hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強相関電子系における異方的超伝導の理論的研究

(1)昨年発見されたコバルト酸化物超伝導体における異方的超伝導の可能性について理論的解析を行った。この系のバンド構造を再現する3バンドハバードモデルに対して摂動論を適用した結果、この物質ではスピン三重項超伝導が実現している可能性が高いことを示した。(2)バルト酸化物超伝導体におけるスピン三重項超伝導におけるD-ベクトルの方向を決定する微視的理論を構築した。結果的にP-波超伝導の場合には必ずD-ベクトルは2次元面内を向くこと、F-波超伝導の場合にはその方向はパラメーターに依存することがわかった。また、D-ベクトルに関する異方性はP-波の時はかなり強いがF-波の時は相当に弱いことが分かった。これらの結果とNMRの実験結果を比較することによりもっとも可能性の高い超伝導状態を決定した。(3)高温超伝導体におけるエネルギー論を議論した。通常の超伝導体では、運動エネルギーを損するかわりに相互作用エネルギーを得することで超伝導が発現する。しかしながら、高温超伝導体においては、2つのエネルギーが協力的に働き、超伝導を引き起こしていることをFLEX近似を用いて示した。(4)高温超伝導体における乱れの効果を研究した相関長が短いことによる特異な空間依存性が生じること、それによる強い揺らぎの増強が存在することを示した。この現象と擬ギャップ現象の関係について議論した。Sr2RuO4におけるスピン三重項超伝導に対してミクロ理論の立場から研究を行った。今回は特に、スピン三重項超伝導の興味深い特徴である内部自由度に注目した。これまでの内部自由度に関する研究は主に現象論を用いて行われており、ミクロなモデルから出発した計算は存在しなかった。今回、我々は初めて内部自由度に関するミクロ理論を構築することに成功した。具体的にはスピン-軌道相互作用を含む3-バンドモデルから出発し、SU(2)対称性が破れるミクロなメカニズムを調べ、カイラル状態が安定化される条件を明らかにした。具体的な計算は摂動論を用いて行った。スピン-軌道相互作用による縮退の分裂を計算した結果、γ-バンドが支配的な場合には実験と比べで妥当なパラメーターを含む広い領域でカイラル状態が安定化されることがわかった。一方、α-またはβ-バンドが支配的な場合にはカイラル状態は安定化されないことも分かった。さらに、他の対称性についても議論を進め、超伝導の対称性を仮定した場合に、それぞれ安定化される状態を調べた。その結果により、カイラル状態が得られるのはγ-バンドが支配的で、対称性がP-波の場合に限られることがわかった。つまり、F-波超伝導を含むその他の対称性は内部自由度に対する実験結果と矛盾し、除外されることが示された。これらの結果は超伝導のメカニズム及び対称性に関する議論に対して重要な示唆をしていると考えられる。(1)Sr2RuO4におけるスピン三重項超伝導状態に対して研究を行った。今回はこの系の超伝導状態で見られる比熱、NMR等のベキ則について研究を行った。対称性の議論からこの系では比熱等にベキ則が現れることはまずないと考えられていた。にもかかわらず、実験でそれが見られたことはこの系を理解する上て重要なポイントになると考えられてきた。今回の研究では対称性の議論では考慮されていなかった軌道の自由度を積極的に取り入れることで、この問題が解決されることを示した。(2)高温超伝導体における擬ギャップ現象についての研究を行った。以前行った研究において、この現象が超伝導揺らぎによって引き起こされることを示した。その際に1ループ近似を用いて様々な物理量を計算した。今回はこの計算法が正しいことを主張するために、1ループ近似を超える計算を行った。ガウス揺らぎの範囲で無限ループまで取り入れた計算によって転移温度NMR、状態密度等をけいさんした結果、1ループ近似が非常に良い精度で正しいことがわかった。(3)昨年発見された超伝導体NaCoO2について解析を行った。この系のバンド構造を再現する3バンドハバードモデルに対して摂動論を適用した結果、この物質ではスピン二重項超伝導が実現している可能性が高いことを示した。(4)高温超伝導、有機超伝導、Sr2RuO4を中心に、異方的超伝導と擬ギャップ現象に関する一般的なレビューを執筆した。

(4)高温超伝導体における乱れの効果を研究した相関長が短いことによる特異な空間依存性が生じること、それによる強い揺らぎの増強が存在することを示した。この現象と擬ギャップ現象の関係について議論した。
褐色脂肪組織の異常によるヒトの肥満は存在するか?

ヒト肥満成因に果たす褐色脂肪組織(BAT)の役割を明確にするため、以下の検討を行った。1.動物実験:33°C恒温室にて24時間絶食にしたSDラットに、85kcal、40kcal流動食(糖11.5%、脂86.7%、蛋1.8%)又は、蒸留水を強制摂食させ、その前後7時間にわたり、BATと肝及び直腸内の温度変化と、安静時代謝率(RMR)を測定した。その結果、40kcal摂食後は肝温のみ、食直後と食後3時間以後に増加反応を示したが、BAT温は後者のみ増加した。しかし、85kcal摂食では肝温のみならずBAT温も40kcal負荷時に比べ、より強い2峰性の増加反応を示した。一方、RMRは85kcal摂食後、BAT温の増加と等しい2峰性の反応を示した。2.ヒトでの研究:i)成人単純性肥満者と標準体重者30名ずつを対象に、基礎代謝率(BMR)測定後、高カロリ-流動食(900kcal:糖50%、脂34%、蛋16%)負荷試験を行い、前後7時間まで頸部と肩甲骨間BAT相当部を中心にサ-モグラフィ-にて温度変化を記録した。その結果、全例に食後3060分後の温度増加反応を認めた。しかし、1時間以後は一定傾向を認めなかった。食後30分後のサ-モグラフィ-上の反応を前値との比でスコア化してみると、BMRとの間に肥満者ではγ=0.8043(p<0.002)、標準体重者ではγ=0.3677(p<0.05)の相関関係を認めた。又、肥満者の中には、BMRが-20%以下で、このスコア上低値を示した者が7例もいた。ii)高カロリ-負荷後のRMRの測定を単純性肥満者10名にて行ったところ、食直後1時間と、食後34時間目にRMRの増加を認めた。以上の成績は、ラット肥満成因としてのBATの意義のみでなく、ヒト肥満成因に果たすBATの役割に関しても大きな情報を提供した。今後は更に、症例を増やし、過食後長時間にわたるサ-モグラフィ-の測定を行うことにより、ヒト肥満に果たすBATの役割をより明確にしたい。高カロリー摂食後の、肩甲骨間褐色脂肪組織(BAT)温の変化とエネルギー消費量との相関関係についての研究。1.動物実験:SpragueーDawley雌ラット(200g)の肩甲放間BATへ、微細針型温度センサーを挿入固定一週後、24時間絶食にて、基礎値を得るため、2時間にわたり、肩甲骨間BAT温と、resting metabolic rate(RMR)を連続的に測定。その後、高カロリー(100Kcal:糖質53%、脂肪34%、蛋白16%)流動食をチューブにて強制摂食させ、BAT温上昇反応とRMRとを連続5時間にわたり測定。結果は、100Kcal摂食後、BAT温は3060分後に最初のピークが現われ、その後一度下降後、食後3時間目より再度上昇し、食後5時間まで高値を維持した。

一方、連続測定したRMRも、食後30分より60分にかけ最初のピークがみられ、その後下降し、食後3時間目より再上昇し、食後5時間まで続くBATでの変化とほぼ正相関した成績が得られた。このことより、BATは、適応的食事待応性熱産生に対し、重要な役割を果たしているだけではなく、従来、肝臓が重要な役割を果たしていると考えられていた。食後短時間で発現する不可避的食事誘導熱産生にも、重要な役割を演じている可能性が示唆された。2.ヒトでの研究:成人標準体重ボランティア5例に対し、高カロリー流動食(900kcal:糖質50%、脂肪34%、蛋白16%)負荷を行い、前後5時間にわたり、呼吸代謝測定装置にて、エネルギー消費量を30分毎に測定した。結果は、食後30分60分で第一のピークがみられ、その後下降し、2時間後より再度上昇し、ラットでの成績とほぼ同様のデーターを得た。しかし、肩甲骨間BAT相当部のサーモグラフィーでの検討では、食後30分60分後に温度上昇はみられたが、その後は下降してしまい、ラットの様に、BAT温とRMR測定間の相関関係はみられなかった。本年は、ボランティア数を増やし、再検討する予定である。ヒト肥満成因に果たす褐色脂肪組織(BAT)の役割を明確にするため、以下の検討を行った。1.動物実験:33°C恒温室にて24時間絶食にしたSDラットに、85kcal、40kcal流動食(糖11.5%、脂86.7%、蛋1.8%)又は、蒸留水を強制摂食させ、その前後7時間にわたり、BATと肝及び直腸内の温度変化と、安静時代謝率(RMR)を測定した。その結果、40kcal摂食後は肝温のみ、食直後と食後3時間以後に増加反応を示したが、BAT温は後者のみ増加した。しかし、85kcal摂食では肝温のみならずBAT温も40kcal負荷時に比べ、より強い2峰性の増加反応を示した。一方、RMRは85kcal摂食後、BAT温の増加と等しい2峰性の反応を示した。2.ヒトでの研究:i)成人単純性肥満者と標準体重者30名ずつを対象に、基礎代謝率(BMR)測定後、高カロリ-流動食(900kcal:糖50%、脂34%、蛋16%)負荷試験を行い、前後7時間まで頚部と肩甲骨間BAT相当部を中心にサ-モグラフィ-にて温度変化を記録した。その結果、全例に食後3060分後の温度増加反応を認めた。しかし、1時間以後は一定傾向を認めなかった。食後30分後のサ-モグラフィ上の反応を前値との比でスコア化してみると、BMRとの間に肥満者ではγ=0.8043(p<0.002)、標準体重者ではγ=0.3677(p<0.05)の相関関係を認めた。又、肥満者の中には、BMRが-20%以下で、このスコア上低値を示した者が7例もいた。ii)高カロリ-負荷後のRMRの測定を単純性肥満者10名にて行ったところ、食直後1時間と、食後34時間目にRMRの増加を認めた。以上の成績は、ラット肥満成因としてのBATの意義のみでなく、ヒト肥満成因に果たすBATの役割に関しても大きな情報を提供した。今後は更に、症例を増やし、過食後長時間にわたるサ-モグラフィ-の測定を行うことにより、ヒト肥満に果たすBATの役割をより明確にしたい。
ストレスチェック結果をもとにした職場環境改善における看護支援プログラムの開発

労働者のストレスが大きな社会問題となっている中で、これまでストレス対策は労働者個人への支援が中心であった。しかし今後は職場環境を整えていく職場環境改善による対応は必須である。事業者・労働者に対して健康支援活動を行う専門職である産業看護職は、職場環境改善のための支援者として期待される。本研究では、心理的な負担の程度を把握するための検査の結果をもとにした職場環境改善のための看護支援プログラムを開発する。職場環境改善に取り組んでいる看護職へのインタビューや事例検討会を行うことにより、看護職がその職場の特徴に合わせて行う職場環境改善のための看護支援を明らかにし、看護支援プログラムを考案する。
高分子ナノミセル内包ＭＧ１３２とマイクロイメージング技術の婦人科癌治療への応用

薬剤送達システム(Drug Delivery System; DDS)である高分子ミセルを用いた新規婦人科癌治療薬の開発を発展させた。一般試薬として入手可能なプロテアソームインヒビターであるMG132を用いて作成した高分子ミセル内包MG132は、子宮頸がんに対し、非修飾MG132と比較し有意な抗腫瘍効果の増強を持ち、同時に副作用も軽減することを示した。またIn vivoリアルタイム共焦点顕微鏡システムを用いた子宮頚癌HeLa細胞の皮下腫瘍モデルマウスをの観察では血中安定性、組織移行性、細胞選択性、蓄積効率、機能発現を詳細に検討した。治療効果向上を目指したDDS開発に寄与するシステムを構築した。本研究では、1高分子ナノミセル内包PIを抗癌剤として発展させ、子宮頸癌以外にも卵巣癌、子宮体癌をはじめ他の癌種への応用を目指す。2生体リアルタイムイメージング技術を抗癌剤の体内動態の解明にさらに幅広く用いる研究の2つを主な研究としている。本年度は2抗癌剤の生体内動態の解明に高速共焦点レーザー顕微鏡システム(intravital real-time confocal microscopy)を用いる研究に関しては、DDS製剤のドキシルの薬剤動態の解析をさらに発展させた。ドキシルの外殻に用いられているPEGは少量投与によって抗PEG IgE抗体が賛成され、次の投与の際、免疫反応によって血中に投与された薬剤が抗体に補足され、貪食により早期に血中より消失する現象が報告されるようになってきている。この現象はABC現象(Accelerated Blood Clearance Phenomenon)と呼ばれる。ABC現象とドキシルの血中滞留性、誘因、貪食の際に血管や間質での薬剤蓄積の有無、またドキシルに最近多く報告されるようになった薬剤性間質性肺炎とABC現象が、ヒトで起こっているのかを調べるため、東京大学医学部附属病院で、倫理委員会承認の元、患者の血清サンプルからの解析をスタートさせた。血清中の抗PEG抗体や、投与後のドキシルの血清濃度と、副作用発現の関連についてのヒトでの報告はこれまで存在しない。この研究により、DDS製剤を実際の臨床に応用した際の、マウスなどの実験動物では分からなかった事象を解明し、ABC現象などの有害事象との関連や、副作用発症高リスク群の抽出などを行って、より安全なDDS製剤の使用へ結びつけたいと考えている。子宮頸がんの原因であるヒトパピローマウイルス(HPV)のE6およびE7癌蛋白による子宮頸がん発癌メカニズムに注目し、プロテアソームインヒビターを用いたDDS製剤を、子宮頸がん始めその他婦人科癌に対して臨床応用を目指す研究を行っている。また、イメージング技術を創薬や、がん組織内環境の解明に応用し、薬剤の適切なデリバリーの評価を行ってきた。本年度は、さらに癌の進展や、生体内における免疫系との相互作用を解明する試みとして、癌組織における免疫担当細胞の動き、機能を可視化する技術を確立した。子宮頸がんでは細胞表面のE7蛋白を抗原と認識した細胞障害性Tリンパ球(CTL)が、腫瘍の進展や増大阻止に働いていると考えられる。しかしCTLの実際の組織内での動きや、どのように癌組織に集積するのか等は解明されていない。そこで生体イメージングの技術を用いてリンパ球の動きを解明するため、正常免疫マウスにTC-1腫瘍(マウスの扁平上皮にHPVの癌遺伝子E6ちE7を導入し不死化したcell line)を移植し、E7 CTLリンパ球を回収、刺激させたものに蛍光色素を付け、TC-1担癌マウスの尾錠脈より投与し、そのリンパ球の腫瘍組織への集積や血管内での動きを経時的に観察した。すると、リンパ球は約5時間後ころから腫瘍組織に移行し始め、組織内に数日とどまり、また腫瘍間質内を移動して働くことが示された。この研究結果は、2014年4月の第66回日本産科婦人科学会学術講演会(発表者は当科の大学院生、優秀演題賞候補演題)にて発表予定である。また現在これまでの研究成果をまとめた論文執筆中である。DDS製剤およびイメージング技術は21世紀の創薬研究において欠かせない技術となると考えている。(1)高分子ナノミセル内包PIを抗癌剤として発展させ、子宮頸癌以外にも卵巣癌、子宮体癌をはじめ他の癌種への応用を目指す研究:卵巣癌細胞株TOV21を用いて皮下腫瘍担癌マウスを作成し、プロテアソームインヒビターMG132を内包した高分子ミセル製剤の抗腫瘍効果を測定する研究を行った。生理食塩水、MG132およびMG132ミセルの3種類をそれぞれ5匹ずつのBALB/cヌードマウスに投与した。現在のところMG132とMG132ミセルで有意さが出ていないが、ミセル製剤は副作用が少ないため、濃度を上げることが可能であると考えられる。

(2)生体リアルタイムイメージング技術を用いた抗癌剤の体内動態の解明:ドキシルの外殻に用いられているPEGは少量投与によって抗PEG IgE抗体が産生され、次の投与の際免疫反応によって血中に投与された薬剤が抗体に補足され、貪食により早期に血中より消失する現象(ABC現象(Accelerated Blood Clearance Phenomenon))が報告されている。ABC現象の誘因、貪食の際に血管や間質での薬剤蓄積の有無、またドキシルに最近多く報告されるようになった薬剤性間質性肺炎とABC現象の関連について解析を行っている。マウスの耳を用いた血管内動態はほぼ安定して10時間以上連続観測が可能となり、PEGを外殻に持つDDS製剤のABC現象の観測に成功した。またマウスに気管切開し全身麻酔管理下で開胸、肺胞の収縮と肺胞周囲の血流をリアルタイムで観察する技術を確立した。ドキシルとアドリアシンでは投与直後から肺間質に浮腫が起き、肺胞の伸展不良や間質への薬剤の蓄積を認めた。今後この現象と薬剤性間質性肺炎やその他のドキシルに特徴的な副作用との関連について更なる研究を進める予定である。23年度の研究成果は2011年6月日本DDS学会及び12月の日米DDS学会にて発表した。MG132ミセル製剤の腹腔内投与研究は、腹膜癌モデルを使用しているが、現在マウスの管理が臨床業務との兼ね合いで困難な状況にあるため一時中断している。平成25年度最初より再開を予定している。卵巣癌細胞株を用いたMG132ミセルの抗腫瘍効果の研究は、播種モデルでの作成を行う予定であったが、イメージング研究に非常に時間と手間を要したためやや進達が遅れたと考えている。24年度は卵巣癌は主モデルの作成と抗腫瘍効果の評価の研究を積極的に進めることを目的とし、現在準備を行っている。1MG132ミセルのマウス卵巣癌腹膜モデルへの投与研究を再開する。腹膜播種病変への薬剤投与として、実臨床で行われるのは静脈投与と腹腔内投与である。近年では、播種メインの病態には腹腔内投与の方が薬剤集積性が高いのではないかという報告があり、卵巣癌領域でも静脈投与vs腹腔内投与の臨床試験が組まれている。これまで高分子ミセル製剤は血中投与をメインに研究開発及び薬剤動態評価を行ってきたが、腹膜播種モデルを用いて、高分子ミセルDDS製剤を腹腔内投与した場合の薬剤動態を、これまでの技術を生かしてイメージングにて捕らえ、DDS製剤の幅広い使用方法の可能性について探っていくことを検討している。(1)高分子ナノミセル内包PIの卵巣癌をはじめ他の癌種への応用を目指す研究BALB/cヌードマウスを使用した卵巣癌発行細胞株、SKOV-lucを用いて腹膜播種モデルを作成する。プロテアソームインヒビターMG132と、高分子内包MG132、その他、卵巣癌に対して既に使用している白金製剤やタキサン系製剤などを経静脈投与し、抗腫瘍効果の検討を行う。腫瘍ボリュームの測定はIVISを用いる。(2)高速共焦点レーザー顕微鏡システムを用いた抗癌剤の生体内動態の解明に関する研究共焦点リアルタイム
高次階層構造を有する超分子核酸構造体のゲル・液晶転移制御とその機能設計

3',5'-ビス(オクチルジイソプロピルシリル)-2'-デオキシグアノシン(C8-dG)は、低濃度でも非極性溶媒中で塩基間多重水素結合により超分子ゲルを形成する。その詳細な構造について、AFM、IRおよびX線回折によって検討した。その結果、ゲル中においては、グアニンの2-NH_2...6-C=0および1-NH...7-N間の2本の水素結合により一次元テープが形成されていること、および一次元テープが平行に並び、2-NH_2...-3-N間に2本のテープ間水素結合が形成されてシート構造となること、など「階層化された水素結合」によりゲル化がおきていることを明らかにした。このようにして形成された二次元組織体は、塩基部位をアルキルシリル部位が上下に挟んだシート状構造をしており、AFMで厚さ2.5nm、幅50300nmのシート状構造体の存在を確認した。以上の結果より、C8-dGのゲル中では、通常の超分子ゲルに見られる繊維状の組織体ではなく、二次元シート構造体がラメラ状に積み重なっり、その間に溶媒分子を挟み込んで超分子ゲルを形成することを解明した。さらに、各種熱分析法および温度可変IR等により、ゲル-液晶転移はテープ間水素結合のみの選択的解裂に起因することを明らかにした。このように、一つの組織構造中に存在する2種類の水素結合の片方のみを選択的に切断した例は皆無に等しいことから、その選択性発現の要因を構造的な観点から議論した。以上の成果は、新規の高次階層構造設計、制御をおこなう上で重要な知見となる。
ニホンウナギの資源変動に関わる仔稚魚の来遊機構と成魚の成育環境

【小規模河川におけるバイオテレメトリー調査】利根川水系上流域の巴波川におけるニホンウナギの活動範囲、活動時間、定住性の有無等の行動生態を明らかにするため、超音波バイオテレメトリー手法を用いて本種の経時的な移動を一年以上の長期にわたる追跡調査を開始した。まだ途中の段階ではあるが、川幅等の河川規模が縮小しても行動範囲が極端に縮小するという傾向は認められず、行動範囲は河川規模には依らない可能性があることが示された。現在も追跡調査は継続中であり、一年のデータが集積された段階で結論を出す予定である。【小規模河川における成長分布調査】本流が5 kmにも満たない小規模河川を対象に、ニホンウナギの分布・成長特性を明らかにするため、静岡県の駿河湾に面した4河川で電気ショッカーを用いたニホンウナギの定量採集と環境測定を行い、採集試料の体長と体重の測定、生殖腺による性判別、耳石による年齢査定を行った。その結果、4河川とも若齢小型個体が多く、性分化が確認できた個体については雌が優占し、下流から上流にかけて個体数密度の減少傾向と大型個体の増加傾向が認められることが分かった。成長曲線を算出した雌個体の極限体長は450 mm以下であり、中規模河川と比較すると非常に小さな値であった。これは小規模河川では高密度環境が同種間競争を引き起こし、最大到達体長を制限することが要因と考えられることが分かった。【環境DNAによる分布調査】日本列島におけるニホンウナギの北限および利根川水系における遡上限界を明らかにするため、環境DNA分析に供するための河川水の採水調査を開始した。現在、分析中であり2019年度も調査を継続する予定である。【数値シミュレーションによる輸送分散過程の解析】地球温暖化の影響を評価するために数値シミュレーションを試行し、将来予測の分析を行っており、得られた成果を原著論文として投稿中である。小規模河川における成長・分布に関わる調査を順調に実施しているだけでなく、バイオテレメトリー調査および環境DNA調査も滞りなく進んでいる。また、数値シミュレーションに関わる成果は原著論文として投稿中であることから、おおむね順調に進展していると評価した。バイオテレメトリー調査および環境DNA調査を継続して実施する。また、これまで行ってきた静岡県以外の水域でニホンウナギの採集調査も新たに実施する予定である。それらのデータに基づき、本種の分布や生態について新たの知見をまとめ、今年度が最終年度であることから、得られた成果を原著論文、学会発表などを多数行って社会発信する予定である。【成魚の採集】利根川水系および日本海側で電気ショッカーを用いたウナギの採捕と漁業者からのウナギの入手を行った。得られたサンプルは、ニホンウナギかどうかの同定とともに炭素酸素安定同位体比分析を行って、自然環境下で成長した天然加入個体か、それとも放流個体かどうかの判別を行った。その結果、山口県から京都府にかけての日本海沿岸と東北地方太平洋沿岸南部では連続的に天然個体が生息する一方で、それ以北では局所的に天然個体が生息していることが分かった。また、利根川では河口から200km離れた中流域でも高い割合で天然個体が分布しており、利根川河口堰や利根大堰のように大規模に全面閉鎖できる河川横断構造物であっても、開口時の堰水面の落差が小さく底部での開口が遡上を可能にしていると推定できた。一方で、利根川上流域では約20年前に放流されたヨーロッパウナギが捕獲され、異種ウナギが未だに生息していることが分かった。【数値モデル開発】地球温暖化に対応した流動場の数値シミュレーション結果を用いて、日周鉛直移動や成長、生残、遊泳能力を考慮したニホンウナギの産卵海域からの生息水域への輸送分散数値モデルを開発し、シミュレーションを試行した。その結果、エルニーニョ現象に対応した仔魚の輸送分散過程を再現することができるようになった。【テレメトリーによる行動調査】銀ウナギとなって成熟した個体に超音波発信器を装着して、利根川の利根大堰の上流域と下流域に放流し、河口に至るまでの行動を追跡調査した。その結果、降河するにあたって大規模な河川横断構造物が大きな障壁となっていないようであったが、利根大堰の取水口へも入ってしまう個体があり、今後はこの点の評価もする必要があることが分かった。【産卵海域における種間関係の調査】学術研究船白鳳丸に乗船し、産卵海域おけるニホンウナギを取り巻く種間関係の調査を実施した。利根川水系の調査は順調に進捗し、技術的な練度も向上した。輸送分散モデルはプロトタイプの構築ができたので、これからシミュレーションを多数施行可能なレベルに至っているものと判断している。超音波発信器を取り付けたバイオテレメトリー調査も順調に実施することができたが、河川中央部に設置した受信機は大雨や台風による流出が懸念され、実際に流出して回収ができなかった受信機があったので、今後も継続する場合には設置方法の改良が必要と考えている。また、学術研究船白鳳丸に乗船した産卵海域おけるニホンウナギを取り巻く種間関係の調査を平成25年度に引き続き実施し、資試料を増やすことによって、より確固たる結論が得られるように努めた。【数値シミュレーションの実施とモデルの改良】これまでに開発した輸送分散モデルをより複雑な行動生態に対応するように改良し、数値シミュレーションの試行を数多く実施し、北赤道海流での幼生の輸送分散過程の経年的な変動、遊泳能力の獲得を考慮した稚魚の黒潮からの離脱機構に関する研究を進めた。

対象とする海洋環境変動としてはエルニーニョだけでなく、温暖化も対象とし、ENSOイベントと地球温暖化がニホンウナギ仔稚魚の輸送期間、加入動態および経路に及ぼす影響を耳石輪紋と体長解析および数値実験により検討した。その結果、エルニーニョによる塩分フロントや流速の変動により、仔稚魚期間と体長は長くなり、加入成功率がより低くなる可能性が示された。また、地球温暖化シナリオに基づき、本種資源加入動態を推定した結果、塩分フロントの位置や仔魚の経験流速の変動が、輸送期間、加入成功率、分布に影響を与える可能性があることが分かった。【産卵海域における種間関係の解析】平成25年と28年に北赤道海流域の産卵海域下流域で採取された仔魚サンプルの解析を行い、ニホンウナギの幼生を取り巻く種間関係、とくに北赤道海流域におけるウナギ目レプトセファルスの分布と食性に与える海洋環境の影響に焦点を当て野外調査結果と安定同位体比分析から明らかにした。その結果、レプトセファルスはPOMを摂餌していることが確認され、他の仔魚と明らかに異なる餌を利用していること、中規模渦がレプトセファルスの輸送・摂餌環境に影響する可能性があることなどが分かった。また、その分布水深は、成育場を沿岸と外洋にもつ種の間で異なり、鉛直分布が水平輸送に重要な役割を担っていることが示された。当初の目的であるニホンウナギの産卵海域となる北赤道海流域を中心に仔稚魚の分布生態や種間関係を明らかにする一方、エルニーニョに伴う仔稚魚の輸送分散過程をモデル化し数値シミュレーションを多数施行できた。前年度までの研究成果も含め、一流の国際学術誌に2編掲載できたことから、概ね順調に進展していると評価している。【小規模河川におけるバイオテレメトリー調査】利根川水系上流域の巴波川におけるニホンウナギの活動範囲、活動時間、定住性の有無等の行動生態を明らかにするため、超音波バイオテレメトリー手法を用いて本種の経時的な移動を一年以上の長期にわたる追跡調査を開始した。まだ途中の段階ではあるが、川幅等の河川規模が縮小しても行動範囲が極端に縮小するという傾向は認められず、行動範囲は河川規模には依らない可能性があることが示された。現在も追跡調査は継続中であり、一年のデータが集積された段階で結論を出す予定である。【小規模河川における成長分布調査】本流が5 kmにも満たない小規模河川を対象に、ニホンウナギの分布・成長特性を明らかにするため、静岡県の駿河湾に面した4河川で電気ショッカーを用いたニホンウナギの定量採集と環境測定を行い、採集試料の体長と体重の測定、生殖腺による性判別、耳石による年齢査定を行った。その結果、4河川とも若齢小型個体が多く、性分化が確認できた個体については雌が優占し、下流から上流にかけて個体数密度の減少傾向と大型個体の増加傾向が認められることが分かった。成長曲線を算出した雌個体の極限体長は450 mm以下であり、中規模河川と比較すると非常に小さな値であった。これは小規模河川では高密度環境が同種間競争を引き起こし、最大到達体長を制限することが要因と考えられることが分かった。【環境DNAによる分布調査】
血管内超音波トランスデューサによる形態と機能の同時計測

血管壁の構造を血管内から観測できる血管内超音波イメージング法は,冠動脈疾患や動脈硬化症の極めて有力な形態診断法として注目されている。本研究は,形態・硬さ・流れを同時計測できる新たな血管内超音波診断法の可能性を追求したもので,以下の成果を得た.1.血管壁の音速,音響インピーダンス,反射率など,血管壁の基本的音響特性を家兎とイヌの摘出血管を対象に測定した.測定法には超音波RF信号の周波数スペクトル解析に基づく手法を使用し,その結果血管壁のような薄い組織でも十分な精度で音速等を決定することができた.また,血管壁と血液の音響インピーダンスには12%程度の違いしか認められず,エコー強度がヘマトクリト値や血管壁音響インピーダンスの変化により数倍にも変わりうるなどの知見を得た.2.血管内エコー法を用いて形態情報のみならず血管の硬さをも測定できる手法を開発し,精度,実用性について検討した.測定精度の向上を図るために,1拍動中で連続的に内腔断面積変化を測定し,弾性率を血圧-断面積曲線の回帰式から算出するアルゴリズムを考案した.さらに,本法によりイヌ大動脈の弾性率分布を計測して,我々がこれまでに開発した高精度な血管内トランスデューサ(動脈硬化度測定用,イメージング機能なし)の測定結果と比較したところ,両者はよく一致し(相関係数0.97),開発手法の有効性を実証できた.3.血流量をも同時計測できるビーム直交型相関血流計測法の開発を行い,その基本特性を理論的,実験的に検討した.本手法は,一定時間間隔ごとに取得されるRFエコー間の相互相関が時間とともに低下する現象を利用したもので,本法によれば,超音波ビームと直交する流れを単一振動子で測定でき,新たにドプラ用振動子を付加することなく流れを同時に計測可能である.散乱体ファントム速度と管内流速の測定実験を行い,方法の妥当性を確認するとともに,測定精度を求めた.血管壁の構造を血管内から観測できる血管内超音波イメージング法は,冠動脈疾患や動脈硬化症の極めて有力な形態診断法として注目されている。本研究は,形態・硬さ・流れを同時計測できる新たな血管内超音波診断法の可能性を追求したもので,以下の成果を得た.1.血管壁の音速,音響インピーダンス,反射率など,血管壁の基本的音響特性を家兎とイヌの摘出血管を対象に測定した.測定法には超音波RF信号の周波数スペクトル解析に基づく手法を使用し,その結果血管壁のような薄い組織でも十分な精度で音速等を決定することができた.また,血管壁と血液の音響インピーダンスには12%程度の違いしか認められず,エコー強度がヘマトクリト値や血管壁音響インピーダンスの変化により数倍にも変わりうるなどの知見を得た.2.血管内エコー法を用いて形態情報のみならず血管の硬さをも測定できる手法を開発し,精度,実用性について検討した.測定精度の向上を図るために,1拍動中で連続的に内腔断面積変化を測定し,弾性率を血圧-断面積曲線の回帰式から算出するアルゴリズムを考案した.さらに,本法によりイヌ大動脈の弾性率分布を計測して,我々がこれまでに開発した高精度な血管内トランスデューサ(動脈硬化度測定用,イメージング機能なし)の測定結果と比較したところ,両者はよく一致し(相関係数0.97),開発手法の有効性を実証できた.3.血流量をも同時計測できるビーム直交型相関血流計測法の開発を行い,その基本特性を理論的,実験的に検討した.本手法は,一定時間間隔ごとに取得されるRFエコー間の相互相関が時間とともに低下する現象を利用したもので,本法によれば,超音波ビームと直交する流れを単一振動子で測定でき,新たにドプラ用振動子を付加することなく流れを同時に計測可能である.散乱体ファントム速度と管内流速の測定実験を行い,方法の妥当性を確認するとともに,測定精度を求めた.血管壁の構造を血管内から観測できる血管内超音波イメージング法は,冠動脈疾患や動脈硬化症の極めて有力な形態診断法として注目されている.本研究では,(1)血管壁の音速・音響インピーダンスなど,系統的知見に乏しいとされる血管壁の基本的音響特性の解明,(2)血管内イメージング法を用いて形態と同時に血管壁の硬さをも取得できる手法の開発,(3)新規なビーム直交型相関血流計の考案と試作,を行って,形態・硬さ・流れを同時計測できる新たな血管内超音波診断法の可能性を理論的・実験的に検証することを目的とする.本年度は,以下の成果を得た.1.血管壁の基本的音響特性に関し,(1)血管壁の音響インタピーダンス(音速×密度),(2)血液の音響インピーダンス,(3)血液Ht値と壁エコー反射率の関係,を家兎摘出大動脈を対象に測定した.音速は温度37°Cで1601±12m/sec,密度は1.072±0.0004であった.血管壁と血液の音響インピーダンスには12%の相違しか認められず,Ht値3540%における反射率の実測値及び理論値は,ともに0.51%と小さな値を示した.このことは,壁からのスペキュラーエコー成分が,壁性状やHtにより消失したり,あるいは数倍にも増加することを示唆するもので,血管壁を対象とした超音波計測に有用な新知見である.

2.血管内イメージング法を用いた血管弾性率の計測に関しては,血管内プローブ,送受信回路,血圧計,計算機から成る計測システムと,画像処理により血管内腔断面積を自動抽出し,その拍動性変化から弾性率を算出するアルゴリズムを完成した.さらに,本法によりイヌ大動脈の弾性率分布を計測して,申請者らがこれまでに開発した高精度な血管内トランスデューサ(動脈硬化度測定用,イメージング機能なし)の測定結果と比較したところ,両者はよく一致し,イメージング法による弾性率計測の可能性を実証できた.血管壁の構造を血管内から観測できる血管内超音波イメージング法は,冠動脈疾患や動脈硬化症の極めて有力な形態診断法として注目されている.本研究は,形態・硬さ・流れを同時計測できる新たな血管内超音波診断法の可能性を追求したもので,以下の成果を得た.1.血管壁の音速,音響インピーダンス,反射率など,血管壁の基本的音響特性を家兎とイヌの摘出血管を対象に測定した.測定法には超音波RF信号の周波数スペクトル解析に基づく手法を使用し,その結果血管壁のような薄い組織でも十分な精度で音速等を決定することができた.また,血管壁と血液の音響インピーダンスには12%程度の違いしか認められず,エコー強度がヘマトクリト値や血管壁音響インピーダンスの変化により数倍にも変わりうるなどの知見を得た.2.血管内エコー法を用いて形態情報のみならず血管の硬さをも測定できる手法を開発し,精度,実用性について検討した.測定精度の向上を図るために,1拍動中で連続的に内腔断面積変化を測定し,弾性率を血圧-断面積曲線の回帰式から算出するアルゴリズムを考案した.さらに,本法によりイヌ大動脈の弾性率分布を計測して,我々がこれまでに開発した高精度な血管内トランスデューサ(動脈硬化度測定用,イメージング機能なし)の測定結果と比較したところ,両者はよく一致し(相関係数0.97),開発手法の有効性を実証できた.3.血流量をも同時計測できるビーム直交型相関血流計測法の開発を行い,その基本特性を理論的,実験的に検証した.本手法は,一定時間間隔ごとに取得されるRFエコー間の相互相関が時間とともに低下する現象を利用したもので,本法によれば,超音波ビームと直交する流れを単一振動子で測定でき,新たにドプラ用振動子を付加することなく流れを同時に計測可能である.散乱体ファントム速度と管内流速の測定実験を行い,方法の妥当性を確認するとともに,測定精度を求めた.
網膜の活動電位応答タイミングに関わるメゾ神経回路-脳型人工視覚による仮想実験解析

網膜の機能と構造は、自然状態と異なる網膜試料や光刺激を用いた生理学実験から類推されている。本研究の目的は、過去の生理学知見から網膜の基本的メゾ神経回路の構造を再現した人工眼を構築し、この人工眼を用いて自然視覚環境における網膜機能を、実時間シミュレーション解析することであった。解析は、同時に実施した剥離網膜実験の結果を参照しながらを行い、特に視神経の活動電位の時間パターンやタイミングが、自然画像のどのような特徴をコードしているかに注目しながら行った。人工眼の構築では、本研究室で開発した128x128ピクセルの脳型人工網膜を応用し、高速フレームサンプリングおよびFPGAを用いた準並列計算により、視神経のスパイク発火タイミングを、数ミリ秒の精度で計算が可能な脳型人工網膜を完成させた。この人工網膜は、網膜の視神経以外の緩電位応答波形をアナログ集積回路(シリコン網膜)とFPGAを用いて計算し、かつ神経節細胞の活動電位のタイミングを画像サンプリング間隔データを補完する形で2ミリ秒程度の揺らぎ精度で再現する。脳型人工網膜の回路パラメータを決定するために、剥離網膜を用いた生理学実験も行った。人工網膜を用いて動的な自然画像を実時間処理し、入力画像と人工網膜の各細胞の応答を直接比較する実験を行なった。また人工網膜の出力を、超並列神経回路シミュレータ、SpiNNakerに接続し、一次視覚野応答も再現できるようにした。この上で人工網膜を、眼球運動制御装置に組み込み、眼球運動下での網膜細胞応答を予測する実験を行った。これらの実験から、網膜内網状層にはサッカードなどの急速眼球運動に伴う過去の画像の"残像"を打ち消すために、水平方向に一過性の強い非線形抑制が必要であることが示唆された。さらにこの人工網膜を、実時間で画像中の特徴量を追跡するロボットビジョンへ応用した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、まず網膜神経回路の特徴的局所回路の構造を反映し、かつミリ秒オーダーのスパイク発火精度を再現する脳型集積視覚システム(人工眼)を作成し、この人工眼を用いて自然視覚環境における網膜神経回路(特に網膜の高次介在細胞であるアマクリン細胞の神経回路)の入出力関係について実時間で再現実験を行い(仮想in vivo実験)、これに対応する視神経の活動電位が自然画像のどのような特徴を抽出するか、またその特徴抽出に関わるアマクリン神経回路の構造はいかなるものか、を明らかにすることである。平成25年度においては、このin vivo実験を網膜神経回路の時空間特性を十分再現する精度で実行するためのシステムの作成を行った。具体的にはまず、網膜神経回路の光電変換を含むアナログ緩電位応答を再構成するための基本神経回路をField Programmable Gate Array (FPGA)を用いて作成した。続いて網膜神経回路の出力細胞である視神経のスパイク発火タイミングをミリ秒オーダーの精度で、実時間で再現するためにIshikevichのモデルおよび同じA03班の小林博士のモデルを同じくFPGAを用いてシステムに組み込んだ。さらに本研究が解明すべき網膜メゾ神経回路のターゲットとしている一過性On-Offアマクリン細胞回路のプロトタイプモデルを作成し、過去の単純図形を用いた生理学実験から得られた応答をよく再現することを確認した。前半のアナログ緩電位応答回路に関する成果は、4件の国際会議(内1件は連携研究者招待講演)において発表し、IEEE Transactions on Biomedical Circuit and Systemsに投稿し受理された。また後半の視神経の活動電位を再現するシステムについては、国内学会で3件の発表を行った。

平成25年度の研究計画では、1網膜の出力である視神経活動電位を十分な精度で再現する人工眼システムの開発、2今回解明すべきメゾ回路としてターゲットしているアマクリン細胞回路をシステムに組み込む、3アマクリン細胞応答を活動電位に変化する視神経のモデルとしてIshikevichのモデルをシステムに組み込む、ことが目標であった。研究実績の概要で示したとおり、1の目標に関しては、200フレーム/秒のフレームサンプリングを行い、これを5ms以内の精度でスパイクに変換するためのハードウエアを、FPGAを用いて実現した。さらにその成果の一部をまとめて工学系の論文誌としてインパクトの高いIEEE系の雑誌に投稿し受理されたことから、当初の計画以上の進展があったと判断できる。2の目標については、まだ多少の細かい点の変更を必要とするが、見通しは十分にたっているので、当初の目標はほぼ達成されていると考えてよい。さらに3についても、当初から予定していたIshikevichのモデルに加え、同じA03班の小林博士のスパイク生成モデルを組みこむことができ、領域内の共同研究としても、領域参加一年目としては予想以上の進展があった。以上の成果を総合して、(1)当初の計画以上に進展している、と自己評価した。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画に沿って以下の方針・方策で今後の研究を進める。平成25年度に開発した人工眼システムを用いて、自然視覚環境下において網膜の入出力を実時間シミュレーション解析し、一過性On-Offアマクリン細胞の機能と対応する回路構造について、特に眼球運動との関連で解明する。より具体的にはここで次に述べる研究方策を取る。1まず液晶ディスプレイ(LCD)を用いて、生理学実験で頻繁に用いられるランダム画像を人工眼に提示し、人工眼の一過性On-Off視神経から出力されるスパイクから、逆相関法によって受容野を計測する。この受容野は、十分な計測時間を取れば応答は平均化され、従来の剥離網膜を用いた生理学実験で得られた受容野と基本的に同じであるはずである。このことを確認した上で、同様にLCDを用いて自然画像を人工眼に繰り返し提示し、画像のどの部分がスパイクと相関を持つかを解析する。ここで得られた特徴と、上記1で得られた受容野を入力画像で畳込んで得られる特徴を比較検討する。これらの特徴、すなわち前者の自然画像を処理するときの視神経の受容野と、後者の従来の生理学実験で予測された受容野は異なる可能性が大きい。この違いにアマクリン細胞の機能に関する新しい知見が現れていると考えられる。さらに上記の1、2の実験と解析を、モデルのアマクリン細胞間のギャップ結合の非線形パラメータを変化させなら繰り返す。以上から3人工眼に眼球運動を模倣した動きを加えたときの視神経細胞の活動電位のタイミングや相関が、どのような情報をコードし得るかを解明考察し、メゾ神経回路としてのアマクリン細胞回路が視覚情報処理に果たす役割を考察する。最後に考察から得られた新しい視覚情報処理機構、コーディング原理をマシンビジョンとして応用する方策を考える。
ウシ放牧草地の牧草再生に及ぼすメン羊後追い放牧の影響

[目的]筆者は,ウシを輪換放牧している大規模な公共放牧草地の植生の維持管理法として,メン羊の後追い放牧を提案している。本研究では,ウシとメン羊の採食特性を持ち目,両畜種を組み合わせて放牧したときのイネ科牧草の分げつ再生を中心に調べ,牧草再生に及ぼすメン羊後追い放牧の影響を知ることを目的とした。[方法](1)草高が35cm,25cm,15cmのイネ科牧草群落をウシ(日本短角種)とメン羊(サホ-ク種)に一定の高さまで採食させ,前後差法により部位別の採食量と採食利用率を求めた。(2)圃場に,ウシ連続放牧(CC区),メン羊連続放牧(SS区),ウシーメン羊後追い放牧(CS区),メン羊-ウシ後追い放牧(SC区)の4試験区を3反復で設けて5月から8月までに3回放牧し,この間の草高と現存量の増減量から採食量と再生量を求めた。さらに,(3)各区のイネ科牧草20個体にマークをつけ,放牧開始時から退牧28日目までの分げつ数を追跡調査した。[結果・考察](1)生体重当りの採食量はメン羊がウシよりも約2.5倍多く,草高が25cm以下での被食草中の葉部割合からメン羊の葉部選択性が示唆された。(2)生体重100kg当りの採食量は,CC区では2.14kgDMでSS区の約25%であったが,メン羊を後追い放牧したCS区では5.59kgDMに増加した。CS区の牧草再生量は退牧直後よりも2週間目以降に増加し,28日間では2172kgDM/haで最も多かった。(3)5月下旬に20本生存していた分げつが,CC区では8月中旬には12本が枯死し新たに1本が出現したが,CS区は8本が枯死し6本が新たに出現した。以上の結果から,ウシ放牧草地にメン羊を後追い放牧すると,両畜種の採食部位の差異により採食量が増え,イネ科牧草の分げつを促し、再生量を増加させるものと推察した。
開弦理論の数理と応用

本研究は,開弦理論の数理的側面を調べる事により,場の理論の非摂動的側面を探ると同時に,幾何学などの数学の諸分野において新たな知見をもたらす事を目的としている.特に,物理側では重力の量子化における非摂動的側面について格子モデルやAdS/CFT対応を基に探り,一方数理的には位相的弦理論を基に結び目不変量の可積分構造に関する新たな構造を発見し,さらに圏化から生じる新たな不変量を物理的考察から提案した.本研究は,開弦理論の数理的側面を調べる事により,場の理論の非摂動的側面を探ると同時に,幾何学などの数学の諸分野において新たな知見をもたらす事を目的としている.特に,物理側では重力の量子化における非摂動的側面について格子モデルやAdS/CFT対応を基に探り,一方数理的には位相的弦理論を基に結び目不変量の可積分構造に関する新たな構造を発見し,さらに圏化から生じる新たな不変量を物理的考察から提案した.本年度の研究では,Robbert Dijkgraaf氏と共同で,体積予想と位相的開弦理論との間の新たな対応を提唱し,その結果を論文にまとめ,発表をした,この対応は,結び目理論において発見された体積予想とその一般化に基づいて考察を進めたものである.体積予想は結び目不変量の一つである,色つきJones多項式のWKB解析を行う理論であり,WKB展開の各係数がその結び目の補空間に対する位相不変量を与える点にある.特にWKB展開のleading項は補空間の体積を与えることから体積予想と呼ばれ,近年はsubleading項以降の計算も研究されている.また,体積予想の一般化では,結び目補空間の基本群から定まる特性多様体のAbel-Jacobi写像との関連が指摘され,結び目不変量と代数多様体の関連が明らかになりつつある状況にある.本研究では,特性多様体のAbel-Jacobi写像と位相的開弦理論のdisk不変量との関係に着目し,一般に色つきJones多項式のWKB展開と位相的開弦理論のWKB展開の等価性を提案した.物理的には,色つきJones多項式はSU(2) Chem-Simonsゲージ理論のWilson loop期待値との関係が知られていることから,我々の提案は,Cnern-Simonsゲージ理論の双対記述を与えると期待している.この論文の発表後は,位相的弦理論のWKB展開をさらに高次(4次項)まで計算し,色つきJones多項式の漸近展開の対応する項との対応を考察した.その結果,位相的開弦理論のプロパゲータに現れる定数を修正することによって,両者が一致することを確かめた.本年度の研究では,結び目理論,超対称ゲージ理論への位相的開弦理論の応用と,コンパクトなカラビ-ヤゥ多様体上のミラー対称性の研究を行った.結び目理論への開弦理論の応用に関しては,前年度の研究に引き続き,結び目の特性多様体を位相的開弦理論の標的空間としてWKB解析を行い,結び目の量子不変量の漸近的構造との対応を研究した.両者の対応は、前年度までのDijkgraaf氏との共同研究の中で提唱した対応である.本年度研究では,行列模型の再帰関係式を用いることでより詳細にこの対応を検証するとともに,結び目不変量の量子構造を行列模型の量子構造として理解できることを改めて提唱した.超対称ゲージ理論に関しては,近年AGT予想において研究が進んでいる表面演算子の存在下でのインスタントン分配関数と位相的開弦理論の開弦インスタントンとの関係を研究した.表面演算子は4次元ゲージ理論における2次元的物体であり,弦理論としてはD2-ブレインなどと解釈される.この対応を定量的に検証するために,名大多元数理研究科(粟田氏,菅野氏,真鍋氏)及び神戸大数学科の山田氏と共同で両者のインスタントン分配関数の解析を行った.具体的にはSU(2)ゲージ理論で計算を行った結果、非自明に両者の一致が検証され,表面演算子が開弦理論を用いて正しく記述できることを確認した.さらに,コンパクトなカラビ-ヤゥ多様体上のミラー対称性の研究においては,北大研究者と共同で,周期計算の解析接続法を提唱した.既知の例にこの解析法を応用した結果,従来の解析結果が単純な計算から再現されることを確認した.本研究の目的は、境界を持つ弦理論の数理的側面を明らかにし、数学と物理学の双方にフィードバックをもたらすことにある。特に、本研究課題では、結び目や双曲幾何学を中心とした3次元虚何学と、ゲージ理論との関係を弦理論の枠組みで理解することで、新たな数学的研究領域を開拓し、同時に弦理論の非摂動的側面を明らかにしたいと考えている。研究所年度には、Dijkgraaf氏と共同でこうした側面に関する新たな予想を提唱し、結び目の量子不変量の新たな側面を開弦理論の枠組みを通じて理解するという研究を行い、次年度以降もこの理論の進展を探る方針で研究を遂行した。特に、本年度の大きな成果としては2つあり、一つはM理論の非摂動的定式化とされるABJM理論の分配関数に関する厳密解を求めたという成果と、もうひとつは、結び目のホモロジー的不変量に關する厳密解を求め、新たな体積予想の拡張を行ったということが挙げられる。前者に関しては、行列模型と位相的弦理論の関係から生じる「正則アノマリー方程式」の対数的振る舞いをする部分に関して、厳密解を求め、エアリ関数と呼ばれる特殊関数で表すことに成功した.大変興味深いのは、このエアリ関数の結果は、全く異なる理論によりM理論の分配関数の計算でも現れた結果であり、ABJM

模型はその結果をある種第1原理から求めた事になり、M理論の非摂動的側面を具体的な形で解析することに成功したといえるだろう。M理論自身、その全容がいまだにつかめていない理論であるが、その中でこうした具体的かつユニバーサルな結果が、弦理論の数理的側面を活用することで得られたというのは、非常に意義深いものであると考えている。一方、後者の結び目不変量に関する研究では、昨年度Aganagic-Shakirovによって提唱された精密化されたChem-Simons理論を用いて、トーラス結び目に対し、対称表現の結び目不変量を厳密に計算した。この結果は、数学的には結び目の圏論的不変量と等価であり、これにより、圏論的手法では一般的な計算が困難な結び目不変量を物理的アプローチから決定することに成功した.さらに、この厳密解は、JQnes多項式と呼ばれる結び目不変量の自然な拡張になっている。そこで、この結果を基に、GukoV氏とSulkowski氏と共同で、Jones多項式に関する体積予想を、圏論的不変量に対して斬たな拡張を提唱し、「精密化され%体積予想」ど名付けた。本年度の研究では,弦理論に基づく結び目不変量の解析の研究を重点的に行い,興味深い成果が得られた.研究計画実施計画における主要な目標の一つとして,色付きJones多項式に関わる体積予想を,弦理論を通じてより深く理解し,さらにその一般化を考えることを掲げてきた.この目標に関して,本年度は特に弦理論の「精密化」と結び目不変量の「圏化」をテーマに研究を推進し,体積予想の一般化に関する研究を遂行する中で新たな結び目の不変量を発見し,それらに付随する結び目不変量の構造に関する予想を提唱するに至った.結び目不変量の圏化は,ここ10年ほど数学と物理学の両方の側面から研究がなされており,特に物理側では弦理論による定式化が大きなインパクトをもたらしている.ここ2年は,圏化の大元締めとなる色付きHOMFLYホモロジーの解析が飛躍的に進展し,従来では計算が困難であった非自明な結び目に対する解析が明確に行えるようになってきた.そこで,本年度の研究では,カリフォルニア工科大学のGukov教授とSulkowski研究員と共同で,様々なクラスの結び目に対する色付きHOFLYホモロジーの解析を行い,体積予想の「圏化」に対応する様々な結果を得る事が出来た.その中でも特に興味深い結果は,色付きHOMFLYホモロジーの漸近的振る舞いから定まる新たな結び目不変量として,我々は「超A-多項式」を提案し,様々な具体例に対してこの多項式を求める事に成功した.また,この超A-多項式は色付きHOFLYホモロジーの背後にある量子化積分構造と密接に関係しており,我々の研究ではこの超A-多項式の量子化から得られる色付きHOMFLYホモロジーの再帰関係式を様々な例に対して発見し,一般的にその関係式の存在を「量子超体積予想」として提案した.本年度は、3次元ゲージ理論をキーワードに、ABJ廼行列模型の厳密解と精密化された結び目不変量の厳密解を求めることに成功し、大きな成果をもたらすことができた。さらに、年度末に行ったカリフォルニア工科大学での長期滞在では、これらの研究結果をにに、数理物理学的に面白い予想を提唱することができた。当初の計画では、この予想を出すにはさらに数年を要すると予想していたが、想像以上に研究が進展した。これまでの予想を超えて飛躍的に研究が進展したという背景には、海外のトップクラスの研究機関での積極的な議論が功を奏したと考えている。