hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
時期・組織特異的なIGFシグナルの増強を可能にするクロストーク制御タンパク質

インスリン様成長因子(IGF)は、他のホルモンなどと協同してその活性が増強される点が特徴で、このメカニズムによって、時期特異的・組織特異的なIGF生理活性の発現が可能となっている。我々は、ラット甲状腺由来正常細胞FRTL-5を甲状腺刺激ホルモンとIGF-Iで処理することにより、細胞増殖が相乗的に促進されることを見出しており、cAMP経路の長時間刺激により、Shc、IRS-2といったIGF-1レセプターキナーゼ基質のチロシンリン酸化が増強されることを明らかにしてきた。今回、cAMP経路を長時間刺激した際にp125タンパク質がチロシンリン酸化、これを認識してp85 PI 3-kinase (PI3K)が結合、PIP_3が生成することが明らかとなった。これによってAktが活性化、その結果、Shc遺伝子の転写誘導、p66 Shcタンパク量が増加、IGF-1依存性チロシンリン酸化の増強が引き起こされる。一方、IRS-2をbaitとしたyeast two-hybrid screeningを行い、IRS-2と相互作用する分子の遺伝子を取得することに成功した。取得した分子のうちいくつかの分子は、cAMP処理したFRTL-5において、IRS-2と相互作用し、これらを過剰発現させた293T細胞では、IGF-I依存性IRS-2のチロシンリン酸化が増強されることが明らかとなった。最後に、cAMP依存性PI3K活性化は、Cyclin D1,Eの翻訳促進に必要であり、IGF-I依存性PI3K活性化は、Cyclin D1,E mRNAの著増、p27^<Kip1>の著しいユビキチン化を誘導する役割を果たすことを示した。他の結果も併せ、cAMPまたはIGF-I処理に応じたPI3K活性化は、各々異なる機構を介して細胞周期制御因子の量を調節、その結果CDKが活性化、G1/S期進行が起こることが明らかとなった。IGFは、他のホルモン・成長因子と協同してその活性が増強される点が特徴で、このメカニズムによって、時期特異的・組織特異的なIGF生理活性の発現が可能となっている。申請者らは、ラット甲状腺由来正常細胞FRTL-5を甲状腺刺激ホルモンとIGF-Iで処理することにより、細胞増殖が相乗的に促進されることを見出した。この際、cAMP経路の長時間刺激により、Shc、IRS-2といったIGF-Iレセプターキナーゼ基質のチロシンリン酸化が増強される、すなわち、IGF-Iシグナルが増強されることを明らかにした。今回、cAMP経路を長時間刺激した際にプロテインキナーゼA活性化を引きがねとして、細胞膜に存在するp125タンパク質をチロシキナーゼがチロシンリン酸化、これを認識してPI 3-kinase p85制御タンパク質が結合、PIP_3が生成することが明らかとなった。これによってAktが活性化、その結果、Shc遺伝子の転写誘導が起こり、p66 Shcタンパク量が増加、IGF-I依存性チロシンリン酸化の増強が引き起こされることがわかった。次に、IRS-2をbaitとして、ヒト胎盤cDNA libraryをpreyとしたyeast two-hybrid screeningを行ったところ、Tatのco-activatorであるTAP及びTip60、そして複数のまだ報告のないタンパク質の遺伝子の取得に成功した。これらの分子の中で、特にTAPを過剰発現した293細胞では、IRS-2のIGF-I依存性チロシンリン酸化が増強され、IRS-2のチロシンリン酸化の増強に、このようなタンパク質の関与が示唆された。

最後に、上記のようなシグナル系の活性化により、G1サイクリンの増加、CDK阻害分子p27^<Kip1>の減少が起こり、CDKが活性化、細胞周期がS期に進行することも明らかにした。我々は、甲状腺細胞FRTL-5をcAMP濃度を上昇させる薬剤で長時間前処理すると、IGF-I依存性細胞増殖が増強されることを見出している。この際、cAMP処理に応じたp125のチロシンリン酸化を介しPI 3-kinase(PI3K)が持続的に活性化されること、IGF-I処理に応じIGF-I受容体キナーゼ基質IRS-2がチロシンリン酸化され、これに相互作用しているPI3Kが一過的に強く活性化されるが、cAMP前処理によって、IRS-2と相互作用するタンパク質によりIRS-2チロシンリン酸化が増強され、PI 3K活性化が増強されること、そしていずれのPI3K活性化も相乗的細胞増殖に必須であることを明らかにした。そこで本年度は、cAMP処理やIGF-I処理に応じた細胞周期制御因子の発現変動を解析、更に、各々の刺激に応じたPI3K活性化がこれらの変動に果たす役割を検討した。まずCDK活性促進因子Cyclin D1,Eについては、cAMP前処理がIGF-I刺激に応じたmRNA増加を促進し、これをcAMP処理に応じて活性化するタンパク合成系が翻訳、その結果これらのタンパク量が著増した。一方、CDK活性抑制因子P27^<KiP1>については、cAMP前処理がIGF-I刺激に応じたユビキチン化・タンパク分解を促進、タンパク量が著減した。続いて、PI3Kの活性化の意義を阻害剤を用い検討したところ、cAMP存性PI3K活性化は、Cyclin D1,Eの翻訳促進に必要であり、IGF-I依存性PI3K活性化は、Cyclin D1,E mRNAの著増、P27^<Kip1>の著しいユビキチン化を誘導する役割を果たすことが示された。他の結果も併せ、cAMPまたはIGF-I処理に応じたPI3K活性化は、各々異なる機構を介して細胞周期制御因子の量を調節、その結果CDKが活性化、G1/S期進行が起こることが明らかとなった。我々は、予め甲状腺刺激ホルモンをはじめとしたcAMP経路を活性化する薬剤で、ラット甲状腺由来正常細胞FRTL-5を長時間処理(cAMP前処理)すると、IGF-I刺激に応答したIGF-I受容体チロシンキナーゼの活性化は変化しないにも関わらず、その基質の一つIRS-2およびp66 Shcのチロシンリン酸化が増強され、その結果、相乗的増殖誘導が引き起こされることを明らかとしている。この機構を解析する過程で、cAMP経路の長時間刺激に応答してIRS-2と他の分子が相互作用し、IRS-2が受容体キナーゼによりチロシンリン酸化されやすくなることが明らかとなった。次に、cAMP長時間処理に応答してIRS-2と相互作用する分子を探索するため、cAMPで前処理したFRTL-5細胞から調製したmRNAを用いてcDNA libraryを作成した。このcDNA libraryをprey、IRS-2をbaitとしたyeast two-hybrid screeningを行った結果、IRS-2と相互作用する分子の遺伝子を複数取得することに成功した。
地域-般住民におけるハイリスク腹部肥満およびメタボリックシンドロームの同定

地域一般住民における腹部肥満、メタボリックシンドローム、高感度CRPと尿中微量アルブミンとの関連について検討を行った。腹部肥満やMetSに該当しさらに高感度CRPが高値を示すものが、腹部肥満単独やメタボリックシンドローム単独、CRP高値単独よりも微量アルブミン尿に対するハイリスク者であることが示され、腹部肥満やメタボリックシンドロームに高感度CRPを組み合わせることによって特定健診・特定保健指導においてもより効果的な抽出・指導に役立つ可能性が示唆された。平成20年度は、まずこれまでの既存の健診データから腹部肥満の種々の生活習慣病に対する危険性の評価を行った。対象を腹部肥満(男性腹囲≧85cm、女性腹囲≧90cm)の有無で2群に分けて追跡を行うと、腹部肥満群においては将来的な糖尿病の罹患に関しては約2.5倍、高血圧の罹患に関しては約2倍のリスクがあることが確認された。また腹部肥満で危険因子の集積しているメタボリックシンドロームに該当する者においては、全身の血管内皮機能障害を反映すると考えられる尿中微量アルブミン量が高値を示し、内臓脂肪の蓄積および腹部肥満が内皮機能障害を引き起こし、さらに動脈硬化を進展されることにより、心血管疾患イベントを増加させている可能性が示された。よって腹部肥満結果として心血管疾患イベントを増加している可能性が示され、ライフスタイルへの介入は重要であることが示唆された。また対象を腹部肥満の有無で2群に分け、さらに高感度CRP(hsCRP)の中央値で高hsCRP群、低hsCRP群の2群に分け、非腹部肥満で低hsCRPの正常群、腹部肥満単独群、高hsCRP単独群、腹部肥満+高hsCRP群の4群に分けて追跡を行うと、腹部肥満+高hsCRP群のみにおいては将来的な高血圧の罹患の有意なリスクとなることが示され、そのハザード比は1.5であった。よって腹部肥満に該当する者の中でも潜在性の動脈硬化のマーカーである高感度CRPを組み合わせることにより、種々の生活習慣病罹患のハイリスク者を同定できる可能性も示された。平成20年度の健診受診者638名におい高CRPや尿中微量アルブミンおよびアディポサイトカインの測定を行っておより、これらの結果を踏まえてさらなる解析を進めていく予定である。地域一般住民におけるメタボリックシンドローム(以下MetS)、高感度CRP(以下hsCRP)と尿中微量アルブミンとの関連について検討を行った。壮瞥町住民健診受診者722名のうち高血圧、糖尿病、脂質異常症にて治療中の者を除いた303名を解析対象とした。わが国の診断基準に基づいてMetsを判定し、hsCRPに関しては中央値で高hsCRPと低hsCRPと判定した。また随時尿における尿中アルブミン・クレアチニン比≧30mg/g・Crを微量アルブミン尿陽性と判定した。対象をMetS非該当で低hsCRPの正常群、MetS単独群、高hcCRP単独群、MetS+高hsCRP群の4群に分けて、微量アルブミン尿陽性との関連についてロジスティック回帰分析を用いて検討を行った。正常群での微量アルブミン尿の頻度が6.2%に対してMetS単独群で25%、高hsCRP単独群で12.8%、MetS+高hsCRP群で27.8%であった。微量アルブミン尿陽性を従属変数としたロジスティック回帰分析を行うと、年齢、性別、喫煙、収縮期血圧値、血糖値、総コレステロール値、クレアチニン値で調整後のオッズ比は、正常群を対照群としてMetS単独群のオッズ比は5.80(95%CI:0.86-39.13)、高hsCRP単独群では2.70(95%CI:0.99-7.28)、MetS+高hSCRPでは6.58(95%CI:1.34-32.08)であった。今回の検討より、MetSに該当しさらにhsCRPが高値を示すものが、腹部肥満単独やMetS単独、高hsCRP単独よりも、全身の血管内皮機能異常を反映している微量アルブミン尿に対するハイリスク者であることが示され、MetSに高感度CRPをみ合わせることによって特定健診・特定保健指導においても動脈硬化性疾患に対するハイリスク者の効果的な抽出・指導に役立つ可能性が示唆された。
生殖巣の初期形成を支える細胞ダイナミズム

脊椎動物を含む多くの後生生物では、初期生殖巣は体細胞により構成される。その後、全く別の場所で形成されていた生殖細胞が移動して生殖巣にたどり着き、最終的に機能的な生殖器官が形成される。従って、生殖器官の形成のしくみを考える際、生殖細胞のみならず、その受け入れ側である初期生殖巣の成り立ちを理解することは重要である。初期生殖巣は腎臓領域に隣接して、体腔中胚葉から形成される。興味深いことに、もとは同じ体腔中胚葉でも、生殖巣を作る細胞群は間充織細胞として積極的に体内に潜り込む一方で、腎臓領域付近の体腔中胚葉はこのような潜り込みはおこさず、腎臓のもっとも外側を一層の上皮細胞として覆うようになる。このような現象の観察から、次のような疑問が生じる。体腔中胚葉が間充織細胞になることが、生殖巣を作るのに必要でありかつ十分であるのか?そこでこれらの疑問に答えるべく、腎臓領域を覆う体腔中胚葉(本来は上皮のまま:腎体腔上皮と呼ぶ)を実験的に操作し、間充織細胞へと変化させるという新しい実験系を確立した。上皮が間充織化する現象はEMT(Epithelial-to-Mesenchymal Transition)として広く知られ、特にガン生物学の分野では、EMTは上皮性ガン細胞の転移と深く関係していることが知られている。実際の体内におけるEMTについては依然謎が多いが、培養細胞系では、EMTに関与する分子群は多く知られている。そこで我々は、これらの候補分子を腎体腔上皮に強制発現させ、EMTが誘起されるかについて調べた。結果、RhoAやSlug(zinc finger family)などの分子がEMTをおこす能力を持っており、逆に、Cdc42は上皮構造の維持に重要であることなどが明らかになった。今後は、EMTが誘発された腎体腔上皮が、はたして生殖巣の分化形質を獲得するかについて研究を進めていく予定である。本年度は主に、1)動物の生殖巣の再生機構、2)生殖巣の形成における細胞の挙動と分化、という2点に注目して研究を行った。それぞれの研究成果の概略を以下に示す。1)環形動物であるヤマトヒメミミズは、無性生殖と有性生殖の両方の能力をもつ極めて珍しい動物である。無性生殖で増殖する際、ヤマトヒメミミズは自らのからだを数断片に切断し、それぞれの各断片はその後完全に再生してもとの成体に戻る、というサイクルを繰り返す。一方で無性生殖中のヤマトヒメミミズをある条件下におくと、有性化し、体の前方の7番目と8番目のセグメントに生殖巣が発達する。これらの現象からいくつかの興味深い疑問が生まれる。まず、生殖巣を作る能力を持つ7-8セグメントは、体の後方からでも再生するのか?つまり生殖巣は再生するのか?次に、もし生殖巣が再生するとすれば、生殖細胞はどこからくるのか?様々な解析の結果、生殖巣を作る能力を持つセグメントは、体の後方からも再生することを見いだした。また生殖細胞の挙動について、他のモデル動物で広く知られているPiwi遺伝子の発現をマーカーにして解析したところ、Piwi陽性細胞は無性個体において、7-8セグメントにクラスターをなして局在していた。加えて驚くべきことに、Piwi陽性細胞は体全体にもまばらに散らばっていた。これらの細胞は、無性生殖によって体が断片化する際、切断面に存在するPiwi細胞が増殖し、体の再生に伴って再生芽組織に侵入し、やがては将来の生殖巣になる体細胞の組織と混ざり合うことを見いだした。以上の知見は、生殖巣の再生の分子機構を探る上で極めて新しい発見であり、生殖医療につながる研究基盤となる。2)脊椎動物の初期胚では、生殖巣原基は側板中胚葉に由来する。その際上皮-間充織転換が起こり、細胞が体内に移動することを見いだした。細胞の極性変化が生殖細胞の分化にどのような役割を持つのかについて、現在解析中である。

実際の体内におけるEMTについては依然謎が多いが、培養細胞系では、EMTに関与する分子群は多く知られている。そこで我々は、これらの候補分子を腎体腔上皮に強制発現させ、EMTが誘起されるかについて調べた。結果、RhoAやSlug(zinc finger family)などの分子がEMTをおこす能力を持っており、逆に、Cdc42は上皮構造の維持に重要であることなどが明らかになった。今後は、EMTが誘発された腎体腔上皮が、はたして生殖巣の分化形質を獲得するかについて研究を進めていく予定である。
脂質滴局在分子による脂質動態制御と細胞膜ミクロドメイン

脂質滴はほとんどの細胞に見られる構造であり,コレステロールエステルなどの中性脂質が集積する.脂質滴は膜脂質組成の調節に関係し,それにより膜ミクロドメインの構造やそこでのシグナル伝達制御にも関わると考えられる.脂質滴機能を明らかにする目的で,脂質滴成分を網羅的に解析し,新たな脂質滴蛋白質を同定した.今年度はRab18について解析した.抗Rab18抗体による標識,EGFP-Rab18の観察より,Rab18が脂質滴に特異的に局在することを確認した.脂質滴マーカーであるADRPとの二重標識により,両者は脂質滴表層に共存するが,その標識強度は相補的であった.EGFP-Rab18を強制発現させると,導入分子が発現した脂質滴でのみADRPの標識強度が低下し,Rab18はADRPを排除することが示された.EGFP-Rab18を発現した細胞を電顕観察すると,小胞体またはその延長部分が脂質滴と密着する構造が高頻度で観察された.ADRPをRNA干渉法で発現抑制した細胞,およびBrefeldin A処理でADRPを脂質滴表層から脱落させた細胞でも同様の密着構造が見られ,いずれの場合も対照群に比較して有意の差が認められた.これらの結果はGTP結合蛋白質であるRab18が脂質滴表層に結合する性質を持ち,さらにADRPを排除することで小胞体と脂質滴の密着構造形成を誘導することを示す.小胞体との密着構造はミトコンドリアや細胞膜でも観察され,いずれも膜間の脂質移動に関係すると考えられている.Rab18が誘導した小胞体・脂質滴間の密着構造についても同様の機能を持つと推測され,その結果として膜ミクロドメインに影響を与える可能性が考えられる.脂質滴はほとんどの細胞に見られる構造であり,コレステロールエステルなどの中性脂質が集積する.脂質滴は膜脂質組成の調節に関係し,それにより膜ミクロドメインの構造やそこでのシグナル伝達制御にも関わると考えられる.脂質滴機能を明らかにする目的で,脂質滴成分を網羅的に解析し,新たな脂質滴蛋白質を同定した.今年度はRab18について解析した.抗Rab18抗体による標識,EGFP-Rab18の観察より,Rab18が脂質滴に特異的に局在することを確認した.脂質滴マーカーであるADRPとの二重標識により,両者は脂質滴表層に共存するが,その標識強度は相補的であった.EGFP-Rab18を強制発現させると,導入分子が発現した脂質滴でのみADRPの標識強度が低下し,Rab18はADRPを排除することが示された.EGFP-Rab18を発現した細胞を電顕観察すると,小胞体またはその延長部分が脂質滴と密着する構造が高頻度で観察された.ADRPをRNA干渉法で発現抑制した細胞,およびBrefeldin A処理でADRPを脂質滴表層から脱落させた細胞でも同様の密着構造が見られ,いずれの場合も対照群に比較して有意の差が認められた.これらの結果はGTP結合蛋白質であるRab18が脂質滴表層に結合する性質を持ち,さらにADRPを排除することで小胞体と脂質滴の密着構造形成を誘導することを示す.小胞体との密着構造はミトコンドリアや細胞膜でも観察され,いずれも膜間の脂質移動に関係すると考えられている.Rab18が誘導した小胞体・脂質滴間の密着構造についても同様の機能を持つと推測され,その結果として膜ミクロドメインに影響を与える可能性が考えられる.
野外ニワトリに発生した腎腫瘍に関する病理学的研究

ニワトリに自然発生した腎腫瘍12例につき病理学的,微細形態的に検討し、このうち4例の凍結保存腫瘍組織乳剤ををニワトリに接種し、腫瘍誘発を試みた。腎腫瘍は組織学的にいずれも腎芽細胞腫で、山口県下の養鶏場より得た廃鶏483羽中に発見したものである。これら12例を尿細管様構造が著明な上皮型(4例)と間葉系成分に富む腎芽細胞型(8例)に分類した。上皮型は1側性または両側性白色腫瘤として認められ、他蔵器へ転移している例もあった。組織学的には大小不同,不整形管腔が密在し、管腔上皮の重層化も顕著であった。基底膜形成は部位によって不完全であった。微細形態的には平滑な細胞体が接着斑によって連結し、微織毛に被われた管腔を形成していた。腎芽細胞型では多くが両側性で、腎表面に隆起する数個の白色腫瘤として認められ、出血部も多くみられた。組織の大部分を占める細胞は立方形ないし多角形で、淡明膜を有する細胞が網工状または索状に増殖し、この中に不完全な管状構造を形成する部位が限向性に認められた。上皮に浸析する像や毛細血管網の形成もみられた。微細形態的にこれらの構成細胞は多様で、上皮および間葉系の性質を示した。電子顕微鏡で観察した7例中5例に、腫瘍組織中にC型粒子が観察された。ウィルス粒子は細胞膜および空胞限界膜からの出芽が高頻度であったが、大小の増殖巣を作っている例もあった。この腎腫瘍12例と同時に収集した卵巣・卵管腫瘍46例中ウィルス粒子が認められた例は3例であったことを考慮して、腎芽細胞腫とウィルスとの関連性が強く示された。4例の腎芽細胞腫凍結保存材料乳剤を接種したニワトリでは接種例全例に何らかの腫瘍性増殖が認められ、また、同じ4例を接種した鶏胚線維芽培養細胞から、1例にトランスフォーミングウィルス(NK24様)が分離された。
Cu_2O被覆Cu電極の光電気化学特性

Cu板を熱焼成により調製したCu_2O薄膜の電気化学特性を調べたところ、Li^+が存在する水溶液およびアルカリ水溶液中でCu_2Oの還元電位が異常なほど負側にシフトすることを見出した。例えば、1M LiOH中におけるCu_2O+2H^++2e^-=2Cu+H_2Oの酸化還元電位は-0.55V vs. Ag/AgClであるのに対し、同溶液中にてCu_2O被覆Cu電極の還元反応をボルタモグラムで調べたところ、-1.45V vs. Ag/AgCl付近で還元され、-0.9程度負側にシフトすることがわかった。この電位は、現段階で見積もられているCu_2Oの伝導帯下端の電位とほぼ同じである。したがって、本電極に光照射を行うことによって生じる励起電子は、電極自身を還元することが無いことが予測される。それを確かめるため、酸素で飽和した電解液に電極を入れ、定電位を印加しながら光照射を行ったところ、Cu_2Oの還元反応よりも酸素還元反応が優先的に進行した。すなわち、Cu表面に生成させたCu_2O薄膜が可視光で作動するp型半導体電極となり得ること、ならびに光還元反応時に電極自身が還元されないことが確認された。さらに、酸素で飽和した電解液に電極を入れ、電位を印加せずに光照射を行ったところ、Cu_2Oの量が増加することがわかった。これらの結果より、熱焼成にて作製したCu_2O被覆Cu電極は、可視光で駆動する半導体電極であり、なおかつ、Cu_2O量が何かの原因で減少した際には、光照射によってその量を復活できる、自己増殖型半導体電極として利用できることがわかった。
感受概念の言語化に注目した教育実習生の実践知獲得プロセスの研究

本研究のテーマである「教職実践経験を通して獲得される実践的知識の獲得プロセスの解明」については,前年度までの研究成果を再検証し,データ分析結果・解釈の精緻化に取り組んだ。具体的には,授業実践を振り返るプロセスにおいて,被験者(教育実習生)が「何に」注目し,「どのように」言語化を試みたのか,またそれは「なぜ」なのかを深く精査する試みである。データ分析結果・解釈の精緻化を行った主たる理由は,去年度までに被験者の認知的因子(思考,信念,意思決定等)が感情・情動的因子(文脈に依存した心理的,もしくは身体的反応を伴う主観的経験)と複雑に絡み合っている実態を捉えることができたものの,主要データの定性分析(特に,グラウンデッド・セオリー・アプローチ:GTA)において,理論的飽和状態(入手した質的データからこれ以上新しいカテゴリーを創出することが不可能な状態)がみられなかったからである。このデータ分析結果・解釈の精緻化を通して,教師が身体感覚を通して授業実践時に形成する「感受概念」の特徴および傾向とそれを言語化するプロセスをより正確に捉えることができた。被験者が授業実践時に形成した「感受概念」は,大別すると教師としてのあり方や教育のあり方に関わる「教育的信念」に起因するものと,特定の文脈・状況に依存した「即興的判断」に起因する周辺的なものが観察された。授業を振り返る際に実践的知識の具象化(reification)が適切に行われるか否かは,教師の心的態度(自身の認知および感情・情動と対峙する姿勢)が決定づけている。新任教師や教育実習生が,単独で振り返りを行う場合,ある程度の危険性(教師としての適性を疑うネガティブ思考,自尊感情や自己肯定感の低下,職業的自己同一性の揺らぎ等)を伴う可能性が示唆された。これらの研究成果を基に,学術図書(和書)の原稿執筆を進め,適宜,関連する研究成果を公表した。本研究は,研究代表者1名と研究分担者2名の計3名で構成する研究組織によって遂行される。したがって,初年度にあたる平成27年度は,研究実施計画に基づいて研究体制の確立に努め,主に理論研究とパイロット・スタディを行った。理論研究については,暗黙知の言語化を促す手法として知られるTAE(Thinking At The Edge)に焦点をあて,TAEに関わる哲学,教育学,心理学,臨床心理学,看護学,社会学等の分野における研究動向及び学術的議論の動向を調査し,実践的知識(実践知)とリフレクション(内省・内観・振り返り)の概念化,教師成長を促すリフレクションの手法とその効果についての文献収集と理論化作業を進めた。さらに,教師成長と英語学習者としての自伝的記憶を調査するための定性研究手法の調査も実施した。これらの理論研究遂行と同時に,被験者1名を選出した上で,定性分析手法の妥当性を検討するためのパイロット・スタディを実施した。まず英語教師を志す学部生(被験者を含む)を対象に「TAEによるリフレクション活動」のワークショップを開催し,被験者に実践知を言語化する手法を学ばせ,言語化プロセスをデータとして収集した。その後,教育実習前後にインタビューを行い,被験者の実践知とその獲得プロセスを分析した。また,「L2 poetryを取り入れたリフレクション活動」のワークショップも開催し,入手した被験者の異なる質的データを複眼的に考察しながら,パイロット・スタディの主要データ(教育実習前後のインタビュー・データ)を分析した。TAEによるリフレクション活動導入に関わるメリットとデメリット,インタビュー実施時に被験者が直面する言語化の壁の存在,リフレクション活動におけるL2 poetryの有効性を明らかにすることができた。理論研究はおおむね順調に進展しているものの,パイロット・スタディに関しては,被験者の主要データ(教育実習後のインタビュー・データ)の収集と分析作業が遅延したため,ワークショップ等を通して入手した補足データと主要データの比較分析(複合調査:データ・トライアンギュレーション)作業が遅れている。当該年度も研究組織には変更はなく,研究代表者1名と研究分担者2名の計3名で研究を遂行した。当該年度は,前年度に引き続き,暗黙知の言語化を促す手法TAE(Thinking At The Edge)と諸分野におけるTAEを援用した研究の動向及び学術的議論の調査,実践的知識(実践知)とリフレクション(内省・内観・振り返り)の適切な概念化,リフレクションの手法と効果についての文献調査を実施した。これらの理論研究実施と同時に,平成27年度に遅延したパイロット・スタディのデータ収集・分析を可及的速やかに完了させ,メインの研究を本格的に実施する計画であった。しかし,研究代表者の活動拠点で,平成28年4月14日夜及び4月16日未明に発生した熊本地震の影響により,すべての研究活動を約5カ月間中止することを余儀なくされた。研究計画全体の大幅な見直し(修正・変更)が必要となり,平成28年度末にかけてようやくパイロット・スタディが完了した。これは震災がなければ年度前半に終了していたはずである。前年度の『研究実施状況報告書』において言及した「やや遅れている」進捗状況は,平成28年度においてさらに遅延する形となったが,パイロット・スタディは完了したため,研究者間でのデータ分析・解釈結果の比較検討を行った上で,国内外での口頭発表と論文出版を実現させることができた。メインの研究については,被験者1名が震災による多方面への影響のため研究プロジェクトから辞退したが,新たに選定した被験者からのデータ収集・分析は開始されており,今後も継続して遂行可能であること明記しておく。平成28年4月14日夜及び4月16日

未明に発生した熊本地震の影響(研究代表者)による。当該年度も,研究代表者1名,研究分担者2名の計3名から成る組織で研究を遂行した。熊本地震の影響で前年度に遅延していた工程を効率よく前に進め,研究者全員で入手済みのすべての質的データの分析結果を統合し,研究成果を複数の媒体で公表することを主たる目的とした。本研究のテーマである「暗黙知の言語化と実践的知識の獲得プロセスの解明」に関しては,被験者(教育実習生)の認知的因子に感情・情動を範疇とする様々な因子が社会文化的な外的因子と複雑に絡み合っていること,「授業を振り返り経験から意味を見出す行為」は単なる認知的活動ではなく,感情・情動的活動でもあることが明らかとなった。被験者は,教職経験が不足しているがゆえに,授業を振り返る際の着眼点が教室で経験した「ネガティブな事象」となる傾向が強く,またそのネガティブな事象を思惟するプロセスが,被験者にとって「影響力のある他者」(被験者の親【理想の教師像】)の存在による多大な心理的影響を受けていることがわかった。教師としての成長に不可欠とされるリフレクション(振り返り,省察)を通して実践的知識を顕在化させるには,経験の感情・情動的側面を意識的に探求することが重要であり,身体感覚を通して形成される「感受概念」を基に言語化することが効果的であることが示唆された。当該年度は,研究者間の連携強化を図るためにコラボレーション・ツールStride(Atlassian)を導入し,各種文書・資料の共有とオンライン・ミーティングを複数回実施した。したがって,先述の研究結果は,各研究者が導き出した解釈・結論の相違・類似点の検証を経たものであり,研究者間における間主観性を確認済みである。なお,当該年度の研究成果は,国内学会等での口頭発表2件,国際学会での口頭発表2件,研究論文1本,学術図書(和書)の分担執筆1件として公表することができた。当該年度を通して複数回開催したオンライン・ミーティングによって,研究計画全体の見直しと進捗状況の確認をスムーズに行い,協働作業を効率よく進めることができた。結果として,前年度に遅延した工程をほぼ計画通りに完了することができ,複数の媒体で研究成果を公表することができた。加えて,研究実施期間の延長(補助事業期間の延長)申請が認可されたため,次年度も中・長期のスパンで震災による研究活動への影響を払拭することが可能となった。当該研究はおおむね順調に進展していると判断できる。本研究のテーマである「教職実践経験を通して獲得される実践的知識の獲得プロセスの解明」については,前年度までの研究成果を再検証し,データ分析結果・解釈の精緻化に取り組んだ。具体的には,授業実践を振り返るプロセスにおいて,被験者(教育実習生)が「何に」注目し,「どのように」言語化を試みたのか,またそれは「なぜ」なのかを深く精査する試みである。
エネルギー変換材料を志向したπ共役rod-coil共重合体の創製

本研究は汎用高分子と、電気化学・光機能を有するπ共役高分子から成るブロック又はグラフト共重合体を合成し、イオン液体と組み合わせることで、新たな機能性物質の創製を目指している。(ここでイオン液体はイオンのみから成る室温付近で液体の物質で、不燃性の電解液である。)得られた高分子溶液や高分子ゲルの基礎物性を解明し、電気化学又は光化学デバイスへの応用展開を目論んでいる。一般的にπ共役高分子はイオン液体に不溶であるが、イオン液体が可溶な汎用高分子をπ共役高分子の側鎖に結合させたグラフト共重合体はイオン液体に可溶となる。また、ブロック共重合体はイオン液体中で凝集し、汎用高分子はイオン液体と相溶するため、π共役高分子の凝集体が物理架橋点として機能するゲル、すなわちイオンゲルが得られる。本研究ではπ共役高分子としてポリチオフェン(PTh)、汎用高分子として水中やイオン液体中で下限臨界溶液温度(LCST)型相挙動(低温相溶、高温相分離)を示すポリ(エチルグリシジルエーテル)(PEGE)を選択し、グラフト共重合体(PTh-g-PEGE)を合成した。得られたグラフト共重合体を水やイオン液体に溶解させた溶液は、低温では相溶し、高温では相分離(水中:液ー固相分離;イオン液体中:液ー液相分離)し、側鎖のPEGEの性質が反映された。イオン液体中では液ー液相分離のため、蛍光強度は相転移温度以上で40%程度低下しただけであった。それに対し、水中では液ー固相分離のため、相転移温度以上で溶液は白濁し、蛍光強度はゼロとなった。この蛍光強度変化は514 °Cという狭い温度領域で観測されたため、熱刺激による発光のスイッチングが可能となった。本研究ではπ共役高分子と汎用高分子から成る共重合体を、イオン液体と融合させることで新たな「電子/イオン伝導性高分子電解質」の創製を目指しているが、π共役高分子の光機能にも注目している。昨年度までにPThとポリエチレンオキシド(PEO)のグラフト共重合体(PTh-g-PEO)をイオン液体に可溶化させ、溶媒によって様々な発光色(最大蛍光波長=520576 nm)を示すことを見出してきた。今年度はさらなる機能化を目指し、温度応答性の側鎖を導入させることで、蛍光スイッチングの可能性を検討した。イオン液体中では側鎖のPEGEはLCST型相挙動を示すが、液ー液相分離のため相転移温度以上でもPTh主鎖は紫外光に晒され、大きな蛍光強度の低下は観測されなかった。これに対し、水中では液ー固相分離のため、相転移温度以上では溶液は完全に白濁し、主鎖のPThは固体のPEGEで覆われ、蛍光が観測されなかった。この相転移温度は塩添加などで調整可能であり、また10 °C以内という比較的狭い温度領域で相転移が完了するため、光スイッチングの可能性が示唆された。さらに相転移温度以下の高分子の水溶液中で、アクリルアミド+架橋剤で重合を行うことでポリアクリルアミドネットワーク内にPTh-g-PEGEが固定化された構造、すなわち半相互侵入高分子網目構造を有するハイドロゲルを作製した。このゲルは低温において、透過率が約80%であり、やや濁っているものの蛍光を示した。これに対し、相転移温度以下では完全に白濁し蛍光強度もゼロであった。溶液と同様に熱刺激によってゲル膜の発光スイッチングが可能となった。以上のことより、進捗状況は概ね順調に進展していると判断した。前年度までに合成したPTh-PEOマルチブロック共重合体を用いたイオンゲルは、電子/イオン伝導性高分子電解質であることを示したが、その相分離構造と電子・イオン伝導性、力学特性の関係について整理されていない。今年度はその関係性を解明することに注力する。本研究で用いているPThとPEOの分子量はそれぞれ制御しているが(PDIが1.4以内)、現状のマルチブロック共重合体はPThとPEOの結合数(すなわち共重合体の分子量)の制御が困難である。これは明確な相分離構造を得るためには不利であることが予想される。そこで共重合体の分子量分布が均一なPTh-b-PEO-b-PThトリブロック共重合体を合成し、イオン液体と複合化することでイオンゲルを作製する。そして、得られたイオンゲルを高分子アクチュエータ電極に適用する。高分子全体に粒界が存在しないため、これまでに我々が報告してきた活性炭などを用いたイオンゲル電極を用いたアクチュエータに比べ、高速応答や大きな変位が観測されることを見込んでいる。本研究は汎用高分子と電気化学・光機能を有するπ共役高分子から成るブロック又はグラフト共重合体を合成し、イオン液体(イオンのみから成る室温付近で液体の物質)と組み合わせることで新たな機能性物質の創製を目論んでいる。そして得られた高分子溶液や高分子ゲルの基礎物性を解明し、応用展開を目指している。一般的にπ共役高分子はイオン液体に不溶であるが、イオン液体が可溶な汎用高分子をπ共役高分子の側鎖に結合したグラフト共重合体はイオン液体に可溶となる。またこれらのブロック共重合体はイオン液体中でπ共役高分子が凝集し、汎用高分子はイオン液体と相溶している。そのため、π共役高分子の凝集体が物理架橋点としたゲル、すなわちイオンゲルが得られる。本研究ではπ共役高分子としてポリチオフェン、汎用高分子としてポリ(エチレンオキシド)を選択し、グラフト共重合体とブロック共重合体を合成した。

ブロック共重合体は合成の簡便さからマルチブロック共重合体を得た。グラフト共重合体を水、有機溶媒、イオン液体に溶解させたところ、各種溶液の吸収スペクトルに大きな変化は確認されなかったが、発光スペクトルには大きな違いが確認された。これは溶液中でポリチオフェン主鎖の溶解状態や溶媒のドナー性に依存すると結論付けた。また、マルチブロック共重合体を用いたイオンゲルは、ヨウ素ドーピングを施すことで電子伝導性とイオン伝導性の両方を示した。このイオンゲルのAFM観察の結果、ポリチオフェンセグメントの凝集体はシリンダー状であることが示唆された。本研究ではπ共役高分子と汎用高分子から成る共重合体を、イオン液体やリチウム塩と融合させることで新たな「電子/イオン伝導性高分子電解質」の創製を目論んでいる。共重合体の形態として、ブロック共重合体とグラフト共重合体を計画している。前者はイオン液体と複合化することで、自己支持性のあるイオンゲルが得られ、ヨウ素ドーピングを施すことで電子伝導性とイオン伝導性を兼ね備えたソフトマテリアルとなった。これは各種電気化学デバイスに適用されることが期待される。そのための基礎物性(イオン伝導性、モルフォロジー観察、熱物性)の収集を行った。また、後者のグラフト共重合体は、通常イオン液体に不溶なπ共役高分子を可溶化させることに成功し、その溶解挙動を調査した。グラフトした高分子が、水、各種有機溶媒、イオン液体に可溶なポリ(エチレンオキシド)であるため、性質の異なる媒体におけるポリチオフェンの状態が異なり、特に蛍光スペクトルから青赤までの幅広い波長域で発光し、溶媒依存性があることを明らかにした。以上より、π共役高分子はポリチオフェン、汎用高分子はポリ(エチレンオキシド)とそれぞれ一種類であるが、これらのグラフト共重合体、ブロック共重合体が特異な挙動を示すことができ、進捗状況は概ね順調に進展していると判断した。本研究は汎用高分子と、電気化学・光機能を有するπ共役高分子から成るブロック又はグラフト共重合体を合成し、イオン液体と組み合わせることで、新たな機能性物質の創製を目指している。(ここでイオン液体はイオンのみから成る室温付近で液体の物質で、不燃性の電解液である。)得られた高分子溶液や高分子ゲルの基礎物性を解明し、電気化学又は光化学デバイスへの応用展開を目論んでいる。一般的にπ共役高分子はイオン液体に不溶であるが、イオン液体が可溶な汎用高分子をπ共役高分子の側鎖に結合させたグラフト共重合体はイオン液体に可溶となる。また、ブロック共重合体はイオン液体中で凝集し、汎用高分子はイオン液体と相溶するため、π共役高分子の凝集体が物理架橋点として機能するゲル、すなわちイオンゲルが得られる。本研究ではπ共役高分子としてポリチオフェン(PTh)、汎用高分子として水中やイオン液体中で下限臨界溶液温度(LCST)型相挙動(低温相溶、高温相分離)を示すポリ(エチルグリシジルエーテル)(PEGE)を選択し、グラフト共重合体(PTh-g-PEGE)を合成した。得られたグラフト共重合体を水やイオン液体に溶解させた溶液は、低温では相溶し、高温では相分離(水中:液ー固相分離;イオン液体中:液ー液相分離)し、側鎖のPEGEの性質が反映された。イオン液体中では液ー液相分離のため、蛍光強度は相転移温度以上で40%程度低下しただけであった。それに対し、水中では液ー固相分離のため、相転移温度以上で溶液は白濁し、蛍光強度はゼロとなった。
レーダ情報の標準化と降雨の時空間分布に関する研究

九州南部レーダの観測データは標準RAPフォーマットに変換した形で各分担者に配布を行った。配布のメディアはCD-ROM焼き付けと、インターネットftpサーバである。運動学的な方法は、カルマンフィルターを用いた補正を行えば、降雨全体の挙動はかなりよく予測が出来ることが分かった。移流方程式と雲柱モデルを結合することにより、1次元評価法をさらに改善できる可能性がある。二次元の中規模気象モデルでは、上昇気流の発生、水蒸気の収束と凝結、開放された潜熱が上昇気流をさらに加速するという積雲対流の発達過程を、パラメタライゼーションなしに表現でき、地上降雨の計算まで可能である。パターン分類化手法としてK-Means法を用い、約1年間93,428シーンのレーダ雨量計画像データのパターン分類を行い、代表的な20パターンに分類・表示することにより九州南部レーダの定量観測範囲内の降雨の空間分布特性を明らかにした。降雨の地形標高との関連性を、時間スケールを変化させることにより発見できることをしました。3カ月程度の長期間の時間平均が、降雨の地形性を示していることが示され、それより短いスケールでの偏差が、確率的な議論の対象となることを見出した。レーダデータの公開と標準化に関する議論検討を行い、研究者の要望を出来る限り取り込んだ形で建設省からデータ提供が行われるようになった。また、インターネットを通してデータを再配布するためにJavaを用いたデータベース構築に関する研究を行い、テストプログラムで確認した。レーダデータという大量の情報を用いることにより、降雨の空間および時間相関について客観的・統計的な性質を知る基礎的な方法を得ることが出来た。これは河川管理の実務にとっても有用である。1)データの収集と標準化:建設省九州南部レーダーの1993年の1年分のデータを収集した。これらのデータを、レーダ反射電力Pr生データ値、極座標レーダ反射因子Z値、極座標降雨強度R値及び直交座標降雨強度R値に変換し、CD-ROMに焼きつけて分担者に配布した。2)レーダ出力から降雨への変換:レーダ反射因子を光学式雨量計から得られる短時間降水強度とについてZ-R関係を定め、レーダ定数B、βを線形回帰法や層別平均値法で調べた。さらに、重みつき線形回帰、非常線回帰などを用いてその適合度を詳しく調べている。3)九州南部レーダのカバーするAMeDASデータをもとに、無降雨継続時間が6時間以上、全観測域の平均雨量が0.5mm以下の時間が12時間以上継続する条件の下で一雨の分離を行った。K-Means法により毎時間雨量強度のパターン分類を行い、9つのクラスターに分類した。4)降雨事象に対して雨域の水平移流ベクトルと、水平移動に伴う発達・衰弱量を移動方向別に抽出して動画を作成し、発達・衰弱量分布と地形との定性的関係を得た。5)地上雨量のデータより降雨時系列分布がカオスであり、自由度が4以下であることを示した。6)降雨強度の空間相似性、時間継続性の統計的性質をどのように評価するかについて議論を深めた。運動学的な方法は,カルマンフィルターを用いた補正を行えば,降雨全体の挙動はかなりよく予測が出来ることが分かった.しかしこの方法では,急激な降雨量の増大を予測するのは難しい.移流方程式と雲柱モデルを結合することにより,一次元評価法を改善できる可能性がある.

二次元の中規模気象モデルでは,上昇気流の発生,水蒸気の収束と凝結,開放された潜熱が上昇気流をさらに加速するという積雲対流の発達過程を,パラメタライゼーションなしに表現でき,地上降雨の計算まで可能である.パターン分類化手法としてK-Means法を用い,約1年間93,428シーンのレーダー雨量計画像データのパターン分類を行い,代表的な20パターンに分類・表示することにより九州南部レーダーの定量観測範囲内の降雨の空間分布特性を明らかにした.降雨の地形標高との関連性を,時間スケールを変化させることにより発見できることを示した.3カ月程度の長期間の時間平均が,降雨の地形性を示していることが示され,それより短いスケールでの偏差が,確率的な議論の対象となることを見出した.レーダデータの公開と標準化に関する議論検討を行い,その過程でインターネットを用いたアンケートを行い,研究者の要望を出来る限り取り込んだ形で建設省からデータ提供が行われるようになった.また,研究者サイドでインターネットを通してデータを再配布するためにJavaを用いたレーダデータベース構築に関する研究を行い,テストプログラムでデータベースが引けることを確認した.
火山観測用ペネトレーターの開発

雲仙火山の噴火では火砕流が多発し山体斜面を流下したため、地震観測網の展開に大きな制約を受けた。そこでわれわれは、活動的な火山における地上アクセス困難域での地震観測を実現することを目指して、上空から投下して使用できるペネトレーター観測システムの開発研究をおこなった。開発は以下の手順で進めた。1.ダミ-の投下実験を実施して地面貫入時の衝撃加速度を測定した。2.ダミ-投下実験の結果、数1000Gの耐衝撃性能が必要であることが判明したので、それを考慮に入れて機器の仕様を作成した。また、地震計を常に鉛直に保つため、回転機構(ジンバル)の開発が必要であることがわかった。3.ペネトレーターの投下・貫入後、地震データをリアルタイムで基地局に伝送する無線テレメータシステムを開発した。テレメータ送信機の使用する水晶発振子については衝撃試験を実施して選定した。4.投下実験を通じて、ペネトレーター投下地点の測位方法を確立した。5.ペネトレーター観測システムのプロトタイプモデルを製作して投下実験を実施し、機器の動作状態をチェックした。その結果、機体強度や貫入深度のコントロールに問題があることが判明した。6.投下実験結果に基づいて機器の改良を行い、再度投下実験を実施した。その結果、回転機構になお若干の問題があるものの、センサーやテレメータの耐衝撃性能は充分であることが確かめられた。上記の開発研究によって、火山観測用ペネトレーターを実用化するうえでの技術上の課題はほぼクリアできたと考えている。今後さらに若干の改良を行って実用化を目指したい。平成6年度では,火山観測用ペネトレーターの基本概念設計(センサー,ポジショニング方法,データ伝送方式等の決定)を行った。また,ペネトレーターの外形や材質を決定し搭載予定機器設計のための基礎資料を得るため,Gセンサー(衝撃加速度測定)と温度計のみを搭載したダミ-ペネトレーターの投下実験を火砕流堆積物(土石流堆積物)上で実施した。投下実験では,悪条件地にペネトレーターがうまく貫入するかどうかが注目されたが,ヘッド部の形状等を選ぶことにより貫入する可能性が高いことが確認できた。また,衝撃加速度についても,月ペネトレーター用に開発されている地震計の許容範囲内であることがわかった。うまく貫入できなかった場合にやや大きい(約8000G)衝撃加速度が発生したが,その場合でも許容範囲におさまっており,ジンバル機構があれば地震計は作動し得る。一方,ペネトレーターに搭載するエレクトロニクスについては耐衝撃性の再検討が必要になった。特にテレメータ装置(無線送信機)は,既成ユニットの流用が困難であることが判明した。また,ペネトレーター投下位置の測位については,レーザー計測システムが有力であることが確認された。今後は風の影響を正確に見積もることが課題である。平成7年度ではジンバル装置の開発と無線テレメータシステムの開発に取り組み,ペネトレータ試作機を製作して投下実験と試験観測を実施することをめざす。われわれは、活動的な火山における地上アクセス困難域での地震観測を実現することを目指して,上空から投下して使用できるペネトレーター観測システムの開発を進めている。昨年度に引き続き本年度も投下実験を実施して以下の装置の開発・改良を行った。1.投下実験によって,当初設計の機体では強度が不足していることが判明したので,2重構造化して機体強度を上げた。2.地震計を常に鉛直に保つ回転機構(ジンバル装置)を開発した。3.ペネトレーターの投下・貫入後,地震データをリアルタイムで基地局に伝送する無線テレメータシステムを開発した。テレメータ送信機に使用する水晶発振子については衝撃試験を実施して選定した。4.投下実験を通じて,ペネトレーター投下地点の測位方法を確立した。

上記の装置の開発・改良を経て,ペネトレーター観測システムのプロトタイプモデルを製作し,再度投下実験を実施して各装置のチェックを行った。その結果,落下地点の状態(地盤強度など)によっては,投下高度を調節して貫入深度をコントロールする必要があるなどの問題点がいくつか明らかになった。しかし,センサーやテレメータなどのペネトレーター心臓部には大きな問題はないことが確かめられ,実用化のめどがたった。
磁場によるディラック粒子の散乱とスペクトル理論

本研究は、磁場をもつ2次元Dirac作用素のスペクトル散乱理論を課題とし、とくに、磁場よるDirac粒子の散乱とSchrodinger作用素の零エネルギーレゾナンスとの関わりについて数学的な視点から解明を行った。2次元Dirac粒子(質量は0とする)の運動は、作用素D(A, V)=σ・(-i∇-A)+Vによって記述される。ただし、A(x):R^2→R^2は磁場ポテンシャルを、V(x):R^2→Rは電場ポテンシャルを、そしてσ=(σ_1,σ_2)は2×2Pauli行列を成分にもつベクトルを表す。電場ポテンシャルを有しないDirac作用素D(A,0)^2の自乗D(A,0)^2はSchrodinger作用素H_±=(-i∇-A)^2±bを対角成分にもつ対角型作用素(Pauli作用素)となる。ただし、b(x)はb=∇×Aによって定義され、磁場を表す物理量である。Schrodinger作用素H_±≧0はともに非負であるが、その零エネルギーでのスペクトル構造は異なる。例えば、磁場b∈C^∞_0(R^2)がコンパクトな台をもち、α=∫b(x)dx/2π>0によって定義される物理量(フラックス)が整数でないならば、方程式H_-u=0はL^2に属さない有界な解(レゾナンス)をもつ。一方、H_+u=0は有界な解をもたない。このように磁場をもつDirac作用素のスペクトル理論では、Schrodinger作用素の零エネルギーレゾナンスが自然に現れる。本研究では、レゾナンスが深く関与する次の2つの課題を追究した:(1)ソレノイド磁場をもつ作用素へのノルムレゾルベント収束:(2)小さい台をもつ電磁場による散乱.2つの課題はともに球対称性電磁場の場合には、物理系論文ですでに論じられてきたが、その結果はベッセル関数を用いる計算に基づくものである。本研究の大きな研究成果のひとつは、球対称性の仮定を外すことによって、具体的な計算の背後に完全に隠れ物理系論文では全く言及されることがなかったレゾナンスとの関係を数学的視点から明らかにしたことである。また、小さい台をもつ電磁場による散乱問題は、宇宙ひも(cosmic string)モデルにおいても現れ、数理物理の課題としても重要であるが、その問題への応用にも触れた。本研究の主要課題は、磁場をもつ2次元ディラック作用素のスペクトル理論である。いま、A=(a_1,a_2):R^2→R2を磁場ポテンシャルに、V:R^2→Rを電場ポテンシャルにもつディラック作用素(粒子質量は0とする)をと表す。ただし、σ=(σ_1,σ_2)は2×2パウリ行列を成分とするベクトルとする。電場ポテンシャルをもたない作用素D(A,0)の自乗はシュレディンガー作用素を対角成分にもつ対角型作用素(Pauli作用素)となる。ただし、磁場bはb=∇×A=∂_1a_2-∂_2a_1:R^2→Rによって定義される。H_±【greater than or equal】

0はともに非負作用素であるが、零エネルギーでのスペクトル構造は異なる。もし磁場b∈C^∞_0(R^2)がコンパクトな台をもち、フラックスα=∫b(x)dx/2π>0が整数でないとき、方程式H_u=0はL^2に属さない有界な解(レゾナンス)をもつ。一方、H_+u=0は有界な解をもたない。磁場をもつディラック作用素のスペクトル理論では、シュレディンガー作用素のレゾナンスが自然に現れる。本研究では、レゾナンスが深く関わる次の課題を追究した:(1)δ-型磁場をもつ作用素へのノルムレゾルベント収束.(2)小さい台をもつ電磁場による散乱.得られた研究成果は、雑誌J.Math.Phys.(2003)とAnn.Henri Poincare(2004)に掲載あるいは掲載予定である。さらに、関連課題としてアハラノフ・ボーム磁場(δ-型磁場)をもつディラック方程式に対する解の一意接続定理が研究分担者山田(Proc.Japan Acad.(2003))によって証明された。本年度に得られた主要研究成果は次の通りである:(1)磁場をもつ2次元Dirac作用素Σσ_j(-i∂_j-a_j)+Vに対する散乱問題において、磁場b(x)=∇×A(x):R^2→Rと電場ポテンシャルV:R^2→Rの台を小さくしていったときの散乱振幅の漸近挙動を解析した。ただし、A=(a_1,a_2):R^2→R^2は磁場ポテンシャルを、(σ_1,σ_2)は2×2Pauliスピン行列を表す。その挙動は、磁場bのフラックスα=∫b(x)dx/2πの値に依存すること、そしてその現象の背後にはPauli作用素の零エネルギーレゾナンスが深く関わっていることを解明した。また、2つのDirac粒子が相互作用する宇宙ひも(cosmic string)モデルにおける散乱問題にこれらの結果を応用した。(2)指数積(Trotter-Kato exponential formula)がSchrodinger半群の積分核をいかに近似するかを考察し、積公式が極めてsharpな近似を与えること明らかにした。そして、その結果を時間分割近似法によるFeynman-Kac公式の誤差評価に応用した。さらに、同じ考えに基づき、Dirac作用素や非相対論的Schrodinger作用素によって生成されるユニタリ群に対する指数積公式のノルム収束を証明した。以上(1)と(2)の結果を3編の論文として国際学術誌に公表した。来年度への継続課題として、次の2つの課題に向けて準備を行っている:(3)Dirichlet Laplacianの熱核への指数積による近似の誤差評価を行い、さらに、そのユリタリ版に相当するZeno積の強収束の証明を目指している。Zeno積は量子系の観測に関わる重要な課題である。(4)2つのソレノイド(δ-型磁場)による磁場散乱問題において磁場の介在を通して生じるAharonov-Bohm効果を準古典的手法を用いて究明する。本年度は、スペクトル漸近性に関わる次の2つの課題を追究した:(1)2つのソレノイド磁場による散乱の準古典近似問題:(2)指数積公式によるシュレディンガー半群の積分核近似:(1)ベクトルポテンシャルΛ(x)=(-x_2/|x|^2,x_1/|x|^2)=(-δ_2log|x|1,δ