hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉄筋コンクリート構造物の劣化予測手法に関する研究 -使用環境条件(温度, 水分, 塩化物)を考慮したモデルの構築-

コンクリートの劣化に大きく関係する熱水分挙動を推定する数学的なモデルの確立、ならびに数値的な予測手法の構築を目的とし、以下の研究成果を得た。1熱水分移動解析のための数学的なモデル化の実施;多孔質媒体におけるエネルギーと物質の連成移動問題に対し、実際の数値解析を可能とする数学的定式化を実施した。対象がコンクリートであることの特殊性を考慮し、熱伝導・水分移動の連成挙動を数学的に表現する段階で、材料実験データを反映可能とし、高温の履歴までの温度範囲をカバーするためのモデルの修正を実施した(特に、水分の蒸発および液化の相変化の取扱いを可能とした)。2上記モデルについて、具体的にコンピュータでシミュレーションするためのパイロットコードを開発した。今回開発した数値計算手法においては、主として相変化近傍での数値解析の困難さを回避することに成功し、実用性のあるシミュレーション手法を提供することが可能となった。<以上、研究代表者が担当>2上述のモデルに組み込まれるパラメータであるコンクリートの透水係数について、種々の使用環境条件を容易に模擬可能で、かつ小型の実験装置を新たに考案し、設計・試作を実施した。その結果、従来一般的に用いられる大型の装置により得られる結果と同等の結果を、小型・ローコストで実施できる可能性を確認した。また、実際の構造物からサンプリングした試験片による試験の可能性を裏付けた。<以上、研究代表者および分担者が共同で担当>コンクリートの劣化に大きく関係する熱水分挙動を推定する数学的なモデルの確立、ならびに数値的な予測手法の構築を目的とし、以下の研究成果を得た。<以上、研究代表者および分担者が共同で担当>コンクリートの劣化に大きく関係する熱水分挙動を推定する数学的なモデルの確立、ならびに数値的な予測手法の構築を目的とし、以下の検討を実施した。対象がコンクリートであることの特殊性を考慮し、熱伝導・水分移動の連成挙動を数学的に表現する段階で、材料実験データを反映可能とした。2数値シミュレーションのための手法の開発;具体的にコンピュータでシミュレーションするためのパイロットコードの開発を実施した。3実験データによるモデルの検証・修正;既往の実験結果に対して、2で開発した手法によるシミュレーションを実施した。現在、検証中である。4ひび割れと連動した予測モデルの検討;理論的な検討を実施し、数値解析への適用を検討中である。5火炎など高温の履歴までの温度範囲をカバーするためのモデルの修正;高温領域での水分の蒸発および液化の相変化の取扱いを検討し、数値計算の手法を検討した。以上の項目については今後、実際の検証解析を進める予定である。<以上、一部口頭発表済><以上、研究代表者が担当>次に、上述のモデルに組み込まれるパラメータであるコンクリートの透水係数について、種々の使用環境条件を容易に模擬可能で、かつ小型の実験装置を新たに考案し、設計・試作を実施した。現在、各測定手法に関する検討を実施中である。<以上、研究代表者および分担者が共同で担当>前年度に、コンクリートの劣化に大きく関係する熱水分挙動を推定する数学的なモデルの確立、ならびに数値的な予測手法の構築を実施したが、本年度は、その成果に基づいて、火災など高温の履歴までの温度範囲をカバーするためのモデルの修正と、実際に数値解析する為の手法(ソフトウェアを含む)の開発を実施した。エネルギーと物質の同時移動問題の数値解析は従来きわめて困難な問題であったが、新たに開発した手法により、充分に実用可能なレベルで安定した数値計算を行うことが可能であることを確認した。現在、定量的な検証を実施中である。なお、力学的な問題として、コンクリートのひびわれを数値解析するモデルを同時に組み込み、熱・水分移動の問題と連動可能とする為の基本的な検討を試みた。この点については継続した検討中である。<以上、研究代表者担当>解析的検討に併せ、解析モデルにおけるパラメータを推定する材料実験を実施した。

具体的には、従来大型の試験装置を必要としていたコンクリートの透水試験を、小型の装置で可能とし、さらに種々の環境条件下に暴露された試験体を対象としてた分析を可能とする実験装置を試作し(一部前年度に前倒しで開始)、手法の妥当性の検討を行った。その結果、試験方法の有効性と実用性を確認した。精度の検証と細部における測定方法等の検証については、さらに継続して検討中である。<以上、研究代表者および分担者が共同で担当>前年度までに、コンクリートの劣化に大きく関係する熱水分挙動を推定する数学的なモデルを確立し、続いて高温の履歴までの温度範囲をカバーするためのモデルの修正を加え、実際に数値解析する為の手法(ソフトウェアを含む)の開発を実施した。本年度は、前年度までに構築された解析手法を実際のコンクリートの挙動評価に適用する為に、実際のコンクリートの材料定数などの側面から解析モデルの同定と修正を行った。同時に塩化物含有濃度の移動モデルの組み込みを試みた。以上により、実際のコンクリート構造物における、温度、水分環境による時間変化を定量的に予測可能とする具体的な方法論の確立の一助とした。<以上、研究代表者担当>解析的検討に併せ、前年度までに、解析の際の基本的なパラメータを得るための透水試験をについて、小型で種々の環境条件下での実験を可能とする装置を試作したが、本年度は、その方法を検証・改良し、実際に透水試験を行い、基礎データを得ることを試みた。その結果、従来一般的に用いられる大型の装置により得られる結果と同等の結果を、小型・ローコストで実施できる可能性を見いだした。また、実際の構造物からサンプリングした試験片による試験の可能性を裏付けた。<以上、研究代表者および分担者が共同で担当>
十七世紀イギリスにおける微税請負制の研究

「租税国家」は、収入実体が租税からなっていること、租税の賦課にたいし議会が承認権をもっていること、この二点をその特徴としている。議会主権はブルジョア革命によって確立するが、租税が国家の収入実体をなすのは絶対主義の成立以来のことである。徴税という公的業務を民間の商人に委託する徴税請負制は、収入実体が租税からなっておりながらいまだ議会主権が確立していない絶対主義国家を最良の活動基盤としていた。イギリスのばあい1660年の王政復古から1688年の名誉革命までの期間に、徴税請負制は最もよく展開された。国王の封建的・大権的収入はピュ-リタン革命によって完全に消滅してしまったため、関税・消費税・炉税の三つの間接税が経常的収入をなした。この三つの間接税収入は「国王自活原則」のもとにおかれ議会のコントロ-ルを超えるものであった。議会のコントロ-ルを超える三つの間接税の徴収が民間の商人に徴税権貸与料=レントと引き換えに委託された。徴税請負人はみずから効率的で集権的な徴税機関を整えてレント分はもちろんそれを超える「余剰」分をも徴収してそれをみずからの利潤とした。さらに請負人は契約時にみずからが徴収する租税担保の多額の政府貸付を行った。効率的な徴税のための官僚機構を整えたことと、租税担保の公信用を提供したこと、この二点が徴税請負制の果たした歴史的任務であった。イギリスのばあい名誉革命の前に請負制は全て廃止され直接的徴収制に転換されたが、革命後、効率的徴税機構と公信用という請負制が残した成果は確立した議会主権のもとで遺産として継承されていった。「租税国家」は、収入実体が租税からなっていること、租税の賦課にたいして議会が承認権をもっていること、この二点をその特徴としている。この三つの間接税収入は「国王自活原則」のもとにおかれ議会のコントロ-ルを越えるものであった。議会のコントロ-ルを越える三つの間接税の徴収が民間の商人に徴税権貸与料=レントと引き換えに委託された。徴税請負人はみずから効率的で集権的な徴税機関を整えてレント分はもちろんそれを越える「余剰」分をも徴収してそれをみずからの利潤とした。
脂肪動員作用を有するペプチドの活性発現機構の解明

(目的)ホルモンによる脂質代謝機構の解明の一手段として種々のペプチドを合成し、脂肪動員活性を調べた所、REGFFF(以後ペプジドは一文字記法にて表わす)が強い活性化を示した。これまでの脂肪動員に関する研究から考えて、従来提唱とは異る作用機構により活性発現がなされると考えられたのでその機構を解明すべく研究を進めている。(方法)塩基性,酸性及び疎水性残基を有する各種ペプチドを液相法により合成した。これらのペプチドについて、ラッテの副睾丸脂肪細胞を用い脂肪酸遊離能及び【^(14)C】-gl【c^-】を用い脂肪合成能を調べた。dipalmitoyl phosphatidy lcholne(DPPC)を素材とするLiposomeを作成し、ブタ肝よりのphospho lipase【A_2】(【PLA_2】)の作用に対する合成ペプチドの効果を調べた。ペプチドの疎水性と作用の関係を調べるため、HPLCによる保持時間(RT)の測定,各種の疎水性の計算,施光分散(ORD),円二色性(CD)の測定,Conformation energyの計算等を行なった。(結果)多くの合成ペプチドの中、何らかの活性を有するものはREGFFF,KDLL,KDGFFF,KDGFFY,REFFF,LLKEL,LLERL,REGFFY,ERGFFF,ERGFFY,DKGFFYなどであった。これらのペプチドについてDPPC-Liposumeを用いて$$PLA_2$$の活性を調でたが、活性は検出されるが、濃度は0.51mM必要とされるので実用には乏しいことが分った。しかし、生理活性とペプチドの構造関係の一般則は算出できた。即ち、上記合成ペプチドのRTと疎水性(H)の関係は、Kyteによる係数を用い、かつ、平均Hを用いた場合、よく相関し、H=$$(-12.07)/(RT-3.47)+2.87或いはRT=7.94$$H^2$$+21.9H+17.9などの経験式で表わせ、生理活性を有するペプチドのHは-0.0740.205の間にある必要があった。脂肪動員活性を示し得るペプチドは塩基性及び酸性の残基を有しKyteによる平均疎水性が上記の間になるペプチドである。活性発現には陰陽両イオンが直接作用し、疎水領域が至適の環境作りをしていると云える。
対人認知における誤情報による影響の排除方法の検討とその応用研究

マスコミ報道における誤報のように,誤情報は我々の社会生活に大きな影響を及ぼす。誤情報の効果に関する研究からは,誤情報の発生後に訂正してもその影響を完全に排除することが困難であり,特に当該人物に対する感情が訂正後も残存することが示されていた。このことは,誤情報となる可能性のある情報を受け取る段階における,感情の喚起を最小限に抑える必要性を示している。以上の問題意識を踏まえ,昨年度は,事件報道で容疑者の性格や趣味等の特異性を強調することが多いことに注目し,他者との態度等の類似性がその人物に対して生じる感情に及ぼす影響について検討した。その結果,これらの態度等を遺伝率の高低で分類すると,遺伝率の高い形質の類似性が高い共感感情を導くことが示された。この研究結果を進化心理学的に考察すると,高遺伝態度の類似他者があたかも血縁者のように認識されることによって共感感情が増加すると解釈された。しかし,血縁識別手がかりは外的に識別可能な刺激であることが多く,本研究で用いたような他者の態度情報は外的に識別可能なものではないため,このプロセスが本当に作用しているのかどうかは明らかでない。そこで本年度は,高遺伝態度の類似他者が,本当に血縁者のように認識されているのかを検討した。このプロセスの存在を検討する手段としては,「高遺伝態度が類似した他者」と「血縁概念」との間の連合を検討する潜在連合テストが有効であることが考えられた。これまでに行われた研究から,態度類似他者と血縁概念の間には連合が存在するものの,態度の遺伝率は無関係であることが示されていた。しかし,この研究は実験的操作に不備があるため,検討の必要性が示唆されていた。以上に基づき,現在,両者の間に連合が存在するのか否かを検討している。その結果によって,他者との類似性が共感感情の喚起を導くプロセスを明確にすることができると期待できる。マスコミ報道における誤報に見られるように,誤情報は我々の社会生活に大きな影響を及ぼす。誤情報の効果やその影響の排除方法に関する既存の研究からは,誤情報の発生後に訂正してもその影響を完全に排除することが困難であること,そして特にその中でも,当該事象に対する感情は訂正後も残存することが示されていた。このことは,誤情報となる可能性のある情報を受け取る段階での,感情への影響を最小限にする必要性を示している。そこで本研究では感情への影響を明らかにするために,マスコミ報道のような他者の行動情報の知覚により,どの対象に対していかなる感情が生起するのかを検討した。これまでの研究からは,他者の行動情報の知覚において,その状況における責任の所在が生起する感情にいかなる変化をもたらすかを記述した感情の帰属理論が提唱されている。本研究では,この理論を拡張した実験を行った。その結果,責任の所在に加えて,その状況で表出される他者の感情反応の種類も,他者に対する感情に影響を与えることが明らかになった。特にこの変化は,他者が表出する感情に含まれる責任帰属の要素が影響していることが示唆された。また,既存の理論では感情反応の対象は他者のみに限定されていたが,本研究では,他者の感情反応の対象に対する感情経験も検討した。その結果,他者の感情反応の種類によって,他者の感情反応の対象に対する感情経験も変化することが示された。この結果は,誤情報による感情の影響が多様な対象に対して見られることを示しており,誤情報の影響の排除において重要である感情への影響を検討する際に,特定の対象に対する感情経験のみを測定していては不十分であることを示している。本研究では感情反応の対象や他者の感情反応の種類の影響について検討したが,今後の研究では,他者の属性そのものによる感情の変化も検討する必要性が示唆された。以上の問題意識を踏まえ,本年度は,事件報道で容疑者の性格や趣味等の特異性を強調することが多いことに注目し,他者との類似性がその人物に対して生じる感情に及ぼす影響について検討した。特に本研究では,共感感情を検討した。これは,既存の研究から,共感感情がネガティブな対人感情を抑えることが明らかにされており,共感感情の増加が,ネガティブ感情を低下させると考えられたためである。実験で使用した質問紙には,まずある人物に関する態度情報が示され,参加者には自分との類似性を評定させた。その際,進化心理学的考察から,類似性の効果の原因が,類似他者があたかも血縁者のように認識されることにあると仮定し,遺伝率の高い態度情報と低い態度情報を使用した。その後,その人物が経験したネガティブな出来事が示され,共感感情の程度を評定させた。実験の結果,類似性と感情の問には統計的な関係はなかった。しかし,類似内容を遺伝率の高低で分類すると,女性において遺伝率の高い形質の類似性の増加により共感感情も増加することが明らかになった。この結果は,自分と類似した人物がネガティブなときに共感感情が増加することを示している。

これを事件報道における誤報にあてはめると,容疑者の特異性を強調する報道が類似性の低下を導き,共感感情の低下だけでなくネガティブ感情の増加を招く結果,それが訂正後も残存すると考えられ,本研究の結果はこの報道方法の改善の必要性を示唆していると考えることができる。マスコミ報道における誤報のように,誤情報は我々の社会生活に大きな影響を及ぼす。誤情報の効果に関する研究からは,誤情報の発生後に訂正してもその影響を完全に排除することが困難であり,特に当該人物に対する感情が訂正後も残存することが示されていた。このことは,誤情報となる可能性のある情報を受け取る段階における,感情の喚起を最小限に抑える必要性を示している。以上の問題意識を踏まえ,昨年度は,事件報道で容疑者の性格や趣味等の特異性を強調することが多いことに注目し,他者との態度等の類似性がその人物に対して生じる感情に及ぼす影響について検討した。その結果,これらの態度等を遺伝率の高低で分類すると,遺伝率の高い形質の類似性が高い共感感情を導くことが示された。この研究結果を進化心理学的に考察すると,高遺伝態度の類似他者があたかも血縁者のように認識されることによって共感感情が増加すると解釈された。しかし,血縁識別手がかりは外的に識別可能な刺激であることが多く,本研究で用いたような他者の態度情報は外的に識別可能なものではないため,このプロセスが本当に作用しているのかどうかは明らかでない。そこで本年度は,高遺伝態度の類似他者が,本当に血縁者のように認識されているのかを検討した。このプロセスの存在を検討する手段としては,「高遺伝態度が類似した他者」と「血縁概念」との間の連合を検討する潜在連合テストが有効であることが考えられた。これまでに行われた研究から,態度類似他者と血縁概念の間には連合が存在するものの,態度の遺伝率は無関係であることが示されていた。しかし,この研究は実験的操作に不備があるため,検討の必要性が示唆されていた。以上に基づき,現在,両者の間に連合が存在するのか否かを検討している。その結果によって,他者との類似性が共感感情の喚起を導くプロセスを明確にすることができると期待できる。
アメリカ合衆国における進級制度の改革と能力観の変化に関する歴史的研究

1アメリカ合衆国において、進級制度の改革が始まったのは、1890年前後からであった。学年制は1860年ころまでに都市部を中心に普及し、1890年ころは、子どもの学力の到達度を試験で確かめて、それによって進級か落第かを決定するという方法が一般的になっていた。進級の基準が3R'sなどの基礎学力の試験の成績であったことから、当時の学校教育で育成すべき能力とは、基礎学力であることがわかった。2 1900年前後に、ひとりひとりのニーズに応ずるために進級制度の改革が、各地の都市で行われた。進級の判定の機会をできるだけ増やすことと、教科ごとに進級を決めるという方法が採用され始めた。学力試験を基準として進級と落第を決定している点では、それ以前と同様に、基礎学力の育成を学校教育の主要な目的としていたといえる。3 1910年前後から落第をなくそうとする動きが各地の都市で起こってきた。その背景には、学校教育の非能率を示していると見なされていた落第を減らさなければならないという教育経営上の意図があった。4 1920年ころから、基礎学力が学年の水準に達していないにもかかわらず、進級を認めることが、各地の都市で始まり、落第が急速に減少していった。落第の減少は、表面的には、学校教育において、基礎学力よりも生徒の性格や精神衛生の方が重視され始めたこと、及び、進級の意味が、学業到達の指標から生徒の発達をうながすための手段へと変化したことを意味している。だが、実質的には、ひとりひとりのニーズに応ずるために、進級の水準それ自体を個人別に多様にしていくことであった。その結果、学校で何らかの経験をしたことが、基礎学力として試験の成績に現れていないとしても、生活のための能力を獲得したとして、進級の根拠になったのである。ここに能力観の変化が現れている。
産卵移動をみせる魚類社会の実態解明と成立機構に関する研究

2018年度は研究計画通り、産卵移動をみせる3魚種についてのフィールド調査を実施した。チョウチョウウオ科フウライチョウチョウウオについては沖縄県瀬底島のサンゴ礁での調査を実施し、個体識別した個体群の社会関係に関するデータを獲得するとともに、安定した雌雄ペア関係の維持機構を分析考察するため、ペア雄あるいはペア雌の除去実験を実施した。その結果、雌が特定の雄個体へのペア選好性を持たないこと、雄は他雄から2個体の雌を長期間防衛することが困難であることが明らかとなった。長距離産卵移動の習性が2個体の雌防衛をより困難としている要因であると考えられた。これらのデータは魚類の一夫一妻社会の形成機構の議論に新展開を提供するものと考えている。今後、論文執筆を進める。ハコフグ科クロハコフグについては鹿児島県口永良部島のリーフにおいて調査を実施した。本年度は雄の日中と夕刻産卵時の縄張り配置の日周移動パターンについてのデータを獲得した。雄は産卵なわばりを日中の採餌縄張りから100-250m沖合に構え、広い産卵縄張りをもつ雄はより多くの雌と産卵する傾向にあった。これは産卵のために沖合へ移動する雌をトラップできるためであると考えられた。同種の産卵実態に関する詳しいデータを得たのは本研究がはじめてである。産卵移動の背景として、なぜ日中の採餌エリアが浅場にあるのかについての分析を進める必要がある。ニザダイ科ニザダイについては、鹿児島県口永良部島の標本解剖調査を中心に研究を進め、産卵に関わる生活年周期の明確化を進めた。5月-6月にかけて雌雄ともに生殖腺の発達が顕著となることから産卵期と推察された。また、成熟した大型個体が湾外に多い傾向も認められ、産卵が湾外で行われている可能性が示唆された。産卵場所の特定、および産卵行動の確認を多角的な手法で検討する。当初の研究計画にある3魚種についての野外調査をすべてほぼ計画通り実施することに成功した。また、3魚種それぞれに関して充実したデータを獲得することに成功した。産卵移動の実態解明はクロハコフグのみ成功したが、ニザダイについては産卵期および産卵エリアの特定に関わるデータを得ることができた。また、フウライチョウチョウウオに関しては、アーカイバルタグを用いた産卵行動の確認を試みたが、タグの回収ができずデータ獲得に失敗した。しかし、社会行動データの充実化と除去実験の実施により、同種における産卵移動が安定した一夫一妻社会の成立に重要な役割を果たしていることが理論的に裏付けられた。クロハコフグにおいては縄張訪問型複婚社会であることが確認されたが、雌の沖合での産卵習性がその成立に主導的役割を果たしていることが示唆された。これらのように魚類社会と産卵移動の関連性についての理論進展に貢献しうるデータ獲得に成功していることから、順調に進展していると考えている。産卵移動をみせる3魚種について、それぞれの研究進度に応じた推進方策を実施する計画である。フウライチョウチョウウオについてはデータをとりまとめた論文執筆を進める。クロハコフグについては、日中の雌雄個体間の社会関係が希薄であるものの、雌雄ともに浅瀬に集中した分布を呈し、主に採餌をしている。この採餌ゾーンと産卵ゾーンの乖離が産卵移動の主因と考えられる。特異的な餌生物を利用している可能性を含め、なぜ浅瀬で採餌を行う必要があるのかに関して野外調査を重点的に進める予定である。ニザダイについては、流れの早い湾外での産卵が予想されるため、安全確保を最優先としながら、環境DNAやプランクトンネットによる採卵、小型カメラの設置など、アプローチ方法を多角的に検討し、産卵実態の解明を試みる予定である。

また、成熟した大型個体が湾外に多い傾向も認められ、産卵が湾外で行われている可能性が示唆された。産卵場所の特定、および産卵行動の確認を多角的な手法で検討する。当初の研究計画にある3魚種についての野外調査をすべてほぼ計画通り実施することに成功した。また、3魚種それぞれに関して充実したデータを獲得することに成功した。産卵移動の実態解明はクロハコフグのみ成功したが、ニザダイについては産卵期および産卵エリアの特定に関わるデータを得ることができた。また、フウライチョウチョウウオに関しては、アーカイバルタグを用いた産卵行動の確認を試みたが、タグの回収ができずデータ獲得に失敗した。しかし、社会行動データの充実化と除去実験の実施により、同種における産卵移動が安定した一夫一妻社会の成立に重要な役割を果たしていることが理論的に裏付けられた。クロハコフグにおいては縄張訪問型複婚社会であることが確認されたが、雌の沖合での産卵習性がその成立に主導的役割を果たしていることが示唆された。これらのように魚類社会と産卵移動の関連性についての理論進展に貢献しうるデータ獲得に成功していることから、順調に進展していると考えている。産卵移動をみせる3魚種について、それぞれの研究進度に応じた推進方策を実施する計画である。フウライチョウチョウウオについてはデータをとりまとめた論文執筆を進める。クロハコフグについては、日中の雌雄個体間の社会関係が希薄であるものの、雌雄ともに浅瀬に集中した分布を呈し、主に採餌をしている。この採餌ゾーンと産卵ゾーンの乖離が産卵移動の主因と考えられる。特異的な餌生物を利用している可能性を含め、なぜ浅瀬で採餌を行う必要があるのかに関して野外調査を重点的に進める予定である。ニザダイについては、流れの早い湾外での産卵が予想されるため、安全確保を最優先としながら、環境DNAやプランクトンネットによる採卵、小型カメラの設置など、アプローチ方法を多角的に検討し、産卵実態の解明を試みる予定である。
保育実践活動が幼児の運動能力発達に及ぼす影響

本研究の目的は、幼稚園における幼児の運動経験の内容およびその実態を明らかにし、運動指導の内容を運動能力との関連で検討することであった。43園を対象とした質問紙調査からは以下のことが明らかとなった。1.多くの幼稚園で子どもの健康・体力に対する意識を高くもっていた。2.約6割の園に体育専門の指導者がおり、保育者は運動を特別なものとして捉えその活動を専門の指導者にまかせる傾向がみられた。3.運動指導の内容は、体操やサッカーなどのスポーツなど特定の活動が中心であり、これらの活動は好きな遊びの時間などでは活発に行われておらず、指導時間限定の活動であることが示唆された。4.運動会は、半数の園は普段の遊びの延長として行なわれ、残りの半数の園では特別な出し物を披露する行事として行われており、保育時間にそのための練習が行われていた。一方、4園を対象に行なった保育場面の観察により以下のことが明らかとなった。1.一斉保育を中心としている園では、全体的に子どもの活動に対する選択の自由度が低く、動きのバリエーションも少ないという保育形態の違いによる子どもの運動経験の違いが示唆された。このことが運動能力の低いことと関連しているものと思われる。2.一斉活動における保育者の運動指導はどの子にも画一的に一様の指導が行われていた。3.運動能力の高低によらず幼児の活動の中には高い運動強度のものはほとんどみられなかった。このことから幼児期には高い運動強度の活動は必要なく、からだを多様に動かすことが運動発達に影響していることが示唆された。保育者は遊びの重要性を意識し、遊びを通しての教育を実践していく必要がある。また、活動を中心とするのではなく、子どもの経験を重視した保育内容を計画していくことが大切である。幼稚園での運動指導の実態を明らかにするために、本研究者らが行った平成14年度の幼児運動能力調査の対象園109園に対し質問紙を郵送し回答を求めた。この質問紙および平成14年度の運動能力の結果より、一斉保育中心・保育の一環として運動指導を多く行っている園および自由保育中心の園を抽出し、それぞれ運動指導場面または自由遊び時間を中心に運動遊びの様子を観察した。観察にはビデオを用い、子どもにはライフコーダを装着し活動量を計測した。さらに園の先生にインタビューを行った。本年度は観察対象園の抽出と観察(一部)が行なわれた。対象園抽出のために行なった質問紙からは以下のことが明らかとなった。多くの幼稚園で幼児の健康体力づくりなどに高い関心を持ち、その重要性は認識しているものの、実際の指導は体育専門講師に任せており、指導内容も種目を限定したもの、技能の向上を図ることが中心である傾向がみられた。今回調査した約6割の幼稚園に体育専門講師がいることから、保育者自身の健康体力づくりに関する知識や理解が十分でなく、幼児の体育運動活動が特別なものとして考えられていることが示唆された。また、一部の園では健康体力づくりを重要視し、専門の指導者による指導を行なってはいても普段の遊びに結びついていないことから、それらの活動は場面限定、子どもにとっての遊びになっていないことが考えられた。一方、運動会は、約半数の園では普段の遊びの延長、その披露の場として行なわれていたのに対し、あとの約半数の園は普段の遊びとは違った特別の出し物をしており、そのために練習するなどの準備を行なっていた。特に、主要な種目としてあげられていたのは、鼓笛や組体操など練習に要する時間が非常に長かったり、専門性を要することが予測されるものであった(H19保育学会にて発表予定)。なお、観察は次年度も継続して行ない、園での運動指導の質的な分析を行なう。

本年度は、保育場面での観察を通して運動指導の内容を明らかにし、運動能力との関連で指導内容を検討することを目的とした。4園を対象に保育場面の観察を行ない、その際任意の年長児にライフコーダーを装着して運動強度、歩数等の計測を行なった。これにより以下のことが明らかとなった。1.一斉保育を中心としている園では、全体的に子どもの活動に対する選択の自由度が低く、動きのバリエーションも少ないという保育形態の違いによる子どもの運動経験の違いが示唆された。このことが運動能力の低いことと関連しているものと思われる。2.子どもに対する保育者のかかわりはいずれの園でも共通の配慮がなされていたが、一斉保育の園では限られた活動の中で画一的、一律になされているのに対し、自由保育の園では子ども取り組みそのものに対して評価をするという質的に異なったかかわりがみられた。3.自由保育の園では男女の活動量の差は見られないのに対し、一斉保育の園では女児の身体活動量が少なく個人差も小さくなっており、男児との差が見られた。4.運動能力の高低によらず幼児の活動の中には高い運動強度のものはほとんどみられなかった。このことから幼児期には高い運動強度の活動は必要なく、からだを多様に動かすことが運動発達に影響していることが示唆された。5.ライフコーダーによる歩数の計測は純粋に歩数をカウントしておらず、必ずしも活動量が反映されている都はいえなかった。幼稚園では運動能力の低下や健康問題についても高い意識を持って子どもに関わっているが、子どもに良かれと思っている内容が、実際には十分生かされていない場合もある。子どもの立場で保育内容を考え、活動を見直してみる必要があろう。保育者は、活動中心の保育よりも子どもの経験を重視した保育内容を計画して指導することが大切である。運動そのもののとらえ方を見直すことも必要であると思われる。
日常生活下の行動・状態連続推定に基づくジャストインタイムな行動変容介入手法の開発

(a)については、小型環境センサーおよびリストバンド型高精度活動・心拍センサーを接続し、リアルタイムでの自動データ収集や、サーバーからのオンデマンドによる心拍測定のための機能追加を行った。また、このシステムを用いて、介護・福祉系の職に従事する成人約30名を対象としたecological momentary assessment(EMA)による日常生活下での気分・身体症状調査と活動・睡眠測定を約2週間行った。(b)については、大規模体幹加速度データ(約8万名)から高精度に睡眠覚醒が判定可能なアルゴリズムを構築し、睡眠指標に関する疫学的知見(年齢・性別・気象・地域依存性など)を得た。また、深層学習を用いたクラスタリングにより日常生活下動作(歩行/走行などの運動や姿勢の状態など)の分類手法の開発を行った。加えて、うつ病患者と勤労者(約300名)から得られたデータを用いて、身体活動の状況(リストバンド型活動センサーにより取得)からうつ病患者であるか、あるいは抑うつ傾向にあるかどうかを推定するための機械学習による分析を開始した。そして、(c)に関しては、育児中の母親約40名を対象とした生活リズム(起床、就寝のタイミング)改善のためのJITAIアルゴリズムを開発し、EMAによる調査(気分・身体症状、睡眠、育児行動など)を約2週間にわたって行うとともに、後半の1週間は、それらの記録に基づくJITAIを実施した。これらの予備的調査・分析を通じて、JITAIの実行可能性を確認するとともに、大規模集団を対象とした試行に向けての課題を洗い出すことができた。うつ病臨床例での検討開始が遅れている。倫理審査が遅れているためであるが、2019年5月中に審査を受けることになった。それ以外は順調に進展している。今後は、健康リスク(気分の悪化、睡眠の乱れ、身体活動不足など)の検知に基づく実時間介入手法の開発と検証を進め、大規模集団におけるJITAIの本格的な試験を見据えた研究を行っていく。具体的には、健常勤労者における身体活動不足(座りすぎ)の解消や、うつ病患者における睡眠習慣の改善をねらった介入試験を行う予定である。必要なときに適切な介入を行うJITAIの手法は、人によって介入を受けるタイミングや内容が異なるだけでなく、同じ人であっても受ける介入のタイミングや内容はその時のその人の状況によって異なる。本研究では、このように個人間だけでなく個人内でも「微細にランダム化された試行」(Klasnja et al., 2015)を行うことによって、介入のどの要素が効いたのか、いつ効いたのか、どのような心理社会的文脈が影響したのかなどを調べ、共通するパターンや特性を発見していくことで最適な介入方法を見つけ出す。大規模試験によるJITAIシステムの検証・実証を通じて、臨床への応用について検討する。本研究はJust-in-Timeに行動変容介入を行うリスク検知型の介入指導手法(JITAI)の開発とその臨床応用可能性の検証を目的とする。今年度は、基盤となるシステムの構築を主に行った。先ず、活動量などのセンシングデータおよびEcological Momentary Assessment(EMA)のアセスメントデータの発信源となるモバイル端末について汎用化を進めた。具体的には、先行研究においては専用器(アンドロイド)を対象となる被験者に貸し出していたが、各自が所有するスマートフォン(アンドロイド/アイフォン)に汎用化したアプリケーションソフトをインストールすることにより、各自の活動データおよびEMAデータがクラウドサーバにリアルタイムで連続的かつ自動的に集約されるようになった。データから特徴量ベクトル(平均、分散などの統計モーメントや中心周波数などの周波数情報など)を計算する部分の設計も完了している。特徴量ベクトルから対象者の行動推定(寝ている/起きている、座っている/歩いている等)を行う部分についても、先行研究において示されているアルゴリズを試用的に実装する準備はできた。ただし既存のアルゴリズムの妥当性は小規模集団に対して限定的に示されているだけなので、大規模集団での試行を通じて高精度化する課題は残っている。アセスメントに基づいてジャストインタイムに介入する方法については、詳細を検討中であるが、クラウドサーバからの情報フィードバック(心身の不活発性や睡眠覚醒を含む行動変化などに基づくリスクの可視化、行動医学・睡眠医学の観点による介入指導)を個人端末へ送信する部分の基本的な準備は完了した。研究の基盤となるシステムの構築は、初年度ほぼ予定どおり終了した。今年度は、(a)実時間データに基づき必要なときのみ介入を行う仕組み(Just-in-Time Adaptive Intervention; JITAI)を実現するためのシステムの改修・汎用化、および小規模調査によるシステムの動作確認、(b)健康リスク指標開発のための行動・状態推定技術の開発、(c)JITAIアルゴリズムの開発とその動作検証実験を行った。

加えて、うつ病患者と勤労者(約300名)から得られたデータを用いて、身体活動の状況(リストバンド型活動センサーにより取得)からうつ病患者であるか、あるいは抑うつ傾向にあるかどうかを推定するための機械学習による分析を開始した。そして、(c)に関しては、育児中の母親約40名を対象とした生活リズム(起床、就寝のタイミング)改善のためのJITAIアルゴリズムを開発し、EMAによる調査(気分・身体症状、睡眠、育児行動など)を約2週間にわたって行うとともに、後半の1週間は、それらの記録に基づくJITAIを実施した。これらの予備的調査・分析を通じて、JITAIの実行可能性を確認するとともに、大規模集団を対象とした試行に向けての課題を洗い出すことができた。うつ病臨床例での検討開始が遅れている。倫理審査が遅れているためであるが、2019年5月中に審査を受けることになった。それ以外は順調に進展している。基本的なツール構築の部分は完了したので、今後は残りの要素技術の開発と検証に注力する。具体的には、行動・状態の連続推定技術、心身の不活発化・間欠化や睡眠覚醒を含む行動異常などの健康リスク(兆候)の検知技術、その個人にあった介入をジャストインタイムで行うプロトコルの開発を行う。推定や検知の基礎となるデータ解析技術として、今まで行ってきたマルチレベルモデルの適用の他に、より即時的・順応的な機械学習の手法を取り入れる。加速度データから抽出した局所特徴量を基にRandom Forest(RF)のアルゴリズムを用いてクラスタリングすることを考えているが、その他に局所特徴量を介さずに活動パターンそのものを学習するアルゴリズムも検討する。例えば機械の故障検出に使われているアルゴリズであるオートエンコーダ(ニューラルネットワークの応用)や、データの共起性に着目したトピックモデルなどの適用を試みる。介入については、医療を専門とする共同研究者が中心になって手法を検討していく。例えば不活動(運動不足)については、活動量のリアルタイム計測から、適切なタイミングで運動を促し、さらにその介入により実際に活動量が増えたことを確認するところまで、一貫して行えるようにする。システム全体の1次試案が定まった段階で300人程度の規模でランダム化した比較試験を行い、効果検証と課題抽出を行う。それを踏まえて総合的なブラシュアップを行った後、大規模集団による本格的な試験に着手する予定である。今後は、健康リスク(気分の悪化、睡眠の乱れ、身体活動不足など)の検知に基づく実時間介入手法の開発と検証を進め、大規模集団におけるJITAIの本格的な試験を見据えた研究を行っていく。具体的には、健常勤労者における身体活動不足(座りすぎ)の解消や、うつ病患者における睡眠習慣の改善をねらった介入試験を行う予定である。必要なときに適切な介入を行うJITAIの手法は、人によって介入を受けるタイミングや内容が異なるだけでなく、同じ人であっても受ける介入のタイミングや内容はその時のその人の状況によって異なる。
新しい電荷移動機構にもとづく金属LB膜の電子局在と電子相の探索

我々が作製するBEDO-TTFとステアリン酸を用いた導電性LB膜は、その電子系が弱局在を特徴とする2次元電子系であり、このLB膜面内における電子輸送が、電子の平均自由行程がフェルミ波長より十分に長いコヒーレントな輸送形態にあることが明らかになっている。ステアリン酸の他にも分子長の異なるパルミチン酸やベヘン酸を用いた導電性LB膜においても、同様の膜構造をもち、高い電気伝導度を示す導電性LB膜が得られている。そして、ステアリン酸を用いた導電性LB膜と同様、弱局在を特徴とする2次元電子系が存在し、電子輸送が電子の平均自由行程がフェルミ波長より十分に長いコヒーレントな輸送形態にあることが明らかになっている。低温において超伝導磁石による最大15テスラまでの強磁場中における横磁気抵抗の測定の結果、BEDO-TTFとステアリン酸との導電性LB膜では、4.2K以下の温度領域では、共通の振る舞いとして、弱局在の顕著な弱磁場領域を越えると、磁気抵抗は磁場とともに増大した。そして2Kにおいては、8テスラ付近で磁気抵抗の上昇に変化が見られた。非弾性緩和時間とサイクロトロン振動数の積が約10テスラにおいておよそ1になり、電子は少なくとも1回サイクロトロン円運動をしていることになる。したがって、この変化はShubnikov-de Haas振動の兆候と考えられる。しかし、実際にShubnikov-de Haas振動を観測するには、より低温・強磁場において測定を行う必要がある。
超短パルス励起半導体における動的ファノ共鳴と過渡的準粒子生成

超短パルス高強度レーザーを半導体に照射すると、位相がそろったコヒーレントフォノン(CP)が瞬時に励起され、観測量に顕著な振動パターンが現れる。本研究では、CP生成に付随して発現する過渡的Fano共鳴や光学フォノン・プラズモン結合状態などを統一的に理解可能な量子論的枠組みの構築、さらにそれに基づく実験結果の検証を目的とする。そのために、プラズモン、電子・正孔対およびフォノンから成る擬ボゾン演算子を導入し、これによるポーラロニックな準粒子モデルを提示し、当該系の解析を行う。特に、このモデルをさらに単純化することにより、過渡的Fano共鳴を含むCP振動の解析的表式を得ることに成功した。バルク半導体(GaAsおよびSi)にサブフェント秒領域の高強度超短パルスレーザーを照射した際生成されるコヒーレント振動ダイナミックスを理論的に解析するため、前年度まで半導体ブロッホ方程式に基づいた定式化を行い、試行的な数値計算を実行した。しかるに、数値計算にあたって、実行可能なレベルでのアルゴリスム構築に困難があることと、コヒーレントフォノン生成までの非平衡ダイナミックスにおいて非マルコフ過程に関する物理的理解が不明確になることが明らかになったため、別な視点からの理論の再構築を行った。具体的には、次の二つの理論的方法である。一つ目は、過渡的なファノ状態及びコヒーレントフォノン状態生成までのコヒーレント過程に関して、非マルコフ過程を正当に評価できるようにするため、非平衡グリーン関数法を駆使した理論を構築した。二つ目は、過渡的なファノ状態生成を、強結合電子・フォノン相互作用によるポーラロニックな準粒子として理解する実験的な描像に即した理論を構築するため、ファノ・アンダーソン模型に基づくボゾン化法に即した理論を構成した。非平衡グリーン関数法に基づく理論には、高励起電子密度に対する理論的制約はないが、ファノ状態生成に関しては数値計算により明らかにする必要があり、定性的な理解には幾分見通しが悪いがある。一方、ボゾン化法は、低励起電子密度極限で正当化される理論であるため、現実的な定量的扱いには限界があるが、ファノ状態をポーラロニックな新規(新奇)なボゾン準粒子として定性的に理解するには適切と考えている。現在、これら二つの相補的な方法を並行して解析し、数値計算に乗せる準備を行っている。半導体に超短パルスレーザー(数10fs程度)を照射した際誘起されるコヒーレントフォノン生成機構の理論的解明を進めた。n-Siのような非極性半導体では、パルス照射直後100fs程度までの初期時間領域において、特徴的な過渡的なFano共鳴(FR)が発現すると考えられている。この際、電子とLOフォノンが強く結合したポーラロニックな準粒子が生成すると示唆されている。一方、n-GaAsのような極性半導体ではFRは発現しないが、非極性系では確認されていないLOフォノンとプラズモンの結合モード(LOPC)が観測されている。このような極性および非極性半導体では電子のLOフォノンはそれぞれフレーリッヒ相互作用および変形ポテンシャル相互作用によって結合するが、この相違が何故にコヒーレントフォノン生成初期時間の量子効果に異なる物理現象を引き起こすか不明である。そこで、当該系の特徴であるポーラロニック準粒子やプラズモンを統一的に記述するため、電子系の誘起分極に対応する演算子とフォノン演算子からなる複合演算子を定義し、これの時間発展を解析した。この複合演算子はある近似下で(擬)ボゾン演算子とみなせ、時間ごとに定義される(断熱的な)固有状態は、エネルギー的に離散的なフォノンとプラズモンおよびエネルギー的に連続的な電子正孔系から成り、過渡的FR状態およびLOPCモードを統一的に表すことが可能である。まず、過渡的FRの発現機構を解明するためにプラズモンの寄与を無視したモデルで解析した。この(擬)ボゾン演算子がFano-Andersonハミルトニアンの近似解になることを利用して、古典的な格子振動に対応するフォノン演算子の期待値の時間発展を求めた。これにより、n-Siの特徴である初期時間領域での不規則振動および対応する周波数スペクトルにおけるFRに特徴的な非対称スペクトルの発現を見出すことに成功した。今年度は、バルク半導体(GaAsおよびSi)にサブフェント秒領域の高強度超短パルスレーザーを照射した際生成されるコヒーレント振動ダイナミックスを理論的に解析するため、半導体ブロッホ方程式(SBE)に基づいた定式化を行い、試行的な数値計算を実行した。従来の理論においては、系としてGaAsを想定してフレーリッヒ型電子-LOフォノン相互作用を採用し、伝導帯および価電子帯各一本のみを取り込んだ2バンド近似の範囲内でモデル化を行っている。さらに、観測量であるラマンスペクトルは、時間依存シュレディンガー方程式を直接数値計算することにより求めている。

よく知られているp-Siにおけるフォノン起因のファノ共鳴は、重い正孔と軽い正孔に対応する2本の価電子帯の干渉効果により理解される。そこで、本研究では、それに伝導帯1本を加えた3バンド近似のモデルを構築し、GaAs系に加えて、変形ポテンシャル型電子-LOフォノン相互作用が支配的なn-Si系をも取り込んだ定式化を行った。さらに、従来のモデルでは無視されてきた電子間の多体効果および正孔-フォノン相互作用を取り込んだ解析を行った。従来のモデルの結果と比較し、上記の個々の物理的効果の重要性を調べることを目的とした。本研究におけるSBEには、電子および正孔の密度行列に加え、3体演算子であるフォノン媒介密度行列(3次元ブロッホ運動量3つに対応する3次テンソル)が取り込まれるため、このままではこの密度行列のサイズが巨大になり現実的な数値計算の実行は不可能である。そこで、離散変数表示と角運動量表示を組み合わせた密度行列の新たな展開法を開発し、実行可能なレベルの範囲で級数を切断近似することを行った。現在、収束性の確認などデモ計算の途中である。当初想定していた半導体ブロッホ方程式に基づく大規模数値計算による解析には、現実的な計算レベルでの遂行可能性から判断して困難があるようなので、前述のような他の方法論(非平衡グリーン関数法およびボゾン化法)による理論の再構築を行った。それゆえ、数値計算実行に関しては、研究進捗が多少遅れていると思われる。密度行列を離散変数表示(DVR)と角運動量表示を組み合わせた展開法で表示する際、数値的に実現可能な項数(行列のサイズの大きさ)がいか程までであるかを、計算時間と搭載実メモリー容量との兼ね合いから調べることが必要になる。DVR基底数を少数に限定し、さらに角運動量をsとpタイプに限定して、計算プログラムの数値精度のチェックを行っている途上である。非平衡グリーン関数法に関しては、D1の大学院生とともに、理論の構築並びに物理的過程をどのレベルまで取り込むか検討し、さらにはこれをアルゴリスムに乗せる作業を行う。この際、当研究室で習熟しているDVR法を適用し、数値計算の効率化を図る。一方、ボゾン化法に関しては、M1の大学院生とともに、まず解析的なレベルでの理解ができるように、構築して一般性があるモデルをさらに簡単化し、さらに数値計算を行い、定性的な理解を目指す。そのうえで、プラズモンーフォノン相互作用を取り込むなどモデルにおける近似精度を高め、さらなる解析を行う。以上の二通りの方法による数値計算結果を比較し、さらに既存の実験との比較を行い、物理的理解の進化を目指す。現実的なレベルに対応するためには、現在のデモレベルの行列サイズでは不十分と案じられる。そこで、当該系のコヒーレントフォノン生成は、LOフォノンの運動量が零近傍で支配的であると考えられるので、この微小領域にフォノン運動量を限定したモデルの定式化を行うことを計画している。これにより、数値計算が実行可能レベルまで軽減されることを期待する。
ミュータンスレンサ球菌の小児腎臓病への関与の可能性の追究

これまでに、IgA腎症患者の口腔内には、菌体表層にコラーゲン結合タンパク(Cnmタンパク)を発現するStreptococcus mutans株が高頻度で存在することを明らかにした。本研究では、IgA腎症患者の臨床所見を検討した結果、Cnm陽性S. mutans株保有者では、う蝕経験歯数およびタンパク尿の検出率が有意に高いことが明らかとなった。また、う蝕モデルラットに対してIgA腎症患者より分離したCnm陽性S. mutans株を口腔内に定着させて重度のう蝕を誘発後に摘出した腎臓の解析から、Cnm陽性S. mutans株のIgA腎症との関連性が示唆された。IgA腎症は、慢性糸球体腎炎の中で最も頻度が高く、20年の経過で約40%が末期腎不全におちいる最も重要な腎疾患の1つであるが、発症機序は依然として不明な点が多い。本研究では、う蝕の起因菌であるStreptococcus mutansのうちコラーゲン結合タンパク(Cnm)陽性株がIgA腎症と関連していると仮説を立てた。臨床研究においては、健常人とIgA腎症患者より唾液を集め分析を行い、さらにIgA腎症患者のう蝕の評価を行い、臨床データとの関連を分析した。その結果、Cnm陽性S. mutans株の陽性者率は、健常群と比較してIgA腎症群で有意に高値であった。また、IgA腎症の患者のうち、Cnm陽性者群はCnm陰性者群よりも有意に蛋白尿が多いことが明かとなり、Cnm陽性S. mutans株がIgA腎症と関連していることが示唆された。次に、スクロースを飼料として与えているう蝕モデルラットを用いて、IgA腎症患者より検出したCnm陽性S. mutan株をラットの口腔内に定着させてう蝕を誘発し、腎臓への影響を検討することとした。その結果、IgA腎症患者より分離したCnm陽性S. mutanns株を感染させたラット群の腎臓の糸球体では、非感染群のラットと比較して、IgAの沈着が有意に多く認められることが明らかとなった。これらの結果より、Cnm陽性S. mutans株が、口腔内でう蝕を誘発することにより、腎臓でのIgAの沈着を促進し、IgA腎症を発症させている可能性が示唆された。次年度は、う蝕モデルラットを用いて、腎臓以外の臓器にも焦点をあてて、S. mutansの関連するIgA腎症発症のメカニズムの解明を行っていく予定である。ヒトを対象とする検討では、当初の予定通りの検体数を確保することができた。また、分析に関しても予定通り順調に遂行することができた。ラットう蝕モデルを用いた検討も予定通りに進展し、興味深い知見が得られたため、次年度に詳細を分析するつもりである。昨年までの分析から、IgA腎症患者口腔内では、う蝕原性細菌であるStreptococcus mutansのうちコラーゲン結合タンパク(Cnm)を菌体表層に発現している株の保有率が、健常者と比較して有意に高いことを明らかにした。今年度は、さらに分析対象者を増やして、各対象者の医科的および歯科的な臨床指標の検討を行った。その結果、IgA腎症患者群のうちCnm陽性S. mutans株を保有している対象者では、Cnm陰性S. mutans株保有対象者と比較して、う蝕経験歯数が有意に高いことが明らかになった。また、Cnm陽性S. mutans株を保有している対象者では、タンパク尿を有意に高率で検出することも示された。一方、IgA腎症患者より分離したCnm陽性S. mutans株をう蝕モデルラット口腔内に定着させ、様々な飼育期間を経た後に摘出した腎臓の状態を検討した結果、菌の定着後24週以降経過したラットでは、糸球体におけるメサンギウム細胞の著名な増加が認められるとともに、同部へのIgAおよびC3の明確な沈着が認められた。さらに、IgA腎症自然発症モデルであるHIGAマウスを用いて、IgA腎症患者より分離したCnm陽性S. mutans株を頸静脈より投与した結果、菌非投与群のマウスと比較して、タンパク尿を高率に検出する傾向を示した。今後は、Cnm陽性S. mutans株が引き起こすIgA腎症発症メカニズムの詳細を検討していく必要性があると考えている。ヒトを対象とした検討では、口腔内所見とIgA腎症所見に関して検討を開始する予定である。また、動物モデルにおける検討に関しても、予定通りメカニズムの追究を進めていきたいと考えている。小児歯科学
解空間の圧縮保持によりグラフ最適化問題を解く技法

本研究では、一票の格差の小さな選挙区割の求解や、災害からの避難時間を短くする避難所割当などの社会システム設計において、グラフ最適化問題として定式化し、解空間圧縮保持技法により解くことを目指す。本技法で扱えるグラフの種類、制約条件、目的関数の種類を従来研究より大幅に増やすことにより、技法を体系立てて確立することを目的とする。解空間圧縮保持の既存の手法では、扱える基グラフは、パスや全域木などの比較的単純なグラフ構造に限られてきた。本年度は、弦グラフや区間グラフなど多くの応用で現れるグラフクラスに対し、解空間圧縮保持で扱うための技法を開発した。提案手法では、グラフの辺に色を与え、色付きグラフの集合を圧縮して表現し、最終的に色を抜くことにより所望のグラフ集合を得る手法を提案しており、弦グラフや区間グラフに限らない汎用的な技法となっている。提案手法は査読付き国際会議での発表が決定している。また、ネットワークのリンクとノードが故障する際の2点間の通信可能確率を求める問題(ネットワーク信頼性評価)に対し、再帰的アルゴリズムを設計することにより、技法が扱える制約条件を拡張できた。提案技法の応用についても研究を行った。与えられた地図上で、病気の発生頻度などの統計値が他の地域に比べて高い領域をホットスポットという。本年度は、ホットスポットの検出をグラフ最適化問題として定式化し、領域候補を圧縮保持し、尤度が最大の領域を近似ではなく厳密に求める技法を開発した。ノースカロライナ州の100郡において、10の26乗個以上存在する全ホットスポットを圧縮して保持することに成功した。また、既存手法では困難な、11郡からなるホットスポットの中から尤度が厳密に最大となる領域を求めることができた。以上の研究は査読付き英文論文誌への採択が決定している。研究計画通り、解空間圧縮保持の手法で扱えるグラフの種類を増やすことができた。また、計画で述べたホットスポット検出問題に提案手法が適用可能であることがわかり、さらに当初計画には無かったシャープレイ値の計算にも提案手法が使えることが明らかになった。当初の予定通り進んでおり、研究はおおむね順調に進展していると言える。今後は当初研究計画通り、解空間圧縮保持の技法で扱える制約条件や目的関数の拡張を行う。選挙区割問題において、区割は細長くならないことが望ましい。避難所問題において、一時避難場所の(人数)容量制限や、各地点から一時避難場所までの距離を満たした解を得る必要がある。ホットスポット検出問題においては、検出される領域は穴の開いたドーナツ形状になってはならない。これらの複雑な制約を扱う手法を確立する。全実行可能解の圧縮表現を保持しているという特性から、多目的最適化にも適用可能であると考えられるため、そのための手法の設計を行う。解空間圧縮保持の技法は、研究代表者も開発に関わるgraphillionと呼ばれるpython言語のライブラリに実装されている。このライブラリでは、パスや全域木などの基本的なグラフ構造を扱えるが、上述した複雑なグラフ、制約、目的関数を扱おうとすると、graphillion内部のソースコードに変更を加えなければならず、アルゴリズムの理解を必要とし、専門家以外には困難となる。本年度は、非専門家がグラフ最適化問題の求解ができるソフトウェアの開発を行い、web上で公開する。