hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管形成術後の再狭窄に対するDNA/RNA合成阻害剤による治療法の開発

経皮的血管形成術が成功しても、その約3ヶ月後に30-40%の患者に血管再狭窄が生じることは、患者の良好な予後を阻んでいる大きな問題である。再狭窄の中心的な病態は、内皮細胞および血管平滑筋の増殖であり、その増殖作用をもつ原因物質として、fibroblast growth factor(FGF)、vascular endothelial growthfactor(VEGF)、などの関与が重要であると考えられているが、最近、血管内皮由来の強力な収縮物質であるエンドセリン(endothelin)の役割の重要性が報告され注目されている。血管狭窄モデルとして、くも膜下出血後に遅発性に生じる脳血管攣縮と類似した実験モデルを使用し、エンドセリンmRNAの発現の変化をRT-PCR法で検討し、RNA合成阻aドキソルビシンの投与が血管狭窄を実際に予防し、エンドセリンのRNA発現も抑止しているか、を検討した。ラットの大腿動脈の血管狭窄は、血液を周囲におおった7日後(Day7)には、対照の血管径の約60%にまで狭窄した。病理学的検索では、平滑筋細胞の増殖が認められた。ドキソルビシンを0.06mg/kg、0.2mg/kg、0.6mg/kgの3種類の容量にふって、Day1にだけ腹腔内投与したところ、明らかな容量依存性をもって血管狭窄を抑制し、0.06mg/kgでは効果を示さなかったが、0.2mg/kgでは、対照の約90%に狭窄を軽減し、0.6mg/kgでは完全に血管狭窄を抑止した。RT-PCR法による解析では、エンドセリンのmRNA発現はごく微量のためか、狭窄血管のみに発現が示され、ドキソルビシンの投与は、エンドセリンのmRNAの発現を抑止した。以上の結果は、エンドセリンが血管狭窄の病態に役割を果たしており、RNA合成阻害剤の投与が狭窄の抑止に有効であることを示している。
自然電波を利用した地球近傍プラズマ空間のグローバルセンシング法の開発

宇宙プラズマ環境の衛星観測や理論・シミュレーションによるモデリングなど種々の研究がすすめられているが、従来の磁気圏観測は衛星を現場に送り込み、「その場(in situ)」を直接計測する形態が主で、磁気圏全体の巨視的な変動の把握が困難であった。本申請課題では、申請者らによって提案された確率差分方程式に基づく「柔軟な」モデルを用い、自然電波の特性からプラズマ圏の電子密度分布を求めるリモートセンシング法を研究・開発した。本研究課題2年目(最終年度)に当たる今年度は、下記の項目について研究を進め、以下の成果を得た。(1)雷起源の自然電波であるホイスラー波の自動検出アルゴリズムの開発テンプレートマッチング法の導入により、ホイスラー波の分散値を高速かつ高精度に推定する手法を開発した。さらに、ノンダクト伝搬・マルチパス伝搬の効果によって、一次近似表現できないホイスラスペクトルも、高速走査法を導入することで定量化することに成功した。(2)あけぼの実観測データに対する応用あけぼの広帯域受信器のデータに開発アルゴリズムを適用し、一軌道に渡るホイスラ波の分散値の空間変化特性を明らかにした。さらに前述の提案アルゴリズムが、十分に衛星上でリアルタイム処理可能な計算量であることも示した。(3)ホイスラの分散値から電子密度の空間分布を求めるアルゴリズムの検討計算機シミュレーションによって、プラズマ圏内を伝搬するホイスラ波の分散値から、プラズマ圏内の電子密度の空間分布が一意に決定できることを証明した。さらにあけぼの衛星の実観測データを使って、数例について実際に電子密度の空間分布推定を行なった。宇宙利用が大規模化する昨今、宇宙プラズマ環境の衛星観測や理論・シミュレーションによるモデリングなど種々の研究がすすめられているが、従来の磁気圏観測は衛星を現場に送り込み、「その場(in situ)」を直接計測する形態が主であったため、磁気圏全体の巨視的な変動の把握が困難であった。これに対し本申請課題では、申請者らによって提案されている確率差分方程式を利用した「柔軟な」モデルを用いたプラズマ圏内の電子密度空間分布推定法を発展させ、自然電波の特性からプラズマ圏の電子密度分布を求めるリモートセンシング法の検討を行なった。初年度である平成15年度は、下記の二つの項目について検討を行なった。(1)雷起源の自然電波であるホイスラー波の自動検出アルゴリズムの開発申請者が提案する電子密度推定法では、衛星搭載の受信器で電・磁界ベクトルの同時測定データからホイスラー波のスペクトル(伝搬遅延時間)と伝搬ベクトルを求めるために、ホイスラー波特有のスペクトルを自動検出する必要がある。本研究においては、ホイスラー波のスペクトルの特徴を利用したハフ変換による方法と、計算量の削減を目指した単純な伝搬遅延時間の差分検出方式による方法の2つについて検討した。その結果、典型的なホイスラー波の検出は可能になったが、今後、近似した分散関係を満たさないホイスラーやS/N比が悪い場合について、更なる検討が必要である。(2)ホイスラーのスペクトルとプラズマ圏内の電子密度分布の対応の一意性の定量評価本研究の最終目標はホイスラーの特徴から電子密度分布を導き出す逆問題であるが、事前検討として、電子密度分布が与えられたとき一意にプラズマ圏内のホイスラーのスペクトルの空間分布が規定できることを定量的に確認した。
気液=相流遠心ポンプの内部流動様相と揚水性能改善に関する基礎研究

遠心ポンプの気液二相流時の揚水性能改善に関する指針を得るために,1.据え付け軸による揚水性能の違い:立て軸形ポンプ(羽根車内の気相の流動様相だけが観察可能)において低水流量域において計測されたボリュ-ト室断面積の減少に伴う揚水性能改善の原因を探るために,吸込み管,吐出し管及びボリュ-ト室を含むポンプケ-シング内の気相の流動様相が全て観察可能な横軸形を用いて調査したところ,気液二相流時の揚程低下の原因が羽根車内での気体滞留にあること,羽根車下流のボリュ-ト室及び吐出し管では揚程低下後も微細な気泡流状態であることがわかった。気液二相流時のポンプ性能と内部流動の計測を行った。このとき揚水性能自体には両者による違いは認められなかった。2,羽根出口角の影響:出口角が異なる3種類の羽根車を用いた試験から,出口角が大きいほどわずかな気体の混入により揚程はすぐに低下するものの,気体流量を増やしたときの揚程を高く保つことができることが明らかとなった。3.開放形羽根車の採用:羽根車の側板を取り外し,さらに出口近傍の車板を削除した開導形にすることによって水大流量域における液単相時の揚程は若干下がるものの気液二相流時の揚程低下は緩やかとなることがわかった。4.羽根付ディフュ-ザの採用:羽根車にできた気体滞留域の伸長を寸断するために出口下流のディフュ-ザ部に静止翼列を設けたところ,羽根車内の負圧面側にできる滞留域には有効でその伸長に伴う揚程低下を回避することができた。5.車板孔を通る循環流の効果:羽根車内に生じる気体滞留域を羽根出口下流の水を車板に設けた孔から吹き出させた循環流により抑制・微細化させる実験を試みたところ,揚水性能の改善が認められた。6.ポンプ内の気液二相流計算プログラムの開発:実験において得られた気相の内部流動様相計測結果を理論的に考察できるプログラムを現在開発中である。
ナノカーボンを用いたペーストフリー脳波電極の開発

多層カーボンナノチューブ(MWNT)を高分子に分散した複合膜を用いて使い捨て脳波電極を作製した。MWNTは,銀皿より密度が低いため、X線CT画像に生じる電極から放射状に伸びる白線いわゆるアーチファクトが消失し,X線CTやMRIと脳波電極脳の同時使用が可能となった。そのため脳外科手術において神経を切断する確率が低下し、手術の安全性が飛躍的に高まった。また、MWNT分散高分子薄膜の体積抵抗率は従来の銀皿電極より3桁大きいのにも関わらず、誘発脳波が計測できる原因が解明できた。さらに、ペーストを使わない脳波電極の作製を試みた。平成24年度に取り組んだ主な項目は2つある。(1)ノイズ環境下での脳波計測多層カーボンナノチューブ(MWNT)分散PMMA(ポリメチルメタクリレイト)薄膜を用いた脳波電極は、電波の影響を受けないシールド室では脳波電極と頭皮との接触インピーダンスが520 [kΩ]でも、誘発脳波の測定が可能である。しかし、実際の医療現場は、様々な医療機器から発する電磁誘導や静電誘導による交流ノイズで溢れている。そこで、開発した脳波電極が手術室や集中治療室で計測できるかどうか調べることにした。その結果、接触インピーダンスが5[kΩ]以下でないと脳波が計測できないことが分かった。MWNT分散濃度40wt%の脳波電極はノイズ環境下でもABR、VEP、SEPなどの誘発脳波が銀皿電極と同等以上の大きさの脳波を検出できることが明らかになった。(2)カーボンナノチューブを用いたペーストフリー脳波電極に関する検討MWNT分散脳波電極は、X線CT画像でアーチファクトを発生させることなく、脳波を感度よく検出できる。これにペーストレス機能を付加することで、医療分野だけでなく、覚醒レベルのモニタや脳波コントローラーなど医療分野以外への応用が期待できる。今回、ペーストレス脳波電極として多層カーボンナノチューブで作製したヤモリテープを使用したが、発汗作用で頭皮から剥がれてしまった。そこで、水中で接着効果のあるイガイの接着性タンパク質を参考に、ドーパミンメタクリルアミド(DMA)を合成した。DMAはヤモリテープの先端に付着させる物質で、湿潤環境下でもその接着力が保たれる可能性がある。まず、合成物質がDMAであることを核磁気共鳴(NMR)で確認した。今後、DMAの接着性について調べる計画である。平成25年度に取り組んだのは以下の2項目である。(1)MWNT分散薄膜の比抵抗が銀皿電極より大きくても高感度に脳波が検出できる理由この課題ついて検討するため、生理的食塩水中で脳波電極インピーダンスのMWNT分散濃度依存性を調べた。電極インピーダンスの等価回路は、電極抵抗Rpと静電容量Cpの並列回路で示される。ここで、測定周波数は30Hzである。MWNTの分散濃度が高くなるにつれ、電極抵抗Rpは低下し、静電容量Cpは増加した。換言すると、電極インピーダンスZはMWNTの分散濃度が増大するにつれて減少し、1/ωCpとほぼ同じ大きさになった。これは、電極インピーダンスZがCpに依存していることを示唆している。以上、MWNT分散膜の比抵抗が銀皿電極より7桁大きくても、銀皿電極と同レベルの誘発脳波が計測できるのは、MWNT分散膜の電極インピーダンスが静電容量Cpに依存して銀皿電極並みに小さくなることが原因であることが分かった。(2)ペーストフリー脳波電極の試作(I)ヘッドバンドで固定するペーストレス脳波電極(バネ型、ムカデ型、ブラシ型)の型を素材(ゴムライク樹脂、ナイロン12など)を変え、3Dプリンタで作製した。その後、素材をMWNT分散液中でディップコーテングして完成させ、電極インピーダンスや機械的強度を評価した。その結果、ペーストフリー脳波電極が開発できる可能性が示された。(II)発汗作用ではがれる市販のヤモリテープを補強するため、水中で接着効果のあるイガイの接着性タンパク質を参考にしてドーパミンメタクルアミド(DMA)を合成した。しかし、今のところ接着性が得られていない。(III)セルロースとMWNTどうしの分子間力を活用した成膜法で作製したMWNTペーパー脳波電極は従来の銀皿脳波電極と比較しても、遜色なく脳波を得ることができた。ペーストフリー化が課題である。平成23年度に取り組んだのは以下の3項目である。(1)多層カーボンナノチューブと(MWNT)高分子(キトサン)の分散液の最適超音波処理条件の解明脳波電極用MWNT分散キトサン薄膜を所定の方法で作製した。四探針法でMWNT分散キトサン薄膜の比抵抗を計測した後、脳波電極を作製し、誘発脳波を計測した。

超音波処理時間が1040分の間では、処理時間の増大とともに比抵抗は低下するが、誘発脳波の感度が最も高くなる最適条件は存在しないことが分かった。換言すると、前述した超音波処理時間の範囲内では音、光、電気刺激による脳波の検出感度がほとんど変化しないことを意味しており、脳波電極の作製時間が短縮でき、低コスト化が実現する。(2)MWNTの高分子への分散濃度の最適条件の解明脳波電極用MWNT分散ポリメチルメタクリレイト(PMMA)薄膜を所定の方法で作製した。MWNTの分散濃度を10wt%40wt%の範囲内で可変しても、誘発脳波の感度が高くなる最適条件は存在しないことが分かった。これはMWNTの分散濃度が10%以下でも市販の銀皿電極を同じレベルの大きさの脳波が検出できることを示唆しており、低コスト化につながる。(3)MWNTと高分子との最適組み合わせの解明脳波電極材料として高分子を使用する。今年度は、キトサン、PMMA、ポリウレタンについて検討した。導電性は大きい方からPMMA、キトサン、ポリウレタンの順であった。機械的強度はキトサンが最も優れている。誘発脳波に対する感度はPMMAの方が他の2種類の高分子に比べ、少し高い。まだ、2種類未評価の高分子材料があり、総合評価はできていない。*25年度に予定していたMWNTによるヤモリテープ(ペーストフリー脳波電極の作製に不可欠)の試作品ができた。(区分)1当初の計画以上に進展している。(理由)平成24年度の研究実施計画では、次に示す4項目が検討課題であった。(1)MWNT分散高分子薄膜電極の面積と検出する脳波の大きさとの関係を調べる。(2)150μm程度の薄型積層セラミックコンデンサないし高誘電率のチタン酸バリウムの薄板を頭皮に貼り付けて静電容量を介した脳波の検出を試みる。(3)単層カーボンナノチューブについても多層カーボンナノチューブ同様に試験し、評価する。(4)平成23年度にやり残した2種類の高分子についてMWNTとの組み合わせ評価を行う。(1)については直径1cmの従来の銀皿電極の1/4の面積でも、銀皿電極と同じレベルの脳波が検出できることが分かった。但し、使用した脳波電極のMWNT分散膜のMWNT分散濃度は40wt%である。(2)については、代替え優先課題として、「医療現場のノイズ環境下での脳波計測」について検討した。その結果、福井大学附属病院の脳神経脊髄外科の手術室と集中治療室において5名の被験者に対して3種類の脳波計測を行った結果、MWNT分散脳波電極はノイズ環境下でも問題なく脳波を計測できることが分かった。(3)については、使用予定の単層カーボンナノチューブより、また、現在使用中のMWNTより1桁導電性の高いMWNTが入手できた。現在、それを用いた脳波電極を作製するための超音波処理システムを改造し終えたところである。(4)についてはポリスチレンやポリビニルカルバゾールなど他の高分子材料にMWNTを分散した脳波電極が作製できるようになったので、近日中に特性評価をする予定である。一方、25年度に予定していたペーストフリー脳波電極として考えていたヤモリテープが、時間の経過につれ汗で剥がれてしまうことが分かり、それを防止するため、ヤモリテープの先端に付着させる物質DMAが合成できるようになった。
超異方性ナノシリンダー構造形成・転写過程のX線散乱-分光同時評価とダイナミクス

本研究は材料作製に効率よくフィードバックできる実験室仕様の薄膜小角X線散乱-分光同時測定システムを開発することにより、高分子ミクロ相分離構造形成を"なすがまま"から"思い通り"の自己組織化プロセスに進化させ、膨大な探索実験に代わるナノ構造製膜プロセスの効率よい最適化と指導原理を導くものである。本年度は、我々が開発した超異方性ナノシリンダー構造をもつナノ相分離構造薄膜を対象に、ナノ構造形成プロセスと転写プロセスの実験室レベルの材料開発支援システムとしてX線散乱一分光同時測定を提案し、下記のような予備検討を行った。1.2次元検出斜入斜薄膜X線-分光同時測定システム本研究の基盤となる分光用窓付温度可変ステージを付設した2次元検出斜入射薄膜X線小角散乱測定装置は、別予算により平成18年8月に導入したので、本研究計画を大幅に前倒しして、(1)紫外・可視・近赤外分光光度計(島津製作所)と光ファイバー仕様のラマン分光光度計を導入した。これにより、シリコンウエハ基板に製膜したナノシリンダー構造薄膜の紫外可視近赤外吸収スペクトル、赤外スペクトル、ラマンスペクトル、斜入射X線小角散乱、原子間力顕微鏡観察を一貫して行えるシステムが整備された。2.垂直配向NCA構造の形成プロセスのX線散乱-分光同時評価の予備実験アゾベンゼンメソゲンを側鎖にもつブロックコポリマーPEO-PMA(Az)薄膜の垂直配向ナノシリンダー構造の形成と液晶相のアゾベンゼン長軸の垂直配向の相関を直接同時測定するための準備段階として、精密温度可変紫外可視吸収スペクトル測定を行い、等方点以下の液晶層形成時にアゾベンゼン長軸の垂直配向とππスタッキングによる会合体形成を明らかにした。3.ナノシリンダー構造の光配向制御プロセスの予備実験我々は、すでに非偏光照射による側鎖アゾベンゼンの光配向(Weigert効果)によるNCA構造の配向制御を現象論的に確認している。アゾベンゼンの光配向が誘起するナノシリンダー構造の配向挙動についてリアルタイム同時測定を行うための製膜条件と光照射条件の最適化を行った。1.2次元検出斜入斜薄膜X線-分光同時測定システム(小村・彌田)既設の分光用窓付温度可変ステージを開発付設した2次元検出斜入射薄膜X線小角散乱測定装置((株)リガク製NanoViewer)に、現有の光ファイバー型マルチチャンネル吸収スペクトル装置および本研究課題で18年度に導入した光ファイバー仕様のラマン分光光度計を組み合わせて予備実験を行った。2.垂直配向NCA構造の形成プロセスの吸収・振動分光評価(小村・浅岡)アンメソゲンを側鎖にもつPEO-PMA(Az)薄膜の垂直配向NCA構造の形成と液晶相のアゾベンゼン長軸の垂直配向することを明らかにし、アゾベンゼンの配向とポリマー鎖の配向を吸収スペクトルおよびラマン分光によってリアルタイム同時測定の検討を行った。3.NCA構造の光配向制御プロセスのX線散乱-分光同時評価(鎌田・彌田)非偏光照射による側鎖アゾベンゼンの光配向(Weigert効果)によるNCA構造の配向制御に成功し、アゾベンゼンの光配向が誘起するNCA構造の配向挙動についてリアルタイム同時測定を行い、メカニズムを解明に繋げた。4.小角X線散乱-分光同時測定のリアルタイム測定のための高分子設計(彌田・浅岡・中川)この項目の主担当の浅岡氏の移動により、19年度内にこの項目の研究遂行が困難となったため、20年度への予算繰り越しを行い、研究を遂行した。リアルタイム測定のためにはX線散乱強度の飛躍的向上が必要である。そのために、NCA構造を形成するブロック共重合体に重原子の導入を行った。さらに、高分子主鎖あるいは側鎖の特定部位に重水素化を行い、ラマン分光において特定できるプローブ振動遷移を導入した。転写・複合化プロセスでは、重原子を含むドーパントを利用することができるため、散乱強度を飛躍的に増大して容易なリアルタイム測定に繋げた。本研究は、材料作製に効率よくフィードバックできる実験室仕様の薄膜小角X線散乱-分光同時測定システムを開発し、世界最高品位の垂直配向ナノシリンダーアレイ(NCA)構造の(1)形成プロセス、(2)外場配向制御プロセス、(3)ナノ構造転写・複合化プロセスを分子レベルからナノ構造レベルに至る配向・構造ダイナミクスを解明する。本研究によって、高分子ミクロ相分離構造形成を“なすがまま"から“思い通り"の自己組織化プロセスに進化させ、膨大な探索実験に代わるナノ構造製膜プロセスの効率よい最適化と指導原理を導くことを目標とする。

本研究は、前半で世界最高品位のNCA構造薄膜を用いた薄膜小角X線散乱-分光同時測定システムを開発し、後半で高分子設計を最大限に活かしたナノ構造薄膜作製の高速支援システムを構築する。I. (前半)実験室仕様の薄膜SAXSによる垂直配向NCA構造形成プロセスのリアルタイム測定(1)温度可変ステージを用いた斜入射薄膜SAXSによる2次元検出(2)その場測定をめざした高輝度化、高感度化、および超高規則ナノ構造化(測定時間の短縮)(3)光学窓付温度可変ステージを用いた斜入射薄膜SAXSと薄膜の透過吸収スペクトル(UV)の同時測定による液晶構造形成とNCA構造の配向のダイナミクスを解析II. (後半)ナノ相分離構造の外場配向および転写・複合化プロセスのダイナミクス解明1. 2次元検出斜入斜薄膜X線-分光同時測定システム(小村・彌田)2.垂直配向NCA構造の形成プロセスの吸収・振動分光評価(小村・浅岡)3. NCA構造への金属イオン・極性分子のドーピングプロセスのその場観察(渡辺・鎌田・彌田)4.小角X線散乱-分光同時測定のリアルタイム測定のための高分子設計(彌田・浅岡・渡辺)本研究は、材料作製に効率よくフィードバックできる実験室仕様の薄膜小角X線散乱-分光同時測定システムを開発し、世界最高品位の垂直配向ナノシリンダーアレイ(NCA)構造の(1)形成プロセス、(2)外場配向制御プロセス、(3)ナノ構造転写・複合化プロセスを分子レベルからナノ構造レベルに至る配向・構造ダイナミクスを解明する。実験室使用のX線源を用いて、本研究者等が開発した両親媒性液晶ブロックコポリマー薄膜のGISAXS信号を数十分の測定時間で検出した(Chemistry Letters, 28, 408-409(2009))。このことは、本研究目標の基盤を整えるもので、付設の分光測定用ステージによる分光同時測光への道を拓くものである。具体的には、(1)重金属染色によるコントラスト増強無しで、スメクティック相液晶層構造と垂直配向シリンダー構造の散乱ピークの検出、(2)付設温度可変ステージによる温度可変GISAXS測定により、スメクティックC相における液晶メソゲンのチルト角の直接測定、(3)ラビング処理した基板や本年度に発見した塗工前濃厚溶液のフィルター効果による面内配向シリンダー構造のGISAXS測定による確認を行った。特に、(3)については、溶液濃縮過程におけるミセル会合構造のデフォーメーションが面内配向構造を誘起することを明らかにし、同じブロックコポリマーによるシリンダー構造の垂直配向と面内配向を塗工プロセスによって制御できることを開発した。さらに、垂直配向シリンダー構造のブロックコポリマー薄膜をマスクとするシリコンウエハ表面の全湿式表面ナノパターニングを確立し、得られた世界最小の16nm周期のナノホールアレイ構造のGISAXS測定により確認したほか、シリンダー内電解重合による導電性高分子ナノワイヤアレイ構造、ゾルゲル法を適用したシリカナノピラーアレイ構造など本研究対象の各種材料へのナノ構造転写・複合化プロセスの構造形成のモニタリングに成功した。本研究は、材料作製に効率よくフィードバックできる実験室仕様の薄膜小角X線散乱-分光同時測定システムを開発し、世界最高品位の垂直配向ナノシリンダーアレイ(NCA)構造の(1)形成プロセス、(2)外場配向制御プロセス、(3)ナノ構造転写・複合化プロセスを分子レベルからナノ構造レベルに至る配向・構造ダイナミクスを解明する。
医師とセンサの協調によるGPU高速化腎臓腹腔鏡手術ナビゲータの構築

本研究では,安全かつ正確に腎臓癌を摘出できる助手の介在を前提とした腹腔鏡手術ナビゲーションシステムを開発することを目的としている.そのため,ロボット支援腎部分切除術における支援システムの提案実装と,外部センサによるマーカ計測を用いた腹腔鏡カメラの位置姿勢推定手法を提案し実装評価するまでに至った.医師の助手による試作システムの運用と,提案する腹腔鏡カメラの位置姿勢推定手法を検証した結果,一定の有用性があることを確認できた.本研究の目的である,安全で正確な腎臓癌(腎腫瘍)を摘出するための腹腔鏡手術システムの構築のために,患者の術前のCT画像を基にした腎臓CGモデルを実際の腹腔鏡手術中の実カメラ映像に重畳表示させ,腎腫瘍手術を支援するシステムのプロトタイプを作成し,実症例で動作確認を行った.腎臓CGモデルは,任意の要素の表示/非表示などの柔軟な操作を実現するために,血管と臓器などの構成要素を分けて作成した.また,内視鏡の実カメラ映像に重畳表示する際,カメラや臓器の移動に伴うCGモデルが表示されている仮想座標系と,実カメラに表示されている実肝臓の実世界座標系との位置合わせはカメラ画像を基に画像処理による補正と,医師のCGモデルの移動操作によって実現した.これにより医師の認識能力とコンピュータの情報処理能力の融合した手法のプロトタイプを実現し,その有用性や課題について実際の手術映像を利用して実験することで検討した.当初平成27年度に計画していた手法を実現するには,実験運用時の検討のための時間が必要となるため実カメラの画像情報を基にした手法を変更したが,目的となる医師の認識能力とコンピュータの情報処理能力の長所を融合したシステム実現のための課題の進捗については順調に進んでいるため.本研究の目的である,安全で正確な腎臓癌(腎腫瘍)摘出のための腹腔鏡手術支援システム構築のために,昨年度作成したプロトタイプシステムを利用した検証をさらに進めた.プロトタイプシステムでは,MRIで事前に取得したデータを基に作成した腎臓CGモデルを腹腔鏡カメラによって表示される実際の臓器に重畳して表示し,患部周辺の血管位置などを把握するための術中ナビゲーション支援を行った.腎臓CGモデルは,血管や臓器など各構成要素に分けて作成しており,術中においても任意の構成要素の表示/非表示機能や,半透明表示機能などの表示方法について検証した.検証では,実際の手術中にシステムを利用し,医師には実カメラ映像とは別の映像として生成された重畳表示画像を提示した.カメラや臓器の移動に伴って変更される実際の臓器に対して,腎臓CGモデルの表示位置を変更する位置合わせは,カメラ画像を基にした画像処理と,執刀医とは別の医師によるCGモデルの操作によって行った.その結果,システムの有用性や課題について検証できた.また,プロトタイプシステムで利用している腎臓CGモデルと実際の臓器の位置合わせ手法は,カメラ画像を基に行っていたが,さらに位置合わせ手法の精度向上のため,腹腔鏡カメラの根元に付けたマーカを3Dデジタイザで認識し,計測されたカメラ先端の位置姿勢を利用する手法についても検討し,模擬実験環境でその精度について検証した.目的となる医師の認識能力とコンピュータの情報処理能力の長所を融合したシステム実現のための課題進捗は順調に進んでいるため.本研究の目的となる,視野が狭く技術的難度の高い腹腔鏡下手術において,医師が癌組織の全体像を把握し安全かつ正確に腫瘍を摘出できるための腹腔鏡手術支援システムを実現するためには,コンピュータに腹腔鏡カメラの位置姿勢を認識させる手法の検討が最も重要な課題となる.そのため,これまで実カメラからの画像情報に基づいたカメラの位置姿勢推定と,この手法に基づいた仮想腎臓モデルと実腎臓モデルとの重畳表示手法を利用した医師の介在が可能な支援システムについて検討し,実際の症例での試行を実施してきた.最終年度では,腹腔鏡カメラの位置姿勢推定精度のさらなる向上を図るために腹腔鏡カメラの端に付与したマーカによりカメラ先端の位置と姿勢を算出し,それに基づき3Dモデルを重畳表示する手法を検討した.具体的には,マーカ形状および腹腔鏡カメラに取り付けるマーカ位置を検討し,マーカ貼付台を作成した.さらにマーカからカメラ先端の位置姿勢を推定するために検討したアルゴリズムを実装した試作システムを作成した.試作システムを用いて模擬手術環境にて位置姿勢精度を計測した結果,一定の有用性を確認できた.この結果については,国内の学会でも発表し,今後の課題解決の方向性を検討するうえで大いに参考になるご意見を頂くことができた.また,昨年度までの内容についても学外に発表することができた.今後はさらに,腹腔鏡カメラの画像情報に基づくカメラの位置姿勢推定手法についてもアルゴリズムの改良を進めており,今後の研究の展開によってはこれらの手法を融合したさらに高精度な位置姿勢推定手法など新たな課題を進めて行くことで,本研究で実現した腹腔鏡手術支援システムのさらなる可能性が期待できる.本研究では,安全かつ正確に腎臓癌を摘出できる助手の介在を前提とした腹腔鏡手術ナビゲーションシステムを開発することを目的としている.そのため,ロボット支援腎部分切除術における支援システムの提案実装と,外部センサによるマーカ計測を用いた腹腔鏡カメラの位置姿勢推定手法を提案し実装評価するまでに至った.医師の助手による試作システムの運用と,提案する腹腔鏡カメラの位置姿勢推定手法を検証した結果,一定の有用性があることを確認できた.実カメラからの画像情報を用いた仮想腎臓モデルと実腎臓との重畳表示手法について,位置合わせのさらなる精度向上のための検討を行う.さらに,当初計画していた腹腔鏡手術で利用する器具(ハサミ,カンシ,カメラ)の位置計測による仮想腎臓モデルと実腎臓との重畳表示手法についてもさらに検討を進めていく.

術中ナビゲーション支援では,切除前の患部と周囲の血管や臓器などの術野の環境把握が主な目的であることから,腎臓CGモデルと実腎臓との重畳表示手法における位置合わせ手法のさらなる精度向上のための検討を行う.実カメラからの画像情報を用いた重畳手法については,新たなアルゴリズムを検討する.さらに,カメラの位置姿勢情報を利用した手法との融合についても検討する.また,表示される腎臓CGモデルについても現在利用しているSTLモデルでは細部の表示が簡略化されるなどの課題があるため,別のモデルによる表示手法についても検討する.医用工学当初計画していた手法とは異なる手法で課題解決を進めることが可能であっため.当初計画していた手法とは異なる手法での課題解決を進めることが可能であったため.次年度において新たな課題解決のための調査検討と実施のために必要な物品などに充てる.次年度において新たな課題解決のための調査検討と実施のための必要な物品などに充てる.
前頭皮質における軸索表現型と神経結合特異性

大脳皮質ニューロン構成を理解するために、GABA作働性非錐体細胞を生理的・形態的性質から定量的に分類した。発火パターンから3種類に分類したが、発火に直接関係ない生理的パラメーターを使って判別分析してもこれらを区別することができた。各非錐体細胞サブタイプは、発火パターンに形態的特性(細胞体にシナプスする割合、軸索の分枝する頻度、細胞体より白質側にあるブトンの割合など)を組み合わせて同定することができ、これらのグループはカルシウム結合蛋白質・ペプチドの発現パターンとよく相関していた。樹状突起は定量的に3つのタイプに分けることができ、サブタイプはこれらの樹状突起タイプのどれかに属した。次に皮質神経回路がどのような選択性に基づいてでき上がっているかを明らかにするために、軸索と樹状突起で、分枝、シナプスブトン、スパイン形成の確率分布をサブタイプごとに調べた。分枝間角度分布は軸索・樹状突起の間で同じ関数で近似することができ、サブタイプ間でも分布に大きな差がなく、平均値もほぼ同じであった。分枝・シナプスブトン・スパインの間隔分布どれも指数関数で近似できるが、サブタイプごとにそれらの平均値は異なっていた。シナプスブトン・スパイン間隔が指数分布していることから、シナプスが突起上にランダムに配置されていると考えられる。実際、軸索上のシナプスブトン密度は細胞体からの距離に依存していなかった。突起の屈曲とシナプス形成の関係をみるために、軸索・樹状突起分枝ごとの曲がりくねりと分枝上のブトン・スパイン密度を計測した。ブトン・スパイン分枝密度の平均値はサブタイプごとに異なるが、ほぼ同じ変動係数(CV)のガウス分布に従い、分枝長とは相関していなかった。非錐体細胞はサブタイプごとに異なる頻度でシナプスを作るが、どのタイプでも突起上に一様に、局所的にはランダムにシナプス配置していることがわかった。
異常拡散問題の数理的研究

2種類の金属が最初に割合均等に混ざっていたものが時間とともに次第に分離していくような現象を異常拡散現象と呼ぶ.このような現象を記述する方程式としてCahn-Hilliard方程式が知られている.この方程式は非線形偏微分方程式で,かつ容易に数値解を計算すると解が不安定になる傾向が強いことが知られている.本研究では,このような不安定現象を生じやすい非線形偏微分方程式に対して,適切な数値解を与える差分スキームを構成する新しい一般的な方法を開発した.その方法は,まず考えている物理系の局所自由エネルギーを適切に離散化し,次にその離散化エンルギーに離散的変分を適用して差分スキームを構成する,という手順から成る.その離散化の際,差分と和分は微分と積分と同様の関係をもつように定めてある.また,ここで使う離散的変分法が本研究の核心部分であり,この新しい離散的変分法によれば,もとの物理系がもつ全自由エネルギーの散逸性あるいは保存性など,重要な物理的性質を離散的に再現するようなスキームを構成することができる.本研究では,数学的に閉じた具体的手順としてこの構成法を確立した.この方法に従えば非線形を含む広い範囲の偏微分方程式に対して差分スキームをたやすく構成することができる.さらにこの方法で構成された差分スキームには,安定性だけでなく,真の解への収束性も期待できることが示されている.実際,異常拡散問題を記述するCahn-Hilliard方程式については,安定性と収束性を証明した.これらの結果から,本研究は差分法の適用範囲を広げ,その発展に大きな寄与をなす研究であると結論づけてよいと考えられる.2種類の金属が最初に割合均等に混ざっていたものが時間とともに次第に分離していくような現象を異常拡散現象と呼ぶ.このような現象を記述する方程式としてCahn-Hilliard方程式が知られている.この方程式は非線形偏微分方程式で,かつ容易に数値解を計算すると解が不安定になる傾向が強いことが知られている.本研究では,このような不安定現象を生じやすい非線形偏微分方程式に対して,適切な数値解を与える差分スキームを構成する新しい一般的な方法を開発した.その方法は,まず考えている物理系の局所自由エネルギーを適切に離散化し,次にその離散化エンルギーに離散的変分を適用して差分スキームを構成する,という手順から成る.その離散化の際,差分と和分は微分と積分と同様の関係をもつように定めてある.また,ここで使う離散的変分法が本研究の核心部分であり,この新しい離散的変分法によれば,もとの物理系がもつ全自由エネルギーの散逸性あるいは保存性など,重要な物理的性質を離散的に再現するようなスキームを構成することができる.本研究では,数学的に閉じた具体的手順としてこの構成法を確立した.この方法に従えば非線形を含む広い範囲の偏微分方程式に対して差分スキームをたやすく構成することができる.さらにこの方法で構成された差分スキームには,安定性だけでなく,真の解への収束性も期待できることが示されている.実際,異常拡散問題を記述するCahn-Hilliard方程式については,安定性と収束性を証明した.これらの結果から,本研究は差分法の適用範囲を広げ,その発展に大きな寄与をなす研究であると結論づけてよいと考えられる.われわれの研究対象は,スピノ-ダル分野と呼ぶ,合金など空間的に均一な組成が時間発展とともに空間的に不均一に変化してゆく,いわゆる異常拡散現象の数値解析である.その現象のモデルを記述する方程式として,Cahn-Hilliard方程式が知られている.この方程式は非線形項をもつ拡散方程式の形をしているが,拡散項の係数が負であることおよび非線形項の非線形性がかなり強いことにより,数値計算によって正確な解を求めることがかなりむずかしい.われわれは数学的考察と物理的考察を同時に行うことによって,Cahn-Hilliard方程式の数値解を求める差分スキームに対する安定性の条件を得た.それらの安定性を,F-安定および最適F-安定と名付けた.そして,F-安定および最適F-安定の条件を満たす差分パラメータの典型的な組合せを計算によって求め,その組合せの幾組かを使って実際に数値解を計算し,十分満足する結果を得た,以上の解析は空間変数2次元以上の場合にもそのまま適用でき,実際2次元問題のいくつかの例題に対しても十分安定な解を得ることができた.次に,われわれはこの数値解の安定性をさらに詳細に調べるために,考えている物理系のリアプノフ関数を利用することを考えた.その解析過程で,より安定な差分スキームを得るためにはむしろリアプノフ関数を積極的に利用すべきであることに気付いた.そこで,このリアプノフ関数を出発点にとり,それを直接離散化し,それからCahn-Hilliard方程式に対応する差分スキームを合理的に導出した.こうして得られた差分スキームを使えば,数値解はいずれの場合も安定に計算することができることが確かめられた,次年度以降は,これらの結果に対する数学的に裏付けを中心に研究を続けたい.われわれの研究対象は,スピノ-ダル分解と呼ぶいわゆる異常拡散現象の数値解析である.合金など空間的に均一な組成が時間発展とともに空間的に不均一に変化してゆく現象がその一例である.その現象のモデルを記述する方程式として,Cahn-Hilliard方程式が知られている.

この方程式は非線形項をもつ拡散方程式の形をしているが、拡散項の係数が負であることおよび非線形項の非線形性がかなり強いことにより,数値計算によって正確な解を求めることがかなりむずかしい.われわれは数学的考察と物理的考察を同時に行うことによって,Cahn-Hilliard方程式の数値解を求める差分スキームに対する安定性の条件を得た.それらの安定性を,F-安定および最適F-安定と名付けた.この安定性に関してはすでに前年度に報告した.次に,われわれはこの数値解の安定性をさらに詳細に調べるために,考えている物理系の自由エネルギーを利用することを考えた.この自由エネルギーは系の安定性の解析ではいわゆるリアプノフ関数の役割を果たすことが知られている.そして,安定性の解析過程で,より安定な差分スキームを得るためにはむしろこの自由エネルギーを積極的に利用すべきであることに気付いた.その結果,この自由エネルギーを出発点にとり,それを直接離散化することにより,Cahn-Hilliard方程式に対応する差分スキームを合理的に導出することができた.こうして得られた差分スキームを使えば,数値解はいずれの場合も安定に計算することができることが確かめられた.この方法は、Cahn-Hilliard方程式に限らず,広い範囲の拡散系および保存系の偏微分方程式に適用できることも分かった.次年度には,安定性および収束性に関してより数学的な解析を行い,結論を出したい.2種類の金属が最初に割合均等に混ざっていたものが時間とともに次第に分離していくような現象を異常拡散現象と呼ぶ.このような現象を記述する方程式としてCahn-Hilliard方程式が知られている.この方程式は非線形偏微分方程式で,かつ安易に数値解を計算すると解が不安定になる傾向が強いことが知られている.本研究では,このような不安定現象を生じやすい非線形偏微分方程式に対して,適切な数値解を与える差分スキームを構成する新しい一般的な方法を開発した.その方法は,まず考えている物理系の局所自由エネルギーを適切に離散化し,次にその離散化エネルギーに離散的変分を適用して差分スキームを構成する,という手順から成る.その離散化の際,差分と和分は微分と積分と同様の関係をもつように定めてある.また,ここで使う離散的変分法が本研究の核心部分であり,この新しい離散的変分法によれば,もとの物理系がもつ全自由エネルギーの散逸性あるいは保存性など,重要な物理的性質を離散的に再現するようなスキームを構成することができる.本研究では,数学的に閉じた具体的手順としてこの構成法を確立した.この方法に従えば非線形を含む広い範囲の偏微分方程式に対して差分スキームをたやすく構成することができる.さらにこの方法で構成された差分スキームには,安定性だけでなく,真の解への収束性も期待できることが示されている.実際,異常拡散問題を記述するCahn-Hilliard方程式については,安定性と収束性を証明した.これらの結果から,本研究は差分法の適用範囲を広げ,その発展に大きな寄与をなす研究であると結論づけてよいと考えられる.
小細胞肺癌に対する癌幹細胞特異的蛋白質を標的とした新規抗腫瘍免疫療法の開発

背景:小細胞肺癌が早期から血行性リンパ行性転移を来すメカニズムとして、比較的多数の癌幹細胞を有していることが考えられている。本研究では、マウスメラノーマ癌幹細胞をプロテオーム解析することで同定した癌幹細胞特異的蛋白質であるDDX3Xに着目した。結果:小細胞肺癌細胞株は多数の癌幹細胞マーカー陽性癌細胞を含んでおり、DDX3Xの発現も高度であった。遠隔転移を有していない限局型患者12名中5名の血液には、DDX3Xを認識するCD4T細胞が含まれていたが、遠隔転移を有する患者、健常者では全く認められなかった。マウスメラノーマであるB16に、1%未満という極小数ではあるが癌幹細胞マーカーの一つであるCD133を発現する腫瘍細胞が存在することを見出し、これを分離、純化することに成功した。このCD133陽性メラノーマはspheroid形成能、in vivo腫瘍形成能が高く、癌幹細胞としての形質を有していることを明らかとした。このCD133陽性腫瘍はCD133陰性腫瘍に対して高免疫原性であり、この腫瘍細胞を抗原として樹状細胞でワクチンすることにより親株腫瘍に対する強い抗腫瘍効果を得られることが明らかとなった。この成果は、国際学会で発表した後、2011年にCancer Immunology Immunotherapyにpublishした。さらに、蛋白発現を網羅的に解析することでCD133陽性腫瘍に特異的に発現している4つの蛋白質を同定した。その一つであるDDX3Xはヒト非小細胞肺癌、大腸癌、乳癌、及び小細胞肺癌において発現されていた。これまでに、小細胞肺癌限局型患者には遠隔転移を生じた進展型患者にはみられないエフェクター型CD4 T細胞が誘導されていることを我々は報告してきた(2008, Clinical Cancer Research)。そこで、この限局型小細胞肺癌患者末梢血中に誘導された抗腫瘍エフェクターT細胞がDDX3Xを認識するか否か検討した。この結果、健常人、遠隔転移を持つ進展型では全く反応が見られなかったものの、限局型小細胞肺癌患者10名中4名にはDDX3Xに対してIFNgを産生するCD4 T細胞を認めた。一方、マウスモデルにおいてDDX3X特異的T細胞高い抗腫瘍効果を持つことを明らかとした。現在、エピトープペプチドを解析するとともにDDX3Xのoncogenic roleについて解析を進めている。小細胞肺癌は、極めて進行が早く血行性、リンパ行性遠隔転移を早期から来すことが知られているが、ランバートイートン症候群などのonconeural proteinを認識するparaneoplastic syndromeを有した場合には進行が緩徐となることが知られている。私達は、小細胞肺癌の中で遠隔転移を持たない限局型患者の末梢血中には小細胞肺癌を認識するエフェクター型T細胞が誘導されていることを示してきた。また、小細胞肺癌にはCD133陽性のがん幹細胞が比較的多数含まれており、腫瘍進展に大きな役割を果たしていることが知られている。ヒト癌細胞株を用いて検討したところ、DDX3Xは小細胞肺癌に高発現していることが明らかとなった。そこで、限局型小細胞肺癌患者末梢血中に誘導されているエフェクター型T細胞がこのDDX3Xを認識するものであるか検討した。この結果、健常者、進展型小細胞肺癌患者、治癒した限局型小細胞肺癌患者ではDDX3X反応性T細胞は一例も検出できなかったが、限局型小細胞肺癌患者12名中5名でDDX3Xを認識して有意なIFNγ産生を示すエフェクター型CD4+ T細胞が検出された。一方、DDX3Xを標的抗原とした抗腫瘍免疫療法の有効性を検討するために、マウスメラノーマを使用した皮膚転移モデルにおけるDDX3X特異的T細胞移入療法の効果を解析した。この結果、DDX3Xを認識するCD4+ T細胞は有効な腫瘍退縮効果を示すことが明らかとなった。これまでにマウスメラノーマであるB16の1%未満という極小数ではあるが、癌幹細胞マーカーの一つであるCD133を発現する腫瘍細胞が存在することを見出し、これを分離、純化することに成功した。されにこのCD133陽性腫瘍はCD133陰性腫瘍に対して高免疫原性であり、この細胞でワクチンすることにより親株腫瘍に対する強い抗腫瘍効果を得られることが明らかとなった。

さらに、この高免疫原性を解明するためにCD133を表出しているメラノーマを分離、純化し、蛋白発現を網羅的に解析することでCD133陽性腫瘍に特異的に発現している4つの蛋白質を同定した。そのうちひとつであるDDX3Xがヒト非小細胞肺癌、大腸癌、乳癌、及び小細胞肺癌において発現されていることを明らかとした。特に、種々の癌細胞でのうちCD133を強く発現する癌細胞はDDX3Xを強発現していた。中でもCD133陽性小細胞肺癌は極めて強くDDX3Xを発現していることから、小細胞肺癌限局型患者において我々が過去に報告した末梢血中抗腫瘍エフェクターT細胞がこれを認識するか否か検討した。この結果、健常人、遠隔転移を持つ進展型では全く反応が見られなかったものの、限局型小細胞肺癌患者10名中4名からDDX3Xに対してIFNgを賛成するCD4 T細胞を認めた。一方、マウスモデルにおいてDDX3X特異的T細胞が抗腫瘍免疫効果を発揮するか検討した結果、DDX3X特異的T細胞は高い抗腫瘍効果を持つことが明らかとなった。現在、エピトープペプチドを解析している。1.DDX3X蛋白質を用いた抗腫瘍免疫療法がin vivoで抗腫瘍効果を有することをマウスモデルを用いて証明した。CD4+ T細胞が主な抗腫瘍効果を担っていることを養子免疫療法を用いて証明し、治療モデルにおいても十分な有効性があることを示した。これらの内容は、ESMO、癌学会などで発表の上、現在論文投稿中である。2.小細胞肺癌患者末梢血を用いて、限局型SCLC患者ではDDX3X反応性T細胞が存在することを証明している。現在、候補ペプチドを合成の上、エピトープペプチド探索を行なっている。3.DDX3Xと癌幹細胞化の関係を調べるために、EGFR遺伝子変異を有する肺癌細胞であるPC9にDDX3X遺伝子を導入した強制発現細胞を作成した。これにより、DDX3X発現が癌幹細胞化を進めること、薬剤耐性化に寄与することなどを明らかしている。これらの内容は、ESMO、AACRなどの国際学会で発表した。DDX3X蛋白質を使用した抗腫瘍免疫効果をマウスモデルで証明するとともに、小細胞肺癌患者末梢血中にDDX3Xを認識するT細胞が存在することを証明できている。1.小細胞肺癌患者末梢血を用いたDDX3Xエピトープペプチド探索を進め、これを用いた抗腫瘍ペプチドワクチン療法臨床試験の施行に向けた準備を進める。2.DDX3Xの癌細胞における機能を明らかにするために、DDX3X強制発現肺癌細胞を確立した。現在までに、DDX3X遺伝子導入により細胞内生存増殖シグナルに大幅な変化が生じることを証明している。EGFR遺伝子変異陽性肺癌にDDX3Xを発現させることにより、EGFRリン酸化が阻害されEGFR signal addictionが失われる。このように生存増殖シグナル変化したEGFR遺伝子変陽性肺癌細胞は、EGFR-TKIに完全な耐性を示した。また、通常抗癌剤であるパクリタキセルに対しても耐性化を示した。このようにしてDDX3X高発現細胞が抗癌剤や分子標的治療に高い耐性を持つことは、DDX3Xを標的とした免疫療法の高い有効性を支持するものであり、新たな治療戦略となりうるものと考えられる。4. DDX3X強制発現癌細胞は抗アポトーシス蛋白であるBcl-xLを高発現することを証明した。DDX3X強制発現により癌幹細胞化した腫瘍細胞に対するBcl-xL阻害剤の効果を検討している。2.DDX3X強制
非可換空間の非ユニタリーな発展と宇宙のモデルとしての応用の研究

近年の観測技術の発展により、我々の宇宙の過去の時間発展の様子が詳しく調べられ、宇宙のほとんどが暗黒物質と暗黒エネルギーという未知のもので構成されていることが明らかになりつつある。特に、暗黒エネルギーの正体は、素粒子論においても、宇宙項問題や真空エネルギーとも呼ばれる長年の未解決問題である。恐らくこの問題の解決には、重力の古典論である一般相対論を超えた、新たな量子重力の理論が必要となると考えられる。一般相対論は、リーマン幾何学の時空概念に基づいており、座標時空間上の滑らかに変化する計量場を動的変数とする理論である。一般相対論を標準的方法で量子化すると、計量場が各点ごとに存在することから来る制御不可能な発散が計算に現れ、意味をなさない。また、一般相対論と量子論を合わせた思考実験からは、観測可能な限界最小長が導かれ、連続的で滑らかな時空間というよりは、何らかの構成要素の集合体であるような時空間という可能性が示唆される。そのような量子論的時空間として、非可換空間などの一般化であるファジー空間と呼ばれる概念がある。私は、本研究課題において、動的なファジー空間として、量子重力の理論が構成できないかを探った。ファジー空間は、座標系ではなく、その空間上の関数の積の構造によって定義される。従って、各ファジー空間は、関数の積を決める3階テンソルにより定義されるので、私は、3階テンソルの動的理論をファジー空間の動的理論として提案した。このような3階テンソルモデルは、次元や位相に関係なく動的空間を記述する背景非依存な理論であり、また、主に数値的に調べたところ、このモデルが物理的に意味のある様々なファジー空間を古典解として生成することや、古典極限で一般相対論を再現することなど、量子重力として有望であることを示す様々な結果が得られた。年度前半においては、時間発展する非可換空間上の場の理論の構成を行った。非可換空間としては、最も取り扱いの易しい非可換空間であるところの、SU(N)対称性を持っている非可換複素射影空間(非可換二次元球面を含む)を扱い、そのSU(N)対称性を保つような時間発展を定式化し、時間発展する非可換二次元球面上のスカラー場、フェルミオン場、ゲージ場の理論の構成を行った。特にゲージ対称性に関連して、保存カレントの存在が本質的であるが、非ユニタリーな離散的時間発展であるにもかかわらず、保存カレントを具体的に構成することができ、チャージの保存則が成立することを示した。また、エネルギー・運動量保存に関連する保存カレントの存在も示した。この研究により、時間発展する非可換空間上の物質場を含むゲージ理論が無矛盾に定式化できること、また、重力場との無矛盾な結合の可能性が分かった。年度後半においては、非可換空間の時間発展を、物質場の存在に依存してダイナミカルにする研究を開始した。これにはまず、時間発展する非可換空間上の重力場の自由度を理解し、パラメータの古典的領域において一般相対性理論と矛盾しないような物質場との結合を定式化する必要がある。一般相対性理論においては重力場の自由度は空間上の幾何の自由度と同等であるが、非可換空間は代数的に構成されているため、その上の幾何は自明ではない構成になっている。従って、この方向への端緒を得るため、非可換空間上の幾何を捉える有効な方法を考案した。連続理論における熱核漸近展開は、幾何学的量をその係数に持つことが知られている。非可換空間の場合、空間の微小スケールにおける連続多様体との違いから、漸近展開は有効ではない。

しかし、中間スケールでの近似的漸近展開を扱うための有効な方法を提案し、それによって、非可換空間の幾何を正確に捉えることが出来ることを示した。前年度までの研究により、時間発展する非可換空間上にどのようにして、素粒子現象を記述する物質場やゲージ場の理論を構成するかについて、特に対称性と電荷保存に注目して、その構成が実際可能であることを示したが、この一連のモデルでは、非可換空間の時間発展は与えられたものとされており、物質の存在は非可換空間の時間発展に影響しない。しかし、一方、実際の宇宙の時間発展を良く記述している一般相対性理論では、宇宙の時間発展は物質の存在が影響を与える動力学的時間発展である。従って、宇宙の時間発展を非可換空間の時間発展として記述するためには、一般相対性理論のファジー空間(量子論的空間の総称)版を作る必要がある。一般相対性理論は、一般座標変換不変性を主原理とする理論である。従って、ファジー空間の一般座標変換が何であるかを考え、この変換についての対称性を主原理として理論を構成すれば、ファジー一般相対性理論が得られると期待される。ファジー空間は、それ上の場(関数)の代数により決められるので、その基本的力学変数は、その代数を決める三階テンソルと考えられる。またこのとき、一般座標変換はその三階テンソルについての一般線形変換に対応することが分かる。今年度の主要成果は、この一般的アイディアを述べ、一般線形変換不変な一連の三階テンソルモデルを、動力学的ファジー空間のモデルとして提案したことである。最も簡単な具体例として、二次元非可換球面が、このモデルの古典解として実現されることを示した。今年度の研究成果は二編の論文にまとめて発表したが、出版予定ではあるものの出版号がまだ決まっていないため、次ページの研究成果には書かれていない。宇宙のモデルとしてファジー空間を議論するためには,動的なファジー空間の理論を構成する必要がある。一般にファジー空間はそれ上の関数の間の代数関係により定義されるが,その代数関係は3階のテンソルにより記述できる。このことを根拠として,動的なファジー空間の理論としてテンソルモデルを提案した。当初、古典解として物理的に意義のある非可換空間の生成を試みたが,存在はしたもののいくつかの理由により不満足なものであった。一方で,大学院学生の笹井氏とともに可換非結合代数に基づくファジー空間の研究を行った。面白いことに,この可換非結合的ファジー空間上の場の理論は非可換空間上の場の理論の持つ病的な性質(確率保存の破れ,紫外赤外混合)を持たないことが分かり,物理的にはむしろ好ましいファジー空間であることが分かった。この結果に刺激され,テンソルモデルが古典解として可換非結合的ファジー空間を持つかどうか調べたところ,物理的に意義のある様々な解(任意次元のファジートーラス,ファジー球面)が実現できることが分かった。これらの解は,Mathematicaによる数値的な方法によったが,任意次元の可換非結合的ファジー平空間として単純なガウス型の解析的解を持つようなテンソルモデルも構成できた。以上のように,テンソルモデルは物理的に意義のある様々な空間を動的に生成しえる宇宙や空間の動的モデルとして面白いものであることが分かった。次に,現在進行中であるが,一般相対論との対応を調べた。方法は,上記の古典解の周りの揺らぎのスペクトルを数値的に調べ,一般相対論と比較するというものである。