hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
北太平洋HNLC海域形成過程の解明

東カムチャツカ上流域および千島海峡部の栄養物質(鉄や栄養塩など)の観測を実施し、水塊の混合過程を踏まえて、西部北太平洋亜寒帯域の水塊の化学的特徴を決める要因を調べた。また西部北太平洋亜寒帯域の水塊の特徴とアラスカ湾で過去に得られたデータを比較した。その結果、西部亜寒帯域には、北方縁辺海の影響を受けて「鉄:硝酸塩比」の高い水塊が中層に存在しており、その水が表層に影響することで、植物プランクトン増殖や生物的二酸化炭素吸収量が高くなっていることが明らかになった。これらの結果は、数値モデルでも表現されており、西部亜寒帯域が鉄制限海域でありながら植物プランクトン増殖が大きい理由が明らかとなった。なぜ北太平洋亜寒帯域はHigh Nutrients Low Chlrorophyll(HNLC)海域になるのであろうか?これを理解することは北太平洋の物質循環を定量的に理解する為に重要な意味を持つが、様々な栄養物質の供給プロセスが見えてきた現在においても、HNLC海域の形成過程を定量的に説明するには至っていない。本研究では、北部北太平洋のHNLC海域形成過程を明らかにするために、2014年6ー7月にかけて、ロシア極東海洋気象学研究所所属研究調査船マルタノフスキー号を利用して、北太平洋の海洋循環と物質循環に多大な影響を与える東カムチャツカ海流上流域と千島海峡において観測を実施した。特にベーリング海からカムチャツカ海峡を通じて太平洋側に流出する水塊の物理的・化学的な特徴を捉えること、また、千島海峡付近においてオホーツク海から流出する水との混合に焦点を当てて、乱流計、LADCP、などを利用した物理観測および、光環境、植物プランクトン動態、栄養物質、溶存有機物などの生物地球化学的な観測を実施した。さらに、古海洋の情報として、太平洋深層水の形成の可能性を明らかにするためのピストンコアサンプリングも実施した。本観測航海はロシア極東海洋気象学研究所との共同研究として実施している。この観測航海では、鉄、クロロフィル、栄養塩濃度を測定するためのサンプルを採取し、研究室に持ち帰り、現在も継続して分析を実施している。今後、得られた鉄濃度や栄養塩のデータを解析することで、鉄:栄養塩比をコントロールする要因を探り、北太平洋亜寒帯域が栄養塩の残存するHNLC海域になるプロセスを明らかにしていく。本年度は、2014年度にロシア極東海洋気象学研究所との共同研究として実施した、北太平洋亜寒帯域およびカムチャツカ半島沖合域の研究観測航海のサンプル分析を進めた。また、カムチャツカ半島沖合の海域では、これまで情報の欠落していた植物プランクトンの制限要因を探るために鉄添加培養実験を実施した。また、供給される鉄の化学形態の情報を集めるためにコロイド態の鉄濃度の測定を実施した。さらに、この研究航海で得られた溶存鉄および栄養塩のサンプルの分析を進めた。2015年9月1日から5日にかけてカナダ海洋科学研究所を訪問し、これまで共同で蓄積してきた東部北太平洋亜寒帯域アラスカ湾の鉄のアーカイブ化を進め、北太平洋亜寒帯域全体を把握する溶存鉄データを集めた。上記で得られたデータセットを用いて、北太平洋の鉄と栄養塩の循環過程を定量的に表しHNLC海域の形成メカニズムを理解するための解析に着手した。具体的には、観測で得られた東カムチャツカ海流上流の「鉄:硝酸塩比」を用いて,この水塊が,高い「鉄:硝酸塩比」を持つオホーツク海の水塊とどのように混合して,西部北太平洋亜寒帯域の水塊の化学的性質を作り出しているのか、についてデータの解析と数値シミュレーションを用いた解析を進めている。計画通り、2014年に本研究の目指す北太平洋亜寒帯域の理解のカギとなるカムチャツカ半島東部海域での観測が実施でき、そのサンプルの分析や解析が順調に進んでいる。また2015年には、カナダ海洋科学研究所との北太平洋亜寒帯域の鉄データのアーカイブ化にも予定通り着手することができ、データの取りまとめを実施している。これまでの解析の結果からも、北太平洋亜寒帯域がHNLC海域になる理由を明らかにするための鉄:硝酸塩比の分布が明らかになりつつあり、最終年度で解析とモデルシミュレーションを進めることで、目標を達成できると考えている。「なぜ北太平洋亜寒帯域はHigh Nutrient Low Chlorophyll(HNLC:高栄養塩低クロロフィル)海域になるのか?」、本研究はこの疑問に対して定量的な説明が可能な「鉄と栄養塩の供給プロセス」を提示する事を目的として実施した。本研究では、これまで知見がないロシア領海内の「東カムチャツカ海流上部」、「千島海峡部」の栄養物質(鉄・栄養塩など)の観測を実施し、東カムチャツカ海流域の「溶存鉄:硝酸塩比」等の化学的性質と、千島海峡部での混合過程による水塊の化学的変質を明らかにした。得られたデータは、西部北太平洋亜寒帯域に、ベーリング海やオホーツク海など北方の縁辺海を起源とする「溶存鉄:硝酸塩比」の高い中層水が供給されていることを示していた。またアラスカ湾のデータアーカイブ化を行い西部海域と比較したところ、西部北太平洋に存在する「溶存鉄:硝酸塩比」の高い中層水の存在は、鉛直的な渦拡散で上部表層に供給する鉄分を増加させることで、アラスカ湾に比べて海洋表面の植物プランクトンによる栄養塩消費量や二酸化炭素吸収量を大きくしていることを示唆していた。

さらに、表層混合層内での鉄の除去率の評価や、供給された「溶存鉄:硝酸塩比」を表層の植物プランクトンが要求量と比べたところ、植物プランクトンは鉄制限となりHNLC海域となることが示された。本研究で提示したプロセスは、高解像度モデルによっても再現されている。これらの結果は、西部北太平洋亜寒帯域ではアラスカ湾に比べて大きな植物プランクトン増殖が起こるが、北太平洋亜寒帯域全体がHNLCになることを同時に説明している。東カムチャツカ上流域および千島海峡部の栄養物質(鉄や栄養塩など)の観測を実施し、水塊の混合過程を踏まえて、西部北太平洋亜寒帯域の水塊の化学的特徴を決める要因を調べた。また西部北太平洋亜寒帯域の水塊の特徴とアラスカ湾で過去に得られたデータを比較した。その結果、西部亜寒帯域には、北方縁辺海の影響を受けて「鉄:硝酸塩比」の高い水塊が中層に存在しており、その水が表層に影響することで、植物プランクトン増殖や生物的二酸化炭素吸収量が高くなっていることが明らかになった。これらの結果は、数値モデルでも表現されており、西部亜寒帯域が鉄制限海域でありながら植物プランクトン増殖が大きい理由が明らかとなった。2014年度は当初の予定どおり、ロシア極東海洋気象学研究所所属研究調査船マルタノフスキー号を利用した東カムチャツカ海流上流域と千島海峡における観測の実施に成功している。この航海の実現によって、本研究のカギとなるエリアのデータおよびサンプルを収集することが出来た。研究計画1年目に計画していた内容の達成は十分に成し得たと考えている。これまでに集めてきたサンプルの分析を進め、また蓄積してきたデータをもとに、オホーツク海、親潮域、西部北太平洋亜寒帯域、東部北太平洋アラスカ湾にかけて見られる表層直下の水塊の「溶存鉄:硝酸塩比」を解析し、西部北太平洋が鉄制限になるが生物生産を生むことが出来るほど良い程度の鉄供給(moderate Fe supply)がどのように決定されているのかを明らかにしていく。特に本研究の仮説として提示した、縁辺海の海峡部での混合の役割などに着目して解析を行う。また、対象海域を含んだ数値シミュレーションを実施し、北太平洋亜寒帯域で栄養塩が残存するHNLC海域の形成過程を明らかにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。化学海洋学今年度実施した観測航海では、鉄、クロロフィル、栄養塩濃度を測定するためのサンプルを採取し、研究室に持ち帰り、現在も継続して分析を実施している。今後、得られた鉄濃度や栄養塩のデータを解析することで、鉄:栄養塩比をコントロールする要因を探り、北太平洋亜寒帯域が栄養塩の残存するHNLC海域になるプロセスを明らかにしていく。また、また今後、アラスカ湾のデータをカナダ海洋科学研究所とアーカイブ化する予定である。得られたデータを、上記観測航海で得られたデータと比較することで、東部北太平洋と西部北太平洋を比較し、北太平洋亜寒帯域がHNLC海域になるプロセスを明らかにすることに繋げる。予定していたサンプルの分析の一部が終了できず、それに関わる消耗品・人件費などを基金として次年度に使用することとした。研究計画のうち、海水サンプル処理に関わる業務が分析機器修理等のために送れているため、科学研究費基盤B基金分の一部を平成27年度に繰り越す。次年度に繰り越したサンプルの分析に関わる消耗品・人件費として使用する。
高温高分解能電子顕微鏡法によるセラミックス電子材料の焼成過程の動的観察

セラミックス材料の熱処理過程に起こる化合,分解,焼結等の反応挙動の知見を得ることを目的に,昨年度に引き続き電子顕微鏡による高温その場観察を中心に研究を遂行した。本年度はこれまでに使用した透過型電子顕微鏡に加えて,走査型電子顕微鏡用高温その場観察装置を開発して研究に供した。直熱式試料加熱方式は温度安定性に優れているが、高温時に加熱用フィラメントから多量の熱電子が放出されるので,試料の二次電子放出量を画像化する走査型電子顕微鏡においては熱電子の妨害により高温観察に限界があった。静電ポテンシャル型フィルターによる熱電子・二次電子分離法を開発することによって,観察限界を200°C以上向上させることに成功し,1000°C以上で5nm程度の空間分解能を持つ高画質走査電子顕微鏡像を得ることができた。Ca欠損型ハイドロキシアパタイト(HAp)ウィスカーおよびβ-リン酸三カルシウム(β-TCP)の高温挙動を,電子線を照射しながら連続観察した結果,700°C750°Cにおいて,HApウィスカー上に明るいコントラストを持つ10nm以下のβ-TCPナノ微粒子が多数析出し,ウィスカーの変形が始まることがわかった。880°Cではウィスカーは熔解・揮発し,残滓として数10100nmに成長した析出物が観察された。電子線照射を行わずに加熱した場合ミクロンサイズのβ-TCPが生成することより,電子線照射を併用した熱処理過程による新奇な材料創製の可能性があることが見出された。さらに,HApがβ-TCPへの転化する温度直下で,未報告の高Ca組成相の生成を確認し,その構造・成因の検討をウィスカー状HAp結晶成長過程の解明とあわせて行った。以上の成果をまとめ,本年度3月開催の日本セラミックス協会学術講演会,および来年度開催予定の第15回国際電子顕微鏡学会議,日本電子顕微鏡学会学術講演会にそれぞれ3件の報文を投稿した。セラミックス材料の熱処理過程に起こる化合,分解,焼結等の反応挙動の知見を得ることを目的としてチタン酸バリウム合成過程の挙動を解明すべく電子顕微鏡による高温その場観察を行った.チタン酸バリウム合成の原料となる酸化チタンを加熱観察し,原料自体の熱挙動を検討した.アナターゼ型酸化チタン微粒子の昇温時変化は,大きく分けて3段階で進行することが明らかになった.最初に微小ステップの生成,晶癖の出現等の結晶表面領域の構造変化が400°C600°Cで起こる.加熱によって表面近傍の原子拡散が起こるがこの温度領域においてその総量は少なく,結晶表面の狭い領域にのみ形状変化として現れると考えられる.続く600°C700°Cの温度領域では,粒子間の粒界の移動による粒成長が進行する.合体する粒子間のネックを埋めるように原子が移動してブリッジが形成されるが,このブリッジへの原子移動は表面拡散および粒界拡散により行われると解釈される.電子線回折像による構造解析の結果から,アナターゼ型構造はこの温度域でルチル型構造へ相変態することが明らかとなり,この相転移が粒界移動を引き起こすものと推察される.更に明瞭な晶癖の出現および比較的大きなステップ形成もこの温度域でおこり,原子の表面拡散速度の増大による大幅な形状変化がこの段階で起こることが確認された.このことは酸化チタンを原料に用いるチタン酸バリウム合成において,この温度域が重要であることを示している.試料温度が800°Cを越えると,原子拡散がより活発になり,大量の原子拡散によって粒子表面に秒単位での急速なステップの成長が見られた.このようなステップの高速の出現・成長は動的高温その場観察によってのみ観察が可能である.セラミックス材料の熱処理過程に起こる化合,分解,焼結等の反応挙動の知見を得ることを目的に,昨年度に引き続き電子顕微鏡による高温その場観察を中心に研究を遂行した。

以上の成果をまとめ,本年度3月開催の日本セラミックス協会学術講演会,および来年度開催予定の第15回国際電子顕微鏡学会議,日本電子顕微鏡学会学術講演会にそれぞれ3件の報文を投稿した。
コロニー刺激因子の骨代謝調節機序に関する研究

G-CSFを過剰発現したトランスジェニックマウス(Gマウス)の筋膜下に,BMP-2(bone morphogenetic protein-2)を含有したコラーゲンペレットを移植し異所性骨化を誘導した.Gマウスの異所性骨化巣は,対照にくらべ明らかに小さく,Ca含有量も低かった.BMP-2によって誘導される,未分化間葉系細胞の量的な不足が原因と類推した.G-CSFの過剰発現により,骨髄中の間葉系細胞が減少していることも原因と類推した.2.G-CSF過剰発現による骨粗鬆症に対するVitamin-K製剤の効果Gマウスにvitamin-K製剤を経口投与し,骨量減少が防止できるかどうかを検討した.Vitamin-Kを投与されたGマウスは,投与されないマウスに比べ有意に骨量減少が防止された.小児の顆粒球症では長期のG-SCF投与が必要になる.それに伴い,骨量減少,病的骨折が発生することがある.vitamin-K製剤は骨量減少の防止に有効である可能性がある.3.Gマウス骨組織の細胞生物学的,分子生物学的解析Gマウスの骨髄細胞をex-vivoで培養し,骨量減少機序を解析した.Gマウスの骨髄では骨芽細胞前躯細胞数が減少していたが,破骨細胞の分化誘導能は亢進していた.また,破骨細胞の前駆細胞を含むとされる,CFU-GMが増加していた.一方,RANKLの発現はGマウスの骨芽細胞でむしろ減少していた.G-CSFを過剰発現したトランスジェニックマウス(Gマウス)の筋膜下に,BMP-2(bone morphogenetic protein-2)を含有したコラーゲンペレットを移植し異所性骨化を誘導した.Gマウスの異所性骨化巣は,対照にくらべ明らかに小さく,Ca含有量も低かった.BMP-2によって誘導される,未分化間葉系細胞の量的な不足が原因と類推した.G-CSFの過剰発現により,骨髄中の間葉系細胞が減少していることも原因と類推した.2.G-CSF過剰発現による骨粗鬆症に対するVitamin-K製剤の効果Gマウスにvitamin-K製剤を経口投与し,骨量減少が防止できるかどうかを検討した.Vitamin-Kを投与されたGマウスは,投与されないマウスに比べ有意に骨量減少が防止された.小児の顆粒球症では長期のG-SCF投与が必要になる.それに伴い,骨量減少,病的骨折が発生することがある.vitamin-K製剤は骨量減少の防止に有効である可能性がある.3.Gマウス骨組織の細胞生物学的,分子生物学的解析Gマウスの骨髄細胞をex-vivoで培養し,骨量減少機序を解析した.Gマウスの骨髄では骨芽細胞前躯細胞数が減少していたが,破骨細胞の分化誘導能は亢進していた.また,破骨細胞の前駆細胞を含むとされる,CFU-GMが増加していた.一方,RANKLの発現はGマウスの骨芽細胞でむしろ減少していた.研究者らは顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)の骨代謝に対する作用を検討するために、ヒト顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)cDNAをSV40プロモーター下に遺伝子導入したトランスジェニックマウス(G-マウス)の解析を行った。G-マウスはG-CSFを過剰発現しており、全身性の骨粗鬆症を発症することはすでに報告した。今年度の研究実績は以下のとおりである。大腿骨の骨量は加齢にともない両マウスで増加した。G-マウスの骨量はどの週齢においても対照より小さかった。2. rh BMP-2(5μg)を含有するcollagen pelletをG-マウスと対照マウスの広背筋筋膜下に移植した。3週後に移植したpelletを摘出し、両マウス間で比較した。G-マウス群より摘出したpelletは対照群に比べ柔らかく、小さかった。また、色調も白色であった。軟X線撮影を行ったところ、骨化陰影は明らかに小さかった。H-E染色像では、G-マウス群のペレットは骨皮質が薄く、内部の骨梁構造も未発達であった。偏光顕微鏡による観察では骨梁構造が断裂しており、骨の成熟化が遅延していることが示唆された。pelletのcalcium含有量はG-マウス群で有意に低下していた。1.G-CSFを過剰に発現したトランスジェニックマウス(Gマウス)では、in vivoでBMP-2によって誘導される異所性骨化が抑制される。今年度は、異所性骨化巣におけるI型コラーゲン、オステオポンチン、オステオカルシンの発現をmRNAと蛋白レベルで検索した。RT-PCRで検出される3つの蛋白のmRNAレベルはGマウスと対照の間には差はみられなかった。一方、オステオカルシンの免疫染色性がGマウス骨基質で有意に不良であった。Gマウスにおける骨化の以上には、オステオカルシンの骨芽細胞から骨基質への移行の障害が関与している可能性が示唆された。2.in vivoにおける骨髄細胞の骨芽細胞と破骨細胞への分化能をGマウスと対照マウスの間で比較した。大腿骨・脛骨より採取した骨髄細胞をアスコルビン酸とデキサメタゾン存在下に9日間培養した。Alp染色、TRAP染色を行い、骨芽細胞と破骨細胞を同定した。

Gマウスの骨髄細胞から形成される全コロニー数とAlp陽性コロニー数は、対照に比べ有意に少なかった。全コロニー数に対するAlp陽性コロニーの比も有意に小さかった。GマウスではTRAP陽性細胞数が有意に少なく、その形態は小さく核数も少なかった。Gマウスではin vitroにおける骨髄細胞の骨芽解剖と破骨細胞への分化能が抑制されていることが明らかになった。3.骨形態計測上のGマウスでは、osteoclast number,osteoclast surfaceのパラメーターが増加していた。これは上記2.の結果と相矛盾する。そこで、マウスの尿中デオキシピリジノリン値を測定し、Gマウスのin vivoでの骨吸収能を再検討した。尿中デオキシピリジノリン値はGマウスと対照間で差がみられなかった。Gマウスでは、破骨細胞数の増加があるにも関わらず、骨吸収の亢進が起こっていないことが明らかになった。顆粒球コロニー刺激因子G-CSFの骨代謝調節機序を解明することが,研究の目的である.ヒトG-CSFを過剰発現したトランスジェニックマウス(G-Tg)を作製し,その骨組織の検索を行った.昨年度までに明らかになったことは以下のとおりである.2)G-Tgの骨組織では破骨細胞数が増加し,その結果骨吸収が亢進している.3)G-TgではBMP-2によって誘導される異所性骨化が抑制される.今年度の研究実績は以下のとおりである.(1)G-Tgと対照マウスの骨髄細胞を培養し,骨芽細胞と破骨細胞への分化を誘導した.G-Tgの骨芽細胞前駆細胞数は対照マウスに比べ減少していた.一方,破骨細胞前駆細胞数はG-Tgで増加していた。(2)対照マウス頭蓋骨から採取した骨芽細胞様細胞とG-Tgの骨髄細胞を共存培養すると、対照マウスの骨髄細胞に比べ破骨細胞形成能が有意に高かった.G-Tgの頭蓋骨から採取した骨芽細胞様細胞と対照マウスの骨髄細胞を共存培養すると,対照マウス同士の共存培養に比べ破骨細胞形成能が高かった.2)骨髄中の造血系細胞の変化と骨量減少との関与につき卵巣摘除(OVX)マウスと比較して検討した。(1)対照マウスに卵巣摘除を行うと,G-Tgと同程度の骨量減少が観察された。G-Tgに卵巣摘除を行っても,それ以上の骨量減少は起こらなかった.(2)対照マウスに卵巣摘除を行うと,骨髄中のCFU-GMがshamマウスに比べ約2倍に増加した.この値はG-Tgの骨髄中のCFU-GMに相当した.(3)対照マウスに卵巣摘除を行うと,B220陽性細胞が増加した.G-Tgの骨髄ではB220陽性細胞数は低値であり,卵巣摘除を行っても陽性細胞数の増加はみられなかった.G-CSFは,骨髄細胞の破骨細胞への分化能を亢進させる可能性がある.その機序には,骨芽細胞の破骨細胞分化誘導能の亢進が関与していると考えられた.1.G-CSFトランスジェニックマウスにおける骨形成能の検討:G-CSFを過剰発現したトランスジェニックマウス(Gマウス)の筋膜下に,BMP-2(bone morphogenetic protein-2)を含有したコラーゲンペレットを移植し異所性骨化を誘導した.Gマウスの異所性骨化巣は,対照にくらべ明らかに小さく,Ca含有量も低かった.BMP-2によって誘導される,未分化間葉系細胞の量的な不足が原因と類推した.G-
網膜で行われる「動きの予測」機能を生み出す神経回路の解明

網膜は「運動検出の予測」という高次機能を行っていることが既に報告されている.しかしその高次機能を作り出す機序はまだわかっていない.そこで私はヒトの視覚心理学実験でよく用いられる錯視を光刺激として利用し,網膜神経節細胞からそれに対する電気応答を記録し,同時に得た形態情報を解析することで,網膜神経回路内のギャップ結合がこの高次機能に寄与していることを明らかにした.さらに,同機能を行う神経節細胞は1種類の細胞だけでなく,いくつかのサブタイプの細胞でも同様に行われていたことが示唆された.これは『1サブタイプ=1機能』と考えられていた従来の通説とは異なる結果であった.(研究背景)初期視覚情報処理過程の役割を担う網膜は,その情報をスパイク列として高次中枢へ送る.しかし,実際に高次中枢が,送られたスパイク列の何に注目して情報処理をしているのかということは明らかになっておらず,「発火頻度」か「発火タイミング」なのかという議論に留まっている.近年,網膜レベルで既に「運動検出の予測」が行われているという報告がされたが,この論文は情報抽出方法として発火頻度でデータを検討しており,発火タイミングについては検討されていなかった.同様に,高次中枢における「予測」に関する論文の多くが,発火頻度を比較するもので,発火タイミングを検討するものはほとんどなかった.さらに,運動検出の予測という現象が生じるメカニズムについてはほとんど検討されておらず,ただ現象論を示しているにすぎなかった.(研究目的)まず「運動検出の予測」が網膜レベルで実際に起こるのか否かをスパイク発火タイミングで再検討し,そのメカニズムを電気生理学的・形態学的に明らかにすることを目的とした.(方法)網膜神経節細胞にホールセルクランプ法を適用し,運動光刺激とフラッシュ光刺激のどちらが早くスパイク発火をするのかということを調べた.用いた刺激は,運動の予測現象を証明するために,「フラッシュラグ錯視」を用いた.(結果・考察)1.神経節細胞は運動光刺激の方がフラッシュ刺激よりも早いタイミングでスパイク発火をした.運動刺激に対して早く細胞が応答することを発火タイミングで示した.2.神経節細胞の受容野を考慮すると,先行論文のデータでは,予測現象を説明することが困難ということが考えられる.3.個々の神経節細胞の受容野を作り出す樹状突起の形態(大きさや張り方)が重要である.4.生理学的データと形態学的データの比較により,神経節細胞に興奮性入力を送る双極細胞のギャップ結合がこの現象を作り出していることが考えられる.本年度は,申請者が所属先の変更(東京大学→東邦大学)をしたために,まず研究設備整備から始まった.電気生理以外の実験環境整備は順調に進んだ.特に細胞内色素注入法を遂行するための設備が整い,同実験が進んだ.申請者は実験動物としてキンギョを用いている.これまで様々な動物種の網膜細胞に色素注入を行ってきた経験があったが,哺乳類と比較すると,キンギョは解剖を含めた実験の技術的困難さがあった.しかし本年度,細胞内色素注入を行うための解剖方法の改良に成功した.また,哺乳類とは異なる色素注入法が必要であることが明らかになった(論文準備中につき,解剖方法・色素注入法の改良点の詳細は省く).キンギョを含めた魚類の眼球内の硝子体液は非常に粘性がある.過去の網膜研究者による先行研究において,詳細な網膜細胞の形態学的データが無かったのはそのためだと推測される.解剖方法・色素注入法の改良により,精確な形態学的情報の収集が可能となり,現在詳細な神経節細胞の形態学的データの収集を行っている.さて本研究では,研究の際に新たに浮上した問題点に対する最後の詰めの生理学実験が遂行できなかった.本年度改良した新解剖方法を,今後の生理実験に積極的に生かす予定である.申請者のこれまでの電気生理学実験(ホールセルクランプ法)においても,実験の困難さの大部分は硝子体液の粘性にあったため,本解剖方法の改良は今後非常に有効であると考えられる.しかし生理学実験に生かすためには,まだいくつかの課題が残っているため,早急に試行錯誤を重ねる必要がある.3年間の研究期間全体を通じ,「運動検出の予測」現象の発見,そしてそのメカニズムの概略を捉えることに成功した.過去の先行研究で報告されていた網膜における高次視覚機能(運動検出の予測)は,そのデータ解釈方法に疑問点が残るものであったが,本研究により,それらの疑問点が解消されたと考えられる.網膜は「運動検出の予測」という高次機能を行っていることが既に報告されている.しかしその高次機能を作り出す機序はまだわかっていない.そこで私はヒトの視覚心理学実験でよく用いられる錯視を光刺激として利用し,網膜神経節細胞からそれに対する電気応答を記録し,同時に得た形態情報を解析することで,網膜神経回路内のギャップ結合がこの高次機能に寄与していることを明らかにした.さらに,同機能を行う神経節細胞は1種類の細胞だけでなく,いくつかのサブタイプの細胞でも同様に行われていたことが示唆された.これは『1サブタイプ=1機能』と考えられていた従来の通説とは異なる結果であった.(研究背景)先行研究では,マルチ電極を用いた神経節細胞の活動電位の記録から,高次中枢に到達する前の網膜の段階で既に「動き検出の予測」が行われていることが報告されている.この報告以降,視覚情報処理の初期過程における網膜が持つ機能の重要性が見直されてきている. (研究目的)先行研究ではいくつかの疑問点が残っている.

まず「神経節細胞がどのような受容野を構成しているのか」が明確でないということである.先行研究では,個々の神経節細胞の樹状突起が作り出す領域に関して詳細に調べていない.多様性のある神経節細胞は,網膜内での樹状突起の広がり方も様々であるため,それを意識した研究をする必要がある.次に,現象論としてこのような予測があるということが報告されているが,その機能を作り出すメカニズムがわかっていない.以上のことから,本研究では,多様性を持つ神経節細胞が持つ「動き検出の予測」がどのようなメカニズムで作り出されるのかを調べることを目的とした.(結果)「動き検出の予測」を確認するために,年度を通して単一の神経節細胞から活動電位を記録した.しかし,年度前半は先行研究で報告されていたような「動き検出の予測」を見せる細胞を得ることができなかった.そこで,電気応答記録後の細胞の形態を一つ一つ共焦点顕微鏡で確認してみると,樹状突起が作り出す領域は同心円状のものだけでなく,楕円形のものなどがあり,細胞ごとに様々な受容野を持つことが明らかになった.このことから各神経節細胞の受容野に最適な光刺激をする必要があることが示唆された.これをもとに次段階の実験で細胞の受容野を考慮して光刺激を呈示すると,単一神経節細胞レベルで「動き検出の予測」を確認することが出来た.(意義)本研究の成果は,視覚系だけでなく他の感覚器の持つ未知の可能性を広げる意味で重要なものとなると信じている.研究の大まかな流れはこれまでの電気生理学的・形態学的研究で明確になってきた.しかし,一つ問題が生じている.双極細胞のギャップ結合が要因だということがこれまでの申請者の実験結果から示唆されるため,ギャップ結合を阻害する薬剤を投与し,神経節細胞からスパイク記録をしている.しかしギャップ結合阻害剤を投与後数分で大きな振動現象を示し,とても不安定な状態が続く結果になっている.このことから神経節細胞からの安定したスパイク発火タイミングを検討することが困難となっている.この問題を早急に解決する必要がある.2つの問題が生じた.1つ目の問題は,単一神経節細胞での「動き検出の予測」の現象論を確認するのに時間がかかってしまったことである.次に技術的な問題である.研究当初,「動き検出の予測現象」を調べるために,細胞の活動電位から細胞外記録を行い,受容野を確認した後,電極を交換して,神経節細胞の受容野に入力する各種細胞の電流の特徴を調べようとしていた.しかし,電極の交換時に細胞を見失うことが重なり,データ取得が非常に困難であった.そこで,まず細胞の活動電位から受容野を確認することに焦点を絞った.既に1つ目の現象論を確認する問題はクリアした.しかし,神経節細胞に入力する細胞についての電気生理学的性質(電流)についてはH23年度には調べることができなかった.まずギャップ結合阻害剤を用いた研究を改良する必要がある.さらに,神経節細胞には複数サブタイプが存在することをH23年度の研究で示したが,実際にどのサブタイプの神経節細胞が「運動検出の予測」機能を持っているのかが明確になっていない.これらの問題をを早急に検討する必要がある.H24年度前半は,H23年度できなかったことをまず調べる.神経節細胞が「動き検出の予測」を行うときに,神経節細胞に入力する細胞がどのような挙動をしているのかを電気生理学的に調べる.
国際労働移動の政策的管理と外交過程－ベトナムと日本を事例とする実証研究

本研究は、国際労働移動を規律する近年の政策・法制度の展開と、その国際関係や外交への影響について考証を試みたものである。具体的には、現代のアジアにおいて、越境労働が活発化している日本(受入国)やベトナム(送出国)を対象とした。越境労働は国際労働市場における需給ギャップに応答して生じる現象として理解されがちであるが、本研究は、国際労働移動を既存の法制度に制約されるつつも、現象それ自体が政策立案への重要なインプットになっているという双方向性のなかで位置づけ、同時に、国家および非国家主体の利害調整の帰結として捉えている。2014年度は、研究実施計画にもとづき、「国際労働移動の政策的管理と外交過程」に関連した基礎的な資料の収集と読み込みを進めるとともに、現地のキーパーソンとの意見交換に努めた。具体的には、ベトナム国家大学ホーチミン市人文社会科学大学、ベトナム国家大学ハノイ市人文社会科学大学、ベトナム社会科学院南部社会科学院の研究者に接触し、ベトナムからの国際労働力移動の実態や政策の動向についての文献及びデータの所存を確かめた。ベトナム政府外務省等、本政策課題に深く関与する同国の公的機関にも連絡を取り、報告書等を入手した。また、関連する現地の新聞の記事や、人材派遣業務等への取材にもとづき、ベトナム人の海外就労に関連する事柄についてのアップデートをはかっている。上に述べたように、学術研究機関の有識者、政府関係者、メディア、民間企業等から当該テーマに関する情報を多角的に入手し吟味することで、状況の理解、精査に注力した。日本側では、資料の収集、関係者へのヒアリング、研究会の実施など、概ね予定通り進んでいる。なお2014年12月には、るタイ・バンコクにて開催された「移民とセキュリティ」をテーマとするシンポジウムに参加し、ベトナムを含むアジア全般の国際人口移動論・移民研究分野の専門家とのネットワーク構築を進めた。本科研テーマが中心的に取り組んでいる事例はベトナムと日本であるが、国際機関や周辺国との連携が、労働移動をめぐる政策過程や外交にどのような示唆を持つのか、様々な見解を得るに至った。これを理論面で捉え直すためには、政策・外交過程の検討とともに、ガバナンスやセキュリティといった観点からも「国際労働力移動」というイシューを検証していく必要があると感じている。2015年度は、研究実施計画にもとづき、「国際労働移動の政策的管理と外交過程」に関連した資料の収集と読み込みをさらに進めつつ、現地調査を実施した。調査先ホーチミンでは、リソースパーソンでもあるベトナム国家大学ホーチミン市人文社会科学大学および師範大学の研究者ら複数と意見交換を行い、研究成果についてのイメージを固め始めた。とくに今年度は、昨年度の政府機関に対するヒアリングから一歩踏み込んで、人材派遣業界の動態について詳細な現地調査を行った。その結果、ベトナムからの国際労働移動において相当の役割を果たしている同業界の現状を明らかにすることができた。ベトナムからの移住労働者をめぐる公的な政策は、かつてよりも説明責任が問われている現状がある。今後は、国際労働移動を律する公的枠組みと市場化の方向性を関連させて分析していく必要がある。なお2016年2月には筑波大学にて専門家によるクローズドの検討会を実施した。同検討会では、ベトナムから諸外国への労働者・技能実習生や留学生の移動、また、結婚移住者の移動のメカニズムについて理解を深めた。理論的かつ実証的な観点から、ベトナムを送出国とする国際労働移動の事例を位置づける示唆を得た。なお自らが共編者のひとりとして参加した『「グローバル人材」をめぐる政策と現実』を2015年5月に刊行し、そこに、本科研の成果の一部を反映させることができている。基本的な資料収集と文献調査については、予定通り進んでいる。ベトナムにおける関連法制度の昨今の同行、また、当時国の一端である日本の受入れに関する政策状況については、その政治的背景も含めて、おおよその整理がついている。また現地調査では、人材派遣業界を中心とする国際労働移動のメカニズムの一端を明らかにすることができた。本研究は、国際労働移動を規律する近年の政策・法制度の展開と、その国際関係への影響についての実証分析を目的とするものである。主たる事例は、現代のベトナムにおける自国労働者の送り出し政策と、そのベトナムからの受け入れが近年顕著に増加している日本である。海外からの労働者の受け入れは、受入国側の政府が専権的にその内容を決定できる政策事項と考えられてきた。しかし新世紀を迎え、ベトナムを含む送出国政府が、自国労働者のホスト国における受け入れ条件や法的地位という案件を国際交渉の場に持ち込んでいる。本研究は、こうした動向が生じた背景と作用を実証的に明らかにし、国際関係の新しい一側面として理解する試みである。本研究は、送出国側の動向への着目しつつ、受入国の状況やその送出国との関係性にも考察を加えている。受入国の状況については、最終年度の研究成果として、共著『人の国際移動と現代日本の法』(日本評論社)に論文を寄稿したほか、『大原社会問題研究所雑誌』(700号)に論文を掲載している。また、受入国と送出国の関係については、『日本政策金融公庫論集』(34号)に論文を掲載している。本研究の遂行の結果、ベトナムからの労働者の送り出しは、動態的なアジアの政治経済を理解するうえで不可欠な一側面であることが示された。本研究で扱うベトナムと日本は、必ずしも特異な事例ではなく、アジア地域に限っても複数の国家間関係のなかで観察されている。

こうした共時性ゆえに、本研究の成果は将来的に、国際比較を視野に入れた学術研究へと発展させうるものである。本研究は、国際労働移動を規律する近年の政策・法制度の展開と、その国際関係や外交への影響について考証を試みたものである。具体的には、現代のアジアにおいて、越境労働が活発化している日本(受入国)やベトナム(送出国)を対象とした。越境労働は国際労働市場における需給ギャップに応答して生じる現象として理解されがちであるが、本研究は、国際労働移動を既存の法制度に制約されるつつも、現象それ自体が政策立案への重要なインプットになっているという双方向性のなかで位置づけ、同時に、国家および非国家主体の利害調整の帰結として捉えている。基本的な資料収集と文献調査については、予定通り進めている。現地での予備調査については、先方と自身のスケジュール調整が難しく、実現に至らなかった。しかし現地コンタクト先との情報・意見交換を継続的に実施することができたことに加えて、2014年12月には当該テーマに深くかかわるシンポジウムが開催されたバンコクにおいて意見交換を行えた。また、翌年1月には、ベトナムからの海外就労に関わる専門民間機関の代表者が来日しており、東京都内において打ち合わせを実施することができた。ベトナム語のみで記載されいてる関連情報の訳出も順調に進んでいる。もう一方の当事国である日本側の状況についても、ヒアリングを中心に調査を進めている。本テーマは時事性が強く、政策動向も流動的であることから、引き続き現地や関係諸国における報道記事などを収集して情報の更新を続ける必要はある。例えば、当事国の一端である日本では、本研究に関係する法案が昨年から引き続き継続審議となっているものの、ベトナム政府はそれに先立って制度変更を進めており、今後とも注視したい。また、これまでの調査成果をもとに、学会報告および論文執筆について進めていきたい。政策研究、国際政治経済学本テーマは時事性が強く、政策動向も流動的であるため、基本的な資料収集/文献調査については引き続き進めていく。初年度に実施できなかった現地調査については、関係者とのメールでのやりとり、第三国で行われたシンポジウムでの意見交換、来日時の研究打ち合わせ等で一定程度埋め合わせることができたものの、現地調査による取材等は研究を進めるために不可欠である。したがって、2015年度は夏と冬の二度に分けて現地調査を実施し、早い段階で研究の枠組みを完成させたい。年度の後半には、学会報告と論文執筆の準備を進める予定である。2015年度末に実施したベトナム現地調査について、ホーチミン側では実施できたが、ベトナム政府の関係省庁とのスケジュールは先方の都合により調整ができず、ハノイでの調査をやむなく断念した。その際に準備していた旅費および現地でのアテンド通訳への謝金等により、未使用額が発生した。予定を立てていた年度末におけるベトナム現地調査について、学期中および入試業務期間を外して企画したが、先方(現地の関係省庁と大学研究者)とのスケジュール調整が、有効なかたちではかなわなかった。
第4世代移動通信システムにおける伝搬環境模擬実験

第4世代の移動通信に必要不可欠な大容量高速通信を実現するために、送信側・受信側にそれぞれ複数のアンテナが存在する(Multiple-Input Multiple-Output : MIMO)環境での検討が進められている。本研究では、このように複雑な伝搬環境をシミュレーションし、その環境下で最も効率良く通信を行うための信号処理法式を開発することが目的であった。本年度の研究では、MIMO環境に適した多重接続方式として、固有ビーム空間分割多重接続(Eigenbeam-Space Division Multiplexing : E-SDM)方式の提案を行った。この方式は、MIMO環境のチャネル情報をもとに送受信間で複数の固有ビームを形成し,それらに複数のストリームを対応させて通信を行うものである。固有ビームは直交しているため受信側で最大比合成を行うだけで干渉なく送信ストリームを取り出すことができる。ただし、その場合、送信側でMIMOチャネル情報を正確に知る必要があるが、実際のシステムではそれを完全に行うことが難しいため、チャネル情報の誤差の影響について考察し、また、一次外捜によってチャネル情報を推定した場合の特性についても調査した。E-SDMでは、各ストリームの品質に応じて送信信号の電力と送信ビット数を調節して通信容量を最適化する。この手法は単純に各送信アンテナから異なるストリームを送信するSDM方式にも適用できるため、受信側でBLASTを用いる重みつきBLAST (w-BLAST)の特性と比較した。最後に、第4世代移動通信で用いられると予測されているパケット通信を、想定し、E-SDMとw-BLASTのスループット特性をシミュレーションし、特性を評価した。SDMA(空間分割多重接続)方式を利用したシステムにおいて,送・受信側それぞれに複数のアンテナが存在する場合(一般に,MIMO:Multi-Input Multi-Output系と呼ばれている)は,大容量通信が可能となる代わりに,他ユーザの干渉を除去する必要がある.本研究では,上述の複雑な伝搬環境下で動作し,最も効率良く希望信号を取り出すことのできる通信法式の開発を目的としている.本年度には,1.効率よく送受信できる新しい通信方式の開発,及び計算機シミュレーションによる特性評価2.DSP等を用いたSDMAシステムにおけるアダプティブアレー信号処理実験系の構築について検討を進めた.まず,2ユーザが同一チャネル内に収容されている場合のSDMA/MIMOチャネルにおいて,希望ユーザへの信号電力が最大となるビーム形成法および他ユーザへ干渉を与えないヌル形成法について検討した.しかしながら,ビーム形成法では他ユーザからの干渉信号のため,ヌル形成法ではアレーの自由度不足のため,良好な結果は得られないことがわかった.そこで,上記2方式を改良した不完全ヌル形成法を提案し,計算機シミュレーションを行って特性を評価した.更に,基地局で各端末の受信アンテナから1素子を選択し,その選択した素子にのみヌルを向ける受信アンテナ選択法を提案した.現在のところ,提案方式のうち,受信アンテナ選択法により最も優れた特性が得られている.上記の結果は,すでに学会で発表もしくは3月に発表予定である.また,DSPを用いた実験系については,QPSK信号に対するベースバンド受信系の構築が完了している.第4世代の移動通信に必要不可欠な大容量高速通信を実現するために、送信側・受信側にそれぞれ複数のアンテナが存在する(Multiple-Input Multiple-Output : MIMO)環境での検討が進められている。
ゲノムビックデータ解析のための高速データマイニングシステムの開発

ゲノムビックデータからの効率的な知識発見に向け、より高速化した解析手法の開発が求められている。一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)の可視化や分離能などの特長は損なわず、爆発的な増加に対応できる新手法として、自己圧縮型BLSOMを開発した。本手法を中心に、メタゲノム配列に対する生物系統推定法、ならびに、機能未知タンパク質アミノ酸配列に対する機能推定システムに適応し、超大量データからの効率的なデータマイニングシステムの確立を行った。連続塩基組成や連続アミノ酸組成を基にした一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を開発し、大規模ゲノム配列データからの効率的な知識発見を可能とし、論文発表してきた。しかし、現在のゲノムビックデータに対応するためには、より高速化した解析手法の開発が求められている。BLSOMの可視化や分離能などの特長は損なわず、爆発的なゲノム配列データの増加に対応できる新規解析手法として、自己圧縮型BLSOM (Self-Compress BLSOM , SC-BLSOM)を開発した。本手法は、入力データの分類情報に基づき、BLSOMを階層的に構築する。はじめに入力データをデータの分類によって分割し、それぞれ1階層目のBLSOMで特徴抽出しデータ数を減らす。そして1階層目のBLSOMで得られた特徴データを元に2階層目のBLSOMを行う。我々は、原核生物完全長ゲノムを用いてSC-BLSOMとBLSOMの比較した結果、SC-BLSOMは大幅に計算時間を短縮することができ、クラスタリング能力もBLSOMより強力であった。本開発手法を用いた比較ゲノム解析に関する論文を作成し、現在、国際誌に投稿中である。SC-BLSOMは大量のゲノム配列データから効率よく知識を得るためのよりふさわしい手法であると言える。今後、開発した解析手法を、これまでBLSOMで開発してきたメタゲノム配列に対する生物系統推定システム、ならびに、機能未知タンパク質アミノ酸配列に対する機能推定システムに適応し、超大量ゲノム配列データからの効率的なデータマイニングシステムとしての確立を目指す。連続塩基組成や連続アミノ酸組成を基にした一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を開発し,大規模ゲノム配列データからの効率的な知識発見を可能とし,論文発表してきた.しかし,現在のゲノムビックデータに対応するためには,より高速化した解析手法の開発が求められている.BLSOMの可視化や分離能などの特長は損なわず,爆発的なゲノム配列データの増加に対応できる新規解析手法として,自己圧縮型BLSOM (Self-Compress BLSOM , SC-BLSOM)を開発した.今年度は,開発したSC-BLSOMを用いて,連続塩基組成に基づくメタゲノム配列に対する生物系統推定法への適応のための条件検討を行い,SC-BLSOMは計算時間の大幅な短縮が可能であり,BLSOMでは困難であった断片化サイズや計算時間の問題も解消しつつ,従来とほぼ同等の分離能と精度が得られたことから,より大規模な生物系統推定システムとして適応可能なことが判った.さらに,アミノ酸配列中の連続アミノ酸に着目したタンパク質機能推定法の開発として,連続アミノ酸組成の距離関係のみを利用することで機能推定可能な手法の開発も行った.今後,これまで開発してきた解析手法を基にした,メタゲノム配列に対する生物系統推定システム,ならびに,機能未知タンパク質アミノ酸配列に対する機能推定システムへの適応に向けた更なる改良とソフトウェア開発を行い,超大量ゲノム配列データからの効率的なデータマイニングシステムとしての確立を目指す.今年度は,BLSOMの特長を損なわずに,計算時間の短縮化を目指した新規解析手法として,開発した自己圧縮型BLSOM(SC-BLSOM)を用いて,連続塩基組成に基づくメタゲノム配列に対する生物系統推定法への適応のための条件検討を行った.従来のBLSOMでは,断片化サイズ5kbに断片化したゲノム配列を対象にしていたが,近年産出されるメタゲノム配列は,5kb以下の配列も多く,より短く断片化した配列を基にした生物系統推定法が必要であったが,分離能と計算時間の問題もあり,実現が難しかった.しかし,SC-BLSOMは計算時間の大幅な短縮が可能であり,BLSOMでは困難であった問題も解消しつつ,より大規模な生物系統推定システムの開発が可能である.はじめに,参照用のマップの検証として,断片化サイズを含めたSC-BLSOMに適した解析条件の検証を行い,小さい断片化サイズでもBLSOMとほぼ同等以上の精度を得ることができた.また,メタゲノム配列に対する推定アルゴリズムの検証として,SC-BLSOMは各階層でのリファレンスベクトルを次の階層での入力データとしているため,各階層間で関係性が保持されており,最上位層でのマッピングのみで最下層までの分類結果を一括して取得する方法を検証し,従来法よりもより高速化できた.また,アミノ酸配列中の連続アミノ酸に着目したタンパク質機能推定法として,連続アミノ酸組成の距離関係のみを利用することで機能推定可能な手法の開発も試みた.機能既知タンパク質の大半の配列で相同性検索と同じ結果が得られ,相同性検索や機能モチーフ検索を補完する適用範囲の広いタンパク質機能推定法といえる.連続塩基や連続アミノ酸組成に着目した本手法は,相同性検索とは全く異なった原理に基づく超大規模データ解析技術としてより効率的な知識発見が可能である.連続塩基組成や連続アミノ酸組成を基にした一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)を開発し,大規模ゲノム配列データからの効率的な知識発見を可能とし,論文発表してきた.しかし,現在のゲノムビックデータに対応するためには,より高速化した解析手法の開発が求められている.

BLSOMの可視化や分離能などの特長は損なわず,爆発的なゲノム配列データの増加に対応できる新規解析手法として,自己圧縮型BLSOM (Self-Compress BLSOM , SC-BLSOM)を開発した.本研究課題では,開発したSC-BLSOMを用いて,メタゲノム配列に対する生物系統推定システムの構築を行った.生物系統推定には,全既知生物を対象にしたBLSOMマップが必要だが,本開発手法を用いることでより短い断片化サイズでより高速に作成可能であった.さらに,我々が発表してきた従来手法とほぼ同程度の推定精度を得ることができた.また,アミノ酸配列中の連続アミノ酸に着目し,連続アミノ酸組成の距離関係のみを利用したタンパク質機能推定手法の開発も行った.データベースに使用していない機能既知配列をテストデータとしたところ,98%のタンパク質が相同性検索と同じ結果が得られた.データベース更新に時間がかかることもなく,増加を続けるタンパク質にも容易に対応でき,相同性検索や機能モチーフ検索を補完する適用範囲の広いタンパク質の機能推定法といえる.蓄積を続けるゲノム情報に対し,メタゲノム配列に対する生物系統推定システム,ならびに,機能未知タンパク質アミノ酸配列に対する機能推定システムなどの超大量ゲノム配列データからの効率的なデータマイニング手法を構築することで,より付加価値の高い情報を付与した知識発見が可能となりえる.ゲノムビックデータからの効率的な知識発見に向け、より高速化した解析手法の開発が求められている。一括学習型自己組織化マップ(BLSOM)の可視化や分離能などの特長は損なわず、爆発的な増加に対応できる新手法として、自己圧縮型BLSOMを開発した。本手法を中心に、メタゲノム配列に対する生物系統推定法、ならびに、機能未知タンパク質アミノ酸配列に対する機能推定システムに適応し、超大量データからの効率的なデータマイニングシステムの確立を行った。今年度は、BLSOMの特長を損なわずに、計算時間の短縮化を目指した新規解析手法として、自己圧縮型BLSOM(SC-BLSOM)を開発した。BLSOMは、対象となる入力データの特徴を2次元格子点のマップ上に配置した入力データと同じ形式を持つリファレンスベクトルに反映させてクラスタリングを行う。大規模データを対象とした場合、リファレンスベクトル数は入力データ数の数分の1に設定するのが通常であり、入力データの特徴をリファレンスベクトルに要約、もしくは、圧縮していると言える。この特長を活かし、はじめに入力データを分割し、分割したデータごとにBLSOMを行ない(1階層目)、1階層目で得られた入力データの特徴が反映されたリファレンスベクトルを入力データとして利用したBLSOMを行う(2階層目)。階層構造を持つ複数のBLSOMを行うことで、元のデータの特徴を保持したまま、少ないデータ数でのBLSOMが可能になる。今年度は、超大量データに適した入力データの分割方法や各階層でのリファレンスベクトル数(圧縮率)の設定など、本開発手法に最適な解析条件の検討を行った。その結果、従来のBLSOMと同等の分解能で、計算時間は1/40と、大幅な計算時間の短縮に成功した。
イオン価数弁別可能な超高速超伝導ナノストリップライン分子検出器の開発

質量分析は生体分子などの質量を測定できる分析装置であるが、測定可能な分子量は検出器で制限されている。超伝導検出器は分子量に依存しない検出感度を有しているが、中でも超伝導ストリップ粒子検出器(SSPD)は、質量分析装置におけるイオンビーム同等径の検出器サイズとナノ秒の高速応答を両立できる検出器である。本研究では、2ミリ角サイズかつナノ秒応答を持つSSPDにおいて、検出感度100%を世界で初めて実現した。本研究成果により、超伝導ストリップ線に印加するバイアス電流の大きさを調整することによってイオン価数の識別が可能になった。未知混合試料の質量分析やアトムプローブなどの分析装置への応用が期待できる。従来の質量分析法で測定可能な物理量は、測定対象となる分子の質量電荷比(m/z)であり、単量体の1価イオンと二量体の2価イオンを区別することができない。開発中のパラレル型超伝導ストリップイオン検出器(Superconducting Strip Ion Detector: SSID)は、1.2 nsという高速応答性を示しながら、1価のイオンと2価のイオンに対して異なる波高値を出力するという革新的な実験結果を、本研究課題の昨年度の研究実績として得ている。これらの波高値の違いの物理的起源を明らかにするためには、パラレル型SSID特有のブロードな波高値分布を修正する必要がある。最近の研究により、このブロードな波高値分布は、検出器内における超伝導電流の再分配が原因であることが分かっているが、パラレルに接続された各ストリップラインにバイアス抵抗を接続することで、ブロードな波高値分布を修正することができる。本年度は、バイアス抵抗を有するパラレル型SSIDを実現するために、様々なアプローチを試みた。結論として、ストリップラインを加工するという手法や、ストリップライン上に常伝導金属(Au)を製膜する方法では、検出器チップの温度上昇や超伝導特性の劣化を招く結果となった。一方、各ストリップラインと検出器ホルダをボンディングワイヤで接続することにより、検出器チップへの熱流入を数十uW程度に抑制し、ボンディングワイヤをバイアス抵抗として機能させることが可能であることが分かった。今後、バイアス抵抗を有するパラレル型SSIDを用いてシャープな波高値分布を確認し、イオン価数による出力波高値の違いの起源を明らかにする。飛行時間型質量分析法(Time-Of-Flight Mass Spectrometry; TOF MS)は、低分子から高分子に至る広い質量範囲を、質量ごとのスキャンを必要とせずに一度に計測することのできる優れた質量分析法である。しかしながら、高分子側の検出感度が、従来から用いられているマイクロチャンネルプレート(Microchannel Plate; MCP)検出器によって制限されてきた。一方、超伝導検出器は、分子が検出器表面に衝突した際に励起される格子振動(最大でも数十meV)を検出原理とするため、分子が数十keV以上のエネルギーを持って飛行するTOF MSにおいては、分子量に制限されない100%の検出感度を実現することができる。さらに、従来のTOF MSでは、分子の質量電荷比(m/z)が得られるのみであり、例えば1量体の1価イオン(質量m,価数z=1)と2量体の2価イオン(質量2m,価数z=2)を区別することは不可能であった。イオン価数弁別を可能にする超高速応答の超伝導ストリップイオン検出器が実現されれば、生体内で重要な機能を持っているタンパク質複合体やアミロイド病の原因とされている凝集体の分析を、従来の高い質量精度を保ったまま分析することができるようになり、学際的・社会的インパクトは大きい。当該年度は、熱伝導シミュレーションの準備期間を利用して、新たに設計した2mm角の超伝導ストリップ検出器を作製し、分解酵素であるリゾチームの飛行時間と出力波高値の同時計測を行った。検出器は1.2nsという高速応答性を示し、また、リゾチームの1価イオンと2価イオンの波高値が分離されるという初歩的な結果が得られた。今後、価数分離のメカニズムを明らかにする必要があるが、本研究で得られた成果は非常に重要である。質量分析装置は、原子やタンパク質などの生体分子をイオン化した後、高電圧パルスを印加して飛行させ、検出器に到達するまでの飛行時間を測定することにより原子・分子イオンの質量電荷比(m/z)を得ることができる分析装置である。しかしながら、原子・分子をイオン化する際にイオンの価数(z)を制御することは不可能であり、質量(m)を一意に決定することはできない。超伝導ストリップ検出器は、超伝導ストリップ線から構成される検出器であり、超伝導ストリップ線に印加するバイアス電流の大きさを調整することによってイオン価数の識別が可能である。一方、質量分析装置では、イオンビーム径同等のサイズ、かつナノ秒の高速応答を示す検出器が必要とされており、超伝導ストリップ線を並列に接続した並列型超伝導ストリップ検出器によって実現される。