加速化を提言 現在のプロジェクトの進行状況からみると研究期間内H23～H24に於いてソフトウェアの質の向上が想定でき る。本ソフトウェアは、汎用性が高く、マルチスケールを取り入れたプラットフォームである。分子スケールチーム内 のマルチスケール推進役として、排出トランスポーターや脂質代謝酵素複合体における成果に期待したい。 また、関係者以外の研究者の次世代スーパーコンピュータ利用や、次世代スーパーコンピュータ以外でのプロ グラムの利用の普及に向けての計画があることには大いに期待する。 生命科学と社会の価値 AA．実装に向けて加速 化を提言 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
Ｂ 細胞スケールチームとその個別研究課題 （１）計算（機）科学からの評価 評点３.５ 当初計画に沿った進展が見られる。シミュレーションとイメージング技術を駆使して、細胞の 膜機能、生化学反応、物質拡散、膜電位の現象を連成して解析することが可能な細胞シミュレー ション統合プラットフォーム（ＲＩＣＳ）を完成させた。このプラットフォームは、実際の細胞 情報（実験画像等）をそのまま取り込める点について高く評価できる。 ただし、ボクセル型のプラットフォームの重要性・必要性は理解できるが、これは既存の技術 を細胞に適用しただけのように見受けられる。今後は、肝臓細胞等に対象を絞り、また、ボクセ ル以外のプラットフォームと比較する等して、ボクセル型プラットフォームの可能性と限界を明 らかにして、次世代の細胞モデリング手法を提示できるようになるまで極めることを期待する。 その前段階として、早急に肝細胞データ等を組み入れＲＩＣＳの性能評価を行っていただきたい。 （２）生命科学と社会からの評価 評点３.６ 肝細胞と血小板にターゲットを絞ったことが功を奏し、大きな成果があったことが認められる。 特に実際のデータを基に、今まで解明できなかった細胞機能の一端を解明出来た意義は大きい。 画像技術の活用で実験結果とのキャッチボールを行う姿勢は評価でき、今後もさらにシミュレー ション結果の実験的検証が進むとよい。また血栓のシミュレーションによって、臓器スケールチ ームと連携が図られたことの意義は高い。 産業界との連携がまだ無いが、医薬分野で貢献できることは確実と考えられる。短期目標は充 分達成している。 ただし、次世代へのつながりという意味では、細胞のシミュレータとしては、他にも解くべき 問題が多々あるのではないかという感がある。今後３年間の間に、様々な問題に挑戦することは 現実的でないので、分子スケールチームと臓器スケールチームとの連携に的を絞り、次世代細胞 －分子連成シミュレーションの糸口を見出すことを期待したい。 （３）運営の評価 評点３.８ 長期目標、短期目標を分けて進めるなど工夫がされており、特に短期目標課題の進捗管理は極 めて順調。細胞内の複数の事象の連成解析のため、代謝、拡散、イオンチャネル、膜電位などに 分け、参画機関との連携をはかっており、チーム内外との連携は適切に行われていると評価でき る。その成果が、分野を超えたユニバーサルな細胞シミュレーション統合プラットフォーム（Ｒ ＩＣＳ）にあらわれたと評価している。分野を超えた若手研究者の育成も評価できる。細胞スケ
ＩＣＳの更なる高速化や並列化を継続して進めていただき、その利用可能性を追求していただき たい。生命科学の面では、スケール間の連携に重点投資をしていただきたい。すでに細胞から臓 器スケールへの展開を図っている『血栓』、および分子スケールチームとの連携が期待できる『肝 細胞』に集中的に資源を配分し研究を推進していただきたい。 一方、上述の繰り返しになるが、次世代へのつながりという観点から、ボクセルデータでどこ まで細胞機能を表現できるのか、また、シミュレーションできるのか、その可能性と限界を明ら かににしてほしい。 以下、各研究課題の評価と、今後の方向に向けての提言を列挙する。
個別研究課題名 ： [B1] 細胞シミュレーションプラットフォーム 代表機関名・代表研究者名 ： 理化学研究所・横田 秀夫 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．７ 複雑な形状を再現し、局所的な機能（代謝、拡散、膜機能）を有している細胞内部をシミュレーションするための 処理を前提とした細胞シミュレーションプラットフォームを実現したことは高く評価できる。次世代スーパーコンピュ ータの必要性は明白である。 実装までは時間がかかることが想定されるが着実に課題を克服していただきたい。また、ＲＩＣＳがどこまでこの 分野の標準的なものになって行くか、競合技術の状況をよく調査していただきたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点４．０ 生命科学の基本的単位は細胞であり、その細胞も細胞内の機能は均一ではない。また現在まで臓器のシミュレ ータは存在するが、細胞の集合体のシミュレータは存在していない。このシミュレータは多くの疾患、特に肝臓や膵 臓の病態を解明する為に必須である。さらに、実験データに基づくシミュレーションは信頼が置けるものであり、各 種細胞でのシミュレーション結果は高く評価できる。さらに、臓器全身スケールへの展開も望めることから、今まで 難しかった階層を越えた研究展開で生命科学の進歩に寄与できるものと考えられ、将来の医学領域への貢献の 期待できる。 ただし、これであつかえる問題とそうでない問題（応用可能生）をより明確化にしていただきたい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：ＡＢ.実装に向けて生命科学面の改善点を提言 細胞のシミュレータＲＩＣＳはプロジェクト全体の根幹であり今後も開発を着実に継続すべきである。今後は次世 代スーパーコンピュータを用いた実験データとシミュレーション結果の検証に期待する。特に、細胞の機能は局所 的な反応が重要であり、特に局所的な細胞膜の反応に関する実験データによる検証を伴う次世代スーパーコンピ ュータを用いたシミュレーションに期待する。さらに、特許的価値の検討をされたい。 ただし、開発内容は保守的な面がある。E-CELL、ボクセルモデルだけでは代謝系しか使えないので根本的に 新しいチャレンジも同時並行的に着手すべきである。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 BB．抜本的な見直しを
個別研究課題名 ： [B2] 肝細胞モデル 代表機関名・代表研究者名 ： 慶應義塾大学・末松 誠 １． 計算（機）科学からの評価 評点４．０ 本研究は全て臨床にフィードバック出来る重要なプログラムであり、大規模細胞代謝シミュレーションの構築、臓 器レベルでの拡張には次世代スーパーコンピュータを用いた大規模な並列計算が必須。今回、現実的なシミュレ ーションが可能となったことは高く評価できる。プラットフォームをＲＩＣＳに設定して、E-CELL の応用に特化すること によって、実現した点が評価できる。 並列計算をすると実行時間がかかりすぎるように見受けられる。改良を進めていただきたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．９ 肝臓モデルと赤血球モデルに集中したことが功を奏し、また中間評価を受けてデータ収集実験とモデルへの実 装のキャッチボール方式で臨んだことにより単細胞代謝シミュレーション、肝臓細胞の系統的エネルギー代謝制御 機構の解析ともに大きな成果が得られたことは評価できる。肝臓代謝の完成により肝硬変、がんなどの手術後の 肝臓予備能の予測が可能となり、社会的な意義も大いに期待できる。 国際特許出願も評価できる。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：ＡＡ．実装に向けて加速化を提言 今後の研究計画は前述の研究成果を全てレベルアップさせるものであり、がん細胞増殖や肝再生、細胞周期と エネルギー代謝などの成果が期待出来る。さらに細胞代謝シミュレーションはＲＩＣＳの支援を受けることにより推進 させることを期待する。 さらには細胞集団レベルのシミュレーションは臓器スケールのシミュレーションにつながるため、肝硬変、がんな どのより複雑な系の設定における多細胞シミュレーションに期待したい。 人材育成についても Wet と Computer を共に理解できる方と代表者が率先されている運営体制を是非継続して いただき、他のチーム・個別研究課題の模範となっていただきたい。 生命科学面では十分な成果を挙げており、これを計算科学とどのようにマッチングさせていくかが今後の課題で ある。 また、肝細胞モデルはニーズも高くチャレンジであるので、産業化部分とチャレンジ部分を意図的に区別して推 進してはどうか。 生命科学と社会の価値 AA．実装に向けて加速 化を提言 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度
個別研究課題名 ： [B3] 小胞動態モデル 代表機関名・代表研究者名 ： 神戸大学・清野 進 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．３ 膵臓β細胞の分泌に注目して、全反射傾向顕微鏡を利用してリアルタイプの分泌を画像として取得可能なシス テム構築の意義は大きい。次世代スーパーコンピュータを利用してインシュリン分泌および分泌不全のメカニズム の解明を目指す野心的なプログラムである。 しかし、次世代スーパーコンピュータを必要とする研究であるか不明である。今年度中に、細胞シミュレーション 統合プラットフォーム(ＲＩＣＳ)の利用可能性と次世代スーパーコンピュータ上で動作可能性を確認していただきた い。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．５ 複雑な膵臓β細胞からのインシュリン分泌をモデル化できたことは生命科学においても意義がある。今後次世 代スーパーコンピュータで、実際の糖尿病の再現やインスリン分泌薬の作用が解明できれば、社会的インパクトは 極めて大と期待できる。インスリン顆粒の動態など興味深い成果が出ている しかしこのプロジェクトでやるべき課題か疑問が残る。上記の計算機科学面からの確認結果を待ち、今後の方 向性を定めていただきたい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：BA．生命科学面での展開・転身を提言 生命科学・医学の価値は高いが、次世代スーパーコンピュータの必要性が不明ということに加え、他の研究課 題やチームとの関連は薄い。 ＲＩＣＳへの搭載可能性、次世代スーパーコンピュータ実装の必要性・動作可能性が確認できれば、継続すべき であるが、それが困難と判断された場合は、他の生命科学の事業への転身・展開を、理研・チームリーダーと真剣 に検討し、研究継続・発展の具体的な道筋を探していただきたい。例えば、糖尿病は広く研究されており、広く共同 研究することでさらなる生命科学の進歩に寄与できると考えられる。産業界も含めたソフトの普及も検討して欲し い。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを AB．実装に向けて生命
個別研究課題名 ： [B4] イオンチャネル・モデル 代表機関名・代表研究者名 ： 大阪大学・倉智 嘉久 １． 計算（機）科学からの評価 評点２．８ 本研究はアストロサイト、内耳血管系細胞などを対象として、K+、Cl-、水輸送を担うイオン、水チャネルの細胞内 での局在情報を三次元化シミュレーションにより解明するものである。内耳細胞の組織モデルの構築には既に成 果があり評価できる。 しかし、次世代スーパーコンピュータを必要とする研究であるか不明である。モデリングの独自性も不明瞭であ る。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点２．１ 細胞容積制御分子の実験的情報に立脚する内耳細胞の浸透圧変化による細胞体積変化モデルの基本構造 の検討が進み、プロトタイプ作成が開始されたことは評価できる。虚血時や遺伝性難聴で認められるシミュレーショ ンによる病態生理の理解が進み、将来への治療へ道が開かれれば、社会的意義はある。 とはいえ、なぜ脳アストロサイトなのか、蝸牛なのか、虚血時のカリウム輸送での解析が臨床へつながるのか等 の疑問は残る。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：BB．抜本的な見直しを提言 細胞シミュレーション統合プラットフォームＲＩＣＳの利用可能性、他の研究課題・チームとの連携可能性（例えば 脳神経チームとの連携）を早急に精査していただきたい。もし、可能性ありと判断された場合は、ＲＩＣＳ搭載と連携 に精力を傾けていただきたい。もし可能性がないならば、細胞スケールチームは、肝細胞および血小板による他ス ケールチームとの連携に資源を配分していただきたい。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
Ｃ 臓器全身スケールチームとその個別研究課題 （１）計算機科学からの評価 評点３.３ 実際の医療現場に即した開発が進められており、オイラー型流体構造連成手法、各種画像のデータ をボクセルデータ形式で集約する方法のような汎用性のある方法の開発を評価したい。いずれのプログ ラムにおいても8000並列で良好なスケ―ラビリティーを達成していることは評価できる。特に全身ボクセ ルシミュレーションソフトＳＰＨ３Ｄは、第一走者としてチューニングに留意しながら早期に次世代スーパー コンピュータ実装をしていただきたい。 しかし、５つの研究グループに分けて研究推進を行っているが成果に大きな差がある。血栓シミュレー ション以外次世代スーパーコンピュータの必要性がわかりにくく、次世代スーパーコンピュータを必要とし ない課題が混在しているように思える。第二走者である重粒子線治療シミュレーションソフトＺＺ－ＤＯＳＥ は、実装準備が遅れているので、むしろ臨床現場で使えるようコンパクト化の道筋を検討されることをお 勧めする。 まずは、計算機科学面での性能を再確認していただき、実装すべきアプリのプライオリティーを明確に するべきである。 （２）生命科学と社会からの評価 評点３.２ 本研究は次世代高度医療支援の為のシミュレーションツールの開発であり、医療としての意義は十 分にある。しかも個別化医療を推進するものであり社会に多いに貢献する。特に低侵襲治療支援、心臓、 血栓は比較的短期に応用が期待できる分野である。ただし、医療現場で次世代スーパーコンピュータが 利用できるわけではないので、方法開発と位置付けるべきである。 臓器全身スケールの解析はかなりな挑戦と考えられるが、その困難さを考えると、いまだ研究ターゲ ットが分散しているように見受けられる。進捗しており応用可能性が高い個別課題の推進と課題間連携 に資源を集中していただきたい。例えば、順調に進捗しており細胞スケールチームとの連携が図られて いる血栓症シミュレータの開発に集中し、その有効性を検証してはどうか。心臓モデルの完成度は高い ので、東大モデル・京大（立命館）モデルとの連携及び細胞チームとの連携を検討してはどうか。 （３）運営の評価 評点２.９ 研究課題が多い上に、課題毎のばらつきが著しく、代表者およびチームリーダーのガバナンスがはっ きりしていない。また、途中中止の研究課題があるが、その成果や中止理由が明確でない。他のスケー ルとの連携も強くない。その意味では、細胞スケール研究開発チームの血小板研究との連携によるマル チスケール血栓症シミュレーション開発には大いに期待している。
・細胞レベルとの連携が見えるという点では、血栓と心臓に資源集中すべきである。 ・統合してさらにフォーカスできる研究課題としては、２つの良質な心臓モデル（東大モデルと京都モデ ル）、一連の循環器系の研究課題が対象となりうる。 ・一方、重粒子線など産業化ニーズが高い研究課題については、さらに実用化を推し進めて民間資金 を導入し、次世代スーパーコンピュータを使わずとも動くアプリを開発してはどうか。 以下、各研究課題の評価と、今後の方向に向けての提言を列挙する。
個別研究課題名 ： [C1] ボクセル血流シミュレーション、重粒子線治療シミュレーション、ボクセル肺呼吸シミ ュレーション、筋繊維から筋肉へのマルチスケールシミュレーション、オイラー型有限差分 FSI シミュレーション 代表機関名・代表研究者名 ： 理化学研究所・高木 周 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．５ 全身血管網のような巨大なシステムを３次元的にシミュレーションするには次世代スーパーコンピュータが必要 である。既に生きているヒトからのボクセルデータの構築し、新たな画像データに適した数値研鑽法の開発に成功 したことは評価できる。オイラー型手法など優れた数値計算手法を開発している。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．２ 全身血管網シミュレータは企業との接点も見られるので活用を推進して欲しい。医療機器メーカーや医療機関に おける血流評価依頼は、その社会的有用性を示すものである。 重粒子線治療シミュレーションは、シミュレータの活用によりきめ細かい線量の計画を可能とし、医療への貢献 が高いと期待できる。しかし、平成 20 年度中間評価後に課題として取り上げられたが、いかにも唐突な印象で成果 も明確ではない。この中間評価を機会に本プロジェクト内で推進すべきか、他の資金で実施すべきか検討して欲し い。 生命科学にとってまだ重要な発見があるとはいえない。ボクセル型シミュレーションの意義を明確にする、医療 において実用的に使えるのか再検討する、医療費の高騰にならない機器開発につなぐことができるか再点検する 等の作業を早急に行い、テーマを絞り込んで欲しい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：ＡＢ.実装に向けて生命科学面の改善点を提言 難しい領域にもかかわらず、ターゲット臓器の範囲が広すぎる。細胞スケールチームとの連携が期待できる血 栓症予測や心臓全体のシミュレーション等へ研究を集中したほうが良い。 超音波治療、重粒子線、肺呼吸については出口指向なので実用性について議論を深めてから進行すべきであ る。競合技術や MRI・CT などの支援技術の進歩を比較検討する必要がある。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 BB．抜本的な見直しを
個別研究課題名 ： [C2] 超音波治療シミュレーション 代表機関名・代表研究者名 ： 東京大学・松本 洋一郎 １． 計算（機）科学からの評価 評点３．４ 本研究は肝腫瘍や脳腫瘍に強力超音波治療を行う際に超音波の減衰、反射、屈折を防止する為のシミュレー ションシステムを構築するものである。臓器やその周辺全体における超音波の複雑な反射・屈折挙動や温度上昇 を予測するためには次世代スーパーコンピュータが必要である。特に、時間反転法の導入による焦点制御の計算 法の開発は評価できる。すでにソフトウェアの開発を終え、ＲＩＣＳによる並列計算も可能にした。シミュレーションの 適用分野としては適切かつ面白く、高並列化も進んでおり有望である。計画どおり着実に進めていただきたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．４ 強力収束超音波療法の開発で深部に存在する腫瘍の画期的な治療が可能になることから、社会的には大きな インパクトのある研究と考えられる。比較的短期に直接的な応用が期待される。低侵襲治療の一つである強力超 音波治療を乳癌、前立腺癌から適応を肝癌、脳腫瘍に拡大し、従来の外科治療にとって代わる治療法として評価 できる。被爆などを生じない人体に優しい方法として是非完成させて欲しい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AB.実装に向けて生命科学面の改善点を提言 強力収束超音波療法に於ける精度を上げる為の各種実験、すなわち発熱効果の違いの検討によるモデルの 高精度化、音の伝播と減衰と温度場に対する実験が企画され、高精度化することを期待する。既に日立、オリンパ スやアロカとの共同研究も進んでいるようであり、実用化に極めて近い研究であることから、こうした実用面からの プログラムの評価に繋がることを期待する。特許化の検討をお願いしたい。 しかし、本来目指しているところの階層を越えた生命科学の進歩に向けた臓器全身スケールの理解という研究 目的からは外れていることは否めない。次世代スーパーコンピュータの社会寄与を代表するパイロットモデルとして 位置づけて継続するか、他のテーマを優先するかは、全体の資源を見渡して判断していただきたい。実用化を進 め企業から資金を投入し、次世代スーパーコンピュータ活用という制約から解放して実用化に向けて加速化する考 え方もある。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言 BB．抜本的な見直しを 提言
個別研究課題名 ： [C3] 肺呼吸・肺循環統合シミュレーション 代表機関名・代表研究者名 ： 大阪大学・和田 成生 １． 計算（機）科学からの評価 評点２．９ 肺実形状モデルと肺実質モデルの連携により呼吸動態の再現が出来たことは評価できる。さらに肺胞気と赤血 球のガス交換モデルを確立したことも評価できる。 しかし、平成 23 年度以降 3 万コアの並列計算を計画しているが、現状でどの程度並列計算の準備が進んでい るか全く見えない。医療現場での実用的な診断時間のために次世代スーパーコンピュータが必要であるということ であるが、これはかなり先のことであり、もっと本質的なところで次世代スーパーコンピュータを利用すべきであろ う。また、数理モデルの開発やシミュレーションにおいて条件の違いによる個体差の再現まではできているが、その 結果の検証が弱いように見える。また現時点では次世代スーパーコンピュータへの計画の最適化が行われていな い。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．１ 本研究は肺呼吸と循環を統合し赤血球流動やガス交換シミュレーションを行い、肺機能と関連した病態の把握 を行うものであり、生命科学の進歩に貢献する。患者データを基本にシミュレーションシステムの構築を図っている ことも評価できる。呼吸器疾患は、ＱＯＬから見ても辛い病である。異常部位の発見に役立つように機器開発へ繋 げて欲しい。 しかし、次世代スーパーコンピュータを用いて循環動態をシミュレーションするというのに、肺循環など臓器別に 区分けする考え方がやや安易である。本来目指しているところの階層を越えた生命科学の進歩に向けた臓器全身 スケールの理解という研究目的からは外れていることは否めない。計画の見直しも含めて実装に足るか否かを判 定するべきである。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：BB．抜本的な見直しを提言 本研究は生命科学に於いて重要な課題であるが、研究期間中に目標到達、すなわち次世代スーパーコンピュ ータによるツールの開発が達成出来るか疑問である。個々の研究成果はそれぞれ異なったシミュレーションによる ものであり、これらの統合によりはじめて臨床に於ける診断システムの構築が可能となる。実施期間中の達成が可 能だろうか。 統合シミュレーションというコンセプトの中では、他の階層との関連が薄く、このプロジェクトの中でやっている意 義は少ない。縮小や他事業への転身を検討すべきである。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言
個別研究課題名 ： [C4] 筋骨格神経系モデリング（すでに終了した研究課題） 代表機関名・代表研究者名 ： 大阪大学・野村 泰伸 １． 計算（機）科学からの評価 評点２．６ 本研究は神経系モデルを用いて、神経細胞、細胞間シナプス、筋収縮、骨格系全体のシミュレーションを行い、 運動破錠のメカニズムを解明する。このような大規模数理モデルを管理するソフトウェアが必要であり、大阪大学 のグローバルCOEプログラムのソフトウェアと連携し研究を推進している。次世代スーパーコンピュータ適用との相 性には疑問があるが、モデルファイルからのコード生成の自動化は興味深い ２． 生命科学と社会からの評価 評点２．８ 途中終了の感があるので、低い評価をせざるをえない。どんな成果や教訓が残ったのか。このテーマだけで階 層を越えた神経・筋・骨格筋運動動態のマルチスケールシミュレーションとなっているので、ことさら成果と限界につ いて、明らかにしていただくことは、生命科学の発展の上で価値がある。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：BB．抜本的な見直しを提言 モデリングツールとしては面白いが，並列計算に関してはほとんど準備できていない．阪大グローバル COE と の共同でソフトウェアの開発を推進しているが、ペタコンの活用まで到達出来るか疑問である。 終了しているがその理由が不明。成果が出たのか（次世代スーパーコンピュータに）応用できるのか報告が必 要である。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
個別研究課題名 ： [C5] オイラー型有限要素法の開発（すでに終了した研究課題） 代表機関名・代表研究者名 ： 広島大学・岡澤 重信 １． 計算（機）科学からの評価 評点１．９ 報告書の記載が不十分で評価が出来ない。21年度までの参加となっており、計画の全体像が不明。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点２．１ 報告書の記載が不十分で評価が出来ない。そもそも、本研究課題は技術的なオイラー型有限要素法の開発を 目指した小規模なもので、この項は該当しないと考えた方がよい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：BB．抜本的な見直しを提言 他のチームへの貢献など成果を記載して終了の理由を報告すべきである。また、研究者が理研に移動し、現在 開発中の固体-固体連成システムの構築を今後どのように連携を進めるのか明確でない。 今後の計画にもあるように固体-固体連成システムに関する研究推進を基本的に見直す必要がある。 生命科学と社会の価値 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 AA．実装に向けて加速 化を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度 BB．抜本的な見直しを 提言 AB．実装に向けて生命 科学面の改善点を提言
個別研究課題名 ： [C6] 有限要素法による心臓全体シミュレーション 代表機関名・代表研究者名 ： 東京大学・久田 俊明 １． 計算（機）科学からの評価 評点４．０ 実際応用と次世代スーパーコンピュータ実装のバランスがよく高く評価できる。 心臓機能は基本的に電気、化学、力学などのマルチフィジックス要素で構成されており、またタンパク分子から 臓器に至るマルチスケール問題を有している。研究者は両者を有すUT-Heartを研究してきたが、マクロとミクロ現 象を融合させるシミュレータであり、プログラムを適化した場合次世代スーパーコンピュータの活用は必要である。 細胞モデルから心筋組織レベルのシミュレーションを行う手法を開発し、ミクロの変化がマクロにどう現れるかノック アウトマウスを用いて検証したことは評価できる。 UT-Heartは第一走者にふさわしいソフトなので、実装に向けて研究を加速化していただきたい。 ２． 生命科学と社会からの評価 評点３．８ このテーマだけで階層を越えた心筋細胞、心組織、心臓、さらには内腔血液の流動と拍出に至るマルチスケー ルシミュレーションで、大規模生命機能モデル構築に挑戦していることは、特にこのプログラムの意図するところに 極めて合致しており高く評価できる。疾患にかかわるシミュレーションは社会的にも大きな意義がある。例えば、突 然死や拡張型心筋症の原因に迫りうるような結果が期待される 他の研究課題、特に、Ｃ７北陸先端科学技術大学、Ｃ８京大、Ｃ９千葉大との連携を計画して欲しい。さらに、血 流、血栓などとの連携が可能ではないか。ただちに検討していただきたい。 ３． 今後の方向性の提案 定性評価：AA．実装に向けて加速化を提言 予備的な結果ながらマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーションを実現しており、次世代スーパーコンピ ュータで大きな成果を挙げることが期待できる、さらに今後の計画も周到であるので、資源を集中し計画を加速す ることが適当と考えられる。特にヒトの疾患メカニズムについての実証に大いに期待する。 今後は、次世代スーパーコンピュータの活用に焦点を当てた研究、および同じ循環器系の研究としてＣ６－１１ のテーマとの統合を検討していただきたい。 実施期間内に次世代スーパーコンピュータによるマルチスケール心臓シミュレーションを達成すると同時に、心 臓病学のブレイクスルーを期待する。 生命科学と社会の価値 AA．実装に向けて加速 化を提言 BA．生命科学面での展 開・転身を提言 次世代スーパーコ ンピュータの活用度
