hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多視点撮影時におけるシーン状況フィードバックによる撮影者支援

H30年度は、前年度までの研究成果を踏まえて、撮影端末上の撮影支援情報提示法の改良と、3次元状況獲得の改良について、それぞれ研究を進めた。撮影端末における撮影支援情報提示法の改良では、撮影端末であるAndroidスマートフォン上でのグラフィック表示の方法や撮影アプリとの統合方法を再検討し、動画像撮影の処理を妨げないような処理方法の実装を含む撮影アプリの改良を行った。また、撮影方位の情報を収集する部分では、搭載される数種類の姿勢センサ情報を適切に利用するセンサフュージョンの処理を導入し、撮影方位検出や首振り撮影時の追従性能の向上をはかった。また、撮影映像のフレームを利用したパノラマ合成に基づく撮影時の視線方向獲得の併用を検討し、センサ情報を直接利用する方法と組み合わせることで、特にセンサ情報の高精度な補正が可能な方法を構築した。3次元状況獲得の改良については、スマートフォン端末群を利用して、オンタイムでの情報収集を実現するためのサーバ構成と、スマートフォンとサーバの間の通信方式について開発を行った。具体的には、より一般的な公衆の通信回線経由でのシステム運用をにらみ、httpとCGIに基づくサーバ・クライアント型のデータ授受の方法で全体をデザインすることとし、そのプロトタイプの実装と、基礎的な性能検証を行った。さらに、シーン全体を観測してその大まかな3次元状況を獲得し続けるカメラシステムとして、2台の4Kビデオカメラを用いたステレオ計測による手法を選択し、ライブスルーとして得られるFHDクラスの映像ペアを用いた3次元計測処理を実装し性能評価を行った。処理可能なフレームレートはビデオレート(秒30枚)より劣るものの、オンタイムな処理で3次元シーン動的状況を獲得できることから、被写体の絞り込みに有効なデータを得ることが可能となった。実験に用いる機材の調達が遅れたこと、当初実施を目指していたH30年度に福井で開催された国体を被写体とした撮影実験について、実際の競技実施の妨げにならない範囲での撮影実験が事実上困難と判断されたこと、さらに、研究室内事情から、十分な撮影実験要員の確保が難しい状況が生じたことから、当該年度当初で計画していた撮影実験を当該年度内に実施することができず、次年度に研究費の繰り越しを行い、撮影実験の計画を仕切り直すこととしたため。当初の研究期間を越えた研究費の繰り越しを承認いただいたので、R1年度は、新たな最終年度として、これまでに検討・準備してきた携帯端末による撮影環境を用いた、実状況を対象とした撮影実験を複数回実施し、提案手法の有効性を検証する。さらに、それらの結果を用いた成果発表を行う。具体的には、学内・学外に撮影実験の協力者を募って、特にスポーツなど実状況を対象とした撮影実験を7月から11月の期間で2回程度実施することを計画している。撮影実験では、被写体、撮影者を複数確保する必要があることから、データ整理の要員とあわせて謝金等の人件費として人材を確保し、撮影実験を円滑に実施する予定である。また、撮影実験のための機材として、端末数を数台増強することを検討しており、その他の実験機材とともに消耗品としての支出を行う予定である。さらに、撮影実験で得られたデータを含める形で、12月から3月の期間で国際会議、および国内会議において、本研究課題の研究成果の対外発表を行うことで、本研究課題を総括する予定である。今年度は、「実時間でシーン状況を獲得する技術」、および「撮影者へ情報をフィードバックする技術」について、その基礎的な検討と開発を行い、以下のような結果を得た。まず、「実時間でシーン状況を獲得する技術」については、ステレオ計測をベースの技術として2眼の固定カメラ対を利用して、シーンの3次元状況を獲得する方法について検討し、主に既存の設備を用いた検討を行って、特徴点抽出と対応づけによる3次元状況獲得処理の流れを整理しつつ、本課題の物品費で導入すべきカメラ対、および処理計算機の選定を進めた。結果として、処理の流れの確認と基本的な実装方法については確認を終えたものの、機種選定に時間を要し、次年度に導入を持ち越すこととした。次に、「撮影者への情報をフィードバックする技術」については、端末上での処理として、汎用の画像処理ライブラリであるOpenCVを利用した画像処理の試験的な実装、単純な図形描画を利用した撮影提示画像に対する情報画面の重畳表示の方法と内容について検討した。また、サーバと端末の間で授受される情報の整理を行った。結果として、端末の処理能力として、あまり大きな規模の処理が難しいこと、画像や映像そのものをサーバとやりとりするのは通信量が膨大となるため、できるだけ情報をコンパクトにした上で授受する必要があることが確認された。なお、全体として研究の進捗は当初予定より遅れる状況となっており、予算の執行についても今年度の大部分を次年度に繰り越す形となっている。次年度の早い時期に今年度で計画していた物品の導入をはかり、遅れを取り戻しつつ研究を進めたい。従来からの既存設備を利用した予備的検討に関わる部分の研究に時間を要したために研究の推進が遅れたこと、ならびに、この予備的な検討の結果、本課題での構築を考える処理システム全体の構成要素のうち、各端末からの視野情報を収集し処理を行うサーバと、撮影に用いる端末群の個々の端末において、実際に行う処理とその負荷分散について慎重な検討が必要となったため、当該年度の計算機装置、処理端末などの機種選定に時間を要したため。

撮影者に撮影されている映像に重畳した情報フィードバックを精度よく行うため、その幾何学的な基盤となるスマートフォン端末の位置姿勢推定の精度改善について検討し、スマートフォンに内蔵される各種のセンサ(加速度センサ、電子コンパス、ジャイロセンサ)の計測値を組み合わせて利用する際に、撮影時の端末操作状況、特に首振り撮影時の端末の回転角速度とその変化に基づいてセンサ値の組み合わせ比率を適切に変更することによって、従来法より時系列的な追従精度の高い姿勢推定法を開発した。しかし、完全な精度での追従には本質的な限界があることも予想されるため、重畳表示を適用的に行うための幾何学的補正処理としてシーン内の被写体の追跡処理を併用することを併せて検討し、撮影される映像の各フレームにおいて特徴点追跡を利用したいくつかの被写体追跡処理をスマートフォン上で実装し、その追跡性能、特に追跡の精度と追跡処理の速度について検証を行った。さらに、撮影支援のための必要となる広域な動的3次元シーン状況をオンタイムで獲得するための技術として、レーザパルスの飛行時間計測を利用した中-長距離に対応した距離計測センサー(デプスカメラ)とカラービデオカメラを、首振り角度が計測可能なVR雲台に搭載し、動的3次元状況を色付きの点群の時系列シークエンスとしてリアルタイム獲得する技術、ならびに、その点群データをオンタイムで可視化する方法を開発し、国際会議で成果報告した。所属部局をとりまく状況の変化から、一時的な大学の管理運営業務の増加、および一時的な教育業務の増加が突発的に生じ、本研究課題に対するエフォートを当初見積りより明らかに減らさざるを得ない状況となった。結果として、当初予定していた研究の進捗を十分に実現できなかった。H29年度は、前年度までの検討結果を踏まえて、撮影端末上の撮影支援情報提示法の開発と、3次元状況獲得のそれぞれについて、研究を進めた。撮影端末における撮影支援情報提示法の開発については、被写体位置を撮影画面に重畳して提示するための幾何学的な処理を開発し、実際の撮影端末(Androidスマートフォン)上に実装して基本的な動作確認を行った。提案手法は以下の処理からなる。まず、Android OSに用意されているセンサ情報獲得機能を利用して、撮影端末の姿勢をオンタイムで取得し、次に、3次元空間の中に設定した被写体位置、および端末の位置に基づいて、被写体と撮影端末の位置・姿勢の関係を算出した。さらに、携帯端末から見た被写体位置情報を撮影映像上にCGで重畳表示することで可視化する。また、情報重畳表示に関わる画像上の位置合わせに関係する成果を国内学会で発表した。現状としては、被写体位置の自由度や動的変化については制限を設けており、今後、より自由度の高い状況への対応と、表示内容の高度化が課題である。3次元状況の獲得については、3次元状況を点群として獲得できる複数の距離センサ(デプスセンサ)を利用して、撮影される3次元状況の獲得とその高精度化について検討し、実装した。開発した手法では、センサ位置を変えながら計測した複数の3次元点群を重ね合わせることで撮影状況を獲得する方法を採用しているが、オンタイム処理までの実装を行うことができていないため、今後その改良、ならびに、点群と同時に色情報を獲得するビデオカメラの併用を行い、携帯撮影端末で得られる被写体像との照合による高精度な撮影支援までの実現を目指す。
窒素極性InGaNチャネルヘテロ構造を用いた高電子移動度トランジスタの研究

窒素極性窒化物半導体を用いた、ミリ波等の高周波・高出力応用を目指した高電子移動度トランジスタ(HEMT)の研究を行った。一般的に用いられるガリウム極性窒化物半導体と比較すると、分極電荷の符号が反転するため、HEMT構造も上下逆になった逆HEMT構造となり、半導体層の最表面に電子が走行するチャネル層が配置される。このため、ゲート・チャネル間距離を小さくできたり、オーミック電極の接触抵抗を抑えられる効果が期待される。更に、チャネル層の下に配置されるバックバリア層がキャリア電子の基板方向への広がりを抑えるため、ゲート長を短縮してもゲート電圧による電流制御を高く保つことが出来るため、現在のガリウム極性HEMTより高い高周波特性を発揮するトランジスタが実現することが期待される。本研究では、有機金属気相成長法によって窒素極性逆HEMT構造の結晶を成長し、HEMTを作製してその電気特性を評価するに至った。GaNチャネル層よりも理論的には高い電子移動度が期待されるInGaNをチャネルとした逆HEMT構造では、GaNチャネル逆HEMTを超える電子移動度には至らず、電気特性はGaNチャネル逆HEMT構造について実施した。既報告の窒素極性逆HEMTに比べて、ステップバンチングが少なく、より平坦性に優れた結晶成長を実現した。その結果、既報告例では電流経路がステップバンチングを横切ることによって見られたHEMT特性の面方位異方性が、本研究によって得られた窒素極性逆HEMTではほとんど見られなかった。また、窒素極性逆HEMTの性能向上には、ゲート絶縁膜およびその半導体界面の品質向上が不可欠である。試作した逆HEMTにおいて、その界面品質向上を目的として逆バイアスアニールを実施し、HEMT特性向上への効果があることを実証した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究の初年度にあたり、まず高品質な窒素極性GaN/AlGaN逆HEMT構造を実現するための有機金属気相成長法(MOVPE)技術について検討を行った。これまでに報告のある窒素極性GaN系結晶は、安定した結晶成長を実現するためにオフ角(結晶軸のc軸からのずれ角)が大きな基板を用いることが多かったが、成長した結晶表面のステップバンチングが電気伝導に与える影響を考慮して、我々はオフ角が0.8度と小さなサファイア基板を使用し、結晶成長条件を検討した。その結果、成長したGaN/AlGaN構造をホール効果測定評価し、電子移動度の温度依存性から2次元電子ガスが期待通りに形成されていることを確認した。トランジスタ作製技術では、それぞれの工程において、従来のガリウム極性材料に対するプロセス条件と窒素極性材料に対する条件の差異を確認しながら、逆HEMTの試作工程フローを完成させた。さらに、実際に成長したGaN/AlGaN逆HEMT結晶を用いて試作を実施し、通常のショットキーゲート構造の逆HEMTではゲート界面に接するGaNのショットキー障壁高さの不足からゲートの漏れ電流がトランジスタ動作を阻害することを確認した。このため、絶縁ゲート構造を導入した逆HEMT試作を行い、トランジスタ動作を実現した。また、初年度計画には、デバイス特性の温度依存性評価に必要となる、温度調節機能付きプローバを導入することを挙げていた。これについて仕様の検討と購入品の選定を行い、その購入手続きを実施し、年度末までに計画通りに導入作業を完了した。窒素極性GaN/AlGaN構造の結晶成長技術、逆HEMTのデバイス作製技術、温度調節機能付きプローバの導入について、当初の計画に掲げた計画初年度の目標を達成できた。研究の2年度目にあたる平成29年度は、まず窒素極性GaNチャネル逆HEMTのデバイス特性の向上を検討し、既存報告との差別化を明確にした。これまでの窒素極性材料は、結晶表面にヒロックが発生することを抑えるために、c軸から大きなオフ角を付けて切り出した基板を利用していた。一方で、オフ角が大きいと結晶にステップバンチングが高密度に発生し、その結果として、結晶表面における電気伝導特性に異方性が生じる。これは、HEMTを作製したときに、そのゲートの向きによってトランジスタ特性が変化する現象を生む。本研究によって、我々は基板オフ角が0.8度と従来報告の1/3以下にまで減少させてもヒロックの発生を抑え、更にステップバンチング密度も小さい高品質な窒素極性逆HEMTエピタキシャル結晶を成長することに成功した。この結晶でHEMTを作製して、従来報告されたいたような、電気伝導の異方性が全くないことを、トランジスタ特性の評価によって確認した。一方、InGaNチャネル導入の検討を開始した。これまでGa極性のHEMTにおける報告では、InGaNを導入すると移動度が低下する問題があった。窒素極性では、チャネルとなるInGaN層が最表面に配置されるため、Ga極性での成長のようにInGaN成長の後に高温成長の必要なAlGaNを成長してInGaN層が劣化する懸念がなくなる。このため、高移動度のInGaNチャネルが実現出来ることを期待しているが、現状ではGa極性と同様に移動度の低下が発生している。今後は、移動度低下の原因を追求し、InGaN層の成長条件を検討することによって、GaNチャネルを上回る移動度を実現することを目指す。窒素極性GaN/AlGaN/GaN構造の逆HEMTにおいて、従来技術に比して基板オフ角を大幅に低減することによってチャネル内電気伝導特性の異方性の発生を防ぎ、ゲートのレイアウト向きに関係なく均一なトランジスタ特性を実現して論文化した。

窒素極性窒化物半導体を用いた、ミリ波等の高周波・高出力応用を目指した高電子移動度トランジスタ(HEMT)の研究を行った。一般的に用いられるガリウム極性窒化物半導体と比較すると、分極電荷の符号が反転するため、HEMT構造も上下逆になった逆HEMT構造となり、半導体層の最表面に電子が走行するチャネル層が配置される。このため、ゲート・チャネル間距離を小さくできたり、オーミック電極の接触抵抗を抑えられる効果が期待される。更に、チャネル層の下に配置されるバックバリア層がキャリア電子の基板方向への広がりを抑えるため、ゲート長を短縮してもゲート電圧による電流制御を高く保つことが出来るため、現在のガリウム極性HEMTより高い高周波特性を発揮するトランジスタが実現することが期待される。本研究では、有機金属気相成長法によって窒素極性逆HEMT構造の結晶を成長し、HEMTを作製してその電気特性を評価するに至った。GaNチャネル層よりも理論的には高い電子移動度が期待されるInGaNをチャネルとした逆HEMT構造では、GaNチャネル逆HEMTを超える電子移動度には至らず、電気特性はGaNチャネル逆HEMT構造について実施した。既報告の窒素極性逆HEMTに比べて、ステップバンチングが少なく、より平坦性に優れた結晶成長を実現した。その結果、既報告例では電流経路がステップバンチングを横切ることによって見られたHEMT特性の面方位異方性が、本研究によって得られた窒素極性逆HEMTではほとんど見られなかった。また、窒素極性逆HEMTの性能向上には、ゲート絶縁膜およびその半導体界面の品質向上が不可欠である。試作した逆HEMTにおいて、その界面品質向上を目的として逆バイアスアニールを実施し、HEMT特性向上への効果があることを実証した。窒素極性GaN/AlGaN逆HEMTについて、オーミック電極のコンタクト抵抗低減、ゲート絶縁膜の電気的特性の評価と改善、エピタキシャル構造の改良等によって特性の向上を目指す。また、チャネル層へのInGaNの導入について、結晶成長の検討を開始する。InGaNによってGaNチャネル以上の電子移動度を実現することを、エピタキシャル構造設計(InGaN/GaNコンポジットチャネル構造等)と結晶成長条件の両面から目指す。窒素極性GaN/AlGaN/GaN逆HEMTについて、オーミック電極のコンタクト抵抗の低減、ゲート絶縁膜の堆積条件の最適化、エピタキシャル構造の改良等によって、トランジスタ特性の向上を目指す。また、InGaNの成長条件とエピタキシャル構造の設計(InGaN/GaNコンポジットチャネル構造等)の両面から検討し、InGaNチャネルの導入によって電子移動度の向上を実現することを目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
トリパノソーマにおけるCa2+シグナリングの分子基盤の解明と創薬への応用

寄生原虫Trypanosomacruziを病原体とするシャーガス病に対する現行の治療薬は、効果や副作用の点で実用的でなく、新規治療薬開発が急務である。本研究は、申請者らの独自研究を発展させ、T. cruziの分裂増殖・変態・細胞侵入などを制御するCa2+チャネル(TcIP3R)を介するCa2+シグナリングを標的とした治療薬開発のための基盤研究を行う。具体的には、本経路の分子特性を電子顕微鏡、生体イメージング、及び生化学的解析などにより明らかにすると共に、治療薬のリード化合物となり得る本経路の阻害剤を次世代アンチセンスオリゴ及び化合物ライブラリより同定する。その成果をもとに、トリパノソーマのCa2+シグナリングのユニークな点を顕在化するとともにその特異的阻害剤を新たに同定し、副作用のない治療薬開発で患者救済を目指す。平成30年度は、申請者らが開発した細胞内Ca2+濃度をモニタリング可能な生体イメージングシステムを用いた薬剤スクリーニングを行った。具体的には、Ca2+濃度依存的に蛍光を発するタンパク質(R-GECO1)を高発現する原虫(昆虫型)に、TcIP3R mRNAに対する種々のモルフォリノアンチセンスオリゴを作用させ、そのCa2+シグナリングの阻害効果を検討した。また、TcIP3Rの結晶構造を明らかににし、その構造から、TcIP3Rを阻害するような化合物を作製する試みも続けている。大腸菌および真核細胞系を用いたTcIP3RおよびそのIP3結合領域と推測されるドメインについて、発現系の構築を試みたが、TcIP3Rは非常に不安定(Short-lived)なタンパク質であることがあることが明らかになっている。そこで、TcIP3Rを原虫にpTREXプラスミドベクターを用いて高発現させ、そこからTcIP3RまたはIP3結合ドメインの精製を試みた。平成27年度の研究成果は下記である。1、これまでT. cruziアマスティゴートからトリポマスティゴートの変態にCa2+シグナリングが関わっているか不明であった。これはin vitroにおいてこの変態を誘導するアッセイ系がなかったためである。我々はこのアッセイ系を初めて確立した。さらにTcIP3Rノックダウン原虫と野生株を比較することで、この変態にCa2+シグナリングが関わっていることを明らかにした。(Hashimoto et al, 2015)2、一般的にIP3RのIP3結合ドメインはN末端に存在し、本ドメインの発現はそのIP3結合能から、ドミナントネガティブ体として機能することが知られている。本研究で我々は200種以上のドミナントネガティブ体のスクリーニングを行い、TcIP3Rのドミナントネガティブ体を発現するT.cruziの作製に成功した。本原虫の電子顕微鏡解析から、TcIP3Rはミトコンドリアの機能維持に重要な機能を担うことを明らかにした。(Hashimoto et al, 2015)3、TcIP3R mRNAのトランススプライシングを特異的に阻害する次世代アンチセンスオリゴ(モルフォリノアンチセンスオリゴ)の作製に成功した。本オリゴ処理により原虫の増殖能および宿主細胞への進入能が著しく阻害された。本オリゴは新規治療薬として有望である。(Hashimoto et al, 2016)各専門家との研究連携もうまくいっており、当初の計画以上に研究は進展している。平成28年度の研究成果は下記である。1、細胞内カルシウム濃度([Ca2+]i)依存的に蛍光を発するタンパク質(R-GECO1:red fluorescent, genetically encoded Ca2+ indicator for optical imaging)を発現するT.cruziの作製に成功した。2、R-GECO1発現原虫の蛍光シグナルを生活史の各ステージで比較し、生活史で大きく[Ca2+]iが変動することを明らかにした。さらにそのシグナル強度はTcIP3Rの発現量と正の相関を示すことが明らかになった。また、Ca2+濃度が低い宿主細胞質内に寄生するアマスティゴートが高い[Ca2+]iを維持し続けることが可能であることが、長期間の生体イメージングにより明らかになった。3、TcIP3R遺伝子の一部を破壊し、発現量を1/3にした原虫(SKO原虫)にR-GECO1を発現させ、WTと比較したところ、蛍光シグナルも約1/3に減少していた。4、以上の結果は、TcIP3Rが[Ca2+]iの決定因子であることを示すと共に、R-GECO1発現原虫はシャーガス病の治療薬スクリーニングに有望であることを示している。

各専門家との研究連携もうまくいっており、当初の計画以上に研究は進展している。寄生原虫Trypanosomacruziを病原体とするシャーガス病に対する現行の治療薬は、効果や副作用の点で実用的でなく、新規治療薬開発が急務である。本研究は、申請者らの独自研究を発展させ、T. cruziの分裂増殖・変態・細胞侵入などを制御するCa2+チャネル(TcIP3R)を介するCa2+シグナリングを標的とした治療薬開発のための基盤研究を行う。平成29年度は、申請者らが開発した細胞内Ca2+濃度をモニタリング可能な生体イメージングシステムを用いた薬剤スクリーニングを行った。具体的には、Ca2+濃度依存的に蛍光を発するタンパク質(R-GECO1)を高発現する原虫(昆虫型)に、TcIP3R mRNAに対するモルフォリノアンチセンスオリゴを作用させ、そのCa2+シグナリングの阻害効果を検討した。今後、その他の生活史の原虫(昆虫型、細胞内型)に対しても阻害効果の調べると共に、さらに有効な次世代アンチセンスオリゴ開発も行う予定である。一方、TcIP3Rの結晶構造を明らかににし、その構造から、TcIP3Rを阻害するような化合物を作製する試みも続けている。大腸菌および真核細胞系を用いたTcIP3RおよびそのIP3結合領域と推測されるドメインについて、発現系の構築を試みたが、TcIP3Rは非常に不安定(Short-lived)なタンパク質であることがあることが明らかになっている。そこで、TcIP3Rを原虫にpTREXプラスミドベクターを用いて高発現させ、そこからTcIP3RまたはIP3結合ドメインの精製を試みている。各専門家とも研究連携がうまくいっており、おおむね順調に研究は進展している。具体的には、本経路の分子特性を電子顕微鏡、生体イメージング、及び生化学的解析などにより明らかにすると共に、治療薬のリード化合物となり得る本経路の阻害剤を次世代アンチセンスオリゴ及び化合物ライブラリより同定する。その成果をもとに、トリパノソーマのCa2+シグナリングのユニークな点を顕在化するとともにその特異的阻害剤を新たに同定し、副作用のない治療薬開発で患者救済を目指す。平成30年度は、申請者らが開発した細胞内Ca2+濃度をモニタリング可能な生体イメージングシステムを用いた薬剤スクリーニングを行った。具体的には、Ca2+濃度依存的に蛍光を発するタンパク質(R-GECO1)を高発現する原虫(昆虫型)に、TcIP3R mRNAに対する種々のモルフォリノアンチセンスオリゴを作用させ、そのCa2+シグナリングの阻害効果を検討した。また、TcIP3Rの結晶構造を明らかににし、その構造から、TcIP3Rを阻害するような化合物を作製する試みも続けている。
経路積分繰り込み群法による強相関電子系の研究

量子縮退領域における価数転移の性質とその臨界点近傍の電子状態の性質を明らかにするため、f電子と伝導電子間の斥力Ufcをとりいれた1次元周期アンダーソン模型に平均場近似、及びDMRG法を適用して基底状態の性質を調べた。その結果、平均場近似では価数の1次転移とともに相分離が生じるのに対し、DMRG法では価数の1次転移は生じるが、相分離は生じないことがわかった。つまり、量子ゆらぎと電子相関の効果によって相分離は実現せず、Kondo状態からMixed Valence状態へのクロスオーバーが強く安定化される。このゆらぎの強い、シャープな価数クロスオーバー近傍のKondo状態で超伝導相関が発達するが、これは電荷速度が増大することによるものであり、K>1を示す既存の模型に共通な電荷圧縮率の増大を起源としない点で、特筆すべき結果である。価数の感受率が増大するにもかかわらず全電荷の圧縮率が増大しない理由は、全電荷の相関関数のうちf電子と伝導電子に対して対角的、非対角的な項の主要項の符号が反対であるために互いに相殺しあうことによる。このことからこの系の超伝導の起源は、電子の有効バンド幅が増大することにより、価数ゆらぎをもつ電子のコヒーレンスが増大したことによると考えられる。価数転移について、γ-α転移を起こすCe金属と異なり、Ce化合物で1次転移が起きにくい理由は、化合物ではUfcが小さくなるためと考えられる。また、熱力学関係式を解析的に導出することにより、価数転移のf電子の跳びの最大値が空間次元によらず2n-1(nは全電子のフィリング)で表されることを示すことができる。これより、(1)配位数(zUfc)が大きい、(2)フェルミ面にかかっているバンド全体の占有数の大きいCe化合物で1次の価数転移が実現する可能性が高いことが指摘される。大正準分布の経路積分繰り込み群法のアルゴリズムを開発した。具体的には、2次元斥力ハバード模型に電子-正孔変換を導入し、引力ハバード模型に変換する。その結果、もともとupスピンとdownスピシの直積で構成されていた基底関数が、upスピンとdownスピンの非対角な空間も含む基底に拡張される。このため、もとの系の全電子数は保存量でなくなるので、変換後の基底とハミルトニアンで経路積分繰り込み群を行えば、大正準分布の枠組みになる。相互作用項による射影を行う際に、upスピンの電子とdownスピンの電子を混成させる非対角型のストラトノビッチ・ハバード変換を導入することにより、与えられた化学ポテンシャルに対して最適な電子数をもつ状態を生成することが可能となった。運動エネルギーの項の射影を行う際に、複数の擬化学ポテンシャルを用いて複数の状態を生成し、その中から最もエネルギーの低い状態を採用することで、電子数のスムーズな変化を実現することが可能となった。これらの射影の枠組みに対応して、グリーン関数を更新する際に必要な定式化を行った。以上のアルゴリズムに基づいて、数値計算のプログラムを作成した。確認のため少数サイト系での数値計算をパーソナルコンピュータで行い、得られた基底状態エネルギーや同時刻スピン相関関数などの物理量が厳密対角化法の結果と高い精度で一致することを確認した。次に、大型計算機用の並列化プログラムを開発した。10×10格子点以上の大きなシステムサイズにおいて、フラストレーションのないパラメータ領域で量子モンテカルロ法の結果と統計誤差の範囲内で物理量が一致することを確認した。前年度までの研究により、新しい数値計算のアルゴリズムである、大正準分布の経路積分繰り込み群法を開発し、これまで他のどの理論的方法でも取り扱いが難しかった、次近接ホッピングをもつ正方格子ハバード模型の基底状態の金属絶縁体相図を決定した。今年度は更に解析を進め、相境界の傾きと相転移に関する物理量の間に普遍的な関係式が成り立つことを見出し、熱力学関係式を導出した。この関係式は、系の相互作用や化学ポテンシャルをパラメータとする相図において、相境界の傾きと物理量が満たすべき関係を与える。物理量として、1次転移の場合には、相互作用に共役な量が熱力学関係式に現れる。連続転移の場合には、ハミルトニアンを相互作用で2階微分した量(感受率)が現れ、感受率や電荷圧縮率を相互に関係づける表式が導かれる。重要な点は、熱力学関係式はモット転移に限らず相転移を示す系に普遍的に成り立つ関係式であり、系の空間次元や温度によらずに成り立つ点である。モット転移の制御パラメータとして、バンド幅とフィリングがあげられるが、クーロン相互作用と化学ポテンシャルの相図において、1次、および、連続的なモット転移の各場合について、熱力学関係式を導出した。更に、1次元系および2次元系において実現する、モット転移近傍の電荷圧縮率の解析的な表式から出発して、二重占有感受率をはじめとする物理量の解析的表式を導出し、上で導いた熱力学関係式が実際に成り立つことを示した。また、1次元系においてベーテ仮説法を用いることにより、上記の関係式が満たされることを確認した。この熱力学関係式から、連続的なモット転移において、電荷圧縮率が発散するとき、二重占有感受率も発散し、逆も成り立つことが導かれる。また、熱力学関係式を用いることにより、相境界の形と転移の次数との関係を、存在可能な場合と不可能な場合に分類できることを示した。

量子縮退領域における価数転移の性質とその臨界点近傍の電子状態の性質を明らかにするため、f電子と伝導電子間の斥力Ufcをとりいれた1次元周期アンダーソン模型に平均場近似、及びDMRG法を適用して基底状態の性質を調べた。その結果、平均場近似では価数の1次転移とともに相分離が生じるのに対し、DMRG法では価数の1次転移は生じるが、相分離は生じないことがわかった。つまり、量子ゆらぎと電子相関の効果によって相分離は実現せず、Kondo状態からMixed Valence状態へのクロスオーバーが強く安定化される。このゆらぎの強い、シャープな価数クロスオーバー近傍のKondo状態で超伝導相関が発達するが、これは電荷速度が増大することによるものであり、K>1を示す既存の模型に共通な電荷圧縮率の増大を起源としない点で、特筆すべき結果である。価数の感受率が増大するにもかかわらず全電荷の圧縮率が増大しない理由は、全電荷の相関関数のうちf電子と伝導電子に対して対角的、非対角的な項の主要項の符号が反対であるために互いに相殺しあうことによる。このことからこの系の超伝導の起源は、電子の有効バンド幅が増大することにより、価数ゆらぎをもつ電子のコヒーレンスが増大したことによると考えられる。価数転移について、γ-α転移を起こすCe金属と異なり、Ce化合物で1次転移が起きにくい理由は、化合物ではUfcが小さくなるためと考えられる。また、熱力学関係式を解析的に導出することにより、価数転移のf電子の跳びの最大値が空間次元によらず2n-1(nは全電子のフィリング)で表されることを示すことができる。これより、(1)配位数(zUfc)が大きい、(2)フェルミ面にかかっているバンド全体の占有数の大きいCe化合物で1次の価数転移が実現する可能性が高いことが指摘される。
統計的に不正検知可能な情報理論的暗号方式とその応用

本研究では,情報理論的暗号理論における攻撃手法,および,それを検知する手法について研究した,特に,(2,2)しきい値秘密分散法におけるなりすまし攻撃検知確率の減衰指数と,シェアのサイズのトレードオフ関係を解明した.その結果.シェアサイズを冗長にすると,どのくらいなりすまし攻撃を防止しやすくなるかが厳密に明らかになった.それ以外に,視覚復号型秘密分散法に対して,不正を防止する手法や,視覚復号型秘密分散法が秘密情報(画像)を視覚的に復号するという物理的な特性をもつ点に着目して,現実的な観点から不正を行う方法を提案した.その他にも情報理論的暗号に関する幾つかの基礎的成果を得た.今年度は,本研究の基盤を成す成果である「成りすまし攻撃を検知する(2,2)しきい値型秘密分散法に関する符号化定理」がIEEE Transactions on Information Theoryに採録・掲載された.投稿論文の修正過程において,研究の位置づけなどを再度整理し,投稿時に比べてより緻密な議論を行ったことは,今後の研究の方向性をはっきりさせるために非常に有用であった.特に,この過程でより鮮明になった「なりすまし攻撃」と「改ざん攻撃」の差異については,本研究の重要な課題と考えており,最終年度の最も重要な課題となると考えている.また本年度は,視覚復号型秘密分散法において不正検知を行う方式を提案した論文も掲載された.本研究のアイディアは上記の秘密分散法における不正検知とは全く異なるが,ダミーの画像を埋め込むことで,画像を用いた不正検出が可能となっている.昨年度から行っている情報理論的に安全なオークションプロトコルに関しては,より精密なモデルのもとでの考察を行った.具体的には,封印入札の前後での秘匿性および情報漏洩を,条件付きエントロピーを用いて定式化して解析した.しかし,このモデルには結託者に対する仮定に現実とそぐわない問題点が見つかったので,モデルを修正し,それに対して安全なプロコトルを国際ワークショップ(IWSEC)にてポスター発表した.一方で安全性証明については(当初の)欠陥のあるモデルに対しては完全なものが出来ているが,新しいものに対しては(直感的には自明であるものの)明確な形では与えることが出来ていない.これについても来年度の課題としたい.その他,PUFを用いたIDの生成に関する論文や,共通鍵暗号方式の符号化限界を一般化する定理など,情報理論的な見地から暗号・情報セキュリティの問題を解析することで幾つかの新たな知見が得られた.(1)視覚復号型秘密分散法(VSSS)に関する成りすまし攻撃:HuとTzengはVSSSに対する成りすまし攻撃を議論し,攻撃成功確率が無視できるほど小さい方式を提案した.しかし,この方式はケルクホフスの原理(暗号方式は秘密情報以外の仕様を全て公開してもなお安全であるという考え方)に基づいている.復号者が計算機を使用しないVSSSにおいては,このような状況は必ずしも現実的とはいえず,基本行列などの仕様を知らない被害者が,復号した結果を成りすましと気がつかずにそのまま受け入れてしまう可能性がある.本研究では,このような設定の下ではHu-Tzengの方式は確率1で成りすまし可能であることを示した.不正検知手法等に関する検討は今後の課題である.(2)制限付き誕生日攻撃の最適性と,差分標的衝突攻撃:ハッシュ関数に対する衝突耐性を研究することは,成りすまし攻撃の存在を指摘することに他ならない.本研究では,ランダム関数に対して制限付き誕生日攻撃(LBA)と呼ばれる攻撃を行う場合の最適計算量を,情報理論的な手法等を駆使して明らかにした.この問題は2010年以降未解決の問題である.また,LBAが差分標的衝突攻撃(dTCR)と等価であることを示し,実際にdTCRが有意に成功する攻撃法を示した.明らかになった攻撃計算量のうち幾つかは知られている中で最良の攻撃である.(3) Renyiエントロピーに基づく情報理論的暗号:情報論的安全性を保証する暗号化の不可能性(逆定理)の統一的理論を研究した.情報理論的安全性の下では,鍵の要素数やシャノンエントロピー,最小エントロピーに関する不可能性定理が知られているが,これらの証明は一見すると全く別の導出方法に依っている.そこで本研究ではこれらを統一することから研究を始め,情報理論的安全性やRenyiエントロピーに関する幾つかの基本的結果を得た.本研究では,情報理論的暗号理論における攻撃手法,および,それを検知する手法について研究した,特に,(2,2)しきい値秘密分散法におけるなりすまし攻撃検知確率の減衰指数と,シェアのサイズのトレードオフ関係を解明した.その結果.シェアサイズを冗長にすると,どのくらいなりすまし攻撃を防止しやすくなるかが厳密に明らかになった.それ以外に,視覚復号型秘密分散法に対して,不正を防止する手法や,視覚復号型秘密分散法が秘密情報(画像)を視覚的に復号するという物理的な特性をもつ点に着目して,現実的な観点から不正を行う方法を提案した.その他にも情報理論的暗号に関する幾つかの基礎的成果を得た.今年度は,本研究が対象としている,暗号文の改ざんや成りすましに対する耐性が特に必要となる実例として,情報理論的に安全なfirst-priceオークションに関する検討を行った.このプロトコルでは,複数の入札者が暗号化された入札情報を競売人に送り,競売人が開札を行う.開札を行うまでは全ての入札情報が秘匿されるべきであり,開札後に落札者と落札額が判明した後は,落札額に関する情報が秘匿されることが求められる.

このタイプの暗号プロトコルに対しては,どのような安全性を要求すべきかといった基礎的な議論すら存在しないため,我々は秘匿性に関する要求の定式化から考察をスタートした.その結果,安全性の定式化および,プロトコルの提案,安全性証明を与えることに成功した.プロトコルは秘密分散法をベースにする方式であり,我々が考えている不正検知方式を適用できる可能性がある.上記の安全性モデルを考察する上で,入札情報の間に相関が存在すること,および,入札情報が一般には一様分布に従わないことが,自然に要求される仮定となることを指摘した.本研究課題が理論基盤にするIwamoto-Yamamoto-Koga (IKY)による不正検知方式の特徴として,上記のような仮定の下でも最適な暗号化および不正検知が可能であることが明らかになっており,我々の研究する不正検知方式がこのような暗号プロトコルに対して,非常に有効に機能する可能性が示唆された.その他,視覚復号型秘密分散法や,共通鍵暗号方式の基礎概念に関する知見など,情報理論的に安全な暗号理論に関する幾つかの成果を得た.本年度の研究内容は,最終年度に向けて研究をまとめるための中間的なステップと位置づけられ,その意味では着実な進捗があったと考えている.その反面で,最終年度に課題を残している面もある.まず,投稿した論文がIEEEの論文誌に採録されたことは研究の第一段階が終了したことを意味する.その一方で,その結果を進展させた「改ざん攻撃」の検出に関する符号化定理に関しては研究を更に進める必要がある.関連研究なども現れているので,急いで研究を進めたいと考えている.現在取り扱っている改ざん攻撃と,その符号化定理の導出にあたっては,情報理論的にも高度な知識が必要であり,暗号理論と情報理論の両分野に跨がって幅広く情報を収集してきている.その一方で,本研究の応用に近い部分である視覚型秘密分散法や,情報理論的に安全なオークション方式については一定の進展があった.前者に関しては論文が掲載されたが,後者に関しては,安全性証明が非常に難解なものとなってしまい,打開策が見つかっていない.これは結果が技術的に高度なものである証拠でもあるが,本質をより鮮明にすることがより重要である.証明の簡単化などを行い,現在取り扱っているより現実的なモデルに対しても安全性証明がつけられるように研究を進める方針である.また,情報理論的な観点から不正検知に関して研究を進める上で,情報理論だけでなく,様々な暗号研究者との議論は欠かせない.それらの議論を通して,情報理論的暗号における不正検知とは直接は関係しないものの,幾つかの成果が出ていることも本研究の効果の一部と考えている.理論面・応用面共に最終年度に課題を残しているが,現在のところ両者ともに着実な進展があると考えている.今年度までの成果をもとにさらに研究を発展させ,最終的に意味のある形で最終年度の成果をまとめたいと考えている.初年度に関する当初の計画では,IKY方式を拡張した安全性概念を考察し,モデル化・実現が可能であるかを検討する予定であったが,今年度は応用例に関する研究が大きな成果となった.研究全体としては実システムへの応用まで考察する予定でいるので(当初の予定では研究の後半であった),本年度の研究が目標からそれたことにはならないが,IKY方式の概念の拡張に関する考察が早急に必要であると考えている.
リモートセンシング解析による作物生育障害要因の時空間分布特性の解明

国内における稲作に関する障害と,海外での小麦生産に関する障害内容を,衛星画像を用いたリモートセンシング解析による作物生育障害要因の時空間分布特性の解明し,障害発生の早期発見技術を開発し,食料の安全・安定供給のための情報技術の開発を目的として研究を実施した。具体的には,宮城県石巻地区における水田の津波や塩害等による被災後の復興状態の把握およびオーストラリアの小麦作付け地区における干ばつの解析研究を実施した。国内における稲作に関する障害と,海外での小麦生産に関する障害内容を,リモートセンシング解析による作物生育障害要因の時空間分布特性の解明し,障害発生の早期発見技術を開発し,食料の安全・安定供給のための情報技術の開発を目的として研究を実施中である。長岡市越路地区における水田の温度特性計測の基礎研究長岡市越路地区において,水田の温度特性を,時間,空間分布を現地観測し,水条件,気象条件,生育状態等の基礎データを収集し,温度特性と生育状態との関係の基礎資料を作成中である。宮城県亘理(わたり)地区における高温障害、低温障害と水管理、温度情報の解析宮城県亘理郡亘理町は宮城県南東部に位置する水田地帯において,アメダス観測地点周辺のLANDSAT衛星画像の熱バンド情報と,アメダス観測による気温を比較検討し,気温と水田温度の関係を比較検討を実施中である。オーストラリアの小麦作付け地区における干ばつの解析サウスオーストラリア州ヨーク半島付近の小麦生産地帯において,干ばつ発生年の2006年,2007年および豊作年の2008年の各時系列MODIS観測データバンド1,バンド2用いて,年度間を比較検討する方式で,干ばつ状況の把握の可能性を検討した。MODIS画像解析により干ばつ被害地域を特定し,サウスオーストラリア州政府発表の収穫記録と照合したところ,高い相関がみられた。本研究の目的である生育被害発生の検知の可能性が示唆された。宮城県亘理(わたり)地区における高温障害、低温障害と水管理、温度情報の解析宮城県亘理郡亘理町は宮城県南東部に位置する水田地帯において,アメダス観測情報と衛星画像の熱バンド情報との比較検討し,気温と水田温度の関係を比較検討を実施中であった。今回対象地区が津波による甚大な被害を受け,今後は塩害の影響が懸念されることから,塩害に関する解析も含めて研究中である。オーストラリアの小麦作付け地区における干ばつの解析サウスオーストラリア州ヨーク半島付近の小麦生産地帯において,干ばつ発生年の2006年,2007年および豊作年の2008年の各時系列MODIS観測を用いて,年度間を比較検討する方式で,干ばつ状況の把握の可能性を検討した。21年度は可視光情報中心の研究であったが,22年度は,MODISの熱赤外情報も含めて,干ばつ情報の抽出に関する研究を実施中である。国内における稲作に関する生育障害と,海外での小麦生産に関する生育障害内容を,リモートセンシング解析による作物生育障害要因の時空間分布特性の解明し,障害発生の早期発見のための基礎技術を開発し,食料の安全・安定供給のための情報技術の開発を目的として研究を実施した。宮城県石巻地区における水田の津波や塩害等による被災後の生育障害と復興状態の把握東日本大震災後の石巻周辺の農地被災状態および2011年度の農地の作付けおよび生育状態を,時系列の衛星観測画像を用いて,生育状態が正常であるか否かを分析し評価した。この分析結果は現地調査により検証した。2011年度の水稲作付け時期の対象地区は,晴天日が少なく,多くの地球観測衛星による観測では,雲域が多く農地が良好に観測されたデータは数少なかった。このため毎日2回と撮影頻度の高い観測をおこなっているMODISの観測画像を用いて,生育状態の追跡をおこなった。地上分解能が250mと農地区画に比べて十分ではないため,農地を複数個結合したブロックごとの広域区画ブロックのベクタ情報を作成し,広域区画ブロックごとに,生育状態の評価をおこなった。観測時間間隔の密な情報による生育状態の評価手法の開発と検証が行えた。干ばつ年と豊作年との比較により,時系列の衛星観測画像解析により干ばつ年の生育不良領域の特性が確認されて,不作地域の分布を抽出することができた。
空間符号の多層化により三次元表示とセキュア表示を再構成する複合ディスプレイ

三次元表示とセキュア表示の複合表示ディスプレイの設計を明らかにすることを目的として,偏光演算型表示ハードウェアの試作,多層の偏光符号の構築を行った.映像信号の暗号化と両眼観察位置の限定を行うセキュアな三次元表示を達成するディスプレイの空間符号を構築し,表示ハードウェアを固定したままで,表示される空間符号によりセキュア表示,三次元表示,セキュア三次元表示,通常二次元表示の表示機能の再構築を実現した.三次元表示とセキュア表示の複合表示ディスプレイの設計を明らかにすることを目的として,偏光演算型表示ハードウェアの試作,多層の偏光符号の構築を行った.映像信号の暗号化と両眼観察位置の限定を行うセキュアな三次元表示を達成するディスプレイの空間符号を構築し,表示ハードウェアを固定したままで,表示される空間符号によりセキュア表示,三次元表示,セキュア三次元表示,通常二次元表示の表示機能の再構築を実現した.三次元表示とセキュア表示の複合表示ディスプレイの設計を明らかにすることが本研究の目的であり,2年間での目的達成を計画している.平成21年度には3層の液晶ディスプレイパネルで構成される新しいディスプレイハードウェアの製作と3層ディスプレイの偏光変調特性を調べた.製作したハードウェアは,偏光面の回転角度による演算結果を示すディスプレイである.液晶パネルを分解して3種類の異なる構造の液晶パネルを作製した.第1の液晶パネルは,通常の液晶ディスプレイから観察者側の偏光フィルムが取り除かれた液晶パネルであり,バックライト,偏光フィルム,液晶デバイスで構成される.第2の液晶パネルは,通常の液晶ディスプレイパネルからバックライトと2枚の偏光フィルムの両方を取り去ったものであり,液晶デバイスのみで構成される.第3の液晶パネルは,通常の液晶ディスプレイからバックライトとバックライト側の偏光フィルムを取り去ったものであり,液晶デバイスと観察者側の偏光フィルムとで構成される.これら3種類の液晶パネルを,第1の液晶パネルの上に間隔1cmのスペーサーを介して第2の液晶パネルを積層,さらに1cmのスペーサーを設けて第3の液晶パネルを設置した.つまり,製作された多層の偏光演算型ディスプレイは,バックライト,偏光フィルム,3枚の液晶パネル,および偏光フィルムで構成される.3枚の液晶パネルの各層により偏光面が変調されることを確認した.さらに,液晶デバイスの間に設けたスペーサーにより,観察位置に応じて異なる偏光演算結果が得られることを実証した.これらの成果は平成22年度に取り組む3層の偏光符号化によるセキュア3D表示に利用可能である.三次元表示とセキュア表示の複合表示ディスプレイの設計を明らかにすることが本研究の目的であり,平成22年度には多層の偏光符号の構築ならびに,立体錯視のひとつであるDFD(Depth-Fused 3-D)現象と視覚復号型暗号の複合化による3Dセキュリティ技術を実現した.光の偏光回転を用いた偏光演算による暗号化について,多層化の際に問題となる波長分散による着色を防止するための偏光回転ルールを導入することで3層を超える多層化時にも明暗のコントラストが保たれる偏光暗号を構築した.本研究の目的である三次元表示とセキュア表示の複合化の例として,三次元表示を用いた新しい視覚復号型暗号(DFD復号型暗号)を実現した.従来の視覚復号型暗号は積層画像の明るさで秘密情報の値を表現していたのに対して,DFD復号型暗号においては,各画素の値を奥行きで表現する違いがある.DFDは輝度変調された2枚の画像を一定間隔を設けて観察するときに輝度比に応じた奥行きに像が知覚される現象である.濃度値を不規則に設定した1枚の画像を復号用の鍵として用いる.これに対して,秘密情報の画素値を復号画像の各画素の奥行きで表現するようにもう1枚の画像の各画素の濃度を定めることで実現される.この方法により1枚の映像信号だけでは秘密情報を復元できず,かつ復号結果が観察される位置を限定するセキュアディスプレイをDFDによる三次元表示で実現した.以上により,映像信号の暗号化と両眼観察位置の限定を行うセキュアな三次元表示を達成するディスプレイの画素配置を設計して,空間符号を構築すること,ならびにディスプレイのハードウェアを固定したままで,ソフトウェア上で暗号化された映像を用いた視野限定(セキュア)表不,三次元表示,セキュア三次元表示,通常二次元表示の表示機能の書き換えを実証すること,という研究の目標課題を達成した.
タイプII代謝型グルタミン酸受容体刺激による脳保護効果の検討

脳虚血に際しグルタミン酸が増加して、脳梗塞の悪化に関与する。NMDA受容体遮断薬は、実験的脳梗塞には有効性が確認されているが、いまだ実用的なものはない。我々は、代謝調節型受容体(mGluR)が脳虚血どのように作用するかを明らかにするためにtypeIIアゴニストを用いて検討を行った。【方法】ラット中大脳動脈閉塞による局所脳虚血による脳梗塞急性期モデル、および一過性全脳虚血による遅発性神経細胞死モデルを用いて実験を施行した。局所脳虚血モデルではmGluRアゴニストであるDCG-IV(5-500nmol)を灌流装置により虚血の局所に投与し、脳組織中グルタミン酸をmicrodialysis装置より測定した。虚血1時間で血流再開として、再開通後2時間でラットを断頭し脳を摘出、TTCにて脳梗塞体積を測定した。全脳虚血モデルでは脱血し、平均血圧を低下させた状態で両側総頸動脈を5分間クリップで閉塞し、虚血を誘導した。DCG-IV(10-500pmol)は虚血誘導前に脳室内投与した。全脳虚血5日後、正常な形態を保っているCA1錐体細胞の数をカウントし、遅発性神経細胞死の定量的評価を行った。【結果】局所脳虚血モデルにおいては、DCG-IV投与による脳梗塞体積に有意差は認められず、グルタミン酸濃度上昇の有意差は認められなかった。一過性全脳虚血では海馬CA1に残存する神経細胞の数はDCG-IV 250pmolを脳室内投与した群において、コントロール群(生食)と比較して優位に多く認められた。また、DCG-IVの効果は容量依存的に変化した。500pmol投与では投与直後に痙攣発作を生じ、死亡した。【考察】局所脳虚血モデルにて検討した急性期の脳梗塞病変は、血流低下による壊死と再灌流障害によるものと考えられ、DCG-IVによる効果は明らかにできなかったものと考えられた。一方、一過性全脳虚血では、その後に生じる遅発性神経細胞死の主たる原因はグルタミン酸の増加であり、DCG-IV投与によって、神経終末からの放出が抑制され、神経細胞保護の作用をもたらしていると考えられた。しかしながら、高濃度のDCG-IVは痙攣を誘発し致死的となるため、至適容量の詳細な検討や新たな投与法の開発が必要である。我々は、別型のグルタミン酸受容体である代謝調節型受容体(mGluR)が脳虚血にどのように作用するかを明らかにするためにアゴニストを用いて検討を行った。【方法】ラット中大脳動脈閉塞による局所脳虚血による脳梗塞モデルを用いて実験を施行した。レーザー脳血流計にて脳血流をモニターし、虚血部位と程度を確認したうえで、mGluR

アゴニストであるDCG-IV投与による脳組織中グルタミン酸をバイオセンサー装置(EES-800)によりリアルタイムに測定した。中大脳動脈閉塞+vehicle(生食)投与群と中大脳動脈閉塞+DCG-IV(10ug/kg.i.v)投与群の2群に施行し、経時的な脳血流量の変化および脳虚血組織でのグルタミン酸濃度の変化を測定した。その後、虚血1時間で血流再開としてその際にも脳血流、グルタミン酸の変化を計測し、再開通後2時間でラットを断頭し脳を摘出、TTCにて脳梗塞体積を測定した。【結果および考察】脳虚血導入に伴いグルタミン酸濃度は上昇し、約30分で定常化した。DCG-IV投与によるグルタミン酸濃度上昇の有意差は現時点では認められていない。また、脳梗塞体積にも有意差は認められなかった。これまで当施設では、還流液にDCG-IVを混入して投与したマイクロダイアリシスの実験では、グルタミン酸上昇が抑制されたが、この実験では、静脈内投与におけるDCG-IVの有効容量や至適投与量が未知であり、脳組織への移行が十分でない可能性があり、mGluRアゴニストとして十分に作用していないのではないかと考えられる。また、バイオセンサーは微弱電圧変化によって測定する方法であるため、計測中の変動が大きく、微妙な変化を捕らえきれていないことも考えられる。今後、これらの問題を解決しつつ、実験を遂行する予定である。興奮性の神経伝達物質であるグルタミン酸は、脳虚血後の神経細胞障害に深く関わっている。その代謝調節型受容体を介して、神経の可塑性や遅発性神経細胞死に関与していることが示唆されている。タイプII代謝型受容体(mGluR2)は前シナプスに存在し、これが活性化されることによりグルタミン酸のシナプス終末からの放出を抑制し神経細胞保護作用をもたらす可能性が期待された。昨年、この研究において、局所脳血流遮断モデルを用いて急性期実験を行い、脳梗塞を減少させるかを検討したが、mGluR2アゴニストであるDCG-IV(5nM-50μM)の微小灌流によって脳梗塞体積の減少は認められなかった。今年度は、一過性前脳虚血モデルを用いた海馬における遅発性神経細胞死の検討を行った。【対象と方法】動物モデルはSD rat(280-350g)を用いた。ハロセン麻酔下に両側内頚動脈を露出し、脱血のために頚静脈を確保してカニュレーションを行った。頭部にはグルタミン酸測定のため海馬に定位的に微小灌流カニューレを挿入した。前脳虚血は両側内頚動脈の血流遮断とともに脱血により血圧を50%にして誘導した。検討対象は5群に分け、前処置としてDCG-IV(A;100fmol/kg, B;1pmol/kg, C:10pmol/kg, D;100pmol/kg)およびコントロール群;salineを脳室内投与し、5分間の脳虚血負荷を24時間後に行った。この際、血圧、体温、脳内グルタミン酸濃度の測定を行った。その後4日間はfree food and water accessとし、再び全身麻酔下に4%パラフォルムアルデヒドにて灌流固定を行い、脳を摘出した。摘出した脳をビブラトームにて100μ厚の切片として、H&E染色にて神経細胞の脱落状態およびBrdU染色にて神経再生の状態を検討した。【結果】1nmol/kgのDCG-IV脳室内投与では痙攣を生じ、術後1日以内に死亡した。検討対象とした群では投与中、投与後の生理学的パラメータには明らかな異常は生じなかった。