hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
能動的ターゲッティングリガンドとしての特殊ペプチドの探索とナノ治療への展開

近年、抗体医薬に代わる新しい創薬のターゲットとして、非天然アミノ酸を有するポリペプチド(特殊ポリペプチド)が注目を集めている。この特殊ポリペプチドは、天然のアミノ酸からなるペプチドと比較して、標的と強く結合できる、また生体内で分解されにくいといった特徴を有している。特殊ポリペプチドが注目される一つの理由として、抗体医薬は分子量が大きく細胞膜を透過しないのに対し、このポリペプチドは分子量が2kDa程度であり、細胞内で機能する可能性が高いことが挙げられる。しかしながら、膨大な数の特殊ポリペプチドの中から阻害活性を有し、かつ細胞膜透過性を有するペプチドを探し出すことは非常に困難であった。そこで、申請者は、ピコタイタープレートを用いた細胞膜透過性ペプチドの探索法を考案した。30万ウェル(直径30μm)の穴が空いたガラス製のピコタイタープレート内に、転写可能なDNAテンプレートが結合した直径20μmのシリカビーズと細胞を挿入し、そのウェル内で転写・翻訳を行うことで、膜透過性ペプチドを探索するという方法である。エマルジョンポリメラーゼ連鎖反応法によって、一つのビーズ上に、一種類のDNAテンプレート(約百万本)を結合させることができるため、本方法は、理論上、数万種類程度の細胞膜透過性ペプチドを一度に解析することができる。また、そのウェル内にあるビーズ上のDNA配列情報を、パイロシークエンス法によって読み取ることができるため、各ウェル内で翻訳された膜透過性ペプチドの配列を読み取ることができる。平成27年度は、前年度に得られた結果をベースに、ペプチドへの蛍光標識法の確立と膜透過性があるモデルペプチドを用いた実験コンセプトの検証までを行った。その結果は、膜透過性ペプチドが翻訳されたウェル内に存在する細胞が強い蛍光を示す傾向があることから、本デバイスが設計通りに機能することが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、標的組織に特異的に集積するペプチドを探索することを目的としており、当初の研究実施計画では、酸化ストレス病巣部接着分子結合性ペプチドの探索を行う予定であった。しかしながら、配属後、ペプチド創薬の膜透過性に関する問題点を知り、研究計画の小修正を行った。近年、抗体医薬に代わる新しい創薬として、ベプチドが注目を集めている。しかしながら、ペプチドの多くは、膜透過性が低いため、細胞内で機能させることができないことが問題となっている。これは、ペプチド創薬の重要な課題である。そこで、本年度はペプチドの膜透過性についての下記2点の検討を行った。1.膜透過性ペプチドの探索のためのデバイスの開発2.ペプチドの細胞内デリバリー技術の開発1.の研究に関しては、まずチャンバーアレイ上へのリン脂質二重膜の構築を行った。この膜チャンバーアレイを用いて、薬物トランスポーターであるPfMATEを再構成することにも成功している。今後は、この技術を膜透過性ペプチドの探索のために展開する予定である。2.の研究に関しては、pH感受性アミノ酸含有ポリマーと生理活性ペプチドの複合体を用いて、生理活性ペプチドの膜透過性を向上させることを目的としている。ヒスチジンが、酸性環境下においてプロトン化し、細胞膜と相互作用することに着目した。まず始めにオリゴヒスチジンを末端に有するポリエチレングリコールの合成を行った。またジスルフィド結合によって、ポリマーとペプチドの複合体を作製することにも成功している。今後は、この複合体を用いて、細胞内へのペプチドの導入効率に関して評価していく予定である。昨年度、人工リン脂質二重膜デバイスを新規に構築し、膜透過性ペプチドの探索に応用しようと研究を行っていたものの、人工リン脂質二重膜と実際の細胞膜は、膜タンパク質や糖鎖の有無だけでなく、マクロピノサイトースのような細胞の動的な現象でも大きな違いがあった。そこで、本年度、申請者は、ピコタイタープレート内での細胞膜透過性ペプチドの探索法を新規に考案した。その方法は、30万個(直径30μm、深さ30μm)の穴が空いたガラス製のピコタイタープレート内に、転写・翻訳反応に必要な配列を含む鋳型DNAが結合した直径20μmのシリカビーズと細胞を挿入し、そのウェル内で転写・翻訳反応を行うことで、膜透過性ペプチドを探索するという方法である。エマルジョンポリメラーゼ連鎖反応法によって、各ビーズ上にDNAライブラリーをクローナルに増幅させることができるため、数万種類程度のペプチドの細胞膜透過性を一度に解析することができる。また、そのウェル内にあるビーズ上のDNA配列情報を、パイロシークエンス法などのDNAシークエンシングによって読み取ることができるため、各ウェル内で翻訳された細胞膜透過性ペプチドの配列を簡単に読み取ることができる。この新しい方法を確立するため、本年度は、下記の実験を実施した。1.シリカビーズ上の鋳型DNAを用いた翻訳合成の確立、およびピコタイタープレート内での翻訳合成の確認2.遠心操作を用いた各ウェル内への細胞挿入法の確立3.特定のアミノ酸配列に結合し強い蛍光を発する蛍光試薬を用いた翻訳合成ペプチドの蛍光標識法の確立近年、抗体医薬に代わる新しい創薬のターゲットとして、非天然アミノ酸を有するポリペプチド(特殊ポリペプチド)が注目を集めている。

しかしながら、膨大な数の特殊ポリペプチドの中から阻害活性を有し、かつ細胞膜透過性を有するペプチドを探し出すことは非常に困難であった。そこで、申請者は、ピコタイタープレートを用いた細胞膜透過性ペプチドの探索法を考案した。30万ウェル(直径30μm)の穴が空いたガラス製のピコタイタープレート内に、転写可能なDNAテンプレートが結合した直径20μmのシリカビーズと細胞を挿入し、そのウェル内で転写・翻訳を行うことで、膜透過性ペプチドを探索するという方法である。エマルジョンポリメラーゼ連鎖反応法によって、一つのビーズ上に、一種類のDNAテンプレート(約百万本)を結合させることができるため、本方法は、理論上、数万種類程度の細胞膜透過性ペプチドを一度に解析することができる。また、そのウェル内にあるビーズ上のDNA配列情報を、パイロシークエンス法によって読み取ることができるため、各ウェル内で翻訳された膜透過性ペプチドの配列を読み取ることができる。平成27年度は、前年度に得られた結果をベースに、ペプチドへの蛍光標識法の確立と膜透過性があるモデルペプチドを用いた実験コンセプトの検証までを行った。その結果は、膜透過性ペプチドが翻訳されたウェル内に存在する細胞が強い蛍光を示す傾向があることから、本デバイスが設計通りに機能することが示唆された。昨年度までは、膜透過性ペプチドの探索を行うために、人工脂質二重膜デバイスの新規構築を行っていたものの、実際の細胞膜と人工脂質二重膜は、細胞膜に存在する糖鎖や膜タンパク質などが存在する点や動的な挙動の面で大きくかけ離れていることから、本年度からは生きた細胞を用いたシステムに変更した。そのため、研究の進展でやや遅れは出ているものの、本システムが完成すれば、ペプチド創薬研究に大きな進展となることが期待できる。現段階で、シリカビーズに結合した鋳型DNAを用いた翻訳合成やペプチドへの蛍光ラベル化など着実に研究は進展しており、今後、共焦点顕微鏡を用いて細胞膜を透過したペプチドを検出する手法を確立する。最終目標である細胞膜透過性ペプチドの探索システムの確立まであと少しのところまで来ていると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。共焦点顕微鏡を用いて、ピコタイタープレート内で翻訳された細胞膜透過性ペプチドの細胞取り込みを検出を試みる。この実験により、考案したシステムが機能することを実証する。さらに、標的タンパク質に強固に結合するペプチドライブラリーの中から、本システムを用いて、細胞膜透過性を有するペプチドの探索に使用できることを示す。また、この研究の成果として、正常細胞には取り込まれず、がん細胞に選択的に取り込まれるペプチド配列が明らかになる可能性があり、ナノ治療への応用へ展開していきたいと考えている。ペプチド創薬の問題点である膜透過性の問題を解決するため、実験計画の修正を行った。1年目に引き続き、ペプチドの膜透過性に関する課題の解決を行う。
インターネット接続機能付ゲーム機の特性を考慮した保護者向け情報モラル研修会の開発

本研究では,小学校低・中学年段階のゲーム機を通したネット利用調査を実施し,その現状を踏まえた情報モラル研修会を開発することを目的とした.開発する研修会はこれまでの研究成果である「ルールのつくり方・家庭で指導すべき内容・ゲーム機とスマホとの相違点」といった知見を活かした研修会を基本として開発し実施した.低・中学年の児童が利用しているゲーム機の利用実態を調査した結果,次に示すことが明らかとなった.1自分専用のネット接続端末の所持率:低学年で43%,中学年で65%2ゲーム機を用いた知らない人との交流経験:低学年で12%,中学年で24%, 12より,すでに小学校低・中学年段階からネットへ接続できる機器を半数程度の児童が所持し,ゲーム機を用いて知らない人ともつながりをもっていることが分かった.これを踏まえて,科研費の補助を受け購入した複数台のゲーム機を用いた情報モラル研修会を開発し,実践した.研修の大きな枠組みは「(1)ネット機器(含ゲーム機)の低中学年の利用実態(2)ゲーム機を用いた実習(A :ブラウザの利用B :保護者による利用制限)(3)ネットの利用から考える家庭教育」である.研修会では,帰宅後も知識が活用できるよう「利用制限」に関わる資料を準備し,解説を行った.研修の結果,次に示す知見を得ることができた.1ゲーム機でできることについての知識を深めることができた(事前3.9個→事後5.15個)2ペアレンタルコントロールの仕組み及び内容について理解を深めることができた(事前: 2.6p→事後3.6p/4pt)3研修後「家庭でインターネットについて話をするか」に対して「強く思う」と保護者全員が回答した.このことから,ネットデビューが小学生であることの周知につながったと考える.研究成果をもとに,教職員向けの研修会の開発を行うととともに,計37回の情報モラル研修会を実施することができた.本研究では,小学校低・中学年段階のゲーム機を通したネット利用調査を実施し,その現状を踏まえた情報モラル研修会を開発することを目的とした.開発する研修会はこれまでの研究成果である「ルールのつくり方・家庭で指導すべき内容・ゲーム機とスマホとの相違点」といった知見を活かした研修会を基本として開発し実施した.低・中学年の児童が利用しているゲーム機の利用実態を調査した結果,次に示すことが明らかとなった.1自分専用のネット接続端末の所持率:低学年で43%,中学年で65%2ゲーム機を用いた知らない人との交流経験:低学年で12%,中学年で24%, 12より,すでに小学校低・中学年段階からネットへ接続できる機器を半数程度の児童が所持し,ゲーム機を用いて知らない人ともつながりをもっていることが分かった.これを踏まえて,科研費の補助を受け購入した複数台のゲーム機を用いた情報モラル研修会を開発し,実践した.研修の大きな枠組みは「(1)ネット機器(含ゲーム機)の低中学年の利用実態(2)ゲーム機を用いた実習(A :ブラウザの利用B :保護者による利用制限)(3)ネットの利用から考える家庭教育」である.研修会では,帰宅後も知識が活用できるよう「利用制限」に関わる資料を準備し,解説を行った.研修の結果,次に示す知見を得ることができた.1ゲーム機でできることについての知識を深めることができた(事前3.9個→事後5.15個)2ペアレンタルコントロールの仕組み及び内容について理解を深めることができた(事前: 2.6p→事後3.6p/4pt)3研修後「家庭でインターネットについて話をするか」に対して「強く思う」と保護者全員が回答した.このことから,ネットデビューが小学生であることの周知につながったと考える.研究成果をもとに,教職員向けの研修会の開発を行うととともに,計37回の情報モラル研修会を実施することができた.
脂質分解酵素リパーゼによる皮脂よごれの洗浄に関する研究

トリグリセリドを主成分とする皮脂よごれの洗浄に脂質分解酵素リパーゼを応用すると,リパーゼはトリグリセリドをより極性の高いジグリセリド,モノグリセリド,および,遊離脂肪酸に加水分解し,界面活性剤による除去を容易にすることが明らかにされている.しかし,一方において,リパーゼに界面活性剤が共存すると,リパーゼ活性は著しく阻害されることも知られている.そこで,本研究ではリパーゼを実用洗浄系に応用するために,リパーゼ・界面活性剤複合系での油性よごれの洗浄に及ぼすリパーゼの洗浄効果を検討した.得られた研究成果の概要はつぎのとおりである.各種のリパーゼ・界面活性剤複合系について,電気伝導度,表面張力,可溶化,ならびに,吸着等温線などの溶液物性を測定した結果,リパーゼは界面活性剤と結合して複合体クラスターを形成し,そのクラスターはリパーゼの加水分解作用の関与しないスクアランのような炭化水素よごれを可溶化することによって洗浄に寄与することが明らかになった.一方,リパーゼの加水分解作用をうけるトリオレインのようなトリグリセリドよごれではリパーゼ・界面活性剤複合系において,リパーゼ活性が存在する界面活性剤の低濃度領域では,トリグリセリドはリパーゼの加水分解作用により除去される.しかし,リパーゼ活性がほとんど失なわれる界面活性剤の高濃度領域では,トリグリセリドはリパーゼ,界面活性剤複合体クラスターベの可溶化によって除去される.ここで,トリグリセリドの洗浄ではリパーゼの加水分解作用は可溶化よりもより効果的である.したがって,リパーゼ,界面活性剤複合系によるトリグリセリドの洗浄では,リパーゼの活性阻害作用の小さい界面活性剤を選択することが重要であり, AOS, AES系のほうが, SDS, LAS系にくらべて適しているという結論を得た.トリグリセリドを主成分とする皮脂よごれの洗浄に脂質分解酵素リパーゼを応用すると,リパーゼはトリグリセリドをより極性の高いジグリセリド,モノグリセリド,および,遊離脂肪酸に加水分解し,界面活性剤による除去を容易にすることが明らかにされている.しかし,一方において,リパーゼに界面活性剤が共存すると,リパーゼ活性は著しく阻害されることも知られている.そこで,本研究ではリパーゼを実用洗浄系に応用するために,リパーゼ・界面活性剤複合系での油性よごれの洗浄に及ぼすリパーゼの洗浄効果を検討した.得られた研究成果の概要はつぎのとおりである.各種のリパーゼ・界面活性剤複合系について,電気伝導度,表面張力,可溶化,ならびに,吸着等温線などの溶液物性を測定した結果,リパーゼは界面活性剤と結合して複合体クラスターを形成し,そのクラスターはリパーゼの加水分解作用の関与しないスクアランのような炭化水素よごれを可溶化することによって洗浄に寄与することが明らかになった.一方,リパーゼの加水分解作用をうけるトリオレインのようなトリグリセリドよごれではリパーゼ・界面活性剤複合系において,リパーゼ活性が存在する界面活性剤の低濃度領域では,トリグリセリドはリパーゼの加水分解作用により除去される.しかし,リパーゼ活性がほとんど失なわれる界面活性剤の高濃度領域では,トリグリセリドはリパーゼ,界面活性剤複合体クラスターベの可溶化によって除去される.ここで,トリグリセリドの洗浄ではリパーゼの加水分解作用は可溶化よりもより効果的である.したがって,リパーゼ,界面活性剤複合系によるトリグリセリドの洗浄では,リパーゼの活性阻害作用の小さい界面活性剤を選択することが重要であり, AOS, AES系のほうが, SDS, LAS系にくらべて適しているという結論を得た.著者は、これまで、皮脂よごれの主成分であるトリグリセリドの洗浄に脂質分解酵素リパーゼを適用すると、リパーゼはトリグリセリドを段階的にジグリセリド,モノグリセリド,および、遊離脂肪酸に加水分解し、界面活性剤による除去を容易にすることを明らかにしてきた。しかし、リパーゼが界面活性剤と共存するとき、リパーゼは界面活性剤と相互作用し、溶液物性に種々の変化を生ずる。そこで、61年度では、リパーゼと界面活性剤(SDS)との混合水溶液の電気伝導度,吸着等温線,表面張力,および、油溶性染料yellow OBの可溶化などの溶液物性を測定し、リパーゼと界面活性剤との相互作用による複合体の形成を明らかにするとともに、この複合体がリパーゼの加水分解作用の関与しない炭化水素(スクワラン)よごれの除去に及ぼす効果を検討した。SDSはリパーゼのタンパクと相互作用して、SDS単一水溶液のcmcよりも低濃度で表面張力は、一亘、一定となり、また、この濃度でリパーゼへのSDSの吸着はこの濃度で生ずることなどより、リパーゼ・SDS複合体(クラスター)の形成が明らかになった。さらに、SDS濃度が増加すると、このクラスターとfreeのSDSとの間で疎水領域に基づくSpeciesが形成され、疎水領域内にyellow OBが可溶化される。この可溶化現象はリパーゼの加水分解の基質でないスクワランよごれの除去に寄与することが明らかになった。62年度では、リパーゼの加水分解作用をうけるトリグリセリドよごれについて、リパーゼ・界面活性剤複合系におけるリパーゼの加水分解作用と複合体による可溶化の効果を検討する。
コヒーレント画像増幅器による純光学式演算増幅器

純光学式光演算器の構築において、コヒーレントな光増幅器は不可欠の要素であるとの観点から以下の研究を行なった。コヒーレント光増幅器として、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザー、ストロンヂウム再結合レーザーを試作し、増幅特性を測定した。主な結果は以下のとうり。光増幅系にはレーザーからのASE(増幅された自然放出光)が用いられる。光増幅の分解能や画質は、ASEの空間的コヒーレンスできまるので、これを測定した。ホログラフィック二重回折格子を用いたシヤリング干渉計による干渉縞の可視度を写真測光し、空間的コヒーレンスを求めた。その結果によると、1次のコヒーレンス関数に関しては、ASEはS次元的に拡がったインコヒーレント光源からの光がコヒーレントに増幅されたものとしてよいこと、さらに、適当な強度分布をもった等価面光源で近似できることが確かめられ、その等価光源の大きさと位置を求めた。次に、部分的にコヒーレントな光の増幅効果について、理論と実験の両面から解析を行ない、コヒーレンス度によって画質が異なることを見付けた。以上の結果をもとに、銅蒸気レーザーを用いた光増幅系(アクティブ光学系)を組立てた。とくに、位相差顕微鏡を利用した位相物体の光増幅系は、位相物体の高輝度投影をはじめて可能にしたものであり、これにより光増幅器の有効性を示すことができた。
RNAiライブラリー開発によるLDLレセプター取り込みアダプターのクローニング

本年度はレトロウィルスRNAiライブラリー開発の予備実験およびアダプター蛋白クローニングの目的のための基礎実験を行った。1、レトロウイルスcDNAライブラリー作成と遺伝子クローニングRNAiライブラリーは抑制遺伝子を個々の細胞に移入し機能欠損細胞から遺伝子を見つけるが、cDNAライブラリーは機能の欠損細胞に完全長のライブラリーを導入後、機能回復した細胞から目的の遺伝子を得る。Mutagenesisによりアダプター蛋白の機能欠損細胞を樹立後、cDNAライブラリーを移入し本課題のアダプター蛋白がクローニングできると考えた。そこで、B16細胞のRNAよりレトロウィルスcDNAライブラリーを作成し、精度を確認する目的である遺伝子クローニングをした。まずレトロウィルスライブラリーを2B4細胞に感染しライブラリー細胞を樹立した。次に、膜分子'CRTAM'のIgG融合蛋白を作成し、CRTAMリガンド発現細胞をスクリーニング、遺伝子クローニングした。その結果、約1.3kbのIg型膜蛋白CRTAMリガンドをクローニングした。以上から非常に優れたライブラリーの作成を確認した。2、レトロウィルスベクターRNAiによる遺伝子発現制御レトロウィルスベクターRNAiが遺伝子発現を制御できるか検証する目的で'PILR-L'という膜蛋白の抑制を通常の発現ベクターとレトロウィルスの系で比較した。まず、RNAi発現ベクターpSHAGにPILR-Lのshort haipin RNAオリゴ(RNAi)を組み込み、293T細胞にトランスフェクションした所、RNAi量に依存したPILR-Lの発現抑制が確認された。一方、同じRNAiをプロモーターとともにレトロウィルスベクターpMxに組み込み,感染・発現させたが、PILR-Lの発現は抑制されなかった。以上よりレトロウィルスRNAiシステムに改善が必要と考えられた。
多変量季節調整法の研究・開発

1年目の研究計画において主要な目標であった1変量季節調整法の改良に関しては,定常AR成分の安定的な推定を実現するための計算法の開発を行った。また、トレンドや季節成分に突然の構造変化がある場合にも自動的に対応できるモデルを考案し、関連する計算法の開発も行った.前者に関しては,定常AR成分と観測ノイズ成分の分離が難しいことが原因であることから,観測ノイズが白色雑音ではなくAR過程の場合にも適用可能な逐次フィルタを開発した.これによって,定常AR成分を持つ季節調整モデルが安定的に推定できるようになることを確認した.後者に関してはシステムノイズの分布を正規分布から混合ガウス分布に拡張することが有力であるが,混合ガウス分布を用いたモデリングを実用化するためには,カルマンフィルタを拡張したガウス和フィルタの実用化が不可欠である.本研究では,その実用化の鍵となる混合ガウス分布の成分数の縮減のための新しい基準とそれを計算し最適化する効率的なアルゴリズムを提案し,従来の方法を超える性能を持つことを確認した.2年度の研究に向けて実施した多次元季節調整モデルの推定法に関する研究に関しては,多変量季節調整モデルの状態推定のための汎用的な計算法を開発した.これによって,今後の多変量モデルの研究開発を効率的に推進できる基盤ができた.また,開発した方法のソフトウェア実装に関しては1変量季節調整法に関するR関数の改良をおこなった.定常ARモデルを安定的に推定するための方法に関しては,計画通りARパラメータに制約を導入することによって安定化する方法の開発ができた.さらに、計画には含まれていなかったが、AR成分を状態変数に含めるのではなく、観測ノイズがAR過程に従うモデルを考え、そのような場合にも適用できるカルマンフィルタの拡張を行った結果、この方法も有力であることが分かった。データに構造変化や異常値が含まれる場合に関しては,ガウス和フィルタ・平滑化の改良を行ったが,この過程で,より一般的な混合ガウス分布の項数縮減法に関する新しい方法を開発することができた.これは本課題が直接目標としたことを超える成果と考えている.多変量化の研究については1年目は予備的研究と位置づけていたが,多変量季節調整モデリングのための汎用推定システムの開発は実現できた.また,一般パワー寄与率に関する研究についても様々な実データへの適用を進めるとともに,新しい方法の可能性の研究を行った.開発した方法のソフト化に関しては主に3,4年目に実施することを想定していたが,1変量モデルに関しては先行してR関数の開発・改良を行った.一方,超高次元時系列の情報抽出の方法の開発に関しては具体的な成果は得られていない.以上のように,予定以上の成果,前倒しで進んでいる研究開発が実現できた一方で,やや遅れている部分もあり,全体としてはおおむね順調に進展していると判断した.1変量季節調整法の改良に関しては前年度の研究結果に基づきさらに改良を加える。特に、前年度にガウス和フィルタの鍵となる成分縮減法について有力な方法が見つかったので、ノイズ分布に混合ガウス分布を仮定した季節調整法を確立し、突然の構造変化や異常値にも実用的な計算ができるようにする。多変量季節調整法の研究・開発に関しては,多変量のトレンド間に相関や共和分の関係がある場合に有効なモデルの開発研究を行う。ベイズモデルや正則化の利用によって成分分離ができるような方法の開発,多変量季節調整法の定常成分のための実用的な推定を実現する方法の開発,多変量季節調整法で分離抽出した多変量定常成分について、変数間の因果関係を明らかにするための一般化パワー寄与率の改良などを行う。また,これらの方法を直接適用することが困難な、超高次元に時系列について、情報抽出を可能とする新しい方法の開発も目指す。開発したモデリングの方法はRあるいはWebアプリケーションに実装し公開できるようにするとともに,実際の経済時系列や地球科学データに適用し、その有効性を確認するとともに問題点を抽出し、さらなるモデルや推定法の改良を行う。また、トレンドや季節成分に突然の構造変化がある場合にも自動的に対応できるモデルを考案し、関連する計算法の開発も行った.前者に関しては,定常AR成分と観測ノイズ成分の分離が難しいことが原因であることから,観測ノイズが白色雑音ではなくAR過程の場合にも適用可能な逐次フィルタを開発した.これによって,定常AR成分を持つ季節調整モデルが安定的に推定できるようになることを確認した.後者に関してはシステムノイズの分布を正規分布から混合ガウス分布に拡張することが有力であるが,混合ガウス分布を用いたモデリングを実用化するためには,カルマンフィルタを拡張したガウス和フィルタの実用化が不可欠である.本研究では,その実用化の鍵となる混合ガウス分布の成分数の縮減のための新しい基準とそれを計算し最適化する効率的なアルゴリズムを提案し,従来の方法を超える性能を持つことを確認した.2年度の研究に向けて実施した多次元季節調整モデルの推定法に関する研究に関しては,多変量季節調整モデルの状態推定のための汎用的な計算法を開発した.これによって,今後の多変量モデルの研究開発を効率的に推進できる基盤ができた.また,開発した方法のソフトウェア実装に関しては1変量季節調整法に関するR関数の改良をおこなった.定常ARモデルを安定的に推定するための方法に関しては,計画通りARパラメータに制約を導入することによって安定化する方法の開発ができた.

さらに、計画には含まれていなかったが、AR成分を状態変数に含めるのではなく、観測ノイズがAR過程に従うモデルを考え、そのような場合にも適用できるカルマンフィルタの拡張を行った結果、この方法も有力であることが分かった。データに構造変化や異常値が含まれる場合に関しては,ガウス和フィルタ・平滑化の改良を行ったが,この過程で,より一般的な混合ガウス分布の項数縮減法に関する新しい方法を開発することができた.これは本課題が直接目標としたことを超える成果と考えている.多変量化の研究については1年目は予備的研究と位置づけていたが,多変量季節調整モデリングのための汎用推定システムの開発は実現できた.また,一般パワー寄与率に関する研究についても様々な実データへの適用を進めるとともに,新しい方法の可能性の研究を行った.開発した方法のソフト化に関しては主に3,4年目に実施することを想定していたが,1変量モデルに関しては先行してR関数の開発・改良を行った.一方,超高次元時系列の情報抽出の方法の開発に関しては具体的な成果は得られていない.以上のように,予定以上の成果,前倒しで進んでいる研究開発が実現できた一方で,やや遅れている部分もあり,全体としてはおおむね順調に進展していると判断した.1変量季節調整法の改良に関しては前年度の研究結果に基づきさらに改良を加える。特に、前年度にガウス和フィルタの鍵となる成分縮減法について有力な方法が見つかったので、ノイズ分布に混合ガウス分布を仮定した季節調整法を確立し、突然の構造変化や異常値にも実用的な計算ができるようにする。多変量季節調整法の研究・開発に関しては,多変量のトレンド間に相関や共和分の関係がある場合に有効なモデルの開発研究を行う。ベイズモデルや正則化の利用によって成分分離ができるような方法の開発,多変量季節調整法の定常成分のための実用的な推定を実現する方法の開発,多変量季節調整法で分離抽出した多変量定常成分について、変数間の因果関係を明らかにするための一般化パワー寄与率の改良などを行う。また,これらの方法を直接適用することが困難な、超高次元に時系列について、情報抽出を可能とする新しい方法の開発も目指す。開発したモデリングの方法はRあるいはWebアプリケーションに実装し公開できるようにするとともに,実際の経済時系列や地球科学データに適用し、その有効性を確認するとともに問題点を抽出し、さらなるモデルや推定法の改良を行う。
膵ラ氏島β細胞の分化と糖負荷におけるMcl-1遺伝子の役割

糖尿病には,膵ラ氏島のインスリン産生細胞(β細胞)が深く関わっている.本研究では,インスリン産生細胞の分化誘導モデルとしてAR42J細胞を用い,β細胞の分化過程と糖負荷刺激におけるアポトーシス抑制遺伝子Mcl-1の動態を解析した.その結果,β細胞への分化過程,ならびに高濃度の糖負荷刺激に伴って誘導されるアポトーシスの抑制に,Mcl-1遺伝子の発現が密接に関わっていることが明らかとなった.糖尿病には,膵ラ氏島のインスリン産生細胞(β細胞)が深く関わっている.本研究では,インスリン産生細胞の分化誘導モデルとしてAR42J細胞を用い,β細胞の分化過程と糖負荷刺激におけるアポトーシス抑制遺伝子Mcl-1の動態を解析した.その結果,β細胞への分化過程,ならびに高濃度の糖負荷刺激に伴って誘導されるアポトーシスの抑制に,Mcl-1遺伝子の発現が密接に関わっていることが明らかとなった.胎児性癌細胞株はレチノイン酸や熱などの分化誘導処理により,神経や筋,上皮,ならびに栄養膜への多分化を示す.Mcl-1遺伝子はその分化初期において有意に誘導される遺伝子として単離され,その後の解析からBcl-2ファミリーに属するアポトーシス抑制遺伝子の一つであることが判明した.申請者らは,初期胚から胎児期,胎盤形成過程におけるMcl-1遺伝子の重要性を明らかにし,さらに同遺伝子発現と胚細胞の腫瘍化ならびに分化との関連性を報告してきた(Sano M et al.,Research on Testicular Cancer, in press).一方,Mcl-1トランスジェニックマウスでは膵ラ氏島の過形成ならびに一部にインスリノーマが見られ,小児nesidioblastosisではインスリン産生細胞にほぼ一致してMcl-1の発現を認めることから,同遺伝子がβ細胞の発生や分化に密接に関わっている可能性が示唆される.今回,β細胞の前駆細胞と考えられているラットAR42J細胞を肝細胞増殖因子(HGF)とアクチビンによりin vitroの系でβ細胞へ分化誘導させ,その分化過程におけるインスリンとMcl-1の発現を経時的に解析した.インスリンIは分化誘導後比較的早期に発現が誘導されたのに対し,インスリンIIは3日目から強く誘導された.一方,Mcl-1は分化誘導前においても既に発現を認め,分化前後においても有意な発現の変化は認められなかった.AR42J細胞におけるMcl-1遺伝子の発現パターンは,Pdx-1,Nkx6.1,Nkx2.2といったβ細胞の分化に重要な転写因子の発現と類似しており,Mcl-1遺伝子は膵幹細胞から前駆細胞にかけての分化に関わっている可能性が示唆された.小児膵ラ氏島症(nesidioblastosis)は,小児膵臓におけるインスリン産生細胞が異常増殖することにより,高インスリン性低血糖症を呈する疾患である.報告者らが作製したアポトーシス抑制遺伝子Mcl-1のトランスジェニックマウスにおいては,膵ラ氏島の過形成や,一部に腺腫(インスリノーマ)が認められることから,インスリン細胞の増殖あるいは発生に同遺伝子発現が密接に関わっていることが示唆される.そこで,小児nesidioblastosisにおける異常インスリン産生細胞とMcl-1遺伝子発現との関連性を詳細に検討した.その結果,興味深いことに,Mcl-1遺伝子の発現は異常増殖するインスリン産生細胞にほぼ一致しており,その他のホルモンであるグルカゴンやソマトスタチン産生細胞の分布とは明らかに異なっていた(Sano M, Vichows Archiv, in press).また,正常ラ氏島の新生は膵管から生じることが知られているが,nesidioblastosis症例においても,ラ氏島新生を示唆するductulo-insular proliferationにおいて,Mcl-1遺伝子の発現を認めた.一方,細胞増殖を示すMIB-1は予想に反して,Mcl-1の発現細胞と一致しなかった.すなわち,小児nesidioblastosisにおけるMcl-1遺伝子の発現は,インスリン産生細胞の増殖よりも,むしろ新たな発生や分化に深く関わっている可能性が示唆された.Mcl-1遺伝子はBcl-2ファミリーに属するアポトーシス抑制遺伝子の一つであり,発生過程における細胞の分化成熟,成人期におけるホメオスターシスのみならず,腫瘍発生にも密接に関与している.一方, Mcl-1トランスジェニックマウスにおいては,膵ラ氏島の過形成ならびに一部にインスリノーマが認められ,さらに,高インスリン性低血糖症を呈する小児膵ラ氏島症における解析から, Mcl-1がインスリン産生細胞の分化成熟に関わっている可能性が推測されている.そこで,今回,われわれはインスリン産生細胞への分化過程におけるBcl-2ファミリー遺伝子の発現動態を解析した.インスリン細胞の前駆モデルであるAR42J細胞に対して,肝細胞増殖因子(HGF)とアクチビンを添加してインスリン産生細胞へ分化誘導させたところ,アポトーシス抑制分子であるMcl-1, Bcl-2, Bcl-xLの発現はほとんど変化が認められなかったのに対し,アポトーシス促進分子であるBidとBaxは発現が抑制され,逆に, Baxの発現は上昇した.分化誘導後,アポトーシス細胞が有意に増加することから,インスリン産生細胞への分化過程における生存には, BidとBaxの発現低下が重要と考えられる.さらに,インスリン産生細胞における糖負荷刺激に対するBcl-2ファミリー遺伝子群の発言動態を解析した. AR42J細胞をインスリン産生細胞へ分化誘導させた後,高濃度の糖負荷を行ったところ, Bcl-2の発現量に変化は認められなかったものの, Bcl-xLは低下し,逆にMcl-1は上昇した.一方,アポトーシス促進分子BadとBid, Baxの発現は上昇した.

これからの結果は,単離ラ氏島においても,同様の結果が認められた.したがって,糖負荷に対するインスリン産生細胞の生存には, Mcl-1が重要な役割を担っていることが示唆された.
政権交代期における政治意識の全国的時系列的調査研究

本研究では、18回(全国調査14回、自治体調査3回、国際比較調査1回)にわたって実施し、下記の新たな知見を得た。(1)投票行動研究から民主主義研究への進化(2)日米韓における代議制民主主義の分析を通した比較政治学(3)日本の地方自治体レベルにおける代議制民主主義の分析(4)政治意識の形成と変容の解明(5)マルチメソッド比較による新しい調査方法の確立(6)政治関連データベースの構築。これらを通して、海外の研究機関から申し入れを受け、代議制民主主義に関する国際共同研究拠点を構築した。本研究課題は、JESV(Japanese Election Study V)としての全国時系列調査を実施するとともに、選挙結果・選挙公約・議会議事録・予算配分など政治過程の諸データと接合し、政権交代期における民主主義を体系的に解明することを基本目的とする。加えて、調査データの完全公開により、国内外の学術及び社会に知的資産を還元することも目標とする。平成24年度の研究活動は、衆議院総選挙に合わせ、郵送とインターネットにより衆院選事後調査を実施した。加えて、新政権誕生後の意識変容を明らかにするため、3月に衆院選事後調査(電話)も実施した。また、300小選挙区における全候補者計1294名の選挙公報を分析対象とし、コーディングと内容分析を行った。そこでは、当落別・政党別にその特徴を見出すだけでなく、選挙結果や意識調査データとの接合がなされ、その関連性が分析された。さらに収集された選挙公報ファイルは、XML化された後にデータベースに格納し、知的資産の社会的還元・国際的発信にむけた作業を進めた。平成24年度の研究成果は、雑誌論文15件、学会発表15件(うち招待講演7件)、図書7件である。このうち、KobayashiとIidaによる2つの国際学会報告は、衆院選調査データおよび選挙結果データを用いた研究報告であり、Kobayashiは、中央集権的財政システム・多党制・議院内閣制である日本において、多くの死票を生むとともに多数派でもわずか23%の支持しか得られていない小選挙区比例代表並立制は、民主主義の機能を阻害することを明らかにし、ウェストミンスター・モデルをもたらす諸システムの改革を主張する。Iidaは、リスクや不確実性が高くとも、とにかく現状を変えたいと願う有権者のリスク受容的な態度が、投票行動の選択に有意な影響を及ぼすことを明らかにした。平成25年度は次の研究を実施した。1.計画通りに前年度調査回答者に補正用新規サンプルを加えて参院選の事前パネル郵送調査(平成25年7月1日-7月20日)ならびに事後パネル郵送調査(7月28-8月15日)を実施した。さらにマルチメソッド比較を行うために同選挙の事前パネルインターネット調査(6月28日-7月3日)ならびに事後パネルインターネット調査(7月26日-7月31日)および事前電話調査(7月13日-7月20日)を実施し、社会調査の方法論に大きな知見を得た。また、有識者意識の変化に伴い、平成26年度予算の通常時調査を前倒して通常時調査(平成26年2月1日-2月3日)を実施した。2.参院選に立候補した全候補者(選挙区選挙)の選挙公約を収集するとともに内容分析を行い、コーディングを実施し、代議制民主主義の事前的側面の分析を行った。さらに、同様の手法により、米国の連邦上院および連邦下院、ならびに韓国国会の事前的側面の分析を行った上で、日米韓の三ヶ国の事前的側面に関する比較研究を行った。3.国会議事録の内容分析を行い、代議員制民主主義の代議員的側面の分析を行った。さらに、同様の手法により、米国の連邦上院および連邦下院、ならびに韓国国会の事前的側面の分析を行った上で、日米韓の三ヶ国の代議的側面に関する比較研究を行った。4.追加配分を受けることができたため、地域メッシュ統計・平成22年度国勢調査世界測地系データデータをXML化によるデータ・アーカイヴ化した。さらに、第23回参議院議員選挙結果データをXML化によるデータ・アーカイヴ化した。5.平成24年度及び平成25年度の研究成果について、日本選挙学会で1本、日本政治学会で5本、公共選択学会で2本報告するとともにAmerican, Society of Public Administrationの大会で報告するとともに、海外の大学で招聘講演を行うなど積極的に報告した。さらに、代議制民主主義に関する日米韓三ヶ国の比較分析の研究成果を『代議制民主主義の比較研究』として刊行するなど、著書7点、論文19件を通して発表した。平成26年度は次の研究を実施した。(1)当初、予定されていなかった急な衆議院の解散総選挙が行われたことに迅速に対応して、衆院選の事前パネル調査(平成26年12月4日-12月8日、有効回収サンプル4, 116)ならびに事後パネル調査(平成26年12月18日-12月23日、有効回収サンプル2, 786)を実施した。さらに、衆院選に立候補した全候補者(小選挙区選挙)の選挙公約を収集するとともに内容分析を行ってコーディングを実施し、代議制民主主義の事前的側面の分析を行った。また、国会議事録の内容分析を平成26年衆院選前まで行い、代議制民主主義の代議的側面の分析を行った。(2)代議制民主主義の分析対象を当初の申請内容の国政レベルだけでなく、自治体レベルにも拡大し、抽出した

3道県を対象とする市民意識調査(平成26年8月21日-25日)を実施するとともに、自治体政策担当者に対するヒアリングを実施し、自治体レベルにおける代議制民主主義の分析を行った。さらに(3)日本と同じ選挙制度を共有する韓国・台湾における主要な研究機関との共同研究を推進するために、台湾国立政治大学選挙研究センターと協定を締結し、代議制民主主義の分析対象を当初の申請内容の日本だけでなく、韓国と台湾にも拡大して三ヶ国で共通した設問による市民意識調査(平成26年12月1日-7日)を行った。(4)第23回参議院議員選挙公報データ及び第47回衆議院議員選挙結果データをXML化によるデータ・アーカイヴ化して、データベースに投入した。(5)平成27年度に予定していた統一地方選に際しての意識調査を前倒しして実施した(平成27年2月19日-23日)。(6)平成24年度平成26年度の研究成果について、Asian Electoral Studies(3件)、Conference Public Management Research Conference、Comparative Study of Electoral System、Southern Political Science Association、日本政治学会(4件)、日本選挙学会、公共選択学会(2件)、比較政治学会などで報告25件(内、招待講演8件)を行うなど積極的に研究発表した。さらに、Emerald Group Publishing Limited(UK)から刊行した共著やJapanese Journal of Political Science掲載査読付き論文など、著書5点、論文18件を公表した。平成27年度は次の研究を行った。(1)平成27年度は国政選挙がない年であることから、平成27年度後半に実験的手法による意識調査を実施した。具体的には、実験調査として有権者の各新聞に対する認識が新聞の内容に対する評価に与える影響を分析するため、被対象者を購読紙と実験的に閲読させる記事によって4グループに分け、報道への信頼度や内閣業績評価などに与える影響を分析した。さらに、被対象者を無作為に3グループに分け、調査者が制作した架空のニュース番組映像を視聴させた後、沖縄県の普天間にある米軍基地の移設問題やエンテロウイルスに関する設問を尋ねることで、テレビのニュース番組構成が、人びとの外交・安全保障政策や感染症に関する意見に与える影響を分析した。(2)第24回参院選から適用される選挙権年齢引き下げにより18歳以上を対象とする意識調査を実施し、18歳・19歳有権者と20歳以上有権者の政治意識の差違、ならびにその差違をもたらす要因を分析した。(3)代議制民主主義の分析を行うために、第24回参議院議員選挙の全候補者(選挙区選挙)の選挙公約を収集して内容分析し、コーディングしてデータ化した。第48回衆議院議員選挙が行われた場合も同様に全候補者(小選挙区選挙)の選挙公約をデータ化した。さらに、衆議院及び参議院の国会議事録を内容分析し、コーディングしてデータ化して、データベースに投入した。これらを通して、政治の基本的なデータベース構築と日本政治に関するデータを国内外の研究者に提供した。
室温大気下で動作する走査型ダイヤモンドナノ磁気顕微鏡の開発

本研究では、ダイヤモンド窒素欠陥中心の蛍光強度が周辺の磁場で変化する事を利用して、微小領域における微弱磁気を室温・大気中でも高感度に計測する走査型磁気センシング顕微鏡の開発を行った。主要な成果として、(1)代表者の独自技術であるナノ光ファイバをベースとしたダイヤモンド磁気センサを開発した。(2)ダイヤモンドナノ粒子のセンサ性能向上メカニズムを表面終端の観点から定量的に解明した。(3)実応用として、細胞内の計測や単一ナノ粒子の回転挙動検出に成功した。これらの成果により、磁気量子センシング、および、磁気走査プローブ顕微鏡の基盤技術が確立すると共に、新たなセンシング応用が実現された。本年度は、1.数値計算によるデバイス構造の設計と製作、2.電子スピン位相緩和時間測定系の構築と緩和時間測定を目標に取り組んだ。1.のシミュレーションでは、高性能計算機とそれと共に使用する時間領域差分法と有限要素法の計算ソフトウェアを導入した。研究内容として、特にナノ導波路とダイヤモンドナノ粒子中のNV中心の結合効率を様々な条件(ナノ粒子の大きさ、NV中心の位置、ダイポールモーメントの方向)で結合効率を計算し、詳細な電磁解解析を行う事に成功した。この成果は、光学会におけ最重要雑誌の一つである、Optics Express誌に掲載された。また、これにより得た知見と、共同研究者との議論により新たな方向性のデバイス構造として、テーパファイバとダイヤモンド導波路デバイスを結合するアイデアを得た。共同研究者より、この構造を実際に提供して頂き、テーパファイバとの結合実験を行った。このデバイスではNV中心からの発光を、ダイヤモンドナノ粒子より高効率に検出する事が可能である。そのため、走査型磁気顕微鏡に応用した場合に、高い測定感度を実現すると期待される。得られた実験結果として、結合効率が20%以上という非常に良好な値が得られた。現在、詳細な追加実験を行っており、近いうちに論文投稿を行う予定である。2.の電子スピン位相緩和時間測定系の構築に関しては、実際に磁気検出に応用するに当たって必要なスペック等の詳細を詰めるための機種選定作業や、実験の細かいノウハウを修得するための技術研修を独国フンボルト大学で行った。本研究は、微小領域における微弱磁気を室温・大気中でも高感度にイメージングする走査型磁気顕微鏡の開発を行う。本手法ではダイヤモンド窒素欠陥(NV)中心の蛍光強度が周辺の微弱磁場の影響で変化する事を利用する。磁気計測感度はNV中心の蛍光検出効率に強く依存するため、高効率蛍光検出が可能なナノ光導波路先端にNV中心を結合した走査型プローブを開発し、磁気イメージングへの応用を行う。2年目となる本年度は、(1)電子スピン位相緩和時間計測システムの構築を引き続き行う事と、(2)走査型プローブ顕微鏡の探針への応用に特化した「テーパファイバ結合ダイヤモンドプローブ」の更なる結合効率の増大を目指した。その結果、項目(1)に関しては、ナノダイヤモンド中の単一NV中心の電子スピン計測・制御に成功し、スピン特性の重要パラメータである位相緩和時間、縦緩和時間の測定にも成功した。ナノダイヤモンド中のNV中心の位相緩和時間は平均して1マイクロ秒程度であるが、位相緩和時間が8マイクロ秒に達するNV中心も発見した。当初の計画で目安としていた10マイクロ秒に匹敵する位相緩和時間が得られたのは大きな進展である。このナノダイヤモンド試料は表面にグラファイト層が残っているため、今後、表面を洗浄し、酸素終端する事で、10マイクロ秒以上のナノ粒子を見つけられると考えられる。項目(2)の探針への応用に特化したテーパファイバ結合ダイヤモンドプローブに関しては、テーパファイバに結合したダイヤモンドナノ粒子中の単一NV中心の電子スピン信号を、ファイバ経由で観測する事に成功した。さらに、NV中心のスピン励起状態を磁場によってゼーマンシフトさせる事にも成功した。これは走査型ダイヤモンドプローブに向けての大きな前進である。本年度の目標であった、NV中心の電子スピン位相緩和時間測定などのスピン計測・制御を実現し、電子スピン位相緩和時間が最大で8マイクロ秒のナノ粒子も発見することができた。また、テーパファイバ導波路結合ナノダイヤモンドにおいて電子スピン共鳴信号をファイバ検出で実現する事にも成功した。これらの事から、当初の予定通り進展していると評価できる。3年目となる本年度は、(1)これまでに構築した電子スピン位相緩和時間計測システムを用いてセンシング応用に最適なNV中心含有ナノダイヤモンドの探索に関する研究と(2)ナノ光導波路にNV中心を効率的に組み込むためのダイヤモンドナノ光導波路に関する研究を行った。その結果、項目(1)に関しては、ナノダイヤモンド表面を酸素終端処理する複数の手法を検討し、それぞれのスピンコヒーレンス時間を定量評価した。酸素終端処理には、空気中での酸化、および、強酸中での表面処理を行った。測定の結果、強酸中での表面処理はスピンコヒーレンス時間への影響がほとんど見られなかったのに比べて、空気中での酸化処理はスピンコヒーレンス時間を延す事が示された。

項目(2)では、長いスピンコヒーレンス時間を有する化学気相成長ダイヤモンドバルク結晶中のNV中心をセンシングに応用する事を検討した。バルク結晶にナノ導波路構造を形成し、それを取り出してナノ光ファイバに結合する事に成功した。導波路型ダイヤモンドナノワイヤとナノ光ファイバを結合し、その中のNV中心からの高効率発光集光を行う事に成功した。また、予想していなかった結果として、実験中に水溶液中のダイヤモンドナノ粒子を光トラップする事に成功し、そのNV中心の光検出磁気共鳴スペクトルを測定する事に成功した。これにより、ナノ粒子が液中で回転ブラウン運動するダイナミクスを捉える事に成功した。本年度の目標であった、ナノダイヤモンドの表面処理を行う事ができた。表面酸化によってNV中心の電子スピンコヒーレンス時間を延長することに成功した。また、ナノ光ファイバ結合ダイヤモンドナノ導波路デバイスを実現する事も成功できた。これらの事から、当初の予定通り進展していると評価できる。本研究は、微小領域における微弱磁気を室温・大気中でも高感度にイメージングする走査型磁気顕微鏡の開発を行う。本手法ではダイヤモンド窒素欠陥(NV)中心の蛍光強度が周辺の微弱磁場の影響で変化する事を利用する。磁気計測感度はNV中心の蛍光検出効率に強く依存するため、高効率蛍光検出が可能なナノ光導波路先端にNV中心を結合した走査型プローブを開発し、磁気イメージングへの応用を行う。最終の本年度は、(1)これまでに構築した電子スピン位相緩和時間計測システムを用いてセンシング応用に最適なNV中心含有ナノダイヤモンドの探索に関する研究、(2)ナノ光導波路にNV中心を効率的に組み込むためのダイヤモンドナノ光導波路に関する研究、さらに、(3)NV中心含有ナノダイヤモンドの量子センシングを生体系に応用する研究を行った。その結果、項目(1)に関しては、ナノダイヤモンド表面を酸素終端処理する複数の手法を検討し、それぞれのスピンコヒーレンス時間を定量評価した。表面との相関を調べるためにラマン散乱やFTIR, XPSなどの表面分析も行った。現在成果を論文としてまとめている。項目(2)では、化学気相成長ダイヤモンドバルク結晶中のNV中心をセンシングに応用した。この成果をACS Omegaに発表した。項目(3)では、NV中心含有ナノダイヤモンドをマウス脂肪由来幹細胞に導入する事に成功し、その無毒性を証明した。さらに、生きた細胞温度の量子センシングにも成功した。現在論文をまとめている。他にもダイヤモンドナノ粒子の単一ナノ粒子がMHzレベルの高速で回転ブラウン運動する事を量子センシングに捉える事に成功した。現在論文査読中である。本研究では、ダイヤモンド窒素欠陥中心の蛍光強度が周辺の磁場で変化する事を利用して、微小領域における微弱磁気を室温・大気中でも高感度に計測する走査型磁気センシング顕微鏡の開発を行った。
準同期式プロセッサの試作

回路の設計,試作,検証に必須な,回路の遅延情報ファイルから遅延情報を抽出するツールを,実際の設計に適用可能なように,クロック回路,信号回路を自動分離し遅延情報を抽出するとともに,回路の動作検証も可能なように効率化した.また,準同期回路設計において繰り返し使用されるクロックスケジュールのためのツールを,計算時間が回路規模にほぼ比例するよう高速化することで,1万レジスタ以上の回路においても十分適用可能なツールとした.さらに,レジスタのタイミングの固定やタイミング最低幅の設定など,実際の設計においてクロックスケジュールツールに求められる様々な制約に対応したツールとした.また,大域的な遅延変動だけでなく,局所的な遅延変動の影響を考慮したクロックスケジュール法を開発し,遅延変動の影響下でも従来の完全同期式設計法による回路を上回る性能を発揮することを計算機実験により確認した.現在,クロックスケジュールのためのツールへの組み込みを検討中である.また,現在,開発ツール群を利用しMIPS命令互換のプロセッサの再設計および,楕円暗号用のチップの設計,試作に取り組んでいる.また,現在,試作においてクロック木は,クロックスケジュール結果に基づき手作業で構築しているが,設計,試作の効率化のために,クロックスケジュールを実現するレイアウトを考慮したクロック木合成アルゴリズムを,開発したツール群と組み合わせた上で,設計システムに組み込むよう改良中である.VDECのチップ試作支援プログラムにより作成したチップの動作検証を行なった.チップ中には完全同期式方式に基づき設計したMIPS命令互換のプロセッサコアと,そのプロセッサコアのレイアウト中のクロック木を4箇所修正することで準同期化したコアが搭載され,セレクタにより動作コアが選択される.VLSIテスターによる動作検証では,シミュレーション結果と同様に準同期式コアが完全同期式コアよりも15%以上高速に動作することを,クリティカルパスを活性化する命令列を与えることで確認した.評価ボードでは,C言語で記述したプログラムの正常動作を確認した.前回の試作では,準同期方式の動作確認を主な目的としたため,準同期方式に基づく回路の最適化は限定的であった.また,現状の回路合成は,準同期方式を考慮していないため,準同期方式を考慮した合成方法を開発しなければならない.その第一段階として,従来方式で遅延最適化の度合いを変化させた回路をいくつか合成し,それぞれの回路を準同期化した場合の高速化の度合を調べ,従来方式で遅延最適化の度合によらず,準同期化により10%程度の高速化は可能であることを示し、従来の合成法が必ずしも回路を十分には最適化していないことを確認した.さらに,レイアウト結果から遅延情報の抽出し,準同期式の観点から回路のクリティカルな部分を解析し,その部分を再合成することで,より高速な,もしくは、より小面積の回路が得られることを確認した.また、ゲート遅延,配線遅延が製造誤差、温度変動等により,独立に変動するという条件下で,回路が正常動作するための条件を明らかにし,その条件下でクロックスケジュールを決定する方法を開発した.現在、より準同期方式の利点を活かした回路を合成するために,回路合成の最適化方法の詳細な検討とともに,以前に開発したレイアウトを考慮したスケジュール法と遅延変動を考慮したスケジュール法を組み合わせた手法を検討中である.回路の設計,試作,検証に必須な,回路の遅延情報ファイルから遅延情報を抽出するツールを,実際の設計に適用可能なように,クロック回路,信号回路を自動分離し遅延情報を抽出するとともに,回路の動作検証も可能なように効率化した.また,準同期回路設計において繰り返し使用されるクロックスケジュールのためのツールを,計算時間が回路規模にほぼ比例するよう高速化することで,1万レジスタ以上の回路においても十分適用可能なツールとした.さらに,レジスタのタイミングの固定やタイミング最低幅の設定など,実際の設計においてクロックスケジュールツールに求められる様々な制約に対応したツールとした.また,大域的な遅延変動だけでなく,局所的な遅延変動の影響を考慮したクロックスケジュール法を開発し,遅延変動の影響下でも従来の完全同期式設計法による回路を上回る性能を発揮することを計算機実験により確認した.現在,クロックスケジュールのためのツールへの組み込みを検討中である.また,現在,開発ツール群を利用しMIPS命令互換のプロセッサの再設計および,楕円暗号用のチップの設計,試作に取り組んでいる.また,現在,試作においてクロック木は,クロックスケジュール結果に基づき手作業で構築しているが,設計,試作の効率化のために,クロックスケジュールを実現するレイアウトを考慮したクロック木合成アルゴリズムを,開発したツール群と組み合わせた上で,設計システムに組み込むよう改良中である.