hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
波長チャープ量が制御された小型光変調素子とその応用

波長チャープ量が正確に制御された電気光学変調器(EOM)を提案・実現し、有効な応用ができることを実証した。具体的には、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を任意の電力分配比で分配するマイクロ波回路をEOM基板上に集積化する構成により、小型・単一チップ構成で実用性の高い波長チャープ変調器を実現した。このEOMを用いて、スペクトル平坦度2dB以下の7本の平坦光周波数コム信号発生に成功し、また、光ファイバ伝送での波長分散の影響を回避する方法についても実験的に確認した。さらに、チャープ変調を用いてEOMの非線形歪みを光学的に補償する新しい方法を提案し、その性能を解析により確認した。本研究では、波長チャープ量が正確に制御された光変調素子を提案・実現し、有効な応用ができることを実証する。波長チャープとは強度変調の際に生じる光波長変動のことである。提案する光変調素子では、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を任意の分配比で分配する特殊なマイクロ波回路を電気光学変調素子上に集積化し、変調電極と直接接続する構成により、小型・ワンチップで実用性の高い波長チャープ変調器を実現する。さらに、この光変調器を光周波数コム信号の発生やミリ波基準信号生成等に応用することを最終の目標としている。26年度は、光変調素子基板であるLiNbO3(LN)基板上に、電磁界解析手法等を用いて、1:2、1:4.5の電力分配比の並列リング型非等分配RR回路を設計した。この回路を、耐電力性向上を目指して検討した金メッキプロセスにより、10μmの厚膜金パターンでの形成に成功した。次に、26年度に新たに導入したプローバシステムを用いて、試作した回路の特性評価と再設計を繰り返し、中心周波数10GHzで8.511.5GHzの範囲において所望の特性を持つ回路が実現できた。さらに、このRR回路と光変調素子とを一体化した回路パターンも設計し、実際に試作まで行った。そして、高周波特性を評価し、5W以上の耐電力性能を確認した。非等分配RR回路は、高インピーダンスの線路が必要なため作成が困難であったが、ここでは、並列リング型と呼ばれる新しい回路構造を初めてLN基板上の回路に採用することで、このような大きな電力分配比が実現できた。新たに導入したプローバシステムではRR回路のような4ポート回路でも正確な特性評価できるので、測定結果をフィードバックすることで高精度な回路設計が可能となった。また、金メッキプロセスによる10μm厚膜形成に成功し、5W以上の耐電力性も確認できた。本研究では、波長チャープ量が正確に制御された電気光学光変調器(EOM)を提案・実現し、有効な応用ができることを実証する。具体的には、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を任意の電力分配比で分配するマイクロ波回路をEOM基板上に集積化する構成により、小型・ワンチップで実用性の高い波長チャープ変調器の実現を目指している。さらに、このEOMを、光ファイバ通信での波長分散の影響を回避するプリチャープ変調や、光周波数コム信号の生成に応用することを最終の目標としている。27年度はチャープ光変調器の実現に向けて、実際に非等分配RR回路と光変調電極とを集積化し、一体型変調器を設計・試作し、特性評価に成功した。大きな電力分配比の非等分配RR回路を用いれば、大きな波長チャープが得られるが、線路のインピーダンス差が大きくなり、回路設計は困難になる。そこで、並列リング型と呼ばれる新しい回路構造を採用し、電力分配比1:4.5の高分配比の非等分配RR回路の実現に成功した。このRR回路を用いて試作した変調器は10GHzにおいて300mWの信号入力での変調指数は0.22πradで,0.47の大きなチャープパラメータが得られた。また,長距離光ファイバ伝送実験によりチャープパラメータの精密な実測に成功するとともに、光ファイバの波長分散の影響を,波長チャープ変調により回避するプリチャープ変調に有効であることも実証できた.さらに、28年度計画の一部である光コム発生条件の詳細な検討を行った。また、チャープ変調の新たな応用として、計画にはなかったEOMの変調歪補償動作についても検討を行った。これら研究成果は論文発表、国内外での国際会議発表や国内学会発表などで公表している。27年度計画では、小型・ワンチップ構成のチャープ光変調器実現に向けて、「RR回路一体型EOMの設計・試作と変調器構造の最適化、および、波長チャープ量の精密な評価」を行い、以下の2つの研究課題の解決を目標としていた。それぞれについて、内容と成果を述べる。(1)「RR回路一体型EOMの設計・試作」:分配比6.5dB(4.5:1)の非等分配RR回路と光変調電極との一体化回路構造を設計し、実際に10μmの膜厚の金パターンを使って一体型EOMを作製した。試作評価の結果10GHzにおいて300mW変調信号入力での変調指数は0.22πrad,チャープパラメータは0.47が得られ、ワンチップ構成のEOMでのチャープ変調動作を確認した。(2)「変調器構造の最適化、および、波長チャープ量の精密な評価」:上記のEOMを用いて、長距離の光ファイバ伝送実験を行い,波長分散を利用したチャープパラメータの精密な実測に成功し、0.47のチャープパラメータを確認した。

さらに、この実験により、ファイバの波長分散の影響を波長チャープにより回避するプリチャープ変調にも有効であることを合わせて確認した。プリチャープ変調への応用実験は、28年度課題の一部である。ただし、当初目標の最大分配比10dBのRR回路の作成については所望の特性が得られなかったが、現在構造改善中で28年度早々には完了する見込みである。28年度計画である「EOMによる光コムの発生条件を詳細な検討」についても一部実施し、7本の光コム発生には分配比6dBのRR回路を用いたEOMで4W程度の耐電力性能が必要であることを確認した。また、チャープ変調の新たな応用として計画にはなかったEOMの変調歪補償についても検討を行った。研究成果は論文発表、国内外での国際会議発表や国内学会発表などで公表している。本研究の目的は、波長チャープ量が正確に制御された電気光学光変調器(EOM)を提案・実現し、有効な応用ができることを実証することである。具体的には、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を所望の電力分配比で分配するマイクロ波回路をEOM基板上に集積化することにより、小型・単一チップ構成で実用性の高い波長チャープ変調器の実現を目指した。さらに、このEOMを、光ファイバ通信での波長分散の影響を回避するプリチャープ変調や、光周波数コム信号の生成に応用することを最終の目標とした。前年度までに本構成のEOMの設計、試作、評価を完了し、28年度はその応用展開を検討した。はじめに、変調周波数の間隔で均等に並んだ複数のスペクトル成分からなる光周波数コム信号発生に応用した。実際に、厚膜の金パターンを用いて変調電極を作製して高効率化を図り、最大変調指数1.92πradで、チャープパラメータ0.34のEOMを作製し、スペクトル平坦度が2dB以下の7本平坦光周波数コム信号の発生に成功した。また、プリチャープ変調により、光ファイバの波長分散による伝送特性の劣化を回避できることを実験的に確認できた。さらに、当初予定に無かったチャープ変調により3次相互変調歪成(IMD3)を光学的に補償する新しい方法を提案し、解析により、受信出力中のIMD3成分の抑圧性能を確認した。本提案については引き続きさらに検討を進めている。これらの結果は当初目標を達成するものであり、学術的成果は、学術論文、国際会議、研究会、学会等で発表している。また、研究費の用途に関しては、消耗品を除く物品の多くは27年度以前に購入できたので、28年度は、共同研究先である情報通信研究機構の実験設備を用いて素子を試作・評価することに重点を置いて、情報通信研究機構に行くための旅費への配分を増やした。波長チャープ量が正確に制御された電気光学変調器(EOM)を提案・実現し、有効な応用ができることを実証した。具体的には、非等分配ラットレース(RR)回路と呼ばれる変調信号を任意の電力分配比で分配するマイクロ波回路をEOM基板上に集積化する構成により、小型・単一チップ構成で実用性の高い波長チャープ変調器を実現した。このEOMを用いて、スペクトル平坦度2dB以下の7本の平坦光周波数コム信号発生に成功し、また、光ファイバ伝送での波長分散の影響を回避する方法についても実験的に確認した。さらに、チャープ変調を用いてEOMの非線形歪みを光学的に補償する新しい方法を提案し、その性能を解析により確認した。26年度の研究計画の各項目とそれに対する結果を以下に示す。
自然免疫系によるウイルス特異的分子パターン認識機構の解析

MDA5欠損マウスは、メンデルの法則に従い生まれ、発生異常は示さなかった。MDA5欠損マウス由来の線維芽細胞やミエロイド樹状細胞は、RIG-Iにより認識されるRNAウイルスに対する反応は正常であったが、中でもピコルナウイルス科に属するウイルス(Encephalomyocarditis virus(EMCV), Theiler's virus, Mengo virus)を感染させた場合のインターフェロン産生が欠如していた。また、合成二本鎖RNAとしてpoly ICにより刺激した際のインターフェロン産生も同様に著明に障害されていた。これに対しT7ポリメラーゼにより合成した二本鎖RNAに対するインターフェロン産生は正常であり、これはRIG-Iにより認識されていることが明らかとなった。また、MDA5はEMCV感染に対し易感染性であり、心筋障害により死亡することが明らかとなった。また、RIG-IはVesicular Stomatitis Virus感染に対し易感染性であった。このように、RIG-I、MDA5を介したウイルス認識はウイルス感染制御に対し重要な役割を果たしていることが明らかとなった。自然免疫系は二本鎖RNAなどウイルス特異的分子パターンを認識し、I型インターフェロン(IFN)や、炎症性サイトカインを産生し感染防御を行っている。感染初期の二本鎖RNA(dsRNA)認識に、Toll-like receptor 3(TLR3)、一本鎖RNA、DNAの認識にTLR7,TLR9がそれぞれ重要な役割を果たしている。しかしながら、TLRは膜タンパクであり、細胞質内でのウイルス複製過程で産生されるdsRNAの認識を行うことは出来ず、細胞質内の受容体の存在が予測されていた。2004年、藤田らにより細胞質内ヘリカーゼ分子RIG-IがdsRNAの認識、I型IFN反応に関わることが示唆されたがその生体内における役割は明らかとなっていなかった。そこで、我々はRIG-I欠損マウスを作製しその役割を、TLRを欠損するマウスと比較することにより解析した。RIG-I欠損マウスは大部分が胎生13.5日頃、肝細胞の変性により死亡した。マウス線維芽細胞を用いた解析の結果、RIG-IがいくつかのRNAウイルス感染に対するIFN-b, IFN誘導遺伝子群の発現に必須であることが明らかとなった。これに対し、TLRは重要な役割を果たしていなかった。更に、シグナル伝達機構を解析するとRIG-IはNew Castle Disease Virus(NDV)感染に対する転写因子IRF-3やNF-kBの活性化に必須であった。我々は更に免疫担当細胞である樹状細胞(DC)を用いて解析を行った。Conventional DCのNDV感染においては線維芽細胞と同じくRIG-I依存性にI型IFN産生が認められた。これに対し、plasmacytoid DCはRIG-I非依存性にIFNを産生し、その産生はTLRに依存的であった。したがって、ウイルス感染に対し、細胞特異的なメカニズムによりIFN産生が制御されていることが明らかとなった。また、RIG-Iシグナルに関わる分子としてIPS-1を同定した。
卵巣粘液産生腫瘍の組織発生に関する再考察

卵巣の粘液性腫瘍は,他の卵巣上皮性腫瘍が卵巣表層上皮から発生するといわれているのに対して,奇形腫性の消化管上皮も起源として考えられる。われわれは,卵巣の粘液産生腫瘍の組織発生を再考察するために,粘液性腫瘍における胃型粘液および性ステロイドホルモン受容体の発現を組織化学的に検討した。さらに,卵巣粘液性腺腫と類似する形態を呈する子宮頸部悪性腺腫に着目し,これについても胃型粘液と性ステロイドホルモン受容体の発現を検討した。その結果,卵巣粘液性腫瘍には,「頸管型上皮」および「消化管型上皮」の他に「未熟な立方上皮」がしばしば認められ,これら3種の上皮は相互に密接な関係をもつものと考えられた。これらの中で,「頸管型上皮」ではestrogen receptor(ER)・progesterone receptor(PR)と胃型粘液の発現が同一腫瘍に認められた。「消化管型上皮」には,ER・PRおよび胃型粘液の発現がほとんど認められず,形態的類似性から大腸粘膜型上皮への分化を示していると思われた。「未熟な立方上皮」は,粘液陰性,ER・PR強陽性で,卵巣の「表層上皮封入のう胞」に類似することから,この「未熟な立方上皮」が卵巣粘液性腫瘍の発生母地であり,「頸管型上皮」および「消化管型上皮」は,「未熟な立方上皮」が二次的に粘液分泌能をもち,頸管腺・胃・大腸など,種々の粘膜上皮の形質を発現してきているものではないかと考えられた。さらに,悪性腺腫では全例で胃型粘液の発現が認められただけでなく,正常の頸管腺上皮では発現するER・PRの発現が認められなかった。したがって,悪性腺腫では,固有の頸管腺上皮の分化は失われ,胃粘膜上皮への分化が発現しているものと思われた。卵巣粘液性腫瘍34例を組織学的に検討し、各種粘液およびステロイドホルモンレセプターの発現を正常頚管腺上皮と比較した。1)組織学的には31例が良性、3例は境界悪性病変であり、これらの中で、頚管型は2例、腺上皮型は23例であり、9例は両者の混合型であった。混合型以外でも同一例に両者の組織形態を認めることが多く、両型の移行もしばしば認められたことから、頚管型と脹上皮型は共通性のある病変であることが示唆された。2)各種の粘液染色では、卵巣粘液性腫瘍においては中性粘液およびシアル酸を含む粘液の発現が主体であったが、頚管粘液は酸性粘液および硫酸基を有する粘液が主体であった。さらに、胃表層粘膜上皮と胃底腺上皮を選択的に分染するGOCTS-PCS染色を行ったところ、検討した卵巣粘液性腫瘍全例で、胃表層型および胃底腺型粘液の発現が観察された。頚管腺ではこれら胃型粘液の発現は見られなかった。興味深いことに、卵巣粘液性腫瘍の粘液産生上皮が陥凹している部分では、陥凹部の底部に胃底腺型の粘液が、陥凹部上部には胃表層型の粘液が観察され、このパターンは正常胃粘膜に類似していた。つまり、卵巣粘液性腫瘍は個々の細胞自体が胃の形質発現を示しているだけでなく、より高次な構造としても胃の腺構造によく似た分化を呈していることが明らかになった。3)さらにミューラー管上皮の表現型としてエストロゲン受容体(ER)、プロゲステロン受容体(PR)の発現を損益

染色によって28例で検討したが、ERは3/28例(11%)、PRは13/28例(46%)に発現が認められた。正常頚管腺上皮では全例にER、PRの発現を認めた。以上から、卵巣粘液性腫瘍は、粘液産生という点からは胃上皮への分化を示すと同時に、ミューラー管上皮としての形質発現も有することが示された。卵巣の粘液性腫瘍は,他の卵巣上皮性腫瘍が卵巣表層上皮から発生するといわれているのに対して,奇形腫性の消化管上皮も起源として考えられている。われわれは,卵巣の粘液産生腫瘍の組織発生を再考察するために,粘液性腫瘍における胃型粘液および性ステロイドホルモン受容体の発現を組織化学的に検討した。さらに,卵巣粘液性腺腫と類似する形態を呈する子宮頸部悪性腺腫に着目し,これについても胃型粘液と性ステロイドホルモン受容体の発現を検討した。その結果,卵巣粘液性腫瘍には,「頸管型上皮」および「消化管型上皮」の他に「未熟な立方上皮」がしばしば認められ,これら3種の上皮は相互に密接な関係をもつものと考えられた。これらの中で,「頸管型上皮」ではestrogen receptor(ER)・progesterone receptor(PR)と胃型粘液の発現が同一腫瘍に認められた。「消化管型上皮」には,ER・PRおよび胃型粘液の発現がほとんど認められず,形態的類似性から大腸粘膜型上皮への分化を示していると思われた。「未熟な立方上皮」は,粘液陰性,ER・PR強陽性で,卵巣の「表層上皮封入のう胞」に類似することから,この「未熟な立方上皮」が卵巣粘液性腫瘍の発生母地であり,「頸管型上皮」および「消化管型上皮」は,「未熟な立方上皮」が二次的に粘液分泌能をもち,頸管腺・胃・大腸など,種々の粘膜上皮の形質を発現してきているものではないかと考えられた。さらに,悪性腺腫では全例で胃型粘液の発現が認められただけでなく,正常の頸管腺上皮では発現するER・PRの発現が認められなかった。したがって,悪性腺腫では,固有の頸管腺上皮の分化は失われ,胃粘膜上皮への分化が発現しているものと思われた。
絵画・書跡などのクリーニング及び補修のための新技術の研究

本研究によって、絵画・書跡類の安全で効果的な局部クリーニングが可能となった。本研究の結果設計される装置は、吸引ポンプ,金網を表面とする作業台,超音波発生機,そして漉嵌用枠から構成されている。本装置の主な機能は、絹本・紙本に対する墨・顔料・泥土による汚損の除去と、虫害を受けた文書の自動補修(漉嵌め)である。従来、局部のためであっても全体を濡らす必要があったクリーニング処置が、本装置によれば、必要部分以外は濡らすことがない。吸引ポンプによって、本紙を通過する空気と水の混合物によって、通常の静止的洗浄をはるかに上廻る、動的な洗浄効果が得られる。その上、通過する水は、超音波によって振動しており、洗浄効果は旧に倍する程である。さらに、洗浄処置の間、本紙は金網上に保持されており、なんら損傷を受ける恐れがない。本装置の持つ他の機能は、虫害文書の漉嵌めである。文書を金網上に置き漉枠で押えてから吸引ポンプを運転する。漉枠の中に和紙の繊維を水中に分散させて注ぐと、繊維は虫害の形状に従って堆積し新紙を形成する。自動的に補修が行なわれたことになる。従来は、1枚に百ヶ所の穴があれば、百回補修を繰返さねばならないが、本装置によれば、穴の多少にかかわらず、数十秒から数分以内で補修作業をすることが出来る。
映像教材における画像・音響情報の構造分析法の開発

これまでの放送・ビデオ教材の時代に比べ、近年のマルチメディアやハイビジョンのような新技術の発達により、教育における映像の役割は、さらに重要になってきている。また、ビデオカメラなどの映像機器が安価になり教育現場へ急速に普及し、映像の専門家でない教師でも容易に教材作成が可能になっている。しかし、一般に“良い"と評価される映像は、ハード面ではなくディレクター、カメラマンなどによるソフト面での経験的技術的な専門知識によるところが大きい。その経験的な知識・技法を明らかにすることをめざし、本研究では、映像教材の画像と音響情報の構成要素とその構造の分析法を検討した。さらに、その成果を用いて映像教材の情報量の尺度化の方法も検討した。三尾は、ビデオに記録した映像の構造分析支援ツール(探索的ビデオ分析システム)を既に開発しており、これを構造カテゴリーの記録とその分析用のツールを新たに開発した。かつ、ユーザーインターフェイスの開発が容易なOSをもつノートパソコンを購入してプログラムを移植した。1.構成カテゴリーの開発:形態の特徴の代表的なビデオ教材の画像と音響情報それぞれについて情報源となりうる構成要素を抽出し、カテゴリーとして分類した。2.映像の情報量の尺度化:三尾は、映像の「メディア複雑性」という概念を考案しており、情報の複雑性について理論的検討を進めた。3.映像教材の構造の視覚化の方法の開発:映像の構造を効果的・視覚的に表現する方法を工夫して、構造カテゴリーとメディア複雑性の時間推移をグラフ化した。4.ビデオカラー印刷装置を用いて24枚の画像を同時にシートに印刷する多画像同時印刷とその画像の等時間間隔サンプリングによって構造カテゴリーの測定が容易になった。また、メディア複雑性と実際の画像との比較ができその妥当性の検討ができるようにした。5.画像と違い、音響は視覚化できない。これはDAT(デジタルオ-ディオテープ)を用いることで測定誤差がなくなり、逐語記録の作成に有効な手段であることがわかった。以上の結果、映像の画像と音響情報の構造分析のための測定法と分析ツールが開発できた。
蒸気膜長さの長い鉛直面膜沸騰熱伝達機構に関する研究

申請時点では鉛直面と水平円柱系について計画された本研究は、以下の理由により水平円柱系に重点が置かれて実施された。即ち、水平円柱まわりの自然対流膜沸騰熱伝達ではその直径に応じ、層流蒸気膜・平滑界面膜沸騰、層流蒸気膜・波状界面膜沸騰、および蒸気膜曲率効果の大きい(つまり境界層近似が妥当でない)膜沸騰といった、自然対流膜沸騰において出現し得る全伝熱機構が問題となり、自然対流膜沸騰熱伝達の全体像を明らかにする上で最適な系である。まず、層流蒸気膜・平滑界面を持った膜沸騰が出現する中直径域については、サブクール度の効果を含んだ積分形二相境界層方程式を解析的に解き、この解がより厳密な微分形(変物性)二相境界層方程式の数値解と極めてよく一致することを示した。次に実験的には以下の結果を得た。まず大気圧飽和水の膜沸騰実験を直径270mmの水平円柱について行い、飽和膜沸騰熱伝達および気液界面挙動の直径依存性を明らかにし、上述の解析値より熱伝達率が大きくなる大値径域20mm程度以上の直径域で出現することを示した。次に、大気圧サブクール水の膜沸騰実験を同様の直径範囲にわたり、サブクール度1040Kについて行い、上述の飽和膜沸騰では大直径域に属する円柱直径では膜沸騰熱伝達率がサブクール度の増大に対してそれ程増大しなくなることを示した。また気液界面もサブクール度の増大とともに波状から平滑化することを大直径域について示した。以上の結果は、以前西尾らが示した長い蒸気膜を有する自然対流飽和膜沸騰モデルを暫定的にサブクール膜沸騰へ拡張することにより少なくとも定性的には説明され気液界面の不安定性を考慮した長い蒸気膜を有する膜沸騰モデルがサブクール条件下においても成立し、その統一的把握。
矯正歯科治療中の疼痛緩和を目的とした基礎的研究

実験動物として8週齢Sprague-Dawley系雄性ラットを用いた。実験的歯牙移動モデルとして、上顎臼歯間に矯正用歯間分離ゴムを挿入した。三叉神経脊髄路核における小膠細胞の発現を確認するため、小膠細胞のマーカーであるIba1の免疫染色を行った。また、オトガイ神経切断処置24時間、3日後の三叉神経脊髄路核におけるIba1、p-p38とTNF-αの発現をWestern blotにより検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。1実験的歯牙移動開始24時間、3日後、三叉神経脊髄路核尾側亜核の背側部に活性化した小膠細胞が分布していた。また、三叉神経脊髄路核尾側亜核におけるIba1の発現量は、実験的歯牙移動開始24時間、3日後で無処置群と比較すると有意に増加していた。2三叉神経脊髄路核尾側亜核におけるp-p38、TNF-αの発現量は実験的歯牙移動開始24時間、3日後で無処置群と比較すると有意に増加していた。以上の結果より、実験的歯牙移動によって、三叉神経脊髄路核の小膠細胞は活性化し、p-p38とTNF-αの発現亢進が認められた。三叉神経脊髄路核における小膠細胞が歯牙移動による慢性疼痛に関与していることが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
原子核内におけるベクトル中間子の質量変化に関する系統的研究の展開

本年度はJ-PARC E16実験のトリガーレートのシミュレーションおよびトリガー信号中継ボードのファームウェア開発を行った。E16実験はJ-PARCの大強度1次陽子ビームを直接固定標的に当てて原子核内でのφ中間子をはじめとしたベクトル中間子の質量を測定し、ハドロン質量の起源に迫ることが目的の実験である。トリガーレートのシミュレーションは前年度まで開発を行っていたGeant4というソフトウェアを元にしたモンテカルロシミュレーションで、主に標的で生成されたπ中間子起因のバックグラウンドが生成するダミートリガーについてシミュレーションを行った。E16実験ではφ中間子の質量スペクトルを十分な統計で測定する必要があるが、φ中間子の収量は実験のトリガーレート、即ちこのπ中間子起因のバックグラウンドによって決まるのでこの見積もりは非常に重要である。また、この見積もりをφ中間子の収量の見積もりと同時に行うことで予想されるスペクトルの形(主にS/N比)についても考察を行った。ファームウェアの方は前年度から引き続き行っていたもので、FPGAを用いたものである。今年度は実際の信号を用いてファームウェアの挙動を確認し、場合によって修正を加えるという作業を行った。このファームウェアを載せる回路の目的は高レートのトリガー信号を直接受け、それを後段のトリガーロジック作成用の回路に渡すことであるが、高レートな信号を扱っている故に想定外の動作に対して対処が必要である。このような例外処理の場合の動作について実際の信号で確認を行った。また、ファームウェア内のパラメータ(実際はレジスタの値)を制御するソフトウェアの開発も行った。特にチャンネル毎の遅延を調整する回路を作成して導入し、PCからイーサネットを通じて制御できるようにした。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。今年度はJ-PARC E16実験に向けて主にソフトウェアの開発を行った。ひとつはGeant4を用いた実験全体の検出器を配置したモンテカルロシミュレーションの開発である。このシミュレーションを用いて実験エリアにおける中性子等のバックグラウンド粒子を防ぐシールドの設計、トリガーロジックの設計、さらにシミュレーションデータを用いて解析ソフトウェア(主に磁場中での粒子の飛跡解析)の開発などを行っている。また、E16実験での主要検出器であるHadron Blind Detector(HBD)で用いるGEMの三次元電場計算も行った。この計算電場を用い、HBDで用いるCF_4ガス中での光電子の振る舞いをシミュレート・理解することによりHBDの光電子の収集効率の向上を図った。これはHBDの役割であるハドロン(主にπ中間子)除去に直接関わる数字であり、E16実験の実施にあたって非常に重要な数値である。2012年6月・2013年1月に行った2回のテスト実験を経て当初の目標であるハドロン除去能率100を達成する見込みが立ったので今後実際に検証し、量産体制に入る予定である。さらにFPGAを用いたトリガー回路の設計も開始している。本実験は非常に高計数率(5kHz/mm^2)な環境下でのデータ取得が求められるため、GEMを用いた多チャンネル読み出しの検出器を数多く用いている。このためそれに対応した電子回路の設計は必須である。特にFPGAを用いた信号処理は重要な技術であり、私はトリガー回路中でのFPGAの設計を担当している。現在試作品を開発しており、今後ビームテスト等を経て実機製作を行う予定である。J-PARCの高運動量ビームラインで行われる予定のE16実験に向けて前年度に引き続きソフトウェアの開発、トリガー信号用モジュールのファームウェアの開発を行った。前者はGeant4を用いた実験全体の検出器を配置したモンテカルロシミュレーションおよびそのデータを用いた粒子の飛跡検出コードである。このシミュレーションを用いて本実験における粒子の質量分解能の詳細な見積もりや実験エリアにおけるバックグラウンド粒子の見積もりなどを行った。現在E16実験の検出器の基礎開発はほぼ終了し、実験に向けて量産体制に入っているが、これら検出器の最終的な仕様を決定する際にこの見積もりは非常に重要な役割を果たした。また、後者は本実験の非常に高計数率な環境下(最大5kHz/mm^2)でのデータ取得を実現するためのトリガー信号を処理するデバイスのファームウェアである。このような高い計数率下の実験では必然的に多チャンネル読み出しの検出器を使用せねばならず、またそれらのフロントエンドデバイスから出力されたデジタル信号をできるだけ高速で処理することが求められる。我々はこのような要求に対してFPGAを用いたモジュールを新たに設計し、私は主にそのファームウェア開発を担当している。現在開発しているのはトリガー信号の中継部分のモジュールのロジックであり、検出器から送られてくる合計約2600チャンネル(1モジュールあたり約80チャンネル)のロジック信号を約300ns程度で中継処理して後段のトリガー最終決定用のモジュールに送るためのファームウェア開発である。このようなモジュールは本実験のような多チャンネルを扱う実験では必須である。またFPGAを用いているので必要に応じてファームウェアの改版ができ、汎用性のあるモジュールであると考えている。

トリガーレートのシミュレーションは前年度まで開発を行っていたGeant4というソフトウェアを元にしたモンテカルロシミュレーションで、主に標的で生成されたπ中間子起因のバックグラウンドが生成するダミートリガーについてシミュレーションを行った。E16実験ではφ中間子の質量スペクトルを十分な統計で測定する必要があるが、φ中間子の収量は実験のトリガーレート、即ちこのπ中間子起因のバックグラウンドによって決まるのでこの見積もりは非常に重要である。また、この見積もりをφ中間子の収量の見積もりと同時に行うことで予想されるスペクトルの形(主にS/N比)についても考察を行った。ファームウェアの方は前年度から引き続き行っていたもので、FPGAを用いたものである。今年度は実際の信号を用いてファームウェアの挙動を確認し、場合によって修正を加えるという作業を行った。このファームウェアを載せる回路の目的は高レートのトリガー信号を直接受け、それを後段のトリガーロジック作成用の回路に渡すことであるが、高レートな信号を扱っている故に想定外の動作に対して対処が必要である。このような例外処理の場合の動作について実際の信号で確認を行った。また、ファームウェア内のパラメータ(実際はレジスタの値)を制御するソフトウェアの開発も行った。特にチャンネル毎の遅延を調整する回路を作成して導入し、PCからイーサネットを通じて制御できるようにした。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。検出器開発は概ね順調に進んでおり、今年度は実機の量産に向けての最終体制を整えることができた。また、シミュレーションコードやデータ解析コードについても順調に開発を進め土台を完成させることができた。実験全体としては今年度までに検出器の量産化に向けた基礎設計がほぼ完了したので、これは概ね予定通りである。ただし、当初計画していたような来年度のデータ収集はビームライン建設が予定より遅れていることもあり達成できる見通しはほぼなくなってしまった。検出器の量産体制は整ったのでデータ取得のためのデータ回路、DAQソフトウェアの開発を行っていく。特に既に開発を開始しているFPGAを用いたトリガー回路を来年度前半に集中的に開発を行い、テストビームを用いた検証なども行う予定である。並行してデータ解析コード、特に粒子の飛跡追跡コードを開発し、細かい問題点の洗い出しや2015年度に予定されているビームタイム後の迅速な解析に向けて準備を行う。今年度までに実験に必要な検出器の基礎設計は完成し、量産を待つばかりとなったので、来年度は主にデータ取得システムの開発を行う。現在開発中のファームウェアの他、より後段のトリガーを最終的に決定するモジュールのファームウェア開発も行う。また、実験時に迅速なデータ解析を行うためのデータ解析ソフトウェアの開発も行う。
胎土中ジルコンの測定および解析による陶磁器の産地推定

本研究は、火成岩で安定に析出する鉱物のひとつであり、化学反応性が低く、地質学的な変成や変質を受けにくく、また二次的な化成作用によっても変化しにくいジルコンに着目し、ジルコン含有元素の測定・解析をおこなうことによって、陶磁器の原材料産地推定を試みるものである。平成17年度は、上記の観点から韓国高麗青磁4地域9窯址からでた陶磁片および海底遺跡引揚げ陶磁片の分析をおこなったが、今年度も平成17年度に引続き、他地域の陶磁器胎土中に含まれるジルコンのジルコニウム、ハフニウム、鉄、珪素の測定を行い、含有量比較による分類を試みた。同時に韓国での実際の窯址の調査もおこなった。この現地調査においては、焼成過程におけるジルコン含有元素の変化の有無を確認するために、窯址や実資料のみならず、現代の類似陶磁製作現場における粘土・水ひ後粘土(胎土)・焼成後陶磁など、陶磁器製作における様々な段階の資料を採取した。また、本資料と従来の自然科学的手法との関係を確認するために、蛍光X線分析やICP発光分光法を行い、カリウム、カルシウム、ルビジウム、ストロンチウムなどによる判別分析を試みた。加えて、ICP質量分析法による胎土全体の元素分析に着手し、ジルコニウム・ランタナム比、バリウム・バナジウム比などによる分類作業を行った。本研究の成果は、本年度、出版される「全南文化財」13号(韓国)、「亜細亜海洋史学報」創刊号(韓国)に論文として掲載される予定である。本研究は、陶磁器胎土中のジルコンに注目して産地推定を行うものであり、平成17年度は胎土に含まれるアクセサリー鉱物であるジルコンのジルコニウム、ハフニウム、鉄、珪素の含有量比較による産地推定の試みを行った。その結果、韓国全羅道の康津地域4窯址、高敞地域1窯址、扶安地域2窯址、海南地域2窯址から出土した高麗青磁各5点ずつ、計45点を対象とし、波長分散型検出器を付設したEPMA(電子線マイクロアナライザ)を用いて、その胎土中ジルコンの成分組成を分析した。ハフニウムと鉄、ジルコニウムとケイ素の関係をみることによって、「康津窯址グループ」「高敞窯址グループ」「扶安・海南窯址グループ」の3グループにわけることができた。また、この結果をもとに全羅南道務安道里浦から引揚げられた14世紀後半の高麗青磁資料4点について胎土中のジルコンの成分組成を測定・比較したところ、「康津窯址グループ」のものである可能性がもっとも高いという成果を得た。これは、務安道里浦海底遺跡出土青磁が、全羅南道康津郡大口面沙堂里10号で生産されたものではないかという考古学の研究成果と一致するものである。また、本手法と従来の自然科学的手法との関係を確認するために、蛍光X線分析やICP発行分光による胎土全体の元素分析に着手した。平成18年度は、現在類似陶磁製作現場における粘土・水ひ後粘土(胎土)・焼成後陶磁資料を採取し、ジルコニウム、ハフニウム、鉄、珪素、ウラン、トリウム、鉛などの測定とデータ蓄積をおこなう予定である。
捕捉動作における認知・予測・運動制御スキルと動作失敗メカニズムの検討

本研究は、仮想環境において運動物体の遮蔽後距離予測課題を用いて実施した。様々な条件における結果から、課題に対する注意が、過小評価に関与する可能性が示唆された。速度比較課題から、遮蔽後の運動物体の距離予測課題における速度表象は、実速度とほぼ等しいことが明らかになった。単一条件課題と複数条件課題の比較では、複合条件のエラーが単一条件より大きかった。その結果から、注意の分散が過小評価に影響することが示唆された。本研究の目的は、「認知・予測・運動制御の各局面におけるパフォーマンスと捕捉運動パフォーマンスの関連」と「各局面への訓練が運動パフォーマンスにどのように影響するか」を検討することである。平成22年度は、各局面のパフォーマンスにおいて、運動物体に対する認知予測能力に着目した。これまでの研究において、遮蔽後の運動物体の認知予測局面における特性について、運動物体の移動距離を過小評価する現象を報告した。さらに、その現象が生起する原因についての検討を行い、これまでの検討では、遮蔽後の運動物体の速度表象の低下に起因すると結論づけていた。しかしながら、時刻よそ行く特性に関して、衝突時刻(Time-to-contact)予測の精度が高いことから、速度表象の低下に疑問が生じてきた。そこで、このことを検証するために、実験画像(視覚刺激)をコンピュータグラフィックで構築し、眼球運動測定装置を用い視線移動の状態を測定することにより、物体の遮蔽前の速度認知能力と遮蔽後の速度表象(予測能力)について再検討した。実験では、脳内での遮蔽物体の速度を検証するために、遮蔽後の運動物体の速度をストライプフロー(縦線の移動)により再現した速度と比較し、速い・遅い・同じを判断させた。また、遮蔽後の物体の運動を視線により追従し、予測課題の有無による視線移動の状態について解析した。その結果、遮蔽後の物体運動に関する速度表象は、遮蔽前の物体運動とほぼ同じ程度に維持されるという結論が導かれた。予測課題実施における移動距離の過小評価については、物体位置の予測地点に視線が停滞する事や位置を予測するために様々な条件が付加される事による注意の分割によるおける処理能力の低下が影響する可能性が検討された。このような認知・予測能力の特性に関する新たな知見は、訓練項目の検討に際して重要な根拠となる。平成23年度は、平成22年度に引き続き、各局面のパフォーマンスにおいて、運動物体に対する認知能力、予測能力に着目し検討した。これまでの研究において、遮蔽後の運動物体の認知予測特性について、運動物体の移動距離を過小評価する現象を報告した。その現象の原因についての検討するため、実験画像(視覚刺激)をコンピュータグラフィックスで構築し、物体の遮蔽前の認知能力と速度表象(予測能力)について実験を行った。その結果、遮蔽後の物体運動に関する速度表象は、遮蔽前の物体運動とほぼ同じ程度に維持され、予測課題における移動距離の過小評価は、物体位置の予測地点に視線が停滞する事や位置を予測するために様々な条件が付加される事による注意の分割による処理能力の低下が影響する可能性が示唆された。平成23年度は、この点について検証を行った。実験では、遮蔽後における特定時間経過後の物体位置予測課題、特定地点への到達時間予測課題、ストライプフローとの速度比較課題などの基本条件を設定し、これらの条件を組み合わせ、位置+時間予測課題、位置予測+速度比較課題、位置予測+速度比較課題などの複合条件によって注意分割の影響を検証した。その結果、複合条件が単一条件よりも有意に錯覚量(エラー)が大きくなるという結果が得られた。すなわち、予測課題における注意の分散が認知能力と予測能力に大きく影響することが明らかになった。これは、認知、予測能力の訓練において重要な要素となる結果であった。将来的にスポーツにおけるパフォーマンス訓練においても応用が考えられる。本研究の目的は、「認知・予測・運動制御の各局面におけるパフォーマンスと捕捉運動パフォーマンスの関連」と「各局面への訓練が運動パフォーマンスに与える影響」を検討することである。前年度は、遮蔽後の特定時間経過後の物体位置予測課題、特定地点への到達時間予測課題、ストライプフローとの速度比較課題などの条件を設定し、各条件を組み合わせた複合条件によって注意分割の影響を検証した。平成24年度は、認知・予測能力に注意配分が及ぼす影響について検討した。予測課題では、遮蔽された物体の移動速度および遮蔽時間は、ほぼ正しく見越すことが確認され、速度×時間によって推定される距離は、ほぼ実際の距離と等しかった。しかし、予測した移動距離は実際の約半分の距離であった。これは、認知した物体の速度と遮蔽から刺激呈示までの時間をもとに位置を予測する過程において、エラーが生じるというメカニズムを示唆するものであった。

注意の配分に関しては、予測課題では位置を回答する合図である板の変色に、意識的に注意を向けることにより、遮蔽後物体への注意配分量が低下すること、ストライプフローを用いた実験では、位置予測後ストライプフローと遮蔽後物体の速度を比較する条件とストライプフローを呈示するがそれを無視させ位置予測する条件では、ストライプフローを提示しないで位置予測する条件より、遮蔽後の移動距離は有意に小さかった。また、ストライプフロー呈示の2条件間に有意差は認められなかったことから、意識しない呈示物においても受動的な注意配分が生じることが示唆された。このことは、認知・予測能力訓練に関する重要な知見であり、スポーツにおけるパフォーマンス訓練にも応用が考えられる。運動制御の評価実験に遅れが生じている。計画している運動制御の評価実験では、体育館のような広く、高さを持ったスペースが必要である。平成23年度は体育館改築工事のため、実験のための体育施設の利用が極端に制限される状況であるため、実験によるデータ収集に遅れが生じている。24年度が最終年度であるため、記入しない。運動制御の評価実験については、施設の関係でデータ収集に遅れが生じている。平成24年度では、現在利用可能な学内施設において実験計画を一部修正して実施、または、年末に体育館利用が可能になった時に集中して実験を行うよう計画する。また、運動制御局面における評価実験に遅れが生じている関係で、認知・予測能力訓練についての実験にも先送りになる。訓練にはある一定期間が必要となるため、「認知・予測能力訓練と運動パフォーマンスへの影響」についての検討にまで、研究期間内に到達できない可能性がある。
ネットワーク構造をもつ光触媒による小分子有機物の活性化

1.ネットワーク構造をもつ光触媒としてTiを骨格に含むゼオライトであるTS-1を、従来よりも結晶性良く短期間で合成することに成功し、従来法で合成したものと同様に光触媒活性を持っていることを確認した。2.ネットワーク構造を持つ光触媒を用いて小分子を活性化し、さらに選択的に生成物を得るためにはこれらの小分子をネットワーク内の活性点で反応させることが必要である。本研究ではゼオライト外表面の活性点を同じ構造を持ちTiを含まないザオライトであるシリカライトで被覆することにより小分子のふるい分けを試みた。被覆により細孔内に侵入できると考えられるエチレングリコールも反応しなくなった。このことはシリカライト被覆が小分子の細孔内活性点へのアクセスをも不可能にしたことを示しており、次のような解釈が可能である。(1)反応を水溶液内で行なっていることから、分子がゼオライトの細孔径より小さくても水和などのため細孔内にはいれない。(2)被覆がゼオライト表面の活性点だけにとどまらず、ゼオライト細孔部分にも起こり、小分子も細孔内にアクセスできなくなった。3.今回得られた結果より、TS-1の光触媒反応選択性を見るためには反応基質が単分子状態で存在する気相で反応を行わせることが必要である考えられる。気相で分子サイズの異なる物質の反応性をみることでシリカライト被覆が適正に行われているか否かの判断が可能となるであろう。4.気相では熱を活性化エネルギーとして用いる通常の触媒反応がゼオライトに関しても数多く研究されている。これまでにそこで蓄積された研究結果と光触媒での結果を比較検討することにより、TS-1などのネットワーク構造をもつ光触媒に関する知見が深まると期待できる。
コントロールをもつネステッド分割型２因子実験の構成法の研究

コントロールをもつ2因子実験を行うために,いくつかの区画(ブロックという)があり,各ブロックはp行q列に分割され(この小さい区画をwhole-plotという),ある因子の処理がwhole-plotに割り付けられる.さらに,各whole-plotはいくつかのsubplotに分割され,もう1つの因子の処理がsubplotに割り付けられる.この研究において,このようなコントロールをもつネステッド分割型2因子実験の構成法が与えられた.2つの因子A, B(たとえば,小麦の品種と肥料)があり,それぞれの処理には,コントロール,すなわち,標準的な処理(たとえば,従来から評価され,市場に流通している小麦の品種)とテスト処理(新しく開発された小麦の品種)がある.実験条件のほぼ同じである大きな区画(ブロックという)がいくつかあり,各ブロックはp行q列に分割され(その分割された区画をwhole-plotという),各whole-plotはs個の小区画(subplotという)に分割されている.因子Aの処理をwhole-plotに割り付け,因子Bの処理をsubplotに割り付けて,2因子実験を行い,因子A,因子Bの主効果,交互作用効果を比較し,各因子のどの処理に効果があるか,また,2つの因子のどの処理組合せに効果があるか,特に,コントロールとテスト処理の効果について調べることが目的であり,このような2因子実験をコントロールをもつネステッド分割型2因子実験という.今年度は,因子A,因子Bのコントロールが複数個の場合について,whole-plot処理,subplot処理に関する計画の行あるいは列としてコントロールを付加し,そのコントロールを付加されたwhole-plot処理に関する計画にsubplot処理に関する計画をクロネッカー積で埋め込むことにより,コントロールをもつネステッド分割型2因子実験を構成し,その多重層解析における層効率因子,標準対比を与えた.Whole-plot処理のテスト処理に関する計画に複数のコントロールを付加する場合には多様な方法が考えられるが,より効率的なコントロールを付加する方法の提案が今後の研究課題として挙げられる.コントロールをもつ2因子実験を行うために,いくつかの区画(ブロックという)があり,各ブロックはp行q列に分割され(この小さい区画をwhole-plotという),ある因子の処理がwhole-plotに割り付けられる.さらに,各whole-plotはいくつかのsubplotに分割され,もう1つの因子の処理がsubplotに割り付けられる.この研究において,このようなコントロールをもつネステッド分割型2因子実験の構成法が与えられた.2つの因子A, B(たとえば,小麦の品種と肥料)があり,それぞれの処理には,コントロール,すなわち,標準的な処理(たとえば,従来から評価され,市場に流通している小麦の品種)とテスト処理(新しく開発された小麦の品種)がある.実験条件のほぼ同じである大きな区画(ブロックという)がいくつかあり,各ブロックはp行q列に分割され(その分割された区画をwhole-plotという),各whole-plotはs個の小区画(subplotという)に分割されている.因子Aの処理をwhole-plotに,因子Bの処理をsubplotに割り付け,2因子実験を行い,因子A,因子Bの主効果,交互作用効果を比較し,各因子のどの処理に効果があるか,また,2つの因子のどの処理組合せに効果があるか,特に,コントロールとテスト処理の効果について調べることが目的である.このような2因子実験は農事試験等に有用であり,コントロールをもつネステッド分割型2因子実験という.今年度は,因子A,因子Bのコントロールが1つの場合を考え,whole-plot処理に関する計画,subplot処理に関する計画に,コントロールをそれぞれ付加し,その付加されたwhole-plot処理に関する計画にsubplot処理に関する計画をクロネッカー積で埋め込むことによって,コントロールをもつネステッド分割型2因子実験を構成し,その多重層解析における層効率因子,標準対比を与えた.Whole-plot処理に関する計画としてYouden square等,subplot処理に関する計画として一般的な計画を用いたが,今後の研究課題として,whole-plot処理に関する計画としてどのような一般的な計画を用いることができるかについての考察が挙げられる.2つの因子A, B(たとえば,小麦の品種と肥料)があり,それぞれの処理には,コントロール,すなわち,標準的な処理(たとえば,従来から評価され,市場に流通している小麦の品種)とテスト処理(新しく開発された小麦の品種)がある.実験条件のほぼ同じである大きな区画(ブロックという)がいくつかあり,各ブロックはp行q列に分割され(その分割された区画をwhole-plotという),各whole-plotはs個の小区画(subplotという)に分割されている.因子Aの処理をwhole-plotに割り付け,因子Bの処理をsubplotに割り付けて,2因子実験を行い,因子A,因子Bの主効果,交互作用効果を比較し,各因子のどの処理に効果があるか,また,2つの因子のどの処理組合せに効果があるか,特に,コントロールとテスト処理の効果について調べることが目的であり,このような2因子実験をコントロールをもつネステッド分割型2因子実験という.Whole-plot処理に関する計画,subplot処理に関する計画に,コントロールを付加し,whole-plot処理に関する計画にsubplot処理に関する計画をクロネッカー積で埋め込むことによって,コントロールをもつネステッド分割型2因子実験を構成し,その多重層解析における層効率因子,標準対比を与えた.Whole-plot処理に関する計画としてLatin square, Youden square等,subplot処理に関する計画として一般的な計画を用いた.コントロールの付加については,whole-plot処理に関する計画に対して,その計画の行としてコントロールを同数回ずつ付加し,あるいは,各行,各列にコントロールを同数回ずつ付加した.

統計数学Whole-plot処理のテスト処理に関する計画としてYouden square, BIBDs with nested rows and columns, cyclic designs,subplot処理のテスト処理に関する計画として一般的な計画を用い,これらの計画にコントロールを付加することによって,コントロールをもつネステッド分割型2因子実験を構成し,その統計的性質を明らかにすることができた.次年度は本研究課題の最終年度であり,研究成果を論文としてまとめる予定である.また,国内および海外での国際会議で報告し,関係研究者との緊密な研究打合せを行う予定である.次年度には,因子A,因子Bのコントロールが複数の場合を考察することになるが,今年度に得られた結果が生かされるものと考えている.ただ,whole-plot処理のテスト処理に関する計画に複数のコントロールを付加する方法は多様に考えられ,関係研究者との緊密な研究打合せによって,十分議論し,対応する予定である.次年度には,研究成果を徐々に論文としてまとめ始める予定である.また,国内および海外での国際会議で報告し,関係研究者との緊密な研究打合せを行う予定である.
α/βの両二次構造を含む50残基の蛋白質の自由エネルギー地形を求める

α/βの両方の二次構造を含む50残基のタンパク質Pina WW domainの自由エネルギー地形を求めるために、水をあらわに取り込んだ全原子タンパク質モデルでマルチカノニカル分子動力学計算を行った。天然構造から変性構造までを含む多様な立体構造集団を得て、自由エネルギー地形を求めた。シミュレーションは安価な小規模クラスターマシンを使用した。また、多数本のマルチカノニカルランを統合し、構造探索の効率を高める手法を開発したα/βの両方の二次構造を含む50残基のタンパク質Pina WW domainの自由エネルギー地形を求めるために、水をあらわに取り込んだ全原子タンパク質モデルでマルチカノニカル分子動力学計算を行った。また、多数本のマルチカノニカルランを統合し、構造探索の効率を高める手法を開発したαヘリックスとβシートの両方の二次構造を含み、かつ50残基の長さをもつ蛋白質のフォールディングを、溶媒効果を厳密に考慮しつつコンピュータシミュレーションにより解くことが本研究課題である。この課題は本来ならば億単位の予算を必要とする大規模な研究課題であるが、それを数百万円の予算で小規模に行うことも本研究課題の眼目の一つである。研究対象として50残基蛋白質Pina WW domain(PDB ID=2JV4;NMRにより立体構造決定)を選んだ。この蛋白質はαヘリックスとβシートの両方を含んでいる。現在マルチカノニカル分子動力学シミュレーションにより、室温(300K)の立体構造をサンンプリング中である。ここまで得られた構造集団(アンサンブル)には、NMR構造との間でmain-chainRMSD(2つの立体構造間で、対応する原子の位置がどれほど近いかをÅ単位で表す量)が6Å程度の構造が得られている。これは2つの立体構造を重ねあわせると、大まかに重なる程度の類似度である。また、NMR構造と部分的に類似した構造(例えば、へリックス/βシートだけが形成されたもの)もサンプリングされている。次年度はサンプリングを続け、様々な立体構造(天然構造だけでなくフォールディング過程で形成される準安定で短寿命な立体構造)の間の関係図(自由エネルギー地形)を作成する。代表研究者が、平成19年10月に所属を東京薬科大学から大阪大学に移動したため、50残基蛋白質のシミュレーションの開始が半年遅れた。東京薬科大学での6ケ月間は50残基蛋白質の計算を行うための計算機がまだなかったため、24残基蛋白質(humanin;アルツハイマー病の発症を抑える蛋白質)のフォールディング研究を行った(論文(in press))。本研究課題の目的は、数百万円の小規模な計算機を使い、全原子モデルでかつ溶媒分子を厳密に計算に取り込み、αヘリックスとβシートの両二次構造を含む50残基長の蛋白質の折れ畳み(フォールディング)問題を解く事である。本年度は、マルチカノニカル分子動力学(McMD)シミュレーションを、クラスタ計算機(当科研費で昨年度購入)を用いて行い、水中での50残基蛋白質Pina WW domain(α/β両二次構造を含有)の自由エネルギー地形を得た。その結果、NMR実験で決定された立体構造との間で主鎖-RMSD(2つの立体講造主鎖間の構造の違いをA単位で表す量)が4A程度の構造を得た。これにより、当初の研究目標を達成した(論文執筆中)。さらに構造探索効率を高めるために、独立な多数のMcMDシミュレーションからのデータを統合する手法を開発した(論文投稿中)。さらにこの統合技術を別の57残基のヘリックス蛋白質(human bifunctional glutamy1-proly1-tRNA synthetase; PDB ID=1FYJ)に適用し、天然構造が得られる事を確認した(論文投稿準備中)。さらに、得られた多様な蛋白質立体構造の作る構造空間の内部構造を、直感的に理解する解析法を開発した(論文)。また、昨年度末に投稿した論文が出版された(24残基蛋白質humaninの自由エネルギー地形を求めた。熱力学安定構造が溶媒条件に大きく依存することをMcMDで示した)。以上の一連の研究から、水をあらわに取り込んだ全原子モデルでの蛋白質立体構造探索法は大きく進歩し、50残基蛋白質の自由エネルギー地形の算出が可能になった.一方、蛋白質が大きくなるに従い、新たな研究課題が見えて来た。それは、系のポテンシャルエネルギーを規定する力場(force field)の正確さの問題である。本研究課題でPina WW domainの天然構造を得たが、それは熱力学的には最安定構造ではなく準安定構造であった。今後は力場の精度を挙げる努力を行いたい。