hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低照度・高品質撮像のための画像疎表現理論に基づく新カラー動画像復元法の開発

夜間の監視カメラ映像のように極端に暗い状況下で観測される信号値は,復元の過程に統計的信頼性を高める何らかの手法の導入が必要である.本研究では,時空間画素ビニングと3次元冗長サブサンプリングとから構成される仮想的多重撮像処理,動画像雑音除去処理,復元動画像を生成するための超解像ぼけ復元処理の3つの処理より構成される復元法の検討を行った.また,研究を遂行する過程で、動画像雑音除去法としては,3次元DCTよりも3次元DFTによって動画像信号のより疎な表現が可能であることを発見した.CCDやCMOS等の固体撮像素子によって撮像された画像データに含まれる雑音は、ポアソン分布とガウス分布の重ね合わせとしてモデル化できる。従来の多くの雑音除去法は各画素に含まれる雑音の分散が一定であると仮定し、雑音の分散に応じて雑音除去処理を行なっている。このため、その分散が信号の真値に応じて変化する信号依存性雑音である“PG雑音画像"に対しては,近似的に分散が1となる確率変数へと変換する“分散安定化変換"を行った後、既存の雑音除去法を適用し、さらに分散安定化逆変換を行って雑音除去画像を得るという戦略が有効である。一方、画像の信号値が小さな範囲では、分散安定化変換自体の有効性が破綻することが知られている。また、画像の信号値が小さくなると、FDアンプノイズの影響が無視できなくなる。そこで、本年度年度は、実際のディジタルカメラの“PG雑音画像"を模擬的に生成可能なプログラムの作成と、このPG雑音模擬撮像画像の復元プログラムを作成し、上記の戦略に基づくカラー動画像復元が有効となる画像信号と雑音のレベルについて理論と実験の両面から検討を行なった。(1) PG雑音模擬撮像データを生成可能なプログラムの作成:実際のカメラの撮像に即して、光ショット雑音とFDアンプ雑音とが種々なレベルで重畳したPG雑音模擬撮像データを生成可能なプログラムを作成した。(2) PG雑音模擬撮像データからのカラー動画像復元プログラムの作成と復元性能の評価:PG雑音模擬撮像データに、1分散安定化変換、2三次元冗長DCTとColor Shrinkageによる時空間雑音除去、3分散安定化逆変換、の各処理を順次適用可能なプログラムを作成し、このプログラムを用いて付加PG雑音のレベルと画像復元性能との関係を実験的に評価した。実際のカメラの撮像に即したポアソンーガウシアン雑音を付加するプログラムを作成し、このプログラムのより生成された雑音付加動画像に対して分散安定化変換、三次元冗長DCTとColor Shrinkageによる時空間雑音除去、分散安定化逆変換を行い、提案方式の有効性を確認した。また、これらの成果を学会大会等で発表した。1)近藤崇吾、小松隆、齊藤隆弘、"ポアソン-ガウシアン動画像復元法-静動領域に対する適応処理-"、映像情報メディア学会2015年08月2)小松隆,近藤崇吾、齊藤隆弘、"ピクセルビニングと冗長サブサンプリングを用いた動画像雑音除去の検討、"2015年映像情報メディア学会年次大会, 22A-3, 2015年8月3)近藤崇吾、小松隆、齊藤隆弘ポアソン-ガウシアン動画像の適応的2段階復元法2015PCSJ/IMPS2015年11月4)小松隆近藤崇吾齊藤隆弘"画素ビニングと冗長サブサンプリングを用いた低照度動画像復元",2015PCSJ/IMPS2015年11月夜間の監視カメラ映像のように,極端に暗い状況下でイメージセンサによって光電変化された信号は,統計的にはポアソン乱数に白色ガウス乱数が加えられたポアソンーガウシアン確率分布でモデル化される.極端に暗い状況下で実際に観測される信号値は,復元の過程に統計的信頼性を高める何らかの手法の導入が必要である.本研究では,時空間画素ビニングと3次元冗長サブサンプリングとから構成される仮想的多重撮像処理,動画像雑音除去処理,復元動画像を生成するための超解像ぼけ復元処理の3つのより構成される復元法の検討を行った.これらの結果を,電子情報通信学会にレターとして報告した.小松隆,近藤崇吾,齊藤隆弘,「仮想多重撮像と超解像ぼけ復元を用いた超低照度ポアソン--ガウシアンカラー動画像の復元」電子情報通信学会論文誌D,Vol. J99-D, No.9、pp.879-883, 2016年9月.また,国際会議ICIPで研究成果の報告を行った.T.Komatsu, S. Kondou and T. Saito,“3-D Redundant DCT Restoration Method for MPEG-Compressed Video", 2016IEEE Region 10 Conference, 262, Nov. 2016.さらに,本研究で提案する復元法の更なる性能改善のため分散安定化変換を導入した方式を検討し、その検討結果を学会大会で報告した.張鍵,小松隆,齊藤隆弘「ポアソンーガウシアンカラー動画像の復元ー分散安定化変換の有効性の評価ー」,電子情報通信学会総合大会, D-11-13, 2017年3月.当初目標としていた、疎表現理論に基づく、低照度画像の高品質復元法に関する一連の処理をシミュレーションするプログラムがおおむね完成し、プログラムにより本研究課題で提案する低照度撮像された動画像復元法の性能評価を行い、得られた成果を得られた成果を学会大会等で発表した。

また、これまでの研究成果をまとめ、電子情報通信学会のレターとして報告し,国際会議ICIPにおいて研究成果を発表した。JPEGおよびMPEGにおいて,2次元DCTが用いられた1980年代以降,2次元DCTが最も効率の良い変換方式と認識され,広く画像処理に応用されてきた.一方,DFTに関しては,1980にJ. S. Limにより2次元Short-Time DFTを用いた静止画像の雑音除去法が提案されたが,その後2次元ST-DFTの静止画像/動画像処理への応用に関する進展は見られていない.音声や音響信号処理の分野では,これまで1次元ST-DFTは有用な解析法として広く用いられてきた.画像復元のために,画像から互いに重なり合わないサブブロックを切り出して,そのDFT係数を処理すると,復元された画像のサブブロックの境界に沿ってブロックひずみと呼ばれる目立つひずみを生じてしまう.ST-DFTはこのブロックひずみの発生を抑制する有効な手段である.ST-DFTでは,入力信号に窓関数を掛け合わせてからDFTし,その変換係数を処理する.窓関数はサブブロック内のブロック境界に近づくにつれゼロに減衰する重みを持つ.静止画像処理に対しては,2次元DFTと2次元DCTとは互いに似た特性を示す.一方,動画像処理に対しては,3次元DFTと3次元DCTとは信号の表現効率の観点で異なっている.3次元DCTでは暗黙の裡になされている信号の偶対称化処理により,ある程度の表現効率の低下を生じる.このため,3次元DFTは3次元DCTよりもより有効な変換となると考えられる.本研究課題の検討を行っている過程で、上記の事実が明らかとなってきた.昨年度までの検討では,動画像の疎表現を3次元DCT領域で実現する方式の検討を行ってきたが,本研究課題で検討する復元法の更なる性能改善が期待できるため、3次元SD-DFT領域での疎表現を実現する復元法の検討を行った。その成果として、平均値分離型3次元ST-DFTを用いた動画像復元法を開発した。夜間の監視カメラ映像のように極端に暗い状況下で観測される信号値は,復元の過程に統計的信頼性を高める何らかの手法の導入が必要である.本研究では,時空間画素ビニングと3次元冗長サブサンプリングとから構成される仮想的多重撮像処理,動画像雑音除去処理,復元動画像を生成するための超解像ぼけ復元処理の3つの処理より構成される復元法の検討を行った.また,研究を遂行する過程で、動画像雑音除去法としては,3次元DCTよりも3次元DFTによって動画像信号のより疎な表現が可能であることを発見した.画素ビニングは着目画素の近傍3×3×3画素の総和を求め観測信号の信頼度を向上する処理である。画素ビニングにより時空間解像度が1/3となるため、3:1にサンプリングする。この際,サンプリング開始位置の異なる27種類の動画像を生成する。この処理を本研究では冗長サブサンプリングと呼ぶ。画素ビニングと冗長サブサンプリングにより得られた27種類の動画像は,時空間解像度の低い27台のカメラを時空間に1/3画素・1/3フレームずらして配置し、撮像した動画像に相当する.この処理を仮想的多重撮像と呼ぶ。仮想的多重撮像され、雑音除去された27種類の動画像は,画素ビニングによりぼけを生じている。
幹細胞ニッチにおけるＮｒｆ２を介した生体防御機構の役割

Nrf2ノックアウト(KO)マウスでは外来異物や酸化ストレスに対する感受性亢進などが引き起こされる。本研究の目的は、角膜上皮再生時におけるNrf2を介した酸化ストレス防御機構の関与を明らかにすることである。角膜上皮創傷治癒実験の結果、Nrf2 KOマウスでは創傷24-48時間で有意に創傷治癒が遅延した。次にその作用機序を明らかにするために、Nrf2もしくはKeap1のノックダウン(KD)の角膜上皮細胞の増殖と遊走への影響を検討したところ、Nrf2発現KDより細胞遊走能は有意に低下し、逆にKeap1のKD(Nrf2活性化)により、細胞遊走能は有意に上昇した。一方、増殖能への影響は限定的であった。Nrf2 KOマウスでは、外来異物や酸化ストレスに対する感受性の亢進、免疫系の異常、神経変性に対する感受性亢進などが引き起こされる。角膜上皮創傷モデルを作製し、上皮剥離後0-72時間に前眼部写真を撮影し、角膜上皮の創傷治癒面積を定量した。その結果、WTマウスでの創傷治癒は約48時間で完全に治癒していたのに対してNrf2 KOマウスでは創傷24-48時間でWTと比較して有意に創傷治癒が遅延していた。また、WTの角膜上皮のNrf2の免疫染色により、Nrf2は核内移行し、活性化が起きていることが示された。Nrf2を介した酸化ストレス防御機構は角膜上皮の再生過程に関与していることが示されたため、その作用機序に関する解析を進めた。まず、siRNAによるNrf2もしくはKeap1発現のノックダウンを培養角膜上皮細胞株にて検討したところ、いずれも70-80%程度のmRNA発現の抑制および、Nrf2下流遺伝子のNQO-1発現の有意な抑制と上昇を確認した。Nrf2もしくはKeap1のノックダウンの角膜上皮細胞の増殖と遊走への影響を検討したところ、Nrf2発現のノックダウンにより細胞遊走能は有意に低下し、逆にKeap1のノックダウン(Nrf2活性化)により、細胞遊走能は有意に上昇した。一方で、Nrf2およびKeap1のノックダウンはいずれも細胞増殖への影響は限定的であった。これらのことから、Nrf2は角膜上皮の細胞遊走能に影響し、角膜創傷治癒に関与していることが示された。さらに、Nrf2ノックダウンによりdeltaNp63やp75NTRの発現低下が示唆された。以上の結果より、Nrf2活性化は細胞遊走能と幹細胞性能への影響を介して、角膜上皮再生に寄与したと考えられる。現在までの研究成果について、学術雑誌「Free Radic Biol Med」2013年4月に論文発表し、2013年4月の日本眼科学会および2013年5月の米国眼科学会にて発表を行った。Nrf2は生体防御酵素群を活性化させる転写因子である。Nrf2遺伝子破壊(KO)マウスは、外来異物や酸化ストレスに対する感受性の亢進、炎症・免疫系の異常、神経変性に対する感受性の亢進などが引き起こされる。本年度の目的としては、角膜上皮再生時におけるNrf2を介した酸化ストレス防御機構の関与を明らかにすることを目的とした。RT-PCR法により野生型ICR (WT)およびNrf2 KOマウスの角膜上皮におけるNrf2発現を検証した。角膜上皮創傷モデルの作製には、全身麻酔を施したWTおよびNrf2 KOマウス角膜上に、n-ヘプタタノールに浸漬した脱脂綿を静置し、上皮層を剥離した。上皮剥離後0-72時間にフルオレセイン点眼液を点眼した後、前眼部写真を撮影し、角膜上皮の創傷治癒面積を定量した。さらに各時間において組織切片の作製を行い、HE染色を行った。RT-PCR解析の結果、Nrf2はWTマウス角膜上皮に発現しており、一方でNrf2 KOマウスでは発現が認められなかった。角膜上皮創傷治癒実験の結果、WTマウスでの創傷治癒は約48時間で完全に治癒していたのに対してNrf2 KOマウスでは創傷24-48時間でWTと比較して有意に創傷治癒が遅延していた(p<0.01)。興味深いことに、Nrf2 KOマウスでは、創傷後24-36時間に一過的に増殖細胞数が減少し、48時間以降はWTと同等に回復していた。Nrf2を介した酸化ストレス防御機構は角膜上皮の再生過程に関与していることが示されたため、その作用機序について現在解析を進めている。

これまでのin vitro評価系の検討結果より、少なくともNrf2は細胞遊走に影響を与えていることを示した。現在までの研究成果について、2013年4月の日本眼科学会および2013年5月の米国眼科学会においても演題が採択され、その発表が決定している。本年度における目標としては、Nrf2 KOマウスを用いた角膜上皮再生時におけるNrf2の役割を解明することである。本年度においては、Nrf2 KOマウスの角膜上皮再生過程のタイムコースを作成し、その詳細な治癒過程を解析した。その結果、WTのNrf2は角膜上皮再生過程において活性化していること(核内移行)、さらに、KOマウスにおいては増殖細胞数の一過的な低下(24-36h)が起きることを見出した。さらには、in vitro評価系を用いたNrf2の細胞遊走能能への影響を調べたところ、Nrf2のノックダウンによって角膜上皮の細胞遊走能が有意に低下することを示し、Nrf2の角膜上皮再生における役割の一部を解明することに成功した。一方で、Nrf2 KOマウス由来の角膜上皮のin vitroでの培養が困難であり、安定培養ができないことが判明したため、若干の方法変更を余議なくされたものの、全体としては概ね目標を達成していると考えられる。本年度は主に角膜上皮再生時の角膜上皮層全体におけるNrf2の役割を検討してきたが、次年度については主に角膜上皮幹細胞におけるNrf2の役割について調べる。前述のように、Nrf2 KOマウス由来の角膜上皮細胞の安定培養が出来ないことが判明したため、角膜上皮細胞株や初代培養角膜上皮細胞を用いたsiRNAによるノックダウン実験を行う予定である。本年度に引き続き、細胞遊走能への影響を検討し、さらに細胞増殖能に対するNrf2ノックダウンの影響についても検討を行う予定である。同様の条件で、上皮幹細胞の指標となるコロニー形成能や幹細胞マーカー発現への影響についても検討し、上皮幹細胞機能におけるNrf2の役割を調べる。また、in vivo角膜上皮および上皮幹細胞の存在する輪部上皮におけるNrf2活性化状態について、Nrf2の核内移行(免疫染色)を指標として検討を行い、幹細胞ニッチにおけるNrf2の役割の解明を目指す。主に次年度においては、主にin vitroの実験に用いる研究用試薬(siRNA, TaqMan probe、培養液、培養基材、サイトカイン、阻害剤、Nrf2活性化化合物、免疫染色用抗体など)および実験動物(マウス・ウサギ)の購入費用、飼育維持費用などに使用予定である。また本研究成果を発表するための、学会参加費用および論文校閲・掲載費などにも充てる予定である。
ヒューマノイドロボットの狭領域・劣姿勢活動を可能にする摺足移動に関する研究

一般的な作業環境で多発する狭領域・劣姿勢状態におけるヒューマノイドロボットの移動手段の一つとして,摺足による転回動作と並進動作を実現した.これによりヒューマノイドロボットの実環境での利用と,さらなる行動範囲の拡大が期待できる.摺足による移動では,移動中に常に両足裏が接地しており,従来の足踏みによる移動のような脚の上下動が発生しないため,安定した移動が可能である.一般的な作業環境で多発する狭領域・劣姿勢状態におけるヒューマノイドロボットの移動手段の一つとして,摺足による転回動作と並進動作を実現した.これによりヒューマノイドロボットの実環境での利用と,さらなる行動範囲の拡大が期待できる.摺足による移動では,移動中に常に両足裏が接地しており,従来の足踏みによる移動のような脚の上下動が発生しないため,安定した移動が可能である.ヒューマノイドロボットは柔軟な行動力を有し,近い将来,実環境での様々な作業を期待されている.本研究の目的は,摺足による歩行と転回動作により,高い安定性を有する狭領域・劣姿勢移動を実現し,ヒューマノイドロボットの行動範囲をさらに拡大することである.そこで従来の「停止」「足踏み」の遷移のみによる移動ではなく,新たな状態「摺足」を導入し,解決を試みる.摺足による移動は,常に両脚が接地した状態の移動方法であり,脚の上下動ではなく,脚の回転動作で実現される移動方法であり,従来法と比較して安定した狭領域・劣姿勢移動が可能である.本研究目標達成への具体的なアプローチとしては,ロボットの姿勢や床面状況に影響を受けない適応的摺足制御の設計,摺足移動中の足裏圧力や転回角度などの同時計測による摺足移動モデルの構築と安定性評価,実環境での摺足移動のための最適移動計画アルゴリズムの実装などである.当初の計画では,平成22年度には,(1)摺足による自由な移動の実現と状況に応じた適応的摺足制御,(2)足裏圧力,転回角,遥動,モーション同時計測による摺足移動モデル構築と安定性評価を実施する予定であった.実際には,(1)に関しては,摺足による方向転換,並進移動を実現し,2010.12にSI2010で発表,2011.5にICRA2011,ASCC2011で発表予定,Roboticaに掲載予定である.また適応的制御については,2011.5のROBOMEC2011で発表予定である.(2)に関しては,各種機器(ロボット本体,計測用PC,分布圧センサ,足裏圧力センサ,カメラ等)を購入し,現在,計測システムを構築中である.ヒューマノイドロボットは,実環境での様々な作業を期待されており,より一層の柔軟な行動力が求められている.本研究の目的は,摺足による歩行と転回動作により,高い安定性を有する狭領域・劣姿勢移動を実現し,ヒューマノイドロボットの行動範囲をさらに拡大することである.そこで従来の「停止」「足踏み」の遷移のみによる移動ではなく,新たな状態「摺足」を導入し,解決を試みる.摺足による移動は,常に両脚が接地した状態の移動方法であり,脚の上下動ではなく,脚の回転動作で実現される移動方法であり,従来法と比較して安定した狭領域・劣姿勢移動が可能である.本研究目標達成への具体的なアプローチとしては,ロボットの姿勢や床面状況に影響を受けない適応的摺足制御の設計,摺足移動中の足裏圧力や転回角度などの同時計測による摺足移動モデルの構築と安定性評価,実環境での摺足移動のための最適移動計画アルゴリズムの実装などである.当初の計画では,平成23年度には,(1)摺足並進・転回を組み合わせた最適移動計画,(2)狭領域・劣姿勢での摺足移動,(3)成果のまとめ,を実施する予定であった.実際の進捗としては,(1)(2)に関しては,ロボット本体(Robovie-PC),分布圧センサ(LLセンサ)を購入し,摺足移動中の足裏圧力分布の計測が可能となり,現在,実験結果をまとめている最中である.またODEによるシミュレータを構築し,計算機内での摺足移動を実現した.これを用いて今後,摺足移動計画を行う予定である.(3)に関しては,2011.5に開催されたICRA2011とASCC2011,2011.11に開催されたROBIO2011において口頭発表を行った.またこれまでの成果がRobotica(Vol.29,Issue 07)に掲載された.
化学物質による過敏症の増悪メカニズムとその制御

末梢組織に広く分布し、抗原の捕捉と提示を行うマクロファージ・樹状細胞などのミエロイド系細胞は、外界からの化学物質の影響に対して最も初期に、かつ最も鋭敏に反応する。我々は皮膚真皮などの結合組織に存在するマクロファージ、樹状細胞がマクロファージレクチン(MGL1/2)を高発現していること、この細胞が、有機溶媒や界面活性剤など日常接しておりそれ自身抗原性のない化学物質の刺激に応答して皮膚から所属リンパ節に移動することを接触皮膚炎のマウス病態モデルを用いて見出していた。さらにこの細胞がリンパ節に移動することにより、低分子抗原に対する接触皮膚炎の感作を増強することを見出していた。本研究では化学物質に対する生体の応答を、特にこの細胞の応答に着目して解析した。主な成果は4点に集約される。1)化学物質の刺激に伴うMGL1/2陽性細胞の挙動変化を主にリンパ節で記述した。2)細胞移動に関与する分子機構としてsialoadhesinを同定し、さらに他の候補分子の検出にも成功した。3)皮膚とリンパ節におけるこの細胞の特性と機能を解析し、接触皮膚炎における感作の成立、抗原特異的な組織新生の誘導にMGL1/2陽性細胞が重要、もしくは必須であることを示した。4)MGL1/2陽性細胞の細胞移動と機能をMGL1の糖結合阻害抗体であるLOM-8.7によって阻害できることを示した。特に4)の知見は、レクチンの結合活性を阻害する物質の投与によって、抗原特異的な化学物質に対する応答を調節できる可能性を示すものである。本件については工業所有権の出願を既に行っている。化学物質に対する応答の新規調節方法として、今後も検討を続けていくべき重要な課題と考える。化学物質過敏症の発症に至る一連のプロセスで、マクロファージ及びその類縁細胞は感作過程における抗原提示、感作の補助となるサイトカインの産生、惹起過程にサイトカインを産生するエフェクター細胞など、多様な機能を発揮する。この多様な機能は種々のマクロファージ亜集団の一部によって担われていると予想される。本年度はこれら亜集団の分別同定を行うこと、特にレクチン分子を介して発揮される亜集団の機能を理解すること、の2点を目的とした。具体的に(1)感作過程で末梢リンパ節に観察されるMGL1/2発現マクロファージ様細胞の分布と同定、(2)惹起過程で炎症組織に観察される特徴的なマクロファージ亜集団の浸潤と生物学的意義の2点を検討した。(1)MGL1のみ、あるいはMGL2のみを認識するモノクローナル抗体を用い、末梢リンパ節におけるマクロファージ様細胞の分布を検討した。MGL1陽性細胞は主に辺縁洞、髄質、皮質の一部に分布したのに対し、MGL2細胞はむしろ皮質内に分布した。MGL2陽性細胞はB220、CD8、MHCII、CD11cなどの分化マーカーを発現していた。末梢での感作に伴い、所属リンパ節においてプラズマサイトイド樹状細胞様の細胞の出現が示唆された。この細胞の移動機構、リンパ節での役割を考察するため、リンパ節内に存在するMGL2会合分子の同定を行った。分子量53,37,33kDa、のレクチン結合分子を既に電気泳動のゲル上で同定しており、現在構造を決定中である。(2)高分子蛋白質抗原で惹起した慢性皮膚炎症においてMGL1陽性細胞が炎症惹起後2日目に観察された。この細胞はIL-1aを著明に産生する細胞亜集団であった。抗IL-1a抗体を炎症部位に投与すると炎症は著明に抑制されたことから、この細胞の産生するIL-1aなどのサイトカインが病態形成に強く関与するものと推察された。

化学物質過敏症の発症に至る一連のプロセスで、マクロファージとその類縁細胞は感作過程における抗原提示、感作を補助するサイトカインの産生、惹起過程のエフェクター細胞など、多様な機能を発揮する。このような機能はマクロファージとしてひとくくりにされている細胞種の亜集団によってそれぞれ担われている。本研究の目的はこれら機能的な亜集団の分別同定を行うことであり、これを達成することにより、免疫応答の質を見分ける上で非常に有益であるものと期待される。この際、多様なレクチン分子、特にマクロファージガラクトース型C型レクチン(MGL)の発現を利用することが分別に有用であると我々は考えており、この点が本研究の特徴になっている。既に取得したMGL1のみ、MGL2のみを認識するモノクローナル抗体により、両者のそれぞれを発現する亜集団が抗原感作を行った所属リンパ節の中で異なる分布をすることを見出した。このうち、MGL2を発現する細胞はすべて外来性の化学抗原であるfluoresceinisothiocyanate (FITC)を保持する細胞、すなわち抗原提示機能を有する細胞であること、これらがT細胞への抗原提示の場である皮質内に分布することを見出した。さらに抗原感作を行った所属リンパ節からFITCを保持するMGL2発現細胞をセルソーターで分取し、抗原感作を行っていないマウスの末梢にこの細胞を投与した。4.5x10^4個の細胞を導入することにより感作が成立した。末梢からリンパ節に到達する細胞数は導入した細胞のうちごく少数であるため、この細胞集団が効率的に感作を成立させるマクロファージの亜集団であることがわかった。すなわち、MGL2の発現によって、化学物質による感作の成立に関わる抗原提示能を担う細胞亜集団を同定することが可能になった。
仮想服飾環境における空間操作法

衣服は人間が着用した状態で初めて評価できるものであるから,衣服の設計には,人口現実感による仮想的な空間表示と空間操作機能が不可欠である.本年は,衣服を着た人間を計算機により仮想的な三次元空間に表示する手法に関連して、物理的定値を取り込める新しい布のモデルの考案し、衣服の着服シミュレーションを行った。新しい布のモデルは、従来のモデルと異なって、微小質点の間にバネのようなメカニズムを仮定しないで,その間をブラックボックスと考える点に特徴がある.このブラックボックスに対して,布の物理的な計測データを利用する.このためにここでは,変形計算を運動方程式で記述できる部分とそれ以外の制約条件に分離する.解放として,両者を統計的に最適化する手法をとらずに,制約条件を充足すればエネルギーが小さくなる関数を設定し,その関数の最小化問題を運動方程式の解を初期値として解く手法をとる.これは,布は多安定な性質を持つので,最小化するべき関数は多くの局所解を持つと予想され,統合的な手法では初期値の設定が困難になることを想定した手法である.運動方程式の解を初期値とすれば,不適当な局所解に陥る可能性はなくなる.新しい布のモデルと変形計算法を利用して8枚の型紙からなる婦人用ワンピースを人体に着せつけ、現実の衣服形状と比較した.その結果,スカート前部のドレープの位置が実測モデルとシミュレーションで多少異なっていたが,これは実際の縫製に起因しているという評価をパタンナから得ている.すなわち,型紙が正確に縫製されれば,シミュレーションのような結果が出るのが自然であるという評価を得た.衣服は人間が着用した状態で初めて評価できるものであるから,衣服の設計には,人口現実感による仮想的な空間表示と空間操作機能が不可欠である.本年は,衣服を着た人間を計算機により仮想的な三次元空間に表示する手法に関連して、物理的定値を取り込める新しい布のモデルの考案し、衣服の着服シミュレーションを行った。新しい布のモデルは、従来のモデルと異なって、微小質点の間にバネのようなメカニズムを仮定しないで,その間をブラックボックスと考える点に特徴がある.このブラックボックスに対して,布の物理的な計測データを利用する.このためにここでは,変形計算を運動方程式で記述できる部分とそれ以外の制約条件に分離する.解放として,両者を統計的に最適化する手法をとらずに,制約条件を充足すればエネルギーが小さくなる関数を設定し,その関数の最小化問題を運動方程式の解を初期値として解く手法をとる.これは,布は多安定な性質を持つので,最小化するべき関数は多くの局所解を持つと予想され,統合的な手法では初期値の設定が困難になることを想定した手法である.運動方程式の解を初期値とすれば,不適当な局所解に陥る可能性はなくなる.新しい布のモデルと変形計算法を利用して8枚の型紙からなる婦人用ワンピースを人体に着せつけ、現実の衣服形状と比較した.その結果,スカート前部のドレープの位置が実測モデルとシミュレーションで多少異なっていたが,これは実際の縫製に起因しているという評価をパタンナから得ている.すなわち,型紙が正確に縫製されれば,シミュレーションのような結果が出るのが自然であるという評価を得た.
肝類洞壁細胞の制御とアクセスとしての脾の活用による肝病態の軽減に関する基盤的研究

1)冷保存・再灌流傷害の機序と対策ラット肝を用いて冷保存・再灌流を行い、TUNEL法、電顕にてアポトーシスの存在を検討した。その結果、類洞内皮細胞に高率にアポトーシスが発生し、脱落するが、これは冷保存のみでは軽微であり、再潅流によって著しくなることを明らかにした。そして、血管内皮増殖因子VEGFの投与(肝摘出前と保存中)により、アポトーシスが抑制され、類洞内皮が良好に維持されることを示した。また、脂肪肝の類洞内皮が極めて冷保存に弱いこと、そして、保存時間の延長とともに肝細胞内脂肪滴が大きくなることを示した。そして、肝細胞増殖因子HGFが類洞内皮の維持、脂肪の増大を抑制することを示した。また、DNAマイクロアレイにて冷保存といえども様々な遺伝子の発現が大きく変動することが明らかとなった。2)肝星細胞活性化の制御による肝硬変の軽減について。低分子量G蛋白Rhoのeffector分子P160Rockの阻害剤Y-27632が星細胞の活性化を抑制し、肝線維化の進展を阻害することをすでに示したが、今回、本化合物の投与により肝硬変が軽減することをラットモデルで明らかにした。1)冷保存・再潅流障害の機序と対策ラット肝を用いて肝冷保存・再潅流を行い、TUNEL法、電顕にてアポトーシスの存在を検討した。その結果、類洞内皮細胞に効率にアポトーシスが発生し、類洞内皮が脱落すること、そしてこれは冷保存のみでは生じず、再潅流があってはじめて発生することを明らかにした。そこで類洞内皮の生存因子と考えられているvascular-endothelial growthfactor(VEGF)を肝の摘出前、冷保存中に投与したところ、アポトーシスが有意に減少し類洞内皮も良好に維持された。さらに、最近、肝細胞のみならず血管内皮に対しても増殖作用を有することが明らかとなっているhepatocytegrowthfactor(HGF)を同様な方法で投与したところ、VEGF同様に類洞内皮に対して抗アポトーシス作用を発揮し、しかも肝細胞にも保護効果を有することが示された。脂肪肝の冷保存についても検討した。脂肪肝が冷保存にきわめて弱いことはよく知られており、これを移植すると高率に無機能肝となるがその機序については充分には解明されていない。本研究において、冷保存脂肪肝の類洞内皮がきわめて脆弱であること、また冷保存時間が長くなるにしたがい肝細胞内脂肪滴が著しく大きくなることを示した。そして、HGFがこの脂肪の増大を抑制し、肝細胞障害及び類洞内皮傷害に対しても保護的に作用することを明らかにした。つぎにヒト切除肝を用いて冷保存障害に対するHGFの抑制作用を検討したところ、ラットと同様に内皮、肝細胞の両者に対して有効に働くことが判明した。2)星細胞活性化の制御による慢性肝障害から肝硬変の進展抑制について肝星細胞の活性化が低分子量G蛋白Rhoに依存することが培養星細胞を用いた実験において明らかとなっているが、この知見を踏まえて、最近そのEffector分子であるP160Rockを阻害することが判明した低分子化合物Y27632投与により、in vivoにおいても星細胞の活性化を阻害すること、そして、ラットモデルにおいて慢性肝障害から肝硬変の進展を抑制することを示した。1)冷保存・再灌流傷害の機序と対策ラット肝を用いて冷保存・再灌流を行い、TUNEL法、電顕にてアポト-シスの存在を検討した。その結果、類洞内皮細胞に高率にアポト-シスが発生し、脱落するが、これは冷保存のみでは軽微であり、再潅流によって著しくなることを明らかにした。そして、血管内皮増殖因子VEGFの投与(肝摘出前と保存中)により、アポト-シスが抑制され、類洞内皮が良好に維持されることを示した。

2)肝星細胞活性化の制御による肝硬変の軽減について。低分子量G蛋白Rhoのeffector分子P160Rockの阻害剤Y-27632が星細胞の活性化を抑制し、肝線維化の進展を阻害することをすでに示したが、今回、本化合物の投与により肝硬変が軽減することをラットモデルで明らかにした。
ロバート・ヘリックの田園世界-『ヘスペリディーズ』の抒情性と社会性-

本研究は、当時の情況を念頭に置いた上でリーア・マーカス(Leah S. Marcus)やマージョリー・スワン(Marjorie Swann)の先行研究を踏まえ、また平成20年度21年度採択課題「ロバート・ヘリックの理想郷と動乱のイギリス社会」(若手研究(B))における科研費研究成果をもとに、『ヘスペリディーズ』(Hesperides, 1648)における王党派の政治的プロパガンダとしての機能について理論面でより強化を図ろうとしたものである。具体的には、詩集の特殊性つまり(一見相反するようにみえるものの)作品の中でそれぞれの価値を損なうことなく併存する抒情性と社会性の融合について、美学と政治学という観点からも考察することで、更なる分析を進展させた。本研究は平成20年度及び21年度にかけて科学研究費補助金の若手研究(B)にて採択され、行われた研究課題「ロバート・ヘリックの理想郷と動乱のイギリス社会」を基底とするものである。そこで得られた成果や課題をもとに、17世紀イギリスの王党派詩人ロバート・ヘリック(Robert Herrick,1591-1674)の『ヘスペリディーズ』(Hesperides,1648)における詩集の特殊性、つまり(一見相反するようにみえる)抒情性と社会性の融合について明らかにし、ヘリック詩の政治性に関して分析を進めることを目的とする。従来、17世紀イギリス詩研究の中で、同時期に活躍した三つの詩人のグループ中、形而上詩人やピューリタン詩人と比べ王党派詩人は取り上げられることがまず少なかった。前者二つのグループと王党派詩人たちは前時代のルネサンス精神の受容の仕方という点において一線を画している。即ち、時代精神を肯定的に受け止めることで作品全体に醸し出される「中庸」の精神が時に作品の意図をわかり難いものとし、そのメッセージ性を弱めるところがあった。とはいえ、ヘリックのような王党派の詩人たちが研究対象として関心を引くのは、王党派特有のこうした「中庸」が見方を変えれば当時の政治的言論統制としての検閲を回避するための婉曲表現としても同時に機能し、詩の抒情的な価値を保持したまま社会的には政治的な言説を有することができたからである。平成22年度は、これまでの研究及び21年度研究成果の一部としての論文「『ノーツ・アンド・クィアリーズ』誌とヘリック-『ヘスペリディーズ』の抒情性と社会性-」『十七世紀英文学と科学』(金星堂)[2010年5月刊行]を踏まえ、研究資料の整理・収集を行うと共に設備面の整備・充実を図った。今後は上記論文で明確化できなかった問題等を軸として、収集資料を用い、続く作業内容を進展させたいと考えている。本研究はリーア・マーカス(Leah S.Marcus)やマージョリー・スワン(Marjorie Swann)の先行研究を踏まえ、また平成20年度21年度採択課題「ロバート・ヘリックの理想郷と動乱のイギリス社会」(若手研究(B))における科研費研究成果において『ヘスペリディーズ』(Hesperides,1648)が水面下で王党派の政治的プロパガンダとしてどのような形で機能し得るかについて得られた知見を整理・統括することで、ヘリック詩の政治性について理論面でより強化してゆこうとするものである。具体的には、詩集の特殊性、つまり(一見相反するようにみえる)抒情性と社会性の融合について明らかにすることで更なる分析の進展を目的とした。というのも、この詩人の作品については、同時代の形而上詩に比べて柔らかな印象や平易さが特徴として挙げられることが多くその抒情性や美しさばかりが評価の対象となりがちであったが、背後に隠されている政治性や厳しい諷刺の精神を看過してはならないと思われるためである。それは、言論統制下という時代性を考えれば、詩集を発表するための詩人の術策であったとも考えられる。彼の詩は一見単純そうで実は複雑な意図を持っており、見方によっては優美な抒情詩はピューリタンに対する激しい当て擦りという社会的メッセージ、政治性をもつものとなる。この詩人の作品研究において、最も光を当てられ強調されるべき魅力的一面である。平成23年度は、これまで集積してきた理論を再検討し研究を深化させるために、平成22年度に引き続き資料の収集・整理・分類などにあたってきた。またこれらの研究資料を活用するための環境整備も併せて行った。収集した資料を再整理しながら、研究実施計画で掲げた柱と内容項目の考察を進め、その王党派的立場からヘリックが描いた理想の楽園である田園世界、即ちカントリー・ハウス・ポエム群について論を纏めた.
確率的変分問題の離散化とスケール極限

今年度は,内向きのドリフト項と優線形のハミルトニアンを持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式に関する諸性質について考察した.具体的には,対象となる粘性ハミルトン・ヤコビ方程式が多項式減衰するポテンシャル項を持つ場合に,このポテンシャル項に摂動を加えたときの一般化主固有値の漸近挙動を調べ,以下に述べる(1), (2), (3)の問題について新たな結果を得た.(1)内向きのドリフト項が有界でない場合の精密評価.先行研究では,劣線形増大するドリフト項を持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式に対する一般化主固有値の増大度に関してある程度ラフな評価が得られていたが,今年度の研究ではそれをより精密な評価に改良することができた.特に,一般化主固有値の増大指数および主要項の係数を,(a)ドリフト項の増大度,(b)優線形のハミルトニアンの増大指数,(c)ポテンシャル項の減衰度,にそれぞれ含まれる3つのパラメータを用いて具体形に特定した.(2)内向きのドリフト項が有界の場合のプラトー現象.有界なドリフト項を持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式の一般化主固有値を摂動パラメータの関数とみなすとき,この関数の形状が平坦な部分(プラトー)を持つための必要十分条件を,(1)の(b), (c)に含まれるパラメータを用いて特徴付けた.(3)内向きのドリフト項が有界の場合の精密評価.一般化主固有値がプラトーを持たない場合に,この関数の増大指数および主要項の係数を,(1)の(b), (c)に含まれるパラメータを用いて具体形に特定した.粘性ハミルトン・ヤコビ方程式の離散化を考える際に基礎的な役割を果たすと思われる連続版の諸結果を整備することができたため.今年度に得られた結果を踏まえて,対応する離散型の方程式に対して同様の問題が考察可能かどうかを検証する.今年度は,内向きのドリフト項と優線形のハミルトニアンを持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式に関する諸性質について考察した.具体的には,対象となる粘性ハミルトン・ヤコビ方程式が多項式減衰するポテンシャル項を持つ場合に,このポテンシャル項に摂動を加えたときの一般化主固有値の漸近挙動を調べ,以下に述べる(1), (2), (3)の問題について新たな結果を得た.(1)内向きのドリフト項が有界でない場合の精密評価.先行研究では,劣線形増大するドリフト項を持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式に対する一般化主固有値の増大度に関してある程度ラフな評価が得られていたが,今年度の研究ではそれをより精密な評価に改良することができた.特に,一般化主固有値の増大指数および主要項の係数を,(a)ドリフト項の増大度,(b)優線形のハミルトニアンの増大指数,(c)ポテンシャル項の減衰度,にそれぞれ含まれる3つのパラメータを用いて具体形に特定した.(2)内向きのドリフト項が有界の場合のプラトー現象.有界なドリフト項を持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式の一般化主固有値を摂動パラメータの関数とみなすとき,この関数の形状が平坦な部分(プラトー)を持つための必要十分条件を,(1)の(b), (c)に含まれるパラメータを用いて特徴付けた.(3)内向きのドリフト項が有界の場合の精密評価.一般化主固有値がプラトーを持たない場合に,この関数の増大指数および主要項の係数を,(1)の(b), (c)に含まれるパラメータを用いて具体形に特定した.粘性ハミルトン・ヤコビ方程式の離散化を考える際に基礎的な役割を果たすと思われる連続版の諸結果を整備することができたため.今年度に得られた結果を踏まえて,対応する離散型の方程式に対して同様の問題が考察可能かどうかを検証する.当該年度に購入予定だったPCを次年度に購入することにしたため.
精神発達遅滞児の言語教育プログラムの開発に関する実験教育的研究

昭和60年度からの実験資料をまとめ、研究報告書「精神発達遅滞児の言語教育プログラムの開発に関する実験教育的研究」を公刊した。得られた知見は以下のとおりである。1シンボル機能・語獲得プログラム:大人との共同的,対象的行為,分類・概括行為,非言語的コミュニケーション行為の組織を中心に2種の異なるプログラムで、語未獲得な重度発達遅滞児2名に個別訓練を行ったが、何れも、能動的シンボル行為を形成するに至らなかったが、語の受動的な理解を形成することに効果したことが示された。2活動的語彙、言語的コミュニケーション教育プログラム:積極的な伝達行動の連鎖からなる買物行動,対象的行為,擬声語を用いた遂行発話の形成を中核としたプログラムで活動的語彙,伝達能力に欠く自閉症児,重度ダウン症児5名を訓練した結果、全員にコミュニケーション行動の改善が認められ、特にその内1名には、活動的なシンボル機能が形成された。活動の中でのjoint attention,発話行動の形成が効果的に作用していることが示された。3擬問詞を用いる疑問文の産出・理解プログラム:先行の訓練で基本的な動詞述語構文を習得した5名のダウン症児に対し、「誰が」「何を」「どうする」「誰に」「何で」「どこで」の疑問詞を表すシンボルマーク、疑問文の線形図式を持つ図版等を用いて、文の産出・応答を組織し、内面化させる方法で訓練した結果、多くの回数を要するが、この方法で効果的に教育可能であることが示された。4名詞述語、形容詞の2元的結合教育プログラム:動詞述語構文プログラムで訓練を終えたダウン症児2名に対し、分類,見本合わせによる対象の特質の抽象,抽象した特質のシンボルマーク,語による一般化,文の線形図式による言語的表現を中核とするプログラムで訓練した結果、効果的に教育できることが明らかになった。
チッ素を含むアモルファスシリコン膜のフォトセンサへの応用に関する研究

1.本研究によりチッ素を含むアモルファスシリコン膜の基礎的な特性として、つぎの事が明らかになった。これらは、この薄膜を光検出素子に応用する際に重要な特性である。(1)光導電率と暗導電率は、ともにチッ素添加により増加する。そして、光導電率/暗導電率の比は、さらにボロンを添加することにより、非常に大きくなる。(2)光導電率と暗導電率の両者とも、堆積時の基板温度に強く依存する。光導電率/暗導電率の比が最大となる最適温度は、約300°Cである。(3)チッ素を加えると、長時間の光照射により光導電率および暗導電率が減小するという、いわゆる光劣化特性が改善される。2.以下に示すいくつかのタイプのフォトセンサを提案して、その可能性を確認した。(1)短波長領域の波長感度が改善されたフォトセンサ(2)光の入射方向を検出するフォトセンサ(3)ごく近くの物体との距離を検出する近接センサ(4)光スペクトルの違いを検出するカラーセンサこれらのフォトセンサについて、1で測定されたシリコン膜の基本特性にもとずいて、素子の設計を行いプロトタイプを製作して、実際の動作を確認した。さらに、検出された信号に電子回路的に適当な処理を加える、いわゆるインテリジェンスデバイスへの拡長を試みた。
Wnt5aによる歯根膜線維組織再生誘導を基盤とした改良型意図的再植法の開発

Wntファミリー分子の一つであるWnt5aとそのシグナルは、増殖や分化、遊走など様々な細胞機能に関与することが知られている。我々は最近、Wnt5aがヒト歯根膜幹細胞の骨芽細胞様分化(石灰化)を抑制することを明らかにし、歯根膜組織が石灰化することなく線維性結合組織を維持するメカニズムにWnt5aが関与している可能性を見出した。そこで我々は、この現象の詳細なメカニズムを明らかにすべく解析を行ってきた。まず、多分化能を持つ未分化なヒト不死化歯根膜細胞クローンHPDLSC_2-23をWnt5a含有石灰化誘導培地にて一定期間培養した結果、非含有群と比較してアリザリンレッドS陽性反応ならびに骨関連遺伝子群(ALP、BSP、およびOsterix)の発現が有意に低下し、また同時に、細胞内シグナル因子であるJNKのリン酸化が亢進することが分かった。次に、Wnt5aのレセプターの一つとして知られるRor2に着目し、siRNAによりRor2の発現をノックダウンしたHPDLSC_2-23をWnt5a含有石灰化誘導培地にて培養した結果、Wnt5aによって低下したアリザリンレッドS陽性反応ならびに骨関連遺伝子群の発現が有意に回復し、同時にJNKのリン酸化が低下した。さらに、JNKの阻害剤であるSP600125をWnt5aとともに添加した石灰化誘導培地にてHPDLSC_2-23を培養した結果、Wnt5aによって低下したアリザリンレッドS陽性反応ならびに骨関連遺伝子群の発現が有意に回復した。以上の結果より、Wnt5aはRor2-JNKシグナル伝達経路を介してヒト歯根膜幹細胞の石灰化を抑制することが明らかになった。我々は本研究で得られた知見により、Wnt5aとそのシグナルを活用した改良型意図的再植法など、歯の長期的な保存を目標とした新しい歯根膜組織再生治療法の開発に繋げていくことができるのではないかと期待している。27年度が最終年度であるため、記入しない。
希薄ドーピング域にあるモット絶縁体の電子構造と光学特性-モット「半導体」の物理-

より広い視点からモット転移やモット半導体の物理を研究するため、(BEDT-TTF)_2X系など、電子相関が重要と考えられている低次元有機分子固体の金属絶縁体転移や転移近傍の金属相における電子構造・電子状態を反射分光により調べ、遷移金属化合物との比較を行った。中でも、(BEDT-TTF)_2X系では比較的正常金属に近いとされていた(BEDT-TTF)_2I_3について反射率の詳細な温度変化測定を行い、次の点を明らかにした。(1)電気抵抗率は測定された全温度領域で金属的な温度依存性を示すが、最低温度4Kを除き光学伝導度には金属伝導に特徴的なゼロエネルギー・ピーク(ドルーデ・ピーク)が観測されず、代わって局在的な赤外ピークが観測された、(2)通常金属とは異なり、温度上昇により低エネルギー域のスペクトル強度が顕著に減少し、これが抵抗率の金属的温度依存性を生み出す、(3)減少したスペクトル強度は1eVを越える高いエネルギー域に移行する。このような振る舞いは、モット転移近傍にある遷移金属化合物金属相と本質的に同じであり、強相関系の普遍的特徴:である。とりわけ赤外ピークは強相関電子におけるコヒーレンス発達の過程を特徴づけるもので、その起源は今後の興味深い課題である。強相関物質の新しい探索舞台として遷移金属窒化物に着目し、その機能開拓と電子状態解明を試みた。今年度は、多彩な磁気的性質と大きな磁気体積効果で知られる逆ペロフスカイト型マンガン窒化物Mn_3XNについて、元素の部分置換が物性に与える影響を調べた。その結果、Xサイトの元素置換により磁気転移を散漫にすることで磁気体積効果による体膨張が緩やかになり、負の熱膨張が実現されることが明らかになった。また、光学伝導度は遠赤外域の鋭いドルーデ・ピークと中赤外から可視にわたる幅広い吸収の2成分構造となっており、強いインコヒーレントな電子状態が示唆された。フーリエ変換赤外分光器および回折格子分光器を、固体反射分光実験に用いられるよう整備した。また今年度において可能な限り物性評価・測定を行い、以下の結果を得た。1.銅酸化物高温超伝導体やペロフスカイト型マンガン酸化物などモット絶縁体近傍の低キャリア濃度域に位置し、強い電子相関を持つ金属の反射分光実験より、これら強相関金属におけるインコヒーレントな電子状態とそこでの伝導機構を検証した。これらの強相関金属では、従来金属がモット極限(平均自由行程が電子のフェルミ波長程度になる抵抗率の値)近傍で抵抗率飽和を示すのと対照的に、モット極限を越えても抵抗率が増大し続けるが、本研究の結果は、これらの物質では高温で光学伝導度から金属伝導に特徴的な周波数ゼロのピーク(ドゥルーデ・ピーク)が消失し、かわりに有限周波数ピークが出現することを示した。このことは、見かけ上金属的な電気抵抗率を示しているとはいえ、伝導機構は従来金属のそれとは異なり、むしろホッピング的であることを意味する。また、この有限周波数ピークは抵抗率がモット極限程度まで大きくなる温度で出現することを明らかにした。これは強相関金属においても依然としてモット極限が重要な物理的指標であることを意味する。2.アニオンが物性を決める上で果たす役割を明確にし、物質設計の新たな指針を得る目的で、強相関遷移金属窒化物の研究を行った。今年度は窒化物モット絶縁体CrNの合成と元素置換による金属化を試みた。これまでのところ、Crに対してMn、Zn、Gaなど、Nに対してOやP、といった元素による置換を行ったが、絶縁性を破壊して金属化するほどの有効なキャリア注入にはならなかった。来年度は元素置換による金属化をさらに進めるとともに、CrNの単結晶化を試み、その電子構造を光学的手法により調べる予定である。

その結果、Xサイトの元素置換により磁気転移を散漫にすることで磁気体積効果による体膨張が緩やかになり、負の熱膨張が実現されることが明らかになった。また、光学伝導度は遠赤外域の鋭いドルーデ・ピークと中赤外から可視にわたる幅広い吸収の2成分構造となっており、強いインコヒーレントな電子状態が示唆された。
典型的な量子状態を利用した統計力学の数値計算法

統計力学における予言は従来アンサンブル平均と呼ばれる、実現しえる状態全ての平均によって求められてきた。対照的に、たった一つの典型的な量子純粋状態によって全ての予言が可能な定式化を、申請者らは完成させた。申請者は1.この定式化を「グランドカノニカル」と呼ばれる、粒子の数がゆらいでいるような系への拡張を行う事を目的として研究を行い、達成し、2.その実例として、大規模数値計算を物性研究所のスーパーコンピューターを用いて行った。2.については、当初は量子スピン系で数値計算を実行する予定であったが、1.「グランドカノニカル」を用いた定式化と組み合わせるため、電子系での数値計算へと変更した。その結果、より一層の大きなインパクトとなり、Physical Review Letter B誌において、Rapid Communicationsと呼ばれるレター形式で出版された。26年度が最終年度であるため、記入しない。典型的な量子純粋状態の数値計算法の24年度の研究の結果、当該年度の目的であった「手法の開発」および「大規模数値計算への応用」は共に達成された。具体的には、まず前者は量子統計力学において、典型的な状態である熱的量子純粋状態(TPQ state)および、温度を指定した典型的な状態であるカノニカル熱的量子純粋状態(canonical TPQ state)を開発した。後者に関しては、canonical TPQ stateを用いた数百万個の状態をコンピューターが同時に保持して行う大規模シミュレーションにより、カゴメ格子系上のスピン1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型の比熱の振る舞いを明らかにした。従来の研究では、ハミルトニアンの数値対角化により、系の大きさが18での計算結果までが得られていたが、本研究により従来のアプローチが困難な系の大きさが27、および30での解析を世界で初めて行い、低温側の比熱のピークが消失していく事を新たに発見した。これらの研究は2本のPhysical Review Letter誌の論文として発表され、共に編集者のピックアップした論文であるEditors' Choiceに選ばれており、研究代表者(杉浦祥)も日本物理学会の若手奨励賞を受賞するなど、内外の研究者からこれらの研究の重要性が認められている。具体的には、着目系が熱浴に接した「カノニカルアンサンブル」と呼ばれる平衡状態に対応した量子純粋状態を構成し、そこから自由エネルギーなどの熱力学関数やエネルギーといった、統計力学で興味ある全ての物理量の熱平衡値を得られる事を示した。熱力学関数は、実現し得る状態の数と密接に関係しているため、たった一つの状態からこれが得られる事が大きな驚きであった。さらに、申請者はこの新たな定式化を数値計算に応用し、カゴメ格子系と呼ばれる数値計算の困難な系について、従来厳密な計算行われていた系の倍近い大きさの計を計算した。その結果、従来、比熱は低温で二つのピーク構造を持つと思われていたが、片方のピークは系を大きくするにつれて消えていくという、比熱の振る舞いについて新たな結果を得た。また、この定式化は、熱浴以外にも粒子浴に接した「グランドカノニカルアンサンブル」や、ヒルベルト空間が無限でエネルギーに上限がない場合にも拡張できる事を示した。この拡張についても数値計算に応用し、厳密な解が知られた系において正しい結果を与える事を示した。そしてさらには、従来計算が困難であった三角格子ハバード系へ適用し、新たな結果を得た。並列化を含む数値計算を実行した結果、カゴメ格子系のふるまいについて新たな知見を得て、関連する論文はPhysical Review Letter誌のEditors' Suggestionとして出版された。ドイツ、およびアメリカの研究者と共同研究により、統計力学のより幅広い問題へと応用する。具体的には不純物がランダムに入った物質内の性質を明らかにする事と、電流や熱流といった動的な現象へ定式化の拡張を行う。24年度の研究の目的である「手法の開発」および「大規模数値計算への応用」は共に達成されたのみならず、その過程において発見した新たな量子純粋状態(カノニカル熱的量子純粋状態)および計算手法とその応用まで完了したため。2014年度東京大学理学系研究科奨励賞受賞第5回日本学術振興会育志賞受賞

現在、26年度の研究計画である「二次元ハバードモデルの数値計算」を実行するため、新たなアルゴリズムの開発をしている。また、二次元ハバードモデルへの応用の下準備として、共同研究において、一次元ハバードモデルの研究を行っている。