hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
領域選択形成したＩｎＡｓナノワイヤ／強磁性体複合構造によるスピンデバイス

領域選択形成InAsナノワイヤのスピンデバイス応用を目指して、(112)B基板上での成長、ウェットエッチングによる50 nm径InAsナノワイヤの形成、ナノワイヤトランジスタの作製・評価を行った。また、強磁性体電極作製技術・スピン物性評価技術として、CoFe-InGaAs系非局所スピンバルブデバイスの作製・評価、MnAs/InAs/GaAs(111)B成長と伝送線路モデルデバイスの作製・評価を行い、スピンデバイス応用に向けて有望な知見を得た。平成25年度は前年度に引き続き、まず高アスペクト比ナノワイヤ(NW)形成とex-situ法によるFe系FM成膜を進めた。NW形成について必要な要素技術は、マスク基板作製と分子線エピタキシー(MBE)選択成長の2点である。マスク基板作製に関しては、従来検討してきた(110)マスク基板と異なる、(211)Bマスク基板を検討した。これは、(211)B上では{111}Bが面内1方向・面外1方向となり、NW方向制御性の向上が見込めるためである。(211)Bマスク基板を用いてMBE選択成長の成長条件依存性を調べたところ、条件範囲は狭いながら従来の(110)マスク基板よりも収率とアスペクト比が改善される成長条件を見出した。また、電界効果トランジスタ(FET)の試作も行い、(110)と同程度のFET動作を確認した。しかしながら、目標とするアスペクト比(10<)を得られる成長条件の探索には至らなかった。そこで新たな試みとして、ウェットエッチングを利用したNW径の微細化技術を導入し、検討を進めた。その結果、100 nm以下のNW径の実現に到達し、10以上のアスペクト比を得ることに成功した。ex-situ法によるFe系FM成膜については、所属部署に新たに導入された電子サイクロトロン共鳴(ECR)式スパッタ装置による検討を行った。これは、ECR式スパッタがリフトオフ性に優れているためである。しかしながら、現在までのところ、ECR式スパッタで成膜したCoFeは従来のRFスパッタで成膜したものと比べ保磁力が低く、NWではなく従来の2次元電子系をもちいた場合でも、非局所配置によるスピン蓄積の電気的検出に至っていない。なお、当初は平成25年度に進める予定だったNW/Fe系強磁性体複合構造形成およびin-situ法によるMnAs系FM成膜については、上記の検討を優先したために未だ着手していない。平成24年度は、高アスペクト比ナノワイヤ(NW)形成、ex-situ法によるFe系強磁性体(FM)成膜の基本検討を進めるとともに、電気的計測システムの再構築を行うことを目標とした。NW形成について必要な要素技術は、マスク基板作製とMBE選択成長の2点である。マスク基板作製に関して、(110)上では面内2方向・面外1方向{111}Bあるため、特に面外NW形成抑制のための、異方的開口部を有するマスク基板作製を進めた他、開口部形成プロセスの改善を試みている。成長後のフィードバックにより最適化を進めることが必要不可欠であるが、成長装置の不具合やマシンタイムの制約により、成果を得るまでには至っていない。MBE選択成長に関しては、主成長面として(111)B・側面として{-110}を有するNWの領域選択形成が可能となっており、その上で高アスペクト比が得られるMBE条件の探索が課題である。低フラックス・高基板温度により主成長面-側面間の成長レート差を増大させる方法で検討を行ったが、良い成果を得るには至らなかった。ex-situ法によるFe系FM成膜については、前処理を含めたFM堆積技術が要素技術となる。この一環として、原子層堆積(ALD)による極薄Al2O3・MgOの形成に注力し、基本的な成膜条件を得るに至った。電気的計測ついては、非局所配置によるスピン蓄積の電気的検出を行う。信号が極微小電圧であるために計測安定性・信頼性向上が課題である。ローノイズ電圧プリアンプやアイソレーションアンプ等を組み合わせた計測系の再構築を進めた。最終年度となった平成26年度は、まず昨年度に検討を進めたウェットエッチングを利用した高アスペクト比ナノワイヤ(NW)形成を基にして、NW電界効果トランジスタ(FET)の試作および評価を行った。100 nm以下のNW径・10以上のアスペクト比を有するInAs NWをチャネルとして利用し、標準的な電子線リソグラフィー・真空蒸着・原子層堆積技術によってNWFETを試作し、デバイスアナライザを用いてNWFETの出力・伝達特性を室温にて評価した。NW径が小さくなったことによりFETオフ特性の向上を期待したが、依然オフ特性が得られず、また電界効果移動度が劣化するなど特性向上には至らなかった。この結果は、固体ソース分子線エピタキシャル(MBE)領域選択成長ではマスク上堆積を抑制するための成長条件

窓が広くないこと、面内NW形成ではビーム照射が不均一になり高い対称性・均質性を得ることが困難であることに起因していると考えられる。この他、遅れていたin-situ法によるMnAs系FM成膜に着手した。スピンデバイス応用を見据え、半絶縁性GaAs(111)B基板上にInAs厚膜を成長し、さらにMnAs薄膜の連続成長を試みた。まず、得られた試料をX線回折により評価し、φ測定からGaAs・InAsの3回対称性とともにNiAs型MnAsの6回対称性を確認した。また磁気力顕微鏡により、MnAsが磁気構造を有することを確認した。続いて、ウェットエッチング技術によるMnAs微細加工の検討を進め、伝送線路モデル(TLM)デバイスを試作し、基礎的な電気的評価を行った。その結果、MnAs-InAs接合が良好なオーミック接合(コンタクト抵抗: 6 ohm-mm)であることを確認し、InAs NWコアとMnAsシェルの複合構造形成への展開には至らなかったが、スピンデバイス応用に向けて有望な知見を得た。ナノ構造プロセス・物性評価研究実績の概要でも述べたように、平成25年度も前年度に引き続き、高アスペクト比NW形成およびex-situ法によるFe系FM成膜の検討に注力した。高アスペクト比NW形成に関しては、新たな試みとしてウェットエッチングを利用した微細化技術により、一定の成果を収めた。しかしながら、Fe系FM成膜に関しては、所属部署に新規導入されたスパッタ装置による検討を行ったが、未だ不十分であった。また当初は平成25年度に計画していた、NW/Fe系強磁性体複合構造形成やin-situ法によるMnAs系FM成膜に結果的には着手できなかった。しかしながら、高アスペクト比NW形成に関して一定の成果を収めたことと、Fe系FM成膜に関して従来技術(高周波スパッタ)の利用が可能なことを踏まえると、NW/Fe系強磁性体複合構造形成に関しては、すぐに取り掛かれる準備ができている。また、in-situ法によるMnAs系FM成膜に関しても、必要なMn材料を充填したセルは既にMBE装置に設置されており、すぐに取り掛かれる準備ができている。したがって、以上を総合し、現在までの達成度としてはやや遅れていると判断した。研究実績の概要で述べたように、本研究上で最も重要な課題の一つである高アスペクト比NW形成に関して、特筆する成果が出ておらず、やや遅れている。また、ex-situ法によるFe系FM成膜についても、前処理および界面層としての極薄Al2O3・MgOのALD形成は基本的成膜条件の確立ができたものの、NWへのFM成膜およびFM-NW構造の電気的評価には至っておらず、やや遅れている。電気的計測ついては計測系の再構築は進み順調である。しかしながら、本学における液体ヘリウムの枯渇によって、スピンデバイス計測に必須の、低温・強磁場下での電気的計測は不可能な状況にあるため、予断を許さない。現在までの達成度でも述べたように、当初計画では平成25年度に進める予定であった、ex-situ法によるNW/Fe系強磁性体複合構造形成およびin-situ法によるMnAs系FM成膜に速やかに着手する。いずれにおいても、既にすぐに取り掛かれる準備ができているため、さしあたって障害はないと考えている。
食品にみる国際間情報の非対称下での東アジアの貿易とリスク対応のための経済政策

世界経済のグローバル化により、国際間取引における情報の非対称がもたらすリスクの増大への地域間での対応についての分析を行った。国際貿易では食品貿易における有害食品に伴う健康被害の防止対策としての経済政策を論じた。食料安全保障の見地から東アジアの食料供給システムの構築についても考察し、そのためには各国が協力して健全な食品産業クラスターの育成を行うことが重要であり、また、リスク管理やリスク対応のためのシステムの開発においては食品安全についてのリスク事象のシナリオ発見支援のための情報システムとリスク・パス・ファインダーの開発を行った。本研究プロジェクトは3つのグループによって構成されている。貿易理論のグループは情報の非対称性から生じる貿易上の問題点について、既存研究のサーベイを中心に行ってきた。とくに、食品の国際貿易において生産物の品質に国家間で差のある場合についての戦略的な貿易政策等の文献を参考にしながら、輸出国の製品についての品質が輸入国には十分に分からない場合の分析に拡張することを検討してきた。そしてこの問題の取り組みに非合法移民の分析のためのモデルの適用可能性についても検討してきた。今後はこのような方から貿易理論の論文を作成していく予定である。東アジアの食品産業の実証グループでは食品の安全性のための国際的フードシステムの構築という視点から、中国の食品産業の実態調査と食品産業クラスターの形成状況について分析を行ってきた。これらのこれまでの研究成果は例えば著書「国際フードシステム論」や「中国におけるクラスター戦略による農業農村開発」になっている。リスク対応・管理の研究グループでは、食品の安全性について、リスク事象の原因から結果に至る過程のシナリオの解明と、リスクの管理と対応への支援のための情報システムの開発の問題に取り組んできた。また、リスク管理においてほ国家間でリスクに対する考え方やとらえ方の相違があることから生じる問題を解決する必要があるということを考慮に入れて、リスクの考え方と文化の連についても分析を進めてきた。この分野の研究成果は例えば著書「リスクの経済思想」としてあらわされている。貿易理論のグループにおいては、モデルの構築を目指した研究を行った。特に生産物の品質が国際貿易に与える影響についての戦略的貿易理論からの分析や貿易財に偽造品が混入されている場合の国際貿易の分析などについてのモデルの構築作業を行った。また食品産業において観察されることとして、企業の商品への宣伝や広告活動による製品の安心・安全性を強めて、消費者需要を強める行動なども、それが経済厚生にどのような効果をもたらすかを考察するこが重要であると考えて、考察の対象とした。これらの問題は食料輸入への関税政策手段や国内市場と国営利企業活動への公的規制政策との関係において分析を進めてきた。実証研究グループにおいては、新潟県における健康産業クラスターの実態調査を行うことによって、食品製造業を中心とするコア企業の経営戦略と北東アジアにおける国際食料産業クラスター形成の萌芽期の動態の考察を行った。また、中国を念頭に途上国の農業地域の経済特区の形成と外国資本の関係についての分析を行った。リスク分析のグループは食品安全についてのリスク事象の原因から結果への経路の発見を支援するための情報システムの開発に取り組み、新聞記事データをもとにしたシステムを開発した。また、中国版のリスク・パス・ファインダーを中国の研究者と開発中である。国際貿易の理論的側面からの研究のグループでは戦略的貿易政策のモデルによる食品貿易において情報の非対称性のある場合に食品輸入における有害食品の国内流入の取り締まり政策と輸入国における食品製造における有害食品の混入率の関係を食品産業が完全競争的な場合の分析を論文にまとめ上げた。空間経済学からのアプローチでは空間的に分布する消費者に対して食品産業における店舗立地の問題を価格や品質と関連付けて分析し論文とした。リスク管理と対応の研究グループでは食品安全についてのリスク事象のシナリオ発見支援のための情報システムとリスク・パス・ファインダーの開発に取り組んだ。また2011年に「Risk Analysis from Asia-Pacific Perspective」と題した国際シンポジュウムを開催した。食品産業の実証分析のグループでは東アジアにおける日系食品産業のFDIの立地動向と立地分布を明らかにし、空間経済学的手法により東アジアの貿易関数の推定を行った。その結果、中国、タイ、インドネシアが市場ポテンシャルとサプライヤーアクセスが高いことが明らかにされた。以上の結果を踏まえて、「食品と貿易とリスク」に関する国際会議をアジア、アメリカからの研究者を招聘して2012年12月に開催した。(2011年秋に開催予定であったが東北の震災と原発の影響で海外からの研究者がそろわず、20121年の開催となった。)この会議でグループ間の調整を図った。国際貿易の理論的研究では2国間の自由貿易協定がどのような道筋で多国間の自由貿易協定を形成できるかについて、国の規模が多様な場合で考察を行い論文とした。基本的には最初は規模に似通った国同士での協定から出発する場合に最終的に多国間自由貿易協定が形成できることが明らかにされた。国境や地域を越えた食品の購入において食料供給側の食品に対する最適課税の問題に取り組み、重量税が望ましいことを明らかにした。

リスク管理と対応のグループにおいては23年度に開発したリスク対応の情報システムの実用性についての検証を行い、システムの有効性の確認と専門家による重要性の認識を得た。さらに、リスクの存在する場合の契約締結のための交渉の問題を考察し、特に契約当事者間での情報が非対称の場合の合意形成の条件について考察した。実証研究のグループでは、最新のアジア国際産業連関表を用いて農業部門と食品製造業部門を統合した食料産業を対象に分析を行い、2000年前半の東アジアにおけるフードシステムの変化は中国のWTO加盟及び中国とアセアンの間の自由貿易協定を背景としたこれらの諸国間の農業と食品製造業部門における工程間分業の深化によって起きていることを明らかにした。さらに昨年に引き続き東アジアにおける日系食品産業の立地選択に関して、素材と中間財へのアクセスを考慮に入れて立地国における最終財生産の垂直的・水平的生産リンケージの分析を行った。そして従来の要因である賃金やインフラに加えて、最終財の市場アクセスや供給アクセスの重要性を実証的に導いた。全体としてこれらのグループによる分析での調整と総括を行い、東アジアの安全な食品供給システム構築のためにはこの地域が協力して透明性の高い自由貿易地域と健全な食料産業クラスターの育成が重要であるとの認識に達した。本年度の目標は分析結果を論文として、国際会議を開催し、そこでの意見を聞きグループ間の調整を図ることであった。個別に論文を作成してきており、名古屋大学において12年12月に開催した国際会議でこれらの論文を提出して、グループを越えて提出された論文について議論を行い、グループ間の調整を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。各グループ共に、個別に学会や国際会議等で作成した論文の方向を積み重ねて精緻化を行い、専門誌に投稿を行うことを目標とする。またこれまでの研究を踏まえて、今後に向けた発展的課題の検討を行う。
訓練事例の最適化による語義曖昧性における領域適応

語義曖昧性解消の領域適応のための訓練事例の最適化のために,訓練事例集合をいくつも作成した上で,どの訓練事例集合がよいのかを選ぶ手法を採用した.この基準として,教師ありの語義曖昧性解消の領域適応に利用していた,確信度(SVMの長平面からの距離など,active learningで用例選択に利用される尺度)とを利用するのが良いことがわかった.また,LOO-Boundという,SVMに対しLeave-One-Out Estimationを行ったときのエラーの期待値の上限を利用したスコアを併用するとよいことが分かった.日本語書き言葉均衡コーパス(以下BCCWJ)のうち、6ジャンルのコアデータ(人手で形態素解析を行ったデータ)について語義タグ付きデータが得られたため、これまで使っていた、BCCWJの非コアデータ(ツールで形態素解析を行ったデータ)と、RWCコーパスのデータと合わせて新たにより大きなベクトル集合を作成した。新たに得られたジャンルは、BCCWJのYahoo!知恵袋、白書、Yahoo!ブログ、書籍、雑誌、新聞であり、これまで利用していたのはBCCWJのYahoo!知恵袋、白書、またRWCの新聞のコーパスである。このとき、これまでは小分類による語義に分類していたが、より大きな意味の塊である、中分類に語義を分類する実験を行えるように改めた。また、このとき、すべてのジャンルで使っている単語がひとつもなかったため、入手可能なコーパスのうち、3種類のデータを選択し、それらに共通している単語について実験を行う方式とした。また、この3種類のデータの選択は、9ジャンルから同ジャンルの重複を除いた全通り試した。新しく作成したベクトルデータを使って、これまで提案していた確信度、LOOを利用したスコアの実験を行った。さらに確信度の調整の実験を行い、語義数によって確信度を割ることによって適切な調整ができることを示した。また、SVRを利用した手法について試してみたが、思ったような結果は得られなかった。本研究の関連研究を、現在より深く調査し、訓練事例ベクトル集合の最適化に必要な一連の流れを実装した。(1)語義曖昧性解消のための、コーパス収集本研究に使用するコーパスとしては、現在、申請者が利用している現代日本語書き言葉均衡コーパス(以降、BCCWJコーパス)、RWCコーパスを使用した。(2)コーパスからの事例ベクトル集合の作成入手したコーパスから訓練事例、テスト事例に用いる事例ベクトル集合を作成した。申請者は、これまで利用していた、語義曖昧性解消の対象単語の前後2単語についての、形態素、品詞、品詞の細分類、分類語彙表における意味分類、また、語義曖昧性解消の対象単語の係り受け情報を素性に用いた。(3)基本的な類似度を基準に用いた訓練事例ベクトル集合の最適化を、整数線形計画法のツールCPLEXを利用して行うつもりであったが、実験を行ううちに線形計画法はテーマに即していないことが分かったため、以下の二通りの研究を進めた。ひとつめには、コサイン類似度を含む7種類の類似度とそのほかの指標を比較して、それぞれターゲットドメインの訓練事例ベクトル集合に近くなるように、ソースドメインの訓練事例ベクトル集合を最適化し、訓練事例ベクトルの最適化によって、語義曖昧性解消の正解率が上がるかどうかを調べた。これは、分類器としてMEMを使って行ったが、残念ながら一つの類似度ではうまくいかないことが分かり、複数の類似度を用いて機能学習をすることにより予測が可能かを調査中である。ふたつめは、分類器としてSVMを使い、確信度およびLOOという指標を用いてより適切な訓練事例集合を作成する研究である。これはテスト事例ごとに適切な集合を選択する手法と、テスト事例集合ごとに山登り法で適切な集合を選択する実験の予備実験を行ったところ、好感触を得ている。研究を始めた当初の予定からは多少の変更はあったものの,実験まではおおむね順調に進んでいる.具体的には,平成2526年度の時点で,確信度とLOO-boundを利用した適切な訓練事例の選択を行い,この手法が訓練事例の選択に有用であることが分かっている.その手法についても,訓練事例ごとに用例を選択する方法と,単語タイプごとに訓練事例を選択する手法を提案しており,それぞれに成果が出ている.しかし,これらの結果は,平成26年度に新たな語義タグつきコーパスであるBCCWJの拡張コーパスがリリースされ,その後,新コーパスを含めたコーパスで続きの実験を行ったこと,また,新コーパス上で新しい手法で実験し,より良い結果が出た場合には,ひとつの結果としてまとめて論文にするつもりだったため,研究会の論文にはまとめたものの,まだ国際会議の論文にしていない.また,27年度は,すべての語義を利用することによって,LOO-boundの補正の必要をなくして実験をしなおした.指標はふたつよりもひとつの方がシンプルになるので,同程度の精度が出せるのであれば,補正の必要はないほうが望ましいためである.この手法については,有望な結果が出ているが,初期事例数が少なすぎて,高い精度が出せなかった.また,これに伴い,サポートベクトルの継承を行って訓練事例数を反復的に増やしていく手法を提案し実験を行ったが,こちらも初期事例数が少なすぎて,高い精度が出せなかった.そのため,サポートベクトルの継承はいったん諦め,初期事例数を増やして確信度だけで実験を行ったところ,精度は改善したが,全用例を利用した精度にはわずかにおよばなかった.しかしまだ用例数がとても少ないため,事例数をもう少し増やせば逆転する可能性がある.また,これとは別に,周辺的な知見を論文にして投稿および発表を行った.

平成26年度の時点で,(1)周辺的な知見である「固有名詞抽出における領域適応」の論文を一報,(2)本質的な知見のうち,あたためてあった「単語ごとに適切な訓練事例を確信度とLOO-boundを利用して選択する手法(語義曖昧性解消の領域適応についての論文)を一報,(3)本質的な知見のうち,さらにいい結果を出そうとしている「用例ごとに適切な訓練事例を確信度だけを利用して選択する手法(語義曖昧性解消の領域適応についての論文)を一報,投稿する予定であった.平成27年度には,このうち(1)の論文が国際会議RANLPにおいてアクセプトされたため,科研費で渡航費および登録料を支払った.(2)については投稿したが,通すことができなかったので,平成28年度に持ち越しとする予定である.この際,(3)の知見を生かして書き直しており,すでに投稿済みである.予定していた「訓練事例の最適化による語義曖昧性解消の領域適応」についての論文そのものは投稿中であるため,まだ論文にはなっていないが,予定していた実験から得られた知見を別のタスクに応用した副次的な論文や,科研費で購入したコーパス等を利用した論文を多数公表することができた.具体的には,四年間で43回の研究発表,17報の国際会議,6報のジャーナル論文の成果があり,特に,このうち平成27年度は11回の研究発表,6報の国際会議,1報のジャーナル論文の成果となった.さらに平成27年度には,語義曖昧性解消の領域適応に分散表現を利用する手法について研究を行い,成果が出たため,言語処理学会の年次大会で発表を行った.平成28年度に追加実験を行ったうえで,国際会議に投稿を予定している.語義曖昧性解消の領域適応のための訓練事例の最適化のために,訓練事例集合をいくつも作成した上で,どの訓練事例集合がよいのかを選ぶ手法を採用した.この基準として,教師ありの語義曖昧性解消の領域適応に利用していた,確信度(SVMの長平面からの距離など,active learningで用例選択に利用される尺度)とを利用するのが良いことがわかった.また,LOO-Boundという,SVMに対しLeave-One-Out Estimationを行ったときのエラーの期待値の上限を利用したスコアを併用するとよいことが分かった.平成26年度は周辺的な知見を国際会議に投稿したものの,通すことができなかった.そのため,現在投稿予定の論文が三報ある.具体的には,(1)周辺的な知見である「固有名詞抽出における領域適応」の論文が一報,(2)本質的な知見のうち,あたためてあった「単語ごとに適切な訓練事例を確信度とLOO-boundを利用して選択する手法(語義曖昧性解消の領域適応についての論文)」が一報,(3)本質的な知見のうち,さらにいい結果を出そうとしている「用例ごとに適切な訓練事例を確信度だけを利用して選択する手法(語義曖昧性解消の領域適応についての論文)」が一報である.(1)は英語で書き終わっており,国際会議に投稿を行える状態である.(2)は日本語の研究会の論文になっており,英語に書き直せば国際会議に投稿を行える状態である.(3)は初期事例数等を変えて実験を行っている最中である.
癌における低分子代謝異常の解明とこれを利用した光線力学診断法の確立

癌患者にアミノレブリン酸(ALA)を投与することにより腫瘍特異的にポルフィリンが蓄積することが知られており、これを利用した癌の診断が広く用いられている。本研究では癌におけるこれらの代謝異常の全容を明らかとすることを目的とした。その結果、ALA投与後の種々のトランスポーターの発現がポルフィリン蓄積に重要であることが分かった。さらに低酸素下における癌や休眠癌細胞など難治療性の癌における診断法を確立できた。これまでの研究により、この腫瘍特異的なポルフィリン蓄積にはポルフィリン生合成経路における低分子代謝異常が起きていることが指摘されているが、その詳細は明らかとされていない。そこで本研究では癌におけるこれらの代謝異常の全容を明らかとすることを目的とした。本年度は代謝異常に関する分子の中で中心的と思われる関連トランスポーターの同定を行った。その結果、従来関連が認められていたPEPT1やABCG2の他にABCB6が新たにポルフィリン前駆体排出トランスポーターとして機能していることが明らかとなった。このトランスポーターは実際に診断で用いるポルフィリンの前駆体の状態のポルフィリンを細胞外に排出するため、極めて重要な役割を果たしていると言える。さらに、このトランスポーターは低酸素状態において発現が亢進することが分かった。従来から低酸素状態において腫瘍でのポルフィリン蓄積量が減少する事実が報告されていた。本研究の結果から、この現象の理由が明らかとなり、低酸素におけるABCB6の発現がポルフィリン蓄積に大きな影響を与えていることが分かった。さらに鉄イオン代謝の影響も詳しく調べた。その結果、ポルフィリンに挿入される鉄イオン濃度がポルフィリン蓄積に大きな影響を与えていることが分かった。具体的には癌細胞では鉄イオン濃度が低く、正常細胞では鉄イオン濃度が高いために、癌細胞は正常細胞と比較して多くのポルフィリンを蓄積することが明らかとなった。このように本年度は低分子代謝異常の重要な鍵となる二つの因子を発見・同定することに成功した。来年度以降はこれらの因子をコントロールすることによって、診断効果を向上し得る方法論の開発に着手する予定である。昨年度は代謝異常に関する分子の中で中心的と思われる関連トランスポーターの同定を行った。そこで本年度はこれらの知見を踏まえ、診断効率をあげるためにトランスポーターの阻害剤の開発ならびに鉄イオン濃度のコントロールについて焦点を定めた研究を行った。その結果、ポルフィリン排出トランスポーターであるABCG2を阻害する薬剤を用いることによって、ポルフィリン蓄積量を飛躍的に向上させることに成功した。さらに鉄を共添加することによって正常細胞へのポルフィリン蓄積を低減させることに成功し、腫瘍選択性を向上させることを明らかとした。このように昨年度に低分子代謝異常の重要な鍵となる二つの因子を発見・同定したことを受け、今年度はこれらを利用して診断効果を向上する新規な方法論を開発した。来年度は実際の腫瘍選択性を詳細に検討する予定である本研究はアミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常の解明を行い、光線力学診断法の確立を目指すものである。本年度の目標は「光線力学診断法の確立」としていたが中心的な役割を果たすトランスポーター・鉄イオン代謝異常を発見し、診断効果を向上させる方法論を示せたと言える。以上のことから当初の計画に対しておおむね順調に進展していると考えている。癌患者にアミノレブリン酸(ALA)を投与することにより腫瘍特異的に蓄積するポルフィリンを利用した癌の光線力学診断が広く用いられているが、その詳細な蓄積機構は明らかとされていない。一年目と二年目では代謝異常に関する分子の中で中心的と思われるトランスポーターの同定を行った。さらに鉄イオン濃度をコントロールすることによって腫瘍選択性が向上し、診断精度が上がることを明らかとした。本年度はこれまでに得られた知見を基に特殊環境にある難治療性の癌に対する診断法の確立を行った。具体的には1低酸素下における癌ならびに2多剤耐性能を持つ休眠癌細胞・癌幹細胞への適応を検討した。

1低酸素下における癌は、通常酸素下と比較してポルフィリン代謝能が大きく異なることを示した。特にポルフィリン酸化酵素が重要な役割を担っていることを示し、酸素代謝をコントロールすることによってポルフィリン蓄積量を増加させ、診断効率をあげることに成功した。また、2休眠癌細胞・癌幹細胞においては上述のような鉄イオンのコントロールによって従来困難であった休眠癌細胞・癌幹細胞の可視化に成功した。具体的にはキレーターを用いた腫瘍内の鉄量を下げる方法論を採用している。以上のように本研究では生化学的基礎検討を通して、従来では困難であった特殊環境下における癌の光線力学診断に成功しており、十分な成果をあげていると言える。癌患者にアミノレブリン酸(ALA)を投与することにより腫瘍特異的にポルフィリンが蓄積することが知られており、これを利用した癌の診断が広く用いられている。本研究では癌におけるこれらの代謝異常の全容を明らかとすることを目的とした。その結果、ALA投与後の種々のトランスポーターの発現がポルフィリン蓄積に重要であることが分かった。さらに低酸素下における癌や休眠癌細胞など難治療性の癌における診断法を確立できた。本研究はアミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常の解明を行い、光線力学診断法の確立を目指すものである。本年度の目標は「低分子代謝異常の解明」としていたが中心的な役割を果たすトランスポーター・鉄イオン代謝異常を発見することができ、診断効果を向上させる方法論の方向性を示すことに成功したと言える。以上のことから当初の計画に対しておおむね順調に進展していると考えている。アミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常について二つの大きな知見がこれまでの研究で得られ、これに立脚した診断効果を向上させる方法論が開発できたと言える。具体的には次の二点である。(1)ターゲットとなるトランスポーターが同定できたため、トランスポーター阻害剤の設計ができた。トランスポーターを阻害することによって細胞内ポルフィリン蓄積量が飛躍的に増大することが明らかとなった。(2)鉄イオン濃度をコントロールする手法を検討した。鉄イオンを追加投与することによって、ポルフィリン蓄積量の腫瘍選択性をあげることができた。上記二点を軸としたさらなる検討を行い、低分子の代謝異常を用いた光線力学診断法の確立を目指してゆく。分子生物学アミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常について二つの大きな知見がこれまでの研究で得られたと言える。今後は得られた知見に立脚した診断効果を向上させる方法論を開発してゆく。(1)ターゲットとなるトランスポーターが同定できたため、トランスポーター阻害剤を開発してゆく。トランスポーターを阻害することによって細胞内ポルフィリン蓄積量が飛躍的に増大してゆくであろう。(2)鉄イオン濃度をコントロールする手法を検討する。癌細胞と正常細胞において鉄イオン濃度が異なっていたため、鉄イオンの取り込み能が癌と正常で異なると考えられる。
酸化的ストレスによって活性化される緑藻のカロテノイド生合成酵素系の解明

単細胞緑藻へマトコッカスが生成するアスタキサンチン(Asx)と呼ばれるケトカロテノイドは、β-カロテンやビタミンEに優る強い抗酸化性が見い出されている。本緑藻のシストと呼ばれる胞子嚢に対して、H202やスーパーオキシド等の活性酸素を添加すると,新たなタンパク質の合成がなくとも、著量のAsxが生成されることを見い出してきている。本研究では、この酸化的ストレスによるカロテノイド(Car)生合成系の活性化の調節システムを明らかにすることを目的とした。本年度の研究成果を概述すると、第一に、カロテノイドやコレステロール等のイソプレノイド生合成の初期律速段階にある3-ヒドロキシメチルグルタリル-CoAリダクターゼ(HMGR)に着目し、その酵素活性に及ぼす酸化的ストレス付与の効果を検討した。HMGRの特異的阻害剤であるコンパクチン(Cmp)でシスト細胞を処理すると、Car生成が阻害されるが、活性酸素の共存時にはCmpの阻害作用が消失したので,活性酸素のCar生成促進作用点のひとつがHMGR酵素反応にあることが示唆された。さらに、Asx高生産変異株を得るために、Cmp耐性変異株をスクリーニングして、HMGR活性が向上した変異株を検索したが、単離した高生産株のHMGR活性は親株と同程度で、Ki値に若干の上昇が見られた。第二に、Asx生合成の最終段階に位置するβ-カロテンに酸素添加を行うオキシゲナーゼ・ヒドロキシラーゼ反応を検討した。Asxに至るこの酵素反応経路には、少なくとも7つの中間体が存在し解明が進んでいないが、多波長フォトダイオードアレイ分光検出器を用いたHPLCを導入して、微量のCar同定・定量を試みた結果、無細胞系の膜画分において、NADPHと酸素存在下では、β-カロテンからゼアキサンチンとともにAsxへと変換されうることか明らかになった。単細胞緑藻ヘマトコッカスが生成するアスタキサンチン(Asx)と呼ばれるケトカロテノイドは、β-カロテンやビタミンEに優る強い抗酸化性が見い出されている。本緑藻のシストと呼ばれる胞子嚢に対して、H_2O_2やスーパーオキシド等の活性酸素を添加すると、新たなタンパク質の合成がなくとも、著量のAsxが生成されることを見い出してきている。さらに、Asx高生産変異株を得るために、Cmp耐性変異株をスクリーニングして、HMGR活性が向上した変異株を検索したが、単離した高生産株のHMGR活性は親株と同程度で、K_i値に若干の上昇が見られた。

Asxに至るこの酵素反応経路には、少なくとも7つの中間体が存在し解明が進んでいないが、多波長フォトダイオードアレイ分光検出器を用いたHPLCを導入して、微量のCar同定・定量を試みた結果、無細胞系の膜画分において、NADPHと酸素存在下では、β-カロテンからゼアキサンチンとともにAsxへと変換されることが明らかになった。単細胞緑藻へマトコッカスが生成するアスタキサンチン(Asx)と呼ばれるケトカロテノイドは、β-カロテンやビタミンEに優る強い抗酸化性が見い出されている。本緑藻のシストと呼ばれる胞子嚢に対して、H2O2やスーパーオキシド等の活性酸素を添加すると,新たなタンパク質の合成がなくとも、著量のAsxが生成されることを見い出してきている。本研究では、この酸化的ストレスによるカロテノイド(Car)生合成系の活性化の調節システムを明らかにすることを目的とした。本年度の研究成果を概述すると、第一に、カロテノイドやコレステロール等のイソプレノイド生合成の初期律速段階にある3-ヒドロキシメチルグルタリル-CoAリダクターゼ(HMGR)に着目し、その酵素活性に及ぼす酸化的ストレス付与の効果を検討した。HMGRの特異的阻害剤であるコンパクチン(Cmp)でシスト細胞を処理すると、Car生成が阻害されるが、活性酸素の共存時にはCmpの阻害作用が消失したので,活性酸素のCar生成促進作用点のひとつがHMGR酵素反応にあることが示唆された。さらに、Asx高生産変異株を得るために、Cmp耐性変異株をスクリーニングして、HMGR活性が向上した変異株を検索したが、単離した高生産株のHMGR活性は親株と同程度で、Ki値に若干の上昇が見られた。第二に、Asx生合成の最終段階に位置するβ-カロテンに酸素添加を行うオキシゲナーゼ・ヒドロキシラーゼ反応を検討した。Asxに至るこの酵素反応経路には、少なくとも7つの中間体が存在し解明が進んでいないが、多波長フォトダイオードアレイ分光検出器を用いたHPLCを導入して、微量のCar同定・定量を試みた結果、無細胞系の膜画分において、NADPHと酸素存在下では、β-カロテンからゼアキサンチンとともにASxへと変換されうることが明らかになった。
血清マイクロRNAプロファイリングによる新たな心房細動の臨床病態評価法の確立

心房細動(AF群)あるいは発作性上室頻拍症(対照群)に対してカテーテルアブレーション治療を予定された患者から、焼灼治療を行う前に心臓特異的な現象を反映する冠状静脈血(CS)と、臨床バイオマーカーの評価に用いる末梢血(中心静脈血、CV)を採取し、定量PCR法を用いて血中マイクロRNA(miRNA)の発現を解析した。基礎研究でAFの病態との関連が報告されている遺伝子を測定したところ、心臓特異的に発現し(CS検体で発現)、それが末梢血に反映(CV検体でも発現)されているmiRNAが存在することを確認した。そして、CS検体においてAF群と対照群の間で発現差を認め、かつCV検体でもその発現差が反映されているmiRNAをAFの病態関連バイオマーカーの候補と考えた。複数のmiRNAの血中プロファイルを評価するツールとして次世代シークエンサー(NGS)を用いた。NGSで網羅的解析を行い845のmiRNAを検出した。CS検体でAF群と対照群の間で発現量の差が大きかったmiRNAを評価したところ、既知の病態関連遺伝子(miR-26、miR-27、miR-133、miR-30など)に加えて、未報告の遺伝子(miR-20、miR-330、miR-204など)も多く抽出された。この中からCV検体でもCS検体と共通の発現差を認めたmiRNAを抽出した。さらに、これらの遺伝子に関しては別の患者群の検体を用いて定量PCR法で再度評価し、NGSの結果の妥当性を確認した上で臨床バイオマーカーの候補miRNAとした。現在は新たな患者群から血液検体を採取し、候補miRNAの血中プロファイルを測定することで、AFの治療効果や新規AFの発症などを予測できるかどうかの検証を進めている。さらに、未報告のmiRNAに関しては基礎実験による機能解析の準備を進めている。平成28年度は、定量PCR法による血中miRNA発現解析のプロトコルを確立し、心房細動(AF)患者の血液検体を用いて病態と関連する複数の血中マイクロRNA(miRNA、miR)の発現を解析した。特に心房線維化がAFの病態に重要であり、線維化関連のmiRNA(miR-21/miR-26a/miR-29a/miR-133aなど)を中心に発現解析を行った。発作性AF、持続性AF、発作性上室頻拍症(対照群)の患者から心臓特異的な現象を反映する冠状静脈血(CS)と、臨床評価に用いる末梢血(中心静脈血、CV)を採取した。CSにおける血中miR-21、miR-26aの発現は、対照群と比較して発作性AF群で低下していた。また、血中miR-21、miR-26a、miR-29a、miR-133aの発現は、持続性AF群でも低下していた。一方、CVにおいては、発作性AF群で発現が低下するmiRNAは認めなかったが、血中miR-21、miR-26a、miR-29aは、対照群と比較して持続性AF群で発現が低下していた。このようにCSとCVでは血中miRNAの発現プロファイルが異なるものの、持続性AFで共通して変化している血中miRNAが存在し、バイオマーカーの候補となりうることが示唆された。平成28年度は、本結果を国内外の学会(日本循環器学会学会、米国不整脈学会、欧州心臓病学会など)で多数発表した。さらに、新規の候補miRNAの探索、血中miRNAによる病態評価の臨床応用を目指し、次世代シーケンサー(NGS)による解析にも着手した(大阪大学との共同研究)。NGSによる網羅的解析と、ターゲットを絞ったmiRNAのPCR法による定量解析とを平行させ、その結果を相互にフィードバックさせることで、より精度の高い評価法の確立と、迅速な実臨床への応用を目指す。現在も研究を鋭意継続中である。近年、大規模遺伝子解析研究は次世代シーケンサー(NGS)の登場により飛躍的に進歩した。そして、DNAのみならず、RNAシーケンシングも盛んに行われるようになった。NGSを用いた網羅的解析においては、各検体間のmiRNA存在量を標準化するため事前にスパイクインRNAを添加することにより核酸抽出、ライブラリ作成、シーケンシング工程でのバイアスをノーマライズすることが可能となり、マイクロアレイDNAチップ解析と比較して定量化にも優れるようになった。現在、NGSの汎用性が高いとは言えないが、近い将来コストダウンが図られ実臨床でも使用できるようになる可能性が高い。このためNGSは、網羅的解析による新規miRNA探索のみならず、複数のmiRNAの発現解析を用いたAFの病態評価の臨床応用に向けて極めて有用な手法と考える。NGSを用いて血中miRNA群のプロファイリングをおこないAFの病態を評価するという手法は現在まで報告がなく、新規性と独創性も極めて高い。研究当初は網羅的解析にマイクロアレイDNAチップ解析を用いる予定であったが、上記理由からNGSを用いた解析に変更した。NGSを用いた解析は年度後半から着手したこともあり多少研究の進行が遅れている。平成29年度は、前年度から引き続き、心房細動(AF)患者と対照群の血液検体を用いて、定量PCR法による血中マイクロRNA(miRNA、miR)の発現解析を継続した。

平成28年度は心房線維化に関連したmiRNAを中心に解析を施行したが、平成29年度は新たにAFにおける電気的リモデリング(イオンチャネルリモデリング)、炎症反応、カルシウム動態変化との関連が報告されているmiRNAの発現解析を行った(結果解析中)。定量PCRの結果に関しては、平成28/29年度で国内外の学会(日本循環器学会、欧州心臓病学会、米国不整脈学会など)で発表をおこなった。平成29年度は次世代シーケンサー(NGS)を用いた血中miRNAの網羅的解析に着手した(大阪大学との共同研究)。カテーテル治療を予定された発作性AF、持続性AF、発作性上室頻拍症(対照群)の患者から心臓特異的な現象を反映する冠状静脈血と、臨床評価に用いる末梢血の検体を採取した。NGSを用いてmiRNAを網羅的に解析し、845のmiRNAを検出した。予備解析として、持続性AFと対照群との間で発現量の差が大きかった上位30番目までのmiRNAを抽出した。冠状静脈血においてはmiR-26、miR-27、miR-133、miR-30などの既知のmiRNAに加えて、miR-20、miR-330、miR-204などの未報告miRNAも抽出された。この中で、miR-26、miR-20、miR-330、miR-204は末梢血においても持続性AFと対照群の間で発現量に有意な差を認めた。冠状静脈血と末梢血との間で共通の変化を認めたこれらのmiRNAが、AFの病態を評価するバイオマーカーの候補となりうることを見出した。現在もNGSによるシーケンシングと解析を継続中であるが、予備実験解析の結果を平成30年3月に開催された日本循環器学会総会で報告した。平成28、29年度において、AFの病態との関連が報告されているmiRNAにおいて定量PCRによる発現解析を行った。心房線維化関連のmiRNAの発現解析の結果に関しては、すでに国内外の学会で報告している。電気的リモデリング、炎症反応、カルシウム動態変化など、その他の病態に関連するmiRNAに関しては平成29年度から開始し、現在も実験解析を継続中である。さらに、NGSの結果で得られた新たな候補miRNA(未知のものを含む)に関しても定量PCRを用いた解析を開始した。これらの解析は平成30年度上半期までには終了予定である。NGSを用いた網羅的解析は、マイクロアレイDNAチップ解析と比較して定量化にも優れる。現在、NGSの汎用性が高いとは言えないが、近い将来コストダウンが図られ実臨床でも使用できるようになる可能性が高い。このため、本研究のような複数のmiRNAの発現解析を用いたAFの病態評価においては、NGSが臨床応用に向けて極めて有用な手法と考えた。さらに、NGSを用いて血中miRNA群のプロファイリングをおこないAFの病態を評価するという手法は現在まで報告がなく、新規性と独創性も極めて高い。研究当初(平成28年度)は網羅的発現解析にマイクロアレイDNAチップ法を用いる予定であったが、平成29年度から上記理由でNGSを用いた解析に変更し着手した。現在まで、対照群(発作性上室頻拍症)で冠状静脈血と末梢血各5検体(全10検体)、発作性AF群で各5検体(全10検体)、持続性AF群で各7検体(全14検体)のシーケンシングが終了した。現在もシーケンシングと解析を鋭意継続中であるが、予備解析の結果を平成30年3月に開催された日本循環器学会総会で報告した。当初の研究計画の手法と異なる実験手法を用いて解析を行っているため多少研究の進行に遅れが生じている。
交差点での運転者の姿勢に着目した注意散漫状態推定システムの構築

平成29年度までに、交差点における安全確認行動中のドライバの頭部姿勢について、その時間変化を解析することで集中状態と注意散漫状態の識別境界を設定できる可能性を明らかにした。平成30年度はこれまでの結果を踏まえ、頭部姿勢情報に加えてドライバの視線と心拍情報の統計量から、被験者間のドライバ特性の差異によるモデル化の可能性を検討した。その結果、同一の交通イベントに対峙した場合の心拍数の差異とドライバ特性の関連性が示唆され、ドライバ個人の特性に応じた状態推定の可能性を示唆した。研究者の産休、育休により、研究が中断していたため予定していた検討内容を実施できていない。被験者間での差異と、被験者全体で一般化できる動き特徴に着目し、それぞれの特徴の時系列変化をリカレントSOMにより分類する。また、評価用の注意散漫推定モデルの構築を行い、評価実験を実施する。本研究では,自動車事故の予防安全を目指し,交差点での安全確認行動中のドライバの頭部姿勢の時間的な変化を解析することで,注意散漫状態推定システムの構築を目指す.具体的には,ドライバごとの安全確認行動の時系列変化を捉えるために,リカレントSOMs(Self-Organizing Maps,自己組織化マップ)とベイジアンネットワークを用いた危険運転予測モデルの構築に焦点を当てた検討を行う.特に,個人ごとに異なると考えられるドライバ特性を用いることで,個人に合わせた注意喚起システムの実現につながると期待される.平成28年度は,ドライビングシミュレータ環境下での走行実験により得られたデータを用いて解析を行った.特に,見通しの悪い無信号交差点を対象とし,交差点における安全確認行動を構成する個人ごとの頭部姿勢の定量化手法について,時間変化を考慮したカテゴライズの可能なリカレントSOMsを用い検討を加えた.ドライビングシミュレータ環境において自転車の飛び出しイベントをヒヤリハットとして定義し,ヒヤリハットに遭遇しなかった場合(以下,非遭遇時と表記する)と遭遇した場合(以下,遭遇時と表記する)の安全確認行動時の頭部姿勢カテゴライズについて解析した.解析の結果,非遭遇時と遭遇時で同一交差点における頭部姿勢の時間変化の概形が類似する傾向が確認できた.このことから,個別の交差点に依存する確認行動の存在が示唆された.一方で,ヒヤリハットに対する注意の配分により,頭部姿勢のカテゴリの突発的な変化が存在することが分かった.リカレントSOMsを用いる事で,確認行動の差異に起因する姿勢の変化を分類できる可能性が示された.平成28年度に解析予定であったリカレントSOMsを用いた実験を実施でき,研究成果を口頭発表することができたため.予定していたドライビングシミュレータを用いた新たなデータ取得実験については,既存のデータを利用した解析が可能であったこと,および計算機シミュレーションに必要な環境構築を優先したことから未実施であるが,次年度に実施予定である.平成29年度は,平成28年の実験から実験対象データ数を増加させ,リカレントSOMs(Self-Organizing Maps)のパラメータ調整のための安全確認行動の時間変化の分析,およびその結果を踏まえたドライバ状態の差異に基づく定量評価を実施した.まず,リカレントSOMsにおける過去データの参照時間(フレーム数)を検討するため,安全確認行動区間について,ドライビングシミュレータの走行実験により得られたデータを用い,集中状態と注意散漫状態について分析した.その結果,集中状態と注意散漫状態では安全確認行動に明確なタイミングの違いのあることが確認できた.この差異をリカレントSOMsで学習・分類できる可能性が示唆された.また,リカレントSOMsの分類結果に対し,今回対象とする集中状態と注意散漫状態とのクラスタ境界を設定するため,データ密度ヒストグラムを用いて実験した.その結果,集中状態と注意散漫状態の識別境界を設定できる可能性を明らかとした.さらに,個人差と環境変化を考慮したドライバモデルの構築のために,安全確認行動の時系列変化に対する状態推定モデルの適用について検討した.当初予定していたベイジアンネットワークの適用を変更し,安全確認行動時の複数の観測データの関係性に着目することで注意散漫状態の検出(異常検出)が可能であると考えた.そこで,グラフィカルガウシアンモデル(GGM)を用い,状態推定モデルの構築について検討した.その結果,GGMを用いて注意散漫状態の検出できる可能性を示唆した.予定していたドライビングシミュレータによる新たなデータ取得は実施しなかったが,これまでに蓄積しているデータを用いて解析できたため,問題なく研究は進んでいる.また,今年度の計画にあったデータ数を増加させた実験,および安全確認行動中の時間変化を捉えた解析に加え,モデル化の可能性についても検討できている.平成29年度までに、交差点における安全確認行動中のドライバの頭部姿勢について、その時間変化を解析することで集中状態と注意散漫状態の識別境界を設定できる可能性を明らかにした。平成29年度はデータ数を増加させ,被験者間での差異を分析する予定である.さらに,リカレントSOMsのパラメータ最適化と注意散漫状態推定モデルの構築について検討を加える.また,イベントに特化した安全確認行動のタイミング構造の抽出について,平成28年度に行った解析の結果を踏まえてさらに検討する予定である.

平成30年度は,被験者間での差異を踏まえたモデル化の可能性について検討する.また,注意散漫状態推定モデルを用いて評価実験を実施する.被験者間での差異と、被験者全体で一般化できる動き特徴に着目し、それぞれの特徴の時系列変化をリカレントSOMにより分類する。また、評価用の注意散漫推定モデルの構築を行い、評価実験を実施する。産休、育休により研究を中断していたため、次年度使用額が発生した。今後は評価実験、および研究成果の発表に使用する予定である。
コヒーレントフォノン信号の疎性モデリング解析による光誘起構造変化へのアプローチ

光誘起構造変化は光で協調的な構造変化を引き起こす現象で、そのダイナミクス解明は光物性分野の主命題である。その中でコヒーレントフォノン(CP)計測法は、そのダイナミクスを振動モードの時系列変化として捉えることが可能である。当該年度では、初年度にCP信号解析で実績を上げたベイズ推定を様々な光誘起現象のスペクトル分解解析(ベイズ分光)に適用するとともに、仮想計測解析(VMA)にも取り組んだ。その結果、タイプII超格子半導体において、光誘起の高密度相である電子正孔液滴状態が安定化することを統計的確証とともに示した。VMAでは、CP信号のモード解析におけるノイズ耐性と、スペクトル分解における均一幅と不均一幅の競合と分離の可能性について明らかにした。一方スパースモデリング(SpM)については、CP信号の解析において、モード振幅のスパース性を取り入れた動的モード分解(SpDMD: Sparsity-promoting Dynamic Mode Decomposition)を適用した。その結果、実験データにおいて、物質固有の2つの固有モードに加え実験的アーティファクトであるベース信号の揺らぎとポンプレーザー由来のスパイク応答までも自動的に分解・抽出が出来ることを示した。また、その様なCP信号を想定した人工データを対象にして、SpDMDで推定される振動モードパラメータの推定精度を評価した。その結果、CP信号の励振機構の同定で重要な振動初期位相が、高精度に推定できることを示した。またSpDMDで用いたSpMは振動性の信号で有効に機能することから、放射光を用いて計測される広域X線吸収微細構造(EXAFS)の振動性波形の解析に適用させた。今後これらの実績に基づき、様々なCP信号の解析やEXAFS信号の解析にSpMを適用させ、データ駆動科学の発展に寄与する。29年度が最終年度であるため、記入しない。光誘起構造変化は光によって協調的な構造変化を引き起こす現象で、そのダイナミクス解明は光物性分野の主命題である。当該年度では、まず【課題1】であるCP信号のベイズ推定に取り組んだ。フーリエ変換やウェーブレット変換の既存解析法では、CP信号の減衰特性に由来する不確定性幅が振動モード周波数の高精度推定で大きな障害になるのに対し、ベイズ推定では減衰振動の物理モデル(因果律)を導入することにより、振動モードの推定精度が2桁以上改善し、振動初期位相、振動振幅の立上り・減衰時定数も高精度に推定できることを示した。更に【課題2】である新規スパースモデリング(SpM)法の開発に取り組んだ。用いた方法は、非線形流体振動の時間・空間変動データのモード分解に用いられる動的モード分解(DMD: Dynamic Mode Decomposition)を、モード振幅のスパース性を取り入れたSpDMD (Sparsity-promoting DMD)である。CP信号では時間系列だけのデータを解析対象とするが、SpDMDの適用にあたり、コヒーレントフォノンが一定速度で試料内を伝播することを想定したデータマッピングを行って、SpDMDを適用した。そのSpDMDを実際の実験データに適用し、実験データ内に含まれる物質固有の2つの固有モードは元より、実験的アーティファクトであるベース信号の揺らぎや、時間原点付近のポンプレーザー由来のスパイク応答までも自動的に分解・抽出が出来ることを示した。本研究ではコヒーレントフォノンの減衰振動モード分解解析において、以下のような革新をもたらした。(1)振動性波形のモード分解解析では、これまでフーリエ変換やウェーブレット変換が用いられてきた。しかしこれらの分解法は、準連続的な周波数を持った平面波やマザーウェーブレットを基底としてモード分解するため、不確定性原理由来の強い推定限界が問題である。本研究では、コヒーレントフォノン信号を説明する物理モデルを因果律として導入したベイズ推定を用いることで、その問題を突破し、振動周波数は元より、全ての物理パラメータを高精度に推定できることを示した。(2) (1)のベイズ推定は、CP信号にどの様な減衰振動モードが含まれているかの先験的知識がある場合は極めて有効である。しかし実際の実験データでは、信号に含まれる物質固有の振動モード数が不明であることが多い。更に、実験データにはこれらの物質由来の信号以外に、実験的アーティファクトが重畳することが避けられず、それらの実験的アーティファクトは、フーリエ変換等で、本来のモードスペクトルを得る際に大きな障害となっている。本研究で取り組んだSpDMDは、それら諸問題を一気に解決することが可能である。SpDMDは、実験的アーティファクトも単純指数関数減衰応答や長周期振動成分として適切に抽出・分離し、少数(スパースな)の物質固有の減衰振動モードを分解することが可能である。またこれらの減衰振動モードの振動周波数、初期位相、減衰時定数も推定することが可能で、既存解析法で不可能な解析が可能となった。