hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低温フォトニックアシスト常伝導空洞による高電界・高Qを兼ね備えた新領域電子加速管

本研究は、現在の加速器技術で到達困難なエネルギーフロンティアの高エネルギー線形加速器の小型化を目指して、1超伝導加速空洞と代替可能な非常に高いQ値(>10^6)と2常伝導加速空洞を超える超高電界(>100 MV/m)加速の双方を可能にする今までに無い常温または液体窒素温度で動作可能な誘電体フォトニック構造を用いた加速空洞の原理実証を目的としている。本研究の加速管構造としては、誘電体と真空部が周期的に並ぶ2次元フォトニック構造数層で高周波電力の大部分を内部に閉じ込め、最外殻部に位置する常伝導壁での電界強度を下げ、高周波損失を低減化させるフォトニックアシスト型とする。研究実績として、平成28年度に開発した超高真空対応の真空チェンバーに昨年度イオンポンプ及びNEGポンプを増設し、さらに真空ベーキングを行い10^-7 Pa程度の真空度を達成する事ができた。これを用いて、5セルの誘電体フォトニックアシスト空洞の高電界試験を行った。これにより現状でセルの構造により放電箇所等の特定ができたため、構造の修正を行いさらに高電界試験を継続する。これらの各試験結果から、その問題点や改善点を検討し、新たに空洞の設計も行ってきた。さらに加速空洞のR&Dとあわせてセラミック自体の高純度化・高品質化の研究も行ってきている。一般的に、セラミックでの誘電損失は、セラミック焼結時に添加する焼結補助剤などの不純物やセラミック内部の気孔、微小な欠陥などの場所で起こるものが支配的である。そのため、セラミック自体の高純度化・高品質化の結果によっては室温でさらに高いシャントインピーダンスの加速空洞が実現できる可能性もある。セラミックの高純度化・高品質化に向けた、焼結試験を継続している。従来の常伝導空洞の10倍程度高い、室温で100万程度のQ値が得られているフォトニックアシスト型常伝導空洞が完成しており、5セルの高電界試験を行ってきている。本研究で製作した超高真空対応の真空チェンバーにイオンポンプ及びNEGポンプを増設し、さらに真空ベーキングを行い、目標である10^-7 Pa程度の真空度を達成する事ができた。これを用いて、5セルの誘電体フォトニックアシスト空洞の高電界試験を行ってきたため、研究計画通りに研究は進展している。本研究の加速管構造としては、誘電体と真空部が周期的に並ぶ2次元フォトニック構造で高周波電力の大部分を内部に閉じ込め、最外殻部に位置する常伝導壁での電界強度を下げ、高周波損失を低減化させるフォトニックアシスト型とする。加速管内部が誘電体のみで構成されているため、加速管の放電限界は、誘電体の耐電圧で決まる。一般的に、誘電体の耐電圧は、金属の約数十倍高いため、原理的には加速電界が100MV/mを超える超高電界加速が可能であると考えられる。既に様々な高純度セラミックスの材料測定を行い、100万以上のQ値が得られている。また単層のフォトニックアシスト型空洞の低電力試験で既に常伝導では到達不可能な室温で10万程度のQ値が得られている。従って、本研究期間内に明らかにする課題は、これらの空洞の高電界試験を行い、超高電界の加速空洞を実現する。昨年度は、高電界試験の結果からセラミックの放電箇所や改善点が判明し、2次電子放出を抑制するためのコーティングを行った空洞の高電界試験を行い、従来より高い電界が得られる事が確認できた。さらに誘電体構造に関しても量産型の新たな構造の最適化のための設計・製作を行い、冷却効率や真空のコンダクタンスを遥かに改善できる新しい構造が決定した。また2次電子放出係数の測定等を行い、熱処理やコーティングにより2次電子放出係数の違いを評価した。
悪性リンパ腫発症・悪性化における腫瘍免疫回避を誘導する分子機構の解明

本研究では悪性リンパ腫が発症、進展化の過程でどのような機構を経て免疫回避を行うのかマウスモデルを用いて解析を実施した。その結果、1非ホジキンリンパ腫の起源細胞である胚中心B細胞で発現するFasがリンパ腫では低発現であること、2CD40シグナル活性化によってFas発現を回復させると、細胞障害性T細胞が発現するFasリガンドによりアポトーシスが誘導されること、3Livinを発現するヒトリンパ腫細胞株はFas抵抗性を獲得することを見出した。実際Livin高発現はリンパ腫患者の予後不良と相関するため、LivinがFas-Fasリガンドによる腫瘍免疫を復活させる新たな治療標的となり得ることを示した。バーキットリンパ腫(BL)やびまん性大細胞型B細胞リンパ腫(DLBCL)をはじめとする成熟B細胞型リンパ腫は胚中心B細胞由来のリンパ腫である。本研究室にて開発した成熟B細胞型リンパ腫マウスモデルを用いて、リンパ腫形成に関わる免疫関連分子について解析を行った。その結果、起源細胞である胚中心B細胞において高発現しているFasがリンパ腫発症に伴い発現が完全に抑制されることを見出した。このFas発現の抑制がリンパ腫の発症や維持にどのような役割を果たすのか明らかにするため、胚中心B細胞においてshRNAによるFas発現の抑制を行ったところ、リンパ腫形成率が増加し、マウス生存期間が短縮された。またリンパ腫初代培養細胞にFasを恒常的に発現し移植したところ、有意に生存期間が延長することが分かった。FasはFasLが結合することでアポトーシスを誘導する受容体であり、本来胚中心B細胞において抗体産生細胞の選択に重要な働きをしている。そこでFas発現に関わる分子を同定するため様々なB細胞活性化の関連因子を調べた。その結果、CD40アゴニスト抗体を処理すると、Fasの発現が胚中心B細胞レベルまで回復することを見出した。さらに回復したFasはFasLによって速やかにアポトーシスを誘導することを明らかにした。またヒトBL及びDLBCL細胞株においてもCD40シグナルの活性化によってFas発現が回復し、FasLによってアポトーシス誘導が起こることが分かった。これらの結果からFas発現の回復はリンパ腫の新規治療法になり得ることが示された。さらにリンパ腫を起こすGCB細胞に特異的に発現する免疫関連分子を調べたところ、M-CSFやCCL2、IFNγなどの因子の増減が見られた。つまりこれらの分子が微小環境へ影響を及ぼし、リンパ腫発症に何らかの寄与をしている可能性が示唆された。初年度の計画通り、成熟型B細胞リンパ腫マウスモデルを用いてFas発現の抑制がリンパ腫形成・維持に重要であることを示した。また、ヒトリンパ腫細胞株においても同様な傾向が見られ、実際のヒトにおいてもリンパ腫発症に腫瘍免疫回避機構が重要である可能性を示すことができた。また幾つかの免疫に関連する放出因子も同定しているので来年度のさらなる進展が期待できる。前年度で見出したマウスリンパ腫細胞におけるFas発現の制御機構に関して検討を行った。まず発現抑制がプロモーター領域におけるエピジェネティックな修飾によって制御されているのか明らかにするため、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤及びDNAメチル基転移酵素阻害剤の処理を行った。その結果、どちらの阻害剤においてもFas発現抑制の解除が見られないことが分かり、エピジェネティックな制御は受けていないことが分かった。次にCD40シグナルの活性化によるFas発現再増加にどのようなシグナル経路が関与しているのか、阻害剤を用いて検討を行った。その結果、NFkB、MAPK、PI3K阻害剤によってFas発現の抑制が見られたが、Jak3阻害剤では見られず、NFkB、PI3K、MAPKと3経路のシグナル経路を介していることを明らかにした。ヒトリンパ腫細胞株においてもマウスリンパ腫と同様、CD40シグナルの活性化によりFas発現が回復することを前年度に見出しているが、FasL処理後にアポトーシスが誘導される細胞株はおよそ半数であった。一方、もう半数の細胞株ではFas発現が回復するにも関わらず、アポトーシスに抵抗性を示すことが分かった。これらの細胞株ではFasの変異は見られなかったため、アポトーシスに拮抗する分子の発現を網羅的に調べた。その結果、抵抗性株において共通してIAP familyの一つであるLivinの発現が亢進していることを見出した。そこでLivin低発現の細胞株へLivinを導入すると有意にFasによるアポトーシスが抑制され、逆にLivin高発現の細胞株へshRNAでLivinの発現抑制を行うと有意にアポトーシスが増加することを見出した。これらの結果からヒトリンパ腫においてはFasによるアポトーシスの抑制にLivinが強く関与することを明らかにした。本年度ではマウスモデル及びヒトリンパ腫細胞株を用いて、リンパ腫の発症における腫瘍免疫回避機構としてFasの発現低下ならびにFas発現回復によるアポトーシスへの耐性責任分子としてLivinを同定した。実際にLivinをshRNAにより発現抑制するとFas発現時のアポトーシスが有意に増加することからLivinを標的とした新規治療法の開発へと応用が期待できる。以上によりおおむね順調に解析が進んでいると考えられる。本研究課題は独自に構築した悪性リンパ腫モデル及びヒトリンパ腫細胞株を用いて腫瘍免疫回避・抵抗性機構を同定し、新規治療法の開発へ繋げることが目的である。

前年度でFasによるアポトーシスに抵抗性を示すヒトリンパ腫細胞株においてLivinがその抑制に重要な役割を担っていること見出したが、本年度ではまずLivin高発現がリンパ腫患者の予後と相関しているのか、遺伝子発現データベースを用いて解析を行った。その結果、バーキットリンパ腫及び、びまん性大B細胞リンパ腫の患者においてLivinが高発現であると低発現の患者と比較し有意に予後不良と相関することが分かった。一方Fasの高発現は予後良好と相関するが、Fas低発現かつLivin高発現の患者は最も予後不良であることを見出した。次にLivinの発現を制御する分子機構を解明するため、がんへの関与が報告されているシグナル経路阻害剤を用いて検討したところ、がん関連シグナル経路はLivin高発現に影響していないことが分かった。つまり、主要なシグナル経路に依存せず発現が制御されていることが示唆された。今後プロモーター配列から想定される転写因子、エピジェネティクス制御に関わる因子に焦点を当ててさらなる検討を行う必要がある。次にLivin阻害剤を用いた検討を行った。Livin阻害剤であるBV6はSmacと呼ばれるLivin分解促進因子の類似体である。そこでLivin高発現株においてFasを発現させ、BV6とFasリガンドの同時処理を試みたところ、BV6によってLivinが抑制されることにより、Fasによるアポトーシスの顕著な亢進が見られた。これらの結果からBV6のようなLivinを標的とする治療法はFas-Fasリガンドを介した腫瘍免疫を再活性化させ、悪性リンパ腫の予後を改善する非常に重要な治療法となり得ることを明らかにした。本研究では悪性リンパ腫が発症、進展化の過程でどのような機構を経て免疫回避を行うのかマウスモデルを用いて解析を実施した。その結果、1非ホジキンリンパ腫の起源細胞である胚中心B細胞で発現するFasがリンパ腫では低発現であること、2CD40シグナル活性化によってFas発現を回復させると、細胞障害性T細胞が発現するFasリガンドによりアポトーシスが誘導されること、3Livinを発現するヒトリンパ腫細胞株はFas抵抗性を獲得することを見出した。実際Livin高発現はリンパ腫患者の予後不良と相関するため、LivinがFas-Fasリガンドによる腫瘍免疫を復活させる新たな治療標的となり得ることを示した。1.幾つかのリンパ腫細胞株ではFas発現回復によって誘導されるアポトーシスに抵抗性を示した。今後この抵抗性に関わる分子を同定し、この分子の阻害がアポトーシス誘導やリンパ腫の治療に重要であるのか検討を行う。2.免疫関連分子や代謝関連分子などリンパ腫特異的に変動する因子の検討を行い、リンパ腫発症に免疫抑制微小環境がどのように影響を及ぼすのか解析を進める。3.免疫細胞特異的に欠損したマウスを用いてリンパ腫形成においてどのような免疫細胞が働くのか検討を行う。Livinを標的とした薬剤の開発、予後との関連を調べることで実際のリンパ腫の新規治療薬や診断マーカーとしての検討を行う。Livin発現の上流シグナル経路を同定することでより詳細なLivin発現制御の分子機構を明らかにしていく。
形態および胎土分析による弥生時代大型甕棺の生産に関する基礎的研究

北部九州を中心としながら、福岡県から鹿児島県にいたる九州各地の弥生土器と大型甕棺の分析を行った。各地の資料の収集を行い、それらの肉眼での形態・調整法等の観察、顕微鏡を用いた微細特徴の観察、蛍光X線分析による化学特性の把握を行った。また、顕微鏡による土器胎土の岩石学的観察も補助的に行った。それらをデータベース化し、多変量解析等も用いつつデータ解析を行った。その結果、大型甕棺は日常土器と同様、各集落あるいは集落群という狭い範囲で形態や胎土の特性にまとまりがあるため、生産-消費はその範囲をこえるものではないということが判明した。従来、大型甕棺が専門工人集団による広域にわたる供給という考えも強かったが、ここでの成果はそれを否定する結果を導くものである。これにより、従来不明な点が多かった弥生時代の土器の生産のあり方に実証的に一歩せまることができたといえる。さらに、甕棺は多くは上下1セットで一対ずつ製作されたものと推定された。大量生産ではなく1回1回製作されたことは、葬送儀礼に関連した甕棺製作の契機を暗示するものである。排他性の強かった、考古学的形態分析・胎土の機器分析・胎土の岩石学的分析の3者を合わせ用いることによって成果をあげることができた。その成果は甕棺製作の契機やその儀礼的側面などを再認識することにつながった。したがって、このような方法を今後もすすめることによって、新たな考古学的議論の地平を広げることができると確信した。
聴覚モデルの高度化とその連続音声認識システムの雑音耐性改善への応用に関する研究

先に開発した離散分布HMM(DHMM)を認識ツールとするサブワード(SW)単位離散単語認識システムVQ-SWRを基礎として主に話者や環境騒音に対するロバスト性を向上させるために理論的・実験的研究を行い、特に以下のような成果を得た。(1)VQ-SWRにて、認識用ツールとしてのDHMMの代わりに疑似連続分布HMMを用いた場合、認識精度のみならず話者依存性が従前のシステムに比べてかなり改善される。(2)VQ-SWRに新たに適応化機能(「学習ベクトル量子化」機能と、その機能に「入力特徴ベクトルのサブワード類別に関する確率分布情報」を反映させてシステムを発声話者又は話者グループの音声に適応させる機能)を導入し、そのシステムFLH-SWRが、比較的定常的な雑音を重畳した音声及び不特定話者音声に対して適応化の効果があり、その認識精度と雑音耐性が従前のシステムに比して改善される。(3)VQ-SWRにおけるスペクトル分析ツールDFT(離散フーリエ変換)の代わりに聴覚モデル、即ち以前に我々が開発した蝸牛殻の非線形フィードバックモデルNLF-COMを、またベクトル量子化の代わりにRNN(Recurrent neural network)を用いて新たなシステムCM-RN-SWRを開発した。このシステムでは、まずNLF-COMにより入力音声を周波数分析し、得られるパワースペクトル時系列情報をRNNでSWコード系列(SWC)に変換し、得られる単語のSWCを単語DHMMで単語認識する。このCM-RN-SWRでは、特定話者(5名の話者グループ)認識の場合、純音声及び疑似白色雑音重畳音声に対する認識精度が従来のシステムVQ-SWRの場合よりかなり改善される(5%及び55%)ことを確認した。上述した研究成果を基に、本研究の最終目的((1)聴覚モデルの高度化、(2)その聴覚モデルを用い、それに整合のとれた不特定話者連続音声認識システムの開発とその高性能化)を完遂させるために、当該研究期間終了後も引き続き、更に深く研究を進める予定である。1.最新の聴覚生理学的知見に基づいて、以前に我々が開発した蝸牛殻の非線形フィードバックモデルをより一層高度なモデル、即ち実際の聴覚特性を良く表現でき、聴神経系の機能をも考慮した聴覚モデルへ改良することを目指してその聴覚モデルの理論的検討を行った。2.最終的に聴覚モデルに整合のとれた不特定話者連続音声認識システムを開発するために、まず第一段階として、先に開発したサブワード単位離散単語認識(SWR)システムを基本システムとして使用し、このシステムの話者や環境騒音に対するロバスト性を向上させるための理論的・実験的研究を行った。このSWRシステムは、DHMM(離散分布隠れマルコフモデル)を認識用ツールとして用いているため特定話者向きであるが、音声の音響的特徴の安定した部分として定義されるサブワードを認識単位としているため、音素間の調音結合や単語数の増加に伴う単語辞書の増大などの困難な問題を回避でき、更に高い認識精度を達成できるという特長を有している。実施した具体的研究の項目は、(1)SWRシステムの話者依存性の改善、(2)不特定話者対策としての話者適応方式、(3)ロバストな音声認識システムを構築するためのシステムの改良(音声の入力・分析・サブワードセグメンテーション、符号化、認識などにおける)等である。以上の研究の結果、認識用ツールとしてDHMMの代わりに、入力音声に対して優れた整合性を示し、同時に連続分布HMMに比べて学習時間が比較的短くて済む擬似連続分布HMMを用いた場合、認識精度のみならず話者依存性が従前のシステムに比べてかなり改善されることを認識した。

来年度以降も引き続き、上記研究項目1.、2.に関して更に深く理論的・実験的研究を行う予定である。1.近年の聴覚生理学的知見に基づいて、以前に我々が開発した蝸牛殻の非線形フィードバックモデルをより一層高度なモデル、即ち実際の聴覚特性をより良く表現でき、聴神経系の機能をも考慮した聴覚モデルに改良することを目的として、その聴覚モデルについての理論的検討を行った。2.最終的に聴覚モデルに整合のとれた不特定話者連続音声認識システムを開発するために、昨年度までの研究に引き続き、先に開発したサブワード単位離散単語認識(SWR)システムを基本システムとして使用し、このシステムにおけるサブワード境界検出性能と認識性能の話者や環境騒音に対するロバスト性を向上させるための理論的・実験的研究を行った。まず、SWRシステムに新たに「適応化」機能(「学習ベクトル量子化」機能と、中間出力情報(入力特徴ベクトルのサブワード類別に関する確率分布情報)を入力側にフィードバックさせてシステムを発声話者又は話者グループに適応させる機能)を導入し、そのシステムが、比較的定常的な雑音を重畳した音声及び不特定話者音声に対して適応化の効果があり、その認識性能と雑音耐性が従前のシステムに比して改善されることを各種雑音重畳音声並びに不特定話者音声に対する認識実験によって検証した。次いで、SWRシステムにおけるサブワード境界検出の精度と雑音耐性を向上させる目的で、新たに考案した方法を含む幾つかの境界検出法の有効性及びロバスト性を境界検出実験により比較・検討した。その結果、音声のスペクトルあるいはケプストラムの急激な変化点をサブワード境界とする方法、即ちΔスペクトル分析法あるいはΔケプストラム分析法が純音声並びに各種雑音重畳音声に対して比較的ロバストで高精度な方法であることを確認した。来年度も引き続き、上記研究項目1.、2.に関して更に深く理論的・実験的研究を行う予定である。1.聴覚生理学的知見に基づいて、以前に我々が開発した蝸牛殻の非線形フィードバックモデルNLF-COMをより一層高度なモデルに改良することを目的として、そのモデルについての理論的検討を行った。2.最終的に聴覚モデルに整合のとれた不特定話者連続音声認識システムを開発するために、昨年度までの研究成果を基に以下のことを行った。(1)昨年度までの研究で開発したフィードバック型LVQ-HMMを用いた話者適応型サブワード(SW)単位離散単語認識システム(FLH-SWR)におけるSW境界検出性能、認識性能及び雑音耐性を更に改善するために種々の研究・実験を行った。その代表的結果は、ケプストラム分析により得られる包絡スペクトルの誤差面積の変化量に基づくSW境界検出法が従来法に比してより有効で高いロバスト性を有していることを実験的に確認したことである。(2)FLH-SWRの基礎となったSW単位認識システム
農村社会の国際化と地域生涯学習の現代的課題

本研究は、過疎化する農村社会が青年達の定住対策(後継者対策)の一つとしてヒィリピン・韓国をはじめとするアジアの国々から「花嫁」を迎えている。本研究は、この事実に注目し、「アジアからの花嫁」を迎えることが地域社会にどの様な変化をしているのかを生涯学習の観点から考察をしようとするための基礎研究である。本年度科学研究費の交付を受けて、以下3点に力点を置き調査研究を進めてきた。1.「アジアからの花嫁」を迎えている地域の生涯学習施策についての基礎資料の収集及び「花嫁」本人からの聞き取り調査のための準備。2.戦後の社会教育研究のなかで「国際化」およびそれと密接に関わる人権問題がどのように扱われてきたのかについて理論的整理。3.今日の「農村社会の国際化」の前史として、15年戦争期に展開された中国「満州」移民問題についての資料整理。研究成果1については、新潟県の過疎農村部で「アジアからの花嫁」を受け入れている地域の生涯学習施策についての資料集がほぼ完了した。2については「戦後社会教育論と人権」としてまとめ、『生涯学習時代の人権』(1994年6月明石書店より刊行予定)に収録。3については、日本社会教育学会研究大会(東京都立大学)にて「戦前社会教育と大陸の花嫁3」(共同報告)の一貫として報告。
植物の根の肥大形質を決定する原因遺伝子の同定

根の肥大性は作物の収量や品質に関わる重要な形質である。本研究ではダイコンの異なる品種間で雑種後代を作出し、主にQTL-seq法を用いたゲノム解析を行うことで、根の肥大性変異の原因遺伝子を解明することを目指している。2018年度では、根の形態形質が異なる複数の品種間交配を行い、F1雑種の作出およびF1を自殖させたF2系統を育成した。具体的には以下の6組み合わせで交配を進めた;1青首総太(中径・長円筒形)×守口(小径・細長円錐形)、2聖護院(大径・球形)×京都薬味(小径・球形)、3青首総太(中径・長円筒形)×聖護院(大径・球形)、5青首総太(中径・長円筒形)×青丸紅芯(中径×球形)、6青首総太(中径・長円筒形)×黒丸(中径・球形)。全ての組み合わせでF1雑種を作出し、根形態はほぼ中間的な形質を示した。3についてF2系統を作出した結果、連続的に根の形態形質が分離したことから、根形態は複数の遺伝子座が関与する量的形質であることが示唆された。3のF2系統について、約300個体の根長、根直径を計測した結果、「根径中、根長長い」、「根径中、根長短い」、「根径大、根長短い」、「根径大、根長中程度長い」に表現型をおおよそグループ化することができた。これらのグループ間で、QTL-seq解析によりゲノム変異を検出することで、「根の横方向への肥大性」、「根の縦方向への伸長性」といった形質変異に関連するゲノム領域を推定できると期待される。研究の要となる雑種後代の育成に関して、申請書に記述した通りのスケジュールで遂行できている。当初申請した交配組み合わせに加えて、新たに2つの雑種系統を作出することができた。一方、「青首総太×ハツカ」の品種間交配に関して、成長速度および開花期のずれにより交配困難であったため、進展していない。QTL-seq解析に関して、解析に必要なDNAサンプルの抽出を1つの交配組み合わせで完了しており、2019年度の初期に解析を実行できる状況である。他の交配組み合わせに関して、抽出するDNAサンプルの数が1組み合わせあたり数百程度あるため、抽出に時間がかかっている。2019年度は、引き続きF2以降の雑種後代の育成と表現型の計測、DNA抽出を進める。「青首総太×ハツカ」に関して、人工気象器を用いて温度、光条件を調節して栽培することで開花期を同調させ交配を行う。表現型の計測に関して、SHAPEソフトウェアを用いた楕円フーリエ解析により、ダイコンの根形態を定量的に評価するための手法を確立する。F2系統の根形態を注意深く評価して共通の形質を示す個体のグループを抽出し、同一グループのDNAをプールして次世代シーケンサーで解読し、グループ間で固定された変異を検出するQTL-seq解析を実施する。2019年度では、13程度の交配組み合わせについて、QTL-seq解析を実施することを目標とする。

他の交配組み合わせに関して、抽出するDNAサンプルの数が1組み合わせあたり数百程度あるため、抽出に時間がかかっている。2019年度は、引き続きF2以降の雑種後代の育成と表現型の計測、DNA抽出を進める。「青首総太×ハツカ」に関して、人工気象器を用いて温度、光条件を調節して栽培することで開花期を同調させ交配を行う。表現型の計測に関して、SHAPEソフトウェアを用いた楕円フーリエ解析により、ダイコンの根形態を定量的に評価するための手法を確立する。F2系統の根形態を注意深く評価して共通の形質を示す個体のグループを抽出し、同一グループのDNAをプールして次世代シーケンサーで解読し、グループ間で固定された変異を検出するQTL-seq解析を実施する。2019年度では、13程度の交配組み合わせについて、QTL-seq解析を実施することを目標とする。次年度使用額が生じたがわずかな金額であり(4,089円)、ほぼ計画通りに予算執行できたと考える。次年度も計画通り予算執行できるよう、執行計画および執行額の管理を確実に行っていく。
シナプスの短期可塑性を制御する即時放出可能シナプス小胞の空間分布の解明

シナプス前末端の開口放出部位における即時放出可能シナプス小胞の局所分布を調べる目的で、生後2週齢のマウスより脳幹の急性スライス標本を作製し、Held萼状シナプスのシナプス前末端と台形体核神経細胞から、同時パッチクランプ記録を行った。シナプス前末端を1, 2, 10ミリ秒間脱分極して誘発された興奮性シナプス後電流記録し、これにdeconvolution解析を適用して放出されたシナプス小胞数を推定した。さらにパッチ電極よりCaキレート剤グリコールエーテルジアミン四酢酸(EGTA)をシナプス前末端へ注入し、EGTAによるシナプス小胞放出の抑制作用を定量した。脱分極の持続時間にかかわらず、EGTAによってシナプス小胞の放出は約半分に抑制した。この実験結果を、2018年度に行ったモデル研究の結果に基づいて解析し、放出されたシナプス小胞と電位依存性カルシウムチャネル(クラスター)の距離の推定を試みた。その結果、脱分極の開始後1ミリ秒では、チャネルから20ナノメートル付近にドックしている近位のシナプス小胞が主に放出されるのに対し、脱分極が長くなるにつれてチャネルから遠い小胞も放出に参画するようになり、10ミリ秒の脱分極では100ナノメートル付近に位置している小胞も放出されることが示された。即時放出可能シナプス小胞のプール全体としては、約7割がチャネルから50ナノメートルまでの距離に、残り3割がそれよりも遠い距離にドックしていると推定された。研究計画の2年目で、即時放出可能シナプス小胞の空間分布の同定まで終了し、計画は順調に進展している。短期可塑性については、シナプスを5ミリ秒の間隔で2発刺激した場合に記録された興奮性シナプス後電流の波形に基づいて、放出されたシナプス小胞の位置の同定を試みているが、現在のところ1発目と2発目の刺激の間に明らかな差は認められておらず、複数の刺激条件のを検討している。およそ当初の計画通り進展しており、今後の研究推進方策に大きな変更はない。研究計画の3年目では、2発刺激によって短期可塑性が生じたときの放出されるシナプス小胞の空間分布の検討を続けるとともに、生後1週齢のマウスについても実験を行う。また研究計画の最終年度にあたることから、研究成果のとりまとめに向けた作業を行う。シナプス前末端の開口放出部位に存在するカルシウム(Ca)チャネルとシナプス小胞の結合距離を推定するために、Caチャネル近傍におけるCaイオンの拡散シミュレーションおよびシナプス小胞の開口放出シミュレーションを行った。Caキレート剤グリコールエーテルジアミン四酢酸(EGTA)の存在下・非存在下の2条件でシミュレーションを行い、EGTAによる開口放出抑制率をCaチャネルからの距離毎に予測した。すでに明らかにされていたように、EGTAはチャネルからの距離が遠くなるほど開口放出を強く抑制し、100 nm以遠では開口放出を完全に抑制した。しかし今回、Caチャネルの電流の振幅および持続時間を様々に変えてEGTAの作用を詳細に検討したところ、EGTAによる開口放出抑制率はCa流入の持続時間にも依存し、Ca流入の持続時間が1ミリ秒未満の場合はCaチャネルの近傍20 nmでも開口放出を抑制しうることが明らかになった。この結果は、EGTAを用いたCaチャネルとシナプス小胞の距離を実験的に推定するには、EGTAによるシナプス小胞開口放出抑制率のみならず、シナプス前末端Caチャネルの開口時間を知る必要性を示すものである。一方EGTAによる下位候補不出抑制率はシナプス前末端内の内因性のmobile Caバッファーの性質にはあまり影響されないことが示された。EGTAによる開口放出抑制率とCaチャネルの開口時間の関係を示す検量線を作成し、上記シミュレーションの結果とともにJournal of Neuroscience誌(2018年3月)に報告発表した。本研究計画はコンピューターシミュレーションと脳スライスを用いた電気生理実験からなる。シミュレーションについては研究実績の概要で述べたとおり、順調に進展し研究計画初年度のうちに論文投稿受理にまで漕ぎ着けたため、当初の計画以上に進展していると判断した。電気生理実験では、脳幹calyx of Heldシナプスにおいてシナプス前末端を電位固定して様々な持続時間のCa流入を誘発するとともに、同時にシナプス後細胞からシナプス電流を記録し、EGTAに対するシナプス電流の抑制率を記録した。Calyx of HeldシナプスではEGTAによるシナプス電流抑制率はCa流入の持続時間非依存的であり、シミュレーションとは異なる結果が得られた。シミュレーションと一致しない点が、実際のシナプスにおける即時放出可能小胞の空間的分布を推定する上で鍵となる手がかりであると考えており、目下どのような分布ならばモデルと実験両方に整合性のある結果が得られるか解析探索中である。

この実験結果を、2018年度に行ったモデル研究の結果に基づいて解析し、放出されたシナプス小胞と電位依存性カルシウムチャネル(クラスター)の距離の推定を試みた。その結果、脱分極の開始後1ミリ秒では、チャネルから20ナノメートル付近にドックしている近位のシナプス小胞が主に放出されるのに対し、脱分極が長くなるにつれてチャネルから遠い小胞も放出に参画するようになり、10ミリ秒の脱分極では100ナノメートル付近に位置している小胞も放出されることが示された。即時放出可能シナプス小胞のプール全体としては、約7割がチャネルから50ナノメートルまでの距離に、残り3割がそれよりも遠い距離にドックしていると推定された。研究計画の2年目で、即時放出可能シナプス小胞の空間分布の同定まで終了し、計画は順調に進展している。短期可塑性については、シナプスを5ミリ秒の間隔で2発刺激した場合に記録された興奮性シナプス後電流の波形に基づいて、放出されたシナプス小胞の位置の同定を試みているが、現在のところ1発目と2発目の刺激の間に明らかな差は認められておらず、複数の刺激条件のを検討している。当初の計画通り進展しており、今後の研究推進方策に大きな変更はない。1発の活動電位刺激に対する即時放出可能小胞の分布については解析が進行中であり、本年平成30年度より2発の活動電位刺激によって生じる短期可塑性について実験およびシミュレーションを行う。およそ当初の計画通り進展しており、今後の研究推進方策に大きな変更はない。研究計画の3年目では、2発刺激によって短期可塑性が生じたときの放出されるシナプス小胞の空間分布の検討を続けるとともに、生後1週齢のマウスについても実験を行う。また研究計画の最終年度にあたることから、研究成果のとりまとめに向けた作業を行う。本研究開始直後に、本研究においては必須である電気生理実験装置のマニピュレーターを更新した。本平成29年度上期は円安の影響もあり、この装置の購入に当初想定していた以上の予算が必要となった。実験消耗品等の残額を考慮すると、共同実験のために計上していた旅費を本研究予算からまかなうことができなくなり、共同研究のための旅費は本研究者が所属する講座の運営費より支出することとなった。そのため逆に旅費分として95000円程度の繰越金が発生した。研究協力者が所属する同志社大学での共同実験は平成30年度も予定しており、繰越金は旅費として使用する。2018年度後半に実験に必須である防振台に不調が生じ、修理もしくは更新の必要が生じた。平成30年度交付額だけでは予算が不足する恐れがあるために、対応策の決定に手間取った。最終的に2019年度の交付を待って機器を更新することに決定。本年度防振台を購入する予定である。また年度末3月に開催された国内学会参加費用の精算が、年度をまたいでから行われることも使用残額が膨らんだ一因である。
電子サイクロトロン電流駆動用大電力ミリ波帯高速スィッチの開発研究

トカマク型核融合炉で発生する新古典ティアリングモードの安定化を目的として、新しい原理の大電力ミリ波帯高速スィッチを開発した。まず電磁界解析コードを開発し、その結果に基づいて設計した高速スイッチを試作した。次ぎに原子力機構との共同研究で全金属スロット鏡とサファイア鏡を用いて低電力試験を行い、スイッチ特性を確認した。また、全金属スロット鏡を用いて、従来にない広帯域特性を確認した。最後に全金属鏡の非周期スロットで有害な高次回折波を抑制し、170GHzで約150kW、パルス幅30msの大電力試験を行い、装置に損傷が無いことを確認した。トカマク型核融合プラズマで発生する圧力駆動型の新古典ティアリングモードの安定化には,モードによって発生した磁気島内への電子サイクロトロン電流駆動方式による局所的な電流駆動が有効である。この磁気島は高速で回転している為、従来はジャイロトロンを数kHz程度の高速でスィッチングしO点が回ってくる期間のみ電磁ビームを入射する必要があったが、ビーム経路を高速に切り替える事ができれば、ジャイロトロン出力を100%電流駆動に生かす事が可能になる。本研究では、新しい原理に基づく大電力ミリ波帯高速スイッチの試作開発を目指した。まずFDTD法を用いた電磁界解析コードを開発し、キーコンポーネントであるハーフミラーの最適化研究を行った。その結果、誘電体ハーフミラーの場合には、誘電体の厚みが、全金属スロットアンテナ型ハーフミラーの場合には、スロットの周期、幅、厚み、向きが重要である事が判った。また市販の電磁界解析コードとの比較で本研究で用いた解析コードの正当性を確認した。次ぎに、ハーフミラーの試験のため十字型円形コルゲート導波管の設計・試作を行った。トカマク型核融合プラズマで発生する圧力駆動型の新古典ティアリングモードの安定化には,新古典ティアリングモードの磁気島内への電子サイクロトロン電流駆動方式による局所的な電流駆動が有効である。この磁気島は高速で回転している為、従来はジャイロトロンを数kHz程度の高速でスィッチングし0点が回ってくる期間のみ電磁ビームを入射する必要があった。しかしビーム経路を高速に切り替える事ができれば、ジャイロトロン出力を100%電流駆動に生かす事が可能になる。平成22年度の解析結果に従い、平成23年度は高速スイッチの低電力試験用モックアップを製作し、当初の計画どおり日本原子力研究開発機構との共同研究で170GHz帯,140GHz帯での低電力試験を行った。試験は、2種類のハーフミラー(全金属スロットアンテナとサファイア)を用いて行った。その結果、サファイアハーフミラーの場合には、誘電体の厚みによって大きく反射率が代わり、全金属スロットアンテナ型ハーフミラーの場合には、スロットの周期が波長より短い場合には高次回折波が励起されないため、きれいに切り替えが可能であるが、スロット周期が波長よりも長い場合には高次回折波が励起され、高次回折波によって励起された導波管の高次モードがリング共振器内で共鳴した際に、損失が増加することが判った。この磁気島は高速で回転している為、従来はジャイロトロンを数kHz程度の高速でスィッチングしO点が回ってくる期間のみ電磁ビームを入射する必要があった。本研究では、新しい原理を用いて世界で初めて広帯域の大電力ミリ波帯高速スィッチの開発を目指した。平成21年度はFDTD法を用いた電磁界解析コードを開発し、キーコンポーネントであるハーフミラーの最適化を行った。その結果、誘電体ハーフミラーの場合には、誘電体の厚みが、全金属スロットアンテナ型ハーフミラーの場合には、スロットの周期、幅、厚み、特に向きが重要である事が判った。平成23年度は高速スイッチの低電力試験用モックアップを製作し、日本原子力研究開発機構との共同研究で170 GHz帯での低電力試験を、2種類のハーフミラー(全金属スロットアンテナとサファイア)を用いて行い、そのどちらでも予想されたスイッチ特性を確認した。次に、全金属スロットアンテナ型ハーフミラーを用いて、140 GHz帯での低電力試験を行い、従来(500MHz程度)にない広帯域特性(30GHz程度)を確認した。平成24年度には、全金属スロットアンテナ型ハーフミラーの最適化を行い、スロットを非周期にすることにより有害な高次回折波の抑制に成功した。最後に、170GHzで200kW程度の大電力試験を行い、高速スイッチ本体に放電等による損傷が無いことを確認した。

計画どおり高速スイッチの設計に従ってモックアップを製作し、170GHz帯に加えて140GHz帯でも特性試験を行った。また、キーコンポーネントであるハーフミラーは全金属スロットアンテナに加えて、サファイアでも試験を行い、周波数特性で興味深いデータを得た。更に、リング共振器から放射される高次モードに関する測定を行うことができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。4月に高次モードに関するデータを更に詳細に測定した後、5月に新型ハーフミラーの見積り依頼、発注.6月は新型ハーフミラーの製作、組み立て調整.10月に新型ミラー付高速スイッチで発生する高次モードの測定を行う.11月のプラズマ・核融合学会第29回年会(福岡県春日井市)で成果発表.12月に原子力機構でミリ波帯高速スイッチの短パルス大電力試験を行う.1-2月に研究成果をまとめ、3月に論文を投稿.24年度が最終年度であるため、記入しない。
C. elegans最近縁種のゲノム、形態発生、生態解析に基づく比較進化研究

Caenorhabditis elegansの姉妹種を石垣島のイチジクから発見した。この線虫(Caenorhabditis sp. 34)はこれまで知られているなかでC. elegansに最も近縁であるにもかかわらず、C. elegansの2倍以上の体サイズをもち、植物や昆虫とインタラクションするなど、C. elegansとは全く異なる生殖様式や生態を有している。これはsp.34がEvoDev、比較生態、比較ゲノム研究などに最適な材料であることを意味し、比較生物学の研究材料にふさわしい。本研究では、sp.34線虫の高品質なリファレンスゲノムを構築し、C. elegansとの比較を行う。さらに、詳細な形態、発生、生態の観察に基づきC. elegansとの違いを明らかにし、遺伝学研究ツールを開発・活用することで遺伝子機能も含めたシステマティックな比較解析を行う。これら一連の研究を通して、これまでにない比較進化学研究プラットフォームを構築することを目的とする。本年度は、の形態観察を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて行い、新種記載を行い、C.inopinataと名付けた。ラボでの培養条件等の最適化のため、温度適性試験や餌試験などの基礎生物学的解析を行った。比較ゲノム解析のためのリファレンスゲノムの構築を複数のDNAシーケンサーを用いておこなった。さらに遺伝子発現解析を行い、遺伝子予測を行った。遺伝学研究ツールの開発に向けてRNAi法の試行しフィーディング、ソーティングがどちらも有効であることを確認した。また、マイクロインジェクションによるトランスジェニック作成を行った。これまで未記載であったC. elegansの初めての姉妹種、線虫C.inopinataの形態観察を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて行い、新種記載を行った。新種線虫C.inopinataの温度適性を10°Cから3度刻みで36°Cまで行い、27°Cが最適温度であることを確認した。また、複数の培地とバクテリア餌条件の検討を行い、研究室内での最適な培養法を確立した。新種線虫C.inopinataのリファレンスゲノム構築のためシーケンサー(1分子シーケンサーPacBioとIllumina HiSeq, MiSeq)でDNAリードを獲得し、高品質のゲノムアセンブリーを構築した。さらにオプティカルマップを用いて、リファレンスゲノムの品質向上をおこなった。また、網羅的遺伝子発現解析(RNAseq解析)を行い、その情報に基づいて遺伝子部位の予測を行った。新種線虫C.inopinataの遺伝学研究ツールの開発に向けて、RNAiのソーキングやフィーディング法の試行を行い、発現部位の異なる遺伝子に対する有効性を検討して、RNAiが遺伝学研究ツールとして本線虫に有効であることを確認した。新種線虫C.inopinataのトランスジェニックの作成を微量遺伝子導入(マイクロインジェクション)を用いて行い、蛍光タンパク質の異種発現により、C.inopinataがC. elegansと同程度の効率でトランスジェニックの作成できることを確認した。1形態観察と基礎生物学的解析:走査電子顕微鏡での撮影を行う。ライフサイクルを確定させるためにラボ内での成長速度、至適温度、オスメス比、耐久型幼虫の出現傾向を観察する。2比較ゲノム解析:リファレンスゲノムに対し遺伝子予測を行い遺伝子モデルセットを獲得する。遺伝子予測に利用するRNAseqをメス、オス、幼虫から抽出したRNAを用いて獲得する。1遺伝学的研究ツールの開発: CRISPR-cas9系によるトランスジェニック、遺伝子破壊株の作成手法を本線虫のために最適化し、使いやすいツールとして確立する。雌雄同体のC. elegansと異なり雌雄異体であるため、株の確立には工夫が必要である。長らく求められてきたC. elegansの姉妹種を石垣島のイチジクから発見した。この線虫(sp.34)はC. elegansの最近縁種であるにもかかわらず、C. elegansの約2倍の体サイズをもち、C. elegansとは全く異なる生殖様式や生態を有している。これはsp.34がEvoDev、比較生態、比較ゲノム研究などに最適な材料であることを意味し、まさに多くの研究者が長年求めてきた材料である。本研究では、sp.34線虫の高品質なリファレンスゲノムを構築し、C.elegansとの比較ゲノム解析を行う。さらに、詳細な形態、発生、生態の観察に基づきC. elegansとのphenotypicな違いを明らかにし、遺伝学研究ツールを開発・活用することで遺伝子機能も含めたシステマティックな比較解析を行う。本年度は新種記載のために、C. sp34線虫の詳細な形態観察(光学顕微鏡および電子顕微鏡観察)と基礎生物学的解析(成長速度や培地指向性、ボディーサイズ変化等)、比較ゲノム解析のためのリファレンスゲノムの構築、および遺伝学研究ツールの開発に向けたRNAiの試行、トランスジェニック作成を行った。リファレンスゲノムの構築には複数のシーケンシングテクノロジー(イルミナ、PacBio)によるハイブリッドアセンブリを試み高品質なゲノムアセンブリを獲得した。新種記載のための形態観察を顕微鏡下で行い、新種記載に必要な雌雄別の形態数値と画像、イラストの作成を行った。培地とバクテリア餌を検討し、最適な培養法を確立した。リファレンスゲノム構築のためDNAを抽出し、2タイプの次世代シーケンサー(PacBioとIllumina)でDNAリードを獲得した。

獲得したDNAリードのアセンブルを行い、配列のエラーコレクションを行って1版のゲノムアセンブリーを構築した。また、遺伝学研究ツールの開発に向けてRNAiのソーキングやフィーディング法の試行を行い、発現部位の異なる遺伝子に対する有効性を検討しRNAiがツールとして本線虫に有効であることを確認した。トランスジェニックの作成をマイクロインジェクションを用いて行い、C. elegansと同程度の効率でトランスジェニックが作成できることを確認した。Caenorhabditis elegansの姉妹種を石垣島のイチジクから発見した。この線虫(Caenorhabditis sp. 34)はこれまで知られているなかでC. elegansに最も近縁であるにもかかわらず、C. elegansの2倍以上の体サイズをもち、植物や昆虫とインタラクションするなど、C. elegansとは全く異なる生殖様式や生態を有している。これはsp.34がEvoDev、比較生態、比較ゲノム研究などに最適な材料であることを意味し、比較生物学の研究材料にふさわしい。本研究では、sp.34線虫の高品質なリファレンスゲノムを構築し、C. elegansとの比較を行う。さらに、詳細な形態、発生、生態の観察に基づきC. elegansとの違いを明らかにし、遺伝学研究ツールを開発・活用することで遺伝子機能も含めたシステマティックな比較解析を行う。これら一連の研究を通して、これまでにない比較進化学研究プラットフォームを構築することを目的とする。本年度は、の形態観察を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて行い、新種記載を行い、C.inopinataと名付けた。ラボでの培養条件等の最適化のため、温度適性試験や餌試験などの基礎生物学的解析を行った。比較ゲノム解析のためのリファレンスゲノムの構築を複数のDNAシーケンサーを用いておこなった。さらに遺伝子発現解析を行い、遺伝子予測を行った。遺伝学研究ツールの開発に向けてRNAi法の試行しフィーディング、ソーティングがどちらも有効であることを確認した。また、マイクロインジェクションによるトランスジェニック作成を行った。これまで未記載であったC. elegansの初めての姉妹種、線虫C.inopinataの形態観察を光学顕微鏡、電子顕微鏡を用いて行い、新種記載を行った。新種線虫C.inopinataの温度適性を10°Cから3度刻みで36°Cまで行い、27°Cが最適温度であることを確認した。また、複数の培地とバクテリア餌条件の検討を行い、研究室内での最適な培養法を確立した。新種線虫C.inopinataのリファレンスゲノム構築のためシーケンサー(1分子シーケンサーPacBioとIllumina HiSeq, MiSeq)でDNAリードを獲得し、高品質のゲノムアセンブリーを構築した。さらにオプティカルマップを用いて、リファレンスゲノムの品質向上をおこなった。また、網羅的遺伝子発現解析(RNAseq解析)を行い、その情報に基づいて遺伝子部位の予測を行った。
時間依存密度汎関数法による炭素系ナノ構造の非平衡電子状態の研究

電界電子放射現象はナノスケールの電子源として期待されており,理論・実験ともに精力的に研究されている物理現象である.この現象は強電界・強電流下での量子トンネル現象であり、そのような状況下では放出先端構造が著しい損傷を受けることが実験的に観測されている。このことはナノスケール電子源の寿命と密接な関連を持ち,電界電子放射現象を利用した次世代デバイスの実現に関して非常に重要な問題である.そこで,電界電子放射現象下でのNa原子に働く力をリカージョン伝達行列法(RTM)を用いて研究した.RTM法は電界電子放射現象のみならず,原子架橋系での定常電気伝導の研究にも使われる第一原理計算手法である.この研究において,電界電子放射による原子蒸発の閾値電界強度を見積もることができた.その際,蒸発原子は有効的に負に帯電していることを明らかにした.蒸発原子が負に帯電することは,電界電子放射現象を起こす際に印加される電界の向きとは矛盾せず,過去に成された理論研究とも合致している.しかしながら,実際に電流が流れている状況下でこのことを示したのは本研究が初めてである.また,この研究で得られた興味深い知見は,"ポテンシャル曲線から理解される電界電子放射現象下での原子の蒸発メカニズムは,蒸発原子の有効電荷の符号と電界の方向を除けば,通常の電界蒸発現象と同じである",ということである.このことに関しては詳細な研究が行われる必要があるが,この研究は電界電子放射現象下での表面原子過程を理解するための足がかりになるものと考えられる.グラファイトナノ構造体からの電界電子放射(FE)について、時間依存密度汎関数法を用いて研究した。グラファイトナノ構造体の中でもグラファイトリボン(GR)は、理論的に興味深い現象が予言されており現在盛んに研究が行われている物質である。GRの終端構造の違い(清浄端or水素終端)、または電界方向の違い(リボン平面に対して平行or垂直)によって、放射電流量の大小関係とFE特性を決める電子状態起源を調べた。電流量の大小関係は次の通りであった。(清浄端・平行)>(水素終端・平行)>(清浄端・垂直)>(水素終端・垂直)。電場をリボンに平行に印加した時も垂直に印加した時も、清浄端リボンのFEに対する電子状態起源はダングリングボンド(DB)状態であった。DB状態はGRの端に存在し真空側に突き出ているため、FE電流の重要な源になると考えられる。リボン端が水素で終端されることによって、DB状態は消失しσ軌道とπ軌道の電子がFEに寄与する。しかしながら、これらの軌道は結合にも寄与しているためDB状態ほど電子を放出することはできない。以前の研究から、軌道の方向と電界の方向が一致した時に、その軌道の寄与が大きくなることを明らかにしたが、垂直に電場を印加した時でさえπ軌道の寄与は非常に小さかった。この理由が、遮蔽効果によりπ軌道周辺の電界が弱くなるためであることを明らかにした。GRの研究においてDB状態がFE電流を著しく増加させることがわかった。したがって、完全なグラフェンに原子空孔欠陥を作ると、そこにDB状態が出現しグラフェンのFE特性を大きく変えると予想した。そこで原子空孔欠陥を持つグラフェンに電界を垂直に印加したときのFEを調べた。予想通り欠陥内部に出現するDB状態により、グラフェンのFE電流は増加した。GRとグラフェンの研究から、DB状態はFEに重要な役割を果たすことが理解できた。時間依存密度汎関数法(TD-DFT)とリカージョン伝達行列(RTM)法の電界電子放射現象への適用性を調べるために、両第一原理手法を用いてNa表面からの電界電子放射を研究した。TD-DFTは波動関数の時間発展を直接追いかける強力な方法である。しかしながら、現状の計算資源でさえも長時間のシミュレーションが厳しいという難点を持つ。一方、RTM法は定常的な散乱過程を解析するために開発された。主に電子輸送現象やSTM等の系に適用されており、電界電子放射現象に関しての詳細な研究はほとんどなされていない。この両者の方法論的な違いに焦点を当てるため、単純金属表面であるNa表面を研究の対象として選択した。得られた知見は以下の通りである。(i)放射電流値はTD-DFTよりもRTM法で見積もった方がより信頼できる。なぜならば、RTM法は定常的な電子トンネル過程を忠実に扱うのに対して、TD-DFTで得られる電流は本質的に非定常であり定常放射電流を求めることには適さないからである。ただし、TD-DFTであっても非常に長時間にわたるシミュレーションが可能であれば、放射電流値は正しく求められるであろう。(ii)電界電子放射に寄与する電子状態を明らかにすることに関してはTD-DFTの方が適している。TD-DFTは全ての波動関数の時間発展を直接追いかけることができるので、放射に寄与する状態を確実に見つけることができる。それとは対照的にRTM法では、入射したエネルギーと(準)束縛状態が一致しなければその状態を見過ごす可能性がある。以上から、TD-DFTとRTM法を相補的に用いることが電界電子放射の研究において理想的である、ということが提案できた。電界電子放射現象はナノスケールの電子源として期待されており,理論・実験ともに精力的に研究されている物理現象である.

この現象は強電界・強電流下での量子トンネル現象であり、そのような状況下では放出先端構造が著しい損傷を受けることが実験的に観測されている。このことはナノスケール電子源の寿命と密接な関連を持ち,電界電子放射現象を利用した次世代デバイスの実現に関して非常に重要な問題である.そこで,電界電子放射現象下でのNa原子に働く力をリカージョン伝達行列法(RTM)を用いて研究した.RTM法は電界電子放射現象のみならず,原子架橋系での定常電気伝導の研究にも使われる第一原理計算手法である.この研究において,電界電子放射による原子蒸発の閾値電界強度を見積もることができた.その際,蒸発原子は有効的に負に帯電していることを明らかにした.蒸発原子が負に帯電することは,電界電子放射現象を起こす際に印加される電界の向きとは矛盾せず,過去に成された理論研究とも合致している.しかしながら,実際に電流が流れている状況下でこのことを示したのは本研究が初めてである.また,この研究で得られた興味深い知見は,"ポテンシャル曲線から理解される電界電子放射現象下での原子の蒸発メカニズムは,蒸発原子の有効電荷の符号と電界の方向を除けば,通常の電界蒸発現象と同じである",ということである.このことに関しては詳細な研究が行われる必要があるが,この研究は電界電子放射現象下での表面原子過程を理解するための足がかりになるものと考えられる.
ミトコンドリア全ゲノム情報に基づく日本産コンブ属植物の系統と種分化に関する研究

今回、7種のmtDNAは何れも環状構造を示し、ORF157が存在しないことを除いてL. digitata (Ldig)と同じ構成であった。塩基長は、マコンブ(Lj)、ホソメコンブ(Lr)、オニコンブ(Ld)、エナガコンブ(Ll)で37,657bp、リシリコンブ(Lo)で37,656bpで、ミツイシコンブ(La)で37,604bp、アツバコンブ(Lc)で37,500bpであった。本結果よりLaminariaとSaccharina(今回の7種を含む)を識別するための指標としてORF157の有無が考えられが、Ldigと近縁なL. yezoensisでは存在が認められないことから、これが両者を分けるためのマーカーとはなり得ない。Lj、Lr、Ld、LIでは全領域で塩基の挿入・欠損は無かったが、これらはLoとの間でrps19に1塩基の挿入・欠損が見られた。これらマコンブ系5種間で変異は乏しく、pairwise distance (nad6(partial)-coxl)(:PD parcial)は0.020.11であり、全領域で69サイトに置換、挿入・欠損が検出され、特にtrn、rps、ORF、spacerの幾つかで高い置換率が示された。マコンブ系5種はLaやLcとの間に顕著な変異が見られ、Laとの間のPD partialは4.365.85であった。また、rps19における相同率は、Lj、La、Lcの間で95%96%であった。マコンブ系5種では種間の遺伝的相違の検出に有用とされるCOIやCOIIIにおいても変異が乏しいことから、既知の見解をふまえてこれらの分類を改めることが必要である。これまで北海道産コンブ属は4系統群に分かれることが知られてきたが、群内の種間の相違を検出することは容易ではなかった。今回の結果から、mtDNAの複数領域の配列比較がそのための有用なツールとなる。今回、7種について、mtDNAの複数領域から変異を検出し、系統関係を推察することができた。特に、解析が困難とされてきたマコンブ系5種について、"Ljと他4種の間の遺伝的距離が長く表れる"、"Llは、Lr・Lo・Ldと遺伝的に近しい"などの特徴を示す系統樹が得られ、種間関係を調べることができた。これまでの5S spを対象にした解析結果と照らし合わせ、Lr、Lo、Ld、Llの種分化の歴史が浅いことが推察された。これまで"形態"や、"核ゲノムや葉緑体ゲノムの複数箇所のDNA塩基配列比較