hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
携帯型端末画面と実環境の間の注意配分測定と背景引き込み効果の実証

日常生活の中で,周囲から切り離された小さな携帯型端末画面の情報に注目するというのは,これまで人間が経験することのなかった特殊な視覚環境である.現代のこのような視環境における視覚情報処理特性および注意特性を調べ,環境へのより良い適応に向けて問題を解決することが本研究の目的である.そのために,1年目に当たる29年度は大画面タッチパネル液晶ディスプレイを購入し,携帯型端末使用時の端末画面と周囲への注意配分を調べる予定であったが,それ以前に,携帯型端末画面における視覚情報処理に関する知見が十分でなかったことから,画像のスクロール表示や視覚特徴の統合に関する研究を行い,一定の成果を得た.2年目に当たる当該年度は,上記ディスプレイを用いて,携帯型端末画面を模擬した領域で様々な課題を行わせ,その際の課題成績と周辺に提示したプローブ刺激に対する反応を調べることにより,端末画面内と周囲の注意配分を検討した.この成果は,次年度に順次発表していく予定である.また,この実験結果を基に,次年度は,周囲に様々な背景画像を提示し,その中で,プローブ提示法を用いて注意配分を調べていく.さらに,この背景画像を端末画面の背景に引き込むことにより,周辺への注意配分にどのような影響が見られるかを検討する.当該年度のもう一つの研究実績として,実生活における異なる表示領域間の注意配分の実例として,複数ディスプレイを用いた情報取得における注意配分について実験を行った.具体的には,複数人の聴覚障害者が授業や講演会等に参加する際に用いられる情報保障手段であるパソコン要約筆記全体投影において,講演者やスライドと,要約筆記投影スクリーンの間の注意配分について,またスクリーンへの要約筆記表出の読みやすさについて,実験的検討を行った.次年度もさらに検討を重ね,学会等で発表する予定である.1年目に当たる29年度に,携帯型端末使用時の端末画面と周囲への注意配分を調べる予定であったが,それ以前に携帯型端末画面における視覚情報処理に関する知見が十分でなかったため,画像のスクロール表示や視覚特徴の統合と反応の連合関係に関する研究を行うことを優先した.当該年度は,予定していた実験を進め,大画面タッチパネル液晶ディスプレイを用いて,中央の携帯型端末を模擬した画面内と周囲の広い視野において,注意の配分を調べる実験を行った.ただし,同時に,関連研究として,聴覚障害者のためのパソコン要約筆記全体投影に関して,その表示の読みやすさや,講演動画と要約筆記表出画面の間でどのように注意配分を行うかを実験的に検討する研究を行ったため,その分,当初予定していた実験の進行が遅れた.1.30年度に得られた,携帯型端末使用時の端末画面内と周囲の間の注意配分実験の結果をまとめて発表する.また,聴覚障害者のためのパソコン要約筆記全体投影の表示の読みやすさと,講演動画と表出画面間の注意配分に関して得られた結果をまとめて発表する.2.携帯型端末の周囲に,背景刺激を提示し,注意配分を調べる.このとき,端末画面の背景に,周囲とは異なる画像を用いた場合と,周囲の背景をそのまま引き込んだときで,注意配分の差異を調べる.また,端末を動かしたときに,背景が一緒に動くかどうかが端末画面上での作業への集中度や周囲への注意配分に影響を与えるかどうかも調べる.3.実機を用いて,携帯型端末使用中に周囲への注意がおろそかになる問題を,環境の中で携帯型端末の背景を操作することにより緩和できるかどうかを検証する.日常生活の中で,周囲から切り離された小さな携帯型端末画面の情報に注目するというのは,これまで人間が経験することの無かった特殊な視覚環境である.この視覚情報処理の特性を解明するため,画面上における情報処理と周囲の実環境への注意との相互作用を検証し,新たな環境へのよりよい適応を目指し問題点の解決方法を提案することがこの研究の目的である.1年目に当たる29年度は,大画面タッチパネル液晶ディスプレイを用いて携帯型端末使用中の端末画面と周辺の視環境を模擬し,視覚的注意の広がりを測定する予定であった.しかしそれ以前に,携帯型端末画面上の表示画像の見方に関する知見が十分とは言えないため,画像のスクロール表示等に関する視覚心理実験を行い,視覚特徴の結合知覚や記憶に関する研究成果を得た.具体的に次のことが示された.1)画面上に提示されたオブジェクトの様々な属性を知覚して適切な反応を行うことを学習するプロセスが,色や形などの物体認知に関わる属性と位置や動きなどの空間属性で異なること,2)端末画面上で複数の画像を素早くスクロールして観察するときのターゲットの認知特性について,文字情報と画像情報では異なること.これを踏まえて,携帯型端末画面における情報収集時の周辺環境への注意の広がりに関する実験を今後実施していくため,大型タッチパネル液晶ディスプレイを購入し,現在実験プログラム開発中であり,準備が出来次第,実施する予定である.1年目に当たる29年度は,大画面タッチパネル液晶ディスプレイを用いて携帯型端末使用中の端末画面と周辺の視環境を模擬し,視覚的注意の広がりを測定する予定であったが,現在準備中であり,30年度に実験を実施する予定である.理由は,携帯型端末画面上の文章や画像の見方に関する知見が十分得られているとは言えない現状を踏まえ,それらの見方を研究することを優先させたためである.日常生活の中で,周囲から切り離された小さな携帯型端末画面の情報に注目するというのは,これまで人間が経験することのなかった特殊な視覚環境である.現代のこのような視環境における視覚情報処理特性および注意特性を調べ,環境へのより良い適応に向けて問題を解決することが本研究の目的である.そのために,1年目に当たる29年度は大画面タッチパネル

液晶ディスプレイを購入し,携帯型端末使用時の端末画面と周囲への注意配分を調べる予定であったが,それ以前に,携帯型端末画面における視覚情報処理に関する知見が十分でなかったことから,画像のスクロール表示や視覚特徴の統合に関する研究を行い,一定の成果を得た.2年目に当たる当該年度は,上記ディスプレイを用いて,携帯型端末画面を模擬した領域で様々な課題を行わせ,その際の課題成績と周辺に提示したプローブ刺激に対する反応を調べることにより,端末画面内と周囲の注意配分を検討した.この成果は,次年度に順次発表していく予定である.また,この実験結果を基に,次年度は,周囲に様々な背景画像を提示し,その中で,プローブ提示法を用いて注意配分を調べていく.さらに,この背景画像を端末画面の背景に引き込むことにより,周辺への注意配分にどのような影響が見られるかを検討する.当該年度のもう一つの研究実績として,実生活における異なる表示領域間の注意配分の実例として,複数ディスプレイを用いた情報取得における注意配分について実験を行った.具体的には,複数人の聴覚障害者が授業や講演会等に参加する際に用いられる情報保障手段であるパソコン要約筆記全体投影において,講演者やスライドと,要約筆記投影スクリーンの間の注意配分について,またスクリーンへの要約筆記表出の読みやすさについて,実験的検討を行った.次年度もさらに検討を重ね,学会等で発表する予定である.1年目に当たる29年度に,携帯型端末使用時の端末画面と周囲への注意配分を調べる予定であったが,それ以前に携帯型端末画面における視覚情報処理に関する知見が十分でなかったため,画像のスクロール表示や視覚特徴の統合と反応の連合関係に関する研究を行うことを優先した.当該年度は,予定していた実験を進め,大画面タッチパネル液晶ディスプレイを用いて,中央の携帯型端末を模擬した画面内と周囲の広い視野において,注意の配分を調べる実験を行った.ただし,同時に,関連研究として,聴覚障害者のためのパソコン要約筆記全体投影に関して,その表示の読みやすさや,講演動画と要約筆記表出画面の間でどのように注意配分を行うかを実験的に検討する研究を行ったため,その分,当初予定していた実験の進行が遅れた.研究1:29年度に得られた成果を踏まえ,30年度は携帯型端末画面における情報収集時の周辺環境への注意の広がりに関する実験を実施する.大型タッチパネル液晶ディスプレイを購入し,現在実験プログラム開発中である.準備が出来次第実施する予定である.さらに,実環境を画面内背景に引き込む条件を実現し,その状況で周辺への注意の広がり方と画面内の情報収集の効率を調べ,この方法の効果を検証する.研究2:実環境を画面内背景に引き込むことにより,画面の枠を単なる遮蔽物として知覚させ,それによりその後ろで実環境が非感性的に補完され,注意が画面の枠に留められず周囲に広がりやすくなるかどうかを検証する.背景刺激として,壁のような一様刺激,静止パターン刺激,動画パターン刺激を用意し,それぞれの条件で調べる.1.30年度に得られた,携帯型端末使用時の端末画面内と周囲の間の注意配分実験の結果をまとめて発表する.
環境汚染の継世代的影響の実験的研究

環境汚染物質が汚染に曝露された個体の生殖細胞や胎児に到達し、後の世代にいかなる悪影響を及ぼすか、これに対して宿主側はどのような防御機構を持っているかを実験的に検討した。この目的のために本研究では主としてマウスを用い、アルコール,ウレタン,エチルニトロソウレア(ENU)などによる奇形,染色体異常,優性致死,突然変異などを観察した。以下にその概要をのべる。1.ウレタンを雌マウスに投与した後に無処理の雄マウスと交配した場合には、子供に口蓋裂や内臓異常などの多くの奇形が生じ、その頻度は雄マウスに投与した場合の数倍であった。ENUの雄マウスへの投与によって生じる子供の奇型は、精原細胞期に作用させた場合にのみ高率で発生した。2.妊娠713日目のマウスにエタノールを投与した際の胎児の奇形等の発生をC57BLとDBA系で比較した。奇形に関してはC57BLの方が感受性が高く、胎児死亡については逆にDBAの方が高感受性であった。両系統の【F_1】についての奇形の誘発のパターンから胎児が同じ遺伝子形であっても母体効果があることが分った。3.主要免疫応答遺伝子群であるH-2コンプレックスだけが異っているコンジェニックマウスを用いて、妊娠35日目にウレタンを投与して胎児に生じる肺腫瘍の頻度を解析することによって、肺腫瘍の誘発はH-2のE領域にある遺伝子によっテ支配されていることが明らかとなった。またウレタンによって骨髄細胞に誘発される染色体異常も、この近倍にある遺伝子が支配していると考えられる。4.水圏の汚染の遺伝的影響を高感度に検出するために5個の遺伝子座について多重ホモ接合となったメダカの系を開発中である。現在までに4つの座位についてのホモ接合体ができており、完成まであと一歩のところまできている。
放射能汚染地域のバイオマス利用・高温減容化・灰分安定貯蔵のための灰分挙動解析

多くのセシウム化合物は水溶性であり、燃やすと揮発・分解するので、セシウム汚染バイオマスから雨水等による溶出が懸念されている。熱処理による難水溶性・難揮発性セシウム化合物生成を検討した。熱天秤装置を用いて非放射性塩化セシウムを含む草本系バイオマスを熱処理した。固体残渣を水処理した後、難水溶性セシウムを定量的に測定し、難水溶性セシウム化合物生成の最適条件を明らかにした。電気炉加熱型石英反応管を用いて非放射性塩化セシウムを含む草本系バイオマスを最適条件で熱処理し、セシウム分散を定量的に測定した。固体残渣・石英管等に約99%のセシウムが含まれ、外部に放出されたセシウムは約1%であった。セシウムやカリウムは水に溶けるため、木や草等のバイオマスから雨水等による溶出が懸念されている。バイオマスを燃やすと、セシウムやカリウムは酸化物になり、常温になると水蒸気等と反応して水酸化物になる。セシウム酸化物・水酸化物もカリウム酸化物・水酸化物も水に容易に溶けるため、焼却灰の取り扱いが難しい。またセシウムもカリウムも比較的低温で気化するため、燃焼時に気化・飛散する可能性も考慮しなければならない。そのため、除染目的で伐採されたバイオマスの多くが未処理のまま貯蔵されており、広大な貯蔵施設が必要になっている。当研究グループは、バイオマスをガス化し、生成ガスをエネルギーや化成品原料へ利用する研究を長年行っている。その中で、水蒸気や酸素をガス化剤に用いてバイオマスをガス化すると、条件により残渣が固化・軽石状または溶融・軟化することを見出した。バイオマスをガス化することにより、セシウムやカリウムを水に溶融しない形態で固化または軽石状に封込できれば、安定貯蔵が可能になる。減容化率も高いので(重量1%程度以下)貯蔵も容易になる。バイオマスのエネルギー等への有効利用も同時に可能になる。当研究グループは小型バイオマスガス化装置やガス化状態をシミュレートできる特殊な熱天秤装置等を開発・所有している。これらの装置を用い、水蒸気や酸素雰囲気で非放射性セシウム/非放射性カリウム単独またはバイオマス等と混合して処理することによりガス化時の灰分挙動を解析し、残渣を水処理後、水をICP発光分光分析することによりセシウムやカリウムの溶解度を測定し、反応と反応生成物を評価している。平成27年度、ガス化状態をシミュレートできる特殊な熱天秤装置(TG)を用い、色々な条件で非放射性カリウムを処理し、処理後の残渣を水に浸して溶解成分をICP発光分光分析した(定性分析)。その結果、ガス化処理条件と溶解度に一定の傾向があることを見出した。さらに、文献調査を行い、残渣中のカリウムが水に溶け難くなる反応と反応生成物を推定した(特許出願予定のため詳細省略)。次にカリウムとバイオマス成分との相互作用を調べるため、非放射性カリウムと炭素を混合してTG処理し、さらにHPLC(液体クロマト)等を用いて分取・精製等を試みた。セシウムもカリウムも比較的低温で気化するため、ガス化時に生成ガスへ気化・飛散する可能性がある。質量分析計(MS)をTGに接続して気相中のセシウムやカリウム検出を試みたものの検出できなかった。メーカー技術者の協力を得ながら原因究明と対策を進めている。当研究グループは、小型バイオマスガス化装置やガス化状態をシミュレートできる特殊な熱天秤装置等を開発・所有している。これらの装置を用い、水蒸気や酸素雰囲気で非放射性セシウム/非放射性カリウムを各種化合物またはバイオマスと混合して熱処理することによりガス化時の灰分挙動を解析している。

具体的には、熱処理後の固体残渣を水処理し、水をICP発光分光分析することによりセシウムやカリウム溶解度測定、水処理後の固体残渣をEDX付走査型電子顕微鏡(SEM-EDX)分析することにより難水溶性セシウム化合物やカリウム化合物生成の確認等を行ない、これらの実験結果から反応を推定している。平成27年度、ガス化状態をシミュレートできる特殊な熱天秤装置(TG)を用い、色々な条件で非放射性カリウムを処理し、処理後の残渣を水に浸して溶解成分をICP発光分光分析した(定性分析)。その結果、ガス化処理条件と溶解度に一定の傾向があることを見出した。平成28年度、TGを用いて非放射性セシウム及びカリウムを処理し、処理後の残渣を水に浸して溶解成分をICP発光分光分析し(定量分析)、さらに水処理後の固体残渣をSEM-EDX分析して難水溶性セシウムやカリウム等が含まれることを確認した。これらの結果に基づき、水溶性セシウム化合物やカリウム化合物及び難水溶性セシウム化合物やカリウム化合物のガス化条件依存性を実験的に明らかにした。セシウムもカリウムも比較的低温で気化するため、ガス化時に生成ガスへ気化・飛散する可能性がある。質量分析計(MS)をTGに接続して気相中のセシウムやカリウム検出を試みたものの検出できなかった。メーカー技術者の協力を得て詳細に検討した結果、MS-TG接続用インターフェースとセシウムやカリウムが反応している可能性が高いことが判明した。気化量測定という当初の目的は果たせなかったものの、反応炉をインターフェースと同じ材料で製造または被覆すれば、セシウムやカリウムが反応し、飛散を防止できる可能性が示された。さらに、文献調査を行い、残渣中のカリウムが水に溶け難くなる反応と反応生成物を推定した。多くのセシウム化合物は水溶性なのでセシウム汚染バイオマスから雨水等による溶出が懸念されている。燃やすと揮発・分解するので飛散防止対策が必要となるため、除染目的で伐採されたバイオマスの多くが未処理のまま貯蔵されている。アルカリ金属を含むバイオマスをガス化すると条件により固体残渣が固化する。セシウムを難水溶性にして固化できれば高減容率で安定貯蔵が容易になり、バイオマスのエネルギー利用も可能になる。平成27年度、ガス化状態をシミュレートできる特殊な熱天秤装置(TG)を用い、非放射性カリウムを処理し、処理後の残渣を水に浸して溶解成分をICP発光分光分析して(定性分析)、ガス化処理条件と溶解度に一定の傾向があることを見出した。平成28年度、TGを用いて非放射性カリウムを処理し、処理後の残渣を水に浸して溶解成分をICP発光分光分析した(定量分析)。水処理後の固体残渣をSEM-EDX分析して難水溶性カリウムが含まれることを確認した。同様に、非放射性セシウムを処理し、水処理後の固体残渣に難水溶性セシウムが含まれることを確認した。平成29年度、非放射性セシウムを含む草本系バイオマスをTGを用いて処理した。水処理した固体残渣をXPS分析して、難水溶性セシウムを定量的に測定した。これらの分析結果から難水溶性セシウム化合物生成の最適条件を明らかにした。非放射性セシウムを含む草本系バイオマスを石英ガラス製反応管内で熱処理し、最適条件でのセシウム挙動を測定した。その結果に基づき、セシウム汚染バイオマス処理装置を立案した。科学研究助成金と別予算(産総研交付金)を使用して実験を実施し、平成30年4月末に最終結果を得た。現在、セシウム挙動・セシウムに汚染されたバイオマス処理法に関する特許・論文発表・学会発表を準備中である。多くのセシウム化合物は水溶性であり、燃やすと揮発・分解するので、セシウム汚染バイオマスから雨水等による溶出が懸念されている。熱処理による難水溶性・難揮発性セシウム化合物生成を検討した。熱天秤装置を用いて非放射性塩化セシウムを含む草本系バイオマスを熱処理した。
高電磁ノイズに対する CAN プロトコルの高信頼化手法

本研究課題では,高電磁環境下において,車載ネットワークCANプロトコルを高信頼化する手法について検討した.電力変換回路のスイッチングノイズの周期性などを故障モデルとして踏まえ,プロトコルの互換性を保ちながら耐故障性を強化するアプローチを研究した.おもな成果は以下の三つである.(1)ハイブリッドARQ方式のプロトコルを提案し,あらたに設計・実装したビットレベルのノイズ挿入器を用いた実測でその有効性を示した.(2)バス・ガーディアンにおける高調波ノイズの検出手法を提案した.(3)イベントトリガ型通信と呼ばれるランダムな通信の応答時間を評価するための新しい確率モデルを構築した.本研究の目的は,事実上の標準車載ネットワークであるCANのプロトコルを,高電磁環境下において高信頼化する手法を検討することである.電力変換回路のスイッチングノイズの周期性などを故障モデルとして踏まえ,プロトコルの互換性を保ちながら耐故障性を強化する二つのアプローチを研究する.27年度には,まず,高電磁ノイズに対する故障モデルを検討した.種々の環境において実験できるようなCANの評価用モデルネットワークを構築し,故障発生率とバースト性に関する実験をおこなった.また,環境適応型ハイブリッドARQと高電磁環境向けバス・ガーディアンの基礎的検討をはじめた.具体的には,次の成果を得た.高電磁ノイズに対する故障モデルの検討として,はじめに,様々な環境において実験できるようなCANの評価用モデルネットワークを構築した.このモデルネットワークを用いて高電磁ノイズに対するビット誤り発生率とバースト性,およびフレームの誤り発生率とバースト性について検討した.そして,インバータから発生したノイズをCANバスに印加する実験に基づき,自動再送要求(ARQ),前方誤り訂正(FEC),およびHALTモードで構成されるアプリケーション層ベースのハイブリッド通信プロトコルを提案した.このプロトコルは,CANノードに組み込まれた送受信エラーカウンタを参照し,適切なモードに遷移する.擬似ノイズ挿入回路を用いたCANノードへのノイズ印加実験によって総オーバヘッドフレーム数,MTBF,非稼働率を計測し,提案手法が高電磁環境下におけるデータフレーム送信の耐故障性強化に効果があることを示した.27年度には,予備実験用モデルネットワークを用いて高電磁ノイズに対するビット誤り発生率とバースト性,およびフレームの誤り発生率とバースト性について検討した.しかしながら,このモデルネットワークに,複数のECU相当のノードとパソコン,CANバス・アナライザなどを設置して拡張するまでには至らなかった.また,環境適応型ハイブリッドARQと高電磁環境向けバス・ガーディアンの基礎的検討については,大きな前進はなかった.理由としては,インバータから発生したノイズをCANバスに印加する実験について,予定を大幅に上回る時間を要したことがあげられる.本研究の目的は,車載ネットワークプロトコルCANを,高電磁環境下において高信頼化する手法を検討することである.電力変換回路のスイッチングノイズの周期性などを故障モデルとして捉え,プロトコルの互換性を保ちながら耐故障性を強化する二つのアプローチを研究する.28年度には,DC-DCコンバータから発生したノイズをCANバスに印加する実験に基づき,故障発生率とバースト性に関する検討をおこなった.また,環境適応型ハイブリッドARQの検討を始めた.CANプロトコルに対するハイブリッドARQでは故障モデルとしてバースト的な誤りの発生が想定されるため,インターリービングを併用すること想定した.さらに,高電磁環境向けバス・ガーディアンの構成についても検討を進めた.具体的には,次の成果を得た.DC-DCコンバータから発生したノイズをCANバスに印加する実験では,特定の電源電圧でデータフレームの損失率がバースト的に増加して,それを超える電圧では逆に損失率が減少することが明らかになった.ただし,そのメカニズムは現在のところ解明できていない.また,ハイブリッドARQへのインターリービングの適用では,シミュレーションベースでその有効性を確かめた.バス・ガーディアンの構成の検討では,実装のための各種の資料や,類似したプロトコルであるフレックス・レイの耐障害性などの調査をおこなった.さらに,CANの信頼性評価を数学モデルベースで実行するための離散時間マルコフモデルを構築し,数値計算およびモンテカルロシミュレーションによる数値評価を可能とした.28年度には,予備実験用モデルネットワークを用いて高電磁ノイズに対するビット誤り発生率とバースト性,およびフレームの誤り発生率とバースト性について考察した.また,ハイブリッドARQへのインターリービングの適用についても検討を開始した.しかしながら,何れも本質的な特性評価やバーストメカニズムの決定的な知見を得るまでには至らなかった.理由としては,高電磁環境においてモデルネットワークを稼働させながら安定的にデータを取得することが困難なことが徐々判明してきたことがあげられる.また,モデルネットワークの主要構成部品であるFPGAなどが原因不明の間欠故障に見まわれ,その発見に膨大な時間を費やしたことも大きかった.一方,バス・ガーディアンの構成においても,高電磁環境でのバースト・フレーム損失のメカニズムが明らかとなっていないため,ガーディアンの動作方式を確定することができず,研究の停滞を招いたことは否めない.29年度には,モデルネットワークの再検討・調整をおこない,安定した測定環境を整えた.その後,ノイズによるフレームの損失を再現するためのノイズ挿入器を設計・製作し,環境適応型ハイブリッドARQのための基礎実験をおこなった.また,高電磁環境向けバス・ガーディアンの構成についての検討も進めた.さらに,CANの特性を理論的に評価するための数学モデルを構築した.具体的には,以下の成果を得た.(1) CANノードがサンプリングする直前に,バスの信号値を反転させるノイズ挿入器の試作に成功した.ハイブリッドARQにインターリービングを併用する場合,冗長なフレームやインターリービングの割合は,情報の回復や通信量に大きく影響するため,スイッチングノイズの影響を測定して,要求されるリアルタイム性を考慮しながら適応的に決定する手法を検討する必要がある.

ノイズ挿入器の開発によって,1ビットレベルでエラー挿入が可能となり,実際のスイッチングノイズを模擬しながらフレーム損失を観測した.(2)バス・ガーディアンの最も重要な機能のひとつである,高調波ノイズの検出についての実現方法を提案した.CANノードにおける誤りの取り込みは,スイッチングノイズによる過渡的な信号値反転によって発生する.そのため,サンプリングのタイミングまでにノイズを検出することが重要である.本手法では,高次のハイパスフィルタでCANバス信号に重畳したノイズを抽出し,整流回路と積分回路による平滑化で検出する.(3) CANのデータ通信における応答時間を評価するための新しい評価モデルを構築した.これは,従来のタイムトリガ型通信と呼ばれる定期的な通信だけでなく,イベントトリガ型通信と呼ばれるランダムな通信を取り扱うことができる確率モデルであり,より現実に近いCANバス通信を数理的に評価することできる.本研究課題では,高電磁環境下において,車載ネットワークCANプロトコルを高信頼化する手法について検討した.電力変換回路のスイッチングノイズの周期性などを故障モデルとして踏まえ,プロトコルの互換性を保ちながら耐故障性を強化するアプローチを研究した.おもな成果は以下の三つである.(1)ハイブリッドARQ方式のプロトコルを提案し,あらたに設計・実装したビットレベルのノイズ挿入器を用いた実測でその有効性を示した.(2)バス・ガーディアンにおける高調波ノイズの検出手法を提案した.(3)イベントトリガ型通信と呼ばれるランダムな通信の応答時間を評価するための新しい確率モデルを構築した.本研究課題の今後の推進方策としては,まず,DC-DCコンバータから発生したノイズをCANバスに印加する実験に基づき,故障発生率とバースト性に関する検討を進める.モデルネットワークには複数のECU相当のノードとパソコン,CANバス・アナライザなどが必要となる.また,環境適応型ハイブリッドARQの検討を進める.CANプロトコルに対するハイブリッドARQでは故障モデルとしてバースト的な誤りの発生が想定されるため,インターリービングを併用することが望ましい.冗長なフレームを生成する度合いやインターリービングの度合いは,情報の回復や通信量に大きく影響するため,スイッチングノイズの影響を測定して,要求されるリアルタイム性を考慮しながら適応的に決定する手法を検討する必要がある.
東南アジアにおける有毒赤潮の発生及び広域化の機構

平成4年度はフィリピンとインドネシア国内の貝毒発生記録のある海域で予備調査を実施し、同時に本調査実施の難易度についても調べた。なお、当初の計画では両国でほぼ同規模の調査を実施する予定であったが、1992年にマニラ湾とサマール島マケダ湾で大規模な有毒赤潮が発生するなど、フィリピンにおける有毒赤潮の広域化の傾向が著しいこと、フィリピン側研究者に調査実施の希望が強いこと、また対象海域における調査に現地の支援が全面的に得られることから、フィリピンにおける調査に力点を置くようにした。フィリピンにおける予備調査ではルソン島、ミンダナオ島、セブ島など国内10ヶ所において水質、底質などの環境要因、プランクトンとシストの分布量、プランクトンと魚貝類試料中の毒の種類と量について分析を行った。その結果、プランクトンには有毒種は認められず、魚貝類試料中の毒もミンダナオ島のカミギン島で採集された貝類に麻痺性毒と下痢性毒が検出されただけであった。この下痢性毒は熱帯域で検出されたものとしては世界で初めてであり、その後パナイ島サピアン湾で継続して調査を続けた結果、Dinophysis caudata及びD.milesが原因種として確認された。本調査を実施した平成5年度は、実施時期を3期に分け、第1期の78月には8名の班員と4名の協力者によりフィリピン、第2期の11月には3名の班員でフィリピン、マレーシア、インドネシア、中国の調査を行い、第3期には23月にフィリピン研究者2名をわが国に招聘して研究成果を検討すると共に、3月に2名の研究者をフィリピンに派遣して補完的調査を実施した。第1期本調査では、マニラ湾の水質、底質及び、プランクトンとシストの分布調査を行ったが、マニラ湾が広範囲に富栄養化し、特に湾東部海域では過栄養の状態になっていること、無機態栄養塩が少なく懸濁態物質とクロロフィルが多く、栄養塩の再生と取り込み速度が速いことが分かり、これが有毒種赤潮の長期発生の一因であると推察された。また、鉛同位体を用いて行った海底泥の堆積速度は、湾中央部で毎年0.91cm、湾東部沿岸域で毎年1.50cmと見積もることができた。有毒プランクトンは渦鞭毛藻Pyrodinium bahamenseが湾内奥部とバターン半島沿岸部の水深6m以浅から発見された。海底に堆積している有毒渦鞭毛藻のシストは広範囲に、しかも数十cm深の堆積物からも少数ながら発見され、同種がマニラ湾では古くから発生しており、最近の環境変化で増殖量が増えたと推定された。フィリピンのパナイ島、セブ島、ミンダナオ島ではシガテラ魚毒原因渦鞭毛藻GambierdiscustoxicusやOstreopsis、下痢性貝毒原因渦鞭毛藻Dinophysis caudataなど発見され、これらプランクトンを摂食する可能性の高いニシン亜目魚類も多数認められた。第2期本調査ではフィリピンにおける補完的調査と、マレーシア、インドネシア、中国の調査を行った。インドネシアではジャカルタ湾、及びフローレス島の調査を行ったが、麻痺性貝毒の原因種は発見されず、現地の聞き取り調査の結果を併せても、過去に発生したとされる麻痺性中毒はシガテラ魚毒あるいは細菌性中毒を間違えたものと推察された。フローレス島では、有毒渦鞭毛藻のProrocentrum limaが多数発見された。マレーシアでは麻痺性貝毒原因種のP.bahamenseの発生が確認され、1994年1月に発生した中毒も同種によることが分かった。しかし、同一時期にマレー半島で発生した中毒事件では、プランクトンを精査したものの原因種は確認できなかった。中国では南部沿岸域に発生する有毒プランクトンをAlexandrium spp.と確認したが、東南アジアで発生しているP.bahamenseは発見できなかった。第3期には、今までの調査研究で、フィリピンに発生している魚貝類毒化原因生物のP.bahamenseが養殖貝類に付着し、貝類移植に伴って分布を広げている可能性が確認できたことを受けて、移植貝類を洗浄して有毒プランクトンのシストを除去する対策の有効性を検証した。

本調査を実施した平成5年度は、実施時期を3期に分け、第1期の78月には8名の班員と4名の協力者によりフィリピン、第2期の11月には3名の班員でフィリピン、マレーシア、インドネシア、中国の調査を行い、第3期には23月にフィリピン研究者2名をわが国に招聘して研究成果を検討すると共に、3月に2名の研究者をフィリピンに派遣して補完的調査を実施した。第1期本調査では、マニラ湾の水質、底質及び、プランクトンとシストの分布調査を行ったが、マニラ湾が広範囲に富栄養化し、特に湾東部海域では過栄養の状態になっていること、無機態栄養塩が少なく懸濁態物質とクロロフィルが多く、栄養塩の再生と取り込み速度が速いことが分かり、これが有毒種赤潮の長期発生の一因であると推察された。また、鉛同位体を用いて行った海底泥の堆積速度は、湾中央部で毎年0.91cm、湾東部沿岸域で毎年1.50cmと見積もることができた。有毒プランクトンは渦鞭毛藻Pyrodinium bahamenseが湾内奥部とバターン半島沿岸部の水深6m以浅から発見された。海底に堆積している有毒渦鞭毛藻のシストは広範囲に、しかも数十cm深の堆積物からも少数ながら発見され、同種がマニラ湾では古くから発生しており、最近の環境変化で増殖量が増えたと推定された。フィリピンのパナイ島、セブ島、ミンダナオ島ではシガテラ魚毒原因渦鞭毛藻GambierdiscustoxicusやOstreopsis、下痢性貝毒原因渦鞭毛藻Dinophysis caudataなど発見され、これらプランクトンを摂食する可能性の高いニシン亜目魚類も多数認められた。第2期本調査ではフィリピンにおける補完的調査と、マレーシア、インドネシア、中国の調査を行った。インドネシアではジャカルタ湾、及びフローレス島の調査を行ったが、麻痺性貝毒の原因種は発見されず、現地の聞き取り調査の結果を併せても、過去に発生したとされる麻痺性中毒はシガテラ魚毒あるいは細菌性中毒を間違えたものと推察された。フローレス島では、有毒渦鞭毛藻のProrocentrum limaが多数発見された。マレーシアでは麻痺性貝毒原因種のP.bahamenseの発生が確認され、1994年1月に発生した中毒も同種によることが分かった。しかし、同一時期にマレー半島で発生した中毒事件では、プランクトンを精査したものの原因種は確認できなかった。中国では南部沿岸域に発生する有毒プランクトンをAlexandrium spp.と確認したが、東南アジアで発生しているP.bahamenseは発見できなかった。第3期には、今までの調査研究で、フィリピンに発生している魚貝類毒化原因生物のP.bahamenseが養殖貝類に付着し、貝類移植に伴って分布を広げている可能性が確認できたことを受けて、移植貝類を洗浄して有毒プランクトンのシストを除去する対策の有効性を検証した。平成4年は明年度の本調査に備える予備調査として、フィリピンとインドネシア国内の貝毒事件発生記録のある場所で、現場調査をしたほか、現地での調査実施難易度、現地への交通手段についても調べた。フィリピンにおいては、10月25日11月15日と11月22日11月30日の2回にわたり、ルソン島、ミンダナオ島、セブ島、パナイ島、レイテ島、サマール島などの島内10ヶ所において水温、塩分などの環境要因の測定、プランクトンと海底泥試料および魚貝類試料を採集し、その中の有毒プランクトン分布量と毒量について分析を行った。
土の密度を考慮した不飽和浸透性状に関する研究

本研究では密度に依存する不飽和浸透特性について室内実験より検討を行ってきた。本研究で得られた成果を以下にまとめる。1.サクションによる体積変化が生じやすい粘性土や低飽和度の高サクション測定に適する熱電対露点法(サイクロメータ法)において密度が簡単に測定できる方法を提案し、高飽和から低飽和にいたる密度を考慮した水分特性曲線(間隙比、飽和度、サクションの関係)を求めることを可能にした。2.長良川シルトに対して同間隙比別の水分特性曲線群の関係から、間隙比、飽和度、サクションの3軸上の水分特性曲線モデル(排水過程のみでヒステリシスは無視)を提案した。また、文献をもとに他のシルト試料についても提案するモデルが適用できることがわかった。間隙比を考慮した水分特性曲線群はねじれた曲面を構成し、飽和度が低いほどサクションの変化が著しいことがわかった。3.上記のモデル構築時において、サクションには間隙比が最小となる限界が収縮限界時の間隙比に相当し、その際の最小サクションが、土粒子表面の表面保水と間隙保水が卓越する境界時のサクションである初期しおれ点に近いことがわかり、そのため、サクションによる体積減少が生じなくなることが推察された。4.直接、ダルシー則を用いて不飽和透水係数を求めるのに有効である瞬時水分計測法を改良し、簡便な不飽和浸透特性を図る試験法(水分分布近似法)を提案した。また、間隙比を考慮した水分特性曲線を考慮することにより、体積変化を生じる土試料についても本試験法が適用できることが明らかとなった。5.締固め曲線と粒度分布、粒度分布と間隙径分布、間隙径分布と水分特性曲線、これらの関係をヒントに砂質土について単位水分量あたりの締固めエネルギーとサクションの関係を調べた。その結果、締固めエネルギーとサクションのそれぞれの変動分(差)において土試料について一定の比例関係があり、締固め曲線より密度を考慮した水分特性曲線を推定することができることを示した。締固め曲線と水分特性曲線の関係を実験的に求めるとともに、Batelの2等球モデルからも密度、水分量、サクションの3要素の因果関係を調べ、水分換算エネルギーの定義を行った。水分換算エネルギーとは、土の締固めに必要な締固め仕事量が、土の構造(密度)を変化によって間隙水に蓄えられる単位水分量に対するエネルギーを示す。これまで試験に長時間要していた水分特性曲線の推定に水分換算エネルギーを用いることによって簡便に推定できる方法を提案し、数種の砂に対しての適用性を得ることに成功している。また、非定常法を用いた新たな試験装置(水分分布近似法:Approximated Profile Method)を開発している。現在、最も有効と考えられる不飽和透水試験法として非定常法である瞬時水分計測法の問題点(試験装置が高価、多量の試料が必要、細粒土には不適)を解決した試験法の開発に成功した。供試体内の水分分布を線形近似することにより、センサー数の低減、試料の小型化、締固めも容易にし、迅速に広範囲の水分量に対する不飽和透水係数求めることができる特徴を有しており、逆解析手法でもあるマルチステップ法との結果の比較からの整合性をも得ている。さらに、シルトに対してAxis Translation法、サイクロメーター法を使って密度、水分量、サクションの3要素で表現される水分特性曲線群を求めることに成功し、水分分布近似法とリンクさせることにより、測定中の体積変化を考慮できる試験法について検討を行っており、次年度もさらに検討していく予定である。

2年目にあたる今年度は、長良川シルトを用いて加圧法(Axis Translation Method)および熱電対露点法により土の保水性について室内実験を繰り返し実施し、これまで計測が行われていなかった供試体体積を試験終了後にパラフィンを用いて計測することを可能にした。別途計測された電気伝導度から浸透ポテンシャルを算定し、得られた化学ポテンシャルから浸透ポテンシャルを差し引くことで加圧法と同じマトリックポテンシャルで水分特性曲線を求めている。飽和度別に間隙比とサクション(pF)の関係を整理したところ、線形関係があること、またあるサクション、間隙比において1点に収斂する結果を得た。この間隙比は収縮限界時の間隙比に、またサクションは水分恒数では初期しおれ点に近い値を示すことから、間隙水と表面水がそれぞれ卓越する境界のサクションと考えられ、それ以上、間隙比の減少が生じないために、1点に収斂することが推察された。間隙比を考慮した水分特性曲線群は、ねじれた曲面を表し、飽和度が低いほどその傾向が著しいことがわかった。この結果を利用したサクション、飽和度、間隙比で表される水分特性曲線群の関数モデルを構築することに成功し、UNSODAのデータベース上に示されているシルトについても同様な結果を得ることができ、信頼性を確認した。非定常法である水分分布近似法について長良川シルトに対し,空気圧を負荷する制御法で行った結果、体積変化が著しく生じたため、先に提案したモデルから計測中の供試体体積を算出し直すことにより不飽和透水係数を算出することが可能であることがわかった。この結果は、計測中に得られる間隙水圧、排水量の時系列から逆解析法によって得られた結果とも一致することがわかった。さらに、水分分布近似法で段階的に吸引、加圧により浸透量を制御することにより砂においても定常状態を作り出すことで土の保水性(水分特性曲線)をも、不飽和透水係数と同時に計測できることがわかった。
シッピシグ・タグ付加レコンビナント蛋白質の髄液内投与と悪性脳腫瘍治療への応用

【目的】悪性脳腫瘍の髄腔内播種は極めて難治性であり、新しい治療法の開発が切望される病態である。AIDS virusの部分蛋白であるTATペプチドは僅か11アミノ酸の配列であるが、そのC末側に120kDもの大きな蛋白が融合されても、あらゆる細胞内へ効率よく侵入する機能を持つ。この機能に注目し、細胞周期制御因子をTATペプチド融合蛋白として髄腔内に投与することにより、細胞の分裂を停止して播種細胞特異的な治療を行う事を目的として研究を行った。【方法】Washington大学Steven Dowdy博士より供与されたTAT-LacZ,TAT-GFP,TAT-p16(wild type),TAT-p16(mutant)の各融合蛋白発現プラスミドを用い、融合蛋白を大腸菌より精製した。これらの蛋白を用い、1)in vitroでC6ラットグリオーマ細胞へ各蛋白を導入し、導入効率を解析すると同時に、細胞周期への影響を解析した。2)正常ラットの髄腔内に各蛋白を注入し、融合蛋白の分布と毒性を解析した。3)C6細胞の髄腔内播種モデルを作成し、その髄腔内にTAT-LacZを注入し、蛋白の分布を解析した。【結果】1)in vitroの系でTAT-LacZ蛋白は用量依存的にC6細胞に導入され、特に核内への分布が確認された。2)15mg/mlという濃度で100%の細胞に蛋白が導入されが、細胞密度が低い状態ではより低い濃度で100%の細胞に導入可能であった。3)コントロールとして用いたTATが付加されていないLacZ蛋白はC6細胞内へは全く導入されなかった。4)導入には少なくとも8時間の細胞との接触が必要であった。5)TAT-GFPも同様に100%の細胞に導入可能であった。6)TAT-p16が核内に導入された細胞ではS期細胞の著名な減少が観察された。7)髄腔内に注入したTAT-LacZ蛋白はくも膜下腔全体に広がり、播種性のC6細胞及び脳表の組織に導入された。8)TAT-LacZ,TAT-p16を髄腔内に注入することによる毒性は認められなかった。【結論】TAT融合蛋白を用いることにより、髄腔内播種細胞の核内へ効率よく蛋白分子を送り込む事が可能である。TAT-p16の髄腔内投与は重篤な副作用もなく、治療効果が期待される。今後はTAT-p16やTAT-p27を用いた播種モデルの治療実験を行う予定である。
セクレトームに基づくマラリア肝臓ステージの宿主寄生虫間相互作用の解明

マラリア原虫は宿主である肝細胞の機能を巧みに制御し自身の生存に有利な環境を構築していると考えられる。この制御を分子レベルで理解することはマラリア原虫の感染を阻止する新たな戦略につながる。とりわけ肝細胞内に輸送される原虫タンパク質はこの制御の中心になっている可能性が高く重要である。本研究では、肝細胞内に輸送される原虫タンパク質群(セクレトーム)を同定することを目的として、NGSを用いた遺伝子大量解析を実施した。以下の2つ課題のを中心に研究を実施した。ラットにスポロゾイトを静注し、静注後24時間、36時間、48時間、58時間の各時間においてRNA-Seq法でトランスクリプトーム解析を実施した。24時間はtrophozoiteから初期schizont, 36時間は中期schizont、48時間は後期schizontからcytomere、58時間は成熟merozoiteにそれぞれ相当する。具体的には100万から500万の唾液腺由来スポロゾイトをラットに静注し各時間に肝臓をPBSで還流し摘出後、total RNAを抽出し調製したRNAよりライブラリーを作成した。配列をIonproton systemで解析し,得られた配列データからマラリア原虫及びラットのrRNA, tRNAをフィルタリングして除いた後、マラリア原虫ゲノム配列とラットゲノム配列を合わせた仮想ゲノム上にマッピングした。マラリアゲノム上に60塩基完全マッチでマップされたリードのみを最終的に以降の解析に使用した。本研究によって取得されデータはマラリア原虫の肝臓ステージにおける世界で初めての本格的トランスクリプトームである。2.構造解析とプロファイリング次に得られたトランスクリプトームデータに基づき発現プロファイルを解析した。全体のリード数と各遺伝子ORFの長さからRPKM値(Reads Per Kilobase of exon model per Million mapped reads)を算出しデータを標準化した後、遺伝子を発現パターンに従いクラスタリング(グループ分け)を実施した。得られたデータをもとに1. 24時間と36時間で発現ピークを形成する。2.分泌シグナル配列を有する。という2つの条件に従いセクレトームの候補をスクリーニングした。スクリーニングの結果数十個の候補遺伝子を選択することに成功した。1.人工染色体によるセクレトーム解析セクレトーム候補遺伝子をマラリア原虫人工染色体を用い蛍光蛋白融合蛋白質として発現させ実際に宿主細胞に輸送されることを確認した。原虫細胞内と細胞外の区別を付けやすくする為、マラリア原虫はGFP発現原虫株P. berghei ANKA 507cl1株を用い、目的蛋白質は赤色蛍光蛋白mCherryとの融合蛋白質(C末端側)として発現させた。具体的には、上流1-1.5kbp程度の制御領域配列と蛋白コーディング部分を含めた全体をPCRでゲノムから一度に増幅し、人工染色体ベクターPcen-mCherryにサブクローニングし, mCherry融合蛋白質の発現コンストラクトを作成し、血液ステージの原虫に人工染色体コンストラクトを導入し蚊に感染させスポロゾイトを作成した。肝臓ステージをHepG2細胞で培養し共焦点レーザー顕微鏡で局在を観察した。2.組み換えアデノウイルスワクチンによる感染阻止効果の実証本研究で得られたセクレトームの中には既に以前の研究の結果より示唆されていた原虫蛋白が確認できた。そこでセクレトー解析で同定された蛋白質が実際に抗原として感染阻止免疫を誘導することを実証するため、この遺伝子を発現する組み換えアデノウイルスを作製し、感染阻止免疫が誘導できるかどうか検証した。免疫はマウスで行うためP. yoelii (17XL strain)由来遺伝子を用いた。アデノウイルスベクターはE1 E3欠損型を用い293細胞で増殖させた。ウイルスタイターをあげた後マウス(Balb/c)に皮下注射し免疫した。感染阻止はP. yoeliiを静注した後パラシテミアの上昇で評価した。この結果パラシテミアの上昇が免疫群ではコントロールに比べ有意にパラシテミアが減少することが確認され、肝臓ステージの原虫が免疫により排除されたことを示唆した。以上の結果は、本タンパク質がワクチン抗原として利用できることを証明した。27年度は以下の研究を実施した。分泌たんぱく質の予測:RNA-seq法によるトランスクリプトーム解析のデータに基づき肝臓ステージで発現される遺伝子を同定した。さらにこれらの遺伝子から構造に基づき分泌性たんぱく質の候補遺伝子を複数同定した。同定した個々の遺伝子についてGFP融合蛋白発現コンストラクトを、人工染色体を用いて作製し、ネズミマラリア原虫にトランスフェクションした。組み換えネズミマラリア原虫のスポロゾイトを培養肝細胞HepG2に感染させ細胞質への輸送をコンフォーカルレーザー顕微鏡で観察した。この実験の結果細胞質または寄生胞に分泌される原虫たんぱく質を複数同定した。分泌たんぱく質のエピトープ予測:次にすでに細胞質への分泌を確認しているたんぱく質LISP2に関しクラス1抗原エピトープの予測をおこなった。アミノ酸配列から20種類程度のエピトープを予測しそれぞれに関しペプチドを合成した。遺伝子操作で弱毒化したネズミマラリアのスポロゾイトでマウスを免疫した後、脾臓からリンパ球を回収しこれらのエピトープを認識しているT細胞が存在しているかを解析した。その結果T細胞は特に4種類のエピトープに強く反応することがわかった。各種ワクチンの作製:以上のデータを下に、組み換えアデノウイルス、DNAワクチンコンストラクト、および長鎖ペプチドワクチンを設計・作製した。

組み換えアデノウイルスはマウス筋肉内に注射し免疫した後、ネズミマラリアスポロゾイトをチャレンジして免疫が付与されたかどうかを確認した。DNAワクチンコンストラクトはジーンガンを用いてマウスを免疫し,同様にネズミマラリアスポロゾイトをチャレンジした。肝臓ステージのトランスクリプトーム解析に初めて成功したこと、またそこから予定通りセクレトームを予測できたことは大きな成果である。またいまだ抗原数は少ないがエピトープの予測から各種ワクチン作製までの手法を確立したことは大きな進歩であると考える。本年度は以下の研究を実施した。1.肝臓感染前のスポロゾイトステージ、肝臓感染後24時間、36時間、48時間の肝臓ステージでRNA-seqによるトランスクリプトーム解析を実施し、肝臓ステージのdevelopmentと遺伝子発現の関係を解明した。肝臓ステージの遺伝子発現プロファイル解明は遺伝子の機能を推測する貴重な手掛かりであり、肝臓ステージ研究の進展に大きく寄与すると考える。また以上の研究により本プロジェクトの中心課題であるRNA-seqによる肝臓ステージのトランスクリプトーム解析を完了させることができた.2.本年度は新たに肝臓ステージ転写因子AP2-LのChIP-seqによるターゲット遺伝子の同定を試み、これに成功した。肝臓ステージ転写因子のターゲット解析は世界でも初めての成果である。今後今回得られたChIP-seqデータと肝臓ステージのトランスクリプトームデータを比較し肝臓ステージでの遺伝子発現制御の仕組みを詳細に解明したいと考える。加えて肝臓ステージでは新たに転写因子を同定することができた。その標的遺伝子について現在ChIP-seqによると解析を実施中である。3.肝臓ステージの分泌蛋白であるLISP2を発現する組み換えアデノウイルスを作製した。またこれをマウスに摂取し防御免疫が誘導できるかを評価した。さらに本遺伝子を用いてDNAワクチンを作製しその効果を検討した。4.LISP2のエピトープ解析を実施した。この解析により複数のエピトープを同定した。さらにこの結果をもとに長鎖ペプチドワクチンを作製しマウスに投与し、防御免疫を誘導できるかを評価した。マラリア原虫は宿主である肝細胞の機能を巧みに制御し自身の生存に有利な環境を構築していると考えられる。この制御を分子レベルで理解することはマラリア原虫の感染を阻止する新たな戦略につながる。とりわけ肝細胞内に輸送される原虫タンパク質はこの制御の中心になっている可能性が高く重要である。本研究では、肝細胞内に輸送される原虫タンパク質群(セクレトーム)を同定することを目的として、NGSを用いた遺伝子大量解析を実施した。以上の解析により予定していた全てのステージ(24時間、36時間、48時間、58時間の各時間)において今後の解析に必要な最低限のデータを取得することができた。
ゲノム構造異常検出を支援するインハウス日本人ゲノムコピー数多型データベースの構築

本研究では、ヒトゲノムに生じる疾患の病態発生に関わるゲノムコピー数変化を病的表現型に影響しないコピー数多型(copy number variation, CNV)と区別して検出するために、in houseデータベースを構築し、研究コミュニティーの研究支援を行うことを目的とし、Affymetrix社のCytoScanアレイとその解析ソフトChASをヒトコピー数多型ならびに変異情報取得のプラットフォームとして用いることで、以下を達成できた。1公開されているデータベースからの既知CNV情報取得による基本データベース作成2自施設での解析から得られた60症例のデータのサンプルごとのCNV情報の抽出と、位置と頻度情報を付与したin house情報としての蓄積。3正常対照者(健常成人ボランティア5例)のアレイ解析とCNV情報の抽出。41-3を統合し、かつ、in houseデータベースの自動更新化ならびに、ビューアー上での頻度情報、プローブ情報、遺伝子情報を付帯したCNV情報の可視化。これらにより、複数のCNV研究への貢献(研究発表・雑誌論文参照)に繋がる成果を上げることができた。また、公開データの活用により、予定より少ない解析数でも効率的にin houseデータベースを構築できることが確認できたことも重要である。本研究の成果は、ゲノムコピー数解析を受託した検体から得られたデータをもとに継続的にin houseデータベースにCNV情報を蓄積し、これをヒトゲノム研究コミュニティーに提供できる拠点を形成するための基盤を構築した点で意義がある。今後は、達成できなかった「CNVの頻度情報を研究者が利用するためのデータのWebサイト上への公開」を目指して、システムの改良に取り組む。
近接場光によるナノ光集積回路の動作方式の解明とその為の半導体微粒子の堆積成長

ナノ寸法の光集積回路を実現するために、次の項目を遂行し、成果を得た。(1)寸法の異なる半導体量子ドット間の近接場光エネルギー移動を利用した光スイッチを提案した。CuCl量子ドットを試料として紫外域の近接場光分光分析を行い、このエネルギー移動を観測する事ができた。また、我々の開発した量子論的理論モデルによりスイッチング時間を10psと推定した。(2)光集積回路中のデバイスを作成する方法として、近接場光による化学気相堆積法を開発し、亜鉛、アルミニウムの金属原子のナノ寸法堆積を実現した。また、基板表面と堆積原子との相互作用を検討し、最小の堆積寸法25nmを得た。さらに微小化を実現するための問題点を抽出した。ところでこの方法において、近接場光の非共鳴エネルギー移動のため光子エネルギーの低い青色光を用いても堆積可能であることを見出した。(3)上記(2)において亜鉛を酸化することにより青色発光体の酸化亜鉛のナノ寸法堆積を実現し、励起子発光を観測した。また、別途作成された酸化亜鉛のナノ微粒子の寸法が50nm以下の場合、発光特性の量子サイズ効果を観察することに成功した。(4)ナノ寸法の光集積回路と外部の巨視的光デバイスとを接続するためのインターコネクション素子として、プラズモン導波路を提案し作成した。導波特性を評価した結果、スポット径110nmでの導波を確認した。(5)以上の成果をまとめ、ナノ寸法の光集積回路を実用化するための今後の方針について検討した。光化学気相堆積法の基礎として有機金属分子の光解離反応を利用した金属の堆積を行った。まずナノ寸法を有する亜鉛の細線やドットの堆積を行い、作製されたドットの基板面内の寸法はファイバープローブの先端寸法で決まり,高さ方向には堆積時間に比例することを確認し,また各ドットをその直径程度まで互いに近接した位置へ堆積することが可能であることを確認した。また亜鉛堆積速度の光源波長依存性から,近接場光特有の非共鳴光解離機構が存在することを見出した。次にアルミニウムのドットの堆積を行い,最小寸法25nmを得,この技術がナノ寸法光集積回路を作製するための高い分解能、及び位置と寸法の制御性を有することを実証した。さらに亜鉛とアルミニウムを同一基板上の近接した位置へ堆積させることにより,従来の加工技術では困難とされる異種材料の微細パターンの作製の可能性を示した。次に酸化亜鉛の堆積を行った。まず予備実験として伝搬光による堆積を行い,基板温度150°C以上で組成,結晶性の優れた酸化亜鉛薄膜が堆積できることを示した。特に基板温度150°C以上で作製された薄膜から波長380nmにピークを有する励起子発光を観測した。次に,近接場光により酸化亜鉛のナノ寸法ドットを堆積し,その堆積速度の温度依存性から伝搬光による場合と比べ低温での堆積が可能であることを見出した。一方、ナノ光集積回路の基本素子であるナノ光スイッチを提案し、これを湯川型ポテンシャルを用いた理論により解析し、スイッチング時間がサブナノ秒であることを確認した。またCuClの量子ドットを用いてこの提案のための基礎確認実験を行い、量子ドット寸法依存の発光スペクトルを取得した。

ところでこの方法において、近接場光の非共鳴エネルギー移動のため光子エネルギーの低い青色光を用いても堆積可能であることを見出した。(3)上記(2)において亜鉛を酸化することにより青色発光体の酸化亜鉛のナノ寸法堆積を実現し、励起子発光を観測した。また、別途作成された酸化亜鉛のナノ微粒子の寸法が50nm以下の場合、発光特性の量子サイズ効果を観察することに成功した。(4)ナノ寸法の光集積回路と外部の巨視的光デバイスとを接続するためのインターコネクション素子として、プラズモン導波路を提案し作成した。導波特性を評価した結果、スポット径110nmでの導波を確認した。(5)以上の成果をまとめ、ナノ寸法の光集積回路を実用化するための今後の方針について検討した。