hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教科学習に対する若手教員の授業力向上に資する基礎的研究～実技教科を中心に

若手小学校教員は,1年次は,教師用指導書の不備や示範授業の機会欠如など,初任者研修で十分研修の機会が得られないにも関わらず,2年次,3年次と他教科の授業を充実させる中で,実技教科における発話の質を向上させていた。特に子供の活動を見て行う「活動賞賛」,「活動奨励」,「活動承認」,「活動不安受容」の4カテゴリーに分類できる「同意」の発話が増加し,中でも,「活動不安受容」は,子供の実態に合わせた「発話」が可能になると増加している。したがって,「教員養成教育の段階」で,発話の大切さをきちんと身につけていくことができれば、現場に出て早い段階で子供ときちんと関わる指導ができるようになるのではないか。本研究では,小学校の若手教員が初任の段階から教科教育の指導力を形成し子どもの学びの質を向上させて行く過程を,特に実技教科の授業の指導力形成の過程に視点を当て,その実態を調査して課題を検討することを目的としている。研究期間内に,まず,初任者として配属された小学校に対する訪問し,聞き取り調査および授業記録を行う。次にそこで得た課題を整理し,学校教育の現場で求められる実態と大学学部時代の講義で求められる内容についての検討をする。そして,若手教員の実技教科に対する指導力向上に向けた大学と教育行政および学校教育の現場に向けての若手教員育成のための提案を作成する。本年度は,研究協力者の学校を訪問し,実技教科の記録ビデオおよび聞き取り調査を行った結果,次のような実態が明らかになった。初任者研修では実技教科を対象にした内容は公には存在しないという実態を確認できた。そこでは,児童管理が上手くできないことから学習成果をあげられないという共通の悩みがうかがえる。これらは,初任段階における実技教科の指導力形成を阻害している要因であると捉えられるが,一方で,非公式にベテラン教員の授業を見る機会を得たり,授業の補助をしてもらったりすることで,指導力向上の一助とされる経験も積んでいる実態も明らかになった。授業分析では,正式な発話が説明的な内容か,管理的な内容かはっきりしないことが原因で,一斉指導が徹底しない場面や,経験不足からくる不測の事態に対応した発話ができないなど,指導の未熟さが露呈する場面もうかがえた。また,実技教科特有の開放的な雰囲気をつくることによって,終始,児童のざわつきを押さえられない等,管理に関わる課題も見受けられた。ただし,指導の流れは事前に整理しており,掲示資料などの授業環境の設定においても,算数科や国語科同様に手抜かりなく行っている様子は確認することができた。2年目の授業ビデオの分析を通して、1年目の分析からの課題として挙げられた3点について,概ね次のような改善が見られた。(1)バランスの悪い授業構成については,課題であった導入の時間の割合が少なくなり,展開部分の活動をさせる時間の確保が確保されていることが分かった。(2)技能指導の不徹底については,全体指導における液晶モニタで確認して徹底するなど,改善がみられた。(3)指導の一方通行については,1年目は「指示」が,目立っていたが,「質問」を行った後,児童の反応を待って「同意」を行うなど,双方向にやり取りする場面も増え,改善が見られた。(平成28年3月第38回美術科教育学会大阪大会において口頭発表)研究2年目の本年度は,昨年度同様に研究協力者の学校を訪問し,実技教科の記録ビデオおよび聞き取り調査を行った結果,次のような実態が明らかになった。1年目の初任者研修同様に実技教科の研修はなく,個人で指導書などの参考図書を活用したり,インターネット等で資料を集めたりして指導を行っている。また,1年目同様,実技教科については,先輩教員に直接指導を受けたり,授業を見たりする機会は非常に少なく,そうした機会があることを望んでいる実態が分かった。また,学校教育の現場において,直接研修をする機会も少ないことから,大学時代の教材研究の大切さを思い起こすこともあることが分かった。特徴的であったのは,ICT機器(デジタルカメラ,液晶モニタ,タブレット端末,デジタル教科書等)の活用を日常的に行い,自身の指導力不足を補おうとする教員も出てきた。本年度の聞き取り調査の分析が完全に修了していない。本研究では,小学校の若手教員が初任1年目の段階から教科教育の授業力を発揮し,子供の学びの質を向上させて行くことができるように,特に実技教科の教員養成段階における要件の洗い出しに焦点を当てて,その課題を検討する研究を行うことを目的とした。その結果,以下のようなことが判明した。若手教員は,聞き取り調査から,教壇に立って1年次は,音楽科,図画工作科,家庭科,体育科などの実技教科の指導に際して,教師用指導書の不備や示範授業の機会欠如など,初任者研修で十分研修の機会が得られない事実に対して不安を抱いており,授業に対する自身の目が厳しくなっていることから,授業に対しても常に満足感を得ていないことがうかがえた。しかし,2年次,3年次と経験を積む内に,ICTの活用を工夫したり,他教科の指導方法を取り入れたりしながら,授業力を向上させている。

特に,実技教科の授業中における発話を「指示」「示範」「提示」「同意」「注意」のカテゴリーに分類したところ,特に「同意」に分類される「活動賞賛」「活動奨励」「活動承認」「活動不安受容」の中から「活動不安受容」の発話が出現し内容が充実してきたことから,子供が活動に不安を感じて迷っている場面に対応する能力が高くなっていることが分かった。以上から,経験を積むことで2年次以降に若手教員が自ずと実技教科の授業力を向上させていることは確認できた。しかし,若手教員が急激に増加している学校教育の現場では, 1年次からある程度の授業力を発揮することができる教員が求められている。そのために,まず,教員養成教育の段階で,実技教科の特性に合わせた指導法について教授することに加えて,授業における発話についても指導する必要がある。次に,実際に勤務を始めた1年次の段階では,他教科同様に指導書等の資料を充実させると共に,先輩同僚教員が示範授業行う体制も整えていくことも必要である。若手小学校教員は,1年次は,教師用指導書の不備や示範授業の機会欠如など,初任者研修で十分研修の機会が得られないにも関わらず,2年次,3年次と他教科の授業を充実させる中で,実技教科における発話の質を向上させていた。特に子供の活動を見て行う「活動賞賛」,「活動奨励」,「活動承認」,「活動不安受容」の4カテゴリーに分類できる「同意」の発話が増加し,中でも,「活動不安受容」は,子供の実態に合わせた「発話」が可能になると増加している。したがって,「教員養成教育の段階」で,発話の大切さをきちんと身につけていくことができれば、現場に出て早い段階で子供ときちんと関わる指導ができるようになるのではないか。予定では,調査対象に選んだ4人分の初任者教員の全員分の聞き取り調査の分析を行っているはずであるが,綿密な質的分析に予想外に時間がかかり,3人分しか終わっていない状況である。また,授業ビデオ分析においては,詳細な分析手法を用いた結果ではなく,傾向をまとめた程度に留まっており,本年度の達成率は60%である。研究1年目の正式な結果が出ている段階ではないが,現時点までで発表できる範囲内の内容について,第36回美術科教育学会上越大会において口頭発表を行った。研究3年目の予定としては,まず,2年目の聞き取り調査の質的分析を完成させた後,7月中に初任3年目の研究対象の若手教員に対して聞き取り調査を行うと共に,実技教科の授業記録をビデオ撮影する。8月以降,年度末までにこれらの調査データを分析し,顕著に見られる内容を中心にまとめて,平成29年度に美術教育学会誌に原稿を投稿する予定である。美術教育学研究2年目の予定としては,まず,1年目の聞き取り調査の質的分析を完成させた後,特に授業ビデオの分析を終了させ,9月に行われる第54回大学美術科教育学会横浜大会において,口頭発表を行う予定である。そして,10月以降初任2年目の研究対象の若手教員に対して聞き取り調査を行うと共に,実技教科の授業記録をビデオ撮影する。ただし,1年目に若手教員を4名しか研究対象者にできなかったことから、本年度初任者の教員4名を追加して新たに聞き取り調査と授業記録を行い,質的調査の内容を充実させる予定である。年度末までにこれらの調査データを分析し,顕著に見られる内容を中心にまとめて,第38回美術科教育学会大阪大会において口頭発表を行う。前年度の繰り越しが369円生じていたが、本年度その金額で164円しか消費できなかった。
多発胃癌発生予測因子としてのmicroRNAの有用性

早期胃癌に対する内視鏡治療後の異時性多発癌の発生率は、胃癌の既往歴のない胃における発癌率と比較して高率であることが既に明らかにされている。異時性多発癌の効率的なサーベイランス法を明らかにすることは喫緊の課題であり、本研究は、早期胃癌内視鏡治療後の異時性多発癌の発生予測因子としてmicroRNA発現異常の有用性を検討することを目的とした多施設共同研究である。5年以内に複数の早期胃癌に対して内視鏡治療を施行した多発胃癌患者と、初発より5年以上の期間に再発を認めていないコントロール患者より、内視鏡下に背景胃粘膜の生検を行い、2群間でmicroRNAの発現量の比較を行う。発生予測因子として有用性を期待できるmicroRNAを同定し、その機能解析を細胞株を用いて行う。これまでに、生検や血液検体の集積は目標数に達し、患者・腫瘍背景因子を含めたデータを固定した。現在、2群間の統計学的解析を行い、網羅的にmicroRNA発現レベルを検討する段階に至っている。本研究により、今後も増加していくことが予想される早期胃癌において、内視鏡治療後の効率的かつ的確なサーベイランス方法を患者ごとに設定することが可能になり、リスクの低い患者にとっては不要な検査を避けることができ、医療費の低下につながること、リスクの高い患者にとっては多発胃癌の早期発見につながり、最終的に臓器温存やQOLの維持に寄与すると考えられる。本研究は、発癌率が高率であることが既に明らかにされている早期胃癌内視鏡治療後の異時性多発癌の発生予測因子としてmicroRNA発現異常の有用性を検討することを目的としている多施設共同研究である。5年以内に複数の早期胃癌に対して内視鏡治療を施行した多発胃癌患者と、初発より5年以上の期間に再発を認めていないコントロール患者の背景胃粘膜より生検を行い、2群間でmicroRNA発現量の比較を行う。さらに同定したmicroRNAの胃発癌機序への関与について、細胞株を用いて検討を行う。これまでに、目標としていた症例数の生検や血液検体の収集を終了した。さらに患者・腫瘍背景因子を含めたデータを固定し、網羅的なmicroRNA発現解析の準備を進めている。今後、バイオマーカーとなるmicroRNAを同定し、ヒト胃粘膜細胞株やマウスを使用し、同定したmicroRNAの機能解析に関する研究を進めていく予定である。本研究により、今後も増加していくことが予想される早期胃癌の内視鏡治療後の患者のサーベイランスの方法を患者ごとに設定することが可能となり、リスクの低い患者にとっては不要な検査を避け医療費の低下つながりうること、リスクの高い患者にとっては多発胃癌の早期発見につながり最終的な臓器温存やQOLの維持に寄与すると考えられる。また、この研究により、microRNAの発現異常が胃発癌予測因子として有用であることを明らかにするものと考えている。生検・血液検体の収集を終え、今後解析を行える段階に入っている。当初の計画に近く順調に進捗していると考えている。異時性多発胃癌のバイオマーカーとなりうるmicroRNAの同定を行い、その機能解析を進めていく。また、学会発表や論文発表の準備を進めていく。
サンゴ礁を守る海洋保護区の設計：住民による共的管理と公共セクターの役割

与論島の環境負荷によるサンゴ礁劣化問題:礁池内ではサンゴ被度が著しく低く外洋側では高被度のサンゴ群集が存在、陸域栄養塩の影響示唆。海底湧水の高濃度栄養塩と海底砂へのリン酸塩付着を検出。海域を含む島内全域の物質循環の数値シミュレーションモデルを構築、陸域施策の海域への影響を計算できるようにした。基幹作物サトウキビの効率的施肥法(化学肥料の流出削減)の普及活動。比国:カガヤン地方MPAを事例に管理やコミュニティ参加の実態を明らかにし、MPAにより保全される自然資源の経済価値を評価。我が国:MPAの規制を検討、過剰利用に対応した立入規制ルールを分析。陸域と一体的に保護する総合的管理型MPAの必要性。農畜産業由来の富栄養化物質が海域の水質とサンゴ礁を劣化させている鹿児島県与論島で、1)ステークホルダーへの聞取調査、2)18地点での地下水水質モニタリング調査を継続。3)陸域の物質が海域水質に影響を及ぼす経路解明のため海底湧水の状況を調査。4)礁池内外で採取したサンゴ骨格に含まれる硫黄の安定同位体比を測定、窒素質化学肥料由来の硫黄の骨格への経年的な寄与率を推定すると共に、5)リン酸塩が初期骨格形成に与える影響を稚ポリプを用いて検証。6)サンゴ礁現況調査の準備として過去の調査地点の緯度経度情報や底質等の画像データを検討、予備的な潜水調査訓練を実施し、稚サンゴ密度調査等の手法改良を検討。7)サトウキビ畑とため池周辺で現場観測と陸水・地下水の採水分析を行い、一部項目で農業用水水質基準値を超過していることを確認、サンゴ礁や海域水質の改善のためだけではなく、持続的農業活動のためにも農地水保全活動を推進する必要があることを説明会を開催し地元地区住民に説明した。沖縄県西表石垣国立公園のサンゴ礁域のMPAとしての実態についてステークホルダーへの聞取調査を行った。八重山圏域のこの20数年の急速な経済発展の原動力がサンゴの海の海洋資源を活用した観光産業の成長であることを示し、それを支える海洋利用慣行を分析した。同県慶良間諸島海域のサンゴ礁保全を自然公園法による国立公園としての保護、及びエコツーリズム推進法を基盤とした利用ルール形成の観点から調査・検討、複数自治体に跨がる保護の困難性を見いだした。フィリピン・カガヤン地方においてMPAを持つ村落の社会経済調査、ビコール地方サンミゲル島(SMI)、アトライアン島のMPA管理についての聞取調査を行った。またSMIでは完全禁漁区、伝統的な漁業が容認されている部分保護区及び漁業解放区で水産有用魚種の生息密度を調べ、保護方法による効果の差異を明らかにした。農畜産業由来の富栄養化物質が海域の水質とサンゴ礁を劣化させている鹿児島県与論島で1)礁池内外においてテーブルサンゴを採取、骨格に含まれる硫黄の安定同位体比を計測するための前処理方法を検討の上、測定した。また窒素質化学肥料の石灰岩溶解促に関する調査・実験結果をまとめた。2)東部沿岸域での明らかになった海底湧水による陸域から海域への地下水経由の栄養塩負荷を計測するため、流速の大きい海底湧水湧出量を自動連続計測可能なシーページメーターを開発した。3)地下水・陸水、礁池内外の海水の採取・分析を行うと共に、礁池内外の潮流シミュレーションモデルを用いた流動解析を実施した。4)農林水産観光産業振興と自然環境の保全・再生の両立を目指すための方策を検討した。沖縄島・石西礁湖において潜水調査によりサンゴ礁の現況を把握した。造礁サンゴの状態(成熟度・稚サンゴ密度・白化頻度)等を調査し過去の調査データと比較すると共に、次年度与論での調査のための情報収集を行った。石垣島等でサンゴ礁の利用・保全に関わるステークホルダーの聞取調査を実施、座間味調査の結果とあわせサンゴ礁保全のための政策と海洋保護区(MAP)のあり方について検討した。フィリピンでは、ルソン島南部ビコール地方の4MPAにおいて、完全禁漁区と部分禁漁区および漁業解放区における水産有用魚種の生息密度を調べ、どのMPAでも完全禁漁区には他の2区よりも多くの魚類が生息していることが明らかにした。各MPAの漁業や規制、住民によるMPA管理の実態について聞取調査を行った。また同北部カガヤン地方では4つのMPAの実態に関する聞取調査を行うと共に、それらMPAを持つ地域の社会経済条件や住民のMPAに対する意識や管理の実態を明らかにするために、無作為抽出による世帯調査を進めた。まずゴンサガ町2集落のデータを用いMPA管理への参加の規定要因を計量経済分析した。与論島等のサンゴ礁現況調査については、過年度中に現地の潜水調査を実施予定であったが、地元での調査計画の変更に伴う調整が遅れたため、実施を見送った。フィリピンの海洋保護区調査においては、海洋保護区を持つ地域社会の調査について、カウンターパートの協力体制がより整っているカガヤン地方に調査の重点を移しつつあり、現在急ピッチで調査を進めているが、そのデータ分析が若干遅れている。【鹿児島県与論島】1)地下水モニタリング、礁池内外で採取したサンゴ骨格中に含まれる硫黄の安定同位体比を計測。2)サンゴ礁外縁、礁池内等に設定した14地点で5本×25m測線上での底質・生物組成記録、稚サンゴ密度調査。

被度計測、サンゴ種・属組成の多様度比較、潜在的回復力推定等。礁池内サンゴ群集の回復阻害要因として陸域栄養塩の影響を示唆。3)沿岸の海底湧水、サンゴ礁池内外の海水,底砂中のリン酸塩等濃度を測定、通常サンゴ礁海域より非常に高い値を検出、窒素・リンの間隙水・砂への高濃度(海水中の数十倍以上)吸着を発見。陸域由来栄養塩の海底の砂への滞留がサンゴ回復を妨げている可能性を指摘。4)地下水・海域の現地観測・採水調査を通し、地下水の栄養塩濃度分布特性把握と栄養塩負荷量算定を実施、島内全域の物質循環を把握、サンゴ生態への影響評価の数値解析モデル(陸域の負荷源モデルと潮海域の流動・物質輸送モデル)を構築。【フィリピン】ビコール地方:サイズや設置年数の異なる4部分禁漁区で、水産有用魚種の生息密度を潜水観察、大きい面積の区で魚類密度が高く、年数を経た区で大型個体が多いことを示した。カガヤン地方:旅行費用法やCVM等によりMPAによって保全される海洋自然資源の価値を経済評価、保全の方向を提言。【政策】1)森・川・海の自然環境ネットワークの保全法制を攻究。2)サンゴ礁再生を目指す石西礁湖自然再生協議会の制度的特徴と課題を分析、沿岸地域資源管理のあり方検討。管理の社会的仕組としての海業を通した地域経済活性化の可能性を検討。3)日本の造礁サンゴ生態系保全のための政策手段を検討。MPAの規制内容とサンゴ礁の各劣化要因との関係を分析、過剰利用防止策の不十分さを指摘。その補完策としてエコツーリズム推進法の枠組下で地域のステークホルダーが合意したルールを公的に裏書きする方法を慶良間の事例に基づき分析。与論島の環境負荷によるサンゴ礁劣化問題:礁池内ではサンゴ被度が著しく低く外洋側では高被度のサンゴ群集が存在、陸域栄養塩の影響示唆。海底湧水の高濃度栄養塩と海底砂へのリン酸塩付着を検出。海域を含む島内全域の物質循環の数値シミュレーションモデルを構築、陸域施策の海域への影響を計算できるようにした。基幹作物サトウキビの効率的施肥法(化学肥料の流出削減)の普及活動。比国:カガヤン地方MPAを事例に管理やコミュニティ参加の実態を明らかにし、MPAにより保全される自然資源の経済価値を評価。我が国:MPAの規制を検討、過剰利用に対応した立入規制ルールを分析。陸域と一体的に保護する総合的管理型MPAの必要性。与論島等のサンゴ礁現況調査については、過年度中に現地の潜水調査を実施予定であったが、調査手法の改良を優先しつつ調査海域の選定を十分に行うため、実施を見送った。フィリピンの海洋保護区調査では、ビコール地方アトライアン島の社会情勢が流動的で8月調査において調査が不可能になり、3月調査である程度リカバリーしたが、十分な調査ができていない。そのリカバリーの関係で3月調査ではアトライアン島MPA調査を優先したため、アゴホMPAの調査も不十分になった(サンミゲル島、アトライアン島のMPAはルソン島本島近傍だが、アゴホは遠隔のカタンドネアス島に立地するため)。与論島等でのサンゴ礁現況調査に関しては、地元での調査計画の変更に伴う調整を進めており、平成28年度に重要地点と考えられる場所の潜水調査を実施予定である。フィリピンの海洋保護区調査では、カガヤン地方のフィリピン農業省漁業水産資源局第2地域支所(BFAR02)の全面的な協力により現在調査を進めており、順調にデータが得られているので、今年度はその分析を重点的に進める予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
神経の初期発生におけるニッチの解析

近年、ヒトES/iPS細胞から神経堤を誘導する方法が複数報告された。しかしながら、それらの方法では複数の因子を高濃度で使用するため、分化誘導に必要な因子を正確に解析することが困難であり、また、頭部神経堤や体幹部神経堤など位置情報をもった神経堤を選択的に誘導することができない。そこで、我々は無血清・無フィーダー・単層培養下における増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物の効果をスクリーニングし、頭部神経堤誘導に必要なニッチを解析し、さらに、誘導に応用可能な培養面及び培地組成の開発を行った。その結果、ヒト多能性幹細胞から頭部神経堤を特異的に誘導する方法を開発した。無血清・無フィーダー・単相培養下における増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物ライブラリーの効果をスクリーニングし、ヒトiPS細胞由来神経堤細胞から末梢神経への分化への影響を検討することを目的とし、研究を遂行した。平成24年度にはまず、無血清・無フィーダー・単相培養下におけるヒトiPS細胞及びヒトES細胞から神経幹細胞、神経堤・末梢神経への分化誘導に適した培養面の条件、および増殖因子の条件を明らかにした。次に、複数のヒトiPS細胞(201B7、iPS-TIG114-4f1、及びTic)及びヒトES細胞(H9、Shef3、及びShef6)の中から、増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物ライブラリーの効果をスクリーニングし、末梢神経への分化への影響を検討するために適した株を選択した。2011年にMenendezらは無血清・無フィーダー・単相培養下にてヒトES細胞から神経堤幹細胞を分化誘導する方法を報告した。平成25年度には、同方法による誘導神経堤幹細胞を対照として、平成24年度に検討を行った条件による分化誘導方法による誘導細胞の遺伝子発現解析をおこない、比較検討をおこなったところ、誘導時に添加する増殖因子の条件により様々なタイプの神経堤細胞集団が形成され、これらの神経堤細胞集団はMenendezらの方法により誘導される神経堤幹細胞とは異なるものであることが明らかとなった。平成26年度には、神経堤細胞から末梢神経への誘導に効果のある増殖因子、細胞外マトリックス、及び低分子化合物の条件について検討を進める。無血清・無フィーダー・単層培養下における増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物ライブラリーの効果をスクリーニングし、ヒトiPS細胞由来神経堤細胞から末梢神経への分化への影響を検討することを目的とし、研究を遂行した。平成24年度には、具体的には、(i)種々の細胞外マトリックスで処理をしたマルチウェルプレート培養面上で、複数株のヒトiPS細胞(201B7、iPS-TIG114-4f1、及びTic)の単層培養をおこない、さらに様々な種類・濃度・組み合わせのサイトカイン・増殖因子を添加し、神経堤細胞・末梢神経への分化誘導をおこなった。細胞培養観察装置による継時的生細胞観察で、分化誘導過程の個々の細胞の形態変化を追った。さらに、分化誘導後3日後、7日後および14日後の細胞におけるNestin等の神経幹細胞マーカー遺伝子、及び神経堤・神経関連遺伝子の発現を免疫染色により検討した。(ii)複数株のヒトES細胞(H9、Shef3、及びShef6)を用いて、上記の再現性を確認し、細胞株間の神経分化効率の差異を比較した。以上の検討をおこなったところ、無血清・無フィーダー・単層培養下のヒトiPS細胞及びヒトES細胞から神経幹細胞、神経堤・末梢神経への分化誘導に適した培養面の条件、及び添加因子(サイトカイン・増殖因子の種類・濃度・組み合わせ)の条件が明らかになった。また、検討したヒトiPS細胞及びヒトES細胞株の中から、増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物ライブラリーの効果をスクリーニングし、末梢神経への分化への影響を検討するために適した株を選択した。近年、ヒトES/iPS細胞から無血清・単層培養下で神経堤を分化誘導する方法も報告されたが、ウシ血清アルブミン(BSA)やグリコーゲン合成酵素キナーゼ3β(GSK3β)阻害剤など複数の因子が高濃度に添加されているため、分化誘導に必要な因子を正確に解析することが困難であった。また、同条件では頭部神経堤や体幹部神経堤など位置情報をもった神経堤を選択的に誘導することができないことを我々は明らかにした。そこで、申請者らは無血清・無フィーダー・単相培養下における増殖因子、細胞外マトリックス、低分子化合物の効果をスクリーニングし、頭部神経堤誘導に必要なにニッチを解析し、さらに、誘導に応用可能な培養面及び培地組成の開発を行った。その結果、ヒトES細胞から頭部神経堤を特異的に誘導する方法を開発した。発生生物学平成24年度にはヒトES細胞のみを用いて検討を進めたため、ヒトiPS細胞を用いた検討が遅れている。

培養面の検討、細胞株の検討など、研究は概ね順調に進展している。(i)これまでに検討した無血清・無フィーダー・単相培養下のヒトiPS細胞及びヒトES細胞から神経堤細胞を誘導する条件を用いて、神経堤細胞集団を得て、高効率に末梢神経へと分化誘導させるために必要な分化誘導因子を同定するための検討を進める。(ii)引き続きグルコース提示型デンドリマー培養面の開発及び作製をおこなう。(iii)グルコース提示型デンドリマー培養面を用いて、末梢神経への分化における増殖因子及び低分子化合物の細胞内シグナルカスケードへの影響について検討をおこなう。(i)これまでに検討した無血清・無フィーダー・単層培養下のヒトiPS細胞及びヒトES細胞から神経幹細胞、神経堤・末梢神経への分化誘導方法では、様々な細胞が混在した状態で誘導されることが、細胞培養観察装置による継時的生細胞観察で明らかとなった。今後は、さらに均質な神経堤細胞集団を得て、高効率に末梢神経へと分化誘導させるために必要な分化誘導因子を同定するための検討を進める。(ii)グルコース提示型デンドリマー培養面の開発及び作製をおこなう。これまでに選択した末梢神経への分化誘導実験に適した細胞株と分化誘導因子を用い、作製したグルコース提示型デンドリマー培養面上で分化誘導をおこなう。(iii)グルコース提示型デンドリマー培養面を用いて、末梢神経へ分化における細胞内シグナルカスケードを同定する。末梢神経へ分化における細胞内シグナルカスケードを同定する。インテグリンは、細胞外マトリックスと結合し細胞接着に寄与しているが、さらに細胞内ではERKやPI3Kカスケードを活性化し、細胞増殖や細胞分化も制御している。従って、分化誘導因子による刺激は細胞外マトリックス-インテグリンシグナルとも相互作用している。分化誘導因子からの細胞内シグナルカスケードを同定するために、グルコース提示型デンドリマー培養面を用いて解析を行う。具体的には、グルコース提示型デンドリマー培養面を用いて前年度に同定した分化誘導因子を添加して5分、15分、30分後に細胞を回収し、リン酸化シグナルをELISA Systemを用いて同定する。同定したシグナルカスケードのインヒビターを作用させ、末梢神経への分化誘導が抑制されるかを確認する。
初期胚の背腹軸決定における形成体発生場の自発的な単一収束機序の解析

本研究では自発的な単一背腹軸が形成される過程を、分泌蛋白質に注目して解析を行った。背腹軸形成においてはChoridinが形成する濃度勾配が重要であり、勾配の形状は主に蛋白質の産生・拡散・分解により制御されている。本研究では、Chordinの濃度勾配が分解に強く依存し、ポジティブフィードバックを形成している事を明らかにした。アフリカツメガエルの初期発生における背腹軸形成は、形成体と呼ばれる組織が外部の変動に影響される事無く、正しい発生を保証している(頑強性)。平成22年度は、この頑強性を定量的に解析することを目標に、転写、分解および拡散に注目し、in vivoにおける解析を行った。(1)転写に関しては、腹側誘導因子であるBMPとその抑制因子であるChordinをいろいろな濃度で胚にインジェクションし、それに伴う転写の変動を、定量PCR法を用いて評価した。(2)分解に関しては、Flagタグを付加したChordin、BMPなどを胚にインジェクションした。その後いろいろな時間で胚を回収し、Flagビーズで免疫沈降した後、ウェスタンブロッティング法により各々のタンパク質の安定性を評価した。(3)拡散に関しては、3種類の方法を用いて評価を行った。一つめは、in situ法によりインジェクションしたmRNAの効果がどの程度まで胚の中を拡散しているか解析した。二つめは、V5タグを付加したmRNAをインジェクションし、免疫染色法により直に各々のタンパク質の拡散度合いを評価した。最後に、より動的に拡散を定量するために、Venusを各々のタンパク質に付加した。その後、光退色後蛍光回復法(FRAP法)を用いて細胞間隙に拡散したタンパク質の拡散係数の導出を試みた。今後は、これらの定量データをもとに背腹軸が頑強性を示す数理モデルを構築したいと考えている。本研究課題である、背側領域の自発的な単一収束を明らかにするためには、背腹軸形成過程におけるシステム制御機序を明らかにする必要がある。背腹軸形成においては、背側領域のオーガナイザーが分泌するモルフォゲンの濃度勾配が中心的な役割を果たしている。前年度では、この濃度勾配の形成過程を明らかにするために、産生・分解・拡散に注目して各々のパラメータのin vivo計測の系の立ち上げ、および実際に計測を行った。本年度は、これらの結果に基づき、以下に示す二点について更に解析を行った。1.濃度勾配を構築する産生・拡散・分解のより詳細な定量拡散係数の計測に関しては、新たにFCS(Fluorescence correlation spectroscopy)を用いて計測を行った。その結果、背腹軸形成に関わる分泌タンパク質の間に顕著な差は認められなかった。産生に関しては、in vivoにおいてBMPの濃度依存的に背側(高濃度)・側方(中濃度)・腹側(低濃度)遺伝子の発現が制御されており、かつこれらの産生は非線形な産生パターンを示していた。このことから、in vivoにおいてはBMPの濃度勾配依存的に適切な遺伝子の発現が制御されていることが示された。分解に関しては、背腹軸形成に関与する分泌タンパク質の間に大きな差が認められた。分解の早い分子は1時間以内に速やかに分解される一方、分解の遅いものは6時間後も安定であった。2.定量データに基づく数理モデルの構築および検証上記で得られた定量データをもとに、背腹軸形成における濃度勾配の形成過程を数理モデル化した。特に、本研究においては上記解析結果より蛋白質分解に強く依存したモデルを構築し、かつこのモデルが実際の発生過程を反映したモデルである事を実験的に検証した。
効率的な学習を可能とするロバスト統計手法の開発

申請者である藤澤は,スーパーロバストネスをもつガンマ・ダイバージェンスを提案した.ガンマ・ダイバージェンスは,近年になって国際的な引用も大きく増加し,数年前から,日本の統計関連学会でも,しばしば議論に上がるようになった.ただし,パラメータ推定アルゴリズムは,データが独立同一標本でモデルが指数型分布のときに提案されており,そうでない時には,その適用に課題を残していた.最近になって,申請者らは,Majorization-Minimization (MM)アルゴリズムを上手く利用することで,スパース・モデリングにも適用範囲を広げつつある.本申請研究では,その研究の発展,混合効果モデルのような潜在変数モデルへの適用,加えて,ビッグデータ用のオンライン学習,に関して研究を進める.2018年度の成果を記述する.ロバスト回帰用の二つのガンマ・ダイバージェンスには実は大きな違いがあることを発見して研究をまとめた.特に,ロジスティック回帰が,その枠組みに入るため,意義が大きい.ロバストなポアソン回帰モデルの研究をまとめた.オンライン学習についても触れている.歪対称分布として最も有名である歪正規分布は潜在変数モデルである.このモデルに対して,陽に書けるハンディなEMアルゴリズムが存在しないと知り,過剰パラメータをあえて導入することで,そのアルゴリズムを構成した.その成果はソフトウェアとして公開した.ロバスト推定の問題は基本的には非凸問題である.ロス関数も罰則項も非凸である場合の確率的最適化の収束性に関して研究をまとめた.ロバスト性とスパース性を併せもつ回帰モデリングに関してはおおむね順調である.歪正規分布に関して成果を得るにはもう少し時間がかかると考えていたが思いのほか早く成果をまとめられた.現在投稿中の論文を雑誌にしっかりと掲載したい.潜在変数型モデルのロバスト推定に関して検討を始めたい.申請者である藤澤は,スーパーロバストネスをもつガンマ・ダイバージェンスを提案した.ガンマ・ダイバージェンスは,近年になって国際的な引用も大きく増加し,数年前から,日本の統計関連学会でも,しばしば議論に上がるようになった.ただし,パラメータ推定アルゴリズムは,データが独立同一標本でモデルが指数型分布のときに提案されており,そうでない時には,その適用に課題を残していた.最近になって,申請者らは,Majorization-Minimization (MM)アルゴリズムを上手く利用することで,スパース・モデリングにも適用範囲を広げつつある.本申請研究では,その研究の発展,混合効果モデルのような潜在変数モデルへの適用,加えて,ビッグデータ用のオンライン学習,に関して研究を進める.平成29年度の成果を記述する.ロバスト性とスパース性を併せもつ研究に関しては,グラフィカル・モデリングに関する論文が受理,線形回帰モデリングに関する論文が受理,成分毎に現れる外れ値に対するロバスト推定の論文が受理,関連したスパース・モデリングの研究において,主成分回帰の論文が受理,相関構造を積極的に導入した罰則の論文が受理,となった.ロバスト推定におけるオンライン学習の研究,ロジスティック回帰やポアソン回帰におけるロバスト推定の研究,異常値同定の研究,潜在変数モデルである歪正規分布におけるパラメータ推定の研究,などが進行中である.幾つかの研究に関してはRのパッケージを配布している.本年度に予定していた研究だけでなく,次年度に行う予定だった研究も始められた.申請者である藤澤は,スーパーロバストネスをもつガンマ・ダイバージェンスを提案した.ガンマ・ダイバージェンスは,近年になって国際的な引用も大きく増加し,数年前から,日本の統計関連学会でも,しばしば議論に上がるようになった.ただし,パラメータ推定アルゴリズムは,データが独立同一標本でモデルが指数型分布のときに提案されており,そうでない時には,その適用に課題を残していた.最近になって,申請者らは,Majorization-Minimization (MM)アルゴリズムを上手く利用することで,スパース・モデリングにも適用範囲を広げつつある.本申請研究では,その研究の発展,混合効果モデルのような潜在変数モデルへの適用,加えて,ビッグデータ用のオンライン学習,に関して研究を進める.2018年度の成果を記述する.ロバスト回帰用の二つのガンマ・ダイバージェンスには実は大きな違いがあることを発見して研究をまとめた.特に,ロジスティック回帰が,その枠組みに入るため,意義が大きい.ロバストなポアソン回帰モデルの研究をまとめた.オンライン学習についても触れている.歪対称分布として最も有名である歪正規分布は潜在変数モデルである.このモデルに対して,陽に書けるハンディなEMアルゴリズムが存在しないと知り,過剰パラメータをあえて導入することで,そのアルゴリズムを構成した.その成果はソフトウェアとして公開した.ロバスト推定の問題は基本的には非凸問題である.ロス関数も罰則項も非凸である場合の確率的最適化の収束性に関して研究をまとめた.ロバスト性とスパース性を併せもつ回帰モデリングに関してはおおむね順調である.歪正規分布に関して成果を得るにはもう少し時間がかかると考えていたが思いのほか早く成果をまとめられた.ロバスト推定におけるオンライン学習の研究,ロジスティック回帰やポアソン回帰におけるロバスト推定の研究,に関しては論文化のめどは立っている.異常値同定の研究,潜在変数モデルである歪正規分布におけるパラメータ推定の研究,などをさらに進めたい.現在投稿中の論文を雑誌にしっかりと掲載したい.潜在変数型モデルのロバスト推定に関して検討を始めたい.コンピュータを購入予定であったが現状の計算機環境で足りることが分かりコンピュータを購入しなかった.海外出張の予定があったがそれがなくなった.次年度は,当初計画よりも,海外出張に関して増える予定である.今年度は予想通りに海外出張で当初計画より多めに使用した.残額は初年度の残額がまだ残っているため.来年度はおおむね予定通りに使用する予定である.
投資勧誘における適合性原則と融資者責任

前年度に引き続き、ハイリスクを伴う投資商品の勧誘に際して投資勧誘者に課せられる投資家保護義務について研究を継続するとともに、投資資金を融資した金融機関の民事責任(融資者責任)に関する研究を行った。具体的には、以下の成果を得た。1.適合性原則(投資家の属性や投資目的に適合しない投資商品の勧誘を禁止する法理)の意義についてドイツにおける助言義務に関する判例法理、証券取引法31条以下,アメリカにおける全米証券業協会規則2310、SEC規則10b-5、ならびに、先物取引の領域において適合性原則の導入が見送られた経緯等について重点的に考察した。分析の結果、適合性原則が説明義務違反とは異質の独立した違法性判断基準であること、顧客に関する情報の収集を投資勧誘者に義務付ける「顧客熟知原則」が適合性原則と不可分の関係にあることを解明した。2.安い手数料で投資を仲介するディスカウントブローカーに関して、如何なる要件の下で如何なる範囲の義務が軽減あるいは免除されるのかという問題について、ドイツ連邦証券取引監督庁のガイドラインの分析を行い、助言義務と説明義務とを区別する必要があることを解明し、説明義務軽減のための要件について指針を提示した。3.投資資金を融資した金融機関の投資家(借主)保護義務についてドイツ法の分析を試み、無資力リスクを負担する金融機関に一般的なかたちで過剰融資防止義務や担保適正評価義務を課すべきではないことを解明し、さらに、金融機関が投資家に対して説明義務を負う例外的状況を四類型に分類して、各類型毎の成立要件と効果(義務の範囲)について検討し、問題解決のための準則を示した。ハイリスクを伴う投資商品の勧誘に際し投資勧誘者に課せられる投資家保護義務について研究を行った。ドイツの法状況の分析を通してわが国における問題解決のための指針を提示することが最終目標であるが、平成9年度は、ドイツの判例や立法の動きを分析し、以下の5項目を解明した。1.助言義務と説明義務との違い、ならびに、助言義務の範囲を確定するための判例準則である「投資家に適した助言」ルールについて。2.1993年の証券業務に関するEC指令11条が、その後に制定された証券取引法の行為規則に与えた影響について。3.証券取引法31条2項に規定された証券会社の「顧客に関する情報を収集する義務」と「情報提供義務」の内容、ならびに、両義務の関係。特に、証券会社の調査義務を明文化したことの意義とそれが民事責任(とりわけ不法行為責任)の成否に及ぼす影響について。4.証券取引法35条に基づいてドイツ連邦監督庁が1997年に作成した「証券会社の行為義務に関するガイドライン」の内容、ならびに、それが証券取引法の解釈や実務に与えた影響について。5.デリバティブ取引において取引所法53条2項が先物取引業者に課した情報提供義務と証券取引法31条2項における情報提供義務との関係。特に、二段階の情報提供義務を課すことの是非ならびに効果について。平成10年度は、平成9年度の研究成果を公表するとともに、適合性原則と説明義務との関係、ならびに、投資商品購入資金を融資した金融機関の責任などについて分析を試み、わが国の法状況との比較を行う予定である。
急性感音難聴の経過と歪成分耳音響放射

急性感音難聴の経過中には聴力レベルと誘発耳音響放射(EOAE)検出閾値がよく相関する。しかし、EOAEの出力は1kHz近傍の直力を反映するため、水平型以外では聴力レベルとの間に解離が生じ、また周波数別の評価は不可能である。このため、周波数特異的な反応を得られる歪成分耳音響放射(DPOAE)で、より詳細な検討や予後の予測が可能かを検討した。正常聴力者で、DPOAE検査装置(ILO-92)における測定条件を検討し、f2/f1比が1.21.3、L2がL1より10-15dB小さい時により大きなDP出力が得られ、最適であることがわかった。発症後1週間以内に受診した水平障害型の突発性難聴を対象とし、連日の純音聴力検査(PTA)およびDPOAE/EOAE測定を行った。著明回復例では、聴力レベルの改善に伴って各周波数におけるDPパワーも回復し、健側耳とほぼ同等となった。経時的な聴力レベルとDPパワーの相関関係をみてみると、1kHzのDPパワーは、他の周波数より1kHzの聴力レベルをよく反映、平行して推移した。各周波数で評価可能であった6症例で、1, 2, 4kHzでの相関関係の平均を求めると、各々0.856、0.731、0.613となり、高周波側ではやや低下するも、高い値をとった。内耳の機能がある程度周波数別に評価可能であったが、測定日によってはDPパワーは大きく変動し、そのバラつきのため、ある時点のみでの評価には問題があった。これに対してEOAEのTotal Echo Power (TEP)は0.952と極めてよく5分法平均聴力レベルと相関した。DPOAEでバラツキの生じた理由は未解析であるが、臨床応用上の問題点として提起された。経験した症例を通じてDPOAEが聴力レベルに先行して回復した例はなく、この意味でDPOAEによる予後の予測には無理があると考えられた。歪成分耳音響放射(DPOAE)検査装置(ILO-92)を、現有の誘発耳音響放射(EOAE)測定系に隣接して整備、両検査が時間的に可能な限り接近して行えるようにした。ILO-92におけるDPOAE測定の基礎的な最適条件を決定するため、正常聴力者で、1)刺激音圧のL1,L2を固定し、刺激音周波数のf2/f1比を変化させたときのf2/f1比とDP出力の関係、2)L1,f2/f1比を固定し、L2を変化させたときのL1・L2差とDP出力との関係、3)DPOAEの入出力曲線、について検討した。この結果、1)L1=65dBSPL、L2=55dBSPLに固定すると、低・中周波数ではf2/f1比が1.3付近で、高周波数では1.2付近で、DP出力が大きくなる傾向が見られる、2)L1を65dBSPL、f2/f1比を1.25に固定し、L2を変化させると、L2がL1より1015dB小さい時に、より大きなDP出力が得られる、3)DPOAEは飽和型の入出力曲線を示す、ことがわかった。臨床症例での測定方法の基礎的な設定値が、今年度の研究でほぼ確立できた。このため、急性感音難聴症例の経過を追跡する準備がほぼ整った。現在、数症例で実際の臨床経過を観察中である。

モルモットを用いた動物実験のための測定系の整備は、音響プローブの調整に困難を伴なったため、まだ完了には至っていない。これを急ぎ、基礎実験を開始する予定である。突発性難聴治癒例では経過中の聴力レベルと誘発耳音響放射(EOAE)検出閾値の相関が良好であるが、回復例では悪くなることはすでに報告した。しかし、EOAEの出力は1kHz近傍の聴力を反映するため、低域障害型など水平型以外の聴力型では聴力レベルとの間に解離が生じ、また周波数別の評価は不可能であった。周波数特異的な反応を得られる歪成分耳音響放射(DPOAE)で、より詳細な検討や予後の予測が可能かを検討した。発症後1週間以内に受診した水平障害型の突発性難聴を対象とし、可能なかぎり連日の純音聴力検査(PTA)およびDPOAE/EOAE測定を行った。著明回復例では、聴力レベルの改善に伴って各周波数におけるDPパワーも回復し、健側耳とほぼ同等となった。経時的な聴力レベルとDPパワーの相関関係をみてみると、1kHzのDPパワーは、他の周波数のDPパワーより1kHzの聴力レベルをよく反映、平行して推移したため、さらに周波数別の評価を試みた。各周波数で評価可能であった6症例で、1,2,4kHzでの相関係数の平均を求めると、各々0.856、0.731、0.613となり、高周波側ではやや低下するも、高い値をとった。内耳の機能がある程度周波数別に評価可能であったが、測定日によってはDPパワーは大きく変動し、そのバラつきのため、ある時点のみでの評価には問題があった。これに対してEOAEのTotal Echo Power(TEP)は0.952と極めてよく5分法平均聴力レベルと相関した。DPOAEでバラツキの生じた理由は未解析であるが、臨床応用上の問題点として提起された。経験した症例を通じてDPOAEが聴力レベルに先行して回復した例はなく、この意味でDPOAEによる予後の予測には無理があると考えられた。
強誘電性・反強誘電性液晶自己保持膜の非線形電気光学スペクトル

液晶などのソフトな物資系では電場などの外場を印加することにより容易にその応答が非線形となることに着目してこれらソフトな物質系の構造およびダイナミックスに関する知見を得るために有用な新しい測定法として周波数域非線形電気光学緩和スペクトル測定システムの開発を行った。この際、入力電場として正弦波信号を用いることにより、高次の非線形応答を基本波周波数に対する高調波成分として容易に分離・検出することが可能となるため、非線形応答の高精度測定が実現された。また、開発された非線形電気光学測定法は従来広く用いられている誘電導緩和測定法に比べ、物質系の異方性に関する情報を得ることができるとともに、ベクトル的成分(例えば自発分極)による応答とテンソル的成分(例えば誘電異方性)による応答が異なる高調波成分として現われるために、電場と物質系との相互作用の形を高調波成分により識別することが可能となる。本研究では開発したシステムをSmC^*(強誘電)相における強誘電性液晶およびSmC^*_A(反強誘電)相における反強誘電性液晶に適用し、得られたスペクトルを現象論に基づき計算した理論スペクトルを用いて解析することで、そのダイナミックスに関して有用な知見を得ることができた。さらに、電気光学測定法により系のテンソル的な応答を観測することを可能であるという利点を生かし、螺旋軸方向にメソスコピックサイズの厚さを持つ強誘電性液晶自己保持膜の電気光学スペクトル測定を行った。その結果、バルクにおける緩和モードとは異なる新たな緩和モードが出現することを見いだし、その膜厚、温度、電場強度依存性を測定することで、擬2次元系に閉じ込められた強誘電性液晶のダイナミックスに系のサイズが与える影響に関する有用な知見を得ることに成功した。本年度はまず単一周波数の正弦波電場を入力として用いた、以下に述べるような周波数域非線形電気光学スペクトル測定システムの開発を行った。直交する2枚の偏光子の間に挟まれ、波形発生器からの高純度正弦波電場を印加した液晶試料に高安定のHe-Neレーザからの単色光を入射する。試料からの透過光はPINフォトダイオードを用いて作成した光センサで電気信号に変換されたのち、広帯域(1mHz100kHz)・高分解能(16ビット)のFFTアナライザの一方のチャンネルに入力される。得られた時系列信号はアナライザ上で平均加算された後、周波数スペクトルに分解され、基本波成分および高周波成分の検出が行われる。このとき、同時に入力信号をアナライザに他方のチャンネルに入力し、出力信号との位相差を測定して複素透過光強度を得ることができる。さらに入力する正弦波電場の周波数および振幅を変えて測定を行うことにより複素非線形電気光学緩和スペクトルが得られる。また、液晶の異方性に関する情報を得るために、偏光子とスメクティック層の法線とのなす角度を変化させてスペクトルの測定が行えるようにした。本年度はさらに開発されたシステムを用いて、ガラスセルに封入された強誘電性液晶のSmC^*相および反強誘電性液晶のSmC<*【chemical formula】>相における非線形電気光学スペクトルの測定を行った。SmC^*相においては強誘電的ゴールドストンモードに対応した線形、2次および3次非線形緩和スペクトルが得られた。得られた緩和スペクトルの概形はいずれも現象論より計算される理論スペクトルとよい一致を見せた。一方、SmC<*【chemical formula】>相においては対称性から2次非線形スペクトルには反強誘電的ゴールドストンモードに対応した緩和が見られたが、線形スペクトルには対応した緩和は見られなかった。本年度は昨年度に開発された周波数域非線形電気光学スペクトル測定システムを用いて、強誘電性液晶自己保持膜のSmC^*相における電気光学スペクトル測定を行った。

偏光子および1/4波長板を用いて円偏光させたHe-Neレーザー光を自己保持膜に対して斜め45゚方向から入射し、透過光を検光子に通した後、PINフォトダイオードで受光し、得られた透過光強度信号をFFTアナライザを用いて測定した。この光学系はエリプソメトリーの配置となっているため、SmA相において膜厚の測定を行うこともできる。測定の結果、通常のセルに入れた場合にも観測される螺旋構造の波数に対応した緩和周波数を示す緩和モードの他に、低周波において、膜厚に依存して緩和周波数が変化するモードが存在することを見い出した。この低周波モードの緩和周波数はほぼ膜厚の2乗に逆比例しており、このモードが膜表面での境界条件に依存した膜厚で決まる波数を持った、螺旋を解いたり、巻いたりするような揺らぎに対応したものであることがわかった。さらに、一定の膜厚の自己保持膜を用いて、温度による螺旋ピッチの変化に伴う緩和周波数の変化を連続的に測定することで、これらの緩和モードのダイナミックスがB.K.Urbankら(Phys.Rev.E52,3892,(1995))により理論的に予測されているものと定量的によく一致することを見い出した。以上のように、本年度は螺旋ピッチ程度の比較的厚い強誘電性液晶自己保持膜を作成することで、螺旋軸に沿って有限なサイズの系を実現し、このような閉じ込められた系における液晶のダイナミックスを電気光学緩和スペクトロスコピーを用いて測定し、そのダイナミックスに関する新たな知見を得ることに成功した。
可視・赤外波長域での多波長同時発光デバイスとその集積化の研究

近年波長多重通信の進展など,波長軸上で多くの光波を利用することの重要性,情報の秘匿性を高めるニーズも高まっている。これらのニーズに対応するには,波長多重通信など多数の波長を同時に発生,制御する技術,またこれらを集積する技術を開拓して扱える情報量を高めるとともに,単一光子を発生・検出する技術を研究開発して量子暗号通信など秘匿性の高い通信システムの研究を進める必要がある。当該研究では,III-V-N窒化物混晶半導体による新しい波長多重通信用光源を目指した研究を進めるとともに,ピラミッド型微小光共振器による自然放出波長の制御,波長集積とともに単一光子発生の可能性に関する検討を進め,両者を同じ基板の上に集積する研究を進めている。今年度は,III-V-N窒化物混晶半導体を応用した新しい長波長系発光材料の研究成果として,(1)GaInNAs/GaAs系超格子を用いて,これまで困難であった1.55μm長波長発光の観測の観測に成功,(2)InAs量子ドットに起因する圧縮ひずみを補償するGaNAsひずみ補償(SCL)層を適用し,1.55μmの長波長発光の観測とともに発光効率も大幅に改善することを見いだしたが,この主要因としてひずみの補償が光学特性に寄与していることを示した。一方同じGaAs基板を用いたZnCdS混晶系についても,混晶中の単一局在準位発光を時間分解測定することに成功し,局在準位での発光が観測できる機構について検討を進めた。当該研究では,GaAs基板上に成長した赤外波長域をカバーするGa(In)NAs窒化物半導体により,これまで困難とされた1.6ミクロンまで長波長領域をカバーすることに成功した。これにより可視域をカバーするZnSe, ZnCdSなどの半導体や,赤外域の異なる波長域をカバーするGaNAsSb/GaAs系半導体など同時に研究を進めている赤外・可視波長域同時発光材料も用いて,GaAs半導体基板上に格子整合した可視波長域発光デバイスと赤外波長域発光デバイスを同時集積する可能性の端緒を開いた。また我々が開発したピラミッド型微小光共振器に関しても,これまで問題になっていたピラミッドと分布反射ミラー(DBR)との結合状態に関する理論計算から,ある程度積層数を増すことが最適結合に重要であることがわかった。またこのような共振器から単一光子を発生させるのに必要な単一量子状態として,混晶半導体の混晶揺らぎに潜む単一局在準位を取り出すことに成功し,離散的な発光を観測することができた。