hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニポウ式共焦点顕微鏡による心筋細胞内Ca^<2+>waveの高速観察

ニポウ式共焦点顕微鏡による拍動時の心筋細胞Ca^<2+>動態の高速観察光学的改善をおこなったニポウ式共焦点顕微鏡を用いて、成獣ラット心筋細胞におけるCa^<2+>wave、sparksおよび電気刺激時の細胞質と核内と核内のCa^<2+>変化を記録、解析して、拍動時の核内Ca^<2+>動態について検討した。方法:ニポウ式共焦点スキャナニットを倒立顕微鏡に取り付け、高速CDビデオカメラを用いて画像データをデジタル記録した。画像データの解折をNIH-Image1.62(NIH)で行った。Ca^<2+>蛍光指示薬Fluo-3(10μM,Molecular Probe)を用いた。Ca^<2+>とCa^<2+>sparksは、静止時の心筋細胞に自然に生じたものを記録した。また、電気フィールド刺激で心筋細胞の拍動をを誘発した。結果:電気刺激時の心筋細胞における細胞質および核内Ca^<2+>の超高速画像化(4 msec/full frame)に成功した。電気刺激時の心筋細胞における核内Ca^<2+>の変化は、上昇相、下降相ともに細胞質Ca^<2+>より遅れて変化し、さらに上昇相で2相性(急速相と緩除相)を示した。核内Ca^<2+>上昇相の緩相から下降相にかけてFickの拡散モデルと一致した。またこのモデルの拡散係数を大きくしたとき、急速相も拡散モデルと一致した。核に沿って伝播するspiral Ca^<2+>waveによって生じた核内Ca^<2+>上昇は、核内膜からのCa^<2+>上昇は、核内膜からのCa^<2+>放出を誘発せず、核内を伝播しなかった。さらに、静止時の心筋細胞の細胞質でみられるCa^<2+>sぱrksは、核内では観察されなかった。考察:電気刺激時の心筋細胞にける核内Ca^<2+>の変化は、細胞質Ca^<2+>が核孔を介して拡散により移動するためと考えられた。また、核内Ca^<2+>の上昇相の2相性から、核孔のCa^<2+>透過性が細胞質のCa^<2+>濃度によって制御されていることが示唆された。また核内にはCa^<2+>放出部位は存在せず、核内におけるCa^<2+>の移動は、細胞質におけるCa^<2+>waveの伝達とは異なり、拡散であることが示された。まとめ:本研究により、ニポウ式共焦点顕微鏡による心筋細胞内Ca^<2+>動態の高速観察法を確立した。ニポウ式共焦点装置の光学的改善の検討共焦点顕微鏡は深さ方向(Z軸)にも光学的分解能をもつため、従来の光学顕微鏡にくらべより高い空間分解能で観察することができる。しかし、現行のガルバノ式共焦点顕微鏡では、1光源をX,Y軸にミラーで走査するため1画面を得るのに12秒を要する。多光源方式のニポウ式共焦点顕微鏡は、高速で1画面を得ることができる。しかし、ニポウ式共焦点顕微鏡は多光源方式のため光学的改善が必要である。1.光利用効率ニポウ式共焦点装置は、約2万個のピンホールを形成したディスクを高速で回転させXY両軸を同時にスキャンするため、励起光のArレーザーは平行光となり光量が著しく低下する。これを解決するため2万個のピンホールの前に2万個のマイクロレンズを付加することにより、入射光量と出射光量の比である光利用効率がピンホールのみ約2%からマイクロレンズ付きで40%と約20倍改善された。2光軸方向の分解能の検討光軸方向の分解能を蛍光ビーズを用いて検討した。直径2.8μmの蛍光ビーズが6枚のスライス像として観察でき、このシステムが蛍光試料に対し約0.5μmの光軸方向の分解能をもつことがわかった。3拍動心筋細胞のCa^<2+>動態の高速観察胎児心由来の心筋細胞は、自動拍動を有する。イメージ・インテンシファイヤー付き高速CCDカメラを使用し、自動拍動時の心筋内Ca^<2+>動態の高速観察を検討した。4ミリ秒ごとの画像取り込みで、拍動心筋細胞のCa^<2+>動態を観察することができた。まとめ2万個のピンホールの前に2万個のマイクロレンズを付加することにより、光利用効率が改善され、4ミリ秒ごとの画像取り込みで、拍動心筋細胞のCa^<2+>動態を観察することができた。Ca^<2+>

とCa^<2+>sparksは、静止時の心筋細胞に自然に生じたものを記録した。また、電気フィールド刺激で心筋細胞の拍動をを誘発した。結果:電気刺激時の心筋細胞における細胞質および核内Ca^<2+>の超高速画像化(4 msec/full frame)に成功した。電気刺激時の心筋細胞における核内Ca^<2+>の変化は、上昇相、下降相ともに細胞質Ca^<2+>より遅れて変化し、さらに上昇相で2相性(急速相と緩除相)を示した。核内Ca^<2+>上昇相の緩相から下降相にかけてFickの拡散モデルと一致した。またこのモデルの拡散係数を大きくしたとき、急速相も拡散モデルと一致した。核に沿って伝播するspiral Ca^<2+>waveによって生じた核内Ca^<2+>上昇は、核内膜からのCa^<2+>上昇は、核内膜からのCa^<2+>放出を誘発せず、核内を伝播しなかった。さらに、静止時の心筋細胞の細胞質でみられるCa^<2+>sぱrksは、核内では観察されなかった。考察:電気刺激時の心筋細胞にける核内Ca^<2+>の変化は、細胞質Ca^<2+>が核孔を介して拡散により移動するためと考えられた。また、核内Ca^<2+>の上昇相の2相性から、核孔のCa^<2+>透過性が細胞質のCa^<2+>濃度によって制御されていることが示唆された。また核内にはCa^<2+>放出部位は存在せず、核内におけるCa^<2+>の移動は、細胞質におけるCa^<2+>waveの伝達とは異なり、拡散であることが示された。まとめ:本研究により、ニポウ式共焦点顕微鏡による心筋細胞内Ca^<2+>動態の高速観察法を確立した。
3次元運動解析装置を利用した小脳性運動失調の他覚的評価法の確立

本研究の目的は,脊髄小脳変性症の運動失調における他覚的評価について,これまでのSARAやICARSのような評価者の主観が入る半定量化されたスコアではなく,3次元運動を解析する装置を用いて完全に他覚的に定量化する方法を開発する事である.これが成功すれば,これまで曖昧であった小脳性運動失調の他覚的評価,薬物治療の効果判定,リハビリテーション前後の評価などに大きな貢献ができると考えられる.平成28年度の目標は,当初は1Polhemus社製のFASTRAKを用いて,従来の小脳性運動失調診察法の解析,2小脳性運動失調に関する,3次元運動分析に適した運動モデルを開発する.3脊髄小脳変性症患者と正常対照,他の神経変性症との比較による検討.4画像検査での検討により,解剖学的に小脳性運動失調の責任病巣を捉える.5タルチレリン,ブロチレリンの治療による運動変化を捉える,の5点であった.しかし予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり新たな機器選定に時間を費やした.その他,3次元向けの運動モデルの検討や,参加者のリクルートメントを進めた.平成29年度は,Optitrack社のV120trioカメラおよびMotiveソフトウェアによるMotion Captureを行う装備と,同じくOptitrack社のSKYCOMという運動データを3次元的に解析するソフトウェア,Motion Capture時にそれらの機器に接続するコンピューターを購入し,数名の脊髄小脳変性症患者において,指鼻試験,回内回外試験のMotion Captureを行った.平成30年度はさらに脊髄小脳変性症患者,パーキンソン病,正常対照において指鼻試験,回内回外試験のMotion Captureを行い症例数を増した.それにより脊髄小脳変性症の運動の特徴が捉えられた.平成28年度の目標は,当初は1Polhemus社製のFASTRAKを用いて,従来の小脳性運動失調診察法の解析(指鼻試験,回内回外試験,膝踵試験,小脳性歩行障害)を,3次元的に解析する.2小脳性運動失調に関する,3次元運動分析に適した運動モデルを開発する.3脊髄小脳変性症患者と正常対照,他の神経変性症との比較による検討.4画像検査での検討により,解剖学的に小脳性運動失調の責任病巣を捉える.5タルチレリン,ブロチレリンの治療による運動変化を捉える,の5点であった.しかし与えられた予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり,新たな機器選定に時間を費やした.数種類の機器に絞っているところである.その他,3次元向けの運動モデルの検討や,参加者のリクルートメントを進めている.今後参加者の運動データを保存,解析するコンピューターを購入した.最も大きい理由は,与えられた予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり,新たな機器選定に時間を費やした点である.3次元の解析に適した運動モデルの考案にも苦慮している.平成28年度の目標は,当初は1Polhemus社製のFASTRAKを用いて,従来の小脳性運動失調診察法の解析(指鼻試験,回内回外試験,膝踵試験,小脳性歩行障害)を,3次元的に解析する.2小脳性運動失調に関する,3次元運動分析に適した運動モデルを開発する.3脊髄小脳変性症患者と正常対照,他の神経変性症との比較による検討.4画像検査での検討により,解剖学的に小脳性運動失調の責任病巣を捉える.5タルチレリン,ブロチレリンの治療による運動変化を捉える,の5点であった.しかし与えられた予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり,新たな機器選定に時間を費やした.数種類の機器に絞っているところである.その他,3次元向けの運動モデルの検討や,参加者のリクルートメントを進めている.今後参加者の運動データを保存,解析するコンピューターを購入した.平成29年度は,Optitrack社のV120trioカメラおよびMotiveソフトウェアによるMotion Captureを行う装備と,同じくOptitrack社のSKYCOMという運動データを3次元的に解析するソフトウェア,Motion Capture時にそれらの機器に接続するコンピューターを購入した.現在,数名の脊髄小脳変性症患者において,指鼻試験,回内回外試験のMotion Captureを行っている.最も大きい理由は,平成28年次に与えられた予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり,新たな機器選定に時間を費やした点である.現在は機器が揃ったため,脊髄小脳変性症患者によるMotion Captureを進めているところである.本研究の目的は,脊髄小脳変性症の運動失調における他覚的評価について,これまでのSARAやICARSのような評価者の主観が入る半定量化されたスコアではなく,3次元運動を解析する装置を用いて完全に他覚的に定量化する方法を開発する事である.これが成功すれば,これまで曖昧であった小脳性運動失調の他覚的評価,薬物治療の効果判定,リハビリテーション前後の評価などに大きな貢献ができると考えられる.平成28年度の目標は,当初は1Polhemus社製のFASTRAKを用いて,従来の小脳性運動失調診察法の解析,2小脳性運動失調に関する,3次元運動分析に適した運動モデルを開発する.3脊髄小脳変性症患者と正常対照,他の神経変性症との比較による検討.4画像検査での検討により,解剖学的に小脳性運動失調の責任病巣を捉える.5タルチレリン,ブロチレリンの治療による運動変化を捉える,の5点であった.しかし予算の都合上,予定していたFASTRAK購入が困難になり新たな機器選定に時間を費やした.

その他,3次元向けの運動モデルの検討や,参加者のリクルートメントを進めた.平成29年度は,Optitrack社のV120trioカメラおよびMotiveソフトウェアによるMotion Captureを行う装備と,同じくOptitrack社のSKYCOMという運動データを3次元的に解析するソフトウェア,Motion Capture時にそれらの機器に接続するコンピューターを購入し,数名の脊髄小脳変性症患者において,指鼻試験,回内回外試験のMotion Captureを行った.平成30年度はさらに脊髄小脳変性症患者,パーキンソン病,正常対照において指鼻試験,回内回外試験のMotion Captureを行い症例数を増した.それにより脊髄小脳変性症の運動の特徴が捉えられた.FASTRAKに代わる,3次元運動解析の機器を選定する.3次元の解析に適した運動モデルの開発を進める.各50例を目標に被験者(正常対照,脊髄小脳変性症,他の神経変性疾患)をリクルートする.各参加者のプロフィール(年齢,性,原疾患,罹病期間,使用薬剤),臨床症状などの基本データを収集していく.3次元の解析に適した運動モデルとして,上肢の回内回外運動,指鼻試験における上下・左右・前方方向からのMotion Captureを主体にする事を考えている.各50例を目標に被験者(正常対照,脊髄小脳変性症,他の神経変性疾患)をリクルートする(現在脊髄小脳変性症数名のみ).各参加者のプロフィール(年齢,性,原疾患,罹病期間,使用薬剤),臨床症状などの基本データを収集していく.最終的に上記の点について3次元的な運動解析を行い,運動失調の3次元的な特徴を捉える.予定していたPolhemus社製のFASTRAKが予算の都合上,購入できなくなった.他の機器の選定に時間がかかっており,運動解析機器の購入が出来ていない.理由:平成28年度にMotion Captureおよび運動解析装置の購入が出来なかったため,運動解析自体に遅れが生じ,その解析費用,学会参加費の使用が極度に少なかったためである.使用計画:参加を増やし運動解析をすすめる.学会参加,論文執筆をすすめる.新たな運動解析機器の購入を行う.運動解析を行う際の,運動データを保存するための持ち運び可能なポータブルパソコンの購入を行う.学会発表の際の旅費に使用する.
反復灌漑地域での還流機構と水質特性からみた農業用水の地域保全効果に関する研究

平成5年度と6年度は低平地帯の立地特性を有する埼玉県中川流域と千葉県大利根用水地域を、また7年度は扇状地の立地特性を有する神奈川県足柄平野を対象に農業用水の還流機構と水質特性について研究を行った。その結果、いずれも高度な反復灌漑のもとに農業用水が利用されていたが、中でも中川流域では地域内に供給される農業用水量が多いこともあって排水河川流量の変動がCODとT-Nにみる水質濃度の変動よりも大きく、河川流量の増大とともに濃度は低下傾向にあることがわかった。またSSについては流量の変動の方が濃度の変動よりも大きく、河川流量の増大とともに濃度の上昇する傾向がみられた。大利根用水地域においては、地域内の農業用水量の絶対量が少ないためとかつての沼地を十拓したところから流量の変動に係わらず地域中央部での水質汚濁が進んでおり、今後は水質浄化のための新たな用水確保が課題となっている。なお、排水改良によって排水河川をコンクリートと鉄矢板構造にしたために地下水の横浸透能が低下し、浅層地下水の塩分濃度が非常に高くなっていることが判明した。足柄平野においては扇状地形にあって農業用水路と排水路が兼用されており、しかも複雑に入り組んでいる。灌漑形態は多くが田越し灌漑の方法をとっており、低水温による障害をこの灌漑法式で防いでいる。地域内を2つのブロックに分けて水収支と水質分析を行った結果、浸透水と蒸発散量を除いて農業用水が下流域に還元してくることがわかった。浸透量は日減水深にして3050mmであった。上・下流ブロック別に負荷量の減少率をみると、CODは-23.3%、BODは-35.3%、T-Nは-17.2%とかなりの減少傾向がられた。水田率については上流が44.3%、下流部が30.6%と上流部の方が大きいところから水田の希釈機能も手伝って負荷量の減少につながっていると判断できた。今後は農業用水の地域保全機能を配慮した農業用水量の算定を行う必要がある。平成5年度は埼玉県中川流域を対象に灌漑期、非灌漑期にわたって調査研究を行った。調査内容は、主要排水河川における流量観測と水質測定・分析(水温、pH、DO、EC、濁度、BOD、COD、SS,T-N、T-P)である。研究実績の概要を以下に示す。(1)還流特性としては、河川流域内への流入量(見沼代用水が主要水源となっている)に対して流域外への流出割合の大きいことがわかった。(2)水質特性のよく示されているCOD、T-Nについては河川流量の変動が濃度の変動よりも大きく、河川流量の増大とともに濃度は低下傾向にあることがとわかった。(3)SSについては、流量の変動の方が濃度の変動よりも大きく、河川流量の増大とともに濃度が上昇する傾向がみられた。(4)河川水質の浄化機構について、河川底泥を採取してその粒度分布や比重を測定し、かつ現地の採取土を用いて浄化実験を行ってみた。その結果、粘土分の多い土の場合はあまり浄化機能は見られず、低平地河川での河床への土砂体積メカニズムを検討する必要性が認識できた。(5)以上の検討結果から、中川流域での反復灌漑機構が下流地域の河川流況を安定化しかつ水質保全に大きく係わっていることが判明した。

今後の中川流域での水利改良において、こうした還流特性を活かしつつ、農業用水の地域保全機能を配慮した用水量の算定を行う必要がある。平成6年度においては、千葉県大利根用水地区を対象に調査を行った。本用水は利根川の支流黒部川を水源として取水され、幹線用水路は東幹線と西幹線に分岐されて導水される。地区内を東西に流れる新川を基幹排水路として、これに七間川、新七間川などの支線排水路が流れ込む。今回は、新川上流左岸地域に属する七間川と新七間川流域(東幹線がかり)を対象に農業用水の還流機構と水質特性について調査を行った。調査の結果、各排水路には水位調節水門が建設されており、水位を上昇させることによって水田への配水位を維持させるとともに、反復灌漑機能を維持させるものであった。したがって、東幹線用水から取水された用水はすべて七間川と新七間川最下流部に設けられた水門で堰上げられ、ここで貯留された後再度灌漑用水として利用されるというシステムが確認された。このような水位調節操作は、地下水位の保持にも貢献し、水田の浸透ロスを減少させることにもつながり、地区全体としての用水使用量節減に貢献しているものであった。七間川流域において水収支を検討した結果、流域内供給量が0.366m^3/sであったのに対して七間川最下流部への流出量は0.579m^3/sであった。この間蒸発散量を考慮すれば流出量の方が少なくなるのであるが、当地区では逆に流出量の方が多かった。これはおそらく上昇していた地下水が七間川に滲出してきて排水路の流量を増加させたものと考えられる。なお、調査時には七間川水門は開放されていた。水質については、DOは27mg/l、ECは400570μS/cm、BODは25mg/l、CODは611mg/l、T-Nは24.2mg/l、T-Pは0.11.3mg/lと、反復灌漑の行われている本地域の水質は全般的に不良であった。なお、今回井戸水を採水して水質を測定したところ、特にECは1,145μS/cmと高く、海水の進入による影響が確認された。平成7年度においては、扇状地河川地区として神奈川県足柄平野を事例にとって調査研究を行った。足柄平野においては扇状地形にあって農業用水路と排水路が兼用水路として利用されており、しかも複雑に入り組んでいる。主要農業用水源は二級河川酒匂川から取水する文命用水路であるが、酒匂川は富士山の融雪水を集水してくるために、また発電との共用取水のために水温が灌漑期でも1020°Cの範囲しかなく、灌漑形態は田越し灌漑の方法をとっており低水温による障害をこの灌漑方式で防いでいる。研究の方法としては、地域内を2つのブロックに分けて水収支と水質分析を行った。その結果、水収支については浸透水と蒸発散量を除いて地区内に取水された農業用水のほとんどが下流域に還元してくることがわかった。浸透量は日減水深にして3050mmであった。水質については、上・下流ブロック別に負荷量の減少率をみると、CODは-23.3%、BODは-35.3%、T-Nは-17.2%とかなりの減少傾向が見られた。水田率については上流が44.3%、下流部が30.6%と上流部の方が大きいところから水田の希釈機能も手伝って負荷量の減少につながっていると判断できた。今後は農業用水の地域保全機能を配慮した水路構造、すなわちなるべく土構造の水路形態をとり、水路内での自浄作用を高めることや、水田内での灌漑用水の滞留時間を長くするための水管理方式を検討していくことが必要である。
潜在性肺高血圧症の非侵襲的診断法の確立と臨床的特徴

目的1:運動負荷による顕在化する潜在性肺高血圧症の頻度とその臨床的特徴を明らかにすること目標症例数は3年間の研究期間で100症例であったが,研究代表者異動による研究廃止までの2011年4月-8月で62症例に対して運動負荷心エコー法を施行した.この62例中,潜在性肺高血圧症と診断されたのは15例,約25%であった.臨床的特徴として,潜在性肺高血圧症では,そうでない群と比較して年齢が高く,歩行後のSpO2の低下を認めた.その他の臨床的背景(膠原病基礎疾患,血圧,体表面積,6分間歩行距離,性別)に有意差は認められなかった.心エコー指標では左室・左房形態指標(左室容積,左房容積など)に有意差は無かったが,三尖弁逆流速度,僧房弁通過血流拡張早期波高,三尖弁輪運動速度に有意差を認めた.過去にエルゴメーター負荷により膠原病患者の潜在性PAHをみた報告では,運動負荷により平均11mmHgの肺動脈圧上昇があった.今回の我々の検討では全体で平均9mmHg程度の上昇であり,潜在性PAH症例では平均15mmHg上昇した.過去の報告と矛盾しない結果である.また2011年のD'Altoらの報告では運動負荷による肺動脈圧の上昇は早期の右室機能不全兆候である可能性も示唆されており,我々の検討の中の三尖弁輪運動速度低下がこれを反映している可能性が示唆された.日本人を対象とした運動負荷により顕在化する潜在性肺高血圧症の初の研究結果であり,臨床的意義は大きい.目的2:潜在肺高血圧症と診断された患者に対する心カテーテル検査による確定診断および治療介入上記15例のうち,5例に対して心カテーテル検査による確定診断および治療介入を行った.5例は全例,運動による有意な肺動脈圧の上昇が確認され,潜在性肺高血圧症と診断された.治療介入を3例,経過観察を2例とし,今後も治療経過をフォローアップ予定である.2011年8月末にて研究代表者は異動となりやむをえず研究実施は廃止となったが,本研究は引き続き研究分担者に引き継がれており,追加購入したインピーダンス心拍出量計によりさらなる追加知見が得られると確信している.目的1:運動負荷による顕在化する潜在性肺高血圧症の頻度とその臨床的特徴を明らかにすること目標症例数は3年間の研究期間で100症例であったが,研究代表者異動による研究廃止までの2011年4月-8月で62症例に対して運動負荷心エコー法を施行した.この62例中,潜在性肺高血圧症と診断されたのは15例,約25%であった.臨床的特徴として,潜在性肺高血圧症では,そうでない群と比較して年齢が高く,歩行後のSpO2の低下を認めた.その他の臨床的背景(膠原病基礎疾患,血圧,体表面積,6分間歩行距離,性別)に有意差は認められなかった.心エコー指標では左室・左房形態指標(左室容積,左房容積など)に有意差は無かったが,三尖弁逆流速度,僧房弁通過血流拡張早期波高,三尖弁輪運動速度に有意差を認めた.過去にエルゴメーター負荷により膠原病患者の潜在性PAHをみた報告では,運動負荷により平均11mmHgの肺動脈圧上昇があった.今回の我々の検討では全体で平均9mmHg程度の上昇であり,潜在性PAH症例では平均15mmHg上昇した.過去の報告と矛盾しない結果である.また2011年のD'Altoらの報告では運動負荷による肺動脈圧の上昇は早期の右室機能不全兆候である可能性も示唆されており,我々の検討の中の三尖弁輪運動速度低下がこれを反映している可能性が示唆された.日本人を対象とした運動負荷により顕在化する潜在性肺高血圧症の初の研究結果であり,臨床的意義は大きい.目的2:潜在肺高血圧症と診断された患者に対する心カテーテル検査による確定診断および治療介入上記15例のうち,5例に対して心カテーテル検査による確定診断および治療介入を行った.5例は全例,運動による有意な肺動脈圧の上昇が確認され,潜在性肺高血圧症と診断された.治療介入を3例,経過観察を2例とし,今後も治療経過をフォローアップ予定である.2011年8月末にて研究代表者は異動となりやむをえず研究実施は廃止となったが,本研究は引き続き研究分担者に引き継がれており,追加購入したインピーダンス心拍出量計によりさらなる追加知見が得られると確信している.
RSVとhMPV主要抗原遺伝子の分子進化およびワクチンターゲットに関する研究

2年目となる平成30年度では、RSVに関しては、RSウイルス感染についてのより詳細なメカニズムを明らかにする目的で、その罹患時に抗菌薬を使用した際の上咽頭及び便中の細菌叢変化についての解析を行った。その結果、抗菌薬投与により腸内および上気道の細菌叢が変化し、特にモラクセラ・カタラーリスなどの肺炎を起こしうる細菌の方が常在細菌より回復が早いことが示唆され病態に影響を及ぼしている可能性が示唆された。同内容についてTHE JAPANESE JOURNAL OF ANTIBIOTICS. 71(2): 81-91, 2018に報告した。hMPVに関しては、次世代シークエンサーによって得られた臨床由来株の塩基配列を用いて、MCMC法を用いた系統樹解析及びベイジアンスカイラインプロット解析を行っている。また、主要抗原タンパクの立体構造モデル解析やそのエピトープ解析、positive/negative selection解析などを進めている。近年繰り返しの塩基配列が挿入された新たなhMPVの株が報告されており、その株も含めた解析を進めているところである。当所の計画通り、主に初年度に行う予定のRSウイルスサブグループBの分子進化についての解析を行い、論文報告および学会報告をすることができた。それに加えて、RSウイルス感染症罹患時に抗菌薬を使用した際にどのように細菌叢に影響を与えるかの解析も行い、RSウイルス感染についての理解を深めることができたと同時に、同内容についても論文作成をすることができ当初の計画以上の成果を出すことができた。2年目以降、主に取り組む計画としていたhMPVウイルスについての解析を進めていく予定であった、hMPVに関しては、現在解析中である。当初より本年度も解析を続ける予定であり、概ね計画通りと考える。hMPVの解析を引き続き進めていく。新たな解析方法についても報告されており、必要に応じて、その習得もしながら解析を進めていく。初年度となる平成29年度はRSVを対照に主に研究を進めた。まず、RSVサブグループB(RSV-B)のF蛋白についての詳細な解析を行い、1)RSV-Bは3つのクラスターに分類されること、2)RSVのF蛋白は保存的といわれるものの、7.14 ×10ー4 substitutions/site/year程度の進化速度を持っていること、3)パリビズマブへの結合部位におけるアミノ酸変異はほとんど認められないこと、4)推定されるB-cellエピトープと中和抗体の結合部位が一致しないということを明らかにすることができた。本研究からRSVの再感染はエピトープと中和抗体結合部位が一致しないことが原因のひとつではないかと推定された。なお、同内容についてはInfect Genet Evol. 2017Aug;52:1-9.および第91回日本感染症学会で報告している。当初の計画通り、初年度に予定していたRSウイルスサブグループBの分子進化については解析を行い、論文報告および学会報告をすることができた。また、さらにRSウイルス感染の理解を深めるために、RSウイルス感染症罹患時に抗菌薬を使用した際にどのように細菌叢に影響を与えるかの解析も行い、同内容についても論文作成をすることができた。2年目以降はhMPVウイルスについての解析を進めていく予定であり、こちらについての解析も進めていく予定である。初年度はRSVについての解析を計画通り進めることができた。今後は残るhMPVについての解析を中心に進めていく。バイオインフォマティクスを用いた解析技術は日々進歩しているため、必要であれば新たな解析手法を用いてより詳細な解析を進めていく。メインである、RSウイルスに関する研究は順調に進んで、2報発表する事ができた。

そのうちの一報については投稿料が予想以上にかかるため、本年度の繰り越し分と合わせて使用する。また、当初の計画通り次年度以降はhMPVなどの他の呼吸器ウイルスについての解析も進める予定である。当初計画では国際学会での発表を計画し、その分の予算を計上していたが、日程の関係で演題を出すことができず、その分かなりの未使用額が次年度に繰り越されることとなった。当初予定していたより、本年度支払いの論文投稿料が高額であり、今後もそのようなケースが予想される。翌年度の投稿料や追加解析に必要な消耗品費に使用する予定である。
明治期村役場の機能の研究〜秋田県醍醐村を中心に〜

前年度に引続き秋田県平鹿郡平鹿町立図書館所蔵の旧醍醐村役場文書の調査、収集をおこなった。また平行して平成5年11月開館した秋田県立公文書館、同併設の県立図書館所蔵の県庁、郡役場関係資料の収集を実施。同時に上記資料に欠けている内容を補うために秋田県内各地の旧役場文書の所在調査も可能な限りおこなった。収集資料の分析の一端として平成5年10月「明治期村役場作成の帳簿類について村役場機能の研究に関連する基礎作業の一つとして」と題して秋田近代史研究会秋季大会の席上発表した。2年間の研究成果は年度末に研究成果報告集に取まとめ公表する。旧秋田県平鹿郡醍醐村(現平鹿町)役場文書の調査、史料の収集をおこない、その整理、分類、データー入力をおこないつつ、内容の分析作業を継続中である。またそれと平行して秋田県庁所蔵の上記関係文書の調査を進めており県から郡役所を経て、各市町村間の往復文書の検討や、県・郡役所・町村が明治期に作成した各種帳簿類の存在形態、その内容の検討など、史科学的検討をおこなった。そのため、上記醍醐村だけでなく、現在この種の史料を所有している秋田県内の町村役場の情報収集を可能なかぎりおこなった。その結果、仙北郡神宮寺村役場、平鹿郡十文字村役場文書などの関係史料の収集もおこなった。以上、今年度の調査から得た成果として、明治期の秋田県内における町村役場における各種帳簿の作成、保存措置においてはかならずしも一様ではなく、かなりの差がみられることがあきらかになった。このことが、課題として設定した機能の問題とどう関連するのかを、当初の計画にしたがって平成5年度の課題として追求したい。
水中係留浮体の構造挙動を積極活用した新しい発電・防災兼用システムの研究開発

水中浮遊式トンネルの動揺問題について考える場合、特徴的な点は「非線形流体力の存在」、「波浪場においては水平,鉛直両方向に波力が複雑に作用し,動揺する」、「ケーブル構造を有する係留索で緊張係留する」の3点である.これより挙動を支配する顕著な非線形性は、係留索であるケーブルの幾何学的非線形性と流体力の非線形性であると考えられる。本研究は波浪作用場におけるこれらの非線形性が水中係留浮体構造物の非線形同調応答に与える影響について検討するとともに、特徴的な動的特性について解析することで、構造工学的な技術成立性を検証した。また、これと並行して構造函体自体のモデル化についても検証を行った。本研究は将来的な環境保全技術として、係留索を用いて水中に安定化させる水中係留浮体構造の「動揺しやすい」性質を積極活用することでエネルギーを得るとともに、波浪・災害から陸地を守るという二重の機能を有した革新的次世代洋上施設の技術成立性について、構造力学・構造工学的視点から多角的に検討することを本研究期間の目的としている。これを実施するために国内外の海洋エネルギー、防災施設に関する調査を実施するとともに、構造力学的観点から技術成立性の検証をすべく、解析モデルの構築および非線形挙動評価等の課題に取り組んだ。主な成果は以下の通りである。(1)水中係留浮体構造解析モデルの検証:浮体部を質点系としてモデル化し、係留索のゆるみ(スラック状態)を考慮可能な解析モデルを構築した。(2)上記解析モデルによる大波浪の作用による非線形動的挙動の時刻歴計算:上記の解析モデルを用い、波浪入射時の構造挙動の時刻歴解析を実施し、大波浪時のスラック状態と係留索の急激な張力回復に伴い生じる準衝撃的な力(スナップ荷重)の発生メカニズムを再現した。(3)浮体を円筒シェルとした場合のモデル構築:構造挙動は係留索配置の状態とともに、浮体と浮体をジョイントする部分の剛性や浮体自身の弾性も大きく影響することから、これらに関するモデル化と、その基本的な構造特性について差分方程式を用いたモデルを構築し、検討を行った。現在世界を取り巻く地球環境の悪化、およびそれに伴う甚大な自然災害問題は、人類が取り組むべき喫緊の最重要課題の一つである。本研究は将来的な環境保全技術として、係留索を用いて水中に安定化させる水中係留浮体構造の「動揺しやすい」性質を積極活用することでエネルギーを得るとともに、波浪・災害から陸地を守るという二重の機能を有した革新的次世代洋上施設の技術成立性について多角的に検討することを本研究期間の目的としている。初年度である平成24年度は、国内外の海洋エネルギー、防災施設に関する調査を実施するとともに、構造力学的観点から以下の課題に取り組んだ。得られた知見を以下に示す。構造モデルの構築と動的挙動の把握を行うことができ、当初予定していた初年度の計画をおおむね実施することができた。次年度は国内外での海洋エネルギー施設の検証を深め、所定の機能を高める構造最適化の検討を実施する。さらに得られた成果を学術雑誌にて公表していく予定である。本年度はこれまでに研究代表者が有する研究資源を有効に使いながら研究を実施することができたため、当初予定の費用の一部を次年度に繰り越すことができた。次年度は当初計画の予算に加え繰り越し分を解析に関わる諸費用と国内外での調査、研究発表などに使用する予定である。
AD/HD様の行動薬理学的表現型を示す変異マウスの疾患モデルとしての有用性の検討

ENU誘発突然変異によってAD/HD様の行動異常を示すモデルマウスの探索を行った。その結果、open-field testで高活動を示したM-174、M-1736変異体の変異遺伝子を同定した。M-174に関して、行動特性、メチルフェニデート(MPH)への反応性、脳組織中のcFos発現の分布、ERKタンパクのリン酸化などを検討し、論文として報告した。また、血液検査などを行い、複数の異常を検出した。M-1736に関しては、変異遺伝子を特定するとともに、MPHを用いた行動薬理学的、組織学的解析を行った。注意欠陥多動性障害(Attention Deficit/Hyperactivity Disorder:以下、AD/HD)とは、発達段階に不相応な注意力障害、衝動性、多動性を特徴とする行動障害である。この行動障害の発症に関しては、遺伝的要因の強い関与が知られているが、その発症機序に関しては仮説が提案されているものの明らかになっていない。また、本障害の遺伝的要因は多因子疾患である事が知られており、多様な遺伝的モデル動物が必要であると考えられる。ENU誘発突然変異によってAD/HD類似の行動異常を示すモデルマウスのスクリーニングを行うとともに、表現型異常の責任遺伝子の同定を行った。その結果、有力なAD/HDモデル候補の一つである、M-174変異体においてNMDA受容体のサブユニットの一つ、Grinl遺伝子上にミスセンス変異が発見された。この、M-174変異体に関してopen-fieldtest、home-cage activity test、resident-intruder test、rotarodtest、social-interaction test、object-exploration testなどの行動試験やAD/HDの治療薬である、メチルフェニデートを用いた行動薬理学的解析などを行なった。さらに、in vivoマイクロダイアリシスを用いた線条体ドーパミン量の測定、脳組織におけるcFosの発現解析、ERKなどのシグナルカスケード系の生化学的解析を行った。その結果、居住環境における恒常的な高活動、注意の障害を示唆する行動異常、運動協調性の軽度の障害が観察された。また、AD/HD治療薬の一つであるメチルフェニデートの効果を検討した結果、野生型と比較して薬剤への応答に様々な相違が確認された。これらの事から、M-174変異体はAD/HDモデルとして高い有用性を持つものと考えられる。注意欠如多動性障害(AD/HD)とは、発達段階に不相応な注意力障害、衝動性、多動性を特徴とする行動障害である。本障害は多因子疾患である事が知られており、多様な遺伝的モデル動物が必要であると考えられている。ENU誘発突然変異によってAD/HD様の行動異常を示すモデルマウスの探索を行うとともに、表現型異常の責任遺伝子の同定を行った。その結果、open-field test(OF)で高活動を示したM-174、M-1736変異体を単離した。M-174変異体はのGrin1遺伝子にミスセンス変異を持つ事が明らかになった。この変異体に関して、行動特性、AD/HDの治療薬であるメチルフェニデート(MPH)への反応性、脳組織中のcFos発現の分布、ERKタンパクのリン酸化などを検討して論文として報告した。また、血算、血液生化学、血中アディポサイトカインの測定などを行った。その結果、血中グルコース濃度の増大や血中脂質(TG)、レプチン濃度の低下などを含む複数の異常が確認され、今後、分子メカニズムを解明することによる精神疾患や発達障害の診断への応用が期待される。さらに、M-174と同一の遺伝子の異なる領域に変異を持つ変異マウスをENU変異マウスの中から単離し、網羅的行動解析、血液、脳組織解析などにより両者の比較を行い、疾患モデルとしての有用性の検討を行った。M-1736変異体は大脳皮質樹状突起における微小管構造の異常、大脳皮質の層構造の異常が確認された。また、より詳細な表現型解析の結果、居住環境、新奇環境における高活動、新奇物体探索時間の減少、MPH投与による異常行動の改善が観察され、AD/HDモデルマウスとしての活用が期待される。また、胎児期に低栄養に曝露したマウスがヒト発達障害様の行動を示すかどうかを検討するため、低タンパク精製飼料を用いた妊娠マウスの飼育実験を行った。
非線形超音波を利用したフランジ締結圧力評価

フランジ接合部の接触界面の密着状態を評価することを目的として非線形超音波および透過超音波の周波数応答を計測した.非線形超音波の計測では,入力超音波のエネルギの一部が界面で反射の際に入力超音波の2倍の周波数成分を有する高調波に変換され,その変換効率が密着圧力に依存することを確認した.また,その変換効率から比較的低い密着圧力の分布を評価できることを示した.また,接触界面を透過する超音波は,接触圧力が低くなるほど高周波成分が小さくなることを確認し,周波数応答から広い範囲の圧力を評価できることがわかった.フランジ接合部の接触界面の密着状態を評価することを目的として非線形超音波および透過超音波の周波数応答を計測した.非線形超音波の計測では,入力超音波のエネルギの一部が界面で反射の際に入力超音波の2倍の周波数成分を有する高調波に変換され,その変換効率が密着圧力に依存することを確認した.また,その変換効率から比較的低い密着圧力の分布を評価できることを示した.また,接触界面を透過する超音波は,接触圧力が低くなるほど高周波成分が小さくなることを確認し,周波数応答から広い範囲の圧力を評価できることがわかった.フランジ接合界面の接触応力を非線形超音波を用いた計測を行った.最初に厚さ9mmの2枚のSUS304板と厚さ3mmのノンアスベストガスケットで構成されたモデルフランジを用いて,接触圧力と接触界面で発生する非線形超音波の発生強度の計測を行った.接触圧力は圧縮試験機を用いて与えた.超音波は周波数が3MHzおよび4MHzの縦波探触子を用いて,波数35,電圧500800Vppを与えることで発生させた.界面で発生する非線形超音波は同一の探触子を用いて計測した.その結果,非線形超音波の発生強度は接触圧力の増加とともに単調に減少することが分かった.接触圧力を非線形超音波の発生強度から推定できる可能性があることが明らかになった.つぎに実験室内においてSUS304製の5K15Aのフランジとガスケットを用いた組上げたフランジ締結部に対し同様な測定を行った.ここでは故意に接触圧力の分布を発生させるために4本の締結ボルトのうち1本を故意に緩めた.非線形超音波の発生強度は測定位置によって異なり,故意に緩めたボルトの近傍で非線形超音波の発生強度は高くなった.モデル試験片から求めた非線形超音波発生強度と界面圧力の関係に基づいてフランジ締結体の接触圧力を推定した.推定結果は,界面に挿入した圧力指示シートによって測定された圧力とよい相関を示したことから,実際のフランジ締結体においても本手法が有効であることが確認できた.来年度は,界面性状,界面構成材の違いによる非線形超音波発生挙動の違いを検討するとともに,本手法も問題点を明らかにしていく予定である.。共振周波数の異なる探触子を用いて超音波によって界面に付与する応力による非線形挙動の違いについて検討した.試験片には2枚の厚さ15mmのAl合金板を用いた.当初は超音波の有する応力が大きいほど接触界面において高い非線形超音波の発生強度を示すと予想していたが,使用した各探触子の特性による影響が大きく,予定していた超音波の応力による影響を十分に検討することができなかった.今後は各探触子の特性を評価し,再度検討を行う.今年度のもう一つの目的であったパルス超音波の接触界面の透過の応答評価については以下のような結果を得た.透過応答の評価にはYAGレーザによって励起した強力なパルス超音波を用いた.パルス超音波は広帯域の周波数成分を有することから一度の計測で広い周波数帯の応答を評価できる.今回用いたパルス波の周波数帯は20MHzである.試験片にはフランジ形状に加工したAI板を用い,界面接触圧力は締付けボルトのトルクによって制御した.界面を透過するパルス波の周波数帯は,接触圧力が高くなるほど広くなることがわかった.つまり,接触界面は接触圧力に依存したローパスフィルタのような作用をしていた.通過周波数帯の遮断周波数は接触圧力が30MPaまでの範囲で接触り応力に対して線形的に高くなった.昨年度行った連続波による非線形超劇皮によって評価できた圧力範囲の10倍であった.したがって,透過周波数帯から広い範囲の接触圧力を定量的に評価できる可能性があることがわかった.また,今回用いたレーザのビーム径は直径3mm程であることから高い空間分解能で接触応力分布を推定でき,推定結果は圧力指示シートで計測した圧力とほぼ同じ値を示した.2012年度は,振動子を2枚を貼りつけた非線形超音波計測用の探触子の製作を最初に行った.すなわち,2MHzの縦波励起用の円形振動子を2枚接着し,励起では2枚を一度に励振することで1MHzの縦波を励起し,検出では個別に動作することで2 MHzの縦波を効率良く励起する.励起および検出効率を既製品である1 MHzと2MHzの縦波探触子と比較した結果,それぞれにおいて既製品の探触子とほぼ同等な性能を示したが,励起と検出の切替時のノイズが検出波形を歪めていたので,今後はその部分の改良を行う.次に,界面波の計測をするために数値計算を行った.すなわち,界面に剛性の小さい層が存在する場合(フランジ接続時のガスケット)では,剛性の小さい層に沿って超音波が伝搬することが知られており,その速度や減衰から接触具合を評価できるか否かについて時間領域差分法を用いて検討を行った.その結果,フランジ接合部のガスケットに沿って界面波は,界面から浸透深さ

1波長程度で伝搬するため界面部の特性の反映すること,2つの異なるモードが干渉しながら伝搬することを確認した.また,それぞれのモードの伝搬速度は波長依存性を示すが,ガスケットの物性に依存して変化することも確認した.すなわち,ガスケット劣化に伴う物性変化を検出できる可能性があることが分かった.一方,界面波の波動減衰は,界面波は2つのモードの干渉が顕著に起こるため下印象によって振幅が大きく変動することから計測する際にはかなり注意が必要であることがわかった.今後は,これらの波動についてモデル試験片を用いて界面波を実際に検出し,計算結果との比較を行うことでガスケットの物性変化を捉えられるか検討する.最終的には,昨年度までの非線形超音波での計測手法と今年度検討した界面波によるガスケットの劣化評価手法を組合わせて,フランジの接合状態を評価する手法を検討する予定である.パルス超音波を利用した接触界面での周波数応答を定量的に評価することができ,広い接触圧力範囲で評価できることが示せた,また,レーザを使用していることから高い空間分解能で接触圧力を評価できることを示せた.24年度が最終年度であるため、記入しない。平成22年度,23年度の結果に基づいて界面での超音波透過挙動をモデルする予定である,また,そのモデルに基づいて界面接触状況を定量的に評価・診断できる手順を検討する予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
新規評価法を活用したポリフェノールの抗動脈硬化作用機構解析

大豆イソフラボンは化学構造がエストロゲンと類似しており、エストロゲン作用をもつことから、種々のガン、骨粗鬆症などに対する好影響が注目されている。抗動脈硬化因子であるアポリポタンパク質A-I(ApoA-I)レベルはエストロゲンなどのホルモンによって変動することが知られており、大豆イソフラボンにも同様な活性が期待される。しかし、ApoA-I遺伝子発現に対する大豆イソフラボンの影響は、ほとんど検討されていない。そこで本研究では大豆イソフラボンであるゲニステインを用い、ApoA-IとApoA-ImRNAレベルに与える影響、及びその作用メカニズムについて検討した。HepG2細胞へのゲニステイン添加により分泌されたApoA-Iは対照と比べて有意に上昇した。またApoA-I mRNAレベルの上昇傾向が見られた。エストロゲン受容体α(ERα)発現プラスミドをトランスフェクションしたHepG2細胞へのゲニステイン添加によりApoA-I遺伝子転写活性は対照と比べて有意に上昇した。ApoA-I遺伝子プロモーターの-264-191もしくは-80-44領域を欠失させたApoA-I-CAT変異体プラスミド及びERα発現プラスミドをトランスフェクションしたHepG2細胞へのゲニステイン添加により、ApoA-I遺伝子転写活性の上昇は見られなかった。これらの結果から、ゲニステインはApoA-ImRNAレベルを上昇させることにより、ApoA-Iレベルを上昇させることが明らかにされた。さらにゲニステインによるApoA-I遺伝子の転写活性化はERα及びApoA-I遺伝子プロモーターの-264-191及び-80-44領域を介して誘導される可能性があることを初めて明らかにした。血清中の高密度リポタンパク質(HDL)は、末梢組織のコレステロールを肝臓に運び、抹消組織のコレステロールを除く作用を持つ。疫学調査によれば血漿中のHDLレベルが高いと心臓血管疾患は少なく、さらに、動脈硬化にかかる危険性と、アポリポタンパク質A-I(apoA-I)の血漿中濃度との間には反対の関係があるといわれている。apoA-IはHDLの主要なタンパク質であり、HDLレベルはapoA-Iレベルに依存するので、apoA-I発現を調節する因子を探索し、その機構を解明することは、高コレステロール血症や動脈硬化症に対する予防や改善を考える上で、非常に有用である。また最近では、野菜や果実などの植物に広く存在するポリフェノールの抗酸化能やガン、動脈硬化などへの影響が注目を集めている。最近我々は、大豆イソフラボンなどのポリフェノールがapoA-Iの遺伝子発現に対して影響を与えることをみいだしたが、その作用機構の詳細は明らかではない。そこで本研究では、ヒト肝ガン由来株化細胞であるHepG2細胞を用いて、HepG2の培地に大豆ゲニステインを添加した場合に分泌されるapoA-I、及びapoA-ImRNAレベルに与える影響と、その機構を調べることを目的とした。その結果、ゲニステインはapoA-Iの遺伝子に作用してmRNAレベルを上昇させることにより、apoA-Iレベルを上昇させることが明らかにされた。さらにゲニステインによるapoA-I遺伝子の転写活性化は、エストロゲン受容体αを介して誘導される可能性があることが初めて示唆された。

そこで本研究では大豆イソフラボンであるゲニステインを用い、ApoA-IとApoA-I mRNAレベルに与える影響、及びその作用メカニズムについて検討した。HepG2細胞へのゲニステイン添加により分泌されたApoA-Iは対照と比べて有意に上昇した。またApoA-I mRNAレベルの上昇傾向が見られた。エストロゲン受容体(ER)α発現プラスミドをトランスフェクションしたHepG2細胞へのゲニステイン添加によりApoA-I遺伝子転写活性は対照と比べて有意に上昇した。ApoA-I遺伝子プロモーターの-264-191もしくは-80-44領域を欠失させたApoA-I-CAT変異体プラスミド及びERα発現プラスミドをトランスフェクションしたHepG2細胞へのゲニステイン添加により、ApoA-I遺伝子転写活性の上昇は見られなかった。これらの結果から、ゲニステインはApoA-I mRNAレベルを上昇させることにより、ApoA-Iレベルを上昇させることが明らかにされた。さらにゲニステインによるApoA-I遺伝子の転写活性化はERα及びApoA-I遺伝子プロモーターの-264-191及び-80-44領域を介して誘導される可能性があることを初めて明らかにした。
スーパー磁気光学トラップの生成とそれを利用した量子情報処理に関する研究

Rbの冷却原子集団と単一光子との間に軌道角運動量に関するエンタングルメントを生成することに成功した。ハイパーファインポンピングされた原子集団にC数とみなせるような光を照射するとAnti-stokes Raman過程がおこる。この際、ある特定の空間モードに射出された単一の光子を検出すると、原子のディッケ状態を1つ励起することができる。原子系のデコヒーレンス時間内であれば、Stokes Raman過程を誘起するような光を照射することで、好きな時刻に単一光子を取り出すことが可能となる。このようにして発生した単一光子が、実は原子集団との間に軌道角運動量のエンタングルメントをもつことを我々は確かめた。Dislocationをもつホログラムとシングルモードファイバーとの組み合わせを利用して、軌道角運動量に関する量子トモグラフィーを行い、再構成された密度行列要素から、エンタングルメントの指標であるEntanglement of formation(EOF)を評価した。その結果、0.6という値を得た(EOF>0の場合、エンタングルメントが存在する)。今回の実験は、軌道角運動量状態を2次元に限定して行ったが、系が本質的に多次元の性質をもっていると推定することはごく自然である。量子情報が原子集団の空間的な位相分布にマッピングされるため、非共鳴のレーザーを絞って原子集団に照射することで、エンタングルメントコンセントレーションを行うことも可能となるだろう。さらに、対応する原子集団を凝縮体にかえることで、イラスト状態の励起など物性面に関する研究を行うことも可能となる。本年度の研究目的は、研究の母体となる特殊な冷却原子集団、すなわちスーパー磁気光学トラップ(スーパーMOT)を生成することであった。今回我々は、このスーパーMOTを実際に生成することに成功した。具体的には、長さ約30cmの真空ガラスセルに、20cm程度まで細長く引き延ばしたチタンサファイアレーザーの出力を照射し、さらに細長い形状を有する四重極磁場を配置することにより、一方向に大きく引き延ばされた磁気光学トラップを生成することに成功した。量子情報処理を原子媒体を用いて行う場合、1.密度×相互作用長(光学密度)が大きいこと、2.スピン緩和時間が長いこと、3.生成速度が早いこと、4.相互作用時のバンド幅が十分にとれること、の4つが重要となってくる。1については、現時点で最も大きな光学密度を利用することが出来るとされるボース凝縮体と全く同じ光学密度を実現した。また3については、常時生成を実現した。4については、当初の予定とは異なり、共振器構造抜きで大きな光学密度を実現できたため、現時点で構造上バンド幅を制限するものはないといえる。2については、次年度以降の研究を通して、スピン緩和時間を測定する予定ではあるが、従来からよく知られている磁気シールドを使用すればよいだけなので、問題が生じる可能性は全くない。このように本年度の研究目的を、我々は完全に達成することが出来た。なお、今回得られた光学密度は、照射するレーザーの空間モードの乱れによって、制限されていた。すなわち、レーザー冷却時の光の輻射圧にアンバランスが生じることによって、冷却原子集団の長さが制限されてしまった。これは、チタンサファイアレーザーの出力をそのまま使用したことによるもので、シングルモードファイバー等によるモード整形によって、原子集団の長さを改善し、現在よりさらに1桁高い光学密度を得ることが出来ると我々は考えている。平成15年度の研究を通し、我々は研究の母体となる特殊な冷却原子集団であるスーパー磁気光学トラップ(スーパーMOT)を作成することに成功した。得られたスーパーMOTの光学密度は、ボース凝縮体のそれに匹敵するものであった。平成16年度は、このスーパーMOTをよりコンパクトな系に改良すること、及びスーパーMOTを用いて実際に行っていく量子情報処理の予備実験を行った。原子集団を用いた量子情報処理として、我々は「量子メモリ」と「原子の量子テレポーテーション」の二つを実現することを目的として研究を進めている。前者を実現するには、原子の共鳴波長において非古典的な光場を生成する必要がある。これについては、疑似位相整合素子を用いてルビジウム原子と共鳴する真空スクイーズド状態を生成することに成功した。さらに、量子メモリの鍵となる電磁誘起透明化現象が真空スクイーズド状態に対しても働くことを世界で初めて実験的に証明することに成功した。(この結果は、Physical Review Lettersに出版された。)後者を実現するために、我々は集団励起状態とスピン自由度とを組み合わせることで、容易に原子集団間にエンタングルメントを生成する新しい手法を提案し、その予備実験を行った。現在は、MOTのかわりにガスセルを用いて実験を行っているが、集団励起状態を形成することに既に成功しており、平成17年度からは、スーパーMOTを用いて本実験にはいることが出来る。

Dislocationをもつホログラムとシングルモードファイバーとの組み合わせを利用して、軌道角運動量に関する量子トモグラフィーを行い、再構成された密度行列要素から、エンタングルメントの指標であるEntanglement of formation(EOF)を評価した。その結果、0.6という値を得た(EOF>0の場合、エンタングルメントが存在する)。今回の実験は、軌道角運動量状態を2次元に限定して行ったが、系が本質的に多次元の性質をもっていると推定することはごく自然である。量子情報が原子集団の空間的な位相分布にマッピングされるため、非共鳴のレーザーを絞って原子集団に照射することで、エンタングルメントコンセントレーションを行うことも可能となるだろう。さらに、対応する原子集団を凝縮体にかえることで、イラスト状態の励起など物性面に関する研究を行うことも可能となる。