論文まとめ139回目 Nature 2023/10/25~
霊長類の網膜に存在する方向選択性を持つ神経細胞の発見
超冷却磁性エルビウム原子を使って、新しい量子相を実現した研究
ゴールドコーティングによりナノワイヤの熱伝導性が大幅に向上
火星の核の上には溶けたケイ酸塩層が存在することの証拠
電気的な変化に反応する特殊な輸送体の構造と機能を明らかにする研究
光と電子を組み合わせた全アナログチップによる高速ビジョンタスクの実現
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなNatureです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
An ON-type direction-selective ganglion cell in primate retina
霊長類の網膜におけるON型方向選択性神経節細胞
「私たちの目が動く方向に合わせて自動的に追従して画像を鮮明に保つメカニズムの背後にある特定の細胞を霊長類の網膜で発見しました。これは、カメラの自動フォーカスのようなものと考えるとわかりやすいかもしれません。」
Dipolar quantum solids emerging in a Hubbard quantum simulator
ハバード量子シミュレーターで現れる双極子量子固体
「ある種の超冷却された原子を使って、量子物理の新しい状態を作り出すことに成功した。これは、量子コンピュータの進化や新しい物質の発見に寄与するかもしれない。」
Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons
非平衡フォノンポラリトンによる顕著な熱伝導
「ゴールドを使った熱伝導実験で、通常よりもはるかに効率的な熱輸送を発見。」
Evidence for a liquid silicate layer atop the Martian core
火星の核の上の溶けたケイ酸塩層の存在証拠
「火星の中心には、溶けた鉄のようなものがあり、その上にはまるで火山のマグマのような溶けた岩石の層があることがわかった！」
Structure and electromechanical coupling of a voltage-gated Na+/H+ exchanger
電圧ゲート式のNa+/H+交換器の構造と電気機械的結合に関する研究
「電気的な刺激に反応する特定の輸送体が、精子の動きを制御しており、この機能の不具合が男性の不妊の一因となる可能性があることを解明。」
All-analog photoelectronic chip for high-speed vision tasks
高速ビジョンタスクのための全アナログフォトエレクトロニックチップ
「伝統的なデジタルコンピューティングの制約を克服するため、研究者たちは光（写真）と電子を組み合わせた新しい高速ビジョン処理チップを開発しました。これは、カメラのように高速で画像をキャッチし、すぐに処理する能力が必要な場面での利用が期待されています。」
要約
霊長類の網膜におけるON型方向選択性神経節細胞
この研究では、霊長類の網膜にON型方向選択性神経節細胞（ON-DSGCs）が存在するかどうかを調査し、これらの細胞が存在することを明らかにしました。この発見は、視覚の安定性と処理における網膜の役割の理解を深めるのに役立ちます。
事前情報
霊長類の網膜にON-DSGCsが存在するかどうかは不明でした。非霊長類の哺乳動物では、この細胞は目の動きを調整して視界を安定させる役割を持っています。
行ったこと
霊長類の網膜からの単一細胞RNAトランスクリプトミクスデータを探索し、ON-DSGCの候補を特定しました。
検証方法
二光子カルシウムイメージング、分子同定、形態学的解析を組み合わせて、マカクの網膜におけるON-DSGCsの存在を明らかにしました。
分かったこと
霊長類の網膜にON-DSGCsが存在し、その形態、分子の特性、および方向選択性の背後にあるメカニズムは、他の哺乳動物と高度に保存されていることが明らかとなりました。また、人間の網膜におけるON-DSGCの候補も特定されました。
この研究の面白く独創的なところ
霊長類の網膜にこれまで認識されていなかった細胞を発見し、その機能と形態が他の哺乳動物と共通していることを示しました。これは、視覚システムの進化における共通のメカニズムを示唆しています。
この研究のアプリケーション
この発見は、視覚障害の治療や診断の向上、および視覚の神経機構のさらなる理解に寄与する可能性があります。
ハバード量子シミュレーターで現れる双極子量子固体
量子物理学における多体系では、長距離と異方性の相互作用が豊かな空間構造を生み出し、これが複雑な量子相を生む原因となる。この研究では、超冷却された磁性エルビウム原子を使用して、長距離双極子相互作用を有する強く相関した格子系で新しい量子相を実現した。
事前情報
長距離の相互作用は自然界で重要な役割を果たしているが、格子系の量子シミュレーションではこれらの相互作用を実現するのは難しいとされていた。そのため、様々な方法で長距離相互作用を持つ格子系を探索する努力が行われてきた。
行ったこと
研究チームは、超冷却された磁性エルビウム原子を使用して、長距離双極子相互作用を持つ強く相関した格子系における新しい量子相を実現した。
検証方法 研究チームは、双極子相互作用を主要なエネルギースケールとして調整することで、超流動から双極子量子固体への量子相転移を観測した。これは、アコーディオン格子を使用した量子ガス顕微鏡法を使って直接検出された。
分かったこと
双極子相互作用を強調することで、様々な縞状の状態が実現可能であることが確認された。また、強く相関する領域を非アディアバティックに遷移することで、さまざまなメタ安定な縞状の状態の出現が観測された。
この研究の面白く独創的なところ
超冷却された磁性エルビウム原子を使用して、光学格子内で長距離および異方性の相互作用を持つ格子モデルの量子シミュレーションが可能であることを示した点。
この研究のアプリケーション
この研究の成果は、新しい物質の発見や量子コンピュータの進化に寄与する可能性があり、長距離および異方性の相互作用を持つ多くの格子モデルの量子シミュレーションに適用されるかもしれない。
非平衡フォノンポラリトンによる顕著な熱伝導
ゴールドコーティングを施した3C-SiCナノワイヤを使用して、非平衡フォノンポラリトンが熱伝導に大きく寄与することを発見
事前情報
表面フォノンポラリトンは、赤外光と光学フォノンの結合の結果として生じるが、これが熱伝導にどのように影響するかは明確でなかった。
行ったこと
ゴールドコーティングの有無での3C-SiCナノワイヤの熱伝導性能を系統的に測定
検証方法
同じ3C-SiCナノワイヤにゴールドコーティングを施した場合と施さない場合の熱輸送を測定
分かったこと
ゴールドコーティングが施された部分から非平衡フォノンポラリトンが効率的に放出され、未コーティングのSiCナノワイヤに熱が伝わることで、熱伝導性が大幅に向上することが確認された。
この研究の面白く独創的なところ
ゴールドコーティングを使用して、非平衡状態のフォノンポラリトンが熱伝導にどのように影響するかを明らかにした点
この研究のアプリケーション
フォノンポラリトンを導入することで、多くの技術的に重要なフィルムの古典的なサイズ効果を効果的に打破し、固体デバイスの設計を向上させる可能性がある。
火星の核の上の溶けたケイ酸塩層の存在証拠
火星の核は純粋な液体鉄よりも約27％軽いとされ、多くの軽い元素が含まれていることを示唆していました。この研究では、火星の核とマントルの境界にある液体ケイ酸塩の層の存在が示され、これが火星の地震学的データと化学的要求を調和させるものとして提案されています。
事前情報
以前の研究では、火星の核は低密度であり、その成分は主にS, C, O, Hなどの軽元素から成っているとされていた。
行ったこと
火星のInSightミッションで得られた地震学的データと、液体鉄合金の熱弾性特性の第一原理計算を組み合わせ、火星の核とマントルの境界の特性を解明しました。
検証方法
InSightミッションの地震データと、液体Fe–Ni–X（XはS, C, O, H）の混合物の熱弾性特性に関するab initio分子動力学シミュレーションを使用して、火星の核の圧力と温度の条件下での物性を評価しました。
分かったこと
火星の核–マントル境界の地震学的データと液体鉄の特性を基に、火星の核の上には150kmの厚さの溶けたケイ酸塩の層が存在することが示されました。
この研究の面白く独創的なところ
従来のモデルとは異なり、火星の内部構造に関する新しい洞察をもたらす液体のケイ酸塩層の存在を明らかにしたこと。
この研究のアプリケーション
この研究の結果は、火星の地震学的活動やマグマの生成に関する理解を深めるのに役立つ可能性があります。
電圧ゲート式のNa+/H+交換器の構造と電気機械的結合に関する研究
この研究では、電圧センシング領域を持つ精子特異的なNa+/H+交換器SLC9C1の構造と機能に関する詳細を明らかにしています。これは精子の動きや受精に必要な成分であり、この輸送体の活性化機構の理解は、精子の動きを制御するメカニズムの理解に貢献します。
事前情報
電圧センシング領域は、通常、電圧ゲートイオンチャネルの活性化を制御しますが、例外的なものとしてSLC9C1が知られています。このSLC9C1は、電圧センシング領域によって調節される唯一の輸送体であり、精子の動きや受精に重要な役割を果たしています。
行ったこと
研究者たちは、電子顕微鏡を使用して、SLC9C1の詳細な3D構造を明らかにしました。
検証方法
SLC9C1の構造を詳しく調べるために、海胆のSLC9C1のcryo-EM構造を取得しました。
分かったこと
SLC9C1は非常に特異的な電圧センシング領域の配置を持っており、この領域はSLC9C1のホモ二量体の各側をサンドイッチのように挟んでいます。また、この輸送体の活性化と電圧の変化との関係も明らかにされました。
この研究の面白く独創的なところ
他の伝統的な電圧ゲートイオンチャネルや輸送体とは異なる、SLC9C1のユニークな電圧センシング領域の配置と機能を明らかにした点が特筆されます。
この研究のアプリケーション
この研究の知見は、不妊治療や精子の動きを制御する薬剤の開発に寄与する可能性があります。
高速ビジョンタスクのための全アナログフォトエレクトロニックチップ
研究者たちは、伝統的なデジタルコンピューティングの制約を乗り越えるための新しい全アナログフォトエレクトロニックチップ「ACCEL」を開発しました。このチップは、非常に高いエネルギー効率と計算速度を持ち、特に低照度条件でも優れたロバスト性を示しています。
事前情報
コンピュータビジョンは、自動運転やロボティクスなどの分野での応用が増えてきていますが、エネルギー消費や計算速度の制約が問題となっていました。特に、画像をキャプチャし、それをデジタルに変換し、さらに処理する過程で、多くのエネルギーと時間が必要でした。
行ったこと
研究者たちは、光コンピューティングと電子コンピューティングを組み合わせることで、これらの制約を解消する新しいアナログチップ「ACCEL」を開発しました。
検証方法
このACCELチップを使用して、さまざまな画像やビデオの分類タスクを実験的に実行しました。これにより、チップの性能や効率、および認識精度を評価しました。
分かったこと
ACCELは、極めて高いエネルギー効率と計算速度を持つことが実証されました。具体的には、伝統的なコンピューティングプロセッサよりも3桁以上のエネルギー効率と計算速度を持っていました。さらに、低照度条件でも高い認識精度を維持する能力も確認されました。
この研究の面白く独創的なところ
従来のデジタルコンピューティングの制約を克服するために、研究者たちは光と電子を組み合わせた全く新しいアプローチを採用しました。この組み合わせにより、非常に高速でエネルギー効率の良いビジョン処理が可能になりました。
この研究のアプリケーション
この新しいチップは、ウェアラブルデバイス、自動運転車、産業検査などの幅広いアプリケーションでの使用が期待されています。特に、高速で精確なビジョン処理が必要なシナリオでの利用が有望です。
最後に
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