hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無線通信の特質を利用するコーポラティブアドホックネットワークに関する研究

低消費電力かつスケーラブルなネットワーク基盤技術を構築するために,無線通信の特質である電波の全方向放射性を利用してノードが物理層,メディアアクセス制御(MAC)層,ネットワーク層等の各層で協調してネットワークを構成するコーポラティブアドホックネットワークを開発した.具体的には,リレー通信を適用したクロスレイヤプロトコル,受信電力を用いた省電力ルーティング,位置情報を用いたオポチュニスティックルーティング等を開発した.低消費電力かつスケーラブルなネットワーク基盤技術を構築するために,無線通信の特質である電波の全方向放射性を利用してノードが物理層,メディアアクセス制御(MAC)層,ネットワーク層等の各層で協調してネットワークを構成するコーポラティブアドホックネットワークを開発した.具体的には,リレー通信を適用したクロスレイヤプロトコル,受信電力を用いた省電力ルーティング,位置情報を用いたオポチュニスティックルーティング等を開発した.本年度は,以下の項目に関して研究を推進した。(1)位置情報ルーティングの検討本課題では,位置情報を用いたルーティングの基礎性能を明らかにした。位置情報ルーティングは,宛先ノードおよび近隣ノードの位置を利用して,データを転送(フォワーディング)していくだけで宛先ノードまで届ける手法である。ルーチングテーブルの管理等の必要がなく,制御情報量の大幅な削減,ひいてはノードの省電力動作に有効な手法である。本年度は位置情報ルーティングの基礎性能を計算機シミュレーションおよび数学的な理論解析で明らかにすることを検討した。さらにより高度なアンテナであるスマートアンテナの適用も検討した。(2)リレー通信を適用したクロスレイヤプロトコルの検討本課題では,ノードの協調形態のひとつであるリレー通信の適用を検討した。提案手法は,受信者が観測した受信電力に応じて,直接通信とリレー通信の二つのシーケンスを適応的に利用することで,高いスループットを得られることを計算機シミュレーションで明らかにするものである。本年度は,クロスレイヤプロトコルの詳細を設計し,提案プロトコルを計算機シミュレーション上に実装し,性能評価を行うことで有功性を明らかにした。(3)受信電力を用いた省電力ルーティングの検討本課題では,無線物理層の受信電力をネットワークレイヤで用いるクロスレイヤ型のルーティングプロトコルを検討し,評価結果より,従来手法と比較して最大1/20の送信電力で経路選択できることを明らかにした。本年度は,以下の項目に関して研究を推進した.1.オポチュニスティックルーティングの検討本課題では,昨年度検討した位置情報を用いたルーティングを拡張し,位置情報に限らずアドレス情報等を用いてノードの省電力性およびネットワークのロバスト性を高めるオポチュニスティックルーティングについて検討した.本年度は,周辺ノードがオーバーピアした情報を活用し,情報を受信できたノードが次の情報の転送を担う基本方式を考案し,特性を計算機シミュレーションで明らかにした.2.指向性アンテナの利用の検討本課題では,無指向性アンテナの全方向放射性の利点を失うことなく指向性アンテナの高利得による高ビットレート選択と干渉除去効果を活用するより複雑なアンテナ指向性の利用を検討した.ここでの指向性アンテナとは,アンテナの指向性を電子的に自由に制御可能なスマートアンテナのことである.シミュレーションで性能評価した結果,マルチレート環境でより高いビットレートの選択が可能になることを示した.3.各種クロスレイヤプロトコルとその活用技術の検討本課題では,無線物理層の各種情報を上位層で活用するクロスレイヤプロトコルを検討し,その活用手法を検討した.具体的には,ネットワークコーディング,センサネットワークの省電力化,メッシュネットワークの高効率化に対し,複数ノードが広い意味で協調してネットワークを構築する各種手法について検討した.
CDMにおけるホスト国の持続可能な発展の条件に関する研究

本研究の目的は、CDMプロジェクトの活用を妨げる要因としてホスト国における不確実性問題や取引費用の問題を取り上げ、ホスト国の観点からCDMの利用を促すための制度設計を構築することであった。具体的には、第1に、ホスト国の持続可能な発展に寄与することの客観的かつ検証可能な指標を構築することであり、第2に、CDMプロジェクト実施においてホスト国との交渉で発生しうる取引費用を安くできるような制度設計を構築することであった。1年目の2005年度は、日本と韓国で実際に行われた「ウルサン化学HFC23熱分解事業」を調査することにより、ホスト国である韓国の持続可能な発展にどのような貢献をしたか、またプロジェクトの実施に伴って発生する取引費用に関するデータが得られた。2年目の2006年度は、CDMプロジェクトの活用によりホスト国である発展途上国の持続可能な発展を促すための方法として、CDMプロジェクトの評価枠組みが必要であることを明らかにした。具体的な評価枠組みとしては、既存の社会的費用便益分析の枠組みを拡張し、所得分配や地域格差問題などを考慮できるような評価枠組みを提案した。特に、中国でCDMプロジェクトを実施する場合は、中国国内の深刻な問題の一つである地域格差問題を考慮して立地選定を行う必要があることを明らかにした。すなわち、同一のCDMプロジェクトであっても実施される立地によって中国の持続可能な発展への貢献度が異なる。最終年度の2007度度は、CDMプロジェクト実施において発生する取引費用やリスクを緩和するための方法としては、国家、自治体、NGOなどさまざまなレベルにおいて協力関係を構築することが重要であることを明らかにし、新たなガバナンス構築に関する論点を提示しながらそのあり方を模索した。そのため、日韓環境共同体という側面から、地球温暖化防止のための協力関係の構築の可能性を考察した。以上のような研究成果により本研究の当初の目的であった持続可能な発展を評価する枠組みおよびCDMプロジェクトのリスクや取引費用問題への対応に関してある程度の成果を挙げたことになる。1年目の2005年度は、日本と韓国で実際に行われた「ウルサン化学HFC23熱分解事業」を調査することにより、ホスト国である韓国の持続可能な発展にどのような貢献をしたか、またプロジェクトの実施に伴って発生する取引費用に関するデータが得られたことは大きな成果である。また、同プロジェクトを追加性や持続可能な発展への影響を考慮しながら詳細に分析し、事業全体についても評価を行った。結論的には、ウルサンCDMプロジェクトは日韓の環境分野における協力の可能性を大きく発展させたにもかかわらず、事業対象がHFC23であったため、地球温暖化全体の議論から見ると必ずしも望ましいとはいえない事業であった。このような問題を解決するためには、投入資金あたりのCERの獲得量が多いかつ同国内で同様なプロジェクトの対象施設が限られている場合(たとえばHFC23回収・熱分解事業)は、その収益の一部をホスト国の同様な施設に再投資して温室効果ガス事業を行うことが必要である。この場合、CDMプロジェクトして認定され、CERを獲得できるのは1つあるいは2つの対象施設に制限される。そのためには投資国の企業からの完全な技術移転とホスト国あるいはCDM基金からの追加的な資金の投資も必要である。最後に、CDMプロジェクト実施において発生する取引費用やリスクを緩和するための方法としては、国家、自治体、NGOなどさまざまなレベルにおいて協力関係を構築することが重要であることを明らかにした。そのため、日韓環境共同体というイ財面から、地球温暖化防止のための協力関係の構築の可能性を考察した。

以上のような研究成果により本研究の当初の目的であった持続可能な発展を評価する枠組みおよびCDMプロジェクトのリスクや取引費用問題への対応に関してある程度の成果を挙げたことになる。本研究の目的は、CDMプロジェクトの活用を妨げる要因としてホスト国における不確実性問題や取引費用の問題を取り上げ、ホスト国の観点からCDMの利用を促すための制度設計を構築することであった。具体的には、第1に、ホスト国の持続可能な発展に寄与することの客観的かつ検証可能な指標を構築することであり、第2に、CDMプロジェクト実施においてホスト国との交渉で発生しうる取引費用を安くできるような制度設計を構築することであった。1年目の2005年度は、日本と韓国で実際に行われた「ウルサン化学HFC23熱分解事業」を調査することにより、ホスト国である韓国の持続可能な発展にどのような貢献をしたか、またプロジェクトの実施に伴って発生する取引費用に関するデータが得られた。2年目の2006年度は、CDMプロジェクトの活用によりホスト国である発展途上国の持続可能な発展を促すための方法として、CDMプロジェクトの評価枠組みが必要であることを明らかにした。具体的な評価枠組みとしては、既存の社会的費用便益分析の枠組みを拡張し、所得分配や地域格差問題などを考慮できるような評価枠組みを提案した。特に、中国でCDMプロジェクトを実施する場合は、中国国内の深刻な問題の一つである地域格差問題を考慮して立地選定を行う必要があることを明らかにした。すなわち、同一のCDMプロジェクトであっても実施される立地によって中国の持続可能な発展への貢献度が異なる。最終年度の2007度度は、CDMプロジェクト実施において発生する取引費用やリスクを緩和するための方法としては、国家、自治体、NGOなどさまざまなレベルにおいて協力関係を構築することが重要であることを明らかにし、新たなガバナンス構築に関する論点を提示しながらそのあり方を模索した。そのため、日韓環境共同体という側面から、地球温暖化防止のための協力関係の構築の可能性を考察した。
マウス卵巣及び子宮において概日リズム的に発現し、妊孕性に関わる遺伝子の特定

本研究から、マウスの卵巣において、全発現遺伝子の1/10以上の転写を制御する時計遺伝子群が発現量に日周性が観察されることが示された.また時計遺伝子群は胞状卵胞と黄体に強く局在しており、排卵やホルモン分泌などの機能が概日リズム的に制御される可能性が示された.一方卵子と初期胚にも時計遺伝子群は発現していたが、その発現量は一定であり、概日リズムの形成とは異なる働きをすると考えられた.本研究から、マウスの卵巣において、全発現遺伝子の1/10以上の転写を制御する時計遺伝子群が発現量に日周性が観察されることが示された.また時計遺伝子群は胞状卵胞と黄体に強く局在しており、排卵やホルモン分泌などの機能が概日リズム的に制御される可能性が示された.一方卵子と初期胚にも時計遺伝子群は発現していたが、その発現量は一定であり、概日リズムの形成とは異なる働きをすると考えられた.本年度はマウス卵巣において概日リズム的に発現する遺伝子の特定を行った。この検討にあたり、マウスの様々な組織や細胞において概日リズム的な発現が報告されている、時計遺伝子群(bmal1,cry1,cry2,per1及びper2)と、時計遺伝子群に発現が制御され、概日リズム的発現を呈する遺伝子群(wee1,vegf)の卵巣における発現プロファイルをreal-time PCR法を用いて解析した。その結果、時計遺伝子群とwee1が、性周期の全てのステージ(発情前期、発情期、発情休止期)において、概日リズム的に発現することが観察された。またvegfは、発情前期と発情期の卵巣において、概日リズム的な発現を示すことが観察された。さらに現在、時計遺伝子群とwee1,vegfのmRNAの卵巣内局在を検討しており、今までにper2のmRNAが卵巣内のすべての細胞に存在することを確認した。近年の報告から、時計遺伝子群はマウスやヒトなどの肝臓や腎臓、皮膚、骨格筋などの様々な臓器や組織において概日リズム的に発現し、下流に数千の遺伝子の転写を制御することによって、各臓器や組織の機能の制御に関わると考えられている。本研究の結果より、卵巣においても時計遺伝子群が概日リズム的に発現することが示され、卵巣機能の制御に関わる可能性が示唆された。またwee1は細胞周期進行、vegfは血管新生に関わる遺伝子であり、卵巣機能に重要な卵胞の細胞(顆粒層細胞)の増殖や、卵胞の血管新生に概日リズムが関わる可能性も示唆された。1.昨年度に引き続き、マウス卵巣で発現量の増減に概日リズムが見られる遺伝子の特定を行なった。本年度は、マウス肝臓で概日リズム的な発現を示し、細胞周期のS期の形成と進行に関わるcyclinDとc-mycについて、卵巣での発現プロファイルをRT real-PCR法により解析した。その結果、これらの遺伝子の発現に周期性はなく、卵巣の細胞におけるS期の形成と進行に概日リズムの関与は薄いと考えられた。2.昨年卵巣で概日リズム的に発現する遺伝子として、全発現遺伝子の10%の転写制御に関わる時計遺伝子群(bmal1, per1, per2, per3, cry1, cry2)を同定した。本年度はこれらのmRNAが胞状卵胞と黄体に強く局在し、卵にも微弱ながら局在していることをin situ hybridization法により明らかにした。さらに、胞状卵胞の無い2週齢マウスの卵巣に時計遺伝子群の周期的な発現はなく、PMSG処理で人為的に胞状卵胞を形成させ、その後hCGで処理すると、時計遺伝子群の周期的発現が起こることを確認した。これらの結果から、時計遺伝子群が胞状卵胞や黄体で周期的に発現し、排卵やホルモン分泌のタイミングの制御に関わる可能性が示された。また卵子と受精卵についても時計遺伝子群の発現を経時的に観察し、これらの細胞にbma11及びcry1のmRNAは多く含まれているが、その量に周期的変動が見られないことを認めた。そのため時計遺伝子群は、卵子と受精卵において、概日リズムとは無関係にその機能を制御すると考えられた。また卵子のCRY1をsiRNA法により抑制すると、核成熟が遅れる傾向が観察されたため、時計遺伝子群の核成熟の機序への関与が示唆された。
利得スイッチングによる半導体量子構造レーザからの短光パルス発生

ファブリペロー型InGaAs量子井戸レーザ、ファブリペロー型GaAs量子井戸レーザ、VCSEL型InGaN量子井戸レーザのパルス光励起による利得スイッチング計測の室温実験を行った。高感度・高速のフォトダイオード検出器、高速オシロスコープに加え、さらに時間分解能の高い、ストリークカメラ計測や、カーゲート計測、オートコリレーション計測を適用し、利得飽和効果を含む非線型利得モデルを用いたレート方程式シミュレーションを行い、実験データの解釈を定量的に行った。高速光通信用の1550nm波長帯InGaAsP系DFB単一モードレーザダイオードを、高速電気パルサーとアンプを用いて電流励起し、利得スイッチングにより高速パルスを発生する実験を行った。エルビウムドープ光ファイバ光増幅器およびエッジフィルタ・バンドパスフィルタを用いて、スペクトルスライスによる短パルス発生の実験を行い、論文発表を行った。100周期T型量子細線構造試料の発光励起スペクトル測定結果について、隣接した量子井戸の励起子イオン化状態に対応する連続吸収状態吸収強度を吸収強度の標準として用いることにより、1次元励起子の吸収断面積を定量評価することに成功し、ここから励起子固有輻射寿命を得て、独立評価した励起子の蛍光寿命の温度依存性計測により得た励起子固有輻射寿命の導出とのコンシステンシーを見出した。これらを通じて、1次元励起子に関するアインシュタインのA-B係数関係についての基礎理論の構築を達成し、論文投稿を行った。量子細線や量子井戸に対して短パルスでの光励起や電流注入を行って、利得スイッチングによる短パルス発生を実現し、その高速応答性限界やピーク強度限界を調べようとしている。当該研究グループでは、高品質の量子細線および量子井戸レーザーの基礎研究、特にへき開再成長法という方法を用いて作製される「T型量子細線」というクリーンで制御性が高い1次元量子構造を活性層に用いた、ユニークな低次元半導体レーザの作製とその基礎物理研究の実績がある。クリーンな量子細線と量子井戸の両方に対して、光や電流を用いた短パルス励起を行って、その際に得られる出力光の時間応答を計測し、利得スイッチや超放射などの機構による短パルス発生や高速応答性限界の次元依存性を明らかにすることを目的としている。H22年度は、量子細線の時間分解発光計測によるキャリア寿命の温度依存性測定とその解析を進め、1次元励起子吸収強度との関係を調べた。これを通じて、量子細線におけるアインシュタインA係数B係数の比較研究を完成させ、振動子強度の定量評価が達成できた。多成分フィッティングにより、初期緩和時間やキャリア拡散時間の評価も行った。InGaAsおよびGaAs量子井戸レーザのパルス光励起による利得スイッチング計測実験を室温において開始した。出力光強度の絶対値計測校正、検出系への結合光学系改良と結合効率改善、検出系の時間応答限界の評価、などを進め、レート方程式による解析を始めた。量子井戸レーザーに対して短パルスでの光励起や電流注入を行って、利得スイッチングによる短パルス発生を実現し、その高速応答性限界やピーク強度限界を調べた。光励起用のInGaAs2重量子井戸およびGaAs3重量子井戸レーザーを作製し、パルス光励起による利得スイッチング計測実験を室温および低温において行った。特に、出力光強度の絶対値計測校正、検出系への結合光学系改良と結合効率改善、検出系の時間応答限界の評価、などを進めた。光励起利得スイッチング動作における発振スペクトルと時間波形では、ポンピングをあげてゆくと、パルスのディレイとパルス巾がともに短くなりある値に収束する様子が観測された。この動作をレート方程式を用いて定量的に理論解析したところ、パルス巾を制限しているのは飽和利得値であり、しかもその値はCW定常励起において得られる値よりも著しく小さな値であることが解った。その際、レート方程式解析に低次元量子構造レーザーに特有の強い利得飽和効果を取り入れた解析を進め、短パルス発生の特徴を捕まえることに成功した。その成果を論文原稿にまとめ学術雑誌へ投稿した。100周期量子細線レーザーについて、光励起により単一モードレーザー発振を達成し、発光および発光励起スペクトル、時間分解発光測定による詳細な評価を行った。この評価結果に基づき、京都大学で磁気顕微蛍光分光測定、山梨大学で励起子固有輻射寿命に関する理論計算の共同研究を行った。1次元励起子の高リードベルグ状態の観測、1次元励起子の吸収断面積と寿命の独立評価、1次元励起子に関するアインシュタインのA-B係数関係についての基礎理論の構築、それらの比較による1次元励起子固有輻射寿命の導出などを達成した。100周期T型量子

細線構造試料の発光励起スペクトル測定結果について、隣接した量子井戸の励起子イオン化状態に対応する連続吸収状態吸収強度を吸収強度の標準として用いることにより、1次元励起子の吸収断面積を定量評価することに成功し、ここから励起子固有輻射寿命を得て、独立評価した励起子の蛍光寿命の温度依存性計測により得た励起子固有輻射寿命の導出とのコンシステンシーを見出した。これらを通じて、1次元励起子に関するアインシュタインのA-B係数関係についての基礎理論の構築を達成し、論文投稿を行った。実験は非常に順調に進展しているが、論文執筆および論文査読段階での改訂や反論などの面で予想以上の労力がかかっており、総合的にみて上記の自己評価とした。変更や問題点はない。論文執筆および論文査読対応に一層努力する。
蛋白質集合体の対称性の起源と系譜-機能的要請か、系統性か

光合成、視覚などのエネルギー変換、情報変換過程で機能する蛋白質集合体でしばしば観察される蛋白質分子の対称構造の意味を、(1)機能発現のための必然性、(2)起源が異なる蛋白質の系統性、のふたつの観点から考察した。具体的な解析のポイントは、(1)補欠分子間の相互作用、(2)ドメイン、さらにモデュール構造であった。解析の対象として、光合成系反応中心(C_2対称)、アンテナ複合体(C_3対称)、ロドプシンファミリー(C_3対称、対称性は不変)、対称性と同じ意味で重要な「対称性の破れと機能発現」の観点から、ATPase(偽C_3対称、対称性は不変)を考察した。光合成アンテナ系の場合、対称構造を取ることは最も容易に光を集める効率を高めることが可能な方法である。しかしこれを機能発現の「必然性」として理解できる例は多くはない。例えば、フィコビリン蛋白質はグロビン蛋白質のN末端側にヘリックス構造を加えて、グロビン蛋白質とは異なる対称性を確保し、同時に機能発現のために色素間での相互作用を可能にしたケースである。この場合、基準振動解析から構造的な必然性を証明することができた。ATPaseは,機能の発現のためにその対称性を破ることが必然であることが最近明らかになった3次元構造からも理解された。班会議での結論は、この課題は今後,蛋白質の3次元構造が集積する中で、機能と密接に結び付いた課題であり、長期的な展望に立って継続する必要があることが確認された。植物のエネルギー変換過程や、動物の視覚情報変換過程で機能する数種のタンパク質複合体の対称構造の論理的必然性を探索することを試みた。従来はほとんど看過されてきたこの問題の解決の第一歩としてグループ討論を行なった。藍色細菌のフィコビリンは、水溶性タンパク質としてはもっとも代表的なグロビンファミリーに属する。モデュール構造の保存性が両者で極めて高く、その系統性は確かであるが、進化の過程でフィコビリンがその対称構造を3回回転対称構造から2回回転対称構造へと変化させる必然性は、機能(エネルギー転移機能)の面からだけではうまく説明できなかった。同じように3回回転対称構造を持つ高度好塩菌のバクテリオロドプシンでも、機能的には単量体でも充分と考えられ、必然性は見つからない。一方、ATP合成酵素は実質的には3回回転対称構造が壊れているのであるが、これは機能発現と密接に関連していることが最近明らかにされた。しかし、その必然性という観点からは十分に理由を説明できない。こうした対称構造の意義を系統性の視点から考えてみたが、タンパク質の一次構造から系統性に関しては詳細な議論ができるものの、論理的必然性を論じるにはその論拠となる事項を捜すことから始めなければならない、という結論に達し、未解決のままである。この他には単細胞生物の形態の対称性や、形に対する理論的な取り扱いを行なうために必要な事項を討論し、次年度の研究への確かな手がかりを掴んだ。光合成アンテナ系の場合、対称構造を取ることは最も容易に光を集める高率を高めることが可能な方法である。

例えば、フィコビリン蛋白質はグロビン蛋白質のN末端側にヘリックス構造を加えて、グロビン蛋白質とは異なる対称性を確保し、同時に機能発現のために色素間での相互作用を可能にしたケースである。この場合、基準振動解析から構造的な必然性を証明することができた。ATPaseは,機能の発現のためにその対称性を破ることが必然であることが最近明らかになった3次元構造からも理解された。班会議での結論は、この課題は今後,蛋白質の3次元構造データが集積する中で、機能と密度に結び付いた課題であり、長期的な展望に立って継続する必要があることが確認された。
磁化プラズマ電子-イオンハイブリッド温度勾配による乱流輸送新現象

高電子温度の電子サイクロトロン共鳴プラズマと低温の熱電子を制御して重畳することで,電子温度勾配(ETG)の形成に成功した.このETGにより高周波揺動(ETGモード)が励起され,さらに低周波揺動(ドリフト波モード)も増幅されることが明らかとなった.バイスペクトル解析を用いることで,ドリフト波モードがETGモードとの非線形マルチスケール結合によって助長され,さらにETG強度を詳細に変化させて調べることで,ETGモードからドリフト波モードへエネルギーが移送されることを明らかにした.一方,磁力線垂直方向のE×Bフロー速度シアによって,ETGモードおよびドリフト波モードが抑制されることを実証した.高電子温度の電子サイクロトロン共鳴プラズマと低温の熱電子を制御して重畳することで,電子温度勾配(ETG)の形成に成功した.このETGにより高周波揺動(ETGモード)が励起され,さらに低周波揺動(ドリフト波モード)も増幅されることが明らかとなった.バイスペクトル解析を用いることで,ドリフト波モードがETGモードとの非線形マルチスケール結合によって助長され,さらにETG強度を詳細に変化させて調べることで,ETGモードからドリフト波モードへエネルギーが移送されることを明らかにした.一方,磁力線垂直方向のE×Bフロー速度シアによって,ETGモードおよびドリフト波モードが抑制されることを実証した.核融合プラズマ閉じ込め装置での異常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配(ETG)不安定性(ETGモード)駆動乱流」の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的として,初年度は,電子温度の空間勾配を能動的に制御できる装置を開発し,電子温度勾配がプラズマ中の不安定揺動に及ぼす効果について調べた.1.高電子温度の電子サイクロトロン共鳴プラズマと低温の熱電子を,2種類のメッシュグリッドを用いて,空間制御して重畳した結果,ETGを制御して形成することに成功した.2. ETGを形成することによって,周波数が48MHzの高周波揺動が励起されることが明らかになった.また,その揺動強度が,ETG強度に依存して変化することも観測されたため,この高周波揺動はETGモードであると結論づけられる.3. ETGを形成した時,高周波揺動と同時に周波数が37kHzの低周波揺動も観測され,その揺動強度がETG強度に比例して増大することが分かった.この低周波揺動は,径方向の電位勾配,すなわちE×Bシアの強度が強い場合に励起されやすいことが観測されたため,ケルビンヘルムホルツ不安定性であると同定でき,それが高周波揺動との相互作用を介して,ETGにより変調され助長されたと考えられる.4.バイスペクトル解析を用いてETGにより励起された高周波揺動と低周波揺動の相関関係を調べたところ,これらの二つの揺動間に特徴的なバイコヒーレンスが観測された.したがって,ETGは,電子が関与する高周波揺動のみならず,その高周波揺動との結合により低周波揺動に対しても作用することが明らかとなった.核融合プラズマ閉じ込め装置での異常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配(ETG)不安定性(ETGモード)駆動乱流」の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的として,2年目となる本年度は,前年度の成果で得られた高周波数のETGモードと結合する,イオンが関与する低周波数のモードの励起とETGモードとの相関関係を詳細に調べた.1.電子温度勾配と密度勾配が存在するとき,周波数4 kHzの低周波揺動(ドリフト波モード)が観測されており,揺動強度が電子温度勾配の形成された位置で増加していること,および電子温度勾配度に比例して揺動強度が変化することが分かった.2.バイスペクトル解析を用いてETGモードとドリフト波モードの相関関係を調べた結果,電子温度勾配が存在するときに二つの揺動の非線形結合度が強くなることを観測した.以上の結果から電子温度勾配によって励起されたETGモードが低周波揺動との非線形結合によってドリフト波モードを変調し,その揺動強度を増幅させることを明らかにした.3.分割型電子源の電位を制御し空間電位の径方向分布,すなわち径方向電場を制御することによって,磁力線垂直方向のE×Bフロー速度シアを形成した.ETGモードとドリフト波モードが励起されている条件で,このE×Bシアを重畳印加したところ,両モードとも大きなE×Bシア強度において抑制されることが分かった.一方で,小さなE×Bシア強度の場合には,E×Bフローの方向が電子反磁性ドリフト方向の場合にはETGモードの揺動強度が,イオン反磁性ドリフト方向の場合にはドリフト波モードの揺動強度が増加することが明らかとなった.核融合プラズマ閉じ込め装置での異常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配(ETG)不安定性(ETGモード)駆動乱流」の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的として,3年目となる本年度は,前年度までに明らかにした,直線磁化プラズマ中のETG形成・制御による高周波揺動(ETGモード)の励起と低周波揺動(ドリフト波モード)との非線形結合について,バイスペクトル解析を用いて詳細に調べるとともに,エネルギー移送についても考察した.1.ETG変調に対するETGモードとドリフト波モードとの非線形結合:径方向のETGの強度がある閾値(∇Te0.7 eV/cm)を超えるとETGモードの揺動強度が飽和し,ドリフト波モードの揺動強度が増大し始めることを観測した.さらに,ETGモード強度の飽和と同時にETGモードとドリフト波モードとの非線形結合度が急激に増加することが分かった.

2.ドリフト波モードとの非線形結合によるETGモードの径方向拡張:ミクロスケールのETGモードがドリフト波モードとの非線形結合によって,ETGモードの波長の約2030倍程度径方向に拡張していることが明らかになった.3.ETGモード飽和に起因するドリフト波モード変調に対する非線形結合の効果:ETGモードの規格化振幅強度が閾値0.4 % (∇Te0.7 eV/cm)を超えることでドリフト波モードとの非線形結合が助長され,ドリフト波モードの揺動強度が増幅されたことから, ETGモードからドリフト波モードに非線形エネルギーが移送されたと考えられる.以上の実験結果より,ミクロスケールの高周波数のETGモードのエネルギーが非線形結合によって低周波の揺動に移送され,別の揺動励起に寄与しうることを初めて検証した.バイスペクトル解析を用いて電子温度勾配(ETG)モードとドリフト波モードの相関関係を調べることによって,電子温度勾配が存在するときに,周波数が2桁異なるモード間でも非線形結合度が強くなることを観測することに成功しており,本研究の目的であるETGモードの発生メカニズムとそれに伴う輸送現象の解明に向けて着実に進展しているため.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,電子温度勾配(ETG)モードによって引き起こされる異常輸送現象のメカニズムを解明することが目的である.これまでの結果から,ETGによって高周波数のETGモードが励起されるとともに,低周波数のドリフト波モードも励起されることが明らかになっており,このドリフト波モードが乱流状態となり,異常輸送を引き起こすことが考えられる.従って,次年度は,これらの揺動間でエネルギーがどのように移送されているかをバイスペクトル解析等を用いて詳細に調べて,ETGモードが異常輸送の要因であることを実証する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
慢性気管支炎、肺気腫及び気管支喘息における末梢気道障害と防御に関する研究

慢性閉塞性肺疾患(COPD)では末梢気道病変が主体であると考えられているが、臨床的に末梢気道病変を検出する方法がなかった。本研究では全気道抵抗の内第一に喉頭部抵抗を低周波音を用いた方法により測定することに成功し、患者で喘息発作時の喉頭部抵抗が高まる現象を測定した。次に患者に安静換気時の呼気CO_2濃度よりラングレイの死腔量(Vo)グラフ表示法(Insern 1975;51:209)を利用してVDを一呼吸毎に計算表示し、VDは中枢部気道抵抗をはんえいするため中枢部気道抵変化を検出した。同時にオッシレ-ション法で求めた呼吸抵抗(Rrs)は全気道抵抗を表わすことから、末梢気道抵抗の変化をRrsよりVDを差し引いて求めることにより測定した。気道拡張剤でもネオフイリンやβ_2刺激剤は末梢気道をアトロピンは中枢気道を拡張させることが判明した。又、気道過敏性は末梢気道が過敏な程、大である成績を得た。COPDの粘液線毛輸送能を鉄粉を用いて磁場の変化より測定した。COPDの剖検肺の気道内分泌物貯留を中枢気道と末梢気道で計測したが、末梢気道で、粘液気道占処率は大であった。以上より末梢気道はCOPDの閉塞性障害、粘液分必物貯留及び粘膜線毛輸送能より、最も障害を受ける部位であると言えた。「研究実績の概要」解剖学的死腔は末梢気道の内でも肺胞が付いている細気管支を除く気道容積を表わすことから、中枢部気道閉塞性障害を検出できると考えられる。呼吸抵抗は全気道抵抗を表わすことから、メサコリン呼入による気道過敏性測定時、死腔量の連続変化を同時記録した。健常者ではメサコリン吸入により呼吸抵抗が二倍に増えた時点で死腔量は減少し、呼吸抵抗の増加は死腔量の減少で生じたことを示し、中枢気道抵抗のみ増加したことを示している。気管支喘息では、メサコリン吸入により健常者と同様に死腔量が減少した群と、死腔量が減少しない、すなわち中枢気道収縮は生ぜず、末梢気道の収縮のみ生じた群に二分された。末梢気道反応群は、メサコリン吸入濃度が中枢気道に比べて小さく、気道過敏性が亢進している成績を得た。次に私共は、直接気道内に圧センサ-を入れた気道内圧を測定し、中枢と末梢気道抵抗に分けて絶対値を測定する方法を開発した。従来、直接気道内圧を測定する方法として逆行性カテ-テル法を用いていたが、部検肺にしか応用できなかった。一方、私共の方法は順行性カテ-テル法であり2mmの圧トランスジュ-サ-を末梢気道に気管支鏡を用いて楔入し、ワイヤのみを残すため、圧センサ-から中枢部は気道抵抗を上げる障害とはならない。口腔内圧と気道内圧と食道内圧差を口腔流量で割った値が末梢気道抵抗である。結果は中枢と末梢気道抵抗の絶対値は、健常者では従来報告されているごとく、末梢気道抵抗は全抵抗の22%であったが、COPDでは、全て末梢気道抵抗の上昇のみではなく、中枢気道抵抗の上昇が著しかった。

次に患者に安静換気時の呼気CO_2濃度よりラングレイの死腔量(V_D)グラフ表示法(Insern1975;51:209)を利用してV_Dを一呼吸毎に計算表示し、V_Dは中枢部気道抵抗をはんえいするため中枢部気道抵抗変化を検出した。同時にオッシレ-ション法で求めた呼吸抵抗(Rrs)は全気道抵抗を表わすことから、末梢気道抵抗の変化をRrsよりV_Dを差し引いて求めることにより測定した。気道拡張剤でもネオフィリンやB_2刺激剤は末梢気道をアトロピンは中枢気道を拡張させうることが判明した。又、気道過敏性は末梢気道が過敏な程、大である成績を得た。COPDの粘液線毛輸送能を鉄粉を用いて磁場の変化より測定した。COPDの剖検肺の気道内分泌物貯留を中枢気道と末梢気道で計測したが、末梢気道で、粘液気道占拠率は大であった。以上より末梢気道はCOPDの閉塞性障害、粘液分泌物貯留及び粘膜線毛輸送能より、最も障害を受ける部位であると言えた。
核酸塩基の損傷を修復するメカニズムを明らかにするための理論的研究

DNAを構成する4種の塩基は、その組み合わせがDNAの高次構造を決定するだけでなく、酵素との認識反応の中心でもある。DNAの光照射によって形成されるチミンダイマーは、DNAの複製過程の障害となり突然変異を引き起こしうる。本研究では、この損傷塩基の特質とこれを元の塩基に戻すメカニズムについて、非経験的分子軌道法と分子動力学法を用いて明らかにした。まず、元のチミンの振動モード、IR強度、およびラマン強度を非経験的分子軌道法によって計算することによってチミンに特有な吸収の振動モードを特定し、実測のスペクトルを解釈することができた。さらに、チミンダイマーについても同様の計算を行い、チミンダイマーに特有な振動モードを特定した。チミンダイマーにおいて形成されている四員環はパッカリングによって二つの安定構造を示す。チミンダイマー単独の場合はその二つの構造は本質的に同等であるが、DNA中においては異なる高次構造を引き起こす。この二つの構造の変換の障壁の高さは数kcal/mol程度であり、また、この障壁はチミンダイマーがラジカルカチオンになるとさらに低くなる。チミンダイマーが元の二つのチミンに戻る反応は軌道の対称性によると禁制反応であるが、ラジカルカチオンとなることによって容易に進行する。したがって、チミンダイマーと特異的に電子をやりとりする分子の存在が、この修復反応が容易に進行するためには必須である。生体高分子の構造は、回りの分子との相互作用によって変化する。プロリン残基の五員環はその環境に依存してパッカリングのしやすさが変わることを、独自に導出しているポテンシャル系を用いた分子動力学法計算から明らかにし、さらに、NMRによる実測によってそれを実際に確認した。独自に導出しているポテンシャル系はこのような構造変化を表現することができ、生体高分子の特異的相互作用の解明に重要な役割を果たす。
次世代型マルコフ連鎖モンテカルロ法の数理的枠組みとその脳型計算モデルへの応用

本年度は主に、Ercsey-Ravaszらによって提案された、充足可能性(SAT)問題を解く連続時間力学系についての研究を行った。CTDS solverは、割当によって破られる制約の重み付き和を最小化するための最急降下法と、解ではない極小値から抜け出すために制約の重みを変化させるダイナミクスを組み合わせたものである。前年度より、これをSAT問題に対するハードウェアアクセラレーターとして応用するための基礎とするべく研究を行っている。CTDS solverは前述の通りの2つのシステムからなっている。2つのシステムの中では時間のスケールが自然に定まるが、組み合わせたときの相対的な時間のスケールについてはあまり考えられていなかった。そのため、本年度はこの問題について取り組んだ。まず、CTDS solverの変種として相対的な時間のスケールがパラメータηで表されているものを提案した。次に物理的に実装したときの最適なηの設定を調べるため、計算にかかる時間のηに依存しない自然な評価尺度を、実装の上で物理的制約としてある時間の遅れを基に提案した。そして、その尺度に沿って実験と解析を行った結果、2つのシステムのどちらの速さが早すぎても性能に悪影響があることが分かった。現在この結果を論文にまとめ、投稿中である。また、この研究について2件の発表を行った。また平行して、Herded Gibbsについての以前よりの研究を継続した。Herded Gibbsは、マルコフ確率場(MRF)からのサンプリングを行うギブスサンプラーを決定論的に行うアルゴリズムである。以前よりこのHerded Gibbsについてサンプル数を増やしたときの推定誤差の振る舞いを解析しており、前年度に結果を論文誌に投稿していた。本年度は新たな実験を含めた査読対応を行い、2019年1月に受理され、出版された。本年度は前年度より研究を行っていた充足可能性問題を解く連続時間力学系であるCTDS solverについて、物理的実装の観点から解析を行った。提案された時点での手法は理論的あるいは抽象的なモデルであって、物理的実装という面においては性能を評価することが難しかった。本年度の研究により、ある種の自然な評価尺度を提案することができ、その尺度にそってCTDS solverを構成する2つのシステムの相対的な時間のスケールについて、どちらのシステムの動作が早すぎても性能が悪くなり、バランスをとったパラメータ設定が必要であることが分かった。この結果について論文をまとめ、投稿することができた。また、以前より行っていたHerded Gibbsのバイアスの解析に関しての論文が受理され、出版することができた。充足可能性問題を解く連続時間力学系について、さらなる解析や実験を進める。このダイナミクスをハードウェアとしての物理的に実現するために、ハードウェアの物理的制約に即した手法の提案、およびその手法の性能評価を進める。また、既存の局所探索法と比較し、この手法がどのような問題インスタンスに特に適しているか、あるいはそれを解くためのコストの評価を行い、物理的実装を通じた応用のための第一歩としたい。これは、i.i.d.サンプリングを決定論的に行うHerdingをギブスサンプラーに適用することで得られる。通常のギブスサンプラーにくらべ少ないサンプル数で精度良く期待値の推定が行えるものの、推定にバイアスが含まれ、サンプル数が増えるとその影響が無視できないという問題点があった。以前よりその推定誤差のサンプル数に関する振る舞いを解析していたが、本年度は以前の結果からさらに考察をすすめ、解析をより充実させた。結果を論文誌に投稿した。現在査読中である。並行して、Ercsey-Ravaszらによって提案された、充足可能性(SAT)問題を解く連続時間力学系についての研究を行った。本年度は、これをSAT問題に対するハードウェアアクセラレーターとして応用するための基礎とするべく研究を行っている。本年は、組合せ最適化問題に対するメタヒューリスティクスであるタブーサーチとの関連性についての考察をおこなった.また、CTDS solverにおける制約の重みには上限がなく、そのままでは変数を電圧や電流で表現しなければならないハードウェア実装に適さないが、CTDS solverの性質をできるだけ保ちながらも、変数が有界に収まるようなダイナミクスの考案も行った.これらの結果について,国内会議で1件のポスター発表と、国際会議への投稿を行った.投稿は現在査読中である.以前より行っていたHerded Gibbsのバイアスの解析に関して、研究をまとめ、論文として投稿することができた。また、アルゴリズムをダイナミクスの視点から考え直す、そのなかで離散と連続、あるいは決定論的なものと確率論的なものをつなぐ、という視点から文献の調査を行い、その結果として充足可能性問題を解く連続時間力学系に着目した。これは、充足可能性問題が組合せ的あるいは離散的な問題の基本的かつ典型な問題であるため、連続量によって記述される力学系によってこの問題を解くことは、他の離散的な問題についても大いに示唆を与えると考えられるからである。また、この力学系による解法は、計算のハードウェアとしての応用も十分考えられるものである。研究の第一歩としてこの力学系の挙動の解析を行ったところ、組合せ最適化問題の基本的なメタヒューリスティクスの一つであるタブーサーチとの関連性について初歩的な結果を得ることができた。

本年度は主に、Ercsey-Ravaszらによって提案された、充足可能性(SAT)問題を解く連続時間力学系についての研究を行った。CTDS solverは、割当によって破られる制約の重み付き和を最小化するための最急降下法と、解ではない極小値から抜け出すために制約の重みを変化させるダイナミクスを組み合わせたものである。前年度より、これをSAT問題に対するハードウェアアクセラレーターとして応用するための基礎とするべく研究を行っている。CTDS solverは前述の通りの2つのシステムからなっている。2つのシステムの中では時間のスケールが自然に定まるが、組み合わせたときの相対的な時間のスケールについてはあまり考えられていなかった。そのため、本年度はこの問題について取り組んだ。まず、CTDS solverの変種として相対的な時間のスケールがパラメータηで表されているものを提案した。次に物理的に実装したときの最適なηの設定を調べるため、計算にかかる時間のηに依存しない自然な評価尺度を、実装の上で物理的制約としてある時間の遅れを基に提案した。そして、その尺度に沿って実験と解析を行った結果、2つのシステムのどちらの速さが早すぎても性能に悪影響があることが分かった。現在この結果を論文にまとめ、投稿中である。また、この研究について2件の発表を行った。また平行して、Herded Gibbsについての以前よりの研究を継続した。Herded Gibbsは、マルコフ確率場(MRF)からのサンプリングを行うギブスサンプラーを決定論的に行うアルゴリズムである。以前よりこのHerded Gibbsについてサンプル数を増やしたときの推定誤差の振る舞いを解析しており、前年度に結果を論文誌に投稿していた。本年度は新たな実験を含めた査読対応を行い、2019年1月に受理され、出版された。本年度は前年度より研究を行っていた充足可能性問題を解く連続時間力学系であるCTDS solverについて、物理的実装の観点から解析を行った。提案された時点での手法は理論的あるいは抽象的なモデルであって、物理的実装という面においては性能を評価することが難しかった。本年度の研究により、ある種の自然な評価尺度を提案することができ、その尺度にそってCTDS solverを構成する2つのシステムの相対的な時間のスケールについて、どちらのシステムの動作が早すぎても性能が悪くなり、バランスをとったパラメータ設定が必要であることが分かった。この結果について論文をまとめ、投稿することができた。また、以前より行っていたHerded Gibbsのバイアスの解析に関しての論文が受理され、出版することができた。充足可能性問題を解く連続時間力学系について、さらなる解析を進めてゆく。
非言語ヒューマンコミュニケーションにおけるダイナミクスに関する研究

本研究では、ユーザの興味を喚起、顕在化しながら、ユーザにとって気の利いた情報を提示するシステム「情報コンシェルジェ」の実現を目指している。情報社会の発達により、ユーザは莫大な情報にアクセスすることができるが、自己の興味が漠然としている時には好みの情報を検索することは難しい。それでも、人間は情報を閲覧する際に、自己の興味に基づき無意識的にその情報を評価し、非言語的な振る舞いで表現する。そこで、システムがその振る舞いをユーザに気づかせることができれば、ユーザが自己の興味を顕在化し、必要とする情報の発見に至ると考えられる。平成20年度は、システムがユーザの振る舞いを模倣することでユーザに自己の振る舞い(興味)を気づかせるというモデルを提案し、下記のようなシステムを設計・検証した。1.ユーザにいくつかの情報を提示し、興味ある情報を選択する状況を設定した。ユーザが情報を「見る」という振る舞いに無意識的に興味が反映されると考え、ユーザの注視位置を計測し、その行為を模倣するアバタを導入した。2.アバタの振る舞いに対するユーザの気づきを促進するために、人間の視覚特性を考慮して「顔」だけでデザインした。また、模倣のパターンは(1)ユーザが見ているところをアバタが同時に見る、(2)ユーザの注視時間を累積し、一番長く見ているところをアバタが見続ける、とした。これは、前者が「今」と「その前」の興味対象への気づき、後者が「今」と「今までで一番」の興味対象への気づきという二つの時間特性に注目して設計したものである。3.このシステムを用いてユーザの振る舞いを定量的に計測・分析したところ、アバタが模倣しないシステムより、注視時間と興味の度合いが強く関係する可能性が示された。また、注視パターンの時間特性に明確な違いが表れた。これは、システムがユーザの「見る」行為を模倣することで、ユーザが自己の興味に気づき、それを顕在化させたことを示唆する。本研究は、安心・快適な情報環境の構築を目指して、人間と情報システムとの間に存在する様々なレベルのギャップを、相互適応可能なマルチモーダル・インタラクションによって解消するために、より高度なインタラクション機能を備えたヒューマンコミュニケーションシステムを開発することを目的としており、平成19年度は以下の研究を実施した。1.2人の人間が情報端末を用いてインタラクティブに商品などを選択する際の2者間対話における言語、非言語インタラクションの特性を分析するため、対話状況を記録した音声、映像コーパスを作成した。2.選択課題遂行時における非言語インタラクションの1つとして、相手に対する顔向け動作に焦点を当ててコーパス分析を行い、顔向け動作の有無によって同意、非同意の発話タイミングに変化が生じることを見出した。具体的には、一般に同意応答タイミングは非同意応答タイミングに比べ早いという特性があり、顔向け動作が伴った問いかけの場合は、両者のタイミングの差がより明確化されることが観測され、顔向け動作という非言語インタラクションが心的効果を持つことを明らかにした。3.情報端末が2者のやりとりを観測し、問いかけに対する応答タイミングの計測に基づいて同意状態と不同意状態がどの程度正確に自動識別できるかを検証した.具体的には、問いかけ発話の終了時刻から応答発話の開始時刻までの時間長、および問いかけ発話の終了時刻から応答身体動作の開始時刻までの時間長を特徴量として、基本的なパターン識別手法を適用することで70%程度の精度で自動識別できることを明らかにした。
膵癌浸潤過程における高発現遺伝子産物を応用した新規膵癌治療戦略

網羅的遺伝子発現解析を行い、膵癌の浸潤過程に関与する遺伝子群の同定を行った。MUC16およびMesothelinは膵癌の予後予測マーカーとなり得るのみならず、共に相互作用して膵癌の浸潤過程に重要な役割を担っており、膵癌新規治療の分子標的になりうることが分かった。膵癌は予後不良な癌腫の1つであり、その理由として診断時には局所進行もしくは遠隔転移を生じている場合が多いことが挙げられる。癌の局所進行および転移は癌の浸潤過程を経て生じるため、膵癌のような進行の早い癌腫の浸潤に携わる遺伝子群の同定は、早期発見のみならず膵癌の新規治療の標的遺伝子になりうる。そこで本研究は網羅的遺伝子発現解析を用い、膵癌の浸潤過程に関与する遺伝子群の同定を試みた。本研究の網羅的遺伝子発現解析はより信頼性の高い遺伝子群を同定するために、同一個体の膵癌組織内の浸潤癌部位と上皮内癌部位をそれぞれマイクロダイセクションし、それぞれのRNAを抽出し、浸潤癌部位と上皮内癌部位のマイクロアレイデータを比較検討した。当教室で切除した膵癌凍結組織を用い、同一個体の浸潤癌部位と上皮内癌部位のマイクロアレイデータを比較検討した。5個体全てで浸潤癌部に優位に高発現した遺伝子群は87個であった(fold change 1.5以上,平均強度差100以上,P<0.05)。これらのうち最も浸潤部で高発現した遺伝子はMUC16で、さらにこれらの遺伝子群のリスト内に、卵巣癌でMUC16のリガンドであることが証明されているMesothelinが含まれていたので、この2遺伝子に着目した。現在までに当教室で切除した膵癌50症例のパラフィン切片を用いた免疫染色解析では、MUC16およびMesothelinともに正常膵管、正常膵組織、上皮内癌では発現していないが、浸潤癌部位のみで発現を認めた。今後はさらなる症例を増やし、この2遺伝子の臨床的意義を同定し、さらにこれら2遺伝子の結合の有無を確認するべく、免疫沈降および蛍光染色解析を施行する予定である。さらには膵癌細胞株を用いた機能解析を施行する予定である。上記を明らかにし、MUC16およびMesothelinを膵癌の新規治療の分子標的とし、さらなる臨床研究に用いる予定である。5個体全てで浸潤癌部に優位に高発現した遺伝子群は87個であった(fold change1.5以上,平均強度差100以上,p<0.05)。さらに膵癌切除標本103例における免疫染色解析により、MUC16およびmesothelin高発現群は予後規定因子であることがわかった。今後はこれらの2因子を標的としたペプチドを作成し、膵癌における新規免疫療法の開発に取り組む予定である。
視物質を中心とした視細胞の光応答特性発現機序の比較研究

我々は7回膜貫通型のG蛋白質共役型受容体である桿体及び錐体視物質の性質の違いに着目している。これまでの研究において、桿体および錐体視物質の違いがどのアミノ酸残基によって生じるかを検討した。その結果、189番目の残基が主に活性状態であるMeta-II中間体の崩壊速度の違いを生み出すのに重要であることが分かった。この結果をふまえ、新たにMeta-III中間体崩壊速度の錐体、桿体視物質での違いを制御するアミノ酸残基を検索した。最近の研究から、Meta-III中間体崩壊は視細胞応答の順応過程などに関わっていることが示唆されている。まず桿体視物質としてニワトリロドプシン、錐体視物質としてニワトリ緑を用いてMeta-III中間体崩壊速度の違いを検討したところ、ニワトリ緑のMeta-III崩壊速度はロドプシンに比べて約700倍速いことが分かった。次に、このMeta-III崩壊速度の違いを制御するアミノ酸残基について検討を行ったところ、ニワトリ緑ではMeta-II崩壊速度制御の場合と同様に189番目の残基のロドプシンタイプへの置換によりその性質が大きく転換することが分かった。しかしながら、ロドプシンでは189番目の残基、もしくは以前に機能性残基として報告されている122番目の残基をニワトリ緑タイプへ置換しても性質の転換は起こらなかった。このため、ロドプシンにおけるMeta-III崩壊速度の制御部位を探索するためにニワトリ緑とロドプシンからなるキメラ視物質を用いて解析を行ったところ、ロドプシンでは細胞外第2ループから第7ヘリックスに存在する複数の部位が協同してMeta-III崩壊速度を制御していることが示唆された。本研究の結果から、桿体視物質は錐体視物質から分岐した後更に複数の変異を獲得してその性質を強化していったという進化プロセスが強く示唆された。この違いがどのアミノ酸残基によって生じるかを検討した結果、189番目の残基が主に活性状態であるMetaII中間体の崩壊速度における錐体・桿体視物質の性質の違いを生み出すのに重要であることが分かった。この結果をふまえ、新たに次の二つの研究を行った。1.189番目の残基はすべての錐体視物質に保存された残基である。錐体視物質は4つのグループにクラスターされる(L, S, M1,M2)。これまではロドプシンと最も相同性の高いM2グループに属するニワトリ緑を用いて性質の変化を検討していた。そこでこの残基がその他の錐体視物質においてどのような役割を果たすのかを調べるため、ロドプシンと一番相同性の低いLグループに属するマウス緑、サル赤視物質を用いた。その結果、189番目の残基をロドプシンタイプに置換することによりこれらの変異錐体視物質はロドプシン様の性質を持つことが明らかになった。この結果から、189番目の残基は錐体視物質全般の性質決定に重要であることが示唆された。2.視物質の性質の違いを生み出す部位の変異が視細胞の光応答特性、更に個体の行動に与える影響を調べるため、変異視物質を発現する遺伝子変換動物の作製を試みた。現在常染色体上に存在するロドプシン遺伝子座に部位特異的変異を導入したマウスES細胞からマイクロインジェクション法により数匹のキメラマウスを得、ヘテロマウスの作製中である。