hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピン偏極表面電子状態を用いた新奇スピンフィルタ材料の探索

電子の電荷・スピンの両性質を用いるスピントロニクス技術の応用例の1つである電子線スピンフィルタ機能に着目し、(1)未知物質の電子線スピンフィルタ機能の測定方法の確立と、(2)高効率・長寿命な新奇電子線スピンフィルタ候補物質の探索の2点を目的として研究を行った。スピンフィルタ機能の測定方法に関しては、通常の電子銃とMott型のスピン検出器の組み合わせを用い、未知物質の電子線スピン反射率を測定できることを示した。またBi被覆InSb(001)基板において複数種類の1次元的な未知の表面原子構造を作製した。得られた新表面構造の今後のスピントロニクス分野への応用が期待される。本年度は新奇スピンフィルタ候補物質としてビスマス単結晶表面およびアンチモン化インジウム基板上のスズ薄膜について検討した。両者の電子状態はスピン軌道相互作用による大きなスピン分裂を示しており、電子線スピンフィルタ機能を示すことが期待できる。特にビスマス単結晶の(111)面においては、表面原子構造の対称性に由来するバレー自由度の影響により、既存の電子線スピンフィルタ物質では得られなかった標的表面に垂直な方向のスピンに関するフィルタ機能の発現が期待できると判った。一方、分子線エピタキシー(MBE)法を用い、電子線スピンフィルタの標準試料である表面酸化Fe(001)単結晶薄膜を作製した。また、MBE法による薄膜成長の過程をその場観察するための定量的反射高エネルギー電子回折(RHEED)振動計測システムおよびその制御・解析プログラムを立ち上げた。本計測システムを用いることで、薄膜成長過程で試料からの電子回折ストリークの明らかな強度振動が観測できた。これは実際にMBE法による薄膜成長の過程を観察できることを示す結果である。並行して第一原理計算による酸化Fe(001)薄膜およびBi(111)単結晶表面の電子状態のシミュレーションを行った。特に電子線回折に関わる非占有電子状態およびそのスピン偏極に注目し、電子線スピンフィルタ機能の発現に強く関わると考えられる電子構造を見出した。次年度に標準試料である表面酸化Fe(001)薄膜およびビスマス・スズ等のスピンフィルタ候補物質の両者について実際に電子線を照射し、回折電子線のスピン偏極度を計測・比較することにより、電子線スピンフィルタとしての機能性を実際に評価する予定である。本年度はかねてからの計画通り、標準試料である表面酸化Fe(001)薄膜および、新奇スピンフィルタ候補物質であるビスマス単結晶薄膜について、実際に電子線を照射して電子線スピン反射率の測定を行った。表面酸化Fe(001)薄膜・ビスマス単結晶薄膜どちらの試料においても、反射電子線は明らかなスピン偏極を示した。この結果は、新奇スピンフィルタ候補物質の探索が高価・希少なスピン分解光電子分光装置を用いることなく簡便な手法で実現できることを示しており、研究申請当時の予想を裏付けるものであった。一方、新奇スピンフィルタ候補物質の探索においては、アンチモン化インジウム基板上に成長させたビスマス超薄膜において、いくつかの特異な表面電子状態を発見した。特に10原子層程度の厚膜では1次元的な電子状態が大きなスピン偏極を示しており、異方性を持つスピンフィルタ物質として今後の研究の進展が期待できる。新奇スピンフィルタ候補物質の探索は順調に進んでおり、いくつかの表面構造について理論計算から有望なスピン偏極非占有電子状態を見出した。電子線スピン反射率の実験的な測定方法については当初計画から変更したが、それ程遅れてはおらず、次年度早々に実験を開始できる見込みである。27年度が最終年度であるため、記入しない。数物系科学本年度に見出した新電子線スピンフィルタ候補物質について、回折電子線のスピン偏極度を実際に計測することにより、電子線スピンフィルタとしての機能性を評価する。特に、既存の物質では得られていない標的表面垂直方向に偏極した電子線スピンの検出能力の発現に注目して測定および物質探索を行う。電子線スピン反射率の実験的測定については、当初計画では二重散乱法を用いる予定であったが、実験装置の配置および配分された研究費の都合から、試料による電子回折は一度だけに限り、回折電子線のスピン偏極度を既存のスピン分解光電子分光装置の検出器を利用して計測する方法に変更した。計画変更による実験の遅れは今の所許容範囲内であり、次年度早々にも測定を開始できる見込みである。
医用画像と実画像を融合させた手術シミュレーションの臨床応用

本研究の目標は、複数の医用画像データを融合させた3次元画像構築法の開発と、医用画像と現実空間との融合画像を臨床応用することであり、概ね達成した。独自に考案した画像処理方法を駆使した融合3次元画像は全ての医用画像データを1つのコンピュータグラフィックスとして表示することが可能となり、かつ高精細を有するものとなった。現実画像との融合に関しては、薄板スプライン法によって手術画像をコンピュータグラフィックス上に重畳する方法を開発し、特許出願済である(出願番号2013-103562)。本法は複数の前向き調査でその有効性が示され、東京大学医学部付属病院脳神経外科にて500例以上の臨床症例に応用された。当該研究の目標は、医用画像データを用いた融合3次元画像の構築方法の開発工夫と、医用画像と現実空間との融合であったが、概ね予定通り達成した。具体的には、画像処理ソフトウェア(Amira®)上で正規化相互情報量法の初期値を工夫することによって、DICOMデータとして出力した全ての医用画像の自動融合することに成功した。また1つの医用画像を任意の領域に分割し、それらに最適なしきい値を設定するセグメンテーション方法(multimodal individualizing threshold法と命名した)やサーフェスレンダリングとボリュームレンダリングとを重畳表示したハイブリッドレンダリング法を臨床医療ではじめて使用した。これら工夫により、提案手法による融合3次元画像が全ての医用画像を1つのコンピュータグラフィックスとして表示することが可能となり、かつ高精細を有するものとなった。また構築時間の大幅な短縮が達成できた。現実画像との融合に関しては、薄板スプライン法によって手術画像(写真)をコンピュータグラフィックス上に重畳する方法を開発し倫理委員会承認のもと臨床応用し、その有用性が示唆された。医用画像と現実空間との融合画像に関しては特許申請済である(出願番号2013-103562)。提案手法による融合3次元画像は、複数の前向き調査でその有効性が示され、東京大学医学部付属病院脳神経外科にて倫理委員会承認のもと、500例以上の臨床症例に応用された。当該研究の平成24年度の目標は、医用画像データを用いた融合3次元コンピュータグラフィックスの構築における自動化を中心とした画像処理方法の開発とその臨床応用であったが、概ね予定通り達成した。具体的には、画像処理ソフトウェア(Avizo)上で正規化相互情報量法の初期値を設定方法、セグメンテーション方法、2D/3Dレジストレーション法を開発し、更に一部を自動化させる手法の開発に成功した。提案手法による画像処理方法によって、DICOMデータとして出力した全ての医用画像の自動融合し、医用融合3次元コンピュータグラフィックスの構築時間の大幅な短縮が達成できた。提案手法によるコンピュータグラフィックスを用いた手術検討は、平成24年度までに、東京大学医学部付属病院脳神経外科にて471症例に臨床応用された。2D/3Dレジストレーション方法は薄板スプライン変換を応用したもので、本法により、実空間(術中脳表写真)とワークステーション上のコンピュータグラフィックとの融合に成功した。現実空間を融合させたコンピュターグラフィックスの術前検討は、同病院にて8症例に臨床応用され、その有用性に関する論文を作成中である。当該研究に関する平成24年度の成果発表は下記の通りで、いずれも予想以上の結果であった。国内学会発表11回、国際学会発表2回、国内招待講演1回、英語論文4本、日本語論文2本。また現在投稿中のものは、英語論文3本、日本語論文2本である。医用融合3次元画像の構築過程における自動化や、その他の様々な工夫によって、計画以上の臨床症例において本法による融合3次元画像の術前検討が可能になり、それらの有効性を示す結果を多数得られた。平成24年度研究計画では100症例に臨床応用する予定であったが、実際には平成24年3月31日までに471症例に臨床応用された。研究発表に関しては、平成24年4月から平成25年3月までの間に、国内学会発表11回、国際学会発表2回、国内招待講演1回、英語論文4本、日本語論文2本を発表した。当初の計画通り、拡張現実法を用いた脳神経外科手術シミュレーション装置の開発を行う。また、平成24年度に引き続き提案手法による医用融合3次元コンピュータグラフィックスの臨床応用データを蓄積していき、適宜学会や論文で発表する。上記手術シミュレーション開発に使用するワークステーションやその他の周辺機器の購入、学会発表、論文投稿にかかる費用(別刷り、英文校正など)に対して使用予定である。
培養神経細胞を用いたシナプス再形成・機能修復実験系の分子機構解明

神経細胞死に関連したシナプスの脱落は、神経系の機能障害を理解する上で重要であり、脱落後のシナプス再形成機構の解析は、神経機能の修復すなわち治療への応用にも意義があると考えられる。この機能回復の実態を細胞・分子レベルで明らかにするために、大脳皮質などの中枢培養神経細胞を用いた実験系、ことに培養系でのシナプスの脱落と再形成を可視化して観察するシステムについて検討した。シナプスの変化を可視化する解析法として、シナプスに局在するマーカー蛋白質に対する抗体を用いた免疫細胞染色を行い、共焦点レーザー走査顕微鏡観察と高精細3次元画像構築ソフト・IMARISなどを用いて、シナプスレベルでの形態的変化の観察を試みた。いずれの抗体によっても、ニューロンの細胞体、樹状突起上などにシナプス様の細かい粒状の染色像が観察され、中枢神経細胞培養系内で、多数のシナプスが成形されていることが可視化できた。用いる抗体により、例えば、興奮性シナプスについては抗NMDA受容体抗体、抑制性シナプスについては、抗GABA_A受容体抗体や抗Glutamic Acid Decarboxylase(GAD)抗体などを用いることにより、興奮性、抑制性のシナプスを個別に観察したり、シナプス前と後シナプスを別々に観察することが可能となった。さらに、三次元構築した共焦点画像を、IMARISを用いて処理加工した。これまでの共焦点レーザー顕微鏡観察でも、ニューロンの細胞体、樹状突起上に分布するシナプスを捉えることができたが、画像解析ソフトを用い、染色像を360度回転させることにより、理論上は、あるニューロンに存在する全てのシナプスが観察可能であり、シナプスの詳細な位置関係や形状なども調べることが可能となった。このシステムを用いることで、培養ニューロン間に形成されたシナプスの形態・数そしてその変化などを、電子顕微鏡を用いるのよりもはるかに簡便かつ詳細に追跡できる可能性がある。さらに、薬剤処理や損傷を与えた後のシナプスの脱落・修復過程を経時的に追跡したり、定量的に評価したりすることも可能であり、応用として、シナプスに障害を与えたり修復を促進するような因子の選別も容易に行えると思われる。
スギこぶ病の防除と肥大制御機構の解析

スギこぶ病の防除を目的に発生生態について調査した。スギこぶの肥大速度を調査するため、2003年5月から2004年11月まで毎月1回、1.212.2mmのこぶ9個の長径、短径および高さを計測し、その平均値を求めた。その結果、スギこぶの肥大速度は、0.140.52mm/月であった。スギ樹冠内におけるこぶの発生分布について、調査木6本の樹冠内におけるこぶの数を枝と葉に分けて調査した結果、こぶが枝に多く発生がみられた場合には、その先の葉にも多く発生していることがわかった。こぶの大きさを枝と葉に分けて比較検討した結果、枝では520mmのこぶが多いのに対して、葉では10mm以下のこぶが多くみられた。また、樹冠内におけるこぶの垂直分布は、顕著な規則性はみられなかった。スギこぶ病の発生は、アンケート調査の結果より全国的に広く見うけられていることがわかった。しかし、木材生産の価値や山林の価値を左右する病害という認識は少なく、本病害を常時視認しているにもかかわらず、放置されており、本病害は問題視されていないのが現状であった。さらに従来本病は成長の衰えた壮齢木に発生することが多いと認識されてきたが本アンケートの結果では、幼壮の別なく発生していることもわかり、長伐期を指向する傾向が強くなる今日、若齢木における本病害の発生が認められたことから、またその被害は林齢が高くなるほど蓄積され、将来的にスギこぶ病の被害は拡大することが予想された。本病の防除技術の確立には、こぶ内部に形成する子嚢胞子の分離、培養が必要である。しかしながら、子嚢胞子は発芽はするが分離株は得られない。今後、さらに分離、培養技術の確立が期待される。さらにこぶ肥大制御機構の解明を目的に、こぶ内部の植物ホルモンの分離についても今後さらに研究を遂行する。スギこぶ病は草野(1903)によりわが国で初めて報告されて依頼、その発生は大分県、静岡県、神奈川県から報告されているが、わが国における本病の詳細な発生状況が把握されていないため、本年度は、わが国におけるスギこぶ病の被害分布および誘発因子について解明するため、スギ造林地に対するアンケート調査を実施した。アンケートの調査方法は、北海道と沖縄県を除く全国45都府県の林業試験場等に郵送で依頼した。45都府県にアンケートを依頼した結果、36都府県(80%)から回答があった。回収したアンケート結果から、スギこぶ病の発生は、77%が発生しているという回答で、そのうちの41%は山林の価値には左右されないという回答で、50%が木材の価値には左右されないという回答であった。また発生していると回答された中で、本病の発生生態に関する質問を行った結果、発生場所は林分の全体で、いつ頃から発生していたかという質問には、わからないという回答が最も多かったにもかかわらず、昭和30年(4%)、35年ころ(7%)から発生していたという回答も得られた。本病の発生場所の立地状況を質問した結果、地形は谷部(63%)が多く、傾斜度は緩傾斜地(33%)、傾斜方向には関係なく(71%)、相対照度にも関係なく(36%)、風通しの悪い場所が最も多く(59%)、小川等水源の近くに発生している(67%)という回答が最も多かった。

本病の発生している樹木の状態は、直径成長がごく普通(39%)で、樹勢も普通(58%)、気根の発生は不明(90%)で、針葉の形態は湾曲し先端で接線をもって一致する形態(57%>が最も多く、スギの品種で発生頻度が異なる(75%)という回答であった。今後、本病原菌の所属を早急に明らかにするとともに、感染経路等の発生生態さらに耐病性品種の再確認等の基礎的な研究が望まれる。本年は、スギこぶ病の疫学的調査をすすめ、造林地において被害木の診断を容易に行えるように調査研究を行った。特に本年は、スギの外部形態的な特徴として、叢生枝および平滑樹皮に着目し本病との関係を調査した。その結果、被害の多かった谷部や平坦地でこれらの外部形態的特徴が多くみられ、被害が少なかった尾根部ではあまりみられなかった。本病の病徴部であるこぶ内部は、多数の成長点が集まった構造をしており、これらの成長点から叢生枝を形成していることがわかった。また、一般的にスギの樹皮は代謝が活発に行われているものほど凹凸になるといわれており、本来適地である谷部の方が尾根部のスギよりも凹凸な樹皮になるといわれている。しかし、本研究では本病被害の多かった谷部では尾根部より毛平滑な樹皮を持つスギが多くみられ、本病により樹勢が低下しているものと考えられた。しかし、これらの外部形態的な特徴の発生は、被害が多かった谷部や平坦地と、被害が少なかった尾根部とでは異なったパターンを示した。被害が多かった谷部や平坦地では罹病木のほとんどに叢生枝または平滑樹皮の発生がみられ、健全木からはほとんどみられなかったのに対し、被害の少なかった尾根部では谷部や平坦地に比べてそれらが罹病木にあまりみられず、健全木に多くみられた。これらのことから、降水量が多く、湿度が高いスギ林での本病の診断には叢生枝や平滑樹皮の発生を調査することが有効であると考えられた。本病原菌の所属を検討するため、7月の子のう殻の成熟期に分子生物学的に検討した結果、形態的な所属と大きく異なり本実験は3年目となるがさらに次年度も追試を行う予定である。スギこぶの肥大速度について本学奥多摩演習林で、大きさが1.212.2mmのこぶを9個、その長径、短径および高さを経時的に計測し平均値を求めた。その結果、スギこぶの肥大速度は、0.140.52mm/月であることがわかった。すなわち伊藤(1962)が報告した人頭大のこぶに肥大するには、約30年以上かかるものと推定された。次に、スギ樹冠内におけるこぶの発生分布を調査するため、罹病木を6本伐倒し、枝下高より頂端までを1m間隔に切断後、各層における枝および葉におけるこぶの発生を調査した。その結果、罹病木6本に発生していたこぶの合計は2,528個で、罹病木1本に108793個のこぶが発生していた。そこで調査木6本の樹冠内におけるこぶの数を枝と葉に分けて調査した結果、こぶが枝に多く発生がみられた場合には、その先の葉にも多く発生していることがわかった。こぶの大きさを枝と葉に分けて比較検討した結果、枝では520mmのこぶが多いのに対して、葉では10mm以下のこぶが多くみられた。また、樹冠内におけるこぶの垂直分布には、顕著な規則性はみられなかった。本病原菌の所属を検討するため、7月の子のう殻成熟期に分子生物学的手法により検討した結果、本年も昨年同様に子のう菌類のBotryospharia属と大きく異なる属となり、こぶ周辺に付着していた菌類のDNAを分析したようである。今後、子のう胞子の採取方法の検討からさらに分子系統学的な手法を導入して解析を行う。さらに、スギこぶ内における植物ホルモンの探索は本年もまだ結果出るに至っていない。
スターバースト銀河からのX線放射機構

本研究では,スターバースト(星生成バースト)銀河では,銀河から外部銀河間空間へ熱いガスの流れが存在し,星間空間が解放系となっている点に着目して,スターバースト銀河内での星間ガスのモデルをつくり,X線の観測と比較した。1.進化を調べる流体力学シミュレーション法については,余分な数値的振動を生まないTVD法の一種であるmonotonic法によって安定に計算が進むことが明らかになった.このときエネルギー方程式のみを陰解法とすることによって輻射冷却についても時間をさほど要さずに計算できることが分かった.2.流体力学的シミュレーションによってスターバースト銀河から流れ出る流出流(outflow)とスターバーストの関連について調べた。その結果,銀河本体から10kpc(Fabbiano & Trinchieri)-数10kpc(鶴ら)にまで伸びたX線の広がりは,中心部で起こった超新星爆発によって熱せられた高温のガスが銀河の重力ポテンシャルを振り切って,中心部を取り巻く密度の高いガスによって絞り込まれながら,銀河のディスクに垂直方向に流れ出たものであることがわかった.3.観測とシミュレーションから予想されるX線エネルギー放出率を比較することによって,Rosat等の低いエネルギーバンドについてはほぼ全てが,ギンガで観測された数kevのバンドについては50%がスターバースト銀河からの流出流によるということがわかった.本研究では,スターバースト(星生成バースト)銀河では,銀河から外部銀河間空間へ熱いガスの流れが存在し,星間空間が解放系となっている点に着目して,スターバースト銀河内での星間ガスのモデルをつくり,X線の観測と比較した。その結果,銀河本体から10kpc(Fabbiano & Trinchieri)-数10kpc(鶴ら)にまで伸びたX線の広がりは,中心部で起こった超新星爆発によって熱せられた高温のガスが銀河の重力ポテンシャルを振り切って,中心部を取り巻く密度の高いガスによって絞り込まれながら,銀河のディスクに垂直方向に流れ出たものであることがわかった.3.観測とシミュレーションから予想されるX線エネルギー放出率を比較することによって,Rosat等の低いエネルギーバンドについてはほぼ全てが,ギンガで観測された数kevのバンドについては50%がスターバースト銀河からの流出流によるということがわかった.
突風に伴う建物の振動とその発生機構に関する研究

日本における暴風災害の多くは,数年に一度の割合で日本を襲う大型台風によってもたらされている。この様な台風における被害の大部分は,大きな突風によって一瞬のうちに生じる。従来,風による建物の振動解析は,風速変動を定常確率過程と見做して評価されてきたが,大型台風来襲時に観察された突風の記録を見れば,突風時における建物の振動を評価するにあたって,風速変動を定常過程と仮定することは妥当とはいえない。本研究では,突風時における風による過渡的振動を正しく見積もるための方法を,風洞実験及び時刻歴数値解析等によって開発した。実測結果により突風時には風速が急速に立ち上がり,その後徐々に風速が現象する。このような風速の急激な立ち上がりは,フェンスの後流の流れと類似したものであり,フェンスから適当な位置に模型を置くことによって,自然風と似た突風を模型に作用させることができる。突風時に建物に働く風力は,風上面では時間遅れのある線形1次系システムで近似できるが,屋根面な側面などでは,2次系システムで見られるような突風時に共振器を伴った風圧のオーバーシュート的変形が観測され,突風と継続時間が風力にかなり影響していることが明らかとなった。突風時の建物の応答は,突風の形状と連続する突風の数に大きく作用される。建物が線形応答系で風力が定常過程の場合には,このような突風の作用は不規則変動理論によって,周波数領域での従来の応答解析に帰着されるが,風洞実験によって明らかにされたように,突風時の非定常効果は応答に大きな影響を及ぼし,突風を不規則変動と見做す従来の方法では,この効果は表し得ないことが明らかとなった。以上の事柄を踏まえ,突風の来襲をポアソン過程とし,突風時の応答感度解析により,突風時の風荷重とそれによる応答を導く新しい方法を提案し,その確認を行っている。本年度は次の項目に重点をおいて研究を進めた。(1)フェンスによる模擬突風の作成と,これによって生じる建築物の動的風力の特性の把握。(2)矩形波,三角波,正弦波などによってモデル化された様々な突風が建物に当たる場合の応答性状の把握。(3)接近流の乱れと建物の風力との関係を周波数領域で表す空力アドミッタンスと,突風時の風速の変化を建物に作用する風力に換算する核関数の間の関係の理論的検討と,それを用いての建物に作用する風力の算定。風圧-風速相互相関関数の意味付けと核関数との関係の理論的検討。(1)においては,突風の性状,特に突風の継続時間によって,建築物に作用する最大風力が大きく左右されることが明らかとなった。したがって,基準法のように,最大風速のみを基準として最大風力を算定することはできず,突風の継続時間を考慮した風力の新しい算定法を考える必要がある。今後は,突風の継続時間と風力との関係をモデル化した上で,突風を独立なイベントと見做し,突風の強さと継続時間を確率変数とする解析法によって,突風時の最大風荷重を評価する方法を考案したい。(2)では,時刻歴応答解析手法を用いて,様々な模擬突風時における建物の応答予測を行った。突風の形状が建物の応答に大きな影響を及ぼすこと,定常不規則振動から予測されるよりも突風時の振動は,多くの場合には大きくならないこと。引き続いて突風が来る場合に,大きな応答が生じる可能性があることなどが明らかとなった。

(3)においては、定常過程の場合に適用される周波数応答関数と衝撃関数との間の関係を使って核関数を予測することができるかどうかを検討した。その結果,従来の定常過程での実験結果を用いる予測でも,ある程度突風時の風荷重予測が可能であることが明らかとなった。日本における暴風災害の多くは,数年に一度の割合で日本を襲う大型台風によってもたらされている。この様な台風における被害の大部分は,大きな突風によって一瞬のうちに生じる。従来、風による建物の振動解析は,風速変動を定常確率課程と見做して評価されてきたが,大型台風来襲時に観察された突風の記録を見れば,突風時における建物の振動を評価するにあたって,風速変動を定常過程と仮定することは妥当とはいえない。本研究では,突風時における建物の風による過渡的振動を正しく見積もるための方法を,風洞実験及び時刻歴数値解析等によって開発した。実測結果により突風時には風速が急速に立ち上がり,その後徐々に風速が現象する。このような風速の急激な立ち上がりは,フェンスの後流の流れと類似したものであり,フェンスから適当な位置に模型を置くことによって,自然風と似た突風を模型に作用させることができる。突風時に建物に働く風力は,風上面では時間遅れのある線形1次系システムで近似できるが,屋根面な側面などでは,2次系システムで見られるような突風時に共振を伴った風圧のオーバーシュート的変化が観測され,突風と継続時間が風力にかなり影響していることが明らかとなった。突風時の建物の応答は,突風の形状と連続する突風の数に大きく作用される。建物が線形応答系で風力が定常課程の場合には,このような突風の作用は不規則変動理論によって,周波数領域での従来の応答解析に帰着されるが,風洞実験によって明らかにされたように,突風時の非定常効果は応答に非常に大きな影響を及ぼし,突風を不規則変動と見做す従来の方法では,この効果は表し得ないことが明らかとなった。以上の事柄を踏まえ,突風の来襲をポアソン過程とし,突風時の応答感度解析により,突風時の風荷重とそれによる応答を導く新しい方法を提案し,その確認を行っている。
読み聞かせと科学実験を組み合わせたイベントの開催と教材の開発

「理科嫌い」と「活字離れ」は小学34年生頃に始まることが知られており,それぞれに対して「科学体験」と「読み聞かせ」の効果が認められている.本研究では,科学絵本の読み聞かせと科学実験を組み合わせた出前形式のイベント(科学教室)を企画・開催し,理数科目への関心や日常の読書習慣,本イベントの効果などについて,調査・検討を行った.科学体験のテーマおよび読み聞かせで使用する絵本の選定では,小学校の理科の単元で取り扱うテーマの発展・応用となるよう考慮した.イベントは,山口県内の4市10会場で11回開催し,合計212名の子供が参加した.1回の教室は2時間を標準とし,訪問先の事情に合わせて時間調整した.用意した題材は,参加者全員が五感を使って体感できる「ロボット」など4テーマである.質問紙による調査の結果,小学生の段階では理科や科学実験への興味関心が文系の科目に比べて高いことが分かった.また,学校や家庭で行われている読み聞かせ運動の効果もあり,ほとんどの児童が年間20冊以上の書籍とふれあっていることがわかった.なお,今回の調査では男子と女子の比率はほぼ同率であったが,回答結果に性別による差異は無かった.しかし,市街地と辺地など地域により図書とふれあう機会には格差が見られた.一方,科学工作を取り入れた教室では,工具の取り扱いに不慣れな児童の姿が多く見られ,科学技術と深い関係にある「ものづくり」の楽しさを伝える重要性と課題が明らかとなった.「理科嫌い」と「活字離れ」は小学34年生頃に始まることが知られており,それぞれに対して「科学体験」と「読み聞かせ」の効果が認められている.本研究では,科学絵本の読み聞かせと科学実験を組み合わせた出前形式のイベント(科学教室)を企画・開催し,理数科目への関心や日常の読書習慣,本イベントの効果などについて,調査・検討を行った.科学体験のテーマおよび読み聞かせで使用する絵本の選定では,小学校の理科の単元で取り扱うテーマの発展・応用となるよう考慮した.イベントは,山口県内の4市10会場で11回開催し,合計212名の子供が参加した.1回の教室は2時間を標準とし,訪問先の事情に合わせて時間調整した.用意した題材は,参加者全員が五感を使って体感できる「ロボット」など4テーマである.質問紙による調査の結果,小学生の段階では理科や科学実験への興味関心が文系の科目に比べて高いことが分かった.また,学校や家庭で行われている読み聞かせ運動の効果もあり,ほとんどの児童が年間20冊以上の書籍とふれあっていることがわかった.なお,今回の調査では男子と女子の比率はほぼ同率であったが,回答結果に性別による差異は無かった.しかし,市街地と辺地など地域により図書とふれあう機会には格差が見られた.一方,科学工作を取り入れた教室では,工具の取り扱いに不慣れな児童の姿が多く見られ,科学技術と深い関係にある「ものづくり」の楽しさを伝える重要性と課題が明らかとなった.
言語ドキュメンテーションに基づくバントゥ諸語のミクロな類型的多様性の探究

2018年度は,本研究課題の最終年度として,研究成果の取りまとめと発信に重点を置いた.本課題を駆動させる両輪は,i)キリマンジャロ・バントゥ諸語についての記述・ドキュメンテーション研究と,ii)通バントゥ諸語レベルの構造的マイクロバリエーションのミクロ類型論的な分析である.i)に関しては,前年度にvisiting scholarとして参画したロンドン大学SOASの研究グループが開発した142の形態統語論的パラメータに従ってまとめたロンボ語およびウル語の記述資料の公刊を,その最大の業績として挙げることができる(Shinagawa and Abe (eds.)2019. Descriptive Materials of Morphosyntactic Microvariation in Bantu, ILCAA所収).ii)に関する業績としては,キリマンジャロ・バントゥ諸語のデータを出発点として,否定表示とフォーカス表示に関するパラメータ間の連動関係に関する分析を国際言語学者会議(International Congress of Linguists,2018年7月,ケープタウン)で,また広義のimperfectiveアスペクトを表示する形式としての*-agの歴史的発達段階に関する分析を世界アフリカ言語学会議(World Congress of African Linguistics,2018年8月,ラバト)で,それぞれ発表した.このうち前者については,上述のSOASプロジェクトによって構築されたバントゥ諸語マイクロバリエーションに関するデータベースを参照する形で通バントゥ類型論として発展させた論考を国際共著論文として論文化している.本研究課題は「言語記述/ドキュメンテーション」と,その成果に基づく「マイクロ・バリエーション研究」を両輪としている.前者については中央キリマンジャロ諸語に含まれるウル語の集中的な記述を,後者については具体的なパラメータの検討を,それぞれ今年度の実施計画の中心に位置付けた.前者の研究実績としては,キリマンジャロ州モシ・ルーラル県におけるウル語の現地調査(7月および10月)に基づく142項目のパラメータに対するデータセットの作成が挙げられる.また,すでに基礎的な調査を終えているロンボ語についても,同様のデータセットを作成した.後者については,国内外の研究会において,共通したパラメータに即した具体的な言語データを突き合わせて,そこから得られる一般化の見通しや,より適切なパラメータ設計に関する議論を行った.参加した研究会は次のとおりである:(1)ダルエスサラーム大学におけるバントゥ諸語マイクロバリエーションに関するワークショップ(7/20-21),(2)東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究会共同利用・共同研究課題「バントゥ諸語のマイクロ・バリエーションの類型的研究(フェーズ1)」(4/17,12/17),(3)「国際バントゥー諸語マイクロ・バリエーションワークショップ」(3/3-5).このうち,(2)の二回の研究会ではともに研究発表を行い,これまでの研究の進捗を含めた報告を行った.また,(3)の国際ワークショップにおいては,ロンドン大学SOASの研究チームに加え,ベルリン大学,ヘント大学,ダルエスサラーム大学などから来訪した研究者と,具体的なデータに基づく議論を行った.言語調査の面においては,「ウル語について集中的な調査を行い,その全体的な文法記述を行う」という当初の研究計画に示した目標を,2度の現地調査によってほぼ計画通り実行した.また,同様に研究計画に示した「分析の領域で検討するパラメータについて,ウル語以外の言語にもあたり,実証的にその妥当性を検討する」という点については,ロンボ語に関して,共有されている142項目からなるパラメータに従ったデータセットを作成し,それに基づいて7月のダルエスサラーム・ワークショップ,また3月に東京で開催した国際ワークショップにおいて海外の共同研究者と議論を重ね,データ分析に関して共同作業を行った.このことは当初計画にはなかったことであり,かつそこで得られた成果は,本研究課題にとどまらず,本邦におけるバントゥ諸語研究全体に波及効果を及ぼすものであったことから,この点は当初計画を超える成果として挙げることができよう.声調に関するパラメータの検討については,明確な業績としては提示しえていないが,共同研究者と検討を行っているところである.以上の点を総合的に鑑みるに,全体として研究の進捗は概ね順調に進展していると考えている.2017年度前半においては,国内での研究成果発信に重点を置き,主たるものとして2件の学会発表を行った(日本アフリカ学会および日本言語学会).いずれも,対象言語はキリマンジャロ・バントゥ諸語(KB)ではないが,とくに後者については当該科研におけるミクロ類型論(micro-typology)によるバントゥ諸語の分析の成果が反映されている.後期については,当初計画どおり,ロンドン大学SOASに研究拠点を移した.滞在中は,SOAS側のパートナー・プロジェクトであるMorphosyntactic variation in Bantu: Typology, contact, and change(PI: Prof. Lutz Marten)に参画する形で研究活動を行った.同プロジェクトおよびMarten教授との共同研究活動の成果として,Oxford Guide Book of Bantu Languagesに掲載予定の章論文を含む3本の原稿執筆,SOASにおけるセミナー発表3本(SOAS linguistics departmental seminar series,およびSOASプロジェクトの最終ワークショップでの発表を含む)を行った.タンザニアでの言語調査は,12月末から1月末の期間,キリマンジャロ州ロンボ県およびモシ・ルーラル県において,ロンボ語およびウル語の焦点標示(focus marking)形式に関する集中的な調査を行った.その成果は上述の論文の一部に反映されている.研究計画調書に示された,2017年度の研究計画の要点は次の二点である.ii) KBについてのドキュメンテーション調査を継続するとともに,本研究課題

独自のものを含む,上述の形で検討されたパラメータに従った記述調査を行う.前者については,本年度後期のSOAS滞在期間において,定期的なプロジェクト・ミーティングに参加し,研究発表を含みプロジェクトにおける議論に参加した.ただし,プロジェクトの研究進捗は,当研究課題の調書作成時の想定を超えて展開しており,滞在時にはすでに142のパラメータが設定されている状態であった.したがって,パラメータ自体に関する議論はそれほど多くはなく,むしろそれを用いた分析に関する議論,またデータベースの設計に関する議論が主であった.そのような状況において,これまでの研究成果を発信・共有する形で,プロジェクトの研究活動に一定の貢献をなしたと考えている.後者については,12月末から1月末までの1か月の現地調査を,当初目的に従った形で遂行した.パラメータに従ったデータ収集はすでに一定のレベルで達成されていたが,その補足的な調査を行うともに,焦点標示に関する現象について独自のパラメータを設定する形で調査を行い,有意義なデータを収集した.これらに加え,上述のようにSOASにおいて3本の研究発表を行うなど,研究課題の進捗としては順調に進展していると考えている.2018年度は,本研究課題の最終年度として,研究成果の取りまとめと発信に重点を置いた.本課題を駆動させる両輪は,i)キリマンジャロ・バントゥ諸語についての記述・ドキュメンテーション研究と,ii)通バントゥ諸語レベルの構造的マイクロバリエーションのミクロ類型論的な分析である.i)に関しては,前年度にvisiting scholarとして参画したロンドン大学SOASの研究グループが開発した142の形態統語論的パラメータに従ってまとめたロンボ語およびウル語の記述資料の公刊を,その最大の業績として挙げることができる(Shinagawa and Abe (eds.)2019. Descriptive Materials of Morphosyntactic Microvariation in Bantu, ILCAA所収).ii)に関する業績としては,キリマンジャロ・バントゥ諸語のデータを出発点として,否定表示とフォーカス表示に関するパラメータ間の連動関係に関する分析を国際言語学者会議(International Congress of Linguists,2018年7月,ケープタウン)で,また広義のimperfectiveアスペクトを表示する形式としての*-agの歴史的発達段階に関する分析を世界アフリカ言語学会議(World Congress of African Linguistics,2018年8月,ラバト)で,それぞれ発表した.
セルフメディケーションを意識した独居老人の精神疾患早期発見支援システムの開発

主な研究成果は次の通りである。●独居老人の娯楽として、温泉旅行を選び、その特徴を解析した。●データマイニングの確信度によるMVCFを用いて近未来の気分を予測する方法を提案した。●ソーシャルネットワークに基づいた脈拍変動に似た友好性誘発の評価を提案した。●圧力分布センサから得られたデータをサポートベクターマシン(SVM)を用いて健康な人か、睡眠障害を患っている人かを検出するシステムを開発した。●独居老人の移動手段としての新幹線と飛行機を比べ、その特徴を解析した。●RFIDタグと読み取り機の相対角度及び距離を考慮に入れて、読み取り機から放射される電波の強度を機械学習で制御し、消費電力を最小限に抑えて対象物の不正持ち出しを検出する知的図書館ゲートシステムを開発した。●携帯型ゲーム機を用いて興味を引きながら、英語学習を効率よく実現させるシステムを提案した。●機械学習のランダムフォレストを用いて英語文を難易度別に分類するシステムを開発した。●深層学習を用いた独居者睡眠障害検知システムを開発した。●深層ニューラルネットワークを利用して、オーダー(注文)ピッキング作業者の行動から、作業中の感情や関与を予測するシステムを開発した。●英語の文書の難易度を基に、表現の変化を求める基本システムを開発した。当初の研究計画・方法通りに進めていくうちに、当時は思いつかなかった、いろいろなアイデアや見えなかった枝葉の問題等のことも実施することができ、上記の研究実績が得られた。令和元年度の研究計画・方法通りに進めていく。●ピアノ曲の難易度を評価させることから精神疾患を早期に発見するシステムを提案した。●老人のための旅行の奨励や歩行によるヘルスケアの成果をまとめた。●英語で書かれた旅行雑誌から特徴を抽出させ、精神疾患を早期に発見するための判断材料を抽出するシステムを提案した。●物忘れが気になり初めてきた老人を対象としたツイートによる災害情報を抜き出すシステムを提案した。●北陸新幹線を利用した外国人旅行者の老人と日本人旅行者の老人との特徴の違いを調べた。●ミールプリペイド・カードを用いた大学生の食生活支援を独居老人に応用した。●確信度に基づいた多数決理論を用いた近い将来の気分予測手法を提案した。●睡眠障害検出システムを提案した。●睡眠時無呼吸症候群を検出するための音と画像のコラボレーション処理を提案した。●利用者間で共感が発生した際の各利用者の脈拍変動の類似性から友情が芽生えたかどうかを推定する手法を提案した。これらの中で、最後の研究実績について、もう少し説明を加える。利用者は、腕時計型脈拍計を装着するだけで機械学習により自動的に推定された友情の度合いを知ることができる。利用者と友人候補の友情の度合いが大きいほど、利用者は友人候補に共感する回数が多くなる。それゆえ、友情の度合いは共感の発生頻度から推定できる。本手法の有用性を示すために、4人のグループで遊園地を楽しむイベントを想定し、実験を実施した。本論文では仮説検証を行い、利用者間で共感が起こった場合や、利用者間で相互に好感を抱いた場合に利用者の脈拍変動の類似度が高くなることを示した。各アトラクションの脈拍変動の類似性を機械学習に入力することで、アトラクション体験時に発生した友情の度合いを最大0.74のF値で推定できることを示した。平成30年度の研究計画・方法通りに進めていく。
凝縮系における励起状態の空間的伝播

層状半導体結晶中の積層欠陥に束縛された励起子は、その積層面内の方向にのみ運動することができる擬2次元励起子と考えられている。その中でも層状結晶Bil_3の積層欠陥励起子は特に大きな空間伝播性を持っており、その伝播速度は非常に速いことがこれまでの研究で明らかにされてきた^1。さらに最近、この励起子の高密度状態が空間的に非常に大きく拡がることが実験的に観測された^2。層状結晶における積層欠陥励起子の振る舞いに見られるように、固体結晶における励起状態の空間伝播はその励起子の空間的挙動に支配されており、励起子の動的振る舞いに関する知見を得るためには時間分解分光だけでなく空間分解分光による励起子の空間的振る舞いに関しても実験的に重要であることがわかる。本研究では、励起子のコヒーレンスの空間的拡がりを観測するために、非線形光学効果を利用した4光波混合法を空間分解型に改良して測定を行った。その結果、マクロな領域に渡って励起子の空間的コヒーレンスが拡がっていることを初めて観測することに成功した。さらに本研究では、これまで行ってきた層状半導体結晶の励起子系以外の励起子系でその空間的挙動を明らかにすることを目指し、アルキルアンモニウムメタルハライド結晶の励起子系に注目した。本研究では、アルキルアンモニウムビスマスブロマイドに関して単結晶を育成することに成功した。その試料に対する基礎的な光学スペクトルの測定を行い、そのスペクトルに顕著な励起子構造を見い出すことに成功した。今後、このアルキルアンモニウムメタルハライド励起子系に関して、これまで行ってきた時間・空間分解分光を行い、その空間的振る舞いを明らかにすることで、層状半導体の積層欠陥励起子との空間的振る舞いと比較し、励起子の空間的挙動に関する一般論を展開することを目指す。参考文献層状半導体結晶中の積層欠陥に束縛された励起子は、その積層面内の方向にのみ運動することができる擬2次元励起子と考えられている。参考文献
カンドルが表す対称性と低次元結び目理論

本研究のキーワードは「対称性」である.科学的対象には多くの対称性が潜んでおり,その対称性が対象の振る舞い・性質に大きな影響を及ぼしている.対称性の記述に優れた代数として「カンドル」というものが知られている.他方,空間内の絡まりを表す「結び目」に対しても,それに固有なカンドル,結び目カンドルが定まる.本研究の課題は,カンドルが記述する対称性と結び目カンドルとの関連性を調べ,これによって結び目が備える対称性にまつわる性質を抽出・記述・決定することである.この課題に基づいて,本年度は次のような研究を行った.1.ファイバー結び目の結び目カンドルからファイバー曲面を復元する方法について:ファイバー性は結び目が備えうる対称性の一種である.研究代表者は,一昨年度,ファイバー性を備えた結び目(ファイバー結び目と呼ぶ)の結び目カンドルが,ファイバー曲面の基本群と自己同相写像が定めるモノドロミーにより完全に記述できることを明らかにした.本年度は,昨年度に引き続き,ファイバー結び目の結び目カンドルから,ホモロジーの理論を活用して,ファイバー曲面を復元する方法について研究を進めた.幾つかの技術的な課題を残すものの,概ね結論には目処がついた.2.具体的な2次元結び目の結び目カンドルと回転対称性について:2-twist-spun trefoilと呼ばれる2次元結び目の結び目カンドルが,2次元球面のある回転対称性を表すカンドルと同型であることは良く知られている.研究代表者は,3-, 4-, 5-twist-spun trefoilと呼ばれる2次元結び目の結び目カンドルについて研究し,これらの結び目カンドルがそれぞれ正多胞体に関係する4次元球面のある回転対称を表すカンドルと同型であることを示した.この成果は論文にまとめ,現在,学術誌に投稿中である.本研究のキーワードは「対称性」である.科学的対象には多くの対称性が潜んでおり,その対称性が対象の振る舞い・性質に大きな影響を及ぼしている.本研究の課題は,対称性の記述に優れた「カンドル」という代数を活用して,「結び目」の対称性を抽出・記述・決定付けることである.この課題に基づいて,本年度は次のような研究を行った.1.回転対称は基本的かつ重要な対称性である.研究代表者は,(3次元に限らない)回転対称を記述するカンドルに着目して研究し,これらがある結び目達に固有なカンドル(基本カンドルと呼ぶ)と同型であることを示した.さらにその仕組みを詳しく研究し,これが結び目補空間の周期的な構造と密接に関係していることを明らかにした.その一つの帰結として,古典的に扱われてきた結び目達に固有な群(基本群)の振る舞いとは異なり,基本カンドルの位数は有限になり得ることを,組織的に解明した.この成果は,論文としてまとめ,学術誌で発表する予定である.また様々な集会で講演する予定である.2.(清水遼氏との共同研究)結び目の局所変形の一つに領域交差交換というものがある.この操作の亜種として,領域凍結交差交換と呼ぶ局所変形を導入し,その振る舞いについて研究を行った.領域凍結操作交換は,鏡映対称を通して,領域交差交換と密接な関係を持つ.この性質に着目して,領域交差交換と領域凍結交差交換との類似性・相違性を明らかにした.この成果は,論文としてまとめ,すでにJournal of Knot Theory and Its Ramificationsで発表している.また様々な集会で講演を行った.カンドルを活用して結び目を研究するためには,結び目の基本カンドルの振る舞いを把握することが重要である.前述の通り,本年度の研究により,基本カンドルは結び目補空間の周期的な構造と密接に関係していることが分かった.この構造を手がかりとすれば,研究の進捗をより加速できると考えている.本研究のキーワードは「対称性」である.科学的対象には多くの対称性が潜んでおり,その対称性が対象の振る舞い・性質に大きな影響を及ぼしている.対称性の記述に優れた代数として「カンドル」というものが知られている.他方,空間内の絡まりを表す「結び目」に対しても,それに固有なカンドル,結び目カンドルが定まる.本研究の課題は,カンドルが記述する対称性と結び目カンドルとの関連性を調べ,これによって結び目が備える対称性にまつわる性質を抽出・記述・決定することである.この課題に基づいて,本年度は次のような研究を行った.結び目が備えうるある種の対称性の一つに「ファイバー性」というものがある.ファイバー性は,ファイバー曲面と呼ばれる余次元1の多様体とその自己同相写像により完全に記述できる.研究代表者は,昨年度,ファイバー性を備えた結び目(ファイバー結び目と呼ぶ)の結び目カンドルが,ファイバー曲面の基本群と自己同相写像が定めるモノドロミーにより完全に記述できることを明らかにした.これは,ファイバー結び目の結び目カンドルには,ファイバー性の情報が豊富に含まれていることを意味する.そこで本年度は,ファイバー結び目の結び目カンドルから,ホモロジーの理論を活用して,ファイバー曲面を復元する方法について研究を進めた.この試みはまだ完成には至っていないが,幾つかの具体例と共に良い手応えを得ている.来年度中にはこの試みに解を得たい.ファイバー結び目の結び目カンドルからファイバー曲面を復元できるのならば,それは結び目カンドルから結び目補空間の対称性に関する幾何構造が復元できることを意味する.

このことを明らかにすることは,カンドルを用いて結び目が備える対称性を記述するためにも礎となるに違いない.研究代表者は,ホモロジーの理論を活用して,幾つかの具体的な例についてファイバー曲面の復元に成功している.来年度は,これを一般化することにより,結論にたどり着きたい.以上の理由より,研究の進捗はおおむね順調に進展していると考える.本研究のキーワードは「対称性」である.科学的対象には多くの対称性が潜んでおり,その対称性が対象の振る舞い・性質に大きな影響を及ぼしている.対称性の記述に優れた代数として「カンドル」というものが知られている.他方,空間内の絡まりを表す「結び目」に対しても,それに固有なカンドル,結び目カンドルが定まる.本研究の課題は,カンドルが記述する対称性と結び目カンドルとの関連性を調べ,これによって結び目が備える対称性にまつわる性質を抽出・記述・決定することである.この課題に基づいて,本年度は次のような研究を行った.1.ファイバー結び目の結び目カンドルからファイバー曲面を復元する方法について:ファイバー性は結び目が備えうる対称性の一種である.研究代表者は,一昨年度,ファイバー性を備えた結び目(ファイバー結び目と呼ぶ)の結び目カンドルが,ファイバー曲面の基本群と自己同相写像が定めるモノドロミーにより完全に記述できることを明らかにした.本年度は,昨年度に引き続き,ファイバー結び目の結び目カンドルから,ホモロジーの理論を活用して,ファイバー曲面を復元する方法について研究を進めた.幾つかの技術的な課題を残すものの,概ね結論には目処がついた.2.具体的な2次元結び目の結び目カンドルと回転対称性について:2-twist-spun trefoilと呼ばれる2次元結び目の結び目カンドルが,2次元球面のある回転対称性を表すカンドルと同型であることは良く知られている.研究代表者は,3-, 4-, 5-twist-spun trefoilと呼ばれる2次元結び目の結び目カンドルについて研究し,これらの結び目カンドルがそれぞれ正多胞体に関係する4次元球面のある回転対称を表すカンドルと同型であることを示した.この成果は論文にまとめ,現在,学術誌に投稿中である.本年度の研究成果を踏まえて,今後の研究方針を次のように考えている.カンドルにはホモロジー群が定まる.このホモロジー群はカンドルを用いて結び目の性質を記述するためにも有用である.研究代表者は,基本カンドルのホモロジー群はある意味で結び目補空間を記述するということを以前示している.基本カンドルが結び目補空間の周期的な構造に関係している以上,基本カンドルのホモロジー群にもその構造が反映されているはずである.まずこの点について研究を進め,関連性を解明する.上記を踏まえ,具体的な結び目の対称性を抽出・記述・決定付ける.本年度の研究成果を踏まえて,今後の研究方針を次のように考えている.まず,ファイバー結び目の結び目カンドルからファイバー曲面の復元ができるのか否かという問に答えを与える.この問が肯定的に解かれた場合は,この仕組みを活用して,主に曲面結び目の対称性について研究を進める.