人から動物、動物から人への感染症リスクに関する研究
微生物と動物は太古より共に生きてきました。その均衡が崩れることにより感染症をひきおこします。
致死性の神経変性疾患であるＢＳＥやクロイツフェルト・ヤコブ病に代表されるプリオン病の治療法は未だ確立していません。プリオン病治療薬により、発症後のＱＯＬを向上を目指す薬として実用化するため、ヒトプリオン病に対応する症状を発現し、脳移行などもヒトに近い、カニクイザルを用いたＢＳＥ発症モデルによる治療研究を行っています。また、現在国内で深刻な農業被害を及ぼしているイノシシやシカ、漁港に飛来する野鳥が保有する病原性大腸菌等の検索、ペットが保有する薬剤耐性菌について研究を行っています。感染症を学ぶことによりバイオリスク危機マネージメントが可能となり、人と動物にとって安心・安全な社会づくりに貢献します。

　アルツハイマー病（AD）は認知症を引き起こす最も主要な神経変性疾患ですが、実はげっ歯類を除くほぼ全ての哺乳類の脳でも、老化に伴いAD患者と同じ病変が形成されます。また、近年は獣医療の進歩に伴いイヌやネコなどの伴侶動物が長生きできるようになりましたが、その反面、認知症を発症するイヌが増加しています。近年、動物種の違いにとらわれずヒトと動物の病気を一緒に診る・研究する汎動物学（ズービキティ）という考え方が世界で広がっています。私はこの汎動物学の考えに基づき、ヒトと動物の生物学的な共通点に着目して、認知症の予防や健やかな老化の実現に貢献するための研究を行っています。また、私たちの体を構成する１つ１つの細胞内で働く物流システムであるメンブレントラフィックに注目し、細胞レベルでの物流の変化が脳神経機能にどのような影響を及ぼすのかについても研究を行っています。

研究で用いる動物に麻酔薬などの物質を投与する場合は、医薬品もしくは動物用医薬品グレードまたは日本薬局方の製品であることが望ましく、非医薬品グレードの化合物類を使用する場合には科学的な正当性が必要です。実験用小型げっ歯類に麻酔を施す場合は、効果の発現が早いため意識消失が速やかで、他の麻酔薬と比較して安価であるという理由からペントバルビタールナトリウムが麻酔薬として用いられてきました。しかしながら、この麻酔薬の販売は現在終了しており、ペントバルビタールナトリウムに代わる麻酔薬を探す必要が出てきました。本研究では、現在医薬品として製造販売されている麻酔薬や鎮静薬、鎮痛薬を組み合わせ、新たな麻酔法を考案します。

【　研究内容の説明　】

液体ヘリウムや液体窒素などの寒剤を使った低温環境生成技術を基幹として、nano信号計測技術、物性測定技術を使って、様々な現象を観測しています。
例えば、超伝導技術を用いれば、地球磁場の数万倍もの強さを持つ電磁石を作ることができます。当研究室では1万倍の強さの電磁石を作り、その電磁石を用いて磁場が微生物に与える影響について調べています。

【取得した特許】
■ 特許第4975154号 「水混合燃料およびその製造方法」
■ EUROPEAN PATENT SPECI- FICATION，Inter．Pub．Number：WO 2012/039429
「Water-Mixed fuel and method for producing same」

ディーゼルエンジンにおいて、燃焼時に適量の水と触媒を噴霧することで、数％のエンジン出力が見込める。その噴霧の方法と最適量に関する特許。

統計科学における統計的推測の基本的な枠組みにおいて、母集団分布に正規分布が仮定されることが通常です。正規分布の密度関数は左下図にあるような対称な釣り鐘型をしています。この図は、ユーロ統合前のドイツで用いられていた10マルク紙幣からの抜粋です。
正規性の検定とは、与えられた標本が正規標本かどうかを客観的に判断する方法です。非常に多くの定量的な手法が開発されていますが、本研究ではグラフィカルな手法の開発を目指しています。右下図はフィッシャーのアヤメデータに開発手法を適用した場合です。キーアイデアは、　（グラフ表現法） = (共分散行列の主成分の歪度・尖度) + (歪度・尖度の同時密度関数近似)　　となります。

暗号理論では、今後大きな脅威となりうる量子コンピュータに耐性をもつ新しい暗号基盤の開発研究を行っています。また、それらの安全性を理論的・実験的に調査することも大切であり、特に多変数公開鍵暗号では「ＭＱチャレンジ」という暗号解読コンテストを主催し、以下のようにウェブサイトで問題を公開しています。

また、これまでの単純な機能を持つ暗号だけではなく、様々な機能（暗号化された状態でも足し算ができるなど）を持つ暗号の研究も行っています。
整数論では、Langlands予想やArthur予想といった未解決問題と関連する保型表現の研究を行っています。

　生物固有の微小構造の形成を支える自己組織化特性に注目し、生体膜構成分子の幾何学形状や物性と環境因子（温度、イオン環境など）との組み合わせから、生物微小形態形成を支えるナノ周期構造の形成メカニズムを検討しています。

統計的手法、特に回帰問題に対する手法の開発に取り組んでいます。またそのプログラム（パッケージ）の作成を行っています。回帰問題は説明変数と応答変数の期待値との関係（回帰関数）を推定する問題です。応答変数に影響を与えている説明変数を選択する手法に興味があります。回帰関数にパラメトリックモデルを仮定する場合とノンパラメトリックモデルを仮定する場合のそれぞれにおいて、変数を選択する方法を研究しています。回帰分析は、例えば共分散分析において、因果効果の推定に使われています。開発した手法を因果推論に応用する研究も行っています。

可換環論の対象であるコーエン・マコーレー加群は1986年にアウスランダーによって「個数の有限性とそれを定める可換環の幾何学的な性質」の関係が見出されて以来、代数幾何学と多元環の加群論を結ぶ重要な対象として研究されています。コーエン・マコーレー加群は有限次元多元環上の有限生成加群の自然な高次元化にも位置付けられ、私はコーエン・マコーレー加群の加群論（環上の線形代数）的側面に興味を持って研究を進めています。
現在、コーエン・マコーレー加群の圏に関手圏を用いて幾何学的構造を導入し、幾何学的な構造からコーエン・マコーレー加群の表現型について研究を行っています。

　総合的な探究の時間や各教科の探究活動が学習指導要領に盛り込まれ、各学校で実施されるなど、21世紀型学力を育成する学習活動として児童生徒が仲間と協力して探究的に学ぶ教授学習方略が注目されています。また、GIGAスクール構想によりICTの活用がこのような学習活動の場面に求められています。
　私は、このような時代が求める教育活動である探究的な学びの実践事例をもとに、その効果的な教授学習方略の研究を行っています。特に情報科では実習が重視され、生徒が主体的にICTを活用して学ぶことで「情報理論」や「情報倫理」「プログラミング的思考力」「情報活用の実践力」を身につけるような学習教材の開発と指導案の蓄積が待たれているところです。高橋研究室では、このような教材を開発し、実践の事例を分析することや、その効果を検証する基となる児童生徒の資質・能力を測定する方法について研究を進めています。

1．DLC（Diamond Like Carbon)薄膜の高機能化技術の開発

CD・PVD法の応用により、実用性の高い高機能なDLC薄膜を提案します。

2．PVDコーティング技術の開発

真空アーク蒸着法の活用により、高硬度・高耐久性を実現する金型や自動車部品の表面処理技術を提案します。

3．バイオミメティックDLCの開発

プラズマ表面処理技術の応用により、DLCの生体模倣性材料への改質で、生体親和性の高い医療材料を提案します。

【代表的な特許、論文など】

■特許第4066440 ダイヤモンド様薄膜を備えた医療器具及びその製造方法

■特許第5327934 インプラント用材料及びその製造方法

■特許第5240688 マイクロアレイ基板の製造方法

■プレス金型用表面処理技術の最前線、プレス技術、50（8）、64-67、（2012）】

■体内埋め込み医療材料の開発とその理想的な性能・デザインの要件、技術情報協会、308-311、（2013）

【開発実績】

機械工学（流体力学、熱工学）、応用物理学（磁気科学）、計量統計学を駆使しながら、工学と情報学を融合させたマテリアル・インフォマティクスの研究を行っています。 例えばデータマイニングや多変量解析などの手法を用いて医療データ分析を行っています。磁気科学の研究では「磁力ブースター」と呼ばれる技術を改良し、タンパク質の完全無容器結晶成長に初めて成功しました。磁気浮上技術を応用したタンパク質結晶の熱物性計測も行っています。

　ワインの醸造と酵母に関する仕事を中心に研究を行っています。
ワインの醸造に関する酵母をはじめとした微生物の育種、改良、選定、評価、さらにワイン醸造に適した条件検討を行っています。ワインの香気成分の解析を行い、特徴のあるワイン醸造の研究を行っています。
産官学連携で地域の特徴を活かしたワインの製造を行います。
　また、ワインをはじめとした発酵食品成分から機能性成分を見い出し、機能性食品成分の評価を行います。

　日本においては主に生食用ブドウ栽培が行われ、国、地方、大学などにおいて研究・普及され、高品質なブドウが生産されています。しかし、近年はワイン用ブドウ栽培が広く行われ品質の高い「日本ワイン」が製造されるようになってきましたが、日本においてワイン用ブドウ栽培についての研究はほとんど行われておりません。ワイン先進国である欧米などから知識や技術を導入するだけでワイン用ブドウ栽培を日本で行うことは、気象や土壌条件が大きく異なり難しいのが現状です。地域特有の条件に適したブドウ栽培を行うことが特徴的なワイン製造の第一歩であります。当センターではワイン用ブドウ栽培に関する研究を行うだけでなく、これからワイナリーをはじめようとする技術者のため、栽培や醸造に関する技術や情報の拠点となることをめざします。

　電子スピン共鳴、光刺激ルミネッセンス、放射線計測などの物性物理学的手法を用いて、第四紀の火成活動、断層運動、堆積物などの年代測定を行っています。この手法を応用し、鉱物の格子欠陥を用いて堆積物の起源推定手法を開発し、モンゴルの恐竜化石産出堆積層の層序の同定などに応用しています。

　人間に直接作用する生活支援機器や人間共存型ロボットにおける、柔軟性や安全性を重視したソフトアクチュエータやソフトセンサの開発を行っています。また、複雑な配管を自走でき、水分を含む狭隘空間内で使用できる空気圧アクチュエータを用いたロボット自身が柔軟な構造を有した配管検査ロボットの開発を行っており、ロボットを駆動するための周辺機構の軽量化・省力化のため、コストパフォーマンスに優れた制御弁や新たなロボットの推進機構を考案し、検査ロボットのコンパクト化について検討しています。さらに加工技術に関する研究としてバニシング加工を援用し、局所的組織制御技術の開発を行っています。

1. 人工飼育水を構成するイオンについて、それら成分および濃度が生体に与える影響を検討しています。また、長期飼育で生じる生理学的影響について調査し、より好適な環境水を開発しています。
2. ある種の水生生物における初期飼育は、中期飼育と比較し非常に多くの個体が死亡します。これは、幼生を取り巻く環境が適切ではないことや、変化に対する耐性が低いために発生します。これら諸問題を解決し、幼生の初期飼育時における最適な環境について明らかにしています。
3. 閉鎖循環式陸上養殖における水生生物の長期飼育では、飼育水へ餌由来の様々な物質が蓄積します。これらを効率的に系外へ排出する手法を研究しています。