hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
条虫感染における宿主一寄生虫相互関係の免疫学的・分子生物学的研究

世界的な流行域の拡大がWHOにより指摘されている人体に重篤な病害を与える条虫症の免疫学的予防法の確立は急務であるが、その基礎となる宿主ー寄生虫相互関係の免疫学的研究は十分ではない。条虫の生活環の完成には少なくとも2種の動物が必要であり、条虫感染予防のためには理論的には中間宿主、終宿主いずれかにおける生活環を断てばよいことになる。そこで、条虫感染における宿主ー寄生虫相互関係を解析するために、Hymenolepis属の数種とTaenia taeniaeformisを用いて感染実験を行い、(1)成虫は十分な免疫原性を有するが、擬嚢尾虫のそれとは質が異なっている、(2)擬嚢尾虫や成虫に対する免疫は発育期特異性を有するが、種特異的であるとは限らない、(3)生活環のなかで、中間宿主に甲虫を必要とするH.microstomaとH.diminutaの六鉤幼虫が、直接終宿主の腸組織内へ侵入することが始めて明かとなり、H.microstomaのpatent infectionを経験したマウスが、抗擬嚢尾虫抗体や抗成中抗体のみならず、抗六鉤幼虫抗体をも産生するという事実を良く説明できるだけでなく、これら条虫の生虫卵を直接経口投与されたマウスが、抗六鉤幼虫抗体のみを産出したり、同種のみならず異種の六鉤幼虫の攻撃感染に対しても強い抵抗性を示すことも極めて良く説明できることとなった。加えて、(5)遺伝子組換え技術を用いて大腸菌に発現させることに成功したT.taeniaformisの六鉤幼虫特異タンパク質のうち、21kDaの分子量のものが宿主感染防御抗原(組換えワクチン)としての役割を果たすことが明らかになった。この結果は、組換えDNA技術を利用して六鉤幼虫抗原の発現・産出に成功した初めての報告である。以上が本科学研究費補助金によって得られた成果であり、その交付に対して深甚の感謝を申し上げる。昭和63年度は条虫の発育分化に伴う抗原性の変化、特に虫卵の免疫原としての重要性についての実験モデルを用いた基礎研究を試み、以下の成果を得た。1.H.microstoma感染マウスがH.nanaの攻撃感染に与える影響:1)H.microstoma成熟成虫を宿しているマウスはH.nana虫卵および幼虫からの攻撃感染に対し強い抵抗性を示す。2)H.microstoma幼虫から未成熟幼虫までの寄生を経験したマウスはH.nanaの幼虫による攻撃感染に対してのみ強い抵抗性を示す。3)螢光抗体法による解析から、両種間に発育ステージ特異的な共通抗原が存在する(Int.J.Parasit,印刷中)。2.H.microstomaの発育.ステージ特異抗原のイムノブロット法(抗原調整は超音波破砕器による)、IFA法による解析:1)1隻の凝嚢尾虫による感染は同種の各発育ステージ抗原に対する抗体応答を惹起するのに十分であり、特に感染後30日以降の血清で抗体応答は強く認められる。2)patent infectionを経験したマウスでは、全ての発育ステージに対する抗体応答が顕著であり、prepaten infectionマウスや虫卵を経口投与されたマウスの抗体応答とは質的に著しい相違が認められた。特に虫卵を経口投与されたマウスが虫卵抗原とのみ強く反応する抗体を産生していた(Parasite Immunology,印刷中)。3.条虫虫卵の免疫原性:H.microstomaの死虫卵のマウスへの経口投与は生虫卵と異なり抗体応答を惹起しないことがイムノブロット法(抗原調整は超音波破砕器による)、螢光抗体法により判明した。

4.H.microstomaの六鉤幼虫は小腸組織内へ侵入できるか?:虫卵を経口投与されたヌードマウス、正常マウス共に、30分後の小腸組織内に高頻度でH.microstoma六鉤幼虫が浸入しているのが観察された。これは世界で最初の発見である(J.Helminthology,印刷中)。平成元年度は各種条虫卵の免疫原として重要性ならびにワクチン抗原としての可能性について実験モデルを用いた基礎研究を試み、以下の成果を得た。1.マウス小腸組織内へ侵入したH.microstoma六鉤幼虫の時間的・空間的挙動について:a)虫卵投与後15分以内で小腸組織内へ六鉤幼虫は侵入する。b)六鉤幼虫は侵入数は虫卵投与後1時間で最高となり、2時間で小腸組織内から姿を消す。c)肝臓組織内には六鉤幼虫は侵入していない。d)六鉤幼虫の侵入しやすい部位が小腸組織に存在することが、蛍光抗体法などにより明らかになった(蛍光抗体法は落射蛍光顕微鏡による)。2.H.diminuta六鉤幼虫の小腸組織内への侵入:63年度の成果の一つとして、中間宿主と終宿主を異にするH.microstoma六鉤幼虫がマウス小腸組織内へ侵入する事を世界で初めて明らかにしたが、H.diminutaにおいても多数の六鉤幼虫がマウス小腸組織内へ侵入しているのが確認され、これらの現象は普遍的であることが明らかになり、条虫-宿主間の免疫応答と適応戦略の機構解析に極めて有効な系であることが明らかになった。4.条虫分子ワクチンの作製:T.taeniaeformis六鉤幼虫mRNAをもとにしてcDNAを作製し、そのEcoRI切断断片をプラスミドに組み込み発現させることにより、F15のクロ-ンを得ることに成功した。その中でF3ワクチン1μg接種マウスがT.taeniaeformis虫卵攻撃感染に対し98%の強い発育阻害を示した。平成2年度はマウス小腸組織内侵入後のH__ー.<microstoma>___ー六鉤幼虫(以下幼虫)の挙動、異種・異属間の幼虫がその感染マウスに対して惹起する再感染に対する抵抗性、T__ー.<taeniaeformis>___ーから作製された分子ワクチンの有効性、の検討を試み、次の成果を得た。(1)H__ー.<microstoma>___ーにおいて、本来の中間宿主でないマウス小腸組織内に侵入し、抗体産生を惹起させる幼虫が、侵入後2時間程で腸組織内からほとんど姿を消す(平成元年度成果)が、もし腸腔内へ逃避したとすると、抗体産生惹起との間に矛盾が生じる。そこで今回その行方について免疫組織学的に検討した結果、肝臓組織内に幼虫の存在を確認することができた。このことは単に抗体産生惹起の事実を説明するだけでなく、マウス体内での幼虫の挙動が終宿主における擬嚢尾虫の挙動を基本的に反映しているという極めて重要な問題を提起している。(2)H__ー.<diminuta>___ー幼虫もマウス腸組織内に侵入したが、本来の宿主であるラットの小腸組織内には侵入しなかった。この事実は、マウスの小腸組織に幼虫は比較的侵入しやすいが、動物種によっては腸組織が侵入に対する抵抗性を持っていることを示しており、寄生虫と宿主の相互関係ならびに抵抗性の本質を理解する上で重要な問題を提起している。
限局性腎細胞癌の分子生物学的予後規定因子解析

限局性腎細胞癌の根治的腎摘除術後の予後を分子生物学的手法で予測する事を目的として実験を行った.パラフィンブロックが利用可能なstagelの淡明細胞型腎細胞癌130例から腫瘍部と正常部のDNAをsemi-microdissection法にて摘出して3つのマイクロサテライトマーカーとdensitometerを用いて14qのLOHを半定量的に解析した。この結果より腫瘍中のLOHを起こした細胞の割合を推定した。またパラフィン切片をAgNOR染色して腫瘍細胞動態を調べた。これらの結果と腫瘍径、異型度とを併せて生存とを比較した。それぞれを単独で予後との相関を解析したところHazard Ratioは14qのLOH細胞の割合で1.22(p=0.039)、AgNO score2.16(p=O.032)、腫瘍径1.29(p=0.0002)、腫瘍異型度2.48(p=0.008)とそれぞれが有意な相関を示した。また各因子同士は互いに有意に相関した。腫瘍径で補正した場合それ以外の因子の予後との有為は有意なものとはならなかった。以上の結果は残念ながら14qのLOHは単独では限局性腎細胞癌の予後規定因子とならなかったが、14qには癌抑制因子があり、腫瘍のなかで14qのLOHを示す細胞は発育速度が大きくなり、時間経過とともに腫瘍の中でLOHを示す細胞の割合が多くなり結果として転移を起こしやすくなる可能性が示唆された。またcyclin D1の遺伝子多型が前立腺癌、膀胱癌との発癌リスクに関与することを示した。1臨床検体として、Study populationとして1989-91年にAustraliaのNew South Wales州で根治的腎摘除術をうけた全症例の内stage Iかつclear cell typeの腫瘍のうち130症例のパラフィンブロックが入手可能であった。Chr14q LOHとしてはChr14q上の3つのサテライトマーカ(D14S588 ; 14q24.1,D14S 617 ; 14q32.2とD14S1426 ; 14q32.2)を用いた。3解析手順としては腫瘍組織パラフィン切片より顕微鏡下に腫瘍組織を1カ所採取また正常腎組織をパラフィン切片の部位の異なる2カ所より採取した。これらの検体よりDNAを抽出し1症例より計3検体のDNAを得た。まずこのうち2カ所から採取した正常DNAを用いたAIを求めた。理論的にはすべてAI=1であるはずだが実際にはばらつきがみられた。これをAIの測定上のばらつきとした。次ぎに腫瘍と正常DNAを用いたAIを求めた。このAIを正常検体間でのばらつきで補正することで腫瘍細胞中のLOH(を示す細胞の比率)の定量を行った。4結果として症例によって腫瘍DNAでのAIには検体間でばらつきがありこれは腫瘍細胞中のLOHを示す細胞の比率が症例によって異なる可能性を示すものと考えられた。腫瘍化の後増大の過程で腫瘍中の一部の細胞があらたな遺伝子異常としてChr14qを欠失したものである可能性が示唆された。現在LOHの程度と他の臨床、病理パラメータとの相関を統計学的に検討中である。
培養細胞を用いた化学物質の吸収,排泄機構解析系の確立と毒性評価への応用

本研究では、ペルフルオロ脂肪酸をモデル化合物として、in vivoおよびin vitroでの輸送機構の解明を試みた。さらに化学物質の生体内輸送を評価するための培養細胞系を確立するための基礎的データの収集を行った。ペルフルオロオクタン酸はラットの消化管から効率よく吸収された。反転腸管および小腸刷子縁膜ベシクルを用いた解析から、吸収には何らかのトランスポーターが関与することが示唆された。一方、ペルフルオロオクタン酸は主として尿中に排泄され、その腎クリアランスは性ホルモンによって調節されていることが明らかとなった。種々のホルモン状態における腎クリアランスとmRNA発現量の解析から、ペルフルオロオクタン酸の尿中排泄には有機アニオントランスポーターであるOAT2,OAT3およびoatp1が関与することが示唆された。また、免疫組織染色により、異なるホルモン状態においてOAT3蛋白の発現がmRNA発現と相関することを見出した。アフリカツメガエル卵母細胞に種々のトランスポーターを発現させたところ、OAT3とoatp1がペルフルオロオクタン酸を輸送することが明らかとなった。以上の結果より、モデル化学物質の輸送機構が明らかとなったので、培養細胞に発現させてin vivoにおける種々の化学物質の輸送を評価する系を構築する準備が整った。平成12年度は、主としてラットを用いたin vivoのフッ素化脂肪酸(PFCA)の動態解析を行った。炭素鎖長710のPFCAを静脈内に投与して、尿中ヘの排泄速度と血中濃度を経時的に測定することによって腎クリアランス値を求めたところ、炭素鎖長の短い化合物ほど高い腎クリアランス値を示す傾向があることが明かとなった。胆汁中への排泄速度にはPFCA間で大きな差が認められなかった。炭素鎖長の短い化合物では尿中ヘの排泄に比べて胆汁への排泄は非常に遅いのに対し、炭素鎖長の長い化合物では尿中ヘの排泄が遅いために胆汁への排泄は主要な排泄経路であることが判明した。さらに、PFCAの腎クリアランス値には顕著な性差が認められ、特に炭素鎖長8および9のPFCAでは20から70倍と大きく異なっていることが判明した。次に、消化管からのペルフルオロオクタン酸(炭素数8、PFOA)の吸収率を検討したところ、経口投与後2時間で投与量の約60%と、非常に高い効率で吸収されることが明かとなった。そこで次に、反転腸管を用いてPFCAの取りこみを検討したところ、PFCAは濃度および温度依存的に腸管の内部に取りこまれた。さらに、腸管刷子縁膜ベシクルを調製して、PFOAの取りこみの諸性質を検討したところ、PFOAはNa^+,HCO_3^-,H^+などを必要とせず、また、酸性に至適pHをもつ何らかのトランスポーターによって取りこまれていることが明かとなった。次年度以降は、培養細胞に種々の既存のトランスポーターを発現させ、PFCAの輸送に関わる分子を明かにしていくとともに、細胞内オルガネラにおけるPFCAの局在などについて明かにしていく予定である。ラットにおいて種々の性ホルモン状態におけるペルフルオロオクタン酸(PFOA)の腎クリアランスを検討した。雄ラットの腎クリアランスは約0.03mL/min/kgであったが、去勢によって0.45と著しく上昇した。これにテストステロンを投与すると0.01に低下した。一方、雄ラットにエストラジオールを投与すると、0.2に上昇した。この結果から、PFOAの尿中への輸送はテストステロンが抑制的に、エストラジオールが促進的に働くと考えられた。雌ラットの腎クリアランスは約0.7であり、雌ラットの子宮を切除すると1.8と大きく上昇した。これにエストラジオールを投与するとコントロールレベルに低下した。また、雌ラットにテストステロンを投与すると腎クリアランスは0.1に低下したづしたがって雌ラットではエストラジオールは抑制的に働くことが明らかとなった。PFOAの尿中への排泄はプロベネシドによって抑制されることから有機酸トランスポーターが関与すると考えられたので、種々の有機酸トランスポーターのmRNA発現を調べた。その結果、雄における調節はOAT2 mRNAの変動とよく一致した。また、oatp1のmRNAの変動とは逆相関を示した。

一方、雌ラットにおけるエストラジオールによる調節はOAT3の変動とよく一致した。OAT1とoatp2のmRNA発現量はホルモン状態によって全く変化しなかった。また、OAT-K mRNAの変動も小さかった。現在、培養細胞にOAT2、oatp1およびOAT3を発現させてPFOAの輸送活性を検討している。また、炭素鎖長の異なるペルフルオロデカン酸(PFDA)に対する輸送活性もあわせて検討し、PFDAが尿中に排泄されにくい原因を解明することを試みている。前年度までの研究において、ラットにおけるペルフルオロオクタン酸(PFOA)の尿中への排泄には、有機酸トランスポーターのうちoatp1, OAT-K, OAT2およびOAT3が関与する可能性を見出した。本年度はまず、去勢、テストステロン、エストラジオール投与などにより、ホルモン状態を変えたラットの腎臓におけるOAT3蛋白の発現量を免疫組織染色により検討した。OAT3は腎臓の皮質および髄質外層の尿細管の基底膜側に発現していた。卵巣を切除した雌ラットは他の群に比べてOAT3の発現量が高かったが、発現部位は同じであった。Western Bolttingにより定量を行った結果、卵巣を切除した雌ラットでは34倍高かった。OAT3は基底膜側に発現していることからPFOAの血液から尿細管上皮細胞への取り込みに関与する可能性が考えられた。つぎに、腎クリアランスを利尿および非利尿条件下で測定したところ、利尿条件下ではPFOAの腎クリアランスは著しく高まった。この結果から、PFOAは腎尿細管で再吸収を受けているものと考えられた。oatp1は腎尿細管の刷子縁膜に発現していること、また、性ホルモンによりmRNA発現が調節されていることから考えて、PFOAの再吸収に関与している可能性が考えられた。現在、アフリカツメガエル卵母細胞に種々の有機酸トランスポーターを発現させ、PFOAが輸送基質となるかを検討中である。また、in vivoにおいて、炭素鎖長の長いペルフルオロカルボン酸は尿中に排泄されにくいことが明らかとなっているが、この現象が、どのトランスポーターの基質認識によって生じてしるのかを、細胞発現系を用いて明らかにすることを試みている。
リハビリテーション医療における医療経済評価の基盤づくり

国内でのリハビリテーション対象者(心大血管、運動器、呼吸器)におけるQOL尺度の「臨床的に意味のある差」を明らかにし、対象者自身が感じる幸福度の向上について調査する。このことにより、全人間的復権を目的とするリハビリテーションの効果をより示すことが出来ると考える。また、先行研究では国外の報告が多いが、国外の報告との比較を行うことにより、日本の価値観を踏まえた結果を示すことが出来ると考える。
メタル-磁性体積層薄膜による高Q集積化インダクタ

マイクロ波集積回路用集積化インダクタの性能指数Q値を高めるため、高周波抵抗増大の主因である表皮効果そのものを抑制することを試みた.磁性薄膜の透磁率が負であるような強磁性共鳴周波数以上の帯域において、コイル導体の構成を一般的なメタル導体と薄い磁性薄膜との積層構造とし,かつ導体層と磁性層の透磁率の体積平均値が零になればよいとの考えのもと、試作検証を行った。まずコプレーナ型伝送線路をメタルー磁性体積層薄膜(A1/NIFe)で作製し,0.140GHz帯で等価回路解析を行った。外部磁界を印加しながら抵抗値を測定すると、周波数に対して抵抗が減少するような周波数帯が1030GHz程度において認められ,その周波数帯は外部磁界が強いほど高周波数側に移動し,更にその移動量は計算値とほぼ一致することが明らかになった。すなわちWiMAX等で民生応用が期待される高周波帯に適合した表皮抵抗抑制法を新しく見出すことができた。これは重要な成果である.続いて、6GHzにおける使用を前提にCu/CoNbZrから成るスパイラルインダクタを設計した。CuとCoNbZrの膜厚比を1:3に定め、系統的な電磁界シミュレーションによって具体的な膜厚を定めた。また使用帯域における自己共振を避ける目的から、自己共振周波数を17.5GHzに設計した。製膜はCuとCoNbZrを同一チャンバ内で交互に行い、各層表面の酸化を予防した。スパイラルコイル形状への微細加工はリフトオフ法に拠り、次いでSi02層を介して引出線を設け、2端子対構造を完成させた。その結果、スパイラルインダクタにおいても表皮効果抑制が可能であり、高Q化が実現できる見通しを得ることができた。モノリシックマイクロ波集積回路において,集積化インダクタの性能指数Q値を高めることが求められている.本研究は高周波抵抗増大の主因である表皮効果そのものを抑制することを狙っている.そのためには,コイル導体の構成を一般的なメタル導体(Cu)と薄い磁性薄膜との積層構造とし,かつ磁性薄膜の透磁率が負であるような帯域で用いることがよいと考えられる.この考えを実証するため,初年度の本年はまず,スパッタ法によるCoNbZr磁性薄膜の共鳴周波数制御を行い,250350°C,3000Oe,2時間の回転磁界中熱処理と250300°C,3000Oe,2時間の静磁場中熱処理により強磁性共鳴周波数を0.72,7GHzまで制御できることを明らかにした.次にCu導体と磁性膜との単純な積層構造を試作し,その磁気特性を計測した.その際必要となる膜厚計測には,備品として購入した段差式膜厚計を使用した.計測の結果,磁性層単層の場合と同等の特性が得られていることが分かり,相互拡散や応力による磁性層の特性劣化やメタル層の電気伝導率の低下などは無視できることが明らかになった.本研究の主題である集積化インダクタの試作実験に先立ち,コプレーナ型伝送線路をメタル-磁性体積層薄膜で作製し,等価回路解析により,高周波抵抗の周波数特性を抽出した。その結果,積層薄膜の平均的な透磁率が零になる周波数付近において流抵抗が低下することが実験的に確認され,間接的にではあるが,基本的考えの確からしさを実証する結果が得られた.以上の結果に基づき,既存設備の高周波電磁界シミュレータを用い,2.45GHzにおいて高周波抵抗が最小になるようなスパイラル型インダクタの設計を行った.現在試作中であり,次年度早々に特性計測に入る予定である.マイクロ波集積回路用集積化インダクタの性能指数Q値を高めるため、高周波抵抗増大の主因である表皮効果そのものを抑制することを試みた.磁性薄膜の透磁率が負であるような強磁性共鳴周波数以上の帯域において、コイル導体の構成を一般的なメタル導体と薄い磁性薄膜との積層構造とし,かつ導体層と磁性層の透磁率の体積平均値が零になればよいとの考えのもと、試作検証を行った。
19世紀イギリス小説史の正典形成とセンセーショナリズム

当研究の初年次にあたる2018年度は研究休暇を利用して2度渡英し、主にロンドンのBritish Libraryで、日本国内では入手不可能なCatherine Walters関連の一次史料の調査、読解、データの収集に努めた。特に、当研究において最重要の一次史料に挙げられる3冊のうちの2冊ー"Anonyma, or Fair but Frail"と"Skittles in Paris"の原書にあたることができたのは大きな収穫であった。その作者であると目される当時の人気作家W. S. Haywardが手掛けた「イエローバック」と呼ばれる廉価本は、ヴィクトリア朝の大衆文学の系譜を探るうえで極めて重要な資料であり、British Libraryが所蔵している何種類かの版のなかには色刷りの挿絵が挿入された版もあり、その貴重なデータも入手することができた。"pretty horsebreaker"および、その名称の由来となった"horse breaker = horse tamer"に関する言説の形成と広がりを、当時の雑誌、新聞等の一次史料を基に跡付ける作業をおこなった。そのうえで、今日正典性の高い作家として位置づけられているヴィクトリア朝の小説家たちが、この階級横断的な"pretty horsebeaker"という危険分子への言及に二の足を踏みがちであったのに比して、大衆作家であるセンセーション・ノヴェリストたち、とりわけM.E.BraddonとWilkie Collinsは大胆にも彼女たちを自らのテクストに取り込もうとしていたことを探り当て、その表象方法におけるふたりの特異性と差異を分析した。同時に、この"pretty horsebreaker"を起点とするセンセーショナリズムの言説が、いかにGeorge Eliotという正典作家に波及的効果を及ぼしたかを明らかにした。研究計画の段階で初年次に入手予定であった資料は、国内外の図書館において、すべて収集することができた。テクストの読解も順調に進み、185060年代のロンドンにおける"pretty horsebreaker"と"horse-tamer"という社会的言説の分析および、センセーション・ノヴェル(M. E. Braddonの"Aurora Floyd"と"Lady's Mile"、Wilkie Collinsの"The Moonstone")に見え隠れする"pretty horsebreaker"の痕跡とその表象についての論考は紀要論文として完成した。上記論文をさらに一歩推し進め、センセーショナルな大衆作家として批評家から酷評されることの多かったBraddonが、センセーション・ノヴェリストからの脱却を図るために手掛けた小説"The Doctor's Wife"を、当時のいくつかの社会的文化的言説ーOliphantのセンセーション・ノヴェル批判、高級娼婦に言及したEliza Lynn Lintonの批評、Isabella Robinsonの不倫の記録としての日記が披歴されたセンセーショナルな裁判事件ーとのインターテクスチュアルな関係性のなかに位置づけることによって、high literatureを志向するBraddonの試みが、結果いかにセンセーショナリズムのスペクトルを拡大することに寄与したかを、当時のhigh literatureの第一人者であるGeorge Eliotの最後の小説Daniel Derondaを構成している様々なセンセーショナリズムの言説の存在を探り当てることによって明らかにした。この論考は5月に発行される『英国小説研究』(英宝社)に掲載予定である。pretty horsebreakerを題材とする、もしくはその痕跡を留めるヴィクトリア朝小説をさらに発掘する。現時点では、M. E. Braddonの未読の小説、Wilkie CollinsとBraddonに次ぐセンセーション・ノヴェリスト、Charles Readeの小説、当時の人気大衆小説作家、Ouidaの小説をターゲットとする予定である。また、George Eliot以外の正典作家のテクストのなかに、pretty horsebreakerへの接近を試みているものがないか、調査を進める。19世紀半ばにSkittlesが登場するに至った社会的・文化的背景を歴史的見地から跡付けるために、18世紀に栄華を誇った高級娼婦たち、とりわけHarriette Wilsonについての調査・分析をおこなう。すでに何冊かの主要な研究書は入手済みであり、今後は一次史料の発掘をおこないつつ、Harietteの日記の読解に着手し、18世紀後半から19世紀にかけて盛んになった一ジャンルとしての「女性の日記」という観点からの分析を試みる。ヴィクトリア朝小説研究における"pretty horsebreaker"の影響についての研究は欧米においても未着手の領域であり、当研究を速やかに実行して英語論文にまとめ、該当領域の専門雑誌に投稿する。そのうえで、今日正典性の高い作家として位置づけられているヴィクトリア

朝の小説家たちが、この階級横断的な"pretty horsebeaker"という危険分子への言及に二の足を踏みがちであったのに比して、大衆作家であるセンセーション・ノヴェリストたち、とりわけM.E.BraddonとWilkie Collinsは大胆にも彼女たちを自らのテクストに取り込もうとしていたことを探り当て、その表象方法におけるふたりの特異性と差異を分析した。同時に、この"pretty horsebreaker"を起点とするセンセーショナリズムの言説が、いかにGeorge Eliotという正典作家に波及的効果を及ぼしたかを明らかにした。研究計画の段階で初年次に入手予定であった資料は、国内外の図書館において、すべて収集することができた。テクストの読解も順調に進み、185060年代のロンドンにおける"pretty horsebreaker"と"horse-tamer"という社会的言説の分析および、センセーション・ノヴェル(M. E. Braddonの"Aurora Floyd"と"Lady's Mile"、Wilkie Collinsの"The Moonstone")に見え隠れする"pretty horsebreaker"の痕跡とその表象についての論考は紀要論文として完成した。上記論文をさらに一歩推し進め、センセーショナルな大衆作家として批評家から酷評されることの多かったBraddonが、センセーション・ノヴェリストからの脱却を図るために手掛けた小説"The Doctor's Wife"を、当時のいくつかの社会的文化的言説ーOliphantのセンセーション・ノヴェル批判、高級娼婦に言及したEliza Lynn Lintonの批評、Isabella Robinsonの不倫の記録としての日記が披歴されたセンセーショナルな裁判事件ーとのインターテクスチュアルな関係性のなかに位置づけることによって、high literatureを志向するBraddonの試みが、結果いかにセンセーショナリズムのスペクトルを拡大することに寄与したかを、当時のhigh literatureの第一人者であるGeorge Eliotの最後の小説Daniel Derondaを構成している様々なセンセーショナリズムの言説の存在を探り当てることによって明らかにした。この論考は5月に発行される『英国小説研究』(英宝社)に掲載予定である。pretty horsebreakerを題材とする、もしくはその痕跡を留めるヴィクトリア朝小説をさらに発掘する。
超低酸素環境下における切り花の呼吸生理機構の解明

グラジオラス切り花は超低酸素環境において、品質を維持することが可能である。本研究は超低酸素環境がグラジオラス蕾の呼吸代謝に及ぼす影響について調査した。超低酸素環境あるいは大気中で保持したグラジオラス切り花において、花弁(花被)の新鮮重、糖質および解糖系の代謝産物濃度に差がみられた。また、グラジオラスのように超低酸素環境で品質保持が可能な切り花をみいだすことができた。今後は、本研究で得られた多くの代謝物の解析をさらに進める予定である。超低酸素条件下での蕾の呼吸代謝について明らかにするため、1%酸素環境下で保持したグラジオラス切り花の蕾の成長解析を行った。その結果、保持開始3日目には1%酸素条件で明らかに蕾花被の表面積の増大が抑制された。しかし、6日目では1%酸素環境で表面積が著しく増加し、大気環境で保持したものと変わらなかった。これは、3日目のサンプリング時に一度チャンバーを開けて大気の酸素濃度に戻ったことが影響していると考えられた。超低酸素条件でアルコール発酵に移行せず、品質保持効果が得られる切り花を複数見出すために、リンドウ、ダリア、SPキク、カーネーションで酸素コントローラーを用いて1%酸素環境でのエタノール生成の有無を調査した。SPキクでのみ微量のエタノールが検出された。いずれの品目においても1%酸素環境下で呼吸量は著しく抑制され、リンドウ、SPキクにおいては保持後の相対新鮮重が高く維持された。本研究は超低酸素環境下におけるグラジオラス蕾の呼吸代謝を明らかにすることを目的としている。今年度は、2台のチャンバーを用いることにより、低酸素状態を解除せずに、3、6日目のサンプリングを行えるように実験環境の改善を行った。1%酸素環境あるいは大気中で保持したグラジオラス切り花における第1、3、5節小花の外花被の新鮮重と乾物重を測定した。また、第5節の外花被を用いてメタボローム解析を行った。その結果、保持3日目ではいずれの節位においても新鮮重に差はみられなかった。保持6日目では、第1、3節位の花被の新鮮重は、1%酸素区で高くなった。第5節の花被では、保持終了後3日目に1%酸素区で新鮮重が高くなった。乾物重も新鮮重と同様の傾向を示した。第5節の花被のメタボローム解析の結果、199種類の候補化合物が検出され、うち77物質の定量を行った。1%酸素区では、Glucose 6-phosphateからphosphoenolpyruvic acidまでの解糖系の代謝物の濃度が高くなった。乳酸は大気区と1%酸素区で大きな差はみられなかった。解糖系の基点であるグルコース濃度は、保持3、6日目では両区で差が見られなかったが、保持終了3日目において1%酸素区で高くなった。糖代謝に重要なペントースリン酸回路の代謝物が1%酸素区で多くなる傾向が見られた。またTCA回路も1%酸素環境により変化していた。これらの結果から、グラジオラス切り花は1%酸素環境下で、嫌気呼吸に移行せずに解糖系を抑制する形に中心炭素代謝系が変化するのではないかと考えられた。グラジオラスのように1%低酸素環境下でもアルコール発酵しにくい品目も本課題でみいだすことができた。今後は、得られた代謝物の解析をさらに進め、低酸素による品質保持技術の開発につなげる予定である。切り花の収穫後生理以前は、脱酸素剤を使用していたが、より精密な酸素濃度制御をするため酸素コントローラーを初めて使用した。しかし、取り扱いが不慣れでトラブルが多発し、計画通りに実験を進めることができなかった。呼吸量の測定用のシステムに関しても初めて立ち上げたため上手く動かなかった。酸素コントローラを2台に増やし3日目と6日目のチャンバーを分けることにより、大気に戻さずにサンプリングを行えるように変更する。そして再度、グラジオラスの成長解析と呼吸量の測定を行い、あわせてメタボローム解析用のサンプリングを行う。超低酸素条件で切り花を保持する試験において、蕾で出荷する切り花と開花させて出荷する切り花で反応が異なる可能性が示唆された。そこで、次年度は切前に着目して品目選定を行う。次年度使用額130,425円は研究費を効率的に使用して発生した残額である。次年度に請求する研究費と合わせて研究計画遂行のために使用する。
多細胞動物の足細胞におけるスリット膜の進化

足細胞は無脊椎動物から脊椎動物にいたる動物群に広く存在し、原尿産生装置を構成する。本研究では足細胞が作る濾過バリア構造(スリット膜)の進化過程を構成分子種ならびに超微形態の観点から明らかにした。哺乳類におけるスリット膜の主要構成分子であるネフリンの局在をメダカおよびゼブラフィッシュの前腎糸球体において精査したところ、哺乳類と同様に、スリット膜の形成にネフリンが必須であることが判明した。さらに、タイト結合構成分子の一種であるMpp5aがゼブラフィッシュの前腎糸球体足細胞のスリット膜部に局在することも明らかとなった。足細胞および足細胞関連細胞は多細胞動物において原尿産生装置の主要部を形成し、原尿中へのタンパク質の漏出を防いでいる。多くの動物において足細胞の基本構造は共通だが、形態や発現分子種に様々な修飾がみられる。本研究では、足細胞が作る濾過バリア構造(スリット膜)の進化・高度化の過程を構成分子種ならびに超微形態の観点から明らかにする。特に本年度は硬骨魚類におけるスリット膜構成分子に関する検討を行った。スリット膜の主要構成分子であるネフリンの局在をメダカおよびゼブラフィッシュの前腎糸球体において精査したところ、哺乳類と同様に、スリット膜が形成される以前に足細胞の腔側膜に局在が認められた。メダカでは足細胞の形成過程において、微絨毛様の突起が多数出現し、これらの先端どうしの間にスリット膜構造が認められるという特異な形態がみられた。このような構造は、ヌタウナギでは報告されているものの哺乳類では見ることがでず、原始的な脊椎動物における足細胞形成の特徴と言える。さらに、タイト結合構成分子の一種であるMpp5aがゼブラフィッシュの前腎糸球体足細胞のスリット膜部に局在することも明らかとなった(哺乳類においてMpp5がスリット膜部に局在するかどうかは分かっておらず、現在検討を進めている)。本研究では、足細胞が作る濾過バリア構造(スリット膜)の進化・高度化の過程を構成分子種ならびに超微形態の観点から明らかにすることを目的としている。特に本年度は原始的な無脊椎動物であるプラナリア(扁形動物)の炎細胞(足細胞関連細胞)におけるスリット膜構成分子の探索を行なった。炎細胞の形態は脊椎動物の足細胞からは大きくかけ離れるものの、濾過部にスリット膜様構造を形成し、これが濾過バリアを成していると推測されている。そこで、プラナリアにおいて脊椎動物においてスリット膜の必須構成要素であるNephrin(実際にはそのオルソログ)が利用されているかを検討した。リュウキュウナミウズムシのESTデータベース(慶応大学松本緑教授作製)に存在したnephrinオルソログの発現をin situハイブリダイゼーション法により検討したところ、炎細胞の分布と類似した発現パターンが得られた。しかし、この標本をさらに抗アセチル化チュブリン抗体でラベルし炎細胞の位置とnephrinの発現部位を比較したところ、nephrinは炎細胞以外の細胞に発現することが判明した。したがって、炎細胞という原始的な段階では、nephrinがスリット膜形成には用いられず、その他の用途に利用されており、多細胞動物の進化過程のどこかでスリット膜の構成要素として転用されることが明らかとなった。なお、プラナリアにおけるnephrin発現細胞の同定は現在進行中である。このような修飾は足細胞を大きな力学的負荷に適応させ、進化に伴い濾過量を増大させるうえで重要な変化(高度化)であったと考えられる。本研究は足細胞が作る濾過バリア構造(スリット膜)の進化・高度化の過程を構成分子種ならびに超微形態の観点から明らかにする。特に本年度は種々の多細胞動物間において、スリット膜構造を低分子量タンニン酸染色法により作製した透過電顕標本により検討し、動物群間で種々の構造多様性が認められることを明らかにした。哺乳類(齧歯類)の正常な成熟足細胞では、スリット膜は足突起の間を架橋する1枚の膜として認められるが、数種の動物(ヤツメウナギ、アメリカザリガニ)ではスリット膜が多層化している箇所が頻繁に認められた。このようなスリット膜の多層化は、ネフローゼ症候群モデルであるラットのPAN腎症において頻繁に認められることが既に知られている。ネフローゼ症候群の際には、ある種のスリット膜構成分子の発現が低下するので、スリット膜において特定の分子が減少した場合に多層化が生じることが示唆され、ヤツメウナギやアメリカザリガニにおいても特定のスリット膜構成分子が減少・欠損している可能性が考えられる。

また、来年度以降、無脊椎動物におけるスリット膜の立体構造やスリット膜構成分子種を検討することにしており、このために必要となるいくつかの動物種を実験室内で維持できるよう準備を行った。アヤトビムシ類(原始的な昆虫類)、アメリカザリガニ、ナミウズムシ類(扁形動物)は成体を維持することが可能となった。本年度は電子線トモグラフィー法により、スリット膜構造を明らかにする予定であったが、従来の試料作製法では像のコントラストやスリット膜構造の保持が充分でなく、撮像が困難であったため。本年度に行われた電子顕微鏡施設の移転に伴い、透過電子顕微鏡資料の作製、超薄切、染色、観察が滞ったため。コンベンショナルな透過電顕法により、種々の多細胞動物におけるスリット膜構造を調査するとともに、電子線トモグラフィー法によるスリット膜構造の検討のため、染色法や固定法の検討を重ねる。今後も多数の電子顕微鏡資料を観察する必要があるので、当大学の電子顕微鏡専門の技術職員に作業の一部(超薄切、写真現像、写真のデジタル化)を依頼できるようにした。該当なし各種動物におけるスリット膜構成分子の発現を検討するため、RT-PCR法、in situハイブリッド形成法を行う必要があり、研究費の大部分はこれらに必要な消耗品購入にあてる予定である。
未知のサイバー攻撃を検知追跡するセンサーシステムの構築

本研究では、まず、IoT装置も含めた様々な装置に対するサイバー攻撃を観測するIPv6ベースのハニーポットを開発した。また、疑わしいトラフィックを識別するSVMベースのアルゴリズムを提案した。さらに、それらのトラフィック中で、マルウェアによって引き起こされる通信を検出する、ファジーハッシュベースのアルゴリズムも開発した。一方で、正常なデータと悪意ある通信に完全に分離された教師データを準備することは不可能であるため、これらのアルゴリズムは、教師データなしで利用できるように開発した。これらの技術を、実環境または実ネットワークから得られたベンチマークデータで評価し、それらの有効性を確認した。近年、様々なサイバー攻撃が頻繁に発生するようになり、その手法も徐々に高度化しつつある。これら新たな攻撃で共通する特長として、一台のコンピュータが生成するトラフィック量が少なく、かつ、正常なアクセスとの相違が小さい、あるいは、目的とするコンピュータに到達するまでは正常な通信を装って感染を繰り返し、ファイル破壊や盗聴のような活動を控えるなど、攻撃の認識は困難である点が挙げられる。さらに、バックボーン回線の広帯域化、ISP内回線の冗長化により、攻撃を受けている当事者を除けば、攻撃の存在に気付けるものが居ない場合が多く、サイバー攻撃の発見が遅れる一因となっている。しかし、攻撃時は、少数ではあるが正規利用者がアクセスできない、不自然なパケット(バックスキャッタ)を観測するなどにより、第三者がその存在を察知できることが知られている。また、攻撃を受けたコンピュータが発する異常パケットにより、第三者が攻撃元および被害先を推定できる。そこで、本研究では、正常なトラフィックに紛れて実行されるサイバー攻撃の兆候および発生の察知、被害規模と範囲の推定、迂回経路の探索などの被害軽減/緩和策を講じる新たなシステムの開発を行う。まずは、前年度までに開発したゼロデイ攻撃・未知のmalware検知追跡センサーを改良した。また、攻撃の存在を検知するためのパッシブセンサーシステムを構築した。これらのセンサーシステムで収集した攻撃データを格納するデータベースシステムも構築した。平成23年度の成果として、本システムで収集したトラフィックデータの中から、サイバー攻撃を抽出するデータマイニングアルゴリズム、および、収集したマルウェアの簡易解析・分類アルゴリズムの開発を行った。近年、サイバー攻撃の巧妙化およびステルス化が急速に進みつつあり、既存対策ではその存在を検知することが困難となりつつある。その理由として、攻撃プログラムが外部指令サーバと行なう通信と正常な通信の相違が小さい、目的完了までは派手な活動を控える、組織内部の攻撃では未公開の脆弱性を狙うなどのため、攻撃を識別することができないことが上げられる。この問題に対し、未知のサイバー攻撃が含まれている可能性が高いセッションを見つけるための解析アルゴリズムを構築した。1.まず、二つの過去のトラフィックデータを学習データとテストデータとして攻撃セッションの検知を行う。例えば、我々が開発した攻撃検知アルゴリズムに1週間前のトラフィックデータを学習させ、得られたモデルを元に前日のトラフィックデータを解析させることで、前日の攻撃セッションを抽出する。2.次に、同じ学習結果に基づいて、最新のトラフィックデータ(ライブデータ)を解析させることで、ライブデータ中の攻撃セッションを抽出する。3. 1で得られた攻撃セッションの集合を学習データ、2で得られた攻撃セッションの集合をテストデータとして、同様に学習と検知を行う。これにより、2(ライブ)のデータから、1(前日)には存在しない攻撃データが抽出される。この解析を複数の学習データを用いて行なうことにより、過去に存在しない、現在進行中の攻撃セッションを抽出することが可能となる。この手法を、我々が2004年より収集しているハニーポットシステムのデータで検証した結果、不正アクセス検知システム(IDS)などで見逃しとなった未知の攻撃、あるいは、断定はできないが攻撃の疑いが有るセッションを60%程度の精度で検知できることを確認した。既存のセンサーシステムを改良し、直接攻撃を受ける、あるいは、既存システムで収集したマルウェアを用いて、自発的に感染する機構を追加した。また、名古屋大学のIPv6の導入開始に伴い、単体のコンピュータが複数の接続先を有する環境が提供されるため、これに対応するマルチホーム対応を図った。複数の接続先や回線を同時に使用しながら通信するマルチホーム環境に対応するため、トラフィックデータベースへの格納の際に、異なるセッション間の関連性の高さを判定し、これをデータベースに保存する機能を追加した。次に、トラフィックデータベースに保存済みの正常トラフィック、および、既知の攻撃を種別毎にクラスタリングし、各クラスタに対してOne-class SVMによる学習を行うアルゴリズムの改良を行った。トラフィックデータベースの解析から新たな攻撃の可能性が疑われる場合、攻撃に関連する情報についてマイニングを行い、正常トラフィックあるいはflood攻撃のクラスタに分類されたものは、正常または従来型攻撃と判定し、以降の処理を行わないことで、攻撃自体が解析システムに対するDDoS攻撃にならないようになっている。従来型攻撃を仕掛けつつ新種の攻撃を行うサイバー攻撃を、その混合比率が変動しても、従来型攻撃と誤判定しないための機構を開発した。これまでに開発したシステムを実環境において評価実験を行った。膨大なサイバー攻撃の内、未知のものと推定されるものを抽出する手法として以下の3項目の開発を行った。1.セッション情報をパラメータ化し、fuzzy hashによって特徴量を求めることで、類似のセッションが存在するか否かを高速に確認するアルゴリズム。2.サイバー攻撃に用いられたマルウェアを、その構造をfuzzy hashによって特徴量化し、既知のマルウェアの亜種か否かを判定するアルゴリズム。以上により、約60%の精度で未知の攻撃の可能性が有る通信を特定できるようになった。膨大なサイバー攻撃のうち、未知のものと推定される攻撃を抽出するため以下の手法の開発を行った。

1.セッション情報をパラメータ化し、fuzzy hasingにより既知のマルウェアが行う通信セッションのパターンとの比較を行うことで、既知マルウェアとの類似性判定を行う。いずれの既知通信セッションにも類似しないもの、あるいは、異なるマルウェアファミリーのセッションとの類似性があると判定されたものを未知のマルウェアによる通信と判定する。2.機械学習による未知のサイバー攻撃検知では、一般に、正常な状態の通信パターンを教師データとして準備することが想定されている。しかし、現実には、コンピュータシステムの新規設置・入れ替え(撤去)、OS、ファームウェア、アプリケーションの更新、利用者の変化などにより、正常な状態は頻繁に変化する。また、保護対象のLANが新規構築される場合を除けば、完全に正常な状態だけであるという確証もない。そこで、現時点のLAN全体の通信状態を教師データとし、その中で他の機器の通信パターンと大きく逸脱した通信を行う機器を特定する。3.ネットワーク環境の高機能化に伴い、小規模のLANにおいても、LAN内のすべての通信の総量は数十GBに達することも珍しくなくなった。このような大量セッションデータから解析用のパラメータ値を生成するためには、ソフトウェアベースの処理では対応できない。そこで、処理のうち、セッションの状態の保持、セッション中の通信を特徴付けるn-gram値の生成をFPGAによりハードウェアで行う。これにより、異常な通信をあぶり出し、ネットワーク管理者に提示することで、機械的には発見が難しい未知のサイバー攻撃の検知支援が実現できる見込みとなった。本研究では、まず、IoT装置も含めた様々な装置に対するサイバー攻撃を観測するIPv6ベースのハニーポットを開発した。また、疑わしいトラフィックを識別するSVMベースのアルゴリズムを提案した。さらに、それらのトラフィック中で、マルウェアによって引き起こされる通信を検出する、ファジーハッシュベースのアルゴリズムも開発した。一方で、正常なデータと悪意ある通信に完全に分離された教師データを準備することは不可能であるため、これらのアルゴリズムは、教師データなしで利用できるように開発した。これらの技術を、実環境または実ネットワークから得られたベンチマークデータで評価し、それらの有効性を確認した。各アルゴリズムの試作は完了し、性能評価の結果、概ね目的とした検知精度を達成していると判断している。また、平成27年度は、その検知精度のさらなる向上、および、実用性検証を行う目処が立っているため。
半導体ナノ構造の電気伝導における揺らぎの定理への測定回路の影響

揺らぎの定理は非平衡状態においても普遍的に成り立つ,熱力学第2法則を微小系に拡張する定理であり,近年,量子輸送にも適用されている.本研究では量子導体において,測定回路の揺らぎの定理への影響を理論的に研究した.1)電子波干渉計とLC回路(測定回路)結合系で揺らぎの定理を検討し,測定回路の反作用はむしろ揺らぎの定理を満たすために必要であることを示した.2)2重量子ドットと量子ポイントコンタクト(測定回路)結合系において,4端子系の非線形輸送係数間の普遍的な関係式を揺らぎの定理から導き検証した.3)ナノ磁性体を対象に,非保存力であるスピントルクと熱揺らぎが,ナノ磁性体の反転に与える影響を研究した.平成24年度以降の計画の一つは、2重量子ドットにおける量子ポイントコンタクトをもちいた時間分解電荷計数の実験について、測定回路を含めた全系で成り立つ揺らぎの定理の構築することである。これに関して、平成24年度も実験グループと共同研究をつづけた。スプリットゲート法と走査プローブ法を用いてサンプルを作成することで反作用を抑制し、バンド幅の効果を補正も行った。そして電流の確率分布を測定した結果、理論とのきわめてよい一致を得ることができた。そして新たに揺らぎの定理から予言される、2次の非線形コンダクタンスとノイズの線形応答に関する、非線形応答領域に拡張したジョンソン・ナイキストノイズの関係式を実証し、成果を論文にまとめた。また、平成23年度に引き続いて、量子干渉計と結合した古典LC回路の仕事確率分布の理論を実験と共同で論文にまとめた。これ通じ,LC共振回路の影響つまり量子導体への反作用(古典LC回路による断熱的な散逸電流のポンピング)は,むしろ揺らぎの定理の成立を保証することが明らかになった。当初の計画では、平成24年度以降は,実験との比較のため、電流の期待値や揺らぎなどの物理量を計算する予定であったが、この方針では実験との違いが説明できないので、現在検討を重ねている。また、量子導体と結合した古典LC回路が,非ガウス白色雑音のLangevin方程式で記述できることを平成23年度に確立したが、この成果を「揺らぎのエネルギー論」の観点からとらえ直す研究にも着手している。まずLangevin方程式の数値シミュレーションのプログラムの開発を行い,開発したコードを,例としてナノ磁性体のスピントルクおよび熱揺らぎの問題に当てはめた。申請時の研究実施計画は、「A)電子波干渉計について,測定回路(LC共振回路)の量子揺らぎの定理に及ぼす影響を理論的に明らかにする」と「B)量子ドットと測定回路(量子ポイントコンタクト電位計)の結合系でなりたつ量子揺らぎの定理を構築する」の2点である。A)平成24年度までに、電子波干渉計とLC回路の結合系における揺らぎの定理の理論を構築し、電子波干渉計の実験においては測定回路の反作用が、揺らぎの定理を保証することを明らかにした。これは当初の予想に反しており、測定装置の反作用に実験と理論のずれの原因を求めることは難しいことが分かった。そこで平成25年度は、新たに非平衡電流による電子系の加熱の効果を検討し、熱電効果が実験のずれの傾向を説明できる可能性があることを示した。今後、より詳細に検討する計画である。B)平成23年度に量子ポイントコンタクトの反作用を制御することに、実験グループが成功したため、理論と実験の定量的な一致を得ることができた。また量子ドットと量子ポイントコンタクト結合系について、非線形応答領域に拡張したジョンソン・ナイキストノイズの関係式も実証された。よって、申請時の目的「測定回路も含めた揺らぎの定理を構築する」を達成できたと考えている。以上から、B)については量子導体と測定回路の結合系の揺らぎの定理の研究が、非平衡量子電気伝導の測定精度向上に役立ったといえる。A)については測定精度向上への指針を与えたという意義を持つ。また精度向上以外に揺らぎの定理を役立てることを目指して、非平衡電流誘起スピントルクによるナノ磁性体の反転について、平成24年度は数値シミュレーション、平成25年度は解析的手法を用いて研究を行っている。今後、より広範なメゾスコピック量子系の非平衡現象に揺らぎの定理を適用する計画である。揺らぎの定理は非平衡状態においても普遍的に成り立つ,熱力学第2法則を微小系に拡張する定理であり,近年,量子輸送にも適用されている.本研究では量子導体において,測定回路の揺らぎの定理への影響を理論的に研究した.1)電子波干渉計とLC回路(測定回路)結合系で揺らぎの定理を検討し,測定回路の反作用はむしろ揺らぎの定理を満たすために必要であることを示した.2)2重量子ドットと量子ポイントコンタクト(測定回路)結合系において,4端子系の非線形輸送係数間の普遍的な関係式を揺らぎの定理から導き検証した.3)ナノ磁性体を対象に,非保存力であるスピントルクと熱揺らぎが,ナノ磁性体の反転に与える影響を研究した.本研究に先立ち、我々はGaAs/AlGaAs半導体2次元電子系に作られた量子ドットと電子波干渉計を用いて、電気伝導における揺らぎの定理の実験検証を実験グループと共同でおこなっている。その結果、非測定系(量子導体)は測定回路の影響を強く受けており、2つを分離しては実験結果が説明できないことを見出した。本研究の目的は、量子導体の電気伝導において、測定回路が揺らぎの定理に与える影響を明らかにすることである。

平成23年度は、電子波干渉計をもちいた量子揺らぎの定理の検証実験を念頭に研究を進めた。量子系では電流の確率分布の定義にあいまいさが残るうえ、原理的に測定可能かどうか、といった問題もある。さらに原理的に観測可能でも、測定器の反作用のために測定した情報が失われてしまう可能性もある。そこで、我々は光学トラップに閉じ込められたコロイド粒子の揺らぎの測定の実験とのアナロジーで、LC共振回路と結合した電子波干渉計を考えた。このセットアップでは、LC回路は古典回路なので、その電圧揺らぎは原理的にあいまいさなく測定できる。まずLC回路にした仕事は量子系にしか散逸できないため、古典系の仕事の確率分布は、量子導体で発生するジュール熱の確率分布、つまり電流の確率分布と等しくなることを示した。そして、このとき現れる電流の確率分布は完全計数統計理論で定義される確率分布と一致することを確認した。またLC回路のダイナミクスを微視的ハミルトニアンから導出した結果、それは非ガウス白色雑音のはたらくLangevin方程式で記述されることを示した。非ガウス性は量子導体のショット雑音に起因する。さらにこれらのプロセスは仕事揺らぎの定理とコンシステントであることも示した。平成23年度から続けている実験グループとの共同研究において、2重量子ドットと量子ポイントコンタクト全系での揺らぎの定理について、実験と理論の定量的な一致を見出すことができた。一方で「揺らぎのエネルギー論」の研究とのつながりを見出し、Langevin方程式の数値シミュレーションの成果を出して論文として出版することができた。平成23年度に量子干渉計を用いた実験について、セットアップは変えず測定方法を変えることで、量子揺らぎの定理の定量的な検証ができることを示したが、平成24年度にはその成果を論文にまとめた。その過程で,以前の揺らぎの定理の検証実験で観測された、理論値から23倍のずれの原因を詳細に検討した。そして、ずれの原因が1/fノイズのフィルター回路(LC回路)の反作用の外にあることが明確になってきた。現在は、オーバーヒーティングの効果を検討している。これらを理由としておおむね順調に進展していると判断した。電子波干渉計は外部環境とくにGaAs基板中のランダムな電荷トラップによる1/fノイズの影響をうけるため,電流揺らぎの測定において、LC共振回路を用い1/fノイズをフィルターして数MHzの信号をとりだしている。以前の揺らぎの定理の検証実験では、理論値から23倍のずれが観測されたが、その原因の一つはこのフィルター回路の反作用と考えられる。平成23年度に得られた結果から、実験のセットアップは変えず測定方法を変えることで、量子揺らぎの定理の定量的な検証ができることが分かった。本研究の根本的な問題意識は量子系における揺らぎの定理の実験で見られた理論値からのずれを解明することである。それに関して,2重量子ドットと測定回路の結合系での揺らぎの定理については、実験技術の進展により不一致が解消された。一方、電子波干渉計を用いた実験において、当初ずれの原因と考えた1/fノイズフィルターを含む測定回路の反作用が、揺らぎの定理を破るのでなくむしろ揺らぎの定理が成り立つために必要であることが明確になってきた。