hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成体脳海馬神経新生における酸感受性イオンチャネルASIC1aの役割

成体脳における神経新生は、脳虚血時に活性化するが、その分子機序は明らかになっていない。ASIC1aは、水素イオンによって活性化される陽イオンチャネルである。我々は、形態学的解析と生理学的解析により、海馬の新生ニューロンに発現するASIC1aが樹状突起とスパインの形成、さらに既存の神経回路との間のシナプス形成に重要であることを見出した。この結果は、ASIC1aが脳虚血に伴う水素イオン濃度の上昇を感知し、神経新生の制御に深く関わっている可能性を示唆している。海馬神経新生におけるASIC1aの役割が明らかになれば、内在性幹細胞の賦活化による非侵襲的神経再生法の開発につながると期待される。ASIC1aが成体脳海馬新生ニューロンの樹状突起の発達に及ぼす影響を解析するため、ASIC1a遺伝子を標的とした2種類の異なるshRNAとEGFPを共発現するレトロウイルスベクターを構築した。それらを用いたレトロウイルス選択的遺伝子導入にてマウス海馬新生ニューロンのASIC1aをノックダウンし、脳切片を作成、共焦点レーザー顕微鏡でEGFP陽性(=ASIC1aノックダウン)新生ニューロンのZスタック画像を取得した。3D画像解析ソフトにて樹状突起の形態を調べたところ、コントロールに比べ、2種類のASIC1a-shRNAでASIC1aをノックダウンした新生ニューロン(誕生28日目)ではそれぞれ総樹状突起長が短くなっていた。また、レーザー共焦点画像3D再構築によりスパインの形態を調べたところ、mushroomタイプのスパインの最大径が小さくなっていた。スパインの密度には有意差は認められなかった。現在、透過型電子顕微鏡を用いたスパインの微細構造の変化について検討中である。当研究室が所有するASIC1aノックアウトマウスでもEGFPを発現するレトロウイルスで海馬新生ニューロンをラベルし、同様の手法(レーザー共焦点画像3D再構築)で形態解析した結果、誕生28日目の海馬新生ニューロンでは総樹状突起長が短く、スパインの大きさが小さい傾向が認められた。以上より、ASIC1aが樹状突起の発達とスパイン形成に重要な働きを持つことが確認できた。ASIC1aが成体脳海馬新生ニューロンの樹状突起の発達に及ぼす影響を解析するため、ASIC1a遺伝子を標的としたshRNAとEGFPを共発現するレトロウイルスベクターを用いた遺伝子導入にてマウス海馬新生ニューロンのASIC1aをin vivoでノックダウンし、脳切片を作製、共焦点レーザー顕微鏡でEGFP陽性(=ASIC1aノックダウン)新生ニューロンのZスタック画像を取得した。3D画像解析ソフトにて樹状突起とスパインの形態を調べたところ、ASIC1aをノックダウンした新生ニューロン(誕生28日目)では総樹状突起長が短くなり、mushroomタイプのスパインの最大径が小さくなっていた。当研究室が所有するASIC1aノックアウトマウスでもEGFPを発現するレトロウイルスで海馬新生ニューロンをラベルし、同様の手法で形態解析した結果、総樹状突起長が短く、スパインの大きさが小さい傾向が認められた。上記実験と平行し、既存の神経回路への組み込みにASIC1aが作用するか否かを調べるため、嗅内皮質由来の貫通性線維と海馬新生ニューロンとのシナプス結合とシナプス成熟度を電気生理学的手法にて解析中である。具体的には、上述のレトロウイルス(shASIC1a+EGFP)をマウスに注入し28日後に海馬急性スライス標本を作製、EGFP陽性(=ASIC1aノックダウン)新生ニューロンにパッチクランプを施行し、嗅内野からの貫通線維を刺激して、グルタミン酸作動性の誘発性興奮性シナプス後電流(eEPSC)を測定した。貫通線維の刺激で興奮する新生ニューロンの割合と惹起される電流の大きさをコントロールと比較したところ、記録した新生ニューロンにeEPSCが観察される確率は低くなり、EPSCの大きさも小さくなった。現在、AISC1aノックアウトマウスでも同様の傾向が観察されるか、検討中である。成体脳における神経新生は、脳虚血時に活性化することが知られている。その機序を解明することは、神経新生を制御する方法の開発につながることから、極めて重要である。ASIC1aは、中枢神経系の神経細胞に発現し、水素イオンによって活性化される陽イオンチャネルである。我々は、形態学的解析により、ASIC1aが海馬の新生ニューロンに発現し、新生ニューロンにおけるASIC1aの発現を抑制すると、樹状突起とスパインの形成が抑制されることを見出した。最終年度には、既存の神経回路への組み込みにASIC1aが作用するか否かを調べるため、嗅内皮質由来の貫通線維と海馬新生ニューロンとのシナプス結合とシナプス成熟度を電気生理学的手法にて解析した。その結果、ASIC1aをノックダウンした新生ニューロンでは貫通線維とのシナプス形成が遅れ、刺激で惹起されるグルタミン酸作動性の誘発性興奮性シナプス後電流(eEPSC)の大きさもコントロールと比べ小さかった。このことより、既存の神経回路と新生ニューロンのシナプス形成にも重要であることを明らかになった。この結果は、ASIC1aが、脳虚血に伴う水素イオン濃度の上昇を感知し、神経新生の制御に深く関わっている可能性を示唆している。今後は、ASIC1aノックダウンが新生ニューロンと投射先のCA3の間のシナプス形成や記憶・学習に与える影響について検討していく予定である。

成体脳における神経新生は、脳虚血時に活性化するが、その分子機序は明らかになっていない。ASIC1aは、水素イオンによって活性化される陽イオンチャネルである。我々は、形態学的解析と生理学的解析により、海馬の新生ニューロンに発現するASIC1aが樹状突起とスパインの形成、さらに既存の神経回路との間のシナプス形成に重要であることを見出した。この結果は、ASIC1aが脳虚血に伴う水素イオン濃度の上昇を感知し、神経新生の制御に深く関わっている可能性を示唆している。海馬神経新生におけるASIC1aの役割が明らかになれば、内在性幹細胞の賦活化による非侵襲的神経再生法の開発につながると期待される。形態学的解析により、shRNAによるASIC1aのノックダウンで得られた海馬新生ニューロンの樹状突起とスパインの発達抑制がASIC1aノックアウトマウスでも確認でき、ASIC1aが新生ニューロンの樹状突起の発達とスパイン形成に重要な働きを持つことが示唆された。電気生理学的解析でもshRNAによるASIC1aのノックダウンでシナプスの成熟が抑制されることが示され、形態学的解析で確認された結果と矛盾しないことがわかった。しかし、電気生理学的解析の実験系の確立に予定より時間がかかったため、実験計画がずれ込み、本年度終了予定であった、ASIC1aノックアウトマウスを用いた電気生理学的解析は現在検討中である。神経科学ASIC1aノックアウトマウスでの電気学的解析を終了させ、論文として報告する。さらに、脳虚血による脳損傷後の機能回復にASIC1aが関与・貢献するかどうか、脳虚血モデルマウスを用いた行動解析により個体レベルで調べていく。ASIC1aが樹状突起の発達とスパイン形成に重要な働きを持つことが確認できた。今後、ASIC1aを発現抑制した新生ニューロンが既存の神経回路に正常に組み込まれるか否かを検討することは、神経新生の賦活化による神経再生法の開発という観点からも非常に重要である。本年度中に終了予定であったASIC1aノックアウトマウスを用いた電気生理学的解析が終了していないため、使用予定であった74万円が使用できていない。新生ニューロンの既存の神経回路への組み込みにASIC1aが作用するか否かを調べるため、今後、嗅内皮質由来の貫通性線維と海馬新生ニューロンとのシナプス結合とシナプス成熟度を電気生理学的手法にて解析していく。翌年度分として請求した助成金74万円は、上述のASIC1aノックアウトマウスを用いた電気生理学的解析に必要な、ノックアウトマウスの飼育費と電気生理学的解析に使用する消耗品費(ガラス電極や試薬等)に充てる予定である。
動的再構成が可能なストリーム処理ハードウェアに関する研究

近年,データストリームに対するリアルタイム処理の重要性が高まってきている.特にストリーム処理に特化したデータストリーム管理システム(Data Stream Management System,DSMS)は,理論的に無限のデータストリームに対してSQLライクな継続的クエリを実行することでリアルタイム処理を実現する.このような背景の中で,増加し続けるデータ量に対してリアルタイムなレスポンスを提供する手段としてFPGA(field-programmable gate array)に代表されるプログラマブル・デバイスをクエリ処理専用のアクセラレータとして活用する取り組みが注目されている.本研究では,データストリーム処理におけるウィンドウ集約クエリの高速化を目的として,FPGAを用いたクエリ・アクセラレータの設計・評価を行った.本研究では,3つの異なる研究課題についてそれぞれの解決方法を示した.1つ目の研究課題として,従来研究のデータストリーム処理専用ハードウェアでは入力データ(タプル)の順序の乱れへの対応が考慮されていなかった問題が挙げられる.そこで本研究では,順序の乱れた入力タプルを許容する効率的なハードウェア実装方法を提案した.2つ目の研究課題は,オーバラップするスライディング・ウィンドウの増加に対して性能及び面積の観点からスケールしない問題を解決することである.本研究では,オーバラップするスライディング・ウィンドウをペイン(pane)と呼ばれるサブ・ウィンドウに分割することで,性能と面積の両観点において優れたスケーラビリティを実現した.3つ目の研究課題は,クエリ処理内容の変更に伴うオーバーヘッドによりクエリの実行時(ランタイム時)のコンフィギュレーションが困難な点である.本研究では,この問題を解決する動的再構成可能なクエリ・アクセラレータ「Configurable Query Processing Hardware (CQPH)」のアーキテクチャを提案した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年,ネットワーク経由で到着するストリームデータに対するリアルタイム処理の重要性が高まっている.これらのデータストリーム処理においては,高速化するネットワークから連続的に入力されるデータを取りこぼすことなく低遅延・高スループットでクエリ処理することが求められる.本研究では,ストリームデータに対する解析処理の高速化を目的として,SQLベースの問い合わせ処理(継続的クエリ)をワイヤ・スピードで実現する高性能と低消費電力を兼ね備えたプログラマブルプロセッサを設計・開発する.具体的には,近年高集積化しているリコンフィギュラブル・デバイスFPGA(Field-Programmable Gate Array)を用いてプログラマブルプロセッサのプロトタイプを実装し,クエリ・オフロードエンジンとして活用する.また,ユーザから与えられるクエリをハードウェア資源にマッピングするためのクエリ・コンパイラを実装し,高位合成言語を活用した複雑なクエリの専用ハードウェア化支援環境を構築する.今年度は,主にクエリ・オフロードエンジンの設計・実装に焦点を当てて研究を行った.具体的には,ストリームデータ処理におけるウィンドウ集約クエリを実行するための専用ハードウェアを提案し,FPGAに実装した.さらに,一度登録された継続的クエリの変更要求などに柔軟に対応する動的再構成の仕組みを提案した.FPGA評価ボードを用いた実機上での評価実験において,提案方式はソフトウェアに比べて格段に高性能であることを示した.今年度の研究成果として,上記の内容をまとめた論文をIEEEの論文誌(IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering)に投稿した.また,研究成果の知財化にも積極的に取り組んでおり,上記論文の核となるアイディアをまとめて特許を出願中である.近年,データストリームに対するリアルタイム処理の重要性が高まってきている.特にストリーム処理に特化したデータストリーム管理システム(Data Stream Management System,DSMS)は,理論的に無限のデータストリームに対してSQLライクな継続的クエリを実行することでリアルタイム処理を実現する.このような背景の中で,増加し続けるデータ量に対してリアルタイムなレスポンスを提供する手段としてFPGA(field-programmable gate array)に代表されるプログラマブル・デバイスをクエリ処理専用のアクセラレータとして活用する取り組みが注目されている.本研究では,データストリーム処理におけるウィンドウ集約クエリの高速化を目的として,FPGAを用いたクエリ・アクセラレータの設計・評価を行った.本研究では,3つの異なる研究課題についてそれぞれの解決方法を示した.1つ目の研究課題として,従来研究のデータストリーム処理専用ハードウェアでは入力データ(タプル)の順序の乱れへの対応が考慮されていなかった問題が挙げられる.そこで本研究では,順序の乱れた入力タプルを許容する効率的なハードウェア実装方法を提案した.2つ目の研究課題は,オーバラップするスライディング・ウィンドウの増加に対して性能及び面積の観点からスケールしない問題を解決することである.本研究では,オーバラップするスライディング・ウィンドウをペイン(pane)と呼ばれるサブ・ウィンドウに分割することで,性能と面積の両観点において優れたスケーラビリティを実現した.3つ目の研究課題は,クエリ処理内容の変更に伴うオーバーヘッドによりクエリの実行時(ランタイム時)のコンフィギュレーションが困難な点である.本研究では,この問題を解決する動的再構成可能なクエリ・アクセラレータ「Configurable Query Processing Hardware (CQPH)」のアーキテクチャを提案した.申請書の研究目的に記載した下記(1),(2)及び(3)については,概ね順調に進んでいる.特に(3)に関しては当初の計画以上の成果が得られており,特定のワークロードに対して100倍以上の処理性能を実現した.(1) 10Gbpsレベルの高性能ネットワークに対して,ワイヤスピードでクエリ処理を実現するクエリ・オフロードエンジンを設計・実装する.(2)ハードウェア設計の専門知識を必要とせずに,SQLライクなクエリ言語で記述された処理内容を入力として利用できるハードウェア/ソフトウェア環境を開発する.(3)上記(1)及び(2)を用いて,汎用プロセッサと比較して1020倍のスループットを実現する.27年度が最終年度であるため、記入しない。

上記【現在までの達成度】に記載の通り,ここまでの研究成果については概ね計画通り順調に進んでいる.特に26年度に実施したデータストリーム処理におけるスライディングウィンドウ・ベースの集約演算(sliding-window aggregation)に対する良好な研究成果から,他の主要演算に対する本研究手法の有効性の見通しを立てることができた.27年度は,主にこれらに関して研究を進める予定である.具体的には,スライディングウィンドウ・ベースの結合演算(sliding-window join)について,同様なアプローチにより高スループット&低レイテンシなクエリ・オフロードエンジンの設計・実装に取り組んでいく.27年度が最終年度であるため、記入しない。
社会問題のソリューションの生成・展開と問題解決コミュニティのマネジメント

本研究は深刻な社会問題の典型であった結核克服の歴史的事例などの分析を通じて、社会問題を解決するプレイヤーからなる問題解決コミュニティの発展・変容のプロセスと、そのコミュニティが生み出す社会問題解決のソリューションの有効性との関係について論じる。本研究の基本的な研究関心は、「社会問題は社会の中で、とりわけ問題解決コミュニティの中で、いかに解決されるのか」というものである。研究実施一年目は、問題解決コミュニティおよびそれに関連するコミュニティについての文献レビューを行った。また同時並行で、事例研究を行う問題解決コミュニティの探索も行った。社会問題の解決に関わるコミュニティについての文献を探索し、読み込んでいる段階である。これらについてはまだ、目立ったアウトプットは出ていない。本年度の研究実績は以下の通りである。論文:清野友紀・稲葉祐之,2019.「エシカル商品のマーケティング:商品開発とエシカル商品固有のデメリット解消の戦略」『社会科学ジャーナル』(国際基督教大学社会科学研究所),No.86,pp. 25-53.学会発表:山田友理・稲葉祐之,2019.「近代的企業家輩出プロセスと類型:幕末・明治期企業家46人のキャリアパス分析」,『第8回アントレプレナーシップコンファレンス』(首都大学東京秋葉原サテライトキャンパス:日本ベンチャー学会、日本中小企業学会、企業家研究フォーラム、ファミリービジネス学会共催),2019年2月11日.問題解決コミュニティに関して直接扱った文献はまだあまり蓄積がないため、広範なコミュニティ研究のなかで関連のある研究について探索している。そのため、文献探索とレビューに時間がかかっており、研究の進捗状況は予定よりも少し遅れている。今後も、問題解決コミュニティを分析する際の基礎概念と分析枠組みを、文献レビューを通じて確立する。また研究テーマについての分析事例の探索を今後進めてゆく。本務校の用務が重なったため、参加予定だった複数の学会への参加を見送ることになり、次年度使用額が生じた。
極超短パルスレーザー誘起電子・核波束動力学理論の開発とその化学反応への応用

本年度はこれまでに開発した理論を多自由度の振動自由度を持つ系や水素原子のダイナミクスへ適用し、下記のような近赤外強レーザー場中での分子ダイナミクスに関する新たな知見を得た。・多自由度の振動自由度を持つ系への拡張時間依存断熱電子状態上で古典トラジェクトリ計算を実行することで、多自由度の振動自由度を持つ系のダイナミクス計算が可能となった。本手法を用いてエタノール1価カチオン分子や1-プロパノール1価カチオン分子においてOH基の分子内回転がレーザー電場によって抑制されることを明らかにした。・C_<60>フラーレン分子への適用C_<60>分子の12価カチオンにおいて振動核波束動力学計算を実行し、1800nmの波長を持つレーザー光照射時に分子振動の運動エネルギーとして10eV超の運動エネルギーを分子が獲得してもなお、分子が壊れずに存在することを明らかにした。・強レーザー場中における水素原子のダイナミクス強レーザー場中での水多価カチオン分子の超高速ダイナミクスを解析し、20fs程度の超短パルスを水分子に照射したときの反応機構を明らかにした。時間依存断熱状態法が水分子内の水素原子のように高速で運動する場合においても適用可能であることを確認できた。・強レーザー場中における解離反応の解離収率を予測するための定性的な理論1-プロパノール分子がエタノール分子と同様にC-0結合伸張時に強レーザー場誘起非断熱遷移を起こす結合長がC-C結合のそれよりも長いこと、その結果として解離収率をあげるにはより長いパルス長を必要となることを明らかにした。強レーザー場誘起非断断熱遷移を起こす結合長の違いは原子の持つ電気陰性度の違いに由来する。この結果は分子の骨格を形成する原子の電気陰性度から解離収率のパルス長依存性を予測できる定性的な理論が構築可能であることを示唆している。強レーザー場中の分子の核波束ダイナミクスのシミュレーションと解離反応機構の提案時間依存断熱電子状態という強レーザー場中での電子状態の記述に有効な概念を用いて時間依存シュレーディンガー方程式を解き、強レーザー場中でのエタノール分子の解離反応等を解析した。さらに強レーザー場中での化学反応機構の理解に有効な以下のような概念を提案した。また新規なダイナミクスを発現する条件について検討した。(1)強レーザー場誘起非断熱遷移レーザー電場照射時の断熱電子状態間の交差と非断熱遷移が板倉らによって報告された強レーザー場中のエタノール分子の解離反応の理解に必須であることを明らかにした。この非断熱遷移はレーザー電場の時間変化に対する電子運動の非断熱性に起因し、時間依存断熱状態を用いることで得られるものである。(2)サイクル平均によるパルス長依存性、振動数依存性の解釈エタノール分子のC-C結合とC-O結合の解離分岐比が照射するレーザーのパルス長に依存し、800nm付近の波長数領域ではダイナミクスがレーザーの波長に依存しないこと、サイクル平均という概念を用いることでこれを説明できることを示した。(3)新規ダイナミクスを発現するパルス波形・分子の検討実験で使われたレーザーパルスよりもバンド幅の広いレーザーや、振動数領域を高振動数側にシフトさせたパルスを適用してエタノール分子のダイナミクスを計算した結果、新規なダイナミクスを発現させるにはレーザーの波長が電子的に共鳴な領域に存在することが必須であることを明らかにした。これは共役系のような共鳴振動数が小さい分子であれば800nmの波長領域でチャープの符号に依存する新規なダイナミクスが起きる可能性があり、ひいては化学反応制御にも応用できる可能性がある。強レーザー場中の分子の核波束ダイナミクスを記述する理論の拡張と解離反応制御パルスの提案昨年までは時間依存断熱状態法が強レーザー場中の分子の解離反応の記述に有効であることを示してきた。本年度はこの理論を拡張してイオン化や多自由度の振動モードの取扱を可能にするために次のような研究を行った。(1)強レーザー場中での振動モードのカップリングとダイナミクスへの影響についての考察強レーザー場中での解離反応に及ぼす振動モード間のカップリングの影響について考察した。強レーザー場の存在により、モード間カップリングが増強される場合と逆に消失する場合があり、レーザー場の偏光方向で制御できることをエタノール分子を例にして明らかにした。また、どの場合にモード間カップリングの増強・消失が起きるのかについての知見も得た。これらの知見はさらに長い鎖状の分子のダイナミクスを考察する上でも有効である。(2)多原子分子での増強イオン化機構の解明どの程度の結合長で強レーザー場によるイオン化が増強されるかを簡便に推測する手法を開発し、エタノール分子に適用した。特定の電荷密度分布を持つ電子状態を経由してさらに高い励起状態に遷移しイオン化することが分かった。結合がある特定の長さまで伸びたときに分子内電子移動のレーザー電場に対する非断熱性が顕在化するため、励起状態への分布数移行が起こりイオン化が促進される。また本研究の手法は他の分子への適用が容易である。(3)選択的結合切断を促進するためのパルス波形の検討エタノール分子では強レーザー場誘起比断熱遷移によって結合の解離が促進されるため、特定の結合に対して強レーザー場誘起比断熱遷移を効率的に誘起させることで選択的な結合切断が可能となる。

800nmと400nmの波長のレーザーを重ね合わせたパルスや2つのわずかに異なる波長を持つレーザー電場を重ね合わせた変調パルスが選択的結合切断に有効であることを示した。これらのパルスは通常のガウス型のパルス波形の場合よりも効率よく特定の結合を切断させる。本年度はこれまでに開発した理論を多自由度の振動自由度を持つ系や水素原子のダイナミクスへ適用し、下記のような近赤外強レーザー場中での分子ダイナミクスに関する新たな知見を得た。・多自由度の振動自由度を持つ系への拡張時間依存断熱電子状態上で古典トラジェクトリ計算を実行することで、多自由度の振動自由度を持つ系のダイナミクス計算が可能となった。本手法を用いてエタノール1価カチオン分子や1-プロパノール1価カチオン分子においてOH基の分子内回転がレーザー電場によって抑制されることを明らかにした。・C_<60>フラーレン分子への適用C_<60>分子の12価カチオンにおいて振動核波束動力学計算を実行し、1800nmの波長を持つレーザー光照射時に分子振動の運動エネルギーとして10eV超の運動エネルギーを分子が獲得してもなお、分子が壊れずに存在することを明らかにした。・強レーザー場中における水素原子のダイナミクス強レーザー場中での水多価カチオン分子の超高速ダイナミクスを解析し、20fs程度の超短パルスを水分子に照射したときの反応機構を明らかにした。時間依存断熱状態法が水分子内の水素原子のように高速で運動する場合においても適用可能であることを確認できた。・強レーザー場中における解離反応の解離収率を予測するための定性的な理論1-プロパノール分子がエタノール分子と同様にC-0結合伸張時に強レーザー場誘起非断熱遷移を起こす結合長がC-C結合のそれよりも長いこと、その結果として解離収率をあげるにはより長いパルス長を必要となることを明らかにした。強レーザー場誘起非断断熱遷移を起こす結合長の違いは原子の持つ電気陰性度の違いに由来する。この結果は分子の骨格を形成する原子の電気陰性度から解離収率のパルス長依存性を予測できる定性的な理論が構築可能であることを示唆している。
並行処理ソフトウェアのプロトタイプの機能と性能の改善エキスパートシステム

プロトタイピングでは,対象ソフトウェアのプロトタイプの構築・稼動・評価という3フェーズから成るサイクルをできる限り迅速に繰り返して回り,要求や実現方法を確認・修正・詳細化する.効果的なプロトタイピングを進めるためには,各フェーズのツール群の整備が重要である.プロトタイプの評価フェーズのツール群の整備は現段階では不十分である.プロトタイピングの評価では,振舞いを視認するだけで十分であるという議論もある.しかし,複雑な並行処理ソフトウェアの場合には,振舞いの視認だけでは不十分である.評価フェーズに効率的なツール群を整備して,プロトタイプの振舞いや稼動結果を詳細に診断する必要がある.そのような診断を踏まえて,ソフトウェアの開発者はプロトタイプの構築フェーズに戻る.その際にプロトタイプをどのように修正・改善するかは,出力された診断結果を見ても簡単にはわからないことが多い.このため,評価フェーズのツールの機能として,診断機能と共に,改善プランの提示機能が必要である.本研究では,並行処理ソフトウェアの評価フェーズを効果的に進めるために,並行処理ソフトウェアの機能と性能それぞれに重大な影響を与えるボトルネック,タイムアップ,オーバーフロー,アンダフローについて,それらが起きる箇所と要因を診断しその改善プランを適切に提示するエキスパートシステムを検討し試作した.そこでは,プロトタイプの再構築に改善プランを反映させる処理系,並行処理ソフトウェアのプロトタイピングサイクル,エキスパートシステムにナビゲーション機能を付加したマンマシンインタフェース,デッドロックとボトルネックが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策,オーバフローとアンダフローが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策,などを検討した.プロトタイピングでは,対象ソフトウェアのプロトタイプの構築・稼動・評価という3フェーズから成るサイクルをできる限り迅速に繰り返して回り,要求や実現方法を確認・修正・詳細化する.効果的なプロトタイピングを進めるためには,各フェーズのツール群の整備が重要である.プロトタイプの評価フェーズのツール群の整備は現段階では不十分である.プロトタイピングの評価では,振舞いを視認するだけで十分であるという議論もある.しかし,複雑な並行処理ソフトウェアの場合には,振舞いの視認だけでは不十分である.評価フェーズに効率的なツール群を整備して,プロトタイプの振舞いや稼動結果を詳細に診断する必要がある.そのような診断を踏まえて,ソフトウェアの開発者はプロトタイプの構築フェーズに戻る.その際にプロトタイプをどのように修正・改善するかは,出力された診断結果を見ても簡単にはわからないことが多い.このため,評価フェーズのツールの機能として,診断機能と共に,改善プランの提示機能が必要である.本研究では,並行処理ソフトウェアの評価フェーズを効果的に進めるために,並行処理ソフトウェアの機能と性能それぞれに重大な影響を与えるボトルネック,タイムアップ,オーバーフロー,アンダフローについて,それらが起きる箇所と要因を診断しその改善プランを適切に提示するエキスパートシステムを検討し試作した.そこでは,プロトタイプの再構築に改善プランを反映させる処理系,並行処理ソフトウェアのプロトタイピングサイクル,エキスパートシステムにナビゲーション機能を付加したマンマシンインタフェース,デッドロックとボトルネックが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策,オーバフローとアンダフローが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策,などを検討した.並行処理ソフトウェアの評価フェ-ズを効果的に進めるために,並行処理ソフトウェアの機能と性能それぞれに重大な影響を与えるデッドロック,ボトルネック,タイムアップ,オ-バ-フロ-,アンダフロ-について,それらが起きる箇所と要因を改善するエキスパ-トシステムを検討し一部試作した。以下の項目の研究を進めた。1.プロトタイプの評価フェ-ズで行うべき診断項目と改善プランの提示項目の検討:プロトタイプをどのように修正・改善するかの改善プランの提示機能が,評価フェ-ズのツ-ルの機能として診断機能と共に必要であり,この項目を詳細に検討。2.プロトタイプの機能・性能の診断と改善のエキスパ-トシステムの検討:デッドロックやボトルネックを定性的・定量的に改善する手法を増強し,その他の機能上の問題点や,利用持ちのトランザクションがデッドラインを過ぎてしまうタイムアップ,並行処理モジュ-ル間で共有するデ-タストアのオ-バフロ-やアンダフロ-改善するエキスパ-トシステムを検討。3.プロトタイプの再構築に改善プランを反映させる処理系の検討:改善プランをプロトタイプの構築に用いた記述言語で分かりやすく書き直す処理系を検討。並行処理ソフトウェアの評価フェーズを効果的に進めるために,並行処理ソフトウェアの機能と性能それぞれに重大な影響を与えるデッドロック,ボトルネック,タイムアップ,オーバーフロー,アンダフローについて,それらが起きる箇所と要因を改善するエキスパートシステムを検討し一部試作した.以下の項目の研究を進めた.1.プロトタイプの評価フェーズで行うべき診断項目と改善プランの提示項目の検討:プロトタイプをどのように修正・改善するかの改善プランの提示機能が,評価フェーズのツールの機能として診断機能と共に必要であり,この項目を詳細に検討.2.プロトタイプの機能・性能の診断と改善のエキスパートシステムの検討:デッドロックやボトルネックを定性的・定量的に改善する手法を増強し,その他の機能上の問題点や,利用待ちのトランザクションがデッドラインを過ぎてしまうタイムアップ,並行処理モジュール間で共有するデータストアのオーバフローのアンダフロー改善するエキスパートシステムを検討.3.プロトタイプの再構築に改善プランを反映させる処理系の検討:改善プランをプロトタイプの構築に用いた記述言語で分かりやすく書き直す処理系を検討.4.並行処理ソフトウェアのプロトタイピングサイクルの工程を管理し促進させるために,試作したエキスパートシステムにナビゲーション機能を付加して,マンマシンインタフェースを整備する機構を検討.並行処理ソフトウェアの評価フェーズを効果的に進めるために,並行処理ソフトウェアの機能と性能それぞれに重大な影響を与える様々な要因とそれらが起きる箇所を改善するエキスパートシステムを検討し一部試作した.以下の項目の研究を進めた.

プロトタイプの評価フェーズで行うべき診断項目と改善プランの提示項目の検討.プロトタイプの機能と性能の診断と改善のエキスパートシステムの検討.プロトタイプの再構築に改善プランを反映させる処理系の検討.並行処理ソフトウェアのプロトタイピングサイクルを検討.エキスパートシステムにナビゲーション機能を付加して,マンマシンインタフェースを整備.デッドロックとボトルネックが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策を検討.オーバフローとアンダフローが交互に繰り返されることを可能な限り回避する方策を検討.より大規模な並行処理ソフトウェアのプロトタイピングに適用.稼動時での並行システムの性能劣化を調整するリアルタイムチューニングに適用.
Wilson病における遺伝子解析

【背景】Wilson病は原因遺伝子ATP7Bの異常により銅代謝障害が起こり、肝臓を中心とした種々の臓器障害をきたす常染色体劣性遺伝性疾患である。我々はこれまでに同疾患患者においてATP7Bの遺伝子解析を行い、種々の変異を同定し、遺伝子型-臨床型関連等につき検討してきたが、Wilson病の中でも極めて予後不良な劇症肝炎型Wilson病においては世界的にも検討された例はない。【目的】劇症肝炎型Wilson病症例において遺伝子型-臨床型関連等につき検討した。【対象と方法】インフォームドコンセントの上、全国から協力して頂いた劇症肝炎型Wilson病患者4人(3家系)を含む51人(45家系)を対象としてATP7Bを解析した。【結果】1.特定の変異と臨床型の間には明らかな関連は見いだされなかった。2.変異によって生じる蛋白の形から、2つのallelesが共にinsertion,deletion,nonsense mutation,splice site mutationからなるtruncated群(T群)と、少なくとも1つのalleleがmissense mutationからなるmissense群(M群)に分類すると、劇症肝炎型Wilson病症例は全例T群であり、有意差を持って非劇症肝炎型Wilson病症例よりT群である頻度が高かった。【結語】今回の検討では劇症肝炎型Wilson病症例が少なく、今後の更なる検討を要するが、truncated群が劇症肝炎型Wilson病発病の一つの危険因子である可能性があり、同群に属する症例では慎重に臨床経過を追う必要があると考えれた。【背景】Wilson病は銅代謝異常により肝臓を含む種々の臓器障害をもたらす常染色体劣性遺伝性疾患であり、近年その原因遺伝子ATR7Bgeneが同定された。【目的】本邦Wilson病患者におけるATP7Bgeneの遺伝子変異の解析を行うとともに、genotype-phenotype関連につき検討を行う。【対象】49Wilson病患者を含む血縁のない42家系を対象とした。【方法】患者末梢血よりDNAを抽出し、各exonをPCR法により増幅し、SSCP法にてスクリーニングし、direct sequence法にて変異を確定した。また臨床症状、CP値等につき比較検討した。【結果】1)9種の新しい変異を含む21種の変異を同定した。特に2871delC、1708-5T→Gはそれぞれ14.3%、11.3%と比較的高頻度に認められ、2871delCは東日本に、1708-5T→Gは西日本で多く認められた。2)2871delC、1708-5T→G、Arg778Leuのhomozygoteでgenotype-phenotypeは同一家系内では類似しているものの、異なる家系でな全く異なる臨床型を示した。3)heterozygoteにおいても28.6%がCP血症を、35.0%が低銅血症を示した。【考察】1)邦人Wilson病患者の遺伝子解析にあたっては、短時間で解析可能でかつ高頻度に認められる2871delC、1708-5T→G、Arg778Leuをまず検討するべきであると考えられた。2)現時点ではgenotype-phenotypeが関連する変異は認められなかった。3)heterozygoteでも高頻度にCP値等が異常値を示したことは、家族調査を行う上で留意すべきと考えられた。【対象と方法】

インフォームドコンセントの上、全国から協力して頂いた劇症肝炎型Wilson病患者4人(3家系)を含む51人(45家系)を対象としてATP7Bを解析した。【結果】1.特定の変異と臨床型の間には明らかな関連は見いだされなかった。2.変異によって生じる蛋白の形から、2つのallelesが共にinsertion,deletion,nonsense mutation,splice site mutationからなるtruncated群(T群)と、少なくとも1つのalleleがmissense mutationからなるmissense群(M群)に分類すると、劇症肝炎型Wilson病症例は全例T群であり、有意差を持って非劇症肝炎型Wilson病症例よりT群である頻度が高かった。【結語】今回の検討では劇症肝炎型Wilson病症例が少なく、今後の更なる検討を要するが、truncated群が劇症肝炎型Wilson病発病の一つの危険因子である可能性があり、同群に属する症例では慎重に臨床経過を追う必要があると考えれた。
中国における環境政策「生態移民」の実態調査と評価方法の確立

1)『中国の環境政策「生態移民」』は、中国の近年の環境政策である「生態移民」に関して、世界で最初の実態調査報告書である。本研究では、これを中国語に翻訳し、平成17年10月に中国北京で実施した日中国際シンポジウム『生態移民と環境影響評価』で資料として配布し、政策転換の議論を促した。その後、本中国語訳テキストは内蒙古大学出版会から書籍として刊行され、中国の大学における環境問題を考察するうえでの教科書として指定された。また、本書はこの問題を環境・経済・文化の側面に分析的に考察する点が優れているため、英語でも刊行されることとなった。2)同上シンポジウムでは、日中両国の研究者が諸事例を持ち寄り、生態移民政策の矛盾を列挙することによって、本政策に対する見直しの契機となった。すなわち、地域的な環境問題についても学術的な観点から国際的に影響力を与えうるという社会的意義が明らかとなった。3)翌18年度は、内蒙古自治区首府フフホトで同様のテーマを含む日中国際シンポジウム『中国乾燥地域における環境保全と持続的発展』を実施し、本政策が地元住民の立場を考慮するものへと転換されていく機運を作った。本シンポジウムの成果は中国語書籍として刊行された。4)翌19年度は、基礎文献のデータベースを作成し、北京師範大学で日中国際シンポジウムを実施した。同シンポジウムでは「民俗環境学」という分野の確立を促すとともに、生態移民のセッションにおいては、環境影響評価のためのガイドラインを作成し、提案した。本提案は今後の研究で継続的に検討されることとなった。生態移民研究実績の概要平成17年9月に刊行された『中国の環境政策「生態移民」』を中国語に翻訳し、この成果をたずさえて、9月に北京で国際シンポジウム「生態移民の事前評価に関する会議」を実施した。中国側からはカウンターパートである中国社会科学院からの研究者をはじめ、中央から行政担当者および全国各地から研究者が集まり、現場をふまえた両国の研究者たちのあいだでの間題意識を共有することができた。中国の環境政策「生態移民」は、これまで中国で行われてきた環境政策を引き継ぎながら、とりわけ貧困対策との接合方法として実施されている。しかし、実際の現場では、経済的側面においての効果が小さいか、あるいは逆効果にさえなっている事例が多く見出された。こうした問題は「貧困と環境」の一般的な悪循環論を克服するどころか、「貧困の潜在化」として抽出されるべき点であるため、今後はその原因を探ることを中心として、文科系からの環境問題へのアプローチが重視されることになるだろう。具体的には、来年度に、この環境政策の最も中心的な現場である中国内蒙古自治区を訪問し、共同現地調査と首府フフホトでの国際会議の実施を行うことで合意した。現在、上記の書籍は英語に翻訳中であり、日本と中国の2カ国間のみならず、英語によってより広く国際的に研究成果を発信することを本研究はターゲットに入れている。また、国内の研究会では、大学院レベルで本テーマに関わる研究者を集めて研究会を開催し、研究者ネットワークを構築することができた。若手研究者の養成を実現しながら、推進する。昨年度より協力体制を維持している中国内蒙古自治区経済計画局とともに企画立案をすすめた。その結果、7月2日から9日までオラトおよびオルドス地域での実態調査、つづいて7月10日から11日まで首府フフホトでの国際会議を行なった。実態調査では、とりわけ現地の行政担当官との対話によって、環境政策が中央において変化しつつあるのに対して地方では旧来の政策がそのまま固守されているという問題点が浮かび上がり、国際的な交流が地方で実現することによって穏便に政策の見直しが必要であることを提示することができた。また、首府での国際会議は、現地側の希望により「中国乾燥地域における環境保全と持続的発展」というタイトルを掲げた結果、参加者80名、発表者40名という大規模な会議となり、成功裏に終えた。

日本からは科研メンバー以外にも自己資金等により5名が参加し、さらにまたモンゴル国からの出席者も加わった。その成果はHPで速報として掲げている。http://www.minpaku.ac.jp/research/sr/17251017_02.html本国際会議では、政策の実施過程で生じる矛盾の指摘や批判を超えて、解決のための実践例が具体的に提示されたことが最大の成果であった。これらの実践例から、中国環境政策のうち、少なくとも「生態移民」政策にっいては大きく転換期を迎えていることが了解された。こうした転換には、国際的な研究活動の影響があるものと思われる。国際会議における諸発表は、現在、編集中であり、来年度早々に書籍としてとりまとめられる予定である。最終年度である来年度に向けて「政策実施の事前評価」について焦点をあてて議論するために、まず国内での研究会を11月19日に実施し、中国から関係者3名を12月18日から24日に招聘した。こうした打ち合わせの成果を利用して、来年度は10月27日から28日まで北京で国際会議を開催する予定である。また本研究に関連して以下の活動も行なった。すでに上梓している『中国環境政策生態移民』の英語版の編集。モンゴル高原の北部の環境保全に関する「モンゴル環境保全ハンドブック」についての編集、印刷、配布。移民政策実施地域における、NGO活動の企画。1)平成18年度に中国内蒙古自治区首府フフホトで実施した国際シンポジウム『中国乾燥地域における環境保全と持続的発展』における議論の結果をまとめて、中国語の学術論文集『干旱区生態保育與可持続発展』を作成した。2)平成19年7月、中国内蒙古自治区政府によって企画された会議に対して出席を要請された。そこで、日本側からの参加者を組織して、内蒙古自治区東北部の一大中心地である通遼で開催された国際会議に赴き、議論に参加した。3)同9月、中国の中央民族大学からの依頼を受けて伝統的な遊牧文化とその変容について集中講義を行うとともに、生態移民に関してこれまでに中国で公刊されてきた論文を収集した。本研究テーマに関する中国語論文および新聞記事のデータベースを作成し、研究基盤を形成した。4)同10月、北京師範大学で日中国際シンポジウムを実施し、<保存と開発のトレードオフ>という課題について、自然環境のみならず文化環境に広げて討議した。口頭伝承などの民俗学的情報は環境問題の研究と密接にかかわっており、環境問題の研究における人文学からの貢献の可能性が改めて明確となった。5)同上の会議で、生態移民のセッションを設け、そこで、事例検討のほかに、環境影響評価のためのガイドラインを作り、提案した。
環境教育ツールとしての「説得-納得ゲーム」の開発に関する社会心理学的研究

15年度までの成果に基づき,説得的コミュニケーションに関わる諸要素を取り込んだ「説得納得ゲーム」は,環境配慮行動の普及をテーマに設定された大学の授業および市民ワークショップ等における運用事例の検討から,ゲームのバリエーションの設定により数人から数十人の単位での教育場面に適用可能であることが確認された。また,日本シミュレーション&ゲーミング学会の学会誌『シミュレーション&ゲーミング』に掲載された論文(杉浦,2003)に対し,2004年6月に学会論文賞が授与され,同学会2004年度春期全国大会において受賞記念講演を行った。それに加え,環境教育から他の分野への転用も検討した。行政職員のコミュニケーション教育については日本社会心理学会第45回大会(北星学園大学)で発表した。また,説得納得ゲームの他事例への転用それ自体を扱った企画セッションを日本シミュレーション&ゲーミング学会2004年度春期全国大会(東北大学)において開催した。最終的な成果は,第35回国際シミュレーション&ゲーミング学会(the 35th Annual Conference of the International Simulation And Gaming Association[ISAGA2004],Ludwig Maximilians University, Munich, Germany)において発表した。以上の実践および発表の活動を通して,説得納得ゲームが1)様々な条件下のもとでの種々バリエーションの実施可能性であること,2)説得納得ゲームにおいて説得者と被説得者の2つの役割を交換することで教育効果を高めること,3)環境関連のコミュニケーションの問題の他領域の問題へ転用可能であること,等について明らかにした。本研究では,環境教育のツールとして「説得納得ゲーム」という教育ゲームの開発・実践・改良を行った。ゲームの概略としては,以下のとおりである。1)プレーヤーは環境に配慮した消費行動を「アイディアカード」に書き出し,そのアイディアの内容を他のプレーヤーに説明し,さらに実行の「難易度」と多くの消費者が実行した場合の環境配慮の「社会的効果」をプレーヤー同士で評価する。2)プレーヤーを「説得する役割」と「説得される役割」に分け,説得する側は,説得される側に対して,アイディアカードに書かれた内容を実行するように説得する。説得される側は,理由をつけて断る。相手の説得に納得したら,カードに実行を約束する署名をする。3)一定時間で区切り,説得する側と説得される側の役割を交代する。それぞれの役割を2回ずつ経験し,最終的に獲得された署名の数に応じて得点を競う。以上のような,説得的コミュニケーションに関わる諸要素を取り込んだこのゲームは,環境配慮行動の普及をテーマに設定された大学の授業および市民ワークショップにおける6つの運用事例における検討から,ゲームのバリエーションの設定により数人から数十人の単位での教育場面に適用可能であることが示した。また,環境教育に限らず,コミュニケーション教育や専門家教育のためのゲーミングとしての可能性や,研究ツールとしての可能性を検討した。以下の成果は,日本社会心理学会大会第43回大会において発表した後,日本シミュレーション&ゲーミング学会の学会誌の諭文としてまとめた(杉浦,2002,印刷中)。また,説得納得ゲームに対するプレーヤー評価について,1)大学における環境教育,2)現職教員を対象とした研修,3)ゲーミング研究者を対象に行った企画,の3つの事例において検討し,日本グループダイナミックス学会第50回大会において発表した。(777字)本年度は1年目の成果に基づき,改良・実践を積み重ねた。第一報となる論文が「シミュレーション&ゲーミング」に掲載され(杉浦,2003),さらにこの論文に対するコメントへのリプライの中でフレームゲームとしての発展可能性について論じた。教育実践としては,愛知教育大学,埼玉大学,愛知淑徳大学等で代表者が担当する授業において,様々なバリエーションの教育ゲームとして実施・評価を重ねた。さらに社会的活動として,名古屋市昭和区でのボランティアによるグリーンコンシューマーガイド作成活動の学習会で実施・評価を行った。また,杉浦(2003)で提案した発展課題の一つである行政職員のコミュニケーション教育について,神奈川県川崎市での職員研修において,行政と市民のコミュニケーション場面を誰定し,ゲームを実施してデータを収集した。研究発表としては,第34回国際シミュレーション&ゲーミング学会大会にて,説得納得ゲームのフレームゲームの可能性および環境教育ツールとしての有効性について発表を行った。また研究者に対する本ゲームの実演として,日本社会心理学会第44回大会において,「説得的コミュニケーションを取り入れた参加型授業の開発と実践」として小講演を行い,参加者に紹介した。また,日本シミュレーション&ゲーミング学会2003年秋季全国大会において,説得納得ゲームの消費者教育への応用として,「ゲーミングの大学教育への応用:説得納得ゲームを事例として」と題し,実演を行った。以上の実践および発表の活動を通して,説得納得ゲームが1)様々な条件下のもとでの種々バリエーションの実施可能性であること,2)説得納得ゲームにおいて説得者と被説得者の2つの役割を交換することが教育効果を高めること,3)環境関連のコミュニケーションの問題の他領域の問題へ転用可能であること,について明らかにした。(780字)15年度までの成果に基づき,説得的コミュニケーションに関わる諸要素を取り込んだ「説得納得ゲーム」は,環境配慮行動の普及をテーマに設定された大学の授業および市民ワークショップ等における運用事例の検討から,ゲームのバリエーションの設定により数人から数十人の単位での教育場面に適用可能であることが確認された。また,日本シミュレーション&ゲーミング学会の学会誌『シミュレーション&ゲーミング』に掲載された論文(杉浦,2003)に対し,2004年6月に学会論文賞が授与され,同学会2004年度春期

全国大会において受賞記念講演を行った。それに加え,環境教育から他の分野への転用も検討した。行政職員のコミュニケーション教育については日本社会心理学会第45回大会(北星学園大学)で発表した。また,説得納得ゲームの他事例への転用それ自体を扱った企画セッションを日本シミュレーション&ゲーミング学会2004年度春期全国大会(東北大学)において開催した。最終的な成果は,第35回国際シミュレーション&ゲーミング学会(the 35th Annual Conference of the International Simulation And Gaming Association[ISAGA2004],Ludwig Maximilians University, Munich, Germany)において発表した。以上の実践および発表の活動を通して,説得納得ゲームが1)様々な条件下のもとでの種々バリエーションの実施可能性であること,2)説得納得ゲームにおいて説得者と被説得者の2つの役割を交換することで教育効果を高めること,3)環境関連のコミュニケーションの問題の他領域の問題へ転用可能であること,等について明らかにした。
Ｗｏｏｄの異常回折を取り入れたプラズモニックナノ光変調器の開発

次世代光電子融合技術の実現を目指し、マイクロサイズな誘電体微小球中での光共振現象であるWhispering Gallery Mode(以下、WGM)を介した光ヘテロダイン検出(WGM変調器)を提案し、観測に成功した。しかし、本技術は、入射光波長や球径、その屈折率に大きく依存しており、変調信号の自由度は極めて小さい。そこで、微小電気機械システム(以下、NEMS)技術を用いて、表面プラズモン(以下、SP)の動的光学特性を電気的に制御可能なアクティブプラズモンモジュレータ(以下、APM)を開発した。さらに、同様な発想を導波路に適用したアクティブギャッププラズモン導波路(以下、AGPW)を開発した。LSI技術と大容量光伝送技術を融合した光電子融合技術が提案される中、研究代表者は直径数マイクロメートルのシリカ微小球によるウィスパリング・ギャラリー・モード(Whispering Gallery Mode: WGM)を用いた微小変調器を提案し、開発した。しかしながら、更なる高集積化・高機能化が求められており、光の回折限界以下の領域に光エネルギーを閉じ込めることが可能な表面プラズモン(Surface Plasmon:以下、SP)に着目した。本研究では、NEMSアクチュエータで金属サブ波長格子を構成し、SP共鳴波長を電気信号で可変可能なアクティブプラズモンデバイス(Active Plasmon Device: APD)を提案し、開発した。また、構造に由来するWoodアノマリ共鳴波長の可変化も観測した。そこで、本技術を用いた可変型単一ナノ光変調器であるアクティブプラズモンモジュレータ(Active Plasmon Modulator: APM)を提案し、開発した。また、本研究の知見を基に、「フィルタ」や「センサ」、「シャッタ」、「導波路」などの高集積化・高機能化を実現可能な光電子集積回路の要素技術を確立した。これらの応用デバイス例は、いずれも単一試料・単一構造で可能なため、次世代の光電子ナノ集積回路の基盤技術として期待される。一方、WGMを利用した新たな光変調機構についても提案し、その可能性を見出した。最後に、本年度の研究業績(本研究実施期間の総計)より、学術論文5(11)件、国内外の会議発表26(57)件、受賞1(2)件、特許1(3)件(現在、優先権主張準備中)、競争的外部資金獲得3(7)件からも本研究の外部評価の高さが伺える。近年、LSI技術と大容量光伝送技術を融合させた光電子融合技術が提案されている。研究代表者は、これまで直径数マイクロメートルのシリカ微小球によるウィスパリング・ギャラリー・モードを用いた微小変調器の開発に成功した。しかしながら、更なる高集積化・高機能化が切望されている。表面プラズモン(Surface Plasmon:以下、SPとする)は、光の回折限界以下の領域に光エネルギーを閉じ込めることから、光デバイスをCMOS回路と同サイズに小型化できる。このようなSP共鳴波長は、構造に依存するため、構造を自由に可動できれば共鳴波長も連動して変化する可変型単一ナノ光変調器として更なる高集積化・高機能化を実現できると考えた。そこで、NEMSアクチュエータで金属サブ波長格子を構成し、SP共鳴波長を電気信号で可変可能なアクティブプラズモンモジュレータ(Active Plasmon Modulator:以下、APMとする)の開発を本研究の目的とした。平成24年度から平成25年度の2年間の研究を計画し、SPとWoodの異常回折を用い、APMの基本技術の確立を目指す。そこで、本研究期間内に、(1) APMの光学現象の解明と、構造の最適化、(2) APMの作製及び評価光学系の構築と、その光学特性評価とした。さらに、APMを用いたフィルタや導波路、センサーへの新たな応用を検討した。平成24年度からの2年間に、(1) APMの光学現象の解明と、構造の最適化、(2) APMの作製及び評価光学系の構築と、その光学特性を評価することとし、SPとWoodの異常回折を用いたAPMの基本技術の確立を本研究の目的とした。本研究期間内に明らかにする具体的な内容として、(I)数値計算による構造の最適化と、(II)新規ナノ光変調器(APM)の開発とした。(I)について、数値計算における特定の可視及び通信波長帯域(1.55マイクロメートル)でのSPやWoodアノマリ共鳴を合致する構造(最適な金属の種類や金属膜厚、金属格子幅と金属間ギャップ幅)を検討し、決定した。(II)において、(I)で検討した構造の作製と、可視光領域における電圧依存共鳴光学特性の可変化に成功した。作製したAPMは、可視光領域における光学特性に留まっている。

Woodアノマリ共鳴の可変化を始め、光ヘテロダイン検波を実験的に明らかにするには、赤外光領域での評価光学系の構築が必要である。今後は、既存の顕微分光システムを可視光領域から2.0マイクロメートル帯まで測定可能な拡張型顕微分光システムを構築し、その光学特性を評価する。さらに、APMを用いた各応用技術としての基本光学特性を明らかにし、製品化を目指す。平成25年度の研究費は、拡張型顕微分光システム構築と、平成24年度に得られた研究成果の発表と最新の情報収集に充てる。