hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
顔認知機能の発達過程の解明

さらに、NIRS計測によって乳児が表情を認知することを世界で初めて報告した成果は欧米雑誌の中で評価の高いNeuroImage誌に掲載された。論文掲載に伴い、2010年11月5日に中央大学後楽園キャンパス内においてプレス会見を行ない、Yahooニュースや毎日新聞・日経新聞など多くの新聞に掲載された。さらに2010年12月16日には、NIRS計測によって、乳児が母親と他者の顔に対して異なる反応をすることを報告した成果について共同研究を行っている生理学研究所においてプレス会見を行い、Yahooニュースや毎日新聞・読売新聞・日経産業新聞に掲載され、日経サイエンスでも紹介され、広く関心を集めた。また、行動実験からは、目や口を黒点で表しただけの幾何学的な図形を用い、顔図形に対しても乳児の顔選好が見られるかを検討した。その結果低月齢児では、どのような動きであっても目口の動きによって顔選好が促進されたことから、乳児による顔の知覚および学習に運動情報が貢献していることが示された。この成果は、包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップで発表され、2010年度若手優秀発表賞を受賞した。本研究では、近年社会的に問題とされる「顔認識」の社会的側面と、社会的注意(社会的場面で、うまく視線が合わないなどといった問題)の側面を、その発達過程から実験的に検討することを目的としている。本年度は、アルチンボルドの描いた、野菜や果物で構成された絵(アルチンボルド画像)などを使用して、乳児の顔認識能力について検討した。特に乳児の脳活動をNIRS(Near-Infrared Spectroscopy:近赤外分光法)を用いて計測し、(1)7-8ヶ月児でアルチンボルド画像を顔として認識する能力が発達し、正立のアルチンボルド画像の処理は脳の左側頭の活動に関連すること、(2)7-8ヶ月児は顔の向きが変わっても顔領域へのアダプテーション効果がみられるが、5-6ヶ月児では正面顔にしかアダプテーション効果が見られないことなどを報告した。これらの成果は、NeuroImage、Journal of Experimental Child Psychology、Frontiers in Human Neuroscienceなどの学術雑誌に掲載された。海外では視知覚研究で最も多くの研究者が集まり権威のあるVision Science Society(VSS)、国内では日本心理学会など、いくつかの学会で発表された。論文掲載に伴い、2011年9月26日に中央大学後楽園キャンパス内においてプレス会見を行ない、Yahooニュースや毎日新聞・日経新聞など多くの新聞に掲載された。また、行動実験からは、3次元的に作成された顔画像を用いて、顔と物体を学習する能力を検討した。その結果、乳児が顔を学習する能力は、顔以外の物体を学習する能力とは異なることが示された。また、人は無生物にも顔を知覚する傾向を持つことが報告されている。我々はこのことが特徴処理と全体処理を含む人の顔処理に媒介されたものかどうか、顔に見えるものの画像を使用して検討した。その結果、目の存在が重要であることを見出した。
グリオーマ動物モデルを用いたグリオーマ幹細胞ニッチと増殖・浸潤・血管新生の解明

浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを用いて、グリオーマ幹細胞ニッチにおける、増殖・浸潤・血管新生について、組織学的、分子生物学的に検討を行った。グリオーマ幹細胞のニッチは新生血管の周囲に存在し、幹細胞はここで分裂と浸潤を繰り返し、腫瘍を拡大していると考えられた。グリオーマ幹細胞、血管内皮、基底膜、周囲のグリア細胞、神経細胞などによって構成される微小環境について、組織学的に検討した。悪性グリオーマ幹細胞のニッチがどこにあるかを探索し、そこからどのように増殖・浸潤・血管新生がおこっているかというグリオーマの本質的な病態を解明する目的で、浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを用いて研究を行った。実験には、動物脳内で浸潤性の増殖と血管新生を示すオリジナルの培養細胞と動物モデルを用いた。まず、ラット脳内で浸潤性増殖を示すイヌ悪性グリオーマ株J3T-1に、lipofection法によりGFP遺伝子を導入した。導入細胞はまず培養条件下でselectionをかけ、その後、単クローンをいくつか選択し、マウス脳内に移植し、腫瘍形成能がある細胞株を実験に使用した。組織学的マーカーを持つ腫瘍モデルを用いて、組織学的検討を行なった。さきに作成したGFP定常発現J3T-1株をラット脳内に移植し、浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを作成した。この腫瘍の摘出標本を、蛍光顕微鏡を用いて組織学的に観察し、増殖、浸潤、血管新生について検討したところ、グリオーマ細胞は、新生血管の周囲に付着し、そこで増殖しながら、血管壁に沿って浸潤していることが判明した。したがって、グリオーマ幹細胞のニッチは解剖学的に新生血管の周囲に存在すると考えられた。さらに、増殖速度、血管新生の程度、浸潤速度などについて定量的な解析を行った。浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを用いて、グリオーマ幹細胞のニッチがどこにあるかを探索し、そこからどのように増殖・浸潤・血管新生がおこっているかというグリオーマの本質的な病態を解明する目的で、本年度は、(1)グリオーマ幹細胞の同定と、(2)グリオーマ幹細胞ニッチの部位同定と、組織学的、分子生物学的検討を行った。(1)グリオーマ幹細胞の同定培養細胞ならびに動物モデルの中に、グリオーマ幹細胞がどの程度存在するかを検討する。培養細胞を用いて、CD133、PSF-1、nestinやdoublecortin等の幹細胞マーカー候補に対する抗体で免疫染色をおこなった。その結果、PSF-1陽性細胞の存在を認めた。(2)グリオーマ幹細胞ニッチの部位同定と、組織学的、分子生物学的検討浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを作成し、摘出標本を、CD133、PSF-1、nestinやdoublecortin等の幹細胞マーカー候補に対する抗体で染色し、グリオーマ幹細胞の組織学的存在部位を同定した。これらは腫瘍幹細胞ニッチの存在部位を示していると考えられ、ざらに、グリオーマ幹細胞と増殖、浸潤、血管新生との関連について、HIF-1やVEGF、integrinなど特定分子の発現を、免疫染色により組織学的に検討した。(1)グリオーマ幹細胞ニッチの部位同定と、組織学的、分子生物学的検討浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルを作成し、摘出標本を、nestinやVEGF、integrinなどに対する抗体で染色し、グリオーマ幹細胞ニッチの、グリオーマ幹細胞、血管内皮、基底膜、周囲のグリア細胞、神経細胞などによって光生される微小環境について、組織学的に検討した。(2)グリオーマ幹細胞ニッチにおける増殖、浸潤、血管新生の動態解析浸潤増殖性悪性グリオーマ動物モデルのスライスカルチャーを行い、タイムラプス法でグリオーマ幹細胞の動きを経時的に追跡した。その結果、グリオーマ幹細胞は、血管を中心として、細胞分裂と移動(浸潤)をくりかえしながら、腫瘍塊を拡大していることが判明した。我々が実験モデルとして選択した細胞は動物由来であるため、分子生物学的な検討を行うにあたっては、マテリアルの選択と試行錯誤の繰り返しが要求されたが、目的とする遺伝子、タンパクの同定は順調にすすんでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。我々の用いるモデルに用いることのできる分子生物学的マテリアル(抗体など)を、データベースをもとに探索し、さらに選択肢を広げることによって、研究成果の深みを増すよう努める。
実世界画像自動分類のためのWorldWideWebからの画像知識の獲得

本研究の目的は,計算機による画像認識システムが実世界中の「物」を認識するための知識をWWW(World-Wide Web)から自動獲得するための手法を提案することである.具体的には,(1)WWWから様々な種類の物体の画像をできるだけ精度よく大量に自動収集し,(2)収集した画像を内容既知として,未知の実世界画像を自動分類するシステムを実現することを目的とする.最終年度の本年度は,1000種類のキーワードに対応するWeb画像をそれぞれ1000枚以上収集するという大規模画像収集実験を本科学研究費で購入した18台の計算機クラスタを利用して実施した.その結果,キーワードによって大きく収集精度が変化することが分かった.上位113位までは適合率5割以上であった一方,805位以下は適合率1割未満であった.さらに,収集した画像を学習画像として一般画像分類を行う実験を実施した.収集した1000種類の画像のうち精度のよかった712種類について分類実験を行った結果,11.44%の分類精度を得ることができた.また,収集精度をより向上させる新しい手法として,一般画像認識で近年注目を集めているBag-of-keypoints画像表現をWeb画像収集に導入した新しいシステムを実現した.その結果,収集精度を1015%程向上させることができた.この成果は国際会議に投稿中である.さらに,今後はこの手法を用いて,1000種類の画像分類の実験も行う予定である.本研究の目的は,計算機による画像認識システムが実世界中の「物」を認識するための知識をWWW(World-Wide Web)から自動獲得するための手法を提案することである.具体的には,(1)WWWから様々な種類の物体の画像をできるだけ精度よく大量に自動収集し,(2)収集した画像を内容既知として,未知の実世界画像を自動分類するシステムを実現することを目的とする.本年度は初年度であるので,第1段階として,キーワードによって指定された画像をWWWより収集するシステムを実現した.具体的には,「一般にWWW上の画像は,画像の内容と密接に関係したWebページ中に含まれているので,WebページのHTMLドキュメントを解析することによって,画像を説明するキーワードを抽出することが可能である.」という性質を用いて,WWWテキストサーチエンジンを利用して,指定されたキーワードに関するWebページを大量に収集し,Webページに含まれるキーワードと画像自身の画像特徴量を併用してクラスタリング処理することによって,キーワードと画像特徴量ベクトルの対応付けを自動的に行った.さらにキーワードと画像の対応付けの時に,画像特徴空間とWebページの単語ベクトル空間を統合する新しい方法の導入によって,より精度の高い画像収集の実現を行った.また,確率モデルの導入によって収集精度の向上を実現した.また,最新のPentium4 3.8GHz 10台から成るクラスタ計算機システムを構築し,現在並列画像収集システムを実装中である.これについては来年度も引き続き研究を行う予定である.本研究の目的は,計算機による画像認識システムが実世界中の「物」を認識するための知識をWWW (World-Wide Web)から自動獲得するための手法を提案することである.具体的には,(1)WWWから様々な種類の物体の画像をできるだけ精度よく大量に自動収集し,(2)収集した画像を内容既知として,未知の実世界画像を自動分類するシステムを実現することを目的とする.本年度は2年目であり,1年目の研究成果をさらに発展させた.今年度は特に(1)を集中して行った.確率モデルに基づく画像認識の手法をWeb画像収集に導入するという新しい方法を提案し,精度を大幅に向上させることが可能となった.成果は国際会議で発表した.また,1000種類の画像をWebから収集する実験も実施中であり,来年度も継続して実施する予定である.最終的には1000種類のキーワードに対応する実世界画像データベースを実現する予定で,それを用いて,最終年度の来年度に(2)に関して,1000種類の画像分類システムを実現する予定である.今年度から大量のデータを扱う研究段階に移行したため,昨年度準備した最新のPentium43.8GHzから成るクラスタ計算機システムを18台に増強し,データを分散させて処理を行った.効率的なデータ分散のためのソフトウエアの開発も行った.本研究の目的は,計算機による画像認識システムが実世界中の「物」を認識するための知識をWWW(World-Wide Web)から自動獲得するための手法を提案することである.具体的には,(1)WWWから様々な種類の物体の画像をできるだけ精度よく大量に自動収集し,(2)収集した画像を内容既知として,未知の実世界画像を自動分類するシステムを実現することを目的とする.最終年度の本年度は,1000種類のキーワードに対応するWeb画像をそれぞれ1000枚以上収集するという大規模画像収集実験を本科学研究費で購入した18台の計算機クラスタを利用して実施した.その結果,キーワードによって大きく収集精度が変化することが分かった.上位113位までは適合率5割以上であった一方,805位以下は適合率1割未満であった.さらに,収集した画像を学習画像として一般画像分類を行う実験を実施した.収集した1000種類の画像のうち精度のよかった712種類について分類実験を行った結果,11.44%の分類精度を得ることができた.また,収集精度をより向上させる新しい手法として,一般画像認識で近年注目を集めているBag-of-keypoints画像表現をWeb画像収集に導入した新しいシステムを実現した.その結果,収集精度を1015%程向上させることができた.
網膜のグルタミン酸作動性シナプスにおける情報伝達

脊椎動物の網膜におけるグルタミン酸作動性シナプスの性質を調べた。まず、キンギョ網膜から単離したON型双極細胞を用いて、神経終末部におけるCaイオン濃度の制御機構を検討した。神経終末部のCa電流を記録すると共に、細胞内遊離Caイオン濃度を蛍光性Ca指示薬を使って計測した。その結果、Caチャネルを介して流入したCaイオンは細胞内Ca結合物質によって急速に緩衝され、流入量の0.1%以下しか遊離状態にはないことが明らかになった。また、細胞内に蓄積されたCaイオンは、Ca-ATPaseやNa/Ca交換機構によって細胞外に排出されることを証明した。グルタミン酸が開口放出される機構に関しては、Ca電流を計測すると共に、グルタミン酸の放出を電気生理学的にバイオアッセイしたり、あるいは、エクソサイトーシスに伴う微小膜容量変化を計測することによって検討した。その結果、グルタミン酸の放出には、CaチャネルからCaイオンが流入すると直ちに放出される成分と、神経終末部に一定量のCaイオンが流入すると遅延性に放出される成分が認められた。前者は即時放出可能なシナプス小胞群が形質膜に融合した結果であり、後者は放出可能なシナプス小胞群がCa依存性に動員された結果であると考えられる。次に、網膜スライス標本を用いて、神経節細胞におけるグルタミン酸受容体の性質を調べた。神経節細胞の光応答・自発性の興奮性シナプス後電位・双極細胞の脱分極により発生する興奮性シナプス後電位を記録し、これらの薬理学的性質を調べた結果、双極細胞から放出されるグルタミン酸は、いずれの状況下でも、NMDA受容体及び非NMDA受容体両方を活性化するという知見を得た。キンギョ網膜から単離したオン型双極細胞を用いてCa-グルタミン酸放出連関の検討を行った。膜電位固定した双極細胞に脱分極パルスを与えてシナプス前終末部のCaチャネルを活性化させ、終末部内の遊離Caイオン濃度を計測した。蛍光性Ca指示薬(Fura-2)を用いて測定された細胞質のCaイオン濃度はCa電流が活性化されている間じゅう単調に増加したが、その最大地は高々2μMであった。これは、流入したCaイオンが細胞内Caバッファで強く緩衝されたためと考えられる。膜直下の遊離Caイオン濃度は、終末部に存在するCa依存性Kチャネルを利用して推定した。Ca依存性K電流に集合ノイズ解析を適用した結果、Ca電流が活性化されてから10ms以内にCa依存性Kチャネルは定常状態に到達し、Caイオン濃度は10μM以上になることが明らかとなった。Ca依存性K電流を抑制するのに30mMものCa緩衝剤(BAPTA)が必要であったことから、Ca依存性KチャネルはCaチャネルのごく近傍に存在していると考えられる。これらの結果から、Ca電流が活性化されるとグルタミン酸の放出部位ではCaイオン濃度が数十μMにも達することが示唆された。なお、終末部に存在するCa依存性Clチャネルは、細胞内に導入されたBAPTAの影響を強く受けることや活性化の時間経過が緩やかであることなどから、Ca依存性Kチャネルに比べてCaチャネルから離れた部位に位置していることが推定された。網膜スライス標本を使って、神経節細胞から光応答を記録し、代謝型グルタミン酸受容体アゴニストを適用したところ、サブタイプによっては光応答が修飾された。現在、このアゴニストの作用部位と作用機序を検討中である。まず、キンギョ網膜から単離したON型双極細胞を用いて、グルタミン酸の放出機構を検討した。

膜電位固定下でCa電流を計測すると共に、グルタミン酸の放出をNMDA受容体の活性化を指標として電気生理学的にバイオアッセイしたり、あるいは、エクソサイトーシスに伴う微小膜容量変化をロックインアンプによって計測した。その結果、グルタミン酸の放出には、CaチャネルからCaイオンが流入すると直ちに放出される成分と、神経終末部に一定量のCaイオンが流入すると遅延性に放出される成分が認められた。前者は即時放出可能なシナプス小胞群が形質膜に融合した結果であり、後者は放出可能なシナプス小胞群がCa依存性に動員された結果であると考えられる。次に、網膜スライス標本を用いて、神経節細胞におけるグルタミン酸受容体の性質を調べた。神経節細胞の光応答・自発性の興奮性シナプス後電位・双極細胞の脱分極により発生する興奮性シナプス後電位を記録し、これらの薬理学的性質を調べた。その結果、双極細胞から放出されるグルタミン酸は、いずれの状況下でも、NMDA受容体及び非NMDA受容体両方を活性化するという知見を得た。
幼稚園における特別な支援を必要とする児の早期支援プログラムの開発

1研究目的:当こども園においては、担当教諭の児の支援ニーズの把握や支援方法において、理解度や支援方法などに差異があり、適切な支援に繋げることが課題となっている。また、保護者との連携が十分でない事例が見られ、小学校入学後の不適応に至ることがあった。他園においても同様な傾向を示しており、特別な支援を必要とする児の早期発見・早期支援プログラムを開発し、担当教諭の支援技術向上に結び付けることが喫緊の課題になる。本研究の実施の結果や成果を広く還元する。2研究方法:(1)SDQ(子どもの強みと困難さアンケート)を評価尺度にして介入の前後に調査した。(2)支援ニーズの高い児への介入(実験群)の効果を非介入(統制群)と比較した。(2)実験群の担当教諭に対して早期支援プログラムに基づくコンサルテーションを定期・不定期に実施した。(3)早期支援プログラムとして年度当初の調査に基づき、行為面、多動・不注意、情緒、人間関係、向社会性に課題のある幼児に対して愛着形成と行動分析の視点を援助方法に取り入れた。保護者にも支援方法について知らせ共有化を図った。(4)ビデオフィードバック(V・F)を用いたペアレント・トレーニング(P・T)を実施する中で、共通目標・方法に基づいた支援を行い、ビデオ分析によりその効果の検証を行った。3研究成果:実験群とも統制群とも2回目のSDQの合計の数値は減少していたが、介入・非介入の効果を比較すると、実験群においては、支援ニーズの高い児の数値の減少が4歳児、5歳児、全体を通して有意差として確認された。また、行為面、多動・不注意、仲間関係の項目においても全て有意差が見られ、早期支援プログラムは有効であった。支援ニーズの高い幼児の母親への(V・F)を用いた(P・T)は、家庭における応答の強化を行った結果、応答頻度の回数が著しく増加しその効果が確認された。
スクラムジェットエンジンの燃焼変動と複合閉塞に関する研究

宇宙往還機や極超音速輸送機の推進機関としてスクラムジェットエンジンが注目されている。その技術的課題は安定な超音速燃焼の実現であるが、これを阻止するものは熱閉塞と複合閉塞である。一般に極超音速機では機体とエンジンの一体化が行われるが、亜音速機や超音速機と異なり、極超音速機の場合は機体に沿って発達する境界層をエンジン外部に逸らすことができず、これをエンジン内に取込むことを余儀なくされる。主流と機体境界層流のように性質の異なる流体が一緒に空気取入口からエンジンに取込まれると、各々の流れから成る流管は極めて複雑かつ相互に影響しつつ各流管断面積を変化させる。結果として、主流部は超音速を保ったまま境界層流部の存在ゆえに、流れ場全体として閉塞状態になる。これが複合閉塞現象である。本研究では現実のスクラムジェットエンジンが熱閉塞や複合閉塞に陥る状況を正確に模擬するため、エンジンモデル内で水素燃焼を行わせて実験検証することを試みた。そのためエンジンモジュールで超音速燃焼を実現すべく、超音速風洞に水素燃料による予備燃焼器を付加し、全温約2000Kまで加熱できるよう改造した。当初振動燃焼に悩まされたが、予備燃焼器内に多孔板を取付け、振動燃焼を抑止することに成功し、安定して空気温度を風洞中央部で1700°C以上に上げることを実現した。さらに水素燃料の壁面垂直噴射による自発着火を確認した後、エンジンモジュールを風洞試験部壁面に装着し、モジュール内への水素燃料噴射圧を変えて全温上昇と壁面圧力の変化する様子を計測した。その結果、水素噴射圧が低い間はモジュール内で超音速燃焼が実現されているが、水素噴射圧を高めていくとモジュール内の静圧が上がり亜音速燃焼に遷移すること、そして圧力擾乱の振幅が大きくなると同時にその影響が上流に遡及してエンジンモジュールが不始動状態に陥ることが確認された。一般に極超音速機では機体とエンジンの一体化が行われるが、亜音速機や超音速機と異なり、極超音速機の場合は機体に沿って発達する境界層をエンジン外部に逸らすことはできず、これをエンジン内に取込むことを余儀なくされる。結果として、主流部は超音速を保ったまま境界層流部の存在ゆえに、流れ場全体として閉塞状態に陥る。本研究では現実のスクラムジェットエンジンが熱閉塞や複合閉塞に陥る状況を正確に模擬するため、エンジンモデル内で水素燃焼を行わせて実験検証すると同時に、小型モデルでは把握しきれない現象の詳細面については数値解析によって解明しようとしている。具体的には、(1)亜音速燃焼モードによる熱閉塞及び複合閉塞実験(2)超音速燃焼モードによる熱閉塞及び複合閉塞実験(3)加熱モデルを用いた不始動遷移過程の三次元解析を実行することによって、現象の全貌を把握することを目標とする。スクラムジェットエンジンモジュールで超音速燃焼を実現するためには、高エンタルピー風洞が必要になる。本年度は既存の高圧空気源(9ata、30m^3)による超音速燃焼風洞に水素燃料による予備燃焼器を付加し、約800°Cまで加熱できるようこれを高温耐熱風洞に改造し、内部燃焼が行えるよう排気消音系統を設備した。

予備燃焼器、超音速ノズル、風洞試験部にはセラミックタイルの内貼りを施し、排気系では水噴射による冷却と消音を行った。また、超音速熱風洞動作シーケンスを確立し、風洞特性の調査を開始した。さらに、加熱モデルを用いた不始動遷移過程の三次元解析を行うため、三次元、圧縮性流れの非定常解析コード開発を開始した。宇宙往還機や極超音速輸送機の推進機関としてスクラムジェットエンジンが注目されている。その技術的課題は安定な超音速燃焼の実現であるが、これを阻止するものは熱閉塞と複合閉塞である。一般に極超音速機では機体とエンジンの一体化が行われるが、亜音速機や超音速機と異なり、極超音速機の場合は機体に沿って発達する境界層をエンジン外部に逸らすことはできず、これをエンジン内に取込むことを余儀なくされる。主流と機体境界層流のように性質の異なる流体が一緒に空気取入口からエンジンに取込まれると、各々の流れから成る流管は極めて複雑かつ相互に影響しつつ各流管断面積を変化させる。結果として、主流部は超音速を保ったまま境界層流部の存在ゆえに、流れ場全体として閉塞状態に陥る。これが複合閉塞現象である。本研究では現実のスクラムジェットエンジンが熱閉塞や複合閉塞に陥る状況を正確に模擬するため、エンジンモデル内で水素燃焼を行わせて実験検証すると同時に、小型モデルでは把握しきれない現象の詳細面については数値解析によって解明する。スクラムジェットエンジンモジュールで超音速燃焼を実現するために、既存の高圧空気源(9ata、30m^3)による超音速風洞に水素燃料による予備燃焼器を付加し、約800°Cまで加熱できるように改造、内部燃焼が行えるよう排気消音系統を設備した。また、超音速熱風洞動作シーケンスを確立し、風洞特性を調査した。本年度は予備燃焼器の2段階水素噴射による着火手順を確認し、空気温度を風洞中央部で1000°C以上に加熱することを実現した。エンジンモジュールを風洞試験部壁面に装着し、水素燃料噴射による自発着火を確認した。さらに、加熱モデルを用いた不始動遷移過程の三次元解析を行うため、三次元、圧縮性流れの非定常解析コードの開発を進めている。結果として、主流部は超音速を保ったまま境界層流部の存在ゆえに、流れ場全体として閉塞状態になる。
コミュニケーションの場における雰囲気情報の分析と合成に関する研究

複数の人間が集まりコミュニケーションを図るとある種の「場」が形成される。この場は、(1)コミュニケーションの内容、(2)場の登場人物の性格、役割、社会的地位、(3)場の登場人物の表情、声の調子、身振り手振り、等によって形成されると考えられる。本研究では、特に(3)の視聴覚情報を「雰囲気情報」とよび、これがどのような物理的特徴量によって形成され、また、人間にどのように知覚されるかを解明することを目的として、主として次の3点について研究した。1.対話における雰囲気情報の分析:2人1組の被験者に自由に対話させた状況をビデオカメラで収録し、被験者の動作及び発話の状態を書き起こした。そして対話が活性化している状況とそうでない状況における身振り動作や発話の状況にどのような違いがあるかを分析した。2.身振りエージェントの開発:被験者にモーションキャプチャを装着させて、上機嫌、不機嫌、納得している、納得していない、興味がある、興味がない、等の日常よく経験する心的状態を動作によって表現させた。収録したデータを解析した結果、被験者の頭部のゆれ、肩の動き、手の動きなどに上記の心的状態と相関の高い特徴的な動きのあることが分かった。この解析結果をもとに、簡易エージェントを作成して、これの動きをシミュレートした。3.感情音声の認識と合成:雰囲気の醸成に重要な役割を果たすと考えられる「感情」について、音声に含まれている感情を認識するシステムと、逆に感情のこもった音声を合成するシステムを開発した。さらに、将来これらの研究成果を統合して、擬人化エージェントを用いた対話システムを構成する際に重要な役割を果たす対話制御部分のプロトタイプを開発した。また、雰囲気情報が重要な役割を果たす非同期式音声会議(参加者が異なる時間に自由に参加できる会議)についても検討した。本研究の目的は、人間同士がコミュニケーションを行う場における動画像及び音声と、雰囲気に対する人間の知覚を、分析・合成可能な方法で対応づけてモデル化することである。本年度は、データの収録とラベリングに重点を置いて研究した。(1)雰囲気を含む映像及び音声対話の収録(担当:新美):2人、3人及び多数の人が集まってコミュニケーションを行っている情景を収録した。また、状況を単純化するため、1人の人間が指定された雰囲気を醸し出すように演技を行った映像も収録した。最も単純な場合について、試視用映像を抽出し、多数の人が演技された雰囲気を感じるかどうかをアンケート形式で調べた。この結果を分析して、各雰囲気に特徴的な身振りや動作を抽出した。(2)映像ラベリングとパラメータ抽出(担当:西本):簡単な手振りジェスチャーを収録した動画像から手の動きを表現するパラメータを自動的に抽出するシステムを作成した。さらに、各手振りを表す標準的なパラメータ軌跡と動的計画法を用いてマッチングをとり、手振りジェスチャーの認識を行い良好な結果を得た。(3)音響情報のラベリングとパラメータ抽出(担当:荒木):収録した対話音声を言語的内容を無視した音響信号として扱い、種々の雰囲気と音響物理量との対応付けを行うラベリング支援システムを作成した。雰囲気と対応づけるパラメータとして、音声の振幅包絡の大局的な時間変化(これをニュー波という)を用いて、セールスマンと顧客との対話や2人が共同してパズルを解いているときの対話などを分析し、人間が聞き取った対話の雰囲気とパラメータとの関係を検討した。本年度は、次の二点に重点を置いて研究した。

(1)雰囲気を含む映像の収録、分析、モデル化(担当:新美、西本)動作や身振りの特徴を簡単に抽出できるモーションキャプチャ装置を被験者に装着して、実験者と長時間対話をさせ、その様子をビデオカメラで撮影するとともに、モーションキャプチャ装置の出力をコンピュータに収録した。ビデオカメラに収録された動画像から、対話相手の被験者が、上機嫌、不機嫌、納得している、納得していない、退屈している、落着きがない、興味深そう、などの状態にあると実験者が判断した部分画像を抽出した。この部分画像を無音状態で多数の人に提示し、その画像から感じ取ることのできる雰囲気を質問した。その回答の多くと実験者の感じとが一致した動画像を分析の対象とし、その部分のモーションキャプチャの出力を詳しく分析した。その結果、被験者の頭部のゆれ、肩の動き、手の動きなどに、上記の雰囲気と相関の高い特徴的な動きのあることが分かった。(2)音声対話の収集と雰囲気情報の分析(担当:荒木)昨年度収集したニューは分析ツールを改良し、対話音声の分析を行った。さらに、対話音声中によく現れる気分や感情を表現することの出きる表現することのできる一般性の高い音声合成システムを作成した。本研究の目的は、人間同士がコミュニケーションを行う場における動画像及び音声と、雰囲気に対する人間の知覚を分析・合成可能な方法で対応づけてモデル化することである。本年度は次の三点に重点を置いて研究した。(1)雰囲気情報のモデル化(担当:新美)2人1組の被験者に自由に対話させた状況をビデオカメラで収録した。1つの対話から対話が活性化している場面(活性化場面という)とそうでない場面(非活性化場面という)を各々2場面(1分/場面)ずつ視察により抽出し、被験者の動作及び発話の状態を書き起こした。このような場面各々42場面を分析した結果、次のような知見を得た。活性化場面では、非活性化場面に比して、対話者間の発話の重なりの発生頻度が多い。また発話の重なりが観察される時間に、前者では、視線の動きが頻繁に観測され、後者では上体を動かすといった退屈な状態を示す仕草が目立った。(2)勲作に現れる雰囲気情報のモデル化(担当:西本)被験者にモーションキャプチャを装着させて、上機嫌、不機嫌、納得している、納得していない、興味がある、興味がない、等の日常よく経験する心的状態を動作によって表現させた。収録したデータを解析した結果、被験者の頭部のゆれ、肩の動き、手の動きなどに上記の心的状態と相関の高い特徴的な動きのあることが分かった。この解析結果をもとに、簡単な身振りエージェントを作成して、これの動きをシミュレートした。(3)音声で表現される雰囲気のモデル化(担当:荒木)昨年度開発した感情音声の合成システムに、感情に由来するイントネーションを賦与する機能を追加し、感情の聴取率を向上させた。さらに、音声に含まれている感情を認識するシステムのプロトタイプを開発した。
放射線治療と血漿中腫瘍由来DNAを組み合わせた新規癌診断法の確立

今回の研究により放射線治療後、比較的早期(1-3days)に血中のcfDNA増加が生じること、増加するcfDNAは癌由来のDNAを含んでいること、放射線治療後の断片化したcfDNAでもdigital PCR解析、シークエンサー解析は可能であることが明らかとなった。cfDNA診断は国内でも2017年より保険承認がされており、今後盛んに行われていく。一方で多くの癌治療に併用される放射線治療が、このcfDNA動態にどのような影響を与えるかについて詳細に調べた最初の報告であり、意義の大きい報告であると考える。これまでの実績として、本研究の核となる放射線治療後のcell freeDNAを確認するために必要な前向き観察研究「放射線治療後のcell freeDNA増加を利用した癌診断、薬剤感受診断法の確立」を開始、検体回収まで2016年度までに終了している。これにより、放射線治療前、治療中、治療後のcell freeDNA動態の詳細なデータが得ることが可能な、他の研究では得ることのできない重要な検体を確保することができ、現在この検体を用いた解析を行っている。前年度までにDNA抽出方法の検討、digital PCR解析、target sequence解析までは実験手法として確立しており、今後はエキソン、フルゲノムレベルでのシークエンス解析を行っている。放射線によりcell free DNA、腫瘍変異のallele frequencyを増加させることでより広範なシークエンス解析が可能であることが示されている。digital PCR解析、target sequence解析の結果は、今後保険適応が予定されているcell free DNA解析に有用となるデータであり、臨床応用が期待される。これらの結果についてはこれまでに第16回癌治療増感研究シンポジウムにて発表しており、現在Scientific reports誌に投稿中、revise中であり、公開、応用の直前である。エキソーム解析についてはシークエンスは6例終了、解析は2例終了の段階であり、解析が終わり次第、学会、学術誌での発表を行い、社会に還元していく予定である。申請時の予定として初年度研究では新規臨床試験立ち上げ、NCC oncopanel解析ないしエキソームシークエンス解析を予定した。一方で申請者は2016年より国立がん研究センターに移動し、移動先施設では新規臨床試験の申請、承認まで半年以上の期間がかかること、臨床試験に患者侵襲が伴うこと、シークエンス解析の感度が上がり、2015年度の臨床検体の残血清でさらなる解析が可能になったことから今回新たな臨床試験検体でなく、前回のdigital PCR解析を行った検体を用いてエキソーム解析の検討を行っている。これまでにillumina Hiseq Xを用いたシークエンス解析行い、放射線照射後の検体6/17検体で配列情報を得ている。現在basespaceならびにvariant studioを用いて変異のcall、解析を行っている。現時点で解析終了の2検体ではおよそ×100のdepthでのシークエンス解析で5%程度のallele frequencyで癌由来変異の解析が可能であり、放射線照射後のcell freeDNA解析がエキソーム解析レベルでも可能であることが明らかとなっている。【目的】血漿中腫瘍由来DNA(cfDNA)は癌の診断や分子標的薬の感受性予測に有用であることが知られているが、検出感度が課題となっている。本研究では放射線治療が癌組織特異的に細胞死を誘導する点に着目し、放射線照射後に血漿中腫瘍由来DNAが増加するという臨床仮説立て、手法の確立を目的とした。【方法】放射線治療後のcfDNA増加の検出を主要評価項目とした非介入前向き観察研究を行い検証した。2013年7月から2015年7月までに原発性非小細胞肺癌と診断され放射線治療単独での治療方針となり、本試験に同意された症例を対象とした。放射線治療前の患者血漿を標準とし、放射線治療後に照射開始後1日後から照射終了1週間後にかけて継時的に採血を行い、血漿中の遊離DNAを単離した。まず血漿中DNA総量を計測し、放射線照射後の変化を調べた。次に放射線治療後の腫瘍由来DNA測定のためdigital PCRを用いてEGFR変異を定量し、cancer panelによるシークエンス解析を行った。【結果】登録症例は肺非小細胞の患者17例であり、放射線照射による血漿中DNAの増加は照射後24時間から認められ、照射開始後7日以内に最大値を示すことが明らかとなった。さらにdigital PCR、シークエンス解析でも放射線治療後に血漿中腫瘍由来変異DNAが230倍に増加することが明らかとなった。【考察】Cell freeDNA診断は今年度中に薬事承認が期待されており、今後ますます盛んに行われると考えられている。本研究は放射線治療を組み合わせることでより有効な検査法となり得ることを示した。本研究成果は2017年の第30回日本放射線腫瘍学会の要望演題として採択され、2018年4月にoncotarget誌に掲載された。

また、これまで得られた検体のうち、EGFR変異陽性、TKI投与済み、新規能転移出現例におけるTKI耐性遺伝子に焦点を当てて解析を行う予定である。治療中における薬剤耐性出現とそれに対応した分子標的薬の開発は最も研究が盛んな分野であること、一方で脳転移などrebiopsyが困難な部位に対する放射線治療、遺伝子型の診断は非常に意義の高い分野であり、臨床応用が最も期待できる。第二として、エキソーム解析により、ROS、ret, ALKといったfusion遺伝子の検出についても検討を行う。ドライバー遺伝子かつ、標的薬が存在する上記の変異は検出の意義が非常に高い、一方でcell free DNA解析でのfusion遺伝子の検出は困難であることが報告されている。このような変異検出においても、放射線照射により腫瘍由来のcell free DNAを効率よく検出できれば診断に貢献できると考えており、エキソームシークエンス後、高精度で検出可能なアルゴリズムの作成を進めていく。第三として、放射線による擬陽性変異の検証を行う。放射線照射は一定割合で遺伝子変異を引き起こすため、放射線照射後の体細胞変異について擬陽性の可能性が否定できない。現在投稿中の論文でもこの点が議論となっており、今後シークエンス解析の陰性標準との比較を行い、放射線による変異助長が低頻度であることを証明する。放射線生物学当初予定していた新規臨床研究の立ち上げが遅れ、初年度に予定していたシークエンス解析が次年度に持ち越したため初年度の私用金額が予定よりも少なくなっている。検体の確保が終了し、2017年5月現在で予定してたシークエンス解析を既に始めているため、予定に比べ、4ヶ月程度の遅れで研究は遂行できており、これ以上の修正は必要ないと考えている。
法医鑑定検査に適したHLA-DNAタイピングの研究

最近、臨床検査ではHLA抗原のタイピングに、これらの抗原を支配する遺伝子のタイピングが用いられてきている。これまで新鮮な細胞でないとタイピングができなかったが、遺伝子さえ確保できれば型判定が可能であることから、法医学領域での有用性も期待された。しかし、臨床検査のように充分な量のDNAが使える機会を持たない法医学でのタイピングは制限される。そこで、法医学で得られるサンプルからでもHLA-DNAタイピングが可能な検査法の検討を行った。そのために,クラスII遺伝子とクラスI遺伝子にわけて検討した。クラスIIでは、PCR-SSP法によるlowresolutionタイピングと一部の遺伝子(DR2,4,8)については、更にPCR-RFLP法を行いhigh resolutionタイピングを試みた。さらに、検出感度をあげるために、nested PCRを行い型判定をした。これらの結果から少なくとも10pgのDNAがあれば型判定が可能であった。また、この検査では0.988の識別率が得られ法医学での検査に充分貢献できることが示唆された。また、クラスI遺伝子については、96種類のプライマーセットを作製し、96穴のマイクロプレート上で反応を行うPCR-SSP法によるlowresolutionタイピングを行った。この方法では、少なくとも総量1μg以上のDNAがないと全プライマーで反応できなく、正確なタイピングが可能でないことが示された。また、nested PCR,seminested PCRはクラスI遺伝子構造の複雑さと使用したプライマーの位置から良質なgeneric primerの設定ができなく検討しなかった。しかし、この方法で、今まで新鮮リンパ球が得られなければタイピングが不可能であったクラスIについてタイピングが可能となり、法医学領域で十分利用できることが、法医試料で確認できた。HLA抗原のDNAレベルでの多型性は豊富で、クラスI抗原、クラスII抗原を発現する遺伝子は380以上にもなる。この中でもDRB1遺伝子数は、106種類確認されており、日本民族での遺伝学的指数(ヘテロ接合度、識別率、排除率)が高く法医学での利用価値があることを我々は報告してきた。PCR-RFLP法、PCR-SSO法、PCR-SSP法やPCR-SSCP法を用いたDNAタイピングは、いずれも良質で充分量のDNA試料が得られれば、精度の高い結果を示す。しかし、法医学で扱う試料は微量で陳用性が高い。今回はDRB1遺伝子タイピングについてnested PCRを用いた検査法について検討した。血清学的検査で調べることが可能な14種類の抗原(DR1,DR2,DR3,DR4,DR11,DR12,DR13.1,DR13.2,DR14.1,DR14.2,DR7,DR8,DR9,DR10)についてシークエンス特異的なプライマー(SSP)をつくり、PCRで増幅産物の有無から型判定をするシステムを作った。また型判定が微量試料でも可能になるよう各アリル特異的プライマーを挟むようにその上流と下流に共通プライマーを設定し、PCRを行い更に増幅産物を一部使い、SSP法でPCRを行うnested PCRの実用性について検討した。その結果10pgのDNAが確保できればタイピングが可能であることが示された。また、この方法でDR2,DR4,DR5,DR6,DR8のDRB1遺伝子多型性が高い抗原についてもRFLP法を用いてアリルタイピングが可能であることが証明された。SSP法を用いたDNAタイピングでは、0.998と0.84の識別率、排除率を示し、この方法の法医学での利用価値が高いことが示された。クラスI抗原のタイピングは、新鮮リンパ球を用いた微量細胞傷害試験により行われきた。しかし、最近では血清学レベルで検査できる抗原よりも、さらに詳細に分類可能なDNAタイピングが用いられつつある。

法医学では、試料が古い場合や、リンパ球が採れない場合が多いので、なお一層DNAタイピングは利用価値が高い。本年度は、血清学レベルの遺伝子型を検出可能なPCR-SSP法を用いたDNAタイピングについて検討した。そのために、96種類のプラマーを作製し、HLA抗原既知の健常人血液リンパ球から抽出したDNAを用いて遺伝子タイピングを行った。その結果血清学的にタイプされたHLA抗原に一致したアリルが確認され、既知の特異性と同等、あるいはそれ以上の詳細な結果が得られた。法医試料として血痕から抽出したDNA、大腿骨より得たDNAをタイピングした結果、いずれもタイピンが可能であったが、相当量のDNA(1μg以上)が必要であり、毛髪1本からのタイピングなど微量DNAを扱う場合には、判定不能である場合があることが確認された。今後、クラスI DNAタイピングもクラスIIで試みられた方法と同様nested PCRあるいはsemi-nested PCRをもちいた遺伝子タイピングができれば、法医学での検査で更に強力な武器となる。このような微量なサンプルでも検査可能な方法があればこのような問題点は克服されると思われる。現在、我々はクラスI領域を含む1.8Mbの長さに渡る全塩基配列のデータを保持しており、この配列内にあるマイクロサテライト多型を検索して、その多型性について検討中である。これらのマイクロサテライトのうち、遺伝情報量の多いものを選択し、クラスI遺伝子との連鎖などを検討すれば、マイクロサテライトの特性から微量でも検査可能であることから法医学領域で威力を発揮するものと思われる。
加齢及び臼歯喪失が老化促進モデルマウスの咀嚼能力に及ぼす影響

2ヶ月齢の老化促進モデルマウス(SAMP8)を、3ヶ月齢(若齢期)5ヶ月(中年期)まで飼育したコントロール3群と、対照群として、同じく2ヶ月齢まで飼育し、上顎左側全臼歯、上顎両側全臼歯、上下顎両側全臼歯の抜歯を行い、同様に3ヶ月齢、5ヶ月齢、8ヶ月齢まで飼育した9群に分けた。マウスの咀嚼能力は、試験飼料を自由に摂取させ、嚥下させた後、屠殺し、胃の内容物を取り出して、その粉砕状態をレーザー回析/散乱式粒度分布測定装置LA-920(堀場製作所製)にて粒度分布曲線より平均粒径で評価した。得られたデータは、月齢間の比較にはMann-Whitney's U testを、処置群間の比較については一元配置分散分析法を用い、多重比較にはScheffe法を用いて検定を行った。結果:臼歯喪失を伴わない群は、加齢による咀嚼能力の有意な低下を認めた(8ヶ月齢)。上顎全臼歯ならびに上下顎全臼歯を喪失させた群は、臼歯喪失を伴わない群と比較して、咀嚼能力が有意に低下した。上顎左側全臼歯を喪失させた群は臼歯喪失を伴わない群と比較して変化がみられなかった。また、臼歯を喪失させた群は加齢依存的な咀嚼能力の低下はみられなかった。結論:SAMP8における咀嚼能力は、加齢や臼歯喪失により、有意な低下が認められた。また上顎全臼歯、ならびに上下顎全臼歯を喪失させた群は、臼歯を喪失させていない群に比べ、咀嚼能力の低下が認められ、その状態が持続した。現在,実験に必要な老化促進モデルマウスを確保するため継体繁殖を行っている.また各実験群にわけて,観察月齢まで飼育中である.その中でも上顎左側全臼歯上顎両側全臼歯を抜歯した群については,3,5,8カ月齢における咀嚼能率のデータを取り終えた.上顎両側全臼歯を抜歯した群のピーナッツ咀嚼時の粒子径は,3カ月齢が616μm,5カ月齢が609μm,8カ月齢が516μmであった.また上顎左側全臼歯を抜歯した群の粒子径は,3カ月齢が185μm,5カ月齢が147μm,8カ月齢が307μmであった.今後は,抜歯していないコントロール群,上下顎全臼歯を抜歯した群のデータを採取し,統計処理を行い比較検討する予定である.2ヶ月齢の老化促進モデルマウス(SAMP8)を、3ヶ月月齢(若齢期)、8ヶ月齢(老齢期)まで飼育したコントロール2群と、同じく2ヶ月齢まで飼育し、上顎左側全臼歯、上顎両側全臼歯、上下顎両側全臼歯の抜歯を行い、同様に3ヶ月齢、8ヶ月齢まで飼育した6群の計8群に分けた。結果:臼歯喪失を伴わない群は、加齢による咀嚼能力の有意な低下を認めた。今後は5ヶ月齢の群を追加し、また各群のn数を増やして検討を行う予定である。

結果:臼歯喪失を伴わない群は、加齢による咀嚼能力の有意な低下を認めた(8ヶ月齢)。上顎全臼歯ならびに上下顎全臼歯を喪失させた群は、臼歯喪失を伴わない群と比較して、咀嚼能力が有意に低下した。上顎左側全臼歯を喪失させた群は臼歯喪失を伴わない群と比較して変化がみられなかった。また、臼歯を喪失させた群は加齢依存的な咀嚼能力の低下はみられなかった。結論:SAMP8における咀嚼能力は、加齢や臼歯喪失により、有意な低下が認められた。また上顎全臼歯、ならびに上下顎全臼歯を喪失させた群は、臼歯を喪失させていない群に比べ、咀嚼能力の低下が認められ、その状態が持続した。
全光核磁気共鳴法の量子コンピューティングへの応用

本研究では、半導体量子構造におけるスピン偏極電子と核スピンとの間の相互作用のダイナミクスを明らかにし量子コンピューティングへ発展させるための基盤技術を確立するため、円偏光パルスを励起光として用いた時間分解ポンププローブ測定及び時間分解ファラデー回転測定を行い、動的核スピン分極とそのコヒーレントダイナミクスを電子のラーモア歳差運動の位相変化より調べた。本研究によって得られた成果は以下の通りである。1.ゲート電極を有するn-GaAs/AlGaAs(110)単一量子井戸構造において、ゲート電圧を印加して電子密度を制御することにより、超微細相互作用が大きく変調された結果、核スピンの緩和時間T_1が一桁以上変調されることを時間分解カー回転測定により示した。2.静磁場中で光励起により分極した核スピンに対し、共鳴条件を満たすパルス振動磁界を印加して時間分解カー及びファラデー回転測定を行い、半導体量子構造における局所的な核スピンダイナミクス(ラビ振動)の実時間観測に成功した。また、パルスNMRの手法によりスピンエコーを確認し、横緩和時間を実験的に得た。これを発展させて、結晶軸に対する印加磁場方向依存性を調べることにより、核スピンのデコヒーレンスが第一近接原子との間の双極子相互作用に支配されていることを示した。本研究で確立された光学的核スピン分極・検出法および超微細相互作用のゲート電界制御などの手法は、半導体中の核スピンを量子ビットとする固体量子コンピュータ等において、ビット初期化・操作を効率的に行うのに有益な知見を与えると期待される。本研究では、半導体量子構造におけるスピン偏極電子と核スピンとの間の相互作用のダイナミクスを明らかにするため、円偏光パルスを励起光として用いた時間分解ポンププローブ測定及び時間分解ファラデー回転測定を行い、動的核スピン分極とその緩和過程を電子のラーモア歳差運動の振動数より調べた。また、時間分解ファラデー回転測定システムを整備してこれを高感度化し、GaAs(110)基板上に形成したGaAs/AlGaAs単一量子井戸における動的核スピン分極を観測可能にした。得られた成果は以下の通りである。・バルクn-GaAsにおける電子スピンの歳差運動をポンププローブ法で測定した。励起パルスの偏光が右円偏光の場合と左円偏光の場合で核スピン分極の方向が反対になるため、電子スピンの感じる実効的な磁場(外部磁場と核磁場の和)が変化し、歳差運動周波数が異なる様子が観測できた。また、この歳差運動周波数の変化は約30分という時間オーダで起こり、この時間がバルクGaAsにおける超微細相互作用の緩和時間であると考えられる。・円偏光を用いたポンププローブ法によって(110)量子井戸中の電子スピンの歳差運動を測定した。電子のスピン緩和時間は低温においても数ナノ秒以上であることが分かった。また、GaAs/AlGaAs(110)量子井戸の場合g因子の異方性が大きく、試料を外部磁場に対し僅かに傾けると電子の感じる実効的な磁場が外部磁場の方向から大きくずれ、バルクGaAsに比べて、より効率的な動的核スピン分極を可能にしていることがわかった。・n-GaAs/AlGaAs(110)

単一量子井戸構造においてg因子の異方性に起因する核スピン分極の双安定性とヒステリシスを時間分解ファラデー回転法により観測した.g因子の異方性と超微細相互作用による自己無撞着を考慮してラーモア周波数の磁場依存性を計算したところ,実験結果とよく一致する結果を得た.このとき用いた核スピン間の双極子双極相互作用に起因する変動磁場の値は理論上予想されている約1mTに比べて80mTという大きな値となった.・井戸幅の異なる(110)GaAs/AlGaAs量子井戸について動的核スピン分極の大きさを系統的に測定し,g因子の異方性の大きさと核スピン分極の大きさについて調べ,実験で得たg因子より計算した平均電子スピンの値が核スピン分極とよく一致することを示した.・(In,Ga)As/(Al,Ga)As量子井戸構造を作製し,電子スピン緩和時間とその磁場依存性について調べた.本研究では、半導体量子構造におけるスピン偏極電子と核スピンとの間の相互作用のダイナミクスを明らかにするため、円偏光パルスを励起光として用いた時間分解ポンププローブ測定及び時間分解ファラデー回転測定を行い、動的核スピン分極とその緩和過程を電子のラーモア歳差運動の振動数より調べた。また、時間分解ファラデー/カー回転測定システムを整備してこれを高感度化し、GaAs(110)基板上に形成したGaAs/AlGaAs単一量子井戸における動的核スピン分極を観測可能にした。本年度に得られた成果は以下の通りである。・ゲート電極を有するn-GaAs/AlGaAs(110)単一量子井戸構造において、ゲート電圧を印加して電子密度を制御することにより、超微細相互作用と動的核スピン分極を大きく変調できることを時間分解カー回転測定により示した。また、そのメカニズムとして、電子密度の変化によって金属-絶縁体遷移が生じ、電子の波動関数の局在・非局在の変化によって超微細相互作用の大きさが変調されているモデルを示した。・静磁場中で光励起により分極した核スピンに対し、共鳴条件を満たす振動磁界を印加して時間分解カー及びファラデー回転測定を行い、固体における局所的な核スピンダイナミクス(ラビ振動)の実時間観測に成功した。また、パルスNMRの手法によりスピンエコーを確認し、横緩和時間を実験的に得た。本研究で確立された光学的核スピン分極・検出法および超微細相互作用のゲート電界制御などjの手法は、半導体中の核スピンを量子ビットとする固体量子コンピュータ等において、ビット初期化・操作を効率的に行うのに有益な知見を与えると期待される。本研究では、半導体量子構造におけるスピン偏極電子と核スピンとの間の相互作用のダイナミクスを明らかにし量子コンピューティングへ発展させるための基盤技術を確立するため、円偏光パルスを励起光として用いた時間分解ポンププローブ測定及び時間分解ファラデー回転測定を行い、動的核スピン分極とそのコヒーレントダイナミクスを電子のラーモア歳差運動の位相変化より調べた。・ゲート電極を有するn-GaAs/AlGaAs(110)単一量子井戸構造において、ゲート電圧を印加して電子密度を制御することにより、超微細相互作用が大きく変調された結果、核スピンの緩和時間T_1が一桁以上変調されることを時間分解カー回転測定により示した。