hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
確率モデルにおける非線形動的最適化理論と数理ファイナンスへの応用

(4)新関章三は,あるベキ集合での位相の性質を調べ,その位相と集合列の収束の関係を与え,集合列の収束がこの位相での収束と一致することを示した.この成果は論文としてまとめ,発表した.(5)野間口謙太郎は,EMアルゴリズム利用者が信じている「Wuの条件の下でGEM列が収束する」に対して,MLEまたは最適解に収束しない簡単な反例を与えた.また,EM列の収束に対してWuの証明の訂正版を与えた.この成果は論文としてまとめ,発表した.研究実施計画の役割分担に従って,下記の研究成果を得た.(1)研究代表者は,目標集合をもつミニマム型の無限時間決定過程を研究した.再帰クラスを伴うマルコフ決定過程として定式化し,ある条件の下で,最適値関数が最適方程式の一意解であることを示し.最適定常政策の存在を示した.これらの成果は論文としてまとめ,雑誌に掲載予定である.(2)研究代表者は,ミニマム型の多段決定過程を研究した.埋め込まれたパラメータをもつマルコフ決定過程として定式化した.政策は過去の埋め込まれたパラメータを含むヒストリーに依存していて,各時間での利得はランダムで現在の状態とアクション,次の状態に依存している.作用素を用いて最適方程式を与え,右連続な確定的マルコフな最適政策が存在することを示した.これらの成果は論文としてまとめ,発表した.(3)安田正實は,効用制約マルコフ決定過程を研究した.複数期待効用制約の下で,期待総割引利得を最大化し,ラグランジェ関数を導入して,この最適問題の鞍点定理を得た.また,最適政策の存在をパラメータ化して最適行動集合によって特徴付けた.これらの成果は論文としてまとめ,発表した.(4)岩本誠一は,1変数関数間,または2変数関数間の6つの黄金不等式を研究した.1変数関数に対する黄金不等式の4つの組の間の交叉双対(cross-duality)を示し,同様に2変数関数についても結果を紹介した.また,グラフを用いてこれらの黄金不等式を示した.これらの成果は論文としてまとめ,発表した.(5)野間口謙太郎は,sigma^2とaが既知のとき,正規分布N(theta,sigma^2)からの確率変数Xを用いたPhi(a theta)の不偏推定を考え,|a|>1/sigmaの場合に,その非存在であることを論じた.この成果は論文としてまとめ,発表した.(4)新関章三(研究協力者)は,可測関数列が測度の意味で収東することと,位相の意味で収東することとが同地であることを示し,その位相空間がハウスドルフ空間となり,第1可算公理をみたすことを示した.この成果は論文としてまとめ,発表した.研究実施計画の役割分担に従って、下記の研究成果を得た。(1)研究代表者は、目標集合をもつミニマム型の無限時間決定過程を研究した。再帰クラスを伴うマルコフ決定過程として定式化し、目標集合が吸収的であるとき、最適値関数が最適方程式の一意解であることを示し。最適定常政策の存在を与え、最適政策を求めるために政策改良法を導入した。また、結合型評価関数を伴う確率的最短路問題を定式化し、最適値関数が最適方程式の一意解であることを示し、最適定常政策の存在を示した。これらの成果は論文としてまとめ、発表した。(2)安田正實は、観測可能だが未知な推移確率をもつ多連鎖マルコフ決定過程において、コミュニケーションの場合に対して利得-罰金型の学習アルゴリズムを発展させ、平均型評価関数に対して、最適政策を構成した。この成果は論文としてまとめ、発表した。
エレクトロウエッティングを用いたヒートパイプのドライアウト抑制技術

半導体電子機器の小型化・高密度化は,その急激な発熱密度上昇に対する放熱技術を必要とする.ヒートパイプは高伝熱効率を有する冷却デバイスとして広く用いられている.しかし,小型電子機器組み込みのための小型化に対応する時,表面積/体積比の増加により毛細管限界の低下から熱輸送量が低下し,ドライアウト発生の危険性も増加する.本研究は,エレクトロウェッティングを用いたヒートパイプ内部の液相(液膜)形状制御技術を確立することでヒートパイプ内部の濡れ性の最適化を図り,液相内の凝縮部から蒸発部への還流の促進,毛細管限界の向上,ドライアウト現象抑制を実現し,ヒートパイプの更なる小型化・高性能化を達成させる.半導体電子機器の小型化・高密度化は,その急激な発熱密度上昇に対する放熱技術を必要とする.ヒートパイプは高伝熱効率を有する冷却デバイスとして広く用いられている.しかし,小型電子機器組み込みのための小型化に対応する時,表面積/体積比の増加により毛細管限界の低下から熱輸送量が低下し,ドライアウト発生の危険性も増加する.本研究は,エレクトロウェッティングを用いたヒートパイプ内部の液相(液膜)形状制御技術を確立することでヒートパイプ内部の濡れ性の最適化を図り,液相内の凝縮部から蒸発部への還流の促進,毛細管限界の向上,ドライアウト現象抑制を実現し,ヒートパイプの更なる小型化・高性能化を達成させる.
非線形カオス力学による燃焼ダイナミックスの決定論的性質の解明とその応用

非線形動力学理論と複雑ネットワーク理論の視点から,旋回流を伴う希薄予混合火炎の不安定な火炎面挙動の決定論的性質を明らかにした.火炎面挙動の決定論的性質の抽出には,位相空間内の軌道群の平行度を定量化する並進誤差法とニューラルネットワークに基づく動径基底関数ネットワーク法を用いた.これらの手法を用いることで,火炎面挙動の時間変動から構築される位相空間内の軌道群の動的特徴は低次元の決定論的カオスであることが明らかとなった.さらに,火炎面挙動の時間変動は,短期予測可能・長期予測不可能の特徴を有することも明らかとなった.また,浮力と遠心力による流体力学的な不安定によって生じる燃焼生成物内の渦挙動が,火炎面挙動を不安定化させることも明らかとなった.非線形動力学理論と複雑ネットワーク理論の視点から,旋回流を伴う希薄予混合火炎の不安定な火炎面挙動の決定論的性質を明らかにした.火炎面挙動の決定論的性質の抽出には,位相空間内の軌道群の平行度を定量化する並進誤差法とニューラルネットワークに基づく動径基底関数ネットワーク法を用いた.これらの手法を用いることで,火炎面挙動の時間変動から構築される位相空間内の軌道群の動的特徴は低次元の決定論的カオスであることが明らかとなった.さらに,火炎面挙動の時間変動は,短期予測可能・長期予測不可能の特徴を有することも明らかとなった.また,浮力と遠心力による流体力学的な不安定によって生じる燃焼生成物内の渦挙動が,火炎面挙動を不安定化させることも明らかとなった.流動,熱・物質拡散,化学反応が相互に作用し合う複雑な非線形現象である燃焼現象は,今日のエネルギー供給システムで利用されており,希薄予混合燃焼は環境にクリーンな燃焼方式として近年着目されている.しかしながら,希薄予混合燃焼では燃焼不安定が生じやすいため,燃焼状態の適切な予測と最適な制御技術の開発が強く望まれている.本研究では,これまでの燃焼研究で導入されていないカオス力学に基づいた非線形時系列解析を導入し,不安定な燃焼状態の短期的な予測を行う上で重要となる位相空間内の軌道の決定論的な特徴を明らかにすることを目的とする.また,燃焼不安定の発生メカニズムの一端も明らかにすることを目的とする.本年度では,消炎限界付近で形成される燃焼不安定の時間変動をレーザートモグラフィー法によって測定し,燃焼不安定の時間変動から構築される位相空間内の軌道の自己相似性や不安定性などの力学的特性を定量化した.その結果,燃焼不安定の挙動は低次元決定論的カオスであることが明らかとなり,燃焼不安定の挙動を短期的に予測するために必要な決定論的な特徴(軌道群の平行度)が十分存在することが明らかとなった.また,燃焼不安定が生じるときのみ,燃焼生成物内に不安定な渦構造が形成される.この不安定な渦挙動が,密度の重い反応物(予混合気)と密度の軽い燃焼生成物との界面でレーリー・テーラー型不安定を引き起した結果,燃焼不安定の挙動が低次元決定論的カオスになることも明らかとなった.燃焼は流動,熱・物質拡散化学反応が相互に作用し合う複雑な非線形現象であることから,複雑に変動する燃焼ダイナミックスを明らかにしていくことは基礎燃焼分野における火炎不安定問題の取り扱いにおいて非常に重要である.そこで本研究では,近年著しく体系化の進む非線形カオス力学の視点から,これまで定量化が困難とされてきた火炎面挙動の決定論的性質を解明することを目的とした.本年度では,消炎限界付近で形成される旋回流希薄予混合火炎の不安定な火炎面挙動をレーザートモグラフィー法によって測定し,火炎面の時間変動に対して非線形動力学理論や複雑ネットワーク理論に基づく時系列解析を適用した.非線形動力学理論に基づく時系列解析としては,順列エントロピー,サロゲート法を組み合わせた並進誤差,Sugihara & May (Nature, vol.344, p.734, 1990)によって提案される非線形予測法を用いた.また,複雑ネットワーク理論に基づく時系列解析としては,動径基底関数ニューラルネットワークを用いた.これらの時系列解析を火炎面挙動に適用した結果,火炎面挙動から構築される位相空間内の軌道群には低次元決定論的カオスである特徴が存在することを明らかにした.さらに,火炎面挙動が,決定論的カオスの重要な特徴である「非線形ダイナミックスの短期予測可能・長期予測不可能」を有することも明らかにした.また,高温燃焼生成物の不安定化が火炎面挙動の不安定化を引き起こし,反応物(予混合気)と燃焼生成物の界面で生じるレーリー・テーラー不安定が大きく関連していることも明らかにした.
Pseudomonas cepacia肺炎の病原性におけるProteaseの関与

Psudomonas.cepacia (P.cepacia)は従来弱毒菌と考えられたいたが、我々は本菌による院内感染肺炎を多数経験した。また欧米ではP.cepacia感染によりCystic fibrosis患者の予後が悪化すること、が報告されている。このような背景のもと、我々の研究はP.cepaciaの病原性因子を解析することを目的とした。P.cepaciaの病原性因子として、P.cepaciaの産生する菌体外酵素であるproteaseに着目した。平成6年度の研究により、protease産生能のみを失ったP.cepacia臨床分離株は、親株に比較してその病原性の低いこと、さらにproteaseの遺伝子を有するプラスミドを再導入することにより、その病原性が回復することを明らかにした。このことからP.cepaciaの病原性においてproteaseが重要であることが推察された。この結果を基に平成7年度は、純化したproteaseの病原性の病原性の有無について検討した。proteaseの病原性への関与を直接証明する方法として、純化したproteaseを直接肺内に注入することによりマウス肺にどのような傷害を与えるかを検討した。proteaseは香川医科大学第一内科院内感染株KF-1より精製、純化したものを用いた。P.cepacia臨床分離株の培養上清を出発材料として硫安沈澱、phenyl sepharpse column chromatographyによりproteaseを純化、精製し、分子量37.5KDのものであることも明らかにした。この精製したproteaseをマウスの気管内に27G針にて注入し、マウス肺の形態学的変化を検討した。結果として、proteaseの経気管注入はdose-dependentにマウス致死率を悪化させた。また組織学的検討において、精製したproteaseの注入にて、気管支周囲の好中球浸潤、肺胞構造の破壊が認められた。また気管支肺胞洗浄液中の蛋白濃度の測定結果より、肺胞内への蛋白漏出の増加が示された。これらの結果はP.cepacia臨床分離株の病原性にproteaseが深く関与していることを示しており、実験仮説を証明しえたと考えられる。Psudomonas. cepacia (P.cepacia)の病原性は一般的に低いと考えられている。しかし欧米で経験されたようにcystic fibrosis患者の予後が悪化すること、我々が経験したように免疫抑制患者において重篤な肺炎を発症させること、からその病原性については見直される必要があると考える。proteaseの病原性への関与を直接証明する方法として、純化したproteaseを直接肺内に注入することによりマウス肺にどのような障害を与えるかを検討した。P.cepacia臨床分離株の培養上清を出発材料として硫安沈殿、phenyl sepharpse column chromatographyによりproteaseを純化、精製し、分子量37.5KDのものであることも明らかにした。

この精製したproteaseをマウスの気管内に27G針にて注入し、マウス肺の形態学的変化を検討した。結果として、proteaseの経気管注入はdose-dependentにマウス致死率を悪化させた。また組織学的検討において、精製したproteaseの注入にて、気管支周囲の好中球浸潤、肺胞構造の破壊が認められた。また気管支肺胞洗浄液中の蛋白濃度の測定結果より、肺胞内への蛋白漏出の増加が示された。これらの結果はP.cepacia臨床分離株の病原性にproteaseが深く関与していることを示しており、実験仮説を証明しえたと考えられる。
肝臓でのmTOR制御シグナルのメタボリックシンドロームに及ぼす役割の解明

生体内には、脳を中心とした臓器間神経ネットワークが存在し、代謝の恒常性維持機構としての役割を担うとされる。しかし、過栄養の下では、こうした調節機構の破綻により、メタボリックシンドロームの病態の増悪に繋がることも解明されてきた。本研究では、三大栄養素であるアミノ酸とその下流のmTOR経路に着目し、組換えアデノウイルスを用いて肝臓でのアミノ酸代謝とmTOR経路を活性化させたマウスを作製した。この検討から、アミノ酸と脂質代謝を繋ぐ新しい調節機構の存在が発見され、その制御には臓器間神経ネットワークが介在していることが解明された。今後は、この新たな栄養素の制御機構を応用すべく、更なる検討が必要である。1.肝臓におけるmTOR経路を活性化したRhebモデルマウスの解析;mTOR経路活性化因子Rhebアデノウイルスを用いて肝臓へ遺伝子導入したモデルマウスでは、実際に肝臓のmTOR経路の活性化が見られた。このモデルマウスでは、各種代謝パラメーターを解析した結果、全身の脂質代謝に顕著な変化を認めた。特に、食後の血清中性脂肪値の著明な上昇を認めた。このモデルマウスに、オリーブオイルを用いた脂肪酸負荷試験を行うと、対照群に比べて、オリーブオイル負荷後の血清中性脂肪の上昇度の増加を認めた。また、各組織での遺伝子発現変化の解析から、脂肪組織でのリポ蛋白リパーゼ(LPL)の遺伝子の発現低下を認めた。これらの結果を総合すると、このモデルマウス、すなわち肝臓のmTOR経路を活性化するモデルでは、血清中性脂肪の分解の抑制機構が存在するのではないかと考えられた。2.肝から神経系を介した遠隔効果が個体の代謝に及ぼす機序の解明;このモデルマウスで見られた表現型を解析するにあたり、脂肪組織でのLPLの発現変化に着目した。脂肪組織のLPLが神経系の制御を受けるのではないかと想定し、脳への求心路(迷走神経肝臓枝)の手術的切断術および薬理学的遮断を施行した。その結果、脂肪組織のLPLの遺伝子発現の変化がほぼキャンセルされることが新たに分かり、そこには新たな臓器間ネットワークの存在と関与が見られることが明らかとなった。平成27年度の研究実績と現在の進行状況に関して、当初の研究計画書の内容に即して簡潔に記載した。現在、研究は進行中であるが、肝臓へのmTOR活性化因子Rhebを導入したモデルマウスの解析から、肝臓由来の神経ネットワークによる脂質代謝調節機構を解明した。引き続き、研究を遂行する予定である。1.mTOR経路抑制因子の肝臓における生理的役割の検討;昨今、mTOR経路は個体の各臓器の糖・脂質・エネルギー代謝の様々な機能を担うことが解明されている。また、mTOR経路は個体としてこれらの代謝の恒常性維持に重要な役割を果たすことが考えられ、このmTOR経路を抑制する因子に着目した。まず、マウス個体の代謝関連臓器である肝臓と脂肪組織における抑制因子の遺伝子発現様式を検討した。野生型マウスと肥満マウス(食餌性肥満モデルや、レプチンの欠損する遺伝的肥満モデルであるob/obマウス)を用いて、real time RT-PCRを用いて比較解析を行った。その結果、mTOR経路抑制因子の遺伝子発現には、野生型マウスと肥満マウスとの間に変化が存在することが明らかとなった。2.mTOR経路抑制因子の遺伝子をクローニングし組換えアデノウイルスを作製し、肝へ過剰発現させる;mTOR経路抑制因子に関して、マウス肝臓cDNAから目的遺伝子をクローニングし、遺伝子組換え工学を用いてアデノウイルスを作製した。これまでの既報に従い、このアデノウイルスをマウスに対して尾静脈注射することで、マウス肝臓に選択的に過剰発現したモデルマウスを作製した。その中で、肥満モデルで過剰発現を試みた場合、肥満により活性化した肝の内因性mTOR経路が抑制されることが確認された。3.肝mTOR経路抑制による全身の糖・脂質・エネルギー代謝に与える影響の検討;現段階では、preliminaryな解析結果ではあるが、肥満モデルマウスにこのアデノウイルスを肝臓へ過剰発現した場合、対照群に比べて肥満による耐糖能異常とインスリン抵抗性への作用が認められた。平成28年度の研究結果と現在の進行状況に関して、当初の研究計画書の内容に照らし合わせて記載した。現在、研究は進行中であるが、肝臓のmTOR経路を調節したモデルマウスの解析から、新しい代謝調節機構の存在が示唆された。今後も引き続き、研究を遂行する予定である。昨今、mTOR経路は個体の中の各臓器において糖・脂質・エネルギー代謝の様々な機能を担い、非常に重要なシグナル経路と考えられるが、その果たす役割は未だに解明されていないことも多い。また、我々のこれまでの検討からも、個体としてこれらの代謝の恒常性維持に、mTOR経路が重要な役目を果たす可能性が想定されることから、特に肝臓においてこのmTOR経路を抑制する因子に着目した。1.組換えアデノウイルスを用いて肝mTOR経路を抑制したモデルマウスを作製;前年度に引き続き、野生型マウスと肥満マウスの肝臓・脂肪組織に対して、遺伝子発現変化が確認されたmTOR経路抑制因子に着目した。このmTOR経路抑制因子に関して、作製した組換えアデノウイルスをマウスに尾静脈注射することで、肝臓に選択的に過剰発現させた。このモデルマウスでは、肥満により活性化した肝の内因性mTOR経路が抑制されることが確認されている。2.肝mTOR経路抑制モデルマウスにおける全身の糖・脂質・エネルギー代謝の検討;現段階ではpreliminaryな解析結果ではあるが、次のような結果が得られている。

このモデルマウスでは、対照群に比べて、腹腔内糖負荷試験やインスリン負荷試験を施行すると、肥満時に見られる耐糖能異常とインスリン抵抗性への作用が認められた。また、インスリンシグナルを検討すると、インスリン刺激時の肝臓におけるAktのセリン残基のリン酸化の程度に差を認めることが分かった。また、肝臓の組織学的な検討でも差異を認めることが分かり、今後も詳細な検討が必要と考えられる。生体内には、脳を中心とした臓器間神経ネットワークが存在し、代謝の恒常性維持機構としての役割を担うとされる。しかし、過栄養の下では、こうした調節機構の破綻により、メタボリックシンドロームの病態の増悪に繋がることも解明されてきた。本研究では、三大栄養素であるアミノ酸とその下流のmTOR経路に着目し、組換えアデノウイルスを用いて肝臓でのアミノ酸代謝とmTOR経路を活性化させたマウスを作製した。この検討から、アミノ酸と脂質代謝を繋ぐ新しい調節機構の存在が発見され、その制御には臓器間神経ネットワークが介在していることが解明された。今後は、この新たな栄養素の制御機構を応用すべく、更なる検討が必要である。平成28年度は、上記に示した新たな神経ネットワーク機構の詳細なメカニズムの解明と応用法の探索を引き続き遂行する予定である。平成29年度は、27年度及び28年度の研究結果を基に、新しい代謝調節機構の詳細な解明と応用を検討すべく、研究を継続する予定である。医歯薬学
常染色体優性多発性嚢胞腎の全ゲノムシークエンスの研究

多発性嚢胞腎は、平成27年1月1日に施行された「難病の患者に対する医療等に関する法律」(難病法)に定められた遺伝性疾患(指定難病67)であり、両側の腎臓に嚢胞が無数に生じる疾患である。ADPKDの病態を引き起こす遺伝子として代表的なものがPKD1、PKD2の2つあり、各々蛋白としてPolycystin1(PC1)とPolycystin2(PC2)をコードしている。ADPKD患者の約85%がPKD1の遺伝子変異が原因で、残り約15%はPKD2遺伝子変異が原因とされている。ADPKDで病的変異を持つ患者のうち、PKD1遺伝子に変異を有する患者はPKD2より一般に臨床症状が重いとされる。しかしながら日本人を対象としたPKD1とPKD2の遺伝子変異とその臨床的重要性に関するデータベースは未だ構築されていない。本邦ではまだADPKDの遺伝子診断は一般化されていない。その要因の一つとして、主たる原因遺伝子であるPKD1遺伝子のExonが44個と多数であり、タンパク質をコードされている領域だけでも14 kbpと非常に長く、また極めて相同性の高い偽遺伝子が6個存在するため、長鎖PCRを行ってPKD1遺伝子特異的断片を増幅してから遺伝子解析を行う必要があるなどその操作が煩雑であったことが挙げられる。本研究は、常染色体優性多発性嚢胞腎の包括的遺伝子解析を行い、病態と関連を探求することによって、新規責任遺伝子、病態に関与する細胞内情報伝達系を同定し、リスク因子、創薬、新規治療を開発することを目的とする。現在までに、PC1はミトコンドリア機能と細胞代謝を直接的に調節し、ミトコンドリア機能の改善を理解する枠組みを供給し、さらに生理的および病理学的な尿細管径の調節に関連していることを明らかにした。また、日本人ADPKD患者においても、PKD1 truncating変異群の平均腎機能生存期間はnon-truncating変異群と比べて有意に長いことも明らかにできた。われわれは、ADPKDの原因として細胞内代謝の調節不全があることを示すために、Pkd1遺伝子欠損細胞における内因的代謝リプログラミングを検討した。Pkd1遺伝子欠損マウスでは腎上皮細胞の脂肪酸の利用が阻害され、異常なミトコンドリアの形態と機能が明らかになった。さらにADPKD症例では腎ミトコンドリアの形態異常が示された。またC末端領域切断polycystin-1をミトコンドリア基質へ移動させ、Pkd1遺伝子欠損マウスにおけるC末端領域切断polycystin-1を発現させると、様々なミトコンドリア表現型を救出する。今回の研究から、polycystin-1はミトコンドリア機能と細胞代謝を直接的に調節し、ミトコンドリア機能の改善を理解する枠組みを供給し、さらに生理的および病理学的な尿細管径の調節に関連していることを明らかにした(Sci Rep. 2018 Feb 9;8(1):2743)。また、ADPKDは責任遺伝子変異の種類によって腎機能低下速度が異なることが知られている。PKD1遺伝子変異を有する338例、PKD2遺伝子変異を有する72例に対して、次世代シークエンスを用いて包括的遺伝子診断を行った。PKD1 non-truncating変異群の平均腎機能生存期間(末期腎不全に至るまでの期間)は、GPS領域に変異を有する症例で70.2年、膜貫通領域で67年、細胞内C末端領域で50.1年と有意差を認めた。PKD1 truncating変異群の平均腎機能生存期間はnon-truncating変異群と比べて有意に長かった(p=0.0348)が、truncating変異部位がN末端かC末端かで差を認めなかった(p=0.4375)(Clin Exp Nephrol. 2018Apr; 22(2): 395-404.)。現在、当院に通院中のADPKD患者を対象に、全ゲノム遺伝子/エクソーム解析を行っている。目的として1遺伝性PKDの効率の良い、実臨床に使用可能な遺伝学的検査のスキームを確立する、2日本人PKD患者のデータベースを構築し、増悪に至る自然史など遺伝子変異情報を加味し、病態の把握に供する、3原因遺伝子不明の遺伝性PKD患者の新規原因遺伝子の探索を進める。対象疾患ならびに鑑別すべき疾患の既知原因遺伝子(PKD1, PKD2, PKHD1, TSC1, TSC2, PRKCSH, SEC63, LRP5, VHL, HNF1B, MUC1, UMOD, OFD1, GANAB)をターゲットとした生殖細胞系列変異のパネル遺伝子検査である。

その要因の一つとして、主たる原因遺伝子であるPKD1遺伝子のExonが44個と多数であり、タンパク質をコードされている領域だけでも14 kbpと非常に長く、また極めて相同性の高い偽遺伝子が6個存在するため、長鎖PCRを行ってPKD1遺伝子特異的断片を増幅してから遺伝子解析を行う必要があるなどその操作が煩雑であったことが挙げられる。本研究は、常染色体優性多発性嚢胞腎の包括的遺伝子解析を行い、病態と関連を探求することによって、新規責任遺伝子、病態に関与する細胞内情報伝達系を同定し、リスク因子、創薬、新規治療を開発することを目的とする。現在までに、PC1はミトコンドリア機能と細胞代謝を直接的に調節し、ミトコンドリア機能の改善を理解する枠組みを供給し、さらに生理的および病理学的な尿細管径の調節に関連していることを明らかにした。また、日本人ADPKD患者においても、PKD1 truncating変異群の平均腎機能生存期間はnon-truncating変異群と比べて有意に長いことも明らかにできた。われわれは、ADPKDの原因として細胞内代謝の調節不全があることを示すために、Pkd1遺伝子欠損細胞における内因的代謝リプログラミングを検討した。Pkd1遺伝子欠損マウスでは腎上皮細胞の脂肪酸の利用が阻害され、異常なミトコンドリアの形態と機能が明らかになった。さらにADPKD症例では腎ミトコンドリアの形態異常が示された。またC末端領域切断polycystin-1をミトコンドリア基質へ移動させ、Pkd1遺伝子欠損マウスにおけるC末端領域切断polycystin-1を発現させると、様々なミトコンドリア表現型を救出する。今回の研究から、polycystin-1はミトコンドリア機能と細胞代謝を直接的に調節し、ミトコンドリア機能の改善を理解する枠組みを供給し、さらに生理的および病理学的な尿細管径の調節に関連していることを明らかにした(Sci Rep. 2018 Feb 9;8(1):2743)。また、ADPKDは責任遺伝子変異の種類によって腎機能低下速度が異なることが知られている。PKD1遺伝子変異を有する338例、PKD2遺伝子変異を有する72例に対して、次世代シークエンスを用いて包括的遺伝子診断を行った。PKD1 non-truncating変異群の平均腎機能生存期間(末期腎不全に至るまでの期間)は、GPS領域に変異を有する症例で70.2年、膜貫通領域で67年、細胞内C末端領域で50.1年と有意差を認めた。PKD1 truncating変異群の平均腎機能生存期間はnon-truncating変異群と比べて有意に長かった(p=0.0348)が、truncating変異部位がN末端かC末端かで差を認めなかった(p=0.4375)(Clin Exp Nephrol. 2018Apr; 22(2): 395-404.)。現在、当院に通院中のADPKD患者を対象に、全ゲノム遺伝子/エクソーム解析を行っている。目的として1遺伝性PKDの効率の良い、実臨床に使用可能な遺伝学的検査のスキームを確立する、2日本人PKD患者のデータベースを構築し、増悪に至る自然史など遺伝子変異情報を加味し、病態の把握に供する、3原因遺伝子不明の遺伝性PKD患者の新規原因遺伝子の探索を進める。対象疾患ならびに鑑別すべき疾患の既知原因遺伝子(PKD1, PKD2, PKHD
高感度・小型化の関節軟骨力センサ

本研究では、半導体微細加主技術との融合により、圧電素子である水晶を使った、関節軟骨における力を計測するカセンサを開発するものである。高感度なマイクロカセンサを作成し、その特性を評価する。本年度には、基盤技術の開発を主に行い、以下に示す2点、センサと共振回路の作製や特性評価をした。1.水晶振動子の製作・評価常温付近で優れた温度特性を持つATカット水晶を使用し、マイクロマシン技術を用いて振動子を製作した。製作した水晶振動子の周波数特性を、インピーダンスアナライザによって計測した。計測に用いた水晶振動子の共振周波数は約16.1MHzであるが、共振周波数付近で急激なインピーダンスおよびコンダクタンス変化が起こることが確認できる。機械的な等価回路の成分から、Q値(Quality factor)は約16000であることが確認された。2.共振回路の設計・製作共振周波数の持続した発振を得るためには、周波数を選択して増幅させる必要がある。プリント基板加工機を用いてガラスエポキシ基板上に回路パターンを作成し、そして抵抗およびコンデンサ等のチップを実装し水晶振動子の共振回路を製作した。水品振動子に負荷容量コンデンサを接続して周波数選択回路を構築し、フィードバック抵抗とCMOSインバータからなる増幅器を接続することで、ある特定の周波数の持続した発振を得ることができた。来年度は、センサの分解能、力感度、温度安定性等について評価して向上し、関節軟骨に埋め込む外装の作成と評価も行う。また、FEMによる解析でデバイスの最適化をする。
人工細胞膜界面の設計と生体認識機能評価システムの開発

本研究では,人工細胞膜界面の設計と生体認識機能評価システムの開発を目的として,認識部位にチオ尿素を有する比色プローブを設計し,人工細胞膜モデルとなるベシクル反応場におけるアニオン認識機能の評価を行った。種々のアルキル鎖長を有するチオ尿素型比色プローブ(C_n-TU)を合成し,これらのプローブをカチオン性の人口ベシクルに包接させ,水中におけるアニオン認識機能を調べた。ベシクル内での存在位置の違いに基づくアニオン認識機能の違いを調べた結果,発色団が界面近傍に存在するC_8-TUではCl^-とHCO_3^-に対する応答選択性が認められないのに対し,ベシクル内部に存在するC_1-TUでは高いCl^-選択性が現れることがわかった。チオ尿素型比色プローブ/ベシクル複合体では,ベシクル内のプローブ分子の存在位置を深さ方向で制御することによって,バルク有機溶媒中とは全く異なる選択性で,高選択的なアニオン認識が可能であることを明らかにした。次に膜界面における錯形成の解析や吸着構造などの議論を可能とするため,第二高調波発生(SHG)分光法による評価システムの開発を検討した。まずモデル実験として,液液界面におけるクラウンエーテル型比色プローブのアルカリ金属イオン認識機能のSHG分光法による評価を行った。有機相にヘプタン,水相に1.0μMプローブおよび0.1Mアルカリ金属塩化物を用い,水相pHを11.0に調製しプローブが有機相に分配しない条件を設定し,液液界面でのSHG分光計測を行った。600nm付近ではSHGが全く観測されないのに対し,600nm以下では吸着分子の吸収帯との共鳴によるSHG強度の増大が観測された。それぞれに塩に対して得られたSHG強度の関係から,界面における選択肢は,液液抽出選択性と一致することを明らかにすると共に,入射偏光依存性の解析から界面での認識に基づくプローブの配向変化を直接観察することに成功した。まず種々のアルキル鎖長を有するチオ尿素型比色プローブ(C_n-TU)を合成し,これらのプローブをカチオン性の人工ベシクルに包接させ,水中におけるアニオン認識機能を調べた。C_n-TUは,バルク有機溶媒中ではアニオンと水素結合に基づく1:1型錯体を形成し,顕著な吸収スペクトル変化を示す。ベシクル内に包接されたC_n-TUもバルク中のアニオンに応答し同様のスペクトル変化を示すが,応答はアニオン濃度に対しsigmoid型の曲線となることがわかった。これはベシクル内部のC_n-TUと応答するためには,アニオンがベシクル表面に蓄積される必要があることを示している。Hill plot型の解析を行い,それぞれのC_n-TUが応答するために必要なCl^-のベシクル表面への結合数を求めたところ,C_n-TUがベシクル深部に存在するほど結合数が大きくなることを見出した。

これはベシクル内へのアニオンの透過性の違いに基づくものと思われる。このように,チオ尿素型比色プローブ/ベシクル複合体では,ベシクル内のプローブ分子の存在位置を深さ方向で制御することによって,バルク有機溶媒中とは全く異なる選択性で,高選択的なアニオン認識が可能であることを明らかにした。初年度は,人工細胞膜界面の設計と生体認識機能評価システムの開発を目的として,認識部位にチオ尿素を有する比色プローブを設計し,人工細胞膜モデルとなるベシクル反応場におけるアニオン認識機能の評価を行った。本年度は,クラウンエーテル型蛍光プローブの金属イオン認識機能を,様々なミセル水溶液中で調べ,有機溶媒中での挙動と比較した。プローブ/ミセル複合体のアルカリ金属イオン添化に伴う応答では,カチオン性のCTABや中性のTriton X-100では応答が見られなかったが,アニオン性ミセルであるTMADSでは,クラウンエーテル環のサイズが一致するNa^+に対して,選択的な蛍光応答が得られた。得られた選択性は,Na^+>K^+>Li^+Cs^+^であり,有機溶媒中とは異なることを明らかにした。次に界面における錯形成の解析や吸着構造などの議論を可能とするため,第二高調波発生(SHG)分光法による評価システムの開発を検討した。今回はモデル実験として,液液界面におけるクラウンエーテル型比色プローブのアルカリ金属イオン認識機能のSHG分光法による評価を行った。有機相にヘプタン,水相に1.0μMプローブおよび0.1Mアルカリ金属塩化物を用い,水相pHを11.0に調整しプローブが有機相に分配しない条件を設定し,液液界面でのSHG分光計測を行った。600nm付近ではSHGが全く観測されないのに対し,600nm以下では吸着分子の吸収帯との共鳴によるSHG強度の増大が観測された。それぞれの塩に対して得られたSHG強度の関係から,界面における選択性は,液液抽出選択性と一致することを明らかにすると共に,入射偏光依存性の解析から界面での認識に基づくプローブの配向変化を直接観察することに成功した。
筋骨格ヒューマノイドを用いた身体像のファースト・スローダイナミクスの創発モデル

(1)筋シナジーを考慮した駆動方式の考案多数の筋によって駆動される筋骨格ヒューマノイドは,その姿勢を制御することができるだけでなく,全身の緊張を制御することもできる.しかし一方で,筋シナジーを発見することができなければ,この二つをどのように制御すればよいかの指針を得ることができない.本研究では,同一次元オートエンコーダに,ヒューマノイドの手先位置に関する情報を付加することによって,このような筋シナジーをネットワーク上にコピーし,のちの制御に再利用できるような学習法を提案し,実験によってその有効性を検証した.人間も複雑な筋骨格構造を持っており,これをどのように制御しているかは,古くからサイバネティクスの問題として提示されており,この問題に対する構成論的な答えになりうる.(2)筋骨格ロボットを用いた身体像の構築に関する構成論的実験試作された筋骨格ヒューマノイドを用いて,カメラでとらえた手先位置と,筋の駆動パターンの間にどのような関係が存在するかを,モータバブリングと呼ばれる学習法で学習し,学習後は,手先を望みの位置に移動させるための筋駆動パターンが生成される枠組みを提案した.提案法は,試作した筋骨格ヒューマノイドロボットに実装され,24時間を超える長期の学習を経て,手先の位置と筋駆動パターンの間に一定の関係が学習できること,さらにはその学習結果を用いて,手先を望みの位置に移動することができることを実験的に示した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)人間と相同の筋骨格構造を持つヒューマノイド,実験装置の整備空気圧人工筋を用いて,人間と同じような筋骨格構造を持つ上半身のヒューマノイドロボットを開発した.ロボットは,人間のような肩甲骨,肩関節,上腕構造などを持ち,人間の筋と同じような位置に,空気圧駆動人工筋を装備している.各人工筋には,張力センサと空気圧センサが装備されており,これらから各筋の長さを求めることができる.各筋は空気圧弁から送られる空気によって駆動され,人工筋が持つ柔らかさにより,全体的に柔らかい構造を持っている.各筋の空気圧は,個別に空気圧制御弁によって制御することができる.ROSを用いたシステムによって,これらを制御するコントローラを製作した.ROSを用いているため,たとえばカメラなどほかのセンサを使いすることが容易になっている.(2)学習に基づく運動制御法の開発操作の不変項として身体を見つけ出すためには,与えられたタスクに対し,その操作を実現する方法を学習する必要がある.人間の場合にも,操作を学習することを通して,フォワードモデルを学習し,それによって身体の表現を獲得していると考えられる.筋骨格ロボットは,非常に非線形性が強く,とても複雑な機構を持つ.そのため,力学的なモデルを形式的に作ることは難しい.これまで,このようなロボットを制御するために,制御入力のパターンを設計者が試行錯誤することによって作り出していた.本年度は,このような問題を解決し,ロボットが自身の順動力学特性を学習し,それを利用することによって,ロボットを制御する手法を開発した.本研究の当初の目的は,運動を学習していく上で,不変項として浮き上がってくる構造を身体性だと定義し,ロボットの学習を通してこのような身体像がどう作られるかを構成的に研究することである.プロジェクトの一年目として,運動学習によるロボットの制御ができることが示されたことは,このような目的について,着実に進んでいると言える.(1)筋シナジーを考慮した駆動方式の考案多数の筋によって駆動される筋骨格ヒューマノイドは,その姿勢を制御することができるだけでなく,全身の緊張を制御することもできる.しかし一方で,筋シナジーを発見することができなければ,この二つをどのように制御すればよいかの指針を得ることができない.本研究では,同一次元オートエンコーダに,ヒューマノイドの手先位置に関する情報を付加することによって,このような筋シナジーをネットワーク上にコピーし,のちの制御に再利用できるような学習法を提案し,実験によってその有効性を検証した.人間も複雑な筋骨格構造を持っており,これをどのように制御しているかは,古くからサイバネティクスの問題として提示されており,この問題に対する構成論的な答えになりうる.(2)筋骨格ロボットを用いた身体像の構築に関する構成論的実験試作された筋骨格ヒューマノイドを用いて,カメラでとらえた手先位置と,筋の駆動パターンの間にどのような関係が存在するかを,モータバブリングと呼ばれる学習法で学習し,学習後は,手先を望みの位置に移動させるための筋駆動パターンが生成される枠組みを提案した.提案法は,試作した筋骨格ヒューマノイドロボットに実装され,24時間を超える長期の学習を経て,手先の位置と筋駆動パターンの間に一定の関係が学習できること,さらにはその学習結果を用いて,手先を望みの位置に移動することができることを実験的に示した.開発された筋骨格ヒューマノイドロボットを使い,運動学習を行った際に,どのような不変項を導くことができるのか,その不変項が,身体像と考えることができるのかについて今後研究を進める予定である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
次世代型グループ情報共有・流通のセキュリティ基盤に関する研究

本研究では,情報ネットワーク上に出現している多様なグループサービスにおいて,情報共有,情報流通を安全に行うための基礎技術を開発した.具体的には,ハフマンアルゴリズムを導入することにより,長期にわたり性能を維持することのできるグループ鍵管理方式を開発した.また,複数組織にわたってユーザの役割情報を共用することのできるクロスドメインロールベースアクセス制御の定式化を行い,階層型IDベース暗号を利用して実現する方式を提案・試作した本研究では,情報ネットワーク上に出現している多様なグループサービスにおいて,情報共有,情報流通を安全に行うための基礎技術を開発した.具体的には,ハフマンアルゴリズムを導入することにより,長期にわたり性能を維持することのできるグループ鍵管理方式を開発した.また,複数組織にわたってユーザの役割情報を共用することのできるクロスドメインロールベースアクセス制御の定式化を行い,階層型IDベース暗号を利用して実現する方式を提案・試作した本研究課題では,大規模グループ鍵の更新手法に関する研究,自律分散グループ鍵に関する研究の二つの具体的課題を設定し,研究活動を行っている.このうち,大規模グループ鍵に関する平成20年度の研究では,鍵更新の際の効率悪化を長期にわたって抑制する方式の開発を行った.開発方式では,ユーザの集合とユーザに割り当てる鍵の関係を木構造により決定し,情報源符号化等でしばしば用いられるハフマン符号化アルゴリズムを用いることにより,木構造の断片化を抑制する方式を採用している.計算機実験により,提案手法が従来法に比して,どの程度の効率改善を実現するか評価を行った.自律分散グループ鍵に関する研究では,とくに,ユーザの権限失効についての研究に注力して研究を行った.研究代表者が以前取り組んでいた時間限定鍵の概念を拡張し,これを時間制約のあるアクセス制御の実現に適用できないか検討を行った.時間限定鍵の利用によって,いったん発行した鍵の追跡管理が不要となるため,とくにユーザ数が多い場合,あるいは,ユーザとの通信が保証されない場合等,現実のサービスにおいてしばしば発生する局面において,当該アプローチが有効である旨の結論を得た.その一方,時間限定鍵の実現に必要となる要素技術の開発については,当該年度内に完了できていない部分が残っている.問題点を明確化し,今後の研究計画の中に適切に位置付けて継続検討を行う予定である.本研究課題では,大規模グループ鍵の更新手法に関する研究,自律分散グループ鍵に関する研究の二つの具体的課題を設定し,研究活動を行っている.大規模グループ鍵に関する平成21年度の研究では,センサネットワークに代表されるような,計算資源のきわめて乏しい端末を想定したグループ鍵管理手法について検討を行った.グループ鍵管理において必要となる複雑な要件を満足するためには,公開鍵暗号に代表される数論的な手法を利用することが効果的であるが,それら方式では,数百数千ビット規模の数値演算が必要となるため,計算資源,とくにバッテリ容量に制限のある端末での利用は好ましくない.平成21年度の研究では,センサネットワーク特有の通信形態に特化することにより,単純なハッシュ関数と秘密情報の組み合わせにより,安全で柔軟な鍵管理が可能となる方式を開発した.自律分散グループ鍵に関する研究では,近年の各種サービスにて頻繁にみられる形態を念頭に置き,ロールベースアクセス制御方式の拡張法について検討を行った.アクセス制御そのものは,暗号鍵の管理と直接の関連はないが,グループ鍵を利用することにより,柔軟で安全性の高いアクセス権管理を実現することができる.とくに,階層型IDベース型暗号によりある種のグループ鍵を実現し,その鍵を用いてユーザ・ロール関係の定義関係を表現することにより,ドメイン間でのロール流用や,ロールの移譲といった仕組みを安全かつ柔軟に実現することが可能となる.平成21年度の研究では,このアプローチの詳細化を行い,他のドメイン横断型情報交換の仕組みとの関係を整理した.本研究課題では,大規模グループ鍵の更新手法に関する研究,自律分散グループ鍵に関する研究の二つの具体的課題を設定し,研究活動を行っている.平成21年度までは,二つの課題について,やや独立した形で研究を進めてきたが,最終年度にあたる平成22年度の研究では両課題を融合し,自律分散的な大規模グループにおける鍵管理についての検討を行った現実世界における組織や団体においては,一貫したポリシーの下で管理される権利や権限と,現場裁量等により柔軟に設定できる権利・権限等が混在している.従来のアクセス制御関連の研究では,前者の仕組みを実現するための研究に多くの努力が費やされてきたが,現実世界の柔軟性をコンピュータシステム・ネットワークにおいて実現するためには,後者の柔軟な仕組みを安全に実現することも必要となる.本研究では,この問題に対処するため,階層型ロールベースアクセス制御方式を利用した権限管理の仕組みを提案した.単純にグループ鍵を認証目的に利用する場合と比べ,ユーザの持つ権限や属性に対応した認証等の実現が可能となっている.また,権限の委任や他者の推薦,信用の裏書等といった個人間の信頼関係を表現することも可能となっており,自律的に変化する信頼関係に対して柔軟に追従できる仕組みの実現に成功した.提案手法では,権限情報と鍵情報の一部とが統合されていることもあり,比較的シンプルな「アカウント」一「パスワード」関係の拡張として,本提案手法を実現することもできる.提案手法の有用性や効率についても評価するため,コンピュータソフトウェアとして提案手法を実装し,検証実験等も行った
スピン密度波型反強磁性秩序によるフェルミ面不安定化の直接的検証

高温超伝導体では、反強磁性相と超伝導相が近接して存在することから、スピン密度波型反強磁性体の出現によるフェルミ面不安定化が注目されている。本研究では、高分解能コンプトン散乱実験と再構成法により、反強磁性秩序と強相関遍歴電子系の相関を実験的に明らかにした。具体的には、鉄系高温超伝導体と銅酸化物高温超伝導体に応用した。銅酸化物高温超伝導体では、伝導を担うドープされたホールの状態は、アンダー・ドープ領域で揺らいでいる反強磁性秩序の影響を受けていることを明らかにした。本研究課題では、スピン密度波型反強磁性を示すCrと鉄系高温超伝導体の母物質のフェルミ面形状を明らかにし、スピン密度波型反強磁性の出現によるフェルミ面不安定化現象を直接的かつ定量的に観察することを目的とする。フェルミ面の観察には、高分解能コンプトン散乱実験を利用したフェルミ面マッピング法を用いる。本年度はCrの測定を行った。Crが常磁性状態にある373Kとスピン密度波型反強磁性状態にある233Kの2温度で、100方位のコンプトン・プロファイルを測定した。コンプトン・プロファイルは3次元電子運動量密度を100軸に射影した1次元電子運動量密度分布を与える。フェルミ面は運動量空間における電子占有と非占有の境界面として定義されるので、フェルミ面の形状はコンプトン・プロファイルの微細構造として現れ、フェルミ面形状の変化はコンプトン・プロファイルの変化として観測される。2点の温度で測定したCrのコンプトン・プロファイルの差には、運動量の原点近傍で微小ではあるが有意義な変化が観測された。この結果は、常磁性状態からスピン密度波型反強磁性状態への変化に伴いフェルミ面形状が変化している可能性を示唆している。本実験結果はフェルミ面形状と磁気構造が密接に関係していることを示している。フェルミ面近傍の電子状態が超伝導の発現に大きく影響することが知られている。今回測定したCrは超伝導体ではないが、鉄系高温超伝導体や銅酸化物高温超伝導体でもCrと同様に、反強磁性と超伝導が相関を持っていると考えられる。次年度は鉄系高温超伝導体について検証を行う。コンプトン散乱では100keV以上の高エネルギーX線を用いているので、バルクのフェルミ面が得られる。本年度は鉄系高温超伝導体の測定を行った。Ba(Fe_<1-x>Co_x,)_2As_2(x=0.17,0.20,0.25)の3試料について、(001)面内の独立な10結晶方位のコンプトン・プロファイルを測定した。測定温度は室温である。コンプトシ・プロファイルは3次元電子運動量密度を散乱ベクトルと平行な電子運動量軸上に積分投影した1次元電子運動量密度分布を与える。それぞれの試料について、測定した10結晶方位のコンプトン・プロファイルから、直接フーリエ法により、(001)面上に積分投影した2次元電子運動量密度分布を求めた。同物質は2次元性が強いため、(001)面上に積分投影しても電子状態の特徴は保存されている。さらに、Lock-Crisp-West折り畳み法により、k空間電子占有数密度分布を求めた。現在、k空間電子占有数密度分布のCo濃度(x)依存性から、フェルミ面形状の変化と磁気構造の関係を検討している。また、バンド計算も並行して行っている。本研究課題では、スピン密度波型反強磁性を示すCrと鉄系高温超伝導体や銅酸化物高温超伝導体の母物質のフェルミ面形状を明らかにし、スピン密度波型反強磁性の出現によるフェルミ面不安定化現象を直接的かつ定量的に観察することを目的とする。フェルミ面の観察には、Cauchois型X線スペクトロメータを用いた高分解能コンプトン散乱実験と測定データのコンプトン・プロファイルから2次元電子運動量密度を再構成する方法を組み合わせることで実現したフェルミ面マッピング法を用いる。平成24年度は、銅酸化物高温超伝導体の結果について、第一原理に基づくバンド理論計算との比較を行うことで、フェルミ面形状の評価を行った。具体的には、La2-xSrxCu2O4単結晶試料の(001)面内の独立な10結晶方位のコンプトン・プロファイルから直接フーリエ法により求めた2次元電子運動量密度の解析を行った。同物質は2次元性が強いため、(001)面上に積分投影した電子運動量密度でも、電子状態の特徴は保存されている。

解析として、LCW法により電子運動量密度を第1ブリルアン・ゾーンに畳み込むことを行った。常磁性を仮定したブリルアン・ゾーンへ畳み込んで得られた電子占有数密度は角度分解光電子分光などの結果と同様のフェルミ形状を反映した密度分布を示しているが、反強磁性を仮定したブリルアン・ゾーンへの畳み込みで得られた電子占有数密度はゾーン内で平坦になっていることが明らかになった。この結果は、母物質のLa2CuO4は反強磁性によりバンドギャップが生じたバンド絶縁体として理解できることを示唆している。また、アンダー・ドープ領域のホールの電子運動量密度分布にも、反強磁性ブリルアン・ゾーンによる閉じ込め効果が確認されており、銅酸化物高温超伝導体の電子構造は反強磁性の影響を強く受けていると考えられる。予定通り、鉄系高温超伝導体Ba(Fe1-xCox)2As2(x=0,17,0.20,025)の3試料について、測定と解析が完了している。24年度が最終年度であるため、記入しない。概ね計画通りに研究を推進するが、新たな物質として、銅酸化物高温超伝導体LSCOとニッケル酸化物NiOを検討対象に加えることにする。
ナトリウム原子のデルタキック冷却の研究とボース・アインシュタイン凝縮

レーザー冷却されトラップされたナトリウム原子をトラップから開放し、自由発展後に磁場をパルス状に印加しデルタキック冷却を行った。はじめ原子雲の温度は80μKだったが、自由発展時間が長くなるにつれて、温度が下がったことを観測した。またこの実験結果は、理論曲線と良く一致している。最後に自由発展時間を22msにすることで、温度2μKを実現した。これは原子が1光子の吸収放出による反跳温度限界以下である。このことは、従来の光ポテンシャルではなく、磁場ポテンシャルを用いたことに起因するものであり、本研究における手法の利点が実証されたことになる。また、冷却比40倍というのは、中性原子のデルタキック冷却の研究の中で、最も効率の良い冷却を実現できたことになる。また、本年度は、実際にボース・アインシュタイン凝縮の基礎研究を行った。まず、熱原子に光ポテンシャルパルスを印加する実験を行った。すると、パルス時間を長くするにつれて温度が下がる現象を観測したが、温度が振動する様子は観測できなかった。デルタキック冷却ではなく、蒸発冷却が支配的に起こっているものと思われる。これは、パルス時間30ms程度では、原子間衝突を無視できないことが原因であると考えられる。したがって、かなり速いパルスが必要であることがわかった。また、ボース・アインシュタイン凝縮体を光トラップ中に生成した。このとき、凝縮体の平均場をデルタキックで制御できると考えられる。そこで、平均場の大きさを観測するために、原子のプロファィルを詳細に解析することで、熱原子分布とボース・アインシュタイン凝縮体分布を可視的に分離することに成功した。今後は、デルタキックによる凝縮体の平均場制御の研究を行うことができるものと考えられる。現在、磁場によるデルタキック冷却の成果を論文にまとめて、Physical Review Aに投稿中である。我々はボース・アインシュタイン凝縮の生成を目指して、原子集団の冷却を行っている。その方法として、本研究ではレーザー冷却された原子を、さらに冷却するためにパルス的に外部ポテンシャルを相互作用させ、デルタキック冷却を行い、磁気トラップへ移行する。まず購入した光学部品を用いてレーザー冷却実験の測定系を再構築し、効率の良い測定が可能となった。また、購入したガラスセル内でナトリウム原子のレーザー冷却と磁気光学トラップを行い、原子集団を80マイクロケルビンの温度にまで冷却した。そして、トラップ光遮断後、クローバーリーフコイルに電流を200A流しパルス的に印加することにより、デルタキック冷却の実験を行った。まず、キック時間を2msから10msまで変化させながら、トラップ原子集団の空間分布を共鳴光の吸収画像としてCCDで観測した。このとき、キック時間ごとに原子集団の半径と温度が振動する現象を観測した。特に、半径が大きいときに原子集団の温度が低くなり、半径が小さいときに原子集団の温度が高くなった。これは、半径の振動と温度の振動が逆の位相を持つことを示しており、キック後の原子集団が位相空間で回転している証拠となる。これは、デルタキック冷却の研究としては、初めての実験的観測である。また、原子集団が広がるにつれ密度が減少するため、吸収での観測は困難となる。そこで、この対策として、共鳴光を原子集団に照射し、蛍光測定を行うことを考えた。この方法により、原理的には密度が薄い原子集団を少数個の原子でも観測することが可能となる。そこで、購入したAPDモジュールにより蛍光測定を行う予備実験を行った。