hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
付随陰性電位変動(CNV)の発現機序と生理学的意義に関する研究

1.9頭のニホンザルを訓練して、予告刺激(緑色)の呈示から一秒後に呈示される命令刺激(黄色)に応じて、手によるレバ-上げ運動を行なわせた。単純な視覚始動性運動の場合より短い反応潜時を示した。その際埋め込み電極を用い、両側大脳半球の前頭連合野、運動前野および補足運動野において、予告刺激呈示後に始まり、命令刺激開始まで続く表面陰性ー深部陽性の緩電位(持続型)が記録され、運動している手と対側の運動野および体性感覚野においては、命令刺激まで徐々に増大する表面陰性ー深部陽性の緩電位(漸増型)が得られた。これらの電位は主として錐体細胞の尖樹状突起の表層部に生じたEPSP電流によると考えられ、ヒトの頭皮上で記録されるCNVに相当するように考えられる。特続型緩電位は命令刺激に対する期待あるいは予測に関連した電位であると考えられ、漸増型緩電位は自発性運動に先行して出現する運動準備電位と同様の電位であると推論される。2.8頭のサルに、go予告刺激の1秒後に与えられる命令刺激に応じてレバ-上げ運動を行ない、noーgo予告刺激の場合には運動を行なわないように訓練した。go予告刺激の場合は1と同様の、緩電位(CNV)が記録されたが、noーgo刺激の場合は、前頭連合野において予告刺激による短潜時反応後、表面陽性ー深部陰性緩電位(contingent positive variation; CPV)の記録される部位が見られた。3.CNVに対する小脳の関与を研究するため、3頭のサルに運動を行なう手と同側小脳半球の切除手術を施した。その手と対側の運動野においては、術前に見られた漸増型緩電野位が完全に消失していたが、体性感覚野では術前よりやや増大した漸増型緩電位が記録された。以上から、運動で記録される漸増型緩電位に新小脳ー視床ー運動皮質領野投射の寄与が判明した。ヒトの頭皮上から記録されるCNV(付随陰性電位変動)の発現機序の研究には、CNVの中枢神経系における発現部位を明らかにすることが必要である。本研究者は、実験動物としてサルを用い、ヒトのCNVに相当する電位の誘発を試みた。方法はニホンザルを訓練して、予告刺激の呈示から約1秒後に呈示される命令刺激に応じて、手によるレバー上げ運動を行わせた。予告刺激には聴覚刺激(2000Hzを10ミリ秒の間持続)あるいは視覚刺激(緑色を50ミリ秒の間持続)を用い、命令刺激には視覚刺激(黄色を500ミリ秒の間持続)を用い、サルが命令刺激の持続中に運動すると報酬を与えた。サルが運動する間、多くの大脳皮質領野に慢性的に埋め込まれた電極を用いて、フィールド電位を記録し、加算平均法を用いて分析した。皮質電極は皮質表層と2ー3mm深層に設置し、不関電極は耳の後の頭蓋骨に埋め込んだ。以上から、次のような成果が得られた。1.予告刺激に視覚刺激を用いた場合、前頭前野、運動前野および補足運動野において、予告刺激開始から200ー300ミリ秒後に始まって、命令刺激開始まで続く表面陰性ー深部陽性の緩電位が得られた。この電位よりやゝ遅れて始まり、徐々に増大する表面陰性ー深部陽性の緩電位が、運動野および体性感覚野の上肢領野において記録された。これらの緩電位は興奮性シナプス後電位であると考えられ、これは丁度、ヒトのCNVに相当する電位であるように推論される。

2.予告刺激に聴覚刺激を用いた場合にも、視覚刺激の場合と同様、前頭前野、運動前野および補足運動野においてCNV様電位が記録された。しかし視覚刺激の場合に比べ、電位の振幅は小さく、分布も限られていた。運動野および体性感覚野においては、このような電位は記録されなかった。1.8頭のニホンザルを訓練して、予告刺激(緑色を50ms持続)の呈示から約1秒後に呈示される命令刺激(黄色を500ms持続)に応じて、手によるレバ-上げ運動を行なわせた。サルが課題を遂行する間、多くの大脳皮質領野の皮質表面と2-3mm深層に慢性的に埋め込まれた電極からフィ-ルド電位を記録して、加算平均法を用いて分析し、行動学的所見と対比検討した。その結果次の結論が得られた。両側大脳半球の前頭連合野、運動前野および補足運動野において、予告刺激から200300ms後に始まり、命令刺激開始まで続く表面陰性-深部陽性の緩電位(持続型)が得られた。この電位は命令刺激に対する期待あるいは予測に関連した電位であると考えられる。一方、これらの電位より遅れて始まり、命令刺激まで徐々に増大する表面陰性-深部陽性の緩電位(漸増型)が運動している手と対側の運動野および体性感覚野において得られた。この電位は自発性運動に先行して出現する運動準備電位と同様の電位であると推論される。2.サルに異なる色の組み合わせによる2種類の予告-命令刺激(例えば緑色-黄色と赤色-黄色)の一方をgo刺激、他方をno-go刺激として、不規則な時間間隔と無作為の順序で与え、サルがgo刺激に応じてレバ-上げ運動を行ない、no-go刺激に対しては運動を行なわないように訓練した。go命令刺激持続中に運動した場合に限って報酬を与えた。その他は1と同様の方法を用いて検討し、3頭のサルから次のような結論が得られた。go刺激の場合は1と同様の結果であったが、no-go刺激の場合は、予告刺激による短潜時反応後、表面陰性-深部陽性の緩電位は出現しなかった。前頭連合野においては、表面陽性-深部陰性緩電位の記録される部位もみられた。1.5頭のサルの異なる色の組み合わせによる2種類の予告ー命令刺激(例えば緑色ー黄色と赤色ー黄色)の一方をgo刺激、他方をnoーgo刺激として、不規則な時間間隔と無作為の順序で与え、サルがgo刺激に応じてレバ-上げ運動を行ない、noーgo刺激に対しては運動を行なわないように訓練した。サルが課題を遂行する間、多くの大脳皮質領野の皮質表面と2ー3mm深層に慢性的に埋め込まれた電極からフィ-ルド電位を記録し、加算平均法を用いて分析して、次のような結論を得た。go刺激の場合は持続型緩電位(表面陰性ー深部陽性)が両側大脳半球の前頭連合野、運動前野および補足運動野において記録され、漸増型緩電位(表面陰性ー深部陽性)が運動している手と対側の運動野および体性感覚野において得られた。noーgo刺激の場合は、予告刺激による短潜時反応後、表面陰性ー深部陽性の緩電位は出現しなかた。前頭連合野においては、表面陽性ー深部陰性緩電位の記録される部位がみられた。2.予告刺激(緑色)から1秒後に呈示される命令刺激(黄色)に応じて、レバ-上げ運動の行なえる3頭のサルに、運動を行なう手と同側小脳半球の切除手術を施した。サルに運動課題を行なわせて、予告刺激から運動までの反応潜時と大脳皮質フィ-ルド電位を1と同様に記録し、手術前後で比較検討した。手術後の反応潜時は、手術前に比べ変動していたが,平均値にはほとんど差がなかった。
ユウレイボヤ卵受精時の精子侵入及び卵付活機構の研究

多くの動物種でカルシウムシグナルが、細胞周期の制御に重要な役割を果たしていることが示唆されている。ユウレイボヤ卵は第一減数分裂中期で卵成熟分裂を休止しており、受精により減数分裂が再開始する。カルシウム(Ca^<2+>)蛍光指示薬、カルシウムグリーン、デキストラン(分子量10,000)を用いて受精時の減数分裂再開後のCa^<2+>変化を観察したところ、受精直後の上昇に引き続いて、Ca^<2+>濃度の変動(カルシウムオッシレーション)が5分程度起こり、この直後に第一極体の放出が見られた。この後Ca^<2+>濃度は未受精卵値に戻り、受精約14分後に再びカルシウムオッシレーションが開始し、約11分間継続する。カルシウムオッシレーションの終了時に第二極体の放出が起こった。ユウレイボヤ卵の減数分裂は、細胞内Ca^<2+>変化と密接に関連していることが明らかになった。細胞分裂を制御する分子機構として、卵成熟促進因子(MPF)及びサイトスタティックファクター(CSF)の関与が考えられる。減数分裂過程におけるMPF(ヒストンH1キナーゼ活性による定量)及びCSF(c-mos抗体による検出)活性のいずれも第一減数分裂、第二減数分裂中期に高く、それぞれの終期に低かった。第一減数分裂中期の未受精卵にCa^<2+>キレーター、BAPTAを細胞内注射すると、MPF活性は急激に減少し、受精後の第一減数分裂終期に注射すると、2回目のCa^<2+>変化、MPF活性の上昇、第二極体の放出のいずれもが抑制された。このことは、MPF活性の制御に細胞内Ca^<2+>が関与していることを示唆する。また未受精卵細胞質を2細胞期の1割球に移植したところ、この割球の分裂は1周期遅れた。ユウレイボヤ卵減数分裂過程におけるCSF関与を初めて明らかにした。細胞内Ca^<2+>濃度の上昇には小胞体からのCa^<2+>の放出が考えられるが、この過程にイノシトール3燐酸(IP_3)あるいはリアノジンレセプターの関与が知られている。それぞれのレセプターの特異的阻害剤であるヘパリン、ルテニウムレッドのいずれもが完全に受精時のCa^<2+>上昇を阻害できなかった。このことは、両方のレセプターが関与していることを示唆した。またIP_3を細胞内に注射すると、Ca^<2+>の一時的な上昇、細胞内Ca^<2+>の周期的な変化、及び第一極体の放出が誘起された。細胞内Ca^<2+>変化の最初の引き金は精子により引かれるが、これが精子の何により引き起こされるのか、その実体はどの動物種においても明らかではない。現在、精子物質が卵表面の受容体に結合し、この情報が卵細胞質中に伝わるという考え方と、精子物質が直接細胞質中に作用するという2つの仮説がある。我々は、IP_3を細胞内に注射することで卵の活性化を引き起こした。また精子自身がIP_3を持っているとの報告もある。そこで精子抽出物(精子ホモジネート)を卵内に注射した。この結果、精子抽出物も卵を活性化し、第一極体の放出を誘起する事を明らかにした。この物質の生理学的特性を見ると、熱に安定な低分子(分子量3000以下)であり、従来ほ乳類で報告されている精子因子とは、その性質が異なる。比較のためほ乳類からの精子抽出物(human)を調製し、ユウレイボヤ卵に注射したが、この場合も同種の精子因子と同様のCa^<2+>変化が見られた。一方、ヘパリン注入卵に精子抽出物を注射してもCa^<2+>上昇を抑制できないので、ユウレイボヤ精子抽出物の活性部分はIP_3のみではなく複合物であることが考えられる。卵細胞を材料にして、細胞周期の制御とCa^<2+>の関与を検討することは、細胞が大きく、顕微注射が可能であり、また減数分裂過程で一時的に休止している細胞周期を再開始できる利点を持つ。従来この研究に用いられてきたほ乳類卵は第二減数分裂中期で休止しており、減数分裂再開始後、第二極体を放出して完了する。一方我々の用いたユレイボヤの場合、第一減数分裂中期からの再開始であるために、第一、第二と2回の減数分裂過程を伴う。Ca^<2+>濃度が周期的に変化することは、ここで初めて明らかになり、また第二減数分裂過程でも実験的な操作を加えることができる。我々はユウレイボヤ卵のCa^<2+>測光方法とこれに伴う顕微注射技術を確立した。さらに分子機構も同時に解析する手法を開発した。このことは、今後細胞周期の制御機構を検討していく上で大きな貢献であると確信する。この後Ca^<2+

>濃度は未受精卵値に戻り、受精約14分後に再びカルシウムオッシレーションが開始し、約11分間継続する。カルシウムオッシレーションの終了時に第二極体の放出が起こった。ユウレイボヤ卵の減数分裂は、細胞内Ca^<2+>変化と密接に関連していることが明らかになった。細胞分裂を制御する分子機構として、卵成熟促進因子(MPF)及びサイトスタティックファクター(CSF)の関与が考えられる。減数分裂過程におけるMPF(ヒストンH1キナーゼ活性による定量)及びCSF(c-mos抗体による検出)活性のいずれも第一減数分裂、第二減数分裂中期に高く、それぞれの終期に低かった。第一減数分裂中期の未受精卵にCa^<2+>キレーター、BAPTAを細胞内注射すると、MPF活性は急激に減少し、受精後の第一減数分裂終期に注射すると、2回目のCa^<2+>変化、MPF活性の上昇、第二極体の放出のいずれもが抑制された。このことは、MPF活性の制御に細胞内Ca^<2+>が関与していることを示唆する。また未受精卵細胞質を2細胞期の1割球に移植したところ、この割球の分裂は1周期遅れた。ユウレイボヤ卵減数分裂過程におけるCSF関与を初めて明らかにした。細胞内Ca^<2+>濃度の上昇には小胞体からのCa^<2+>の放出が考えられるが、この過程にイノシトール3燐酸(IP_3)あるいはリアノジンレセプターの関与が知られている。それぞれのレセプターの特異的阻害剤であるヘパリン、ルテニウムレッドのいずれもが完全に受精時のCa^<2+>上昇を阻害できなかった。このことは、両方のレセプターが関与していることを示唆した。またIP_3を細胞内に注射すると、Ca^<2+>の一時的な上昇、細胞内Ca^<2+>の周期的な変化、及び第一極体の放出が誘起された。細胞内Ca^<2+>変化の最初の引き金は精子により引かれるが、これが精子の何により引き起こされるのか、その実体はどの動物種においても明らかではない。現在、精子物質が卵表面の受容体に結合し、この情報が卵細胞質中に伝わるという考え方と、精子物質が直接細胞質中に作用するという2つの仮説がある。我々は、IP_3を細胞内に注射することで卵の活性化を引き起こした。また精子自身がIP_3を持っているとの報告もある。そこで精子抽出物(精子ホモジネート)を卵内に注射した。この結果、精子抽出物も卵を活性化し、第一極体の放出を誘起する事を明らかにした。この物質の生理学的特性を見ると、熱に安定な低分子(分子量3000以下)であり、従来ほ乳類で報告されている精子因子とは、その性質が異なる。比較のためほ乳類からの精子抽出物(human)を調製し、ユウレイボヤ卵に注射したが、この場合も同種の精子因子と同様のCa^<2+>変化が見られた。一方、ヘパリン注入卵に精子抽出物を注射してもCa^<2+>上昇を抑制できないので、ユウレイボヤ精子抽出物の活性部分はIP_3のみではなく複合物であることが考えられる。卵細胞を材料にして、細胞周期の制御とCa^<2+>の関与を検討することは、細胞が大きく、顕微注射が可能であり、また減数分裂過程で一時的に休止している細胞周期を再開始できる利点を持つ。従来この研究に用いられてきたほ乳類卵は第二減数分裂中期で休止しており、減数分裂再開始後、第二極体を放出して完了する。一方我々の用いたユレイボヤの場合、第一減数分裂中期からの再開始であるために、第一、第二と2回の減数分裂過程を伴う。Ca^<2+>
柔道における安全かつ効率的な減量法の開発

これまでの本研究では、試合当日、もしくは計量日、計量日前日に体組成(体重・体脂肪量・体水分量)の測定を行ってきた。また、その際に質問紙調査によって、試合のパフォーマンスや減量失敗を示す兆候などに関する調査も実施した。その結果、減量失敗を示す兆候と体水分量の間に関連性があることが示唆された。柔道など階級制競技における減量は、通常時よりも体重を減少させて規定体重にするため、体調への変化を与えやすく、その影響が、試合のパフォーマンスに影響する可能性が高いと考えられる。これまでの体重という観点だけでなく、体水分量を指標の一つとすることで予防できる可能性が考えられる。一方で、体組成は減量開始時から常に変動している。その変動を小さくしたり、コントロールしたりすることも重要であると考えた。そこで、減量期間中の体組成について、毎日測定することでその変動と体調やパフォーマンスの関連性について明らかにすることを目的とした。当該年度の研究においては、世界大会出場経験のあるトップレベルの柔道選手2名を対象として、試合出場時までの体組成測定を、国内大会および国際大会出場時の計2試合で実施した。現在、それらのデータの分析中であるが、国際大会では合宿や移動、食事など環境が大幅に異なるため、国内大会とは大きく傾向が異なることが明らかとなった。国際大会に出場する選手は多くないが、別途、対策は検討する必要がある。今後、国内の大学柔道選手を対象に、対象者を増やしていく計画である。当該年度の研究は、日本代表レベルのトップアスリートの減量時のデータを収集することとした。トップ選手の減量時のデータは、頻繁に得られるものではないため、貴重であると考えた。そのため、大学選手の減量時のデータ収集が遅れている。本年度を使用して、減量時の体組成データの収集を続け、トップアスリートとの比較も検討していく。最終年度の本年度は、終了していない大学柔道選手の減量時の体組成データを収集する。また、それらのデータ収集および分析が終了次第、学会発表および論文の投稿などによって公表していく。また、今後の柔道講習会などで情報提供できるように、一般の方がわかりやすい資料の作成に繋げていく。男子は100kg超級、女子は78kg超級の選手を除き、柔道では試合前日までに規定体重への減量が必要となる。そのため多くの柔道選手が減量を実施し、その成否が柔道の試合のパフォーマンスに影響を与えている。世界大会では前日計量に加えて当日計量も一部導入された。さらに、日本代表選手において減量失敗で試合に出場できなかった選手対してペナルティを課すなど、減量および体重管理の重要度が以前より増してきている。柔道選手の減量は、試合前の数日間、水分などの摂取量を減らすことによって体重を減少させる「急速減量」が多く用いられている。これまでの柔道選手の減量に関する研究では、体重の減少率は5%以内が推奨されてきた。また、脱水症状等を予防するための研究においては、体重の6%以上の減量は望ましくないとの報告もなされている。これらに関する検討は多く実施されているが、体重を指標とした検討が多く、水分を指標とした検討は少ない。柔道選手の減量では体水分量が大きく変動している可能性が考えられ、その影響が試合のパフォーマンスに影響していると考えられる。近年、インピーダンス法を用いた体組成計の発達によって、体水分量を明らかにしやすくなった。そこで本研究は、体水分量が柔道のパフォーマンスに与える影響を明らかにすることを目的とした。平成28年度は、大学柔道選手の計量日(前日)及び試合当日の朝の体水分量を明らかにするとともに、その水分量と減量失敗の兆候との関係性を明らかにすることを目的とした。その結果、今回測定した体水分量と質問紙調査を行った減量失敗を示す兆候との関連性が認められ、計量時の体水分量によって、失敗を示す兆候が表れるかどうかに違いがある可能性が示唆された。本実験結果の対象者数は十分ではなく、さらなる検討が必要である。オリンピックを含めた海外遠征などが、分析対象としていた大会と重なりいくつか測定及び調査を十分に実施することができなかった。翌年度の大会において実施する予定である。階級制の柔道において、より高いパフォーマンスを発揮するには減量の成功が必要不可欠である。減量では主に体脂肪量や体水分量の減少を狙い、前日計量時には規定体重をクリアできるように調節しながら行う。しかし、一部の選手の減量は過度であり、危険であるだけでなく、パフォーマンスを低下させる。そのため、減量の安全性とパフォーマンスを低下させないという両方を満たすような目安となる指標が必要であると考えた。階級ごとに、目安とする体水分量や体脂肪率が定まることで、エビデンスに基づいた客観的な指導となる可能性がある。そこで本研究は、男子大学柔道選手の計量日の体組成を測定し、体水分量や体脂肪量などの実態を明らかにすることを目的とした。これまで計量日の体組成についてインピーダンス法の体成分分析装置(InBody)を用いて、のべ約200名のデータを測定した。同一条件のみの選手で分析した結果、一部の階級の選手の体水分量や細胞内水分量が通常時よりも有意に減少している傾向が見られた。しかしながら、個人差が大きく、これまで階級ごとの目標値となる数値の算定には至っていない。特に、身長や体脂肪量の違いなどによるばらつきが表れている事も考えられ、分析方法の検討が必要かもしれない。次年度以降は、試合後に減量がパフォーマンスに及ぼす影響に関する質問紙調査を実施し、パフォーマンスと体水分量との関連性を検討していく。

「計量日の体水分量が少ない選手は、良いパフォーマンスができていない」という仮説の立証に期待している。さらに、減量実施期間中の体脂肪量及び体水分量などの体組成の動態を調査して、その変動幅についても検討する。インピーダンス法のため機器の違いによる影響なども検討するため、2台以上を用いて分析する予定である。研究初年度に十分な対象者のデータを集めることができず、本年度も継続して実施した。そのため、一部に遅れが発生している。しかしながら、研究1の見通しがたったため、本年度中に研究2へと移行している。これまでの本研究では、試合当日、もしくは計量日、計量日前日に体組成(体重・体脂肪量・体水分量)の測定を行ってきた。また、その際に質問紙調査によって、試合のパフォーマンスや減量失敗を示す兆候などに関する調査も実施した。その結果、減量失敗を示す兆候と体水分量の間に関連性があることが示唆された。柔道など階級制競技における減量は、通常時よりも体重を減少させて規定体重にするため、体調への変化を与えやすく、その影響が、試合のパフォーマンスに影響する可能性が高いと考えられる。これまでの体重という観点だけでなく、体水分量を指標の一つとすることで予防できる可能性が考えられる。一方で、体組成は減量開始時から常に変動している。その変動を小さくしたり、コントロールしたりすることも重要であると考えた。そこで、減量期間中の体組成について、毎日測定することでその変動と体調やパフォーマンスの関連性について明らかにすることを目的とした。当該年度の研究においては、世界大会出場経験のあるトップレベルの柔道選手2名を対象として、試合出場時までの体組成測定を、国内大会および国際大会出場時の計2試合で実施した。現在、それらのデータの分析中であるが、国際大会では合宿や移動、食事など環境が大幅に異なるため、国内大会とは大きく傾向が異なることが明らかとなった。国際大会に出場する選手は多くないが、別途、対策は検討する必要がある。今後、国内の大学柔道選手を対象に、対象者を増やしていく計画である。当該年度の研究は、日本代表レベルのトップアスリートの減量時のデータを収集することとした。トップ選手の減量時のデータは、頻繁に得られるものではないため、貴重であると考えた。そのため、大学選手の減量時のデータ収集が遅れている。本年度を使用して、減量時の体組成データの収集を続け、トップアスリートとの比較も検討していく。平成28年度の研究を継続して実施し、階級別の分析が可能な人数まで対象者を増加させる計画である。さらに、減量期間中の体水分量測定も実施予定である。昨年度までで研究1としている「柔道選手の通常時及び計量日の体組成の違い」について検討した。本年度は、「計量日の体組成と試合のパフォーマンスとの関連性」や「減量期間中の体水分量の変動」について検討していく予定である。最終年度の本年度は、終了していない大学柔道選手の減量時の体組成データを収集する。
バイオミメティック超撥水表面によるライデンフロストラチェット液滴輸送デバイス

自己組織化によって作製されるハニカム状多孔質膜を基に得られる低摩擦な超撥水ピラー構造表面と、その表面形状制御、およびマイクロヒータアレイを組み合わせることで、ライデンフロスト現象を利用した高速で低消費エネルギーな液滴輸送デバイスを実現することである。耐熱性の高いポリジメチルシロキサンシートにハニカム状多孔質膜の構造を転写する手法を確立した。さらにLayer-by-Layer法を用いた表面修飾手法および表面の機能化に成功した。これらの知見は低摩擦超撥水表面の形成に寄与し、ライデンフロスト現象を用いた液滴駆動デバイスの端緒となると考えられる。熱したフライパンの上に水を垂らすと水滴が踊るように表面上を転がる。この現象をライデンフロストの滴といい、水滴がフライパンの表面で急激に熱せられ、気化することによってホバークラフトのように水滴を浮かせることに起因する。研究代表者らは疎水性ポリマー溶液を加湿下で塗布し、製膜する過程で水滴が結露し、ハニカム状の多孔体を形成する事、その上面を剥離することで、突起状の構造を形成し、超撥水表面となる事を見いだしている。そこで、このような超撥水表面を用いることにより、ライデンフロストの原理を利用した液滴駆動デバイスが実現できるのではないかと考えた。本研究の目的は、自己組織化によって作製されるハニカム状多孔質膜を基に得られる低摩擦な超撥水ピラー構造表面と、その表面形状制御、およびマイクロヒータアレイを組み合わせることで、ライデンフロスト現象を利用した高速で低消費エネルギーな液滴輸送デバイスを実現することである。研究期間中に耐熱性の高いポリジメチルシロキサンシートにハニカム状多孔質膜の構造を転写する手法を確立した。ハニカム状多孔質膜の上面をポリジメチルシロキサンシートに貼り付け、UV-オゾン処理を行う事で、空孔内部を座屈によって変形させることで、パターンの転写を行った。さらにLayer-by-Layer (LbL)法を用いた表面修飾手法および表面の機能化に成功した。申請期間中に超撥水性表面の作製とその異方化・パターニング手法の確立、および無電解メッキによるニッケル/クロム合金からなるマイクロヒータ電極の作製によるデバイスの構築と、高速度カメラを利用した液滴輸送の実証を行う。最終的に液滴を高速で輸送できる「バイオミメティックデジタル液滴輸送デバイス」を開発することである。今年度までに水滴を鋳型としたハニカム構造化膜形成と、それを基にピラー構造化膜の作製を行った。光架橋性の材料からハニカム構造化膜を作製することで、表面に光パターニングが施されたハニカム構造化膜およびピラー構造化膜が形成できる事を見いだした。さらに延伸したハニカム構造化膜からピラー構造化膜を作製したところ、異方性を持ったピラー構造化膜が形成できる事を見いだした。超撥水表面の評価計構築を行い、ピラー構造化膜は超撥水表面となる事を確認した。さらにパターニングされたピラー構造化膜はパターンに応じて様々な濡れ性を示し、ピラー構造化表面と平膜をくさび型にパターニングしたところ水滴が平膜部分に濡れ広がることにより、水滴が移動する現象が確認された。以上の結果からパターニングされた超撥水表面の構築手法を確立できた。本研究のマイルストーンは、(1)超撥水表面の微細加工、(2)ニッケル/クロム合金の無電解メッキによるパターニング、(3)液滴輸送評価系の構築、(4)微細加工超撥水表面へのマイクロヒータの実装、(5)ライデンフロストラチェットによる液滴輸送の実証の5つである。現在のところ、(1)、(2)の一部、および(3)はすでに達成しており、残りの1年間で残課題に取り組むことで目標の達成が可能であると考えられる。残課題である(2)ニッケル/クロム合金の無電解メッキによるパターニング、(4)微細加工超撥水表面へのマイクロヒータの実装、(5)ライデンフロストラチェットによる液滴輸送の実証に対し、引き続き取り組む。すでに(2)についてはほぼもくろみ通りの結果が得られつつあり、最終的に電極により発熱可能なマイクロヒータの実装が今後の大きな課題である。構築した評価系を用いて、今年度中に(5)の実証を行う。メッキによるパターニングが主であるため、金属試薬などの物品費を前年度から繰越し、引き続き検討を行う。その他成果発表に関する旅費と論文
多重結合を有するIV族表面上の原子・分子吸着構造解析

本研究ではシンクロトロン放射光を用いた光電子回折(PED)によって、原子や有機分子の吸着したシリコン(Si)表面の構造解析を行った。これまでの研究によって、Si(001)-2x1表面上にアンチモン原子が1原子層(ML : monolayer)吸着した表面は1x2周期であり、その構造もダイマーを形成していることが知られている。しかしSi2p内殻準位シフトの成分がどの表面Si原子に帰因しているかは、理論、実験で見解が異なっていた。そこで、Si2p内殻準位シフトを分解したPEDを行った結果、主な内殻準位シフトの成分がアンチモンと直接結合したSi原子に帰属されることが明らかになった。この結果はSurf.Sci.誌に掲載された。Si(001)表面上に室温でエチレン分子を吸着させるとおよそ0.5MLで擬飽和状態になり、その後徐々に被覆率が増加し、最終的に1MLで飽和すると言われている。そこで、PEDによって詳細な構造解析を行ったところ、擬飽和状態では、Siダイマー列内の近接位置にはエチレンが吸着していないことが分かった。すなわち2x2やc(4x2)といった吸着構造が予想され、最近の走査トンネル顕微鏡による研究結果と良く一致した。この結果はSurf.Sci.誌に受理されており、印刷中である。Si(001)表面上に室温でベンゼン分子を飽和吸着させた場合の構造については、複数のモデルが提案されているが、回折等による詳細な構造解析は報告されていない。そこで本研究によってPEDによる解析を行った。その結果、室温ではシクロヘキサジエンに類似する構造が支配的であることが分かった。この結果は日本物理学会講演会および応用物理学会講演会等で発表を行った。また現在、学術誌への投稿準備中である。PEDを用いて1,4-シクロヘキサジエン吸着Si(001)表面の構造に関する実験を行った。現在、そのデータの解析中であり、まとまり次第、学術誌への投稿を予定している。本研究では、清浄でよく配列したIV族元素表面と不飽和炭化水素との相互作用に注目し、その第一段階として、最も単純なπ結合を有する炭化本素であるエチレンが吸着したSi(001)表面の構造を、シンクロトロン放射光を用いた光電子回折により解析した。十分に清浄化した単分域Si基板に、室温でエチレンを供給した。この試料の光電子回折を実験的に測定し、多重散乱を考慮したシミュレーションと比較を行ったところ、次のような結果が得られた。表面の構造は、これまでに報告があるように、シリコンダイマーの結合を切らずに2個のエチレンの炭素原子がシリコンダイマーのシリコン原子一つ一つにそれぞれσ結合するモデルが妥当である。しかし、これまで注目されていなかった吸着分子同士の位置関係を求めてみると、シリコンダイマー列内においては、隣り合うダイマー上にはエチレンは吸着しにくいことがわかった。次に、Sb原子が吸着したSi(001)表面に対して、光電子回折による構造解析を行った。Si2pに関しては、内殻準位シフトを分解した解析を行い、主な表面成分の由来について明らかにした。また、Sb4dにより、構造パラメータの最適化も行った。本研究結果は、Surf.Sci.誌に既に受理されている。最後に、Si(001)表面にベンゼンを供給した表面の構造をX線光電子により解析した。室温では、様々な研究結果から、バタフライモデルと呼ばれるベンゼンの1,4位の炭素とシリコンダイマーがσ結合したモデルが提案されているが、このモデルに基づくシミュレーションのみが、光電子回折による実験結果と一致することがわかった。これまでの第一原理計算による報告では、これ以外に、ベンゼン中の4つの炭素と下地のダイマーがσ結合するモデルの妥当性も示唆されていたが、このモデルシミュレーションと実験結果は明らかに異なっており、主たる表面構造としては適さないことが分かった。

この結果は日本物理学会講演会および応用物理学会講演会等で発表を行った。また現在、学術誌への投稿準備中である。PEDを用いて1,4-シクロヘキサジエン吸着Si(001)表面の構造に関する実験を行った。現在、そのデータの解析中であり、まとまり次第、学術誌への投稿を予定している。
CVD/高圧複合プロセスによる機能性材料の創製

化学気相蒸着(CVD)法によって作成したアモルファス3元系セラミックスに超高圧・高温を加えて得られる超硬質、高靭性のナノコンポジットにおける結合状態をX線エミッションスペクトルから調べた。乱層構造を持つ窒化ほう素(t-BN)とアモルファス窒化ケイ素とのコンポジットについて測定したほう素のKαX線エミッションスペクトルは、以下のようにほう素に関する結合状態の情報を与えた。第1に高圧処理によりスペクトルの主ピークに位置が6.866.87nmから6.816.83nmにシフトするが、それはほう素単体のものとは異なり、立方晶型窒化ほう素の主ピーク位置に近いため、ほう素は高圧処理前の3配位結合から変化して4配位結合になっていることが明らかとなった。第2に3配位ほう素を反映する短波長側のサテライトが高圧処理後は消失するが、これは第1の点を支持するものである。第3に、ほう素に配位する元素の種類を反映する長波長側サテライトには、その位置に変化が生じないことから、配位する元素は高圧処理前と変わらず窒素のみであることが判明した。以上の状況は窒化ケイ素の分量が変わっても、また、窒化ケイ素がアモルファスであっても結晶(β型)であっても認められたが、ピーク位置がわずかながらずれたものとなってくる。窒化ケイ素の状態の違いが、高圧処理後のコンポジットの結合状態に効いていることは明らかである。事実、微小硬度は窒化ケイ素の分量と状態によって異なる。
植物枯死体の細胞壁分解に関わるバチルス属細菌酵素の構造生物学

細菌における植物細胞壁分解機構に関する研究は、植物細胞壁多糖に対する細菌の分子応答機構を明らかにし、未利用バイオマスの有効利用や植物の細菌感染症予防に繋がる。【植物細胞壁分解に関わる枯草菌のエコシステム】枯草菌の一種である納豆菌は、日本の伝統食である納豆の製造に利用されている。原料の大豆種皮にはラムノガラクツロナン(RG)領域が多く含まれている。RT-PCRによる遺伝子発現解析の結果、納豆菌と同種の枯草菌が大豆と相互作用する際に、RG分解に関わるリアーゼYesWとYesXの両遺伝子を誘導発現することを見出した。これら2つのRGリアーゼは、枯草菌の大豆腐生に関わるトリガーファクターとして機能していることが示唆される。【RGリアーゼの構造生物学】枯草菌由来RGリアーゼYesWとYesXは、植物細胞壁構成多糖ラムノガラクツロナン(RG)-Iを分解し、それぞれ異なる作用様式(YesW,エンド型;YesX,エキソ型)を示す。これらのRGリアーゼは菌体外に分泌され、協奏的作用によりRG-Iを不飽和2糖にまで分解する。作用様式に関わる構造要因を明らかにするため、両リアーゼのX線結晶構造を決定し、比較構造解析を行った。その結果、YesXにおいてのみ活性クレフトの一端を覆うループ構造が見出された。YesXの本ループ構造を欠失した変異体は、不飽和2糖のみを遊離させるYesXのエキソ型活性を喪失し、ランダム鎖長のオリゴ糖を遊離させるYesW様のエンド型活性を示した。エキソ型酵素からエンド型酵素への分子変換は、酵素機能変換技術としての「リモデリング工学」の確立へと繋がるものである。【RGリアーゼYesWとRGヒドロラーゼYteRの構造生物学】枯草菌由来のYesWタンパク質は植物細胞壁構成多糖ラムノガラクツロナン(RG)-Iの分解に関わるRGリアーゼであり、YteRタンパク質はRGリアーゼ反応産物に作用する不飽和ガラクツロニルヒドロラーゼである。YesWの立体構造を、金誘導体結晶を用いた単波長異常分散法を用いて決定した。YesWは、多糖リアーゼ(PL)ファミリーにおいて新規なフォールディングであるβ-プロペラ構造を有していた。YesWと基質アナログとの複合体構造を決定したところ、糖はβ-プロペラの中心に位置するクレフトに結合していた。糖との相互作用に関わる構造並びに部位特異的変異解析により、Arg452とLys535が基質のカルボキシル基を認識する残基であり、活性クレフトの近傍に位置するカルシウムイオンが活性発現に重要であることが分かった。また、YteRのAsp143をAsnに置換した不活性変異体と基質との複合体の立体構造を決定することにより、Aspl43を一般酸塩基触媒としたYteRの反応触媒機構を明らかにした。これらの結果に基づき、細菌における植物細胞壁多糖RG-Iの主鎖の分解機構を初めて明らかにした。本研究結果は、植物細菌感染症に対する阻害剤の開発を可能とする。【植物細胞壁分解に関わる枯草菌のエコシステム】枯草菌は、植物細胞壁構成多糖であるペクチンやRGを単一炭素源として良好に生育するため、強力な植物細胞壁分解系を有することが示唆される。本年度はDNAマイクロアレイ解析により、ペクチンとRGの分解に際して誘導発現する遺伝子を探索した。その結果、150200の遺伝子がこれらの多糖分解に関与していることが示唆された。今後それらの遺伝子ネットワークの発現機構を明らかにし、植物細胞壁の分解に関わる枯草菌エコシステムの解明を目指す予定である。
タモロコ属魚類の適応的形態変異をもたらす環境要因と遺伝的基盤に関する研究

コイ科タモロコ属魚類の形態における適応進化に関する研究を進めるため,本年度は,1)タモロコ属野外集団の系統的・系統地理的解析,2)タモロコとホンモロコのF2種間雑種を用いた連鎖解析を主に行った.1)については,ミトコンドリア遺伝子の塩基配列を用いた系統・集団遺伝学的解析を昨年度から引き続き行った.その結果,属内における系統の多様化とタモロコ種内の隠蔽系統が明らかにされるとともに,湖沼集団の成立が複数回独立に生じたことを明らかにすることができた.この結果については論文執筆を行い,投稿した.河川から湖沼に進出した魚類では遊泳・採餌関連形質に適応的変化が生じることが示唆されており,この変化がタモロコ属魚類でもホンモロコに生じたことが考えられた.この適応的な形態分化の遺伝的基盤を明らかにするため,タモロコとホンモロコのF2交配家系を用いた連鎖地図の作成と湖沼適応に関連したQTL(量的遺伝子座位)解析を行った.遺伝マーカーを探索するに当たっては,次世代シーケンサーを利用してゲノムワイドで高効率に大量のSNP(一塩基多型)マーカーを作成できるrestriction-site associated DNA sequencing (RAD-seq)を採用した.Illuminaシーケンシングにより得られたRAD-tagマーカーを用いて,高密度連鎖地図を作成することに成功した.さらに得られた連鎖地図と形態計測データをもとにQTL解析を行ったところ,湖沼型のホンモロコと河川型のタモロコ間での形態の差に差に関わる遺伝領域とその効果が検出された.ホンモロコとタモロコ間における採餌関連形質や体型の違いの多くは,効果の小さい複数の遺伝子座に支配されることが示唆された.コイ科タモロコ属魚類の形態における適応進化に関する研究を進めるため,本年度は野外集団からの標本採集とその集団遺伝学的解析,およびホンモロコ×タモロコの雑種第2代のサンプリングを主に行った.前者については,それぞれの種や集団がどのような歴史的背景から形成され,現在どのような遺伝的関係にあるのかを解明すること,さらに全国で確認されている非在来集団がどのような起源を持つのかを推定するために行った.このために,本年度は遺伝マーカーとしてミトコンドリア遺伝子の部分塩基配列を用いて集団遺伝学的解析を行った.その結果,タモロコ属のうち,より祖先的であると考えられる河川性のタモロコは側系統的であり,琵琶湖の沖合での生活に適応したと考えられる特異な表現形質を持つホンモロコが派生的に生じたことが示唆された.またタモロコは本州中部周辺を境とする大きく2つに分化した系統に分かれ,それらが混在している地域があることが分かった.また,各地で非在来集団が採集され,それらのタモロコ属魚類は本州中部周辺から移植されたタモロコやホンモロコに起源を持つことが示唆された.後者については,適応的表現形質に関わる遺伝的領域を決定するための量的遺伝子座位(QTL)マッピングに供する目的で行い,表現形質の測定に十分な大きさにまで成長した個体をサンプリングした.また,集団解析やQTLマッピングに供する目的で,マイクロサテライトマーカーの作成を開始した.コイ科タモロコ属魚類の形態における適応進化に関する研究を進めるため,本年度は,1)野外集団の系統地理学的解析,2)属内形態多様性と遊泳能力の関連を調べるための実験と解析,3)タモロコとホンモロコの雑種を用いた量的遺伝子座位(QTL)解析を行うための形質測定と遺伝マーカー作成を主に行った.1)については,属内の遺伝的多様性を網羅的に調べるため,新たに本州中部で標本採集を行い,ミトコンドリア遺伝子の塩基配列を用いた系統解析を行った.その結果,深い分岐を示す新たな系統が発見され:た.魚類の遊泳能力には形態が大きく影響することが知られている.また湖沼に進出した集団には河川性の祖先集団に比べ体が細長くなるなど形態の変化が見られる.このように湖沼に進出した魚類では遊泳関連形質に適応的変化が生じることが示唆され,この変化がタモロコ属魚類でもホンモロコに生じたことが考えられた。そこで2)についてタモロコおよびホンモロコの野生個体,タモロコとホンモロコの雑種第2代を用いた瞬発的な遊泳能力に関連する最大遊泳速度および長期的な遊泳能力に関連する持続遊泳速度を測定し,各個体の形態との比較を行った.その結果,最大遊泳速度はタモロコに特徴的な大きな体高と関連があった一方で持続遊泳速度は形態との関連がはっきりせず,生理形質などが関わっていることが示唆された.適応的表現形質に関わる遺伝的領域を決定するため3)について実験を行った.前年度にサンプリングした個体の諸形態を測定し,さらに,高効率なジェノタイピングおよび高密度な連鎖解析を実現するため,次世代シーケンサーを用いた一塩基多型(SNP)マーカーの探索を行った.コイ科タモロコ属魚類の形態における適応進化に関する研究を進めるため,本年度は,1)タモロコ属野外集団の系統的・系統地理的解析,2)タモロコとホンモロコのF2種間雑種を用いた連鎖解析を主に行った.1)については,ミトコンドリア遺伝子の塩基配列を用いた系統・集団遺伝学的解析を昨年度から引き続き行った.その結果,属内における系統の多様化とタモロコ種内の隠蔽系統が明らかにされるとともに,湖沼集団の成立が複数回独立に生じたことを明らかにすることができた.この結果については論文執筆を行い,投稿した.

河川から湖沼に進出した魚類では遊泳・採餌関連形質に適応的変化が生じることが示唆されており,この変化がタモロコ属魚類でもホンモロコに生じたことが考えられた.この適応的な形態分化の遺伝的基盤を明らかにするため,タモロコとホンモロコのF2交配家系を用いた連鎖地図の作成と湖沼適応に関連したQTL(量的遺伝子座位)解析を行った.遺伝マーカーを探索するに当たっては,次世代シーケンサーを利用してゲノムワイドで高効率に大量のSNP(一塩基多型)マーカーを作成できるrestriction-site associated DNA sequencing (RAD-seq)を採用した.Illuminaシーケンシングにより得られたRAD-tagマーカーを用いて,高密度連鎖地図を作成することに成功した.さらに得られた連鎖地図と形態計測データをもとにQTL解析を行ったところ,湖沼型のホンモロコと河川型のタモロコ間での形態の差に差に関わる遺伝領域とその効果が検出された.ホンモロコとタモロコ間における採餌関連形質や体型の違いの多くは,効果の小さい複数の遺伝子座に支配されることが示唆された.
弱結合モード多重伝送技術に関する研究

平成29年度に弱結合モード多重技術を活用した257 Tbit/s伝送を達成した。更なる大容量化および実用化を追求し、今年度は、(1) 10モードファイバにおけるモード間結合の定量的評価、および、(2)受信器に必要となるMIMO信号処理の実時間回路実装を検討した。(1) 10モードファイバにおけるモード間結合の定量的評価:弱結合モード多重伝送では、異種LPモードからの結合がそのままクロストークにつながり、モードクロストークが伝送性能を制限する。本研究では、ファイバ接続エラーによるモード間結合をモデル化し、シミュレーションからその統計的性質を明らかとした。10モードファイバコネクタ接続において、現状のコネクタ精度では、10多段接続によって-20 dB以上のクロストークが生じる率が極めて大きいことが示された。現状のコネクタ精度では、弱結合モード多重伝送への適用が困難であることがわかった。(2) MIMOの実時間回路実装:弱結合モード多重伝送では、受信器において、縮退モード多重分離するための4x4行列サイズのMIMO信号処理が必須である。実用化には、この実時間回路実装が必要不可欠である。本研究では、FPGAを用いて実時間MIMO信号処理を実装し、その性能を評価した。FPGAは2世代前のものを使用したにも関わらず、回路実装が可能であることがわかった。その実時間MIMO回路を用いて、波長分割多重・偏波多重位相シフトキーイング光信号の48-km弱結合10モードファイバ伝送実験を行った。実時間MIMO回路において、極めて安定に縮退モード多重分離が達成され、良好なビット誤り率特性が得られた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。複数モードが伝搬可能な数モードファイバ伝送路を用いることで、異なるモードに異なる光信号を多重することが可能となる。ただし、伝送や光デバイスなどの光領域において生じるモード間結合を補償するために、光受信器に信号処理のための巨大規模電子回路が必要となる。本研究では、光領域におけるモード間結合を制限することで受信器信号処理回路規模が現実的になる弱結合モード多重伝送技術を確立する。モード間結合が制限された1数モード光増幅器と2モード多重分離器、そして3モード間遅延補償技術を実現する。それらを組み合わせ弱結合モード多重伝送実験を行い、伝送性能を明らかにする。初年度にあたる平成28年度では、モード間結合が制限された1光増幅器と2モード多重分離器の1次試作を行った。■数モード光増幅器の実現凸型添加分布エルビウム添加ファイバをクラッド励起する光増幅器を実現した。その性能を評価した結果、20dB以上の利得におけるモード依存性を±2dB以下に抑圧した。この性能は伝送実験に十分活用可能な値である。実際に、周波数利用効率の世界レコードとなる947bit/s/Hzを実現したマルチコアモード多重伝送実験に使用した。光増幅器内でのモード間クロストークは十分に抑圧されているが、伝送路ファイバとの接続におけるモード間結合が-10dB程度であり、更なる最適化が必要である。接続におけるモード間結合を抑圧する空間光学系を実現し、現在2次試作を行っている。■モード多重分離器の試作ファイバカプラ型モード多重分離器を1次試作した。概ね良好な特性が得られているが、縮退モード多重における偏波依存性が新たな課題と判明した。新規プロセスを取り入れた2次試作を行い、±0.5dB以下の偏波依存性を保ちながら、-20dB程度のモード間結合でC帯波長帯域動作が可能なモード多重分離器が実現された。申請書のスケジュール通り、モード間結合を制限した光増幅器とモード多重分離器を1次試作した。最も重要なパラメータであるモード間結合は-20dB以下のものが得られた。現在、2次試作による更なる高性能化を目指している。光増幅器に関しては、伝送路との接続におけるモード間結合の抑圧といった新たな課題が明らかになったが、その解決法を取り入れた2次試作を行っている。モード多重分離器に関しても、偏波依存性を更に抑圧するために、製造プロセスを見直し、高性能化の目途を立てた。現在、2次試作品が完成し、予想以上の高性能化が実現されている。(1)ファイバ型モード多重分離器の試作・性能評価:ファイバカプラベースの6モード多重器・多重分離器を試作し、その性能を評価した。C帯波長領域において、4 dB以下の挿入損失、モード間クロストーク-16dB以下が達成された。これらを用いた送受信器対向構成において、6モード偏波多重QPSK光信号のビット誤り率特性を測定した。縮退モード間のみを等化する4x4MIMOを用いたとしても、受信感度ペナルティは3 dB以下であることが示され、弱結合モード多重伝送に使用可能であることが示された。(2)低モード依存利得EDFAの試作・性能評価:光増幅に用いるエルビウム添加ファイバにおいて、コア領域以上に広範囲にエルビウムを添加することで利得のモード依存性が抑圧可能である。実際に、このようなエルビウム添加ファイバを試作し、6モード多重用光増幅器に装置化した。その性能を評価した結果、C+L帯波長領域において、16 dB以上の利得と5 dB以下のモード依存性が達成された。これを用いたC+L帯波長多重・6モード多重・偏波多重QPSK光信号の90 km伝送実験を行い、266 Tbit/s容量が達成された。

ただし、光増幅器でのモード間結合が十分抑圧できず、弱結合モード多重伝送への適用は困難であった。(3)弱結合モード多重伝送実験: C+L帯波長多重・10モード多重偏波多重QPSK光信号の80 km伝送を行うことで、単一コアファイバで世界レコードとなる260Tbit/s伝送実験に成功した。10モードファイバ伝送やモード多重・多重分離における異種LP間の結合を可能な限り抑圧することで、モード間クロストーク補償用MIMO行列サイズを4x4まで減少することが可能となり、弱結合モード多重技術の有効性が示された。弱結合10モード多重伝送実験を実施し単一コアファイバ伝送における世界レコードの伝送容量260Tbit/sを達成したことで、本研究の目的である弱結合モード多重技術の有効性は示すことができた。その一方で、ファイバ型モード多重分離器およびモード多重用光アンプといった個々のデバイス開発に関しては、まだまだ改良の余地は残されている。平成30年度は、デバイ開発の優先度を上げて、モード多重器のモード多重数増大やモード多重用光アンプのモード間クロストーク抑圧に注力する。平成29年度に弱結合モード多重技術を活用した257 Tbit/s伝送を達成した。更なる大容量化および実用化を追求し、今年度は、(1) 10モードファイバにおけるモード間結合の定量的評価、および、(2)受信器に必要となるMIMO信号処理の実時間回路実装を検討した。(1) 10モードファイバにおけるモード間結合の定量的評価:弱結合モード多重伝送では、異種LPモードからの結合がそのままクロストークにつながり、モードクロストークが伝送性能を制限する。本研究では、ファイバ接続エラーによるモード間結合をモデル化し、シミュレーションからその統計的性質を明らかとした。10モードファイバコネクタ接続において、現状のコネクタ精度では、10多段接続によって-20 dB以上のクロストークが生じる率が極めて大きいことが示された。現状のコネクタ精度では、弱結合モード多重伝送への適用が困難であることがわかった。(2) MIMOの実時間回路実装:弱結合モード多重伝送では、受信器において、縮退モード多重分離するための4x4行列サイズのMIMO信号処理が必須である。実用化には、この実時間回路実装が必要不可欠である。本研究では、FPGAを用いて実時間MIMO信号処理を実装し、その性能を評価した。FPGAは2世代前のものを使用したにも関わらず、回路実装が可能であることがわかった。その実時間MIMO回路を用いて、波長分割多重・偏波多重位相シフトキーイング光信号の48-km弱結合10モードファイバ伝送実験を行った。実時間MIMO回路において、極めて安定に縮退モード多重分離が達成され、良好なビット誤り率特性が得られた。■数モード光増幅器の実現現状で問題となっている伝送路ファイバと光増幅器ファイバの接続におけるモード間結合を抑圧するために、入力における空間結合系を最適化する。