高赤方偏移クエーサー対間のフィラメント構造 学術的背景 宇宙ウェブ（Cosmic Web）は現代宇宙論の中核的な概念であり、重力の影響下で暗黒物質とガスが形成する複雑なネットワーク構造を記述します。冷たい暗黒物質（Cold Dark Matter, CDM）理論によると、宇宙ウェブは銀河団や銀河群を結ぶフィラメント状の構造から成り立っています。これらのフィラメント状構造は宇宙の大規模構造の基本的な構成要素と考えられていますが、直接観測することは非常に困難でした。フィラメント構造の表面輝度（Surface Brightness, SB）が極めて低いため、従来の天文機器ではその信号を捉えることが難しかったのです。近年、高感度分光器（例：MUSE）の導入により、科学者たちはようやくこれらのフィラメ...
光コヒーレンストモグラフィーとロボット工学の融合：現在の研究と将来の展望 学術的背景 光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography、OCT）は、非侵襲的で高解像度の光学イメージング技術であり、その誕生以来、生物医学分野で広く利用されています。OCTはマイクロメートルレベルで組織の構造を可視化することが可能であり、特に眼科領域では、角膜や網膜のイメージングや病気の診断といった応用で大きな成功を収めています。しかし、従来型のOCT装置は通常、静的な環境でのイメージングに使用され、装置の大きさ、視野（Field of View, FOV）、および操作の柔軟性の観点で制約を受けています。動的で複雑な医療シナリオや外科手術への応用では、従来のOCT装置の限界が...
自動化ロボット頭蓋骨穿孔手術システム研究レポート 背景紹介 脳は複雑な生命活動の中核器官であり、すべての心理や意識過程を掌握し、生命活動のあらゆる面を担っています。21世紀に入り、神経科学は最も成長し、研究進展が著しい分野の一つとなりました。動物モデルは脳と神経機能の研究において重要な役割を果たしてきました。しかし、従来広く使用されている医学的画像診断技術、たとえば、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、および機能的近赤外分光（fNIRS）は、脳組織の構造と機能を観察する能力を持つ一方で、神経細胞ひとつひとつの活動を高解像度でキャプチャするにはまだ限界があります。そのため、光学顕微技術として、二光子顕微鏡（two-photon microscopy）、共焦点顕微鏡（con...
プロトン磁気共鳴分光法（1H-MRS）の胎児および新生児脳研究への応用 背景紹介 胎児および新生児の脳は、発達過程において急速な生化学的および構造的変化を経験します。これらの変化は、正常な発達と神経系疾患の発生メカニズムを理解する上で極めて重要です。しかし、胎児および新生児の脳は体積が小さく、動きが頻繁で、生理的不安定性が高いため、従来の画像技術ではこれらの変化を正確に捉えることが困難です。プロトン磁気共鳴分光法（1H-MRS）は、非侵襲的な画像技術として、脳内の代謝物濃度を検出することができ、胎児および新生児の脳発達を研究する新たな可能性を提供します。 本稿では、1H-MRSの胎児および新生児脳研究への応用、特に健康状態および高リスク条件下での役割について探求します。2000年から2023...
拡散モデルベースの深層学習アルゴリズムを用いた超解像度イメージングと体積電子顕微鏡の強化 背景紹介 電子顕微鏡(Electron Microscopy、略してEM)は高解像度のイメージングツールとして、細胞生物学の重大な突破口を開いた。従来のEM技術は主に2次元のイメージングに使用されていたが、ナノスケールの複雑な細胞構造を明らかにしてきた一方で、3次元(3D)構造の研究には一定の限界があった。より高度な技術である体積電子顕微鏡(Volume Electron Microscopy、略してVEM)は、連続切片と断層走査技術(透過電子顕微鏡TEMやスキャニング電子顕微鏡SEMなど)を用いて、細胞や組織の3Dイメージングを実現し、細胞、組織、さらには小型のモデル生物のナノスケールの3D構造を抽出...
脳血管疾患分野の新たな突破口：小型光学コヒーレンス断層撮影（OCT）プローブの臨床応用 学術背景と研究動機 近年、脳血管疾患（脳動脈瘤、虚血性脳卒中、動脈解離、頭蓋内動脈粥様硬化症（intracranial atherosclerotic disease, ICAD））の介入治療が主流となってきました。しかし、現在の画像技術には空間分解能とコントラストに限界があり、正確な診断と治療のモニタリングが困難です。デジタルサブトラクション血管撮影（digital subtraction angiography, DSA）、コンピューター断層撮影（computed tomography, CT）、磁気共鳴画像（magnetic resonance imaging, MRI）などの一般的な画像手段では、...