hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速視覚を用いた実環境可触化システムの研究

本研究では、3次元の幾何学的情報やテキスチャ情報などの様々な実環境情報について対応可能とする、視覚センサ情報から触覚呈示情報として変換可能とする実環境可触化システムの実現を目指しA)可触化のための高速視覚システムの開発、B)視覚情報を可触化するシステムの開発、C)触力覚呈示情報を抽出可能とする画像処理アルゴリズムの研究,D)実環境情報に対するスケール変換呈示、強調呈示などを可能とする触覚呈示アルゴリズムの研究を進めた.平成13年度は、構築する実環境可触化システムのシステムアーキテクチャの設計を行い、それをもとに研究代表者らが開発したビジョンチップをベースにした高速視覚システムを可触化システムに対応させて設計すると同時に、視覚情報からのリアルタイムな可触化を実現するための画像処理アルゴリズムの提案を行った.平成14年度は、平成13年度に開発したステレオ高速視覚システムと触覚ディスプレイを組み合わせ、3次元情報に対応した実環境可触化システムを構築すると同時に、実環境可触化システムのための触覚呈示アルゴリズムの提案を行った。平成15年度は、平成14年度までに開発した実環境可触化システムに対する性能評価を行い、画像処理と触覚呈示を統合した新たなインタラクションアルゴリズムの体系化を行った。本研究では、3次元の幾何学的情報やテキスチャ情報などの様々な実環境情報について対応可能とする、視覚センサ情報から触覚呈示情報として変換可能とする実環境可触化システムの実現を目指しA)可触化のための高速視覚システムの開発、B)視覚情報を可触化するシステムの開発、C)触力覚呈示情報を抽出可能とする画像処理アルゴリズムの研究・開発を行う。D)実環境情報に対するスケール変換呈示、強調呈示などを可能とする触覚呈示アルゴリズムの研究・開発を進めることにより、その目的を実現するものである。平成13年度は、構築する実環境可触化システムのシステムアーキテクチャの設計を行い、それをもとに研究代表者らが開発したビジョンチップをベースにした高速視覚システムを可触化システムに対応させて設計すると同時に、視覚情報からのリアルタイムな可触化を実現するための画像処理アルゴリズムの提案を行う。具体的には以下の手順で研究を進める。1)視覚情報に基づく実環境可触化を実現するための全体システムアーキテクチャの設計を行った。2)1)の設計をもとに、研究代表者らが開発したビジョンチップをベースとした、実環境可触化システムのための高速視覚システムの設計・開発を行った。3)2)で開発した高速視覚システムをアクティブビジョンシステムに搭載し、その動作を確認した。4)3)における高速アクティブビジョンシステムをステレオ化した。5)触力覚情報に直接関係する対象のダイナミクス情報が観測可能となることを高速ビジョン画像によるシミュレーション解析により検証した。6)5)の結果を基にして触力覚呈示情報を抽出可能とする画像処理アルゴリズムの研究・開発を行った。平成14年度は、平成13年度に開発したステレオ高速視覚システムと触覚デイスプレイを組み合わせ、3次元情報に対応した実環境可触化システムを構築すると同時に、実環境可触化システムのための触覚呈示アルゴリズムの提案を行った。具体的には以下の手順で研究を進めた。1)実環境可触化システムに実装する触覚ディスプレイの制御実験を行い、その基本的な動作の確認を行った2)前年度開発されたステレオ高速視覚システムと1)における触覚ディスプレイを接続し、2次元画像情報に対応した実環境可触化システムを構築し、基本的な動作確認を行った3)前年度開発した触力覚情報を抽出する画像処理アルゴリズムについて、実システム上で動作確認を行った4)構築した実環境可触化システムに対応し、画像処理アルゴリズムに抽出された触力覚情報を呈示する触覚呈示アルゴリズムの研究・開発を行った。

本研究では、3次元の幾何学的情報やテキスチャ情報などの様々な実環境情報について対応可能とする、視覚センサ情報から触覚呈示情報として変換可能とする実環境可触化システムの実現を目指しA)可触化のための高速視覚システムの開発、B)視覚情報を可触化するシステムの開発、C)触力覚呈示情報を抽出可能とする画像処理アルゴリズムの研究・開発を行う。D)実環境情報に対するスケール変換呈示、強調呈示などを可能とする触覚呈示アルゴリズムの研究・開発を進めることにより、その目的を実現するものである。平成15年度は、平成14年度までに開発した実環境可触化システムに対する性能評価を行い、画像処理アルゴリズムと触覚呈示アルゴリズムを統合した新たなインタラクションアルゴリズムの体系化を行う。具体的には以下の手順で研究を進めた。1)前年度に開発した触覚呈示アルゴリズムを実環境可触化システム上に実装し、その動作確認を行った。2)実環境可触化システムにおいて、テキスチャ形状、運動物体に対して、リアルタイムに可触化が実現できることを検証し、その結果に対して性能評価を行った。2)実環境可触化システムにおいて、スケール変換呈示などの実環境における特徴を強調した呈示などを実現し、知的かつリアルタイムの呈示変換能力の評価を行った3)実環境可触化システムに対応し、本研究で開発した画像処理アルゴリズムと触覚呈示アルゴリズムを統合し、新たなインタラクションアルゴリズムの体系化を行った。
非コード型エクソンの生成・縮退から脊索動物の形態形成システム進化を捉える

本研究では、脊索動物の形態形成進化と非コード型エクソン1の生成・縮退との連関性を調べる事を目的として、精巣形成関与遺伝子Dmrt1の解析を行った。その結果、Dmrt1の非コード型エクソン1は初期の脊椎動物進化過程で誕生し、魚類や両生類の精巣形成においては、その上流とイントロン1内の計2つの領域がDmrt1のプロモーターとして機能分担することが示唆された。しかし、その後の進化過程で、このエクソンの縮退が起り、プロモーター機能が統合あるいは変化した可能性が考えられた。真核生物の遺伝子の分子進化において、非コードエクソン1の生成・縮退は、その遺伝子のプロモーターの増減・改変に直接関わる。本研究は、脊索動物の進化過程において、非コードエクソン1の生成・縮退が形態形成進化に関わるかを調べることを大きな目的として、昨年度、精巣形成に関与する遺伝子Dmrt1の解析を行った。2年目の最終年度である本年度は、その解析を進め、以下の結果および考察が得られた。1非コードエクソン1の上流部とイントロン1内の計2つのプロモーターを有するアフリカツメガエルのDmrt1α遺伝子は、発現解析の結果、雌雄の生殖巣、あるいはZZ生殖巣の生殖細胞と体細胞で、2つのプロモーターの機能分化が起っている可能性が示唆された。2脊索動物の祖先から、1回目の全ゲノム重複後、種分化した無顎類のヤツメウナギ(脊椎動物の祖先種に近縁と考えられる)を用い、精巣で発現するDmrt1ホモログの単離を試みた。得られたcDNAは、構造解析から、Dmrt1のオルソログの可能性が考えられ、ゲノム情報との比較解析から、この遺伝子は、非コードエクソン1を有することが推察された。以上の結果、および、昨年度の哺乳類・鳥類のDmrt1の転写開始点の同定やデータベース解析から、Dmrt1オルソログに関し、以下のことが考察できた。脊椎動物の祖先で、非コードエクソン1が生成され、魚類や両生類種では、非コードエクソン1の上流とイントロン1内のプロモーター2つが遺伝子発現の機能分担に寄与する。興味深いことに、両生類以降の進化過程で、非コードエクソン1の縮退が起り、プロモーター機能が限定された可能性がある。本研究により、Dmrt1遺伝子の非コードエクソン1の生成・縮退と、DMRT1タンパク質の精巣形成や配偶子形成における機能分化・変化が、脊索動物の生殖巣形成システムの進化と密接に関わっている可能性が示唆された。初年度である本年度は、非コードエクソン1の分子進化において、アフリカツメガエルおよびメダカの性決定遺伝子DmーWおよびDmyのプロトタイプ遺伝子Dmrt1に注目し、解析を行った。4種の脊椎動物種(魚類メダカ、両生類アフリカツメガエル、鳥類ニワトリ、哺乳類マウス)の成体あるいは未成熟の精巣のRNAを用いて、各Dmrt1オルソルグの転写開始点の決定を行ったところ、メダカ、アフリカツメガエル(この種は異質4倍体で、2種のDmrt1遺伝子が存在するが、Dmrt1 alphaの遺伝子での解析)共に、非コードエクソン1を保持する事がわかった(Chromosome Res 2012)。非コードエクソン1の存在は、Dmrt1遺伝子の重複によって誕生したDmーW、Dmyも同様であった。興味深い事に、ニワトリ、マウスDmrt1遺伝子は、コードエクソン内に転写開始点があると解釈することができた。すなわち、非コードエクソン1が無いと考えられた。これを傍証するために、マウス、ニワトリに加え、データ量の多いヒトに関して、ESTデータベースで検索を行ったところ、非コードエクソン1を保持するDmrt1 cDNAは存在しなかった。これらの結果から、Dmrt1オルソログは、両生類以降の脊椎動物の進化過程で、非コードエクソン1を失ったと考えられる。一般的に、非コードエクソン1の創出はプロモーターの多様化を意味するので、一端多様化に向かったDmrt1遺伝子のプロモーターは、脊椎動物の進化過程で退化的分子進化した可能性が考えられた。性決定システムが環境によって左右されない恒温動物では、先祖型のプロモーターのみを選択したという進化仮説を考える事ができる。初年度である本年度は、生殖巣の性差構築システムに関わるDmrt1遺伝子の分子進化の解析を行い、非コードエクソン1の退化と生殖巣形成システムとの連関を考察することができた(Chromosome Res 2012)。順調に進展してきていると思われる。主な今後の推進方策を以下に記す。(1)Dmrt1遺伝子における非コードエクソン1の分子進化の解析を、爬虫類種で試みる。(2)脊椎動物進化過程でDmrt1と同様な分子進化を行ったと考えられる遺伝子を、探索する。次年度は最終年度である。
生理活性ジテルペン類の高効率的キラル合成

グラヤノトキシンIII(1)の全合成を達成した.先に合成したCD環部分(2)からアリルスルフィド(3)に導き,SmI_2によるケチルラジカル環化反応によりA環部分を立体選択的に作った.さらに,ケトアルデヒド(4)とし,SmI_2を用いて立体選択的ピナコール環化反応を行い,B環部分を構築,1の全合成に成功した.また,ビニグロール(5)の合成研究を行い,シス-デカリン骨格の構築方法を確立した.ジヒドロカルボン(6)よりケトエステル(7)を合成し,SmI_2によるケチルラジカル環化反応を行い,目的のシス-デカリン(8)のみを得た.グラヤノトキシンIII(1)の全合成を達成した.先に合成したCD環部分(2)からアリルスルフィド(3)に導き,SmI_2によるケチルラジカル環化反応によりA環部分を立体選択的に作った.さらに,ケトアルデヒド(4)とし,SmI_2を用いて立体選択的ピナコール環化反応を行い,B環部分を構築,1の全合成に成功した.また,ビニグロール(5)の合成研究を行い,シス-デカリン骨格の構築方法を確立した.ジヒドロカルボン(6)よりケトエステル(7)を合成し,SmI_2によるケチルラジカル環化反応を行い,目的のシス-デカリン(8)のみを得た.
ヘテロエピタキシャル成長プラットホーム実現に関する基礎的検討

本年度は、昨年度の懸案事項であったケミカルビームエピタキシー(CBE)の修理も完了し、グラフェンマスクを用いたGaNの横方向成長におこなうなど、順調に研究課題を遂行できた。以下、項目別に本年度の研究実績の概要を説明する。【グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシー】転写マスクを用いたグラフェンマスクの作製方法の確立の後、CBEによるGaNの低角入射マイクロチャンネルエピタキシー(LAIMCE)をおこなった。転写回数の制御により、単層グラフェンマスク、多層グラフェンマスクを作り分け、それぞれがGaN LAIMCEに与える影響を比較検討した。その結果、多層グラフェンマスクを用いた場合は、SiO2などの他のマスクとほぼ同様な横方向成長領域が得られるのに対し、単層グラフェンマスクを用いた場合はマスク上へのGaN結晶核が生じるものの、横方向成長幅は大きく拡大するという興味深い現象を発見した。さらに、2光子フォトルミネッセンス測定により横方向成長層を評価したところ、発光強度の大幅な増強が見られ、結晶の品質改善が認められた。【a面GaNLAIMCEを用いたLEDの試作】本年度はCBEによるGaN LAIMCE成長に集中したため、LEDの作製までには至らなかった。今後、低転位a面テンプレート基板の作製をおこない、a面GaNを用いた高出力LEDの試作をおこないたい。【CBE装置の修理】TMGのベントラインの排気系を不純物の吸引に強い油拡散ポンプを用いたものに変更し、CBE装置の修理・立ち上げ作業をおこなった。その結果、CBE装置を安定して動作できるようになり、上記にあるようにGaN LAIMCE成長等にも成功出来た。研究実績の概要でも示したとおり、CBE装置の修理に成功し安定したGaNの成長が可能となった。その結果、グラフェンマスクを用いたGaNの横方向成長に成功するなど、本研究課題の研究を大きく前進させることが出来たため。本年度は以下に示す4つの課題について中心的に研究をおこない、本研究の最終年度として研究成果をまとめていく。【グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー】グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシーの成功を受け、本年は隣接する成長層を結合させることによる平坦化を試みる。この時、結合部での転位発生の低減も試みる。【グラフェンマスクの層数と成長層の配向性の関係】グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシーの結果、グラフェンマスクの層数により横方向成長量および選択成長度合いに違いが現れた。本年度はこのような違いが生じる原因の解明に関し実験を進める。さらに、グラフェンマスクを用いた場合、成長島の配向性に与える影響についても調べる。【グラフェンマスクを用いた横方向成長層中の歪みの観察】グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシー中の残留応力をX線回折により評価する。成長中の残留応力の発生・緩和機構を詳細に検討することは、転位低減化のために重要な知見となる。【a面GaNLAIMCEを用いたLEDの試作】LAIMCEを用いて低転位a面GaNテンプレート基板の作製をおこない、それを基板としてGaN系LEDを試作する。a面GaNテンプレート基板を用いることで、基板と垂直方向のピエゾ電界を無くすることが可能であり、作製したGaN系LEDの大幅な特性向上が期待される。本研究では「ヘテロエピタキシャル成長のプラットホーム」と題し、バルク成長では実現が難しい材料の基板をヘテロエピタキシャル成長技術を用いて「無転位」のテンプレート基板として提供する。そのため、本年度はマイクロチャンネルエピタキシー(MCE)に関する以下の要素技術の開発をおこなった。(1)マイクロチャンネルエピタキシーにおける横縦比のさらなる向上、(2)グラフェンをマスク材料として活用する手法、(3)マイクロプラズマによる成長前処理法。(1)マイクロチャンネルエピタキシーにおける横縦比のさらなる向上に関しては、縦方向成長の重要な抑制要因である表面不純物のスッテプピニング効果を成長時の表面過飽和度と関連づけて定量的に調べた。その結果、ステップピニング効果が強く働く過飽和度領域があり、成長条件を適切に制御することで縦方向成長をほぼ抑制できることがわかった。(2)グラフェンをマスク材料として活用する手法に関しては、サファイア基板上のグラフェンの直接成長手法を、「高温アルコールCVD」ならびに「キャッピング層を用いた析出法」という2つの手法に関して調べ、両手法でグラフェンの直接成長に成功できた。また、本年度の購入設備であるRIEエッチング装置を用いた、グラフェンのパターン化エッチングの条件の最適化もおこない、再現性良くグラフェンをパターン化することが出来るようになった。(3)マイクロプラズマによる成長前処理法に関しては、本年度は減圧条件でのプラズマ処理効果に関して調べ、基板表面の自然酸化膜の完全除去に成功した。本年度導入したRIEエッチング装置の立ち上げが順調に進み、グラフェンのパターンニング条件の導出に成功したこと、減圧条件を用いたマイクロプラズマ処理により、従来の結晶成長技術の大きな問題点であった基板表面に残留する自然酸化膜の除去に成功したことが挙げられる。後者は、狭いマイクロチャンネルを用いる場合の潜在的問題点であり、その解決は、今後の研究の進展にプラスとなるところが大きいものと期待される。本年度は以下の二つのテーマに関連した内容を中心に研究を進めた。1)グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー、2)隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発、以下、それぞれのテーマについての進行状況を簡単に説明する。

1)グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシーグラフェンマスクを作製するために、銅箔を用いたグラフェン成長の条件導出、グラフェンの成長用基板上への転写、グラフェンマスクのREIによる加工条件の導出を、おこなった。以上の過程で種々の問題点が発生したが、それらを解決することにより最終的にグラフェンマスクの作製プロセスが完成した。次にこれらのグラフェンマスクを用いて、LPEによるGaAsのマイクロチャンネルエピタキシー、ならびに、MOMBEによるGaNの低角入射マイクロチャンネルエピタキシーを試みた。その結果、グラフェンマスクが実際の成長に使用可能であることがわかった。今後、グラフェンマスクを用いた残留応力の低減、成長層の超薄膜化等に関して調べていきたい。2)隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発上記のテーマを実現するために本年度は、主に成長の歩留まり向上のための基板前処理方法に関して調べた。昨年度、マイクロチャンネル部に残留する自然酸化膜が成長の歩留まり劣化の最大の要因であること、またそれがマイクロプラズマ処理により除去可能なことが判明したので、本年度はマイクロプラズマ処理の減圧化、アンモニア照射昇温との組み合わせに関し調べた。その結果、マイクロチャンネルに残留する自然酸化膜を完全に除去する条件の導出に成功した。さらに、プラズマにより変色するプラズマシートを用いて、プラズマ分布のキャリア流量依存性、処理圧力依存性を調べ、マイクロプラズマ処理のメカニズムに関しても検討した。途中、MOMBE装置の基板ヒーター損傷、修理による成長実験に遅れはあったものの、本年度の最大の課題であった(1)グラフェンマスクによるマイクロチャンネルエピタキシーに成功したことは大きな進展となった。(2)隣り合う成長層を新たな転位を発生させることなく結合させる手法の開発に関しては、成長の歩留まりの向上が重要課題であり、マイクロチャンネル中に残留する自然酸化膜の除去が歩留まりを下げる要因であることが昨年度判明していたので、本年はさらに減圧マイクロプラズマ処理を用い、加えて、アンモニアを照射しながら昇温すると言う手法と組み合わせることで、その完全除去に成功した。この成果を元にマイクロチャンネルエピタキシーに関する成長実験をおこなっていきたい。以上の様な進行状況を鑑み、現在までの進捗状況は(2)おおむね順調に進展している、と判定した。本年度初頭に、ケミカルビームエピタキシー(CBE)装置に故障が生じ、長時間使用できない状況が発生した。よって、本年度は、CBE装置を使用せずに実施可能なテーマを集中的に研究した。【グラフェン析出成長の低温化】アモルファスカーボンは主に炭素のsp2結合によっているが、ナノダイヤモンドはsp3結合により構成される。
卵成熟におけるステロイドホルモン細胞膜受容体の構造と機能の解析

魚類(メダカ)をモデルとして、プロゲステロン系ステロイドホルモン(プロゲスチン)の細胞膜受容体の情報伝達機構の解析を目指した。プロゲスチン細胞膜受容体は、G蛋白質結合型受容体(GPCR)ファミリーに属すると考えられており、α、β、γの3種が報告されている。本課題では、メダカ卵巣より、これらのホモログ遺伝子のホルモン結合活性の確認とその作用の解析を予定した。新たにolGPCRβをクローニングし、これまに得ていた2種と合わせて、3種の受容体遺伝子候補(olGPCRα;AB111911,olGPCRβ;AB239928,olGPCRγ;AB111912)を得た。これらの部分ペプチド配列を基に抗ペプチド抗体の作出を複数回試みたが、抗原ペプチドに対する抗体価は上昇しても卵巣蛋白質抽出物中に受容体を検出できる良好な抗体は未だに得られていない。Northern blot解析により、α型は脳、筋、頭腎、卵巣、精巣で、γ型は卵巣と精巣で発現していること、β型の発現はどの組織でも見られないことが判った。アルファ型の卵巣での発現は卵母細胞に限られ、卵黄形成開始前のものでも既に発現が見られた。GPCRの解析と平行して、メダカが持つ他のプロゲスチン受容体・結合蛋白質遺伝子のクローニングを行った。ヒトのプロゲステロン結合蛋白質Hpr6.6とDg6のメダカホモログをクローニングした(OlPGRMC1;AB240046,OlPGRMC2;AB23991)。メダカ性ホルモン結合グロブリン遺伝子をTIGR databaseよりin silicoクローニングした(medaka SHBG ; TIGR TC41349)。また、in houseのメダカゲノムライブラリ中よりプロゲスチン核受容体と予想される配列を得た(scaffold 5161)。これにより、メダカには、少なくとも4群7種のプロゲスチン受容体・結合蛋白質が存在することがわかった。今後、これらの発現と作用を個体レベルで解析する予定である。これまでにメダカ卵成熟誘起ホルモン細胞膜受容体の候補遺伝子として、mGPCRαとmGPCRγの2種類をクローニングした。今回、メダカゲノムデータベースより、in silicoクローニングによりmGPCRβを得た。これらは、全て7回膜貫通型構造を持ちG蛋白質結合型受容体ファミリーに属すると考えられる。過去に、αおよびγ型のアミノ酸部分配列を元に、ウサギを用いて抗α、抗γ型抗体の作出を試みたが有効な抗体を得られなかった。今回、抗原とするアミノ酸配列を一部改変し、ラットを用いて延べ5回抗体作出を試みたが、やはり有用な抗体は得られなかった。現在、リコンビナント蛋白質を用いた抗体作成を行うべく発現系の調製を進めている。情報伝達機構解明の目的で、メダカ卵のプロテオーム解析を行った。等電点4.0-5.0、4.5-5.5、5.0-6.0、5.5-6.7の範囲から各々20枚の泳動画像を合成し、全体として等電点4.0-6.7、分子量14-200KDaの範囲の蛋白質マップを作成した。

卵の発生過程で卵成熟誘起ホルモン受容体が発現するステージ及び、卵成熟誘起ホルモン結合により卵内での情報伝達過程が活性化されるステージより、顕著な変化を示すタンパク質群の内、26個の蛋白質スポットを選定した。元の20枚の泳動ゲルより当該スポットを回収し、in gel digestion法により加水分解ペプチドを得、TOF型及びQ-TOF型質量分析計を用いてタンパク質の同定を試みた。内16スポットは同定が完了し、6スポットは現在解析中である。4スポットは同定不能であった。卵黄に由来すると思われるスポットを出来るだけ排除してスポット選定を行ったが、解析結果は、選定したスポットに相当数のメダカビテロゲニン由来のものを含むことが判明した。これまで考えられていた以上にビテロゲニン分子の活発で複雑な代謝が行われていると考えられる。魚類(メダカ)の卵母細胞の卵成熟誘起ステロイドホルモンによる、卵成熟誘起現象をモデルとして、プロゲステロン系ステロイドホルモン(以下、プロゲスチン)の作用機構を、細胞膜受容体を中心に解析することを目的とした。既にメダカのプロゲスチン細胞膜受容体(G蛋白質結合型)を3種クローニング(olGPCRα、olGPCRβ、olGPCRγ)しているので、これらと比較解析実験を計画するために、その他のプロゲスチン受容体・結合蛋白質遺伝子のクローニングを行った。哺乳類で細胞膜1回貫通型構造を持つと推定されるプロゲスチン結合蛋白質が知られており、そのメダカホモログ2種(medaka Hpr66, medaka Dg6)を新たにクローニングした。血液中の性ステロイドホルモン結合蛋白質(性ホルモン結合グロブリン;SHBG)をメダカゲノムデータベース中より、in silicoクローニングした(medaka SHBG ; TIGR database TC41349)。また核受容体型と思われる配列を、代表者の所属する研究室で独自に構築しているゲノムデータベース中からin silicoクローニングした(medaka PR ; NIBB rbest scaffold5161)。MedakaSHBGは、その配列相同性から明らかに哺乳類のSHBGホモログであると判断した。medakaPRは、塩基配列の曖昧さから、プロゲスチン核受容体であると確定できてはいない。同定の為には今後の発現蛋白質等による機能解析が必要である。Hpr66のN端配列の合成ペプチドを用いて抗体の作成を作成したが、Western解析等で良好な結果は得られていない。本課題に拠り、メダカにおいて、少なくとも4群8種の異なったプロゲスチン受容体・結合蛋白質が存在することが明らかとなった。次期課題では、メダカの発生過程を追いながら、時期及び組織特異的なmRNAと蛋白質の発現を解析することで、メダカにおけるプロゲスチンの機能を幅広く解析する予定である。
ノンレアアースナノ粒子の蓄電機構と熱緩和プロセスの解明

本研究の目的は金属酸化物ナノ粒子が蓄電性を発現する条件を、粒子の大きさと組成を分別し分析することである。電気移動度分球装置(DMA)を用いプラズマ中で合成されるナノ粒子を分級し大きさ・組成による影響を調べた。数100 nm以下の大きさでは大きさによる顕著な違いは見られなかった。一方組成分析と構造分析からナノ結晶の構造を決定し、その構造を元にDFT計算を行った。シリコン原子の固溶によりバンドギャップ間にトラップ準位が形成されること、酸素欠陥によりある組成のナノ粒子のイオン化ポテンシャルが大きく変化することで量子的な井戸が形成されることが予測された。この結果についてはジャーナルに投稿中である。レアアースを用いないマグネシウムと亜鉛の酸化物からなる半導体ナノ粒子が特異な蓄電性を示すことが初めて報告されておりこの粒子は紫外線照射に誘起されるフォトクロミズムにより蓄電性を発現し、金属の密度で電子を蓄電することが確認された。これは10 cm角の基板に25 um堆積させると単三電池に相当する蓄電量である。しかし蓄電メカニズムに関しては不明であり熱緩和による可逆的な蓄電性の消失の原因も分かっていない。これまでの研究から基板上に堆積した粒子は10 nmから数100 nmの大きさであり、気相中ではなく基板上でも凝集による成長したものなど雑多な集合体となっている。このためCVD合成された酸化物半導体膜は局所的にしか蓄電機能を発現しない。CVDによる装置内の熱流体的な不均一場によりたまたま最適な条件下で合成されたものが機能を発現しているのが現状である。以上の理由からナノ粒子のサイズ選別・組成選別を行い蓄電性を発現する要因を明らかにすることが大切となってくる。これらの状況を踏まえ本研究では粒子を大きさごとに分別し細かく分析することが重要であると考え初年度では微分型微粒子分級装置(DMA)を開発しナノ粒子のサイズ選別を行い、基板上に堆積させる。本実験では堆積させる基板はプラズマ直下ではないため室温、またはペルチェにより冷却が可能で基板上でのマイグレーションを防ぐことができる。サイズ選別に関しては、10 ー160 nmのナノ粒子を中心に分級できる装置の開発を目的として研究を進めた。装置の開発は完了しており計画通り進んでいる。しかし本研究で対象とする圧力が既往の研究で報告されている圧力に比べてかなり低いことから電圧の大きさと実際に分級される粒子の大きさの対応を取る必要がでてきた。微分型分級装置を高周波プラズマCVD装置に直接接続し、気相中で合成されているナノ粒子の分級を行い粒径とフォトクロミズム発現との相関を調べた。結果的に気相中で合成されるサイズは基板上に堆積したものに比べると遙かに小さくこのことから基板上でシンタリングしていることが明らかになった。このことはこれまで学会などで指摘されていた疑問に対して答えを得ることが出来たと言える。レーザーによるナノ粒子の合成とフォトクロミズムの発現も確認出来ており、26年度はCVD、レーザーの両面から研究を進めることが出来た。SEM、TEMによる観察からおおよそではあるが適切な粒径が分かり、EPMAによる元素分析により組成比に関する知見も得られた。さらにXRD計測からナノ粒子の構造に関するデータが得られており現在構造解析ソフトにより結晶構造を同定中である。XRD計測に十分なサンプルが合成できていないため精度の良い回折パターンは得られていないが構造はおおよそZnOの骨格をベースとしておりシリコンが固溶する形でナノ粒子が出来ていると予想される。また、大気中での加熱の具合によりフォトクロミズムの発現、消失に変化が出るためフォトクロミズム発現の要因として酸素の欠陥が考えられる。DFT計算により酸素欠陥によるトラップ準位の形成が確認出来るが熱ルミネッセンスによる値と一致しておらずこれに関してはさらなる検討が必要である。ここまでの結果に関して26年度は国際会議にて2件口頭発表を行った。EPMAによるフォトクロミズム結晶の組成分析及びXRD構造分析を行い、得られた結果をリートベルト解析により構造の決定を行った。構造は酸化亜鉛そのもので、結晶の空隙にシリコン原子が固溶しているような構造が得られた。EPMAによる組成分析と比較すると亜鉛シリコン酸化物のシリコンの比率が高いがこれはEPMAの結果がある程度大きな領域の平均を示していることから酸化亜鉛と亜鉛シリコン酸化物の粒子が凝集していると考えることで以前の電子顕微鏡画像とも整合性がとれる。またこのフォトクロミズムの発現箇所が酸素雰囲気中の加熱により変化することがあることから酸素欠陥が重要な要因であることが予測された。本年度は並行して量子化学計算により電子状態の探索を行った。構造解析の結果を元に30原子程度のクラスターを準備し酸化亜鉛及び亜鉛シリコン酸化物の電子状態とイオン化ポテンシャルの計算を行った。興味深いことに酸素欠陥が導入されることで酸化亜鉛のイオンかポテンシャルが大きく減少し、亜鉛シリコン酸化物結晶とのエネルギー的な位置関係が逆転する。そのためシリコン固溶により形成されたトラップ準位に電子が励起されるとペアとなるホールは酸素欠陥がないときはそのまま亜鉛シリコン酸化物内に留まるため電子ーホールの再結合が起こり現象としては何も起こらない。一方、酸素欠陥が導入されると亜鉛シリコン酸化物中に形成されたホールはエネルギー的な坂道を登る(ホール的にはエネルギーが減少する)こととなり、電子とホールの分離が実現する。このことから安定的に存在できエレクトロクロミズムが起こるものと予測される。

しかもこのホールの安定度は0.1 eV程度と非常に小さく300°C程度の熱処理によりエレクトロクロミズムによる着色が消失してしまうこととも整合性がとれることとなった。これらの新しい知見に関しては現在ジャーナルに投稿中である。本研究の目的は金属酸化物ナノ粒子が蓄電性を発現する条件を、粒子の大きさと組成を分別し分析することである。電気移動度分球装置(DMA)を用いプラズマ中で合成されるナノ粒子を分級し大きさ・組成による影響を調べた。数100 nm以下の大きさでは大きさによる顕著な違いは見られなかった。一方組成分析と構造分析からナノ結晶の構造を決定し、その構造を元にDFT計算を行った。シリコン原子の固溶によりバンドギャップ間にトラップ準位が形成されること、酸素欠陥によりある組成のナノ粒子のイオン化ポテンシャルが大きく変化することで量子的な井戸が形成されることが予測された。この結果についてはジャーナルに投稿中である。昨年度の時点ではDMAによる分級、およびレーザーアブレーションによる合成と合成結果の検討までが予定であったが、XRDによる構造解析まで進めることが出来た。これは予想以上の進捗である。27年度が最終年度であるため、記入しない。マイクロナノ熱工学XRD回折のデータを元にリートベルト解析を行い構造を明らかにする。その構造を元にDFT計算を行い光電子分光の結果と比較することで構造の確定及びフォトクロミズム発現の機構を明らかにする。主要な装置である微分型微粒子分級装置(DMA)の開発は完了しており今後は計画書の予定通りナノ粒子の分級とフォトクロミズムの対応を確認していくことになる。DMAによる微粒子分級はこれまでに多くの先行研究が有る既存の技術であるが、本研究で対象とする圧力が既往の報告例に比べてかなり低いためパラメータが一致しない可能性がある。具体的には、微粒子は粘性流体中の移動度と電場により引きつけられる力とのベクトル和の方向に進むためこれらを調節することにより対象の粒径のものをサンプリングすることができる。粘性流体が基本であるが希薄気体への遷移領域でも適応できるよう補正係数を相関式中に導入している。まずこの相関式がどの程度本研究での対象圧力下で機能するのかを確認する必要がでてきた。これにはおよそ3ヶ月程度必要になると考えている。これだけでは当初の予定に比べて若干の遅れとなるが、反対に当初2年目以降に予定していたナノ粒子合成装置の開発が予定より前倒しで進んでいることから全体的に見ておおむね予定通りであると考えている。残額は予算額の0.04%程度であり特に理由はない。計画当初は研究協力者のプラズマCVD装置の簡易版を開発する予定であったが、1.内部のプラズマが同等とは限らない。2.再現性が悪い。3.レーザーアブレーションでもフォトクロミズムを発現する粒子を合成できることが分かった。4.充足率が低くプラズマ装置の開発が難しい。
歯髄細胞の遊走能における細胞老化と個体老化の関連性について

加齢に伴う歯髄の生物学的機能の一端を解明するため、歯髄の創傷治癒過程における歯髄細胞の集積に着目して、歯髄細胞の増殖能、石灰化機能のマーカーであるアルカリホスファターゼ(ALPase)活性および遊走能における細胞老化と個体老化の関連性について、3例の高齢者(64歳以上)由来細胞と3例の若年者(20未満)由来細胞とを用いて分析し、以下の知見が得られた。1.培養ヒト歯髄細胞をそれぞれ4から8か月の長期培養を行い、生存曲線より求めた集団倍加回数では、若年者の細胞がいずれも30以上を示したのに対して、高齢者の細胞は18から26と低下していた。さらに、高齢者由来の細胞では、若年者と比較して培養早期から増殖速度と飽和密度が低下していた。これらの結果は、歯髄細胞の細胞老化における変化と類似しており、歯髄細胞の増殖能における細胞老化と個体老化の密接な関連性が示唆された。2.歯髄細胞のALPase活性について、細胞化学染色法を用いて分析したところ、高齢者由来の細胞は若年者のそれと比較して、ALPaseの陽性反応が減弱し、細胞老化における変化と類似していた。従って、老化に伴うALPase活性の低下は、比較的高い活性を有する細胞の出現と密接に関連していることが示唆された。3.歯髄細胞の遊走能について、二次元の細胞運動能を指標に分析したところ、晩期継代細胞は、早期継代細胞に比較して、遊走した細胞の数と移動距離が減少しており、細胞老化に伴う遊走能の低下が認められた。一方、高齢者および若年者由来の比較については、現在も解析中であり、今後遊走能における細胞老化と個体老化の関連性について詳細に分析する予定である。
整数論に現れる多変数ゼータ関数の研究

(研究目的1)レベルNのMaass形式を、付随するL関数、および、そのDirichlet指標によるtwistの解析的性質で特徴づける逆定理を、保型超関数に対する逆定理を媒介にすることによって示すことを研究分担者(宮崎直、北里大学)・研究協力者(杉山和成、千葉工業大学)と研究してきたが、今年度は、通常仮定として課せられている完備L関数の整関数としての性質をガンマ因子を伴わないL関数の性質に置き換える形の逆定理を示した。また、媒介物として利用した保型超関数の保型性はいわゆるVoronoi-Ferrar型の和公式として解釈されるが、その自然な試験関数の空間を漸近展開で特徴づけることを試み、かなり広い固有値のクラスに対して特徴づけが得られた。また、本年度の研究中にNeururer-Oliverによって、自明指標によるtwistを仮定しない形の逆定理が発表されたが、彼らの方法を保型超関数に移植し(固有値が1の場合を除いて)保型超関数の逆定理においても同様な結果を得た。(研究目的2)A.非概均質的局所関数等式の構成法の一つである2つの関数等式の貼り合わせについて、これまでの結果では貼り合わせデータとして対称行列値のものを考察していたが、行列値の貼り合わせデータを利用する構成法を開発した。行列値の場合は、対称行列値貼り合わせデータの場合に必要であった符号条件が自動的に満たされるため、非概均質的局所関数等式を系統的に作り出すことが容易になると期待される。B.これまで研究してきた非概均質的局所関数等式については、有限体上でのガウス和を用いた類似物が存在することが予想される。この点を検証するために、有限体上のクリフォード4次形式に対するガウス和の計算を行った。(研究目的1) A.偶数変数の分解型二次形式に付随するクリフォード代数の表現によって定義されるクリフォード4次形式について、その4次形式の局所密度のオイラー積を係数とする2変数ゼータ関数が有理数体上分解する直交群の極大放物型部分群に付随するアイゼンシュタイン級数のケッヒャー・マースゼータ関数と一致することを証明した。B.また、重さ0,レベルNの指標付きマース形式に対し重さ1/2のレベル4Nのマース形式が対応すると考えられるが(新谷対応)、この対応を逆定理によって示そうとするときに必要な関数等式を証明した。これには、2元2次形式の空間上の2変数のゼータ関数の有限体上の類似を利用した。(研究目的2)A.概均質ベクトル空間からは得られない局所ゼータ関数を構成できる新しい例として、ホマロイダル多項式の極化を取り上げ、そのb-関数を明示的に計算し、さらに局所関数等式を証明することができた。B.また、概均質ベクトル空間の枠内であるが、2つの概均質ベクトル空間から新しい概均質ベクトル空間を構成する手続きとして貼り合わせ構成を導入し、その基本性質(例えば、正則性など)を確立し、また、局所関数等式の明示的計算を行った。10次特殊線形群を5次特殊線形群と同型な部分群で割った弱球等質空間への階数4の放物型部分群作用から得られるアイゼンシュタイン級数型のゼータ関数は4次対称群に対する関数等式を持つが、基本となる単純鏡映に対する関数等式のうちで、これまで明示的計算ができていなかったものについて、貼り合わせ構成の応用として明示式を得ることができた。、初年度ではあるが、研究目的の(1), (2)ともに、実質的な成果が得られてきている。(1)では、4次形式のゼータ関数が直交群の保型形式と結びつくことが確認された点(A)、保型形式の持ち上げへの概均質ベクトル空間の理論が有意味であることが確認された点(B)など、出自の異なる多変数ゼータ関数の間の関連を見出すという研究目的に沿う結果が得られており、順調な進展と評価できる。(2)では、極化によって、これまで知られていなかった局所関数等式を持つ多変数局所ゼータ関数の例を構成できたこと(A)は、研究計画の通りの進展と言ってよい。また、応用例として得られた弱球等質空間のゼータ関数(B)は、研究目的(1)において、研究対象としているものでもあり、その観点からの今後の研究の進展も期待できる。(研究目的1)A.クリフォード代数の表現から自然に定義される4次形式(クリフォード4次形式)は、クリフォード代数の次元、および、表現の次数が小さいときには、概均質ベクトル空間の相対不変式として実現される。このようにして現れる概均質ベクトル空間のゼータ関数と保型形式との関係を調べた。変数の個数nが9以下の正定値二次形式のクリフォード代数から得られるものに対して(計算が未完成の3変数の場合を除いて)、ゼータ関数が符号(1,n+1)の直交群の保型形式のKoecher-Maass型のゼータ関数と一致することを示した。B.重さ0,レベルNのMaass形式に対する新谷対応の類似を逆定理の方法で構成しようとするとき、Maass形式に対する逆定理に課せられる固有値の実部についての仮定が障害となっていた。この障害を取り除く研究を行い、成功した。これは、杉山和成(千葉工大)との共同研究である。(研究目的2)A.クリフォード4次形式に対して定義される局所ゼータ関数の関数等式を調和多項式付きの局所ゼータ関数へと拡張した。これによって、非概均質的関数等式の新しい例が得られたことになる。

B.27年度の成果の一部としてクリフォード4次形式の極化が局所関数等式を満たすという結果が得られていたが、クリフォード4次形式の極化が低次元の例外を除いて概均質ベクトル空間の相対不変式とはなりえないことを示し、実際に非概均質的局所関数等式を与えていることを確認した。C.新しいタイプの非概均質的局所関数等式の例として、多変量統計のグラフィカルモデルに付随する一般化Wishart分布に関連して現れる多項式系のうち、A4型のグラフから得られるものに対して、局所関数等式を示した。研究目的の(1), (2)ともに、次の研究へとつながる具体的成果が着実に得られていることによる。(1)では、4次形式のゼータ関数と直交群の保型形式の関連が、さらに広く確認することができた。クリフォード4次形式の一般理論への可能性が広がったと評価できる。同時にこの結果は、概均質ベクトル空間のゼータ関数と保型形式の関連という本研究の主題について、新しい例を付け加えている点でも意義があった。(2)では、非概均質的局所関数等式を調和多項式付きという、新しいタイプに拡張できたこと、また、多変量統計の一般化されたWishart分布と関連して非概均質的局所関数等式を得ることが(A4グラフという最も基本的な場合にではあるが)可能になったことでなど、統計学などの他分野とも関係したより一般的な研究を構想できる地点に立てた。(研究目的1)簡約代数群Gが作用する概均質ベクトル空間において、群Gをその放物型部分群Pに制限しても依然概均質ベクトル空間となっているとする。この設定の下で、制限によって得られる概均質ベクトル空間のゼータ関数の係数をGの数論的部分群による軌道上で平均したものをPから定まるアイゼンシュタイン級数の周期の平均値として表す公式を、固定化群が非等方的となるような点の軌道の場合に(一部に詰めるべき部分を残しているが)得た。これは、Mizuno,Hiroe-Oda,Bekki等によって最近得られているゼータ関数に対する様々なHecke型の積分公式についての結果を概均質ベクトル空間の立場から統一的に説明するものとなっていると同時に、アイゼンシュタイン級数の周期と多変数ゼータ関数の関係を具体的に与える例ともなっている。(研究目的2)A.非概均質的局所関数等式の構成法を整備するため、多項式系の多変数複素ベキ積分の収束域の決定、弱関数等式から強関数等式を導くプロセスを有理関数系に拡張し、その応用として、貼り合わせ構成による非概均質的局所関数等式の新しい例を構成した。B.超局所b-関数の理論から示唆を得て、「べき指数のパラメータと独立な定数係数微分作用素によるb-関数」が存在するための条件についての予想を定式化した。そのようなb-関数の存在は局所関数等式が成立するための必要条件であり、予想が証明できれば、非概均質的局所関数等式成立の必要十分条件にかなり接近することができると期待される。研究目的の1, 2ともに具体的成果が(証明の一部に詰めるべき部分が残されてはいるものの)ほぼ予期した形で得られている。特に、2では、既存の概均質ベクトル空間の理論の枠外において局所関数等式が成立するための条件について、予想の形ではあるが、具体例の構成から一歩踏み出した一般的見通しが得られたことは、本年度の大きな成果である。
Complex Transit Fare Structures: Modelling and Potential Impacts

本研究の成果は以下の三点である。一つは、欧州都市交通機関との共同研究を通じて、公共交通運賃構造の変化が都市間に与える影響を調査し、最適で複雑な価格設定を目指す都市と価格の単純化を目指す都市との間に対立が生じることで、「公平な」運賃を決定することの難しさを示したことである。二つ目は、運賃体系を考慮した交通量配分手法を構築したことである。この手法は、運行間隔に基づいて運賃構造をモデル化できるものであり、既存の経路検索方法を改善することが可能となる。三つ目は、連続近似を用いることで、運賃制度がサービス水準に与える影響を示し、運賃を引き上げることで社会的便益が増加するとは限らないことを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。
雲マイクロ物理シミュレータによる雲乱流混合現象と雲粒子成長全過程の解明

雲粒子成長と乱流混合の動力学を微視的視点から第1原理的計算によってシミュレートする雲マイクロ物理シミュレータ(CMS)にエアロゾルからの雲粒子生成プロセスの導入と改良および検証を進めるとともに,雲粒子生成から凝結成長過程における乱流の影響をより詳細に解析した.雲粒径分布関数に対するフォッカープランク方程式を導き解析解を得た.雲粒径分布の分散は,過飽和度揺らぎとともに増大し,過飽和度揺らぎは乱流強度と共に増大する一方,平均雲粒子数密度の増大とともに減少することなどが分かった.また,CMSを用いてさらに大規模な計算を行いミシガン大の実験とほぼ同程度の乱流レイノルズ数(CMS:R_l=207,実験:R_l=220)において,理論解析および実験結果一致することを確認しCMSの信頼性を再確認した.ドイツアルプス山頂で計測された雲中の雲水量揺らぎのパワースペクトルがオブコフ・コアシンスペクトルのf^[-5/3}からずれることが報告されている.CMSを用いてこのスペクトルを計算すると同様な結果が得られた.現在,このスペクトルの解析を進めている.雲全体の成長計算と微視的CMSの接続を念頭に置き,超水滴法(SDM)による雲乱流コードを開発しその基本的特性の検証を行なった.SDMにおける最小格子での変形速度テンソルをCMSにおける最大スケールでの乱流駆動方法とする試験的な計算を行い,その実現可能性を検討した.鉛直方向に温度勾配のある場合の温度揺らぎのスペクトルをルジャンドル展開により解析した.揺らぎスペクトルのピークを高波数側に置くことで非等方性アンサンブルの統計的収束をはかるとともにレべデフ積分法を用いて高精度化を行った結果,確かな精度でルジャンドル展開係数の波数依存性を得ることに成功した.2次の展開係数は波数と共に等方成分(0次)よりは,早く減衰することが見出された.当初の第1目標である海洋性層積雲中におけるエアロゾルからの雲粒子生成,雲粒子成長そして乱流混合を微視的視点から第1原理的計算によってシミュレートする雲マイクロ物理シミュレータ(CMS)の開発はすでに達成された.理論・実験との比較による検証を終え,一定の信頼性が確保されたと考えている.これに加えて,雲粒径分布関数の凝縮成長段階での理論構築とミシガン大における室内実験との比較から,雲粒子成長の物理的メカニズム解明が徐々に進んできている.例えば,フォッカープランク方程式による凝結成長段階での過飽和度揺らぎ,乱流強度,平均雲粒子数密度の影響を理論的に説明したこと,そしてCMS・実験との一致は,この分野にとって画期的な進歩である.さらには,Max Planck研究所チームによる雲水量揺らぎスペクトルと本CMSによる同スペクトルとの一致は予想外の成果である.これにより,オブコフ・コアシンスペクトルのf^[-5/3}からのずれの物理的解明が進展すると期待できる.海洋性積雲中を潜熱開放により上昇するパーセル内の雲粒子成長と乱流混合の大規模計算をより高いレイノルズ数で実行する.今年度は,エアロゾルの効果を取り入れた雲粒子生成過程,凝結成長,衝突・併合過程に衝突ダイアグラムを取り入れて,高解像度,高乱流レイノルズ数での大規模計算を行う.目標計算規模は空間格子点数1024^3、雲粒子数約10億個、乱流レイノルズ数R_l=350程度,積分時間約10分程度(400万ステップ)のかつてない規模の長時間積分を実行するため,慎重なパラメータ設定や数値計算環境を整える必要がある.雲粒径分布関数の乱流強度やラグランジュ速度相関時間への依存性,エアロゾル数密度や粒径分布の影響,平均過飽和度の影響を解析する.また,雲粒子成長と乱流との相互作用の視覚的理解を進めるために,雲粒子と過飽和度の可視化を行う.雲粒子による乱流スペクトルの変形の物理的機構を明らかにするため,乱流レイノルズ数を変化させた大規模シミュレーションを実行する.空間解像度に焦点をあてるため,積分時間は雲粒子成長計算のものよりは短くとる.乱流自身によるObukhov-Coorsinスペクトルの維持と雲粒子による変形効果が釣りあう条件を探る.実際の雲中により近い条件で雲乱流を励起する手法を開発する.SDMによる雲乱流の全体的成長計算とCMSによる第1原理計算との接合方法のための理論基盤と結合モデル構築を行う.乱流混合現象の大規模DNSを行い,速度場とスカラー場の非等方性,間欠性,シュミット数依存性をスペクトルや高次構造関数のスケーリング,確率密度関数を用いて解明する.雲粒子の蒸発に伴う潜熱の開放により発生する上昇気流によって移動する小さな領域(パーセル)を導入し、この内部における乱流、温度場、水蒸気場の揺らぎ、これに加えて多数の雲粒子の動力学を丸ごとシミュレートする雲マイクロ物理シミュレータを開発した。特に、雲粒子レイノルズ数に依存する流体抵抗の導入、時間刻み幅によらない雲粒子衝突・併合アルゴリズムの導入に成功した。試験的なシミュレーションとして、ハワイ沖の熱帯性積雲中での雲粒子成長を計算した。高度500mにパーセルを置き、この中に約200万個の半径10μmの雲粒子を分散させ、約10分間の数値積分を行った。その結果、雲粒子粒径分布の連続的成長の直接計算に世界で初めて成功した。

パーセルは積雲内を高度2500m付近まで上昇、平均雲粒子半径は約25μmにまで成長し、時間経過とともに粒径分布の右側に指数的減衰を持つすそ野が成長し、100μmの雲粒子が急速に形成されることが見出された。雲乱流により輸送される水蒸気や温度場のスカラー揺らぎの特性を大規模計算により解析し、距離r離れた2点間のスカラー揺らぎの差分の高次モーメントのスケーリング指数を解析した。その結果、モーメントはべき法則には従わず、指数に対数補正が入るという驚くべき結果を発見した。これまでの理論的予測を覆すものである。この結果はPhys. Rev.Lett.に発表された。雲生成核は1μm以下の固体粒子であり、この微小粒子集団の連続的分布は高シュミット数のスカラーとみなせる。このスカラー輸送の空間的揺らぎを解析する特別に開発されたプログラムを海外共同研究者である米国Georgia TechのP.K.Yeung教授に提供するとともに、さらに高効率並列を進めそのコードを米国イリノイ大のスパコンBlue Waterに移植することに成功した。この研究の最大のポイントは、雲粒子の乱流による輸送混合と衝突・併合過程の並列数値計算コードを開発することにある。紆余曲折を経ながらもこれに成功し、かつ時間刻み幅にもよらない信頼性のある衝突・併合計算コードを開発できたことは今後の研究に大きな弾みをつけるものである。詳細な検討はこれからであるが、得られた雲粒子粒径分布はこれまで推測されてきたものと定性的にほぼ一致しており、計算の信頼性を示すものと考えている。また、コードの高速化にも着手しており、衝突・併合部分の計算をOpenMPにより加速できた。コードの改良と高速化は昨年10月より我々の研究グループに加わったポスドクの斉藤博士の貢献による部分が大きく研究の大幅な進展がみられた。同一の乱流により輸送される異なる仕方で揺らぎが注入される2つのスカラーの揺らぎについて、大規模並列計算が順調に進み、べき法則への補正、スケーリング指数の非普遍性を見出すなど、大きな発見をすることができた。さらに、海外共同研究者の米国Yeung教授からの依頼により、高シュミット数のスカラーの乱流輸送を計算するハイブリッド法によるコードを提供し、新しい乱流スカラー問題への応用するための共同研究を始めた。3月末に2週間Georgia Techに招待され、ハイブリッドコードをBlue Watersに実装し高効率化を行った。Yeung教授と後藤が持つ大規模並列計算の知識を総動員した結果、2週間ではあったが、コードのスケーラビリティに関して強スケーリング、弱スケーリングともに申し分のない結果を得た。以上から、昨年度の研究は当初予想したものよりも大幅に進展していると判断できる。本研究のシンボルともいうべき雲粒径分布関数の雨粒子形成にいたるまでの時間発展が雲マイクロ物理シミュレータ(CMS)を用いた第1原理計算により世界で初めて計算された.ハワイ沖500m上空に置かれた1辺が約50cmの立方体が,潜熱解放により誘起された上昇気流により上空に運ばれる際の雲粒子と雲乱流の時間発展を直接数値計算により求めたものである.凝結・蒸発,レイノルズ数依存の流体抵抗,粒子の衝突・併合,乱流混合,エントレインメントによる乾燥空気混合など雲粒子成長過程における必須なメカニズムを取り込んで約9分間の成長を追跡した.その結果,初期に半径10μmにあった雲粒径分布のピークが時間とともに大きい半径側に移動し,約6分後には右側の裾野が広がり始めた.
オピオイド受容体分子のジーンターゲッティングによる生理機能解析

本研究の目的は最近になり構造の明らかにされたオピオイド受容体の中枢神経系における機能に迫ることであり、そのためにまず受容体欠損のモデル実験動物を作製することが急務である。申請者らはcDNAクローニングにより4種のオピオイド受容体関連遺伝子(ROR-A,B,C,D)を見い出し、ROR-C(リガンド不明なオピオイド受容体相同物)とROR-D(kappa型オピオイド受容体)のマウスにおける遺伝子単離及びその構造決定を行った。さらに、マウス胚性幹細胞(ES cells)を用いた相同組み換え法により、ROR-C受容体欠損マウスをモデル実験動物系として樹立した。極く最近、スイスと合衆国の独立の研究グループからROR-C受容体に対する生体内リガンドとしてnociceptin又はorphaninFQと名付けられた神経ペプチドが報告され、その疼痛閾値を低下させる生物学的活性が示された。現在、申請者らはnociceptin/orphaninFQ受容体欠損マウスと対照動物の比較から疼痛閾値や学習能力の変化を検討中であり、近い将来nociceptin/orphaninFQ受容体の中枢神経系での機能が明らかにできるものと期待している。