hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
内在性カンナビノイド受容体リガンドの急性及びアレルギー性炎症における役割の解明

マウスの耳介に12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate(TPA)を塗布することにより誘導される急性炎症のモデルを用いて、炎症部位で2-AGの産生が増大すること、TPAで誘導される炎症がCB2受容体アンタゴニストで阻害されること、2-AGを皮膚に塗布することにより炎症が引き起こされることを明らかにした。一方、このモデルにおいてはアナンダミドの産生には変化が見られなかった。これらの結果は、実際にin vivoでも2-AGとCB2受容体が炎症反応において促進的な役割を担っていることを示すものである。平成17年度では、内在性カンナビノイド受容体リガンドである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)が、CB2受容体を介して単球・マクロファージ系の細胞の細胞外マトリックスや細胞接着分子に対する接着も促進することを明らかにした。また、マウスの急性炎症モデルを用いて、炎症部位で2-AGの産生が増大すること、起炎剤によって誘導される炎症がCB2受容体アンタゴニストで阻害されること、皮膚に2-AGを直接塗布することによって炎症が惹起されることなどを明らかにしてきた。本年度は、カンナビノイド受容体とその内在性リガンドが、急性炎症だけでなくアレルギー性炎症にも関与するのかどうか調べた。まず、オキサゾロンで感作したマウスの耳介にオキサゾロンを塗布することによって接触性皮膚炎を起こした際に、炎症部位において2-AGの産生が増大することが明らかとなった。また、この際に起こる耳介の腫脹がCB2受容体アンタゴニストを塗布することにより抑えられた。一方、CB1受容体アンタゴニストではこのような効果は認められなかった。すなわち、CB2受容体及びその内在性リガンドである2-AGが、アレルギー性の皮膚炎においても、その起炎・増悪化に関与していることが示された。上記の皮膚炎モデルにおいて、オキサゾロンを繰り返し投与して慢性化させた場合の好酸球の浸潤もCB2受容体アンタゴニストによって抑えられた。一方、2-AGおよびそのアナログである2-AG etherは好酸球を遊走させることを示した。これらの結果から、2-AGが少なくとも好酸球などの炎症性細胞の遊走を引き起こすことにより炎症の惹起もしくは増悪化に関与しているものと考えられた。起炎剤によって惹起される急性炎症が、カンナビノイド受容体アンタゴニストだけでなくアゴニストでも抑えられることがわかった。この現象は、生物学的に安定な合成アゴニストが炎症性細胞の持続的な脱感作を引き起こすことによって本来の内在性リガンドの働きを抑制してしまうために起こることを示した。
時空間最適化による人の身体力学系のバイオメカニカルコンピューティング

ロボティクスで発展してきた人型ロボットの力学の計算技術は、人の身体のモデリングや運動解析の方法論に貢献してきた。また人の解析で得られる知見は、ロボットの設計や制御問題に新たな切り口を与えうる。本研究課題では、人体・人型ロボットの双方に適用できる人型システムの力学計算を基盤とし、パラメータ同定問題、運動復元・計画問題、運動評価問題を統一的に解く時空間最適化法とその計算技術を開発した。その応用例として、力学モデルのパラメータ同定法を開発し、関節トルク推定に基づく身体負荷の評価に適用した。また人・ロボットの双方の運動を同時に扱える特性を利用し、人型ロボットによる人動作の模擬と評価への応用を行った人体モデルの幾何・力学パラメータは、運動解析結果に大きな影響を与えるため、これらのパラメータの同定は重要なプロセスとなる。一般的な同定問題は、事前に計測された運動を真として、直接計測困難な静的・動的パラメータを同定・推定する。しかし近年の計算技術の発展により、観測された時系列データを真とせず、動力学シミュレーションから生成される軌道が観測データを最も再現するようなパラメータを算出することが可能になってきた。力学的整合性を確実に満たし精度の高い解析を実現できるが、詳細な筋骨格モデルにおいて、計算コストという障壁は非常に高い。本年度は、力学的整合性を満たすための運動解析や動作解析のため、その部分問題である筋骨格力学モデルの計算エンジンおよびアルゴリズムの開発を行ってきた。動力学計算において時間軌道に対する最適化を行う場合、現時刻に関する力学的整合条件が未来に及ぼす影響を考慮して計算を行う必要がある。しかし既存の多リンク系の動力学計算の多くは、現在の時刻に対して動力学拘束条件を解く。時間軌道に関する最適化において、未来の時刻においても動力学拘束条件を満たすような動力学計算の陰的な解法が重要となってくる。初年度ではこの問題に対して、既存のワイヤ駆動多リンクの力学計算を陰解法を用いて実装した。ただし筋骨格モデルのように自由度が大きな問題に対しては計算量の増加が課題となった。本課題では、スパース行列のオーダリング法である近似最小次数順序法を利用することで、多リンク系の接続に関するスケジューリングを行い計算量の削減を目指した。これら実装により、ワイヤ駆動多リンク系の陰解法によるシミュレーションを実現できた。人体モデルの幾何・力学パラメータは、運動解析結果に大きな影響を与えるため、これらのパラメータの同定は重要なプロセスとなる。このプロセスは人体モデルの内部状態量の推定問題についても同様である。しかし近年の計測技術の発展により、観測された時系列データを真とせず、動力学シミュレーションから生成される軌道が観測データを最も再現するようなパラメータを算出することが可能になってきた。このような計算によって力学的整合性を確実に満たし精度の高い解析を実現できるが、筋骨格モデルなどの詳細な人体モデルにおいて、計算コストという障壁が非常に高い。本研究では、人型ロボットの分野における運動時系列を求める運動計画問題の計算技術を応用することで、動力学計算を伴う人のパラメータ同定・運動解析を時空間最適化問題として解く計算手法を開発する。初年度は大規模な多リンク系の動力学計算手法の改善を行ってきた。第二年度は、人体運動の時空間最適化問題の前段階として、人型ロボットのパラメータ同定問題を時空間最適化問題として拡張して、これを解く手法を開発した。また従来のロボットの運動計画問題を人の運動解析問題と融合させた時空間最適化問題としての一般的な定式化を行い、同様にこれを解く手法を開発した。動力学シミュレーションを用いて人の運動を解析する上で重要となる課題のひとつは、計算機上の人体モデルが現実の人間の身体寸法・質量分布を良く再現しているか、すなわちモデルの幾何・力学パラメータを同定するプロセスである。また直接的に計測することが困難な人体内部の関節トルク・筋活動等の状態量の推定問題も大きな課題である。一般的にこれらの同定・推定問題では、事前に計測された運動データを真として、これらの未知数を最適化計算等で算出する。しかし近年の計測技術の発展により、観測された時系列データを真とせず、観測データを最も再現するような運動軌道・パラメータを同時に算出することが可能になってきた。このような計算によって力学的整合性を確実に満たし精度の高い解析を実現できるが、詳細な人体モデルにおいて計算コストという障壁が非常に高い。本研究では、人型ロボットの分野における運動時系列を求める運動計画問題の計算技術を応用することで、動力学計算を伴う人のパラメータ同定・運動解析を時空間最適化問題として解く計算手法を開発する計画であった。得られた成果は以下の通りである。1パラメータ同定や動力計算を複合的に解くための基盤として、加速度・力などの動力学的な状態量を含む評価に対して運動軌道を最適化するための勾配計算法を開発した。2人・ヒューマノイドロボットの双方を含む人型モデルの力学計算を拡張し、パラメータ同定問題、運動復元・計画問題、運動評価問題を統一的に解く時空間最適化のフレームワークを構築し、モデル評価や人動作解析における適用例を示した。3前記フレームワークを応用して、計測した人の運動をヒューマノイドにおいて動作再現する手法を開発した。同手法の最大の特徴は、ロボット再現時に変更された運動特徴を反映して人体モデルの運動を逆再現できるという点であり、人動作再現度の定量化に応用できる。

また人の解析で得られる知見は、ロボットの設計や制御問題に新たな切り口を与えうる。本研究課題では、人体・人型ロボットの双方に適用できる人型システムの力学計算を基盤とし、パラメータ同定問題、運動復元・計画問題、運動評価問題を統一的に解く時空間最適化法とその計算技術を開発した。その応用例として、力学モデルのパラメータ同定法を開発し、関節トルク推定に基づく身体負荷の評価に適用した。また人・ロボットの双方の運動を同時に扱える特性を利用し、人型ロボットによる人動作の模擬と評価への応用を行った第二年度は、人型ロボットのパラメータ同定問題を時空間最適化問題として拡張した。脚システム特有のベースリンクの運動方程式を用いた力学パラメータの同定法を基盤とし、モータ電流から求まる関節トルク時系列データを真とせずに、慣性パラメータに加えてアクチュエータや関節摩擦などの機械定数を同定した。また従来のロボットの運動計画問題を人の運動解析問題を融合させた時空間最適化問題としての一般的な定式化を行った。本年度では、人の動作をロボットに再現させるリターゲッティング問題を例題として、人の観測された時系列データを最も再現し、かつロボットの幾何学的・力学的整合性を満たす、被験者の幾何パラメータおよび被験者・ロボットの双方の未知運動時系を同時に求める時空間最適化問題として定式化した。特に応用例として開発されたリターゲッティング技術は、バイオメカニクスにおける人動作特徴の復元評価を同時に行うため、人の動作を忠実に再現させる用途において実用性が高く、本課題で開発してきた人型システムの時空間最適化基礎理論の有用性を示すものであり、計画以上の成果を得られたと考えられる。ロボティクス次年度では、これまでに開発してきた、人型システムの動力学計算法、運動解析法、パラメータ同定法、運動計画法を融合させ、人型ロボットや筋骨格モデルなどの詳細な人体モデルを統一的に扱う時空間最適化問題を定式化して、これを解く手法を開発する。第二年度は人の運動解析技術を利用したロボットのリターゲッティング問題への応用例として、人型システムの時空間最適化理論の基礎は構築されつつある。次年度では、大規模時系列計算の高速化のため、時空間軌道の有限なパラメータ化による計算の高速化を行い、高速な動力学計算手法を融合させることで、最適化問題における勾配ベクトルの解析解の高速計算を目指す。以上の手法を応用して、ヒューマノイドロボットおよび人体モデルに対して、観測された運動時系列データから生理学・動力学的評価に基づいて運動修正・生成を行う。本年度では、人体モデルの動作解析や動作計画にむけて、その部分問題である筋骨格モデルの陰解法シミュレーションのためのアルゴリズムや計算ソフトウェアを開発してきた。開発経過はおおむね順調である。一方、次年度からの所属機関の変更のための開発環境やソフトウェアの移行など、当初予定していなかった作業が発生したため、次年度に向けた当初の準備作業に遅れが生じている。
ロケットポンプインデューサのキャビテーションに関する基礎的研究

従来ロケットポンプインデューサの流れ解析は、インデューサの軸と同軸の円筒面で切断し展開して得られる二次元直線翼列に近似して取り扱われている。しかしながら、二次元直線翼列理論では、ケーシングやハブの影響を取り入れることは不可能である。本申請研究においては、ケーシングやハブの影響を2平面でモデル化し、これら2平面間に置かれかつキャビテーションを伴う三次元直線翼列に対する理論を構築し、それを応用することを目的としている。平成13年度においては、キャビテーション発生以前の問題すなわち側壁境界層を考慮したキャビテーション発生の無い三次元直線翼列の理論を構築し特性解析法を示した(日本機械学会論文集、第68巻、第665号、2002年1月)。平成14年度では、この理論解析法を、過去に申請者によって提案されている単独翼を扱った三次元部分キャビテーション理論(日本機械学会論文集、第57巻、第536号、1991年4月)に融合させることにより、「せん断流中において部分空洞(キャビテーション)を伴う三次元翼列の理論」の構築に成功した(ターボ機械、第30巻、第6号、2002年6月)。この理論による特性解析法をHIIAロケットに搭載されるLE-7エンジンの液体酸素ターボポンプに装着されているインデューサに適用し特性解析し安全側にあることを確認した。種々の翼列特性と共にキャビテーション形状について従来の二次元理論との比較を含め資料を航空宇宙技術研究所・角田宇宙推進センター・ロケット流体機器研究室山田室長に提供した。現在ロケットポンプインデューサの流れの解析は、軸と同軸の円筒面で切断し展開して得られる二次元直線翼列に近似して解析されている。しかしながら二次元直線翼列理論では、ケーシングやハブの影響を取り入れることは不可能である。本研究課題では、ケーシングやバブの影響をモデル化した二平面間内のキャビテーションを伴う三次元翼列について、理論的研究を行うことを目的としている。キャビテーションを伴う単独翼の解析法とキャビテーションを考慮しない翼列の解析法の両者が構築されれば、これら二種の解析法の融合によってキャビテーションを伴う翼列の特性を解析することができる。前者の解析法に対応する「二平面間内のキャビテーションを伴う三次元単独翼の解析法」は、申請者によって提案されかつ公表されている。平成13年度の研究計画は、後者の解析法すなわち「二平面間内のキャビテーションを考慮しない三次元翼列の解析法」の提案であるが、これは申請者により公表されている「せん断流中における三次元薄翼の一特異店解法」(機論、1990-2)を翼列に拡張することによって成功し、結果をだすことができた。これには理論や計算法の構築はもとより、現有のパソコンによる数値解析、大学、研究所、学会などにおける資料収集、アルバイトによる資料整理などに基づいている。ロケットポンプインデューサの流れは、従来は軸と同軸の円筒面で切断し展開して得られる二次元直線翼列に近似して解析されている。本申請研究においては、ケーシングやハブの影響を2平面でモデル化し、これら2平面間に置かれかつキャビテーションを伴う三次元直線翼列に対する理論を構築し、ついでインデューサに応用してキャビテーション特性を明らかにすることを目的としている。

この理論による特性解析法をHIIAロケットに搭載されるLE-7エンジンの液体酸素ターボポンプに装着されているインデューサに適用し特性解析した。種々の翼列特性と共にキャビテーション形状について従来の二次元理論と比較した資料を航空宇宙技術研究所・角田宇宙推進センター・ロケット流体機器研究室山田室長に提供した。
チロシンキナーゼおよびG蛋白によるHIV感染性の制御機構

HIVの感染性をSrc型チロシンキナーゼがどのように制御するかについて研究した。まず、Src型チロシンキナーゼのうち、マクロファージに多く存在することが知られているHckのアミノ末端側半分を発現するベクターを作成し、産生される蛋白をHckNと命名した。同様の構築のSrcチロシンキナーゼは内在性のSrcに対して抑制性に働くことが知られており、優勢劣性変異体となる。HIVプロウイルスNL432とHckNを同時に発現させるとHIVの感染性が約30%に低下することを見出した。HckNのSH2ドメインに変異を入れてもこの抑制効果に変化は無かったが、SH3ドメインに変異をいれると、この抑制効果が完全に失われた。次に、どういう機序でHckNがHIVの感染性を低下させるかを調べるために、VSVのpseudotypeを作成したところ、HckNの影響はまったく認められなかった。このことは、HIVの細胞内侵入にHckNの影響があることを示唆する。そこで、HIVのT細胞に対する侵入効率を測定したところ、HckNはHIVの侵入効率を約30%に低下させていた。ウイルス上のgp120を測定したが、あきらかな差は認められなかった。また、Hckと結合することが知られているNef蛋白を欠失した変異体に対するHckNの影響を調べたが、HckNはこの変異体も野生型同様に抑制した。以上の結果は、HckNがNef非依存性にHIVのgp120を機能的に阻害することを示唆し、逆に、Src型チロシンキナーゼの活性がHIVの標的細胞への侵入に必要なことを意味しているものと思われる。
戦後保守体制の成立と政治指導の特色

1.本年度は,特に典型的保守王国といわれる静岡県について,保守系議員の出身・経歴・会脈等の基礎的データの整理を行ない,地方政治における戦後保守体制の成立とその構造的特色を明らかにし,保守合同後現在にいたる保守体制の再編と安定化についての分析を行なった.2.本年度は,官僚グループについて,戦時下革新官僚グループとの継続性あるいは断絶関係を調査し,戦後民主化と戦争責任の問題とも関連させて, 15年戦争期から戦後冷戦体制期にかけての国家体制と国際関係の構造連関について,その政治構造と指導の特色を分析した.3.戦後保守体制の成立は,国内・国際問題についての対抗関係の中でみていく必要があるが,本年度はとくに対中国政策についての保守党の対応と野党の対応とに着目して整理し分析した.1.第2228回衆議院議員選挙(194658年)で選出された保守議員の出身・経歴・会派等の基礎的データの整理をおこなった.典型的「保守王国」である静岡県については,第2930回(196086年)までデータ整理を進め,戦後保守体制の成立とその構造的特色ならびに保守合同後現在にいたる保守体制の再編と安定化について分析をおこなった.2.自由党本流の「吉田学校」官僚政治家グループ,自由党鳩山派グループ,改進党系グループの代表的政治家について,現地調査を含め出身・経歴・政策・パーソナリティー・選挙基盤などについて検討を進めたが(1)党人派グループは公職追放解除後政界に復帰するが,戦前の大正期から昭和初期における立憲政友会,立憲民政党(憲政会)当時の活動との関連を無視しえず,戦後保守思想に接続していく<近代日本のリベラリズムとナショナリズムの構造>についても歴史的分析をおこなった.(2)官僚グループについては,戦時下革新官僚グループとの継続あるいは断絶関係に注目する必要があり,戦後民主化と戦争責任の問題とも関連して, 15年戦争期から戦後冷戦体制期にかけての国家体制と国際関係の構造関連に留意して,その政治構造・指導の特色を分析した.3.戦後保守体制の成立は革新総力との対抗関係のなかで進展するが,それは国内政治の民主化あるいは「逆コース」のみならず,対米・対ソ・対アジア政策という外交問題が大きな焦点となっており,この点対中国政策の歴史的変遷にしぼって分析した.4.戦後政治とマス・メディアとの関係について,長谷川如是閑・馬場恒吾・の新聞論を中心に分析した.5.残された地域社会との関係などを含め,『戦後保守体制の成立と政治指導の特色』を公刊予定である.1.本年度は,特に典型的保守王国といわれる静岡県について,保守系議員の出身・経歴・会脈等の基礎的データの整理を行ない,地方政治における戦後保守体制の成立とその構造的特色を明らかにし,保守合同後現在にいたる保守体制の再編と安定化についての分析を行なった.2.本年度は,官僚グループについて,戦時下革新官僚グループとの継続性あるいは断絶関係を調査し,戦後民主化と戦争責任の問題とも関連させて, 15年戦争期から戦後冷戦体制期にかけての国家体制と国際関係の構造連関について,その政治構造と指導の特色を分析した.3.戦後保守体制の成立は,国内・国際問題についての対抗関係の中でみていく必要があるが,本年度はとくに対中国政策についての保守党の対応と野党の対応とに着目して整理し分析した.1.第2228回衆議院議員選挙(194658年)で選出された保守系議員の出身・経歴・会派等の基礎的データの整理をおこなった。このなかで、官僚出身者の進出は、その後の保守政党の支配体制の問題とも関連して注目すべきことであるが、2で記載するグループの研究の進展とあわせて、昭和62年度において、さらに総合的分析をすすめる。2.自由党本流の「吉田学校」官僚政治家グループ,自由党嶋山派グループ自由党非嶋山派の党人派グループの代表的政治家について、現地調査を含め、出身,経歴,政策,パーソナリティ,選挙基盤などについて檢討した。(1)党人派グループは公職追放解除後、政界に復帰するが、戦前の大正期から昭和初期における立憲政友会立憲民政党(憲政会)当時の活動との関連を無視しえず、戦後保守思想に接続していく近代日本のリベラリズムとナショナリズムの構造についても歴史的分析をおこなった。(2)官僚グループについては、戦時下革新官僚グループとの継続的関係を注目する必要があり、この点とあわせて党人派グループ公職追放中の選挙地盤空白にともなう再編成との関連で研究をすすめた。(3)なお、選挙公報などに典型的にあらわれているが、それぞれの地域課題と全国的課題の関連について、保守政党再編化過程において、バラエティに富んだ実態を把握することができたので、昭和62年度にはこれをある程度類型化するつもりである。3.戦後保守政党の再編と戦後民主化政策との関連は、特に重要な檢討課題であり、革新政党とは異なった民主化路戦の具体的分析を進めない限り、国民的支持あるいは選挙基盤の整備の実態が把握できないのではないかと痛感した。このため、地域組織の再編過程との関連をさらに檢討することにしている。
ARNO結合分子の同定とインスリン分泌後のエンドサイトーシスを制御する機構

私たちは、グルコースがインスリンを放出させるだけではなく、エンドサイトーシスを開始させることを明らかにした。私は最近、エンドサイトーシスの実行分子を解析する過程で、グルコースによって細胞膜に集積したARNOがこのシグナルを制御することを明らかにした。一方、グルコースとARNOの集積を結ぶシグナルは、未だ不明である。私は最近、ARNOと相互作用する分子として新たに3量体型Gタンパク質を同定した。本研究では、ARNOとその結合候補タンパク質である3量体型Gタンパク質が、グルコースによるエンドサイトーシスを制御するメカニズムを解明する。本研究は、エンドサイトーシスを分子レベルで解明することで、エンドサイトーシスをターゲットとした新しい治療薬を開発する基盤になり得る。平成30年度は、結合が特異的な直接結合であり、かつ細胞内で複合体を形成していることを検討した。まず、3量体型Gタンパク質の精製タンパク質と抗体を作製し、免疫沈降法とin vitro binding assayにより結合が直接かつ特異的であることを明らかにした。また、精製タンパク質を用いた結合実験により解離定数(Kd)を算出し、結合の強さと複合体の性質を検討した。さらに、膵臓の凍結切片やインスリン分泌細胞株であるMIN6細胞を免疫染色し、細胞内局在を検討した。最後に、ARNOのドメイン構造を指標にフラグメントを作製し、3量体型Gタンパク質結合部位を同定した。以上の結果より、グルコースによるエンドサイトーシスの制御メカニズムの一端が明らかになった。本研究成果は、次年度以降に行う3量体型Gタンパク質によるARNOの制御機構を解析する上で極めて重要である。したがって、本年度の研究計画は、当初の計画以上進展していると考えている。本研究では、ARNOとその結合候補タンパク質である3量体型Gタンパク質が、グルコースによるエンドサイトーシスを制御するメカニズムを、以下に従って解明する。平成30年度は、ARNOと3量体型Gタンパク質の結合を評価する。平成31年度は、3量体型Gタンパク質がARNOを制御するメカニズムを解析する。平成32年度は、3量体型Gタンパク質の上流に位置する受容体の探索と機能解析を行う。本年度は、ARNOと3量体型Gタンパク質の結合が特異的な直接結合であり、かつ細胞内で複合体を形成していることを明らかにした。従って、本年度の研究計画は、当初の計画以上に進展していると考えている。申請者は、3量体型Gタンパク質の発現抑制がARNOの膜集積を抑制することを既に見出している。そこで、ARNOの局在を規定するPIP3やその産生酵素PI3キナーゼに3量体型Gタンパク質が及ぼす影響を調べる。1)申請者は、細胞内のPIP3産生量をモニターする系を既に立ち上げている(J. Cell Sci. 129,637-49,2016)。そこで、3量体型Gタンパク質のノックダウンや各種変異体を発現したインスリン分泌細胞のPIP3量をリアルタイムで計測する。2) 3量体型Gタンパク質が制御するPI3キナーゼのアイソフォームを同定する。具体的には、各アイソフォームに特異的な阻害剤やsiRNAが、PIP3の産生やARNOの膜集積に及ぼす影響をモニターする。特に、GPCRとの関与が示唆されているp110γは、最優先で行う予定である。3)インスリン分泌細胞をグルコースで刺激し、同定したPI3キナーゼの細胞内動態を共焦点レーザー顕微鏡と全反射蛍光顕微鏡で解析する。さらに、3量体型Gタンパク質のノックダウンや過剰発現がPI3キナーゼの細胞内動態に及ぼす影響を検討する。

平成32年度は、3量体型Gタンパク質の上流に位置する受容体の探索と機能解析を行う。本年度は、ARNOと3量体型Gタンパク質の結合が特異的な直接結合であり、かつ細胞内で複合体を形成していることを明らかにした。従って、本年度の研究計画は、当初の計画以上に進展していると考えている。申請者は、3量体型Gタンパク質の発現抑制がARNOの膜集積を抑制することを既に見出している。そこで、ARNOの局在を規定するPIP3やその産生酵素PI3キナーゼに3量体型Gタンパク質が及ぼす影響を調べる。1)申請者は、細胞内のPIP3産生量をモニターする系を既に立ち上げている(J. Cell Sci. 129,637-49,2016)。そこで、3量体型Gタンパク質のノックダウンや各種変異体を発現したインスリン分泌細胞のPIP3量をリアルタイムで計測する。2) 3量体型Gタンパク質が制御するPI3キナーゼのアイソフォームを同定する。具体的には、各アイソフォームに特異的な阻害剤やsiRNAが、PIP3の産生やARNOの膜集積に及ぼす影響をモニターする。特に、GPCRとの関与が示唆されているp110γは、最優先で行う予定である。3)インスリン分泌細胞をグルコースで刺激し、同定したPI3キナーゼの細胞内動態を共焦点レーザー顕微鏡と全反射蛍光顕微鏡で解析する。さらに、3量体型Gタンパク質のノックダウンや過剰発現がPI3キナーゼの細胞内動態に及ぼす影響を検討する。産休の為、年度途中より研究を開始したため。
三次元空間における注意移動特性:観察者静態と動態の比較

三次元空間における視覚的注意に関して以下の研究を実施した.これらの知見から奥行き注意特性についての新たな知見が導出された.すなわち,注意切り替えの異方性と知覚処理との関係に関するものである.1.注意のトップダウン制御に関する研究これまでの研究ではトップダウン手がかりとしてターゲットが提示に関する遠近情報を与え,その結果をターゲット提示に関する絶対位置情報を与えるボトムアップ手がかりからの結果と比較した.その場合,トップダウン手がかりとボトムアップ手がかりには手がかりとしての意味が異なる可能性がある.そこで,実際のターゲット提示についての絶対位置情報をトップダウン手がかりによって与えた.結果,注意切り替えにおける異方性に関してその原因は注意の移動速度ではなく,注意の切り替えそのものにあることが示唆された.また,観察者が動態であるのか静態であるのかについて,静態時よりも動態時に切り替え異方性が大きくなることが示された.さらに,課題をこれまでの刺激の空間的位置が影響し得る遠近判断ではなく,注意特性が顕著に示されると考えられるターゲットの弁別課題によって検討した.2.注意と奥行き知覚の関係に関する研究奥行き知覚と距離知覚を比較した場合,奥行き知覚の優位性の原因としては空間表象の記憶形成が考えられる.そこで,奥行き判断時に固視点を試行中提示したままにした上で実験を行なった.結果,いずれの条件でも距離知覚との比較において大きな違いは見られず,注意と奥行き知覚の関係に空間表象の形成が影響しているのではないことを示唆しており,知覚処理によって注意配分が異なることが示唆された.さらに,刺激の提示時間が結果に影響を及ぼすことを検討するためにターゲットの提示位置に関する手がかりの提示時間を操作して実験を行なった.三次元空間における視覚的注意に関して以下の研究を実施した.1.手がかりの違いと観察条件の比較固視点にシンボリックな手がかりを提示したトップダウン的な注意制御と,ターゲットが提示される空間的位置に手がかりを提示したボトムアップ的な注意制御について観察者静態と動態の両条件で比較した.その結果,ボトムアップ処理による注意配分の場合にも,トップダウン処理による注意配分が影響を与えていることが示され,ふたつの処理系が独立に機能しているのではないことが示された.また,指標とされた反応時間について,「予期」と「課題」の効果を分離して検討した.その結果,全体的な反応時間としては観察条件の効果はみられなかったが,遠近判断課題が求められた時の予期の効果において,静態時よりも動態時において対処が劣り,遅延がみられることが示された.つまり,単純反応よりも,反応時に遠近判断が必要な場合のような弁別課題時において注意の効果が見られることが示唆された.2.注意と奥行き知覚の関係について奥行き知覚が事物中心(exocentric)なのに対して,距離知覚は自己中心(egocentric)とされている.本研究ではこの点に注目し,距離知覚の際に注意の予期の側面を操作し,奥行き知覚との比較を行なうことで課題要件の違いについて検討した.その結果,反応時間に予期の効果は見られたが,距離判断においては予期の効果が見られず,奥行き知覚の場合とは必ずしも一致しなかった.これは,奥行き知覚が距離知覚の差分で成立しないことを示唆している.また,距離知覚の方が奥行き知覚よりも正確な判断が可能であり,光点検出までの反応時間も早かった.このことから,奥行き知覚と距離知覚を行なう場合に,手掛かりによる注意資源の配分が異なる可能性があることが示唆された.なお,本研究は第21回日本基礎心理学会優秀発表賞に選定された.三次元空間における視覚的注意に関して以下の研究を実施した.これらの知見から奥行き注意特性についての新たな知見が導出された.すなわち,注意切り替えの異方性と知覚処理との関係に関するものである.1.注意のトップダウン制御に関する研究これまでの研究ではトップダウン手がかりとしてターゲットが提示に関する遠近情報を与え,その結果をターゲット提示に関する絶対位置情報を与えるボトムアップ手がかりからの結果と比較した.その場合,トップダウン手がかりとボトムアップ手がかりには手がかりとしての意味が異なる可能性がある.そこで,実際のターゲット提示についての絶対位置情報をトップダウン手がかりによって与えた.結果,注意切り替えにおける異方性に関してその原因は注意の移動速度ではなく,注意の切り替えそのものにあることが示唆された.また,観察者が動態であるのか静態であるのかについて,静態時よりも動態時に切り替え異方性が大きくなることが示された.さらに,課題をこれまでの刺激の空間的位置が影響し得る遠近判断ではなく,注意特性が顕著に示されると考えられるターゲットの弁別課題によって検討した.2.注意と奥行き知覚の関係に関する研究奥行き知覚と距離知覚を比較した場合,奥行き知覚の優位性の原因としては空間表象の記憶形成が考えられる.そこで,奥行き判断時に固視点を試行中提示したままにした上で実験を行なった.結果,いずれの条件でも距離知覚との比較において大きな違いは見られず,注意と奥行き知覚の関係に空間表象の形成が影響しているのではないことを示唆しており,知覚処理によって注意配分が異なることが示唆された.さらに,刺激の提示時間が結果に影響を及ぼすことを検討するためにターゲットの提示位置に関する手がかりの提示時間を操作して実験を行なった.
光誘起超親水性領域のナノ化とそのパターン化による機能性

本研究の目的は、紫外光の局在化により酸化チタン表面の光誘起超親水性領域のナノサイズ化及びそのパターニングを実現し、マクロなスケールで現れる機能性(流体のダイナミクス等)を明らかにすることである。初年度は、実験に必要な材料の準備を行った。光誘起による親水性の基礎的な情報を得るために、フラットでかつ光触媒活性を有する酸化チタン試料を作製した。次に、紫外局在光の形成に用いるアルミニウムナノ構造を得るために、ナノインプリント用モールドの作製及びインプリント転写によるマスクの作製を行った。マグネトロンスパッタリングにより緻密な酸化チタン薄膜試料を作製した。得られた薄膜は、光触媒活性が高いとされるアナターゼ型を示し、紫外線照射によるメチレンブルーの退色実験及び濡れ性評価より、得られた薄膜が光触媒能を示すことを確認した。また、アルゴンプラズマエッチングにより、表面凹凸を低減し、最終的に十分フラットな、平均粗さ数nmの薄膜が得られた。本研究成果に関して、学会(日本表面真空学会学術講演会)で発表を行った。二次元のアルミニウムナノ構造パターンを作製するためにはナノインプリント技術を利用する。そのために、ナノインプリント用モールドを電子線描画技術を利用して作製した。直径100 nmのピラー配列構造、幅150 nmのグレーティング構造が得られた。また、インプリント転写によりレプリカモールドを作製し、ホールやグレーティングのパターンマスクが形成されることを確認できた。初年度には、今後の光誘起超親水性領域のナノサイズ化及びそのパターニングに必要な試料と実験の準備(酸化チタン薄膜作製と物性評価、ナノインプリントによるアルミニウムナノ構造作製のためのマスクパターン形成)が完了し、概ね順調に研究が進捗していると言える。作製したマスクを用いてアルミニウム二次元パターンを作製し、紫外局在光を誘起する。紫外局在光の誘起に必要な光学系を構築し、適切な実験パラメータ(光の入射角、強度)の特定を行う。また、紫外局在光を酸化チタン薄膜上へ照射して親水化し、親水領域の観察を通して親水化できる最小サイズとパターンを明らかにする。
大脳皮質形成における環境ストレス応答下流カスケードの解析

当初は、環境ストレスに応答する細胞内の現象をマウス個体の胎生期の脳内で調べることにより、環境ストレスと胎生期の脳の発生との関係を解明する予定であった。しかし、熱ショックシグナル経路と一次繊毛は、機能的相互作用があることから、研究代表者は一次繊毛が胎生期の神経細胞において熱ショックシグナル経路の活性を抑制することで、環境ストレスに対して脆弱になるという仮説を新たに立て、一度は研究を開始した。しかし、胎生期にはほぼ存在しない大脳皮質の神経細胞の一次繊毛は、生後3週目までに成熟するということが知られているため、神経細胞の環境ストレスに対する脆弱性が上昇する時期と、一次繊毛の成熟する時期に相関が見られるのではないかと考え、大脳皮質神経細胞は、生後3週目以降は、一次繊毛を起点としたストレス応答性を獲得するという仮説に修正し、研究を進めることにした。これまでに、大脳皮質特異的に一次繊毛を欠損したマウス(Ift88 cKOマウス)を作製し、生後7日目のIft88 cKOマウスにアルコールを投与したところ、Ift88 cKOマウスでは、細胞質内に特異的な斑点状の活性型Caspase-3シグナルが多数散在する事を見出した。ゴルジ体が局在しない樹状突起は、長さ、分岐数がともに低下すること、及び、ゴルジ体関連タンパク質であるGRASP65は活性型Caspase-3によって切断されることがわかっている。従って、アルコールを投与したIft88 cKOマウスでは、Caspase-3がゴルジ体関連タンパク質を切断することで樹状突起の伸長および分枝を阻害している可能性が考えられる。この可能性を検証するために、ゴルジ体のマーカーとして用いられるGRASP65の免疫染色を行ったところ、アルコールを投与したIft88 cKOマウスの樹状突起において、GRASP65陽性の面積が有意に減少していることを見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。胎生期のマウス大脳皮質の神経細胞が、様々な環境ストレスに対して高い耐性を有するために熱ショックシグナル経路の活性化が不可欠である事を、研究代表者らは世界に先駆けて明らかにした。一方で、出生直後の短期間は環境ストレスに対して一時的に耐性を失い、その後、生後、約3週目までに再び耐性を獲得する事が知られている。このことは、大脳皮質神経細胞には環境ストレスに対して脆弱となる「臨界期」が存在することを示唆している。さらに、成熟した成体神経細胞では環境ストレスに対する熱ショックシグナル経路の活性化が惹起されないことから、臨界期を境として、胎児期型の熱ショックシグナル経路を介したストレス耐性機構から、成体型の別の機構へと変遷している可能性が考えられる。マウス大脳皮質の神経細胞では、一次繊毛は胎生期にはまだほとんど存在せず、生後に形成され、生後3週目までに成熟することが知られている。そこで、大脳皮質神経細胞は、生後3週目以降は、一次繊毛を起点としたストレス応答性を獲得するという仮説を立てた。この仮説を検証するため、研究代表者らは大脳皮質特異的なEmx1-Creマウスと、flox Ift88マウスを用いて、大脳皮質特異的に一次繊毛を欠損したマウス(Ift88 cKOマウス)を作製した。そして、Ikonomidouらが確立したアルコール曝露法を用いて、生後7日目のIft88 cKOマウスに環境ストレスを負荷した。その結果、cKOマウスでは、大脳皮質の第5層の細胞質内に特異的な斑点状の活性型Caspase-3シグナルが多数散在する事を見出した。そこで、アルコール曝露下でのcKOマウス群における神経細胞の樹状突起の長さ、および分枝の複雑度を解析したところ、いずれも有意に減少することを見出した。以上の結果から、臨界期後に一次繊毛に依存して誘導されるストレス応答シグナルの存在が示唆された。これまでの研究代表者の研究により、ストレス応答して熱ショックシグナル経路が過剰に活性化したニューロンは、細胞の接着と移動が異常となることが初めて示された。しかし、ストレス応答から細胞の接着や移動の異常に至る経路は、全く不明であった。そこで、環境ストレスに応答する細胞内の現象をマウス個体の胎生期の脳内で調べることにより、環境ストレスと胎生期の脳の発生との関係を解明する予定であった。しかし、熱ショックシグナル経路と一次繊毛は、機能的相互作用があることから、初めに研究代表者は一次繊毛が胎生期の神経細胞において熱ショックシグナル経路の活性を抑制することで、環境ストレスに対して脆弱になるという仮説を新たに立て、研究を開始した。興味深いことに、胎生期にはほぼ存在しない大脳皮質の神経細胞の一次繊毛は、生後3週目までに成熟するということが知られているため、神経細胞の環境ストレスに対する脆弱性が上昇する時期と、一次繊毛の成熟する時期に相関が見られるのではないかと考えた。また、哺乳動物細胞の一次繊毛は、細胞外のシグナルを感知するセンサーとして発生に必要なシグナル伝達に関与し、ヘッジホッグなどの細胞外シグナル依存的にその受容体を一次繊毛膜上に蓄積することにより、細胞外シグナルを増強することから、大脳皮質神経細胞は、生後3週目以降は、一次繊毛を起点としたストレス応答性を獲得するという仮説に修正し、研究を進めることにした。

これまでに、大脳皮質特異的に一次繊毛を欠損したマウス(Ift88 cKOマウス)を作製し、生後7日目のIft88 cKOマウスにアルコールを投与したところ、Ift88 cKOマウスでは、細胞質内に特異的な斑点状の活性型Caspase-3シグナルが多数散在する事を見出した。以上より、これまでの当初の予定とは違った研究の方向性にはなっているものの、研究計画はおおむね順調に進行している。当初は、環境ストレスに応答する細胞内の現象をマウス個体の胎生期の脳内で調べることにより、環境ストレスと胎生期の脳の発生との関係を解明する予定であった。しかし、熱ショックシグナル経路と一次繊毛は、機能的相互作用があることから、研究代表者は一次繊毛が胎生期の神経細胞において熱ショックシグナル経路の活性を抑制することで、環境ストレスに対して脆弱になるという仮説を新たに立て、一度は研究を開始した。しかし、胎生期にはほぼ存在しない大脳皮質の神経細胞の一次繊毛は、生後3週目までに成熟するということが知られているため、神経細胞の環境ストレスに対する脆弱性が上昇する時期と、一次繊毛の成熟する時期に相関が見られるのではないかと考え、大脳皮質神経細胞は、生後3週目以降は、一次繊毛を起点としたストレス応答性を獲得するという仮説に修正し、研究を進めることにした。ゴルジ体が局在しない樹状突起は、長さ、分岐数がともに低下すること、及び、ゴルジ体関連タンパク質であるGRASP65は活性型Caspase-3によって切断されることがわかっている。従って、アルコールを投与したIft88 cKOマウスでは、Caspase-3がゴルジ体関連タンパク質を切断することで樹状突起の伸長および分枝を阻害している可能性が考えられる。この可能性を検証するために、ゴルジ体のマーカーとして用いられるGRASP65の免疫染色を行ったところ、アルコールを投与したIft88 cKOマウスの樹状突起において、GRASP65陽性の面積が有意に減少していることを見出した。これまでに神経細胞の生存にミクログリア由来のインスリン様成長因子1 (IGF1)が寄与していることが知られ、またIGF1やIGF1の受容体は大脳皮質の第5層において高発現していることが知られている。よって、一次繊毛の存在下では、IGF1-Akt経路が活性化することで神経細胞が環境ストレスに対する抵抗性を獲得する可能性が高い。そこで、まず、アルコール曝露に対するIGF1受容体の挙動を解析すると共に、その下流シグナル伝達機構を解析する。さらに、一次繊毛非存在下における、Caspase-3依存的な樹状突起の発達不全の分子機構を明らかにする。研究項目1一次繊毛を起点としたIGF1-Akt経路活性化機構の解明アルコール曝露による一次繊毛膜上でのIGF1受容体の活性化機構の検証を行うため、活性型IGF1受容体に対する抗体を用い、アルコール曝露下の生後7日目の一次繊毛膜における発現を解析する。
軸索パターニング現象における化学走性仮接への挑戦

化学走性分子による軸索ガイダンスの新しいルールを発見分泌性分子によって細胞が誘導される様な細胞運動を行う場合、誘導を行う分泌分子が誘導される細胞の受容体に捕捉される現象が起こる。これまでの研究でネトリンという分泌性ガイド分子は、1.これを誘引物質として認識する受容体(Frazzled)に集められる事。これを反発物質として認識する受容体(UNC5)によってこの集積がキャンセルされる事を発見した。脳の中である誘導分子に対して同じ反応性を持つ(同じ受容体を発現する)神経線維は、同じ場所に集まって繊維の束を作る傾向がある。同じ受容体を発現する軸索が集合すると、それによって認識される分泌性の誘導分子の分布は受容体との結合によって改変されるが。今回受容体の、「誘導物質を集めるか、集積をキャンセルするかという性質」と、受容体の誘引物質として「誘引物質として認識するか忌避物質として認識すると」という性質に関係がないか調べた。その結果、反発物質として認識する受容体(UNC5)がネトリンの集積を阻害する能力はネトリンがない領域を作り出すことにより、UNC5を発現するネトリンによって反発される軸索のための道筋を作り出しており、この性質が神経線維の誘導に重要である事が分かった。これは誘引物質として認識する受容体(Frazzled)がネトリンを集める事で誘引場を作り出している事と対になるものであり、化学走性分子による軸索ガイダンスの新しいルールが明らかになった。中枢神経系の繰り返しからなるユニット構造は、効率的な情報処理を可能にする。その様な構造は脊椎動物では皮質のカラム構造や脊椎動物のロンボメアや無脊椎動物の腹部神経節に見られる。それぞれのユニットには各ユニット内の回路を作るための軸索ガイダンス分子が配置されていると考えられる。ユニット内に配置されたガイダンス分子で誘導された神経線維はユニットの間もつなげなければならないが、隣のユニットにある同じ作用を持つガイダンス分子がその際に道筋選択を誤らせる作用を生じてしまう。左右相称動物において、軸索が正中線を交差する場合には、正中線からの誘引物質Netrinに対する反応性を、交差する時に失わせる事で一方方向の伸張が可能にする事が知られている。左右相称動物は同時に前後方向の繰返し構造を持つ事が多いが、繰返しユニットを通過する時の問題に注目した研究はなかった。我々は正中線交叉のメカニズムに使われるNetrinとROBOという分子を異なった形で用いる事によりこの問題を解決している事を明らかにした。Netrinは正中線で発現して左右に伸びる横行神経を誘導した後、横行神経の上に分布して縦走神経の誘導に寄与する。ROBOは正中線交叉の時にNetrinへの反応性を失わせる作用を持つが、この分子は縦走神経でも提示されたNetrinへの反応性を抑制する事で体節(Unit)間の交差を可能にしていた。この発見は、同じ分子を繰返し用いる事により神経回路の複雑さを増加させる戦略がある事を示唆している。軸索内局在による位置情報の形成中枢神経系は他の器官と異なり、繊維の束が構造の多くの領域を占めている。この様な器官において、発生プログラムに必要な空間的情報を作り出すには、転写レベルの制御だけでは不十分である。これは根源的な問題であるが、これまであまり注目されていなかった。ショウジョウバエの中枢神経系では、多数の軸索ガイダンス分子の受容体が軸索内の一部に局在する事が知られている。今回、この局在が神経線維の軌跡の位置を決めるために重要な役割を果たしている事を発見した。受容体によるリガンドの捕捉を抑制する事が、リガンドの空間的分布の認識を可能にする分泌性分子によって細胞が誘導される様な細胞運動を行う場合、誘導を行う分泌分子が誘導される細胞の受容体に捕捉される現象が起こる。この"捕捉"は、細胞誘導を以下の様に妨げると考えられる。1.誘導を行う分泌分子の空間的分布を撹乱する。2.受容体がこの分泌分子によってマスクされる事で、空間的分布を認識する事ができなくなる。これまで1の問題を扱ってきたが、今回2の問題にかかわる現象を捉えた。軸索ガイダンス分子ネトリンの受容体であるUnc5はネトリンを反発物質として認識する受容体であるが、ネトリンを捕捉する事を抑制する機能がある事を発見した。この機能はUnc5の細胞外ドメインにあり、キメラ解析によりこの機能とネトリンの空間的分布を認識する能力に強い相関がある事がわかった。細胞がガイダンス分子の空間的分布を認識するメカニズムは大きな謎の一つであるが、今回の発見により新しい視点が開かれた。

今回受容体の、「誘導物質を集めるか、集積をキャンセルするかという性質」と、受容体の誘引物質として「誘引物質として認識するか忌避物質として認識すると」という性質に関係がないか調べた。その結果、反発物質として認識する受容体(UNC5)がネトリンの集積を阻害する能力はネトリンがない領域を作り出すことにより、UNC5を発現するネトリンによって反発される軸索のための道筋を作り出しており、この性質が神経線維の誘導に重要である事が分かった。これは誘引物質として認識する受容体(Frazzled)がネトリンを集める事で誘引場を作り出している事と対になるものであり、化学走性分子による軸索ガイダンスの新しいルールが明らかになった。
超弦理論が初期宇宙やブラックホール近傍で果たす役割

超弦理論が初期宇宙やブラックホール近傍で果たす役割の解明を目指して研究を行った。超弦理論によると、我々の宇宙は高エネルギー(大きな膨張率)のドジッター空間の中でバブルの生成によって出来たと考えられている。宇宙の起源が現在の宇宙の観測量に与える影響があるのではないかと考え、前年度の論文で、バブルの生成前の宇宙で生じた量子揺らぎのエネルギーが現在まで残存してダークエネルギー(現在の宇宙の加速膨張を支えるエネルギー)となる可能性を指摘したが、本年度は、その観測的検証の可能性を詳しく検討した。このメカニズムで実現されたダークエネルギーの状態方程式パラメータ(圧力とエネルギー密度の比)wは、現在では-1(加速膨張に最大限寄与する値)に近いが、過去に遡ると-1/3(加速にも減速にも寄与しない値)に近づくという特徴がある。2020年代前半に観測開始される予定の電波望遠鏡Square Kilometre Array、およびEuclid衛星による、赤方偏移z=2程度に達する銀河サーベイについて、Fisher行列に基づく誤差評価を行い、これらによる観測結果から我々が提唱したダークエネルギーの振る舞いが判別できる可能性を指摘した。超弦理論によると、ブラックホールは理論のソリトン的物体「Dブレーン」の多体系として表される。2015年のEisert氏らとの共同研究で、行列模型(Dブレーン理論を簡単化した模型)のスペクトルを求め、揺らぎの平衡化に関するいくつかの性質を明らかにしたが、その模型をより実際に近いもの(高次元時空、高ランクのゲージ群)に拡張し、2008年にSusskind氏と共同で指摘したブラックホール地平面における量子情報の早い拡散(fast scrambling)の行列模型からの導出を目指して研究を進めた。超弦理論が初期宇宙やブラックホール近傍で果たす役割の解明に向けて(1)宇宙論、(2)ブラックホールに関する研究を行った。(1)超弦理論によると、我々の宇宙は、高エネルギー(大きな膨張率)の宇宙の中での「バブル」の生成によって出来たと考えられる。そのような宇宙においては、バブルの生成前に生じた量子揺らぎが現在の宇宙の真空エネルギーに寄与する。それが「暗黒エネルギー」(現在の宇宙の加速膨張を引き起こす未知のエネルギー)を与える可能性を指摘した。磯暁教授(高エネルギー加速器研究機構)、青木一教授(佐賀大学)、Chen-Pin Yeh助教、Da-Shin Lee教授(いずれも、台湾・国立東華大学)との共著論文を準備中。その他、宇宙背景輻射スペクトルからバブルの生成の証拠を得ることを目指した研究を行った。バブルの生成の影響により、通常考えられている「スケール不変スペクトル」に比べて赤外領域で揺らぎが小さくなる可能性があり、解析を進めている。(2)ブラックホールが量子的な輻射を放出して蒸発する際、ブラックホールを構成していた物質の情報は保存されることが超弦理論により示唆されているが、どのような自由度が情報を担っているかは明らかでない。その解明を目標に、2015年にRobert Hubener、Jens Eisert(いずれも、ベルリン自由大学)と解析した行列模型(ブラックホールを記述するDブレーン系に類似の模型)の研究を発展させた。特に、2008年にLeonard Susskind教授(スタンフォード大学)と共同で提唱したFast Scrambling(ブラックホール地平面上において、情報が通常の場の理論より早く拡散する現象)がこの模型において実現されているかを検証するため、部分系の摂動が全系に広がる過程を量子情報の観点から詳しく調べた。(1)宇宙論、(2)ブラックホールの両面の研究を並行して進めており、両テーマともおおむね当初の予定通り進んでいる。(1)に関しては、当初の目標として掲げていた3つの目標のうち(1-a)バブルの生成により出来た宇宙における真空エネルギーに関して、バブルの生成前の揺らぎのエネルギーが現在の宇宙の暗黒エネルギーを与える可能性を指摘し、その具体例を構成するという成果を挙げることが出来た。今年度中に論文の発表には至らなかったが、完成に近い段階にある。共同研究者Da-Shin Lee教授の招聘を通じて研究を大きく進展させることが出来た。(1-b)宇宙背景輻射スペクトルにおけるバブルの生成の影響の研究は技術的には上記(1-a)と密接な関係があり、上記論文完成後にこの問題に本格的に取り組む予定である。さらに、(1-c)宇宙の生成確率の定義に関連した研究を、Holger B. Nielsen教授(ニールス・ボーア研究所)、二宮正夫所長(岡山光量子科学研究所)と開始した。現在、宇宙初期のインフレーションを基本理論において実現する際の理論的困難について検討している。今年度のニールス・ボーア研究所訪問の際に研究を本格的に開始した。(2)に関しては、その中心的テーマとして掲げていた行列模型の解析を数値的解析的両面から進めている。数値解析は予定通り進んでおり、解析的手法に関しても、京都における国際会議の参加者との討論とスタンフォード大学訪問におけるSusskind教授との研究打合せを通じて新たな課題を得て研究を進めている。超弦理論が初期宇宙やブラックホール近傍で果たす役割の解明を目指し、(1)宇宙論、(2)ブラックホールに関して、それぞれ以下の研究を行った。(1)超弦理論によると、我々の宇宙は高エネルギー(大きな膨張率)のドジッター空間の中でバブルの生成によって出来たと考えられている。そのような宇宙の起源が現在の宇宙に与える帰結の1つを明らかにすることを目指して、本研究では、バブルの生成前の宇宙で生じた量子揺らぎのエネルギーが現在まで残存して「ダークエネルギー」(宇宙の加速膨張を支える正体不明のエネルギー)となる可能性を指摘した。

このメカニズムで実現されたダークエネルギーの「状態方程式パラメータw(圧力とエネルギー密度の比)」は、現在では-1(加速膨張に最大限寄与する値)に近いが、過去に遡ると-1/3(加速にも減速にも寄与しない値)に近づくという特徴がある。それが、近い将来の観測により検証可能であることを指摘した。[青木一(佐賀大学)、磯暁(高エネルギー加速器研究機構)、Da-Shin Lee、Chen-Pin Yeh(台湾・国立東華大学)各氏との共著論文をPhysical Review誌に発表。](2)ブラックホールが量子的な輻射を放出して蒸発する際、ブラックホールを構成していた物質の情報は保存されることが超弦理論によって示唆されているが、どのような自由度が情報を担っているかは明らかでない。その解明を目指して2015年のEisert氏らとの共同研究で、行列模型(ブラックホールを記述するDブレーン多体系の力学を簡単化したモデル)のスペクトルを求め、揺らぎの平衡化に関するいくつかの性質を明らかにしたが、その結果をもとに、(2-a)部分系のエンタングルメントエントロピーの導出とその時間発展の解析、(2-b)より複雑な(高次元、高ランクの)行列模型への拡張、という2つの側面から研究を進めている。(1)宇宙論、(2)ブラックホール、それぞれのテーマについての進捗状況は以下の通り。(1)宇宙論については、バブルの生成によってできた宇宙におけるダークエネルギーという最大の課題に関する論文を完成することができた。この研究の進展に伴い、当初想定していなかった、観測によるダークエネルギーの状態方程式パラメータの検証の可能性という興味深いテーマが浮上し、次年度以降の重要な研究課題となった。このことから、(1)に関しては当初の計画を上回る進展があったと考えている。(2)ブラックホールの研究に関しては、今年度、宇宙論の論文の完成を優先したため、まだ完成には至っていないが、「概要」欄に記した2つの側面からの研究を予定通り進めている。以上の理由により、全体として、研究は順調に進展していると考えている。超弦理論が初期宇宙やブラックホール近傍で果たす役割の解明を目指して研究を行った。超弦理論によると、我々の宇宙は高エネルギー(大きな膨張率)のドジッター空間の中でバブルの生成によって出来たと考えられている。宇宙の起源が現在の宇宙の観測量に与える影響があるのではないかと考え、前年度の論文で、バブルの生成前の宇宙で生じた量子揺らぎのエネルギーが現在まで残存してダークエネルギー(現在の宇宙の加速膨張を支えるエネルギー)となる可能性を指摘したが、本年度は、その観測的検証の可能性を詳しく検討した。このメカニズムで実現されたダークエネルギーの状態方程式パラメータ(圧力とエネルギー密度の比)wは、現在では-1(加速膨張に最大限寄与する値)に近いが、過去に遡ると-1/3(加速にも減速にも寄与しない値)に近づくという特徴がある。