hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数論的D加群とその応用

本研究では特性サイクルをホモトピー的な手法で捉えるのが目標である.特性サイクルは斎藤とBeilinsonによって定義された.Xを正標数体上の滑らかな多様体としてFをX上の構成可能層とする.このときBeilinsonにより特性多様体と呼ばれる余接層の閉集合が定義された.X上の(局所的な)関数fが与えられるとFのfによる隣接複体が考えられるが,その隣接複体の台はFの特性サイクルを用いて記述される.この台が0次元のときfはFに対して孤立的と呼ばれる.この様な孤立的な関数が「十分たくさんある」ことはBeilinsonにより示されており,これらを用いることで斎藤は特性サイクルを定義した.本研究では孤立的でない関数があった場合どのように扱うことが出来るかを明らかにするのが一つの目標である.孤立的でない関数があった場合関数をもっとたくさん取り,それぞれの関数で隣接複体を考えることにより全体として孤立的にすることが可能である.この構成を用いた場合最も非自明なことは関数を連続的に取り替えた場合の隣接複体の変化の様子を記述することである.孤立的な関数の場合,斎藤は高次元隣接複体の理論を用いることでこれらの変化を記述した.我々の一般化された設定の上ではこの変化が「孤立的に連続」でない可能性が出てくる.当面の目標は関数を十分に加えれば孤立的に連続な状況に出来ることである.本年度はこれらの事柄の定式化を行った.特に孤立的に連続であるということの定義をし,孤立的に連続的な状況に出来るための予備的な結果を示した.今年度に問題の大まかな戦略を決定するのが目標であった.本年に関数を多数取ることにより孤立特異的な状況にするための定式化を行ったので,順調に進んでいると言える.今後は今回定式化をした結果を証明するのが目標となる.今回の定式化では関数の族に対して「関数を上手に取れば」孤立的に出来るということであった.このとき,隣接複体が自然に振る舞うためには関数族のパラメーター空間を「改変(modification)」する必要がある.しかし改変を行ってしまうと今までになかった部分が現われてしまい,一般的にこの部分のコントロールが困難である.p進コホモロジー論でも同様な状況がKedlayaのsemistable reduction theoremで現われていた.Kedlayaはこの困難を付値論的なリーマン・ザリスキ空間的な視点で捉え直すことにより解決した.本研究でも付値論的な視点から今回の状況を捉え直すことを考えたい.より具体的には隣接複体を一般に計算するのは極めて困難である.今回の設定で言えば,適当な関数を取ってきた場合それに付随するアルティン・シュライアー層の隣接複体を計算する必要が出てくる.関数が十分に一般だった場合この計算は困難である.しかし,ある種の関数に対しては計算が出来る.私は底空間を改変すれば任意の関数がそのような計算の出来る関数になるのではないかと期待している.この期待をKedlayaの方法を用いて示すためにはまず良い関数を付値論的に捉え直すことが必要である.kを標数0の体として、Xをその上の滑らかな多様体とする。X上のD加群に対し特性サイクルと呼ばれるXの余接束上のサイクルが佐藤や柏原らにより定義された.このサイクルには与えられたD加群の分岐の情報が含まれており,超局所解析の基本となっている.さて,正標数体上でのl進コホモロジーはD加群の類似と思われており,様々な局面で互いによく似た振る舞いを示すことが観察されてきた.そのため,特性サイクルをl進層に対して構成し,l進層の分岐を理解することはDeligneの悲願の1つであった.l進層の特性多様体はBeilinsonにより定義され,特性多様体に量的な情報を加えることにより近年,斎藤毅により遂に特性サイクルが定義された.この特性サイクルを用いてオイラーポアンカレ標数を計算することが出来,Deligneの悲願が達成されたことになる.一方で分岐に関する様々な性質は未だに分かっていない.例えばfというスキームの間の固有射があったとき押し出しの特性サイクルと特性サイクルの押し出しは一致すると予想されているものの,一般には示されていない.また,特性サイクルの理論が完成した場合,次の目標としてイプシロン因子の理解があり,積公式が重要な役割を果たすべきだがこれに関してもどのようにして捉えて良いのか明確になっていない.本年度はこれら問題を解決すべく,特性サイクルの定義の再考察を行った.これにはLaumonのフーリエ変換で使われる手法を応用する.この再定義により,テスト関数が孤立特性的でない場合の特性サイクルの性質が明らかになり,この設定の下で特性サイクルを定義するための予想を定式化した.この予想が解決できれば非孤立的でない関数も自然に扱えるようになり,イプシロン因子の積公式に関する理解も進むものと考えられる.初年度の目標は押し出しと特性サイクルの両立性を示すための道筋を明らかにすることであった.両立性の問題はテスト関数が孤立特異的でないときの処理が容易に出来ないことに起因していることは明らかである.これは関数が滑らかであっても,その引き戻しが必ずしも滑らかでないことが正標数の代数幾何で起こることから分かる.

そのため特性サイクルの定義に非孤立特性的でないテスト関数を含めれば自然に押し出しとの両立性が導かれるであろうことが分かる.しかし,特性サイクルの定義は孤立特性的であることを強く用いており,そのままの形で非孤立特性的な関数を扱うことは困難であり,斎藤による特性サイクルの定義の再考察が必要であった.本年度はLaumonによるフーリエ変換のアイディアを用い,孤立特性的な場合の再定義を行い非孤立特性的な場合を含めるための予想を定式化した.斎藤の定義ではテスト関数の近接輪体を考えるが,単純に近接輪体の次元を考えるわけではなく,近接輪体の次元にそのSwan導手を足し合わせた「総次元」を用いる.Laumonはフーリエ変換の研究の中で指数関数を掛け合わせ近接輪体を考えることにより総次元を幾何学的に実現している.本年度は斎藤による総次元は指数関数を掛け合わせ近接輪体を取りその次元を考えることで再定義できることを示した.この方法なら非特性的なテスト関数に関しても意味を持つ.非特性的なテスト関数の場合は次の関数を取ることにより近接輪体の台の次元を下げていくのである.ただし,台の次元を下げきるように関数を取れるかと言うことは自明ではなく,予想という形で次の年度の目標とした.本研究では特性サイクルをホモトピー的な手法で捉えるのが目標である.特性サイクルは斎藤とBeilinsonによって定義された.Xを正標数体上の滑らかな多様体としてFをX上の構成可能層とする.このときBeilinsonにより特性多様体と呼ばれる余接層の閉集合が定義された.X上の(局所的な)関数fが与えられるとFのfによる隣接複体が考えられるが,その隣接複体の台はFの特性サイクルを用いて記述される.この台が0次元のときfはFに対して孤立的と呼ばれる.この様な孤立的な関数が「十分たくさんある」ことはBeilinsonにより示されており,これらを用いることで斎藤は特性サイクルを定義した.本研究では孤立的でない関数があった場合どのように扱うことが出来るかを明らかにするのが一つの目標である.孤立的でない関数があった場合関数をもっとたくさん取り,それぞれの関数で隣接複体を考えることにより全体として孤立的にすることが可能である.この構成を用いた場合最も非自明なことは関数を連続的に取り替えた場合の隣接複体の変化の様子を記述することである.孤立的な関数の場合,斎藤は高次元隣接複体の理論を用いることでこれらの変化を記述した.我々の一般化された設定の上ではこの変化が「孤立的に連続」でない可能性が出てくる.当面の目標は関数を十分に加えれば孤立的に連続な状況に出来ることである.本年度はこれらの事柄の定式化を行った.特に孤立的に連続であるということの定義をし,孤立的に連続的な状況に出来るための予備的な結果を示した.今年度に問題の大まかな戦略を決定するのが目標であった.本年に関数を多数取ることにより孤立特異的な状況にするための定式化を行ったので,順調に進んでいると言える.非特性関数を取り近接輪体を取ることにより層が出てくる.テスト関数がゼロである場合を除いてこの層の台の次元は初めに固定した層の台の次元より小さくなっている.問題はもう一度同じ操作をしたとき台の次元を小さく出来るかと言うことである.本年度の結果としてこの操作を繰り返すことで層の台の次元を徐々に小さく出来,最終的に次元が0になることを予想した.次元が0の層というのは点の集合に数字がのっている状況なので,まさに斎藤の定義した総次元と捉えることが出来るのである.この予想を解決するのが次年度以降の目標である.
アブラナ科植物の自家不和合性の情胞伝達を制御する細胞質キナーゼMLPKの機能解析

本研究は、アブラナ科植物の自家和合性変異株の原因遺伝子として新たに見出された膜アンカー型細胞質キナーゼMLPKに着目し、自家不和合性の情報伝達系におけるMLPKの機能を解明することを目的として行った。主要な研究成果は、以下の通り。1.MLPKの発現様式の解析MLPK遺伝子が翻訳開始点を異にする2種類の転写産物を生産すること、1種類は主に柱頭で、もう1種類は多くの組織で発現していることを明らかにした。また、いずれも異なる様式で細胞膜上に局在すること、この膜局在性が自家不和合性の情報伝達に必須であることを明らかにした。2.MLPKの活性化機構の解析MLPKがSP11を認識するSRKと受容体複合体を形成している可能性は低く、SRKの下流の情報伝達系で機能している可能性が高いことを明らかにした。しかし、SRKとMLPKの直接的な相互作用や、自家不和合性反応時にMLPKがリン酸化等により活性化されているといった証拠は得ることは出来なかった。3.MLPKの標的分子の解析酵母Two-hybrid法により、MLPKと相互作用する柱頭タンパク質を複数見出した。この内の4つの候補因子については、大腸菌を用いて組換えタンパク質を作製し、in vitroにおけるMLPK発現タンパク質との相互作用を確認した。また、in vitroリン酸化実験により、MLPKの基質となってリン酸化されることを明らかにした。今後、これら候補因子の発現部位の確認や形質転換実験を通じて、自家不和合性の情報伝達への関与を明らかにしていく予定である。本研究は、アブラナ科植物の自家和合性変異株の原因遺伝子として新たに見出されたキナーゼ分子MLPKに着目し、自家不和合性の情報伝達系におけるMLPKの機能を解明することを目的としている。本年度得られた主な研究成果を以下に列記する。1)自家不和合性情報伝達経路上のMLPKの介在位置の解析変異型MLPKを持つ自家和合性の変異株においても、花粉因子SP11と雌ずい因子SRK間の結合活性は保持されていることが示され、MLPKがいわゆるリガンド-受容体間相互作用以降の情報伝達系に関与することが確認された。MLPKは細胞膜に局在することからSRKと受容体複合体を形成していることが予測されたが、免疫沈降実験等では両者間の相互作用は確認されなかった。MLPK変異体では、野生株で起こる自己花粉の吸水阻害が認められないことから、MLPKは花粉が吸水を開始する以前の段階で機能していると予測される。柱頭由来cDNAマイクロアレイを作製し、自家受粉後の遺伝子発現変動を解析したが、その段階において有意な発現変動を示す柱頭遺伝子の存在は認められなかった。このことは、MLPKを介して伝達される自己花粉の認識情報は遺伝子発現誘導を介さずに自己花粉の吸水を阻害している可能性を示唆する。2)MLPKの活性化機構の解析受粉後の柱頭細胞膜上MLPKのリン酸化状態変化を、放射性標識リン酸の取り込みを指標に比較解析したが、他家および自家受粉間で有意な差は認められなかった。生理的に重要な特定部位におけるリン酸化状態変化を、より特異的かつ高感度に検出する系の必要性が示唆された。3)MLPK標的分子の解析酵母Two-hybrid法により、MLPKと相互作用する柱頭内発現蛋白質を複数同定した。個々について、生化学的に相互作用の確認を進めると共にその生理学的意義の解析を進めている。本研究は、アブラナ科植物の自家和合性変異株の原因遺伝子として同定されたキナーゼ分子MLPKに着目し、自家不和合性の情報伝達系におけるMLPKの機能を解明することを目的としている。本年度得られた主な研究成果は以下の通り。1)自家不和合性情報伝達経路上のMLPKの介在位置の解析自家不和合性の自他識別を司る受容体型

キナーゼSRKとMLPKが直接的に相互作用するかどうかを、通常の酵母Two-hybrid法および膜蛋白質の相互作用解析に適したDual membraneシステムを用いて解析したが、両者間に相互作用は認められなかった。一方、ミリストイル化モチーフに変異を入れたMLPKは、自家和合性のmlpk変異株の自家不和合性を回復しないことが示され、MLPKが細胞膜上に局在すること、すなわちSRKの近傍に局在することが自家不和合性の情報伝達に必須であることが示唆された。2)MLPKの活性化機構の解析SRKのキナーゼ領域とMLPKのリコンビナント蛋白質を用いたin vitroリン酸化実験においては、両者間に有意な相互リン酸化能は検出されなかった。一方、MLPKリコンビナント蛋白質自体のキナーゼ活性はかなり弱く、何らかの活性化調節が働かないと自己抑制状態にある可能性が示唆された。3)MLPK標的分子の解析酵母Two-hybrid法により、MLPKと相互作用する柱頭内発現蛋白質を複数同定し、その内の4つの候補因子について、in vitroにおけるMLPK蛋白質との結合能、MLPK蛋白質による被リン酸化能を確認した。今後、これら候補因子について、発現部位の確認や形質転換実験を通じて自家不和合性の情報伝達への関与を明らかにしていく必要がある。
タスクのデータベース化による自律英語学習プログラムの開発に関する研究

本研究課題では、問題解決型の言語活動である英語タスクをデータベースとしてまとめ、学習者に教室という枠組みを超えて、英語の総合的運用能力を向上させることに加えて、習熟レベル、学習目標、ニーズなど学習者の多様性に対応した英語学習を支援する学習環境を提供することを目指した。学習状況管理ソフトウェアを導入することによって学習者自身が学習過程を振り返り、習得内容および進捗程度を把握・理解することで、長期的な学習過程の自己診断ができるように設定した。リーディング、リスニング、語彙、文法などタスクを遂行するために必要とされる技能や、個人・グループなど言語活動スタイル等の範疇に分類しデータベース化した。このような学習環境を構築することによって、学習者に多種多様で豊富な言語材料を多元的なイメージを用いて繰り返し、かつ効率的に提供することができるようにプログラムを開発した。日本人大学生210名に対して1年間実施した結果、学習者は各自の習熟レベルの程度や興味に応じて主体的に取捨選択し、学習内容の再確認を行いながら言語活動に取り組むことができた。また、学習状況履歴の記録によって、学習経過を自覚することが容易となったため、次回の学習が促され、自律学習に不可欠な継続性を高めることができることがわかった。さらに、教師にとっては、個々の学習者の学習記録をもとに学習者一人一人に応じたきめ細かなサポートを行うことが可能であることがわかった。本研究は、データベース化された問題解決型の言語活動である英語タスクと学習状況管理ソフトウェアを活用することによって、日本人学習者が学習方法や学習スタイルを取捨選択しながら言語活動に取り組む過程を多角的に調査・分析することを目的とした。タスクのデータベース化によって、学習者に多種多様な言語活動を提供できる環境作りを行った。また、学習状況履歴によって、学習者自身が学習過程を振り返り、長期的な学習過程の自己診断ができるように設定することで、自律学習に不可欠な動機づけを高めることができるようにした。教師にとっては、個々の学習者の学習記録をもとに学習者一人一人に応じたきめ細かなサポートを行うことが可能であることがわかった。日本人学習者が主体的に言語活動に取り組み、効率的に言語運用能力を向上させることが可能な自律英語学習の成立条件を実証的に明らかにし、習熟レベル、学習目標、ニーズなど学習者の多様性や学習期間の長期化に対応した英語学習を支援する体制の基準作りを目指す。
ねじりフレクソエレクトリック効果の特性解明と新しい角加速度センサの開発

PZT角柱のねじりによるフレクソエレクトリック効果について調査した。昨年度までに制作した装置は,試験片をチャッキングしてねじりを加えるのに,回転チャックから伸ばしたアームの先端を積層型圧電アクチュエータでバイアスをかけて押す方式のねじり実験装置であった。これにより複数の素子で分極量の大きさのばらつきなどを確認し,分極処理の有無及び分極方向に対する電極の位置関係に対するフレクソエレクトリック発生分極の大きさを詳細に調査した。次に周波数特性を調査した。その結果,フレクソエレクトリック分極の大きさの周波数特性に強い非線形性があることが分かってきた。非常に強い非線形性であったため,この結果がねじりを加える実験装置に依存する可能性も考え,圧電アクチュエータで押す形式から,モータで加振する方式に変更した。これにより,片側ねじりだけではなく両側へのねじりも可能になった。さらに回転チャックの保持軸受の隙間をこれまで隙間ばめにしていたのを閉まりばめにし,より回転制度を向上させた。新規に製作した実験装置に置いても強い非線形性が確認されたため,材料の特性であることが明らかになった。この加振周波数に対し,フレクソエレクトリック分極が強い非線形を有することは学術的には新しい発見であり,予想外の事実であった。そのため,引き続き詳細な状況調査を継続しており,加振周波数に対する分極の大きさと,ねじり振動の角加速度に対する分極の大きさとして整理するなど調査検討している。非線形性の存在は学術的には新しい事実であり,大変に興味深いが,工業的なセンサ応用を考えると,実用化に向けた視点からは大きな課題となる状況である。試験片によるPZTのフレクソエレクトリック分極の大きさが周波数に依存するという事実は新しい大きな発見であり,その面では大いに進展したと言えるが,一方でセンサ応用ということを考えると,実用に向けて大きな課題となる側面を持っている。本研究の目的がフレクソエレクトリック効果の詳細な調査と,ねじり振動センサへの応用と実用化に向けた課題の明確化であるため,全体として考えると概ね順調に進展していると判断できる。今後はねじり加振の周波数に対する非線型性を詳細に調査していく。特にフレクソエレクトリック係数として評価した場合にその非線形特性がどのような傾向になるかをまず調査する。振幅の大きさによる分極の周波数依存性を調査する。電極間の位置,分極処理の状況なども調査する。装置のモーターによるトルク安定性も正確に把握し調整する。実験装置を圧電アクチュエータで押す方式からモータで駆動する方式に変更したことによって,初期押し込み量,すなわち負荷トルクのオフセットの量を簡単に0やマイナスに変更できるようになった。そこで,ねじり振動を正方向,負方向,正負両振りなどの検討も加える。そして角加速度センサとしてフレクソエレクトリック効果を利用するにあたっての課題を明確化していく。本研究では助成期間の初年度である平成29年度は,学術的に現象を正確に把握することを目指した。新しい実験装置を再設計して製作し,組み立ての際に3次元座標測定機とブロックゲージと補正スペーサを用いた測定フィードバックを繰り返して,約90mm間隔のチャック間の組立アライメント誤差を全方向について30μm以下にした。また試験片であるPZT角柱棒にねじりモーメントを与えた際に発生する側面電極の間のひずみ勾配は厳密解が求められないので,実験で得られた発生分極量測定値からフレクソエレクトリック係数として評価するためには,ねじり変形量に対するひずみ勾配量が必要となる。そこでFEM解析を用いて数値計算による近似解で評価した。本年度は実験装置の設計・製作に並行して電極面全体に渡ったひずみ勾配分布を計算し,高精度にフレクソエレクトリック係数を算出するための評価量を導出した。FEMによるひずみ量の計算には汎用ソフトのANSYSを用いた。電極間を結ぶpathと呼ばれる解析結果の評価線を設定し,path上のひずみ分布からひずみ勾配を算出した。面分布させた複数pathにより電極面全域に渡る実際のひずみ勾配分布を計算する。以上により,FEM計算により導出したひずみ勾配量と,新規作成した高精度実験装置によって得られたねじりによる発生分極によって正確なフレクソエレクトリック効果を評価した。分極方向に設けた4つの電極間の組み合わせで発生するフレクソエレクトリック効果について発生分極量を実験により明らかにした。概ね初期計画通りに進行させ,当初計画していた高精度実験装置を設計製作できた。それを用いて四角柱圧電素子試験片に設けた分極方向の4つの電極間の4通りの組み合わせすべてに対して,分極量を詳細に実験により解析することができた。

さらに回転チャックの保持軸受の隙間をこれまで隙間ばめにしていたのを閉まりばめにし,より回転制度を向上させた。新規に製作した実験装置に置いても強い非線形性が確認されたため,材料の特性であることが明らかになった。この加振周波数に対し,フレクソエレクトリック分極が強い非線形を有することは学術的には新しい発見であり,予想外の事実であった。そのため,引き続き詳細な状況調査を継続しており,加振周波数に対する分極の大きさと,ねじり振動の角加速度に対する分極の大きさとして整理するなど調査検討している。非線形性の存在は学術的には新しい事実であり,大変に興味深いが,工業的なセンサ応用を考えると,実用化に向けた視点からは大きな課題となる状況である。試験片によるPZTのフレクソエレクトリック分極の大きさが周波数に依存するという事実は新しい大きな発見であり,その面では大いに進展したと言えるが,一方でセンサ応用ということを考えると,実用に向けて大きな課題となる側面を持っている。本研究の目的がフレクソエレクトリック効果の詳細な調査と,ねじり振動センサへの応用と実用化に向けた課題の明確化であるため,全体として考えると概ね順調に進展していると判断できる。フレクソエレクトリック効果はPZT素子の分極処理の有無に依らず発生する現象である。まずは,平成29年度と同様のFEM計算手法と製作した実験装置を用いて,分極方向と直交する方向のフレクソエレクトリック効果と,分極処理を施していない試験片を用いてフレクソエレクトリック分極量を明らかにする。その後,現象に対する調査結果を踏まえて,角加速度センサのプロトタイプを設計・製作に着手する。FEM解析によるCAEを併用してセンサの形状と寸法を高出力かつ最適剛性となるように設計する。試作する角加速度センサは,一般的な並進運動の加速度センサと同様にサイズモ系センサである。まずはねじり回転の軸にセンサ素子の中心を合せるように,試作センサの筐体を軸つき形状にする。またセンサの特性評価のためのねじり振動を発せする実験機構も設計・製作し,解析を実施できるような実験装置と環境を整える。今後はねじり加振の周波数に対する非線型性を詳細に調査していく。特にフレクソエレクトリック係数として評価した場合にその非線形特性がどのような傾向になるかをまず調査する。振幅の大きさによる分極の周波数依存性を調査する。電極間の位置,分極処理の状況なども調査する。装置のモーターによるトルク安定性も正確に把握し調整する。実験装置を圧電アクチュエータで押す方式からモータで駆動する方式に変更したことによって,初期押し込み量,すなわち負荷トルクのオフセットの量を簡単に0やマイナスに変更できるようになった。そこで,ねじり振動を正方向,負方向,正負両振りなどの検討も加える。そして角加速度センサとしてフレクソエレクトリック効果を利用するにあたっての課題を明確化していく。
胎生期の中枢神経系への傷害による精神分析病の動物モデルの開発-神経発達障害仮説を背景として-

精神分析病の神経障害仮説の神経生物学的な基礎を明らかにするために、我々は、ラットの胎生期あるいは新生仔期に精神分裂病発症のrisk factorと考えられている向精神薬を負荷とするという精神分裂病の動物モデルを作成することを試みた。平成10年度は、新生仔期にシナプス形成に関与しているドーパミンD1受容体と一酸化窒素(NO)に注目した。それぞれドーパミンD1受容体のantagonistであるSCH23390およびNO合成酸素(NOS)の阻害薬であるN-nitro-arginine methyl ester(NAME)を生後2日目から2週間投与した。生後35日目に、methampetamineを投与し、引き起こされる常同行動を指標として、ドーパミン系の感受性に変化があるかを検討した。その結果、新生児期のSCH23390投与によっては、成熟期のラットのドーパミン感受性には変化がなかったが、NAME投与によって成熟期でのラットのドーパミン感受性が低下していることがわかった。平成11年度は、新生仔期にNMDA受容体のantagonistであるphencyclidineとagonistであるD-serineを同じスケジュールで投与した。いずれも生後35日目のmethamphetamineによる常同行動を観察した。Phencyclidineの新生児投与により、常同行動は減弱し、methamphetamine投与による脳内c-fos mRNAの発現も抑制された。しかし、D-serineの処置は常同行動に何らの影響も与えなかった。以上の結果から、新生児期の神経発達を阻害する薬物の投与によって、成熟期でのドーパミン感受性に影響を与えることがわかった。さらに、精神分裂病で想定されているドーパミンの過感受性を引き起こすような新生児期での処置を企画している。精神分裂病の神経発達障害仮説の神経生物学的な基礎を明らかにするために、われわれは、ラットの新生児期に精神分裂病発症のrisk factorと考えられている中枢刺激性薬物・身体的ストレス・低栄養などを負荷するという精神分裂病の動物モデルを作成することを試みた。今年度は中枢ドーパミン系の発育に関与していると考えられているドーパミンD1受容体と、新生児期のシナプス形成に関与している一酸化窒素(NO)に注目した。それぞれドパミンDl受容体のアンタゴニストであるSCH23390およびNO合成酵素(NOS)の阻害薬であるN-nitro-arginine methyl ester(NAME)を生後2日目から2週間投与した。生後35日目に、methamphetamineを投与し、引き起こされる行動量の増加や常同行動を指標として、ドーパミン系の感受性に変化があるかを検討した。以上の結果から、新生児期の神経発達を阻害する薬物の投与によって、成熟期でのドーパミン感受性に影響を与えることができることがわかった。さらに、精神分裂病で想定されているドーパミンの過感受性を引き起こすような新生児期での処置を試みている。精神分裂病の神経発達障害仮説の神経生物学的な基礎を明らかにするために、われわれは、ラットの胎生期あるいは新生仔期に精神分裂病発症のrisk factorと考えられている向精神薬を負荷するという精神分裂病の動物モデルを作成することを試みた。それぞれドーパミンD1受容体のantagonistであるSCH23390およびNO合成酵素(NOS)の阻害薬であるN-nitro-arginine methy1 ester(NAME)を生後2日目から2週間投与した。

生後35日目に、methamphetamineを投与し、引き起こされる常同行動を指標として、ドーパミン系の感受性に変化があるかを検討した。その結果、新生児期のSCH23390投与によっては、成熟期のラットのドーパミン感受性には変化がなかったが、NAME投与によって成熟期でのラットのドーパミン感受性が低下していることがわかった。平成11年度は、新生仔期にNMDA受容体のantagonistであるphencyclidineとagonistであるD-serineを同じスケジュールで投与した。いずれも生後35日目のmethamphetamineによる常同行動を観察した。Phencyclidineの新生児投与により、常同行動は減弱し、methamphetamine投与による脳内c-fos mRNAの発現も抑制された。しかし、D-serineの処置は常同行動に何らの影響も与えなかった。以上の結果から、新生児期の神経発達を阻害する薬物の投与によって、成熟期でのドーパミン感受性に影響を与えることができることがわかった。さらに、精神分裂病で想定されているドーパミンの過感受性を引き起こすような新生児期での処置を企画している。
乱流混合層の小規模構造に関する研究

本研究では,乱流混合層の直接数値計算(DNS)を行い,乱流遷移に伴い生じる小規模構造について検討した.複雑な乱流場から小規模構造を抽出するために,速度勾配テンソルの不変量解析を導入し,乱流中の小規模構造を速度勾配テンソルの第二不変量が負の値を示す領域として抽出することが可能であることを明らかにした.低Reynolds数乱流混合層において,これらの小規模渦構造は中心で乱流エネルギーの散逸を伴わない剛体回転の領域,すなわちvortex tubeであり,乱流エネルギーの散逸はこれらのvortex tubeの周囲で非常に大きな値を示すことを明らかにした.さらに,これらのvortex tubeの周方向速度分布はBurgers渦によって良く近似することが可能であり,その直径はTaylor microscaleであることを明らかにした.これらのvortex tubeのReynolds数に対する依存性を明らかにするために,高Reynolds数乱流混合層の直接数値計算を行い,低Reynolsd数の場合と同様な解析を行った.この結果,高Reynolds数乱流混合層においても同様なvortex tubeが存在すること明らかとなり,それらの特性も低Reynolds数混合層の場合と同様にTaylor microscaleの直径を有していることが明らかになった.さらに,本研究では乱流混合層において明らかにされた小規模構造の普遍性を検討するために,一様等方性乱流の直接数値計算を行い,一様等方性乱流中の小規模構造の解明を行った.その結果,一様等方性乱流においても正の第二不変量を持つ数多くのvortex tubeが存在し,乱流混合層の場合と同様にTaylor microscaleの直径を有し,その長さは積分長程度であることを明らかにし,このようなvortex tubeが普遍的な乱流の微細構造であることを示した.本研究では,乱流混合層の直接数値計算(DNS)を行い,乱流遷移に伴い生じる小規模構造について検討した.複雑な乱流場から小規模構造を抽出するために,速度勾配テンソルの不変量解析を導入し,乱流中の小規模構造を速度勾配テンソルの第二不変量が負の値を示す領域として抽出することが可能であることを明らかにした.低Reynolds数乱流混合層において,これらの小規模渦構造は中心で乱流エネルギーの散逸を伴わない剛体回転の領域,すなわちvortex tubeであり,乱流エネルギーの散逸はこれらのvortex tubeの周囲で非常に大きな値を示すことを明らかにした.さらに,これらのvortex tubeの周方向速度分布はBurgers渦によって良く近似することが可能であり,その直径はTaylor microscaleであることを明らかにした.これらのvortex tubeのReynolds数に対する依存性を明らかにするために,高Reynolds数乱流混合層の直接数値計算を行い,低Reynolsd数の場合と同様な解析を行った.この結果,高Reynolds数乱流混合層においても同様なvortex tubeが存在すること明らかとなり,それらの特性も低Reynolds数混合層の場合と同様にTaylor microscaleの直径を有していることが明らかになった.さらに,本研究では乱流混合層において明らかにされた小規模構造の普遍性を検討するために,一様等方性乱流の直接数値計算を行い,一様等方性乱流中の小規模構造の解明を行った.その結果,一様等方性乱流においても正の第二不変量を持つ数多くのvortex tubeが存在し,乱流混合層の場合と同様にTaylor microscaleの直径を有し,その長さは積分長程度であることを明らかにし,このようなvortex tubeが普遍的な乱流の微細構造であることを示した.
周波数変調が必要ない電子サイクロトロン電流駆動用大電力ミリ波帯高速スイッチの開発

電子サイクロトロン電流駆動用固定周波数型大電力ミリ波帯高速スイッチの低損失化・軽量化を目的として,三角形スイッチを提案・設計・製作し、量子科学技術開発機構那珂核融合研究所にて低電力試験を行った。今回の低電力試験にて,入射角30°でのサファイアミラーの反射率,三角形スイッチの周波数特性,切替特性の測定を行った。まず最初に入射角30°で厚さ0.96 mmと1.65 mmのC面カットサファイアミラーの反射率を、周波数帯域169.5 GHzから170.5 GHzで測定した。測定は、二つの入射角30°のマイターベンド間にサファイアミラーを設置し,その放射パターンの積分で評価した。どちらのサファイアミラーも反射率の周波数平均値は55%程度であったが,厚さ0.96 mmのサファイアミラーでは周波数依存性にばらつきがみられた。次に0.96 mm厚のC面カットサファイアミラーを使用して三角形高速スイッチを組み上げ、出力P2,P4の周波数特性を測定した。入射波の周波数帯域は169.5 GHzから170.5 GHzで,角錐ホーンアンテナを出力端から500 mm離れた位置の中心部に置き測定した結果、周波数変調すればP2とP4間で切り替え可能なことを確認した。最後にリング共振器の周長を変調するための振動鏡: Vibration reflectorをマイターベンドの反射板と交換して、市販の振動発生器により300Hzまでの振動試験を行い、共振周波数付近でP2とP4の切り替え試験を行った。Vibration reflectorの可動範囲が小さいと出力に振幅変調はかかるが切り替えまでには至らず、可動範囲が大きくなると切り替わるが寄生共振の発生が確認された。これらと並行して、切り替え周波数を上げるためミラーの固有振動の利用に関する検討を数値計算と初歩的試験で行った。本研究で開発を行うミリ波帯高速スイッチは、最終的に核融合炉用電子サイクロトロン波帯加熱電流駆動装置に組み込まれ、リング状コルゲート導波管と2枚の誘電体ハーフミラーからなるリング共振器を用いることで、大電力ミリ波の高速切替えが行なえる。その原理は、リング共振器内の反射板に高速振動機構を持たせることでリング共振器の周長を高速に変化させ、共振周波数を高速に変調することで、ジャイロトロン出力周波数を変調すること無く高速に切り替えることができる。今年度は原理の実証として、反射板の振動機能をミリ波帯高速スイッチに加えることで、170GHz帯での低電力での高速切り替え試験を行なった。まず、エミック社からの貸与品である小型振動試験機513-Bを用いて、リング共振器の反射鏡1枚を高速振動させ、170 GHz帯の電磁波をP1から入射し、P2(非共振時の出力)とP4(共振時の出力)の2つの出力ポート間の高速切り替えを試みた。その際高速切り替えの工夫として、1周期で2回振動中心(共振点)を横切らせ、反射板を200Hzで振動させて、その2倍の周波数400Hzでの切り替えを確認した。次に、今回購入したエミック社製小型振動試験機512-A/Aと貸与品である513-Bを用いて、リング共振器の2枚の反射鏡を同期させて振動させ、P2とP4の出力切り替え試験を行なった。300Hzで反射板を振動させ、予想通り1枚あたりの変位量が小さくても600Hzで切り替えが可能であることを確認した。しかし、振動鏡の振動数の2倍での切り替えは、高次モードの共振を引き起こし、出力波形が歪むことも判明した。この改善は今後の課題となった。計画では、平成28年度は振動機構も含めたリング共振器の設計を中心に行い、平成29年度に日本原子力研究開発機構との共同研究で低電力高周波特性試験により高周波特性を確認するはずであった。しかし実際は、平成28年度に市販の高速振動装置を購入して、既存のリング共振器型高速スイッチに高速振動反射鏡を2枚取り付け、低電力にて高速切り替え試験が行なえた。また、理論とシミュレーションコードによる電磁界解析により、新型リング共振器のサファイア製ハーフミラーの最適化を行ない、電力反射率が入射角60度で60%程度になるよう設計・製作した。つまり、設計は計画より少し遅れているが、実験は1年前倒しになっている。その原理は、リング共振器内の反射板を高速振動させることでリング共振器の周長を変化させて共振周波数を高速に変調することで出力を高速に切り替える。平成28年度は原理の実証として、小型振動試験機2台を用いて、リング共振器の2枚の反射鏡を同期して振動させ、600Hzまで切り替え可能であることを確認した。平成29年度は、本来の目標である3 kHz以上の高速切り替えを目指し、反射鏡を固有振動で共振させる構造の検討を行った。まず有限要素法を用いたシミュレーションで、反射鏡の固有振動数および固有振動のモードを確認し、その固有モードの中から切り替えに適したモードを選定し、3 kHz以上の固有振動が得られることを確認した。次に、反射鏡を振動させる方法の検討を行い、ピン状の金属で反射鏡の裏から押す構造とし、押す点の数と位置の最適化を行なった。

その結果、反射鏡の裏面を楕円状に削り込み、その内側で周辺から3 mmの位置を4個のピンで押す方法がもっとも固有振動の振幅を大きくできる事がわかった。次に反射鏡を設計し、SUS304に銅メッキした反射鏡を制作した。次にその反射鏡を小型振動試験機で振動させ、固有振動周波数がほぼシミュレーション通りであることを確認した。反射鏡の検討と並行してリング共振器本体の設計を行った。リング共振機の周長を従来の0.65 mから1.2 mに修正することで、共振周波数の間隔を従来の460 MHzから250 MHzに修正し、温度制御による共振周波数制御機能(4 MHz/K)を付加した。それらの成果を電気学会、プラズマ・核融合学会年会で発表した。市販の振動試験用振動発生機を用いた試験の結果を反映し、固有振動を用いた従来にないユニークなミリ波対高速スイッチの開発を目指し、数値計算によるシミュレーションを終え、振動実験を開始し、スイッチ本体のリング共振機の設計を終え、最終年度に完成させ試験をするスケジュール通りに進んでいるから。電子サイクロトロン電流駆動用固定周波数型大電力ミリ波帯高速スイッチの低損失化・軽量化を目的として,三角形スイッチを提案・設計・製作し、量子科学技術開発機構那珂核融合研究所にて低電力試験を行った。今回の低電力試験にて,入射角30°でのサファイアミラーの反射率,三角形スイッチの周波数特性,切替特性の測定を行った。まず最初に入射角30°で厚さ0.96 mmと1.65 mmのC面カットサファイアミラーの反射率を、周波数帯域169.5 GHzから170.5 GHzで測定した。測定は、二つの入射角30°のマイターベンド間にサファイアミラーを設置し,その放射パターンの積分で評価した。どちらのサファイアミラーも反射率の周波数平均値は55%程度であったが,厚さ0.96 mmのサファイアミラーでは周波数依存性にばらつきがみられた。次に0.96 mm厚のC面カットサファイアミラーを使用して三角形高速スイッチを組み上げ、出力P2,P4の周波数特性を測定した。入射波の周波数帯域は169.5 GHzから170.5 GHzで,角錐ホーンアンテナを出力端から500 mm離れた位置の中心部に置き測定した結果、周波数変調すればP2とP4間で切り替え可能なことを確認した。最後にリング共振器の周長を変調するための振動鏡: Vibration reflectorをマイターベンドの反射板と交換して、市販の振動発生器により300Hzまでの振動試験を行い、共振周波数付近でP2とP4の切り替え試験を行った。Vibration reflectorの可動範囲が小さいと出力に振幅変調はかかるが切り替えまでには至らず、可動範囲が大きくなると切り替わるが寄生共振の発生が確認された。これらと並行して、切り替え周波数を上げるためミラーの固有振動の利用に関する検討を数値計算と初歩的試験で行った。平成29年度は、平成28年度に問題になった振動試験時の出力波形の歪みの原因を、低電力試験により解明する。更に、昨年度に引き続き新型リング共振器の設計を進め、リング共振器、入力部の設計・製作を行なう。また、量研機構との共同研究により、低電力試験にてハーフミラーの電力反射率測定を行ない、高周波特性を確認する。平成30年度は5月までに高速スイッチの最終設計を詰め、6月に発注、7月に製作を行い、8月に低電力試験による高速切り替え特性の評価を行う。
HCVキメラウイルス感染培養系を用いた薬剤耐性機序の解析

C型肝炎のIFNに対する抵抗性の詳細な機序は不明である。我々は新規にgenotyep2bのHCVをクローニングしJFH1株とのキメラウイルスを構築し長期培養が可能であることを明らかにした。IFNとともに長期培養する事によりIFN抵抗性のHCV株を抽出しえた。シークエンスによる解析にて、構造遺伝子部分に2カ所の変異が入っていることが明らかとなった。この変異を有するウイルスを構築しIFN抵抗性となる事を確認した。このウイルスを用いる事によりHCVのIFN抵抗性の機序の解明に役立つ事が期待される。更に患者血清から次世代シークエンサーを用いて治療前の耐性ウイルスの存在と治療成績の関連を明らかにした。申請者らは急性C型肝炎患者血清よりHCV genotype2b型クローンを構築し、ヒト肝臓キメラマウスへの接種により感染性を確認した( Suda, Virology 2010)。Genotype 2bと2a株間のキメラウイルスを用い、コア蛋白のアミノ酸配列により規定されるウイルス感染細胞の、Interleukin-6 (IL-6)、およびsuppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3)の発現誘導能の差異がIFN感受性を決定することを報告した.申請者は樹立した新規キメラウイルスを用い、今回新規に長期培養系を樹立した。長期培養ウイルスにIFNを加え共培養を行ったところIFN耐性ウイルスを単離する事が可能で単離したウイルスをnaive細胞に感染させてもIFN抵抗性が保持されていた。全ゲノムの解析により構造遺伝子(E1およびE2)にアミノ酸置間を伴う変異を認めた。同部位に、変異を導入した変異ウイルスを構築しin vitroにおいて感染能を有しIFNに対して耐性となる事を確認した。現在その耐性機構の機序についての検討を行っている。また、DAAs(direct acting antivirals)薬剤耐性ウイルスの検討を行う為に今後早期に臨床応用が行われる事が想定されるNS5A阻害剤耐性変異ウイルス、プロテアーゼ阻害薬耐性変異ウイルスのin vitroでの感染培養系の樹立を行い薬剤耐性となる事を確認し得た。1)我々が樹立した新規長期培養ウイルスにIFNを加え共培養を行ったところIFN耐性ウイルスを単離した。その、IFN抵抗性を有するウイルスのシークエンスを行い構造遺伝子(E1およびE2)アミノ酸置間を伴う変異を二カ所認めた。その変異を親株のウイルスに導入しHuh751細胞に導入しIFN抵抗性の検討を行ったところ、親株と比較してIFN抵抗性となる事が確認されIFN抵抗性を有するHCV株の樹立に成功した。現在、変異をいれたエンベロープ蛋白の恒常発現細胞を構築しIFN抵抗性となる詳細な機序の検討を行っている。2)つい最近、慢性C型肝炎に対する主流はウイルスの蛋白を直接にターゲットとしたDAAと呼ばれる薬剤が使用されている。高い治療効果が認められるが、薬剤耐性ウイルスが大きな問題となっている。そこで、我々の研究室で保有する次世代シークエンサー(ION PGM System, Life Technologies)を用いてDAA治療前後の患者血清を使用し解析を行った。DAA治療失敗例においては、高率に耐性ウイルスが出現する事、IFNと併用療法であれば検討した症例においては治療前のプロテアーゼ阻害剤耐性ウイルスは治療効果に影響を与えない事を明らかにした。臨床検体から同定した薬剤耐性変異を我々が構築したHCVクローンに導入し検討を行ったところ、fitnessが低下する事、IFNに対しては親株と同等の感受性を有する事を明らかにした。肝臓病学樹立したgenotype2a/2bキメラウイルスが長期培養が可能であり薬剤と共培養する事により薬剤耐性ウイルスの抽出が可能である事が明らかとなった。IFNと共培養する事により抽出したIFN耐性ウイルスの全シークエンス解析から明らかなとなった構造遺伝子変異ウイルス株を新規に樹立し得た。更に、そのウイルスがIFN耐性となる事も確認されおおむね目的は達成されている樹立したIFN耐性ウイルスの耐性機構の詳細な解析を行う。臨床上問題となるDAAs耐性ウイルスのin vitro,臨床においての検討を次世代シークエンサーも使用して行う。特に、NS5A薬剤耐性ウイルスについてはその詳細な薬剤の作用機序、耐性化機構は十分に明らかにされておらずin vitro臨床検体を用いた検討を行う臨床サンプルからHCV薬剤耐性ウイルスの次世代シークエンサーを用いた解析を行うにあたり臨床サンプルの収集に予想より時間を要し予定した検体数の解析が行えなかった為臨床検体サンプルは、十分数確保可能となり研究費未使用額は、平成26年度の研究計画の遂行の為の試薬、消耗品購入に使用する予定である
ブラックホールと量子情報

あたえられた標準的な初期状態から、目的の状態に最短時間で到達するための、(一般には時間に依存する)ハミルトニアンを、一定の制約の中で探す問題を考えた。これは、量子計算の回路の最適な構成、デバイスの最適な設計など実際的な問題であると同時に、一般的に量子系の制御の問題と捉えても興味深い。この問題を変分原理で定式化するときに、(1)状態変化はシュレーディンガー方程式に従うこと(2)ハミルトニアンは、自然法則からの制限、使えるエネルギーが限られていること、あるいは実験上の制約など、拘束条件が課せられていることを、ラグランジュ未定係数法により取り入れる。変数は、状態ベクトルとハミルトニアンの両方である。変分から、シュレーディンガー方程式と、量子最速方程式と名付けた普遍的な微分方程式が得られ、それらを解くことにより最適なハミルトニアンを得る。それにより、最速の量子状態時間発展を得る。いくつかの簡単な純粋状態の例で実証した(第1論文)。次に、これを初期状態によらない一般のユニタリー変換を最適化する問題に拡張し、量子計算に即した例で示した(第2論文)。さらに、これを混合状態の場合に拡張し、マスター方程式が成り立つ物理的状況(短時間のマルコフ過程の繰り返し)場合に同様の変分原理を定式化する。変分から、最適のハミルトニアンとリンドブラッド演算子が求まる。実例のスピン一個の系で興味深いことに、測定過程を用いて混合状態を経由する状態変化の方が速い場合がある。今後は、より現実的な終状態実現に誤差のある場合への拡張を行い、多キュービットの場合を数値的に解くことに進むが所定の目的は達したと考えている。量子情報理論への幾何学的研究この基盤研究の途中の2003年から、東工大21世紀COEのプロジェクトが始まり、それとリンクした形で「量子情報理論への幾何学的研究」を開始した。そのために慶応大学の古池氏に共同研究者として参画して頂いた。そこでは主に2つのテーマを取り上げた。(細谷)(1)エンタングルメントについての幾何学的理解簡単な2キューピット系について、ブロッホ空間の拡張を行い理解を深めた。更に、それと物理的な設定と比較するために、マッハツエンダー干渉系にスピン自由度を含ませたショークビストのモデルにおいて、簡単なノイズを入れたものを考察した。それによると、エンタングルメントは干渉の強さの減少関数であることが示された。このことは、量子計算など量子情報理論の中で多くの人が感じ取ってきた実感と一致するが、定量的且つ明示的に示されたことは初めてである。その相補性の原因が基礎物理的な興味だけではなく量子情報的な意味合いも持つことが面白い。(2)量子情報空間における測地線量子情報空間に計量を導入することができることは、97年頃から東欧の研究者達によって知られている。量子情報空間における2点間の距離は、量子操作を行えば減少する(2つの情報の区別がより付かなくなる)という意味の単調性を要求すれば、たった一つの任意関数をのこして決まる。量子情報処理の最適解を、測地線という観点から調べることが可能になる。この報告書を書いている段階では測地線の方程式を明示的に書き下し、ゲージ固定条件(parallel transport condition)の意味を明らかにしたという定式化の整備を行ったのが主な成果である。それに対して、4次元量子空間の簡単な場合に、測地線の方程式を数値的に解きその振る舞いを調べたところである。(古池)量子状態空間の幾何について研究中である。特に、古典情報理論における確率分布の空間上のRiemann計量(Fisher計量)の量子論的な自然な一般化である単調計量を対象とした。

一般の場合について測地線方程式を導出し、解の振舞いを調べた。また測地線偏差の方程式により、初期条件の違いがどのように時間発展するかを調べつつある。また、Riemann曲率の振舞いとの関係も調べつつある。特に2キューピットの場合に以上のことを詳細に見ている。これらの結果は量子計算のアルゴリズムや誤差評価と深く関係する。今後それを論じる予定である。量子計算への幾何学的アプローチ細谷は共同研究者のCarlini(東工大COE研究員)古池(慶応理工・助手)奥平(東工大修士2年)とともに、量子情報空間における計量に関する研究を行った。それによれば、CP写像に対する単調減少性を課すと任意関数一個を含むPetzの計量になるが、さらに測定過程による計測可能性まで要求するとBure計量に限られる。これは純粋状態の場合に標準的なFubini-Study計量に一致する。この計量の有用性は最速であることが別途示されているGroverのアルゴリズムがFubini-Study計量に対する測地線をたどることからも示唆される。しかし、量子計算に有用な計量がどの範囲なのかは、さらに物理時間に関する最適化を論じなければならない。量子空間における距離と物理時間の間の関係は、エネルギーと時間の不確定性関係に類似している(Anandan-Aharonov)が、物理時間の最適化は、いわば外力付きの測地線の方程式に成るであろうと予測して研究を進めている。途中の段階でいくつか興味深い結果が得られたので論文として発表する準備をしている。量子情報理論細谷は共同研究者のCarlini(東工大COE研究員)と岡野((東工大修士2年)とともに、エンタングルメントと干渉性が相補的な関係にあることを、純粋状態については一般的に、混合状態については2キュービットについて示した。この結果は2004年のEQISで発表。情報理論の宇宙論への応用細谷は共同研究者のBuchertと森田(沖縄高専)とともに、物質優勢宇宙においてその非一様性の指標として相対エントロピーを提案した。そして、それは時間とともに減少するであろうと予測し1次の摂動論と球対称宇宙の場合に示した。結果はPhys.Rev.Lettersに掲載され、GRGで口頭発表された。今はその詳細を論文に纏めているところである。量子情報理論の量子宇宙論への応用細谷はこの長射程のテーマの準備をすべく、時空と量子情報理論との接点について数理科学にレビュー的な記事を5編掲載しいろいろな分野の文献の中に散見する文献を収集して、日本の学会にこの未開拓の分野について啓蒙活動を行った。概要については、JGRGとFrontier in Quantum Physics(ともに京都)の招待講演で発表。細谷と分担者古池は、共同研究者Carlini(東工大COE研究員)と奥平(D1)とともに、最適の量子状態発展に関して大きな成果を上げることができ、Physical Review Letterに掲載された。与えられた初期状態から欲しい量子状態をシュレーディンガー方程式に従って最短時間で実現するハミルトニアンを求める。ここに、ハミルトニアンは一般に時間に依存してもよいが、物理的あるいは技術的な制約のためにある範囲に限定されているものとする。