hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワイドギャップ半導体炭化硅素の伝導性制御と新構造縦型超接合デバイスへの応用

物性限界に近づきつつあるSiパワーデバイスの限界を打破し、超高性能パワーデバイスの実現が可能なワイドギャップ半導体炭化硅素(SiC)が注目されている。本研究では、新構造縦型超接合デバイスの耐圧保持部分に相当する超接合領域の形成技術に関する研究、スイッチング部分に相当するSiCと酸化膜界面(MOS界面)の電子物性(伝導性)制御に関する研究をおこなった。n型4H-SiC(0001)面にストライプ状に深さ34ミクロン、幅2ミクロン程度の微細なトレンチを形成し、化学気相堆積法(CVD成長)によりp型SiC成長層をトレンチ内部に埋め込むことによって超接合構造を形成した。CVD成長時に空洞等を発生させることなく、完全にトレンチを埋め込むためには成長条件に工夫が必要であることがわかった。成長時に多数の反応種がトレンチ内部にまでマイグレーションし、埋め込み成長に寄与するためには、Si原料ガス流量を増大させることやC原料ガスとSi原料ガスの混合比を低減することが効果的であった。これは、これらの条件ではSi原子の表面拡散長が大きいことに起因している。一方、スイッチング部分に相当するSiCと酸化膜界面の電子物性制御に関しては、ホール効果測定により界面チャネル領域の伝導性を詳細に評価した。ホール効果から評価した電子移動度は、MOS型デバイスのドレイン特性から見積もられる実効チャネル移動度よりも2倍程度大きいことが判明した。これらの移動度を比較検討することで、MOS界面中の界面準位が高密度の電子を捕獲していることが明らかになった。高性能パワーデバイスを実現するためには、局所的不純物添加法の確立や高性能ダイオードの作製など基礎物性からデバイス応用まで系統的に研究していくことが必要不可欠である。本年度は、局所的な高濃度p型およびn型領域の低抵抗化と表面平坦性の改善に関する研究、イオン注入により形成したpn接合ダイオードの特性解析に関する研究を行った。Alアクセプタのイオン注入量に対するシート抵抗、キャリヤ密度、移動度を系統的に評価した結果、ドーズ量には最適値があり、2kΩ/*以下にまで低減可能であることがわかった。高温かつ短時間(1分)のアニールが注入アクセプタの高活性化をもたらすこともわかった。従来の報告値(510kΩ/*程度)と比べても低減できている。また、(11-20)面を用いることでも低抵抗化を図った。(11-20)面では室温での高ドーズ注入であっても、著しい結晶性回復により低抵抗化(1.9kΩ/*)できることを見出した。これまで報告のなかった4H-SiC(11-20)面pn接合ダイオードを初めて作製し、特性評価を行った。オン抵抗は約13mΩcm^2と小さく、耐圧も理論値の70%にあたる1850Vであり、優れた整流性を示した。(0001)面上に形成したpn接合ダイオードにおいて、順方向動作時に二次欠陥(積層欠陥、少数キャリヤの再結合中心)が形成され順方向導電状態が経時劣化することが大きな課題となっていた。本研究で作製した(11-20)面ダイオードでは上記の劣化はまったく見られなかった。劣化の有無に大きく影響を与える二次欠陥の生成について評価したところ、たとえ二次欠陥が生成されたとしても、オン時の電流経路と二次欠陥が平行であるために、導電の妨げにならないことが明らかになった。本研究では、局所的な中濃度p型領域の伝導性制御に関する研究を行った。4H-SiC(0001)面にAlまたはBを室温注入し、ボックスプロファイル部および注入飛程端の電気的特性を詳細に評価した。室温でのAl注入の場合、1700°CのアニールによりAl原子のわずかな内方向拡散(50nm)が見られたものの、ボックスプロファイル部、注入飛程端部ともに注入したAlのほぼ100%がアクセプタとして機能していることが判明した。一方、室温でのBイオン注入の場合、アニール時に著しい外方向拡散および内方向拡散が起きた。ちょうど注入飛程端に相当する領域では高密度の欠陥(Bを含む深い準位)が発生し、電気的活性化率が著しく低下していた。アニール時の内方向拡散と外方向拡散を抑制するためには大量(Bの10倍量)のCを共注入することが有効であることも明らかにした。ただし、拡散は抑制できたものの、BとCを含む複合欠陥(深い準位)が発生することから、電気的活性化率が著しく悪化することも併せて明らかにした。中濃度p型領域形成時においても、注入分布の制御性、飛程端を含めた電気的活性化率と深い準位の低減の全ての観点で、Al注入の方がB注入より優れていることがわかった。

n型4H-SiC(0001)面にストライプ状に深さ34ミクロン、幅2ミクロン程度の微細なトレンチを形成し、化学気相堆積法(CVD成長)によりp型SiC成長層をトレンチ内部に埋め込むことによって超接合構造を形成した。CVD成長時に空洞等を発生させることなく、完全にトレンチを埋め込むためには成長条件に工夫が必要であることがわかった。成長時に多数の反応種がトレンチ内部にまでマイグレーションし、埋め込み成長に寄与するためには、Si原料ガス流量を増大させることやC原料ガスとSi原料ガスの混合比を低減することが効果的であった。これは、これらの条件ではSi原子の表面拡散長が大きいことに起因している。一方、スイッチング部分に相当するSiCと酸化膜界面の電子物性制御に関しては、ホール効果測定により界面チャネル領域の伝導性を詳細に評価した。ホール効果から評価した電子移動度は、MOS型デバイスのドレイン特性から見積もられる実効チャネル移動度よりも2倍程度大きいことが判明した。これらの移動度を比較検討することで、MOS界面中の界面準位が高密度の電子を捕獲していることが明らかになった。
再帰代名詞を含むGET構文からの拡張：主語名詞の「働きかけ」の希薄化の観点から

まずHere's Health 80冊(1997年から2017年)をPDF化し、get + oneself + X構文の生起状況をデータ分析プログラムVIVOを用いて行った。次にイギリスの大英図書館およびスコットランド国立図書館で閲覧可能な英語資料を収集した。両図書館では1377年から1913年までの文献を収集したが、PDFとして閲覧可能な文献(9007ページ)を収集し、直接閲覧可能な文献(The Gentleman's Magazineほか)はデジタルカメラを使用して画像として9746枚収集した。これら資料のうちPDFの資料でget+再帰代名詞+Xという型式の文がどのくらいあるか調査した。加えて今まで電子図書館等からダウンロードした資料(1200年から2000年)での当該形式の文の生起状況も調査した。また収集した画像資料をPDFへ変換する作業も開始した。次に再帰代名詞の後に不変化詞が来る構文に着目し、その中でV +再帰代名詞+ up構文に焦点を当て現在の生起状況をBritish National Corpusを利用して調査し、1084例が確認された。(myself:118、yourself:90、himself:386、herself:188、ourselves:33、yourselves:3、themselves:182、itself:87)さらに通時的観点からCorpus of Historical American Englishでupが共起する文の生起状況を調査し、8557例(1810年代から現在に至るまで)が生じていた。これらのデータから当該構文の拡張が再帰代名詞の働きかけの希薄化によって生じ、通時的資料での構文の生起のずれと一致していることを金沢大学英文学会で発表し、動詞+再帰代名詞+downの型式の拡張について調査を開始した。共時的資料としてBritish National CorpusとCollins WordBanksでのget + oneself + up構文の生起状況を調査した。結果としてそれぞれ13例23例存在した。また、収集したHere's Healthでは0例だった。次に大英図書館・スコットランド国立図書館で収集した資料のうち画像として収集した資料のPDF化の作業を始めたが、9000枚以上あるため、この作業は遅れている。平行してPDFで収集した資料及び他の電子図書館から収集したデータ(1300年から1999年)から抽出したところ1800年代に1例、1900年代に5例生じていて、事例数としては予想より少なかった。またCOHA(Corpus of Historical American English)および大英図書館・スコットランド国立図書館で収集した資料及び他の電子図書館から収集したデータ(1300年から1999年)から当該構文を抽出したところ1800年代に1例、1900年代に5例生じていた。そこで動詞をgetに限定せず、再帰代名詞と不変化詞upが生じる例文を抽出し、動詞を限定しない構文としての拡張があるかどうかを調査した。この結果については金沢大学英文学会で「V + oneself + upに関する一考察」と題して発表した。つぎに不変化詞downが生じた構文について研究を進めている。昨年度収集した映像資料のPDF化を終了させる。さらにいままでの資料での「get +再帰代名詞+ up」構文の生起数が予想より少なかったので、English-Corporaのサイトを利用しデータの充実をはかる。また可能であれば大英図書館・スコットランド国立図書館で再度昨年収集できなかった資料収集する。また不変化詞downが共起するget構文の分析を終了させ、他の不変化詞(away, off)を含む当該構文の調査・分析を進める。そしてget +再帰代名詞+不変化詞の構文での認知構造の拡張が生じていることを共時的資料で明らかにし、通時的資料で検証していく。さらに動詞を限定しないでの構文の拡張について再帰代名詞の働きかけの希薄化によって生じているとい主張が正しいことを明らかにしていく。今年度はまず本研究で扱う再帰代名詞を含むGET構文に関して19世紀以前に発刊された文法書ではどのように扱われているかを調査した。Ballokar(1580)ではgetを用いた用法が示されていたが、再帰代名詞を伴う例は示されていなかった。Murray (1816)では2重目的語を取る例文、副詞、名詞等を取る文は示されていたが、再帰代名詞を伴う例文は生じていない。Cobbett (1819)では文章中にget(過去形、分詞も含む)が23生じ、名詞、副詞、過去分詞形容詞、前置詞等を伴っていたが、再帰代名詞を伴う例文はなかった。Pinneo(1869)では通常のgetの用法への言及はあったが、再帰代名詞を伴う用法は示されていなかった。Maetzner (1874)では名詞、形容詞、過去分詞形容詞が生じる例が示されていたが、再帰代名詞を含む例文は生じていなかった。このことから19世紀までの文法書では再帰代名詞を含む構文は型式としては認識されていなかったと言える。次にOEDに記載されているgetを含む例文の中で再帰代名詞を伴う文を抽出したところ、125例あった。最も早い段階で生じたのは1662年にget himself out of sightという表現であった。再帰代名詞の後に生じる範疇は名詞句(28例)、前置詞句(23例)、不変化詞(11例)、形容詞句(4例)、動詞の過去分詞(形容詞用法も含む:59例))があった。

再帰代名詞別ではhimselfは56例、herselfは19例、myselfは15例、yourselfは2例、themselvesは15例、ourselvesは6例、yourselvesは1例だった。また、語彙拡張に関わる主語名詞の「希薄化」に関わる論文を中心に理論考察を行い、言語習得との関連から範疇(特に不変化詞)の構造に関するとらえ方に関して鈴木(2017)等を参考に考察した。19世紀までに発行されて入手できた文法書でのgetを含む例文の調査は終了し、OEDに掲載されている再帰代名詞と動詞getを含む例文の調査も終了した。さらにA Corpus of English Dialogues 1560-1760でのgetの生起状況調査も開始した。理論的な部分としては形容詞、動詞の過去分詞、不変化詞の3つをget+再帰代名詞+X構文のXに生じる範疇と考え、それぞれの範疇の認知構造がどのようなものであるかを考えた。特に鈴木(2017)が主張しているように、不変化詞を言語習得の観点から動詞として考え、市川(2018b)では不変化詞の認知構造を動詞と同じ認知構造としてとらえて分析を行った。以上の状況からおおむね順調に進展している。まずHere's Health 80冊(1997年から2017年)をPDF化し、get + oneself + X構文の生起状況をデータ分析プログラムVIVOを用いて行った。次にイギリスの大英図書館およびスコットランド国立図書館で閲覧可能な英語資料を収集した。両図書館では1377年から1913年までの文献を収集したが、PDFとして閲覧可能な文献(9007ページ)を収集し、直接閲覧可能な文献(The Gentleman's Magazineほか)はデジタルカメラを使用して画像として9746枚収集した。これら資料のうちPDFの資料でget+再帰代名詞+Xという型式の文がどのくらいあるか調査した。加えて今まで電子図書館等からダウンロードした資料(1200年から2000年)での当該形式の文の生起状況も調査した。また収集した画像資料をPDFへ変換する作業も開始した。次に再帰代名詞の後に不変化詞が来る構文に着目し、その中でV +再帰代名詞+ up構文に焦点を当て現在の生起状況をBritish National Corpusを利用して調査し、1084例が確認された。(myself:118、yourself:90、himself:386、herself:188、ourselves:33、yourselves:3、themselves:182、itself:87)さらに通時的観点からCorpus of Historical American Englishでupが共起する文の生起状況を調査し、8557例(1810年代から現在に至るまで)が生じていた。これらのデータから当該構文の拡張が再帰代名詞の働きかけの希薄化によって生じ、通時的資料での構文の生起のずれと一致していることを金沢大学英文学会で発表し、動詞+再帰代名詞+downの型式の拡張について調査を開始した。共時的
低分子量G蛋白質の高次構造多型性のシグナル伝達における意義

GTP結合型Ras(Ras-GTP)の立体構造は1種類だけであると考えられてきた。しかし近年の^<31>P-NMR測定により、Ras-GTPには相互変換(遷移)可能な2種類の立体構造(state 1とstate 2)が混在していることが明らかとなった。Rafをはじめとするエフェクター存在下でstate1からstate 2への遷移が起こることから、state 2がエフェクターとの結合能力を有する真のシグナル"ON"構造であることが分かっている。一方、state 1とstate 2の間の遷移メカニズムに関しては全く分かっていない。本研究では、NMR上state1構造をとることが予測されているがswitch 1領域の立体構造が未知のH-Ras T35S変異体のX線結晶構造解析、並びに、2つのswitch領域(switch I, switch II)周辺のアミノ酸残基にH-Ras型置換を導入した6種類のM-Ras変異体の^<31>P-NMR及びX線結晶構造解析を通じて、state遷移のメカニズムの解明を試みた。その結果、2つのstate間での構造遷移には、2つのswitch領域間のGTPを介する構造干渉が重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、構造干渉が起こるメカニズムは、GDP/GTP交換反応に見られる構造変化と類似した、Rasの2つのswitch領域のループ構造特有の可動性に由来することが明らかになった。GTP結合型Ras(Ras-GTP)の高次構造は1種類だけであると考えられてきた。しかし近年の^<31>P-NMR測定により、Ras-GTPには相互変換(遷移)可能な2種類の立体構造(state 1とstate 2)が混在していることが明らとなった。本研究では、NMR上state1構造をとることが予測されているがswitch 1領域の立体構造が未知のH-Ras T35S変異体のX線結晶構造解析、並びに、2つのswitch領域(switch I,switch II)周辺のアミノ酸残基H-Ras型置換を導入した6種類のM-Ras変異体の^<31>P-NMR及びX線結晶構造解析を通じて、state遷移のメカニズムの解明を試みた。M-Ras変異体の^<31>P-NMRの結果、switch領域周辺に存在するアミノ酸残基とGTPとの水素結合のネットワークが、2つのstate間の構造遷移に際して極めて重要な役割を果たすことが明らかになった。また、H-Rasにおけるstate 1の完全な立体構造として決定されたH-RasT35Sでは、前述のネットワークが完全に欠失していた。以上の結果から、switch領域周辺のアミノ酸残基はRasの2つのstate間での構造遷移ならびにstate2構造安定化において、極めて重要な役割を果たすことが示唆された.GTP結合型Ras(Ras-GTP)の立体構造は1種類だけであると考えられてきた。
真核生物の「生命の樹」－その全体像の解明

真核生物の新規系統の探索のために様々な環境からサンプリングを行い、培養株の確立と環境DNA解析を行った。今年度は合計28株の培養株を確立し、予備的な形態観察及び分子系統解析を行ったところ、その中の2株(SRT804株、SRT828株)が新奇原生生物であることが示唆された。今後これらの培養株について詳細な形態観察と分子系統解析を行う予定である。原生生物の新規系統を環境中から探索するために、環境サンプルからDNAを抽出し、PCRによって18S-28S rRNA遺伝子領域のオペロンを増幅し、PacbioRSIIおよびMinIONを用いて全長(約5,000-6,000 bp)のシーケンスを取得した。海洋研究開発機構前で採集した海水からは、既知の配列との相同性が非常に低い配列が複数得られた。分子系統解析を行ったところ、これらの配列は真核生物のどの系統にも属さない新規系統であることが示唆された。過去の研究から真核生物のどの系統にも属さないことが示唆されている培養株(SRT610株、SRT706株)について、微細構造を明らかにするために透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行い、基本的な微細構造(細胞表面、ミトコンドリアや他の細胞小器官、射出装置)を明らかにした。TEM観察からは、SRT610株の細胞内には他の真核生物には見られない複雑な微小管複合体が存在していることも明らかとなった。今後集束イオンビーム走査型電子顕微鏡(FIB-SEM)やTEMを用いた電子線トモグラフィー等によって、SRT610株の微小管複合体の構造を明らかにする予定である。当初の計画通り、環境中から新奇原生生物と思われる培養株の確立と、環境DNA解析を行うことができたため。確立した28株の培養株について、形態及び分子による同定を行ったところ、少なくとも2株は真核生物全体の多様性や初期進化を理解する上でも重要な新規原生生物である可能性が強く示唆されている。また、環境DNA解析からは新規系統と思われる配列の検出に成功しており、今後の研究でその実態が明らかになると期待される。今年度実施した環境DNA解析から得られた知見をもとに、引き続き海洋または湖沼から水や堆積物等の環境サンプルから真核生物の全体像を明らかにするのに特に重要であると考えられる系統に属する原生生物を環境中から探索し、培養株を確立する。探索にあたっては、環境DNA解析から推定された生息域などを参考にサンプリング地点を決定する。目的の系統に特異的なプライマーを用いたPCR法やFISH法による検出も併せて行い、サンプル中に対象の系統に属する原生生物が存在しているのかどうかや、細胞の大きさ等を把握し、培養株作成に役立てる。培養株は目視で原生生物を拾い上げるマイクロピペット法またはセルソーターによる単離、または希釈法によって確立する。確立した培養株については順次18S rRNA遺伝子配列を用いた分子系統解析による選別を行う。選別した培養株は光学顕微鏡観察によって同定し、必要に応じて新種記載論文を準備する。選別した培養株について、微細構造観察と複数遺伝子による分子系統解析を平行して行う。電子顕微鏡試料を作成し走査型及び透過型電子顕微鏡観察を行うことで微細構造を把握する。電子顕微鏡試料を作成する際は、様々な固定方法(化学固定、凍結固定等)を試し、最も微細構造が保存された試料を使用する。鞭毛装置の立体構築のためにエポキシ樹脂に包埋した細胞の連続切片を作成し、透過型電子顕微鏡で観察する。培養株の系統的位置を明らかにするためにトランスクリプトームデータを取得し、100200遺伝子ほどのデータセットを用いた大規模分子系統解析を行い、系統的位置を推定する。微細構造の把握と系統的位置の推定が出来た培養株については、得られた情報を元に進化の過程について考察する。

今後集束イオンビーム走査型電子顕微鏡(FIB-SEM)やTEMを用いた電子線トモグラフィー等によって、SRT610株の微小管複合体の構造を明らかにする予定である。当初の計画通り、環境中から新奇原生生物と思われる培養株の確立と、環境DNA解析を行うことができたため。確立した28株の培養株について、形態及び分子による同定を行ったところ、少なくとも2株は真核生物全体の多様性や初期進化を理解する上でも重要な新規原生生物である可能性が強く示唆されている。また、環境DNA解析からは新規系統と思われる配列の検出に成功しており、今後の研究でその実態が明らかになると期待される。今年度実施した環境DNA解析から得られた知見をもとに、引き続き海洋または湖沼から水や堆積物等の環境サンプルから真核生物の全体像を明らかにするのに特に重要であると考えられる系統に属する原生生物を環境中から探索し、培養株を確立する。探索にあたっては、環境DNA解析から推定された生息域などを参考にサンプリング地点を決定する。目的の系統に特異的なプライマーを用いたPCR法やFISH法による検出も併せて行い、サンプル中に対象の系統に属する原生生物が存在しているのかどうかや、細胞の大きさ等を把握し、培養株作成に役立てる。培養株は目視で原生生物を拾い上げるマイクロピペット法またはセルソーターによる単離、または希釈法によって確立する。確立した培養株については順次18S rRNA遺伝子配列を用いた分子系統解析による選別を行う。選別した培養株は光学顕微鏡観察によって同定し、必要に応じて新種記載論文を準備する。選別した培養株について、微細構造観察と複数遺伝子による分子系統解析を平行して行う。電子顕微鏡試料を作成し走査型及び透過型電子顕微鏡観察を行うことで微細構造を把握する。電子顕微鏡試料を作成する際は、様々な固定方法(化学固定、凍結固定等)を試し、最も微細構造が保存された試料を使用する。鞭毛装置の立体構築のためにエポキシ樹脂に包埋した細胞の連続切片を作成し、透過型電子顕微鏡で観察する。培養株の系統的位置を明らかにするためにトランスクリプトームデータを取得し、100200遺伝子ほどのデータセットを用いた大規模分子系統解析を行い、系統的位置を推定する。微細構造の把握と系統的位置の推定が出来た培養株については、得られた情報を元に進化の過程について考察する。
Gタンパク質共役型味覚受容体遺伝子の単離および機能解析

味覚の受容体の中でも苦味、甘味、旨味の受容体遺伝子はGタンパク質と共役して味覚を伝達する。本研究では第1に、推定される苦味、甘味、旨味の味覚受容体を単離し、HEK細胞発現系を用いて味物質との対応関係を解析する。第2に、機能解析に困難を要するGタンパク質αサブユニットi(Gαi)を介して機能するGタンパク共役型受容体(GPCRs)の機能の解析を、受容体に適合したGαのキメラを使用することにより実現させることにある。我々はヒト苦味受容体であるT2R遺伝子ファミリーに属する4種類の遺伝子で多様なcoding single-nucleotide polymorphysms(cSNPs)が存在することを明らかにした。また、甘味とうま味の味覚受容体遺伝子であるT1R受容体遺伝子ファミリーにおいて、スプライシングバリアントが存在することを見いだした。次に、T2R受容体がどの様な種類のG蛋白と共役可能かをキメラG蛋白を用いて解析した。苦味受容体としてはmT2R5とhT2R16を用いて、それぞれのリガンドであるサイクロヘキサミドとサリシンに対する応答性を解析したところ、gustducin、transducin、Gαi2などのG蛋白と少なくともmT2R5とhT2R16は共役可能であることがわかった。また、G蛋白のC末端のβ6シート、α5ヘリックス、extreme C terminusが苦味受容体とG蛋白との共役に重要な部位であることがわかった。さらにこれらのG蛋白を介したシグナルは味蕾細胞においてPLCβ2、IP3受容体を経て細胞内のカルシウムイオンを上昇させて陽イオンチャネルであるTRPM5を活性化させる。まず、ヒトゲノムのデータベースを検索し、T2R味覚受容体と考えられる遺伝子を単離した。既に登録のある12遺伝子に加え、10の新しい候補遺伝子を同定した。次に、T2R受容体と特異的にカップルするGタンパク質αサブユニット(Gα)についての解析を行った。我々のカルシウムイメージング解析によれば、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の研究に頻用されているGαであるGα16ではT2R受容体の応答が観察できなかった。ラットT2Rの生体内での分布より、ガストジューシン(Ggust)と呼ばれるGαiの関与が示唆されたので、Gα16とGgustのキメラを作製し、リガンドが既知のT2R受容体について、その応答を観察した。その結果、GgustのC末端アミノ酸配列がT2R受容体とのカップリングに重要であり、このアミノ酸配列を短くしていくと、あるところで応答が全くなくなることを見いだした。さらに他のGαについても同じように検索したところ、Gαt2とGαi2では応答が観察されるのに対し、Gαzでは全く観察できず、T2RにおけるGαi特異性についての新知見を見いだした。この結果は、現在投稿準備中である。受容体の解析に関しては、12のT2R遺伝子について、そのリガンドの同定を試みた。いずれの受容体も、代表的な苦味物質(プロピルチオウラシル、フェニルチオカルバミド、スクロースオクタアセテート、キニーネ、安息香酸デナトニウム)に対する応答は観察できなかったものの、T2R16においては、サリシンとよばれる解熱、鎮痛効果のある薬草成分に応答し、この応答特性は生体におけるサリシン感受性と一致していた。1)我々はT2R(TAS2R)受容体と特異的にカップルするGタンパク質αサブユニット(Gα)についての解析を行い、味覚受容細胞に特異的に発現しているガストジューシン(Ggust)がそのタンパク質C末端アミノ酸で受容体と特異的に結合していることを見いだしたが、この結果をまとめた論文がJournal of Neuroscienceに掲載された。

2)我々のトランジェントな発現細胞系では、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の研究に頻用されているGαであるGα16に加え、そのマウスオルソログGα15でもT2R受容体の応答は観察できず、トランジェントとステイブルな発現系には違いがあることを見いだした。GPCRを解析する上で重要となる。3)前年に引き続き粘り強くT2Rの機能の解析を試みた。今年のScienceにヒトのPROPまたはPTCと呼ばれる苦味物質に対する味盲がTAS38Rによるものではないかとの遺伝解析学の論文が掲載されたのを受け、早速この遺伝子を単離し発現用のコンストラクトを作製して解析したが、全く応答は観察されなかった。さらにこの遺伝子座の近傍にあるTAS2Rについても解析を試みたが、ポジティブな結果は得られなかった。現在この理由についていくつかの実験を計画している。4)ガストジューシン(Ggust)は、網膜にあって光の受容に関わるトランスジューシンと同じ生化学的性質を持っている。その受容体とのカップリングに共通性があるかどうかについて検討したが、TAS2R-ガストジューシンではロドプシン-トランスジューシンと異なる結果を得た。詳細については現在解析中である。5)T2R味覚受容体とともにもう一つのGタンパク質共役型味覚受容体であるT1Rについてもそのラットとヒトの遺伝子を単離し解析を試みたが、我々の解析系では甘味物質に対する応答がこれまでのところ得られていない。味覚受容体T2R (TAS2R)と特異的にカップルするG蛋白質αサブユニット(Gα)についての解析を行った。HEK細胞を用いた発現細胞系では、G蛋白共役型受容体の研究に頻用されているGαであるGα16に加え、そのマウスオルソログGα15でもT2R受容体の応答は観察できなかった。ヒトのPROPまたはPTCと呼ばれる苦味物質に対する味盲がTAS38Rによるものではないかとの報告がなされたので、早速この遺伝子を単離し発現用のコンストラクトを作製して解析したが、全く応答は観察されなかった。そこで、T2R受容体がまずどの様な種類のG蛋白と共役可能かをキメラG蛋白を用いて解析した。キメラG蛋白はPCR法を用いて様々なG蛋白間での組み換え蛋白を作成した。味覚受容体としてはmT2R5とhT2R16を用いて、それぞれのリガンドであるサイクロヘキサミドとサリシンに対する応答性をカルシウムイメージングにより機能解析を行ったところ、T2R苦味受容体との共役にはgustducinのβ6sheets、α5helix、extreme C terminusが必須で有ることを明らかにした。また、味蕾に発現しているG蛋白の中でも、gustducin、Gαi2とcone-transducin (Gαt2)がT2Rと共役できることが分かった。T2R味覚受容体とともにもう一つのGタンパク質共役型味覚受容体であるT1Rについてもそのラットとヒトの遺伝子を単離し解析を試みている。味覚の受容体の中でも苦味、甘味、旨味の受容体遺伝子はGタンパク質と共役して味覚を伝達する。本研究では第1に、推定される苦味、甘味、旨味の味覚受容体を単離し、HEK細胞発現系を用いて味物質との対応関係を解析する。第2に、機能解析に困難を要するGタンパク質αサブユニットi(Gαi)を介して機能するGタンパク共役型受容体(GPCRs)の機能の解析を、受容体に適合したGαのキメラを使用することにより実現させることにある。
放電法による液体壁レーザー核融合炉のエアロゾル形成の研究

将来のレーザー核融合炉の有力候補に第一壁に液体金属(LiPb)を用いた液体壁核融合炉がある。この構造炉の一つの課題はターゲット照射後、第一壁から蒸発した液体金属が飛行中に凝縮し微粒子(エアロゾル)となり、ターゲットや最終光学系に付着し、本来の設計性能が発揮できなくなる恐れがある点である。本研究は液体金属が蒸発し、微粒子となり飛行する現象を薄膜Pb放電加熱により再現し、その後のエアロゾル形成過程を実験的に把握し、シミュレーションと比較する事を目的としている。実験では幅5mm、長さ(放電方向)10mm、厚さ10μmリボン状の鉛ターゲットをガラス基盤上に作り、放電によって加熱する。ガラス基盤は実用炉で蒸発せずに残る成分に対応する。鉛の飛散物の方向分布の測定、その前提条件となる放電の一様性、プラズマの温度測定を行い、蒸発源の特性を調べると共に、エアロゾルの補足を行い、シミュレーションとの比較ができるようにした。蒸発源での温度分布を測定した結果では、電流の流れる方向には電極保持部が特に高温になるが、その直交方向での温度のばらつきは少なく、温度3000から4000Kのほぼ一様な放電路が形成されていることが分かり、直交方向の平面内での方向分布の議論が有効であることが確認された。測定した方向分布はほぼ1/cosθに比例し、放電内で十分な衝突が繰り返されていることを暗示している。この結果は、α粒子の加熱効果に見られる温度分布を持ったアブレーション過程での方向分布の議論のベースとなる。補足したエアロゾルの直径は30nmから100nmで、この結果は実験条件下のシミュレーションと一致する。本実験では滞留する金属蒸気により基盤上で微粒子が成長する様子が見えるので、さらなる検証が必要である。本研究は液体金属が蒸発し、微粒子となり飛行する現象を薄膜Pb放電加熱により再現し、その後のエアロゾル形成過程を実験的に把握し、シミュレーション(2006古河)と比較する事を目的としている。本年は放電装置、放電用チャンバーの整備及び製作を行った。そして現在、観測装置の設定及び薄膜Pb製作(Pb蒸着:10μm)を実施している。放電装置は150μFコンデンサーに対しイグナイトロン制御スイッチを利用することにより、手動操作により任意に大電流放電を実施可能であることを確認した。また、大気中でアルミ箔のターゲットを用いた予備実験で粒子の補足に成功している。次のステップとして放電用薄膜Pbの正面に飛散粒子捕獲用ガラス基盤を設置し、放電加熱後、飛散する粒子を捕獲、凝縮粒子を電子顕微鏡により観測する。その際、薄膜Pbから飛散粒子捕獲用ガラス基盤までの距離を変化させる事により、凝縮成長過程を実験的に把握する。またこの実験では薄膜Pbに対する一様加熱が重要であり、薄膜Pb形状及び大きさを最適化する必要がある。放電後形成されたプラズマの温度分布計測を現有のカメラとフィルターを利用し、可視領域の2波長をモニタリングする事により、温度プロフィット及び加熱状況を観測する。薄膜に関しては、厚さ10μm(Pb蒸着)及び50μm(Pb箔)それぞれ5mm×20mm薄膜による放電実験を実施することを計画している。

実際の液体壁では流体力学不安定性が発生し単純な一次元モデルより大きな粒子が発生する可能性があり、多孔質低密度薄膜を標準蒸着膜に積層させ、多層薄膜による、流体力学不安定性再現実験を計画している。将来のレーザー核融合炉の有力候補に第一壁に液体金属(LiPb)を用いた液体壁核融合炉がある。この構造炉の一つの課題はターゲット照射後、第一壁から蒸発した液体金属が飛行中に凝縮し微粒子(エアロゾル)となり、ターゲットや最終光学系に付着し、本来の設計性能が発揮できなくなる恐れがある点である。本研究は液体金属が蒸発し、微粒子となり飛行する現象を薄膜Pb放電加熱により再現し、その後のエアロゾル形成過程を実験的に把握し、シミュレーションと比較する事を目的としている。実験では幅5mm、長さ(放電方向)10mm、厚さ10μmリボン状の鉛ターゲットをガラス基盤上に作り、放電によって加熱する。ガラス基盤は実用炉で蒸発せずに残る成分に対応する。鉛の飛散物の方向分布の測定、その前提条件となる放電の一様性、プラズマの温度測定を行い、蒸発源の特性を調べると共に、エアロゾルの補足を行い、シミュレーションとの比較ができるようにした。蒸発源での温度分布を測定した結果では、電流の流れる方向には電極保持部が特に高温になるが、その直交方向での温度のばらつきは少なく、温度3000から4000Kのほぼ一様な放電路が形成されていることが分かり、直交方向の平面内での方向分布の議論が有効であることが確認された。測定した方向分布はほぼ1/cosθに比例し、放電内で十分な衝突が繰り返されていることを暗示している。この結果は、α粒子の加熱効果に見られる温度分布を持ったアブレーション過程での方向分布の議論のベースとなる。補足したエアロゾルの直径は30nmから100nmで、この結果は実験条件下のシミュレーションと一致する。本実験では滞留する金属蒸気により基盤上で微粒子が成長する様子が見えるので、さらなる検証が必要である。
協調学習のための直観的なスマートインタラクション環境に関する研究

近年,離れた位置にある画面に対してのNUI(Natural User Interface)として非接触操作システムの開発が進められ,様々な分野での導入が期待されている.グループ学習を促すために一つのスクリーンや大型ディスプレイを共有して行われるアクティブラーニング環境も導入が期待される分野のひとつである.アクティブラーニング環境におけるNUIでは,マウス操作のような操作精度よりも指導者がすぐに操作できて学習者と画面上の情報を指差して共有できることが求められる.非接触操作システムの新たな評価指標として即応性について検討し,評価実験を実施した.実験の結果,提案手法であるリモートタッチポインティングが,目的の範囲にマウスカーソルが移動するまでの時間が短く,即応性が高いことを明らかにした.またタブレット端末と同様の操作を仮想的なタッチパネルを利用して非接触操作を可能としているRemote Touch Panelも提案した.仮想的なタッチパネルは視認することができないため,指先へのプロジェクションマッピングを適用した可視化について検討した.仮想タッチパネルを光で指に照射することで可視化するための実験を行い,形状と色についてアンケートを行った.アンケートの結果,光の形状は線+空間(後面判定)が多く選択され,線と形状の色の組み合わせは線(白),空間(青)という結果になった.線には仮想タッチパネルの判定面としての役割があり,空間には判定面に近づいたことを示す役割があると考えられる.これらの直感的なスマートインタラクション環境を実現するための基礎技術となる「仮想タッチパネルポインティングシステム」の特許を取得した.手以外の身体の一部によってもポインティング操作が可能であるポインティングシステムを提供しており,教育環境だけでなく医療をはじめとする多くの分野での応用が期待される.今年度の研究実績として,姿勢によるポインティングジェスチャーの違いの分析が挙げられる.これまでの研究のポインティング時に想定されていた姿勢として立位が多い,それに対して本研究では教育環境を想定しているため,主に座位によるポインティングとなる.そのため,立位,座位におけるポインティングジェスチャーの差異についての検証を行った.大学生34名に対して評価実験を実施し,被験者から収集したアンケートをもとに,立位と座位においての基点,操作点,それらの組み合わせについて分析を行った.それらの姿勢によるポインティング位置の違いについて分析を行った結果,差が見られないことを明らかにした.その結果,立位と座位におけるポインティングジェスチャーに差は見られず,座位においても立位と同様に頭部と手の延長上をポインティングしていることを明らかにした.また,同時双方向型の遠隔教育環境において,生徒と教員の意図表示に対する認知共有を支援する認知共有支援システムを提案した.提案する認知共有支援システムの伝えやすさを検証するために,1名の生徒が1名の教員に対して質問や回答といった意見を述べる場面を想定した評価実験を実施した.実験後,被験者は生徒役として意思表示しやすさ(教員に回答意思を伝えやすかったと思うか)と意図表示しやすさ(教員に回答位置を伝えやすかったと思うか)についてアンケートに回答した.被験者が回答したアンケートの結果,意思表示しやすさにおいては従来手法のみを用いた場合,意図表示しやすさにおいては従来手法と同時に提案システムを用いた場合が有効であることが明らかとなった.今年度,予定していた研究計画として,学修者が座席からスクリーンに対して直観的なポインティング手法の提案,教員・学修者がスクリーンで提示された情報を共有可能なポインタ制御の2つが挙げられる.これまでの研究のポインティング時に想定されていた姿勢として立位が多い,それに対して本研究では主に座位によるポインティングとなるため,それらの姿勢によるポインティング位置の違いについて分析を行い,差が見られないことを明らかにした.また共有可能なポインタ制御として,スポットライト型のポインタについて検討し,その効果についても検証を進めている.これらの研究成果から本研究課題はおおむね順調に進んでいる.今年度の研究実績として,昨年度に引き続き,姿勢によるポインティングジェスチャーの違いの分析が挙げられる.これまでの研究のポインティング時に想定されていた姿勢として立位が多い,それに対して本研究では教育環境を想定しているため,主に座位によるポインティングとなる.そのため,学修者が移動可能なイスからスクリーンに対して直観的なポインティングすることを想定して立位,座位におけるポインティングジェスチャーの差異についての検証を行った.評価実験の結果,立位と座位によって参加者の38%が異なるジェスチャーを選択した.その差異の要因としてポインティング位置に着目し,参加者が選択したジェスチャーをポインティング位置ごとに集計した.集計の結果から,腕の移動量が少なくなるようにジェスチャーが選択されていることが明らかとなった.また,本研究では離れた位置にある画面に対してのインタラクション手法としてタブレット操作を想定した仮想的なタッチパネルを用いたRemote Touch Panelを提案し,タップ操作の検討行った.今後の課題としては,評価実験を行う際のタスク,評価方法の検討を行っていく.またこの仮想タッチパネルを活用し,共有可能なポインタ制御についても検討を進め,スポットライト型のポインティングシステムを提案している.スポットライティングは直観的にオブジェクトに焦点を当てることを目的としたシステムである.

過去の研究発表から,求められる要件として,手形状の指定がなく,フォーカスエリアを固定する機能が挙げられた.本研究ではこれらの要件を満たす仮想タッチパネル型スポットライティングを提案する.提案システムは,仮想タッチパネルに触れた状態で手を動かすことでフォーカスエリアが移動し,仮想タッチパネルから手を離すことでフォーカスエリアを固定することが可能となる.今年度,予定していた研究計画として,学修者が移動可能な座席からスクリーンに対して直観的なポインティング手法の提案,教員・学修者がスクリーンで提示された情報を共有可能なポインタ制御の2つが挙げられる.これまでの研究のポインティング時に想定されていた姿勢として立位が多い,それに対して本研究では主に座位によるポインティングとなるため,それらの姿勢によるポインティング位置の違いについて分析を行った.分析の結果,立位と座位によって参加者の38%が異なるジェスチャーを選択していることがわかった.またその差異の要因として,参加者が選択したジェスチャーをポインティング位置ごとに集計した結果,腕の移動量が少なくなるようにジェスチャーが選択されていることが明らかとなった.また新たな共有可能なポインタ制御として,タブレット操作を想定した仮想的なタッチパネルを用いたRemote Touch Panelを提案した.スポットライト型のポインティングシステムにも適用し,その効果についても検証を進めている.これらの研究成果から本研究課題はおおむね順調に進んでいる.今年度の研究実績として,昨年度に引き続き,姿勢によるポインティングジェスチャーの違いの分析が挙げられる.これまでの研究のポインティング時に想定されていた姿勢として立位が多い,それに対して本研究では教育環境を想定しているため,主に座位によるポインティングとなる.そのため,学修者が移動可能なイスからスクリーンに対して直観的なポインティングすることを想定して立位,座位におけるポインティングジェスチャーの差異についての検証を行った.評価実験の結果,立位と座位によって参加者の38%が異なるジェスチャーを選択した.また,ジェスチャー相違度を算出し,ポインティング位置が異なる各タイルの相違度分布の平均を分析した結果,立位と座位のジェスチャーには,タイル間での相対的な差異があることが明らかとなった.ジェスチャー差異の要因を考察するために,各タイルで選択されたジェスチャーとポインティング時の腕の角度をそれぞれ分析した.その結果,各タイルで選択されるジェスチャーの傾向が明らかとなった.また,本研究では離れた位置にある画面に対してのインタラクション手法としてタブレット操作を想定した仮想的なタッチパネルを用いたRemote Touch Panelを提案した.タッチパネル操作の内,最も利用されるジェスチャーであるTap操作に着目し,提案手法と非接触操作時に利用される2つの関連技術のユーザビリティを評価するために実験を行った.実験の結果,提案手法であるRemote Touch Panelをユーザビリティの観点から,「効率の良さ」「エラーの少なさ」「主観的な満足度」において評価が高いという結果になった.
実世界指向インターフェースを題材としたプログラミングの学習が学習意欲に与える影響

昨年度検討を進めた学習環境を用いてワークショップを大学生、社会人を対象に3回実施した。【学習評価方法の検討】アンケートと合わせて、受講者がワークショップの途中で理解できたか、また興味の度合いを、「いまのところ、わからなかった」「いまのところ、よくわかった」「いまのところ、いつか使えるかも」の3種類の自分の評価を表すボタンを押すことで、簡単に自己申告して記録できるシステムを作成して、別途記録したワークショップの内容と照らし合わしてワークショップを評価した。これにより、プログラミングの具体的な作業の説明の瞬間よりも、関連の雑学や同じ技術が使われている作品の紹介のようなときに、自分がその内容を使えるかもしれないという予感を得ていることがわかった。一方で、具体的な説明に対しては、予感を感じることはほとんど無かった。ワークショップでは個別の具体的な説明は個人に対して行うことが多く、制作し始めてからは、上記のような予感を感じながら制作をしているわけでは無いようだった。しかし、この評価方法は、ボタンを押し忘れる人が多く、評価を集めることが難しかった。従来のアンケートによる調査も併せて行なっていたので、今後の評価方法は、アンケートを主に用いることにした。学習環境はProcessingとFunnelをもちいた環境で行ったが、加えてArduino単体での学習も取り入れた。Arduino単体でめ学習では、初心者が扱える出力や入力の方法が限られてしまうため、自分だけのチャレンジする課題を見つけたとしても、それをつくり上げることは困難である。「学習環境の整備、学習内容の検討」実世界指向インターフェースをプログラミング初心者が扱えるようにするためのプログラミング環境を検討した。アーティストやデザイナーなどプログラミングを専門としない人の利用実績が多くあるProcessingとオープンソースのフィジカルコンピューティングツールキットFunnelで学習の内容、及び使用するセンサーなどの難易度を確認しながら大学生を対象に実施した。日常的に触れる機会が多くしくみの理解しやすい光センサーや距離センサーを用いて、明るさや距離の変化を用いたプログラミング課題は、初心者であっても課題を達成することができた。三角関数などのパラメトリック曲線を用いたグラフィック中心の課題と、センサーを用いた実世界指向中心の課題を用いて、神奈川工科大学、名古屋学芸大学、情報科学芸術大学院大学においてワークショップ形式での授業を行い、受講者にアンケート調査を行い評価した。その結果、グラフィック中心の課題では全く対応できずに止まってしまう学習者がいたのに対して、実世界指向中心の課題では、最後までやり遂げる短期的な意欲の増加が見られた。しかし、学習終了後の継続的な意欲の維持に関しては確認できなかった。理解度の自己評価はグラフィック中心の課題に対してよりも実世界指向中心の課題に足してのほうが高い。一方でアンケート調査では学習全体に対する大まかな印象しか得られず、回答がアンケート調査をするたびに違うこともあり、調査方法に対する疑問が生まれた。今後は学習評価方法を再検討したうえで、各大学での学習を進めていく。
超大型浮体の海洋環境影響の予測と評価に関する研究

超大型浮体がその周辺海域の海洋環境に与える影響として、付着生物による水質浄化の効果とともに付着生物の死骸の海底落下に伴う水質悪化が無視できないことから、本年度は付着生物として東京湾での優占種であるムラサキイガイを取り上げ、ムラサキイガイの摂餌活動と呼吸活動に及ぼす水温、塩分濃度などの影響を広範囲に調査し、これに基づきムラサキイガイによって代表される付着系の数値モデルの精密化を図ることとした。具体的な調査は、東京湾隅田川河口に位置する東京商船大学練習船汐路丸の係留用浮き桟橋からムラサキイガイを自然状態で付着させるための円盤状の基盤を多数海水中に降ろし、2002年6月から2003年1月まで海水中に固定した。これらムラサキイガイが付着した基盤をベルジャー計測装置にとりつけ、外部の海水を遮断して、一定時間間隔でベルジャー内の植物プランクトンおよび溶存酸素の変化を連続的に計測し、その結果からムラサキイガイの呼吸活動および摂餌活動を代表するパラメータの水温および塩分依存性を調査した。その結果、これらパラメータは明らかに水温および塩分に依存し、この事を考慮した付着系モデルを用いれば、従来の付着系モデルに比べ良好にムラサキイガイの活動を記述できることを明らかにした。メガフロート・プロジェクトにおけるフェーズII実海域実証実験用浮体(長さ1000m,幅120m)周囲の流況,水温,塩分および栄養塩,クロロフィルa,溶存酸素などの鉛直分布を詳細に調査した。その結果、アンモニア態窒素やリン酸態リンの鉛直分布に、浮体に付着した生物の影響が僅かではあるが認められた。また、浮遊系,底生系,付着生物系などを考慮した生態系シミュレーションモデルを構築し、上記の計測期間についてシミュレーションを実施したところ、水温,塩分のみならず、栄養塩,クロロフィルaなどの存在量および鉛直分布を良好に再現できることを示した。さらに、本シミュレーション・モデルを用いてフェーズII浮体の存在が浮体近傍の水質に及ぼす影響を調べた結果、浮体近傍では溶存酸素,クロロフィルaが減少し、アンモニア態窒素が増加することなどを明らかにした。超大型浮体が周辺の海洋環境に与える影響のうち、浮体に付着する生物およびその死骸が海底に落下し分解することにより底質および海底直上の水質に与える影響が無視できないことが判明した。前年度の数値シミュレーションでも付着生物の活動をモデル化し、これを生態系の一部として取り入れたが、付着生物系を記述するモデルの中の諸パラメータは底生生物を参考にして決められていた。本年度は、超大型浮体の付着生物の優占種であるムラサキイガイに着目し、本研究用に開発したベルジャーを用いてムラサキイガイの呼吸に関する諸計測を実施した。この結果を用いてメガフロート・フェーズII周辺海域の水質のシミュレーションを実施し、浮体直下の海水中のNH_4-Nなどの栄養塩濃度の計算結果が、従来のモデルによる計算結果より計測値と良好に対応することを明らかにした。また、メガフロート・フェーズII浮体撤去後の海域で計8回海水の採水による水質調査を実施した。その結果、フェーズII浮体直下とその周辺海域では、栄養塩の分布に明確な相違が見られず、海底に落下した生物の分解による水質への影響は栄養塩による比較に関する限りはほとんどないと云える。ただし、今年度の調査では、海底付近の溶存酸素の計測とこれに基づく比較はしていないので、今後とも可能な限り溶存酸素の計測を行う必要がある。

これらムラサキイガイが付着した基盤をベルジャー計測装置にとりつけ、外部の海水を遮断して、一定時間間隔でベルジャー内の植物プランクトンおよび溶存酸素の変化を連続的に計測し、その結果からムラサキイガイの呼吸活動および摂餌活動を代表するパラメータの水温および塩分依存性を調査した。その結果、これらパラメータは明らかに水温および塩分に依存し、この事を考慮した付着系モデルを用いれば、従来の付着系モデルに比べ良好にムラサキイガイの活動を記述できることを明らかにした。