hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンパク質機能の阻害・活性化を制御する機能性化学プローブの開発

生体は、周囲の環境に適応する際に細胞内、そして細胞間において情報伝達を行う。これは「シグナル伝達」と呼ばれ、多くのタンパク質が関わっている。シグナル伝達は非常に複雑であるため、いまだに未解明点が多く、新たな研究ツールの開発が求められている。そこで申請者は、狙ったタンパク質の二量体化を人工的に形成させることによって、シグナル伝達を任意に制御できるシステムの開発を試みることにした。本研究では上皮成長因子受容体(EGFR)をターゲットにしたEGFRはリガンドであるEGFが結合すると二量体化し、活性化してシグナル伝達が引き起こされることが知られている。そこで、申請者が所属する研究グループで開発されたBL-tagシステムをEGFRに融合し、BL-tag同士を結合させて二量体化させる分子を用いることによってEGFR活性化を制御することを試みた。その結果、EGFRの二量体化を誘導して活性化させることに成功した。これによってEGFRの細胞内移行が確認され、さらには葉状仮足と呼ばれる突起状の骨格が細胞表面から確認された。これは、EGFRが活性化されることによって下流のシグナル伝達も続いて活性化されたことが考えられる。葉状仮足が形成されることによって、細胞の遊走や増殖が引き起こされることも確認できた。さらに、詳細にシグナル伝達の解析を行うためには、活性化の時空間制御ができる技術も必要となる。そこで、タンパク質同士を繋ぐ分子に光感受性保護基を導入することを考えた。これによって、タンパク質二量体形成を光照射によって誘導することが可能になると考えられる。実際にこの分子を用いて実験を行うと、EGFRの二量体形成、そして、その下流シグナルの伝達を光によって制御することに成功した。今後、狙った細胞さらには細胞内の特定の箇所に発現するタンパク質を活性化させることも可能であると考えられ、生物学研究における強力な研究ツールになることが期待される。(抄録なし)タンパク質機能を制御する手法として、ラバマイシンを用いた方法がこれまでに報告されている。しかし、ラバマイシンの構造上、化学スイッチを組み込むことが困難である。そこで申請者は、所属するグループで開発されたBL-tagシステムおよびHalo-tagやSNAP-tagなどの市販タグシステムと機能性化学プローブを組み合わせることによって、タンパク質機能を制御するシステム構築を目指す。本研究では、以上のタンパク質ラベル化システムとプローブを用いて、標的タンパク質を人工的に二量体化させることにより、その機能を制御し、生物学研究における新たなツールを確立する。まずは、標的タンパク質同士を結合可能なシステム開発を目指した。本研究室で開発したBL-tagと、市販のHalo-tagおよびSNAP-tagの認識部位をリンカーで結合したプローブを合成した。そして、目的とするタンパク質を生細胞中に発現させ、その後合成した化合物を添加した後に細胞を破砕してウエスタンブロットによる解析を行った。その結果、タンパク質の二量体を形成できることが分かった。さらに、様々な誘導体の合成を行い、化合物の構造を最適化した。続いて、生細胞において。細胞質に発現するタンパク質と、細胞膜や核など異なる細胞分画に発現するタンパク質との結合が、化合物添加によって形成され、その結果、タンパク質局在を人工的に変化させることが可能であるか評価した。しかし、狙ったタンパク質の局在制御を確認することはできなかった。タンパク質同士を繋ぐ分子の合成と、それを用いたタンパク質二量体形成を生細胞内で確認できたところまでは予定通りであった。しかし、タンパク質の局在を、合成した分子によって変化させることができなかった。そのため、当初の計画よりは少し遅れている。

期待した通りの結果が出なかった理由については、タンパク質と化合物の反応点が2つあることであると考えている。そこで、化合物に特別な保護基を修飾することによって、2つのうち、片方の反応を抑制させる。つまり、片方のタグタンパク質と化合物を反応させ、その後刺激によって、化合部の保護基を取り除き、2つ目の反応を起こさせる。これにより、当初の目的を達成できると大いに期待できる。(抄録なし)
地方における看護職者の継続教育受講の支援モデルの構築

地方の看護職者の継続教育受講への影響要因として, 12因子が抽出された。地方と都内を比較した結果,『職場の後押し』『実践への還元』『他者からの肯定的評価』『成果の実感』では,都内の得点が高く,『受講による負担』『家族からの支援』では,地方の得点が高かった。また,学びたい学習内容を持っている人は,受講による負担感が低く,内発的動機づけ,研修を通して得られる成果の実感,自己効力感が高い,ことが分った。地方における看護職者の継続教育受講の支援モデル構築のための調査に向けて、概念枠組みに基づいて質問紙作成および調査実施計画を立案した。継続教育受講の理論的背景には、生涯学習、成人学習者および学習の概念があり、これらの下位概念が、継続教育受講に影響している要因と考えられた。そこで、これらの概念と、我々が看護職者を対象に継続教育受講への促進・阻害要因についてグループインタビュー(19名、3グループ)した結果をもとに協議した結果、継続教育受講への要因として9カテゴリー((1)受講に関する職場の制度・姿勢、(2)受講に対する職場の雰囲気、(3)自分の状況・能力の見積もり、(4)受講による自分自身にとっての成果、(5)実践に生かせる実感、(6)受講に対する内発的動機、(7)受講に対する自分の考え、(8)自己投資に使える資源、(9)受講のための研修内容・場所)を抽出した。さらに、インタビューで得られたサブカテゴリーと文献検討から、カテゴリー毎に計60項目からなる独自の質問項目を作成し、「あてはまる」「あてはまらない」の4段階尺度で回答を求めることにした。また、学習に対する意欲・認識を把握するために、信頼性妥当性が得られている、自己効力感(GSES)、コミットメントならびに認知欲求尺を加えることとした。調査は、地方における特徴を明らかにするために、青森県内の100床以上の病院に勤務する看護職者を対象とし、対照群として、東京都の100床以上の看護職者に行う。地方の看護職者の継続教育を充実・発展させていくためには、その地方の地域性を考慮した教育プログラムが求められる。そこで東北地方のA県(以下、地方)をモデルとして、継続教育受講の促進・阻害要因を明らかにし継続教育受講支援モデル構築への示唆を得ることを日的に、地方と東京都内の看護職者を対象に、2008年12月2009年1月に質問紙調査を実施した。調査内容は、対象者の属性、紐続教育受講への影響要因として想定した60項目、自己効力感尺度、認知欲求尺度である。60項目について因子分析を行った。地方の特性を知るために地方と都内で属性、影響要因等を比較した。回答者数は地方645人、都内106人であった。平均年齢・経験年数は地方に対して都内が少なく、家族形態は「一人ぐらし」「本人と配偶者」が都内で多かった(p<0.001)。60項日を因子分析した結果、12因子が抽出された。それぞれ『内発的動機づけ』『職場の後押し』『受講による負担』『実践への還元』『他者からの肯定的評価』『研修の選びやすさ』『研修の義務』『家族からの支援』『休暇の取りやすさ』『同職種者とのつながり』『成果の実感』『自己資源の限界』と命名した。自己効力感は地方と都内で差がなく、認知欲求は都内の方が高かった(p<0.05)。「職場の後押し」「実践への還元」「他者からの肯定的評価」「成果の実感」で都内の得点が高く(p<0.05)、「受講による負担」「家族からの支援」は地方の得点が高かった(p<0.05)。継続教育への影響要因として、地方では、受講による負担感や家族の支援が、一方都内では職場のサポートや学んだ成果を実践に還元できること、他者からの肯定的評価がより影響すると捉えており地方の特性が見られた。地方の看護職者への継続教育を支援するモデル構築の手がかりが得られた。
TREM2遺伝子のエピジェネティクス変化による精神神経疾患のバイオマーカー同定

性年齢を一致させたDLBとPD、健常者の血液を用いて、白血球のTREM2mRNA発現量やDNAメチル化率を測定し比較することで、TREM2とPDの病態との関連を検討する。また、疾患群間でのTREM2のmRNA発現量やDNAメチル化率を比較することにより、鑑別のためのマーカーとしての可能性を検討する。
代数曲線とアーベル多様体に関する数論アルゴリズムの研究

代数曲線およびアーベル多様体の数論は理論と応用両方で非常に重要な主題である.代数体上あるいは有限体上定義された代数曲線およびアーベル多様体の数論に関するアルゴリズムとその応用について研究を行った.暗号用の計算困難問題,ある暗号方式への攻撃法,ヤコビ多様体上の高さの計算,楕円曲線上の秘密分散,Waringの問題に関係する不定方程式,種数2の曲線の位数計算に関する結果を得た.今年度は、超楕円Jacobi多様体に関する数論アルゴリズムの研究、特に、標準高さの計算について、計算速度を向上するアルゴリズムの構成を行った。また、楕円曲線暗号に関する研究も行った。超楕円曲線のJacobi多様体上の標準高さを計算するアルゴリズムについては、種数1(楕円曲線)の場合は高速なものが知られており、種数2の場合も計算が可能であった。最近になって、種数3以上を含む一般の場合に適用可能な、Arakelov交点理論を用いる新しいアルゴリズムが、J. S. Mueller、D. Holmesによって独立に提案された。どちらのアルゴリズムも、標準高さをArakelov交点数として表し、交点数を素点ごとの局所交点数に分解して計算する。このとき、無限素点での計算はテータ関数の計算に帰着されるが、その数値計算は種数が大きいとき多大な計算時間を要する。本研究では、無限素点での計算を、テータ関数ではなく、Riemann面上でのAbel積分の計算に置き換えることで、高速化ができるかどうか調べた。その結果、種数が大きい場合には、大幅な計算時間の改善が見られるという実験結果を得た。この内容については、論文を現在投稿中である。また、楕円曲線暗号に関する共同研究において、elliptic divisibility sequenceと呼ばれる数列を用いて、楕円曲線上のDiffie-Hellman問題と計算量的に等価な問題を構成した。この結果はすでに論文として公表されている。今年度の研究実績は、主に超楕円曲線上の局所高さ対に関するものと、ディクソン多項式を用いた暗号方式に対する攻撃に関するものである。以下、この2つについて説明する。1.前年度に引き続いて、超楕円曲線上の局所高さ対の計算に関する研究を行った。代数曲線およびそのヤコビ多様体の有理点の研究においては、有理点の高さの複雑さを測る高さ関数が重要である。高さ関数の中で良い性質を持つ標準高さ関数は、代数曲線の局所高さ対の和として表すことができる。この方法で超楕円曲線のヤコビ多様体上の標準高さを計算するアルゴリズムがすでに知られているが、既存のアルゴリズムではテータ関数を用いるため、種数が大きいとき計算時間が著しく増加する。本研究ではテータ関数をアーベル積分に置き換えることで計算時間を大幅に削減した。今年度は特に、数値積分アルゴリズムを冪級数によるものに変更することで、精度保証および速度の面で改善があった。2.共同研究において、ディクソン多項式を用いた暗号方式に関して、秘密鍵が小さいときの攻撃法を考察した。ディクソン多項式を用いた暗号方式は、RSA暗号やLUC暗号の拡張にあたるものである。RSA暗号には秘密鍵が小さいときの攻撃法として、連分数を用いるものやLLLアルゴリズムを用いるものが知られている。本研究では、これらの攻撃法をディクソン多項式を用いた暗号方式に適用し、RSA暗号の場合と同様の攻撃法が適用できることを確かめた。本年度は、楕円曲線を用いた秘密分散と、Waringの問題や数値積分公式に関係する不定方程式系について共同研究を行った。以下、この2つについて順に述べる。1.秘密分散とは、秘密情報から構成したいくつかの分散情報を参加者に分散し、一部の参加者の分散情報を集めることでもとの秘密情報を復元する方式である。1979年ShamirとBlakleyは独立に秘密分散方式を提案した。Shamirの秘密分散方式は多項式の補間公式を用いて秘密情報を復元するものである。通常の秘密分散では1個の秘密情報を分散するが、複数の秘密情報を一度に分散する秘密分散方式がこれまでに提案されている。また、秘密情報を楕円曲線の点として埋め込むことで秘密情報、分散情報を扱う方式も提案されている。本研究では、これらを組み合わせて、複数の秘密情報を同時に、楕円曲線を用いて分散する方式を提案した。2.直交多項式の理論に基づいて定積分の近似値を求めるGauss型数値積分公式を考える。この公式に現れる分点や重みは一般には無理数になるが、近似が悪くなることを許して分点と重みを有理数にする問題を考える。この問題は、Waringの問題に現れるHilbertの恒等式とも関係する。この問題は、分点と重みを変数とする不定方程式系を有理数の範囲で解く問題と見なせるが、一方で、準直交多項式の零点すべてが有理数になるか判定する問題にも帰着される。この問題について、ある条件の下で有理数の分点と重みが存在しないことを、楕円曲線や超楕円曲線の有理点の問題に帰着することで証明した。本研究はさらにより多くの条件下で結果を得ることを目指して現在も進行中である。楕円曲線を用いた秘密分散については、複数の情報を一度に分散する楕円曲線を用いた秘密分散法を提案することができた。この結果は、用いる多項式の補間公式による効率の違いについても明らかにしており、今後の研究においても有益なものと考えられる。また、不定方程式系に関する研究については、有理数解が存在しないことを示すための条件がいくつか得られており、今後の研究においてさらにより一般的な条件下での結果が得られることが期待される。

本年度は、有限体上定義された種数2の曲線の位数計算について研究を行った。代数曲線暗号において、暗号に用いる曲線の位数を高速に計算することが重要な課題の一つである。位数計算アルゴリズムには、有限体の標数が小さいとき有効なものと、標数が大きいとき有効なものがあるが、ここでは標数が大きいとき有効なアルゴリズムを考察する。有限体の標数が大きい場合のアルゴリズムとして、いくつかの小さい素数lに対して、代数曲線のヤコビ多様体のl等分点がなす群を考え、その群へのフロベニウス写像の作用を用いる方法がある。この方法は楕円曲線や、種数2の超楕円曲線で虚モデルを持つ(超楕円曲線が有理的なワイエルシュトラス点を持つ)場合には実装されていたが、それ以外の場合には理論的な結果しかなかった。本研究では、種数2の超楕円曲線で実モデルを持つ場合について、位数計算アルゴリズムの実装に向けて研究を行った。その結果、研究代表者が以前に得ていたクンマー曲面上の乗法公式を用いることで位数計算アルゴリズムが構成できることがわかった。また、この新しいアルゴリズムの計算量は虚モデルを持つ場合と漸近的に同等であることが証明できた。一方、このアルゴリズムを実装するにあたって、既存のアルゴリズムで用いられている様々な最適化、例えば高速な終結式の計算や、剰余環を考えることによる多項式因数分解の回避などを適用できるか検討する必要があり、これは今後の課題である。代数曲線およびアーベル多様体の数論は理論と応用両方で非常に重要な主題である.代数体上あるいは有限体上定義された代数曲線およびアーベル多様体の数論に関するアルゴリズムとその応用について研究を行った.暗号用の計算困難問題,ある暗号方式への攻撃法,ヤコビ多様体上の高さの計算,楕円曲線上の秘密分散,Waringの問題に関係する不定方程式,種数2の曲線の位数計算に関する結果を得た.超楕円曲線上の局所高さ対の計算アルゴリズムの改良によって、より種数の高い超楕円曲線の標準高さが計算可能となった。代数曲線の有理点の研究において、これは重要な進展であると考えられ、本研究においても重要な役割を果たすと期待される。不定方程式系に関する研究については、これまでの研究を踏まえて、より多くの条件の下で、有理数解が存在するか判定することを試みる。それとともに、これまで得られた結果を論文にまとめていく予定である。また、これまでに得られた結果を踏まえて、代数曲線やアーベル多様体の数論アルゴリズム、特に楕円曲線・超楕円曲線に関するものについて提案・改良することを目指す。数論幾何学代数曲線の有理点決定には、近年新しいアルゴリズムが開発されてきているため、これを踏まえて代数曲線の有理点に関する研究を行う。また、超楕円曲線暗号についても、超楕円曲線の定義方程式をできるだけ一般的なものにするという観点から研究を行いたい。代数曲線とアーベル多様体に関する数論アルゴリズムの研究において、標準高さを計算するアルゴリズムは重要な役割を果たすものである。今年度、標準高さ関数の計算アルゴリズムの改良に成功したことは、本研究課題において重要な成果である。
ニュートリノ反応の詳細理解を可能とするシンチレーションファイバー検出器の開発

本研究は、T2K実験の感度向上に向け、ニュートリノ反応点周りのすべての荷電粒子を測定できるシンチレーションファイバー検出器の原理実証を目的としている。東北大学光理学研究センターでプロトタイプに陽電子ビームを照射し、検出器の実現の鍵となる、以下の3つの性能を確認した。(1)最小電離粒子に対して高い検出効率と大きな光量を持ち、光量による粒子識別が可能。(2)ファイバー中のシンチレーション光の減衰長が2m以上あり、メートルサイズの検出器が実現可能。(3)隣り合うファイバー(2mm角型)の光量比を用いることで、垂直入射した最小電離粒子に対して、200μmという高い分解能で位置の再構成が可能。ニュートリノにおける粒子・反粒子対称性の破れの探索のため、大強度陽子加速器J-PARC(茨城県東海村)と後置検出器として超大型水チェレンコフ検出器(ハイパーカミオカンデ)を用いたニュートリノ振動実験の準備を進めている。この実験で最も大きな系統誤差となると考えられているのが、ニュートリノ反応の不定性で、この誤差を小さくおさえることが、実験成功の鍵となる。申請者は、この実験の前置ニュートリノ検出器といて、T2K実験の前置検出器の約7倍の位置分解能をもつシンチレーションファイバー検出器を開発している。この検出器を用いれば、陽子などのニュートリノ反応点周りに短い飛跡しか残さない粒子の検出が可能となり、ニュートリノ反応についての理解が大きく進み、その誤差を大きく低減することが可能となる。本研究の目的は、プロトタイプ検出器を用いて、検出器が目標の性能を持つことを実証することである。2014年度は、光検出器として64チャンネルアレイ型MPPC(Multi-Pixel Photon Counter)と長さが約1mで断面が2mm角で長さが約1mのシンチレーションファイバーをx方向に8本並べたものを8層重ねた64チャンネルのプロトタイプを作成した。データ収集系は、KEK、東北大学、大阪大学が開発したMPPC読み出しのための汎用モジュール(64チャンネル/モジュール)を用いて構築した。このプロトタイプ検出器に、ストロンチウム90線源からのベータ線を打ち込み、(a)MPPCから1m離れた位置でも平均光量が30 p.e./チェンネル以上あること、(b)各チャンネルのヒット検出効率が十分に高いこと、(c)1cm程度の短い飛跡を再構成できることを確認し、2014年度の目標を達成した。T2Kおよび次世代長基線ニュートリノ振動実験で粒子・反粒子対称性の破れの探索を進めていく上で、ニュートリノ反応の系統誤差削減が急務となっている。本研究は、ニュートリノ反応点周りの全荷電粒子のトラックを再構成可能なシンチレーションファイバー前置ニュートリノ検出器のプロトタイプを制作し、検出器が要求性能(光量による粒子識別、10mm程度の短い飛跡の再構成が可能)を持つことを実証することを目的としている。2015年度は、2014年度に制作した64チャンネルのプロトタイプ(断面が2mm角で長さが1mのシンチレーションファイバーをx方向に8本並べたものを8層重ねた)を東北大学光理学研究センターに持ち込み、陽電子ビームを照射する試験を行った。その結果、光量は約40 p.e./hitとなり、光量による粒子識別を行うのに十分であることを確認した。Hit efficiencyはほとんどのファイバーで95%以上となり、期待どおりの結果となった(不感領域であるファイバーのクラッドの割合は全体の4%)。ファイバーの減衰長は2m以上であるこが確認でき、2mのファイバーを用いた検出器が実現可能であることを確認した。2015年度のもうひとつの成果は、シンチレーションファイバーと光検出器(Multi-Pixel Photon Counter)の位相をずらすことで、隣り合うMPPCで測定された光量の比から高い精度で位置を再構成するデザインを考案し、プロトタイプ(断面が2mm角のシンチレーションファイバー85本を64chのMPPC arrayで読み出す)を制作した。シミュレーションによると2mm角のファイバーで200μm程度の位置分解能が期待される。2016年度に、このプロトタイプを用いたビーム照射試験を行う予定である。2015年度の予定していた、J-PARC K1.1BRビームラインでの粒子識別試験は、ハドロンホールでの事故の影響でビームラインの運転が再開されていないため、実現できなかった。代わりに、プロトタイプを東北大学光理学研究センターに持ち込み、陽電子ビームを用いて、性能評価試験を行った。当初2015年に予定していた、T2K実験の前置検出器ホールにプロトタイプを設置してのニュートリノデータ観測を延期している。代わりに、2mm角のファイバーで200μm程度の位置分解能を実現できる検出器を考案し、そのプロトタイプを作成した。T2K実験および次世代長基線ニュートリノ振動実験で粒子・反粒子対称性の破れの探索を進めていく上で、ニュートリノ反応の系統誤差削減が急務となっている。本研究は、ニュートリノ反応点周りの全荷電粒子のトラックを再構成可能なシンチレーションファイバー前置ニュートリノ検出器のプロトタイプを制作し、検出器が要求性能を持つことを実証することを目的としている。2016年度は、断面の形状、太さ、クラッドの構造の異なるシンチレーションファイバーを用いてプロトタイプ検出器を6種類作製した。そして、東北大学光理学研究センターで陽電子ビームを照射し、6種類のファイバーそれぞれについて、最小電離粒子に対する換算光量を測定した。

その結果、一番光量が少なかった丸型、太さが1.0 mm、シングルクラッドタイプのシンチレーションファイバーでも粒子識別を行うのに十分な光量を持つことを実証した。ファイバー中でのシンチレーション光の減衰長が2m以上あることをLEDを用いた精度の高い測定で確認し、2m程度の長さのシンチレーションファイバーを用いた検出器が実現可能なことも確認した。2016年度のもうひとつの成果は、ファイバーをビーム入射方向に対して45度傾けて交互に並べることにより、隣合うファイバーの光量比を用いることで、高い位置分解能を実現する手法を考案し、2mm角のファイバーとMPPC(Multi Pixel Photon Counter)を用いてプロトタイプ検出器を作製し、東北大学光理学研究センターで陽電子ビームを照射し、その原理検証を行ったことである。2枚のレイヤーにおいて再構成された位置の差をとることで位置分解能を評価し、MIP換算で垂直入射の際に200μmの位置分解能を達成した。本研究は、T2K実験の感度向上に向け、ニュートリノ反応点周りのすべての荷電粒子を測定できるシンチレーションファイバー検出器の原理実証を目的としている。東北大学光理学研究センターでプロトタイプに陽電子ビームを照射し、検出器の実現の鍵となる、以下の3つの性能を確認した。(1)最小電離粒子に対して高い検出効率と大きな光量を持ち、光量による粒子識別が可能。(2)ファイバー中のシンチレーション光の減衰長が2m以上あり、メートルサイズの検出器が実現可能。(3)隣り合うファイバー(2mm角型)の光量比を用いることで、垂直入射した最小電離粒子に対して、200μmという高い分解能で位置の再構成が可能。2014年度の目標であった、(1)プロトタイプの製作と宇宙線μ(もしくはβ線源)を用いた試験。(2)光検出器MPPC読み出しのための汎用モジュールを用いたデータ収集系の構築を達成できたため。2016年度は、2mm角のファイバーで200μm程度の位置分解能を実現できる検出器のプロトタイプを東北大学光理学研究センターに持ち込み、陽電子ビームを照射する試験を行い、その性能を実証する。2016年度のもう一つの目標は、シンチレーションファイバー検出器のプロトタイプをエマルジョン検出器と既存のT2K前置ニュートリノ検出器の間に設置し、(1)エマルジョンのトラックに時間情報を付与することで、既存の検出器とのハイブリッド解析を行い、(2)プロトタイプ内で起こったニュートリノ荷電カレント反応を観測する。素粒子物理学2015年度(a-1)東北大学電子光理学研究センターで陽電子ビームを照射し、光量やヒット効率をより詳細に試験する。(a-2)プロトタイプを前置検出器施設のINGRID検出器の前に設置し、T2K実験のニュートリノビームを用いて、ニュートリノ反応のデータ観測を行う。2016年度(b-1)プロトタイプをJ-PARC K1.1BRビームラインに持ち込み粒子識別能力の試験を行う。(b-2)本研究の結果をまとめ、国際会議や学術雑誌で結果を発表する。T2K前置検出器ホールでのプロトタイプを用いた測定が、次年度に延期になったため。
低次元磁性体における多体相互作用尾および量子相転移の理論的数値的研究

本年度実施計画の下記の3項目について以下の成果が得られている。1次元ハイゼンベルグ模型の比熱、帯磁率等の熱力学的諸量の高温展開は、これまでは有限クラスター法を用いて24次まで計算されていた。一方、従来の熱力学ベーテ仮説方程式に基づく高温展開の計算は原理的に可能ではあるものの、高次の項までの系統的な計算は困難であった。ところが新しい積分方程式を用いて100次の項まで計算することに成功した。さらに、得られた展開係数にPade近似を施し、量子転送行列法を用いた数値計算と比較した。・Hubbard模型におけるBethe仮説方程式と高温展開との比較本年度実施計画の下記の3項目について以下の成果が得られている。・新しい積分方程式を用いたXXX模型の高温展開1次元ハイゼンベルグ模型の比熱、帯磁率等の熱力学諸量の高温展開は、これまでは有限クラスター法を用いて24次まで計算されていた。S=3/2XXZ反強磁性鎖では一般に磁化曲線にスピンフリップが現れて、磁化が急に大きくなる現象がおきる。また可解模型では一般に無限個の保存量が存在するが、これを使ってある種の相関関数の計算を行った。またギャップがある場合の一次元系の絶対零度での磁化曲線はm=(H-H_C)^<1/δ>の形を持つが多くの場合にδ=2であることを示すことができた。これにはS=3/2の一次元鎖やボンド交替のある場合や、磁化プラトーの場合も含まれる。これは姫路工大の坂井氏との共同研究である。一次元S=1/2XXZ模型のハミルトニアンはsix-vertex模型の転送行列の一次対数微分であるが、高次の対数微分は3体力や4体力を含むものになる。このようなハミルトニアンは無数のパラメーターを含み基底状態も多様なものになる。我々は4体力を含む系を解析し、部分的な強磁性状態が基底状態になる場合があることを発見した。これは大学院生の村本氏との共同研究である。単行本として、1次元系厳密解の熱力学についての本をケンブリッジ大学刊行会から出版した。本年度は磁性の国際会議がブラジルであり、坂井が参加した。ここではスピンラダーの研究が報告された。また近年パソコンの能力が増し数値計算にも十分使えるものになって来たので、デスクトップ型パソコンとノートパソコンを1台づつ購入した。城石の研究では磁場中のXXZ模型の相関距離について、量子転送行列法で研究を進めた。この方法ではXXZ模型ばかりでなく、t-J模型やHubbard模型でも計算が進展中である。また高橋はXXZ模型の熱力学方程式を未知関数が一個の非常に簡単な積分方程式に変形できることを示した。またこの方程式は量子転送行列法からも導くことができるのでTBAとQTMの等価性を示すことができた。この研究は前年度も行われていたが、強磁性のイジング的な場合についても研究が進み、かつ磁化曲線の研究も行われた。本年度は高橋が中国科学院の招聘で北京の理論物理学研究所を訪問し研究打ち合わせを行い、かつこれまでの研究成果の発表を行った。また坂井がスイスおよびドイツを訪問し、計算物理国際会議、およびSeeheim磁性国際会議に参加し研究成果の発表を行った。

設備面ではサンマイクロシステムのワークステーションBlade-1000を購入した。またAMDのCPUを持つパーソナルコンピューターも購入し、OSとしてはLinuxを使用している。2年前に購入したワークステーションと合わせて強力なシステムを構築できた。また高橋はXXZ模型の熱力学方程式を未知関数が一個の非常に簡単な積分方程式に変形できることを示した。またこの方程式は量子転送行列法からも導くことができるのでTBAとQTMの等価性を示すことができた。これはドイツのA.Klumper氏との共同研究である。またXX模型のemptiness formation probabilityを解析的に求め、これが絶対零度ではガウス関数型の減衰をする事を確かめた。また有限温度では指数関数型の減衰を行うことも確認した。DMRGの計算、連続時間モンテカルロ計算、解析的計算のすべてがよく一致した。これは岡山大の西山氏との共同研究である。また理化学研究所の萩原氏のジグザグ鎖の実験の理論的解析を行い、これも共同の論文に纏めた。
細胞死を介した免疫調節因子の放出機序とその意義の解明

尿酸塩結晶やシリカなどの刺激性粒子は、マクロファージなどのミエロイド系細胞に貪食された後に、ファゴソームの損傷とそれに続くミトコンドリアの損傷を誘導する。このオルガネラの損傷は、細胞死やそれに伴う自然免疫機構の活性化に関わっている。自然免疫機構であるNLRP3インフラマソームは、Caspase-1によるIL-1beta前駆体の切断と成熟型IL-1betaの放出を促進することにより、炎症を惹起する。尿酸塩結晶やシリカ粒子によるNLRP3インフラマソームの誤った活性化は痛風や塵肺などの炎症に起因する疾患の発症要因となるため、NLRP3インフラマソームは重要な研究課題である。また、NLRP3インフラマソームとは別の機構が存在することも明らかになっており、当該機構も細胞死や炎症性因子産生の誘導に関与している。我々は、H27度までに、NLRP3インフラマソームを抑制する化合物のスクリーニングを行い、NLRP3インフラマソームを強力に抑制する化合物を同定している。H28年度は、NLRP3インフラマソームを抑制するだけではなく、細胞死を同時に抑制することが出来る化合物の同定に成功した。また、シリカ粒子などによる細胞死に応じて細胞外に放出され、ダイイングコードとして機能する可能性のある因子をプロテオーム解析により探索し、多数同定した。さらに、上記の刺激性粒子によるIL-1beta産生が惹起する組織損傷とは別に、細胞死を伴うウイルス感染によるIL-1beta産生が関与することが知られている脳炎モデルの解析も行った。細胞死促進因子であるBax/Bak1依存的なミトコンドリアの損傷がRNAウイルスを排除するメカニズムについて詳細に解析し、細胞死抑制因子であるMCL1が当該経路に対して抑制的に働いていることを見出した。28年度が最終年度であるため、記入しない。尿酸塩結晶やシリカナノ粒子などの刺激物は、マクロファージなどのミエロイド系細胞に貪食された後に、ファゴソームの損傷とそれに続くミトコンドリアの損傷を誘導する。このオルガネラの損傷は、細胞死やそれに伴う自然免疫応答の誘導に関わっている。自然免疫関連受容体であるNLRP3インフラマソームは、Caspase-1によるIL-1beta前駆体の切断と成熟型IL-1betaの放出を促進することにより、炎症を惹起する。我々は、NLRP3インフラマソームを抑制する化合物のスクリーニングを行い、NLRP3インフラマソームを強力に抑制する化合物を複数同定した。本化合物は、NLRC4やAIM2などが構成する、他のインフラマソームには作用がないことから、選択的にNLRP3インフラマソームを抑制すると考えられる。同定した化合物の作用段階について検討したところ、ファゴソーム損傷に応じて誘導されるミトコンドリア損傷の段階を阻害していることが明らかになった。オルガネラ損傷の連鎖がNLRP3インフラマソームの活性化に深く関わることが、改めて確認された。また、当該化合物は、その作用機序から、ファゴソームやリソソームの損傷に応じて誘導される細胞死を抑制できる可能性があり、一度失われたら回復が難しい細胞の細胞死を抑制することが出来るかどうかを今後検討する必要がある。痛風治療薬であるコルヒチンがNLRP3インフラマソームの活性化を抑制することを見出した。インフラマソームの研究成果とは別に、RNAウイルスの排除に関わるBax/Bak依存的なミトコンドリア細胞死の経路を見出した。感染防御応答における細胞死の新たな役割の解明につながる可能性がある。オルガネラ損傷の連鎖を抑制し、NLRP3インフラマソームの活性化を抑制する化合物を見出した。さらに、RNAウイルスに対する感染防御応答に関わる新たな細胞死経路の存在を明らかにした。

また、シリカ粒子などによる細胞死に応じて細胞外に放出され、ダイイングコードとして機能する可能性のある因子をプロテオーム解析により探索し、多数同定した。さらに、上記の刺激性粒子によるIL-1beta産生が惹起する組織損傷とは別に、細胞死を伴うウイルス感染によるIL-1beta産生が関与することが知られている脳炎モデルの解析も行った。細胞死促進因子であるBax/Bak1依存的なミトコンドリアの損傷がRNAウイルスを排除するメカニズムについて詳細に解析し、細胞死抑制因子であるMCL1が当該経路に対して抑制的に働いていることを見出した。同定した化合物がNLRP3インフラマソームを抑制する機序を解明する。また、化合物が、マウス痛風モデルや塵肺モデルにおいて炎症症状を緩和するか否かを検討する。さらに、化合物が細胞死経路を抑制することが出来るか否かについても検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
シアノバクテリアにおける新規で必須の分子シャペロン系の解明

Synechococcus elongatus PCC7942には、ClpBは2種類、DnaKは3種類、DnaJを含むJタンパク質は10種類が存在する。本研究では、これらのパラログに注目し、シアノバクテリアで独自に進化した、増殖・生存に必須の新規ClpB/DnaKシャペロン系を解明することを目的とする。我々は、DnaK2はDnaJ2及びGrpEとシャペロン系(K2システム)を形成し、変性タンパク質の再折りたたみを促進することを報告した。さらに、ClpB1が、K2システムと共同でタンパク質の凝集体を可溶化することを明らかにしたが、ClpB2には凝集体可溶化活性は検出されなかった。大腸菌ClpBやClpB1、酵母のClpBホモログ(Hsp104)とは異なり、ClpB2は致死的な高温に対する(細胞の)耐性獲得には必要とされないと報告されているが、これとClpB2に凝集体可溶化機能が無いこととは矛盾しない。我々は、ClpB2が非天然構造のタンパク質と相互作用し、その凝集を阻止する活性をもつことを明らかにしたが、K2システムを共存させると、この変性タンパク質は再生した。これは、非天然構造のタンパク質(基質)が、ClpB2を介してK2システムに受け渡されて折りたたむことを示唆するもので、新規で重要な発見である。STRINGによるタンパク質間相互作用解析により、ClpB2は、必須のDnaK3やDnaJ1と相互作用すると予測された。そこで、K2システムにおいて、DnaK2をDnaK3に、DnaJ2をDnaJ1に変えてシャペロン系の構築を試みた。現在までのところ、DnaK3では折りたたみ活性を検出することはできていないが、DnaJ2とDnaJ1を入れ替えたDnaK2/DnaJ1/GrpEシャペロン系においては、変性タンパク質の再折りたたみ速度や収率が増えた。In silicoの解析により、ClpB2は、必須のタンパク質であるDnaK3あるいはDnaJ1と相互作用すると予測された。これは、ClpB2が、DnaK3やDnaJ1と新規なシャペロン系を形成することを示唆するものである。そこでまず、DnaK3シャペロン系あるいはDnaJ1を含むシャペロン系の確立を目指した。DnaK3にDnaJ2とGrpEを加えても、変性(非天然構造の)タンパク質の再折りたたみ反応は全く検出されなかったが、DnaJ2の代わりにDnaJ1を加えたDnaK2/DnaJ1/GrpEにおいては、DnaJ2よりも速やかにかつ高収率で再折りたたみ反応が起こった。DnaJ1とDnaJ2は共にDnaKと相互作用するJドメインをもっているが、本結果は、Jドメイン以外の領域・ドメインが、DnaK2のシャペロン機能の調節において、重要なはたらきをすることを示唆するものである。ClpB2は、DnaJ1やDnaJ2のJドメイン以外の領域・ドメインと相互作用すると予測される。我々は既に(ClpB1とは異なり)ClpB2はDnaK2と相互作用しないことを示唆する結果を得ている。ClpB2はDnaJ1を介してDnaK2と相互作用するのかもしれない。上記のように、当該年度の研究により、ClpB2とDnaJ1の相互作用解析を行う準備が整ったので、本研究課題はおおむね順調に進んでいると評価した。もし、DnaJ1存在下では、ClpB2とDnaK2の協調的なシャペロン作用が(DnaJ2存在下よりも)顕著に起こる(タンパク質の折りたたみ速度と折りたたみ収率が増大する)ならば、ClpB2とDnaK2/DnaJ1/GrpEのシャペロン系が、細胞の増殖・生存にとって必須のはたらきをしていることが強く示唆される。ClpB2とDnaK2/DnaJ1/GrpEの協調的シャペロン作用を解析する。具体的には、リンゴ酸脱水素酵素やグルコース-6-リン酸脱水素酵素などのモデル変性タンパク質基質(S)とClpB2の複合体を形成させ、この複合体におけるSの、DnaK2/DnaJ1/GrpEによる再活性化を、DnaK2/DnaJ2/GrpEのそれと比較する。また、ClpB(あるいは酵母のホモログHsp104)とDnaJ(あるいは酵母のホモログHsp40)が物理的に相互作用するという報告は(筆者が知る限り)無いので、ClpB2とDnaJ1との相互作用を、免疫沈降法やプルダウン法、酵母ツーハイブリッド法等により解析する。DnaK3は、DnaJ2やGrpE存在下で全く「折りたたみ活性」を示さなかったが、その精製方法や折りたたみ反応液の組成・条件等を検討する。折りたたみ活性が検出された場合には、ClpB2との協調的シャペロン作用を解析する。STRINGによるタンパク質間相互作用解析(https://string-db.org/network/1140.Synpcc7942_0637)で、ClpB2は、HtpG(Hsp90)、GroEL1、GroEL2等の分子シャペロンと相互作用すると予測された。そこで、これらのシャペロンとの物理的相互作用や協調的シャペロン作用の解析を行う。

本研究では、これらのパラログに注目し、シアノバクテリアで独自に進化した、増殖・生存に必須の新規ClpB/DnaKシャペロン系を解明することを目的とする。我々は、DnaK2はDnaJ2及びGrpEとシャペロン系(K2システム)を形成し、変性タンパク質の再折りたたみを促進することを報告した。さらに、ClpB1が、K2システムと共同でタンパク質の凝集体を可溶化することを明らかにしたが、ClpB2には凝集体可溶化活性は検出されなかった。大腸菌ClpBやClpB1、酵母のClpBホモログ(Hsp104)とは異なり、ClpB2は致死的な高温に対する(細胞の)耐性獲得には必要とされないと報告されているが、これとClpB2に凝集体可溶化機能が無いこととは矛盾しない。我々は、ClpB2が非天然構造のタンパク質と相互作用し、その凝集を阻止する活性をもつことを明らかにしたが、K2システムを共存させると、この変性タンパク質は再生した。これは、非天然構造のタンパク質(基質)が、ClpB2を介してK2システムに受け渡されて折りたたむことを示唆するもので、新規で重要な発見である。STRINGによるタンパク質間相互作用解析により、ClpB2は、必須のDnaK3やDnaJ1と相互作用すると予測された。そこで、K2システムにおいて、DnaK2をDnaK3に、DnaJ2をDnaJ1に変えてシャペロン系の構築を試みた。現在までのところ、DnaK3では折りたたみ活性を検出することはできていないが、DnaJ2とDnaJ1を入れ替えたDnaK2/DnaJ1/GrpEシャペロン系においては、変性タンパク質の再折りたたみ速度や収率が増えた。In silicoの解析により、ClpB2は、必須のタンパク質であるDnaK3あるいはDnaJ1と相互作用すると予測された。これは、ClpB2が、DnaK3やDnaJ1と新規なシャペロン系を形成することを示唆するものである。そこでまず、DnaK3シャペロン系あるいはDnaJ1を含むシャペロン系の確立を目指した。DnaK3にDnaJ2とGrpEを加えても、変性(非天然構造の)タンパク質の再折りたたみ反応は全く検出されなかったが、DnaJ2の代わりにDnaJ1を加えたDnaK2/DnaJ1/GrpEにおいては、DnaJ2よりも速やかにかつ高収率で再折りたたみ反応が起こった。DnaJ1とDnaJ2は共にDnaKと相互作用するJドメインをもっているが、本結果は、Jドメイン以外の領域・ドメインが、DnaK2のシャペロン機能の調節において、重要なはたらきをすることを示唆するものである。ClpB2は、DnaJ1やDnaJ2のJドメイン以外の領域・ドメインと相互作用すると予測される。我々は既に(ClpB1とは異なり)ClpB2はDnaK2と相互作用しないことを示唆する結果を得ている。ClpB2はDnaJ1を介してDnaK2と相互作用するのかもしれない。上記のように、当該年度の研究により、ClpB2とDnaJ1の相互作用解析を行う準備が整ったので、本研究課題はおおむね順調に進んでいると評価した。もし、DnaJ1存在下では、ClpB2とDnaK2の協調的なシャペロン作用が(DnaJ2存在下よりも)顕著に起こる(タンパク質の折りたたみ速度と折りたたみ収率が増大する)ならば、ClpB2とDnaK2/DnaJ1/GrpEのシャペロン系が、細胞の増殖・生存にとって必須のはたらきをしていることが強く示唆される。ClpB2とDnaK2/DnaJ1/GrpEの協調的シャペロン作用を解析する。
拡張重力理論における非線形ダイナミクス

重力波の直接検出が実現され,一般相対性理論の検証を,ブラックホール(BH)などの強い重力場を用いて行うことが可能になりつつある.本研究では,もっとも有力な修正重力理論の1つであるガウスボンネ重力理論に注目し,そのダイナミクスの一端を明らかにした.高次曲率項により時空特異点の発生が回避されうること,および高次元になるほどその傾向が顕著なことを複数のモデルで示した.また,BHの合体成長モデルがどのように判別されるのかを議論した.地上に設置された重力波干渉計で観測されるBH合体イベント数を具体的に予測した.さらに,BHが放つリングダウン重力波を実データから抽出する手法を提案した.本年度は,当初の計画通り,高次元時空におけるダイナミクスの解析に着手した.球対称という対称性を課したものの,一般N次元でのダイナミクスを追える光伝播座標での基礎方程式を導出し,数値コードの開発を行った.また,5次元時空に限るもののGauss-Bonnet項を含んだ重力理論での基礎方程式も導出し,数値コードの開発を行った.具体的な研究成果としては,ワームホールの安定性に関する研究を進めている.これまでの我々の研究により,4次元時空でのワームホール(Ellis解)は不安定解であり,喉(throat)の部分は不安定性によって分岐して,ブラックホールに転じるか膨張時空に転じることが分かっている.我々は,まず一般次元においてEllis型ワームホール解を求め,それらの解の摂動解析を行った.その結果,すべての次元で不安定モードが存在することが示された(論文[1]).次に,数値的に摂動解の時間発展を追い,5/6次元において,摂動解析の結果を支持し,喉の振る舞いもエネルギーの過不足に応じて決定されることが確かめられている(論文執筆中).また,宇宙項が存在するときの解析,Gauss-Bonnet重力理論での解のダイナミクスにも着手している.前年度から継続して行っているワームホール構造に関しては,4次元から7次元時空までの時空次元によるダイナミクスの比較,Gauss-Bonnet項の有無によるダイナミクスの比較についての数値コード開発,および数値解析を行った.現在までに,高次元になるほど不安定性が増し,わずかな摂動でもワームホール・ホライズンが加えられた摂動のエネルギーの過不足に応じてブラックホールまたは時空膨張に変化することが確かめられている.また,宇宙項が存在する時のワームホール解の存在についてもエネルギー的に解析し,負の宇宙項の場合のみ時空が安定であることを予想した.試行的な数値計算もこの結果を支持している.Gauss-Bonnet重力理論での平面重力波衝突問題にも着手した.4次元の一般相対性理論では,平面重力波の衝突によって時空特異点が形成することが知られている.この現象を高次元で数値計算すると,衝突後の曲率の増加が抑えられること(したがって,非線形な振る舞いを引き起こす平面重力波の振幅閾値が低くなること)がわかった.また,Gauss-Bonnet理論では一般相対性理論より曲率の増加がさらに抑えられ,したがって特異点形成の振幅閾値がさらに低くなることが判明した.本研究では,修正理論として, (1)高次元一般相対性理論, (2)Gauss-Bonnet重力理論, (3)ディラトン場を含むGauss-Bonnet重力理論,の3つを考え,シミュレーション研究による時空特異点形成条件を明らかにすることを進めている.2015年度(H27年度)は,前年度までに開発した数値コードをさらに改良し,上記(1)と(2)の修正理論において,平面対称な時空と球対称な時空の双方で時間発展ができるようにした.球対称時空では,強い重力の場合にはブラックホール(BH)境界面が出現することが期待されるので,現実的な理論の比較ができるようになる.球対称ワームホール構造は不安定であり,追加する微小なエネルギーの正負によって,構造がBHに転じたり,中心部分がインフレーション拡大する現象が我々の研究によって明らかになっている.一般相対性理論を単純に高次元化すれば不安定性は増大することを線形解析で明らかにしていたが,数値計算においてもその結果を確認し,さらに,同じ初期条件として正のエネルギーを加えた時にはBHが形成しにくいことを確認した.Gauss-Bonnet重力理論では,曲率2次の補正項を加える際のカップリング係数(α)の正負が,大きくダイナミクスを変える.正のαでは,同じ初期条件でも特異点形成は遅くなり,BH形成のための閾値が大きくなってBHは形成しにくくなる.つまり,正のαはエネルギー底上げ・特異点回避の傾向を与えた.負のαはその逆である.また,高次元になるほど不安定性は拡大することや,Gauss-Bonnet重力理論ではtrapped surfaceの存在は必ずしも最終的なBH形成を意味しない結果も得ている.面積定理が成立しない解系列があることに対応しているかと考えられるが,詳細は解析中である.計画通りに進んでいる.論文は投稿準備中である.2016年度(H28年度)は,アメリカのLIGOグループによる重力波初検出の報告がされたことを受け,重力波を用いた一般相対性理論の検証可能性についても研究のテーマを新たに加えた.一般相対性理論が正しいかどうかは,ブラックホールなどの強い重力場での検証が重要になる.折しもLIGOグループによる重力波観測は,これまでに想定されていた以上の質量をもつブラックホール連星の合体を波源とするものであり,理論検証の可能性を強くサポートする.また,銀河中心に存在する超巨大ブラックホール形成史が不確かな現状で,今回の重力波イベントは,ボトムアップ型の形成シナリオを示唆するものでもある.

そこで,将来的な理論検証を行うための準備として,近い将来にどれだけのブラックホール合体のイベントが予想されるのかを見積もった.仮定したブラックホール形成モデルや銀河分布モデルが正しければ,日本のKAGRAが本格的な観測を始めた際には,年間で200を超えるブラックホール合体のイベントが得られ,その蓄積からモデルの検証が可能であることを結論した.重力波を用いた修正重力理論の検証については,現在,具体的なイベントレートの比較や宇宙空間重力波検出器での検出可能性などの考察を続けている.研究計画で申請していた「Gauss-Bonnet重力理論での特異点形成」については,論文執筆を行った(近日中に投稿できる予定).そして,dilaton場を含めたGauss-Bonnet重力理論での問題に着手し,基本となる場の方程式の導出を行っている.申請した研究テーマに関しては,おおよその結論を得ているが,まだ本論文執筆中である.重力波の初検出のニュースが入り,重力波についての研究を先行させる必要が生じ,研究課題の着手順を入れ替えた.2017年度(H29年度)は,研究計画で申請していた「Gauss-Bonnet重力理論での特異点形成」についての論文をまとめ,投稿し,掲載された.ワームホールのダイナミクスおよびスカラー波の衝突現象において,高次の曲率項は特異点形成を避ける方向にはたらくことを結論づけた.また,光的補足面の存在は必ずしも最終的なブラックホール形成を意味しないこともあり得ることを結論した.ブラックホール合体と重力波イベントの関連については,中間質量・超巨大質量ブラックホールの合体現象によって発生する重力波が,地球上では検出できない低周波数領域に相当することから,宇宙空間での重力波検出計画(LISA, DECIGO)でのイベントレートの見積もりや,より技術的に実現性の高い光格子時計を用いた宇宙空間での重力波検出の新たな方法を提案した.どちらも論文執筆中である.重力理論を重力波のデータ解析から明らかにするための手法として,ブラックホール合体の最終段階で発生するリングダウン重力波の解析が有力視されている.しかし短時間で消失するこのリングダウン部分をノイズに埋もれたデータから抽出する手法はまだ確立していない.そこで,自己回帰モデル(auto-regressive法)を用いて,短時間のデータから波形を再構築する方法を重力波のデータ解析に応用し,リングダウン部分を捉えられることを示した.実際にLIGOの報告した最終ブラックホール質量予想値に近い値を示すリングダウン重力波を抽出することができた.重力波の直接検出が実現され,一般相対性理論の検証を,ブラックホール(BH)などの強い重力場を用いて行うことが可能になりつつある.本研究では,もっとも有力な修正重力理論の1つであるガウスボンネ重力理論に注目し,そのダイナミクスの一端を明らかにした.高次曲率項により時空特異点の発生が回避されうること,および高次元になるほどその傾向が顕著なことを複数のモデルで示した.また,BHの合体成長モデルがどのように判別されるのかを議論した.地上に設置された重力波干渉計で観測されるBH合体イベント数を具体的に予測した.さらに,BHが放つリングダウン重力波を実データから抽出する手法を提案した.数値計算コードの開発
超高性能衛星搭載発振器を用いた新しい電波科学惑星探査法の開発

1.研究成果本研究の最終目的は1998年7月に打ち上げられた火星探査機に搭載された超安定発振器より出力される約19MHzの信号を原振としたS,X帯送信機から送信された電波を地上の大型アンテナで受信し、受信信号のわずかの周波数変動の検出により火星の電離大気、中性大気の高度分布を求め、これを基に火星電離大気と太陽風との相互作用、中性大気と電離大気の相互作用、および砂嵐の電離大気、中性大気への影響などを調べることにある。このために1)8GHzおよび2.2GHz信号の20KHz帯への周波数変換システム、2)周波数変換された信号のA/D変換および変換データの蓄積、3)変換データからの電離大気、中性大気の算出、の3つの主要な作業が必要となる。本科研費においては、1)、2)の項目について地上系データ取得システムの構築のための仕様を諸外国の情報を基にメーカとの議論を重ねつつ作成し、この仕様に基づいて平成10年度に宇宙科学研究所臼田観測所研究棟に地上系を構築した。2.今後の研究項目、および展望今後、探査機を用いての地上系に関する性能の検討、および火星大気算出の最終的な性能決定要因となる地球電離圏に関する評価が残されている。これまでの成果を以って2001年には太陽風加速領域の研究、2003年には月電離圏の検出、そして2004年には火星大気の観測を目指す。Planet-Bによる火星電波科学観測計画は、計画当初に考えられていたわが国単独の機器開発・データ解析から発展し、探査の基本となる超高安定搭載発振器を米国NASAの供給、データ取得・解析はおもに米国JPLおよびStanford大学との協力になった。その中で我々は(1)搭載機器と探査機のインターフェース調整、(2)取得データの圧縮・フィルタ処理技術の開発、(3)火星大気・電離層解析手法開発、(4)太陽風・月電離層観測計画を担当することになった。平成8年度においてはこのうち本研究に関わる(2)について研究を行った(他の項目について研究は続けられているが、本研究と直接関係ないのでここでは述べない)。火星は、従来知られている火星大気・表面形状から、探査機からの電波の周波数変動が微少であることと、多少の惑星形状の球対称からのずれがあることから、日変動レベルの小さな大気物理量変動を検知するために、従来のドップラ周波数からではなく、電波の位相から直接大気情報に変換するアルゴリズムの開発、及び任意のジオイド面形状に対応してray tracingを用いたiterationを行うことにより物理的に実現可能な光路を探すアルゴリズムを開発した。前者は球対称近似で、数学的手法はFjeldboらにより知られていたが、それをソフトウエアとして実装した。後者はもちろん任意の惑星形状に応じたものであるが、平成9年度においては両アルゴリズムを融合する努力を行う予定である。1.研究成果本研究の最終目的は1998年7月に打ち上げられる予定の火星探査機に搭載される超安定発振器より出力される約19MHzの信号を原振としたS・X帯送信機から出る電波を用いて火星の電離大気、中性大気の構造を探ることであり、このために本研究ではまずS・X帯電波を20kHz帯の信号に周波数変換するダウンコンバータ部とその信号をA/D変換して記憶媒体に蓄積するデータ取得部に対する仕様決定と共に地上系の構築を開始、現在順調に進捗している。2.今後の展望平成10年4月より電波科学を用いて火星中性、電離大気を研究するに必要な種々のソフトの開発に着手する。また2000年代には月電離層の検出を計画している。1.日本の火星探査機「のぞみ」に搭載した超安定発振器を用いて火星大気、電離大気の研究を行うために、本研究のためにデータ取得システムを長野県臼田の深宇宙観測所に構築した。地上でのデータ取得システムのチェックをSbandのみについて行い、システム全体としての動作をチェックした。