hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
擬似位相整合波長分布制御高次非線形光学素子を用いた高機能全光超高速広帯域信号処理

本研究課題では、擬似位相整合波長を分布定数的に制御したニオブ酸リチウム光導波路デバイスの高次非線形光学効果を用いた、超高速かつ超広帯域で動作する様々な高機能全光学的信号処理回路に関する研究を行った。具体的には、電子計算機による特性解析や原理実証実験、システム実験等を行うことにより、当該光信号処理回路の実現可能性を示した。インターネットを基軸として拡大・進化し続ける高度情報化社会では、将来そのバックボーンを形成する光ネットワークにペタビット毎秒級の超大容量性が要求される。このようなシステムを構築するには、電子技術によらない多種多様な全光学的信号処理回路の開発が必須である。これまでに、いくつかの非線形光学素子を用いた超高速光段AND回路等が提案されているが、実用レベルの段階には至っていない。本研究では、擬似位相整合波長分布制御高次非線形光学素子を考案し、様々な高機能全光超高速広帯域信号処理回路を実現する。最終目標は、インテリジェントな光ノードを備えた新世代高度光情報通信ネットワークの構築である。今年度は、初年度に実施した擬似位相整合波長分布制御分極反転ニオブ酸リチウムベース全光超高速広帯域信号処理回路に対する詳細な数値解析結果を踏まえて、光波長変換や、OR/XOR、半加算/半減算、全加算/全減算等の各種機能を実現するためのデバイスの設計と動作条件等の最適化を行った。また、数値計算により、実際のデバイスの持つ作製誤差のタイプを分類し、これらが各種の信号処理機能に及ぼす様々な影響を明らかにした。これにより、次年度の異常光導波型デバイスおよび2つの偏波モードを持つ常光・異常光両導波型デバイスの発注に備えることができた。また、周波数軸上で導波路解析を行うことによる高い計算精度の実現や、各種機能に応じた最適デバイスの設計手法とその理想特性、さらに作製誤差をもつデバイスの劣化特性等を国際会議に発表した。拡大進化し続ける高度情報化社会では、将来そのバックボーンを形成する光情報通信ネットワークにエクサビット毎秒(Ebit/s)級の超大容量性が要求される。これまでに、光ファイバや半導体光増幅器等のいくつかの非線形光学素子を用いた超高速の光段AND回路等が提案されているが、集積度や安定性、応答速度、雑音特性、効率等の点で十分な性能が得られていない。これらに対して本研究では、擬似位相整合波長分布制御高次非線形光学素子を新たに考案し、これまでの光波長変換やANDに加えて、OR/XORや半加算/半減算、全加算/全減算等の高機能全光超高速広帯域信号処理回路を提案する。最終目標は、スマートな光ノードを備えた新世代高度光ネットワークの構築である。今年度は、これまでの数値解析結果を踏まえて、最適な異常光導波型デバイスを設計し、当該仕様を満たすデバイスを発注した。次に、製作された異常光導波型デバイスの基本特性を測定し、要求性能を満足していることを確認した。これにより、本デバイスを用いた光波長変換器やAND回路に加えて、本計画最重要課題のOR/XOR回路や半加算/半減算回路、全加算/全減算回路の実現可能性が示された。さらに、これらを組み合わせた本計画最難関の複雑大規模論理演算機能の実現も予見された。研究計画遂行により得られた成果は、国内学会や外国開催の国際会議等に発表し、雑誌論文にも掲載した。また、これまでの研究の問題点と改善法を検討し、最終年度の研究の総括と公表に備えた。インターネットを基軸として拡大・進化し続ける高度情報化社会では、将来そのバックボーンを形成する光ネットワークにペタビット毎秒(Pbit/s)級の超大容量性が要求される。これまでに、いくつかの非線形光学素子を用いた超高速光段AND回路等が提案されているが、集積度や安定性、応答速度、雑音特性、効率等の点で十分な性能が得られず、実用には至っていない。本研究では、擬似位相整合(QPM)波長分布制御高次非線形光学素子を新たに考案し、光波長変換やANDに加えて、OR/XORや半加算/半減算、全加算/全減算等の高機能全光超高速広帯域信号処理回路を実現する。最終目標は、インテリジェントな光ノードを備えた新世代高度光ネットワークの構築である。初年度である今年度は、各種QPM波長分布制御ニオブ酸リチウム(LN)ベース全光超高速広帯域信号処理回路に対する詳細な特性解析を行い、次年度以降のデバイスの試作と各種実証実験に備えた。解析は、高機能かつ多機能な論理演算が実現され、更に複雑大規模演算にも対応できるよう、異常光導波型と常光・異常光両導波型の各導波タイプに対してそれぞれQPM波長を2つ持つ2段型から8つ持つ8段型までを対象とした。

具体的には、それぞれの場合に対して信号処理回路としての性能を最大限発揮するための設計論を確立し、動作帯域・速度に応じたデバイス構造パラメータや入力光電力等の最適化を行った。期間延長後の最終年度である平成26年度は、4年間の研究成果全体をまとめ、国内学会や国際会議に発表した。さらに、国際的な雑誌論文への論文投稿を行い、本学オープンキャンパス等にも出展し、広く社会・国民に発信した。また本研究の問題点とその改善法を検討し、研究を更に発展させた。最終的には、これまでの研究と本研究課題で新たに実現された擬似位相整合ニオブ酸リチウムベースの様々な高機能全光超高速広帯域信号処理回路を用いて、新世代の高度光ネットワークの構築を目指す。デバイス研究からシステム研究への技術的波及効果も期待される。光ノードに必須となる全ての超高速広帯域信号処理回路を同種の素子を用いて実現することにより、コスト・環境負荷の低減と同時に高機能化・高性能化を図る試みは、国内外の他の研究開発機関ではなされておらず、極めて独創的で学術的重要性も高いと考えられる。光通信工学申請した研究計画に沿った数値計算には、高度かつ大規模な電子計算機の環境が必須であった。そこで、申請者の研究室でこれまでに整備した電子計算機や所属大学の大型計算機を駆使し、更に新たに整備された高速の並列計算機を最大限活用して解析を行った。以上により、本研究課題の達成度は、現時点ではおおむね当初の研究計画通りに進展している。申請した研究計画に沿った実証実験には、高度かつ大規模な光学実験環境が必須であった。このため、デンマーク工科大学光工学科高速光通信グループに客員研究員として出向し、申請課題に関連した周期分極反転ニオブ酸リチウム光導波路デバイスの高次非線形光学効果を用いた高機能コヒーレント全光超高速広帯域信号処理回路の理論解析と実証実験の研究を行った。この過程で、当該研究計画に沿った光学実験を効果的かつ効率的に実施することができた。以上の理由により、本研究課題の達成度は、現時点ではおおむね当初の研究計画通りに進展していると考えられる。今年度の研究計画に沿った数値計算は、異常光導波型および2つの偏波モードを持つ常光・異常光両導波型に対する導波路解析であるので、高い解析精度を実現するため周波数軸上で行った。更に、最適化するパラメータの数も極めて多く計算が非常に大規模であるため、申請者の研究室でこれまでに整備した電子計算機や所属大学の大型計算機を駆使し、更に新たに整備された高速の並列計算機を最大限利用して解析を行った。以上により、本研究課題は現時点ではおおむね当初の研究計画通りに進展している。最初に、最適設計パラメータを有する異常光導波型デバイスおよび常光・異常光両導波型デバイスを発注する。異常光導波型は高効率動作に軸足をおいた設計で最大1.28テラビット毎秒、常光・異常光両導波型は超高速動作に軸足をおき最大5.12テラビット毎秒で動作するよう分極反転領域長等を設定する。次に、これらのデバイスを用いて、まずは全光超広帯域波長変換回路を実現し、本計画最難関課題のOR/XOR回路や、半加算/半減算回路、全加算/全減算回路、さらにはこれらを組み合わせた複雑大規模論理演算回路を順次実現していく。実験結果は、国内学会や外国開催の国際会議等に発表する。
モデルトマト・マイクロトムを使ったネコブセンチュウ感染機構の研究

植物寄生性ネコブセンチュウ感染に対する宿主植物の応答機構を探るため、本研究ではトマト矮性モデル系統マイクロトムのエチレン非感受性変異系統と共生関連遺伝子発現抑制系統を用いてネコブセンチュウ感染試験を行い、感染に与える影響を調べた。その結果、植物のエチレン感受性がより低いほど、ネコブセンチュウの卵塊形成に対する抑制効果が高いことが分かった。また、共生関連遺伝子発現抑制系統では、ネコブセンチュウ感染が減少することが示された。本研究では、世界的に農作物に甚大な被害を与えているネコブセンチュウの感染機構を分子レベルで解明することを目的とする。植物の根に'permanent feeding site'を形成する菌根菌や根粒菌の共生メカニズムとの相似性に着眼し、共生シグナル経路の鍵遺伝子や関連する植物ホルモンエチレンと、ネコブセンチュウ感染との関係を明らかにする。平成22年度において、下記の通り研究成果を得た。I)エチレン非感受性トマトのネコブセンチュウ感染性の解析マイクロトムのエチレン受容体変異2系統を用いて、感染実験を行った。両系統は異なる変異アリルを有し、エチレン感受性のレベルが異なる。感染実験の結果、エチレン受容体変異系統では野生型と比較して卵塊形成数が著しく減少し、その度合いは感受性レベルに依存することが示された。II)共生シグナル経路鍵遺伝子の発現抑制系統を用いた感染性の解析毛状根RNAi法により共生シグナル経路の遺伝子の発現抑制系統を作出し、ネコブセンチュウ感染実験を行った。その結果、2系統で空ベクター形質転換コントロールと比較してゴール形成数が有意に減少する結果を得た。以上の結果から、ネコブセンチュウ感染にはエチレンシグナル伝達経路が必要であること、また共生システムを何らかの形で利用している可能性があることが示唆された。これらは新しい知見であり、今後感染機構を理解し、農業に役立つ安全で持続的な抵抗性を獲得することに貢献できる。植物寄生性ネコブセンチュウ感染と共生シグナル伝達系との関連を調べるため、平成23年度にはモデルトマトマイクロトムのSYMRK-RNAi系統を作出し、ネコブセンチュウ感染実験を行った。発現抑制の度合いが高かった系統と野生型マイクロトムを用いて、感染4週間後のゴール形成数を比較した。感染実験は独立して3回以上行った。根あたりのゴール形成数は野生型で3.4±0.7個であったのに対して、RNAi系統では1.3±0.5個と有意に減少していた。ゴール内でのネコブセンチュウの発達段階を観察したところ、野生型ゴール内ではJ4ステージの雌成虫が確認できたが、RNAi系統ゴール内では雌成虫は存在せず、発達が途中で止まっている様子が見られた。更に、共生シグナル伝達系の他の遺伝子の関連について、毛状根形質転換法を用いて調べた。マイクロトムCASTOR-,POLLUX-RNAi毛状根では、ベクターコントロールと比較して感染4週間後のゴール形成数がそれぞれ72%、43%減少していた。以上の結果から、共生シグナル伝達系抑制系統では、ネコブセンチュウ感染が減少することが示された。また、J4ステージの雌成虫がRNAi系統では見られなかったことから、発達への影響も示唆された。このことは、卵嚢が著しく減少している可能性を示しており、今後確認が必要である。本研究によって、共生シグナル伝達系とネコブセンチュウ感染との関連を示す新たな知見が得られた。今後農業分野での応用が期待される。
コンピュータ使用によるマルチメディア教材―音楽心理学概論のための教材作成を例として―

研究代表者が従事する心理学教育においては視聴覚教材を用いた講義や実験実習の実施が極めて効果的である。特に,音楽心理学の基礎教育では,文字や図表のほかに音響,映像など多くのメディアにわたる教材を用いる必要がある。コンピュータの持つ,マルチメディア機能,ランダムアクセス機能,呈示装置としての可搬性,操作の統一性と単純性,資料収容量の豊富さなどの特色を最大限利用した音楽心理学の教材開発が望まれる。筆者が大学において音楽心理学の講義を20年以上続けてきた過程で収集し作成してきた教材は多数にのぼる。それらの蓄積を基にして音楽心理学概論用マルチメディア教材の試作品を完成した。3ケ所の大学における今年度の授業において本教材を用い,受講者に対して教材に関するアンケート調査を行った。その結果明らかになった問題点,ならびに,講義者の立場からみた教材としての使いやすさに関する問題点を検討しつつ改善を重ねた。講義の進行にあわせて教材を迅速に提示するためのデザインはまだ改善の余地があるが,今年度の完成版を講義者用としてCD-ROMのかたちで作成した。汎用性を考慮してHTML文書で教材ファイルを作成し,今後のインターネットによる遠隔授業や受講者の予習・復習の教材としても利用可能なように配慮した。現在,研究代表者のホームページに本教材の一部を搭載し,受講者が授業中に用いる手許資料として,あるいは,予習・復習の教材として利用できるように準備を進めている。その教育効果については来年度の授業において検討する予定である。
リドルドベイスンとカオスの制御を用いたニューラルネットワークの高機能化

本研究は、リドルドベイスンおよびカオスの制御手法を連想記憶などのニューラルネットワーク情報処理システムの高機能化に利用することを目的として、2年計画で遂行した。平成10年度は、9年度に引続き、連想記憶システムの疑似記憶解消手法の提案を主目的とした遅延フィードバック制御の解析・改良とリドルドベイスンの制御手法の開発、それに加え、カオス的最急降下法におけるカオス制御への遅延フィードバックの適用に関する研究を行ない、以下に要約するような成果を得た。(1)リドルドベイスンの制御の基本となるカオス制御の手法として、最も簡便で有効な手法である遅延フィードバック制御法に着目し、その改良版として前年度開発した半周期遅延フィードバック法をさらに一般の対称性を持つシステムに適用可能にすべく拡張し、ローレンツ系において従来不可能であった周期軌道の安定化に成功した。(2)カオス的最急降下法による非線形関数の最小値探索問題の求解において、遅延フィードバックによりカオスを制御することにより、局所的最小を回避する確率を高める手法を考案し、数値実験によりその有効性を確認した。(3)リドルドベイスンの測度を遅延フィードバックおよび線形制御を用いて制御する手法を提案し、ともに不安定周期軌道の安定性を変化させることにより、リドルドベイスンの測度を大幅に変化・制御できることを数値実験により明らかにした。これにより、前年度開発した連想記憶における疑似記憶の解消方式をより効率よく動作させうる見通しを得た。以上の成果により、リドルドベイスンおよびカオスの制御により、ニューラルネットワークによる連想記憶機能および非線形関数の最小値探索問題求解能力を向上させることが可能となった。本研究は、リドルドベイスンおよびカオスの制御手法を連想記憶などのニューラルネットワーク情報処理システムの高機能化に利用することを目的として、2年計画で遂行している。平成9年度は、リドルドベイスンの制御手法の基礎的検討と、連想記憶システムの疑似記憶解消手法の提案を主目的として研究を行ない、以下に要約するような成果を得た。(1)リドルドベイスンの制御の基本となるカオス制御(カオスアトラクタに含まれる不安定周期軌道を安定化させる手法)の調査・検討を行った。種々のカオス制御手法のうち、最も簡便で有効な手法である遅延フィードバック制御法(Delayed Feedback Control;以下、DFCと略す)に着目し、その安定性を数理的に考察した。その結果、「実かつ1を超える特性乗数を奇数個もつ周期軌道は安定化できない」という制約がDFC法に伴うことを証明し、さらに、この制約は過去に提案されているDFCの改良法では解消不可能であることも指摘した。この結果をふまえ、ある種の対称性をもったシステムに適用可能な「半周期遅延フィードバック法」を提案し、上記制約を部分的にではあるが解消できることを示した。(2)リドルドベイスンのファットフラクタル性を定量化する指標として、ファットネス指数とキャンセレーション指数の二つを取り上げ、その数値計算手法を確立した。(3)リドルドベイスンの制御による連想記憶システムの疑似記憶を解消する手法の原理実験として、二つの極小点を持つ相互結合ニューラルネットワーク力学系において、局所最小点(疑似記憶に相当)をカオス化し、さらにそれを制御する数値シミュレーションを行ない、すべての軌道を大域最小点に収束させうることを確認した。
腸内環境が唾液の質と感染防御をつかさどる：大腸が唾液中IgAに与える効果の解明

昨年度の研究で、高脂肪食摂取により唾液中IgA分泌速度を増加させるフラクトオリゴ糖の効果が消失する可能性を明らかにした。今年度この実験のラット血清中IgG濃度を測定したところ、脂肪添加含量の違いの影響が認められた。高脂肪食摂取が全身的な免疫低下を起こし、唾液中IgA分泌速度に関与する可能性が示された。現在顎下腺チロシンヒドロキシラーゼ染色を行い、交感神経と唾液中IgA分泌速度の関係について、組織の面からも解析を行っている。昨年度の研究成果を受けて、今年度は糖尿病と運動が盲腸内容物IgAと顎下腺IgA濃度に与える影響を見るためのプレ実験を行った。糖尿病モデルラットOLETFとそのコントロールLETOを使用し、7週令から1週間予備飼育後に、LETO群、OLETF群、OLETF自発運動群の3群に分け、OLETF自発運動群は回転ケージで飼育した。16週後に顎下腺、血清、盲腸組織、盲腸内容物を採取し、顎下腺、盲腸内容物、血清IgA濃度をELISA法で測定した。顎下腺組織IgA濃度は群間の違いが認められた。LETO群に比較してOLETF群・OLETF自発運動群で低値が認められたが、OLETF群とOLETF自発運動群との間に差は認められなかった。血清中IgA濃度は群間の違いが認められ、顎下腺組織IgA濃度と血清中IgA濃度との間には正の相関が認められた。盲腸内容物中IgA濃度は群間の差が認められた。盲腸内容物中IgA濃度は、OLETF自発運動群でLETO群・OLETF群に比較して高値が認められたが、LETO群とOLETF群の間には差は認められなかった。顎下腺IgA濃度と盲腸内容物中IgA濃度との間には相関が認められなかった。糖尿病発症により顎下腺IgA濃度が低下する可能性が示された。また糖尿病を発症している場合は自発運動の有無では顎下腺組織IgA濃度に変化はみられない可能性が示された。交付申請書に記載した研究計画のうち、1.ラットに高脂肪食を摂取させ、盲腸内の代謝産物とIgAの増減、唾液中IgAの増減を解析、2.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を同時摂取させ、盲腸内代謝産物と唾液中IgAの増減を解析、3.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取させ、それぞれが自律神経に与える影響を解析、まではほぼ終わっている。4.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取させ、顎下腺の形質細胞数とpIgRの増減を解析は、次年度中に行うことが可能である。5.ラットの血中に短鎖脂肪酸を投与し、唾液中IgAの増加と顎下腺形質細胞数とpIgRを解析、は今年度ラットの皮下に浸透圧ポンプを埋め込み、継続的にラット血中に短鎖脂肪酸を投与する実験を行ったが、うまくいかなかった。現在ラットに短鎖脂肪酸を添加した水を摂取させることで、ラットの血中短鎖脂肪酸濃度を上げて唾液中IgA分泌速度の変化を見る動物実験を進行中である。高脂肪食摂取による肥満が発症原因の一つとされる糖尿病が唾液腺に与える影響を確認するためのプレ実験も行うことができ、将来の実験につなげることができた。現在交付申請書内「平成31年度の研究実施計画」に記載した、「5.ラットの血中に短鎖脂肪酸を投与し、唾液中IgAの増加と顎下腺形質細胞数とpIgRを解析」する動物実験が、ラットに短鎖脂肪酸を添加した水を摂取させる方法で進行中である。次年度はこの実験を終了させ、さらにラットに交感神経刺激薬を継続投与することによる唾液中IgA分泌速度の変化を見る予定である。これらのデータを次年度中に論文にまとめて投稿する予定にしている。高脂肪摂取と難消化性糖類摂取が盲腸内容物中IgA濃度と唾液中IgAレベルに与える影響を解明するため、ラットにラード6%配合飼料(低脂肪無繊維)、ラード6%+フラクトオリゴ糖3%配合飼料(低脂肪フラクトオリゴ糖添加)、ラード22%配合飼料(高脂肪無繊維)、ラード22%+フラクトオリゴ糖3%配合飼料(高脂肪フラクトオリゴ糖添加)、の4種の特殊飼料を10週間摂取させ、盲腸内容物中IgA濃度、盲腸内容物中pH、血清中IgA濃度、唾液中IgA分泌速度、顎下腺組織中チロシンヒドロキシラーゼ濃度を測定した。二元配置分散分析で解析した結果、唾液中IgA分泌速度については、脂肪添加含量の違いとフラクトオリゴ糖添加の有無の交互作用が認められ、低脂肪フラクトオリゴ糖飼料摂取群において他群と比較して高値が認められた。唾液中IgA分泌速度は血清中IgA濃度との間に正の相関が認められた。血清中IgA濃度についてはフラクトオリゴ糖添加の有無の影響が認められなかったが、脂肪添加含量の違いの影響が認められた。顎下腺組織中チロシンヒドロキシラーゼ濃度は低脂肪フラクトオリゴ糖飼料摂取群において他群と比較して高値が認められた。以上の結果から、低脂肪の場合は唾液中IgA分泌速度を増加させるフラクトオリゴ糖の効果が表れるが、高脂肪摂取の場合はその効果が消失する可能性が示された。また唾液中IgA分泌速度の増加には交感神経活性化が関与している可能性が示された。

今までの研究内容と合わせて考えると、唾液中IgA分泌速度の増加にはフラクトオリゴ糖摂取により産生された短鎖脂肪酸だけでなく、食事中の脂肪添加含量の違いも関与している可能性が示された。この実験結果をもとに論文を作成する予定である。今後は短鎖脂肪酸をラット血中に直接投与した場合の唾液中IgA分泌速度を明らかにする予定である。申請書に記載した研究計画のうち、1.ラットに高脂肪食を摂取させ、盲腸内の代謝産物とIgAの増減、唾液中IgAの増減を解析、2.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を同時摂取させ、盲腸内代謝産物と唾液中IgAの増減を解析、までの実験は行うことができた。4.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取させ、顎下腺の形質細胞数とpIgRの増減を解析、5.ラットの血中に短鎖脂肪酸を投与し、唾液中IgAの増加と顎下腺形質細胞数とpIgRを解析、の実験を次年度中に行う準備を進めているところである。昨年度の研究で、高脂肪食摂取により唾液中IgA分泌速度を増加させるフラクトオリゴ糖の効果が消失する可能性を明らかにした。今年度この実験のラット血清中IgG濃度を測定したところ、脂肪添加含量の違いの影響が認められた。高脂肪食摂取が全身的な免疫低下を起こし、唾液中IgA分泌速度に関与する可能性が示された。現在顎下腺チロシンヒドロキシラーゼ染色を行い、交感神経と唾液中IgA分泌速度の関係について、組織の面からも解析を行っている。昨年度の研究成果を受けて、今年度は糖尿病と運動が盲腸内容物IgAと顎下腺IgA濃度に与える影響を見るためのプレ実験を行った。糖尿病モデルラットOLETFとそのコントロールLETOを使用し、7週令から1週間予備飼育後に、LETO群、OLETF群、OLETF自発運動群の3群に分け、OLETF自発運動群は回転ケージで飼育した。16週後に顎下腺、血清、盲腸組織、盲腸内容物を採取し、顎下腺、盲腸内容物、血清IgA濃度をELISA法で測定した。顎下腺組織IgA濃度は群間の違いが認められた。LETO群に比較してOLETF群・OLETF自発運動群で低値が認められたが、OLETF群とOLETF自発運動群との間に差は認められなかった。血清中IgA濃度は群間の違いが認められ、顎下腺組織IgA濃度と血清中IgA濃度との間には正の相関が認められた。盲腸内容物中IgA濃度は群間の差が認められた。盲腸内容物中IgA濃度は、OLETF自発運動群でLETO群・OLETF群に比較して高値が認められたが、LETO群とOLETF群の間には差は認められなかった。顎下腺IgA濃度と盲腸内容物中IgA濃度との間には相関が認められなかった。糖尿病発症により顎下腺IgA濃度が低下する可能性が示された。また糖尿病を発症している場合は自発運動の有無では顎下腺組織IgA濃度に変化はみられない可能性が示された。交付申請書に記載した研究計画のうち、1.ラットに高脂肪食を摂取させ、盲腸内の代謝産物とIgAの増減、唾液中IgAの増減を解析、2.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を同時摂取させ、盲腸内代謝産物と唾液中IgAの増減を解析、3.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取させ、それぞれが自律神経に与える影響を解析、まではほぼ終わっている。4.ラットに高脂肪食・難消化性糖類を摂取させ、顎下腺の形質細胞数とpIgRの増減を解析は、次年度中に行うことが可能である。
Ｘ線自由電子レーザーを用いた光子光子散乱の測定

光子光子散乱実験を発展させるアプローチとして、固体結晶中の強電場を構成する仮想光子とX線を用いた新粒子探索実験に関し研究を行った。結晶中電場の仮想光子とX線を衝突させると、素粒子標準理論を超える物理から予言される未知粒子の一つであるアクシオン様粒子(ALP)が存在する場合、X線がALPに変換される可能性がある。本研究では結晶による変換を、ALP質量を考慮・X線動力学的回折理論を用いて初めて厳密に計算し、X線放射光施設にてALP探索実験を行った。実験セットアップは以下の様になる。シリコン単結晶から二枚の薄い刃を削り出したチャンネルカット結晶に、X線ビームを照射する。刃内で変換されたALPを遮光壁に通し、変換されなかったX線を除いた後二枚目の刃でX線に逆変換し検出器で測定する。壁越しに光子が伝播する事象を探索する手法は、ALPの地上探索実験に用いられてきたが、この実験手法は光子・ALPの変換に先行実験の様な磁場でなく電場を用いている点が新しい。また、探索するALP質量は入射X線の結晶に対する入射角に依存し、磁場を用いた場合と異なり結晶を回転させるだけで簡単に掃引することが可能である。探索質量は入射角を大きく取ることで最大1keVまで大きくすることができ、先行実験では効率的に探索されてこなかった重たいALPを探索できる。この実験手法を用いて、SPring-8 BL19LXUビームラインにて2017年10月にビームタイムを取得し実験を行った。この実験では有意な信号を得ることは残念ながらできなかったが、得られた結果から、重たいALPに対して地上実験としては最も厳しい制限を課すことができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。以前2013年(平成25年)に理化学研究所SACLAで行った概念実証実験では, X線領域における初の光子光子散乱断面積制限を与えたが,実験感度が低くルミノシティの向上が課題となっていた.概念実証実験の知見を活かし,最適化した実験セットアップでの測定を当該年度で実施した.本研究の実験セットアップは, SACLAからのX線をSi完全結晶の刃からなるX線ビームスプリッターでのラウエ型X線回折により分割し,交差するというものである.回折効率は薄い刃を使用すると高くなる.前実験では加工の容易な厚さ0.6mmのものを使用していたが,本測定では加工限界に近い厚さ0.2mmのものを設計して使用した.これにより回折効率が向上し感度が大幅に向上する.また,ラウエ型X線回折には刃の厚さに比例してビーム幅が広がるという性質があり,薄い刃の使用はこの点でも感度の向上に寄与する.迷光X線はバックグラウンドになりうるため,実験に使用する真空チェンバー中にコリメータを配置してそのパスを制限する. 2013年の実験ではトレランスが低く,チェンバーの仰角調整に時間を要し測定時間を短くせざるを得なかった.本測定ではビームスプリッターを大型化しチェンバー系のスケールを大きくすることによりトレランスを増やし,チェンバー仰角のアラインメントを自動ステージで行うことによって,測定時間の長期化に成功した.また、SACLAの光源性能が大幅に向上しており,ビーム強度の増加/線幅の縮小/ビーム繰り返しの増加によりルミノシティがゲインしている.以上のような要因から,本測定では2013年の測定に比べ3桁もの感度向上を達成した.この結果は先行実験と全く異なるエネルギー領域での制限である点が重要である.本結果は物理学会第71回年次大会で發表され,現在この実験結果に関する論文執筆を進めている.最適化した実験セットアップを用いた測定が成功裏に終わり,大幅な感度向上を達成した.現在大幅にセットアップを変更した,二色発振を利用した実験の設計を行なっており,光学系の最適化や測定方法の選定等を着実に進めている.2015年後期にX線施設SACLAにて行った、最適化したセットアップでの光子光子散乱実験の結果について論文発表した。この実験結果は概念実証実験の結果に比べて約3桁の感度向上を達成しており、X線域での最も厳しい断面積制限を課している。実験を発展させるために二つのアプローチを考え、研究を進めている。一つ目のアプローチは、X線よりも高エネルギーの光源を開発するというものである。光子光子散乱断面積は700keV付近にて最大値を取るため、1MeVの輝度の高い光源があれば感度が大幅に向上する。これを目指しイオンビームを用いた高エネルギー光発振技術について、岡山大学量子宇宙研究コアとの共同研究を行い、イオン源を用いた概念実証実験のシミュレーション/設計を行った。もう一つのアプローチは、固体結晶中の強電場を利用するというものである。電場を構成する仮想光子と実光子であるX線を衝突させると、理論から予言される未知粒子の一つであるAxion Like Particle(ALP)が存在する場合、ALPが生成される可能性がある。シリコンの単結晶にX線を入射すると結晶中の仮想光子とX線が散乱を起こし、反射方向にALPが生成される。この現象は光子光子散乱と同型の現象であり、入射X線の片方が仮想光子に、中間状態が実ALPに変わったものと解釈できる。

遮光壁にてX線のみを遮蔽してALPを取り出して二枚目の単結晶に入射させると、ALPからX線への逆変換により信号X線が発生する。この方法では、他のALP探索地上実験に比べ高いエネルギー領域での探索実験が可能である。結晶によるALP生成を提唱した論文に対し、X線動力学的回折理論を利用した厳密な理論計算による補正を行った。現在、光子光子散乱実験にて使用したシリコン結晶を用いた概念実証実験の設計を行っている。X線域での最新の実験について論文発表を行った。この結果はX線域で最も厳しい制限を理論に課している。結晶中電場を用いた仮想光子とX線の衝突実験についてX線動力学的回折理論を用いた厳密な理論計算を進めており、実験の実現に向けたセットアップの設計を着実に行っている。光子光子散乱実験を発展させるアプローチとして、固体結晶中の強電場を構成する仮想光子とX線を用いた新粒子探索実験に関し研究を行った。結晶中電場の仮想光子とX線を衝突させると、素粒子標準理論を超える物理から予言される未知粒子の一つであるアクシオン様粒子(ALP)が存在する場合、X線がALPに変換される可能性がある。本研究では結晶による変換を、ALP質量を考慮・X線動力学的回折理論を用いて初めて厳密に計算し、X線放射光施設にてALP探索実験を行った。実験セットアップは以下の様になる。シリコン単結晶から二枚の薄い刃を削り出したチャンネルカット結晶に、X線ビームを照射する。刃内で変換されたALPを遮光壁に通し、変換されなかったX線を除いた後二枚目の刃でX線に逆変換し検出器で測定する。壁越しに光子が伝播する事象を探索する手法は、ALPの地上探索実験に用いられてきたが、この実験手法は光子・ALPの変換に先行実験の様な磁場でなく電場を用いている点が新しい。また、探索するALP質量は入射X線の結晶に対する入射角に依存し、磁場を用いた場合と異なり結晶を回転させるだけで簡単に掃引することが可能である。探索質量は入射角を大きく取ることで最大1keVまで大きくすることができ、先行実験では効率的に探索されてこなかった重たいALPを探索できる。この実験手法を用いて、SPring-8 BL19LXUビームラインにて2017年10月にビームタイムを取得し実験を行った。この実験では有意な信号を得ることは残念ながらできなかったが、得られた結果から、重たいALPに対して地上実験としては最も厳しい制限を課すことができた。現在の実験感度を更に向上し,量子電磁力学の予言する光子光子散乱断面積に迫るためには現行のセットアップには限界があり,全く新しい実験セットアップを使用することが必要である.そのセットアップとして, SACLAの新しい技術である二色発振を利用したものを使用し設計を進め, SACLAにて再度実験を行う. SACLAの二色発振とは,時間的/空間的/エネルギーの異なるX線パルス二本を同時発振する新しい技術であり,ビームを分割する必要がなくなるため実験の自由度が増え,光子光子散乱のルミノシティを大幅に改善できる.先行/後進パルス同士を交差する為に,先行パルスをSi完全結晶によるブラッグ型X線回折により反射させ,反射ビームに後進パルスを衝突させる.このように衝突ビームの片方を回折させずに衝突させることでルミノシティが大幅に向上し,先行実験に勝る相対感度で光子光子散乱の探索が可能になると考えられる.光子光子散乱に類似した実験セットアップにより、X線を用いた新粒子探索実験を進める。
オオムギ渦赤神力の矮性遺伝子(UZ)の解析

渦赤弾力の短性遺伝子を解析するため、以下の3点を検計した。(1)渦赤神力のC-DNAライブラリ-をつくり、ダイズで得られたβ-1,3-グルカナ-ゼのC-DNAプロ-ブでスクリ-ニングを試みたが、ポジティブなコロニ-は得られなかった。イネ科とマメ科ではGC含量が異ることが原因と思われ、イネ科から得たプロ-ブを使用する必要性のあることが示唆された。(2)並・渦赤神力から生長中の子葉鞘に含まれるmRNAを抽出・精製し無細胞タンパク合成系で、それぞれの翻訳物の比較を行った。両者の翻訳物を二次元電気泳動で展開し、フルオログラムのスポットの比較をしたところ、並で強く発現していて、渦ではほとんど発線していないスポットが、11種類見つかった。この事実は従来から一遺伝子突然多異と思われていた渦の矮性遺伝子座に多数の遺伝子がのっていることを暗示している。また、無細胞タンパク合成系に外からIAAを加え、翻訳活性に影響がでるかを、^<35>Sーメチオニンと^3Hーロイシンを用いて調べた。IAAは渦の翻訳活性に全く影響を与えなかったが、並の場合、^3H-ロイシンのタンパクへの取込みを抑制した。現在この結果は説明できていない。(3)渦の内生IAAの低い原因が、IAA合成経路のどこかの段階での異常であるという観点から、このステップの特定を試みた。両オオムギ系統とも、従来から推察されているL-TrpよりもDpTrPの方がIAAのよい基質であることがわかった。そこでL-TrpからのD-Trpへの変換を融媒するTrpラセマ-ゼ活性に注目した。この酵素の最適pHは並の場合、7.6であったが、渦の場合は9.7以上で、著しくアルカリ側に片よっていることがわかった。この両者の最適pHの違いは、両者の酵素のアミノ酸組成の違いを反映している可能性が高く、この酵素の単離、精製が渦赤神力矮性遺伝子の解析に大きく寄与するものと期待される。渦赤神力(UZU)の矮性遺伝子(UZ)のつりあげのための準備段階として本年度は以下の研究を行った。1)内生オーキシン合成経路の検討すでにUZUは内生インドール酢酸(IAA)量が正常型(並)に較べて低いため細胞の伸長成長が正常におこらないことをつきとめているのでこのIAA生合成経路のどのステップがUZUで抑制されているかをつきとめることはUZ遺伝子のつりあげに重要な基盤を与える。Law(1987)によって提唱されたD-トリプトファン(D-Trp)経路が、UZUにあてはまるかを検討した。UZUと並ではL-Trpの内在量が同じであり、この量がUZUのIAA量低下の原因でないことがわかった。次にD-Trpを与えると、並、UZUともにIAAの合成量が4倍に上昇した。更にこの上昇は、D-アミノトランスフェラーゼの阻害剤D-シクロセリンで完全に抑えられた。

従ってUZUではD-TrpがIAA生合成の直接の基質になっている可能性が極めて高く、L-TrpからD-Trpへの変換酵素トリプトファンラセマーゼ、あるいはD-Trpからインドールピルビン酸への変換酵素D-トリプトファントランスアミナーゼのどちらかの酵素活性に異常があるものと思われる。1)とは別に、子葉鞘の生長がUZU、並でそれぞれ最大の時期を選び、m-RNAを抽出して、C-DNAライブラリーを作った。このライブラリーの中でIAA生合成経路に関与する遺伝子、あるいは生長を直接的に制御する細胞壁多糖類合成・分解酵素をコードした遺伝子を同定するための準備段階が完了した。現在UZUのm-RNAと並のC-DNA間のハイブリッド形成で、UZUに特異的な矮性遺伝子(UZ)が存在するかを検討中である。正常型オオムギ系統並赤神力(並)と、矮性系統・渦赤神力(渦)を暗所で育て、その生葉鞘の成長速度に最も差のでる插種後3日目の子葉鞘からmRNAを抽出・精製したmRNAを用い、コムギ胚芽抽出物の無細胞タンパク合成系で、mRNA翻訳物の比較を行った。翻訳されたタンパクを二次元電気泳動にかけ、そのフルオログラムを比較した結果、並で発現していて渦で発現がほとんどみられないタンパクが11種類存在することがわかった。またこの無細胞タンパク合成系に、外からインド-ル酢酸(IAA)を加え、翻訳活性に直接IAAが作用する可能性を調べた。渦の場合、^<35>S-メチオニンおよび^3H-ロイシンのタンパクへの取込みは、IAAによってまったく影響を受けなかった。しかし、並の場合、^3H-ロイシンの取込みのみが外から与えたIAAによって阻害された。この予想外の結果は現在のところ説明ができない。渦でIAAの合成量の低い原因を酵素レベルでおさえるため、IAA生合成経路の比較を行った。並・渦ともD-トリプトファン(D-trp)からIAAが合成され、D-trp、トランスアミナ-ゼの阻害剤(D-シクロセリン)でこの合成が阻害され、両系統でIAAがL-trpからではなくD-trpから合成されている可能性が示された。そこで、L-trpからD-trpへ変換する酵素、trpラセマ-ゼの酵素活性を、並と渦で比較した。租酵素標品で調べたラセマ-ゼ活性の至適pHは、並では7.6であったが渦では、9.7以上で、著しくアルカリ側にかたよっていることがわかった。この両者の至適pHの違いは、並と渦のラセマ-ゼ酵素のアミノ酸配列に差のあることを反映している可能性が極めて高い。現在、イオン交換、ゲル濾過クロマトグラフィ-などで、trpラセマ-ゼの精製をすすめている。この酵素の単離、およびアミノ酸配列の決定が渦の矮性遺伝子の決定に大きく寄与することが期待される。
原子核におけるガス的クラスター構造、及びクラスターによる量子凝縮状態の研究

原子核における新しい構造形態であるαクラスターによる量子凝縮状態が、^<12>C核の第二O^+状態で実現されていることが明らかになっている。本研究ではその一般的存在の確立を目指して、^<16>O核及び^<11>B核励起状態での存在の可能性を理論的に追求した。微視的模型、半微視的模型を用いた計算により、^<16>O核及び^<11>B核のそれぞれ4α分解閾値、2α+t(トライトン)分解閾値近傍の励起状態に、^<12>C核の第二O^+状態に類似の状態が存在することを明らかにした。原子核の基底状態は通常殻模型的構造を持つことが知られており、密度の飽和性に基づいて液体的構造を有している。これに対し、励起状態にα粒子からなる気体的クラスター構造状態が生じ、更にそれらが最低エネルギー軌道を占有する、α凝縮現象が起こることが最近になって知られるようになった。これは今まで議論されたことのない全く新しい構造であり、現在まで、ホイル状態と呼ばれる^<12>C原子核の第二0^+状態でそのような量子状態が実現されていることが明らかになっている。このような状態を最適に記述するための微視的模型波動関数が知られているが、本研究ではその模型波動関数の有用性をいくつかの核で詳細に調べた。その結果、^<12>Cを含め、^<16>O原子核の励起状態でα凝縮描象が非常によく成り立っていることを、核子間の自由度に基づいて多角的側面から示した。特に^<16>O原子核においては我々が開発した共鳴状態の取り扱う処方箋を用いて、4つのα粒子からなる4α凝縮状態の存在を微視的側面から示した。それと共にその波動関数の性質を一体密度行列等を用いて詳細に調べ、α凝縮度等を定量的に議論した。一体密度行列の定義は、重心自由度を含まない有限系について今まで不十分にしかなされていなかった。有限系でのα凝縮度の評価を正しく行うため、一体密度行列を有限系でいかに定義すべきかの議論を行った。Jacobi座標を用いた定式化を行うことで無限系での定義となめらかに接続されるごく自然な定義が可能であることを示した。1.前年度に引き続き、このような状態を最適に記述する微視的模型波動関数を^<16>O,^<12>C原子核に適用した。α凝縮度の定量的評価等詳細な解析を行い、その結果を論文に纏めた。2.また半微視的模型を用いて、^<11>B原子核励起状態におけるα+α+tからなるガス的構造状態の可能性を調べた。これについても、α凝縮度の評価を中心として、ホイル状態との類似の状態として、α+α+t閾値近傍に2番目(1/2)^+状態が存在しかつ大きな核半径とガス的構造を持っていることを示した。結果を論文に纏めた。3.半微視的模型を用いて、4つのα粒子による4体問題をこれまでより格段に広い模型空間を用意し解く計算コードを開発した。これは^<16>Oにおける4α閾値近傍程度までの励起スペクトルをJ^π≠0^+の状態に対しても再現し、かつ複素回転法等の境界条件を付した研究を行うために必要である。またこれにより従来存在が予言されている4α直線鎖構造状態とガス的構造状態を同時に再現することも可能になると考えられる。計算コードは超並列計算用にチューニングしてあり、今後の発展を望んでいる。
真核生物染色体DNA複製開始機構の生化学的・遺伝学的解析

真核生物染色体DNAの複製開始時に起こると考えられるタンパク質複合体の集合・解離に関わる可能性が高いMcm10の生化学的、遺伝学的解析を行った。変異体を用いた解析の結果、Mcm10は複製開始の初期段階で機能している事が明らかになった。さらに、生化学的解析の結果、Mcm10は細長い形をした形状で、複製開始に関わる既知の因子と直接相互作用する事が明らかになった。平成20年度で得られた成果は大きく分けて下記の2点である。第一に、出芽酵母および分裂酵母Mcm10に関してこれまで発表されていた知見の追試を行った結果、これまで混乱した状況であったMcm10の機能が徐々に整理されつつある点である。この追試は公に発表される事が全くなく、真核生物DNA複製開始機構に携わる研究者らが混乱している現状下で、非常に有益な知見である。第二に、出芽酵母Mcm10と直接相互作用する因子を探索し、同定しつつある点である。これまで、粗抽出液からのプルダウンや酵母2ハイブリッドによる相互作用でMcm10との相互作用因子が推定されていたが、本研究で直接的な相互作用が確認された事で、真核生物Mcm10が染色体DNA複製開始のどの段階で機能しているかが、明らかになりつつある。1.出芽酵母および分裂酵母Mcm10の知見に関する追試Mcm10のPolαのプライマーRNA合成促進効果およびMcm10のプライマーRNA合成活性について検討した。その結果、出芽酵母および分裂酵母何れのMcm10も、これらの活性は検出されなかった。また、酵母Mcm10の多量体形成について検討した結果、出芽酵母Mcm10はこれまでゲル濾過のみの結果から報告されていた巨大なホモ多量体では無く、二量体程度である事が示唆された。さらに、出芽酵母mcm10変異体の表現型について検討した結果、温度感受性デグロン株はG1期からS期への移行に関して野生型との間に違いは認められなかったが、mcm10-1は非許容温度下でS期に進行出来ない事が確認された。2.出芽酵母Mcm10との相互作用因子の探索2.1 Mcm2-7とMcm10との相互作用について精製タンパクを用いて検討した結果Mcm6と直接結合することが明らかになった。2.3出芽酵母Mcm10とPolαとの相互作用を精製タンパク質を用いて検討した結果、出芽酵母酵母Mcm10とPolαとは直接相互作用している事が明らかになった。本研究は、複製開始に必須な因子、特にMcm10の複製開始の諸反応における機能を詳細に明らかにする事を目的に進めている。本年度は下記の項目について行った。1) in vitroDNA複製系の確立:出芽酵母染色体DNA複製に必須な40種類以上の因子を大量かつ容易に精製しうる系を確立し、ほぼ全ての因子の精製を完了した。Mcm2-7複合体については、複合体としての精製法について改良を必要とするが、現在、精製出来た因子については、出芽酵母粗抽出液中に加えて複製開始反応への影響を検討しつつ、精製タンパク質を用いた再構成系の構築を行っている。2) Mcm10機能ドメインの同定:昨年度までに明らかにした、出芽酵母Mcm10のss-およびds-DNAへの結合に関して、Mcm10のDNA結合ドメインを明らかにするため、N末およびC末側を欠失した変異型Mcm10を精製し、filter binding法を用いて検討した。その結果、OB-foldが存在するMcm10の中央領域がss-およびds-DNAの結合に重要である事が明らかになった。またSELEX法を用いて、結合するDNA配列の特異性について検討した結果、DNA配列の特異性は認められなかった。さらに、トリプシンで部分消化を行った結果、OB-foldの外側の領域は、きちんとしたフォールディングをしていない事が示唆された。9月のCSH meetingにて、本研究で昨年度までに行った既報の追試を含めた結果について、討議を行った。
食餌カロリー制限による老化遅延機構:神経内分泌制御におけるレプチンの役割

[緒言]実験動物、特にげっ歯類において、食餌摂取カロリーを適度に制限すると様々な老化現象の発現が遅延し、寿命が延長する。このカロリー制限の抗老化作用に関連する神経内分泌系の変化を引き起こす重要なシグナルとして血漿レプチン濃度の低下に着目し、平成12年度に以下の実験を行った。カロリー制限ラットに対照の自由摂食ラットと同じ血中濃度のなるように、レプチンを皮下から浸透圧ポンプを用い持続的に投与し、視床下部弓状核における各種神経ペプチドの遺伝子発現の変化を検討した。この実験では末梢から投与したため、血中レプチン濃度の予想外の変動など、不確定要素が加わったため、平成13年度は、浸透圧ポンプを用い脳室内に直接レプチンを持続投与し、摂食、体重、脂肪量、代謝のパラメーター、視床下部弓状核における遺伝子発現について検討した。[結果と考察]対照群の自由摂食ラットにレプチンを投与すると、従来の報告に一致して、摂食量の低下、脂肪組織の減少、体重の減少が起こった。カロリー制限ラットでは、摂食量自体はあまり変わらず、体重の減少も有意には起こらなかったが、摂食パターンの変化が起こり、また、褐色脂肪、白色脂肪とも減少した。カロリー制限ラットでは、レプチンに対する反応が自由摂食対照ラットとは異なることが示唆された。現在、視床下部弓状核におけるNeuropeptide Y (NPY)、proopiomelanocortin (POMC)の発現に対する影響、DNAチップを用いた包括的遺伝子発現解析、糖、脂質代謝に関連するパラメータの解析を行っている。[方法]食餌制限群(DR群)には、自由摂食ラット(対照群、AL群)の摂食量の70%を生後6週より与え、生後2224週まで飼育した。神経内分泌系の変化の指標として、脳視床下部弓状核における成長ホルモン分泌刺戟ホルモン(GHRH)、ソマトスタチン(SRIH)、Neuropeptide Y(NPY)、proopiomelanocortin(POMC)、house-keeping geneとして、β-actin,cyclophilinのmRNAを定量的RT-PCR法にて測定した。DR群では血漿レプチン濃度が低下することは以前より確認していたので、この研究では、皮下に埋め込んだ浸透圧ポンプによってレプチンをDR群にAL群と同濃度になるように補充し、視床下部弓状核遺伝子発現の変化を検討した。[結果]食餌制限によって、GHRH-、SRIH-mRNAは低下し、NPY-mRNAは増加した。SRIHは変化しなかった。DR群に2週間レプチンを投与すると、GHRH-mRNAは部分的ながら上昇したが、他の遺伝子発現に有意な変化はなかった。[考察]レプチンの低下は食餌制限にともなう一つのシグナルであるかもしれないが、レプチン単一の補充では、食餌制限にともなう神経内分泌系の変化を対照群の状態にもどすことはできなっかた。来年度は、DNAチップを用いた遺伝子発現解析を行い、その結果から食餌カロリー制限による神経内分泌系の変化をもたらす他のシグナルを類推する。

カロリー制限ラットに対照の自由摂食ラットと同じ血中濃度のなるように、レプチンを皮下から浸透圧ポンプを用い持続的に投与し、視床下部弓状核における各種神経ペプチドの遺伝子発現の変化を検討した。この実験では末梢から投与したため、血中レプチン濃度の予想外の変動など、不確定要素が加わったため、平成13年度は、浸透圧ポンプを用い脳室内に直接レプチンを持続投与し、摂食、体重、脂肪量、代謝のパラメーター、視床下部弓状核における遺伝子発現について検討した。[結果と考察]対照群の自由摂食ラットにレプチンを投与すると、従来の報告に一致して、摂食量の低下、脂肪組織の減少、体重の減少が起こった。カロリー制限ラットでは、摂食量自体はあまり変わらず、体重の減少も有意には起こらなかったが、摂食パターンの変化が起こり、また、褐色脂肪、白色脂肪とも減少した。カロリー制限ラットでは、レプチンに対する反応が自由摂食対照ラットとは異なることが示唆された。現在、視床下部弓状核におけるNeuropeptide Y(NPY)、proopiomelanocortin(POMC)の発現に対する影響、DNAチップを用いた包括的遺伝子発現解析、糖、脂質代謝に関連するパラメータの解析を行っている。
計算機を用いた医用画像の再成とデ-タ圧縮に関する研究

本研究では,医用画像処理における最も重要な課題である.“医用画像の作成"と“医用画像のデ-タ圧縮"の基礎となる画像処理手法を開発することを目的として研究を遂行した結果,次に示す画像処理手法を開発した.1.医用画像の作成手法(1)CT画像のような複数の断面デ-タ間を多面体によって補間し,元の立体を再構成する手法.(2)X線反射強度分布などの複雑な等高線デ-タから,元の3次元物体の像を再生する手法.(3)ヒルベルトスキャンを用いてボリュ-ムデ-タから8分木デ-タ構造を高速に構築する手法.2.医用画像のデ-タ圧縮手法(1)2値ディナ画像を効率良くデ-タ圧縮する手法.(2)同一色によって構成される広い面積の領域が随所に存在する画像に対して特に有効なデ-タ圧縮手法.(3)ヒルベルトスキャンによって大型高解像度画像の走査を高速に実行するための手法.(4)医用画像システムにおけるハ-ドコピ-装置に対して特に適した画像デ-タ圧縮手法.(5)デ-タ圧縮をニュ-ラルネットワ-クを用いて柔軟に行う手法.(6)画像を変形八角などの形状の小領域に分割して復号画像に現れる雑音を低減する手法.(7)不連続な静止画像間を滑らかに内挿して画像を生成し,滑らかな動画像を表示する手法.(8)患者の個人デ-タの暗号化を目的とし,文字を線図形に混入させる手法.本研究では,医用画像処理における最も重要な課題である.“医用画像の作成"と“医用画像のデ-タ圧縮"の基礎となる画像処理手法を開発することを目的として研究を遂行した結果,次に示す画像処理手法を開発した.1.医用画像の作成手法(1)CT画像のような複数の断面デ-タ間を多面体によって補間し,元の立体を再構成する手法.(2)X線反射強度分布などの複雑な等高線デ-タから,元の3次元物体の像を再生する手法.(3)ヒルベルトスキャンを用いてボリュ-ムデ-タから8分木デ-タ構造を高速に構築する手法.2.医用画像のデ-タ圧縮手法(1)2値ディナ画像を効率良くデ-タ圧縮する手法.(2)同一色によって構成される広い面積の領域が随所に存在する画像に対して特に有効なデ-タ圧縮手法.(3)ヒルベルトスキャンによって大型高解像度画像の走査を高速に実行するための手法.(4)医用画像システムにおけるハ-ドコピ-装置に対して特に適した画像デ-タ圧縮手法.(5)デ-タ圧縮をニュ-ラルネットワ-クを用いて柔軟に行う手法.(6)画像を変形八角などの形状の小領域に分割して復号画像に現れる雑音を低減する手法.(7)不連続な静止画像間を滑らかに内挿して画像を生成し,滑らかな動画像を表示する手法.(8)患者の個人デ-タの暗号化を目的とし,文字を線図形に混入させる手法.本研究では、近年その必要性が急速に高まりつつある医用画像処理の〔作成〕と〔デ-タ圧縮〕という、医用画像処理で最も重要な2点に関する研究を行う。本年度は〔作成〕に関する研究を行った。本年度の研究実施計画に沿って、研究成果を列挙する。(1)断面デ-タからの立体の生成と表示:CT(コンピュ-タトモグラフィ)などによって得た人間の頭部や腹部の複数の断層像から、もとの頭部や腹部の立体を再構成する手法を開発した。本手法では、円柱座標系を用いることによって、立体表面の不必要な凹凸の除去を、立体のデ-タ量を増加させることなく行うことができる。また、このようにして作成した立体デ-タを表示する際の3次元デ-タの走査にヒルベルトスキャンを用いる高速化手法を開発した。(2)不連続画像の内挿による連続画像の作成:限られた枚数のレントゲン画像間を内挿することによって、見かけ上、レントゲン画像の枚数を増加させて診断に役立てることを目的として、不連続画像間を内挿する手法を開発した。本手法では、与えられた2枚の不連続画像間の対応点を決定後、コンピュ-タグラフィクスの手法であるテクスチャマッピングの手法を用いることによって、滑らかな内挿を行うことができる。上記の研究成果から、本年度は、当初の計画どおり研究を遂行することができたと考えられる。本研究では,近年その重要性が高まりつつある,計算機を用いた医用画像の処理における2本の柱である,医用画像の“作成"と“デ-タ圧縮"に関する研究を行った.昨年度は医用画像の“作成"に関する研究を行ない本年度は医用画像の“デ-タ圧縮"に関する研究を行った.研究成果を列挙する.<1)画像分割による画像のデ-タ圧縮手法の開発>___ー原画像を格子状のブロックではなく八角形状のブロックに分割して直交変換を行うことによって,圧縮されたデ-タから再現した画像の画質を向上させる手法を開発し,その有効性を確認した.<2)ハ-ドコピ-装置に適した画像のデ-タ圧縮手法の開発>___ー医用画像処理では,診断に医用画像のハ-ドコピ-が必要になる場合が非常に多い.そこで,ここでは将来,医用画像用ハ-ドコピ-装置に内蔵させることを前提としたデ-タ圧縮手法を開発した.

<3)文字デ-タと画像デ-タの融合圧縮手法の開発>___ー患者のカルテなどの文字デ-タを,医用画像中に暗号化して混入することが必要になる場合がある.ここではその基礎手法となる,文字デ-タを線図形中に混入する手法を開発して,画質に与える影響を考察した.<4)不連続画像の内挿による医用動画像のデ-タ圧縮手法の開発>___ー医用静止画像ではなく,臓器の運動状態などの医用動画像をデ-タ圧縮する手法として,一定時間間隔で間引いた複数の画像間を内挿することによって,滑らかな動画像を再現する手法を開発した.上記の研究成果から,本研究の研究目標は十分に達成できたと考える.研究成果のいくつかは学会誌などですでに発表済みであり,未発表分についても順次公表する予定である.