hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼児期から学童期の文字獲得に関する縦断的研究―文字機能の自覚と使用実態に着目して

幼児期と学童期初期における文字使用実態の質的な相違を検討することを目的に、リテラシー獲得開始期の子どもを対象に、絵本の作成とそれに基づく語り課題、および子どものリテラシー獲得水準と文字環境に関する保護者への質問紙調査を設定して実証データを収集した。その結果、幼児期後半においては学童期とは異なり、従来型のテストで測定される読み書き指標が、日常場面の文字使用実態に必ずしも反映されないこと、またより早期の文字に対する関心や、読み書きできる文字数の多さが、実際の文字表現やそれを経ての文字機能の自覚へとただちに結びつくわけではないことが示された。本研究の目的は、子どもの文字機能に対する自覚および日常生活における使用実態という側面に着目し、学童期初期と幼児期における両者の質的な相違およびその間の変化のプロセスを検討することであった。このことをふまえ、本研究ではまず、リテラシー獲得が開始される幼児期後半における具体的場面での文字使用の資料を収集し、幼児ならではの文字の使用実態とその機能、それを成り立たせている条件を捉えることを試みた。保育所・幼稚園45歳児のべ54名を対象に、保育現場での「絵本作り活動」を用いた実験および保護者への質問紙調査によって示されたのは、文字獲得の初期である幼児期後半において、個々の文字を書けることと、それを媒体として使えることの間に一定の時間の隔たりが存在することである。また、絵本作成課題と保護者へのアンケートを通じて明らかになったのは、幼児期における文字使用の獲得水準は、文字への関心や書きそのものの開始時期、家庭における文字指導のスタイルなど、一般によく着目されるリテラシー獲得の諸側面を必ずしも直接的に反映していないということであった。ここからは幼児にとっての文字獲得とは、単に一人の子どもが一つ一つの文字を正確に覚えるという活動として構成されていくものではなく、正確に読み書きできる前段階も含めた“文字"の機能を、他者とのやりとりに埋め込まれたかたちで実感していく活動として構成されゆくものだと考えることができる。このことは初期リテラシー(Emergent literacy)の獲得を支えるにあたって、それがどのような環境に支えられて成り立っているかに着目する近年の諸研究の方向性とも重なる。なお、研究方法論の理論的整理と調査データの解釈にあたり、研究協力者として伊藤崇氏(北海道大学大学院教育学研究院・准教授)・常田美穂氏(香川短期大学・講師)の助力を得た。先行研究の多くが、文字獲得を従属変数として、読み書きがいかに成り立つかを説明する研究として位置づけられるのに対し、本研究ではそのようにして文字を獲得することがいかなる意味をもち、幼児の生活をどのように変化させるか、それが学童期へといかに結びつくのかを明らかにすることをねらいにデータ収集を行った。文献等を用いて検討したうえで、幼児の日常に埋め込まれた活動である「絵本作り活動」を取り上げ、保育所・幼稚園45歳児計54名を対象に、保育現場での実験および保護者への質問紙を用いた調査を実施した。具体的には、文字獲得期である幼児は絵本を作成するにあたって文字をどの程度用いるのか、作成した絵本について語る際に、文字はいかに機能するのか、また実際に用いられた文字は、当該幼児の文字獲得に関する大人の見立てをどの程度反映したものかを検討した。その結果、作成された絵本のうちおよそ8割の絵本で文字が用いられていたいっぽうで、保護者が把握している幼児の文字獲得水準が、必ずしも絵本における表現には反映していないケースがあること、また文字が書かれていても、自らつくった絵本をスムーズに語れるとは限らないことが示された。ここから、幼児の表現中に現れた文字は、あくまで表現手段として開始され、それが伝達や記憶の媒体として成立するにあたっては実際のやりとりを経る必要があること、それらのプロセスを経た結果、幼児自身のアイデアや思いを形に残すものとして機能する可能性が示唆された。なお、研究方法論の理論的整理と調査データの解釈にあたり、研究協力者として伊藤崇氏(北海道大学大学院教育学研究院・准教授)の助力を得た。本研究の目的は、子ども自身が文字を使いたくなる機会にいかに巻き込まれ、実際にそれを使っていくかという観点から、文字機能に対する自覚および日常生活における使用実態に着目し、幼児期と学童期初期におけるその質的な相違を検討することであった。このことをふまえ、本研究ではリテラシー獲得が開始される幼児期後半における具体的場面での文字使用の資料を収集し、幼児ならではの文字の使用実態とその機能、それを成り立たせている条件を捉えることを試みた。具体的には保育所・幼稚園45歳児のべ54名を対象に、絵本の作成とそれに基づく語り課題、および子どものリテラシー獲得水準と文字環境に関する保護者への質問紙調査を設定して実証データを収集した。

その結果示されたのは、幼児期後半においては学童期とは異なり、従来型のテストで測定される読み書き指標が、日常場面で文字を媒体として使用する姿に必ずしも反映されないこと、またより早期の文字に対する関心や、読み書きできる文字数の多さが、文字を使った実際の表現や、それを経ての文字機能の自覚へとただちに結びつくわけではないことである。これらをふまえると、幼児期において初期リテラシーの獲得を支える際に、文字知識が正確に獲得されたか否かだけではなく、幼児自身がその力を発揮したいと感じられる場をセットで準備できているかに注意を払うことが欠かせない、という視点へと結びつく。さらにここから、多様な背景をもつ家庭環境においてそのような場がどの程度保障されているかを探るとともに、それを補う存在である就学前から就学初期の教育プロセスにおいて、それを具体的に準備することがいかにして可能になるかを検討するという次の課題を導くことができよう。発達心理学・教育心理学文献検討と保育所ならびに幼稚園現場での調査を経て収集されたデータを分析したうえで、関連学会(日本教育心理学会)で報告し討論を行った。またこれまでの研究にて収集した、幼児期のリテラシー発達を支える音韻意識についてのデータとのリンクを分析したうえで、関連学会(American Psychological Association)にて報告し、討論を行った。必要な分析をおおむね終えたこれらの資料について、現在関連学会誌に論文投稿の準備中である。学童期についてのデータ収集および幼児期と学童期の比較データの分析結果を国内外に報告したうえで検討を進めることが今後の課題となる。(達成度6070%)本研究の目的は、子どもの文字機能に対する自覚および日常生活における使用実態という側面に着目し、学童期初期と幼児期における両者の質的な相違およびその間の変化のプロセスを検討することであった。文献検討を経て、保育所ならびに幼稚園現場での調査を開始し、収集されたデータについて分析したうえで関連学会での報告を行っている。学童期についてのデータ収集に着手すること、分析結果を国内外に広く報告したうえで検討を進めることが今後の課題となる。リテラシーの獲得を多面的に描き出すという観点から、別手法での保育所・幼稚園現場での調査を継続するとともに、学童期のデータ収集を進め、個々の幼児がどのように道具としての文字を使えるようになっていくかのプロセスを示すことを試みる。保育所ならびに幼稚園現場での調査を継続するとともに、保護者へのアンケート結果とリンクさせた分析を進め、学童期への追跡データ収集のための準備を進める。また、本研究で収集したデータと、これまでの研究にて収集した幼児期の音韻意識に関するデータとをリンクさせて再分析し、結果を関連学会(国外/国内)にて報告するとともに、論文投稿の準備を進める1)保育所ならびに幼稚園現場での調査およびデータ収集・分析に関わる費用(消耗品・分析用機材・謝金)、2)関連学会(国外/国内)での報告費用(発表費・旅費)、3)論文作成のための費用(関連文献費・資料収集旅費・英文校閲費)が主な支出となる
「翻訳」の哲学

1)翻訳ないしは解釈を行う場合、解釈のための単一の規範を示すのは不可能であるか、単一の規範だけであらゆる多様な解釈の根拠をすることは不可能であることを明らかにした上で、こうした解釈の手続きを<成功/失敗>といった行為論的な実用的視点ないしは機能主義的視点からとらえることの可能性をさぐった。その結果、行為における言語の役割、あるいは行為における合理性を総合的に把握しなおすことが問題として浮かび上がったが、これは今後の課題として残った。2)他方で、ある種の言語使用は他の言語使用の地平にとりこんだり還元したりすることができないことを明らかにした。そのうえで、伝統的な西洋思想のなかにこうした問題の思考可能性を探った。具体的には死を語る言語の可能性、プラトンの「対話」における「私の言語」から「われわれの言語」への翻訳問題、である。そのなかで「モナドロジー的存在論」と「関係論的存在論」との比較検討を通じて、ものの存在を絶対的に語るのではなく関係において語る方法としてアナロジーという語り方があがった。3)ある文化に属するものをそれとは異質な文化に取り込む場合にはイデオロギー性の発生を見るし、また、公共性の創設にあたっては暴力が必然的にかかわってくることを明らかにし、そのうえでこうした問題をどう考えるか、政治哲学的文脈での検討をおこなった。個別的には日本における漢字文化や明治以降のヨーロッパ思想の受容の諸相を分析することで、こうしたものが日本文化の一部となりながらもイデオロギー性などとむすびついた特殊な位置づけを獲得してゆく様を明らかにした。こうした方向性から、政治哲学的文脈において言語のもつ問題を思想史的に整理し、この問題がどのような地平で考えられるべきかを考察した。本年度は、一方で現代の多元主義的思考を検討し、他方で従来の古典的思索を翻訳ないしはコミュニケーションといった観点から検討する、といった多角的な研究が行われたが、そこから、さしあたり次のような知見を得ることができた。まず、プラグマティズム的なモデルによると異なる意味規則にしたがう言語システム間で「理解」が試みられる場合、そこに理解のための規則というものをあらかじめ設定する根拠ないしは必要性は全くないことが明らかにされた。しかし他方、こうした理解に対して「誤解である」などの「評価」を下す場合にはそこには逸脱を許さない規範が厳然として存在する。こうした評価的規範のもつ権力性をどう位置付けが、他のモデルの可能性を探る際の共通の課題として確認された。また、特にプラトンのいわゆるアポリア対話篇の検討を通して課題として明らかになったのが、日常的なコミュニケーションを破綻させてアポリアを招来する「徳」の位相をどう考えたらよいか、また逆に信念ないしは合意が形成されるような言語使用の位相をどう位置付けるか、といった問題である。たとえば、芸術の各ジャンルで表現様式や手法について議論することは有意味であるが、こうしたジャンルを越えてそれらに普遍的なものとして「美」というものを問題にすることが果たして可能ないしは有意味であるのか、また各ジャンルでの有意味性をどう考えるべきなのかといった問題が、伝統的な普遍を志向する哲学的思考の多元主義的思考に対する意味を解明する上での課題として見えてきた。その上で改めて、「信念や合意の形成に関する成功・不成功」という特異な行為論的問題として、レトリックという「技術」の位相が確認された。この他、日常の日本語に即した「日本語の論理」の構築の試みで一定の成果をあげられたことが特筆される本年度は前年度をうけて本プロジェクト全体の研究成果を出すべく、研究活動を行った。

まず、前年度に浮上した「信念や合意の形成に関する成功・不成功」という特異な行為論的問題については、翻訳ないしは解釈を行う場合、解釈のための単一の規範を示すのは不可能であるか、単一の規範だけであらゆる多様な解釈の根拠とすることは不可能であることを明らかにしたが、その結果、行為における言語の役割、あるいは行為における合理性を総合的に把握しなおすことが問題として浮かび上がったが、これは今後の課題として残った。また、日常的なコミュニケーションを破綻させてアポリアを招来する言語使用の問題に関しては、ある種の言語使用は他の言語使用の地平にとりこんだり還元したりすることができないことを明らかにし、そのうえで、死を語る言語の可能性、プラトンの「対話」における「私の言語」から「われわれの言語」への翻訳など、伝統的な西洋思想のなかにこうした問題の思考可能性を探った。そのなかで「モナドロジー的存在論」と「関係論的存在論」との比較検討を通じて、ものの存在を絶対的に語るのでなく関係において語る方法としてアナロジーという言語使用がうかびあがった。さらに評価的規範のもつ権力性の問題については、ある文化に属するものを異質な文化に取り込む場合にはイデオロギー性の発生を見るし、また、公共性の創設にあたっては暴力が必然的にかかわってくることを明らかにし、そのうえでこうした問題について政治哲学的文脈での検討をおこなった。個別的には日本における漢字文化や明治以降のヨーロッパ思想の受容の諸相を分析することで、これらが日本文化の一部となりながらもイデオロギー性などとむすびついた特殊な位置づけを獲得してゆく様を明らかにした。また、政治哲学的文脈において言語のもつ問題を思想史的に整理し、この問題がどのような地平で考えられるべきかを考察した。
教師の仕事を支える意欲の統合的構造とその発達

本研究では「教師」の意欲の構造とその統合的な発達について探索的に検討した。特に、教師の具体的な授業づくり(特に、「総合的な学習の時間」の実践化)のプロセスをフィールドワークによって把握することを通して、教師の仕事を支える意欲のあり方を探った。先行研究(鹿毛,1998など)によると、意欲は、「仕事の内容」、「仕事の条件」、「仕事の人間関係」、「仕事に対する自己意識」という4つの要素の影響を受けるとされている。4つの学校(3小学校、1中学校)における参与観察、インタビューの結果、教師の意欲は、これらすべてが有機的、統合的に構造化されている際に高まるという点が示唆された。すなわち、「仕事の内容」としては主体的にカリキュラムを創ること、「仕事の条件」としては、その主体性を促す学校運営システムであること、「仕事の人間関係」としてはTTなどで教師の個性を互いに認めながら生産的な議論ができる職場であること、「仕事に対する自己意識」としては、予期することの不可能な子どもの成長のプロセスを自分の喜びとできることがそれぞれ重要な要素として見出された。逆に、教師に対して他律的に与えられるカリキュラム、トップダウンのシステム、教師の個性が互いに認められることの少ない教師集団、教師が子どもの成長のプロセスを固定的なものと捉えるとともに所与の目標達成が教師の自尊心の中核になっていることなどは、教師の教育実践の創造に対する意欲を低下させることなどがわかった。意欲の構造の4要素は決して独立ではなく、相互に調和のとれた結合をすることによって、教育実践を創造しようとする教師の意欲が確かなものになることが示されたといえるだろう。「教師」の意欲の構造とその統合的な発達について検討することを目的とした本研究の第1年次として、今年度は主に理論研究を中心に取り組んだ。すなわち、動機づけ研究の対象領域として「教師という仕事」に焦点を当て、それに対する意欲の統合的な構造について考察した。具体的には、いわゆる「目標理論」について再検討し、意欲の統合的構造を目標の階層構造(be-goalとdo-goal)として再検討すると同時に、その「質」に注目することの重要性を明らかにした。すなわち、目標構造に注目すると、目標構造の上位に位置する「どのような教師になりたいか」(be-goal)という目標が「どのように授業するか」などの下位目標(do-goal)と有機的な関連を持っていると考えられるわけだが、その際、さらに教師自身の「願い」の質を明らかにし、その発達を具体的に検討することが次年度の重要な課題として見出された。また、このような理論的研究と同時に、本年度はインフォーマルなヒアリング調査を現場教師を対象として予備的に行った。その結果、授業プロセスにおける予期せぬ子どもの反応の中に「おもしろさ」を感じ、教師の認識枠組みとズレた子どもの情報をどのように処理し、どのようにそれを授業に反映させるか、そして教師自身がそこから何を学ぶのかという点が、教師の意欲構造の質を考える上で重要なポイントであることが明らかになった。さらに、この意欲構造の質の違いこそが授業過程や教師の思考としての評価過程を規程し、教師の力量の違いに反映されるのではないかという仮設も生まれた。次年度は、以上の成果を踏まえて、理論的、実証的アプローチをさらに進める予定である。
哺乳類動物におけるAPC活性化因子cdh1による多倍体化制御機構とその意義の解明

Cdhlの多倍体化における関与を検討するため、cdhl gene-trap(GT)マウスを用いて解析を行った。ヘテロGTマウスの交配から得られたblastocystをfibroblast growth factor4/heparin(F4H)存在下に培養してtrophobiast stemcell(TSC)を樹立した。TSCはF4H非存在下で培養すると、多倍体化により巨大な核をもつtrophoblastgiant cell(TGC)などを含む、すべての胎盤構成細胞へと分化することが知られている。野生型とホモGTTSCを分化誘導すると、ホモ細胞は巨核化の程度が野生型と比べ顕著に減少し、多倍体化に異常を呈していた。TGCにおける多倍体化はendoreplicationという、細胞分裂期をスキップしてDNA合成を繰り返す特殊な細胞周期制御機構によることが知られている。野生型TSCは分化誘導により細胞周期を脱出して増殖停止すると共にendorepiicationサイクルへとシフトするが、ホモTSCでは細胞周期脱出が認められずに増殖が分化誘導後4日目まで続いていた。また、TSCでの分化誘導に伴う胎盤分化マーカーの発現を検討してみると、TGC特異的マーカーの発現がホモ細胞では顕著に減弱していることが明らかになった。さらに、in vivoでもホモGTマウスの胎盤TGCは巨核化がほとんど認められず、in situ hybridizationではTGC特異的マーカー陽性細胞が減少していることが分かった。他研究者らの報告から胎盤TGCのendoreplicationと分化は互いに独立して制御されうることが示されていたが、今回の我々の結果より、Cdh1はTGCの多倍体化のみならず分化をも制御するdual-function regulatorであることが示唆された。
有機酸水溶液中での粘土層間チタニア架橋体の合成と機能材料への応用

従来、粘土層間チタニア架橋体の合成は、塩酸溶液で行われていたが、塩酸は反応性が高く金属を腐食するため反応容器の材料が制限されたり、周辺装置の腐食が問題となり使用に際しては環境への配慮を行う必要があった。本研究では、環境にやさしい合成法として腐食性の弱い酢酸を用いて、各種粘土をホストとして、粘土層間チタニア架橋体の合成に成功した。合成した粘土層間チタニア架橋体の機能材料への応用研究に一環として、光触媒作用、紫外線遮蔽剤への応用のため基礎実験を行った結果、次のことが明らかになった。(1)粘土層間チタニア架橋体は水中の難分解性残留塩素系農薬の完全分解応用高活性光触媒となることを発見した。従来、難分解性残留塩素系農薬であるHCH(通称BHC)の光分解に対してTiO_2は不活性といわれてきた。本研究で合成した雲母のチタニア架橋体(TiO_2-pill-Mica)がHCHの光照射によるCO_2とHC1への完全分解に高活性を示し、その原因がTiO_2を疎水性粘土をホストとして粘土架橋体し、HCHの吸着能の向上させたことによることを証明した。(2)ベンゼンの部分酸化反応に粘土層間チタニア架橋体は触媒作用を示し、そのホストとなる粘土の種類により生成物が異なることがわかった。水の共存下、TiO_2-pill-MicaおよびTiO_2-pill Saponite触媒を用いるとマレイン酸が主生成物となり、TiO_2-pill Monmorilloniteではレゾルシンが生成した。(3)粘土層間チタニア架橋体は添加される母材を保護する有用な紫外線遮蔽剤として使用できる可能性をもつことが明らかになった。チタニアを紫外線遮蔽剤として用いる場合、添加される母材の光分解による変質が問題となっている。本研究では、粘土層間チタニア架橋体の化粧品への添加を想定し、油脂の基本構造モデルとして分子サイズの異なるカルボン酸の光分解反応を行った。粘土層間TiO_2架橋体のうちTiO_2-pill Saponiteがカルボン酸に対して最も不活性であることから、紫外線遮蔽剤として適していることがわかった。酢酸水溶液中にtitanium tetraisopropoxide [Ti(O-iPr)_4]を加えてチタン多核錯体を合成し、マグネシウム-ケイ酸層で構成されているサポナイトおよび膨潤性マイカにインターカレーションによる粘土層間チタニア架橋体の合成における反応原料中のTi(IV)量の影響について検討した。生成物である粘土層間チタニアサポナイトおよびマイカでは、Ti(IV)/CEC=40の溶液が架橋体合成の最適条件であることがわかった。この合成条件では、表面積および細孔容積が大きく細孔分布も均一な生成物が得られた。Ti(IV)/CEC<40では、生成物の表面積および細孔容積が小さく、XRD測定においても架橋体の形成度が悪いことがわかった。Ti(IV)/CEC>40の溶液中での反応では、細孔容積が大きく細孔径も均一なものが形成されるが、粘土表面へのTiO_2の析出が起こるため、表面積は増大した。

これらの結果は、粘土チタニア架橋体を合成する際のTiO_2架橋構造の構築が、粘土のもつ結晶構造および層の化学組成に支配されている可能性を示唆している。そこで、アルミニウムケイ酸塩層により構成されているモンモリロナイトを原料として、酢酸溶液中で生成したTi(IV)多核錯体のインターカレーションによる層間チタニア架橋体の合成を試みたところ、合成反応の原料中のTi(IV)の量を制御することにより、細孔径の異なるモンモリロナイト層間-チタニア架橋体を合成することに成功した。また、モンモリロナイトの場合、層間が42Åと通常の架橋体の約2倍のものが得られた。滴下法についても検討を行ったところ滴下速度が重要なファクターであることがわかった。1)粘土層間チタニア架橋体の合成:粘土としてサポナイトを用いたTiO_2-架橋サポナイトの合成はすでに成功したので、平成12年度は粘土としてマイカとモンモリロナイトを用いて、TiO_2-架橋粘土の合成を行った。TiO_2-架橋サポナイトの合成と同様に、酢酸溶液中で多核錯体化したTi^<4+>を粘土層間にインターカレートしたものを合成し、これを大気中で焼成することにより有機物を除去した。キャラクタリゼーションは、XRD、表面積、細孔分布、XPS、UV-Vスペクトルなどを測定することにより行った。マイカ、モンモリロナイトともに架橋体が生成した。比表面積はTiO_2-架橋サポナイトで2.5倍、TiO_2-架橋モンモリロナイトでは50倍、TiO_2-架橋マイカでは100倍に達した。細孔分布の極大値はいずれも4.2nmにあり、粘土による差は見られなかったことから、TiO_2-柱の間隔は粘土による差が現れないものと推察される。2)粘土層間チタニア架橋体の機能材料への応用:合成した粘土層間チタニア架橋体は、いずれも紫外部にTiO_2による強い吸収があり、紫外線吸収剤として有効であることがわかった。また、合成に酢酸を用いているので、塩酸を使う従来法の製品には残留塩素の影響が現れるが、本研究で得られた製品は白色を呈し、化粧品などに混入できる可能性を見い出した。また、直鎖アルキルアルコールの光分解反応触媒として用いたところ、アルキル基が長いほうが分解され難いことから化粧品基質の分解が抑制できるものと考えられる。従来、粘土層間チタニア架橋体の合成は、塩酸溶液で行われていたが、塩酸は反応性が高く金属を腐食するため反応容器の材料が制限されたり、周辺装置の腐食が問題となり使用に際しては環境への配慮を行う必要があった。本研究では、環境にやさしい合成法として腐食性の弱い酢酸を用いて、各種粘土をホストとして、粘土層間チタニア架橋体の合成に成功した。合成した粘土層間チタニア架橋体の機能材料への応用研究の一環として、光触媒作用、紫外線遮蔽剤への応用のための基礎実験を行った結果、次のことが明らかになった。(1)粘土層間チタニア架橋体は水中の難分解性残留塩素系農薬の完全分解反応用高活性光触媒となることを発見した。従来、難分解性残留塩素系農薬であるHCH(通称BHC)の光分解に対してTiO_2は不活性といわれてきた。本研究で合成した雲母のチタニア架橋体(TiO_2-p ill-Mica)がHCHの光照射によるCO_2とHClへの完全分解に高活性を示し、その原因がTiO_2を疎水性粘土をホストとして粘土架橋体し、HCHの吸着能の向上させたことによることを証明した。(2)ベンゼンの部分酸化反応に粘土層間チタニア架橋体は触媒作用を示し、そのホストとなる粘土の種類により生成物が異なることがわかった。
生体分解性径カテーテル的ASD孔閉鎖デバイスの開発

生体分解性素材を使用して次世代のASD閉鎖孔デバイスを実用開発ができないか、基礎的な検討を行った。生体分解性ポリマー(PLA、PGA)を用いて、デバイスの試作と分解速度測定をin vitro環境下にて行った。2ヶ月時に最大酸性化を認めたが、人体に影響を及ぼすものではなかった。次に、豚を用いたデバイスの機能性評価として、右房壁にデバイスを移植し、2と4ヶ月後に犠牲死させた。術後急性期合併症は認めず、2ヶ月後では骨格となるポリマーは遺残するものの、デバイス内への良好な細胞浸潤と表層内皮化を観察した。4ヶ月後には、さらに密な組織再生を観察することが出来た。また分解物による塞栓所見も認めなかった。生体分解性ASDデバイス開発にあたり、その素材とデバイス開発に主眼を置いた実験を施行した。ポリマーであるPGA(Poly-glycolic acid)糸の加水分解時間の測定及び分解時酸性化程度をin vitroで測定し、その安全性について確認したところ、約3-4ヶ月でその張力を無くなり、またその際の溶液の酸性度もpH7.0程度までと生体に問題ないレベルであると確認された。次に、動物に右房移植し8週目に組織解析をしたところ、内膜が1層表面に張っており、組織浸潤も良好であることが証明された。平行して、生体分解性金属を用いたデバイス作りの可能性についても現在その検討に入っている。今回、我我は生体分解性素材を使用して、より周囲組織との適合性の高く生体内で分解することが可能な次世代のASD閉鎖孔デバイスを実用開発ができないか、基礎的な検討を行った。生体分解性ポリマー(PLA、PGA)を用いて、デバイスの試作と分解速度測定をin vitro環境下に行った。In vitro環境下では、2ヶ月ことまでかけて、加水分解に伴うと考えられる浸透Medium液(今回はPBS液)の酸性化を認めたが、人体に影響を及ぼすまでの物ではなく、その後は特に酸性化が強くなることはなかった。その後、大動物(豚)を用いて、デバイスの機能性評価を施行した。今回、予算的に人工心肺を使用した心房中隔壁への移植は困難と考え断念し、開胸下に右房壁に穴をあけ、開発デバイスを心房壁内側と外側にまたがるように移植した。移植後、経時的(2ヶ月と4ヶ月)でSacrificeし、移植デバイスでの組織再生の程度を評価した。結果、術後急性期に出血等、手技・デバイスに起因する合併症は認めなかった。術後2ヶ月後のSacrificeと組織評価結果では、骨格となるポリマーは遺残するものの、デバイス内への良好なcell infiltrationと右房内側表層の内皮化を観察しえた。4ヶ月後にもSacrificeし、評価を施行したが、さらに密な組織再生を観察することが出来た。また本デバイスで最も懸念される分解物による塞栓に関しても評価を行った。今回右心系を用いた実験だったため、血栓による肺梗塞所見がないか組織学的評価を行ったが、それを疑う所見は認めなかった。一方で、ポリマーだけのデバイスでは圧着力に脆弱性が残ることが、今回の実験で明らかになった。今後、この点に関して解決を目指し、生体分解性ASD閉鎖孔デバイスの実用化に目処を付けたい。素材、デバイス開発研究に関しては比較的順調に進んでいる。ただし、申請金額から大幅な予算減額があり、大動物実験を予定通りすることは困難で有り、動物を用いた評価系に関しては、申請書通りには進んでいない(これは予算措置によるものであり、如何ともしがたい状況である)。医歯薬学次年度はさらに現在のデバイスの改良を進めると共に、カテーテルの開発にも取り組み、実用化に近づけたいと考える。予算減額等があり、大動物実験の実施が難しい状況であるが、その代替手段の検討と共に、他の外部資金が獲得できないかも含め検討を行っていく予定である。また生体分解性金属の本デバイスへの使用に関しても、その可否と安全性を小動物を中心に調べていく予定である。本金属に関しては、新規素材のため、医用使用に関して素材承認を取る必要があり、それに関しても関係機関と調整を図っていく予定である。本年度予定していた大動物実験は、交付金額から考えると予算上実施不可能と考え、次年度に実施すべく繰り越しを行った。本年度繰越金と次年度交付金を合わせて大動物実験を行う計画である。
前頭連合野の神経活動と視覚的意識の関係

計画初年度および2年度の研究の結果、ニューロン活動記録実験(本実験)に用いる行動課題として、Dual task paradigm(二重課題法)と呼ばれる刺激提示方法を用いることが本研究の目的に最も適していることが明らかになった。二重課題とは、被験者に同時に二種類の異なる課題を行わせる実験手法である。この時、二重課題を構成するそれぞれの課題の正答率は、個々の課題を単独で課した場合の正答率より低下することが、二重課題干渉(Dual task interference)として知られている。本研究で用いた二重課題では、サルに、視野内の異なる場所に配置されたリング状の視覚刺激の輝度の微細な変化を検出(注意課題)させる傍らで、視野内の5カ所の内のいずれかに提示される別の視覚刺激(正方形の一様光ディスク刺激)の場所を記憶させる(短期記憶課題)という二種類の課題を同時に課した。行動データ解析の結果、2頭のサルにおいて、二重課題干渉が起こることが示された。即ち、両課題を同時に行った二重課題場面における各課題の正答率が、注意課題と短期記憶課題を別個に行った場合の正答率に比べて、顕著に低下した。更に、サル前頭連合野から単一ニューロン活動を記録・解析した結果、2頭のサル両者において、前頭連合野のニューロン活動が二重課題干渉を示すことが明らかになった。即ち、短期記憶課題を単独で課した場合に記録された記憶関連活動が、同一の課題が二重課題の一部として行われた場合には、顕著に減衰することが示された。更に、二重課題場面における記憶関連ニューロン活動の減衰の大きさは、行動レベルで観察された二重課題干渉の大きさと相関していることが示された。従って、行動レベルで観察された二重課題干渉という現象は、前頭連合野の単一ニューロンの挙動によって説明されることが示された。本研究の結果は、多くの心理現象の説明に幅広く用いられてきた「認知資源」という心理学的概念に、神経科学の立場から直接的な証拠を提示するという意義を持つ。「意識・思考の座」と考えられている前頭連合野の神経活動が、我々の意識や心を反映しているのかどうか、反映しているのであれば、どのような神経メカニズムが関与しているのか?これを明らかにするために、1)「確信度評定を伴うBackward masking視覚刺激弁別課題」を作成し、ヒト被験者を対象に予備実験を行った。結果、視覚刺激が見えたかどうに関する確信の強さは、実験者が制御するマスク効果の強さと相関して現弱した。同時に、Continuous Flash Suppression(CFS)、及びChange detection課題、ノイズ条件下の視覚探索課題という3種類の手法を用いて同様の検討を行った。いずれの手法ともに、ヒト被験者に対して類似した結果が得られ、視覚刺激に対する被験者の主観的経験(見え)を制御できることが確認された。特に、ノイズ条件下の視覚探索課題は課題で求められる行動の単純さ、ターゲット検出(ターゲットの見え)難易度のコントロールのし易さから、動物実験に最も適した課題であることが確認された。2)提示された4つの視覚刺激の中からどの刺激を選択するか、という意思決定課題を用いて、2頭のサルから記録された単一ニユーロン活動を解析し、視覚刺激に対する前頭連合野ニューロンの応答とサルの思考過程の関係を検討した。結果、視覚刺激に応答する前頭連合野ニューロン活動には、単純な視覚応答だけでは説明できない成分が含まれていることが示唆された。通常、前頭連合野のニューロンは視覚刺激に対して約100msの潜時を持って一過性のバースト状の活動を示す。本研究の結果、提示された4つの視覚刺激の中からどれを選択するかというサルの判断によって、応答潜時が約50msの範囲で異なることが示された。ニューロンが早いタイミングの応答を示した場合には、サルがこのニューロンが好む方向へ提示された刺激を選択し、逆の場合はサルがニューロンの好まない方向への刺激を選択する、という傾向が示された。このニューロン活動は、サルの内的な思考過程と密接な関わりを持つことが示唆された。この結果に関しての論文を現在作成中である。前頭連合野は「意識・思考の座」と考えられている。この領域の神経活動が我々の意識や心を実際に反映しているのかどうか、反映しているのであればどのような神経メカニズムが寄与しているのか、そのメカニズムを検討した。本年度は(1)実験動物(サル)の行動課題トレーニングを完了し、(2)サル前頭連合野から、視野内に提示された視覚刺激に応答する単一ニューロン活動を記録・解析して、視覚刺激に対する前頭連合野ニューロンの応答特性が課題中のサルの認知状態を反映して変化していることを示すデータを得た。具体的に、(1)計画初年度の探索的検討の結果、動物実験に用いる行動課題のトレーニングDouble stimulus課題と呼ばれる刺激提示方法を用いた。Double stimulus課題とは、被験者に視野内の異なる点に焦点的注意を向けさせる傍らで、課題とは直接関係の無い視覚刺激(second stimulus)を提示し、この刺激に対する脳活動を測定することで、異なる認知状態における感覚刺激の受容のされ方を比較する手法である。1頭のサルの前頭連合野からニューロン活動を記録/解析した結果、サルが視野内のどこに焦点的注意を向けているかによって、受容野(一つの視覚応答性ニューロンが視覚刺激の受容を担当する空間的範囲)が著しく異なるまるニューロンが発見された。このような、サルの認知状態によって受容野の位置が顕著に変化する

○ニューロン活動は、これまでに仮説として提唱されていたが(Connor 2006)、実際に前頭連合野において記録されたことが報告されていなかった。本結果は、2010年度日本神経科学会大会、北米神経科学会大会において発表予定である(日本神経科学会大会:投稿済み)。計画初年度および2年度の研究の結果、ニューロン活動記録実験(本実験)に用いる行動課題として、Dual task paradigm(二重課題法)と呼ばれる刺激提示方法を用いることが本研究の目的に最も適していることが明らかになった。二重課題とは、被験者に同時に二種類の異なる課題を行わせる実験手法である。この時、二重課題を構成するそれぞれの課題の正答率は、個々の課題を単独で課した場合の正答率より低下することが、二重課題干渉(Dual task interference)として知られている。本研究で用いた二重課題では、サルに、視野内の異なる場所に配置されたリング状の視覚刺激の輝度の微細な変化を検出(注意課題)させる傍らで、視野内の5カ所の内のいずれかに提示される別の視覚刺激(正方形の一様光ディスク刺激)の場所を記憶させる(短期記憶課題)という二種類の課題を同時に課した。行動データ解析の結果、2頭のサルにおいて、二重課題干渉が起こることが示された。即ち、両課題を同時に行った二重課題場面における各課題の正答率が、注意課題と短期記憶課題を別個に行った場合の正答率に比べて、顕著に低下した。更に、サル前頭連合野から単一ニューロン活動を記録・解析した結果、2頭のサル両者において、前頭連合野のニューロン活動が二重課題干渉を示すことが明らかになった。即ち、短期記憶課題を単独で課した場合に記録された記憶関連活動が、同一の課題が二重課題の一部として行われた場合には、顕著に減衰することが示された。更に、二重課題場面における記憶関連ニューロン活動の減衰の大きさは、行動レベルで観察された二重課題干渉の大きさと相関していることが示された。従って、行動レベルで観察された二重課題干渉という現象は、前頭連合野の単一ニューロンの挙動によって説明されることが示された。本研究の結果は、多くの心理現象の説明に幅広く用いられてきた「認知資源」という心理学的概念に、神経科学の立場から直接的な証拠を提示するという意義を持つ。
内在性水チャンネルの人為的誘導と開閉制御による哺乳動物卵子の耐凍性向上

マウス卵子のガラス化凍結後の生存性を高めるため、細胞内氷晶形成の起点となりやすいミトコンドリアに着目し、その内膜の透過性向上を試みた。内膜に発現するmitochondrialpermeability transition poreの開口剤である酸化フェニルヒ素で卵子を処理すると融解直後の生存性が向上したが、培養1時間後には死滅した。内膜に発現する水チャンネルの発現誘導を試みたが、融解後の生存性は向上しなかった。細胞やミトコンドリアの脱水/濃縮促進のため、平衡ガラス化法を用いて近平衡状態で凍結融解すると、培養後の生存性も高かった。従って卵子の凍結保存には平衡ガラス化法が適していると考えられた。哺乳動物卵子の凍結保存は実用的なレベルに達していない。凍結保存後に卵子が死滅する主な原因は、凍結融解過程での細胞内氷晶形成である。ミトコンドリアは外膜と内膜の二重の生体膜に覆われ、内膜の膜透過性が極めて低いことから内部に氷晶が形成されやすいと考えられる。そこで、ミトコンドリア内膜の膜透過性を向上させることによって、卵子の細胞内氷晶形成が抑制され、耐凍性が向上するかどうかをしらべた。まず、ミトコンドリア内膜で発現する可能性がある内在性水・耐凍剤チャンネル(AQP9)の卵子内での発現の向上と、少:量の外来性AQP9の細胞質内での発現を試み、さらにガラス化凍結後の生存性をしらべた。その結果、卵子の凍結後の生存性が向上し、耐凍性も向上することがわかった。卵子内でのAQP9の発現が耐凍性向上に関与していることを確認するために、内在性AQP9の発現を抑制したマウス桑実胚を作製し、ガラス化凍結後の生存性をしらべた。その結果、桑実胚の生存性は大きく低下し、その原因が細胞内氷晶形成によると推察された。したがって、卵子のミトコンドリア内でのAQP9の発現が、卵子内での氷晶形成を抑制して耐凍性を向上させると考えられた。次に、ミトコンドリア内膜で発現し、開口する・と水と耐凍剤を透過すると考えられるmitochondrial permeability transitionpore (MPTP)に着目し、マウス卵子をMPTP開口剤である酸化メチルヒ素(PAO)で処理した後にガラス化凍結し、融解後の生存性をしらべた。、その結果、PAOで処理した卵子ではミトコンドリア内膜の透過性が向上し、ガラス化凍結後の細胞内氷晶形成が抑制され、融解直後の生存性も向上した。これらの結果から、ミトコンドリア内膜の膜透過性を向上させることによって、卵子の細胞内氷晶形成が抑制され、耐凍性が向上することがわかった。哺乳動物卵子の凍結保存の成功例は多数報告されているが、未だ安定して高い生存率がえられる方法は確立されていない。その原因は細胞内氷晶が形成されやすいからである。成熟したミトコンドリアの内膜は透過性が極めて低いが、水チャンネルやMitochondrialPermeability Transition Pore(MPTP)が発現しているので、水や耐凍剤はある程度透過できると考えられる。しかしながら、卵子ではミトコンドリアが未熟なので内膜の透過性が低く、細胞内氷晶が形成されやすいと考えられる。そこで卵子と初期胚の耐凍性にMPTPが関与しているかどうかをしらべた。マウス未成熟卵子に、MPTPの構成タンパク質であるCyclophilin-Dのdouble stranded (ds)-RNAを注入して成熟させ、その発現を抑制した成熟卵子を作製し、エチレングリコールをベースとしたガラス化溶液(EFS40a)を用いてガラス化凍結した。Cyclophilin-D発現抑制卵子の凍結/融解後の生存率は未処理卵子と有意な差は見られなかった。また、マウス前核期胚にCyclophilin-D dsRNAを注入して培養し、その発現を抑制した2細胞期胚を作製して同様にガラス化凍結/融解後の生存性をしらべた。Cyclophilin-D発現抑制2細胞期胚は未処理胚と比べて生存率は低下しなかった。したがって、卵子と初期胚では、MPTPは凍結/融解後の生存性に影響を与えていないと考えられた。次に、従来のガラス化法と比べて細胞の脱水/濃縮の度合いが大きく細胞内氷晶形成を起こしにくい平衡ガラス化法にてマウス成熟卵子をガラス化凍結した。25°Cの水中で融解した場合の生存率は極めて高く、室温の空気中で融解しても多くの卵子が生存していた。これらの結果から哺乳動物卵子の凍結保存には平衡ガラス化法が有効であることが示唆された。

哺乳動物卵子の凍結保存は成功例が多数報告されているが、未だ安定して高い生存率は得られていない。その原因は細胞内氷晶が形成されやすいからである。成熟したミトコンドリアの内膜は透過性が極めて低いが、水チャンネルであるaquaporin (AQP) 8やAQP9、あるいはMitochondrial Permeability Transition Pore (MPTP)が発現しているので、水と耐凍剤はある程度透過できる。しかし、卵子ではミトコンドリアが未熟なので水と耐凍剤がこれらのチャンネルを介して移動できず、細胞内氷晶形成の起点になっていると考えられる。そこで、卵子にAQPの発現を人為的に誘導したり、発現しているMPTPを人為的に開口させたりすることによって、耐凍性が向上するかどうかをしらべた。まず、培養細胞等でAQP9の発現を誘導するrosiglitazone、オレイン酸、Wy14643を添加した培養液でマウス未成熟卵子を成熟培養し、エチレングリコールをベースとした保存液(EFS40)を用いてガラス化凍結した。しかしながら、耐凍性は向上しなかった。一方、AQP8の発現を誘導するdibutyl cAMPを添加した培養液で成熟培養した場合は、濃度依存的に凍結融解後の生存性が向上する傾向があったが、ばらつきが大きかった。次に、MPTPを開口させることによって卵子の耐凍性が向上するかどうかをしらべた。MPTPを開口させる酸化フェニルヒ素で処理した成熟卵子ではMPTPが開口し、凍結融解後の生存率も向上したが、2時間培養すると死滅した。カルシウムを含まない培養液での培養では、卵子のMPTPが開口すると速やかに卵子が死滅した。一方、サリチル酸では卵子のMPTPは開口しなかった。したがって、MPTPを開口させて耐凍性を向上させることは可能であるが、卵子に傷害を与えやすいことがわかった。当初計画通り、ミトコンドリア内膜の膜透過性を向上させることによって、卵子の細胞内氷晶形成を抑制し、耐凍性を向上させることができるという我々の仮説を証明できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの結果から、ミトコンドリア内膜の透過性を向上させることによって、卵子の耐凍性を向上させるというアイディアそのものは正しいと判断される。しかしながら、卵子に傷害を与えずに安定して耐凍性を高めるまでには至っていない。すなわち、AQPの発現を人為的に誘導して耐凍性を向上させることについては、dibutyl cAMPによってある程度可能であると考えられるが、安定した結果がえられていない。また、MPTPの人為的な開口による耐凍性の向上については、酸化フェニルヒ素を使うことによって可能であることが確認されたが、すべての卵子が傷害を受けた。従来の平成24年度以降の計画通り、マウス卵子の内在性AQPを安定して誘導できる条件を検索する。また、卵子がアポトーシスを起こさない程度にMPTPが部分開口させる条件を検索する。そして、内在性AQPを誘導、あるいはMPTPを部分開口させた卵子を体外受精し、正常な受精能と発生能を維持しているかどうかを明らかにする。そして、実際にマウス卵子のガラス化凍結を試みる。卵子や胚のミトコンドリアで発現しているAQP8、AQP9あるいはMPTPが、卵子や胚の耐凍性に実際に関与しているかどうか等、基礎的研究に力点を置いて研究を進める予定である。
医療保健施設における躯体畜熱空調方式の適合性と放射・換気・湿度制御に関する研究

比較的小さな熱負荷で全日の在室を前提とするような医療保健施設において,躯体蓄熱式空調システムの適合性を確認するとともに,さらに,放射・換気・湿度制御が可能な総合的な空調システムのための基礎研究を行った。1)潜熱・顕熱式電気床暖房システムを採用した老人福祉施設での室内温熱環境測定やシミュレーションモデルによる評価の結果、(1)床から室内への放熱は一日を通して確認でき、室内の垂直温度分布は均一であること、(2)PMVは生活時間帯を通してほぼ±0.5以内におさまっており快適感が得られることを明らかにした。2)氷蓄熱ビルマルチパッケージと天井内空気吹き付け式躯体蓄熱を併用したオフィスビルにおける夏季の室内環境、スラブ蓄熱量、消費電力の夜間移行率などについて、調査解析を行った。その結果、(1)室内熱環境はASHRAE快適域の推奨値を満たしていること、(2)消費電力量の夜間移行率は60%であり、そのうちの14%は躯体蓄熱の寄与分であったことなどを明らかにした。3)氷蓄熱式マルチ床吹出し型パッケージと電動シャッター付床吹出口の組合わせにより、上下床スラブの躯体蓄熱と氷蓄熱併用システムを採用したビルの室内環境、躯体蓄熱量、システムの効率について検討した。その結果、(1)期待通りの室内熱環境と負荷平準化効果が得られること、(2)GRCに蓄熱された冷熱は午前中を中心に放熱され午後からは床スラブからの放熱が大部分を占めることなどがわかった。本研究は,全日の在室を前提とし,比較的熱負荷の小さな医療保健施設において,躯体蓄熱式空調システムの適合性を確認するとともに,さらに,放射・換気・湿度制御が可能な総合的な空調システムについて検討するものである。本年度の研究実績は以下のとおりである。(1)病室における躯体蓄熱の適応性について(シミュレーション)病室を想定した数値シミュレーションにより,躯体蓄熱空調システム(プレナム内空気吹き付け方式)を採用した場合の室内熱環境およびエネルギー消費特性について検討した。また,夜間電力の有効利用とコスト削減を目的とした躯体蓄熱・氷蓄熱併用運転の効果についてもシミュレーションによる検討を行った。病室の空調システムとして躯体蓄熱を採用することにより室内の放射環境改善効果が認められ,さらに,氷蓄熱と併用した場合は,通常の全日空調より従量電気料金が38%低減する。(2)医療施設の空調設備設計条件及び管理指針の確認と整理「病院空調設備の設計・管理指針(HEAS-02-1998)」(日本病院設備協会)の確認や医療従事者(産業医科大学産業生態科学研究所)との面談を行った。院内空気の清浄度の確保,気流分布,圧力バランスを含めた総合的な換気計画の必要性が明らかになった。(3)療養施設および療養室の熱環境および熱負荷パターン解析研究代表者によって19992000年に行われた老人保健施設2件(従来型空調方式と蓄熱式床暖房方式)の調査データを詳細に解析し,療養室熱環境と施設の熱負荷パターンについて整理した。本研究は,全日の在室を前提とし,比較的熱負荷の小さな医療保健等の施設において,躯体蓄熱式空調システムの適合性を確認するとともに,さらに,放射・換気・湿度制御が可能な総合的な空調システムについて検討するものである。本年度の研究実績は以下のとおりである1.氷蓄熱床吹き出しパッケージを利用した躯体蓄熱システム(蓄熱時の空気経路:室内機→床下(閉空間)→ペリメータダクト→天井内→室内機)を採用するビル(平成15年5月竣工)の計測システムの構築を行い、竣工後の実測に向けて、床スラブ表面および内部温度(計81点)など合せて約200点のセンサー取り付け作業を行った。

2.2003年4月に完成した北九州市立大学特殊実験棟に天井スラブ垂直吹き付け方式の躯体蓄熱システムを採用し、天井裏空間での温度変動、スラブ蓄熱量、天井下面の熱流や総合熱伝達率等の諸特性について検討した。本システムにおいて空調負荷の約40%はスラブへ、20%程度は天井板へ蓄熱されている。また、蓄熱時に天井スラブ下表面の総合熱伝達率は710W/m^2・Kであることがわかった。3.内部発熱が比較的小さい(熱負荷のピークが冬季暖房時に生じる)療養施設や一般住宅における床蓄熱システムについて検討を行った。前者は潜熱蓄熱式床暖房方式、後者は床下温風暖房方式である。床下温風暖房方式の地盤への熱損失は小さく、地盤の熱容量をうまく利用したシステムであることが明らかになった。負荷平準化に寄与するとともに室内の放射環境改善効果が顕著であると言われる躯体蓄熱式空調方式を対象に、以下の(1)(3)の研究を行うとともに、本システムを医療保健施設に適用する場合の有効性や問題点についても検討した。(1)氷蓄熱床吹き出しパッケージを利用した躯体蓄熱システム(蓄熱時の空気経路:室内機→床下(閉空間)→ペリメータダクト→天井内→室内機)を採用するビル(平成15年5月竣工)の運転実績データ(床スラブ表面および内部温度(計81点)など約200点)を収集し、このシステムの躯体蓄放熱特性、システム効率、負荷平準化効果について実証的に明らかにした。空調用消費電力の夜間移行率は約70%となりランニングコストの削減が期待できる。室温も快適域に保たれるが、昼間の潜熱除去が不十分なため、相対湿度70%を超える時間が全体の10%程度となった。(2)氷蓄熱ビルマルチ方式と躯体蓄熱システムを併用したビル(平成15年2月竣工)においてその性能を明らかにした。冷気の当て方としては簡便な天井スラブ垂直吹き付け方式を採用したため、蓄熱量の平面分布が顕著であるが、平均すると200KJ/m^2となり、当初目標とした熱量をほぼ蓄えることができた。また、空調用消費電力の夜間移行率は60%程度であり、室内温熱環境も快適であった。(3)2002年4月に完成した北九州市立大学特殊実験棟にヘッダー状水平吹き出し方式の躯体蓄熱システムを採用し、非蓄熱方式との比較を行うとともに、本方式におけるスラブの熱特性、温熱環境、供給熱量、蓄熱効率等について明らかにした。最後に、本年度の(1)(3)の研究によって得られた各種躯体蓄熱システムの基本的熱特性を整理するとともに、平成13年度に行ったシミュレーションを通して、病棟部門のような24時間居住空間での躯体蓄熱システムの適合性について総合的に評価した。
歪みによるスピン流及び磁化生成

電荷によるスピン(磁性)の制御、またスピン(磁性)による電荷の制御を目的とした研究分野はスピントロ二クスと呼ばれる。特に重要な概念は純スピン流である。これはアップとダウンのスピンを持つ電子が逆の速度を持つことによって生じる電流を伴わないスピンの流れである。純スピン流は時間反転に対して偶の対称性を持ち、従って散逸を伴わずにスピンを運ぶため、省エネルギーデバイスに利用が期待されている。スピントロ二クスの分野ではどのようにして電荷とスピン自由度を結びつけるか、特にどのようにして純スピン流を生成するか、が重要な課題である。近年、歪みによる物性制御が注目を集めている。例えば炭素一層からなるグラフェンに歪みを与えることで有効的に300テスラ以上の強磁場をグラフェンに与えることが実験的に確認されている。また、歪みをベリー曲率の効果として取り入れる理論的枠組みが近年整備されつつある。本研究ではスピン軌道相互作用のある3次元の金属に外部から歪みを与えた系において、歪みを1パラメータで表し、空間3次元に加えた4次元空間に対するボルツマン運動方程式を用いて、歪みに起因するベリー曲率及び軌道磁気モーメントを定式化した。。歪みにより誘起される磁化については軌道磁化とスピン磁化の2種類の磁化を計算した。以上の結果により、歪みによるスピン流と磁化の生成が明らかになった。今後、モデル計算を用いて、どのような状況でスピン流と磁化が大きくなるのか明らかにする予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は格子歪みという自由度に着目し、歪みに起因したベリー位相を用いて、金属において歪みによるスピン流及び磁化生成を調べることである。本研究で明らかになる新奇なスピン変換のメカニズムは、すでに実験的に確立された技術を使って検証することができるため実験への波及効果も期待される。具体的には、スピン軌道相互作用のある金属に外部から歪みを与えた系を考え、スピン流及び磁化生成にどのような対称性の破れが要求されるか調べた。歪みを1パラメータで表し、空間3次元と加えた4次元空間における半古典的運動方程式を用いた計算の枠組みを検討した。歪みに起因するベリー曲率及び軌道磁気モーメントを含むボルツマン方程式を用いてスピン流及び磁化の定式化を検討した。モデルとしてワイル半金属のハミルトニアンを用いて計算を考えている。今後、検討中の計算をさらに進める。また、得られた結果を用いてどのような状況でスピン流と磁化が大きくなるか検討する。また、現実の物質として対称性の低いTeおよびMnSiを想定した定量的な計算も行い、実験で測定可能な大きさの応答を示すかを明らかにする。当該領域の実験家と議論し実験的提案も行う。特に歪みを与えるためにどのような基盤を使うのが良いか議論する。当初の予定通りに、スピン流及び磁化生成にどのような対称性の破れが要求されるか調べ、計算の枠組みを検討できたため。。検討中の計算をさらに推し進める。次に、スピン軌道相互作用のある金属に次の摂動を加えた場合を考える:(i)外部からスピン流を注入する。(ii)磁場を印加する。これらの摂動により生じる格子振動を調べる。スピン流注入及び磁場印加による格子振動の生成を予言する。フォノンの波束の満たす半古典的運動方程式を導出する。その際、フォノンがボゾンであることに注意する。この半古典的運動方程式が含むベリー曲率にスピン流や磁場の影響が取り込まれる。

また、オンサガー相反性の観点から前年度の研究結果との関係性を調べる。具体的な知見を得るため、モデルとしてワイル半金属のハミルトニアンを用いて計算を行い、解析的な結果を用いてどのような状況で格子振動が大きくなるか明らかにする。また、TeおよびMnSiなどの現実の物質を想定した定量的な計算も行い、実験の指針を与える。当該領域の実験家と議論し実験的提案も行う。また、最局在Wannier関数を用い第一原理計算を援用してより実験に即した定量性の高い予言も行う。数値計算を迅速に行うため、研究室に設置の計算機や平成30年度に導入予定の計算機を用いて計算し、必要な場合は東京大学物性研究所のスーパーコンピュータを用いて数値計算を行う。本研究で想定している金属へのスピン流注入、磁場印加、及び歪み印加はいずれもすでに実験的技術が確立しており、実験家と相談して早期に本研究の予言の実験的検証を実現させたい。そのために本研究で予言する現象を示すできるだけ多くの物質を探索する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。