高解像度動的微表情捕捉：多焦点カメラアレイの革新 背景と研究課題 生物医学、感情認識、疾患診断、外科手術の評価、顔面補綴、および遺伝的特徴研究など、多くの分野で高品質な動的顔面画像の捕捉が非常に重要となっています。人間の顔の表情、特に微表情は豊富な生物医学的情報を提供することができます。例えば、高解像度の動的顔面表情を捕捉することで、感情コンピューティングの精度向上、特定の疾患診断、手術結果の評価、そして高精度の顔面補綴の生成が可能になります。このような応用背景において、顔面曲面の詳細を高解像度で捕捉することが、科学界における重要な課題となっています。 従来の単一カメラシステムでは、景深（Depth of Field, DOF）、視野（Field of View, FOV）、および解像度の間...
光学革命の新たな扉：光学相関断層撮影とラマン分光技術を融合した多モダリティ網膜イメージングシステムの開発 研究の背景と意義 網膜組織の分子情報へのアクセスは、眼科および神経変性疾患の早期診断を可能にする重要な鍵の一つとなっています。しかし、現在の網膜イメージングのゴールドスタンダードである光学相関断層撮影（Optical Coherence Tomography, OCT）およびその機能拡張技術である光学相関断層血管撮影（OCTA）では、網膜の構造および血流灌流情報しか提供できません。これらの技術は糖尿病性網膜症やアルツハイマー病、多発性硬化症といった中枢神経系疾患に関連する網膜や血管の変化の診断に顕著な価値を持ちますが、疾患の起源に対する特異性が不足しています。これは、それらの構造および血...
軟組織の弾性非接触表征における光ファイバSagnac干渉計の可能性を探る 背景紹介 軟組織の機械特性は、現代医学や生物医学研究において重要な意義を持っています。軟組織の機械特性について深い理解を得ることは、その構造的完全性や潜在的な病理学的状態を評価する助けとなります。しかし、従来の組織機械特性の評価技術は、多くの場合、組織への直接接触を必要とし、これは患者に不快感を引き起こす可能性があります。特に眼科などの敏感な分野では問題が顕著です。加えて、直接接触は組織の汚染や検査結果に影響を与えるアーティファクトを引き起こす可能性があり、検査精度に悪影響を及ぼすことがあります。このため、軟組織機械特性の非接触測定法を開発することが課題となっています。 近年、光学技術に基づく非接触技術であるフーリエ領...
背景と研究課題 金原子ナノクラスター（atomic gold nanoclusters, AuNCs）は、その粒径が通常2ナノメートルを超えず、優れた光物理特性を持つことから、生物医学、触媒、センサーなどの分野で近年大きな注目を集めています。これらの特性には、優れた触媒活性、調整可能な光発光、生体適合性、および無毒性などが含まれます。しかし、近赤外（near-infrared, NIR）発光プローブとしての応用研究で一定の進展が見られる一方で、この分野にはいまだ多くの課題が存在します。特に、NIR発光特性を持つ新型金ナノクラスターの設計と合成は困難です。また、発光性能に影響を与える要因は複雑で、粒子サイズ、表面リガンド、金属組成などの要因が密接に関連しています。 近年、「抗電鍍反応（anti...
グラフェン/六方晶窒化ホウ素モアレ超格子における拡張量子異常ホール状態 学術的背景 近年、トポロジカルフラットバンド中の電子の振る舞いは、凝縮系物理学分野で広く注目を集めています。トポロジカルフラットバンド中の電子は、強相関効果の下で新しいトポロジカル状態を形成し、これらはゼロ磁場下で量子異常ホール効果（Quantum Anomalous Hall Effect, QAHE）を示します。特に、多層グラフェンと六方晶窒化ホウ素（hBN）が形成するモアレ超格子系は、これらのトポロジカル状態を研究するための理想的なプラットフォームを提供します。これまでの研究では、五層菱面体グラフェン（rhombohedral graphene, RG）とhBNのモアレ超格子が約400ミリケルビンの温度で分数量子異...
背景紹介 近年、ねじれ二層および三層グラフェンにおける超伝導の発見が広く注目を集めています。これらのシステムの鍵となる特徴は、層間結合とモアレ超格子の相互作用にあり、低エネルギーの平坦バンドが出現し、これが強相関を示します。同様の平坦バンドは、他の二次元材料（例えば遷移金属ダイカルコゲナイド、TMDs）の格子不整合やねじれヘテロ構造におけるモアレパターンによっても誘導される可能性があります。モアレTMDsではさまざまな相関現象が観察されていますが、超伝導の確かな実験的証拠は依然として不足していました。本論文では、5.0°ねじれ二層WSe₂において超伝導が観察され、最高臨界温度が426 mKに達することが報告されています。この発見は、モアレ平坦バンド超伝導がグラフェン構造に限定されないことを示...
空間中のコーラス波と場-粒子エネルギー転移研究 学術的背景 コーラス波（Chorus waves）は自然界で最も強い電磁放射の一つであり、地球や他の惑星の磁気圏に広く存在しています。これらの波は衛星や宇宙飛行士に放射線の危険をもたらすだけでなく、相対論的電子の加速やオーロラの形成などにおいても重要な役割を果たしています。しかし、コーラス波の研究は70年以上の歴史があるにもかかわらず、その生成メカニズムと進化過程については依然として議論が続いています。従来の見解では、コーラス波の生成は惑星の磁気双極子場と密接に関連していると考えられていましたが、この見解ではすべての観測現象を説明することができませんでした。そこで、研究チームは高精度の観測データを用いて、非双極子場環境におけるコーラス波の生成メ...
脳脊髄液の頸部リンパ管を通じた排出の数値シミュレーション研究 背景紹介 脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）は、脳と脊髄の周りを流れる透明な液体で、中枢神経系に物理的な保護、栄養供給、および代謝廃棄物の除去を提供します。近年、脳脊髄液の排出は従来のクモ膜顆粒による吸収だけでなく、頭蓋底の篩板を通じて鼻咽頭リンパ管に入り、最終的に頸部リンパ管（Cervical Lymphatic Vessels, CLVs）に到達することが明らかになってきました。この排出経路の異常は、外傷性脳損傷や神経変性疾患など、さまざまな神経疾患と密接に関連しています。しかし、頸部リンパ管の解剖学的構造や物理的特性が完全には解明されていないため、脳脊髄液が頸部リンパ管を通じて排出されるメカニズムに...
脳脊髄液の流動力学と薬物送達への応用研究 背景紹介 脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）は、人間の脊髄腔において重要な役割を果たし、溶解した栄養素や廃棄物を運搬します。その脈動性により、CSFの流れは心臓と呼吸の周期に影響を受けます。近年、中枢神経系（Central Nervous System, CNS）疾患の治療ニーズが高まる中、どのようにして鞘内（Intrathecal, IT）薬物送達を最適化するかが研究の焦点となっています。鞘内注射は、CSFの流体力学特性を利用して治療分子を直接中枢神経系に送達し、治療効果を向上させることができます。 しかし、既存の計算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）モデルの多くは個人または少数...
RaDiff: ラジオ天文学マップ生成のための制御可能な拡散モデルに関するレポート (和訳版) 背景紹介 平方キロメートルアレイ (Square Kilometer Array, SKA) 望遠鏡の建設が終盤を迎え、宇宙研究における革新的な進展が期待されています。SKAはこれまでにない感度と空間分解能を実現する一方で、既存の望遠鏡が生み出す膨大なデータは、効率的に処理可能な手法を必要としています。特に、背景ノイズが顕著で形状が複雑な電波画像 (例えば銀河面) を扱う場合は、効率的な自動化と科学情報抽出が重要です。 ここ数年で、深層学習 (Deep Learning) はラジオ天文学にも多様な形で活用されています。一方で、この手法は大量の高品質なアノテーションデータセットを必要とするため、デー...