hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沈み込み帯における水循環およびスラブ内地震の発生メカニズムの解明

本研究では,沈み込み帯における地震・火成活動に関わる水の循環過程やスラブ内地震の発生メカニズムを理解することを目的として,東北日本下に沈み込む太平洋スラブの詳細な不均質構造の推定を行った.その結果,太平洋スラブ最上部に存在する海洋性地殻の地震波速度および太平洋スラブ内部の地震波減衰構造を明らかにした.これらの成果は太平洋スラブ内部における含水鉱物や流体の存在,およびそれらがスラブ内地震の発生に密接に関係していることを示唆する重要な観測事実である.本研究ではまず,北海道東部下に沈み込む海洋性地殻の地震波速度を,スラブ内地震で観測されるガイド波の到達時刻を用いて推定した.得られた地殻の速度はP波速度が6.5-7.5 km/s,S波速度が3.6-4.2 km/s,Vp/Vsが1.80程度である.また,深さ80 km以浅では地殻の地震波速度が岩石学的に期待される値よりも遅いことを見出した.次に,東北地方下における太平洋スラブの3次元P波減衰構造を推定した.この際,スペクトル比法を適用することで,世界で初めてスラブ内の詳細な地震波減衰分布を明らかにし,海洋性地殻や規模の大きな地震の震源域周辺で減衰が大きくなることを示した.本研究で得られた成果は,太平洋スラブ内部に流体や含水鉱物が存在し,それらがスラブ内地震の発生と密接に関係していることを示す重要な成果である.特に高い空間分解能のもとで海洋性地殻の地震波速度を推定したことで,北海道東部と東北地方の海洋性地殻の地震波速度が深さ80 km以深においてことがわかった.北海道では太平洋スラブの斜め沈み込みに起因して,テクトニクスや水循環過程が東北地方と異なることが指摘されている.このため,観測された地殻の速度差はそのようなテクトニクスの違いを反映していると考えられ,今後,両地域のテクトニクスや地震の発生メカニズムを理解する上でも重要な情報を与えると期待される.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,沈み込む太平洋スラブ最上部に存在する海洋性地殻の地震波速度構造を推定し,海洋性地殻周辺での地震発生や沈み込み帯における水循環やスラブ内地震の発生メカニズムを理解することを目的とする.そこで本研究ではまず,太平洋スラブ内で発生した地震の観測波形記録を精査し,海洋性地殻内部を伝播した後続波の観測の有無を調べ,東北日本弧全体で複数の後続波の同定と分類を行った.観測された後続波のうち,日高山脈西部で観測された北海道東部下のスラブ内地震で確認された後続波は,読み取った,あるいは理論的に期待される初動P波やS波の数秒後に大きな振幅を持つ.そこで,本研究ではこの後続波の伝播過程や発生要因を,数値シミュレーションなどにより検討した.その結果,この後続波が海洋性地殻内部を伝播したガイド波(トラップ波)と解釈できることがわかった.次いで本研究では,この解釈に基づきガイド波の走時を用いて,北海道東部下に沈み込む海洋性地殻の地震波速度の推定を行った.解析の結果,深さ約40-100 kmの範囲で海洋性地殻のP波およびS波速度を得,特に深さ70-80 km以浅の海洋性地殻では岩石学的な実験などから期待される速度より10-15%程度遅いことが明瞭に示された.このことは,この深さ範囲で,北海道東部下においても,海洋性地殻内部で含水鉱物とともに流体の水が共存していることを示唆していると考えられる.また,海洋性地殻内での地震波速度の増加と地震活動の活発化する深さにはよい対応関係が見られることから,北海道東部下でも含水鉱物の脱水により生じた水が地殻内地震活動に寄与していると考えられる.本研究では,沈み込み帯における地震・火成活動に関わる水の循環過程やスラブ内地震の発生メカニズムを理解することを目的として,東北日本下に沈み込む太平洋スラブの詳細な不均質構造の推定を行った.その結果,太平洋スラブ最上部に存在する海洋性地殻の地震波速度および太平洋スラブ内部の地震波減衰構造を明らかにした.これらの成果は太平洋スラブ内部における含水鉱物や流体の存在,およびそれらがスラブ内地震の発生に密接に関係していることを示唆する重要な観測事実である.本研究ではまず,北海道東部下に沈み込む海洋性地殻の地震波速度を,スラブ内地震で観測されるガイド波の到達時刻を用いて推定した.得られた地殻の速度はP波速度が6.5-7.5 km/s,S波速度が3.6-4.2 km/s,Vp/Vsが1.80程度である.また,深さ80 km以浅では地殻の地震波速度が岩石学的に期待される値よりも遅いことを見出した.次に,東北地方下における太平洋スラブの3次元P波減衰構造を推定した.この際,スペクトル比法を適用することで,世界で初めてスラブ内の詳細な地震波減衰分布を明らかにし,海洋性地殻や規模の大きな地震の震源域周辺で減衰が大きくなることを示した.本研究で得られた成果は,太平洋スラブ内部に流体や含水鉱物が存在し,それらがスラブ内地震の発生と密接に関係していることを示す重要な成果である.

特に高い空間分解能のもとで海洋性地殻の地震波速度を推定したことで,北海道東部と東北地方の海洋性地殻の地震波速度が深さ80 km以深においてことがわかった.北海道では太平洋スラブの斜め沈み込みに起因して,テクトニクスや水循環過程が東北地方と異なることが指摘されている.このため,観測された地殻の速度差はそのようなテクトニクスの違いを反映していると考えられ,今後,両地域のテクトニクスや地震の発生メカニズムを理解する上でも重要な情報を与えると期待される.本研究では,東北日本弧で観測された地震波形を精査し,特に北海道東部下のスラブ内地震で観測された後続波の伝播過程や発生要因を数値シミュレーションなどにより検討した.この結果,この後続波が海洋性地殻内部をP波あるいはS波として伝播するガイド波(トラップ波)と解釈できることを示した.さらに,本研究では,この解釈に基づいたガイド波の解析への適用することにより,大きな目的の一つである海洋性地殻の詳細な地震波速度分布の推定を行い,北海道東部下の深さ約40-100 kmにおける海洋性地殻のP波およびS波速度を得た.本研究で得られた結果は,特に深さ70-80 km以浅において,海洋性地殻の地震波速度が岩石学的な実験などから期待される速度より10-15%程度遅いことを明瞭に示している.これらの成果は,東北地方と同様に,北海道東部下においても深さ80 km以浅の海洋性地殻内部には1 vol%程度の流体が存在することを示すものである.加えて,地殻内部での地震活動とのよい対応が見られることは,地殻内地震の発生に,含水鉱物の脱水により生じた水が深く関わっているという考えを改めてサポートしている.このように,本研究では北海道東部下に沈み込む海洋性地殻の詳細な地震波速度を推定することで,太平洋スラブ最上部付近における水の存在を明らかにすることができた.加えて,ガイド波の伝播経路の検討を行った際,日高山脈直下のマントルウェッジに存在する地震波の低速度域が大きな役割を果たしていることを示した.この成果は北海道のテクトニクスに関する理解を進展させると期待される.また,これらの解析を行うために,波線追跡など,解析プログラムの高度化を行った.以上のことから,本研究は期待以上の成果が得られていると考えられる.27年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究により,東北日本弧下では深さ約100 km程度まで地震波の遅い海洋性地殻が存在し,かつ,深さ70-80 km以浅では含水鉱物とともに流体の水が地殻内で共存している可能性が高いことが明らかになった.一方で,今後,沈み込み帯の水循環やスラブ内地震の発生メカニズムを理解する上で,スラブマントルにおける含水鉱物の分布や脱水の進行,および脱水により生じた水がその後どのように移動しているかを明らかにすることが重要になると考えられる.これまで蓄積した観測波形記録に対する知見から,地震波形のそのものに地下の不均質構造に対応した特徴が含まれている可能性が高いことがわかっている.そこで,本研究では今後,観測波形が持つ特徴に注目した解析を行うことで,太平洋スラブマントルや海洋性地殻に関する更なる情報の抽出を試みる.具体的には,波形が持つ振幅の卓越性や分散性などを用いて,海洋性地殻(正確には太平洋スラブ最上部において特に地震波速度が遅い層)の厚さやスラブマントル内の不均質構造の推定を行う.そして,特に深さ70-100 km以浅において含水鉱物の脱水により生じた水がどのような分布し,あるいは移動しているのか,その理解を深めることを目指す.また,西南日本やカスカディアなど,東北日本弧以外の沈み込み帯で得られている知見などを含め,沈み込み帯における地震活動と沈み込むスラブ内部の不均質構造や水の関わりについて考察する.27年度が最終年度であるため、記入しない。
カイコの休眠ホルモン遺伝子の構造と発現

カイコは胚子期に休眠し,越年する.休眠は食堂下神経節から分泌される休眠ホルモンが発育中の卵胞を刺激することにより引き起こされる.休眠ホルモンは24個のアミノ酸からなる神経ペプチドある.本研究では,まず,すでに得られている休眠ホルモン前駆体cDNAをプローブとして,休眠ホルモン前駆体遺伝子のクローン化を行い,その一次構造を決定した.休眠ホルモン前駆体遺伝子の上流域と下流域を含む10kbpの領域をカイコゲノムライブラリーからクローン化した.この領域の塩基配列を決定したところ,休眠ホルモン前駆体は6つのエクソンと5つのイントロンから構成されていることが明らかとなった.サザンハイブリダイゼーションにより,休眠ホルモン前駆体遺伝子は,ハプロイドゲノムあたり1コピー存在することが示された.次に,RT-PCR法により遺伝子発現を調査した.材料とするカイコは休眠卵を産生する条件下で飼育した.休眠ホルモン前駆体遺伝子は食道下神経節のみで発現し,他の神経組織や消化管,脂肪体,マルピーギ管,筋肉組織などでは,発現は認められなかった.後胚子期における発育変動を調査したところ,休眠ホルモン前駆体遺伝子は,4-5令幼虫期に弱く発現し,吐糸期から発現レベルが上昇し,蛹化後4日まで高いレベルが維持された.その後,一時的に発現は減少するが,羽化の1日前にもう一度高いレベルの発現を示した.高いレベルの発現は,休眠ホルモンと性フェロモン生合成活性化神経ペプチドの産生時期に対応していると考えられた.カイコの休眠性は胚子発育期や幼虫期の温度や日長に依存していることが知られている.これらの環境条件が,中枢神経系にはたらき,休眠性を決定する機構を,遺伝子発現の解析および血中ホルモンの微量定量法を用いて解明することが課題として残された.カイコは胚子期に休眠し,越年する.休眠は食堂下神経節から分泌される休眠ホルモンが発育中の卵胞を刺激することにより引き起こされる.休眠ホルモンは24個のアミノ酸からなる神経ペプチドある.本研究では,まず,すでに得られている休眠ホルモン前駆体cDNAをプローブとして,休眠ホルモン前駆体遺伝子のクローン化を行い,その一次構造を決定した.休眠ホルモン前駆体遺伝子の上流域と下流域を含む10kbpの領域をカイコゲノムライブラリーからクローン化した.この領域の塩基配列を決定したところ,休眠ホルモン前駆体は6つのエクソンと5つのイントロンから構成されていることが明らかとなった.サザンハイブリダイゼーションにより,休眠ホルモン前駆体遺伝子は,ハプロイドゲノムあたり1コピー存在することが示された.次に,RT-PCR法により遺伝子発現を調査した.材料とするカイコは休眠卵を産生する条件下で飼育した.休眠ホルモン前駆体遺伝子は食道下神経節のみで発現し,他の神経組織や消化管,脂肪体,マルピーギ管,筋肉組織などでは,発現は認められなかった.後胚子期における発育変動を調査したところ,休眠ホルモン前駆体遺伝子は,4-5令幼虫期に弱く発現し,吐糸期から発現レベルが上昇し,蛹化後4日まで高いレベルが維持された.その後,一時的に発現は減少するが,羽化の1日前にもう一度高いレベルの発現を示した.高いレベルの発現は,休眠ホルモンと性フェロモン生合成活性化神経ペプチドの産生時期に対応していると考えられた.カイコの休眠性は胚子発育期や幼虫期の温度や日長に依存していることが知られている.これらの環境条件が,中枢神経系にはたらき,休眠性を決定する機構を,遺伝子発現の解析および血中ホルモンの微量定量法を用いて解明することが課題として残された.
PU.1,C/EBPα及びεによる骨髄・単球系への分化誘導メカニズムの解析

LL遺伝子異常を有する急性骨髄性白血病(AML)における、顆粒球系分化に重要な転写因子C/EBPαおよびC/EBPεの意義を明らかにするために、同異常を有する細胞株に遺伝子導入したところ、成熟単球分化が誘導された。この時、単球系分化に重要な転写因子Sfpi-1(PU.1)の発現を伴い、癌遺伝子Mycはこれに拮抗的に作用した。レチノイン酸存在下でも生じる成熟単球分化においても、C/EBPαおよびC/EBPεの発現増加を伴っていた。これらの所見は、MLL遺伝子異常を有するAMLに対する分子療法の基礎的所見として重要であると考えられた。本研究は、造血幹細胞および急性骨髄性白血病細胞(AML)の骨髄・単球系への分化機構を詳細に解明することを目的として、PU.1、C/EBP αおよびC/EBP εなどの転写因子がいかに骨髄・単球系への分化系統を決定しているか、明らかにするものである。本年度は、申請書に記載した研究実施計画のうち、プロテオーム解析を行った。AMLの約1/3の症例に認められるFLT3-ITD異常は、異常細胞増殖を介して肌発症に関与する。FLT3-ITDにより誘導されるタンパクが骨髄・単球系分化により発現変化するか検討するために、まずFLT3-ITDにより誘導されるタンパクの同定を試みた。HF-6細胞にFLT3-ITDを導入したHF-6/FLT3-ITDと、Empty vectorを導入したHF-6/pMYpuroから総タンパクを抽出し、2次元電気泳動にて分離した。発現に差を認めたspotsをトリプシン処理後に質量分析装置にて解祈した。現在、peptide mass fingerprintingとMS/MS法を用いてタンパクの同定を行っている。同様に、AML発症に重要とされる融合遺伝子AML1/ETOやPML/RARαに結合するするタンパクが骨髄・単球系分化によりどう変化するか検討するために、まずこれらに結合するタンパクを、プロテオーム解析に免疫沈降法を組み合わせて同定することを試みた。AML1/ETOを有するKasumi-1細胞とPML/RARαを有するNB-4細胞から、核タンパクを抽出し、融合遺伝子産物に対する抗体を用いて免疫沈降法を行った後に、プロテオーム解析を行った。候補タンパクがいくつか検出され、その中にAML1/ETOおよびPML/RARαの双方に結合し融合遣伝子産物による転写へ抑制の関与の可能性が示唆されるタンパクがあったが、有意なタンパクの同定に至らなかった。本研究は、造血幹細胞および急性骨髄性白血病細胞(AML)の骨髄・単球系への分化機構を詳細に解明することを目的としている。本年度は、特に骨髄系転写因子C/EBPsのMLL遺伝子異常を有する骨髄単球性白血病における分化への関与に着目して行った。MLL遺伝子異常を有する種々のマウスおよびヒト骨髄性白血病細胞株において、レチノイン酸によりC/EBPαおよびC/EBPεの発現誘導が誘導されること、その際に細胞増殖抑制および単球系分化を伴うことが確認された。C/EBPαおよびC/EBPεの強制発現により、MLL遺伝子異常を有するマウス骨髄性白血病細胞株HF-6は単球系に分化誘導されると同時に、がん遺伝子mycの発現が抑制された。HF-6細胞にmycの強制発現後に、C/EBPαおよびC/EBPεを発現誘導したところ、C/EBPsによる分化誘導および増殖抑制が部分的ながら阻害されたことから、C/EBPsの作用の一部にmycの抑制を介することが明らかとなった。一方、AMLの30%に認められ、増殖を誘導するclassI異常の1つであるFLT3-ITDを、HF-6細胞に導入後にC/EBPαおよびC/EBPεを発現誘導したところ、分化や細胞増殖への影響は全く認められなかった。これらの結果は、予後不良因子とされるFLT3-ITDを有する症例を含めMLL遺伝子異常を有するAMLにおいて、レチノイン酸投与や、C/EBPαまたはC/EBPεの誘導が増殖抑制/分化誘導を介して白血病細胞に対し抑制的に作用する可能性を示唆するものである。今後のAMLに対する分子療法の基礎的知見として重要であると考えられた。
音声言語の発話同時理解に基づくマルチモーダルインターフェースに関する研究

親しみやすく使いやすい計算機システム実現のためには,話し言葉(音声言語)を用いたヒューマンインタフェースが必要不可欠である。人と計算機がなめらかな対話を行うためには,人が文を発話中にシステムが意味の解釈を随時行い,返答やあいづちを行ったり,適切な反応や処理を行うことが望ましい。本研究は,そのような音声言語を発話と同時に理解するマルチモーダルインタフェースの要素技術の確立,およびその実現を目的とし,以下の3項目について研究を実施し、研究成果を得た。(1)自然言語の漸進的な意味解釈手法:従来の自然言語処理手法は文単位で意味を求めていたが,本研究では,発話の途中であっても入力文の意味をできる限り解釈する手法を確立した。また,意味情報を用いた音声認識率向上を目指す。(2)発話同時理解のための連続音声認識技術:従来の音声認識技術は,1文単位の文法情報や単語の接続確率を用いて認識率の向上させてきたが,本研究では文法情報を用いずに,連続音声から可能なかぎり単語単位で認識を行う技術を確立した。(3)マルチドメインシステムの統合手法:各ドメインにおいて独立に構築した音声対話システムを、結合することにより,マルチドメインシステムの実現を可能とするアーキテクチャを提案した。本研究では,特に(1),(3)について有用な結果を得ることができた。漸進的な意味解釈において,係り受け関係を用いた即時理解手法を開発した。本研究により構築されたプロトタイプシステムSync/Mailはメールの検索や閲覧、発信等を話し言葉とポインティングデバイスにより行うメールツールである。メール処理の最小単位に対応する言語を定め、話し言葉を漸進的に変換することにより、発話と同時にメールの検索を可能にした。このシステムに対する評価実験を行い,漸進的な処理が操作を効率化することを確認した。また,複数のドメインを対象とする音声対話システムを実現するアーキテクチャを提案した。本アーキテクチャでは,認識された音声が各サブシステムに分配され,評価結果を統合した結果から選択し実行する。これにより,複数のドメインのシステムを,音声により同時に扱うことが可能になる。(2)については,漸進的な音声認識システムを試作し,Sync/Mailと結合して評価を行い、有効性を確認した。話し言葉(音声言語)を用いたヒューマンインタフェースは,親しみやすく使いやすい計算機システムの実現を可能にする。人と計算機の高度な対話を実現するためには,人が文を発話中に,システムが意味の解釈を随時行い,返答やあいづちを行ったり,適切な反応や処理を行うことが望ましい。本研究は,そのような音声言語を発話と同時に理解するマルチモーダルインタフェースの要素技術の確立,およびその実現を目的とし,以下の項目について研究を実施している。(1)発話同時理解のための連続音声認識技術:従来の音声認識技術は,1文単位の文法情報や単語の接続確率を用いて認識率の向上させてきたが,本研究では文法情報を用いずに,連続音声から可能なかぎり単語単位で認識を行う技術を確立する。(2)自然言語の漸,進的な意味解釈手法:従来の自然言語処理手法は文単位で意味を求めていたが,本研究では,発話の途中であっても入力文の意味をできる限り解釈する手法を確立する。

(3)複数モダリティの同期手法:発話の途中でもユーザの操作に対し適切に反応するため,音声入力による言語情報と,マウスボインティングやジェスチャ等の他の入力情報との同期手法を確立する。初年度にあたる本年度は、特に(2),(3)についての研究成果を得た。意味解釈手法としては、タスクを特定のドメインに限定したドメイン依存の手法を開発し、プロトタイプシステムを実現した。Sync/Drawは作図タスクを対象とした図形エディタであり、線分や円等の作図を話し言葉とポインティングデバイスにより可能にするシステムである。話し言葉入力を単語単位で即座にオブジェクトと呼ばれる図形操作の意味表現へと変換し、画面に反映することにより、本システムは話し言葉に対する発話同時理解を実現している。Sync/Mailはメールの検索や閲覧、発信等を話し言葉とポインティングデバイスにより行うメールツールである。メール処理の最小単位に対応する言語を定め、話し言葉を漸進的に変換することにより、発話と同時にメールの検索を可能にした。o複数モダリティの同期のためには、従来の文法的手法を用いず、タスクに依存した同期手法を開発した。タスク依存解析とタスク独立解析を同時に実行し、もっとも多くの情報を保持するものを用いることにより、タスクに依存したモダリテイの同期が可能になる。親しみやすく使いやすい計算機システム実現のためには,話し言葉(音声言語)を用いたヒューマンインタフェースが必要不可欠である。人と計算機がなめらかな対話を行うためには,人が文を発話中にシステムが意味の解釈を随時行い,返答やあいづちを行ったり,適切な反応や処理を行うことが望ましい。本研究は,そのような音声言語を発話と同時に理解するマルチモーダルインタフェースの要素技術の確立,およびその実現を目的とし,以下の項目について研究を実施している。(1)自然言語の漸進的な意味解釈手法:従来の自然言語処理手法は文単位で意味を求めていたが,本研究では,発話の途中であっても入力文の意味をできる限り解釈する手法を確立する。また,意味情報を用いた音声認識率向上を目指す。(2)発話同時理解のための連続音声認識技術:従来の音声認識技術は,1文単位の文法情報や単語の接続確率を用いて認識率の向上させてきたが,本研究では文法情報を用いずに,連続音声から可能なかぎり単語単位で認識を行う技術を確立する。(3)マルチドメインシステムの統合手法:各ドメインにおいて独立に構築した音声対話システムを,結合することにより,マルチドメインシステムの実現を可能とするアーキテクチャを構築する。最終年度にあたる本年度は,特に(1),(3)についての研究成果を得た。漸進的な意味解釈において,係り受け関係を用いた即時理解手法を開発した。前年度に構築した,プロトタイプシステムSync/Mailはメールの検索や閲覧,発信等を話し言葉とポインティングデバイスにより行うメールツールである。メール処理の最小単位に対応する言語を定め,話し言葉を漸進的に変換することにより,発話と同時にメールの検索を可能にした。
膜蛋白質の局在及びトポロジー形成原理の解明

蛋白質の細胞内局在と膜内構造形成の原理を解明することによって、ゲノムがコードするすべての膜蛋白質の立体構造、細胞内局在および生物機能の予測法の確立に貢献することを目的とした。これまでに明らかにした蛋白質の膜への組み込み様式をもとに、いくつかの代表的なマルチスパン膜蛋白質のすべての膜貫通セグメントの膜内配置機構を徹底的に解析した。アミノ末端側を膜透過させる1型シグナルアンカー配列が、予想外に長いドメインを膜透過できることを明らかにし、その際に、燐酸高エネルギー化合物や小胞体内腔の熱ショックタンパク質(hsp70,Bip)が関与せず、リボソームが膜透過自体に寄与し、膜透過の駆動力が初期過程とその後の連続的過程とで異なることを明らかにした。また、ゲノム情報科学解析を基にして提案された、低疎水性セグメントの新たな組み込み様式を、モデル蛋白質を使って検討し、妥当性を検証できた。並行して、疎水性度の高い膜蛋白質が小胞体への標的化を回避し、ミトコンドリアやペルオキシソームなどの分泌経路以外のオルガネラに標的化するためのシグナル配列を解析し、膜蛋白質に特化したミトコンドリア標的化シグナルを明らかにした。このシグナルは小胞体への合成に共役した標的化を抑制し、ミトコンドリアへの合成後の輸入を実現するものであった。さらに、ミトコンドリア外膜の膜貫通蛋白質TOM22のトポロジー形成シグナルを明らかにし、またミトコンドリア蛋白質膜透過チャネルを形成するTOM40の大量発現、精製、再生系を確立し、ミトコンドリア認識シグナルの機能解析への道を開いた。膜蛋白質の細胞内局在と膜トポロジー形成の様式を明らかにし、ゲノムにコードされたアミノ酸配列情報より膜蛋白質の局在と構造予測を可能にすることを目的として研究を行ってきた。本年度は小胞体のマルチスパン膜蛋白質のトポロジー形成様式をさらに探究し、またミトコンドリア外膜蛋白質の標的化とトポロジー形成に研究を展開した。小胞体系では、電位依存性イオンチャネルの電位センサーを構成する「多数の正電荷を有する膜貫通セグメントS4」が、その前(アミノ末端側)の膜貫通セグメント中に存在する負荷電アミノ酸と特異的に相互作用して膜貫通トポロジーを形成することを明らかにした。疎水的以外の要因によって膜貫通トポロジーを形成する様式を提唱できた。また、イオン輸送体には透過ポア部分に深く進入しているループ構造、いわゆる「フィルター領域」、が一度頻繁に見られる。この膜内ロープ構造が大きく小胞体内腔側に露出してから膜内に収納されることを2種のカリウムチャネルで示した。さらに、赤血球膜の陰イオン交換輸送体(バンド3蛋白質)について知られている遺伝病(SAO)において、第一膜貫通セグメントが膜組み込み不全となっていることを見出した。遺伝病の病因が膜トポロジー形成不全によっていることを見出したはじめての成果である。ミトコンドリア系では、分子のカルボキシル末端に膜結合領域を持つTom5と、分子の中央部分にそれをもつTOM22の2種の外膜蛋白質について、小胞体標的化を回避しミトコンドリア外膜に特異的に標的化されるためのシグナル情報を明らかにした。いずれの場合も膜貫通セグメントの高すぎる疎水性度は小胞体標的化をきたすため、適度に低い疎水特性が要求されることが明らかになった。TOM22ではαヘリックスがシグナルの構成要因であることも示した。本研究では、蛋白質の細胞内局在と膜内構造形成の原理を解明することによって、ゲノムがコードするすべての膜蛋白質の立体構造、細胞内局在および生物機能の予測を実現することを目的とした。アミノ末端側を膜透過させる1型シグナル

アンカー配列が、予想外に長いドメインを膜透過できることを明らかにし、その際に、燐酸高エネルギー化合物や小胞体内腔の熱ショックタンパク質(hsp70,BiP)が関与せず、リボソームが膜透過自体に寄与し、膜透過の駆動力が初期過程とその後の連続的過程とで異なることを明らかにした。ゲノム情報科学解析を基にして提案された、低疎水性セグメントの新たな組み込み様式を、モデル蛋白質を使って検討し、妥当性を検証できた。並行して、疎水性度の高い膜蛋白質が小胞体への標的化を回避し、ミトコンドリアやペルオキシソームなどの分泌経路以外のオルガネラに標的化するためのシグナル配列を解析し、膜蛋白質に特化したミトコンドリア標的化シグナルを明らかにした。このシグナルは小胞体への合成に共役した標的化を抑制し、ミトコンドリアへの合成後の輸入を実現するものであった。さらに、ミトコンドリア外膜の膜貫通蛋白質TOM22のトポロジー形成シグナルを明らかにし、またミトコンドリア蛋白質膜透過チャネルを形成するTOM40の大量発現、精製、再生系を確立し、ミトコンドリア認識シグナルの機能解析への道を開いた。
心理物理学的手法による視覚的アウェアネスとクオリアの解析

最近の脳と意識への科学的関心の高まりの中で、視覚的アウェアネスとクオリアに関する議論が注目されている。この問題を解明するには、主観的経験を心理物理学的手法により直接的・実験的に分析するアプローチが大切である。本年度の研究では、遮蔽された部分が見えない(クオリアを伴わない、あるいはクオリアが弱い)のに対象の存在が知覚される(アウェアネスを伴う)現象として非感性的補完を、また、遮蔽部分が実際に知覚される(クオリアとアウェアネスの両方を伴う)現象として感性的補完現象をとりあげた。両者の差異を比較した心理物理実験から得られた知見を総合した結果、クオリアは入力側の変更不可能性を保証し、アウェアネスは外部事象を内的にシミュレートする機能を持つことで融通性を持たせた出力を可能にするという考え方が高い妥当性を有することを示された。また、視覚的アウェアネスとクオリアの関連性をゆるい相関関係としてとらえ、両者の強弱レベルの組み合わせから、絵画作品を体系的に4つのタイプに分類する試みを行った。その結果、種々の絵画作品を見通しよく分類することが可能であり、それぞれのタイプに属する複数の絵画の共通特性がうきぼりにされ、それらの特性が特定の脳機能によって説明可能であることを示した。同様に、錯視には特殊なクオリアがあることと、錯視のアウェアネスこそが錯視の成立条件であることが検討された。両者の関係は相関的であるが乖離する場合があることが示された。さらに、注意と意識は脳の機序を異にすることを示す心理学的実験結果から、視覚情報処理を支える2つのシステム(頭頂葉系と下側頭葉系)がそれぞれ異なるクオリアを持つ意識体験を生み出している可能性が検討された。そして、クオリアの存在は注意を迅速に誘導する可能性はあるが、注意はクオリアの質を大きく変化させるものではないことが明らかとなった。アウェアネス、クオリア、注意の3者関係は、意識に関する科学的研究の今後の展開を考える上で、きわめて重要な検討事項なることが示された。

さらに、注意と意識は脳の機序を異にすることを示す心理学的実験結果から、視覚情報処理を支える2つのシステム(頭頂葉系と下側頭葉系)がそれぞれ異なるクオリアを持つ意識体験を生み出している可能性が検討された。そして、クオリアの存在は注意を迅速に誘導する可能性はあるが、注意はクオリアの質を大きく変化させるものではないことが明らかとなった。アウェアネス、クオリア、注意の3者関係は、意織に関する科学的研究の今後の展開を考える上で、きわめて重要な検討事項なることが示された。最近の脳と意識への科学的関心の高まりの中で、視覚的アウェアネスとクオリアに関する議論が注目されている。この問題を解明するには、主観的経験を心理物理学的手法により直接的・実験的に分析するアプローチが大切である。本年度の研究では、遮蔽された部分が見えない(クオリアを伴わない、あるいはクオリアが弱い)のに対象の存在が知覚される(アウェアネスを伴う)現象として非感性的補完を、また、遮蔽部分が実際に知覚される(クオリアとアウェアネスの両方を伴う)現象として感性的補完現象をとりあげた。両者の差異を比較した心理物理実験から得られた知見を総合した結果、クオリアは入力側の変更不可能性を保証し、アウェアネスは外部事象を内的にシミュレートする機能を持つことで融通性を持たせた出力を可能にするという考え方が高い妥当性を有することを示された。また、視覚的アウェアネスとクオリアの関連性をゆるい相関関係としてとらえ、両者の強弱レベルの組み合わせから、絵画作品を体系的に4つのタイプに分類する試みを行った。その結果、種々の絵画作品を見通しよく分類することが可能であり、それぞれのタイプに属する複数の絵画の共通特性がうきぼりにされ、それらの特性が特定の脳機能によって説明可能であることを示した。同様に、錯視には特殊なクオリアがあることと、錯視のアウェアネスこそが錯視の成立条件であることが検討された。両者の関係は相関的であるが乖離する場合があることが示された。アウェアネス、クオリア、注意の3者関係は、意識に関する科学的研究の今後の展開を考える上で、きわめて重要な検討事項なることが示された。
タクラマカン砂漠近隣オアシスにおける砂漠化防止のためのブドウ栽培環境の改善

本年度8月に清田、堀内の2名は新疆ウイグル自治区農業科学院を訪問し、現地調査を行った。現地では同科学院の楊、潘の両研究員とブドウ栽培環境の問題点等を協議し、今後の方針について話し合った。また、これからの基礎資料を得るため、簡易環境計測についても若干の検討を行った。以下に問題点および検討内容について記す。1.トルファン、ホータンにおけるブドウ栽培上の問題点(1)人口増加にともなって畑地の拡大が進み水の需要量が増してきた。その結果、ブドウの節水栽培技術の開発が緊急の課題である。(2)越冬のために、ブドウの蔓を埋土するのに要する労力が全体の5060%を占めるため、この省力化が大きな課題である。このため、微気象環境調節による簡易越冬法や、適正品種の選択や作出などの研究が必要である。(3)農業収入が主であるこれらの地において、ブドウが中心的な収入源であるため、収益性を増すには、収穫物の鮮度保持環境の検討が必要である。2.共同研究推進の方法新疆ウイグル自治区農業科学院と大阪府立大学農学部との間で学術交流協定を結ぶことになり、共同研究を推進するための準備を進めつつある。
液体金属の熱伝導度の測定

液体金属および合金の熱伝導度の値は,プロセス・シミュレータの基礎データとして重要である.本研究は,それらの熱伝導度の測定方法を開発することを目的として行った.実際には,非定常熱線法を液体金属用に改良することを試みた.すなわち,非定常熱線法を液体金属のような導電性試料に適用する場合には,測定プローブを絶縁性物質で被覆する必要がある.さらに,精密な測定を行うためには,この被覆層が十分高い熱伝導度を有し,十分薄いことが要求される.そこでまず,これらの条件を満足する被覆物質およびその形成方法を検討した結果,被覆物質としてはアルミナが最適であり,合金の高温酸化を利用して形成できるとの結論に達した.プローブをAlを含有する合金であるアルメルで作製し,それを空気中,960°Cで10分間酸化した.このプローブでグリセリンおよびエチレン・グリコールを測定した結果,それぞれ,0.290.31W/m・Kおよび0.260.27W/m・Kの値を得,これらの値が文献値と概ね一致することから,基本的に測定が可能であることを確認した.現在,水銀の測定を行っているが,得られた測定値(13W/m・K)は,文献値(8.5W/m・K)と比較して大きく,対流の影響を受けている可能性があると考えられる.この点に関しては改善の余地がある.また,アルメルを酸化した場合には,酸化膜にはアルミナ以外に,アルメルの成分であるNi,Co,Si,Mnの酸化物も含まれているために,高温の液体金属にこのプローブを適用する場合には金属に還元される酸化物もあり,被覆層の絶縁性が維持できなくなる可能性があることがわかった.この対策として,Alを固溶するPtをプローブ材として使用し,これを酸化してアルミナ単相の被覆層を形成することが有望であると考え,今後実験することとした.液体金属および合金の熱伝導度の値は,プロセス・シミュレータの基礎データとして重要である.本研究は,それらの熱伝導度の測定方法を開発することを目的として行った.実際には,非定常熱線法を液体金属用に改良することを試みた.すなわち,非定常熱線法を液体金属のような導電性試料に適用する場合には,測定プローブを絶縁性物質で被覆する必要がある.さらに,精密な測定を行うためには,この被覆層が十分高い熱伝導度を有し,十分薄いことが要求される.そこでまず,これらの条件を満足する被覆物質およびその形成方法を検討した結果,被覆物質としてはアルミナが最適であり,合金の高温酸化を利用して形成できるとの結論に達した.プローブをAlを含有する合金であるアルメルで作製し,それを空気中,960°Cで10分間酸化した.このプローブでグリセリンおよびエチレン・グリコールを測定した結果,それぞれ,0.290.31W/m・Kおよび0.260.27W/m・Kの値を得,これらの値が文献値と概ね一致することから,基本的に測定が可能であることを確認した.現在,水銀の測定を行っているが,得られた測定値(13W/m・K)は,文献値(8.5W/m・K)と比較して大きく,対流の影響を受けている可能性があると考えられる.この点に関しては改善の余地がある.また,アルメルを酸化した場合には,酸化膜にはアルミナ以外に,アルメルの成分であるNi,Co,Si,Mnの酸化物も含まれているために,高温の液体金属にこのプローブを適用する場合には金属に還元される酸化物もあり,被覆層の絶縁性が維持できなくなる可能性があることがわかった.この対策として,Alを固溶するPtをプローブ材として使用し,これを酸化してアルミナ単相の被覆層を形成することが有望であると考え,今後実験することとした.
MRIにおける血管径計測方法の開発

本年度は2光子顕微鏡で測定が可能となるよう環境整備を進め、血管径計測を16匹の雄性SDラットを対象に測定した。また、昨年度に引き続き、臨床用MRI装置を用いて、単一収束型スピンエコー法による拡散強調画像(SRSE-DWI)に加え、磁化率効果の影響が少ない2回の180度パルスを加える2回収束型スピンエコー法のDWI(TRSE-DWI)を取得する検討を進め、13名の穿通枝領域の脳梗塞患者から画像を取得した。雄性SDラットは、イソフルラン全身麻酔下でラットの左頭頂骨に骨窓を作成した後、5mm径のカバーグラスを光重合型歯冠用硬質レジンで固定した。rhodamindextranを静脈内投与することで血漿成分を蛍光標識することで、血管径を脳表から600μmまでの深さの血管を観察することが可能となった。また、人工呼吸器の換気量を調整することで、血中炭酸ガス分圧を通常値に維持管理した後、炭酸ガス負荷によって血管径が拡張している様子を観察したものの、血管径の炭酸ガス反応性を観察することはできなかった。今回は開窓直後に2光子顕微鏡観察をしていることから、手術侵襲により、すでに血管が最大拡張しており炭酸ガス負荷により拡張する余裕がなかったことを示している可能性がある。臨床用MRI装置では、3T MRI装置で、EPI法に基づくSRSE-DWI, TRSE-DWIを撮像し、TRSE-ADC、SRSE-ADCを評価した。SRSE-ADCはTRSE-ADCより値が小さく、ADCの差分画像では被殻など磁化率効果の大きいところでその差が大きかった。このことから、ADCの差分画像が磁化率効果を反映しているものと考えられた。今後は組織磁化率の変化から血管径計測が可能かどうかを検討していきたい。一方、最終年度に開始を予定していたSRSE-DWI,TRSE-DWIの臨床用MRIを用いた測定を実施し、13名の臨床患者から結果を得ることができた。本研究課題ではこの2つの画像から血管径計測法が提案できるものと考えていたが、この異なる2つのDWI撮像法の差分画像は磁化率効果の違いを反映した画像となり、磁性体造影剤を用いない血管径計測法の開発につながる可能性が強く示唆されている。この点に関して、順調に実験が進んでいる。引き続き、実験を進め、磁性体造影剤を用いた血管径画像法により推定された血管径が2光子顕微鏡で実測された血管径とどの程度一致するかを示すことにする。2光子顕微鏡は東北大学医学系研究科付属動物実験施設の小動物イメージングラボに配置された共通機器であるFV1000MPE(Olympus社)を利用し、動物用MRIは秋田県立脳血管研究センターに配置された、4.7T動物用MRI装置(Agilent社Inova)を利用する。実験は、健常ラットを10匹程度用いて、2光子顕微鏡の観察の後、動物を東北大学から秋田県立脳血管研究センターに移動し、中村がMRIの計測をおこなう。石川は脳外科医の優れた見識を生かし、生理モデルに関する助言を行うと共に、実験方法の提案をおこなう。2光子顕微鏡の測定は動物実験に優れた経験を有する片山、小山内の助言を受けて実験をおこなう。開窓手術直後の実験では組織侵襲が考えられることから、開窓手術から回復の期間を置き、空間分解能を上げて観察するなどの手法を検討していく。また、臨床用MRI装置の測定について、対応する患者がいれば測定を進めると共に、健常ボランティアを募り、正常脳における磁化率変化をSRSE-DWI, TRSE-DWIの両手法を用いて検討する。臨床研究では、放射線画像診断医である木下が中心となり、測定を行う。低いb値におけるDWI画像を利用して、脳血液量(CBV)を測定できるとの報告もあり、この手法についても中村が中心となり検討する。本年度は、臨床用MRI装置を用いて、単一収束型スピンエコー法による拡散強調画像(SRSE-DWI)に加え、磁化率効果の影響が少ない2回の180度パルスを加える2回収束型スピンエコー法のDWI(TRSE-DWI)を取得することを検討した。この異なる2つのDWI撮像法の差分画像は磁化率効果の違いを反映した画像となり、磁性体造影剤を用いない血管径計測法の開発が可能であると考えている。本年度は2つのDWIの差分画像について、その有用性を検討した。得られたすべての画像において、TRSE-DWIの画素値はSRSE-DWIの画素値より低かった。TR、TEは同じ値としたが、Motion Probing Gradientの印加回数の違いにより画素値が低くなったものと考えらえる。このことは、差分画像が磁化率効果を反映しているものと考えられた。差分画像を利用していることから、横緩和時間成分の違いは相殺されており、TRSE-ADCとSRSE-ADCの差分画像は、組織磁化率を反映した画像として臨床的に有用であると考えられた。平成29年度の第1の目的は、磁性体造影剤を用いた血管径画像法により推定された血管径が2光子顕微鏡で実測された血管径とどの程度一致するかを示すことにあった。

そのため、健常ラット、脳虚血モデルラットで、MRIによる血管径計測方法の妥当性について2光子顕微鏡を用いた実測により確認することにしていた。しかしながら、費用負担などを整理することに時間がかかり、2光子顕微鏡での実験を立ち上げ、測定を開始できる状態になっていない。分担研究者の変更等も含め、体制を整えたうえで、平成30年度中に2光子顕微鏡の測定を実施していきたい。一方、平成30年度以降に開始を予定していたSRSE-DWI,TRSE-DWIの臨床用MRIを用いた測定を実施し、結果を得ることができた。本研究課題ではこの2つの画像から血管径計測法が提案できるものと考えていたが、測定の結果、撮像時間の短い新たな磁化率強調画像法としても、有効な撮像法であることが示され、この点に関しては予定以上の進捗で進んでいる。本年度は2光子顕微鏡で測定が可能となるよう環境整備を進め、血管径計測を16匹の雄性SDラットを対象に測定した。また、昨年度に引き続き、臨床用MRI装置を用いて、単一収束型スピンエコー法による拡散強調画像(SRSE-DWI)に加え、磁化率効果の影響が少ない2回の180度パルスを加える2回収束型スピンエコー法のDWI(TRSE-DWI)を取得する検討を進め、13名の穿通枝領域の脳梗塞患者から画像を取得した。雄性SDラットは、イソフルラン全身麻酔下でラットの左頭頂骨に骨窓を作成した後、5mm径のカバーグラスを光重合型歯冠用硬質レジンで固定した。rhodamindextranを静脈内投与することで血漿成分を蛍光標識することで、血管径を脳表から600μmまでの深さの血管を観察することが可能となった。また、人工呼吸器の換気量を調整することで、血中炭酸ガス分圧を通常値に維持管理した後、炭酸ガス負荷によって血管径が拡張している様子を観察したものの、血管径の炭酸ガス反応性を観察することはできなかった。今回は開窓直後に2光子顕微鏡観察をしていることから、手術侵襲により、すでに血管が最大拡張しており炭酸ガス負荷により拡張する余裕がなかったことを示している可能性がある。臨床用MRI装置では、3T MRI装置で、EPI法に基づくSRSE-DWI, TRSE-DWIを撮像し、TRSE-ADC、SRSE-ADCを評価した。SRSE-ADCはTRSE-ADCより値が小さく、ADCの差分画像では被殻など磁化率効果の大きいところでその差が大きかった。このことから、ADCの差分画像が磁化率効果を反映しているものと考えられた。今後は組織磁化率の変化から血管径計測が可能かどうかを検討していきたい。一方、最終年度に開始を予定していたSRSE-DWI,TRSE-DWIの臨床用MRIを用いた測定を実施し、13名の臨床患者から結果を得ることができた。本研究課題ではこの2つの画像から血管径計測法が提案できるものと考えていたが、この異なる2つのDWI撮像法の差分画像は磁化率効果の違いを反映した画像となり、磁性体造影剤を用いない血管径計測法の開発につながる可能性が強く示唆されている。この点に関して、順調に実験が進んでいる。引き続き、2光子顕微鏡での測定が可能とする環境整備を進め、血管径計測をおこなうことを第1の目的とする。2光子顕微鏡は東北大学医学系研究科付属動物実験施設の小動物イメージングラボに配置された共通機器であるFV1000MPE(Olympus社)を利用し、動物用MRIは秋田県立脳血管研究センターに配置された、4.7T動物用MRI装置(Agilent社Inova)を利用する。
定量的免疫電顕法を用いたシナプス小胞の前シナプス形質膜への開口分泌機構の解析-低分子量GTP結合蛋白質の作用機構を中心として-

神経伝達において、シナプス小胞は前シナプス形質膜上の特定の位置であるCa^<2+>チャネル集合部位(アクティブゾーン)へと選択的に輸送され、前シナプス形質膜に接着したあと、Ca^<2+>流入後0.2ミリ秒以内という超高速度でそれと融合し、神経伝達物質を放出する。この超高速度開口分泌において、低分子量GTP結合蛋白質Rab3A/smg p25Aが、シナプス小胞の前シナプス形質膜への選択的輸送・接着・融合の段階に作用することを近年私共が見いだした。今年度の研究で、私はRab3Aのシナプス内小胞輸送における作用機構を明かにする目的で、Rab3Aの機能を調節する蛋白質を検索し、GTP結合型Rab3Aとのみ結合する標的蛋白質Rabphilin-3Aを同定した。さらに、シナプス内の局在を定量的免疫電顕法(プレエンベッティング1nm金粒子銀増感法)で解析した結果、Rabphilin-3AはRab3Aと同様にシナプス小胞に局在し、1個のシナプス小胞上にRabphilin-3Aが2分子、Rab3Aが6分子存在することが判明した。この結果から、Rab3Aは、シナプス小胞上でRabphilin-3Aと複合体を形成して機能していることが示唆された。私共の見いだしたこれらの事実は海外で広く確認され、世界的な分子生物学の教科書であるMolecular Biology of the Cellの13章PP643-645に、Rab3AがCa^<2+>依存性開口分泌に必須の因子であり、またRabファミリー低分子量GTP結合蛋白質が細胞内で小胞の輸送目的地の特異性の制御に関与していると引用された。さらに最近私は、神経発生や再生の際、神経突起の遠位端に位置し、シナプスの前駆体として標的細胞の識別に重要な働きをする成長円錐における小胞輸送制御機構に研究を進めた。成長円錐においても、Rab3A-Rabphilin-3Aが機能しており、しかも開口分泌が活動電位に依存せず、成長円錐形質膜上の細胞接着分子と細胞外基質・標的細胞との接着に依存する可能性が示唆された。
破骨細胞イオンチャネルに対するカルシトニンの作用

破骨細胞に対しカルシトニン(CT)は骨吸収抑制を示すが、この作用機構をイオン動態の面から解明するため、破骨細胞にPatch clamp法を応用し膜電位やイオン電流に対するCTの作用を検討した。破骨細胞は新生児ラットの長管骨より採集しカバーグラス上に培養後、実験に用いた。まず、Current clampモードにおいて、採集した破骨細胞の膜電位を多数例で検討した結果、その分布は-70mV付近と0mV付近のグループに二分された。また、深い膜電位のグループは脱分極刺激により容易に持続的な脱分極状態に移行した。次に、Voltageclampモードに切り換え、保持電位-70mVにおいて膜電流の構成を検討した。その結果、過分極側への電気刺激では内向き整流K^+電流(I_<Ki>)が優位に発生していたが、脱分極側では大きな電流成分の発生は認められなかった。従って、破骨細胞ではI_<Ki>が静止膜電位の形成に強く関与していると考えられた。次にこれらの電流にCT(30nM)を投与すると、I_<Ki>の電流値が平均70まで抑制され、その抑制効果は、CT除去後15分程度では部分的にしか回復が認められなかった。また、Current clampモードにおいて、このCTのI_<Ki>抑制作用が破骨細胞の膜電位をどのように変化させるかを検討したが、CT投与により膜電位は持続的な脱分極状態に移行した。以上のことより、ラット破骨細胞にはI_<Ki>が優位に存在しており、CTはこのK^+チャネルを抑制することにより、膜電位を脱分極させることが解かった。従って、CTがその作用の一貫として、持続的な膜電位変化により破骨細胞の機能を調節している可能性が示唆された。また、補助金により購入した万能倒立顕微鏡は、Patch clamp法において単離細胞を観察する目的に使用した。
スピン注入流体駆動の研究

2018年度は、本研究の最終年度として、これまでの成果を論文に纏めるとともに、スピン流注入流体駆動実験で昨年度に見つかった課題の克服を目指した。研究成果のまとめとして、本研究で新しく発見した層流でのスピン流体発電と、微細素子を用いた固体中のスピン流誘起運動の観測についての論文をNature Communications誌に投稿した。いずれの論文についても2019年度中の掲載が見込める状況である。特に、層流におけるスピン流体発電実験では層流ー乱流遷移域について追加実験を行い、従来観測されていた乱流域における電力変換効率の低下が、遷移域の時点で既に生じていることを見出した。昨年度に洗い出したスピン流注入流体駆動実験における課題は、白金管の複合化による信号増大、スピンHall効果の小さいチタン管による対照実験、金アマルガムを用いたスピン注入効率の増大の3点であった。第一の点については、液体溜を繋ぐ白金管を6本直列化して実験を行ったが、予想された液面変動信号の増大は観測できなかった。この実験を通じて、白金管を繋ぐために使用したビニルチューブによる圧力損失が問題となる可能性が示された。そこで、この問題と、第二、第三の課題を達成するため、チタン薄板に白金と金を2層メッキし、箱型に組み立てることで微小流路の形成を図った。白金の電気抵抗はチタンの4分の1程度であることから、この流路に流れる電流は白金層に集中し、白金の強いHall効果によるスピン注入が期待できる。更に、メッキを施していないチタン薄板でも全く同じ流路を作成できることから、対照実験が容易に行える。この新しい実験系は、本研究で得られたすべての知見を投入したもので、これまでに見出した様々な問題点を解決するものである。現在までに流体を閉じ込めるデザインを完了し、スピン流注入流体駆動の測定を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、当初計画に従ってスピン流注入による角運動量移行に伴う流体駆動の実験系を構築し、測定を行った。実験系は2つの液体溜を白金管でつなぎ液体水銀で満たした装置と、流体の運動を液体溜の液面高さの変化として精密に測定するためのレーザー変位計からなる。これらをグローブボックス内に設置することで気流の影響を排除し、アクティブ除振台にグローブボックスを固定することで外部振動を取り除いた。白金管に電流を流すことで白金中のスピンホール効果を通じて管内部の液体水銀にスピン流が注入される。白金管の中央に設けたゲートの開閉によって水銀の流れの有無を切り替えた結果、Hgが流れる場合のみ電流方向に依存した有意な液面変動が生じることが分かった。この結果は、Pt管のスピンホール効果でHgに注入されたスピン流が角運動量移行によって流体運動を引き起こしたことを強く示唆している。また、Pt管を用いた実験に困難が生じた場合の代替案であるスピンポンプ法によるスピン流注入を使った流体駆動の予備実験も行った。スピンポンプ法で一般的に用いられるイットリウム鉄ガーネット(YIG)基板に幅50μmの溝を形成したガラス基板を圧着してマイクロ流路を形成し、そこに封入した水銀にスピンポンプを行った結果、磁化の向きに応じて水銀の流速が±30%程度変化する結果が得られ、この実験系でもスピン流注入による流体駆動の測定が可能であることが確認できた。理論面では、スピン注入される液体金属の従う流体方程式を導いた。ナビエストークス方程式で表されるような従来の流体系では運動量緩和のみを考慮するが、スピン注入される液体金属では運動量緩和と同時に角運動量緩和も考慮する。こうして拡張された流体方程式を用いて細管に封入した液体金属に管壁からスピン注入することで得られる流速分布の計算を行った。スピンホール効果を用いて液体水銀に対してスピンを注入する研究では、当初計画通り、実験系を構築し実験を開始することができた。予備実験において問題となっていた実験室内の対流による水銀液面の変位はグローブボックス内に装置系を設置することで押さえることができ、また、実験室内の機械的振動から生じる変位のノイズも除振台を導入することにより押さえることができた。白金管に電流を印加すると液面が変位し、また、逆向きに電流を印加すると変位が逆方向になることが確認できた。この振る舞いが白金から注入されるスピン流由来であることを裏付けるための実験を現在実施している。そのために白金管中央にゲートを設置し、このゲートが開いている時にのみ電流印加によって液面が変位することを確認する実験を行った。その結果、開状態のときのみ変位を確認することができた。スピンポンプ法によるスピン注入流体駆動の実験にも着手することができた。実験系を構築し、マイクロ流路に加圧によって液体水銀を注入することができたが、マイクロ流路内壁のラフネスや付着物によって水銀の変位はピンニングされ非線形になることがわかった。そのため、加圧状態で水銀が一定速度で変位している状態でスピンポンプを行い、変位速度の磁場方向依存性を測定した。その結果、磁化の向きに応じてHgの流速が±30%程度変化する結果が得られ、この実験系でもスピン流注入による流体駆動の測定が可能であることが確認できた。また、理論面では、本研究のテーマであるスピン注入流体駆動の理論と並行して、流体駆動によるスピン流生成の理論の詳細を明らかにし包括的な理解に向け着実に進展している。