hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経結合形成時における細胞膜関連分子機能動態の生組織イメージング

本研究の代表者、分担者らは、中枢神経細胞間のシナプス後肥厚部(PSD)に特異的に存在するPSD95やPSD-Zip45などの分子と緑色蛍光たんぱく質(GFP)との融合たんぱく質をマウス海馬スライス組織培養系で発現させ、生きた組織中で二光子励起レーザー走査顕微鏡を用いて、その動態を経時的に観察するという実験手法を中心にして研究を進め、以下のような成果を挙げた。1)海馬スライス組織培養系におけるCA1錐体細胞の限定された一部に特異的に、より安定して遺伝子を発現させるために、以下のようなシステムを確立した。すなわち、GFP遺伝子をアクチンプロモーター支配下で海馬錐体細胞特異的な発現させるようなDNA紺ストラクトをloxP配列で挟んで不活化しておき、そのトランスジェニックマウス新生児から作製したスライス標本に、Cre組換え酵素アデノウィルスベクターを感染させ、限定された錐体細胞のみを効率良く観察に適した状態で可視化することができた。2)(1)のシステムを用いることによりCA1錐体細胞(シナプス後部)はGFPで、一方CA3錐体細胞(シナプス前部)には単一細胞エレクトロポレーション法を用いてローダミンデキストランを導入し、それぞれの形態を蛍光で可視化した。そして、シナプス前部軸索の瘤状構造と後部の棘突起構造との接着部の経時的な形態変化について調べた結果、すでにシナプスが形成されていると推定される接着部周辺の前部と後部の形態変化には正の相関があることを示した。3)シンドビスウィルスベクターを用いて、新規に見いだされたNMDA受容体結合能をもつRhoファミリーGTPaseの活性化タンパク質とGFPの融合タンパク質を海馬初代分散培養細胞に発現させ、そのPSDへの局在を確認した。(Nakazawa et al.,2003)本研究の代表者、分担者らは、中枢神経細胞間のシナプス後肥厚部(PSD)に特異的に存在するPSD95やPSD-Zip45などの分子と緑色蛍光たんぱく質(GFP)との融合たんぱく質をマウス海馬スライス組織培養系で発現させ、生きた組織中で二光子励起レーザー走査顕微鏡を用いて、その動態を経時的に観察するという実験手法を中心にして研究を進め、以下のような成果を挙げた。(Nakazawa et al.,2003)本研究の代表者、分担者らは、中枢神経細胞間でのシナプス後肥厚部(PSD)に特異的に存在して膜を裏打ちすることで知られるPSD95やPSD-Zip45などの分子と、緑色蛍光たんぱく質(GFP)やその変異体との融合たんぱく質を遺伝子工学的に作製し、げっ歯類胎児海馬由来神経細胞の分散培養系において、細胞が生きた状態でシナプスを可視化し、その動態を経時的に記録し、解析してきた。1.上記の様な解析を、より生体内の現象に近い神経連絡を保った状態で観察するために、海馬スライスの回転培養系を確立し、アデノウィルスを用いてGFP遺伝子を発現させ、二光子励起蛍光顕微鏡を用いた観察により、神経細胞樹状突起中の棘突起における、蛍光分子が観察できるようになった。そこで、PSD95-GFP、Zip45-GFPを発現させた。ところ、ほぼ分散培養系と同様のシナプス部位への集積と、動態パターンをとることがわかった。2.上記の一連の方法を用いて、シナプス形成、維持におけるN-カドヘリンの役割を調べる目的で、N-カドヘリンの翻訳を抑制するアンチセンスオリゴDNAを作製し、グリア細胞初代培養系での効果を確認した。現在、このシステムをスライス培養系にも適用すべく実験中である。3.遺伝子発現のさらなる効率の上昇を目指し、シンドビスウイルスベクターを試したところ、海馬スライス中で、主に神経細胞において、感染後数時間以内にGFPの強い発現が見られた。4.シンドビスウィルスベクターを用いて、新規に見いだされたNMDA受容体結合能をもつRhoフアミリーGTPaseの活性化タンパク質とGFPの融合タンパク質を海馬初代分散培養細胞に発現させ、そのPSDへの局在を確認した。

本研究の代表者、分担者らは、平成14年度までに、中枢神経細胞間のシナプス後肥厚部(PSD)に特異的に存在して膜を裏打ちすることで知られるPSD95やPSD-Zip45などの分子と、緑色蛍光たんばく質(GFP)との融合たんばく質を遺伝子工学的に作製して、アデノウィルスベクターを用いてマウス海馬スライス組織培養系に発現させ、生きた状態で二光子励起レーザー走査顕微鏡を用いて可視化し、その動態を経時的に観察してきた。1)平成15年度は、まず海馬スライス組織培養系におけるCAI錐体細胞の限定された一部に特異的に、より安定して遺伝子を発現させるために、以下のようなシステムを確立した。すなわち、アクチン遺伝子プロモーター支配下でGFPを海馬で錐体細胞特異的な発現を起こさせるDNAコンストラクトをloxP配列で挟んで不活化しておき、そのトランスジェニックマウス新生児から作製したスライス標本に、Cre組換え酵素アデノウィルスベクターを感染させ、限定された錐体細胞のみを効率良く観察に適した状態で可視化することができた。2)(1)のシステムを用いて、シナプス形成の過程を形態的により詳細に調べる目的で、CA1錐体細胞(シナプス後部細胞)はGFPで形態を可視化し、シナプス前部細胞のCA3錐体細胞には、単一細胞エレクトロポレーション法を用いてローダミンデキストラン色素を導入して蛍光標識した。そして、シナプス前部軸索の瘤状構造と後部の棘突起構造との接着部(シナプス部と推定される)の経時的な形態変化について調べた。結果として、すでにシナプスが形成されていると推定される接着部周辺の前部と後部の形態変化には正の相関があることを示した。3)さらに生個体内でのシナプス形成の経時的観察を目指して、上記(1)のシステムを応用して、Cre組換え酵素アデノウイルスや、GFPを直接発現させるシンドビスウイルスベクターの脳内への注入実験を行った。発現が見られた細胞種の同定、発現の時間経過などの基礎的データを現在収集中である。
軌道自由度がある界面２次元電子系における磁性と超伝導の研究

近年、人工的に生成された界面2次元電子系が多くの注目を浴びており、本研究はこの界面2次元電子系でおこる超伝導についての理論解析を行った。特に電場により界面や表面の超伝導となる遷移金属ダイカルコゲナイドに注目し、磁場中における超伝導の熱力学的安定性について成果を挙げた。物質同士の界面や真空との表面などは上下を反転させた場合にもとに戻らない、いわゆる「空間反転対称性のない系」となっている。これらの系では空間反転対称性の破れに起因した特殊なスピン軌道相互作用が現れる。この特殊なスピン軌道相互作用は様々な物性に大きな影響を与えることが知られている。超伝導を例にとると、通常の引力で奇パリティ超伝導が安定となりうるなどである。本研究は2層遷移金属ダイカルコゲナイドでおこる超伝導について理論計算を行った。その結果、本物質の結晶構造に起因して、これらの系では従来示されていた結果よりも磁場中で奇パリティ超伝導が安定となりやすいことを示した。さらにより現実に近いパラメーターでの研究を行うことにより、この奇パリティ超伝導の観測可能性についても議論を行った。上記に加えて層間に他の原子をはさむインターカレーションを行った際に奇パリティ超伝導がどの程度安定化されるかについても議論し、論文を制作し雑誌に投稿した。本研究は現在多くの注目を集めている単層および2層の遷移金属ダイカルコゲナイドを対象とし、また2000年になって急激に研究が進んでいる空間反転対称性の破れの効果を調べたものであり、これまで報告例の少ない奇パリティ超伝導が実現している可能性を示すものである。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、低温高磁場領域で安定になるとされるFFLO超伝導と磁場中の空間反転対称性のない系で安定になるとされるヘリカル超伝導についての研究を行った。結果として、磁場が[100]方向もしくは[010]方向に印加された場合にはFFLO超伝導による上部臨界磁場の増大はBCS超伝導の場合に比べ、わずか5%程度であるとわかった。これは一般的な2次元系の場合と比べて小さい値である。我々はこの結果がこれまでによく知られているヘリカル超伝導からFFLO超伝導へのクロスオーバーに加え、SrTiO3ヘテロ構造特有の二次元超伝導から疑一次元超伝導へのクロスオーバーによるものであることを示した。また、我々は上部臨界磁場には強い異方性があることも発見した。具体的には、磁場が[100],[010]方向に印加された場合と異なり、[110]方向では上部臨界磁場の増大に関しては先行研究の結果を再現するものであった。しかし、一般的なRashba型反対称スピン軌道相互作用が現れるような系に磁場を印加した場合にはCooper対の重心運動量は磁場と垂直な方向が最適であることが知られているが、ここで得られたFFLO超伝導は磁場に垂直な方向以外に二重縮退したより最適な重心運動量を持ち、これまでにない新奇なFFLO超伝導相であることが本研究により示された。この縮退した重心運動量は、BCS超伝導では低温高磁場領域でもdyz軌道とdzx軌道が共に超伝導であったのに対して、FFLO超伝導ではどちらか一軌道が超伝導となるほうが安定となるためであると考えられる。"International Conference on Strongly Correlated Electron Systems"においてポスターでの発表を行った。遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜の作成が成功して以来、グラフェン同様の2次元電子系に関する物性や積層構造の人工的なコントロール、またグラフェンにはないスピン軌道相互作用の影響に関する研究が多く行われている。本研究は、これまでに書いた研究実施計画を超えて、この遷移金属ダイカルコゲナイドを対象として空間反転対称性の破れが超伝導に与える影響について調べた。昨年度は主にMoS2表面におけるZeeman型反対称スピン軌道相互作用が超伝導に与える影響についての研究を行った。また、二層遷移金属ダイカルコゲナイドに関する研究にも従事し、Zeeman型反対称スピン軌道相互作用と面内磁場によりペア密度波状態が安定になりうることを示した。本年度は去年の研究に加えて層状物質に面内磁場を印加した場合に起こるJosephson-vortexによる軌道対破壊効果を考慮した場合における磁場中超伝導状態の研究を行った。昨年までの研究では超伝導対破壊効果としてPauli極限を考慮したものであった。本年度は軌道対破壊効果の影響も考慮した結果、磁場中超伝導状態として低磁場領域では通常のBCS状態が、高磁場領域ではこれまでの同様にペア密度波状態が安定となった。しかし、軌道対破壊効果により中間領域では渦糸状態と呼ばれる超伝導状態が安定となるという結果が得られた。さらに、反対称スピン軌道相互作用が増大するに伴い、この渦糸状態の領域が広がることを発見した。これは反対称スピン軌道相互作用によりPauli極限は大きく増強されるが、軌道対破壊効果はほとんど増強されないことに起因している。また、上記に結果に加えてRashba型反対称スピン軌道相互作用を加えた場合にも研究を行い、どのような領域でペア密度波が安定になるかを議論した。当初の学術振興会への提書類では二年目にはSrTiO3/LaAlO3界面における強結合超伝導についての研究を行う予定であった。

しかし、SrTiO3/LaAlO3界面同様、基礎研究と応用研究の両面から注目されている遷移金属ダイカルコゲナイド薄膜および表面でおこる超伝導において反対称スピン軌道相互作用による興味深い物性が観測されたため、昨年より遷移金属ダイカルコゲナイドを対象とした研究を行ってきた。本年度に行った研究により、軌道対破壊効果を考慮した場合についても低温領域でPDW相が安定なることを示すことができた。また、Rashba型反対称スピン軌道相互作用の影響を考えることで、さらに現実の物質に近い状態での計算を行った。その結果から実験グループへの提案など行えたことや多くの研究会で発表を行えたことなどは十分に本研究をすすめることができたと考えている。その一方、二層遷移金属ダイカルコゲナイドに関する論文を完成させることができなかった点などについては進展が遅かった。近年、人工的に生成された界面2次元電子系が多くの注目を浴びており、本研究はこの界面2次元電子系でおこる超伝導についての理論解析を行った。特に電場により界面や表面の超伝導となる遷移金属ダイカルコゲナイドに注目し、磁場中における超伝導の熱力学的安定性について成果を挙げた。物質同士の界面や真空との表面などは上下を反転させた場合にもとに戻らない、いわゆる「空間反転対称性のない系」となっている。これらの系では空間反転対称性の破れに起因した特殊なスピン軌道相互作用が現れる。この特殊なスピン軌道相互作用は様々な物性に大きな影響を与えることが知られている。超伝導を例にとると、通常の引力で奇パリティ超伝導が安定となりうるなどである。本研究は2層遷移金属ダイカルコゲナイドでおこる超伝導について理論計算を行った。その結果、本物質の結晶構造に起因して、これらの系では従来示されていた結果よりも磁場中で奇パリティ超伝導が安定となりやすいことを示した。さらにより現実に近いパラメーターでの研究を行うことにより、この奇パリティ超伝導の観測可能性についても議論を行った。上記に加えて層間に他の原子をはさむインターカレーションを行った際に奇パリティ超伝導がどの程度安定化されるかについても議論し、論文を制作し雑誌に投稿した。本研究は現在多くの注目を集めている単層および2層の遷移金属ダイカルコゲナイドを対象とし、また2000年になって急激に研究が進んでいる空間反転対称性の破れの効果を調べたものであり、これまで報告例の少ない奇パリティ超伝導が実現している可能性を示すものである。今年度の研究によりSrTiO3ヘテロ構造において、上部臨界磁場に面内異方性が存在することおよび反対称スピン軌道相互作用により新奇なFFLO超伝導相が安定になることを理論的に示した。この結果においては当初の研究計画以上の進展があると考えられる。特に今までに知られていない超伝導相が現れることはとても興味深い現象である。その一方で当初の研究計画にあったサブバンド構造を考慮した場合についての計算を行うことができなかった部分では研究が遅れている。また、「新奇FFLO超伝導相がどのような物性を示すか?」や「どのような実験により新奇FFLO超伝導相を見つければよいか?」などの新しく出てきた問題に関しても示すことができていない点においても進展が遅れていると考えている。また、今年度から近年多くの関心を集めているMoS2を対象物質とした研究を始めた。
異種構造物質間でのヘテロエピタキシ-に関する研究

本研究では、ヘテロ成長により作製した単結晶層状物質薄膜上へ、3次元的な構造を持つ化合物半導体を単結晶ヘテロ成長することを目的としている。本年度はまずSi基板上に層状化合物半導体GaSeの良質な単結晶薄膜を成長することを試みた。その結果、Si基板表面の処理として、混酸による酸化膜形成と希弗酸溶液による除去を行うことで表面を水素終端し、さらに弗化アンモニウム溶液で処理することにより表面を-SiH基のみで終端する、という手法を用いることで、その上にGaSe薄膜を基板温度400500°Cで単結晶成長できることを確認した。これまでの水素終端基板上への成長では、基板温度を低温から高温へ成長途中で変えないと単結晶成長は実現しなかったが、今回の水素終端処理基板上では、最初から基板温度を高くしても単結晶成長が実現している。これは表面を-SiH基のみで終端することにより、水素原子の脱離温度を高くすることができたためと考えられる。次に、この単結晶GaSe薄膜の表面形状を調べるために、原子間力顕微鏡(AFM)による観察を行った。その結果GaSe表面は径が数百nm程度の螺旋状構造で覆われており、薄膜が螺旋成長していることが判明した。また螺旋段差間の平坦部ではバルク単結晶と同じ原子像が観察されており、GaSeの単結晶成長を裏付けている。また、超高真空中でSeアニールしたGaSe薄膜のAFM像では、螺旋のエッジの部分が過剰なSeと反応している様子が観察されており、エッジの部分が活性であることを示している。このGaSe薄膜上の化合物半導体を成長する場合には、不活性な平坦部と活性なエッジ部分の割合を制御することで、エピタキシャル成長に必要な界面結合部と、ひずみ緩和に必要な非結合部とを制御することができると考えられる。現在、化合物半導体のヘテロ成長の実験を行っており、単結晶成長の実現を目指している。
光センサー流速計の開発-経皮経肝的カテーテル挿入による人門脈血流の計測

経皮経肝的アプローチによる,人門脈血流の直接計測をめざして,細径の光センサー流量計の開発を試みた.光センサーと,発光ダイオードによる組み合わせを考え,モデル機を作製したが,人血流の赤血球が小径であり,またあまりに不透明であるため,血流の流速測は不能であった.しかし,水中に浮遊物を混じさせた状態では,一定の性能が認められた.しかし,センサーの径は太く(1.2cm)人体への応用は当分困難と思われた.人門脈へのアプローチを同〓にPTP〓における2方向撮影から検討した.いわゆるUmbilical PointはFalciform ligamentを通り,超音波ガイド下に穿刺するには,安全な,アプローチで, PTC-S用拡張器を用いれば, 8Fr,程度のカテーテルの挿入は一期的に施行可能と思われた.しかし挿入したカテーテルと門脈本幹のなす角度は,右肋間からアプローチしても, Umbilical Pointから,アプローチしても,門脈血流に平行であることは不能で,カテーテルの先端に何らかの位置補正具を装着する必要があると考えられた.PTPを施行する〓に,ナルコ社製カテーテル光端型流速計を門脈内に挿入したか,上記の挿入角度の問題のため,信頼し得る測定値は得られなかった.経皮経肝的アプローチによる,人門脈血流の直接計測をめざして,細径の光センサー流量計の開発を試みた.光センサーと,発光ダイオードによる組み合わせを考え,モデル機を作製したが,人血流の赤血球が小径であり,またあまりに不透明であるため,血流の流速測は不能であった.しかし,水中に浮遊物を混じさせた状態では,一定の性能が認められた.しかし,センサーの径は太く(1.2cm)人体への応用は当分困難と思われた.人門脈へのアプローチを同〓にPTP〓における2方向撮影から検討した.いわゆるUmbilical PointはFalciform ligamentを通り,超音波ガイド下に穿刺するには,安全な,アプローチで, PTC-S用拡張器を用いれば, 8Fr,程度のカテーテルの挿入は一期的に施行可能と思われた.しかし挿入したカテーテルと門脈本幹のなす角度は,右肋間からアプローチしても, Umbilical Pointから,アプローチしても,門脈血流に平行であることは不能で,カテーテルの先端に何らかの位置補正具を装着する必要があると考えられた.PTPを施行する〓に,ナルコ社製カテーテル光端型流速計を門脈内に挿入したか,上記の挿入角度の問題のため,信頼し得る測定値は得られなかった.発光ダイオードにより流体を照射し、光センサーにて、この反射光を感知し流速を計測するモデル機(径8mmを作製し)生理的食塩水中に1【mm^3】あたり直径500μのポリマー(アイバロン)粒子100個を含む流体の流速を計測した。このモデル機による計速は満足すべき結果であったが、牛血液の血流速度速定は不成功であった。一方人門脈内にカテーテルを安全に留置するアプローチに関し、昨年度、左門脈umbilical pointを経由することが望ましいことを報告したが、今年経皮経肝的門脈造影の手法を用い、門脈圧亢進症症例におけるカテーテル先端の至適な位置につき検討を加えた。門脈圧亢進症症例では門脈大循環シャント路として、coronary Veinが果す位置が極めて大きく、肝門部からcoronary Vein分岐部までの極めて、短い門脈本幹内が、カテーテル先端位置の至適部位と思われた。またカテーテルのアプローチの確保として、動脈用シースを用い、ルートをヘパリン生食でロックすれば、数時間の使用は十分安全で、門脈血栓症などの合併症は生じなかった。人門脈血流の解析方法として最近注目されているパルスドップラー法による解析を肝細胞癌症例を含む、門脈圧亢進症症例および正常例について行なったところ、門脈圧亢進症症例では、門脈血流は、時に逆行性であったり、うず巻き状を呈していたり、様々なパターンを示し、門脈のどの部位で計測するかにより、得られる情報は大きく異なるようであり、門脈血行異常例での門脈血流計測の困難さが示唆された。
乱流予混合火炎の構造とフラクタル特性に関する研究

乱流燃焼は,速度,温度,密度,圧力及び濃度変動と化学反応が相互に干渉し合う非常に複雑な現象であり,乱流燃焼を理解する上で,乱流場と化学反応の相互作用を解明することは不可欠である.特に,高精度乱流燃焼モデルを開発するには乱流火炎の局所構造や火炎面のフラクタル特性に関する十分な理解が必要となる.本研究では,詳細化学反応機構と輸送係数・物性値の温度依存性を考慮に入れた水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,火炎面のフラクタル特性を明らかにした.二次元一様等方性乱流中を伝播する当量比0.81.6の水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果にbox counting法を施すことにより,乱流予混合火炎中の化学種と温度の等値線に対してフラクタル解析を適用した。その結果,二次元一様等方性乱流中を伝播する水素乱流予混合火炎はフラクタル特性を示し,各化学種のフラクタル次元は当量比に依らずほぼ一致することを明らかにした.また,温度は火炎背後で比較的ゆっくりと上昇するため,化学種のフラクタル次元に比べて,温度のフラクタル次元は既燃側で僅かに低下することを明らかにした.さらに,非発熱の無限に薄い火炎面に相当する非反応性二次元乱流中のscalar等値線のフラクタル次元との比較から,二次元乱流中の火炎面のフラクタル次元は大きい発熱と有限火炎厚さの影響による顕著な低下を示さず,ほぼ二次元乱流中のscalar等値線のフラクタル次元と一致することを明らかにした.乱流燃焼モデルでは,火炎面のフラクタル次元を用いて乱流燃焼速度を予測するが,乱流と予混合火炎の相互作用により局所的な火炎構造が変化するため,層流燃焼速度と火炎面のフラクタル次元から容易に乱流燃焼速度を決定できないことを明らかにした.乱流燃焼は,速度,温度,密度,圧力及び濃度変動と化学反応が相互に干渉し合う非常に複雑な現象であり,乱流燃焼を理解する上で,乱流場と化学反応の相互作用を解明することは不可欠である.特に,高精度乱流燃焼モデルを開発するには乱流火炎の局所構造や火炎面のフラクタル特性に関する十分な理解が必要となる.本研究では,詳細化学反応機構と輸送係数・物性値の温度依存性を考慮に入れた水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,火炎面のフラクタル特性を明らかにした.二次元一様等方性乱流中を伝播する当量比0.81.6の水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果にbox counting法を施すことにより,乱流予混合火炎中の化学種と温度の等値線に対してフラクタル解析を適用した。その結果,二次元一様等方性乱流中を伝播する水素乱流予混合火炎はフラクタル特性を示し,各化学種のフラクタル次元は当量比に依らずほぼ一致することを明らかにした.また,温度は火炎背後で比較的ゆっくりと上昇するため,化学種のフラクタル次元に比べて,温度のフラクタル次元は既燃側で僅かに低下することを明らかにした.さらに,非発熱の無限に薄い火炎面に相当する非反応性二次元乱流中のscalar等値線のフラクタル次元との比較から,二次元乱流中の火炎面のフラクタル次元は大きい発熱と有限火炎厚さの影響による顕著な低下を示さず,ほぼ二次元乱流中のscalar等値線のフラクタル次元と一致することを明らかにした.乱流燃焼モデルでは,火炎面のフラクタル次元を用いて乱流燃焼速度を予測するが,乱流と予混合火炎の相互作用により局所的な火炎構造が変化するため,層流燃焼速度と火炎面のフラクタル次元から容易に乱流燃焼速度を決定できないことを明らかにした.
空間スケール構造を考慮した食物連鎖の長さの決定機構の解明

1.系外資源の間接効果に関する理論研究系外資源の移入は捕食者を介して系内の被食者に間接効果をもたらす。本研究では数理モデルを用いて、捕食者の数の反応と機能の反応の時間スケールに応じて、時間変動する系外資源移入の間接効果の正負が決定されることを示した。この理論により、野外で観察される系外資源の多様な間接効果を統一的に説明できる。この成果は投稿論文として準備中である。2.陸上食物網の系外資源への依存性に関する野外研究バハマ諸島の陸上食物網の同位体分析を行った。捕食者である網グモとトカゲの海産資源への依存度が、島周囲長に対する島面積の比にどう影響しているのか調べた。移動性の小さい網グモの依存度は周囲長/面積の比に依らないが、移動性の大きなトカゲの依存度は周囲長/面積の比の増大に伴い大きくなった。3.食物連鎖長の決定機構に関する理論研究ギルド内捕食系のメタ群集の数理モデルを開発し、生態系サイズや撹乱、一次生産性の食物連鎖長への効果を調べた。撹乱や一次生産性は複雑な効果を持つ一方、生態系サイズの増大に伴い食物連鎖が長くなるという一般傾向が明らかになった。4.食物連鎖長の決定機構に関する野外研究3.の理論研究から得られた予測を、バハマ諸島の陸上食物網を対象に検証した。特に撹乱と生態系サイズの効果に関する理論予測に焦点を当てた。高次捕食者であるトカゲの有無に加え、トカゲの栄養位置(trophic position)の変化が、島の食物連鎖長を左右する。トカゲの有無は撹乱と生態系サイズの両方によって決まるが、トカゲの栄養位置は生態系サイズによってのみ決まることを見いだした。今年度は、1)群集動態プロセスの時間スケール階層性に関する研究、2)食物網研究を行った。1)では、ヒエラルキー理論(Hierarchy theory)とプレスパタベーション理論(Press perturbation theory)を応用し、時間変動する他生性資源(Allochthonous resources)の効果が移入先の群集プロセス(被・捕食者の個体群・空間分布動態等)の時間スケール階層構造により決定されるメカニズムを理論化した。また、食物網理論の基盤であるロトカーボルテラ型モデルの一つの欠点は、捕食者の採餌行動と繁殖過程の時間スケールの違いを考慮しない点である。この時間スケールの違いを明示的に数理モデルに組み込み、それが捕食者によるトップダウン効果の強弱を変えないことを数学的に厳密に証明した。2)では、窒素と炭素の安定同位体分析により、バハマ諸島の食物連鎖長の定量化と島間比較、とくに食物連鎖長と島面積・攪乱強度との相関を調べている。またギルド内捕食(Intraguild predation)のメタ個体群モデルを作成し生態系サイズ・攪乱強度・局所生産性の食物連鎖長への複合効果を調べている。さらに米国ロングアイランド湾で、島生態系の海産性資源への依存性と島地形構造との関係を同位体分析・定量サンプリングにより調べている。初年度に引き続き、(1)群集動態プロセスの時間スケール階層性に関する研究、(2)David Post博士(米エール大)、David Spiller博士(米カリフォルニア大)らと共同で食物網研究を行った。(1)では、ヒエラルキー理論(Hierarchy theory)とプレスパタベーション理論(Press perturbation theory)を応用し、時間変動する他生性資源(Allochthonous resources)の効果が移入先の群集プロセス(被・捕食者の個体群・空間分布動態等)の時間スケール階層構造により決定されるメカニズムを理論化した。この理論により、野外で観察される他生性資源の多様な間接効果を統一的に説明できる。この成果を論文にまとめ投稿した。(2)では、またギルド内捕食(Intraguild predation)のメタ個体群モデルを作成し生態系サイズ・攪乱強度・局所生産性の食物連鎖長への複合効果を調べた。この研究は現在投稿論文として準備中である。またモデルから得られた予測を、野外検証するため、前年度に引き続き、バハマ諸島の食物連鎖長の定量化と島間比較、とくに食物連鎖長と島面積・攪乱強度との相関を、窒素と炭素の安定同位体解析により調べている。また、バハマ諸島の陸上食物網の海産性資源への依存度も安定同位体により明らかにしようとしている。これらの野外研究は、現在試料分析の最中であり、来年度に投稿論文としてまとめ投稿する予定である。3.食物連鎖長の決定

機構に関する理論研究ギルド内捕食系のメタ群集の数理モデルを開発し、生態系サイズや撹乱、一次生産性の食物連鎖長への効果を調べた。撹乱や一次生産性は複雑な効果を持つ一方、生態系サイズの増大に伴い食物連鎖が長くなるという一般傾向が明らかになった。この成果は投稿論文として準備中である。4.食物連鎖長の決定機構に関する野外研究3.の理論研究から得られた予測を、バハマ諸島の陸上食物網を対象に検証した。特に撹乱と生態系サイズの効果に関する理論予測に焦点を当てた。高次捕食者であるトカゲの有無に加え、トカゲの栄養位置(trophic position)の変化が、島の食物連鎖長を左右する。トカゲの有無は撹乱と生態系サイズの両方によって決まるが、トカゲの栄養位置は生態系サイズによってのみ決まることを見いだした。
学習者に熟考を促す学習支援ロボットの開発

本研究では,学習者の応用力や探求心の向上を促す学習支援である認知的徒弟理論に基づくロボットの行動モデルを開発する.また,学習者に学習支援を適切に提供するために,学習者の学習状況やしぐさなどから学習者の心理状態を把握する心理状態認識システムを開発する.そして,学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットの実現を目指す.H30年度では,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fadingによるロボットの行動モデルを構築した.行動モデルにおける学習支援の切り替え基準は,1回の学習で算出される,学習者の全問題における正解率とした.中学生を対象とした被験者実験を実施したところ,行動モデルを実装したロボットは,Modelingのみの行動が実装されるロボットに比べ,学習者に与える学習効果が向上することが示唆された.また,書込認識手法に学習者の心理状態認識システムを構築した.本システムでは,学習者の手を追跡し,文字を書いているかどうかを認識する.これにより,学習者が学習に対して集中できているかどうかを把握できると考える.本システムと,ロボットが学習者の気持ちに共感するような感情を表出する共感表出法を組み合わせ,被験者実験を実施した.その結果,本システムから把握した学習者の集中具合に応じて,共感表出法において感情を表出することで,学習者にロボットから受ける好印象を向上させることを示した。行動モデルに関する研究において国際会議2件,国内学会2件という成果を上げ,研究内容をまとめ,査読付学術雑誌へ投稿している.同様に,心理状態認識システムに関する研究においても,国際会議2件,国内学会1件という成果を上げ,まとめた研究内容を査読付学術雑誌へ投稿している.昨年度における研究の推進方策に従い,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fadingによるロボットの行動モデルを構築し,被験者実験を通して行動モデルの有効性を検証した.また,書込認識手法に学習者の心理状態認識システムを構築し,共感表出法と組み合わせることで,学習者の集中具合を把握できることを示した.本来の計画では,行動モデルと心理状態認識システムを統合し,被験者実験を通して有効性が検証する必要があるが,本年度において統合まで至らなかった.その理由として,行動モデルおよび心理状態認識システムにおいて問題点および改良点を発見し,それらの解決に取り組んだためである.行動モデルでは,学習者がロボットから提供される学習支援に依存することという問題点があった.心理状態認識システムでは,学習支援を提供するタイミングの基準として,学習者の手の動きを追跡するだけなく,表情やしぐさも踏まえて,学習者の悩み状態を判断できるように改良すべきと見出した.これらは,教育学や画像処理の従来研究を基に解決できると考え,現在では従来研究の調査および予備実験を実施している.H31年度では,まず,行動モデルの改良に取り組む.行動モデルにおける学習支援の切り替え基準は,1回の学習で算出される,学習者の全問題における正解率である.しかしながら,この切り替え基準では,学習者はロボットから提供される学習支援に依存してしまう.この要因として,現在の切り替え基準における行動モデルは,学習者が自身の能力で解決できる問題に対しても,問題の解き方を教示するModelingを提供するからである.これを解決するために,行動モデルにおける学習支援の切り替え基準を,問題一つ一つに対する正解数へ変更する.これにより,学習者が得意な問題には簡潔な学習支援を,苦手な問題には丁寧な学習支援を提供できると考える.基準を変更し,行動モデルが学習者へ及ぼす影響を検証する.次に,心理状態認識システムを,学習者の手の動き,表情,しぐさから,学習者の悩み状態を判断できるように改良する.これまでの実験から収集した学習者の学習中の様子を基に,機械学習や深層学習を通して,学習者の悩み状態(特別な状態)を検出する.そして,シミュレーション実験および被験者実験を通して,心理状態認識システムが,学習者の悩み状態を検出できるか検証する.最後に,行動モデルと心理状態認識システムを統合してロボットへ搭載する.そして,被験者実験を通して,学習支援を提供するタイミングの有効性および,行動モデルと心理状態認識システムを搭載したロボットが学習者に及ぼす効果を検証する.本研究では,学習者の応用力や探求心の向上を促す学習支援である認知的徒弟理論に基づくロボットの行動モデルを開発する.また,学習者に学習支援を適切に提供するために,学習者の学習状況やしぐさなどから学習者の心理状態を把握する心理状態認識システムを開発する.そして,学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットの実現を目指す.心理状態認識システムでは,画像認識技術の従来研究で提案されている,人の表情から感情を推察する表情認識手法,または学習者の手を追跡し,文字を書いているかどうかを認識する書込認識手法を使用することで,学習者の集中具合や,問題に対する取り組み具合は把握できる傾向があることを確認できた.認知的徒弟理論に基づく行動モデルと心理状態認識システムの書込認識手法による研究内容は,それぞれ国際会議(WCCI 2018)に採録され,8月に口頭発表予定である.また,心理状態認識システムの表情認識手法では国際会議1件という成果を上げるとともに,研究内容をまとめ,査読付学術雑誌へ投稿している.当初,認知的徒弟制理論における,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fading,Articulation,Reflection,Explorationの6段階の学習支援に基づいて,ロボットの行動モデルを構築する予定だった.しかし,各段階の学習支援をロボットに実装し,被験者実験を実施したところ,Articulation,Reflection,Explorationによる学習支援は,ロボットが学習者に対して提供するには有効でない可能性があると確認できた.

一方,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fadingを組み合わせた学習支援は,従来の問題の解き方のヒントを提供する学習支援に比べて,ロボットが学習者に提供することで,学習者の学習効果を向上させる可能性があることを示唆した.そのため,行動モデルは,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fadingを基に構築することが有効であるという知見を得られた.心理状態認識システムでは,従来研究で提案されている,人の表情から感情を推察する表情認識手法,または学習者の手を追跡し,文字を書いているかどうかを認識する書込認識手法を使用することで,学習者の集中具合や,問題に対する取り組み具合は把握できる傾向があることを確認できた.特に書込認識手法は,表情認識手法のように学習者の表情データを事前に学習する必要がなく,実用的な手法であると考える.上記のModeling,Coaching,Scaffolding and Fadingによる行動モデルと,書込認識手法による心理状態認識システムを組み合わせることで,本研究の目的である,学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットを開発できると見出せたため,期待以上に研究が進んでいると考える.本研究では,学習者の応用力や探求心の向上を促す学習支援である認知的徒弟理論に基づくロボットの行動モデルを開発する.また,学習者に学習支援を適切に提供するために,学習者の学習状況やしぐさなどから学習者の心理状態を把握する心理状態認識システムを開発する.そして,学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットの実現を目指す.H30年度では,Modeling,Coaching,Scaffolding and Fadingによるロボットの行動モデルを構築した.行動モデルにおける学習支援の切り替え基準は,1回の学習で算出される,学習者の全問題における正解率とした.中学生を対象とした被験者実験を実施したところ,行動モデルを実装したロボットは,Modelingのみの行動が実装されるロボットに比べ,学習者に与える学習効果が向上することが示唆された.また,書込認識手法に学習者の心理状態認識システムを構築した.本システムでは,学習者の手を追跡し,文字を書いているかどうかを認識する.これにより,学習者が学習に対して集中できているかどうかを把握できると考える.本システムと,ロボットが学習者の気持ちに共感するような感情を表出する共感表出法を組み合わせ,被験者実験を実施した.その結果,本システムから把握した学習者の集中具合に応じて,共感表出法において感情を表出することで,学習者にロボットから受ける好印象を向上させることを示した。行動モデルに関する研究において国際会議2件,国内学会2件という成果を上げ,研究内容をまとめ,査読付学術雑誌へ投稿している.
精子幹細胞活性による造精機能障害メカニズムの解明と不妊治療への応用

先天性の造精機能障害の発症機序を明らかにする事を目的とし研究を行った。男性不妊症モデル動物や患者精巣を用い、精子幹細胞(SSC)活性と精子形成の相関を検討した。その結果、精子幹細胞関連遺伝子であるUTF1遺伝子の発現パターンにより男性不妊症のリスク評価が可能とする知見に至った。また男性不妊症の最大要因の一つである停留精巣でSSC活性が低下していることを確認し、その成果を元にしてUTF1以外にもEEF1A1やKDM5Aなどが相互に関与しながら精子形成を制御することを明らかにした。さらに精原細胞株を用いた遺伝子導入実験にてKDM5Aの過剰発現が精子形成のエピゲノム異常を誘導することを明らかにした。先天性の造精機能障害では、胎生期から新生児期に見られる未分化精細胞からA型精原細胞への分化異常が重要である。実際に私たちはラット下降精巣での検討で、A型精原細胞への分化時期を確認した。本研究では以下の3項目から、A型精原細胞に分化する以前の時期から経時的・連続的に精巣組織の評価を行っている。これまでに研究1:男性不妊症モデル動物における精細胞系分化と幹細胞活性の検討を行った。具体的には精子幹細胞(spermatogonial stem cell; SSC)の幹細胞活性と、それが精細胞分化に及ぼす影響を正常精巣ラットおよび停留精巣モデルラットを用いて検討した。その結果、ラットの正常精巣では、出生前後にSSC活性が最も高く、加齢に準じて活性が低下することを明らかにした。また精子形成に最も重要なA型精原細胞への分化の時期を明らかにし、造精に強く関与する精子幹細胞関連遺伝子として、UTF1(undifferentiated embryonic cell transcription factor 1)遺伝子が有用な指標であることを見出した。さらに停留精巣モデルラットにおけるUtf1発現の検討から、停留精巣ではSSC活性が低下していることを確認した。研究3:精子幹細胞の培養系確立については実験を進めているが、十分量の幹細胞採取に至らず、条件設定や培養方法の変更などを模索しつつ検討を続けている。本研究ではA型精原細胞に分化する以前の時期から経時的・連続的に精巣組織の評価を行っている。現在、結果が出ている下記の研究について報告する。男性不妊症モデル動物における精細胞系分化と幹細胞活性の検討:精子幹細胞(spermatogonial stem cell; SSC)の幹細胞活性と、それが精細胞分化に及ぼす影響を検討するため、正常精巣を有するラットと停留精巣モデルラットを用い、精巣病理組織とSSC活性の比較を行った。具体的には私たちが開発した停留精巣モデルラットを用いて、胎生期から成体期までの精巣を適宜経時的に採取し、HE染色を行った。SSC活性の評価を行うため種々の幹細胞マーカーの発現を定量RT-PCR、Western blotting、免疫染色を行った。その結果、まず正常精巣を有するラットでの胎生期から出生直後のSSC分化とSSC活性を検討し、出生前後にSSC活性が最も高く、加齢に準じて活性が低下することを明らかにした。また精子形成に最も重要なA型精原細胞への分化がラット生後9日に見られることを明らかにした。また造精に強く関与する精子幹細胞関連遺伝子として、UTF1(undifferentiated embryonic cell transcription factor 1)遺伝子が有用な指標であることを明らかにした。さらに停留精巣モデルラットでのUTF1の発現と局在を検討し、停留精巣でSSC活性が低下している可能性が示唆された。

また精子形成に最も重要なA型精原細胞への分化の時期を明らかにし、造精に強く関与する精子幹細胞関連遺伝子として、UTF1(undifferentiated embryonic cell transcription factor 1)遺伝子が有用な指標であることを見出した。さらに停留精巣モデルラットにおけるUTF1発現の検討から、停留精巣ではSSC活性が低下していることを確認した。研究3:精子幹細胞の培養系確立を目指したが実験に十分な系統樹立には至らず、既存培養系を利用したエピゲノム解析を行った。精子形成停留精巣モデルラットの作成には、妊娠ラットに抗アンドロゲン剤であるフルタミドを腹腔内投与することが必要である。私たちの研究施設では妊娠ラットおよびフルタミドが安定して確保可能であり、投与手技についてもこれまで本モデルを用いた多くの実験を行ってきていることから、90%以上の停留精巣発症を認め、安定したモデル作成が可能となっている。また当施設では複数名が精巣病理組織に精通しており、結果判定の正確さが確保されている。さらに複数の研究助手が存在し、多くの手技が系統的・安定的に行われている。精子幹細胞マーカーとしてのUTF1の有用性・再現性はblind下での複数名の研究者で確認し、それに基づいた研究を多方面に生かしている。精巣への遺伝子導入は、精巣の細胞組成が多様である特徴から比較的難しいとされるが、リポフェクション法の習熟で細胞選択性の問題を克服しSSC特異的な評価が可能となっている。培養系の確立については現時点で難渋しているが、学外の研究者ともディスカッションし新規の方法を模索中である。以上のことより本実験は、現在まで概ね順調に経過していると考えられる。停留精巣モデルラットの作成には、妊娠ラットに抗アンドロゲン剤であるフルタミドを腹腔内投与することが必要である。精子幹細胞マーカーとして検討しているUTF1の発現評価については、定量RT-PCR、Western blotting、免疫染色においても十分な再現性を持って評価が可能であったため、精子幹細胞活性の評価が容易に行うことができた。研究3:精子幹細胞の培養系の確立と造精機能を制御する遺伝子群カスケードの解明精子幹細胞の培養系を確立することで、これまでの研究で発現量変化を認めた遺伝子群の機能解析を行い、造精機能障害の発症メカニズムを解明したいと考える。具体的には4週齢ラットから精巣を摘出、細胞を分散させる。I型コラーゲンコートした培養皿で継代培養すると、体細胞は培地に定着するため、浮遊液中にコラーゲンと結合しない精子形成細胞を得ることができる。この浮遊液をラミニンコートした培養皿で培養すると、ラミニンに接着した精子幹細胞が分離され、高率に精巣幹細胞を回収できる。
熱が関わる輸送現象における輸送形態の分類、揺らぎ、制御の統計力学的研究

本研究課題において主に3つの問題を扱った。第一に、一次元系の熱輸送現象に見られる異常輸送現象の問題、第二に時間反転対称性を破った系での熱伝効率の理論的限界の問題、第三に非平衡定常状態での熱流ゆらぎの問題である。第一の問題に関しては、異常輸送のメカニズムを現象論的に理解するために、異常拡散現象の典型的な数学的モデルであるレビーウォークを使って実験と一貫する結果を得た。第二の問題では磁場を入れた系での電子輸送を考え、熱が仕事に変換される熱効率を考えて、時間反転対称性のある系で許される限界を超えることが出来ることが示された。第三の問題では、3次元系の具体的なモデルで相加原理という予想を検証した。2012年度の目標は、1)異常熱伝導現象を現象論的に記述するレビーウォークなどを用いた確率モデルを構築し、平均流とゆらぎの性質を整理すること、2)微小輸送系における熱電効果における熱効率の理論を構築すること、また具体的な系を通して時間反転対称性を失った系での効率の熱力学的限界を明らかにしていくこ、であった。これら2つの大きな目標はおおむね達成されたと言ってよい。まず1)の異常輸送に関する課題では、異常輸送はかねてから異常拡散が関連する現象であることは解析的および数値的な研究から予想されていたが、我々はこれまでの研究をすべて包括する理論を構築できたと思われる。我々のモデルにより、これまで知られていたすべての異常輸送の性質を再現できたばかりでなく、非平衡系の熱流ゆらぎを考えるために、高次ゆらぎを生成する生成関数の形式的な厳密解を導出することも出来た。我々のモデルは現象論的な確率モデルであり、それを力学系から第一原理的に導くという大問題が残されているが、それは今後の課題である。次に2)の微小輸送系での熱電効果における熱効率の理論では、特に磁場の影響を解析した。線形応答領域に限定することにより単純明快な議論を行うことができた。解析の結果、熱力学第2法則のみでは有限パワーとカルノー極限の共存は排除できないことが分かるが、この可能性を問うための研究を行うために、磁場の影響によりゼーベック係数が磁場反転に関して非対称になるモデルを考案し、詳細を調べた。その結果このような異常なことは起きないが、最大仕事率下での熱効率は従来知られているクルゾンーアールボン効率を超えることが出来ることが明らかになった。電子をいかに制御するか?という問題は、言うまでもなくエレクトロニクスとして確立されており、人類の日常生活に欠かせないものにもなっている。一方近年熱を制御する分野はフォノニクスとして新しい分野の地位を得ようとしている。例えばダイオードの概念を熱に適用する熱ダイオードは理論のみならず実験でも実演されている。また、熱トランジスターなどの理論的概念も提案されている。制御にとどまらず、熱と電子の巨視的挙動は類似点が多く、熱現象は多くの場合電流の類似現象を追っているようにも見える。たとえば低温極限で見られる、電流の量子化コンダクタンスに相当する熱流の量子化コンダクタンスは理論のみならず実験的に実演されている。このような対応関係を明らかにすることは純粋な興味だけでなく、最終的に人類の日常生活にも役立ちうるという重要性をもつ。このような背景から、研究代表者は、ゼロ次元を介した電流においてもっとも非自明な現象である近藤効果に相当する熱伝導効果調べ、熱と電子の対応関係のリストを更新することを企てた。1970年代から2準位系とボゾン熱浴を接触させたいわゆるスピンーボゾン系は、電子系の近藤ハミルトニアンにマップ出来ることが知られている。我々はそれに目を付け、その系において近藤効果をしめす絶縁体がどのような熱伝導現象を示すかを正確に調べた。厳密な熱流公式をまず導出し、その公式に基づきモンテカルロ法などを使って、熱流コンダクタンスの正確な温度依存性や接触強度依存性などを示した。23年度の目標は、i)非平衡ゆらぎに関する重要な予言である「相加性原理」を具体的なモデルを使って検証すること、ii)微小輸送系における熱電効果における熱効率の理論を構築すること、であった。「相加性原理」の検証では、古典調和格子を用いた研究をすることで、非常に明快な研究ができた。非平衡系の熱流ゆらぎを考えるために、高次ゆらぎを生成する生成関数の形式的な厳密解を導出し、それと「相加性原理」から予言される熱流ゆらぎを比較するするという単純明快な研究を行った。調和格子は様々な輸送形態を示すので、この研究により様々な輸送形態を示す系でゆらぎを考える入り口が出来たと思われる。

調和格子における異常輸送領域でのゆらぎの研究は、異常輸送を示す異なるモデルでの研究に受け継がれいる。そこでも非自明な研究結果が報告されており、今後もさらなる研究が見込まれる。熱電効果における熱効率の理論では、特に磁場の影響を研究した。線形応答領域に限定することにより単純明快な議論を行うことができた。解析の結果、熱力学第2法則のみでは有限パワーとカルノー極限の共存は排除できないことが分かる。この可能性を問うために、磁場の影響によりゼーベック係数が磁場反転に関して非対称になるモデルを考案した。たいていのモデルでは、ゼーベック係数は磁場反転に関して対称になってしまうので、こういったモデルの提案自体が非自明である。磁場の影響を研究するための、最も重要な問いかけとモデル作りが出来たという意味で、初年度のこの問題に関する研究の目的は達成されたと言える。本研究課題では、2つのおおきな目標があった。i)非平衡ゆらぎに関する重要な予言である「相加性原理」の検証をすること、ii)微小輸送系における熱電効果における熱効率の理論を構築すること、である。i)では、具体的なモデルを厳選しその中でかなり明快な答えを出すことが出来ている。ii)では特に一般論を構築することでその中から新たな問題提起をすることができた。そして2012年度では、ii)の課題において具体的なモデルをもとに非常に興味深い予言を行うことが出来た。また異常輸送現象に対する確率モデルを導入し、その本質を見いだしたことは、この分野に大きな前進につながったと言える。これらの意味で、現在までの達成度はきわめて良好と言える。23年度は、2つの目標があった。i)非平衡ゆらぎに関する重要な予言である「相加性原理」を具体的な系を使って検証すること、ii)熱電効果における熱効率の理論を構築すること、である。この2つの大きな目標はおおむね達成されたと言ってよいであろう。i)では、具体的なモデルを厳選しその中でかなり明快な答えを出すことが出来た。その意味で23年度だけでなく、24年度にも続く研究ができたと言える。2012年度でおこなったように、国外の研究者との連絡を密に取り研究を行っていく。熱伝導現象において、特に異常輸送領域での長距離相関の性質を解析的数値的に明らかにしていく。また、熱伝導現象でスピンボゾン系などを考えることにより、量子系特有の現象が得られるかを明らかにする。また、熱伝効果に関しては、とくにネルンスト効果に焦点を当てた研究を行いたい。例えば局在非局在を反映した新規な輸送現象が見えるかを明らかにする。研究はインド、イタリア、ドイツなどの研究者との議論を通して行っていく。23年度でおこなったように、国外の研究者との連絡を密に取り研究を行っていく。相加性原理の研究では、異常輸送を示す相互作用のない粒子系モデルを使って解析的に研究を推進していく。目的は、解析的に粒子密度分布を導出すること、そのとき局所平衡が成立するかを問うこと、そしてそれとカレントゆらぎとの関係を明らかにすること、である。これらがすべて達成できるとは限らないが、達成困難なときは数値的に目標を達成したい。研究はインド、フランスなどの研究者との議論を通して行っていく。熱伝効果に関しては、とくにネルンスト効果に焦点を当てた研究を行いたい。