hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カイラル対称性の自発的破れと素粒子模型

1.大きな階層性を伴ったカイラル対称性の自発的な破れは素粒子論の中心的な課題である。摂動論にもとずく解析はこれまで種々行われてきたが、素粒子論に於いては高エネルギーあるいは低エネルギー領域で必ず強い相互作用を含まざるをえず、摂動論にのみ頼っていては広いエネルギーレンジにわたる計算の信頼度は上がらない。2.そこで今年度は、場の理論の強力な解析方法であるくりこみ群を非摂動論的に定式化して、そのくりこみ群方程式を調べた。系の作用を有限多項式有効ポテンシャルで近似して具体的な方程式を書き下した。この近似の有効度を調べるために、比較的簡単なヒッグススカラーのみの系に適用し、固定点構造及びcritical exponent等の物理量を計算して、他の計算方法による結果と比較した。3.相互作用空間を場の多項式として次数の低い方から3次元(2次、4次、6次)に限ったいわば最小限の空間での計算結果は、時空次元が3から4に渡って極めて良い結果を出す事がわかった。くりこみ群方程式には、いわゆる摂動論的なガウシアン固定点に加えて、非摂動論的な臨界を表す固定点が存在する。特に、この強磁性型相転移に伴う臨界指数はモンテカルロ計算の結果とよく一致している。また、ε展開によって予想されていた、時空次元を3から4へ動かした時の固定点の連続的な動きが再現された。この様な比較的大胆な近似が極めて良い結果を与える事は驚きであるが、この方法に従って近似を系統的に改善していく事によって、場の理論の非摂動論的な振るまいが捉えられる可能性が見えたと考えられ、近似の改善に現在取り組んでいる。カイラル対称性の自発的な破れは、素粒子論の中心課題である。なぜなら、相互作用するフェルミオンのカイラル対称性が色々な階層で存在し、それらが自発的に破れていく過程が、現実の素粒子世界の多様性を説明する事に他ならないからである。本研究計画の目的は、カイラル対称性の自発的破れの新しい非摂動的な扱いの基礎を開発し、非摂動的ダイナミクスについての新しい知見を得る事にある。今年度は、新しい非摂動的なくりこみ群の構成と簡単な模型でのその解析に重点を置いた。経路積分法による量子化から高振動数部分のみを解析的に積分して有効作用を求める。この過程を繰り返す事によって、有効相互作用のエネルギースケールによる変化を表す方程式が得られ、それが非摂動論的な繰り込み群方程式に他ならない。この方程式は、汎関数微分方程式であり、無限自由度を含む。微分相互作用を無視すると偏微分方程式に帰着するが、複雑な系では解の解析は困難である。そこで、関数空間を更に関数系展開する事によって連立常微分方程式系にし、その解の有効性、どの様な関数系展開がもっとも収束性が良いのかを、D次元スカラー理論で調べた。通常のテイラー型級数展開は非常に収束が悪く解は振動するが、展開中心を物理的な真空期待値に置き、いわば共動座標系を導入する事によって、画期的に収束性が上がる事がわかった。また、我々の計算結果と他の非摂動論的な計算方法である1/N展開やε展開の結果を比較し、我々の結果がそれぞれの有効領域をカバーするよい結果を与えている事がわかった。同時に、相互作用の微分項を無視している事による結果の差の評価を行い、非摂動論的な繰り込み群の適用領域を拡張する展望を開いた。
SOD活性中心の点突然変異を導入したALSマウスモデルの作成に関する研究

筋萎縮性側索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis以下ALS)は進行性の難治性神経疾患で、その予後はきわめて不良である。ALS発症者の5-10%は家族性ALSで、通常は常染色体優性遺伝形式をとる。近年、家族性ALSにおいてCu/Zn superoxide dismutase(以下Cu/Zn SOD)遺伝子の変異が報告され、それによる運動ニューロン選択的細胞死の機序の解明が待たれている。本研究はCu/Zn SOD遺伝子異常による運動ニューロンの選択的細胞死の機序を解明するために、研究代表者である青木が既に報告している日本人独自の点突然変異をマウスに導入し、ALSの新しいモデルマウスを作成する。臨床的に非常に急速な経過をとることALS家系での点突然変異(L84V)と極めて緩徐な経過をとるALS家系の突然変異(H46R)を持つ2種類のトランスジェニックマウスを作成し、その表現型の違いを検討することにより、神経細胞死の機序を解明することを目的とする。H46R変異はCu/Zn SOD遺伝子の活性中心に存在している。まずプロモーター領域を含むゲノムCu/Zn SOD遺伝子内にミスマッチプライマー法を用いて、前述の日本人家族性ALS患者における点突然変異の導入を行った。その変異遺伝子をマウス受精卵の前核へ微量注入することによりトランスジェニックマウスの作成を行った。生まれてきたマウスの尾部からDNAを抽出しサザンブロット法により導入遺伝子を確認し、生まれたマウスの各臓器における変異Cu/Zn SOD蛋白の発現をウエスタンブロッド法にて確認した。H46R変異を導入したラインのうち変異Cu/Zn SOD蛋白発現量の高いトランススジェニックマウスのラインでは生後約150日で運動ニューロン病の発症がみられ、経過約30日で死亡にいたることが明らかになった。筋萎縮性側策硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis以下ALS)は進行性の難治性神経疾患で、その予後はきわめて不良である。今日までその原因は明らかにされておらず、したがって有効な治療法は全く確立していない。本研究はCu/Zn SOD遺伝子異常による運動ニューロンの選択的細胞死の機序を解明するために、研究代表者である青木が既に報告している日本人独自の点突然変異をマウスに導入し、ALSの新しいモデルマウスを作成することを目的とする。臨床的に非常に急速な経過をとることALS家系での点突然変異と極めて緩徐な経過をとるALS家系の突然変異を持つ2種類のトランスジェニックマウスを作成し、その表現型の違いを検討することにより、神経細胞死の機序を解明する。まずヒトゲノムPACライブラリーをスクリーニングすることのより、Cu/Zn SOD遺伝子を含むPACを同定、このPACより制限酵素を利用して、プロモーター領域を含むゲノムCu/Zn SOD遺伝子をベクターにサブクローニングした。この遺伝子内にミスマッチプライマー法を用いて、我々が既に報告している日本人家族性ALS患者の点突然変異(H46RおよびL84V)の導入を行った。さらには上記の変異遺伝子をマウス受精卵の前核へ微量注入することによりトランスジェニックマウスの作成を行い、生まれてきたマウスの尾部からDNAを抽出しサザンプロット法により導入遺伝子を確認した。すでに一部のトランススジェニックマウスのラインでは発祥がみられている。
アメーバ運動を基点としたソフト・コンティニュアム・ウェットロボティクスの創成

本研究の目的は,超大自由度あるいは大変形可能な連続体的な材質をロボットの機構に積極的に取り入れるソフト・コンティニュアム・ウェットロボティクスの創成である.平成25年度には,「(3)「点」ではなく「面」で外界とインタラクションすることで,アクティブセンシングを時空間的に展開し,リッチなセンサ情報を取得」を実現するために引き続き精力的に研究活動を行った.動物の運動は,姿勢制御とリズミックな移動運動(例えば,這行,蠕動運動)の組み合わせから成り立っていることに着目し, 3つのアクチュエータのみで,移動運動(尺取り虫運動とcrawling)かつその方向制御が可能なイモムシ型ソフトロボットを開発した.この研究成果はロボティクスでは最も著名な国際学会であるThe 2014IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014)に投稿し,採択された(採択率48%).これに加えて,そのボディの変形を計測するためのセンサ実装方法を複数案試した.現在,成果として報告できるものは,第26回自律分散システム・シンポジウム(2014年1月23日-24日,東京大学山上会館で開催)で発表したものである.ここで発表した研究は,ジャイロセンサを用いてイモムシロボットの曲がり具合(曲率)を計測するもので,そのセンサ値を元に昨年度提案した力覚振動子を実装することにより,自律分散的に移動に必要な身体の変形パターンを生成することに成功したものである,これ以外にも,形状記憶合金の歪みにより抵抗率が変化する特性を活用したセンシング,コイル状の形状記憶合金のインダクタンスの変化を活用したセンシング,モータのコンプライアンス制御など,ロボットの形状・重さ・使用環境に応じて,試行錯誤が必要だと思われる.(抄録なし)本研究の目的は,超大自由度あるいは第変形可能な連続体的な性質をロボットの機構に積極的に取り入れるソフト・コンティニュアム・ウェットロボティクスの創成である.平成23年度には,(1)明示的な関節を持たない,連続体的な材質により構成される超多自由度の柔らかいロボット実機の作威を目指して研究を行なってきた.この目標に関して平成23年度は特に,非常に安価な力センサの試作を行った.この方法を採用するまでに至る試行錯誤を通じて,試作した力センサと同様のメカニズムを連続体的な材質のセンシングに拡張するための知見を得た.その他の駆動部や機構系の設計に関しては,東日本大震災に伴う(交付額の減額変更を行う可能性を考慮した)研究費の一部差し止めと,当研究室の設備的な側面から遅延を余儀なくされたため,当初平成24年度に取り組むはずであった(2)柔らかさをモータ制御系の一部として制御する結合振動子系(制御器)の開発に関して本年度に集中的に行なった.この目標に関しては革新的な研究成果を得ることができたと確信している.ここから得られた知見は,非常にシンプルな位相振動子であっても身体の柔らかを制御系に組み込むことで,制御系のパラメータを全く変えること無く多様な振動パターンを発生させることが可能であり,かつそれらの間で遷移をも創発させることが出来るというものである.この研究成果は,生物が持つ探索と活用が潭然一体であるような振る舞い生成の発現原理を理解するための大きな一歩といえる.この多様な振動パターンの発現と遷移メカニズムの解明は,受け入れ研究室である小林研の伊藤賢太郎助教と数理の面からの解明を試みており,これが明らかになれば粘菌様ロボットのみならず,ヘビロボットや脚ロボットへの応用も可能であると考えている.本研究の目的は,超大自由度あるいは大変形可能な連続体的な材質をロボットの機構に積極的に取り入れるソフト・コンティニュアム・ウェットロボティクスの創成である.平成24年度には,「(1)明示的な関節を持たない,連続体的な材質により構成される超多自由度の柔らかいロボット実機の作成」という目標を達成するために,小型,軽量,安価なひも状のアクチュエータである形状記憶合金(SMA : Shape Memory Array}をやわらかく連続体的な材質に如何に組込み,その変形を如何に制御するか,という課題に対し精力的に取組んできた.本年度は,まずアクチュエータ2本という少数自由度で,柔らかい素材の変形パターンをどのように制御できるかを試した.具体的には梁状の板にアクチュエータをオーバーラップするように配置し,それらの駆動タイミング(位相差)を少しずつずらすことで,その梁の変形パターンの変化を調べた.おどろくべきことに,制御値は位相差を少しずつ大きくしていくと,その梁状のソフトロボットの振る舞いは尺取虫運動から這行運動に遷移することが確認された.このロボットに実装されているアクチュエータは2個と少数自由度であるにもかかわらず,ロボットのボディの変形パターンが接地摩擦制御機構として働き,尺取虫運動や這行運動で前後に移動することができる.さらに興味深いことに,このロボットを狭窄空間で駆動させると,圧縮波を後部から全部に送ることによって前進し続けることができる.これらの実験は,3次元的な大変形や粘弾性を制御系に組み込むことでロボットの適応的運動機能が向上することを示唆しており非常に興味深い.この研究成果はロボティクスでは著名な国際学会であるIEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System (IROS2013)に投稿した.

今後は,さらに多数のアクチュエータの配置方法によりどのような変形や運動パターンが生み出せるかを詳しく調べる.さらに,昨年度の研究成果をロボットに組込み,多様な振る舞いが可能な適応的なソフトロボットの設計論を確立させる.本研究の目的は,超大自由度あるいは大変形可能な連続体的な材質をロボットの機構に積極的に取り入れるソフト・コンティニュアム・ウェットロボティクスの創成である.平成25年度には,「(3)「点」ではなく「面」で外界とインタラクションすることで,アクティブセンシングを時空間的に展開し,リッチなセンサ情報を取得」を実現するために引き続き精力的に研究活動を行った.動物の運動は,姿勢制御とリズミックな移動運動(例えば,這行,蠕動運動)の組み合わせから成り立っていることに着目し, 3つのアクチュエータのみで,移動運動(尺取り虫運動とcrawling)かつその方向制御が可能なイモムシ型ソフトロボットを開発した.この研究成果はロボティクスでは最も著名な国際学会であるThe 2014IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014)に投稿し,採択された(採択率48%).これに加えて,そのボディの変形を計測するためのセンサ実装方法を複数案試した.現在,成果として報告できるものは,第26回自律分散システム・シンポジウム(2014年1月23日-24日,東京大学山上会館で開催)で発表したものである.ここで発表した研究は,ジャイロセンサを用いてイモムシロボットの曲がり具合(曲率)を計測するもので,そのセンサ値を元に昨年度提案した力覚振動子を実装することにより,自律分散的に移動に必要な身体の変形パターンを生成することに成功したものである,これ以外にも,形状記憶合金の歪みにより抵抗率が変化する特性を活用したセンシング,コイル状の形状記憶合金のインダクタンスの変化を活用したセンシング,モータのコンプライアンス制御など,ロボットの形状・重さ・使用環境に応じて,試行錯誤が必要だと思われる.本研究では,マイルストーンとして(1)明示的な関節を持たない,連続体的な材質により構成される超多自由度の柔らかいロボット実機の作成,(2)柔らかさをモータ制御系の一部として制御する結合振動子系(制御器)の開発に,(3)「点」ではなく「面」で外界とインタラクションすることで,アクティブセンシングを時空間的に展開し,リッチなセンサ情報を収得,の3つの目標を掲げている。平成23年度は当初,(1)に集中的に取り組む予定であったが,東日本大震災に伴う(交付額の減額変更を行う可能性を考慮した)研究費の一部差し止めと,当研究室の設備的な側面から,センサの開発のみにとどめ(2)の目標に集中的に取り組んだ.この研究成果は,自律的に「適応的な振る舞いの多様性」を獲得できるロボットの設計論という観点からも,また現実世界に開かれた数理モデルの構築という側面からも,革新的な研究成果を得ることができたと確信している.
歯周疾患の新たな臨床評価法ならびに治療薬の開発に関する試験的研究

歯周疾患は今日の歯科における重要疾患であり、その克服のために多大の努力が払われている。本疾患の最も重要な病態が歯周組織の破壊とそれに引き続いて起こる歯槽骨の破壊であることは周知の事実である。これには宿主生体に由来するプロテアーゼと局所細菌に由来するプロテアーゼが関与していると考えられる。本研究の目的は、歯周組織の破壊機構に関与する病原性プロテアーゼを同定し、それらの歯周疾患の病勢に伴う動態からその役割を解明することである。具体的には、歯周炎患者の歯肉溝から採取した滲出液中に認められるプロテアーゼ活性の原因物質を酵素学的ならびに免疫生化学的方法によって同定・定量し、病勢に伴う正確な動態を把握する。これらの結果に基づき各種プロテアーゼの動態マップを完成し、これを本疾患の活動度や進行度を診査する新たな臨床パラメーターとして確立することを目的している。本年度の研究から得られた知見は以下のとうりである。(1)ヒト肝臓ならびに骨髄からそれぞれカテプシンBならびにカテプシンGを分離精製し、その性質を明らかにするとともに、家兎を用いて特異抗体を作成した。(2)前年度の引き継き歯周炎患者から得られた歯肉溝滲出液中のカテプシンBおよびGの動態を検体数を増やして免疫定量法と活性測定法の両面から検討した(J.Periodont.Res.28,1993,in press)。その結果、カテプシンB量はいずれの方法においても歯周炎の重症度に比例して増加することが示されるのに対し、カテプシンGは活性測定法ではほとんど病勢との相関が認められないが、免疫定量法ではカテプシンBと同様にその量は歯周炎の重症度に比例して増加することが判った。(3)歯周炎の主要な病原性細菌であるPorphyromonas gingivalisの培養上清に好中球障害能を有するユニークなシステインプロテアーゼが存在することを見いだし、これを精製してその性質を明らかにした。歯周疾患の主たる病態が、歯肉上皮ならびに結合組織などの比較的表層に存在する歯周組織の破壊と、それに引き続いて起こる歯槽骨の破壊であることは周知の事実である。こうした歯周組織の破壊には生体宿主に由来するプロテア-ゼと局所細菌に由来するプロテア-ゼが深く関与している。しかし、病原性プロテア-ゼが何なのか、病勢との関係はどうなっているのか等、本疾患におけるプロテア-ゼの役割の詳細については殆ど解明されていない。本研究は、歯周炎患者の歯肉溝から採取した滲出液中に認められるプロテア-ゼ活性の原因物質を免疫生化学的によって同定・定量し、病勢に伴う正確な動態を把握することを第一の目的としている。各種プロテア-ゼの病勢に伴う動態マップを完成し、これを本疾患の活動度や進行度を診断する新たな臨床パラメ-タとして確立し、併せて病原性プロテア-ゼに対して阻害活性を有する天然および人工の阻害剤を開発・改良して、本疾患の増悪に対する治療効果を検討する。本年度の研究は、生体宿主由来のプロテア-ゼとしてカテプシンD,E,Bおよびメダラシンをヒト血液細胞から単離精製し、それぞれに対する特異抗体を家兎より調製し、これを用いて歯周炎患者から採取した歯肉溝滲出液(GCF)中における各酵素の同定・定量を行った。その結果、カテプシンEを除く全ての酵素がGCF中に同定され、本疾患の発症ならびに進行過程に密接に関わっていることが示された。

カテプシンDおよびB量は、本疾患の病勢の悪化と高い相関を示すのに対し、メダラシンは歯周炎の病勢が比較的軽度な段階から歯肉溝にかなり多量に滲出しており、これは病勢が進むに従ってある段階までは増加するが、あるレベルに達すると病勢がさらに進行してもそれ以上は増加しない。これらの結果は、カテプシンDやBが本疾患が増悪するにつれて直線的に歯肉溝に蓄積し、歯周組織の破壊を亢進すると考えられるのに対し、メダラシンは本疾患の進行と密接に関係するものの、カテプシンDやBとは異なる形で歯周組織破壊機構へ関与しているものと思われる。歯周疾患の主たる病態が歯肉上皮ならびに結合組織などの比較的表層に存在する歯周組織の破壊と、それに引き続いて起こる歯槽骨の破壊であることは周知の事実である。こうした歯周組織の破壊には生体宿主に由来するプロテア-ゼと局所細菌に由来するプロテア-ゼが関与すると考えられている。しかし、病原性プロテア-ゼが一体何なのか、病勢との関係はどうなっているのか、それらの機能はどのような機構で発揮されるのか等、本疾患におけるプロテア-ゼの役割の詳細については殆ど解明されていない。本研究は歯周組織の破壊機構に関与する病原性プロテア-ゼの同定を行い、歯周疾患の病勢に伴う動態からそれらの役割を解明するものである。具体的には、歯周炎患者の歯肉溝から採取した滲出液中に認められるプロテア-ゼ活性の原因物質を酵素学的ならびに免疫生化学的方法によって同定・定量し、病勢に伴う正確な動態を把握する。これらの結果に基づき、各種プロテア-ゼの動態マップを完成し、これを本疾患の活動度や進行度を診断する新たな臨床パラメ-タ-として確立する。本年度の研究から得られた知見は以下のとうりである。(1)顆粒球から、メダラシンとともに分泌性セリンプロテア-ゼとして重要視されているカテプシンGを分離精製し、これに対する特異抗体を作成した。(2)歯周炎患者より得られた歯肉溝滲出液中の本酵素の動態を免疫定量法と活性測定法の両面から検討した結果、本酵素は活性値としては低い値しか示さないものの、免疫定量法では明確な存在量が示された。また、その量は歯周炎の重症度に比例して増加した。以上の結果から、カテプシンGが歯周炎の程度に応じて炎症局所に放出され、生体の防御ならびに組織破壊機構に関与していることが示唆された。歯周疾患は今日の歯科における重要疾患であり、その克服のために多大の努力が払われている。本疾患の最も重要な病態が歯周組織の破壊とそれに引き続いて起こる歯槽骨の破壊であることは周知の事実である。これには宿主生体に由来するプロテアーゼと局所細菌に由来するプロテアーゼが関与していると考えられる。本研究の目的は、歯周組織の破壊機構に関与する病原性プロテアーゼを同定し、それらの歯周疾患の病勢に伴う動態からその役割を解明することである。具体的には、歯周炎患者の歯肉溝から採取した滲出液中に認められるプロテアーゼ活性の原因物質を酵素学的ならびに免疫生化学的方法によって同定・定量し、病勢に伴う正確な動態を把握する。これらの結果に基づき各種プロテアーゼの動態マップを完成し、これを本疾患の活動度や進行度を診査する新たな臨床パラメーターとして確立することを目的としている。(1)ヒト肝臓ならびに骨髄からそれぞれカテプシンBならびにカテプシンGを分離精製し、その性質を明らかにするとともに、家兎を用いて特異抗体を作成した。
腸管から全身に移行する免疫細胞の動態と機能分子解析による多臓器連携制御機構の解明

各パイエル板(PP)に対する所属腸間膜リンパ節(MLN)の対応マップの作成について、樹状細胞特異的にKikGRを発現するCD11c-KikGRマウスの各PPを光照射して24時間後に、MLNの各対応する節に移動した赤くマーキングされた樹状細胞のイメージング像を取得した。腸内環境変化時に、腸管から多臓器に移行する免疫細胞の同定と、臓器間動態情報の取得について、細胞内サイトカイン染色によりIFN-γおよびIL-17を検出し、PPおよび小腸粘膜固有層からリンパ節および脾臓に移行する細胞の頻度を解析した。通常飼育および高脂肪食飼育マウスにおいて、小腸から上行結腸分までの腸管組織の大部分を光照射して細胞をマーキングし、腸管組織から腫瘍および脂肪組織への移行を解析したところ、通常飼育、および高脂肪食飼育マウスのいずれにおいても両組織へは少数のT細胞およびB細胞が移行しているのみであった。腸管から骨髄へのB細胞移動について、B細胞の各分化サブセットについて解析したが、腸管組織から骨髄へはmature B細胞のみ移行し、mature B細胞の中でもIgM highおよびIgM low細胞で差は認められなかった。抗生物質投与による無菌化(ABx投与)により、PPや末梢のリンパ組織だけでなく、骨髄細胞も減少した。そこで、PPから取得したB細胞をラベルして移入した所、ABx投与群では、骨髄およびリンパ節、脾臓で移入した細胞は増加していた。この結果はPPが退縮している為であるとともに、ABx投与時にもB細胞の骨髄への移行は障害されていないことがわかった。さらに、骨髄から多臓器に移行する細胞についても減少傾向が認められた。腸内環境変化時に、腸管から多臓器に移行する免疫細胞の同定と、臓器間動態情報の取得について、論文作成に必要な最終的に必要なn数の確保、時間経過のデータの取得および論文作成が想定よりも遅れている。腸管臓器から骨髄に移行した細胞の局在解析を、B細胞特異的にKikGRを発現するマウスで進めているが、組織固定によるKikGRの褪色を最小限にする条件について、従来の方法に比べると褪色を抑える方法を見出したが、さらに検討を続けている。腸内環境変化時の骨髄造血ニッチの遺伝子発現、腸管から骨髄に移行したB細胞のSAGEデータの骨髄造血ニッチの維持に働くケモカイン、サイトカイン産生の解析について、他の解析を重点的に進めていたために遅れている。腸管組織から全身臓器に移行する免疫細胞について、B細胞、CD4+T細胞およびCD8+T細胞のnaiveおよびmemoryサブセット、Th1, Th17, Tregの移行について、論文作成に必要なn数のデータを取得しまとめる。今までの検討で腸管の環境変化が、脂肪組織および腫瘍生長抑制に与える影響などの全身の多臓器への影響のメカニズムについて、腸管から脂肪組織および腫瘍に移行する細胞が非常に少なかったこと、また、ABx投与群では骨髄および免疫系組織での免疫細胞の減少と共に、骨髄から多臓器に移行する細胞についても減少傾向が認められたこと、さらにABx由来PP細胞の移入により細胞減少をrescueできる可能性が示された。そこで次年度は、腸内環境変化については抗生物質による無菌化に、そして腸管から骨髄に移行するB細胞に注目して解析を進める。特に以前に取得している、通常食、ABx投与群でのPPから骨髄に移行した腸管から骨髄に移行したB細胞のSAGEデータを基に骨髄造血ニッチの維持に働くケモカイン、サイトカイン産生の解析を重点的に比較解析することで、腸管組織由来B細胞の骨髄造血ニッチ形成に関わる分子の同定を目標に検討を進める。腸管環境は癌、肥満、糖尿病などの全身の疾患に関わっていると考えられるが、そのメカニズムの詳細は分かっていない。そこで本研究は、腸管組織から多臓器に移行する免疫細胞に着目し、臓器間の細胞移動を追跡できるKikGRマウスと少数細胞の遺伝子発現解析を組み合わせて用いた。そして、正常食摂取、高脂肪食摂取マウス、および抗生物質による腸内共生細菌除去マウスを用い、解析を進めた。1.小腸腸管部位の一部、および各PPを順に照射したした後MLNを5つに分けて解析し、腸管部位と各パイエル板(PP)に対する所属腸間膜リンパ節(MLN)の対応マップを作成した。2.通常飼育KikGRマウスの小腸粘膜固有層(SI-LP) and/or PPを照射して24時間後にフローサイトメトリーで解析し、成熟B細胞、およびT細胞の各サブセットともSIからはPPの約1/10の細胞が移動していること、さらに、高脂肪食では腸管から末梢組織に移行する細胞は通常食に比べてわずかに減少し、腸内共生細菌除去マウスでは、MLNへの移行数はB細胞、T細胞とも通常食接種と変化しなかったが、骨髄、脾臓および皮下リンパ節への移行は低下することが分かった。3.いずれの飼育条件でも成熟B細胞が骨髄に移行する細胞のほとんどを占めた。そこで、通常飼育、腸内共生細菌除去、および高脂肪食飼育マウスを準備し、SI-LPおよびPPを光照射して24時間後に、腸管から骨髄に移動したB細胞他を分取した後SAGE解析し、各群間で発現が変化している遺伝子のリストアップを完了した。1.腸管部位、各パイエル板(PP)に対する所属腸間膜リンパ節(MLN)の対応マップの作成: SI-LPあるいはPPを回盲部から十二指腸方向に順次位置を移して照射し24時間後に、MLNを遠位側から5部位に分けて解析した。

その結果、回盲部を光照射した場合、SI-LP、PPとも、一番遠位のMLN部分に樹状細胞は移行した。光照射部位を十二指腸方向に移動していくと、MLNへの以降部位も近位側に移動した。2.腸内環境変化時に、腸管から多臓器に移行する免疫細胞の同定と、臓器間動態情報の取得:通常飼育KikGRマウスのSI-LP and/or PP照射して、骨髄、MLN、脾臓、皮下リンパ節への移行を解析したところ、成熟B細胞、およびT細胞の各サブセットともSIからはPPの約1/10の細胞が移動していた。そこで、SI-LPとPPの両方を合わせて照射して解析したところ、高脂肪食では腸管から末梢組織に移行する細胞は通常食に比べてわずかに減少した。それに対し、腸内共生細菌除去マウスでは、MLNへの移行数はB細胞、T細胞とも通常食接種と変化しなかったが、骨髄、脾臓および皮下リンパ節への移行は低下した。3.腸内環境変化時の骨髄造血ニッチの遺伝子発現、腸管から骨髄に移行した細胞の局在解析:腸管から骨髄に移行する細胞を解析したところ、いずれの飼育条件でも成熟B細胞が骨髄に移行する細胞のほとんどを占めたことから成熟B細胞を優先的に解析する事にした。通常飼育、腸内共生細菌除去、および高脂肪食飼育マウスを準備し、SI-LPおよびPPを光照射して24時間後に、骨髄、PP他のKikGR-Red細胞、KikGR-Green B細胞を分取した後、共同研究によりSAGE解析し、データの取得と各群間で発現が変化している遺伝子のリストアップを完了した。各パイエル板(PP)に対する所属腸間膜リンパ節(MLN)の対応マップの作成について、樹状細胞特異的にKikGRを発現するCD11c-KikGRマウスの各PPを光照射して24時間後に、MLNの各対応する節に移動した赤くマーキングされた樹状細胞のイメージング像を取得した。腸内環境変化時に、腸管から多臓器に移行する免疫細胞の同定と、臓器間動態情報の取得について、細胞内サイトカイン染色によりIFN-γおよびIL-17を検出し、PPおよび小腸粘膜固有層からリンパ節および脾臓に移行する細胞の頻度を解析した。通常飼育および高脂肪食飼育マウスにおいて、小腸から上行結腸分までの腸管組織の大部分を光照射して細胞をマーキングし、腸管組織から腫瘍および脂肪組織への移行を解析したところ、通常飼育、および高脂肪食飼育マウスのいずれにおいても両組織へは少数のT細胞およびB細胞が移行しているのみであった。腸管から骨髄へのB細胞移動について、B細胞の各分化サブセットについて解析したが、腸管組織から骨髄へはmature B細胞のみ移行し、mature B細胞の中でもIgM highおよびIgM low細胞で差は認められなかった。抗生物質投与による無菌化(ABx投与)により、PPや末梢のリンパ組織だけでなく、骨髄細胞も減少した。そこで、PPから取得したB細胞をラベルして移入した所、ABx投与群では、骨髄およびリンパ節、脾臓で移入した細胞は増加していた。この結果はPPが退縮している為であるとともに、ABx投与時にもB細胞の骨髄への移行は障害されていないことがわかった。さらに、骨髄から多臓器に移行する細胞についても減少傾向が認められた。腸内環境変化時に、腸管から多臓器に移行する免疫細胞の同定と、臓器間動態情報の取得について、論文作成に必要な最終的に必要なn数の確保、時間経過のデータの取得および論文作成が想定よりも遅れている。
化学遺伝学的手法を用いたサル小脳投射経路の経路特異的機能の解明

小脳損傷後は多様な運動障害が現れる。損傷部位は小脳自体と投射経路に及ぶため、症状の原因が小脳自体の損傷が原因なのか、それとも、小脳を起始とする特定の神経経路の損傷が原因なのか因果関係を特定できなかった。そこで本研究は化学遺伝学的手法のうちDREADD法をサルに用い、小脳を起始とする小脳視床路、小脳赤核路を経路選択的に遮断する手法を開発する。小脳投射経路を選択的に遮断した後、サルの行動変化、神経活動の変化を正常時と対比し、各経路に特異的な機能的役割を明らかにする。この手法により小脳損傷後の運動障害が特定経路の損傷が原因で起こるのか、小脳全体の損傷が原因で起こるのかを因果関係を示し明らかにできる。
RETチロシン1062を介するシグナルの個体発生に果たす役割の解明

H17年度の研究でRETY1062Fノックインマウス(KIマウス)では初期精子形成に異常が見られることがわかった。本年度は免疫組織化学、統計解析を加え、異常の原因を更に追究した。KIマウスでは生後14日目以降精巣が萎縮していた。精細管の数はほぼ正常であったが精細胞が著しく減少しており、28日目にはセルトリ細胞のみの精細管が多数を占めていた。よって萎縮の原因は精細胞の減少に起因するものと思われた。抗RET抗体での免疫染色では14日目以降RETを発現する精祖細胞が著明に減少し、28日目には消失していた。RET陽性の精祖細胞は生殖幹細胞であると報告されており、この結果はRETのチロシン1062を介するシグナルが生殖幹細胞の維持に関わることを示唆するものと考えられた。更に幹細胞マーカーであるPLZFに対する免疫染色を行ったところ、PLZF陽性の幹細胞もRETを発現する精祖細胞と同様な推移を示したことから、mマウスに見られた精細胞の減少は精細胞の供給源である生殖幹細胞の枯渇が原因であると考えられた。以上よりRETチロシン1062を介するシグナルが生殖幹細胞の未分化状態の維持、自己複製能を発現する上で重要な役割を果たしていることが判明した。<RET Y1062FノックインマウスとMEN2A型変異導入トランスジェニックマウス(Tgマウス)との交配によりもたらされる表現型の検討>Y1062Fホモ変異とMEN2A型ヘテロ変異を有する二重変異導入マウスを自然交配により作成している。またTgマウスの乳癌から樹立した腫瘍細胞株にGFPタグをつけたRET遺伝子及びGFRα1遺伝子を導入し、ヌードマウスの皮下へ移植して腫瘍形成能の変化を検討している。In vitroにおいてGFRα1導入株ではRETの2量体形成の抑制は認められなかった。RET Y1062Fノックインマウスの成獣について、各種臓器の肉眼的検討、重量測定を行った。また組織切片標本を作製し、野生型マウスのものと比較して異常の有無を検討した。その結果、既に報告している腸管神経節、腎臓の異常以外にRET Y1062Fノックインマウスでは精巣が低形成であることが判明した。精巣低形成の原因を解明するため、組織学的に詳細に解析したところ、生後14日目までには明らかに全てのタイプの精細胞が減少しており、生後28日目まで生存したマウスの精巣では、Sertoli細胞のみの精細管が多数を占めていることがわかった。また抗RET抗体を用いた免疫染色ではRETを発現する精祖細胞が減少していた。これまでにRET陽性の精祖細胞は生殖幹細胞であるという報告がなされており、免疫染色で得られた結果はRETのチロシン1062を介するシグナルが生殖幹細胞の維持に関わることを示唆するものと考えられた。この結果をもとに、現在、生殖幹細胞の機能(未分化状態の維持、自己複製能)の発現においてRETのチロシン1062を介するシグナルがどのような働きを有するかについて検討中である。RET Y1062Fノックインマウスのヘテロ変異型とMEN2A型変異導入トランスジェニックマウスのヘテロ変異型を交配させ、一世代目の二重変異導入マウスを産出した。これらのマウスの中に頚部、腹部に腫瘍を形成するものが見られた。現在これらのマウスの遺伝子型、各種臓器の組織学的検討、腫瘍の病理組織学的検討およびRETタンパクの発現の生化学的検討を行っている。
東南アジアにおける天然林から人工林施業への変化が温暖化ガス動態に及ぼす影響

半島マレーシアの天然フタバガキ林、インドネシアスマトラ島リアウ州および、カリマンタン島中カリマンタン州の泥炭湿地に3つの観測サイトを設け、温室効果ガス発生量や溶存態有機炭素の観測を行った。マレーシア天然林では、二酸化炭素・メタン・亜酸化窒素フラックスの時空間変動と環境要因の関係を明らかにした。泥炭森林では天然林状態の森林・地下水位を下げるための排水のみを行った森林・伐採・火災・排水等の人為的攪乱を受けた調査地とその後にアブラヤシの植林を行ったサイトなど、顕著な土地利用の違いに着目して、地下水位の測定や地下水の採取、地表面からの温室効果ガス発生量を測定した。本研究費の交付が年度後半であったため、年度前半に観測地の候補を選定し、現地調査の準備を進めた。インドネシア、スマトラ島リアウ州の泥炭湿地を対象に、現地調査・観測を開始した。伐採・火災・排水等の人為的攪乱を受けた調査地とその後にアブラヤシの植林を行った調査地を選定し、現地で測量を行い、地表面の高低差を把握したのち、地下水位の測定井戸群を設置した。これらの井戸からは、地下水位の測定とともに溶存有機態炭素・窒素や各種溶存物質の測定のための地下水を採取し、分析に供した。これらの分析は現在進めているところであるが、その結果から、人為改変を受けた程度で、各地点の水質等がどのように変化するかについて把握することができる。その他、泥炭地の炭素循環の解明のための基礎的データとなる土壌からの二酸化炭素放出・メタン放出等を測定した。またこれらの観測を現地で行える観測機器を整えた。また、共同研究者らは同泥炭地において、シロアリなどの分解者の時空間分布とその活動量の調査を行っており、今後これらの調査結果と併せて、攪乱を受けた泥炭地における物質循環の詳細を明らかにできるものと考えている。観測は、現地の大学の講師や学生と協力して行っている。測量や各種観測の方法を指導することで、彼らの協力の下で継続して調査を行える体制を整えた。これまでに、2012年11月、2013年1月、3月と2か月の間隔で観測を行っており、今後もこの間隔で調査を進める予定である。インドネシアスマトラ島リアウ州および、カリマンタン島中カリマンタン州の泥炭湿地に2つの観測サイトを設け、温室効果ガス発生量や溶存態有機炭素の観測を開始した。天然林状態の森林・地下水位を下げるための排水のみを行った森林・伐採・火災・排水等の人為的攪乱を受けた調査地とその後にアブラヤシの植林を行ったサイトなど、顕著な土地利用の違いに着目して、地下水位の測定や地下水の採取、地表面からの温室効果ガス発生量を測定した。約2か月に一回の頻度で現地に入り、観測を行った。シロアリ等有機物分解者の時空間分布とその活動量の調査も行い、土地利用変化との関連について解析している。同時に地下水観測井戸から地下水を採取し、溶存態有機態炭素や無機態窒素など各種溶存物質を測定した。溶存態有機炭素については、2次元核磁気共鳴を使った構造解析を行い、火災が起こることにより地下水の有機炭素の形態に変化が生じることが分かってきた。本課題はスタート支援として、観測地点の設置等を行うことができた。今後継続して観測を続けることで、人為活動の影響により急激に変化する熱帯森林の物質循環の動態の解明を進める。当初は現地での調査ビザ取得などに時間がかかり、観測の開始が予定より遅れたが、現在は、観測体制も整い、現地カウンターパートの協力の下、円滑に調査を進められている。次年度もこの体制を維持しつつ、さらに観測項目を増やす予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。人工林の管理状態(伐採・植栽後の年数)ごとに、土壌表面からの二酸化炭素放出量、メタン吸収/放出量を測定し、その時間的・空間的な変動パターンを把握することを継続する。同時に、土壌の物理化学特性(水分条件や土壌の粒状構造、無機態窒素など理化学性)について調査し、ガス放出量の時空間変動パターンとの相関を探る。同時に、二酸化炭素やメタンの放出に寄与するアリやシロアリの群集構造の調査を行い、これら分解者の環境変化への応答が、有機物分解などを通じて上記のガス放出の時空間変動パターンとどのように関連しているかについて評価する。特に次年度は観測頻度と観測項目の拡充を行い、次年度に申請する予定である新規科学研究費の観測の基礎を作ることを目指す。本研究の特徴であるアリ・シロアリの分布調査と、土壌ガス放出/吸収量評価の同時調査体制を確実にする。
知覚情報処理回路の配線爆発を解消するMEMS融合型VLSI

本研究は、光センサを内蔵することで画像を秒速1000枚以上の高速度で取り込み、物体の特徴量、特にエッジ部分を瞬時のうちに抽出するVLSIシステムを実現することを目的としている。人間に例えると、初期視覚野処理に相当するLSIシステムである。フォトセンサに情報処理回路を組みあわせたセル型アーキテクチャで高速特徴抽出を行うことが一般的であるが、抽出性能の向上のためには隣接セルだけではなく一セル飛ばした先の「第二近傍セル」から画素情報を転送する必要があり、その場合セル間の配線量がピクセル数の4乗に比例して爆発的に増加することが問題となる。上記配線爆発問題を、1.VLSIによる解法、2.MEMSとの集積化による解法、の二種のアプローチで解くことを試みた。1.VLSIによる解法について、平成15年度に考案した、フォトセンサとセルのトポロジカルな配置を工夫することで、セル間の配線を隣接セルのみに限ったままで12ピクセル分の情報を得られるアーキテクチャを実装、平成16年度に複数回試作し、0.35μmCMOSVLSIテクノロジによる物体特徴のリアルタイム抽出デモンストレーションに成功した。また、将来の高集積化に対応するための、0.15μmCMOSSOIテクノロジで作製したフォトセンサの基礎データを取得検討した。2.MEMSとの集積化による解法について、隣接セルとは配線で情報のやりとりを行ない、第二近傍からはマイクロミラーによって直接画素を転送する仕組を考案したが、これを効率良く実現するためには、従来の水溶液中ではなく、高密度プラズマ中でエッチングを行う、Deep-RIE技術が必要とわかった。DRIEの性能向上に取組み、エッチング性能を示す幅対深さ比(アスペクト比)1:107という世界記録に近い値を得た。構造のスケールにしてナノメートルからミリメートルにまで達する任意の形状を同時に作製することが必要で、これは従来大変難しいとされていたが、新たに考案したリソグラフィ手法で可能となることを示した。本研究は、光センサを内蔵することで画像を秒速1000枚以上の高速度で取り込み、物体の特徴量を瞬時のうちに抽出するVLSIシステムを実現することを目的としている。特に、物体のエッジを特徴点として高速に抽出・転送するVLSIを実現することを目標としている。フォトセンサに情報処理回路を組みあわせたセル型アーキテクチャで高速特徴抽出を行なうことを試みた場合、隣接セルだけではなく、一セル飛ばした先の「第二近傍セル」から画素情報を転送する必要があり、セル間の配線量がピクセル数の4乗に比例して爆発的に増加することが問題となる。上記配線爆発問題を、1.VLSIによる解法、2.MEMSとの集積化による解法の二種のアプローチで解くことを本研究では試みている。平成15年度は、VLSIによる解法について、フォトセンサとセルのトポロジカルな配置を工夫することで、セル間の配線を隣接セルのみに限ったままで12ピクセル分の情報を得られるアーキテクチャを考案した。考案した回路を実現するために、0.35μmCMOSVメタル3層LSIテクノロジによって素子を設計した。また、画像入力VLSIの基礎特性を評価するためのフォトダイオードアレイも設計した。また、MEMSとの集積化による解法については、隣接セルとは配線で情報のやりとりを行ない、第二近傍からはマイクロミラーによって直接画素を転送する仕組を提案し、バルクマイクロマシーニング技術によって平行四辺形や菱形の構造を作製し、ミラーとして動作することを確認した。
センサベーストなケージングマニピュレーション

本研究は、安価で性能の高いマニピュレーションシステム、特に、食品、薬品、化粧品といった「三品」を低価格なセンサを用いて扱うことのできるロボットシステムを実現するため、ケージングの概念を用いた物体操作手法を構築する。実績として、一、深度カメラと実際のロボットシステムに実装し、視覚制御で把持とそのマニピュレーション試験を行いたである。二、物体を頑健にマニピュレーションための手法構築と、検証のためのシミュレーション環境構築を行ったである。具代的には下記の通りである。一、平成25年11月から、一年間アメリカのカーネギーメロン大学でマニピュレーションの客員研究を行った。その客員研究で、ケーネギーメロン大学の産業ロボットと深度カメラを用いて、視覚で制御した把持試験を行いました。その結果は発表していなかったけれども、試験当時の様子を記録し、ウェブ上に公開した。二、産業ロボットの実機試験を行った後、そのモデルとRobotiq社の85型ハンドのモデルを用いてシミュレーションシステムを開発した。また、そのシミュレーションシステムを利用し、マニピュレーション図を構築して知的な把持とマニピュレーション操作を叶いた。その結果は世界一のロボット大会(ICRA)に発表された。また、シミュレーションシステムの様子もビデオツールで記録し、ウェブ上に公開した。三、11月に日本に戻って、産総研の研究者と連携して、そこまでの把持とマニピュレーションのアルゴリズムを実用化し、産総研の研究者が開発したChoreonoidシステムとGrasping Pluginにインテグレーションしていて、複数のビデオも記録した。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究実質計画は柔軟物を含む物体を頑健に扱うための手法構築と、検証のためのシミュレーション環境構築を行うことである。この計画を巡って、下記の進展を図った。一、ケージング把持という新しい把持方法を提案していた。これまでのケージング把持方法に関する取り組みに引き続き、固有指形態(フォーメーション)と空間写像を用いた新たな方法を提案する。新たな方法は凸物体だけでなく、凹物体や中空の物体等の把持可能になるという大きな利点を有する。二、シミュレーション環境を構築する上、検証した。本研究今年購入したシミュレーション用のパソコンを使いて、提案する方法の計算時間及びケージング性能を検証している。実験により本方法を用いることによって、センサや制御等のノイズ・誤差を許容し、ロバストな把持を行えることを示している。三、ケージング把持手法を利用してロボットハンドの設計を探求した。一番目の提案を用いてロボットハンドの指とアクチュエーターの数量と配置方法を探求し、新たな結論を発見した。大量二次元形状をケージングして、「一つだけのアクチュエーターを使えれば、一番ケージングしやすい指距離は3:8という比例である」とたどり着いた。この比例でロボットハンドを作れば、低価格なロボットシステムを実現することを目指せる。四、アメリカに訪学と実機試験。2013年11月から2014年11月までアメリカのカーネギ・メロン大学のロボット研究所に客員研究員として一年間訪問している。所属研究室のABB工業ロボットと深度センサを利用し、実機の検証を行った。この試験は現時点実施中である。ケージング把持という新しい把持方法を提案していた。この提案を基ついて、実機で実験した。また、申請書に記載した「研究の目的」を超えて、ケージング把持手法を利用してロボットハンドの設計を探求した。申請書に記載した「年次の計画」を従い、実の三品「食品、薬品、化粧品」を利用してこれまでの提案を検証する。

また、これまでの成果をまとめて、Transaction on Roboticsなどの影響力が高い雑誌に発表する。今アメリカのカネギ・メーロン大学に訪問している。この間、カネギ・メーロン大学研究室のABB工業ロボットと深度センサを利用し、試験を行う。また、カネギ・メーロン大学の先生に頼んで、ペンシルバニア大学の先生と「ケージングとセンサより多数ロボット協調運搬」という試験も行う予定である。
新しい自己潤滑性プラスチック歯車の開発に関する研究

ナイロン,ポリアセタールなどの素材から成るプラスチック歯車は軽くて靭性,自己潤滑性に富み,射出成形による量産が可能で,仕上げ加工が不要なことから,精密摺動機械部品などとして各分野で使用され,さらにこれらのプラスチックに二硫化モリブデンや黒鉛,フッ素樹脂などの固体潤滑剤等を充填したプラスチック歯車も製造されるようになってきたが,耐摩耗性,成形性,機械的強度などのより一層の向上が強く期待されている。本研究はプラスチック材料との関わりについてはこれまで全く検討されていない金属カリウム,インジウムなどのレアメタルおよびその合金や他の粉体を種々のプラスチック材料と複合化させ,その相互作用や潤滑のメカニズムなどを明らかにし,潤滑特性,成形加工性,耐久性などに著しく優れた,従来知られていない,全く新しい自己潤滑性プラスチック歯車を創製し,その実用化を図るものである。本年度はプラスチック素材としてポリプロピレンを選び,これにレアメタルとして金属インジウムを微量添加し複合化させ,得られた材料について成形性を示すメルトフローインデックス,シリコンカーバイド研磨紙を用いた摩耗試験,鋼板との静摩擦試験,水との接触角測定などの各種試験測定を行った。その結果,インジウムの微量添加によってメルトフローインデックスが増大してプラスチック歯車の射出成形性が著しく改善されること,摩耗量が減少して耐摩耗性が向上すること,静摩擦係数が減少し,摩擦特性が大幅に向上すること,水との接触角が増大し,歯車の揆水性が一段と改良されることなど非常に興味ある結果が得られた。今後さらにプラスチック歯車としての性能評価の研究を継続するが本研究によって新しい自己潤滑性プラスチック歯車の実用化の見通しが得られた。ナイロンやポリアセタ-ルなどの素材に二硫化モリブデンや黒鉛,フッ素樹脂などの固体潤滑剤を充填した自己潤滑性プラスチック歯車が製造されるようになってきたが,摩耗・摩擦特性,成形加工性,機械強度などの物性の,より一層の向上が強く要望されている。本研究はプラスチック材料との関わりがこれまで全く検討されていないメタルやレアメタル,その他の粉末をプラスチック材料に微量添加し,複合化させることによって,その相互作用,潤滑のメカニズムを明らかにし,潤滑特性,成形加工性,耐久性などに優れた全く新しい複合材料を創製し,新しい自己潤滑性プラスチック歯車として実用化を図るものである。本年度は低密度,高密度ポリエチレン,ポリプロピレン,ナイロン12,ポリアセタ-ル,ポリフェニレンスルフィド,ABS樹脂などのプラスチック素材に金属ガリウム粉末を0.010.05重量%の微量添加,複合化し,得られた材料について成形性を示すメルトフロ-インデックス,シリコンカ-バイド研磨紙を用いた摩耗試験,鋼板との静摩擦試験,さらに水との接触角などの各種測定を行なった。その結果,ポリアセタ-ル,ポリフェニレンスルフィドなどの素材ではメルトフロ-インデックスが増大し,射出成形性が著しく改良されること,ナイロン12,ポリプロピレン,ポリエチレンでは摩耗量が減少し,耐摩耗性がかなり向上すること,ナイロン12,高密度ポリエチレンで静摩擦係数が減少し,耐摩擦特性が大幅に改善されること,また,ナイロン12,ポリプロピレンなどで水との接触角が増大し,揆水性が改良されることなど非常に興味ある結果が得られた。今後,他の充填剤についても種々検討を加えて自己潤滑特性に優れた材料を見い出し,これらを歯車に成形し,プラスチック歯車としての性能評価を行なって実用化試験を進める予定である。
VERA用FRB探査相乗り観測システムの開発とそれに基づく突発天体の研究

今年度はFRBやパルサーのジャイアントパルスなど探査するためのソフト開発と、それをリアルタイムで動作させるためのGPUベースのPC演算システムの整備を進めた。ソフトウェア開発については、2017年度までに作成していたパルサー観測ソフトの大幅な更新を行った。従来のソフトはかにパルサーなど主要なパルサーの自転パラメーターを主とし、かつ対応データもADS3000+形式に限られらものであったが、改定により任意のパルサー自転パラメーターや、VERAを含む任意のデータ形式に柔軟な対応が可能となった。この改修により、2018年12月に発生したマグネターXTE J1810-197アウトバースト(10年ぶりに発生)の観測を実施しそのデータ解析に役立てることができた。マグネター電波観測は日本初の試みであったが、アウトバーストの天文電報速報の5日後の12月13日から2019年3月31日まで計9回の国内電波観測キャンペーンを実施し、マグネター電波の検出に成功した。その初期結果は2019年3月の天文学会春季年会速報として報告済である。これまでの観測で、アウトバーストの約半月後から電波強度が低下し、かつ周波数スペクトルが変化していく様相が捉えられた。リアルタイム処理システム開発に関しては、GPU演算により信号を高速処理するためのソフトウェアを整備し、本科研費で購入し国立天文台水沢VLBI観測所内に設置したPC上で想定していた速度で動作するところまで到達した。また、VERAの20m電波望遠鏡のデジタルバックエンドであるADS-3000(高速サンプラー)およびOCTAD(デジタル光伝送装置)と接続して、望遠鏡から出される信号を正しく処理できることも確認した。2018年度までにソフトウェア開発およびリアルタイム処理の演算部の開発をほぼ完了した。ソフトウェアについては、2018年12月に発生したマグネターXTE J1810-197のアウトバーストで単発のパルス検出に実際に成功しており、実際の天文観測に使えることが実証されている。また、リアルタイム演算についても望遠鏡の出力データの処理試験も行われており、整備状況は順調である。さらに、マグネターのアウトバースト観測では、VERAのみならず日本各地の電波望遠鏡でのキャンペーン観測が行われて現在データ解析が進んでおり、すでに科学的成果を産出する見込みも立っている。このような理由からこれまでの進捗は「おおむね順調に進展している」と判断する。今後は2018年度に整備されたソフトウェアおよびリアルタイム演算処理システムをVERAの20m電波望遠鏡など実観測の運用に載せて、FRBの探査を行う。また、併せて2018年度に発生したマグネターフレアなど、FRBとの関連性が指摘される天体の観測を進め、科学的成果の創出を進める。本年度はVERAに搭載するFRB探査システムを開発するため、ソフトウェア・ハードウェア両面での整備を進めた。まずハードウェアについては、VERAのプロジェクト観測中に相乗りでFRB探査データが取得できるよう、高速サンプラーOCTADを購入し、その性能チェックを進めた。また、観測データをリアルタイムで処理し記録するためのデータ処理・保存用PCシステム(VS-REC)の整備を進めた。これによって、VERAのS帯受信機からの信号をデジタル化して記録しつつリアルタイムで信号処理するシステム構築において、鍵となるコンポネントがそろった。一方、ソフトウェア開発においては、VERAの観測生データ(天体からの信号をデジタル化した時系列電圧データ)を読み込んでフーリエ変換して時系列ダイナミックスペクトルを取得するソフトを整備し、データ処理に必要な一連の動作ができるようになった。このソフトウェアの性能確認のため、300MHz帯でのパルサー試験観測データを用いて、パルサーからのGiant Radio Pulseが検出できることを確認した。さらに、実際にVERAのSバンド受信機を用いてCrabパルサーの試験観測を行って上記ソフトウェアの動作を確認するデータを取得し、VERAの実データに基づいてCrabパルサーのGiant Radio Pulseの探査を行った。この観測・解析からVERAの望遠鏡を用いて初めてGiant Radio Pulseの検出に成功した。この検出によって、ソフトウェアがFRB探査用として正しく動作すること、また、VERAのS帯でパルサーのGiant Radio Pulseの観測が可能なことが実証された。また、これらの活動に並行してCrabパルサーのGiant Radio Pulse探査や他波長観測、さらに電波天文における信号処理法などに関する研究成果を出版した。計画当初より年度中の整備を予定していたハードウェアとして、高速サンプラーOCTADの調達とデータ処理・記録用計算機の整備を進めた。また、VERAの出力データをダイナミックスペクトルに変換して電波バーストを探査するためのソフトウェア開発の第一版が完成し、Fast Radio Burst探査ソフトウェアの鍵となる機能が獲得できた。さらに、VERAを用いた試験観測データを用いてソフトの動作を確認し、実天体からの電波バースト(CrabパルサーのGiant Radio Pulse)の検出に成功した。これらの成果から、システムの整備と試験が着実に進んでおり、今年度の進捗は概ね順調であると判断する。