hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非可換ルビン・テイト理論の一般化

Rapoport-Zink空間のエタールコホモロジーと局所ラングランズ対応との関係について研究を行った.GSp(4)やGU(3)等の比較的小さい群に伴うRapoport-Zink空間に対しては,Lefschetz跡公式を用いたコホモロジーの分析やZelevinsky対合との関係など,これまでGL(n)の場合にしか確認されていなかった新たな結果を得ることができた.また,より大きな群に対する場合にも有効な手法を模索し,コホモロジーに現れる表現の有限性や,等標数局所体上のLubin-Tate空間とKloosterman層との関わりなど,今後の研究の出発点となる成果を挙げることができた.Rapoport-Zink空間のエタールコホモロジーを通して,p進簡約代数群に対するラングランズ対応およびラングランズ関手性を理解することがこの研究の主な目標である.平成24年度には,GSp(4)やGU(3)などの比較的小さい群に対し,対応するRapoport-Zink空間を詳しく調査したが,その結果に基づき,平成25年度には,なるべく一般のRapoport-Zink空間に対してどのようなことがいえるかという立場から研究を進めた.まずはじめに,レベルなしのRapoport-Zink空間の既約成分の集合について研究を行った.Rapoport-Zink空間は有限型ではないため,通常,既約成分は無限個存在するが,空間に自然に作用する群Jに関して既約成分の軌道の集合を考えると,こちらは有限個であることが期待されていた.この有限性は,不分岐な群に対応する場合にはFarguesによって既に得られていたが,群が分岐する場合にはまとまった結果は知られていなかった.そこで,Rapoport-Zink空間を与える構造付きp可除群がアーベル多様体から来るという条件のもとで,この有限性の予想を証明した.応用として,このようなRapoport-Zink空間のコホモロジーから構成される表現が,「許容的」という,従来の表現論が適用可能なクラスになることがわかる.証明の手法は,Farguesによる線型代数的なものとは大きく異なり,アーベル多様体のモジュライ空間に対するOortの概直積構造の結果を分岐する場合に一般化するというものであり,これ自体も将来性のある成果であると考えている.次に,Rapoport-Zink空間のコホモロジーとZelevinsky対合の関係についての考察を推し進め,論文にまとめた.平成24年度には,GSp(4)に対する場合に限って研究を行っていたが,上記の有限性の結果に加え,形式モデルの方向にのみコンパクト台を持つ新たなコホモロジーを導入したことによって,議論を適用できる範囲が大きく広がったのが今年度の主要な進展である.Rapoport-Zink空間のエタールコホモロジーと局所ラングランズ対応との関係について研究を行った.GSp(4)やGU(3)等の比較的小さい群に伴うRapoport-Zink空間に対しては,Lefschetz跡公式を用いたコホモロジーの分析やZelevinsky対合との関係など,これまでGL(n)の場合にしか確認されていなかった新たな結果を得ることができた.また,より大きな群に対する場合にも有効な手法を模索し,コホモロジーに現れる表現の有限性や,等標数局所体上のLubin-Tate空間とKloosterman層との関わりなど,今後の研究の出発点となる成果を挙げることができた.平成24年度には,GSp(4)およびGU(3)という比較的小さい群に対応するRapoport-Zink空間のl進エタールコホモロジーについての研究を進めた.まず,リジッド空間に対するLefschetz跡公式を適用することで,これらのl進コホモロジーの交代和にLパケット間のJacquet-Langlands対応が現れることを観察することができた.この研究は以前より継続して行ってきたものであるが,本年度でひとまず完成といってよい形となった.この結果はガロア群の作用を無視しているため,単独ではやや弱い結果ではあるが,大域的な手法と合わせることで,コホモロジーに現れる表現を絞り込むための必要不可欠な道具の一つとなるはずである.また,この研究によって,安定共役類の理論とp進Hodge理論の間に密接な関係があるであろうという予測を立てることが可能になった.この関係については今後の研究課題である.さらに,この研究の途中でRapoport-Zink空間の新しい整モデルが得られたが,これは今後の研究においても有効に活用されると思われる.また,Rapoport-Zink空間のl進コホモロジーとZelevinsky対合の関係についての研究も実施した.GL(n)の場合のFarguesによる結果を参考にして,GSp(4)やGU(3)のRapoport-Zink空間のl進コホモロジーの尖点部分に自然にZelevinsky対合が現れることが証明できた.これの応用として,GSp(4)の場合は2次の,GU(3)の場合は1次のコホモロジーの尖点部分が0になることが証明できる.また,GSp(4)の場合は4次,GU(3)の場合は3次のコホモロジーに現れる非緩増加表現についても有益な情報が得られる(Arthur予想に基づく大域的な考察と整合的になっている).この成果は,今後のより詳細な研究の道標となると期待できる.非可換ルビン・テイト理論とは,形式群の普遍変形空間(ルビン・テイト空間)のエタールコホモロジーを用いてGL_nの局所ラングランズ対応を実現する理論である.

本研究の目的は,ルビン・テイト空間の一般化であるRapoport-Zink空間のエタールコホモロジーを考察することで,より一般のp進簡約代数群に対する局所ラングランズ対応を幾何学的に理解することにある.平成25年度までの研究においては,比較的小さな群に対応する場合を主に考察し,Lefschetz跡公式やZelevinsky対合との関係等,いくつかの鍵となる結果を得た.平成25年度の後半からは,これらの結果をもとに,なるべく一般の設定での研究に方針を切り替え,まず,Rapoport-Zink空間の既約成分の集合の満たすある種の有限性についての結果を得た.これはエタールコホモロジーに現れる表現の有限性を導くものであり,本研究の基盤となるものである.今年度は,この有限性の結果を改良するところから研究を開始した.主な改良点は,構造群の連結性の仮定が不要になったというところである.これにより,応用上重要な,直交群のRapoport-Zink空間に対しても定理が適用できるようになった.さらに,一般の群に対応するRapoport-Zink空間のエタールコホモロジーを調べるための新しい手法を模索し,幾何学的ラングランズ対応の手法を導入することを考案した.Heinloth-Ngo-YunによるKloosterman層の理論とルビン・テイト空間の幾何学を結び付けることで,等標数局所体上のルビン・テイト空間のエタールコホモロジーに単純超尖点表現というクラスの表現に対する局所ラングランズ対応が現れることの明快な幾何学的説明を与えることができた.この研究はひとまずGL_nの場合に限って行ったものであるが,一般の群に対しても機能することが強く期待される.整数論平成24年度に引き続き実施したZelevinsky対合とRapoport-Zink空間のコホモロジーに関する研究において,当初の予想よりも一般の場合で証明が機能することが分かった.また,かなり一般のRapoport-Zink空間に対し,その既約成分に関する有限性の結果を得たが,これも申請時の計画より強いものになっている.これらの成果により,サイズの大きな群に対しても非可換ルビン・テイト理論への道が拓けたと思われる.まず,Lefschetz跡公式を用いた研究が完成したことで,Rapoport-Zink空間のコホモロジーと局所ラングランズ対応の関係を調べるという目標に向けて一歩前進したといえる.また,Kottwitz予想の精密化のための強力な道具となる,Zelevinsky対合に関する結果を得ることができたため,次年度以降の研究の大きな足がかりができたと感じている.前年度と今年度の研究成果によって,Rapoport-Zink空間のコホモロジーを調べる道具立てが揃いつつある.残された課題として,Faltings同型を一般化するという問題がある.これが達成されると,コホモロジーの中に現れる表現が長さ有限であることが確定し,これまでの結果が有効に機能することが保証される.今後はまず,この課題を早急に解決したい.その後は,現在までに得られた結果を総動員して,Rapoport-Zink空間のコホモロジーに対する定量的な結果を導く予定である.本研究の特徴は,大域的な手法と局所的な手法を相補的に用いることである.
ES細胞を用いた新しい心筋前駆細胞の予見的同定法による心筋分化再生研究

本研究は、心筋に分化する様々な前駆細胞(または幹細胞)を予見的に探索・同定し、心筋分化機構の解析を行うとともに、新しい心筋再生技術の開発を目的とする。昨年度は、新しい心筋前駆細胞の同定に関し報告した。すなわち、我々が開発した新しい2次元培養下単一細胞培養による心筋細胞分化誘導法を用いて心筋前駆細胞の予見的同定を行い、新しい心筋前駆細胞(Flk1陽性CXCR4陽性VE-カドヘリン陰性)の同定を純化に成功した。(Yamashita, FASEB J, 2005)。本年度は、年度計画に従って以下の研究を行った。1)心筋分化に伴う遺伝子発現プロファイルの作製:ES細胞、Flk1陽性細胞、分化心筋細胞に加えて新たに同定した心筋前駆細胞分画をもちい、心筋分化における遺伝子発現プロファイルを作製した。2)心筋分化における機能遺伝子群の同定:誘導性shRNAを用いた新しいES細胞における遺伝子機能解析系の構築を行った。内皮分化に必須であるFlk1遺伝子発現を抑制することにより、内皮細胞分化を阻害することに成功した。(Hiraoka-Kanie, Biochem Biophys Res Commun)。同遺伝子機i能解析系を用いて、2)で同定した心筋分化遺伝子候補の機能解析スクリーニングを開始している。3)同定心筋前駆細胞の分化誘導法、大量培養法と効率的心筋細胞誘導法の開発:Flk1陽性細胞から心筋前駆細胞及び心筋の分化を約10倍促進する化学物質を同定した(未発表)。4)誘導心筋前駆細胞による心筋再生:効率的に誘導が可能となった心筋前駆細胞を純化しラット心筋梗塞モデルへの移植することにより、新しい心筋前駆細胞移植療法の可能性を検討している。5)ヒトES細胞を用いた新しい心筋分化法の開発:国産及び輸入ヒトES細胞培養を開始した。心筋細胞の分化を確認している。我々は、ES細胞を用いた心血管分化研究を行い、Flk1陽性細胞を共通の前駆細胞として心血管系発生の初期分化過程を再現することのできる分化誘導系を構築した(Nature,2000)。1)心筋前駆細胞分画の探索:Flk1陽性細胞から2次元培養下単一細胞培養による心筋細胞分化誘導法を開発した。同分化系を用いて心筋前駆細胞の予見的(prospective)同定を行い、新しい心筋前駆細胞(Flk1陽性CXCR4陽性VE-カドヘリン陰性)の同定を純化に成功した。(Yamashita, FASEB J,2005)。2)同定心筋前駆細胞の分化誘導法、大量培養法と効率的心筋細胞誘導法の開発:wnt阻害物質が心筋分化を誘導することを明らかにした。一方、nogginは心筋前駆細胞分化を抑制した。3)心筋分化に伴う遺伝子発現プロファイルの作製:ES細胞、Flk1陽性細胞、分化心筋細胞に加えて新たに同定した心筋前駆細胞分画をもちい、心筋分化における遺伝子発現プロファイルを作製した。4)心筋分化における機能遺伝子群の同定:誘導性shRNAを用いた新しいES細胞における遺伝子機能解析系の構築を行った。(平岡ら平成17年日本分子生物学会)。5)誘導心筋細胞による心筋再生:誘導した心筋細胞のマウス及び心筋梗塞モデルへの移植により、新しい心筋再生細胞移植療法の可能性を検討している。7)ヒトES細胞を用いた新しい心筋分化法の開発:ヒトES細胞使用計画の承認を受け、ヒトES細胞培養を開始した。

4)誘導心筋前駆細胞による心筋再生:効率的に誘導が可能となった心筋前駆細胞を純化しラット心筋梗塞モデルへの移植することにより、新しい心筋前駆細胞移植療法の可能性を検討している。5)ヒトES細胞を用いた新しい心筋分化法の開発:国産及び輸入ヒトES細胞培養を開始した。心筋細胞の分化を確認している。
希土類元素添加カルコゲナイドガラスによる高強度発光材料探査とその発現機構

ErをドープしたGe-Se(S)-Ga系カルコゲナイドガラスを作製し、その溶解性と発光特性を系統的に調査した。その結果この系ではGaが少量の場合を除いてガラス化するどのような組成でもErを1at.%程度は十分に溶解できる優れた系であることが明らかになった。その中でもGeSe_2とGa_2Se_3の化学量論組成のタイライン付近は特にErの溶解性が高くEr4at.%まで仕込み量に比例して吸収量が増加した。PL発光特性を調べるとやはり化学量論タイラインでGaが10-14at.%程度の時、Er2at.%程度で最大の発光強度が得られた。PL強度の上限はErの溶解性の限界ではなくマトリクスガラスのガラスの形成能によるもので、ガラスの組成や作成方法を工夫すればさらに高濃度のErを溶解、発光させる可能性が見出された。この系では、熱処理をしたり、TeでSeを置換したりすることによって、PL強度を数十%から2倍程度上昇させることができた。PLスペクトルはほとんど変化しないことから、カルコゲナイドガラス中のErイオンの環境には発光強度の大きなガラスに関しては、大きな変化は無い。ラマンスペクトルなどの結果より、Erの溶解はそのまわりのイオン性の高い共有結合であるSe^<δ->Ga^<δ+>-構造によって生じていると思われる。発光強度の違いはガラス中の欠陥(非発光中心)の状態の差により、励起されたErイオンが非発光過程で緩和する割合が変化することより生じていると思われる。以上のことから、マトリクスガラスの作成方法を工夫することでさらなる高強度発光も期待できることが明らかになった。セレンを主成分とするガラスにゲルマニウムとガリウム(Ga)を加え、発光中心として希土類であるエルビウムをドープしたカルコゲナイドガラスをいろいろな組成で作製した。各ガラスについて、光吸収率、フォトルミネッセンス(PL)スペクトルおよび強度の測定を行った。それより各組成での光吸収係数、光学バンドギャップ、また、希土類(エルビウム)の吸収スペクトルの強度より、活性な希土類の量など多くの基礎的な情報が得られた。PL測定では通常はエルビウムの励起は吸収スペクトルと一致する980nmで行うが、その他にも、532,660nmなどマトリクスガラスのバンドギャップを考慮した波長で励起し、スペクトルの変化を調べた。これは、これまでにあまりやられていない方法で、ガラスから希土類へのエネルギー移動を考える上で面白い結果が得られた。それは、980nmではブロードなスペクトルが、532nmでは幅の狭いスペクトルがエルビウム量が多い試料から得られた。この違いから、ガラス内部でのエルビウムのクラスタリング状態が推定できる可能性を示しており、非常に興味深い。これまでの研究成果を2003年11月にサスカチュワン大学グループ、アルバータ大学グループの結果も含めて、お互いに発表する小シンポジウムをカナダのエドモントンで行った。次に熱測定装置を用いて、ホストガラスの特性を決めるガラス転移温度、結晶化温度の測定を高精度に行った。この実験より、ガラスの均一度や安定度が測定できた。以上の結果を総合的に判断すると、ガラスへの希土類溶解量の限界は、ガラス中のガリウムの量が重要な役割を果たし、それをPLのスペクトルの形から判断できる見通しが立ち、重要な成果となった。ガリウムは約612%が適当で、それより大きいとセレンとガリウムの化合物微結晶が析出して、発光特性を悪くなった。また、Erの量は1%程度が限界だが、アニールにより発光特性が向上する傾向が見られ、今後の研究目的の一つなった。本年は、Gaを含むカルコゲナイドガラスの構造とアニールしたガラスの評価の調査を中心に研究を行った。まず、ガラスの構造特性を調べるために、示差走査型熱量計による熱測定と、ラマン散乱測定を行った。

その結果、ガラス転移温度は、化学量論組成でピークとなる振舞いを示した。化学量論組成のままGa濃度を変化させると、ガラス転移温度がほとんど変化せず非常に安定なガラス構造を有していることがわかり、このガラスの長所であることが判明した。それらの組成のラマンスペクトルより、化学量論組成と(Ge_<30>Se_<70>)_<1-x>Ga_xの間でのGaの添加量の増加にともなう、Ge(Ga)-Ge(Ga)ボンドの増加の様子を定量的に明らかにした。それと平行して、前年度見出したアニールによるErの発光強度の増大を調べた。これは、急冷ガラスをガラス転移温度付近でアニールすると、発光強度が強くなる現象である。今年は、7種類の組成について等温アニール、昇温アニールを行い詳細にこの現象の追試を行った。ほとんどの組成で、強度の増加は認められ、20%から最大100%程度の増加であることがわかった。アニール前後の吸収スペクトル、PLスペクトルを調べ、その変化が無いことから、このメカニズムはErイオンがアニールによって分散状態が変化したのではなく、励起エネルギーが非輻射的に緩和する量が、アニールよるガラスの緩和で、減少したためだと結論付けた。これらの結果の一部を2004年11月3日にアメリカのフロリダで行われた国際会議(14^<th>ISNOG)で発表し公表した。本年は、ガリウムとゲルマニウムの化学量論組成のカルコゲナイドガラスの構造および、エルビウム以外の希土類を添加したガラスの評価の調査を中心に研究を行った。まず、これまでの成果より、Ge-Se-Ga系の組成では化学量論組成が最もエルビウムの分散性がよいことがわかっていたので、エルビウムを一定にして、化学量論組成のカルコゲナイドガラス(GeSe_2)_<1-x>(Ga_2Se_3)_x,(x=0-0.3)のガリウムを変化させたガラスを各種作製した。その時の光透過率、PLスペクトル、PLスペクトル強度を測定した。その結果、Ga割合が14at%付近を境に、PLスペクトルがブロードになり発光強度も増加した。しかし、赤外域での光透過率も減少したことから、この変化はGaの増加によりガラス中に不均質構造が形成され、PLの励起光がガラス中で散乱したことが原因でPL強度が増加したことがわかった。Ga14at%以下で透過率60%以上の良質のガラスを選び、エルビウムの量とPL強度の関連を調べた。すると約2at%程度までは仕込み量に比例してPL強度が上昇し、その後は飽和し、4at%程度では明らかに減少に転じた。これよりGe-Se-Ga系化学量論組成では、エルビウムを2at%程度までは、光学的に活性な状態で分散できることが明らかにした。次に、Ga6at%と一定にした化学量論組成ガラスにジスプロシウム、ツリウム、サマリウム、ネオジウムの4種の希土類を1at%まで添加したガラスを作製した。どの組成でも透過率60%以上のガラスが作製でき、仕込み量と希土類特有の吸収バンドの吸収量は比例した。これらのことからカルコゲナイドガラスはこれらの希土類に対しても十分マトリクスとなりうることを明らかにした。次に488nm励起のPLスペクトルを測定した。その結果、ツリウム以外はPLが得られなかった。これは、それぞれの希土類の吸収帯に相当する励起光源を用いなかったためだと思われる。
学習・教授プロセス指向の検索を可能にする学習指導案データベースの構築

本研究では教師が現場での授業実施の情報共有に用いている学習指導案を対象として,従来のような学習指導案に記述されている言葉での検索や内容などに関するキーワード検索では無く,授業の流れとその設計意図に基づく検索を可能にすることを目指した.その成果として,実際に教師が用いている学習指導案をOMNIBUSオントロジーに基づいてモデル化し,授業の目標やサブ目標で検索するためのメタデータを作成すると共に,それを学習指導案から自動的に推定するためのシステムを構築した.当初の予定では,学習・教授プロセスモデルのセマンティックウェブ技術での処理の実装を目指していたが,本年度の研究を進めて行くにあたり,学習・教授プロセスモデルの抽象化作業が不十分であったために当初予定していた計画を変更し,事例の収集とその分析をまずは行うことに変更した.したがって,学習・教授プロセスモデルの処理技術の開発として,セマンティックウェブ技術での実装ではなく,独自のデータ形式であるが求められる機能の検討をふまえた上で,学習・教授プロセスモデルの抽象化や差分抽出,そしてその提示方法について検討した.その結果として,学習・教授プロセスモデルの差分抽出やそれを提示するためのシステムの開発を行った.成果としては,収集した学習指導案を分析して学習・教授プロセスモデルを構築し,モデルの事例とそこに含まれる教授知識の事例,そして,教授知識の分類の拡張を行った.また,構築したシステムでは,学習・教授プロセスモデルを対応する学習指導案と同時に表示することと,その対応関係を明示することで現場の教師に学習・教授プロセスモデルの内容を分かりやすくしている.また,2つの学習指導案を並列して表示し,その差分を強調して示すことによって学習指導案だけでは分かりにくい違いを表示できる.これは自然言語で書かれた学習指導案ではなく,学習・教授プロセスモデルで記述概念と形式を統一することによって構造的な比較をすることによって可能になったことである.本研究では教師が現場での授業実施の情報共有に用いている学習指導案を対象として,従来のような学習指導案に記述されている言葉での検索や内容などに関するキーワード検索では無く,授業の流れとその設計意図に基づく検索を可能にすることを目指した.その成果として,実際に教師が用いている学習指導案をOMNIBUSオントロジーに基づいてモデル化し,授業の目標やサブ目標で検索するためのメタデータを作成すると共に,それを学習指導案から自動的に推定するためのシステムを構築した.(24-1)学習・教授プロセスモデルのデータスキーマ構築WWW分野の標準化技術であるRDF(s),OWLを用いて学習・教授プロセスモデルを記述するためのデータスキーマを構築することを目指した.現在,OMNIBUSは法造オントロジーエディタ(以下,法造)上で構築されており,その独自形式でオントロジーの定義データは管理されている.これをセマンティックウェブの標準形式であるRDF(S)/OWLの形式に変換し,本研究課題で必要な範囲のOWLでの概念記述にチューニングした.(24-2)学習指導案検索における現場の教師のニーズに合わせた検索機能の設計現場の教師がどのような観点から学習指導案を検索したいかについてのニーズを調査した上で,学習指導案の検索機能を設計した.本研究課題に協力してもらう都中社研の教師に意味的データモデルの元になる学習・教授シナリオモデルを提示し,インタビューを行うことでニーズを収集する.ここでは,都中社研の教師にSMARTIESで記述した学習・教授シナリオモデルを見せ,従来の学習指導案で書かれていることとの違いを認識してもらった上で現場のニーズとして何が求められるかを検討した.学校教育の現場では,古くから授業の計画を学習指導案という形態で記録しており,各教師による振り返りや,他の教師との共有のための重要な資料となっている.本研究課題では,代表者の先行研究の成果を活用し,教育分野とWWW分野の標準化技術を基に学習指導案を学習・教授方法の観点から検索を可能とするメタデータを定義し,それに基づく学習指導案データベースを構築することを目指した.本研究では,学習・教授支援に関するオントロジーOMNIBUSをベースとして,実際の学習指導案から教授方略を抽出し,それをモデル化すると同時に,抽出した教授方略のモデルを利用して学習指導案を解釈するシステムの構築を行った.この成果によって,学習指導案をそこに記述されているキーワードベースでは無く,教師が行う行為の理由として何を目標としているかに関して検索できる枠組みをを作ると共に,それを学習指導案から生成するための仕組みを提案した.知能情報学本年度は当初の予定を変更したことにより,標準化技術との対応については進められていない.この点については,来年度に実施することとする.また,当初に来年度で計画していた事例の収集については,今年度にある程度行えたので,その分と合わせてそれほどの遅れは発生していないと考えており,やや遅れているとした.本年度で目標としたOWLとの対応やデータやニーズの収集を行うことができた最終年度は,残された課題である学習・教授プロセスモデルの処理の完成と標準化技術との対応を検討する.ただし,できるかぎり計画通りの研究遂行を目標とするが,提案する仕組みとそれを使って行える活動の確立を優先するものとする.本年度の成果をベースにデータ収集や調査を続け,データベースのプロトタイプを構築する.そのために教師から実際の学習指導案を広く集め,学習・教授プロセスに注目したメタデータとしてRDFで記述した学習・教授プロセスモデルを作成する.

これは主に,本年度までの成果について,H26年度で実施する形成的評価のために必要な分量のモデル収集を目指す.さらに,これまでに開発してきたSMARTIESの改良を行い,現場の教師でも容易に利用してモデルを記述できるようにすること,作成したモデルと学習指導案をリンクできるようにすることの二つを目指す.データベース開発用のPCを購入すると共に教師用のアプリケーションの開発とテストを行うためにタブレット端末を購入する.加えて,資料収集や国内外における成果発表のために旅費を利用する.
人工フレンケル励起子創成に向けた半導体量子ドットの1次元近距離配列構造の新開発

フレンケル励起子を形成できる半導体構造の開発を目指し,その候補として,極微小半導体量子ドットによる1次元近接配列構造を提案した。この新規ナノ構造は,フレンケル励起子を形成する有機会合体の分子配列構造を指針として,独自に設計したものである。本課題では,(1)極微小半導体量子ドットの化学合成法の改良,(2)その表面修飾法の改良,(3)DNAを利用した量子ドットの配列方法の開拓,を通じて,提案した1次元近接配列構造の作製法を開発した。また,時間分解スペクトル分光法と電子顕微鏡法により,その光学特性とナノ構造特性を評価を行い,これらの物性を明らかにした。平成25年度には,下記の項目13を実施した。1.極微小量子ドット(QD)の合成法の開発:半導体材料によるフレンケル励起子の人工創成に必要な,有機色素分子並みに小さな直径2 nm以下の寸法を持つ極微小QDの合成法の開発・改良に取り組んだ。研究代表者が過去に手がけたQDの化学合成法である「QDの原料となる有機金属化合物を,溶融した有機配位溶媒中に注入し,その時に生じる熱分解反応を用いて結晶成長を行う手法」を改良することで,極微小QDの合成に成功した。2. DNAによるQDの1次元配列法の開発:項目1により合成した極微小QDを,1 nm以下の間隔で1次元的に配列する新技術の開発に向け,予備実験で手応えを得た「QD表面にオリゴDNAを結合し,DNAの結合特性を利用してそのQDを配列化する手法」の発展・改良に取り組んだ。本年度は特に,QDを近距離で配列するために適したDNAの設計,及び,そのDNAを用いて配列化を行う作製条件の最適化を進めた。3.顕微発光計測システムの整備: QDの1次元配列構造でフレンケル励起子が実現すると,有機会合体との類推から,吸収・発光スペクトルの先鋭化と赤シフト,配列の軸に沿った直線偏光発光,発光寿命の高速化などの特性が出現すると期待できる。本課題では,これらの発光特性の高精度・高効率な検出のため,試料の中に配列間隔や配列数のばらつきによる光学特性の不均一広がりが存在する状態であったとしても,個々の配列構造が持つ真の光学計測をそれぞれ抽出可能な「顕微発光計測」を実施する。本年度は,この測定に向けて,これまで研究代表者が整備した顕微発光計測システムに,新たに波長可変レーザーを組み込んだ光学系の整備を実施した。平成26年度には,下記の項目1,2を実施した。1.DNAによるQDの1次元配列法の開発:平成25年度には,有機分子並に小さな2nm以下の直径を持つ極微小QDの化学合成法を開発するとともに,合成したQDの表面にオリゴDNAを結合し,DNAの結合特性を利用してQDを配列化する手法の開発を進めた。平成26年度には,前年度に開発した手法を改良・最適化して,本研究課題の目的である「半導体によるフレンケル励起子の人工創製」に必要となる1nm以下の間隔でQDを配列化する手法の開発を進めた。その結果,部分的に枝分かれ構造を含む1次元配列構造ではあるものの,10個程度のQDを0.56 nm ±0.2 nmの間隔で配列化することに成功した。2.顕微発光・励起スペクトル計測系の整備と測定:半導体によるフレンケル励起子の人工創製に成功すると,吸収・発光スペクトルの先鋭化と赤シフト,配列の軸に沿った直線偏光発光,発光寿命の高速化などの特性が出現すると期待できる。平成25年度は,これらの発光特性の高精度・高効率な検出のため,試料の中に配列間隔や配列数のばらつきによる光学特性の不均一広がりが存在する状態であったとしても,個々の配列構造が持つ真の光学計測をそれぞれ抽出可能な「顕微発光計測」の実施に向けた計測系の整備を進めた。平成26年度は,計測系の整備を進めるとともに顕微発光計測とそのデータ解析に取り組んだ。有機色素分子が1 nm間隔で配列した有機会合体では,隣接分子間に働く双極子相互作用によりフレンケル励起子と呼ばれる電子状態が形成される。この励起子の形成に由来する光学・電子励起特性は,植物が光合成初期過程の光捕集機能として利用する重要な性質であるとともに,各種有機素子の設計・動作に有用であり利用価値が高い。本課題では,半導体材料によるフレンケル励起子の人工創製を目指し,有機会合体の構造を設計指針とした,半導体量子ドット(QD)による近接配列構造を作製する技術を開発する。そのために,本年度は下記の項目1と2を実施した。1.DNAを利用したQDの1次元配列法の開発(小田,座古)前年度までに,半導体材料によるフレンケル励起子の人工創成に必要な,有機色素分子並みに小さな直径2 nm以下の寸法を持つ極微小QDの合成法を開発した。また,この手法で得たQDを,1nm以下の間隔で1次元的に配列するための新たな手法として,「QD表面にオリゴDNAを結合し,DNAの結合特性を利用して配列する方法」,並びに,設計どおり配列できた構造を分離・精製する技術の開拓に取り組んだ。本年度は,それらの改良と最適化を行い,約0.5nm間隔でQDを配列する技術を得た。2.QDの1次元配列構造に対する顕微発光特性の測定(小田)

QDの1次元配列構造によりフレンケル励起子が形成されると,有機会合体との類推から,吸収・発光スペクトルの先鋭化と赤シフト,発光寿命の高速化などの光学特性が出現すると期待できる。本年度は、これらの発光特性の検出に向けた光学計測を実施した。昨年度までに準備した顕微計測システムを改良し,上記項目1で作製した試料に対する光学計測(顕微発光スペクトル測定,励起スペクトル測定等)を実施した結果,一部の測定において,フレンケル励起子形成の初期段階と期待できる光学特性を観測した。フレンケル励起子を形成できる半導体構造の開発を目指し,その候補として,極微小半導体量子ドットによる1次元近接配列構造を提案した。この新規ナノ構造は,フレンケル励起子を形成する有機会合体の分子配列構造を指針として,独自に設計したものである。本課題では,(1)極微小半導体量子ドットの化学合成法の改良,(2)その表面修飾法の改良,(3)DNAを利用した量子ドットの配列方法の開拓,を通じて,提案した1次元近接配列構造の作製法を開発した。また,時間分解スペクトル分光法と電子顕微鏡法により,その光学特性とナノ構造特性を評価を行い,これらの物性を明らかにした。研究代表者が平成25年度5月に所属機関を異動したことに伴い,研究の実施に必要な,精密機器類(試料合成・評価装置)の移設・調整に時間を要した。この影響により,研究の一部に若干の遅れが生じている。27年度が最終年度であるため、記入しない。半導体光物性本年度は,下記の項目1,2を実施するとともに,研究全体の統括を行う。1.QDを1nm以下の間隔で1次元配列化する方法の確立:前年度までに開発を進めた,オリゴDNAを用いてQDを配列化する方法の最適化を進めるとともに,試料作製後に良質な配列構造のみを抽出する分離精製を行う方法を開発することにより,配列方法を確立する。2.半導体によるフレンケル励起子の人工創成の実現:前年度までに整備した顕微発光計測システムを持ちいて,項目1で用意した配列構造に対する,励起・発光スペクトル測定,および,発光偏光計測,発光寿命計測を実施する。測定結果の解析を行い,半導体によるフレンケル励起子の人工創成の実現を実証する。研究実績の概要に記載した,項目1と3については当初の予定通り達成できた。項目2については,やや遅れが生じており,本年度も引き続き取り組む予定である。項目2がやや遅れた理由は,昨年度5月に研究代表者が所属機関を異動したことに伴い,研究の実施に必要な,多数の精密機器(試料作製・評価装置)の移設・調整に時間を要したためである。現在は主要な装置の移設・調整は完了しており,急速に遅れを取り戻しつつある。平成25年5月に研究代表者が所属機関を異動したこと,および,研究分担者が平成27年4月に研究所属機関を異動したことに伴い,研究を進行させる順序を一部変更した。そのため予算額と使用額で若干の差が生じた。本年度は,下記の項目1,2を実施する。1.DNAを利用したQDの1次元配列法の確立:前年度に開発を進めた,QDの配列化方法の最適条件を探索するとともに,並行して,試料作製後に良質な配列構造のみを抽出するための分離精製技術の開発を行うことにより,より良質な配列構造を得る方法を見いだす。2.QDの一次元配列構造に対する顕微発光特性の測定:前年度に整備を進めた顕微発光計測システムを完成させる。
在宅療養患者およびその介護者を対象とした知識伝達支援システム

在宅療養生活を送る患者とその家族らが,直接的に医療者の援助を受けられない状況においても,安全かつ安楽な介護,そして生活上の安心を確保するために,療養者および家族介護者の求める情報を随時提供できるようなインフラの整備が必要である.本研究は,IT技術を活用した遠隔看護システムの一部としてのCAI(Computer Assisted Instruction)教材開発を視野に含んでおり,その目的は,介護者の理解を促進させ円滑な介護の実践をもたらす情報配信システムのあり方を検討するための基礎的資料を得ることにある.今年度は,学習効果を向上させるためのCAI教材のあり方についてさらに検討するために,以下の3点について実施した.1.移動の援助技術に関する試作版CAI教材(Computer Graphics version)から,映像の死角となる部位(姿勢)および動作(動き)を特定し,それらが観察可能となる撮影方法等について検討した.2.また,実験状況において,看護師が介護者役の人物に援助技術を指導する様子について解析し,エキスパートによる学習者の視点の意図的な誘導について分析した.3.1,2より,学習者が援助技術を観察する際に有効と考えられる視点が含まれるように画像を設計し,その実写版教材を作成した.この教材による援助技術の学習と遂行を被験者に求める実験を行い,その結果を,これまでの既存の教材ビデオによる遂行成績と比較したところ,援助技術を解説するナレーションを伴わない場合においても,本研究で作成した教材の学習効果が確認された.在宅療養生活を送る患者とその家族らが,直接的に医療者の援助を受けられない状況においても,安全かつ安楽な介護,そして生活上の安心を確保するために,療養者および家族介護者の求める情報を随時提供できるようなインフラの整備が必要である.本研究は,IT技術を活用した遠隔看護システムの一部としてのCAI(Computer Assisted Instruction)教材開発を視野に含んでおり,その目的は,介護者の理解を促進させ円滑な介護の実践をもたらす情報配信システムのあり方を検討するための基礎的資料を得ることにある.今年度は,配信される情報の基準となるCAI教材の作成準備として,以下のことについて検討した.1.ヒトの動きの視覚的認知において,動作者の表情,姿勢などの身体特性が,観察者個々の視覚情報処理に影響を与えることが知られている.したがって,実写版の演技者特性による被験者間差を軽減させるために,実写をCG(Computer Graphics)へ変換する手段について,動作解析やCG作成アプリケーションを用いて検討している.現在は,これまでに撮影した画像をもとに,試作版を作成している段階にある.2.基準画像のCG作成において,3次元動作解析およびその表示の正確性を追求するために,一方法として,モーションキャプチャーの利用可能性を検討した.しかしながら,援助者および患者の両者の動作を同期させながら解析することには困難を要することがわかった.在宅療養生活を送る患者とその家族らが,直接的に医療者の援助を受けられない状況においても,安全かつ安楽な介護,そして生活上の安心を確保するために,療養者および家族介護者の求める情報を随時提供できるようなインフラの整備が必要である.本研究は,IT技術を活用した遠隔看護システムの一部としてのCAI(Computer Assisted Instruction)教材開発を視野に含んでおり,その目的は,介護者の理解を促進させ円滑な介護の実践をもたらす情報配信システムのあり方を検討するための基礎的資料を得ることにある.今年度は,学習効果を向上させるためのCAI教材のあり方についてさらに検討するために,以下の3点について実施した.1.移動の援助技術に関する試作版CAI教材(Computer Graphics version)から,映像の死角となる部位(姿勢)および動作(動き)を特定し,それらが観察可能となる撮影方法等について検討した.2.また,実験状況において,看護師が介護者役の人物に援助技術を指導する様子について解析し,エキスパートによる学習者の視点の意図的な誘導について分析した.3.1,2より,学習者が援助技術を観察する際に有効と考えられる視点が含まれるように画像を設計し,その実写版教材を作成した.この教材による援助技術の学習と遂行を被験者に求める実験を行い,その結果を,これまでの既存の教材ビデオによる遂行成績と比較したところ,援助技術を解説するナレーションを伴わない場合においても,本研究で作成した教材の学習効果が確認された.
自由因子と微分方程式の研究

B.Dubrovinによって導入されたフロベニウス多様体構造を拡張した概念である平坦構造の研究とその応用をした。フロベニウス多様体の定義ではポテンシャルの存在が重要であるが、それにあたる役割を果たすポテンシャル・ベクトル場を定義した。第一の応用は、well-generatedである既約複素鏡映群の商空間に平坦座標を導入したことである。第二の応用は、3次元の拡張されたWDVV方程式の解とパンルベVI方程式の解との対応を与えたことである。第三の応用は、パンルベVI方程式のかなりの代数関数解に対してポテンシャル・ベクトル場を計算したことである。本年度は3次元アフィン空間の自由因子から構成されるホロノミック系とパンルベVI方程式の代数関数解との関係を調べることを目的にした。この方向で連携研究者と共同研究を進めていたが、Dubrovinの講義録やSabbahの本の内容と関連することに気づいた。それまでに得られていた結果とDubrovinやSabbahの定式化と比較検討した結果、一般のn次元空間の場合にflat coordinate,potentialvector field, WDVV方程式の一般化などについて知見を得ることができた。WDVV方程式は物理学の要請から定式化されたものであり、flat structure, Frobenius manifoldなどと密接に関係しているが、条件を弱めることによって一般化が可能になった。その応用の一つとして、既約実鏡映群に対して得られていたflat coordinateをwell-generatedで既約な複素鏡映群の場合に拡張することができた。また例外的な複素鏡映群の場合にpotentialvectorfieldも得ることができた。この成果は30数年前に斎藤、矢野、関口の共著論文で初めて示された結果の類似である。もう一つの応用は、パンルベVI方程式の代数関数解に関係している。多くの代数関数解に対して大久保型と呼んだホロノミック系を構成し、さらにflat coordinateとpotential vector fieldを構成できた。本年度は昨年度から継続して研究してきたテーマとB.Dubrovinの講義録およびC.Sabbahの著書にあるFrobenius manifoldとの関係を明確にさせた。そしてこれまでに得られた知見を論文にまとめた。これは琉球大学の加藤満生,眞野智行氏との共同研究である。一般のn次元空間の場合にflat coordinate,potentialvector field, WDVV方程式の一般化などを議論した。知見のひとつは,既約な実鏡映群の場合に構成されていたflat coordinate systemを既約な複素鏡映群でwell-generatedという条件のつく枠組みに拡張したことである。実鏡映群の場合は35年以上前に研究代表者と斎藤恭司,矢野環氏とで構成しており,それはFrobenius manifoldの最初の例になった。その後、複素鏡映群へ拡張する試みはいくつかあったがいずれも不成功に終わっていた。今回の成果はそれに成功したことになる。この際,Frobenius manifoldの中心的役割をするpotentialをpotential vector fieldに書き換えたことが新しいアイデアである。もうひとつの知見はPainleve VI方程式についてである。Dubrovinは3次元の場合にWDVV方程式と1つの特別な媒介変数をもつPainleve VI方程式が本質的に等価であることを示していた。Painlve VI方程式は4つの媒介変数をもつ。WDVV方程式を拡張して完全なPainleve VI方程式と等価な枠組みを構成した。これから,Painleve VI方程式にpotential vector field, flat coordinateがあることを示せたことになる。これはこれまでになかった新しい成果である。平坦構造は30年以上前に斎藤恭司,矢野環氏と本研究代表者によって実鏡映群に対して定式化された。その後,1990年代にB.Dubrovinが平坦構造と物理学由来のWDVV方程式を統合させてFrobenius manifoldという概念を定式化させた。Dubrovinはさらに3次元Frobenius manifoldをPainleve VI方程式の研究に応用した。Painleve VI方程式は4個の媒介変数をもつが,その中の特別な1個の媒介変数をもつものとFrobenius manifoldと対応させた。さらにDubrovin-MazzoccoはPainleve VI方程式の代数函数解との関係を調べた。研究代表者は長年の自由因子の研究を発展させ,連携研究者である琉球大学の加藤満生,眞野智行氏との共同研究において,Frobenius manifoldの概念を拡張させることに成功した。その応用として,実鏡映群の場合の平坦構造を複素構造群の場合に拡張した。また拡張されたFrobenius manifoldと4個の媒介変数をもつPainleve VI方程式との対応を与えることができた。これらはDubrovinの結果の拡張であり,Frobenius manifoldの研究における大きな前進になっている。本研究の成果は主に琉球大学の加藤満生、眞の智行両氏との共同研究による。研究期間中に得られた大きな成果は、フロベニウス多様体を拡張して、平坦座標、ポテンシャル・ベクトル場などの存在する空間を定式化して、パンルベVI方程式との関係を明確にしたこと、well-generatedである複素鏡映群の不変式環の平坦座標とポテンシャル・ベクトル場の構成をしたことである。最終年度である今年度の成果としては、まずDubrovin-Mazzoccoの求めた3次元フロベニウス多様体のうち、ポテンシャルが多項式でない2つの場合に、そのポテンシャルを代数関数としての具体形を求めたことである。この成果を報告集に発表した。(近く出版予定)

第2の成果は、パンルベVI方程式の代数関数解に対応する平坦座標とポテンシャル・ベクトル場についてである。パンルベVI方程式の代数関数解はベックルント変換による軌道は有限になることは知られている。それぞれの軌道の代数関数解に対して、平坦座標などを求めることが問題である。20以上の代数関数解に対して結果を得た。これも論文にまとめ投稿中である。第3の成果は研究代表者による。これは複素鏡映群と超曲面の変形族との結びつきに関係している。実鏡映群と単純特異点の半普遍変形族との結びつきはフロベニウス多様体の研究と深い関係にある。それでは複素鏡映群の場合には、対応する超曲面の変形族はどうなるのか?この疑問はまだ解決されていない。研究代表者はValentinerが考察して複素鏡映群に対して、この疑問への解答を与えた。結果は論文にまとめ近く出版予定。B.Dubrovinによって導入されたフロベニウス多様体構造を拡張した概念である平坦構造の研究とその応用をした。フロベニウス多様体の定義ではポテンシャルの存在が重要であるが、それにあたる役割を果たすポテンシャル・ベクトル場を定義した。第一の応用は、well-generatedである既約複素鏡映群の商空間に平坦座標を導入したことである。第二の応用は、3次元の拡張されたWDVV方程式の解とパンルベVI方程式の解との対応を与えたことである。第三の応用は、パンルベVI方程式のかなりの代数関数解に対してポテンシャル・ベクトル場を計算したことである。Sabbahの著書には、Saito structure without metricとそれに条件を強めたSaito structure with metricという概念の定義がある。後者はFrobenius manifoldと同じものになり、近年物理学との関係もあり広く研究されている対象である。しかし、前者については同書には定義以上のことは言及されていない。連携研究者との共同研究においては、Saito structure without metricとして、複素鏡映群の判別式、パンルベVI方程式をとらえ直すことで新しい視点を与えることができたことである。特に一般化されたWDVV方程式を定義できたこと、potential vector fieldを発見したことには意義がある。
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の非意図的曝露によるNAFLD増悪化に関する研究

ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(BUVSs)は、様々な工業用原料及び化粧品に汎用されている。しかし、多種のBUVSsが環境試料中から検出されることから、BUVSsの非意図的曝露が引き起こす健康影響の解明が急務である。本研究では、BUVSsが非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)の誘発・増悪化に関与する可能性に着目し、BUVSsの糖・脂質代謝恒常性に対する毒性影響に関する基礎的知見の集積、及びBUVSsとNAFLDの病態機序との因果関係の解明を目的とし、種々の検討を行う。
ＣＤ１０化学シグナルとＲｈｏ力学シグナルによる脂肪幹細胞の多能性維持機構の解明

脂肪幹細胞、脂肪前駆細胞においてshRNA導入によるCD10ノックダウン(KD)システムを確立し、CD10の機能解析を行った。CD10のKDによりエズリン、モエシンの発現が低下し、さらに脂肪分化能が低下した。エズリンは脂肪前駆細胞で脂肪幹細胞よりも発現量が多く、脂肪分化能に関与している可能性が示唆された。一方、スフェロイド形成による力学的環境変化によりRhoA mRNA、エズリンmRNA量の減少を認めた。このことから力学的シグナルとCD10シグナルがエズリンという分子を介してクロストークし、脂肪幹細胞の機能を調節している可能性が示唆された。CD10のASC、ccdPAにおける機能解析を行うにあたって、分化能等の検討にはある程度長期間の細胞培養が必要であるため、持続的なCD10のノックダウンを行うことが可能なレンチウイルスベクターによるshRNA導入系を確立することとした。5つの候補shRNA配列とpuromycin耐性遺伝子を搭載するレンチウイルスベクターを作製し、ASC、ccdPAに遺伝子導入した。それぞれの細胞におけるCD10 mRNA発現を定量PCR法により測定し、同時に、CD10の産生量をフローサイトメトリー、細胞抽出液を用いたウェスタンブロット法により評価した。5種類の候補shRNA配列のうち、効率良くCD10の発現を抑制するshRNA配列を見出すことができた。他方、CD10発現レンチウイルスベクターの構築を行った。野生型のCD10については発現が確認できたが、既報を基に構築した膜貫通ドメインを欠失したコンストラクトは、細胞外への分泌が確認されなかった。これらの解析を通じて、CD10のmRNA量、タンパク量の評価が可能となった。CD10をノックダウンしたASC、ccdPAについてエズリン/ラディキシン/モエシン(ERM)のmRNA発現を定量したところ、少なくともエズリン、モエシンの遺伝子発現がCD10のノックダウンによって変化を受けることが分かった。また、CD10のノックダウンされたccdPAでは、脂肪分化能が低下しており、CD10が脂肪分化において重要な役割を果たす可能性が示唆された。一方、ASC、ccdPAともにCD10のノックダウンにより増殖能は検討した範囲ではあまり影響を受けなかった。上記の解析から、CD10のノックダウンにより、ERMの発現変化と脂肪分化能の低下が認められた。CD10の機能解析を目的として、ノックダウン(KD)システムの構築を進め、ASC、ccdPAにおいてCD10の発現をmRNAの定量、フローサイトメトリー、ウェスタンブロット法による評価を基に、レンチウイルス(LV)ベクターによるshRNA導入系を確立した。他方、CD10発現LVベクター、また並行して膜貫通ドメインを欠失したコンストラクトを構築した。当該蛋白の細胞外分泌が確認され、培養上清中に活性が検出された。この分泌型CD10は細胞内へのシグナル伝達を起こさないため、CD10による外的刺激の感知機構の解明に重要なコンストラクトであると考えられた。CD10をKDしたASC、ccdPAについてエズリン/ラディキシン/モエシン(ERM)のmRNA発現を定量したところ、少なくともエズリン、モエシンの遺伝子発現がCD10のKDによって変化を受けることが分かった。また、CD10のKDされたccdPAでは、脂肪分化能が低下しており、CD10が脂肪分化において重要な役割を果たす可能性が示唆された。またASC、ccdPA共にCD10のKDにより検討した範囲では増殖能にあまり影響を受けなかったことからCD10そのものは細胞の増殖に関与しないと考えられた。上記の解析から、CD10のKDにより、ERMの発現変化と脂肪分化能の低下が認められた。一方、超低接着培養器を用いたスフェロイド形成による細胞テンションの変化におけるRhoA、Rock1、CD10-ERM、脂肪分化マーカーのmRNA発現は12週目まで大きな変化は観察されなかった。このことから力学的シグナルよりも化学的シグナルの方がERM発現への関与が大きいと示唆された。今後スフェロイド形成以外の三次元培養における機能解析が必要と考えられた。再生医学既報に基づき、膜貫通ドメインを欠失した変異型CD10を構築したが、細胞外への効率的な分泌が確認されなかった。この結果を除いては、ほぼ当初の計画通り推進できたと考えられる。しかしながら、この変異型CD10は研究遂行のために必須なコンストラクトであるため、シグナルペプチドなどを再考し、速やかに効率的に分泌できるコンストラクトを作製する必要がある。また、CD10のノックダウン細胞の増殖性については、評価する培地の選択が重要である可能性が考えられるため、増殖性に関する追加検討をする必要があると考えている。また、ノックダウン細胞におけるCD10量低下では増殖には影響を及ぼさない可能性も考慮すべきである。

H25年度の研究結果、CD10の発現変化とERMの発現が連動していることが明確になりつつあり、本研究の推進方針に変更は生じない。特にCD10のノックダウンにより分化能に影響が見られることから、申請者らが確立している3次元培養での脂肪分化能評価システムを応用した評価を進める。これまで得られている結果は1ドナーからの細胞による結果であるため、今後複数のドナーからの細胞について、ASCとともに評価し、再現性を検討する。このように、CD10からの化学的シグナルが脂肪分化能を修飾する可能性が見出されたことから、H26年度はその下流因子であるERMの同定を行い、その機能が他方の力学的シグナル(Rhoからのシグナル)の修飾を受けるかどうかを中心として検討を進める。