hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高輝度 LHC 実験に向けたミュー粒子トリガーの高度化

Associative Memory (AM)によるパターン認識を用いたオンラインミューオン飛跡再構成手法の開発としてAM ASICに記録可能なパターン数容量、レイテンシーに着目をした研究を行いハードウェアへの実装に向けた具体的なシステムデザインの最適化の研究を行った。複数の検出器層の情報を用いた運動量の概算手法と、AMシミュレーションを組み合わせ、オンライン運動量分解能の観点からAMを用いたオンラインミューオン再構成の性能が評価可能および設計の最適化が可能となった。システムの最適化研究として、特にAM ASICに搭載される機能の一つである"Don't Care Bit機能" (ドリフト半径表現のLSBを無視する機能でヒットのマッチングを行う際の精度をレイヤー毎、パターン毎に柔軟に調整できる機能)を利用し、ドリフト半径表現を高精度(1mm)に保ちつつ、ハードウェアの容量制限を満たすパターンリストが、全検出器領域で作成可能であることを示した。また本最適化の研究により、期待以上のパターン認識の性能が達成され、アルゴリズム全体像の大幅な改善が可能となった。アルゴリズムチェーンの最適化研究結果として、パターン認識部の後段に実装予定であった最小二乗法によるフィッティング部を省略しても十分な運動量分解能が達成されることが明らかとなり、より短いレイテンシーでの再構成が可能な設計となった。並行してエレクトロニクスの制御部の開発として、System-on-a-Chip (SoC)とよばれるFPGAとLinuxを搭載したCPUのハイブリッドなデバイスを用いた制御システム開発の基礎開発研究を推進した。Xilinx社製のZynq chipを用いた組み込みLinux開発により、FPGAプログラミングを制御する機能の実装に成功した。AMパターン認識の出力情報である各々の検出層の情報をもとに、複数の検出層での相関を指標とし、磁場中での曲率の情報を引き出し運動量を算出する計算部分のシミュレーションを開発した。これによりオンライン運動量分解能を指標とした、性能評価研究およびシステムの最適化研究が可能となった。この点は予定通りの進展である。またパターンリストの最適化を行いAssociative Memoryの容量で収まる範囲内で、パターンリストが準備可能であることを示した。さらにパフォーマンス(運動量分解能)と必要パターン数を指標にしたシステムの最適化の研究により、特にAM ASICの機能である"Don't care bit"を用いたパターンリストの最適化によって、当初の予定を上回る性能をパターン認識において達成することが可能となって、従来予定をしていた最小二乗法によるフィット機能を搭載せずとも十分な性能が達成できることを証明したことは期待以上の成果であったと言える。これにより、シンプルなアルゴリズムでのオンライン再構成が可能となり、レイテンシーの観点でも最適なアルゴリズムに改善をすることができた。この修正によりアルゴリズムがFPGAの計算機能を用いず、ほぼAM ASICのみで実現されることになった。これに関連してFPGA Firmwareの実装が主目的であったデモンストレーション研究の優先度を下げたため、この点については予定した進捗はみらていない。代わりにSystem-on-a-chipデバイスを用いたスローコントロール系の実装研究の優先度をあげて取り組み、本年度の研究において基本開発環境の確立を行い、さらにFPGAのProgramming等、最終システムに実装予定の機能のデモンストレーションを達成した。この点は予定以上の進捗であったと言える。本年度の研究によってAssociative Memoryを用いたLHC-ATLAS実験オンラインミュー粒子飛跡検出システムの基礎デザインが完成した。特に、Associative Memoryを用いてメモリの容量の範囲内で、高輝度衝突環境において必要な性能を持ちつつ、レイテンシーを最短に抑えた基礎デザインが完成した。これを元に、システムの性能評価研究を進め、(1)低い運動量での再構成性能の理解(2)多様なミュー粒子に対する性能の理解(3)ミュー粒子検出器のアライメントの効果等、実機検出器を用いた際の性能の理解を進める。現在ベンチマークモデルとして、モンテカルロシミュレーションを用いたZボソンの崩壊終状態のミュー粒子を用いているが、それに加えて、J/Psi粒子生成反応のモンテカルロサンプルや、パンチスルーミュー粒子等のバックグラウンドを含む実データを用いた解析を推進し、(1)と(2)の理解を進める。また実テデータでの性能と、モンテカルロデータでの性能の比較により(3)の理解を進め、実機での運用に備えた経験を得る。これらの知識はオペレーションにおける必要な手続きを定める上で重要となる。また近年の研究により、System-on-a-Chip (SoC)デバイスを用いた電気回路制御系の開発の必要が、高輝度LHC実験に向けて増してきている。これはミュー粒子トリガーに対しても同様であり、本研究でも、特に高エネルギー実験での使用に焦点を定めた利用法を理解し、及び開発手続きを確立する。高輝度LHC実験におけるSoCデバイスを用いたシステムの設計や、デモンストレーションをすすめる。本課題初年度である平成29年はAssociative Memoryアプローチによる高速ミュー粒子飛跡検出装置の実現可能性について、定量的な理解を得ることに焦点を当てて取り組んだ。最初に、Associative Memoryによるパターン認識アルゴリズムと、FPGA上に実装されたロジックによる解析的なフィット手法を用いる、高速ミュー粒子飛跡検出ハードウェアシステムの概念設計(ブロックダイアグラム、及びそれぞれのブロックの動作と入出力の定義)を完成させた。その概念設計に基づき、Associative Memory部を含む一連の高速ミュー粒子飛跡検出論理回路の動作を、物理解析用のMonte Carloシミューレションサンプルを用いてエミュレートするためのシミュレーションシステムを開発した。

開発したシミュレーターを用いた性能評価研究により、Associative Memory Chipが保有するメモリ容量(おおよそ4k pattern / chip)や、商用のFPGAで利用可能なDigital Signal Processor (2760 DSP slices / KU060 )に対して、十分現実的な範囲で実装が可能であることを明らかにし、これらの研究をまとめて技術設計書(TDR)を執筆した。今後、パターン学習やフィット部の設計の最適化を進め、最終デザインとして必要なメモリリソース量を明らかにし、デザイン研究を完成させる。またデモンストレーションための準備研究としてファームウェアの実装研究も開始した。初年度である今年は、スローコントロールをするファームウェアを開発した。これらの研究を国際共同研究として進めている。ベースラインとなる概念設計を定め、それに基づいてシミュレーションソフトウェアを開発し、高速ミュー粒子飛跡検出がAssociative Memoryを用いて実装可能であることを、定量的に示せたことは当初の目標通りであると言える。また技術設計書の執筆も完了した。これらが初年度の最大のマイルストーンでありこれを予定達成したため、おおむね順調に進展していると判断をした。デモンストレーション研究についても、様々な可能性を考え、Xilinx評価ボードとAM06という現在利用可能なチップを用いたデモシステムの準備を進めた。こちらも概ね当初の予定通り、進行中である。Associative Memory (AM)によるパターン認識を用いたオンラインミューオン飛跡再構成手法の開発としてAM ASICに記録可能なパターン数容量、レイテンシーに着目をした研究を行いハードウェアへの実装に向けた具体的なシステムデザインの最適化の研究を行った。複数の検出器層の情報を用いた運動量の概算手法と、AMシミュレーションを組み合わせ、オンライン運動量分解能の観点からAMを用いたオンラインミューオン再構成の性能が評価可能および設計の最適化が可能となった。システムの最適化研究として、特にAM ASICに搭載される機能の一つである"Don't Care Bit機能" (ドリフト半径表現のLSBを無視する機能でヒットのマッチングを行う際の精度をレイヤー毎、パターン毎に柔軟に調整できる機能)を利用し、ドリフト半径表現を高精度(1mm)に保ちつつ、ハードウェアの容量制限を満たすパターンリストが、全検出器領域で作成可能であることを示した。また本最適化の研究により、期待以上のパターン認識の性能が達成され、アルゴリズム全体像の大幅な改善が可能となった。
血液網膜柵外方透過性機能検査法の確立とその糖尿病黄斑浮腫への応用

改良されたDVF(Fluorotron(TM)Master-2,OcuMetrics, Mountain View)で、硝子体のfluorescein (F)とその代謝産物であるfluorescein monoglucuronide (FG)濃度を測定した。fluorescein-Naを静脈注射後2時間後にDVFでF/FG比を算出し、これを血液網膜柵外方透過性機能の指標とした。対象は正常者群7名、糖尿病黄斑浮腫患者群6名、糖尿病黄斑浮腫なし患者群5名の3群とした。F/FG比は正常者群で0.42±0.32(0.13-0.95)、糖尿病黄斑浮腫患者群で2.84±1.20(1.13-4.12)、糖尿病黄斑浮腫なし患者群で0.50±0.34(0.10-0.80)であり、正常者群と糖尿病黄斑浮腫なし患者群に比較して、糖尿病黄斑浮腫患者群が有意に増加していた。したがって、糖尿病黄斑浮腫患者において、activetransportの低下が認められ、これがそのメカニズムの1つであることが示唆された。網膜色素上皮(BRB)に作用し、Poutを低下させることが既に報告されているプロベネシドを用い、Poutを評価した。家兎にfluorescein-Na及びプロベネシドを静脈注射し、DVFでF/FG比を算出し、コントロール群と比較した。F/FG比はプロベネシド群ではコントロール群に比較して有意に増加した。したがって、F/FG比によりBRBのPoutを評価できることが示唆された。3.アセタゾラミドのPoutへの効果の検討黄斑浮腫への効果が既に報告されているアセタゾラミドを用い、DVFを用いてPoutを評価した。家兎にfluorescein-Na及びアセタゾラミドを静脈注射し、DVFでF/FG比を算出し、コントロール群と比較した。F/FG比はアセタゾラミド群ではコントロール群に比較して有意に減少した。したがって、アセタゾラミドによりBRBのPoutが増加することが示唆された。
高解像度壁掛けディスプレイミリ波ワイヤレス駆動システムの研究

本研究の目的は、高解像度壁掛けディスプレイワイヤレス駆動システムを、高速性を有するミリ波電磁波をもとに構築することにある。一般にハイビジョン信号をデジタル化し、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)からなる3原色信号を時分割多重化したSDI規格信号では、そのビットレートは1.4Gb/sにも達する。従って、本研究においてはミリ波の超高速デジタル変調技術が最重要開発課題となるが、我々がこれまで提案・開発してきた、高性能ミリ波集積回路用NRDガイド(非放射性誘電体線路)を用いた変調器では400Mb/sのビットレートに対して十分余裕のある高速性を示すことが実証されている。本研究ではこの技術をさらに発展させ、1.4Gb/sを越える性能を有すミリ波変調器を試作することに成功した。関連するミリ波回路やアンテナもすべてNRDガイドで構成するが、各回路素子に対しても高速・広帯域性を重視し、堅牢小型、かつ安価なミリ波回路を開発した。特にアンテナは、1対多端末の通信回線を想定し、アンテナのビーム幅を2°から120°まで広範に変えることができるアンテナの構成法を考案した。またミリ波回路とディスプレイドライバ信号とのインターフェースも本研究の重要なテーマであり、そのためのデジタル信号処理及び関連するMMIC(マイクロ波モノリシック集積回路)の開発も併せて行い、論理記述言語によるLSI設計などの基礎研究に関してあらたな知見を得た。本研究の目的は、高解像度壁掛けディスプレイワイヤレス駆動システムを、高速性を有するミリ波電磁波をもとに構築することにあり、このシステムは、ビデオ回路側送信機とディスプレイ側受信機に大別される。すなわち、ビデオ回路から出力された超高速ディスプレイドライバ信号は、ミリ波送信機を介してワイヤレスで送出され、受信機ではこれを復調し、壁掛けディスプレイに映像を出力させるものである。その際ミリ波の超高速デジタル変調技術は最重要開発課題となるが、我々がこれまで提案・開発してきた、高性能ミリ波集積回路用NRDガイド(非放射性誘電体線路)を用いた変調器では半導体素子としてショットキバリアダイオードを用いた結果、400Mb/sのビットレートに対して十分余裕のある高速性を示すことが実証されている。本研究ではこの技術をさらに発展させ、更なる高速化を目的としてHEMT(高電子移動度トランジスタ)を利用し、ビデオ回路側に配置する伝送速度4Gbpsの超高速データ伝送用NRDガイドASK送信機を開発している。関連するアンテナはNRDガイドで構成するが、ここではLSENRDガイドを給電線に用いるという新たな発想で、高性能、かつ簡便なビデオ側鋭角ビーム平面アンテナを開発した。次にディスプレイ側に配置するNRDガイド受信機を開発した。その際の受信アンテナはあらゆる場所からの送信波をキャッチすることが望ましいので、広角ビームアンテナを試作したが、ここでもLSENRDガイドを用いることでアンテナの高性能化に努めた。特にアンテナは、1対多端末の通信回線を想定し、アンテナのビーム幅を2゚から120゚まで広範に変えることができるアンテナの構成法を考案した。

またミリ波回路とディスプレイドライバ信号とのインターフェースも本研究の重要なテーマであり、そのためのデジタル信号処理及び関連するMMIC(マイクロ波モノリシック集積回路)の開発も併せて行い、論理記述言語によるLSI設計などの基礎研究に関してあらたな知見を得た。
"Site Isolation"を利用する固体塩基を用いる新規電解反応の開拓

固体塩基を用いる電解反応システムに活性点分離の概念を組み込んだ新しい電解手法の確立を図った。活性点分離とは、一般に酸と塩基のような性質が相反する試薬を同一反応容器内に共存させる場合、活性官能基同士が接触、失活し、反応を行うことが出来なくなることから、活性官能基をそれぞれ不溶性ポリマーに担持し活性官能基同士が接触、失活するのを防ぐことで、同一反応容器内に共存させることができるというものである。一方、これまでの固体塩基を用いる有機電解反応の研究から、固体塩基が電気化学的に安定であるという知見が得られている。これらの背景を踏まえ、固体に担持された塩基と電極が電気化学的に活性点分離された状態にあるとみなし、活性点分離の概念を組み込んだ新規電解手法を構築した。モデル反応として酸化的脱プロトン化過程を伴うフルオロエチルフェニルスルフィドの電解メトキシ化反応に着目した。脱プロトン化を促進させるために塩基存在下で電解酸化を行うことは、塩基が酸化されやすいために概して困難であることから、活性点分離された塩基を用いることで、脱プロトン化を促進させることとした。その結果、塩基存在下では反応が進行せず原料が回収されたのに対し、活性点分離された塩基である固体塩基を用いた場合では対応するメトキシ化体を86%と良好な収率で得ることに成功した。このことから、活性点分離された塩基によって脱プロトン化が促進され、電解メトキシ化が円滑に進行することが明らかとなった。これまで、電解反応は電位に依存して反応が選択的に進行することから、反応に用いる試薬の選択には制限があった。従って、活性点分離の概念の導入は、例えば、活性点分離された炭素求核剤を用いる直接的C-C結合形成や、活性点分離された酸を用いる還元水素化など、新たな電解反応の広がりを期待できる。
重元素結晶表面の擬似液体相におけるRashba型スピン軌道相互作用

当初計画の通り、低融点金属であるビスマス(Bi)の表面疑似液体層(QLL)の作製とその電子状態の観測を目指し、試料表面を段階的に加熱しながらその原子構造および電子状態の観測を行った。前年度までの観測から、450 K程度までの加熱ではBiは表面近傍においても融解しないことが明らかになっていたが、今年度はさらに昇温し、3次元結晶の融点である550 K直下までの原子構造を観測した。550 K直前までQLL形成に由来するような2次元的な電子回折パターンは観測されず、試料温度が融点を超えると即座に全ての電子回折点が消失した。その後ゆっくりと結晶を冷却したが、3次元結晶構造を反映した電子回折パターンは方位がずれた状況で復帰したものの、QLLに対応するような電子回折は見られなかった。残念ながら、Bi単結晶は極めて「融けにくい」物質であり、QLL層を安定して形成することは現状の実験環境では不可能であるとわかった。一方、昨年度に発見した400 Kを超える温度領域の表面電子状態の変化について、角度分解光電子分光によって詳細に調査を進めた。すると、2次元的な表面電子状態と3次元的な結晶内部(バルク)電子状態の結合関係が室温付近を境に反転していることが明らかになった。これはBi単結晶が温度変化によりトポロジカル半金属から通常半金属へ変化する、トポロジカル相転移が発生したことを示唆する結果である。この成果については論文を投稿・発表した。上述のように、Bi単結晶の温度変化によるQLL層の作製は残念ながら不可能であった。ただし、多くの他物質とは異なり、QLLを作製できなかったという事実自体がBi単結晶の特異性のひとつではあると考えられる。一方、高温に保ったBi単結晶の表面電子状態の調査により、当初は予測されていなかったトポロジカル相転移と考えられる興味深い現象を発見した。以上のように、当初計画の推進は困難であったが、一方で予想されていなかった新たな成果を挙げることには成功した。両者を勘案し、進捗評価としては「順調に進展した」と評価する。今後は新たに発見した温度駆動のトポロジカル相転移に注目し、Bi単結晶以外にも狭ギャップトポロジカル絶縁体などの電子状態の温度変化を追跡する予定である。また、昨年度中に出版される予定であった論文1報の査読が長引いているため、その掲載費用に充てる予定であった一部の金額を今年度に繰り越している。当初計画通り、低融点金属であるビスマス(Bi)の表面擬似液体層(QLL)の作製とその電子状態観測を目指し、試料表面を室温以上の温度に保ってその原子構造および電子状態の観測を行った。Bi単結晶の表面電子状態は温度上昇に伴って大きな変化を示した。特に表面ブリルアンゾーンのM点近傍において、低温では表面電子状態が結晶内部(バルク)伝導帯の電子状態射影域に接続するのに対し、400 Kを越える高温域ではバルク価電子帯バンドに接続するような振る舞いを示した。これは低温で観測されている非自明なトポロジカル半金属の特徴を示す表面状態から通常の(トポロジカルに自明な)半金属への相転移を反映している可能性があり、今後も調査を進める予定である。一方、この変化にQLLの形成が寄与しているか否かについてはまだ確定できていない。本年度は試料温度450 K程度までの測定を行ったが、その温度まででは表面原子構造の変化に敏感な低速電子回折および角度分解光電子分光による新たな2次元層の形成およびそれに伴う新たな2次元電子状態の発生を示唆するような情報は得られなかった。バルクBiの融点は550 K程度であるので、QLLの形成がそこまでの比較的狭い温度域に限られている可能性が高まった。この値は典型的な金属の表面融解が発生する温度とバルク融点との差と比較すると小さく、Bi表面が比較的「融けにくい」ことが明らかになった。今後はより精密・定量的な電子回折・光電子分光実験を融点直下までの広い温度域において行い、QLL層の電子状態についての調査を進める。ビスマス(Bi)結晶の表面が通常金属よりも「融けにくい」ものであったため、本年度に測定した温度範囲まででは表面擬似液体層の形成を確認できなかった。ただし、結晶の融解自体は融点以下で確実に起きる事象であるため、より高温での実験により遅れは取り戻せると考えている。一方、高温に保ったBi単結晶の表面電子状態においては低温相と質的に異なる可能性のある特徴が観測されており、当初想定とは異なるものの新たな知見も得られつつある。

残念ながら、Bi単結晶は極めて「融けにくい」物質であり、QLL層を安定して形成することは現状の実験環境では不可能であるとわかった。一方、昨年度に発見した400 Kを超える温度領域の表面電子状態の変化について、角度分解光電子分光によって詳細に調査を進めた。すると、2次元的な表面電子状態と3次元的な結晶内部(バルク)電子状態の結合関係が室温付近を境に反転していることが明らかになった。これはBi単結晶が温度変化によりトポロジカル半金属から通常半金属へ変化する、トポロジカル相転移が発生したことを示唆する結果である。この成果については論文を投稿・発表した。上述のように、Bi単結晶の温度変化によるQLL層の作製は残念ながら不可能であった。ただし、多くの他物質とは異なり、QLLを作製できなかったという事実自体がBi単結晶の特異性のひとつではあると考えられる。一方、高温に保ったBi単結晶の表面電子状態の調査により、当初は予測されていなかったトポロジカル相転移と考えられる興味深い現象を発見した。以上のように、当初計画の推進は困難であったが、一方で予想されていなかった新たな成果を挙げることには成功した。両者を勘案し、進捗評価としては「順調に進展した」と評価する。1年目の研究の経過では450 Kまでの温度域でビスマス(Bi)単結晶表面の原子構造および電子状態の変化を調査したが、表面擬似液体層(QLL)特有の電子状態については観測できなかった。本年度はバルクBiの融点(550 K)程度まで結晶温度を上げ、融解直前までの表面原子構造および電子状態の変化を追跡する。並行して、本年度はBi以外の低融点金属(鉛、ガリウム等)によるQLLの形成およびその電子状態の観測も試みる。特に、スピン軌道相互作用の大きい重元素を含み、かつ等方的なバルク単結晶とは異なる、異方的な特徴を残したQLLの形成を目指す。こちらの方針に際しては、単純な低融点金属の単結晶ではなく、半導体基板表面に低融点金属の薄膜層を形成することでQLLに異方性を導入することを狙う。今後は新たに発見した温度駆動のトポロジカル相転移に注目し、Bi単結晶以外にも狭ギャップトポロジカル絶縁体などの電子状態の温度変化を追跡する予定である。また、昨年度中に出版される予定であった論文1報の査読が長引いているため、その掲載費用に充てる予定であった一部の金額を今年度に繰り越している。端数が生じ、年度末に使い切ることは不自然だと考えたために次年度に繰り越すことにした。当初計画で初年度に購入予定であった物品は全て購入しており、資金使用予定に変更はない。端数分は消耗品の購入費に組み入れ、本年度中に使用する予定。昨年度中に出版される予定であった、本研究の成果に関連する論文1報の査読が長引いているため、その掲載費用に充てる予定であった一部の金額を今年度に繰り越している。
抗原提示バキュロウイルスを用いた原虫感染症治療用ワクチン開発基盤技術の構築

本研究は、ネオスポラ症の成分ワクチン開発の基盤構築を行うものである。抗原候補5種類のタンパク質をカイコで発現・精製に成功した。抗原性が著しく高い3種類の抗原タンパク質をバキュロウイルス表面に提示し、ワクチンとして評価したところ、細胞性免疫が優位であった。さらに、抗原タンパク質を哺乳類細胞内で発現させる改変バキュロウイルスを構築し、動物細胞に導入したところ、抗原タンパク質の発現が確認出来た。本研究は、蚕を用い抗原を提示させたバキュロウイルスの作製、並び抗原提示ウイルスによるワクチン開発への基盤を構築するものである。多くの哺乳動物に感染し、多額の損害をもたらすネオスポーラ症を本研究の対象とし、ネオスポーラ原虫の抗原をバキュロウイルスの表面に提示させる方法、動物体内で抗原タンパク質を合成させる方法、またこれらの組み合わせによるワクチンとしての機能を検証することを目的とする。今年度は、抗原候補である8種類のタンパク質をBombyx mori ucleopolyhedrovirus(BmNPV)バクミド-カイコ発現系を用いて発現させ、将来のワクチン化への基盤とすることを目指した。8種類の各候補遺伝子はNeospora caninumnのゲノムDNAからPCR法により増幅した。増幅した遺伝子(SRS2、SAG1、DG1、DG2、MIC3、GRA2、MAG1、BAG1)をカイコで発現させるために38シグナルペプチド配列、FLAGタグ配列を付加し、BmNPVバクミドに挿入し発現用組換えバクミド(38-FLAG-HRV3C-各候補遺伝子)を構築した。各組換えバクミドを5齢カイコ幼虫へ注射、7日間の飼育後、発現させたタンパク質を回収しウェスタンブロッティング法により目的タンパク質の発現の確認を行ったところ、8種類のタンパク質のうち、5種類(SRS2、DG1、MIC3、GRA2、BAG1)で発現が確認された。今後、N.caninum感染ウシ血清との反応性を確認し、次年度から解析を行う予定である。本年度は、前年度発現を終了した8種類の抗原候補タンパク質(SRS2、SAG1、DG1、DG2、MIC3、GRA2、MAG1,BAG1)の抗原性を調べた。陽性血清を用いた酵素結合吸着法(ELISA)により、SRS2、SAG1、及びMIC3は陰性血清に比べ著しく抗原性が高いことが分かった。この3種類の抗原タンパク質をバキュロウイルス表面に提示するための遺伝子を構築した。ポリヘドリンプロモーター下流に分泌シグナルペプチド、抗原遺伝子、FLAGタグ、及びウイルス由来のエンベロープタンパク質GP64遺伝子を含むバクミドを得た。得られたバクミドをカイコに注射し、発現を行い、カイコ体液を回収し、発現確認を行った。抗FLAG抗体及び抗GP64抗体を用いたウエスタンブロットの結果、3種類の抗原タンパク質とGP64の存在が確認できた。しかし、脂肪体からは多量体が確認できたが、体液から分泌されたウイルス粒子には正常にフォールディングされたと考えられる。精製を行った抗原提示ウイルスを透過型免疫電子顕微鏡により観察したところ、バキュロウイルス表面に抗原タンパク質の提示が確認できた。次年度抗原提示バキュロウイルスの抗原性を調べ、解析を予定している。本研究で抗原性を示す抗原タンパク質を用いたネオスポラ症診断法を開発した。SRS2、SAG1、及びGRA2をELISA表面に固定し、陽性血清と反応させたところ、既存のキットより応答性が高いことが明らかであった。この診断法で100以上の牛の血清を調べて陽性、陰性の診断ができたので、本診断法を更に改良し、小型・迅速で簡便なキットの開発を継続する予定である。昨年までには抗原を提示したバキュロウイルスの作製と抗原提示バキュロウイルスの免疫原性をマウス実験で確認出来た。しかし、Neospora caninum攻撃試験におけるワクチン効果は未知であった。最終年度の計画に従って、原虫攻撃試験や細胞の体内で抗原を発現する改変バキュロウイルスを作製し、ネオスポラ症に対するワクチン効果を調べた。ワクチン候補抗原タンパク質(SAG1, SRS2, MIC3)をBombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV)のエンベロープにそれぞれ提示した抗原提示BmNPVを作製し、この抗原提示BmNPVで免疫化したマウスにNeospora caninumを暴露した結果、IgGサブクラス及びサイトカイン解析から細胞性免疫が優勢に誘発された。さらにマウス脳内原虫量に有意な減少が見られ、このワクチンによる有効な免疫応答の誘発が示唆された。抗原タンパク質をバキュロウイルスに提示すると同時に動物体内で発現できる改変バキュロウイルスを構築した。この手法は抗原タンパク質を動物の体内で発現させ抗原タンパク質の分解を最低限に止めワクチン効果を最大にする革新的手法である。哺乳類細胞発現ベクターとしてpcDNA3.1(+)にそれぞれネオスポラ抗原遺伝子NcSRS2, NcSAG1及びNcMIC3の完全長のものをCMVプロモーターの下流に繋いだ発現ベクターを構築した。同時にp10プロモーターの下流に抗原タンパク質の遺伝子をgp64遺伝子と融合させ抗原タンパク質をバキュロウイルスの表面に提示させた。

本改変バキュロウイルスをVero細胞に導入し、共焦点レーザー顕微鏡やウエスタンブロットで遺伝子の発現を確認した。今後免疫抗原性や原虫暴露試験を行い新規ワクチンの開発を継続する予定である。本年度は、免疫賦活活性を有するバキュロウイルス上にN. caninum抗原タンパク質を提示することにより免疫賦活剤を添加しないより効果的なワクチン候補として抗原タンパク質(NcSAG1、NcSRS2、NcMIC3)をBombyx mori核多角体病ウイルス(BmNPV)の表面に提示した。これをカイコ幼虫で組換え抗原タンパク質を提示したウイルスの生産を行った。組換え抗原タンパク質の発現はウェスタンブロットにより確認し、N. caninum陽性ウシ血清に対して抗原性の有無をELISA法で調べた。ウイルスの形状は透過型電子顕微鏡で形状を調べた。また、抗原を提示したバキュロウイルスをBALB/cマウスに注射することで免疫化を行い、抗原特異的抗体の生産について調査した。原虫の表面抗原タンパク質であるNcSAG1、NcSRS2、宿主細胞への感染の際に分泌されるタンパク質であるNcMIC3において抗原性を確認した。バキュロウイルス上への3種類の抗原タンパク質の提示はELISAによって確認し、提示量はバキュロウイルス1×108 pfuあたり最大48.6 ngであった。抗原タンパク質提示ウイルスを用いたマウスの免疫化では、抗原タンパク質とフロイント不完全アジュバントによる免疫化のマウスと比較してIgG1の生産比率が低く、IgG2aの生産比率が高いことが示された。このことから抗原タンパク質提示ウイルスを用いた場合、IgG2aの生産比率が高くなる1型のヘルパーT細胞が関与する(Th1型)細胞性免疫が優位になっていることが示唆された。この成果は、原虫感染を防御するためにはTh1型の免疫が効果的であるため、本研究で得られた抗原タンパク質提示バキュロウイルスは原虫感染に対して有効なワクチン候補となることを示唆する。抗原候補タンパク質の発現・精製を終了し、抗原タンパク質を用いた新規ネオスポラ症診断キットを開発した。更に、抗原性を示す抗原タンパク質をバキュロウイルス表面提示が完成し、これらを電子顕微鏡で確認済であるので、計画以上に進展していると判断した。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度研究計画は、ワクシニアウイルス表面タンパク質のバキュロウイルス表面への提示とマウス細胞で遺伝子発現の可能なプロモータースクリーニングとなっている。平成24年度には3種類の抗原タンパク質をバキュロウイルス表面に提示させ、免疫原性などを調べた。また、マウス細胞で遺伝子発現の可能なプロモータースクリーニングについては、既にプロモーターや発現系の選定は修了しており、発現ベクタに抗原タンパク質の遺伝子を導入済みで有る。
永久磁石を用いたECRスパッタリング装置の開発

1.まず、設備備品費で購入したターボモレキュラーポンプと現有設備を用いてECRスパッタ装置を製作した。装置はステンレス製円筒型真空容器(長さ70cm、直径16cm)、真空排気(ターボモレキュラーポンプ)及びガス導入装置、マイクロ波発振器で構成されている。真空容器中央部には、2枚の円盤状(直径6cm、厚さ1cm)の永久磁石(Sm-Co)がN極面とS極面が向かい合う様に配置されており、両磁石間でミラー磁場配位が形成される。このミラー磁場の磁力線に垂直な方向から導波管によりマイクロ波を入射し、ECRプラズマの生成と閉じ込めを行った。磁石間隔を変えることにより共鳴点の空間分布やミラー磁場の形を変化させることができる。両磁石の向かい合った面には円盤状のターゲット(直径6cm、厚さ0.1cm)を設置し、直流電圧を印加することによりスパッタを行うことができる。2.上記装置を用いてECRプラズマを生成し、ガス圧力、マイクロ波入射電力、磁石間隔とプラズマの空間分布の関係調べた。その結果、マイクロ波入射電力が低い時はプラズマはミラー磁場に閉じ込められ磁石付近に分布するが、入射電力を上げて行くとある電力値で突然マイクロ波入射口側へ偏った分布へと変化することが分かった。この変化の起きる電力値はガス圧が高いほど、また、磁石間隔が広いほど低くなることが分かった。3.プラズマが磁石付近に分布する状態でターゲットに電圧を印加し、成膜速度の目安となるターゲット電流密度を測定した。その結果、磁石間隔が狭い時(6cm)、ターゲット電流は高くなり、約0.2A/cm^2(-100V印加時)になることが分かった。また、ガス圧力を低くしても(0.3mTorr)ターゲット電流は減少しないことが分かった。従って、本装置ではECRプラズマの特徴を活かした低ガス圧力下での高速スパッタが可能であると考えられる。
細胞増殖抑制分子を発現する組換えアデノウイルスによる固形癌の遺伝子治療

#2AdCARasY57を平滑筋細胞に感染させると血清刺激によるRasの活性化、p42/44MAP kinaseの活性化そしてDNA合成は完全に抑制された。ラット頚動脈の傷害による血管壁の増殖性病変へ応用したところ壁細胞の増殖を抑え肥厚病変の形成を阻止できた(論文印刷中)。#3AdCASdi、AdCAp53についても上記#2と同様の実験を行い、生体内で細胞の増殖を抑制できることを確認した(論文印刷中)(AdCAp53については論文準備中)。#4ヒト膀胱癌由来細胞にAdCARasY57を感染させたところ、通常倍地での細胞増殖は30%程度抑制したにすぎないものの、Soft agar上での増殖をほとんど完全に抑制した。造腫瘍性や転移には増殖信号とは異なるH-Ras-MAP kinase系を介する経路の必要性が示唆されるとともに、D/N Rasの導入によりin vivoでの腫瘍形成(とくに転移)を有効に抑える可能性が示された(論文投稿中)。#5ヒト肺癌由来細胞株群を用いて、p53遺伝子とCdkl-p21WAF1/Sdi1遺伝子導入では細胞のアポトーシスや転移能に与える効果が異なること、がん細胞によってはアデノウイルスへの感受性が著しく低くこれはある種のインテグリンの発現レベルと相関があることなどを観察した(論文投稿中)。#6肺癌細胞のヌードマウスへの植え込みによりAdCAp53、AdCASdiのin vivoでの効果を検討している。
新画像分解表現理論とその超高品質ディジタルシネマ撮影用の高画質化処理への展開

従来の加算型BV+G分解に対して,乗算型のBV×G分解法と提案し、加算型分解と乗算型分解との性能比較をおこなった.Wavelet Color Shrinkageを開発した。また, Wavelet Color Shrinkage用いたTV-L1画像分解アルゴリズムを考案した. BV+G分解を用いて,ディジタルカメラ用の新しいイメージプロセッシングパイプラインの開発し,その性能評価を行った.従来の加算型BV+G分解に対して,乗算型のBV×G分解法と提案し、加算型分解と乗算型分解との性能比較をおこなった.Wavelet Color Shrinkageを開発した。また, Wavelet Color Shrinkage用いたTV-L1画像分解アルゴリズムを考案した. BV+G分解を用いて,ディジタルカメラ用の新しいイメージプロセッシングパイプラインの開発し,その性能評価を行った.本年度は,研究代表者・齊藤隆弘,研究分担者・小松隆,研究協力者・石井勇樹(大学院博士前期2年),相澤陽哉(博士前期1年)の計4名により本研究を遂行した.画像を骨格成分とテクスチャ成分とに分離表現するための高精度な分離アルゴリズムの開発を行った.VeseとOsherは画像を骨格成分とテクスチャ成分の和に分離する手法を提案した.一方,光学的画像生成過程を考慮すると,観測画像は骨格成分とテクスチャ成分との積で記述されるとする分離表現法も有望である.前者を加算分離表現モデル,後者を乗算分離表現モデルと呼ぶ.研究代表者らはこれまで画像の乗算分離表現モデルに対する骨格成分/テクスチャ成分分離表現手法を提案してきた.本研究では,加算分離表現モデルと乗算分離表現モデルとに対して,VeseとOsherの分離アルゴリズムや,ChambolleのProjection法による分離アルゴリズム等を適用し,二種類の画像分離表現モデルの性質を明らかにするとともに,後に各分離成分に対して画像処理を行うことを考慮し,各々の画像処理課題により適した高精度な分離アルゴリズムの開発を行った.また,開発した分離アルゴリズムを用いた画像処理法の検討を行った.分離アルゴリズムを用いた雑音除去法では,画像分離により雑音成分が主にテクスチャ成分に含まれる性質を利用して効率的な雑音除去を実現した.分離アルゴリズムを用いた画像拡大補間法で各々の成分に適した拡大補間法を適用することでぼけの少ない画像拡大法を実現した.本年度は,画像の骨格成分とテクスチャ成分への高精度な分離を実現する方法の開発を行い,加算と乗算分離表現モデルの利害得失を明らかにした.また,種々なタイプの信号依存性雑音が混入したディジタルカメラ画像に対して,開発した骨格/テクスチャ分離表現手法を適用し,骨格成分とテクスチャ成分の各々の性質に適した高度な雑音除去手法の開発を行なった.1.ディジタルカメラ用の高度な信号依存性雑音除去法の開発Wavelet変換領域における古典的なBesov-L2型変分問題(その最適解が古典的なWavelet Shrinkage法に相当)に色差と色和のBesovノルムを導入することで新たな変分問題を構成し,これを解くことで色間相関を利用したカラー画像雑音除去のための新Wavelet Shrinkage法を導出した.導出したWavelet Shrinkage関数は,原点以外にも複数のステップを持つShrinkage関数となり,色間相関を利用した雑音除去が可能となった.ChambolleのProjection法を用いてカラー画像をTV-L1画像分解する場合,R, G, Bの各画像を各々独立に処理することになる.この場合,カラーエッジ周辺で色ずれを生じることがある.そこで, TV-L1非線形画像分解モデルと定義し,反復更新型の計算によって解くアルゴリズムに考案した.3.ディジタルカメラ用のイメージプロセッシングパイプラインの開発高ISO感度で撮像されたRAW画像データは信号依存性雑音により劣化したものとなっている.画像をデモザイクする際に, BV-GおよびBV-L1画像分解を適用し,分解成分各々に適したデモザイク法を適用することで,雑音を含む画像に対しても鮮鋭度を保ちつつ雑音を抑圧された良好なデモザイク処理が可能な方式の開発をおこなった.
言語・記憶機能の画像化と脳皮質電位計測、電気刺激による検証

【目的】脳磁図(MEG),機能MRI(fMRI)をはじめとする脳機能画像の飛躍的な進歩により、言語優位半球の同定が可能になった。しかし、機能画像の活動領域局在に関する検証は十分に行われていない。本検討では言語課題による機能画像と、慢性硬膜下電極による誘発皮質電位(ECoG)による脳機能マッピングとの比較・検討を行った。【方法】難治性てんかん患者26症例にてんかん焦点同定のために慢性硬膜下電極を留置した。全例Wada testにより言語優位半球を同定した。そのなかで言語機能が左、または右に強く偏位し、かつWAIS-Rによる平均IQが90以上の8症例ついて解析した。文字読み、記憶、語想起、P300課題をおこない、認知ECoG取得した。ECoGは加算平均解析を行った。【結果】機能MRIでは、主に片側の中、または下前頭回周辺に活動を認めた。脳磁図では優位半球側内紡錘回と、上側頭回後部にダイポールの集積を認めた。文字読み課題による加算ECoGは、全例で紡錘回後部に200-300msecの潜時で急峻な電位変化をみとめた。次に優位半球上下-中前頭回に300-400msecに活動、それに引き続いて上側頭回縁上回に400msec以降の遅い認知反応(77%)を検出した。刺激後600msec以降に再び前頭葉と側頭葉は同時に有意な電位変化を認めた。これらの活動部位を皮質電気刺激することにより言語関連機能障害を誘発した。電気刺激とECoG変化によるマッピングの結果が高く一致していた。一方語想起fMRIでは、これらのマッピング結果よりも広く前頭葉に活動を認めた。文字読みMEGでは側頭葉底部、上側頭回後部に活動を認め、電気刺激とECoG変化によるマッピング結果とほぼ一致していた。今後は前頭葉、側頭葉内の活動部位の詳細な検討と、ECoG活動を構成している周波数成分の解析を行っていく予定である。目的は言語機能の画像化により、機能局在とその経時的活動変化を解析する。脳磁図と機能MRIを用い、文字読み、動詞想起、物品名称課題などを組み合わせ、運動性・感覚性言語機能を画像化する。また、Parallel imaging法を用いて軸索画像を取得する。すべての解析結果を解剖学的MRI上に重畳することで言語関連ネットワークの画像化が可能になり、ヒト高次脳機能神経科学、臨床神経学における神経機能の解明に貢献できる。一方で、これまで脳機能画像の局在と脳皮質電気刺激による機能局在の検証はほとんと行われていない。我々は機能統合画像をニューロナビゲーション装置に転送・表示可能とした。本装置を用い術中脳皮質刺激、さらに皮質下(白質)刺激を行い、機能画像の結果と、実際の脳皮質・白質機能局在の検証を行った。また、慢性硬膜下電極留置した症例では、言語機能マッピングと、言語関連課題により誘発される皮質電位計測(認知ECoG)方法を確立した。これらの情報を融合することにより、脳内言語関連活動を、時間的、部位別変化を捉えた。今回の検討で語想起課題による機能MRIでは左下、中前頭回、補足運動野の活動を認めた。文字認知課題脳磁図では、優位半球側の側頭葉(紡錘回、上側頭回)周辺に活動を認めた。機序の異なる2つの機能画像の組み合わせにより、運動性・感覚性言語機能を分離して局在できた。さらに、この言語機能を結ぶ線維を刺激することで言語関連の症状が出現することも報告した。現在は慢性硬膜下電極留置により直接脳皮質電位を計測することで、高い時間・空間分解能を持ち脳皮質間のネットワーク、部位別の周波数の違いなどを解析している。機能MRI,脳磁図、認知ECoG間における反応の違いや周波数成分の違い(同期、脱同期)について解析プログラムを開発中である。

これらの活動部位を皮質電気刺激することにより言語関連機能障害を誘発した。電気刺激とECoG変化によるマッピングの結果が高く一致していた。一方語想起fMRIでは、これらのマッピング結果よりも広く前頭葉に活動を認めた。文字読みMEGでは側頭葉底部、上側頭回後部に活動を認め、電気刺激とECoG変化によるマッピング結果とほぼ一致していた。今後は前頭葉、側頭葉内の活動部位の詳細な検討と、ECoG活動を構成している周波数成分の解析を行っていく予定である。
政治空間としての議事堂の総合的研究

本研究は、政治史を中心に、建築史・都市史を統合した学際的アプローチを採用し、議会政治の中核をなす議事堂、すなわち議場及び関連する政党・議員控室、事務局を含む政治空間の、意匠や配室を介した政治の動態との連関の様態を、他の議事堂との比較を通じて解明するものである。平成30年度は、第一にさらなる史料調査を進めた。海外調査は、ドイツ連邦文書館(Bundesarchiv, Berlin Lichterfelde)での史料調査、及びドイツ連邦議会(Bundestag)と連邦参議院(Bundesrat)での現地調査・インタビュー調査が主たるものである。平成29年度に調査したオーストラリアが新築された議事堂であるのに対し、ドイツの議事堂は(連邦議会、連邦参議院とも)旧来からの建築をリノベーションして用いているのが特徴であり、日本の国会議事堂の来歴との関わりだけではなく、現代の公議空間の展開として大変興味深い事例の収集ができた。国内では、大阪府議会の現地調査・インタビュー調査を行った。もともと現存する最古の都道府県議事堂を調査することが目的であったが、本議場での対面式討論の導入など新たな試みが地方から導入されていたことには驚かされた。第二に分析においては、昨年度のオーストラリア議会調査や大阪府議会調査を通じて議事堂の空間運営の重要性が想定以上であったことから、本年度は研究計画を変更して、帝国議会の成立に先行する各都道府県議会の成立過程(空間的構成のみならず議事規則など)を調査することに務めた。まだ途半ばではあるが最終年度には全都道府県の調査を済ませ、学会報告にもつなげたい。第三に、これら研究を反映して、ドイツでの研究報告を含め、いくつかの報告を行い、フィードバックを得た。成果をより挑戦的なものにするため研究計画の変更を伴ったものの、研究自体は順調に進行している。上記の通り、公議の実験場としての地方議事堂に注目し、地方議会の空間や議事の解明に乗り出したことから、作業順序は大きく変更することになった。これに伴い海外調査など当初計画とは変更があるものの、研究は順調に進んでおり、また成果もより挑戦的なものになると期待される。これまでの作業順序の組み替えに対応しつつ、これまでの研究の知見を整理することを目指す。秋には地方議事堂に注目した学会報告を予定していることから年度前半には国内における公議の展開に、学会報告後にイギリスでの在外研究を予定していることから年度後半には諸外国との比較における議事堂空間の意義に、特に注力して研究を遂行する予定である。平成29年度(平成29年7月平成30年3月)は、第一に、研究体制の構築を行い、第二に、文献と海外調査によって議事堂研究の現在地を把握することに務めた。とりわけオーストラリア海外調査においては、議事堂建設の当事者、上院の黒仗官、下院の守衛官を含む、延べ10人にインタビューを行った。オーストラリア議事堂は、行政府と立法府との「共存」が特殊であることが研究の焦点となっており、その実態を調査することが当初の目的であった。ところが、「共存」の特殊性に加えて、前議事堂以来、二大政党制を前提とした空間の設えが行われ、それに従って運用が行われていたこと、また、政党控室以上に議員控室が影響力を持っており、その割り当て方法が上下院で異なること、しかもそれらが上下院の役割観念に根ざしていることなど新たな知見が多く得られた。配室の重要性を示すこれらの知見は、国会議事堂竣工後の運用期についても分析しようとする本研究において極めて重要である。第三に、国会議事堂成立期、とりわけ大蔵省主管期について分析を進めた。なかでも、議院建築準備委員会(1910年設立)の議事録と比較して分析されてこなかった議院建築調査会(1917年設立)の議事録を分析し、その「事務所的建築」の出自について検討した。第四に、議事堂を超えて、不可避に結びつく政治と空間を表象する概念として「政治=空間」を設定し、スウェーデンにおいてその報告を行った。また、その副産物として首相別荘についての論考を発表したほか、広く「公議」のあり方について理論的検討を行い、学会報告なども行った。平成29年度の当初研究計画は、研究体制を構築するとともに、特に研究の国際的動向をフォローする点に注意して史料収集を開始することであった。下記の通り、作業順序の組み換えは行ったものの、当初の目標達成には支障なく順調に進展している。本研究課題が主として対象としている国会議事堂の成立過程分析において、明治・大正期の雑誌記事の収集は極めて重要である。ところが、これらを多く独占的に所蔵する東京大学大学院法学政治学研究科附属明治新聞雑誌文庫が平成30年度以降の耐震改修工事を予定したために、当初の予定を大きく変更して文献調査を優先的に行わざるをえなかった(ただし、結果的に耐震改修工事は平成31年度に行われることになった)。このため、予定していたフィールド調査の一部は本年度中に実施できなかった。他方、スウェーデン王立科学大学から招聘されて建築学部でレクチャーとワークショップを行う機会に恵まれ、議事堂と政治過程についても知見を得ることができた。予定外ではあったものの、多様な議事堂との比較を可能にする貴重な機会となった。

来年度以降、フィールド調査を集中的に行う作業順序の組み換えを行うことで、当初研究計画に従って研究を遂行する予定である。本研究は、政治史を中心に、建築史・都市史を統合した学際的アプローチを採用し、議会政治の中核をなす議事堂、すなわち議場及び関連する政党・議員控室、事務局を含む政治空間の、意匠や配室を介した政治の動態との連関の様態を、他の議事堂との比較を通じて解明するものである。平成30年度は、第一にさらなる史料調査を進めた。海外調査は、ドイツ連邦文書館(Bundesarchiv, Berlin Lichterfelde)での史料調査、及びドイツ連邦議会(Bundestag)と連邦参議院(Bundesrat)での現地調査・インタビュー調査が主たるものである。平成29年度に調査したオーストラリアが新築された議事堂であるのに対し、ドイツの議事堂は(連邦議会、連邦参議院とも)旧来からの建築をリノベーションして用いているのが特徴であり、日本の国会議事堂の来歴との関わりだけではなく、現代の公議空間の展開として大変興味深い事例の収集ができた。国内では、大阪府議会の現地調査・インタビュー調査を行った。もともと現存する最古の都道府県議事堂を調査することが目的であったが、本議場での対面式討論の導入など新たな試みが地方から導入されていたことには驚かされた。第二に分析においては、昨年度のオーストラリア議会調査や大阪府議会調査を通じて議事堂の空間運営の重要性が想定以上であったことから、本年度は研究計画を変更して、帝国議会の成立に先行する各都道府県議会の成立過程(空間的構成のみならず議事規則など)を調査することに務めた。まだ途半ばではあるが最終年度には全都道府県の調査を済ませ、学会報告にもつなげたい。第三に、これら研究を反映して、ドイツでの研究報告を含め、いくつかの報告を行い、フィードバックを得た。成果をより挑戦的なものにするため研究計画の変更を伴ったものの、研究自体は順調に進行している。上記の通り、公議の実験場としての地方議事堂に注目し、地方議会の空間や議事の解明に乗り出したことから、作業順序は大きく変更することになった。これに伴い海外調査など当初計画とは変更があるものの、研究は順調に進んでおり、また成果もより挑戦的なものになると期待される。フィールド調査を集中的に行うなど、平成29年度の作業順序の組み換えに対応しながら、基本的には当初研究計画に則って研究を遂行する。さらに、挑戦的研究であることに鑑み、平成29年度の海外調査によってその重要性が判明した議事堂内の配室の変遷については、当初研究計画を超えて史料収集を行いたい。これまでの作業順序の組み替えに対応しつつ、これまでの研究の知見を整理することを目指す。秋には地方議事堂に注目した学会報告を予定していることから年度前半には国内における公議の展開に、学会報告後にイギリスでの在外研究を予定していることから年度後半には諸外国との比較における議事堂空間の意義に、特に注力して研究を遂行する予定である。予定外にスウェーデンから科研費外で招聘されたこと、また前記「現在までの達成度」の「理由」に記載の事情により、作業順序の組み換えが必要となり、フィールド調査が延期されたため。