hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
要素変換機能を導入した有限要素ー離散要素法の開発とテラメカニックスへの適用

離散要素法(DEM)は,オフロード路面と走行装置や機具の接触問題を容易に解析できる手法である.一方,土粒子のオーダを用いた詳細なDEM解析は全粒子の接触判断と接触力計算を要するため,今日でも不可能である.この問題を解決するため,DEM領域を縮小する有限ー離散要素解析(FE-DEM)も提案されている.本研究では,FE-DEMにおいて,土のFEモデルとDEモデルの間で要素を変換し,DEM領域を最小限に留める方法を提案した.タイヤのけん引性能解析に要素変換機能付きの2次元FE-DEM解析を行ない,性能解析結果は要素変換機能なしのものと同等,計算速度は最大で約29倍にできることを明らかにした.既に開発している2次元有限要素法ー離散要素法結合解析(以下FE-DEMと略す)について,車輪の剛性を低下させた条件での解析の安定かつ高精度な解析について検討を行なった.局所座標系を用いた有限要素解析部の接触距離の算出法などのアルゴリズムの再検討により,車輪滑り率が小さい条件を除き,2次元FE-DEMにより基本的に過去の文献例に近い解析結果が得られることを確認した.要素変換機能については,小規模の例題の検討を行ない,DEM要素の初期配置を最密充填に近いものとすること,またFEM要素からDEM要素化する際のDEM要素の圧密時間の設定方法を調査した.なお,FEM応力場のDEM解析への引き継ぎについては,現在も検討中である.車輪走行問題への適用については,過去に実施した直列領域分割を取り入れたDEM解析法をもとに,2次元の要素変換機能アルゴリズムの検討,ならびにFE-DEM解析プログラムへの実装作業を開始した.解析の高精度化高速化については,FE-DEMにおいては車輪解析のアルゴリズムの検討を実施していたため,本年度はDEMを対象に実施した.既に開発した2次元DEMプログラムのアルゴリズムの検証と解析精度確認を,研究代表者が過去に実施した2次元モデル履板による推進力実験結果を利用して精査した.それにより,DEMにおいて履板沈下がやや大きくなるものの履板厚さが薄く高さが高い場合のみ推進力が大きくなることから,DEM解析部分は十分な解析精度を有することが確認できた.高速化については,2次元履板解析においては,OpenMPによる並列化を行ないうとともに,過去の土の切削実験を対象として,GPUを利用した3次元並列DEMプログラムを開発し,要素形状を球から複数球の組み合わせとすることで,GPUでは約5倍の高速化を実現するとともに実験結果と遜色のない結果が得られることを明らかにした.まず,タイヤ滑り率の増加とともに沈下量が増加ならびに走行抵抗も増加する実験結果が従来の2次元FE-DEM解析では再現不可の点について,アリゴリズムの検討とプログラムへの実装を行ない,実験結果と定性的に一致した結果となることを実現した.また,高速なFE-DEM解析の鍵となるDEM解析自体の高速化手法の確認として,2D DEMのCPUによる並列計算としてOpenMP,3D DEMのGPUによる並列計算としてCUDAによる接触相互作用問題解析用のプログラム作成を行ない,DEM解析が,それぞれ約3倍,約5倍に高速化できることを確認した.さらに,解析精度検証用に空気圧条件を変えた農用タイヤのけん引性能計測実験を行ない,慣用空気圧条件のみならず低圧条件におけるけん引性能データも取得した.要素変換について,2次元FE-DEMに変換機能を取り入れた解析プログラムを開発した.なお,当初計画していた変換前の有限要素内の応力の分布状況を変換後の離散要素内においても厳密に考慮する解析は,対象とする有限要素の大きさの精度への影響が事前の数値解析的検討で認められたため,変換前の有限要素配置場所と変換後に生成された離散要素配置の間でズレがないという変位の連続性についてのみを考慮することにした.開発したプログラムによる計算速度を確認するため,慣用空気圧の実験結果と同等の条件でのタイヤのけん引性能解析を行った.要素変換なしの解析結果と比べて,時々刻々変換を行なう場合ならびタイヤ半径分移動する時間毎に変換を行う場合の二種類の要素変換方法について,それぞれけん引性能結果は変換を取り入れない従来型の結果の挙動と定性的に同等であること,ならびに従来型解析よりも最大で30倍の高速解析が可能なことを確認した.今後,FE-DEM解析の3次元化と並列計算の導入により更なる高速化と高精度化を行なう予定である.離散要素法(DEM)は,オフロード路面と走行装置や機具の接触問題を容易に解析できる手法である.一方,土粒子のオーダを用いた詳細なDEM解析は全粒子の接触判断と接触力計算を要するため,今日でも不可能である.この問題を解決するため,DEM領域を縮小する有限ー離散要素解析(FE-DEM)も提案されている.本研究では,FE-DEMにおいて,土のFEモデルとDEモデルの間で要素を変換し,DEM領域を最小限に留める方法を提案した.タイヤのけん引性能解析に要素変換機能付きの2次元FE-DEM解析を行ない,性能解析結果は要素変換機能なしのものと同等,計算速度は最大で約29倍にできることを明らかにした.まず研究の元になる既に開発している2次元有限要素-離散要素解析法(FE-DEM)について,車輪の剛性条件が異なる場合においても安定的に高精度な結果が得られるようなアルゴリズムの検討と実装を行った.次いで,車輪の接近に伴い有限要素から離散要素へ要素モデルを変化させる部分について,特に有限要素の節点情報を離散要素の要素

情報へ変換する方法についての研究文献調査を行ない,飛翔体の構造物への衝突応答解析において,離散要素モデルではない他の粒子モデルへの変換を試みた研究事例をいくつか見いだし,本研究でのFE-DEMにおいて,有限要素から離散要素への要素変換における各種物理量の変換方法を中心にアルゴリズムの検討を行なった.さらに,計算機利用環境への習熟を図るため,グラフィックプロセッサ(GPGPU)を搭載したパソコン型ワークステーションを導入し,FE-DEMのうち,特に計算時間を要する離散要素法を用いた簡単な土の接触問題を対象として,離散要素形状を球の組み合わせで作成する複合モデルとした3次元解析を行い,複合モデルを用いた解析においても高速化が実現することを確認した.また,次年度以降予定している農用タイヤのけん引性能実験の準備として,どのようなラグ・パターン形状のタイヤがラグ面接触力計測に適しているかを耕うん機用タイヤの中からラグ・パターンの候補形状を選択し,小型3軸力センサを導入してセンサへの埋め込み方法,配線の配置,タイヤ駆動系の問題点を検討した.前年度の課題になった車輪の剛性条件が異なる場合のFE-DEM動的接触解析の安定化かつ高精度化作業に時間を費やした結果,全体的に研究進度がやや遅れている.既に開発している車輪のけん引性能の2次元有限要素-離散要素解析法(FE-DEM)について,車輪の剛性条件が異なる場合に動的接触解析が不安定となったため,解析の安定化のための接触アルゴリズムの検討と改良プログラムの精度確認に時間を要した.そのため,当初年度内に予定していた要素変換を取り入れた2次元FE-DEM解析プログラムの完成には至らなかった.当初のFE-DEMプログラムの開発目標を達成するべく研究進度を上げるため,各FEM,DEMプログラムごとの解析精度の向上と解析の高速化を並行して進展させつつ,本研究の要素変換機能アルゴリズムについての検討ならびにプログラム開発を行ない,それをもとにFE-DEM解析として統合する予定である.既にアルゴリズムの検討や個々のプログラムの高精度化は開始している.また,低剛性時の車輪走行性能の高精度な動的解析を安定的に実施するためのプログラムの更新ならびにタイヤのけん引性能実験データの収集を行なう.タイヤの実験計測においては,タイヤ空気圧を低下させたけん引走行実験を実施する予定である.
配偶子形成に影響するミトコンドリア遺伝子の発現に関する研究

本研究ではテンサイ細胞質雄性不稔性(CMS)とcoxl遺伝子発現の関係について以下の実験を行った。1.翻訳レベルの解析研究計画に従い抗COXl抗体を作製し、正常株、CMS株および稔性回復株の様々な器官より抽出したミトコンドリア蛋白質に対してウエスタンブロット解析を行うとともに、花芽の切片を作製し免疫染色を行った。その結果、正常株、CMS株および稔性回復株間でいかなる差異も検出されなかった。従って以前に観察された正常株とCMS株のcoxlのmRNAの差異は翻訳レベルの差異となっては現れないことがわかった。2.遺伝学的解析本研究によりcoxlがタンサイCMSと無関係であることが明らかになったが、幸運にもミコトンドリア遺伝子発現に関わる核遺伝子Rctを見出すことが出来た。Rctは核と細胞質の相互作用を調べる上で興味深く、今後その作用やクローン化に向けた解析を進めていきたい。またテンサイCMSに関してもcoxl以外の領域を解析の対象として実験を行う予定である。
一般化経験尤度法を用いた金融時系列分析

時系列モデルを用いてデータ分析を行う場合,モデルの決定,パラメータの推定,モデルの診断など多くの手順があり,一般的にこれらを別々に行うので煩雑になる.また,手順によって結果が異なる場合,解釈は困難である.それ故,経験尤度法を用いてこれらを同時に行うことが出来る手法を提案し,特にモデルの診断において良い性質をもつことを明らかにした.また,シミュレーション分析により,本手法は従来の手法と比較して多くの場合精度は同等以上であることを示した.2013年度は,ARMA等の基本的な時系列モデルに対して,パラメータ推定と残差分析を同時に行うことが出来る経験尤度について研究を行った.まず,別の手法でパラメータを推定した後に経験尤度を用いて残差分析を行う手法では,従来と同様の結論が得られた.つまり,単に残差分析に経験尤度を用いるだけでは,時系列分析における手順の煩雑さは全く解消されないことが分かった.次に,経験尤度を用いて,パラメータ推定と残差分析を同時に行うことを考えた.具体的には,残差のピリオドグラムを用いた経験尤度を構成し,漸近理論の構築やシミュレーション分析を行った.これにより,残差が無相関になるようにパラメータ推定を行い,また同時に,portmanteau test(カバン検定)と同等の残差分析を行うことが出来ることが明らかになった.この手法には以下の2つの長所がある.(1)「パラメータ推定と残差分析を同時に行うことが出来る」(2)「残差分析において,ラグを十分に大きくする必要がない」ことである.一般的に用いられているカバン検定では,ラグが十分に大きくなければカイ二乗分布に従うという漸近理論は成り立たない.よって,これらの諸結果は,経験尤度を用いることによって,容易に時系列モデルのパラメータ推定と残差分析が同時に行えることを示している.シミュレーション分析においても理論通りの結論が得られ,さらに,モデルの特徴が自己相関で表される場合には,極めて精度よくモデル選択も可能であることが分かった.しかしながら,この手法には短所がある.推定量の有効性である.残差が無相関になるようにパラメータ推定を行うので,最小二乗法や最尤法と比較して分散が大きい.ラグが十分に大きい時,推定量は漸近的に有効になるが,この点を改善する必要があると考える.それ故,現在,有効性をもつ推定量を構成できる経験尤度について研究を行っている.2013年度では,残差のピリオドグラムを用いた経験尤度を構成し,漸近理論の構築とシミュレーション分析を行ったが,この手法では,一般的に有効な推定量は得られない.それ故,2014度は,この研究結果の拡張を行った.具体的には,Whittle尤度を用いた推定関数と残差のピリオドグラムを用いた推定関数を合わせた推定関数を考え,これらを用いて経験尤度を構成し,漸近理論の構築とシミュレーション分析を行った.その結果,長所を引き継ぎつつ,有効な推定量も同時に得られることが明らかになった.つまり,有効なパラメータ推定と,ラグを十分に大きくする必要がない残差分析を同時に行うことが出来た.シミュレーション分析では,周波数領域における従来の推定手法であるWhittle尤度を用いた疑似最尤法と比較して,近似の精度は同等であることが示された.さらに,この経験尤度をARMAモデルの次数選択に応用した.つまり,残差分析によるモデル診断の結果を用いて次数を選択することを考えた.モデル選択基準ではAICやBICなどを用いるのが一般的であるが,多くの場合,AICは過大推定し,BICは過小推定する傾向がある.シミュレーション分析では,経験尤度による次数選択は,多くの場合,AICとBICの中間であることが示された.特に,標本数が十分に大きくない場合や,パラメータの真値が0に近く,誤選択が起こりやすい場合では,BICよりも非常に精度が良いことが明らかになった.これらの結果により,ARMAモデルを用いた分析において,次数選択,パラメータ推定,残差分析の3つを経験尤度法で同時に行うことが出来ることが明らかになった.2015年度では,まず前年度に引き続き,経験尤度を用いたARMAモデルの次数選択についてシミュレーション分析を行った.大量の計算時間が必要になるが,次数の大きいモデルにおいても,パラメータの真値が0に近いなど,誤選択が起こりやすい場合では他の手法よりも精度が非常に良いことが分かった.さらに,昨年度の諸結果を一般化経験尤度に拡張し,漸近理論の構築とシミュレーション分析を行った.つまり,一般化経験尤度を用いて,ARMAモデルの次数選択,パラメータ推定,残差分析の3つを同時に行うことができることを明らかにした.特に,時系列モデルにおける残差分析は,漸近理論やラグの選択など,理論・応用の両面において多くの困難があるが,提案手法ではラグを任意に選択することができるので,理論だけでなく応用において非常に有用である.しかしながら,シミュレーション分析において,次数選択とパラメータ推定の近似精度は非常に良い結果を得たが,残差分析においては,モデルの次数が大きい場合には,近似精度が良くないことが明らかになった.それ故,現在,バイアス調整したピリオドグラムを用いるなど,残差分析をおこなう推定関数を変更した場合の理論について研究中である.次に,一般化経験尤度を用いたグレンジャー因果性の検定について研究を行った.また,単位根に近い場合の修正手法について,シミュレーション分析を行った.

これは,VARモデルにおいて,次数選択,パラメータ推定,残差分析,パラメータの有意性検定を同時に行うことが出来る経験尤度を構成するための予備研究である.2015年度は,前年度得られた結果を一般化経験尤度に拡張し,漸近理論の構築を行った.これらのシミュレーション分析は不十分であるが,理論に関して更なる発展への予備研究ができたので,研究は順調に進行していると考えている.本年度は,前年度で得られたARMAモデルに対する諸結果を,GARCHモデルなど金融時系列モデルへ応用することを主な目的として研究を行った.まず,GARCHモデルの2乗はARMAモデルで表現できるので,前年度と同様に周波数領域における経験尤度法を用いて推定とモデル診断(Portmanteau Test)を同時に行う手法について考えた.しかしながら,シミュレーション分析の結果,推定・検定の両方において近似精度は良くないことが明らかになった.次に,時間領域における経験尤度法を用いて推定・検定を行う手法について研究を行った.モーメント条件として,推定においては対数尤度関数の1階微分であるスコア関数,モデル診断においては自己相関関数を用いることにより,最尤法の場合と同じ漸近分散をもつ推定と,一般的なモデル診断の手法であるPortmanteau Testを同時に行うことが出来る手法を提案した.GARCHモデルに対するPortmanteau Testは複数提案されているが,シミュレーション分析の結果,検出力はほとんどの場合において他の検定より高いことが示された.またサイズに関しては,他の検定手法では過小評価,本検定手法では過大評価する傾向があることが示されたが,近似精度は本検定手法の方が良いことが明らかになった.さらにモデル選択においても経験尤度関数を用いることができ,モデル選択,推定,モデル診断が1つの手法で出来ることを示した.しかしながら,他の手法も含め,類似するモデルの場合は検出力は高くないので,特にモデル選択においては改善する必要がある.本年度も漸近理論の構築やシミュレーション分析などの研究を行ったが,前半に行ったシミュレーション分析では望ましい結果を得られず手法を変更した.本年度は,前年度に引き続き経験尤度法をGARCHモデルなど金融時系列モデルへ応用することを主な目的として研究を行った.前年度におけるシミュレーション分析の結果,GARCHモデルに対する周波数領域における経験尤度法は推定・検定の両方において近似精度は良くなかったので,スペクトルの推定量としてピリオドグラムではなく別の非母数的な推定量を用いることを考えた.しかしながら,これらは漸近理論としては同一の漸近分布を持つが,シミュレーション分析では,推定・検定の両方において近似精度はむしろ悪くなることが明らかになった.本研究の問題点としては,母数推定とモデル診断を同時に行う経験尤度を構築するため,モーメント条件の数は母数の数より多くなる.特に,モデル選択も同じ手法で行う場合はかなり多く設定しなければならない.
希薄磁性半導体の強磁性発現機構の解明

平成20年度には、前年度までの研究で明らかとなった、鉄ドープ二酸化チタン系における磁性、輸送特性、価数の関係が、他のドーパント(コバルト、ニッケル、クロム)においても成り立つかどうかに注目して研究を進めた。その結果、いずれの系でも、鉄ドープ系の場合と同様の傾向を示すことを見出した。室温強磁性はコバルト、ニッケルドープの二酸化チタンにおいて観測され、還元雰囲気で作製した膜でのみ強磁性を示した。一方で、クロムドープ試料では最も還元雰囲気で作製した試料に関しても常磁性のままであった。強磁性試料の電気抵抗は金属的電気伝導を示し、常磁性試料とクロムドープ試料では全て絶縁体的な挙動を示した。また、コバルトとクロムに関してX線吸収スペクトルを測定した結果、強磁性コバルトドープ試料の磁性原子の価数は2価であった。一方、常磁性試料では磁性イオンは3価または2価3価の混合原子価をとっていた。以上の結果は、強磁性の発現には金属伝導が必須であるという磁気ポーラロンモデルに即した結果である一方、このモデルでは考慮されていない、磁性原子の価数との関係も示唆された。実験結果を踏まえて、遷移金属ドープ二酸化チタンにおける強磁性は、2価の磁性イオンと酸素欠損をポーラロン中心とする磁気ポーラロンモデルによって記述できると結論した。この結果は希薄磁性酸化物の室温強磁性が磁気ポーラロンモデルで記述することが出来ることを初めて実験的に示したものであり、希薄磁性酸化物における室温強磁性の起源の解明につながることが期待される。本研究では室温で強磁性を示す希薄磁性半導体の一つであるFeドープ酸化チタンを作成し、製膜時の酸素分圧を調整することによりFeドープ酸化チタンの常磁性-強磁性境界を決定することに成功した。この試料に対し、常磁性-強磁性境界に注目して輸送特性測定、光電子分光測定を行った。この結果、輸送特性測定からは強磁性境界でキャリア電子の増大を伴う金属絶縁体転移が起こっていることがわかった。この境界のキャリア濃度は磁気ポーラロンモデルから予測される濃度とよく一致しており、このモデルを強く支持する結果であると言える。一方、光電子分光測定からは強磁性境界でFe2価の量が増大しておりこれが酸素分圧の減少に伴って増えていることが分かった。このFe2価の増加が磁化の大きさの増大に対応していることから2価の鉄が本試料の磁化を主に担っていることを突き止めた。輸送特性の結果は磁気ポーラロンモデルが酸化チタンベースの希薄磁性半導体の強磁性のメカニズムであることを支持する初めての結果であり、また光電子分光の結果からは磁性原子近傍の局所電子状態の変化が希薄磁性半導体の強磁性に深く関与しているという新たな知見が得られており、強磁性メカニズムの研究の新たな端緒になると考えられる。
感染応答時にmRNPで翻訳調節を受ける宿主遺伝子の網羅的同定

P-bodyは真核生物における細胞質mRNP顆粒のひとつで、mRNAの分解や翻訳を担う。寄生原虫Trypanosoma cruzi(T. cruzi)感染による宿主P-bodyの変化を調べたところ、感染初期にP-body形成が顕著に誘導された。また、P-body形成を阻害すると、感染効率および細胞当たりの原虫数が増加した。この効果は、抗寄生虫応答に関わる宿主遺伝子がP-bodyで翻訳調節を受けることによるものと考えられた。そこで、感染時特異的にP-bodyにリクルートされる遺伝子を同定するため、P-body構成蛋白質の免疫沈降により精製したmRNAを次世代シーケンシングで解析した。サイトカインやストレス応答関連タンパクの迅速かつ的確な量的調節のため、感染初期における宿主mRNA翻訳活性は短時間でダイナミックに変化する。しかし、その制御機構については不明な点が多い。本研究はmRNAの翻訳抑制あるいは分解の場として知られているStress granule (SG)やProcessingbody (P-body)といった細胞質内RNA顆粒(mRNP)が、感染初期の自然免疫応答におけるmRNA翻訳制御に重要な役割を果たすのではないかという着想のもとに行っている。これまでに、ヒトサイトメガロウイルス(HCMV)の感染初期にP-bodyの形成が顕著に誘導されることを見いだした。さらに、そのP-bodyがウイルスや宿主のmRNA翻訳維持の場として機能していることを示唆するデータを得た。そこで、感染応答時のmRNPの役割について、宿主側のmRNA代謝に焦点を絞って解析するため、宿主の翻訳システムを利用せずに増殖するという点でウイルスとは異なる寄生原虫Trypanosoma cruzi (T. cruzi)を用い、感染初期のmRNP動態解析を行った。その結果、T. cruzi感染はSGの形成は誘導しなかったが、P-bodyの形成を誘導した。またP-bodyの形成を阻害した細胞への感染では感染効率およびamastigoteの増殖が顕著に増加した。このようにP-bodyの形成が抗寄生虫作用を示すという報告はこれまでにない。引き続きmRNPが感染防御に果たす役割を詳細に明らかにしていくことで、感染制御の基盤技術の開発に有用な知見を得ることができると考えられる。Processingbody (P-body)は真核生物における細胞質mRNP(mRNA-蛋白質複合体)顆粒のひとつで、mRNAの分解や翻訳抑制を担う。P-bodyは定常状態の細胞にも存在しているが、ストレス刺激などの環境の変化でさらに形成が誘導される。そしてそこにはポリソームを離れたmRNAと翻訳不活化を担う蛋白質との複合体がリクルートされてくる。寄生虫感染の初期には、自然免疫応答として宿主のストレス応答関連蛋白質やサイトカインなどの翻訳調節が迅速かつ的確に行われていると考えられるが、その制御機構については不明な点が多い。これまでの研究で、偏性細胞内寄生原虫Trypanosoma cruzi (T. cruzi)のin vitro感染でP-bodyの形成が誘導されることを見出だした。また、P-bodyの必須構成蛋白質をノックダウンし、P-bodyの形成を阻害した細胞へのT. cruzi感染では、感染効率および細胞当たりの原虫(amastigote)数が顕著に増加することがわかった。このことから、感染によって形成誘導されるP-bodyが、T. cruziの侵入およびamastigoteの増殖を抑制する働きをもつことを明らかにした。この効果は、抗寄生虫応答に関わる宿主遺伝子がP-bodyで翻訳調節を受けることによるものであると考えられる。そこで現在、感染時に形成されるP-bodyで翻訳調節を受ける宿主mRNAを網羅的に同定し、その機能を解析することを目的とした実験を進めている。まず、T. cruziをヒト繊維肉腫HT1080細胞に感染させ、非感染および感染後24時間のcell lysateから、P-bodyの必須構成蛋白質であり翻訳抑制機能をもつことが知られているLsm14A蛋白質に対する抗体を用いて免疫沈降を行った。ウェスタンブロット法によりLsm14A蛋白質が効率よく沈降されていることを確認した。Lsm14AはSm様蛋白質ファミリーメンバーであり、U6 snRNAと結合することがすでに知られている。そこで、沈降前のcell lysate (input sample)と沈降後(IPed sample)のサンプルそれぞれから抽出したRNAよりcDNAを作製し、定量PCR法によりU6 snRNA量を調べた。その結果、input sampleと比較してIPed sampleのU6 RNA量が10倍であったことから、Lsm14Aと結合しているRNAを効率よく沈降できていると考えられた。次に、input sampleから精製したmRNAとIPed sampleから抽出したRNAから、次世代シーケンス解析用のcDNAライブラリを調整し、イルミナ社Nextseq 500を用いてシーケンシング解析を行った。その結果、感染細胞でinput sampleと比較してIPed sampleにより濃縮されてくる325個の遺伝子を同定した。そのうち、非感染細胞と比較して感染細胞で2倍以上IPed sampleに濃縮されてきたのは5個であった。このように、感染時特異的にLsm14Aにリクルートされてくる候補遺伝子の絞り込みができたことから、ここまでの研究はおおむね順調に進展していると考えられる。

そしてそこにはポリソームを離れたmRNAと翻訳不活化を担う蛋白質との複合体がリクルートされてくる。寄生虫感染の初期には、自然免疫応答として宿主のストレス応答関連蛋白質やサイトカインなどの翻訳調節が迅速かつ的確に行われていると考えられるが、その制御機構については不明な点が多い。これまでの研究で、偏性細胞内寄生原虫Trypanosoma cruzi (T.cruzi)のin vitro感染でP-bodyの形成が誘導されることを見出だした。また、感染によって形成誘導されるP-bodyが、T. cruziの侵入およびamastigoteの増殖を抑制する働きをもつことを明らかにした。この効果は、抗寄生虫応答に関わる宿主遺伝子がP-bodyで翻訳調節を受けることによるものであると考え、感染時に形成されるP-bodyにルクルートされてくる宿主mRNAの同定とその機能解析を目的とした実験を進めている。現在までに、P-bodyの必須構成蛋白質であるLsm14Aをターゲットとした免疫沈降を行い、沈降前のcell lysate (input sample)と沈降後(IPed sample)のそれぞれに含まれるmRNAからcDNAライブラリを作製した。非感染細胞と比較して感染細胞で2倍以上IPed sampleに濃縮されてくる遺伝子を次世代シーケンシングにより同定した。しかし、定量PCRによる比較では同定した遺伝子のLsm14Aへの結合量に非感染細胞と感染細胞で有意な差は見られなかった。平成28年度は感染細胞特異的にP-bodyに濃縮されてくるターゲット遺伝子を次世代シーケンシングにより同定し、ターゲット遺伝子のP-bodyとの共局在や、感染によるターゲット遺伝子の翻訳の経時的変化を調べていく予定であった。しかし、次世代シーケンシングでは非感染細胞と感染細胞でP-bodyへの取り込みに有意差が見られた候補遺伝子について、定量PCRでは有意差が認められず、ターゲット遺伝子の同定には未だ至っていないことから、研究は当初の計画より遅れていると考えられる。そこで本研究では、感染応答時のmRNPの役割について、宿主側のmRNA代謝に焦点を絞って解析するため、宿主翻訳システムを利用せずに増殖するという点でウイルスとは異なる寄生原虫Trypanosoma cruzi (T. cruzi)を用い、感染初期のP-bodyの変化を調べた。その結果、T. cruzi感染もP-bodyの形成を誘導した。また、P-body形成を阻害すると、感染効率および細胞当たりの原虫数が顕著に増加した。この効果は、抗寄生虫応答に関わる宿主遺伝子がP-bodyで翻訳調節を受けることによるものであると考えた。
半導コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの開発研究

情報通信技術の発達はさまざまな電磁波領域の開拓を必要としてきている。これは単に情報量の増大のみならず、さまざまな情報のやりとりを実現するために要請されてきている。本試験研究では、21世紀のテラビット級情報ネットワーク構築をめざした基礎技術として、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生のための半導体集積デバイスの開発研究を行い、テラヘルツもしくはフェムト秒テクノロジーという研究分野の実用化に寄与することをはかった。まず、絶縁性GaAs基板上にGaAsを低温成長しその表面および基板裏面に光導伝ダイポールアンテナを集積化し、フェムト秒レーザパルスを用いたポンププローブ法により、テラヘルツの発生と検出を行った。その結果感度を2.5倍向上させることができた。この結果は本素子の有効性を示すものである。さらに新しい原理のデバイスとして、半導体微小共振器と多重量子井戸を面型に組み合わせたしたコヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスを提案し素子設計を行った。また、これにもとづきMOCVD結晶成長により素子の試作を行った。その基礎実験を行った。本素子は、半導体量子井戸を有する微小共振器においてわれわれが1992年に世界に先駆けて見い出した励起子ポラリトン効果(量子井戸中の励起子と微小共振器中の光子のコヒーレント相互作用による真空ラビ振動)を利用したものである。フェムト秒分光システムによりポンプ・プローブ法により反射スペクトルを観測することにより、光を搬送波とする2テラヘルツ程度のテラヘルツ振動を観測することに成功した。本研究により、集積テラヘルツ電磁波発生システムの基礎付けが行われ、マイクロ波フォトニクスにおける新たな展開をもたらす可能性を示唆することができた。本試験研究では、21世紀のテラビット級情報ネットワーク構築のための基礎技術として、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生のための半導体集積デバイスの開発研究を行い、テラヘルツもしくはフェムト秒テクノロジーという研究分野の実用化に寄与することをはかる。今年度は、まず、二つの波長可変波長量子井戸半導体レーザおよび量子井戸導波路を集積化することにより、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作をすすめる。この集積デバイスにおいては、二つのレーザからの出力が導波路型方向性結合器により混合される。それが量子井戸導波路の通過の際、その2次の非線形効果のために二つのレーザの差周波Dfを有する電磁波として発生させることができる。さらにこれに周期構造を集積化することによりテラヘルツ電磁波としてとりだすことが可能となる。これにより、きわめてコンパクトなテラヘルツ発生光源を世界に先駆けて実現することができる。これまで、半絶縁性GaAs基板上にGaAsを低温成長しその表面および基板裏面に光導伝ダイポールアンテナを集積化し、フェムト秒レーザパルスを用いたポンププローブ法にyri、テラヘルツの発生と検出を行った。その結果感度が2。5倍向上した。また、(2)さらに従来にない全く新しい原理のデバイスとして、半導体微小共振器と多重量子井戸を面型に組み合わせたしたコヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作を行い、その基礎実験を行った。ここでは、半導体量子井戸を有する微小共振器においてわれわれが1992年に世界に先駆けて見い出した励起子ポラリトン効果(量子井戸中の励起子と微小共振器中の光子のコヒーレント相互作用による真空ラビ振動)を利用している。次年度はこれらの成果をふまえ、より効率の良いテラヘルツ電磁波発生システムの構築をはかる。

今年度は、まず、二つの波長可変波長量子井戸半導体レーザおよび量子井戸導波路を集積化することにより、コヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作をすすめる。こおの集積デバイスにおいては、二つのアレーザからの出力が導波路型方向性結合器により混合される。それが量子井戸導波路の通過の際、その2次の非線形効果のために二つのレーザの差周波Dfを有する電磁波として発生させることができる。さらにこれに周期構造を集積化することによりテラヘルツ電磁波としてとりだすことが可能となる。これにより、きわめてコンパクトなテラヘルツ発生光源を世界に先駆けて実現することができる。これまで、半絶縁性GaAs基板上にGaAsを低温成長しその表面および基板裏面に光導伝ダイポールアンテナを集積化し、フェムト秒レーザパスルを用いたポンププローブ法により、テラヘルツの発生と検出を行った。その結果感度が2。5倍向上した。また、さらに従来にない全く新しい原理のデバイスとして、半導体微小共振器と多重量子井戸を面型に組み合わせたしたコヒーレント・テラヘルツ電磁波発生用半導体集積デバイスの試作を行い、その基礎実験を行った。ここでは、半導体量子井戸を有する微小共振器においてわれわれが1992年に世界に先駆けて見い出して励起子ポラリトン効果(量子井戸中の励起子と微小共振器中の光子のコヒーレント相互作用による真空ラビ振動)を利用したものである。本研究により、集積テラヘルツ電磁波発生システム試作の基礎付けが行われた。
局在表面プラズモン共鳴励起による量子ドット光電変換素子の光応答広帯域化

半導体量子ドットを用いてプラズモニック光電変換デバイスを創製することは、光電変換能の更なる高効率化のためにも重要である。本研究では、強い局在プラズモンによってPbS量子ドットにかける多重励起子生成に加えて、強結合系の形成による吸光帯域の拡大によって高効率的な光電変換能を実現する系を構築する。また、構造が制御された金属ナノ構造によるプラズモンとバンドギャップエネルギーが制御されたPbS量子ドットの励起子の結合状態を評価し、電気化学電位により結合状態制御に関する知見を得る。まず初めに、バンドギャップエネルギーが金ナノ構造のプラズモンに合わせるPbS量子ドットを選択して電極を構築した。電子線リソグラフィ手法により、導電性基板に種々の形状や間隔を制御しながらLSPR共鳴エネルギーを有する金ナノボウタイ構造基板を作成することに成功した。この基板にスピンコーターでPbS量子ドットの担持量を制御しながら担持した。次に、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)とPbS量子ドット励起子間の強結合状態の形成について評価を行った。電気化学印加電位が制御された環境下にて、in-situ電気化学光学顕微散乱スペクトル測定を行ったところ、強結合を示唆すると考えられるピークの分裂が観測された。なお、印加電位が負電位側に制御すると、または量子ドットの担持量が増加すると、エネルギーの分裂する挙動が顕著に現れ、強結合の増強効果への寄与が示唆された。PbS量子ドットと、導電性基板に作製した種々の形状や間隔の金ナノボウタイ構造を励起・共鳴波長に基づき組み合わせ、系の光学特性はin-situ電気化学光学顕微散乱スペクトル計測を通じてハイブリッドエネルギー状態の形成が確認された。また、量子ドットの数、電場強度、偏光異方性、電極電位等の種々の条件を変化させることで強結合系の形成を制御し、量子ドットの励起子と金属ナノ構造のLSPRが効率的に相互作用する条件を探索した。シミュレーションによって量子ドット-金ナノボウタイ強結合系の結合強度定数を評価した。以上の結果については国内会議にて口頭発表済であり、投稿論文準備中である。強結合構造を酸化チタン上に導入した電極デバイスを構築し、局在電場によって多重励起子が効率的に励起されている系の光電流及び起電力の特徴を明確することを試みている。さらに結合性の向上のために種々の半導体の導入を検討した。多重励起子生成のできるPbS量子ドットに限らず、ZnS-AgInS2などの化合物半導体の量子化構造についても検討を行った。さらにスピンバレーロックという性質を持つ層状半導体MoS2量子構造を使ってプラズモンとの相合作用と光電変換率の向上化について検討している。それぞれの半導体のバンドギャップエネルギーに合わせるために、プラズモニック特性の制御された金属ナノダイマを導電性基板に角度分解ナノスフェアリソグラフィにより作成した。電気化学電位に依存した散乱スペクトル変化についても検証し、動作条件下において最も強い強結合状態となる要件を明確とした。今後における研究では、暗視野電気化学散乱スペクトルにより、構築された半導体量子化構造ー銀ナノダイマのシステムに、量子閉じ込め、プラズモン誘起エネルギー、電場強度、偏光異方性、電極電位等の種々の条件を変化させることで強結合系の形成を制御し、系の結合強度定数、振動子強度、モード体積等の性質を評価する。更に、高効率の光電変換デバイスの創出を目指す。具体的には、強結合系の形成した金属構造を電極として作製し、酸化チタンに基づく光電変換デバイスを構築し、単一な励起波長や電位、偏光異方性、光強度、溶液pH値等の種々の条件で系の光電流または水素発生量を測定する。プラズモン光電変換デバイスの利用波長域広帯域化を達成する。

また、量子ドットの数、電場強度、偏光異方性、電極電位等の種々の条件を変化させることで強結合系の形成を制御し、量子ドットの励起子と金属ナノ構造のLSPRが効率的に相互作用する条件を探索した。シミュレーションによって量子ドット-金ナノボウタイ強結合系の結合強度定数を評価した。以上の結果については国内会議にて口頭発表済であり、投稿論文準備中である。強結合構造を酸化チタン上に導入した電極デバイスを構築し、局在電場によって多重励起子が効率的に励起されている系の光電流及び起電力の特徴を明確することを試みている。さらに結合性の向上のために種々の半導体の導入を検討した。多重励起子生成のできるPbS量子ドットに限らず、ZnS-AgInS2などの化合物半導体の量子化構造についても検討を行った。さらにスピンバレーロックという性質を持つ層状半導体MoS2量子構造を使ってプラズモンとの相合作用と光電変換率の向上化について検討している。それぞれの半導体のバンドギャップエネルギーに合わせるために、プラズモニック特性の制御された金属ナノダイマを導電性基板に角度分解ナノスフェアリソグラフィにより作成した。電気化学電位に依存した散乱スペクトル変化についても検証し、動作条件下において最も強い強結合状態となる要件を明確とした。今後における研究では、暗視野電気化学散乱スペクトルにより、構築された半導体量子化構造ー銀ナノダイマのシステムに、量子閉じ込め、プラズモン誘起エネルギー、電場強度、偏光異方性、電極電位等の種々の条件を変化させることで強結合系の形成を制御し、系の結合強度定数、振動子強度、モード体積等の性質を評価する。更に、高効率の光電変換デバイスの創出を目指す。具体的には、強結合系の形成した金属構造を電極として作製し、酸化チタンに基づく光電変換デバイスを構築し、単一な励起波長や電位、偏光異方性、光強度、溶液pH値等の種々の条件で系の光電流または水素発生量を測定する。プラズモン光電変換デバイスの利用波長域広帯域化を達成する。今年度の本研究では、当研究室の研究が大きくなるために、試料作製に必要な消耗品が既に購入された原因で、翌年度分として請求した助成金と合わせた使用することになる。使用計画について、試料作製のために消耗品購入に使用する。消耗品は、金属材料、ガラス器具類、高純度ガスなどである。加えて、一部は学内共用施設である電子線微細加工装置の使用料に充当する予定である。
新規X線集光光学系による細胞内元素分布の高速・高感度イメージング

走査型X線顕微鏡の性能を向上させるために,2枚の楕円ミラーを並列に並べた新しい集光光学系を開発した.その性能を評価するために,SPring-8で11.5keVのX線をミラーに反射させその集光径を調べた.単枚のミラーを1次元集光させたところ,46nm(FWHM)が得られた.また,2枚のミラーで2次元集光させたところ,206nm(FWHM)を実現した.走査型X線顕微鏡の性能を向上させるために,2枚の楕円ミラーを並列に並べた新しい集光光学系を開発した.その性能を評価するために,SPring-8で11.5keVのX線をミラーに反射させその集光径を調べた.単枚のミラーを1次元集光させたところ,46nm(FWHM)が得られた.また,2枚のミラーで2次元集光させたところ,206nm(FWHM)を実現した.細胞内の金属タンパク質やイオンの分布を集光X線を用いて高分解能かつ高感度,ハイスループットに可視化するために,高密度集光X線ビームを形成可能なCorner Kirkpatrick-Baez(CKB)光学系の開発を行った.本年度は,CKB光学系に必要なエッジ部分(エッジから400μmまでが有効領域)に形状精度1nmレベルで作製されたミラー(以下,エッジミラー)の作製方法の確立を行った.エッジミラーを作製するにあたり,2枚のミラーを接合し同時に加工する研磨法の提案を行い,その実現可能性について検討した.この方法においては接合方法が最も重要な点であるが,いくつかの固定法を検討した結果,ステンレス材のジグを用い最適な力で固定するシンプルな方法が最も安定的に基板を固定できることがわかった.さらに,この状態から数値制御Elastic Emission Machining装置によって楕円形状を作製したところ,Peak-to-Valley 5nmの形状精度で楕円形状を作製することに成功した.この結果をさらに高度化することで,形状精度1nmレベルのエッジミラーを作製することは十分実現可能である.来年度には,実際の実験に使用するエッジミラーを試作し,また,光学系を高精度にアライメント可能なミラーマニピュレータの開発を行うことで,SPring-8の放射光を用いて硬X線の2次元集光を行う予定である.本研究では,並列型Kirkpatrick-Baezミラー光学系を開発し,高密度X線ナノビームを形成することを目指している.並列型Kirkpatrick-Baezミラー光学系は,従来型のKirkpatrick-Baezミラー光学系に比べ縮小倍率の観点から光子密度をおよそ2倍以上に向上させることが可能である.本年度は,エッジ部が高精度に楕円形状に加工されたエッジミラーを完成させ,SPring-8にて集光実験を行った.エッジミラーを形状誤差10nm以下の楕円となるように,EEM加工装置と差分製膜法によって形状修正した.また,2枚のミラーを高精度にアライメントするために専用のミラーマニピュレータを開発した.本ミラーマニピュレータでは,2枚のミラーの入射角を2枚の相対位置関係を崩さないように調整することができる.また,ミラー間の直角度を接近させた状態で調整できるように回転中心をエッジ部分に配置した.実験はSPring-8 BL29XUL第2実験ハッチで行った.X線エネルギーを11.5keVにセットし,作製したX線ミラーに反射させた.まず初めに,1次元の集光特性の評価を行った.エッジから100umの場所では,縦46nm,横58nmの集光径(FWHM)が得られた.この結果,2枚のエッジミラーは高精度に作製されていることを確認した.さらに,2枚のミラーに反射させ,2次元集光を行った.この結果,縦横とも約200nmの集光径(FWHM)が得られた.理想値よりも悪化した理由としては,アライメントエラーが考えられ,今後アライメントシステムを改良し,高精度アライメントが可能なシステムを開発することで,顕微鏡に応用可能な高密度X線ナノビームを形成可能であると結論付けた.
肝癌でのPI3Kシグナル伝達の解析とPR-39アナログによるPI3Kp85標的治療

PR-39は哺乳類の内因性抗菌物質で自然免疫担当分子であり,接着分子であるsyndecanの発現を誘導し,皮膚の創傷治癒を促進する作用もある.我々は,syndecanの発現が高転移性の肝癌において低下し(Matsumoto, Int J Cancer, 1997),syndecan-1遺伝子導入によって浸潤能が低下することを明らかにした.さらにsyndecan誘導因子PR-39遺伝子を導入する事により,肝癌細胞の浸潤能が低下することに加え,細胞形態とactin構造が変化することを明らかにした(Ohtake, Br J Cancer, 1999).さらに癌悪液質を起こす大腸癌細胞株colo26に対するPR-39の癌抑制効果をマウス皮下移植モデルで検討した.PR-39ペプチドの腹腔内投与マウスおよびPR-39トランスジェニックマウスへのcolo26の皮下移植,またはcolo26にPR-39遺伝子を導入したトランスフェクタントの皮下移植のいずれにおいて腫瘍の増殖抑制効果は認めなかった.しかし,PR-39トランスフェクタントの担癌マウスのみがコントロール群に比較して生存期間が延長した.以上よりPR-39遺伝子を癌細胞内に導入することによって癌悪液質を改善し,生存期間を延長させると考えられた.PR-39は哺乳類の内因性抗菌物質で自然免疫担当分子であり,接着分子であるsyndecanの発現を誘導し,皮膚の創傷治癒を促進する作用もある.我々は,syndecanの発現が高転移性の肝癌において低下し(Matsumoto, Int J Cancer, 1997),syndecan-1遺伝子導入によって浸潤能が低下することを明らかにした.さらにsyndecan誘導因子PR-39遺伝子を導入する事により,肝癌細胞の浸潤能が低下することに加え,細胞形態とactin構造が変化することを明らかにした(Ohtake, Br J Cancer, 1999).さらに癌悪液質を起こす大腸癌細胞株colo26に対するPR-39の癌抑制効果をマウス皮下移植モデルで検討した.PR-39ペプチドの腹腔内投与マウスおよびPR-39トランスジェニックマウスへのcolo26の皮下移植,またはcolo26にPR-39遺伝子を導入したトランスフェクタントの皮下移植のいずれにおいて腫瘍の増殖抑制効果は認めなかった.しかし,PR-39トランスフェクタントの担癌マウスのみがコントロール群に比較して生存期間が延長した.以上よりPR-39遺伝子を癌細胞内に導入することによって癌悪液質を改善し,生存期間を延長させると考えられた.PR-39はブタの小腸粘膜および白血球から精製されたprolineに富む内因性抗菌物質で,自然免疫機構を担う分子のひとつである.近年,この抗菌活性に加えて,proteoglycan型接着分子であるsyndecanの発現を誘導し,皮膚の創傷治癒を促進することがハーバード大学との共同研究で明らかとなった.(Gallo R.L.,Proc Natl AcadSci USA,1994)我々は,このsyndecan familyのひとつであるsyndecan-1の発現が高転移能を有する肝細胞癌において低下していることを報告した.(Matsumoto A.,Int J Cancer,1997)そして,肝癌細胞へsyndecan-1遺伝子を導入し,肝癌細胞の浸潤能が低下することを明らかとした.次に,我々は,syndecan-1の発現誘導因子であるPR-39遺伝子を導入する事により,肝癌細胞の浸潤能が低下することに加え,細胞形態とactin構造が変化することを明らかとした.(Ohtake T.,Br J Cancer,1999)活性型PR-39は5連続するproline-richモチーフPXXPPXXPを持ち,このproline-richモチーフはSrc homorogy 3(SH3)domainに結合する能力を持つ.実際にPR-39はp47phoxやp130casなどの細胞内シグナル分子のSH3 domainに結合し作用することが報告されている.PR-39遺伝子導入による細胞の変化は、PR-39が情報伝達経路に関与することにより起こると想定し,細胞内情報伝達経路の中心をなしその伝達経路が最も解明されているrasの活性型遺伝子導入による形質転換線維芽細胞(マウスNIH3T3)を用いてPR-39の作用機序について検討した.PR-39はras遺伝子による形質転換線維芽細胞においてactin構築を変化させ,細胞増殖を抑制すること,MAP kinase活性を低下させることを示した.そしてこれらはPR-39がPI3 kinase p85aに結合することによりPI3 kinase活性が低下して細胞内情報伝達経路が修飾されることによると考えられた.(Tanaka K.,Jpn J Cancer Res,2001)腹腔内投与したPR-39オリゴペプチドではヌードマウスの皮下に移植したras遺伝子による形質転換線維芽細胞の増殖抑制効果は認めなかった.現在,PR-39を皮膚上皮に強制発現させているトランスジェニックマウスを用いてras形質転換線維芽細胞の増殖抑制効果を検討中である.PR-39は哺乳類の内因性抗菌物質で自然免疫担当分子であり,接着分子であるsyndecanの発現を誘導し,皮膚の創傷治癒を促進する作用もある.我々は,syndecanの発現が高転移性の肝癌において低下し(Matsumoto, Int J Cancer, 1997), syndecan遺伝子導入によって浸潤能が低下することを明らかにした.さらにsyndecan誘導因子PR-39遺伝子を導入する事により,肝癌細胞の浸潤能が低下することに加え,細胞形態とactin構造が変化することを明らかにした(Ohtake, Br J Cancer, 1999).PR-39はproline-

richモチーフPXXPPXXPを持ち,これがSrc homorogy 3 (SH3) domainに結合する能力を持つ.実際にPR-39はp47phoxやp130casなどのシグナル分子のSH3 domainに結合する.PR-39遺伝子導入による細胞内情報伝達経路の変化を解明するために,活性型ras遺伝子導入による形質転換線維芽細胞を用いて検討した.PR-39遺伝子導入によってactin構築が変化し,細胞増殖が抑制され,MAP kinase活性が低下した.これはPR-39がPI3 kinase p85aに結合し,PI3 kinase活性が低下することによって起きたと考えられた(Tanaka, Jpn J Cancer Res, 2001).さらに癌悪液質を起こす大腸癌細胞株colo26にPR-39遺伝子導入すると担癌マウスの癌悪液質改善し生存期間を延長させた.しかし,PR-39ペプチドの腹腔内投与では効果は認めなかった.また,PR-39トランスジェニックマウスにおいても皮下移植のメラノーマ細胞株B16の増殖抑制効果を認めなかった.以上よりPR-39の癌抑制効果ためには,PR-39遺伝子を癌細胞内に遺伝子導入させる必要があると考えられた.
量子論における同時操作不可能性の数理的研究

研究の目的は量子論における同時操作不可能性の背後に存在する数学的構造を明らかにすること、また同時操作不可能性から帰結される種々の原理的限界を調べることであった。これに関連し2018年度は計1本の論文と1本のプレプリントの出版を行った。Journal of Mathematical Physics誌上で発表されたThe unavoidable information flow toenvironment in quantum measurements(量子測定における環境への不可避的な情報の流出)では以下の研究を行った。研究代表者はQualitative noise-disturbance relation for quantum measurements, T Heinosaari, T Miyadera, Physical Review A 88 (4), 042117 (2013)において、事後操作に基づいた順序を物理量空間とチャネル空間に導入し、それを用いることで情報攪乱定理の定量化によらない表現を見出している。そこで、最も大きな役割を果たしたのが、与えられた物理量と両立可能なチャネルの集合が一つの元から生成される主イデアルとしての構造を持つという事実であった。今回、この生成元のチャネルの構造を共著者のE.Haapasalo, T.Heinosaariとともに数学的に詳細に調べた。その結果、出力空間の次元の最小値は与えられた物理量(とある条件を満たす場合)における各成分の階数の和によって決まることが示された。これは、物理量がシャープでないときには、環境への情報の流れが不可避であることを示している。学内における役職等があり時間は取られたが、それでも研究は順調に進展していると考えている。また両立不可能性を一つの元に対してだけではなく、部分集合に適用することによって、数学的に面白い構造が現れることがわかってきた。統一的な数理構造は(あるレベルにおいて)量子チャネルを扱うことにより得られることがこれまでの研究で明らかになった。さらに、両立可能性の問題を部分集合について、より一般的に扱うことにより、ガロア接続と呼ばれる構造が現れることが明らかになってきている。さらにこの構造によって自然に導入される閉包(closure)は、両立可能性とは全く異なるシミュレーション可能性における文脈から導入される閉包と関係があることがわかってきている。今後の研究としては、このガロア接続の構造をさらに体系的に調べることが大きな課題となる。また、より定量的な研究課題としては、量子チャネルにおけるcompatibility witnessの研究を行いたいと考えている。これは、近年、物理量について導入された同時測定に関するウィットネスの研究の、自然な一般化となることが予想される。さらに、両立可能性の概念を状態依存性のあるものに拡張することや、一般確率論などの広い枠組みを取り扱うことにより、量子論そのものの特徴づけを探ることなども行いたい。また本研究課題の最終年度として、これまでの研究を包括するような論文を書くことも計画している。計画通り、同時操作不可能性の概念を広くコミュニティに訴える論文の執筆を行うことができた。また、reference frameの話題と関係がつくなど、予想外の展開もあった。これに関連し2016年度は計4本の論文の出版を行った。特に以下の3本の論文が本研究課題に密接に関連している。Foundations of Physics誌上で発表されたEnergy-time uncertainty relations in quantum measurements(「量子測定に関するエネルギー時間不確定性関係」)においては、量子測定過程について新たなエネルギーと測定時間の不確定性関係を発見した。この議論で鍵となるのは情報攪乱定理(同時操作不可能性)である。この結果は、前年度の研究成果であるreference frameの問題とも関係しており、量子と古典の境界(Heisenberg cut)の場所の違いとしてとらえることもできる。また、ここで得られた結果を用いて時空における不確定性関係の新たな導出にも成功した。そして、J. Phys. AにおけるIncompatibility of quantum channels(「量子チャネルにおける同時操作不可能性」)ではこれまで得られた同時操作不可能性の議論をまとめあげ、異なる操作を量子チャネルの枠組みでとらえて統一的な描像を与えることに成功した。学内において委員会活動があり時間は取られたが、それでも研究は順調に進展していると考えている。また当初予想していなかったいくつかの方向への展開が見られており、同時操作不可能性に軸足をおくことが、効率的な研究という観点からも良かったと思われる。これに関連し2017年度は計2本の論文の出版と2本のプレプリント投稿を行った。Foundations of Physics誌上で発表されたSymmetry, Reference Frames, and Relational Quantities in QuantumMechanics(量子力学における対称性、参照枠、そして相対的量)においては、この議論を更に精緻化し、質的な議論にとどまらずさまざまな量的な限界式を与えることに成功した。また、coherence(干渉性)の概念自体も相対化を進めた結果として、新しい概念であるmutual coherence(相互干渉性)の導入も行った。この量が、どのような場合に既存のcoherenceと一致するか(しないか)についての議論も行った。また、本論文上では、超選択則のもとでの測定過程に関する既存の議論の混乱を整理し、モデルを通じて正確な議論を行った。また当初予想していなかった量子