hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己組織化脳型デバイスの実現とその自律移動ロボットへの応用

自律ロボットの脳機能実現のために,SOM2や適応型自己組織化マップをハードウェア化に適したアルゴリズムへと改良しFPGAを用いて実装することで,自己組織化脳型デバイスのプロトタイプを実現した.適応型自己組織化マップハードウェアは,自律ロボットの視覚処理へと応用し,マイコン比で約10,000倍の高速化を達成した.これらデバイスをソフトウェアから簡便に利用するために,ハードウェア/ソフトウェア複合体の技術を用いた自己組織化ニューラルネットワークのための動的再構成プラットフォームを開発した.自律ロボットの脳機能実現のために,SOM2や適応型自己組織化マップをハードウェア化に適したアルゴリズムへと改良しFPGAを用いて実装することで,自己組織化脳型デバイスのプロトタイプを実現した.適応型自己組織化マップハードウェアは,自律ロボットの視覚処理へと応用し,マイコン比で約10,000倍の高速化を達成した.これらデバイスをソフトウェアから簡便に利用するために,ハードウェア/ソフトウェア複合体の技術を用いた自己組織化ニューラルネットワークのための動的再構成プラットフォームを開発した.自律移動ロボットの脳型知性を専用のハードウェアで実現することを目標とし,以下の事を行った.1.オンライン学習型自己組織化マップハードウェアの開発と応用自律移動ロボットへの応用を考えた場合,時々刻々と入力されるセンサ情報をリアルタイム学習する必要がある.この解決のために,記憶してある情報と外部から得られた情報との差分を元に学習度合いを決定する仕組みを持つオンライン学習型自己組織化マップを採用し,ハードウェア化に適した形へアルゴリズムを改良,そのハードウェアアーキテクチャを開発した.小型のField Programmable Gate Array(FPGA)ボード上へ実装し,移動ロボット"WITH"の視覚として応用した.2.ハードウェア化に適した高階の自己組織化マップの開発強力なパターン認識能力を持つ高階の自己組織化マップをハードウェア化に適した形へとアルゴリズムを改良,そのハードウェアアーキテクチャを開発した. 81個のProcessing Elementを持つ小規模な高階の自己組織化マップをFPGAへ実装し,基礎実験を行った.3.ロボットの視覚応用を目指した動画像圧縮伸張ハードウェアの開発カメラから得られる動画像は周辺環境や対象物に関する情報を多く含む.これを実時間学習するためには,ハードウェアによる実時間処理が不可欠である.ロボットの視覚応用を目指し,ウェーブレット変換とテンプレートマッチングによる動きベクトル検出を組み合わせたアルゴリズムを, CardBusインタフェースを持つ小型FPGAボード"hwModule VC"上へ実装し,基礎実験を行った.自律移動ロボットの脳型知性を専用バードウェアで実現することを目標とし,以下を行った.1.ポータブルなFPGAボードhwModule VCの開発小型の自律移動ロボットへ脳型ハードウェアを実装するために,CardBusインタフェースを持つFPGAボードhwModule VCの開発を行った.これにより,小型ノートPCとhwModule VCで小型・高速・低消費電力の実験プラットフォーム構築が可能となった.2.動画像圧縮伸張ハードウェアの開発,仮想回路の転送・遠隔操作技術の開発カメラから得られる動画像は周辺環境や対象物に関する情報を多く含む.これを実時間学習するためには,ハードウェアによる実時間処理が不可欠である.しかしながら,動画像をそのまま取り扱うとデータ量が大きすぎるので適切な圧縮が必要である.そこで,ウェーブレット変換ベースの圧縮伸張アルゴリズムを開発,さらに,ネットワーク経由で仮想回路を転送・遠隔操作する技術を確立,hwModule VC上へ実装した.CPUでのソフトウェア比で最大70倍の性能を得た.3.各種自己組織化マップハードウェアの開発と融合の検討オンライン学習型自己組織化マップハードウェア,高階の自己組織化マップハードウェア,木構造型自己組織化マップハードウェアをそれぞれ別個に開発した.今後は,それぞれの長所短所を整理し,融合に関する検討が必要である.自律移動ロボットの脳型知性をハードウェア実現することを目標とし,以下を行った.1.自己組織化ニューラルネットワークのための動的再構成プラットフォーム開発4種類の自己組織化ニューラルネットワークを演算可能な動的再構成プラットフォーム開発を行った.自己組織化マップをはじめとする自己組織化ニューラルネットワークには多数の派生アルゴリズムが存在する.これらの派生アルゴリズムは,機能は異なるものの,演算要素レベルで分析すると,距離尺度演算や勝者決定演算など,共通に取り扱える部分が多い.提案プラットフォームでは,2種類の距離尺度演算,2種類の勝者決定演算回路を作成し,それぞれを組合わせて4種類の自己組織化ニューラルネットワーク回路を構築した.ベンチマークテストでは,最新CPU比で約100倍の演算性能を示した.FPGAの動的再構成能力を生かしてソフトウェアから動的に再構成・制御することで,脳型計算機汎用プラットフォーム構築のためのプロトタイプとしての可能性を示した.2.ポータブルなFPGAボードhwModule VCの開発と動画像処理への応用自律移動ロボットへ脳型ハードウェアを実装するために,CardBusインタフェースを持つFPGAボードhwModule VCの開発を昨年度に引き続き行った.これにより,小型ノートPCとhwModule VCで小型・高速・低消費電力の実験プラットフォーム構築が可能となった.また,昨年度開発した動画像圧縮伸張回路の改良を行い,背景認識機能を付加した.
新しいガラス素材を用いた光センサーの開発

本研究では、感光性結晶化ガラス(PEG3C: HOYA社製)を用いて細孔型MPGDを作成し、ガス光電子増倍管の開発を行った。開発したPEG3CをNe+CF4混合ガス1気圧を充填したチェンバー内に設置し、X線ビームを用いて特性性試験を行った。その結果、PEG3C単体の動作で5000以上、2枚をタンデム動作で60000以上の電子増幅度を得ることができた。続いて細孔型MPGDとバイアルカリ光電面からなるガス光電子増倍管を製作し可視光を照射して光センサーとしての基礎特性試験を行った。時間特性試験の結果得られた波形の立ち上がり時間は約9ns、入射光波長400nmに対する量子効率11%であった。感光性結晶化ガラスを新素材に用いたガス放射線検出器と可視光に感度の高いアルカリ光電面を複合化させた『ガス光電子増倍管(ガスPMT)』開発のための基礎研究を行った。まず、有限要素法電場解析ソフトMaxwell-3Dとガス中での電子増幅シミュレーションソフトGarfieldを用いて、『感光性結晶化ガラス』を細孔型MPGDとして用いる場合のガラス厚、細孔の形状とそのピッチについてパラメータの最適化を行った。その後、アルカリ光電面との化学反応性が低い『感光性結晶化ガラス』に、エッチング加工により細孔を設け、両面に銅の電極を施し、細孔型マイクロパターンガス検出器(MPGD)を製作した。製作した細孔型MPGDを専用のステンレスチェンバーに設置し、アルゴンおよびネオンガスそれぞれに数%のクエンチングガスを混合し、1気圧充填させたのち封じ切り、X線を照射させてガス検出器としての特性試験を行った。高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリーのビームライン(BL-14A)にて、6keVのX線ビームを照射した試験において、感光性結晶化ガラス1枚および2枚のタンデム動作で、それぞれ電子増殖度5000および60000を達成した。また、エネルギー分解能が典型的なガス検出器と同等の18%以内を達成した。マイクロパターンガス検出器(MPGD)は、微細加工技術や半導体製造技術を用いて製作した微小な電極から構成されるガス放射線検出器の一つで、優れた位置分解能と高い時間分解能、そして高計数率での動作が特徴である。本年度は、感光性結晶化ガラスを用いて製作した細孔型マイクロパターンガス検出機と光電面を複合化させた『ガス光電子増倍管(ガスPMT)』を試作した。感光性結晶化ガラスとは、感光性ガラスに加熱処理を行ってガラス中に均等に微細な結晶を析出させたもので、完全に結晶化が進行した多結晶状態となっており非晶質のものと比較して機械的特性に優れており、ガスPMTの素材として魅力的である。作成したガス光電子増倍管に、Ne+CF4混合ガス0.9気圧をそれぞれ充填して、可視光・紫外光をそれぞれ照射し、電子増殖度、光・イオンフィードバック特性、長期動作後の光電面の感度と安定性に対して基礎開発研究を行った。時間特性試験の結果得られた波形の立ち上がり時間は約9nsecであり、目標値である時間分解能10nsecを達成することができた。入射光波長400nmに対する量子効率11%であり、目標値を達成することができた。以上の開発により、感光性結晶化ガラスからなる細孔型MPGDを用いた「新型光センサー」の基礎性能を得ることができた。原子核実験、宇宙線実験感光性結晶化ガラスを用いた細孔型MPGDを電場シミュレーションにより設計し、製作した。X線ビームを用いた特性試験によりガス放射線検出器としての性能を有することがわかった。平成25年度の研究で最適化を行った細孔型MPGDと紫外光から可視光領域に感度を持つアルカリ光電面を複合化させ、ガス光電子増倍管の前置増幅器および主増幅器としての性能評価試験を行う。ガス放射線検出器の特性試験として、Heガスの使用を検討したが、世界的なガス不測の影響により入手が困難となったため。ガス光電子増倍管の特性試験では平成25年度の成果により、ネオンガスを主ガスとして取り組む。そのためのクエンチングガス特性試験を行う。
家族とのICT利用による患者のストレス軽減と認知機能賦活の検討

本研究は,スマートフォン等でのビデオ通話アプリを介した家族との遠隔コミュニケーションが介護老人保健施設入所者や入院患者のストレス軽減や認知機能賦活に有効であるかについて,ストレスによる自律神経系の賦活が反映される心拍変動から算出されるストレス指標(LF/HF)と認知機能賦活が反映される前頭前野の脳血流変化から検討することを目的とする。研究2年目である平成30年度は,29年度に計測したデータの分析と発表,新たなコミュニケーション対象者(家族ではなく友人)によるデータ計測,並びに重度の認知症患者の計測を行った。発表を予定している入所者とその友人とのコミュニケーションのケースでは,コミュニケーション時の心拍変動から算出されるストレス指標(LF/HF)の値は,リラックス状態と考えられている1.0よりも小さい値の状態であった。また認知機能賦活を示す前頭前野の賦活は,右脳左脳共に確認された。家族との場合と同様,ビデオ通話アプリを介した友人との遠隔コミュニケーション時,入所者はリラックスした状態にあると考えられる。会話の内容は,家族とのコミュニケーションでは話されることのない入所者のエピソード記憶の想起の機会となっており,家族とのコミュニケーションとは異なった形での有効性が示唆される。また「今日は○○をする」といったその日ある出来事を認識することが多い施設での生活の中で,入所者が次回の遠隔コミュニケーションがいつあるのかを憶えており楽しみにしていたという施設スタッフの報告から,展望記憶機能への有効性も示唆される。ビデオ通話アプリを介した遠隔コミュニケーションは,コミュニケーションに直接的に関わる認知機能だけでなく,種々の記憶機能に対しても有効である可能性が示唆される。平成29年度に計測分析した研究成果を学会等において発表した。また入所者とその友人との遠隔コミュニケーションの計測を実施した。重度の認知症の患者と家族との遠隔コミュニケーションの計測を実施した。平成30年度に計測した友人との遠隔コミュニケーション,重度の認知症患者と家族との遠隔コミュニケーションについての研究発表を行う計画である。また遠隔コミュニケーションの有効性が,認知症の重症度よって異なるかどうかについて比較検討する計画である。さらに研究参加者の計測時の負担軽減と今後のストレス軽減と認知機能賦活の有効性の確認を容易にすることを目的として,現在実施している心拍変動と脳血流量とは異なった計測方法の開発を実施する予定である。本研究は,スマートフォン等でのビデオ通話アプリを介した家族との遠隔コミュニケーションが,介護老人保健施設の入所者や病院の入院患者のストレス軽減や認知機能賦活に有効であるかについて,ストレスによる自律神経系の賦活が反映される心拍変動から算出されるストレス指標(LF/HF)と認知機能賦活が反映される前頭前野の脳血流変化から検討することを目的とする。研究の初年度(平成29年度)は,研究代表者,研究分担者が複数の施設への協力を依頼し,了承を頂いた上で,研究参加者からデータを計測し,分析を行った。研究参加者は4名とそのご家族等であり,心拍や脳血流の計測は,老人介護保健施設の入所者と病院の入院患者を対象に行われた。各参加者の研究参加期間は3040日,1回の計測は3050分であった。データの分析は現在も進行中であるが,例えば平成30年度の発表を予定している介護老人保健施設入所者のケースでは,コミュニケーション時の心拍変動から算出されるストレス指標(LF/HF)の値は,リラックス状態と考えられている1.0よりも小さい値の状態であることが殆どであった。スマートフォン等でのビデオ通話アプリを介した家族との遠隔コミュニケーション時,入所者はリラックスした状態にあると考えられる。また会話をすることによって言語に関わる左脳は賦活し,感性に関わる右脳も賦活すると考えられる。家族とのビデオ通話アプリを介した遠隔コミュニケーションは,入所者のストレス軽減や認知機能賦活に有効である可能性が示唆される。さらにビデオ通話の有効性は,入所者のみならず,施設のスタッフやご家族からも研究終了後のアンケート等から示唆されている。研究計画申請時に購入を予定していた近赤外光脳計測装置(HOT-1000)の販売元が日立からNeUに変更することとなった。理由は申請時の日立の部門である「日立ハイテクノロジーズ」の脳科学産業応用事業が装置の販売を含め2017年8月1日付で新会社「株式会社NeU(ニュー)」を設立したためである。このため,機器の購入は9月に1台目,12月に2台目となり,研究のための装置の準備が当初の予定から半年以上の遅れとなってしまった。本研究は,医療施設等にてデータを取得するため,計測を開始するまでには,施設への依頼,了承を頂いた上での機器を用いた説明,研究対象者家族への説明等,時間を要する。以上の理由から,現在までの研究の進捗状況が当初予定からやや遅れていることとなっている。

発表を予定している入所者とその友人とのコミュニケーションのケースでは,コミュニケーション時の心拍変動から算出されるストレス指標(LF/HF)の値は,リラックス状態と考えられている1.0よりも小さい値の状態であった。また認知機能賦活を示す前頭前野の賦活は,右脳左脳共に確認された。家族との場合と同様,ビデオ通話アプリを介した友人との遠隔コミュニケーション時,入所者はリラックスした状態にあると考えられる。会話の内容は,家族とのコミュニケーションでは話されることのない入所者のエピソード記憶の想起の機会となっており,家族とのコミュニケーションとは異なった形での有効性が示唆される。また「今日は○○をする」といったその日ある出来事を認識することが多い施設での生活の中で,入所者が次回の遠隔コミュニケーションがいつあるのかを憶えており楽しみにしていたという施設スタッフの報告から,展望記憶機能への有効性も示唆される。ビデオ通話アプリを介した遠隔コミュニケーションは,コミュニケーションに直接的に関わる認知機能だけでなく,種々の記憶機能に対しても有効である可能性が示唆される。平成29年度に計測分析した研究成果を学会等において発表した。また入所者とその友人との遠隔コミュニケーションの計測を実施した。重度の認知症の患者と家族との遠隔コミュニケーションの計測を実施した。今後は,初年度と同様,継続して計測を進めていく予定である。また,データの分析,検討に関しては,研究参加者の状態(どのような理由によって施設や病院にいるのか)やビデオ通話をする相手によって,反応の違いがみられるのか等についても検討を進めていく予定である。平成30年度に計測した友人との遠隔コミュニケーション,重度の認知症患者と家族との遠隔コミュニケーションについての研究発表を行う計画である。また遠隔コミュニケーションの有効性が,認知症の重症度よって異なるかどうかについて比較検討する計画である。さらに研究参加者の計測時の負担軽減と今後のストレス軽減と認知機能賦活の有効性の確認を容易にすることを目的として,現在実施している心拍変動と脳血流量とは異なった計測方法の開発を実施する予定である。2名の研究分担者のうち1名の研究環境が準備できなかったため,当初予定した物品費の送金を保留した。次年度研究環境が整い次第,必要な物品費の送金を行う予定である。研究2年目である当該年度は,初年度に購入した機器を用いたデータ計測を継続していたため次年度使用額が生じた。これらの助成金は最終年度において,新たな研究アプローチのためのソフトウェアの購入等に充てられる予定となっている。HP内,研究・業績のページと認知リハビリテーションのページにて紹介
口腔癌に対する腫瘍免疫療法の確立‐OK432重合腫瘍ワクチンによる抗腫瘍効果‐

扁平上皮癌細胞株KLN205細胞とOK-432を重合した腫瘍ワクチン(OK-432ワクチン)を用いて,マウス舌癌に対する抗腫瘍効果を検討し,またその作用機序を解析したところ,OK-432ワクチンによりTh1サイトカインの産生が誘導され,細胞障害性T細胞(CTL)およびマクロファージの活性化されることで,強い抗腫瘍免疫応答を誘導することが明らかとなった。マウスの扁平上皮癌細胞株KLN205細胞とOK-432を重合し、腫瘍ワクチン(KLN205ワクチン)を作製した。マウス皮下に3回免疫後、KLN205細胞を舌に接種した。腫瘍発生率と死亡率を検討する上、腫瘍接種の前日と腫瘍接種後の1日目、10日目に血清、リンパ節ならびに舌組織など経時的に舌癌組織標本を作製し、抗腫瘍効果について免疫組織学的に解析した。その結果、対照群では腫瘍接種後1週間ほどに腫瘍が100%形成(n=15)され、腫瘍接種後30日までにすべてが腫瘍死となった。一方、腫瘍ワクチン群(n=14)では、腫瘍の発生率が64.3%(n=9)におさえられ、腫瘍移植後40日の時点では57.1%(N=8)の生存率であった。対照群と比較して、腫瘍発生率・死亡率ともに有意に低く上、腫瘍が生着したマウスでも腫瘍増殖が抑制された。血清中のIFN-γとIL-2、IL-10、IL-12の濃度を測定したところ、腫瘍ワクチン群はIFN-γとIL-2、IL-10、IL-12の濃度が高値を示し、対照群では有意なサイトカインの誘導はみられなかった。マウスのリンパ節より採取したリンパ球と腫瘍細胞混合培養48時間後、培養上清中のサイトカインの測定した結果、腫瘍ワクチン群のリンパ球では、Th1サイトカインの産生が誘導されていることが明らかとなった。また、腫瘍移植後24時間、10日目のKLN205ワクチン接種群では、対照群に比べ、腫瘍細胞の周囲にCD4+とCD8+T細胞とマクロファージの著明な浸潤が認められ、CD25(IL-2Rα)、CD69、CD122(IL-2Rβ)も陽性であった。以上の結果から、マウス移植舌癌モデルにおいて、OK-432重合腫瘍ワクチンは、強い抗腫瘍免疫応答を誘導することが明らかとなった。扁平上皮癌細胞株KLN205細胞とOK-432を重合し、腫瘍ワクチン(KLN205ワクチン)を作製した。マウスに3回免疫後、KLN205細胞を舌に接種した。腫瘍発生率と死亡率を検討する上、腫瘍接種の前日と腫瘍接種後の1、5、10、15、20日目に血清、リンパ節ならびに舌組織など経時的に舌癌組織標本を作製し、免疫組織学的細胞同定すると共に病理組織学的に浸潤細胞と腫瘍細胞の状態を観察した.その結果、対照群では腫瘍接種後10日前後の間に腫瘍が100%形成され、腫瘍接種後30日までにすべてが腫瘍死となった。一方、KLN205ワクチン群では、腫瘍の発生率が65%におさえられ、腫瘍移植後40日の時点では50%の生存率であった。血清中のIFN-γとIL-2、IL-4、IL-6、IL-10、IL-12をELISAで定量したところ、KLN205ワクチン群はTh1系のIFN-γとIL-2、IL-12およびTh2系のIL-10の濃度が高値を示し、対照群では有意なサイトカインの誘導はみられなかった。マウスのリンパ節より採取したリンパ球と腫瘍細胞混合培養24、48、72時間後、培養上清中のサイトカインの測定した結果、KLN205ワクチン群のリンパ球では、Th1サイトカインの産生が誘導されていることが明らかとなった。また、腫瘍移植後24時間、10日目の免疫組織化学的観察(免疫染色)について、KLN205ワクチン接種群では、対照群に比べ、腫瘍細胞の周囲にマクロファージとCD4^+とCD8^+T細胞の著明な浸潤が認められ、CD25(IL-2Rα)、CD122(IL-2Rβ)も陽性であった。本研究は,腫瘍抗原という特異抗原とOK-432という非特異抗原によってマクロファージ/樹状細胞に抗原提示を行うユニークな発想であり,腫瘍ワクチン療法という新たな特異的癌免疫療法分野を開拓することを目的としている.この発想から本年度はOK432重合腫瘍ワクチンの作用機序の解明を目指し,マウス移植舌癌モデルにおいて,以下の実績を得た.OK432重合腫瘍ワクチンによる活性化された免疫担当細胞から産生されるIL-2,IL-12とIFN-γの濃度が高値を示した。

また,OK432重合腫瘍ワクチンによりTNF-αを誘導することが観察され,腹腔内マクロファージのNO値も有意に高値を示した。さらに,免疫組織学的細胞同定を検討したところ,CD169陽性マクロファージが確認された。従って,OK-432ワクチンにより,CD4陽性T細胞,細胞障害性T細胞(CTL)およびマクロファージの活性化され,強い抗腫瘍免疫応答を誘導することによって,がん免疫を誘導する新たな治療につながると期待できる。
カンキツ果実における植物ホルモンと二次代謝産物の代謝コミュニケーションの解明

本研究課題では、培養した砂じょう(果肉部分)を用いて、光照射、低温および水分ストレスなどの要因により、植物ホルモン、二次代謝産物およびそれらに関連する遺伝子発現が、どのように応答し調節されているのかを明らかにすることを目的としている。平成30年度は、植物ホルモンをカンキツ培養砂じょうに処理することにより、フラボノイド蓄積と植物ホルモンの関係、植物ホルモンの相互作用を明らかにするため、マイクロアレイを用いて関連遺伝子の発現解析を行った。植物ホルモンの処理後72時間では、対照区と比較してサリチル酸処理区で総フラボノイド含量が高かった。特に、フラバノンのヘスペリジンとナリンギンの含量が高い値を示した。また、サリチル酸処理区では、マイクロアレイによる遺伝子発現解析から、CitCHS2のmRNAレベルが対照区と比較して高い値を示した。一方、ジャスモン酸処理区では対照区と比較して総フラボノイド含量が低かった。特に、フラバノンのヘスペリジンとロイフォリンの含量が低い値を示した。また、ジャスモン酸処理区では、CitUFGT1およびCitUFGT2のmRNAレベルが対照区と比較して低い値を示した。さらに、植物ホルモン間では、サリチル酸処理区においてジャスモン酸生合成関連遺伝子のmRNAレベルが低く、ジャスモン酸処理区においてサリチル酸生合成関連遺伝子のmRNAレベルが低かった。以上の結果から、カンキツ培養砂じょうにおいてサリチル酸処理がフラボノイドの生合成を促進し、ジャスモン酸処理が抑制すること、また、これらの植物ホルモンは拮抗的に作用することが示唆された。平成28年度は、青色LEDを用いてカンキツ培養砂じょうに光照射することにより、カロテノイド代謝周辺のジベレリン代謝、クロロフィル代謝(GGPP経由する経路、経由しない経路)、非メバロン酸代謝の4種類の代謝に関わる遺伝子発現への影響を明らかにするため、マイクロアレイを用いた網羅的発現解析を行った。青色LEDを用いた光照射区では、前駆物質からGGPPおよびGGPPからカロテノイドの生合成経路の遺伝子発現が増大した。これらの遺伝子発現の増大は、培養砂じょうにおいてカロテノイド含量が上昇する結果と良く一致していた。また、青色光照射区においてクロロフィルを生合成する2つの経路に関わる遺伝子の発現量がいずれも増大したことから、青色光照射区で砂じょうが緑色を帯びるのはクロロフィル含量の上昇によることが強く示唆された。以上の結果から、青色光を照射することにより、カロテノイド生合成に関わる遺伝子の発現量が増大するだけでなく、GGPPおよびクロロフィルの生合成に関わる遺伝子の発現量が増大することから、カロテノイドおよびクロロフィルの代謝経路は、拮抗関係ではなく、どちらも含量の増大が促進されることが示唆された。平成28年度は、青色LEDを用いてカンキツ培養砂じょうに光照射し、カロテノイド周辺の代謝に関わる遺伝子発現への影響を、マイクロアレイを用いた網羅的発現解析を行うことにより調査した。カロテノイド代謝とクロロフィル代謝は拮抗関係ではなく、どちらも遺伝子発現および含量の増大が促進されることが示唆された。これらの結果から、青色光はカロテノイドおよびカロテノイド周辺の代謝に対しても影響を与えていることが明らかとなっており、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。平成29年度は、植物ホルモンをカンキツ培養砂じょうに処理することにより、カロテノイド蓄積と植物ホルモンの関係、植物ホルモンの相互作用を明らかにするため、マイクロアレイを用いて関連遺伝子の発現解析を行った。カロテノイド含量と代謝遺伝子の関係では、オーキシン処理ではリコペンからβ-クリプトキサンチンまでの遺伝子の発現上昇に伴い、β-クリプトキサンチンが増大した。サリチル酸、サイトカイニン処理およびジャスモン酸処理では、GGPPからジベレリン生合成経路の遺伝子、リコペンからαーカロテンへの遺伝子の発現上昇に伴い、ビオラキサンチンが減少した。さらにジャスモン酸処理ではビオラキサンチンを分解する遺伝子発現が上昇したため、総カロテノイド含量の減少につながった。以上の結果から、カンキツ培養砂じょうでは、植物ホルモンを処理することにより、カロテノイド代謝に関わる遺伝子の発現が変動し、カロテノイド含量が調節されることが示唆された。植物ホルモン生合成関連遺伝子の関係では、サリチル酸、ジャスモン酸およびサイトカイニン処理によりアブシジン酸の生合成関連遺伝子の発現が抑制された。ジャスモン酸処理により一部のサリチル酸生合成関連遺伝子の発現が抑制された。一方でサリチル酸処理により一部のジャスモン酸生合成に関わる遺伝子発現が抑制された。以上の結果から、カンキツ培養砂じょうでは、サイトカイニンとアブシジン酸は互いに拮抗作用があると考えられた。また、サリチル酸、ジャスモン酸およびアブシジン酸は相互に抑制的に制御していることが示唆された。平成29年度は、植物ホルモンをカンキツ培養砂じょうに処理し、カロテノイド蓄積と植物ホルモンの関係、植物ホルモンの相互作用を、マイクロアレイを用いた網羅的発現解析を行うことにより調査した。

カンキツ培養砂じょうでは、植物ホルモン処理により、カロテノイド代謝に関わる遺伝子の発現が変動し、カロテノイド含量が調節されることが明らかとなった。また、カンキツでは、サリチル酸、ジャスモン酸およびアブシジン酸は相互に抑制的に制御していることが明らかとなった。以上のように、カロテノイド蓄積と植物ホルモンの関係、植物ホルモンの相互作用について結果が得られており、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。本研究課題では、培養した砂じょう(果肉部分)を用いて、光照射、低温および水分ストレスなどの要因により、植物ホルモン、二次代謝産物およびそれらに関連する遺伝子発現が、どのように応答し調節されているのかを明らかにすることを目的としている。平成30年度は、植物ホルモンをカンキツ培養砂じょうに処理することにより、フラボノイド蓄積と植物ホルモンの関係、植物ホルモンの相互作用を明らかにするため、マイクロアレイを用いて関連遺伝子の発現解析を行った。植物ホルモンの処理後72時間では、対照区と比較してサリチル酸処理区で総フラボノイド含量が高かった。特に、フラバノンのヘスペリジンとナリンギンの含量が高い値を示した。また、サリチル酸処理区では、マイクロアレイによる遺伝子発現解析から、CitCHS2のmRNAレベルが対照区と比較して高い値を示した。一方、ジャスモン酸処理区では対照区と比較して総フラボノイド含量が低かった。特に、フラバノンのヘスペリジンとロイフォリンの含量が低い値を示した。また、ジャスモン酸処理区では、CitUFGT1およびCitUFGT2のmRNAレベルが対照区と比較して低い値を示した。さらに、植物ホルモン間では、サリチル酸処理区においてジャスモン酸生合成関連遺伝子のmRNAレベルが低く、ジャスモン酸処理区においてサリチル酸生合成関連遺伝子のmRNAレベルが低かった。以上の結果から、カンキツ培養砂じょうにおいてサリチル酸処理がフラボノイドの生合成を促進し、ジャスモン酸処理が抑制すること、また、これらの植物ホルモンは拮抗的に作用することが示唆された。平成29年度は、培養した砂じょう(果肉部分)を用いて、植物ホルモンを処理することにより、カロテノイド代謝およびカロテノイド周辺の代謝に関わる遺伝子発現への影響を明らかにするため、マイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現解析を行う。植物ホルモンとしてカロテノイド周辺のジベレリン、アブシジン酸などを培地に添加し、それらの遺伝子発現への影響を調査する。平成30年度は、培養した砂じょう(果肉部分)を用いて、植物ホルモンを処理することにより、フラボノイド代謝およびフラボノイド周辺の代謝に関わる遺伝子発現への影響を明らかにするため、マイクロアレイを用いた網羅的な遺伝子発現解析を行う。既に平成28年度および平成29年度に行ったマイクロアレイの解析データを用いて、さらに植物ホルモンと二次代謝産物の関係を調査する。平成29年度に、本研究課題に必要な分析を行うための機器の購入に一部を充てる必要が生じたため。平成30年度に分析を行うための、試薬、消耗品に充てる必要が生じたため。
区画化による分子共生はRNAワールドを飛躍させるか？

進化の原動力は分子の多様性である。生命の起源において、機能性RNAが進化できるほどの分子多様性が自発的に出現しえたのかどうかは、非常に重要かつ未解決の問題である。本研究では、マイクロ流路デバイスにより微小液滴を操作する技術を用いてRNAの実験進化を行い、この問題に切り込む。まず、RNA酵素を細胞様の区画に封入し選択する実験を通して、どのような選択圧があるときにRNA分子の多様性が大きくなるのかを検証する。次いで、その蓄積した多様性の中から、それまでの分子の機能とは異なる別の機能が創発しうるのかどうか、進化実験を行う。
自家不和合性を利用した、サクラ属果樹における花粉媒介形質転換技術の開発

本研究では、自家不和合性機構を利用した花粉媒介形質転換系がサクラ属果樹における代替形質転換技術になりえるか検証した。自家不和合性花粉側因子の発現を抑制するヘアピン配列を設計し、組換えタバコにおいてそのサイレンシング効果を確かめた。次に、そのヘアピン配列とGUS遺伝子を花粉で発現させる一過性発現組換えベクターを用いて、オウトウ`佐藤錦'花粉への遺伝子導入を検討したところ、1%程度の形質転換花粉が確認された。しかしながら鉢植え`佐藤錦'上の500花以上に対しこの形質転換花粉を受粉したものの、自殖後代は得られず、立案した系の有効性については更なる検証が必要なものと考えられた。本研究課題は、省力・高効率なサクラ属果樹形質転換技術の開発を目指し、自家不和合性機構を利用した花粉媒介形質転換系を提案し、その有効性を検証しようとするものである。初年度にあたる平成27年度には、以下の調査を実施した。(a)形質転換コンストラクトの作製:花粉特異的LAT52プロモーターに連結したGUS遺伝子ならびに自家不和合性花粉側因子SFBのヘアピン配列,および35Sプロモーターに連結したsGFPをクローニングした、一過性発現ベクターを構築した.(b)パーティクルボンバードメント法の条件検討:上記のベクターを用いて,オウトウ花粉の形質転換に適したボンバードメント条件(金粒子径,0.6/1.0um;撃ち込み圧力,100/1100/1500psi)を検討した.初年度に予定していた(a)形質転換コンストラクトの作製、(b)パーティクルボンバードメント法の条件検討、(c)SFB発現抑制花粉の自家和合化調査の3つのうち、(a)(b)を終えることができた。これらは(c)および二年目の計画を遂行するうえで必須の到達目標であったこと、(c)と二年目の計画は並行することが可能であることから,おおむね順調に進展していると判断した.本研究課題では、省力・高効率なサクラ属果樹形質転換技術を開発することを目的に、自家不和合性機構を利用した花粉媒介形質転換系について検証した。初年度のH27年には,自家不和合性花粉側因子SFB-S6遺伝子の部分配列からヘアピン配列(hpPav6)を設計し、花粉特異的なLAT52プロモーターに連結したhpPav6配列をクローニングした一過的形質転換コンストラクト(pTRlb-hpPav6)を構築するとともに、オウトウ花粉に対するパーティクルボンバードメント条件を検討した。最終年度であるH28年度には、1)アグロインフィルトレーション法による、ベンサミアーナタバコ葉におけるhpPav6のSFB-S6遺伝子発現抑制効果の検証、2) pTRlb-hpPav6ボンバードメント佐藤錦花粉の自己花柱内における花粉管伸長の観察、3)同ボンバードメント花粉を用いた佐藤錦の結実試験、を行った。1)において、SFB-S6遺伝子の発現レベルはhpPav6のco-infiltrationによって半減することが確認された。2)については、観察した100本の雌ずいのうち2本において花柱基部付近に到達した花粉管が認められた。しかしながら3)において、約500花に対して受粉を行ったものの、結実に至ったものは認められなかった。以上のように、本研究では自家不和合性機構を利用した花粉媒介形質転換系を開発することはできなかったものの、その実現にむけた一定の成果を得ることができた。当初の予定通り,(d)形質転換花粉を用いた自殖試験を行うとともに,前年に実施できなかった(c)SFB発現抑制花粉の自家和合化調査に取り組む.果樹園芸予算執行は概ね順調であり,発生した残額は微小にとどまっている.残額は微小であるため、予算使用計画の調整に用いる.
西陣・桐生・福井における近代技術定着過程と制度革新－比較産地発展史構築を目指して

本研究は、日本経済史の分野における「比較産地発展史」の構築を目指し、西陣・桐生・福井における産地の発展を個々に詳細に分析すると同時に、新技術の導入と制度革新という観点から産地の共通点や相違点を明らかにした。さらに本研究は、産業集積研究が活発な開発経済学の分野と日本経済史研究との融合も試みた。その結果、東西の歴史的産地ならびに現代の途上国の産業集積において、共通した制度や仕組みが重要であったことが示された。具体的には、マーシャルの言う集積の外部経済を超えて、新技術の導入を支えた同業者組織の機能や地方政府のサポートという制度が、産地・産業集積の発展に普遍的に重要であったことが明らかにされた。平成25年度は、福井の産地分析にかかわるデータベースの作成、文献サーベイ、ならびにこれまでの桐生・福井にかかわる研究の発表を中心に作業を行った。26年度においては、前年度初めの計画通り、(1)桐生織物産地における技術導入、(2)福井産地の構造変化、(3)西陣産地の長期的・歴史的な動向、そして三産地のマクロ的な位置づけに関して数量的データならびに記述資料に基づいて資料収集を進めた。(1)については、これまで明らかにした桐生の新技術導入を福井や西陣と比較・再検討した。(2)については、1880年代に勃興した新興の福井産地が、1920年ごろまでに3つの成長局面があったことを明らかにした。また、本研究が着目する二産地と異なり、福井の場合は地理的な広がりが大きい点を考慮し、産地内を地域別(郡市別)に分けて分析を進めた。そこで1羽二重生産を最初に開始した福井市、2追随した近隣地域、31900年代後半から急速に成長した地域に分けた。力織機化初期には、力織機導入が成長に決定的な意味を持ったが、力織機が広範に導入された1910年代中ごろ以降には、日本製羽二重そのものの需要が小さくなったことや、より付加価値の高い変わり織物の生産開始もあって、力織機導入の効果が小さくなってしまうことが分かった。生産面だけでなく、日本の羽二重の欧米市場における位置づけに関し、American Silk Journalの記述を整理・検討することによって、とりわけアメリカにおける需要の変化を明らかにし、英文雑誌に投稿した。(3)については、西陣研究における古典的・基本的な文献のサーベイを行うと同時に、『京都府統計書』や組合史の数量的データの整理を進めた。新興諸産地の発展に押されて衰退の局面にあった幕末の西陣は、明治維新後に積極的に西洋技術の導入に取り組んだが、それは高級織物の生産に生かされただけでなく、製品の大衆化(絹綿交織の生産)や産地内の分化をも伴った。大衆化の波については、戦前だけでなく第二次大戦後の動向も視野に入れ分析する必要が明らかとなった。日本経済史・経済発展論申請前から入念な調査を重ねてきたことにより、データベースの作成については、桐生・福井に関しては十分に進み、研究の経過報告として位置づけられる研究論文を掲載することができた。福井のデータベースを利用した研究については、研究代表者が組織したワークショップ(六甲フォーラム「経済史・経済発展論における産業発展・産業集積研究の方法と課題:研究者としての国際競争力構築のために」、神戸大学大学院経済学研究科、平成25年10月18日)で、途中経過を報告し、年度後半の作業へ多くの示唆を得た。西陣については、今年度は文献調査が中心となり、データベースの作成は平成26年度からとなった。12で述べるように、国内外での学会・研究会報告ならびにさらなる資料調査については、今年度の課題としたい。25年度後期に家庭の事情により作業に支障が生じたため(実父の介護・平成26年3月6日死去)、26年度の海外学会報告の申し込みや海外資料調査の準備が遅れ、旅費や論文校閲費の支出が減少した。今後(特に26年度)は1西陣の発展に関する分析、並びに2福井産地の地理的拡大と制度的変化、31・2の分析の桐生との比較を中心に作業を進める。さらに27年度に京都で行われる国際経済史会議にセッションを組織して参加するための準備を続行する。27年度には、国内外で積極的に学会報告行うため、旅費や英文校閲費で支出する。また、『紡織要覧』の大量データ整理補助のため、アルバイトを雇用する。昨年度は、病気の家族の介護のために国内資料調査(出張をともなうもの)ならびに海外での学会・研究会報告や資料調査を断念せざるを得ず(実父、国立病院機構仙台医療センターに平成25年9月入院。11月より再入院。平成26年3月6日死去)、論文の執筆やデータベース作成作業が中心となった。それにより、特に旅費・物品を中心として次年度使用額が生じた。

今年度は、国内外での学会報告・研究会報告ならびに資料調査を積極的に行う予定であるため、旅費として使用する計画である。また、次年度の国際経済史学会でのセッションのための準備として、内外の研究者と具体的に議論する必要があるため、出張が必要である。さらに、英語での学会報告や論文作成にあたっての英文校閲に支出する予定である。
低電圧・大電流・高周波スロットレス超高速モータの開発

本研究では,車載用過給機の電動化あるいはハイブリッド化を実現するための超高速モータの開発を行った。車載用であるため,低電圧・大電流・高周波をキーワードとする極めて特殊な設計が必要となる上,高パワー密度・高効率を両立しなければならない。有限要素法による電磁界解析に基づき,12 V直流電源で定格出力1.5 kW,最大出力3 kW,最高回転数150,000 r/minのプロトタイプを開発した。このモデルは2ターン巻線スロットレス構造を導入することにより,22.2 W/cm3(定格出力時)という世界最高レベルのパワー密度と同時に98.1 %の電気的効率を実現することができた。<最終年度>平成24年度は,1.スロットレス超高速モータ(6号機)の実機試作,2.駆動用電力変換器の試作,3.プロトタイプによる実機検証に取り組んだ。これらの研究活動を通じて,次の結論を得た。1.150,000 r/min,3 kWピークパワーのスロットレス超高速モータの実機を試作した。軸受周辺の嵌め合い公差が図面の指定通りとなっていなかったため,分解して問題点の洗い出しを行った。これに伴い,再度,詳細な電気設計の見直しを入念に行い,設計変更を実施した。この新しい設計内容については平成25年電気学会産業応用部門大会にて発表する。2.駆動用電力変換器として擬似電流形インバータを試作した。モータの設計変更に伴い電流定格などを見直して改造も施し,超高速モータを正常に駆動できることを確認した。平成23年度は,(1) 150,000 r/min,3 kW超高速モータジェネレータの机上設計,(2)特殊な低ターン数,大断面積スロットレス巻線構造の検討,(3)電磁界解析シミュレーションによる各部寸法の最適化,(4)部材の加工図面作成,手配,(5)予備実験に取り組んだ。(1) 12 Vの直流を電源としてもつ擬似電流形インバータによって駆動される150,000 r/min,3 kW超高速モータジェネレータを想定し,その大まかな電気設計を行った。その結果,直径約50 mm,積厚約30 mmの体格で3 kWのピークパワーを出力できる見込みを得た。(2)本研究課題でパワー密度を飛躍的に向上させるための鍵を握るスロットレス構造について検討し,2ターンの銅バーによるスロットレス巻線を開発した。(3)以上の検討を基に有限要素モデルを構築し,電磁界解析を行って固定子および回転子の詳細形状について検討した。その結果,固定子外直径53 mm,積厚30 mmの体格で,150,000 r/min,3 kW出力時の効率が97.3 %(機械損は除く)を達成できることを明らかにした。(4) 40枚に及ぶ超高速モータの部品図,組立図,治具工作図を作成し,部材加工手配した。加工精度は最も高い部位で0.2ミクロンである。(5)平成24年度に予定していた超高速モータの組立てを前倒しして平成23年度の終盤に行ったが,一部嵌め合い交差が図面指定通りとなっていなかったため,完成したモータは超高速回転の実験には使用できないことが判明した。このため,平成24年度に再度部材の手配からやり直して,組立て完成させる。平成23年度の研究計画には,(1) 150,000 r/min,3 kW超高速モータジェネレータの机上設計,(2)特殊な低ターン数,大断面積スロットレス巻線構造の検討,(3)電磁界解析シミュレーションによる各部寸法の最適化,(4)部材の加工図面作成,手配,(5)予備実験が掲げられており,全項目にわたりほぼ予定通りに進捗したため。平成24年度は当初予定通り,(1)超高速モータジェネレータの組み立て(平成23年度の組立て失敗事例を基により注意深く部材手配および組立てを行う。),(2)電力変換器の試作と試験,(3)プロトタイプによる実機検証,(4)研究まとめを行う。設備備品費:増設用絶縁モジュール,100MS/s,12bit,1kV,2ch(2台)660千円消耗品費:電力変換器プロト試作部品(主に電子部品) 140千円旅費:国内100千円,外国200千円謝金:0千円その他:0千円
半導体量子構造による電子波束のダイナミクス

本研究では、半導体量子ドット・量子ホール効果・スピントロニクスの輸送現象を発展し、半導体量子構造による電子波束のダイナミクスに関する研究を推進した。電子やスピン、それらの集団励起であるプラズモン・マグノンに関する電子波束のダイナミクスに関する実験研究と理論研究により、干渉効果・電子相関・非平衡状態・非線形現象などの特徴的な物理現象を明らかにするとともに、高速波束エレクトロニクスや量子情報技術への指針を示した。本研究は、半導体量子ドット・量子ホール効果・スピントロニクスの研究と量子光学の知識を融合し、「半導体量子構造による電子波束のダイナミクス」の研究を推進するものである。半導体量子構造における単一電子波束の干渉性やスピン依存現象を探求し、多体電子状態の物性測定に応用するとともに、電子波束を用いた新たな応用技術への可能性を追求する計画である。初年度となる今年度は下記の成果を得た。素子作製に関しては、整数・分数量子ホール効果領域の測定に適した素子構造の検討と作製を行い、特に、非アーベリアン統計粒子が期待されるランダウ占有率5/2の分数量子ホール素子の作製に成功した。極低温での電子ダイナミクス測定に関しては、量子ホール素子のエッジマグネトプラズモン(EMP)検出方法を研究し、量子ポイント接合を用いた時間分解測定方法、電磁波との干渉を利用したホモダイン測定方法などを開発した。それらを用いて、遮蔽効果によるプラズモンの速度変調に成功した。また、表面ゲート金属の有無によって伝搬特性が大きく異なる様子を明らかにした。さらに、EMPの可変共振器構造の基本特性を評価した。実験を先取りする理論研究として、量子スピンホール系でのエッジチャネルについて、スピン偏極したチャネルの干渉効果について研究を進め、干渉計に磁束を入れることによって伝導度が変調される様子を理論的に予測した。またエッジチャネルの侵入長や輸送現象の振る舞いを理論的に明らかにした。今後は、エッジチャネル間の相互作用、スピン依存伝導、新規材料への挑戦、EMPの干渉素子、超高周波素子、単一電子波束、スピン流の干渉などに注目して研究を進めてゆく計画である。単一電子波束やプラズモンの干渉性、スピン依存現象を探求し、多体電子状態の物性測定に応用するとともに、電子波束を用いた新たな応用技術への可能性を追求する。GaAsやグラフェンでの実験研究や、トポロジカル絶縁体での理論研究を中心に研究を進め、下記の成果を得た。[1]量子ホールエッジチャネルが近接した系により、人工的な朝永ラッティンジャー流体を形成し、熱平衡状態に達しない特異な非平衡電子分布を観測した。特に、対向するエッジチャネル間で熱輸送はあるが、同じ電子温度に達しない様子を観測し、朝永ラッティンジャー流体の可積分性を示している可能性を示唆した。[2]二重量子ドットにおいて観測されるスピン閉塞において、交換相互作用に起因してスピン一重項が閉塞される条件を見出した。この条件は2つの量子ドットの核スピン環境が等しくなった場合で、電子スピンの環境を制御する技術に発展できると考えている。[3]表面弾性波共振器中の二重量子ドットの輸送特性から、フォノン支援トンネルを観測し、共振器中で増強されたフォノン場を確認した。フォノンを用いた共振器量子電気力学への発展性が期待できる。[4]量子ホール系と同等のトポロジカルな状態をスピン波について実現する、トポロジカルマグノニック結晶の実現方法を理論的に提案した。特に円板状磁石の周期構造での理論計算を行い、双極子相互作用によるトポロジカルな状態の起源を解明した。[5]トポロジカル絶縁体同士の界面について、ループ状にギャップが閉じるような特異な界面状態が実現する場合があることを示し、その条件を明らかにした。半導体量子構造における単一電子波束の干渉性やスピン依存現象を探求し、多体電子状態の物性測定に応用するとともに、電子波束を用いた新たな応用技術への可能性を追求する。今年度は、GaAs系量子ホール領域でのエッジマグネトプラズモン(EMP)伝導に加え、グラフェンのEMP伝導に着手し、表面弾性波共振器構造によるフォノン散乱制御の研究を進めるとともに、トポロジカル絶縁体を中心とした端・表面状態に関するスピン流の理論研究を進めた。GaAs系EMP伝導に関して、[1]素子の電気化学容量に注目し、強磁場中の遅いEMP伝搬を反映した分布定数解析の重要性を示し、[2]表面金属による遮蔽効果によってEMPの速度・減衰が大きく変化する機構を明らかにした。また、[3]EMP共振器構造を試作し、明瞭な結合共振器特性の実証に成功した。さらに、[4]非アーベリアン準粒子の干渉実験に向け、v=5/2分数量子ホール状態を示すGaAs/AlGaAs

ヘテロ構造素子を作製し、ホールバー型試料で良好な特性を得た。[5]SiC上に成長されたグラフェンによる大面積素子でのEMPの観測に成功し、グラフェン端状態の解析への発展性が見込まれる。また、[6]周期的金属構造により表面弾性波フォノンに対するブラッグ反射・共振器特性を明らかにし、電子格子相互作用との関連が期待される。[7]トポロジカル絶縁体のエソジ・表面状態について(i)バルクへの侵入長の振る舞い、(ii)電場によるスピン分極誘起、(iii)熱電輸送現象、(iv)マヨラナフェルミオンによるスピンの応答について理論的計算を行った。また、[8]強磁性絶縁体中のマグノンのエッジスピン流の計算を行った。本研究は、半導体量子ドット・量子ホール効果・スピントロニクスの研究と量子光学の知識を融合し、「半導体量子構造による電子波束のダイナミクス」の研究を推進するものである。単一電子波束の干渉性やスピン依存現象を探求し、多体電子状態の物性測定に応用するとともに、電子波束を用いた新たな応用技術への可能性を追求する。GaAsやグラフェンでの実験研究や、トポロジカル絶縁体での理論研究を中心に研究を進め、下記の成果を得た。エッジマグネトプラズモン(EMP)伝導に関して、[1]プラズモン群速度の測定により、チャネル内相互作用・ゲート金属の影響・エッジチャンネルの構造などによる著しい速度変調効果を明らかにし、[2]アドミタンス測定によりチャネル間の相互作用を分布容量として定量化することに成功した。さらに、[3]複数の並走するエッジチャネルに対し選択的にEMPを励起する手法や、[4]量子ドットを用いた時間分解のエネルギー分光技術を開拓した。また、[5]グラフェン端のプラズモン伝搬速度をゲート金属の有無やキャリア密度・磁場によって2桁以上に渡り変調できることを明らかにした。また、[6]金属くし形電極によるフォノン共振器を作製・評価し、フォノンによる共振器量子電磁気学への可能性を示唆した。[7]高移動度2次元電子の分数量子ホール特性から電子温度を評価するとともに、3端子三重量子ドット試料測定を通して無冷媒希釈冷凍機測定系を最適化した。理論研究では、[8]トポロジカル絶縁体の表面に円偏光を照射したときに静的に磁化が現れる「逆ファラデー効果」を計算し、フェルミエネルギーや光の周波数に比例することを明らかにした。また、[9]2種の強磁性絶縁体を周期的に組み合わせたマグノニック結晶は、量子ホール系と同様のトポロジカルな相となりトポロジカルなカイラルエッジ状態が現れることを理論的に明らかにした。本研究は、半導体量子ドット・量子ホール・スピントロニクスの研究と量子光学の知識を融合し、「半導体量子構造による電子波束のダイナミクス」の研究を推進するものである。単一電子波束やプラズモンの干渉性、スピン依存現象を探求し、多体電子状態の物性測定に応用するとともに、電子波束を用いた新たな応用技術への可能性を迫求する。