物理学研究で使われる数値計算では、一般に多数のパラメータ推定を含みます。本研究では、既知の観測量（計算結果）同士の関係に着目し、パラメータ推定を介さずに予測を行う新しい手法（MEPエミュレータ）を開発しました。これにより計算コストの大幅な削減と、効率的な不定性評価が実現できます。　物理学研究では、実験で得られたデータをもとに理論を調整し、まだ観測されていない現象を予測するというのが一般的な手順です。しかし現実の理論はとても複雑で、実験で直接測ることができない、多くの「パラメータ」と呼ばれる数値を推定した上で、別の現象を計算するという手順が必要になります。この作業は非常に計算量が多く...

The Chicxulub impact signature in East Asia...

mpact-shear-induced millisecond clustering during shear melting of colloidal crystals（衝撃せん断によってコロイド結晶のせん断融解中に生じるミリ秒クラスタリング）...

拡散光トモグラフィは、近赤外線を用いて生体内部の異常部位を非侵襲的に診断する新しい医療技術です。この診断を高精度に行うための光輸送シミュレーションを、従来の100万倍以上の速さ（約2ミリ秒）で実行するAI（人工知能）モデルの開発に成功し、リアルタイム診断への道を切り拓きました。　近赤外線を使った「拡散光トモグラフィ」は、脳出血や悪性腫瘍などの疾患において、生体内部の異常部位を発見する診断技術として近年用いられています。この手法では、体を傷つけたり放射線を使うことなく、光を生体組織に照射して体内の異常を検出することができます。しかし、高精度な診断を行うには、光の伝わり方を記述する「光...

メタノールをエネルギー源として利用する酵母において重要な役割を担う酵素の立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて高精度で解明しました。その結果、よく似た構造の2種類の酵素が環境に応じて異なる働きをする仕組みが明らかとなりました。　カーボンニュートラル社会の実現に向けて、メタノールの効率的な資源化が注目されています。本研究では、より効率的なメタノール利用の鍵を探るため、メタノールで成長する酵母Ogataea methanolica におけるアルコールオキシダーゼ（AOD）という酵素に着目し、その構造と機能の違いをクライオ電子顕微鏡を用いて明らかにしました。AODには複数の...

Anomaly Detection of Fermi Surface Morphology in Co2MnGaxGe1-x via Interpretable Machine Learning...

Explainable analysis of the complex maze magnetic domain structure through extension of the Landau free energy model by adding an entropy feature...

高温の温泉環境から、自己複製する未知の環状RNAを発見しました。これまで、高温の環境では直鎖型ゲノムを持つRNAウイルスのみが見つかっていましたが、今回はそれとは異なる環状RNAの複製体を見いだしました。このことは、高温極限環境にも多様な自己複製RNAが存在することを示すものです。　生物の多くはDNAを遺伝情報として持ちますが、RNAを遺伝情報として自己複製する因子も知られており、ウイルスやウイロイド（ウイルスよりも小さい感染性RNA分子）などがその例です。これらは生命の起源や進化を考える上でも重要な存在とされていますが、どのような環境にどのような種類の自己複製RNAが存在するのか...

軽症頭部外傷後に、脳脊髄液の微細な動きが脳の部位ごとに異なる形で変化する可能性を示しました。特殊なMRI技術を用い、従来捉えにくかった脳脊髄液の微細な動きを非侵襲的に初めて評価しました。本手法は、外傷後の脳の状態や認知機能との関係を理解するための新しい知見を与えると期待されます。　脳の中には脳脊髄液という液体があり、脳を守ったり、不要な老廃物を外に出したりする重要な役割を持っています。この液体は常にわずかに動いており、その動きが脳の健康に関係していると考えられています。しかし、特に軽い頭のケガ（軽症頭部外傷）の後に、この液体の動きがどのように変化するのかは、これまでほとんど分かって...

私たち人間は、自らの意志によって行動している個々の存在です。ところが、個々の人間が集まった組織や社会などでは、SNSの「バズる」「炎上」といった特定の情報が急速に拡散されていく現象のように、集団が一つの意志を持ったようにブームが生まれ、一斉に同じような行動をとることがあります。このような人間社会の動きの背景にある、基本法則・原理を読み解き、記述する学問分野が「社会経済物理学」です。 　システム情報系社会工学域の佐野幸恵准教授は、ブログやソーシャルメディアなどインターネット上に存在する膨大なデジタルデータを解析し、人間集団のふるまいを数理モデル化する研究に取り組んでいます。さらに...

Backbone rigidity promoting hole delocalization and enabling efficient charge generation with minimal voltage loss in nonfullerene organic photovoltaics...

Amide-to-Chloroalkene Substitution for Peptide Backbone Modification to Enhance Membrane Permeability...

Multiscale phase nucleation driven by photoinduced polarons in a volume-changing material...

ダンゴムシは、飼育する時に虫かごに石を入れるとよいことが知られています。異なる種類の鉱物を与えて飼育した結果、ダンゴムシは食べた鉱物をそのまま殻にするのではなく、体内で鉱物の構造を作り替えていることを発見しました。生物が鉱物の構造を制御して利用する仕組みの理解につながる成果です。　甲殻類や貝類など多くの生物は、炭酸カルシウムなどの鉱物を利用して硬い外骨格を形成しています。このように生物が体内で鉱物を作る現象は「生体鉱物化（biomineralization）」と呼ばれ、生物材料科学や進化生物学の分野で重要な研究テーマとなっています。　ダンゴムシの外骨格（背殻）は、炭酸カ...

宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、国際宇宙ステーション（ISS）の利用成果最大化に向けた日米協力枠組み（Japan-U.S. Open Platform Partnership Program: JP-US OP3）のもと、JAXAが開発した微小重力から1Gまでの人工重力環境下でマウスを飼育できる世界で唯一の装置（可変人工重力研究システム：MARS）を用い、ISS「きぼう」日本実験棟で低重力ミッションを米国航空宇宙局（NASA）と共同実施しました。　JAXA、筑波大学、東北大学、ハーバード大学などからなる国際研究チームは、「きぼう」に搭載されたMARSを用い、マウスを4...

多くの光合成細菌にとって酸素は有害ですが、海洋性紅色非硫黄細菌は酸素存在下でも生育できます。この細菌において光合成を担うタンパク質複合体の構造をクライオ電子顕微鏡で観察したところ、新たな膜タンパク質を発見し、酸素存在下でも効率よくエネルギー変換できる仕組みの一端を解明しました。　光合成細菌は光合成の際に酸素を発生しませんが、太陽光エネルギーを高効率で化学エネルギーへ変換する能力を持ちます。また、植物が利用しない近赤外光を利用でき、淡水や海水、温泉など多様な環境に適応しています。中でも海洋性紅色非硫黄細菌Rhodovulum sulfidophilum は、酸素存在下で...

The dynamic basis of G-protein recognition and activation by a GPCR...

Microdroplet Coalescence Driving Mass Formation of Twisted Bilayer Fragments via Spontaneous Liquid-Liquid Phase Separation...

生物の目の仕組みから着想をえた「イベントカメラ」を用いた非接触の振動計測手法を開発しました。得られたデータを幾何学的に解析し、従来困難だった振動の再構成に成功しました。レーザー光などを使う従来法より手軽で安価に計測可能です。複数の音源を分離して同時に記録できることも確認しました。　非接触での振動計測は、建物や橋などの構造物や飛行機、電車などの安全性を確認するために重要です。レーザー光を用いる手法もありますが、装置は高価で、計器の配置など計測のための準備作業が複雑です。安価な方法として、カメラを用いた振動計測が注目されています。普通のカメラは、一定の時間をかけて光をためてから画像を記...

創造のためのシミュレーション老朽化した高層ビルなどの発破解体計画や、地震や災害に強い建築物の構造を考えるには、 建物が倒壊する時のメカニズムを理解することが重要です。 そのために独自の計算手法を開発し、多くのシミュレーション研究を行ってきました。 その応用範囲は、ロボット機構の制御といった、意外な分野へも柔軟に広がっています。 倒壊シミュレーションを現実の建物で...

Self-Similar Inverse Cascade from Generalized Symmetries...

入手が容易で安価なマグネシウム金属（負極）と多孔質グラフェン（正極）を組み合わせ、さらに塩化マグネシウムを含む電解液を固体化することで、液漏れを防ぐとともに塩化に強い耐性を持つ、高性能かつ繰り返し使用可能な全固体マグネシウム空気二次電池を開発しました。　大容量で繰り返し充放電可能な二次電池は、電気自動車などの電化技術の中核になると期待されています。しかし、リチウムや白金などの高価な金属が使用されており、これらに代わる材料の探索が求められています。　一方、マグネシウム空気二次電池は、炭素材料を正極、マグネシウムを負極、塩化マグネシウム含有した電解質とし、正極活物質の酸素を...

　MHz帯かつ最大0.5テスラの強磁場条件下で、磁性材料の飽和に至るまでの全磁化ヒステリシスループ（磁力の変化過程）を高精度に測定できる新しい磁気計測システムを開発しました。この手法は、従来は測定が困難であった「大振幅・高周波条件下での磁化過程」を直接評価することができます。　磁性材料の高周波特性は、電源回路やインダクタ、トランスなどの電力変換機器の高効率化・小型化・高周波化を実現する上で不可欠な指標です。しかし従来の計測手法では、強磁場を印加するために大きな電力や電圧が必要となる、あるいは磁場振幅が制限され初期磁化領域の評価にとどまるなど、実際のデバイス動作条件を十分に再現でき...

素粒子実験などにおいて粒子の検出に用いられているシリコン（Si）半導体は、高放射線環境下では異常を来たすため長期利用は困難です。今回、放射線耐性がより高い窒化ガリウム（GaN）半導体を用いて、単一の放射線粒子の位置をリアルタイムかつ2次元で正確に検出することに成功しました。　シリコン（Si）半導体は、私たちの身の回りでたくさん使われていますが、高い線量の放射線に曝される環境では、特性劣化や誤動作、故障を引き起こすため、長期利用が困難です。そのため、高エネルギー加速器を用いた素粒子実験や、原子炉の格納容器内部での使用、長期間の月面探査といった場面では、新たな材料開発が必要になります。...

VR実験により、歩行者の「立ち止まる」「視線を向ける」といった行動が、後ろを歩く人の「つられ注視」を生み、公共ディスプレイへの気付きを大きく高めることが分かりました。ただし一瞬の注視では内容理解にはつながりにくく、また、文化的背景による違いは確認されませんでした。　街中のデジタル看板（公共ディスプレイ）は、便利な情報発信の手段ですが、多くの人は気付かずに通り過ぎてしまいます。一方で、誰かが画面を見て立ち止まると、周囲の人もつられて視線を向けることがあり、こうした現象を活用すれば、より多くの人に情報を届けられる可能性があります。　本研究では、VR（仮想現実）に実際の街並み...

紙パルプとデンプン、ポリアニリン（導電性⾼分⼦）、プルシアンブルー（⾊素）およびアルギン酸（天然⾼分⼦）をそれぞれ組み合わせ、さらにこれらを重ねたコンポジットシートを作成しました。このシートは、セシウム、ヨウ素、ストロンチウムといった放射性物質を⼀括で効率よく吸着し、遮断します。　紙パルプにさまざまな機能性⾼分⼦を混合したり分⼦レベルで化学的に装飾したりすることにより、⾷品⽤耐油紙、フィルターや電磁波遮断シートなど実⽤上有望なコンポジット材料が得られます。本研究では、紙パルプとデンプン、ポリアニリン（導電性⾼分⼦）、プルシアンブルー（⾊素）およびアルギン酸（天然⾼分⼦）をそれぞれ...

競馬ではムチ使用の強度や回数に制限がありますが、その確認はレース後に手作業で行われます。本研究では、高音質録音とAIとの組み合わせにより、ムチ使用音を自動検出する技術を開発しました。高周波成分の分析で精度が向上したことで、リアルタイム判定の実現可能性が高まりました。　競馬では、馬のスピードを上げたり集中させたりするためにムチが使われます。しかし、強すぎる使い方や規定回数を超えた使用はルール違反となり、動物福祉の観点やレースの公平性の観点からも重視されています。現在は審判員がレース後に映像を見ながら手作業で確認していますが、このプロセスには時間がかかり、見落としの可能性もあることか...

原始的な脊椎動物の特徴を多く残しつつ嗅覚系を発達させた円口類ヌタウナギについて、嗅覚関連受容体を調べた結果、特定の嗅覚関連受容体の遺伝子の数が独自に増加していること、初期の脊椎動物がこれまで考えられていた以上に多様な嗅覚関連受容体を持っていた可能性を見いだしました。　私たちヒトを含む動物は、においを感じることで食べ物を探したり危険を察知したりします。その土台になっているのが、嗅覚に関連する受容体タンパク質です。脊椎動物の嗅覚関連受容体は大きく4種類（OR、V1R、V2R、TAAR）に分類されますが、これらの進化的起源や初期の多様化の詳細はよく分かっていませんでした。　そ...

地球温暖化が進めば、海洋の酸性化も進む。食い止められなければ、海洋生態系の多様性が失われる。いま、海で起きつつあることを多くの人に知ってもらいたい」。筑波大学下田臨海実験センター（静岡県下田市）を拠点に活動するハーベイさんは、自らの研究成果も踏まえ、そう話します。 　現在の海水は弱アルカリ性（ph約8.1）ですが、pHが低下傾向にあります。温室効果ガスであるCO2の大気中濃度の上昇に伴って、大気から海に溶け込むCO2の量も増えているからです。これを海洋の酸性化と言い（海水が酸性になるわけではありません）、海洋の生態系に大きな影...

1952年にマグニチュード（M）9級の超巨大地震が起きたカムチャツカ半島沖で今年7月、再びM9級の地震が発生しました。地震学の常識を覆す発生間隔の短さの謎を解明するため、その破壊過程を精密に解析し、巨大地震が古典的な地震サイクルモデルでは説明が困難な挙動をしていることを示しました。　2025年7月、ロシア・カムチャツカ半島沖でマグニチュード（M）8.8〜8.9の超巨大地震が発生しました。この地震は、1952年に起きたM9.0級巨大地震とほぼ同じ場所を再び破壊したにもかかわらず、その発生間隔はわずか73年と異例の短さであり、地震学の常識を大きく揺るがすものでした。　本研究...

理工情報生命学術院 生命地球科学研究群 生物学学位プログラム（博士前期課程）2年次ベイリッツ亜里咲マリー さんPROFILE2002年生まれアメリカ育ち2020年筑波大学生命環境学群生物学類に入学し、植物の体の仕組みや生物多様性について学ぶ。その後理工情報生命学術院生命地球科学研究群に進学し、生命環境系の蓑田 歩 助教のもとで現在藻類のストレス耐性についての修士論文執筆に励んでいる。 　藻類の研究に取り組みながら、大学の内外で環境や社会の課題に向き合ってきたベイリッツさん。研究室の中だけにとどまらず、学生としての...

アジア6か国の25施設が協力し、腸の難病である炎症性腸疾患（IBD）に合併する肝臓の病気、原発性硬化性胆管炎（PSC）について、初めての大規模な調査を行いました。その結果、アジアのIBD患者ではPSCの合併が欧米より少ないこと、また早期発見の重要性が示されました。　原発性硬化性胆管炎（PSC）は、胆管が慢性炎症と線維化を繰り返すことで徐々に閉塞し、最終的には肝硬変や肝不全に至る難治性の疾患です。潰瘍性大腸炎やクローン病を含む炎症性腸疾患（IBD）と合併することが知られていますが、アジア地域では患者数が少なく、その合併率や臨床経過についての大規模な研究はこれまで行われていませんでした...

SC'25: Proceedings of The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis...

東アジアの冬に吹く北西のモンスーンが強い年には、北西太平洋の中緯度域の海が冷やされ、冷えた海が更にモンスーンを強める仕組みを解明しました。中緯度の大気と海の相互作用が日本の冬の年々変動に重要なことを示すもので、異常気象の要因解明や季節予報の精度向上につながると期待されます。　東アジアの冬に吹く北西の季節風（モンスーン）が強い年には、日本各地で厳しい寒さや大雪が発生し、社会や経済活動に大きな影響を与えます。これまで冬のモンスーンの強弱については、エルニーニョ現象やラニーニャ現象など熱帯域の海洋で発生する現象との関係が注目される一方で、中緯度の海洋との関係は十分に理解されていませんでし...

Automated Elucidation of Crystal and Electronic Structures in Boron Nitride from X-ray Absorption Spectra Using Uniform Manifold Approximation and Projection...

集団内の遺伝的多様性情報を考慮して種の過去～現在の分布移動を推定する新しい解析手法を開発しました。また、これを用いて、インド・西ガーツ山脈を起源とする、世界で最も価値の高い香辛料であるクロコショウの最終氷期最盛期から現在までの分布移動の歴史を高解像度に明らかにしました。　過去の気候変動は種の分布および遺伝構造形成に大きく影響を与えてきました。これまで、種の分布変遷史は古生態学、植生学、集団遺伝学や系統地理学的手法により評価されており、その手法として、特にこの15年ほどは、種の現在の分布情報と過去～現在の気候変数（気温、降水量など）を用いて種の分布適地を推定する種分布モデルが広く用い...

ランナーは経済的に走るために脂肪量を削ぎ落としていますが、その下肢は軽さほどには振りやすくないことを発見しました。この知見は、運動に従事しないヒトでも体脂肪は体の中心近くに蓄積するため、重くなっても下肢が振りにくくならないという優れた基本特性をヒトが有することを示唆します。　ヒトは動物の中でも長距離走が得意な種ですが、体形や身体組成は個々人で異なり、普段の運動タスクに適応するように特徴づけられます。「走る」動作には、蹴り出した下肢を前後に振り戻す段階があります。付け根が重く末端が軽い"先細り"な下肢の方が振りやすいため、エネルギー消費を抑える上で有利です。それでは、日常的なランニン...

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）ワクチン普及後の追加接種期においても、接種プログラム初期と同様に、インターネット上の情報がワクチンの接種意図に影響を与えること、接種意図の高まりがその後の情報収集を方向づける「循環的影響」を生じさせることを明らかにしました。　新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のワクチン接種プログラムは、日本では2021年に2回接種を基本として始まり、急速に普及しました。その後、変異株の拡大などに伴い、ブースター接種（追加接種）が推奨されました。しかし、それまでに接種を経験した人々が、どのような情報から影響を受け、ブースター接種に対する意図を形成...

ラグビー選手の身体パフォーマンスを事前に定量化し、その後発生する膝関節外傷のリスク因子を検討しました。その結果、股関節内旋最大筋力の対称性の高さと股関節伸展最大筋力の高さが膝関節外傷のリスク因子として特定されました。　ラグビーでは、重篤なけがの一つに膝関節外傷があります。その予防策を講じる上で、競技中のどのような身体パフォーマンス（身体接触、筋力、バランスなど）が、重症度の高い膝関節外傷に影響を及ぼすかを明らかにすることが重要です。本研究では、これまで報告されてきた横断的なパフォーマンス評価のみならず、定量的パフォーマンスデータと疫学的外傷調査を用いて縦断的に膝関節外傷のリスク因子...

太陽光発電は天候に左右されやすく、計画通りの発電ができない場合、電力市場では「インバランス料金」と呼ばれる罰則的費用が発生します。本研究では、人工知能（AI）を用いて太陽光発電と蓄電池の運用を最適化する手法を開発し、従来に比べ最大47％のインバランス料金の削減を実現しました。　再生可能エネルギーの普及に伴い、太陽光発電と蓄電池を組み合わせた電力供給システムの活用が重要性を増しています。電力市場では、発電事業者は翌日に供給する電力量を「計画発電量」として提出し、これに基づいて取引を行います。しかし、太陽光による発電量は天候に左右されやすく、計画と実際の供給量にずれが生じると市場全体の...

国際共同実験プロジェクト「STAR実験」で、RHIC（相対論的重イオン衝突型加速器）において金原子核衝突実験を行い、「正味陽子数の4次ゆらぎ」を測定し、その結果、理論的に存在が予測されている量子色力学（QCD）臨界点特有のパターンを確認しました。　米国ブルックヘブン国立研究所の大型加速器RHIC（相対論的重イオン衝突型加速器）における国際共同実験プロジェクトで筑波大学も参加する「STAR実験」は、金の原子核同士を衝突させた際の「正味陽子数の4次ゆらぎ」を高精度に測定し、「量子色力学（QCD）臨界点」の存在を示唆する成果を得ました。　原子核を構成する陽子や中性子はクォーク...

NV中心と呼ばれる格子欠陥を導入したダイヤモンドを原子スケールの空間分解能を持つ原子間力顕微鏡（AFM）の探針（プローブ）に用い、二次元層状物質の表面近傍の電場をフェムト秒（1000兆分の1秒）・ナノメートル（10億分の1メートル）の時空間分解能で計測することに成功しました。　ダイヤモンドの結晶中に不純物として窒素（Nitrogen）が存在すると、すぐ隣に炭素原子の抜け穴（空孔：Vacancy）ができることがあります。これをNitrogen-Vacancy（NV）中心と言います。そして、NV中心を導入したダイヤモンドに電界を加えると、その屈折率が変化するようになります。これは電気光...

宇宙初期のダークマターの分布や水素ガスの状態を理論計算で精密に再現し、当時の水素から放出された電波に、ダークマターの特性を示す"指紋"が刻み込まれていることを解明しました。月面など大気圏外に電波天文台を設置し、全天から届くこの電波を観測すれば、ダークマターの正体に迫れます。　私たちの宇宙は138億年前にビッグバンと呼ばれる灼熱の状態で誕生しました。その後、宇宙はいったん暗闇にとざされ、光輝く天体が誕生するまで「暗黒の時代」が続きます。暗黒時代の宇宙には、ダークマターとうっすらとした水素ガスが漂っていたと考えられています。まだ観測はされていませんが、このうっすらと漂っていた水素の原子...

東南アジア・ボルネオ島の主要な樹木でフタバガキ科のShorea macrophylla（和名・オオバサラノキ）の遺伝的地域性と将来の分布適地を調査したところ、ボルネオ島東北部の集団が起源的だと分かりました。また、気候変動の進展に伴いこの樹種の分布適地は拡大すると予測されました。　フタバガキ科樹種でTengkwangと呼ばれ、その種子から上質な油脂が採取できる種があります。Tengkwang の仲間で、ボルネオ島の固有種であるShorea macrophyllaは種子が大きく高木になります。このため、種子からの油脂採取に加え、木材としても利用が可能で、植林...

トマトの栽培時にエタノールを噴霧すると、高温ストレス耐性が付与されることを見いだしました。さらに、果実の糖度やビタミンC含量なども向上しました。猛暑による農業への影響が懸念される中、身近で安価なエタノールを用いる栽培法が、持続的な食糧生産に大きく貢献すると期待されます。　近年、気候変動により世界各地で猛暑日が増加し、農業生産においては、花粉の不稔や受粉不良による結実率の低下、果実品質の劣化など、高温ストレスが大きな問題となっています。特に、夏季のトマト栽培では、成長抑制や果実形成の阻害といった影響を緩和させることが求められています。　本研究グループではこれまでに、光受容...

電子デバイスなどの材料に用いる鉄酸化物薄膜の作製において、反応性スパッタ中に生じるプラズマ発光スペクトルの全波長データを機械学習で解析し、生成する薄膜の価数状態と成長速度をリアルタイムに推定する方法を開発しました。本技術は、成膜プロセスの高精度な制御につながると期待されます。　金属の酸化物や窒化物の薄膜は、電子デバイスやエネルギー材料として広く利用されています。その作製方法の一つである反応性スパッタ法は、ターゲット金属と酸素や窒素などのガスを反応させて薄膜を堆積する汎用的な手法ですが、ターゲット表面が金属状態と化合物状態の間を移行するため、膜の成長速度や組成が大きく変動し、同じ条件...

福島第一原発の排水路を通じて同原発の港湾へ流出する放射性セシウム（137Cs）の供給源と変動要因を明らかにしました。タンク水漏洩由来の地下水中トリチウム（3H）を水文トレーサとして活用した成果で、137Csの5割は原子炉建屋に降った雨水が起源の「屋根排水」由来と推定されました。　東京電力ホールディングス・福島第一原子力発電所では2011年3月の事故後、複数の汚染水対策が講じられてきました。その結果、放射性セシウム（137Cs）の海洋流出は大幅に減少しましたが、現在もわずかながら続いており、201...

半導体の微細構造の計測に使われていた光波散乱計測を神経細胞の計測に応用することに世界で初めて成功しました。試料に照射した光の回折パターンから形状を読み取る精度を機械学習で高めるなどした成果で、従来の光学顕微鏡に比べて分解能と計測速度が10倍以上になりました。　脳は多数の神経細胞を基本単位として構成され、その一つひとつが情報処理の基盤となっています。しかし、その働きはいまだ十分には理解されていません。特に記憶のメカニズムは脳科学の重要な未解決問題で、その発現原理や情報処理機構は不明です。この問題を解く一つの手法として、単一神経細胞の形態や内部構造の動態を、非侵襲かつ高分解能で計測する...

シンチレータは放射線のエネルギーを光に変換する物質です。その一つである、Eu（ユウロピウム）添加CaF2結晶にα線を照射すると、X線を照射したときよりも長い波長の光が多く発生することを世界で初めて発見しました。これにより、波長を使って放射線の種類を識別できる可能性があります。　シンチレータは放射線のエネルギーを光へ変換する物質で、医療やセキュリティなど幅広い分野で利用されています。中でもEu（ユウロピウム）添加CaF2（フッ化カルシウム）結晶は、高い発光量（約2万光子/MeV）を示し、優れた光学的透明性と化学的安定性を備えたシンチレータで...

2023年夏、東アジアは記録的な猛暑に見舞われました。この記録的な高温多湿を、周辺の海域で発生した未曾有の「海洋熱波」が大幅に増幅させていたことが、気象モデルを用いた数値シミュレーションによって初めて明らかになりました。　2023年夏、日本を始めとする東アジアは記録的な高温多湿に見舞われました。一方で、周辺海域では前例のない海洋熱波が発生していました。近年、大気と海洋で同時に熱波が発生する現象が世界的に注目されていますが、2023年夏の海洋熱波が陸上の熱波に具体的にどの程度、どのように影響したかは未解明でした。　本研究では、この疑問に答えるべく、領域気象モデルを用いた詳...

英文を読んでいる際、特定の単語につまずいたり、読み戻ったりすることがあります。本研究では、英文読解中の視線計測データを利用して、単語の長さ、頻度、予測しやすさのうち、どれが英文読解中の単語処理において最も重要となるのかを明らかにしました。　文章を読んでいると、ある単語で読みが止まったり、後から読み戻ったりすることがあります。読解中の眼球運動を記録する視線計測を用いた研究では、単語の「長さ」「頻度」「文脈からの予測しやすさ」が英文読解中の単語処理に影響を与える三大要因であるとされてきました。これらの要因は英語を母語としない読み手にも影響を与えることが知られていますが、そのうちどれが最...

Infrared and ultraviolet spectroscopic characterization of a key intermediate during DNA repair by (6-4) photolyase（(6-4)光回復酵素によるDNA修復中間体の赤外および紫外分光学的解析）...

偏光面を磁場により回転させるファラデー回転現象と、導電性高分子の電気化学的酸化と還元を組み合わせ、磁場中において低電圧で導電性高分子ポリチオフェンの光学回転を制御する新しい手法を発見しました。本手法は、磁場検出素子や光通信デバイスなどに用いる新しい素子への応用が期待されます。　導電性高分子は、導電性以外にも多様な特性を持ち、発光素子や電磁波の遮断材料、防錆材料などへの応用研究が行われてきました。その特性の一つに、電気化学的な酸化によりドーピングに伴って発生するポーラロン（電気伝導を担う仮想的粒子）の発生があります。これにより、光学的特性や磁気的性質が大きく変わります。本研究では、磁...

シャープペンシル芯の破断面をグラファイト化処理することで、軸方向に配向したグラフェンエッジを簡便に作製でき、そこから高品位な電子ビームが得られることを示しました。グラフェンの尖った形状により、弱い電界で、また、極高真空環境を必要とせずに安定した放出電流が得られました。　グラフェンやカーボンナノチューブなどを用いた尖った形状のナノ炭素材料は、高品位の電子ビームの発生源（電界放出電子源）としての応用が期待されています。しかし、そのために必要な、ナノ炭素材料の配向や配置の制御が困難なことから、実用的な電子源への応用はいまだ十分に開拓されていません。　本研究では、市販のシャープ...

AI（人工知能）による機械学習を用いた培地最適化において、生物学的変動を学習したモデルを開発しました。このモデルを活用し、市販品と比較して約1.6倍の細胞濃度を達成する高性能な無血清培地の作成に成功しました。　細胞培養は、医薬品製造、再生医療、食品、素材など、多様な分野で活用される基盤技術です。この細胞培養の良し悪しを決める重要な因子は培地（さまざまな栄養成分で構成される溶液）です。そのため、培養の目的に応じた培地の最適化が不可欠です。近年、効率的な培地最適化のために、AI（人工知能）による機械学習が用いられています。しかしながら、学習データとなる細胞培養における実験データには、細...

装着者がロボットを自ら動かそうとする「意思」がある時、高次な動作の計画や準備を制御する運動前野などの脳領域が活発に働くことを、ロボット動作中の脳計測により世界で初めて明らかにしました。装着者の意思に応じて動くロボットを用いた能動的治療が、脳の再構築を助ける可能性を示しています。　病気やけがで手足が動かしにくくなった人たちのために、腕や足の動きをサポートし、脳が運動を学習することを支援するニューロ・リハビリテーション用のロボットが少しずつ広まってきています。しかし、そのロボットに「ただ動かされる」場合と、「自分で動かそう」と考えながら使う場合とで、それぞれ脳がどのように反応するのかは...

家具材などに用いられる重要樹種チークの天然分布域とインドネシアの植林木の遺伝的多様性を調査し、遺伝的多様性が気温と強く関係していることが分かりました。また、気候変動下における各集団の適応性を調べたところ、インド南部の集団の適応性が高いことを見いだしました。　気温の上昇や降水パターンの変動、極端気象の頻発など気候変動の顕在化は、森林生態系にも深刻な影響を及ぼしています。特に熱帯林は気候変動に対して脆弱であり、林業もその影響を大きく受けると考えられます。樹木は長寿かつ固着性で、植林から収穫まで何十年もの期間を要するためです。そこで、樹種や樹木集団の気温など外的環境への適応性を知り、早い...

大学サッカー選手を対象に、ボールを止めて方向を変える「トラップ動作」における身体の動きを解析しました。その結果、上級者は、ボールを止める際に、方向転換を予測して、骨盤の向きや足首の動き、ボールとの接触位置を調整し、より素早く正確に次のプレーに移行していることが明らかになりました。　サッカーでは、パスを受けた後に素早く向きを変えて攻撃に移る「トラップ」という動作がとても大切です。特に相手の守備と中盤の間のスペースでこの動作がうまくできると、試合の流れを大きく変えることができます。しかし、実際の試合における、トラップが上手な選手の体の使い方については、これまであまり詳しく分かっていませ...

2023年夏に出現した新型コロナウイルスのオミクロン株BA.2.86系統の起源を調べたところ、世界中の互いに離れた複数の場所で散発的に検出されていたことが分かりました。また、その遺伝子変異は、ヒトで見られる変異パターンとは異なっており、自然発生では説明が難しいことが示唆されました。　新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）のオミクロン株BA.2.86系統は、同株BA.1系統と同様、その祖先にあたる株からスパイクタンパク質に約30の遺伝子変異が突如出現したことが知られています。BA.1系統は極めて感染力が強く、世界中に一気に感染が広がりましたが、BA.2.86系統は大きな流行はせず...

左右の腎臓のうち片側だけに障害を誘導することのできる独自のマウスモデルを開発しました。これを用いて「左右の腎臓が機能的・構造的なバランスを保とうとする現象（腎カウンターバランス）」の分子メカニズムを初めて明らかにしました。　腎臓は左右一対の臓器であり、一方の腎機能が低下すると、他方が代償的に働きを高めることが知られており、このような左右間の動的なバランス調節は、「腎カウンターバランス」と呼ばれています。しかしながら、そのメカニズムは長年不明でした。　本研究では、マウスの糸球体足細胞（腎臓の糸球体表面の上皮細胞）に選択的な障害を与え、片側の腎臓のみに足細胞障害を誘導する2...

半導体デバイスに用いる多結晶ゲルマニウム（Ge）薄膜について、その品質を向上させた上で水素添加を行うことで、正孔密度が顕著に低減することを発見しました。また、追加の低温熱処理により、水素導入時に生じるGe表面のダメージを回復し、正孔密度をさらに低減させることに成功しました。　情報化社会の進展に伴い、半導体デバイス性能の革新が求められています。中でも、ガラスやプラスチックといった絶縁体上に高品質なゲルマニウム（Ge）薄膜を形成できれば、高性能な薄膜トランジスタを用いたディスプレイ端末や三次元LSI（大規模集積回路）、さらには低コストかつ高効率な薄膜太陽電池の実現も期待されます。そのた...

日本列島が位置する北半球の中緯度地域では、移動性の高気圧と低気圧によって天気の変化の多くが引き起こされています。岡島さんはその中でも、季節ごとの違いに注目して研究に取り組んできました。その一つが、春先によく発生する「南岸低気圧」です。...

Experimental demonstration of tractor millimeter wave beam propulsion...

鉛を含まず環境負荷が少ないペロブスカイト太陽電池として注目されているスズ系ペロブスカイト太陽電池において、電子輸送層の改良でより高い開放電圧が実現されるメカニズムを、電子スピン共鳴法を用いて解明しました。スズ系ペロブスカイト太陽電池のさらなる高効率化を目指す上で重要な成果です。　ペロブスカイト太陽電池は軽量で柔軟性があり、印刷技術で製造が可能であるなどの特徴を持つため、次世代型太陽電池として注目されています。その中でも高効率なペロブスカイト太陽電池には、鉛系ペロブスカイトが用いられてきました。しかし、鉛には毒性の懸念があるため、幅広い実用化に向けて、鉛を環境負荷の少ないスズで代替し...

南大西洋の英領サウスサンドウィッチ諸島沖合で2021年8月に発生した津波地震の地震波形データを解析した結果、その震源過程は振る舞いが異なる四つの破壊エピソードで構成されていたことが分かりました。津波地震の発生メカニズムの理解を深め、被害の軽減にも生かすことができる成果です。　津波地震は、地上で観測される揺れから予想されるよりも大きな津波を発生させる現象で、発生直後の避難行動が難しくなります。このため、その発生メカニズムや発生リスクを把握しておくことが重要です。例えば、地震の発生場に存在する柔らかい堆積物層の影響で生じる、ゆっくりと一様に進行する断層すべりが津波地震の要因の一つである...

再生可能エネルギーの大量導入に向けた運用モデル作りから、それを支える蓄電池や燃料電池まで、脱炭素社会の実現につながる研究開発に取り組んでいるのが、秋元さんです。 　秋元さんがエネルギー研究で重視しているのが経済性と環境、安定供給のバランスです。その中でも安定供給の視点から注目しているのがレジリエンスです。非常時にどれだけ柔軟に対応できるかという強じん性のことで、太陽光発電と蓄電池を備えた建物のレジリエンスの指標を開発しています。公共施設を中心に太陽光発電と蓄電池を併設した建物が増えています。再エネの導入拡大に加え、自然災害などで外部からの電源供給が停電しても、自家発電や蓄電池...

2025年3月にミャンマーで発生した大地震の震源過程を、破壊の進行方向や断層形状を仮定せず柔軟に解析する新手法（ポテンシー密度テンソルインバージョン法）で解析し、断層に沿って南北の2方向へ行ったり来たりする非対称で高速な破壊成長様式を有する極めて複雑な震源過程を明らかにしました。　2025年3月28日、ミャンマー中部マンダレーにおいてモーメントマグニチュード（Mw）7.7の大地震（2025年ミャンマー地震、以下ミャンマー大地震）が発生し、地震による強い揺れによりミャンマーおよび周辺国に多くの被害をもたらしました。余震分布は震源から南側に広がっており、ミャンマー大地震は震源から南方向...

結晶中に空隙を持つ化合物である銅—クロム・プルシアンブルー類似体に圧力を加えることで、内部に保持されていた水分を排出させる現象を見いだしました。本材料は、乾燥地域などでも温度や湿度の制御を必要とせず、加圧のみで水を得ることのできる、新たなオンサイト水生産技術として期待されます。　銅—クロム・プルシアンブルー類似体は、結晶中に空隙（細孔）を持つ化合物です。これに圧力を加えることで、内部に保持されていた水分を排出させる現象を見いだしました。これまでに報告されているオンサイト水生産技術は温度差や湿度差を利用するため、自然環境に依存しやすい上に、長時間の環境変化を待...

Phase separation of the PRPP amidotransferase into dynamic condensates promotes de novo purine synthesis in yeast...

脳内の神経活動を解析する新しい手法により、自然に活動する動物脳内の神経活動を99日間以上追跡することが可能になりました。この技術は、撮影のセッションをまたぐデータを高精度に解析できます。記憶の仕組みや神経疾患の進行解明に役立つ重要な研究ツールとして期待されます。　自由に行動し、自然な睡眠を取るマウスの脳内神経活動を可視化するための手法として、超小型顕微鏡によるカルシウムイメージングが広く用いられています。しかし、この手法は、複数のイメージングセッションをまたぐ神経細胞集団の分析において、セッション毎に変化する撮影視野や脳組織の微細な変形を扱うことができず、集団内の同一の細胞を正確に...

ツクツクボウシのオスが互いに鳴き声を発する現象を分析しました。オス2匹を近くに置き、2種類の鳴き声を発するタイミングを調べたところ、一方が高潮音と呼ばれる鳴き声を出した直後に、もう一方が合の手と呼ばれる鳴き声を出すという、鳴き方の時間差に関する規則性を発見しました。　ツクツクボウシのオスは大きな声で鳴きますが、2種類の鳴き声が知られています。1つは高潮音と呼ばれ、「オーシンツクツク、オーシンツクツク」と聞こえるリズミカルな鳴き声です。もう1つが合の手と呼ばれるもので、「ジューッ」と聞こえる長めの鳴き声です。2匹のオスを近くに置くと、一方の高潮音に対して、もう一方が合の手を発する現象...

(Image by Iggy Nyx/Shutterstock)　マグマに含まれている気泡の割合が変化すると、その中を伝播する地震波の速度などが変化します。本研究では、マグマ中における地震波のP波の伝播を表現する方程式を数学的に導出し、気泡だけでなく、結晶の割合の増加がP波の伝播速度と波形変...

JAXAの気候変動観測衛星「しきさい」の観測データを用いて、近年の日本における展葉（植物の葉の展開）日を推定したところ、春の高温が顕著だった2023、2024年の展葉が例年よりも早まっていました。このことは、気候変動による高温が、日本の生態系に影響を及ぼしていることを示唆しています。 　温暖化によって春の開花や展葉（植物の葉の展開）が早まる現象は定量的に予測されていましたが、本研究では、2023、2024年に生じた顕著な高温下において、予測と矛盾しない展葉の早期化が生じていることを、衛星の観測データ分析により明らかにしました。 　JAXAの気候変動観測衛星「しきさい...

(Image by metamorworks/Shutterstock)概要本州南岸を東進する「南岸低気圧」は春に頻発し、太平洋側に雨や雪をもたらします。そのメカニズムを数十年間にわたる大気の四次元データを用いて解析し、冬から春にユーラシア大陸上で暖められた大気が東シナ海周...

2014年から2020年までに全国で発生した交通事故のデータをもとに、高齢運転者の事故を起こすリスクが同乗者の有無によって異なるかを検討しました。その結果、認知機能が低下した運転者においても、同乗者がいると事故を起こしにくい可能性があることが分かりました。　高齢運転者による交通事故を防ぐため、運転免許更新時の高齢者講習や認知機能検査が長年行われ、近年では先進安全技術が搭載された安全運転サポート車の普及が図られています。本研究では、高齢運転者について、同乗者がいると事故を起こすリスクが低いという海外での知見や、同乗者を要する条件付き免許を採用している国があることに注目し、認知機能が低...

(Image by siro46/Shutterstock)　チアミン（ビタミンB1）の分子構造の一部を変化させ、体内に吸収されやすくしたチアミン誘導体は活動意欲向上剤として知られています。ラットにこの誘導体を投与し、その前後の脳波を測定して睡眠覚醒への影響を検証しまし...

Evolution of electronic correlation in highly doped organic two-dimensional hole gas...

ガラスは原子が無秩序に結びついた構造を持ちますが、X線や中性子線を用いると、わずかな周期構造が観測されます。本研究は、この隠れた周期性（見えない秩序）が、ガラスの物性に影響を及ぼすテラヘルツ帯の揺らぎ（振動特性）を決定する重要な要因であることを明らかにしました。 　ガラスは一見すると無秩序に結びついた原子の集合体ですが、X線や中性子線を用い...

　軟体動物の貝殻をつくる細胞の発生運命（将来どのような組織になるか）について、緻密な割球単離培養の技術と遺伝子発現解析により検証しました。その結果、巻貝の貝殻をつくる細胞の発生運命は、これまで考えられていたような他の細胞系列からの誘導によらずに定まることが分かりました。 　軟体動物では、アサリのような二枚貝やカタツムリのような巻貝のよう...

寄生蜂類は、非寄主昆虫にも産卵することがあり、これはアクシデントだと見なされてきました。しかし今回、非寄主昆虫に産卵した場合でも、それに別種の蜂が同時に産卵すると、寄生が成功しうることを発見し、この寄生様式を「海賊的寄生（pirate parasitism）」と名付けました。　寄生蜂類は、寄主となる節足動物の体に雌成虫が産卵すると、子は寄主（宿主）の体に寄生して成長し、最終的に寄主を殺して成虫になります。寄生蜂の雌成虫は、複雑な環境の中で適切な寄主を探し出して産卵しますが、しばしば寄主と同所的に生息する非寄主昆虫（寄主として利用できない昆虫）にも産卵する...

私たちの細胞内では多くの酵素が電子をやり取りしながら協力して働いていますが、酵素の働きを直接観察することは難しい課題でした。本研究では、電極から電子を注入することで複雑に相互作用する呼吸関連の酵素を駆動し、その機能を詳しく分析する新技術を開発しました。 　私たちが呼吸する際には、特定の酵素間で電子のやり取りが起こり、酸化や還元といった重要な化学反応がとても効率的に進行します。このような複雑な細胞内の酵素の働きを理解することは、科学の発展や新薬の開発などの幅広い分野で重要です。これまで、細胞内で単独で機能する限られた酵素の研究はなされてきましたが、呼...

管内を流れる気泡を含む液体では、その中を伝播する圧力波が減衰します。この現象を表す方程式を理論的に構築し、液相の粘性や圧縮性に加えて、管の断面積の変化も寄与することを発見しました。また、管の断面積の変化率が圧力波の減衰に関する重要なパラメータであることが分かりました。

　頭を使う認知活動と体を使う身体活動を組み合わせた、いわゆるマルチタスク運動は、女性高齢者に対して、運動後の前頭前野の活性化を介して睡眠の質を改善させることを見いだしました。この知見は、高齢者の睡眠改善を目的とした運動プログラムの開発に資すると考えられます。　深い睡眠中には脳波の振幅が大きくなり、客観的な睡眠の質を定量的に表す指標となる「δ（デルタ）パワー」が観察され、深い睡眠ほどデルタパワーの出現量が増加します。デルタパワーは、日中に体を動かすことや、頭を使う認知活動によって増加することが知られています。従って、身体活動と認知活動を組み合わせた、いわゆるマルチタスク運動が睡眠改...

金色の光沢を示す導電性高分子ポリアニリンの合成に世界で初めて成功しました。この金色ポリアニリンは、電気化学重合および高電圧スパーク処理による前駆体微粒子の作成と、これに続く化学重合法による2段階合成により得られ、その反射スペクトルは、金属Au（金）と極めてよく似ています。　物質は、その作成方法や加工条件によって、同じ物質でも異なる特性が引き出されることがあります。ポリアニリンは水中で合成可能な導電性高分子で、通常は濃い緑色を示します。しかしながら、本研究では、1段階目に短時間の電気化学重合、高電圧スパーク処理などで微粒子を作成し、その後の2段階目に化学重合を行うことにより、金色の光...

Scaling of shoot and root respiration of woody and herbaceous plants...

Are disjunct populations ofBetula costata in the Japanese Archipelago glacial relict? An attempt at verification by species distribution modeling...

高塩濃度・高アルカリといった極限環境に適応して棲息する紅色硫黄細菌などの光合成硫黄細菌が行う光合成は、植物やシアノバクテリアとは異なり、硫化水素を使って太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換します。この過程では、光を集めるタンパク質複合体である光捕集2複合体（LH2）とコア光捕集反応中心複合体（LH1-RC）が重要な役割を果たしています。紅色硫黄細菌の一種であるHalorhodospira halophila（Hlr. halophila）は、LH2とLH1-RCが一体化しているかのように振る舞うことで、効率的に光合成を行なっていると考えられています。一方で、一般的な紅色非硫黄細菌ではLH2とLH1-RCの相互作用は弱いことが報告されており、この違いは謎に包まれていました。...