hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロテオミクス技術を用いた文化財中の膠原料のアミノ酸配列情報解析

膠は接着剤として古くから文化財に利用されてきた素材の一つである。従って、膠の原料動物種が明らかになれば、古代の動物利用や技術に関する知見が得られる可能性がある。しかしながら、数百年から数千年の間に生じるタンパク質分解や不純物混入のため、古代の試料から正確な情報を抽出することは難しい。本研究では、ナノ液体クロマトグラフィー/エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析法を適用することで古代の試料に残存する膠を特定することが可能であることを見出した。本法により、約4400年前にエジプトで製作された壁画や約1800年前のローマ期エジプトで製作された三連祭壇画などからウシ由来膠を検出することに成功した。本研究では、質量分析を基盤としたプロテオミクス技術を用いることにより、高度に汚染された発掘資料を含む文化財に残存する膠などのタンパク質成分を高感度で検出し、そのアミノ酸配列情報を得ることで、原料となった動物種、製造法など、当該文化財を特徴づける情報を読み解く手法論を提案する。これまでの文献調査から、膠の原料となった動物種は牛、水牛、犬、豚、猪、驢馬、馬、鹿、魚(ニベ)、そして兎など多岐に渡ることが明らかになっているが、これらの動物の多くは未だにDNAの塩基配列が解読されておらず、一般的なプロテオミクス解析で用いられる既存の配列データベースとの照合によるタンパク質の同定法が利用できない。そのため、個々の動物の膠を独自に調製し、標準試料ライブラリーを作製する必要があった。本年度は、比較的入手が容易であった牛、水牛、犬、豚、馬、鹿、魚(ニベ)、兎の各膠に関して、質量分析を用いたアミノ酸配列情報解析を行い、個々の膠の原料となったコラーゲンの動物種間で生じるアミノ酸配列の若干の差から、これらの膠を区別することが可能であることを示すことができた。今後は、文献調査を継続的に行い、標準試料ライブラリーの拡充を実施する予定である。また、実際的な文化財の分析においては、極微量分析が求められると同時に汚染による不純物混入の問題を解決する必要がある。この問題の解決策として、極微量(数ミリグラム)試料に対して、ナノ液体クロマトグラフィーによる分離とエレクトロスプレーイオン化質量分析を組み合わせることで、不純物を含む試料においても高感度で膠の検出が可能であることを見出した。得られた成果の一例として、平城京より出土した墨片に含まれる膠の検出と解析を行い、牛膠が原料であることを強く示唆する結果を得ることができた。本研究では、質量分析を基盤としたプロテオミクス技術を用いることにより、高度に汚染された発掘資料等を含む文化財に残存する膠などのタンパク質成分を検出し、そのアミノ酸配列情報解析の結果から、原料動物種や製造法などの情報を解読し、当該文化財を特徴付ける情報を読み解く新規な手法論を提案することを目的としている。これまでに実施した出土墨に関するマトリックス支援レーザー脱離/イオン化タンデム飛行時間型(MALDI-TOF/TOF)質量分析の結果から、実際の発掘資料は不純物の混入により高度に汚染されているため、分析結果の解釈が極めて困難であることが明らかになった。また、この問題の解決策として、ナノ液体クロマトグラフィーによる不純物の分離とエレクトロスプレーイオン化(ESI)質量分析の併用が効果的であることが明らかになった。この手法の利用により、平城京跡より出土した製作からおよそ千年以上経過した墨の極微量片においても膠の主成分であるコラーゲン由来ペプチドが現在も分析可能な状態で残存していることが明らかになった。さらに、本手法の適用により、およそ4400年前にエジプトで製作された壁画の固着財としてウシの皮由来のコラーゲンが利用されていることも明らかにすることができた。これらの成果は、広範な年代・地域に渡る文化財に、古代のタンパク質が現在も分解・消失を免れ、分析可能な状態で残存していることを示唆する結果である。本研究では、質量分析を基盤としたプロテオミクス技術を用いることにより、文化財に残存する膠などのタンパク質成分を高感度で検出し、それらのアミノ酸配列情報から原料となった動物種や製造法などの当該文化財を特徴づける情報を読み解く手法論を提案する。文化財に利用される膠は、それ自体がタンパク質(コラーゲン)の加工品であることから微生物による分解を受けやすく、また実際の文化財分析においては、極微量分析が求められると同時に不純物混入などの問題がある。しかしながら、本研究で提案するナノ液体クロマトグラフィーによる分離とエレクトロスプレーイオン化質量分析を組み合わせた手法により、極微量(数百マイクログラム)試料からもタンパク質同定が可能であることが示された。現在までに、平城京跡出土墨をはじめとして、相国寺旧境内出土櫛、ローマ期エジプトの三連祭壇画、さらには紀元前2360年にエジプトで建設された地下墓内壁画などの多様な文化財から膠もしくはコラーゲンを検出することができた。これらの成果から、広範な年代・地域に渡る文化財中にタンパク質が分析可能な状態で現存することを実証することができた。今後は、本手法の適用例を増やすと共に、分解・消失を長期間免れることができたメカニズムについても研究対象としたい。また、文献調査から、ウシ、ヤク、スイギュウ、イヌ、ブタ、イノシシ、ロバ、ウマ、シカ、ウサギ、そして、サカナ(ニベ、チョウザメ)など膠の原料生物は多岐に渡ることが明らかになっている。

しかしながら、これらの多くは依然として塩基配列が解読されておらず、配列データベースとの照合を基本とするプロテオミクス解析の適用が困難であったが、少なくとも上記の生物種に関しては標準試料を独自に収集することで、解析対象とすることが可能となった。今後は継続的に文献調査を行い、標準試料ライブラリーの拡充を図る予定である。膠は接着剤として古くから文化財に利用されてきた素材の一つである。従って、膠の原料動物種が明らかになれば、古代の動物利用や技術に関する知見が得られる可能性がある。しかしながら、数百年から数千年の間に生じるタンパク質分解や不純物混入のため、古代の試料から正確な情報を抽出することは難しい。本研究では、ナノ液体クロマトグラフィー/エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析法を適用することで古代の試料に残存する膠を特定することが可能であることを見出した。本法により、約4400年前にエジプトで製作された壁画や約1800年前のローマ期エジプトで製作された三連祭壇画などからウシ由来膠を検出することに成功した。これまでの研究からナノ液体クロマトグラフィーによる不純物の分離とエレクトロスプレーイオン化(ESI)質量分析法を併用することによって、製作からおよそ数千年以上経過した文化財中においても膠(コラーゲン由来ペプチド)が残存していることが明らかになり、さらに、それらのタンデム質量分析によるアミノ酸配列情報解析から原料として利用された動物種の情報を解明することが可能であることが示唆された。しかしながら、文献調査の結果、膠の原料として用いられた可能性のある動物は、牛、水牛、犬、豚、猪、鹿、魚(チョウザメ、ニベ)、驢馬、そして兎など多岐に渡ることが判明しているが、それらの動物由来コラーゲンのアミノ酸配列情報が、牛や犬、そして豚を除いて、既存のデータベースに未だ登録されていないため、たとえ研究対象とする文化財中にタンパク質が残存していたとしても、そのような動物に関しては質量分析から推定された配列情報と既存のデータベース情報との照合による正確な特定が困難であった。そこで、さらに文献調査を進めながら、独自に各動物種の膠を収集もしくは調製し、MALDI-TOF/TOF質量分析またはESI質量分析を実施することにより、標準スペクトルデータベースを構築していく必要がある。現在、上記のほぼすべての動物種由来の標準膠を収集し、質量分析を進めている。蛋白質科学本研究で提案する質量分析を基盤としたプロテオミクス技術を用いた文化財中の膠の分析においては、1文献調査などの結果を参考に収集したできる限り多くの動物種の膠試料から構成される標準膠試料ライブラリーの作製、2極微量試料の高感度質量分析法の開発、そして、3幅広い年代、地域に渡る文化財試料の収集、の3項目を発展的に進めていく必要がある。特に、2に関しては、昨年度の実験結果から、ナノ液体クロマトグラフィーによる分離とエレクトロスプレーイオン化(ESI)質量分析を組み合わせることで、およそ数mgの文化財試料の分析を実現しているが、今後さらにクロマトグラフィーに供する試料の前処理法(主に、タンパク質成分を抽出するための溶媒の選定)の検討や、用いる質量分析装置の種類の選定に改善の余地があるため、その点を検討する。
Non-coding RNA分子を包括した、ABO式血液型の発現機構の統合的解明

ABO式血液型遺伝子の発現調節について、クロマチンリモデリングの観点から研究を進めた。遺伝子の転写調節には数十キロベースから百キロベース以上離れた領域が関わることが、グロビン遺伝子、HLA遺伝子、インターフェロンγ遺伝子などで明らかにされてきた。これらの発現調節には転写因子CTCFが関わり、クロマチン構造をループ構造にしたり、或いは核基質と結合したりすることによって、クロマチン構造に複雑な3次元構造をもたらし、プロモーター領域と他の領域との相互作用を生み出すことによって、転写調節に影響が及ぼされることが判ってきた。そこで、今回、研究代表者は、ABO式血液型遺伝子の発現がクロマチンリモデリングに基づくものであるか否かを検討するため、転写因子CTCFの発現をノックダウンした胃癌培養細胞を作製したところ、ABO式血液型遺伝子の発現が約2倍となり、抗原の発現が増加した。また、転写因子CTCFは細胞分化・成熟に伴い、その量が増加することが最近示されている。従って、この結果から、転写因子CTCFは、1)クロマチンリモデリングを介して、ABO式血液型遺伝子の発現に対して負に作用し、2)細胞分化に伴うABO式血液型の発現に影響を及ぼし、3)ABO式血液型の細胞特異的発現、例えば、胃には血液型物質が多いが、大腸には少ない、等の消化管における血液型物質の勾配に関わる可能性が示唆された。今後は、実際にCTCFがABO遺伝子の遺伝子調節領域に結合することを証明したい。
高温期における異方性材料の熱物性値の2階テンソル成分の測定法に関する研究

平成11年度は,当初の計画どおり,高温域において,熱物性値測定法の基本原理の健全性について研究した.以下に,具体的な内容を示す.(1)有限差分法を用いた熱物性値測定原理に関する研究:誤差を含む仮想の測定データを用いて,測定原理式となる主軸変換されていない非定常二次元熱伝導方程式の有限差分法による数値解析プログラムと熱物性値を求めるSimplex法による逆解析プログラムの健全性を確認した.今後,実験試料が直方体であることから,本測定原理を三次元問題に対応させることを検討し,解析プログラムについて研究を進める.(2)等方性材料への応用:高温において,熱物性値が既知の等方性材料(チタンとステンレス鋼)に本測定法を応用した.そして,その誤差要因として,熱膨張による試料寸法の変化が熱拡散率成分に与える影響が大きいことが明らかとなった.今後,熱膨張による熱拡散率成分への影響を補正する方法を加えた測定原理式を検討し,本測定法に関する研究を進める.(3)異方性材料への応用:板材から厚み方向に角度をつけて切り出した炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)に対する実験データによれば,繊維方向とそれに垂直方向を含む二次元平面内では,その熱拡散率の2階テンソル成分が直交異方性材料の座標変換則に従うことを確認した.また,熱拡散率成分の行列式の平方根は試料が切り出された板材毎に大きく異なることを確認した.今後,主軸が斜交する複合材料に本測定法を応用し,その座標変換則と主軸との関係について研究を進める.平成10年度は,当初の計画どおり,測定装置を設計・製作し,高温域において,熱物性値測定法の基本原理の健全性について研究した.以下に,具体的な内容を示す.(1)有限差分法を用いた熱物性値測定原理に関する研究:異方性材料を長方形2次元物体と仮定し,初期温度一様な初期条件,試料表面の一辺に光加熱による表面熱流束が存在する境界条件およびその四辺に熱伝達が存在する境界条件における主軸変換されていない非定常2次元熱伝導方程式の有限差分法による数値解析プログラムを作成した.また,測定原理式から熱物性値を求める逆問題解析のアルゴリズムとして,Simplex法による最適化プログラムを作成した.そして,C/C複合材料に対する熱拡散率の2階テンソル成分を決定することに成功し,異方性材料に対する測定原理の健全性を確認した.(2)等方性材料への応用:高温において,熱物性値が既知の等方性材料(金属材料)に本測定法を応用した.そして,熱拡散率を求めるための光加熱量よりも高温加熱炉内の温度変動が大きいことが明らかとなった.今後,高温加熱炉内の温度変動を減少させる方法と光加熱量を大きくする方法を検討し,本測定法に関する研究を進める.(3)光加熱による測定装置の設計-製作:高温加熱炉,光源,光路設定装置,熱電対およびデジタルマルチメータから構成される光加熱による測定装置を設計・製作した.平成11年度は,当初の計画どおり,高温域において,熱物性値測定法の基本原理の健全性について研究した.以下に,具体的な内容を示す.(1)有限差分法を用いた熱物性値測定原理に関する研究:誤差を含む仮想の測定データを用いて,測定原理式となる主軸変換されていない非定常二次元熱伝導方程式の有限差分法による数値解析プログラムと熱物性値を求めるSimplex法による逆解析プログラムの健全性を確認した.今後,実験試料が直方体であることから,本測定原理を三次元問題に対応させることを検討し,解析プログラムについて研究を進める.(2)等方性材料への応用:高温において,熱物性値が既知の等方性材料(チタンとステンレス鋼)に本測定法を応用した.そして,その誤差要因として,熱膨張による試料寸法の変化が熱拡散率成分に与える影響が大きいことが明らかとなった.今後,熱膨張による熱拡散率成分への影響を補正する方法を加えた測定原理式を検討し,本測定法に関する研究を進める.(3)異方性材料への応用:板材から厚み方向に角度をつけて切り出した炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)に対する実験データによれば,繊維方向とそれに垂直方向を含む二次元平面内では,その熱拡散率の2階テンソル成分が直交異方性材料の座標変換則に従うことを確認した.また,熱拡散率成分の行列式の平方根は試料が切り出された板材毎に大きく異なることを確認した.今後,主軸が斜交する複合材料に本測定法を応用し,その座標変換則と主軸との関係について研究を進める.
「活動と参加」に焦点を当てた作業療法士の巡回相談の効果検証

今年度は,昨年度にデータ収集した巡回型作業療法の成果について現在英語論文を投稿中である.また今年度は開発したアプリである学校版作業選択意思決定支援ソフト(ADOC-S)のアップデートを行った.そしてADOC-Sを活用して,新たに保育所等訪問支援における巡回型個別作業療法の実践を試験的に行い,その事例について論文にまとめた(仲間ら,作業療法2018).またその他,放課後デイサービスにおいて実施した単群前後比較介入研究において,ADOC-Sを活用した個別目標に対応させた集団プログラム(フットサル)を行った結果,個別的な目標の遂行度と満足度において有意な改善が認められた.このように,ADOC-Sを用いた目標設定は,個別作業療法および集団作業療法においても活用可能であることが示唆された.これについても英語論文にまとめ投稿中である.特別支援教育では,幼児児童生徒の一人一人の教育的ニーズに基づいた個別指導計画および個別の教育支援計画の作成を義務付けている.しかし現場の教師は,計画書の作成に苦心し,効率的に活用できているとは言い難い現状がある.我々は,子どもの障害ではなく,子どもの興味関心や教師や保護者の希望や期待がある「活動と参加」について,関係者が一緒にイラストを選びながら計画書の作成を行うためのアプリ(ADOC for school)を開発した.さらに,作業療法士による巡回相談でそのアプリを使用することによって,教師,保護者,専門職の協働を促進し,子どもの行動変容につながる事例を経験した.これまでの予備的研究をベースに,前向き介入研究によって,作業療法士による巡回相談の効果について検証する.研究の進捗状況としては,概ね順調に伸展している.具体的には,国内,海外の文献より,作業療法士と学校教員との協業についての効果やその介入方法の検討をおこなった.また,保育士への作業療法士によるADOC-Sを用いた巡回相談の効果検証も概ね順調に進展している.本年は,前年での事例研究を基に,作業療法士による巡回相談の効果について検証した.具体的には,保育士および幼稚園教諭7名が担当する気になる幼児7名の個別支援計画書の協働的作成を通して,活動と参加に焦点を当てた作業療法コンサルテーションの効果を検討した.個別支援計画書の作成には,iPadアプリケーションAid for Decision-making in Occupation Choice for School(以下ADOC-S)とGoal Attainment Scaling(以下GAS)を用いた.効果指標としては,Canadian Occupational Performance Measure(以下COPM)を用いて算出した遂行度・満足度,GASの到達度,一般性自己効力感尺度(以下GSES)の4つの変数とした.介入前後において,この4つの変数を介入前後で比較したところ,GSESに関しては有意な改善が見られなかったが,COPMの遂行・満足スコア,GASによる目標の到達度は有意な上昇が認められた.研究の進捗状況としては,概ね順調に伸展している.本年度中に予定していた,データ収集も終了し,データ解析,論文執筆に取り掛かることができた.本年度は,引き続き,作業療法士による巡回相談の効果の検証を実施した.保育士および幼稚園教諭7名が担当する気になる幼児7名の個別支援計画書の協働的作成を通して,活動と参加に焦点を当てた作業療法コンサルテーションの効果を検討した.個別支援計画書の作成には,iPadアプリケーションAid for Decision-making in Occupation Choice for School(以下ADOC -S)とGoal Attainment Scaling(以下GAS)を用いた.コンサルテーションの回数は,合計3回とした.全介入期間は平均196日で,訪問のインターバルは1-2回で123日,2-3回目で73日だった.巡回相談の評価や介入の時間は,概ね当初の予定通り1時間以内で実施された.協力の拒否,脱落者,中断希望者は無く,クレームなども無かった.園児の悪化も見られなかった.前年度のパイロット研究の結果を基に,アウトカム指標は,Canadian Occupational Performance Measure(以下COPM)とGASとした.結果としては,介入での前後比較したところCOPMの遂行度,満足度ならびにGASの値に有意な向上が認められた.これらの結果から,今後,大規模研究につなげるためのサンプルサイズの推定を行った.本年度は,追加での統計解析,データ整理を実施し,学術雑誌への投稿に向け準備を主に実施した.現在,論文投稿中であり,その修正などを行っている.本年度中に予定していた,追加解析,論文執筆は,順調に進んでいる.最終的な解析を残すのみである.今年度は,昨年度にデータ収集した巡回型作業療法の成果について現在英語論文を投稿中である.また今年度は開発したアプリである学校版作業選択意思決定支援ソフト(ADOC-S)のアップデートを行った.そしてADOC-Sを活用して,新たに保育所等訪問支援における巡回型個別作業療法の実践を試験的に行い,その事例について論文にまとめた(仲間ら,作業療法2018).またその他,放課後デイサービスにおいて実施した単群前後比較介入研究において,ADOC-Sを活用した個別目標に対応させた集団プログラム(フットサル)を行った結果,個別的な目標の遂行度と満足度において有意な改善が認められた.このように,ADOC-Sを用いた目標設定は,個別作業療法および集団作業療法においても活用可能であることが示唆された.これについても英語論文にまとめ投稿中である.今後は,現在,進行中の巡回相談のデータを解析し,論文作成並びに学会発表への準備を行う予定である.また,順次,対象の範囲を拡大していく予定である.収集したデータの整理,解析,論文執筆が今後の主なタスクである.概ね計画通りに進行しており,学会発表,論文執筆,論文投稿を来年度には行う予定である.

今後は,本研究結果を学会などで多く発表できるようにしたい.学会発表旅費,論文執筆,英文校正,論文掲載料などが主な使用計画となる.今年度は,主にデータ収集を行っており,学会発表の旅費等への出費が抑えられたためだと考えられる.本年度は,データ収集,解析が主となっており学会発表などの遠方への旅費が抑えられたためだと考えられる.今年度は,主に論文執筆や追加データの解析などを主に実施した.来年度は,成果発表のための英文校正や学会発表などにかかる費用に使用する予定である.今後は,追加データの収集,謝礼,論文執筆や学会発表への旅費などに使用を計画している.学会発表旅費,論文執筆,英文校正,論文掲載料などが主な使用計画となる.
新発見の音声資料によるモゴール語の総合的研究

アフガニスタンにおけるモンゴル系のモゴール語は現在絶滅した可能性の高い言語であるが、服部四郎が1961年に現地調査を行なった際の未発表の録音資料が島根県立大学の資料中に発見され、それに基づいて研究を行なった。モンゴル系語彙を含むハザーラ語の話者の協力を得ながら、録音されたモゴール語の語や文を音声・文法・意味の面から詳しく記述した。使用した録音資料からは、モゴール人はハザーラ語も話すという新しい情報も得られた。また、永久的保存のためテープによる録音資料をデジタル化するとともに、過去に発表されたモゴール語語彙を電子化してデータベースの基礎とした。ダリ語・ハザーラ語等の現地の言語に詳しい連携研究者の協力のもと、録音資料の内容把握とそこに含まれるモゴール語の単語や文の音形・意味・文法の面からの記述を進めた。音声データのノイズ除去とデジタル化を行ない、資料の永久的保存に備えた。過去の他の調査・研究資料に見られるモゴール語の単語を入力し、語彙集作成の準備を進めた。ダリ語・ハザーラ語等の現地の言語に詳しい連携研究者ら2名の協力のもと、録音資料に含まれるモゴール語の語彙を音形・意味・文法の面から把握し記述する作業を進めた。ダリー語・ハザーラ語等、現地の言語に詳しい研究協力者の協力のもと、録音資料に含まれるモゴール語の単語と文を音形・意味・文法の面から把握し記述する作業を行なった。本研究で使用した新発見の録音資料において、これまでに記述されているモゴール語と異なった意味を持つモンゴル語系の語彙があること、周辺諸言語との接触によって生まれたと考えられるいくつかの独特の表現が発達していること、同じ概念を表す語が話者によって異なっている場合があること、などの現象を新しく確認した。今後、新たなモゴール語録音資料が発見される可能性が小さいことから、これらはこの言語に関するほぼ最後となる一連の新知見をもたらし、大きな意義を持つと考えている。得られた言語データは、モゴール語の単語や文のデータベースを作成するための重要な基礎的資料となる。また、録音資料において、モゴール語を語っているコンサルタントの一部はダリー語ではなくハザーラ語を話していることを新たに確認した。ハザーラ語はモンゴル系およびテュルク系の言語の影響を受けた(もしくは、モンゴル語が基層となった)ペルシア語の一方言である。服部四郎がモゴール語を知るためには彼らが話すペルシア語を知らなければならないと書いているが、服部が言うところの、彼らが話すペルシア語とはこのハザーラ語のことである。本研究の成果のひとつとして、一部のモゴール人がハザーラ語を用いていることを明らかにしたことにより、今後のモゴール語研究においては、ハザーラ語を視野に入れる必要があるということも分かった。言語学昨年度研究対象とした録音資料の話者の発話に特に難解な部分が多かったのが遅れのいちばんの原因だが、録音資料の内容把握作業全般が当初予想したよりも困難であったことも影響している。今年度研究対象とした録音資料の話者の発話に難解な部分が多く、語の記述に予想以上の時間がかかった。今年度に引き続き、文法構造についての分析は後で行なうこととし、録音資料にあるモゴール語の音形・意味の把握を優先する。語の文法構造についての分析等は録音資料に含まれるモゴール語語彙をすべて抜き出してから集中して行なうこととし、語の音形・意味の把握作業のスピード化をはかる。購入を予定した資料のデジタル変換が所蔵元において遅れたため上記資料の購入にあてる毎月の研究会の旅費と謝金
新しい磁束オブザーバを用いる高速ACサーボシステム

本研究は,現代制御理論の成果の一つである,状態変数オブザーバ(具体的には磁束オブザーバ)をACサーボシステムに適用することによって,同制御システムの飛躍的な高性能化を達成しようとする制御理論的研究である.まず,連続時間系における誘導電動機の線形状態方程式を導き,この状態方程式にもとづいてGopinath形最小次元オブザーバの手法による2次磁束オブザーバを構成した.次に,磁束オブザーバの構成法の一般化を行い, 10種類に及ぶオブザーバの構成が可能であり,それらは, 4つのグループに分類できること等を示した.これらの理論はシミュレーションによってその有効性を確認している.これらの理論的成果を実機実験によって確認するのも本研究の目的の一つである.誘導機と直流機を用いたMGセットを用い,パワートランジスタPWMインバータとマイクロプロセッサ上に実現した離散時間表現の磁束オブザーバによって2次磁束の推定実験を行い,収束速度や推定誤差などにおいて,満足できる結果を得ている.また,将来のアドヴァンスト制御を行うための1サンプル遅れの補償法を開発した.付随実験として,真の磁束値をえるための2次電流を併用した磁束測定法や直流機を用いた慣性シミュレータの開発も行った.さらに,電動機定数変動に対する磁束推定値のロバスト化に関する展開を行い,低感度化の指標として構造誤差評価指標を提案した.また,磁束オブザーバを用いた諸種のベクトル制御系における定常トルクの誤差特性を検討し,磁束オブザーバによって得られる磁束位相情報をフィードバックする方式が有効であることを明らかにした.なお当研究において開発したシステムでは,演算速度が著しく不足することも明らかになったので,現在は,演算の高速化を目的として, DSPを用いた新しい制御システムの製作を手掛けている.また,別途開発している加速度制御サーボ系の設計法との融合を図るなど,将来の研究にもつながっている.本研究は,現代制御理論の成果の一つである,状態変数オブザーバ(具体的には磁束オブザーバ)をACサーボシステムに適用することによって,同制御システムの飛躍的な高性能化を達成しようとする制御理論的研究である.まず,連続時間系における誘導電動機の線形状態方程式を導き,この状態方程式にもとづいてGopinath形最小次元オブザーバの手法による2次磁束オブザーバを構成した.次に,磁束オブザーバの構成法の一般化を行い, 10種類に及ぶオブザーバの構成が可能であり,それらは, 4つのグループに分類できること等を示した.これらの理論はシミュレーションによってその有効性を確認している.これらの理論的成果を実機実験によって確認するのも本研究の目的の一つである.誘導機と直流機を用いたMGセットを用い,パワートランジスタPWMインバータとマイクロプロセッサ上に実現した離散時間表現の磁束オブザーバによって2次磁束の推定実験を行い,収束速度や推定誤差などにおいて,満足できる結果を得ている.また,将来のアドヴァンスト制御を行うための1サンプル遅れの補償法を開発した.付随実験として,真の磁束値をえるための2次電流を併用した磁束測定法や直流機を用いた慣性シミュレータの開発も行った.さらに,電動機定数変動に対する磁束推定値のロバスト化に関する展開を行い,低感度化の指標として構造誤差評価指標を提案した.また,磁束オブザーバを用いた諸種のベクトル制御系における定常トルクの誤差特性を検討し,磁束オブザーバによって得られる磁束位相情報をフィードバックする方式が有効であることを明らかにした.なお当研究において開発したシステムでは,演算速度が著しく不足することも明らかになったので,現在は,演算の高速化を目的として, DSPを用いた新しい制御システムの製作を手掛けている.また,別途開発している加速度制御サーボ系の設計法との融合を図るなど,将来の研究にもつながっている.本研究は、現代制御理論の成果の一つである、状態変数オブザーバ(具体的には磁束オブザーバ)をACサーボシステムに適用することによって、同制御システムの飛躍的な高性能化を達成しようとする制御理論的研究である。本年度までに得られた成果を簡単に記すと以下のようである。まず、誘導電動機はその回転速度を一定とみなし静止座標系から諸量を観測すれば4元の線形状態方程式で表現できることを示し、この状態方程式系にもとづいてGopinath形最小次元オブザーバの手法による2次磁束オブザーバを構成し、回転速度によらない極配置の実現法を示した。次に、磁束オブザーバの構成法が「磁束シミュレータ+予測誤差修正フィードバック」であることに着目すれば、10種類に及ぶオブザーバの構成が可能であり、それらは4つのグループに分類できること等を示した。なお、これらの理論はシミュレーションによってその有効性を確認している。本研究のもう一つの目的は、これらの理論的成果を実機実験によって確認する点にある。そこで、実際に誘導機と直流機を用いたMGセットを用い、パワートランジスタで構成したPWMインバータを製作してこれを駆動し、マイクロプロセッサ上に実現した離散時間表現の磁束オブザーバによって2次磁束の推定実験を行い、収束速度や推定誤差などにおいて、初期のものとしては一応満足できる結果を得ている。また、付随実験として、真の磁束値を得るための2次電流を併用した磁束測定束法の開発や、直流機を用いた慣性シミュレータの開発も行った。来年度は、電動機定数変動に対する磁束推定値のロバスト化(一部理論開発済み)の実証や、磁束オブザーバを用いることによってすべての状態変数にアクセスできるようになることを利用した、諸種の現代制御理論的手法の適用による高性能化について研究したいと考えている。
外乱除去機能をもつフェ-ズロック半導体レ-ザ-干渉計による実時間表面形状計測

光源として半導体レ-ザを用い,半導体レ-ザの発振波長可能性を積極的に利用することにより,周囲の環境条件の悪い工場内においても,数ナノメ-タの精度で表面形状を実時間で容易に測定できる高精度なフェ-ズロック半導体レ-ザ干渉計を構成した。半導体レ-ザ干渉計では,温度変化に伴う半導体レ-ザの発振波長の変動や光学部品の機械的振動などの外乱により,干渉信号の位相が変動する。この位相変動が表面形状として測定されるため正確な表面形状計測が困難となる。そこで,外乱による位相変動を固定された測定点において検出し,測定点を走査することにより得られる表面形状から,この位相変動を差し引くことにより,正しい表面形状を得る。この2つの測定点に対するフェ-ズロックのフィ-ドバック制御の操作を交互に行い、外乱を除去しながら高い測定精度で表面形状計測を行った。まず,外乱除去の基本特性を調べるために走査する測定点を固定した。干渉計内のミラ-を正弦波振動させることで位相変動を与えた。走査する測定点と固定された測定点で検出されたそれぞれの位相変動の差の2乗和平均根を求め,外乱除去の程度を評価した。その結果,完全に除去されずに残る外乱の大きさは5ナノメ-タ位であることが示された。次に,ダイヤモンドバイトで切削されたアルミニウム円板の表面形状を測定した。繰り返し測定精度は,外乱を除去しない時は約20ナノメ-タであるのに対し,外乱を除去した時は約5ナノメ-タであり,外乱による影響を約1/4以下に抑えることができた。最後に,アルゴンレ-ザを光源とする正弦波位相変調干渉計を本フェ-ズロック干渉計と同時に用い,2波長干渉計を試みた。これにより,ミクロンオ-ダの大きな変化をもつ表面形状を,同様なフィ-ドバック制御によって実時間で測定できることを原理的に確かめた。
生きた細胞の熱特性と素現象

生物による熱産生は生物学、生理学分野における研究テーマとして、ふるえ熱産生、非ふるえ熱産生といった主要な熱産生メカニズムについての分子的な説明が可能になりつつある。しかしその多くは個体、もしくは多細胞の平均的描像による理解を主とし、たとえばある細胞に着目したとき、いつどこでどのくらいの熱が放出されるのか、といった知見は、これまで主要な研究対象ではなかった。そこで熱産生の細胞内メカニズム解明を目的に、熱産生を1細胞レベルの温度変化として計測しようとする細胞内温度計測技術の開発と応用が、研究代表者らを始め様々なグループによって進められている。いっぽう、マクロスケールで測られる値と、細胞を均一な水とする単純化したモデルとを用いても、1細胞を対象としたこれまでの報告が再現されない、もしくは説明できない。我々はこれを「10の5乗ギャップ問題」と名付け、計測における技術的な問題点の可能性、および単純化したモデルにおいて決定的に欠けている要素と、実験とモデルの両方向から議論してきた。本研究では、この10の5乗ギャップの所在を明らかにすることを目的とし、細胞内に特有の環境は希薄な水系と異なるかどうか、実験的に確かめることを目指す。特に当該年度は、昨年度の途中で所属研究機関を異動したことで遅延の生じていた実施予定項目として、発熱と温度計測を行える新規ナノ材料の開発に着手し順調に進捗した。溶液系による特性の評価のほか、電子顕微鏡を用いた一通りの確認をほぼ終え、現在、細胞を用いた実験へと移行している。細胞毒性の評価と細胞内局在の確認を終え、さらに細胞内での計測へ利用している。より質の高い成果とするべくコントロール実験を含む計測一式を進めており、途中の成果を本年度に論文として発表することは控えた。現在に予定する実験の全てを終え次第、成果をまとめ、論文とすることを計画している。生物による発熱を1細胞レベルで計測し、そのメカニズム解明を目的とした細胞内温度計測の技術開発が進められているが、マクロスケールで測られる値では1細胞から得られた結果を説明できない(「10の5乗ギャップ問題」)。10の5乗ギャップの所在を明らかにするため、本研究では、細胞内に特有の環境は希薄な水系と異なるかどうか、実験的に確かめることを目指す。まず、定量性に優れる細胞内温度計測技術の開発を初年度に計画した。我々はこれまでに、ERおよびミトコンドリアへ選択的に集積する蛍光分子型の温度プローブを報告してきた。これらは蛍光強度の温度依存性から温度変化を求める方法であった。本年度はこれらを含む候補物質について蛍光寿命の特性を調べたところ、まず低分子蛍光温度計の1つと、蛍光タンパク質の1つの蛍光寿命に、温度依存性(温度が上がるにつれて、蛍光寿命が短くなる)があることを発見した。そして、骨格筋様に分化した培養細胞(筋管細胞)をカフェインで刺激した際の、筋小胞体や細胞質におけるこれら蛍光温度計の蛍光寿命変化を観察することにより、それぞれの細胞器官における温度変化を測定した。すると、筋管細胞の筋小胞体では温度上昇が見られたものの、細胞質では大きな温度変化が見られなかった。この結果は、骨格筋での非ふるえ熱産生による温度変化が、筋小胞体近傍の極めて局所で起こることを示唆している。ここで開発された方法は、生きた細胞の内部において、特に定常的な温度場のイメージングに適すると考えられることから、次年度以降の計画に向けた活用が期待される。初年度には、蛍光寿命の温度特性を利用した新規温度計測法の開発に成功しており、おおむね計画の通り進んでいるものと判断している。骨格筋からの熱産生に由来する温度変化を1細胞レベルで定量イメージングする研究を、細胞の系から動物個体の系へと発展させた。ここでは赤外線カメラでも見られるほど大きな温度変化を体表面で生じる甲虫の飛翔筋に着目した。紫外から青い光をあてると紫外域から緑に至る蛍光を発する物質が、筋肉には多く含まれる(自家蛍光)。この強い自家蛍光を避ける目的で、赤から近赤外域で発光する温度計色素を利用し、さらに温度感受性の低い色素を合わせて用いることで、動物の動きに由来する計測誤差を、これら二つの蛍光色素の強度比を計測する(レシオ計測)ことでキャンセルする新しい定量温度イメージングの手法を開発した。この新しい手法を用いて、生きている甲虫からの自発的な熱産生に由来した体表面での温度変化を、筋線維1本ずつの空間分解能で検出することに初めて成功した。甲虫での応用に限らず、動物個体モデルへと応用可能な1細胞定量温度イメージング技術として広く展開できると期待される。また細胞内の微小熱源を開発する過程で、ナノ材料に近赤外光を照射して細胞内の微小熱源として利用すると、細胞内の温度が上昇し、これが、Ca2+濃度変動を経由せずに骨格筋の収縮を誘導できることを新たに見いだした。電極を利用した骨格筋刺激の欠点を克服できる可能性がある新しい筋刺激の手法として、Nature Nanotechnology誌をはじめ注目を集めている。

骨格筋を用いた初年度の研究を引き継ぎ、動物個体での1細胞温度イメージング、および細胞内微小熱源による細胞内温度変化の定量イメージングと新しい細胞応答(熱による筋収縮の誘導)の発見に成功しており、おおむね計画の通り進んでいるものと判断している。生物による発熱を1細胞レベルで計測し、そのメカニズム解明を目的とした細胞内温度計測の技術開発が進められているが、マクロスケールで測られる値では1細胞から得られた結果を説明できない(「10の5乗ギャップ問題」)。10の5乗ギャップの所在を明らかにするため、本研究では、細胞内に特有の環境が希薄な水系と異なるかどうか、実験的に確かめることを目指す。特に当該年度は、熱産生に特化した褐色脂肪組織を構成し、多くの脂肪滴を内包する特徴的な細胞内構造を有する褐色脂肪細胞を、計測の対象として実験を進めた。まず褐色脂肪細胞における熱産生に由来する細胞内の温度変化を、1細胞で定量イメージングする新しい手法を開発した。次にこの手法を用いて検討を進めていたところ、活性化した褐色脂肪細胞のミトコンドリアpH変化に特徴のあることが見いだされ、さらに熱産生と時間的に相関していた。そこでこの研究をさらに進めた。ミトコンドリアCa2+濃度変化、ならびに小胞体(ER)のpH変化、Ca2+濃度変化を合わせてイメージングすることで各パラメータ変化の時間的相関を得た。この解析から、褐色脂肪細胞のミトコンドリアとERによる細胞内小器官間のコミュニケーションが、褐色脂肪細胞が効率よく熱産生するのに重要であることが強く示唆された。研究代表者が、当該年度途中で所属研究機関を異動したことに伴い実施予定項目の一部に当初計画からの遅延が生じた。いっぽう褐色脂肪細胞の細胞内温度変化を安定して検出できる蛍光イメージング法を確立した点では、計画通りであった。さらにこの手法を用いて細胞内環境の特異性を追究していたところ、褐色脂肪細胞による熱産生の分子メカニズムにかかわる研究へと思いがけず発展した。生物による熱産生は生物学、生理学分野における研究テーマとして、ふるえ熱産生、非ふるえ熱産生といった主要な熱産生メカニズムについての分子的な説明が可能になりつつある。しかしその多くは個体、もしくは多細胞の平均的描像による理解を主とし、たとえばある細胞に着目したとき、いつどこでどのくらいの熱が放出されるのか、といった知見は、これまで主要な研究対象ではなかった。そこで熱産生の細胞内メカニズム解明を目的に、熱産生を1細胞レベルの温度変化として計測しようとする細胞内温度計測技術の開発と応用が、研究代表者らを始め様々なグループによって進められている。いっぽう、マクロスケールで測られる値と、細胞を均一な水とする単純化したモデルとを用いても、1細胞を対象としたこれまでの報告が再現されない、もしくは説明できない。我々はこれを「10の5乗ギャップ問題」と名付け、計測における技術的な問題点の可能性、および単純化したモデルにおいて決定的に欠けている要素と、実験とモデルの両方向から議論してきた。本研究では、この10の5乗ギャップの所在を明らかにすることを目的とし、細胞内に特有の環境は希薄な水系と異なるかどうか、実験的に確かめることを目指す。特に当該年度は、昨年度の途中で所属研究機関を異動したことで遅延の生じていた実施予定項目として、発熱と温度計測を行える新規ナノ材料の開発に着手し順調に進捗した。
組織特異的Runx不活性化による発がんモデルマウスの作製と発がんの分子機構の解明

Runxファミリーの発がんにおける役割をマウス個体内で検討する目的に、Runx遺伝子の組織特異的不活性化マウスの作製を行っている。本年度は既に作製したRunx1コンヂィショナルノックアウトマウスを血液幹細胞でCreを発現するFes-Creマウスと交配した。その結果、末梢血球系細胞では一部の細胞でのみRunx1の不活性化が見られ、全ての幹細胞でRunx1の不活性化が起きていない事が考えられた。また、数カ月の観察では、著名ながん化は見られず、長期観察が必要と考えられた。次に、その変異が固形がん、特に胃がんの発生に関与すると考えられているRunx3遺伝子に関して、Runx3を組織特異的に不活性化する事の出来るRunx3コンヂィショナルノックアウトマウスを作製した。Runx3の場合、ES細胞に変異を導入した際に使用したneo遺伝子を除去したESクローンからは生殖系列を介し変異が伝わらなかったので、生殖系列でCreを発現するトランスジェニックマウスを用いneo遺伝子カセットマウス交配により除去する方法で、Runx3コンヂィショナルノックアウトマウスを作製した。次に、Runxファミリーの共通のβユニットであるCbfβをコードするCbfb遺伝子に関してもコンヂィショナルノックアウトマウスの作製を行った。現在、ES細胞のクローニングは終了し、ES細胞のインジェクションを行っている所である。また、Cbfβ遺伝子に関しては、2つのメジャーなアイソフォームを特異的に欠損するマウスも作製した。今後、これら遺伝子変異マウスを順次組織特異的なCreトランスジェニックマウスと交配することで組織特異的Runx不活性化マウスを作製し、その表現型解析を行うことでRunx不活性化の発がんにおける機能を解析する。
培養ヒト外毛根鞘細胞、表皮細胞におけるテストステロン代謝

髭毛包組織の上皮系細胞である外毛根鞘細胞(ORSC)が、培養系においても男性ホルモン標的組織としての性格を保持しているかどうかを調べるため、髭の外毛根鞘細胞のテストステロン(T)の代謝を表皮細胞(EK)と比較検討した。さらに、分化の程度による影響についても検討した。まず各々の細胞を、無血清培地(KGM)で培養し、T代謝のタイムコースを調べた。^3HでラベルしたTとインキュベートし、メディウムよりステロイドを抽出し、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィーにて代謝産物を定量分析した。その結果、どちらの細胞でもアンドロステンジオン(△^4)が主たる代謝産物であり4時間まで直線的に増加した後、アンドロスタンダイオン(AAD)が増加した。強いアンドロゲン活性を示すダイハイドロテストステロン(DHT)は8時間までは上昇し、以後は低下したが、その後アンドロステロン(A-rone)が上昇した。次に培養細胞を増殖期の単層のものと、10%牛胎児血清を加えたメディウム中で10日間培養し分化重層させたものの2群に分けて、Tの代謝実験を行ったところ、いずれも条件でもORSC、EKともにDHTは少なく、主な代謝産物は、△^4であった。しかし重層させるとAAD,△^4,A-roneが著明に増加した。5alpha-reductase活性と17beta-HSD活性を比較検討したところ、5alpha-reductase活性はいずれの条件でも両細胞間に差はなく、重層させた場合は単層の約7-8倍となった。17beta-HSD活性は、単層ではORSC、EKの間に差はなく重層させるとORSCは約5倍、EKは約3倍になった。以上の結果より両細胞ともに活発に男性ホルモンを代謝するが、分化度により代謝酵素の誘導のされ方が違うこと、単層培養のORSC、EKではTは殆どが△^4に代謝されることが明らかとった。よって髭のORSCは培養条件下の男性ホルモン代謝の面からは、男性ホルモン標的組織としての性格は有していないという結論となった。今後毛母細胞についても検討が必要と考える。
2次元フォトニック結晶面発光レーザーの理論的研究

フォトニック結晶のバンド端における零群速度効果を利用することにより、大面積単一モードレーザー発振が可能となる。この性質により、高出力動作のほか、従来の半導体レーザーにはない自由度の高いビームパターン制御を実現できる。フォトニック結晶レーザーでは発振に選ばれるモードはほぼ1つに絞られているが、サンプルによっては多モード発振するものがある。通常の発振モードと異なるモードは、バンド端ではなく非バンド端における零群速度効果に起因して発振していると考えられている。そこで、発振モード選択性を向上させ、安定動作を確保するため、この非バンド端モードの性質を理論的に詳細に解析した。非バンド端モードでは、ある結晶軸方向に沿って光がジグザグに進行し、群速度が遅くなる。さらに、結晶軸方向を逆向きに伝搬する光とも結合できるので、3方向に進行する光がエネルギーの流れを打ち消しあい、最終的に群速度が零となる。時間領域差分(FDTD)法を用いたシミュレーションにより、非バンド端モードでは1つの結晶軸方向における光閉じ込め効果が非常に強いことが分かった。しかしながら、バンド端からずれると面垂直方向の光閉じ込めは弱くなるので、非バンド端モードではトータルのQ値は低くなる。実験的には非バンド端モードでの発振は起こっているので、零群速度以外の発振メカニズムが存在すると考えられる。そこで今回、従来無視していたTM偏波に着目した。TMモードは電場の振動方向が面に垂直であるため、面垂直方向には放射されにくい。したがって、TMモードと結合することにより、TE非バンド端モードの垂直方向の光閉じ込めが強くなり、発振に至ると予想される。これを確認するため、FDTD法により解析を行った結果、現実のデバイス構造ではTE-TM結合が起こり、非バンド端モードの垂直方向のQ値が高くなって発振している可能性が高いことが分かった。2次元フォトニック結晶面発光レーザーでは大面積かつ単一モードのレーザー発振が可能となる。この性質により、大出力狭出射角面発光レーザーを作製することができ、様々な応用が期待される。今年度は半波長位相シフト構造を利用したビーム形状制御に関する解析を行った。このデバイスはフォトニック結晶中に設ける空孔の形状を真円にとると、ビーム形状がリング型になり、偏光がリングの接線方向を向くという特徴を有する。リング状ビームは光ピンセット等への応用が期待されるが、本デバイスを一般的な用途に用いるには直線偏光をもつ単峰ビームが有利である。空孔形状を楕円化することで偏光を揃える事ができるが、ビームが双峰となる問題があった。そこで、位相シフトを導入して時間領域差分法(FDTD法)で解析を行った。その結果、発振モードにおいて直線偏光をもつ単峰の遠視野が得られることを確認した。また位相シフト構造が2次元的光結合強度に影響を及ぼさないことと、偏光度を強調することも見出した。これらの理論的予測は実験的にも確認された。また、真円空孔に位相シフトを1本導入したデバイスに対する実験から、ビームが8の字型になるという興味深い事実が分かった。この結果を理論的に考察したところ、位相シフトの効果に加え、デバイス上部に配置した電極の遮蔽効果により8の字型の遠視野像が得られることが分かった。そこで、より多彩なビーム形状を得るため、位相シフトを複数本導入した構造の解析を行った。まず位相シフトを2本交差するように導入した場合、リングが4つに連なったような形状のビームが得られることが分かった。これについても、計算結果と実験結果がよく一致した。さらに、位相シフトを2本平行に導入した構造では、2個のリングが分離したビームが理論解析により得られた。これらの結果は、例えば多重トラップ可能な光ピンセット等、新しい応用の可能性を示唆している。今年度はこのレーザーの特性をさらに向上させるため、高出力化に焦点をあて、研究を行った。格子点(空気穴)を真円とした2次元正方格子フォトニック結晶の場合、構造の対称性を反映して電場が穴の中心に関して対称に分布しているため、光が面外に放出されると互いに打ち消しあい(消失性干渉)が起こり、面内に強く閉じ込められ、出力が抑制される。これを改善するためには、三角空孔等の非対称格子点を用いるのが効果的であると考えられる。しかしながら通常の三角柱空孔を用いると、複数のモードでの光閉じ込め(Q値)の差が小さくなり、発振モード選択性がやや低下する可能性がある。そこでモード選択の信頼性を高めるため、新しい格子点として、斜め空孔を導入し、その効果を理論的に検討した。その結果、空孔がある角度以上に傾いた時、所望のモードでの安定した発振を維持しつつ、大きな出力が得られることが分かった。フォトニック結晶レーザーの出力向上のためには、上述のような格子点形状による消失性干渉の低減に加え、裏面、側面への不要な光放射の除去が必要である。そこで、デバイス裏面に反射鏡を設置した構造を考え、不要放射を抑えるとともに、反射光が共振モードにどのように影響するかを調べるため、FDTD法によりQ値の解析を行った。その結果、面垂直方向の閉じ込めに起因するQ値はフォトニック結晶から反射鏡までの距離に大きく依存し、最低値では反射鏡がない場合の約半分になることが分かった。

これは反射波と共振モードとの相互作用により、上述の消失性干渉が低減したことによると考えられる。このQ値の変化により、スロープ効率にして、23倍の向上が期待できることが分かった。フォトニック結晶のバンド端における零群速度効果を利用することにより、大面積単一モードレーザー発振が可能となる。この性質により、高出力動作のほか、従来の半導体レーザーにはない自由度の高いビームパターン制御を実現できる。フォトニック結晶レーザーでは発振に選ばれるモードはほぼ1つに絞られているが、サンプルによっては多モード発振するものがある。通常の発振モードと異なるモードは、バンド端ではなく非バンド端における零群速度効果に起因して発振していると考えられている。そこで、発振モード選択性を向上させ、安定動作を確保するため、この非バンド端モードの性質を理論的に詳細に解析した。非バンド端モードでは、ある結晶軸方向に沿って光がジグザグに進行し、群速度が遅くなる。さらに、結晶軸方向を逆向きに伝搬する光とも結合できるので、3方向に進行する光がエネルギーの流れを打ち消しあい、最終的に群速度が零となる。時間領域差分(FDTD)法を用いたシミュレーションにより、非バンド端モードでは1つの結晶軸方向における光閉じ込め効果が非常に強いことが分かった。しかしながら、バンド端からずれると面垂直方向の光閉じ込めは弱くなるので、非バンド端モードではトータルのQ値は低くなる。実験的には非バンド端モードでの発振は起こっているので、零群速度以外の発振メカニズムが存在すると考えられる。そこで今回、従来無視していたTM偏波に着目した。TMモードは電場の振動方向が面に垂直であるため、面垂直方向には放射されにくい。したがって、TMモードと結合することにより、TE非バンド端モードの垂直方向の光閉じ込めが強くなり、発振に至ると予想される。これを確認するため、FDTD法により解析を行った結果、現実のデバイス構造ではTE-TM結合が起こり、非バンド端モードの垂直方向のQ値が高くなって発振している可能性が高いことが分かった。
神経回路モデルに基づく学習情報処理機構の研究

神経回路モデルの学習,特に最近注目を浴びているEMアルゴリズムを応用した学習に関して,甘利らが発展させてきた情報幾何学の手法を適用し,その幾何学的構造の解明を試みた.また,例題からの学習において学習能力をはかる一基準となる学習曲線に関して,従来求められているものを更に進め,情報幾何学の手法や統計的な漸近理論を応用することによってより複雑なものに関して考察を進めた.連想記憶モデルについては,構成素子として非単調な特性を持つものを用いることによって,その能力が向上することが大規模な計算機シミュレーションにより最近わかってきたが,統計的および統計力学的手法を用いてこのモデルの記憶容量の評価およびダイナミクスの特性解析を行なった.また並行して,計算機シミュレーションを行なうことにより,これらの理論解析結果の裏付けを行なった.神経回路モデルの学習,特に最近注目を浴びているEMアルゴリズムを応用した学習に関して,甘利らが発展させてきた情報幾何学の手法を適用し,その幾何学的構造の解明を試みた.また,例題からの学習において学習能力をはかる一基準となる学習曲線に関して,従来求められているものを更に進め,情報幾何学の手法や統計的な漸近理論を応用することによってより複雑なものに関して考察を進めた.連想記憶モデルについては,構成素子として非単調な特性を持つものを用いることによって,その能力が向上することが大規模な計算機シミュレーションにより最近わかってきたが,統計的および統計力学的手法を用いてこのモデルの記憶容量の評価およびダイナミクスの特性解析を行なった.また並行して,計算機シミュレーションを行なうことにより,これらの理論解析結果の裏付けを行なった.