hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算コストを考慮した有限長理論

本年度は計算転送方式をより実用的視点から,LDPC符号をベースにした研究を行った.昨年度は,BPSK方式と呼ばれる信号点の数が限られた方式について,議論したが本年では複素平面上でより信号点の数を増やしたQPSK方式および8PSK方式の上で,LDPC符号を用いた符号化法の議論を行った.さらに,秘密転送計算方式については,有限長での評価を行い漏洩情報量の評価についても厳密に行う方法を提案した.こちらの議論は,LDPC符号に限らず任意の線形符号に秘匿増強を加える方法でありるので,大変汎用性が高いものとなっている.無線通信からなるネットワークを構成した場合に,転送計算方式や秘密転送計算方式を用いた場合に,従来法と比較してどれだけ効率が向上するかについても検討した.その結果,幾つかの無線通信からなるネットワークにおいて提案手法が従来法を上回ることを示した.この成果により,どのようなネットワークにおいて,提案方式が効力を発揮するか明らかになった.また,情報理論セキュリティによる秘匿無線通信についても別途研究を行った.従来法では,一方向の通信により秘匿通信を行うことが標準的であった.従来法では,盗聴者が無線通信において正規受信者よりも,送信者からの情報をたくさん受け取った場合に,秘匿通信ができない致命的な問題があった.今年度は双方向型の通信を用いた場合に,無線通信の場合にガウスノイズを仮定し,盗聴者が正規受信者よりも,送信者からの情報をたくさん受け取った場合でも,秘匿通信が可能となることを示した.特に,衛星通信の場合にこの方式を応用した場合に,ついて数値的に比較検討した.本年度は,計算転送方式計算転送方式において,実用的視点から,複素平面上でより信号点の数を増やしたQPSK方式および8PSK方式の上で,LDPC符号を用いた符号化の議論を行うことができた.さらに,秘匿計算転送方式においては,有限長評価を行うことに成功した.そして,どのようなネットワークの場合に,我々の提案手法が向上するか明らかにすることに成功した.さらに,秘匿通信に関しては,双方向通信を提案し,盗聴者が無線通信において正規受信者よりも沢山の情報量を獲得する場合においても,秘匿通信が可能となることをしめした.これらのことから,おおむね順調に進展していると判断できる.これまでの成果をベースに,有限長の場合を含めた議論を様々な場合に展開する.1つ目のテーマとしては逐次干渉除去による復号化である.干渉がある通信路において,しばしば用いられる復号化法として,逐次干渉除去が知られている.本研究では,LDPC符号に基づく逐次干渉除去を行った場合に,ついて検討する.特に,逐次干渉除去においては,時間分割を組み合わせることが有効となる.どのように,逐次干渉除去において時間分割を組み合わせるか検討を行う.さらに,もう1つの応用として秘匿通信についても検討する.さらに,秘匿通信については,双方向型の通信に関してより,重点的に研究を行う.今後は,符号の有限性を考慮しつつ,また,実用的な視点を考慮して,欧州宇宙局(ESA)の受託研究を実施しているバロセロナ自治大学のAngeles Vazquez-Castro教授との共同研究を行うことで,より現実的な設定での数値シュミレーションを行う.さらに,これらの応用面の研究を支えるために,基礎的な漏洩情報量評価に関する研究も併せて行う.特に,漏洩情報量評価に関して,量子系のテクニックが使えることが多いので,量子系の研究も併せて重点的に行うとする.特に,量子系の研究については,漏洩情報に限らず,この科研費に関連するテーマについて海外研究者との連携を強めることで,有限長の評価を含めた研究を幅広く積極的に行うとする.一方で,有限長での符号の解析を行うには組み合わせ論的なアプローチが有効である.したがって,今後は組み合わせ論の専門家との連携を進めることとする.本年度は,計算コストを考慮した有限長理論の新たな応用先として,計算-転送方式への応用に取り組んだ.計算-転送方式は,ネットワーク符号を物理層で行うもので,衛星通信を組み合わせることで有効に機能すると考えられている.例えば,遠隔の2者が衛星を経由した通信を行う場合,中継器である衛星において,双方のメッセージを復号化し,転送するよりも,中継器が両者のメッセージのmodulo和だけを転送することで,より効率的な中継が可能となることが知られている.しかし,従来研究では,NazarとGastparによる格子符号を用いた方式が提案されているものの,その方式は計算量の観点から実用的があるとは言い難いものであった.本研究では,LDPC符号を用いて計算-転送方式のための符号の提案を行った.信号点配置としてBPSK方式を採用し,仮想的degraded通信路に基づく復号の解析を行った.解析には密度発展法を用いた.計算-転送方式のもう1つの特徴は,中継器への情報漏洩を防ぐことが可能となる点である.一般に,中継器がそれぞれのメッセージを復号し,転送すると必ず中継器に情報が漏洩する.計算-転送方式では,中継器は,双方のメッセージのmodulo和を転送すればよいので,中継器でそれぞれのメッセージを復号する必要がない.しかし,上述のLDPC符号を用いた方式を単純に適用した場合,中継器が受け取る情報と個々のメッセージとの間にはある程度の相関がある.そのため,この方式では中継器に対する情報漏洩が無いとは言えない.この問題を解決するために,LDPC符号に適切なHash関数による秘匿性増強を組み合わせることを考えた.この問題をより詳しく扱うために,有限長の設定において漏洩情報量の評価も行った.

この他,量子系での有限長評価としては,量子系を用いた物理乱数の生成効率に関する評価を有限長の枠組みで行った.本年度は,計算コストを考慮した有限長理論の新たな応用先として,計算-転送方式に取り組むことができた.研究開始時には,このような応用は想定していなかった.このような展開は当初の予想を超えたものである.そのため,今後,当初の期待を超えた新たな発展が期待できる.また,量子系においても,有限長理論の新たな適用先として,量子系を用いた物理乱数の精度評価を開拓することができた.これらは,研究開始時において,想定してしていなかった展開である.本年度は計算転送方式をより実用的視点から,LDPC符号をベースにした研究を行った.昨年度は,BPSK方式と呼ばれる信号点の数が限られた方式について,議論したが本年では複素平面上でより信号点の数を増やしたQPSK方式および8PSK方式の上で,LDPC符号を用いた符号化法の議論を行った.さらに,秘密転送計算方式については,有限長での評価を行い漏洩情報量の評価についても厳密に行う方法を提案した.こちらの議論は,LDPC符号に限らず任意の線形符号に秘匿増強を加える方法でありるので,大変汎用性が高いものとなっている.無線通信からなるネットワークを構成した場合に,転送計算方式や秘密転送計算方式を用いた場合に,従来法と比較してどれだけ効率が向上するかについても検討した.その結果,幾つかの無線通信からなるネットワークにおいて提案手法が従来法を上回ることを示した.この成果により,どのようなネットワークにおいて,提案方式が効力を発揮するか明らかになった.また,情報理論セキュリティによる秘匿無線通信についても別途研究を行った.従来法では,一方向の通信により秘匿通信を行うことが標準的であった.従来法では,盗聴者が無線通信において正規受信者よりも,送信者からの情報をたくさん受け取った場合に,秘匿通信ができない致命的な問題があった.今年度は双方向型の通信を用いた場合に,無線通信の場合にガウスノイズを仮定し,盗聴者が正規受信者よりも,送信者からの情報をたくさん受け取った場合でも,秘匿通信が可能となることを示した.特に,衛星通信の場合にこの方式を応用した場合に,ついて数値的に比較検討した.本年度は,計算転送方式計算転送方式において,実用的視点から,複素平面上でより信号点の数を増やしたQPSK方式および8PSK方式の上で,LDPC符号を用いた符号化の議論を行うことができた.さらに,秘匿計算転送方式においては,有限長評価を行うことに成功した.そして,どのようなネットワークの場合に,我々の提案手法が向上するか明らかにすることに成功した.さらに,秘匿通信に関しては,双方向通信を提案し,盗聴者が無線通信において正規受信者よりも沢山の情報量を獲得する場合においても,秘匿通信が可能となることをしめした.これらのことから,おおむね順調に進展していると判断できる.現時点でなされている研究は,計算-転送方式を符号理論的に取り扱う際の基礎的なレベルに過ぎない.今後,計算-転送方式をより実用的な視点から研究することが求められる.そのために,衛星通信への展開が重要であることから,今後は衛星通信の研究者との共同研究を予定している.
ケータイ・メールの代替手段としてのインスタントメッセンジャーがもたらす効果と応用

本研究では,インスタントメッセンジャーの各機能がコミュニケーションに与える影響を明らかにした.インスタントメッセンジャーでは,テキストとスタンプを利用し,相互理解や相互に自己表現すること,他者理解,合意形成がなされている.また,吹き出し表示やスタンプ,既読表示によって,表情,相槌,ジェスチャー,視線といった非言語コミュニケーションの補完が可能であり,非言語コミュニケーションの不足による対人トラブルを回避することができる.更に,他者の様子や行動の持つ意味を汲み取って自身に反映させる社会的スキルの獲得も可能であり,ケータイ・メールと比較してコミュニケーション能力の低下に影響しにくいことが分かった.本研究の目的は,ケータイメールに代わる新たなコミュニケーションツールとなっているインスタントメッセンジャーが与える種々の影響について明らかにし,悪影響を改善,好影響を協調作業や学習に応用可能かどうかを検討することである.今年度は,国内外で急速に普及し,いまやインスタントメッセンジャーの代名詞ともなっているLINEを対象に,スタンプ機能,吹き出し表示機能,既読表示の3つの機能が,人間の意思疎通,相互理解,合意形成,対人関係にどのような影響を与えているかを,ジェスチャー論,関連性理論,心理学的側面から考察した.スタンプ機能は,会話において表情やジェスチャーの役割を果たしており,文脈からその意味や役割を推論し,解釈する能力が求められることが分かった.既読表示は,返報性の法則によるストレスの原因や,「つながり依存」という問題が起こり得ることが分かった.吹き出し表示は,米国の新聞におけるコミック・ストリップを源流とした吹き出し表示=会話・発言というイメージを利用し,相手と話している,対面のコミュニケーションを連想させていることが分かった.以上のように,LINEは,言語・非言語によるコミュニケーションが行われていること,タイムリーに相互理解を図ることができること,その場でフィードバックを行うことができることなど,対面で可能とされている要素を持っている,つまり,メディアリッチネスが高い,対面に非常に近いコミュニケーションツールであると言える.文字とスタンプを併用するため,相互理解や相互に自己表現すること,他者理解,合意形成がなされていると言える.更に,スタンプのみでの会話も可能であり,相手が伝えたい思いを推論により汲み取り,スタンプによって自己表現をする,といった高度な合意形成がなされていることが分かった.本研究の目的は、「ケータイメール」の代替手段として急速に普及しているインスタントメッセンジャーが、人のコミュニケーション能力や利用者間のコミュニケーション自体に与える影響を明らかにし、健全な利用や効果的な応用を目指すことである。昨年度は、日本における利用率が9割に近いインスタントメッセンジャーLINEを対象に、その特徴や機能が与える影響について、画面インタフェースや社会心理学、情報社会学、非言語コミュニケーションやジェスチャー論の観点から明らかにした。これを実証するため、今年度はまずブレーンストーミング教育用のゲームを用いて、被験者にグループワークを行ってもらい、対面の場合とLINEを用いた場合での比較実験を行った。その結果、両者の協調作業には大差がなく、LINEを用いた場合でも対面に限りなく近いコミュニケーションが可能であることが分かった。更に、本研究により明らかになった影響や効果を、研究代表者が取り組んでいる限界集落活性化事業に応用し、集落の方々と大学生のコミュニケーションの促進、および集落内でのコミュニケーションの活性化を図った。この実践結果を振り返り、「集落」のようなコミュニティも一種の「システム」であると捉え、「集落システム」を「活性化」させるための「情報」とはいかなるものかについて、上記の実験の分析から分かった結果を用いて明らかにすることができた。その他、様々なステークホルダ間の関係性の分析や、ソーシャルメディア上における情報行動の分析、文化の普及過程の分析など、本研究の成果が幅広い研究に応用可能であることを示した。本研究では,インスタントメッセンジャーの各機能がコミュニケーションに与える影響を明らかにした.インスタントメッセンジャーでは,テキストとスタンプを利用し,相互理解や相互に自己表現すること,他者理解,合意形成がなされている.また,吹き出し表示やスタンプ,既読表示によって,表情,相槌,ジェスチャー,視線といった非言語コミュニケーションの補完が可能であり,非言語コミュニケーションの不足による対人トラブルを回避することができる.更に,他者の様子や行動の持つ意味を汲み取って自身に反映させる社会的スキルの獲得も可能であり,ケータイ・メールと比較してコミュニケーション能力の低下に影響しにくいことが分かった.今年度のタスクとしては,インスタントメッセンジャーによる影響の定性的調査と定量的調査の2件があった.定性的調査については,研究実績の概要に詳しく述べたような結果が得られた.一方,定量的調査の方は,研究を進めていくうちに,大々的な質問紙調査を実施する前に,理論的側面を明らかにしておく必要があることが分かったため,次年度へ持ち越すこととした.その代わりに,次年度に実施予定であった比較実験を繰り上げて行い,定性的調査で明らかになった事実の検証を行うことができた.そのため,達成度に関しては,当初の計画通りの進捗である.情報システム学次年度は,今年度の調査で明らかになったインスタントメッセンジャーが与える影響を踏まえ,グループワークなどの協調学習やブレーンストーミングなどの発想支援の成果を高めるための応用について,その方法や手順(プロセス)を検討する.また,ペンディングとなっている質問紙調査についても実施する.インスタントメッセンジャーを使ったグループワークにおいて,どのような行動や判断を経て最終的に合意形成がなされるのか,というプロセスを調査する.この調査に,質問紙調査を実施する.そのプロセスにおいて用いられているインスタントメッセンジャーの機能と,グループで行われている活動について,各段階でまとめ,プロセスモデルを定義する.得られた成果について論文を執筆し,社会情報学会の論文誌に投稿する予定である.
強誘電性強磁性体における相転移の光学的研究

強誘電性と強磁性または反強磁性とを共有する物質における構造相転移の機構を明らかにするため、光学的測定を行うのが本研究課題である。強誘電性と反強磁性とが共存している物質の代表的例であるBaMnF_4結晶は、250Kの温度で不整合構造相転移を起こす。しかし、この結晶では,多くの不整合構造相転移を起こす誘電体とは違って,さらに温度を下げても再びコメンシュレート構造が現れない。このような特異な構造相転移が起こる理由を探るため,蛍光・蛍光寿命・時間分解蛍光スペクトル・直線二色性スペクトル・円二色性吸収スペクトルなどの光学的測定を行い,さらに光熱励起法による比熱測定を行った。また比較のため,数種類の磁性体や強誘電体(例えばK_2ZnCl_4)についても同様の実験を行った。不整合型構造相転移を起こす250Kで、蛍光寿命・円二色性・直線二色性の異常性が見い出され、その解析から、一次相転移により結晶構造がモノクリニック構造に変わっていることが明らかになった。また、蛍光スペクトルおよび蛍光寿命の温度変化から、Mnイオンから不純物イオンへのエネルギー伝達が起こっていることが明らかになった。蛍光寿命の温度変化の解析により、Mnイオンの結晶内での動きおよびエネルギー伝達が構造相転移において果たす役割を知ることができた。磁性体結晶でのエネルギー伝達機構を詳しく調べるため、三次元反強磁性体MnF_2,BaMnF_4と同じ二次元性反強磁性体であるRb_2MnCl_4、二次元性強磁性体FeCl_2、一次元性反強磁性体[(CH_3)_3NH]MnC1_3・2H_2Oなどの結晶について光学測定を行い、強誘電性をもたないこれらの結晶とBaMnF_4結晶との違いを実験的に明らかにした。そして、BaMnF_4の特異性が電気磁気効果にあることを確かめた。強誘電性反強磁性体の構造相転移の機構を光学的測定により研究するため,磁性物質を15Kより350Kの温度領域にわたって調べた.光学的方法として,蛍光・蛍光寿命・円二色性吸収測定・ラマン散乱測定を行った.強誘電性と磁性とが共存している物質の代表的例であるBaMnF_4結晶を主な研究対象として取り組んだ.この物質が不整合型構造相転移を起こすとされる250Kでの蛍光寿命・円二色性の異常性を観測することに成功した.蛍光スペクトルおよび蛍光寿命の温度変化から,Mnイオンから不純物イオンへのエネルギ-移送が起こっていることが明らかになった.また,蛍光寿命の温度変化の解析により,発光母体であるMn^<2+>イオンの結晶内での動きが明らかになり,磁性イオンが構造相転移において果たす役割を知ることができた.

なお,ストリ-クカメラ法による蛍光寿命測定精度や高速時間分解スペクトル測定精度をチェックするため,反強磁性体MnF_2,FeF_2,FeCl_2,Mg_×Fe_<1-×>Cl_2,Rb_2MnCl_4,不純物イオンまたは色中心を含むアルカリハライド結晶(KCl:Sb,CaF_2:Eu)などの物質について実験を予備的に行い,信頼性のある測定結果が得られることを確認した.同時に,強誘電性をもたない三次元性磁性体のMnF_2,FeF_2および二次元性磁性体のFeCl_2,Mg_×Fe_<1-×>Cl_2,Rb_2MnCl_4の結果との比較から,BaMnF_4結晶が示す特徴ある二次元性を明らかにすることができた.強誘電性反強磁性体の構造相転移の機構を光学的測定により明らかにするため,強誘電性物質および磁性物質を15Kより350Kの温度領域にわたって調べた.光学的方法として,蛍光・蛍光寿命・時間分解蛍光スペクトル・円二色性吸収スペクトルの測定を行った.強誘電性と磁性とが共存している物質の代表的例であるBaMnF_4結晶について,この物質が不整合型構造相転移を起こすとされる250Kでの蛍光寿命・円二色性の異常性を見つけた.蛍光スペクトルおよび蛍光寿命の温度変化から,Mnイオンから不純物イオンへのエネルギー移送が起こっていることが明らかになった.蛍光寿命の温度変化の解析により,発光母体であるMn^<2+>イオンの結晶内での動きおよびエネルギー伝達機構が明らかになり,磁性イオンが構造相転移において果たす役割を知ることができた.イオン結晶でのエネルギー伝達機構を詳しく調べるため,反強磁性体MnF_2,二次元性強磁性体FeCl_2,一次元性反強磁性体[(CH_3)_3NH]MnCl_3・2H_2O,不純物イオンを含むアルカリハライド結晶(KI:Sn,KCl:Sn)などの物質について,ストリークカメラ法による蛍光寿命測定や高速時間分解スペクトル測定を行った.また,FeF_2やNiO磁性体の吸収スペクトル測定から,従来理論的に予言されていたマグノンと励起子との相互作用について,その機構を定量的に明らかにすることができた.現在,整合一不整合型構造相転移を起こすK_2ZnCl_4について光熱励起による比熱測定を行っており,その相転移とBaMnF_4の相転移との比較からBaMnF_4の構造相転移の機構を明らかにしつつある.
南北両極域に分布する微生物の系統地理学的研究

本年度は、これまでに実施してきた南極湖底試料の生物相解析の結果を整理し、湖底の真核生物相を網羅的に記載報告した(Nakai et al., Polar Biology, 35,1495-1504,2012)。本論文により、南極湖底にはこれまで顕微鏡観察で報告されていた蘚苔類や藻類だけではなく、菌類や繊毛虫、さらにクマムシ、線虫、ワムシなどの微小動物が存在することを示した。また、高度に新規なために現時点では分類困難な真核生物系統の存在も明らかとなった。南極の湖沼生態系が、我々の想像する以上に多種多様な生物相の上に成り立っていることが分かったことは、今後の新たな発展方向として意義あるものと考えられる。また、二酸化炭素の固定に関わる酵素である炭酸固定酵素(RuBisco)遺伝子の由来系統を解析したところ、ラン藻のある種のRuBisCOは、分子系統樹内で汎存種から独立したクラスターを形成したことから(NakaietaL,Polar Biology, 35, 1641-1650, 2012)、南極環境下で独自の進化を遂げた固有種が存在する可能性が示された。さらに本年度は、昨年度までに分離培養された好塩性微生物や極小微生物の系統と分離源の情報を組み合わせた系統地理学的な解析も実施した。その結果、南極半島由来のMycoplana属菌株の16SrRNA遺伝子は、塩基配列データベース上のカナダ北極、スイスの高山、中国の氷河、および本株の分離源から遠く離れた他の南極湖沼由来の各配列と非常に高い相同性(99%以上)を示した。一方、他所由来の塩基配列との相同性は低かった(Nakai et al., Antarctic Science,in press)。これらの結果は未だ予察的なものであるが、寒冷生物圏にのみユニークな生物系統が存在することを示唆している。以上の研究成果の一部は、雑誌論文5件と学会発表6件で発表された。本年度は、極域環境表層と極域湖沼堆積物の微生物群集構造を比較し、地球環境変動による極域微生物の多様性と生物地理への影響を定性的に評価することを目的とした。具体的には次のような二つの課題を実施した。1)南北両極域に分布する微生物のインベントリー(現在の微生物多様性を定性的に評価):南極湖沼試料から微生物のゲノムDNAを抽出し、rRNA遺伝子や機能遺伝子をPCR法によって増輻した。得られたPCR産物を精製した後、そのPCRクローン・ライブラリーを構築した。また、構築したクローン・ライブラリーから目的の遺伝子断片が導入されたクローンを無作為に選び、その遺伝子の塩基配列の全長を決定した。その結果、南極湖沼底の表層から461種のバクテリアおよび78種の真核生物が検出された。なお、数回の再試を行ったものの、アーキアはPCR検出限界以下であった。特筆すべき点として、南極湖沼には、これまで知られていたコケや藻類だけではなく、新規な菌類や、クマムシ、ワムシ、および線虫のような微小動物の遺伝子が検出され、多種多様な生物系統が存在することが分かった。2)極域湖沼の堆積物への応用(過去の微生物多様性を定性的に評価):極域湖沼の堆積物中に保存された過去の微生物DNAについても、実験1と同様の手順で多様性解析を行うことで、現在と過去の生物多様性の比較が可能となる。本年度は、湖沼堆積物からのゲノムDNA抽出法を検討、最適化した。以上の成果の一部は、雑誌論文2件、国際学会でのポスター発表2件で公表された。

以上の研究成果の一部は、雑誌論文5件と学会発表6件で発表された。現在までに極域微生物のインベントリーについては、当初予定していた南極湖沼バクテリアの多様性解析を終え、国際誌Polar Biologyに論文が公表された。なお、真核生物の多様性解析についても結果をまとめ、現在国際誌に論文を投稿中である。今後は、過去の微生物多様性に関する情報を取得するため、湖沼堆積物から微生物のゲノムDNAを抽出し、PCRクローン・ライブラリー法を用いて多様性解析を実施する。分子生物学的手法については、本年度中にその手法の選定、反応条件の検討と最適化を終えた。従って、次年度の研究計画の変更、および、研究を遂行する上での大きな問題点などはない。
側頭葉てんかんの神経機構における海馬顆粒細胞新生とシナプス再構成

カイニン酸の脳局所投与による側頭葉てんかんモデルを用い,歯状回顆粒細胞新生のてんかんにおける役割を検討した.ラットの左側扁桃核に慢性ガイドカニューレを挿入手術し,カイニン酸を扁桃核に微量投与した.ラットをカイニン酸のみを単独に投与したグループ,非競合性NMDA受容体拮抗薬のMK-801を1回前処置したグループ,MK-801を3回処置したグループに分けた.これらのグループ間で,NMDA受容体拮抗薬の願粒細胞増殖と錐体細胞脱落に対する効果を検討した.海馬歯状回顆粒細胞層におけるbromodeoxyuridine (BrdU)陽性細胞数を免疫組織化学法で検出し,CA1,CA3領域における細胞脱落を評価した.カイニン酸注入側CA1およびCA3領域で,対照群と比較して有意な細胞脱落と変性を認めたが,注入反対側では,注入側のような細胞脱落や変性は認められなかった.カイニン酸を投与したラットで,注入側および注入反対側の歯状回顆粒細胞層におけるBrdU陽性細胞が著明に増加しており,対照群との間に有意差を認めた.MK-801の単回前処置は,カイニン酸投与後の歯状回顆粒細胞分裂に影響しなかったが,MK-801を3回投与した場合は軽度の抑制効果がみられた.MK-801はカイニン酸投与後のCA1錐体細胞脱落に対して細胞保護効果を示したが,CA3に対しては効果がなかった.カイニン酸投与による辺縁系発作重積は両側海馬における歯状回前駆細胞の分裂を著明に増加させ,その後のシナプス再構成などてんかん原性変化の成因となる可能性が示唆された.MK-801の3回投与でCA3の細胞脱落は影響されないにもかかわらず,顆粒細胞分裂が抑制されたことから,神経細胞脱落は顆粒細胞の前駆細胞分裂促進に必須ではなく,NMDA受容体の活性化が部分的に発作重積後の前駆細胞分裂促進に関与していることが示唆された.カイニン酸の脳局所投与による側頭葉てんかんモデルを用い,歯状回顆粒細胞新生のてんかんにおける役割を検討した.ラットの左側扁桃核に慢性ガイドカニューレを挿入手術し,カイニン酸を扁桃核に微量投与した.ラットをカイニン酸のみを単独に投与したグループ,非競合性NMDA受容体拮抗薬のMK-801を1回前処置したグループ,MK-801を3回処置したグループに分けた.これらのグループ間で,NMDA受容体拮抗薬の願粒細胞増殖と錐体細胞脱落に対する効果を検討した.海馬歯状回顆粒細胞層におけるbromodeoxyuridine (BrdU)陽性細胞数を免疫組織化学法で検出し,CA1,CA3領域における細胞脱落を評価した.カイニン酸注入側CA1およびCA3領域で,対照群と比較して有意な細胞脱落と変性を認めたが,注入反対側では,注入側のような細胞脱落や変性は認められなかった.カイニン酸を投与したラットで,注入側および注入反対側の歯状回顆粒細胞層におけるBrdU陽性細胞が著明に増加しており,対照群との間に有意差を認めた.MK-801の単回前処置は,カイニン酸投与後の歯状回顆粒細胞分裂に影響しなかったが,MK-801を3回投与した場合は軽度の抑制効果がみられた.MK-801はカイニン酸投与後のCA1錐体細胞脱落に対して細胞保護効果を示したが,CA3に対しては効果がなかった.カイニン酸投与による辺縁系発作重積は両側海馬における歯状回前駆細胞の分裂を著明に増加させ,その後のシナプス再構成などてんかん原性変化の成因となる可能性が示唆された.MK-801の3回投与でCA3の細胞脱落は影響されないにもかかわらず,顆粒細胞分裂が抑制されたことから,神経細胞脱落は顆粒細胞の前駆細胞分裂促進に必須ではなく,NMDA受容体の活性化が部分的に発作重積後の前駆細胞分裂促進に関与していることが示唆された.側頭葉てんかんの神経機構を研究する目的で,カイニン酸による辺縁系発作重積モデルを用いて,海馬錐体細胞の変性・脱落と,歯状回穎粒細胞の新生について検討をおこなった.SD系雄性ラットの扁桃核に薬物微量注入用のカニューレを装着手術し,術後回復期間の後に扁桃核にカイニン酸2.4microgを微量注入した.カイニン酸投与後24時間にわたり,脳波および行動上の辺縁系発作重積状態がすべてのラットに誘発された.カイニン酸投与の5日後に,BrdU 100mg/kgを腹腔内投与し,ラットを断頭して脳切片を切り出し,抗BrdU抗体を用いて免疫組織化学染色を実施した.カイニン酸を投与しない正常ラットではBrdU陽性細胞はまったく検出されないのに対し,カイニン酸投与ラットでは海馬歯状回においてBrdU陽性細胞が,注入側で平均9.5個,反対側で平均22.0個見出され,発作重積によって顆粒細胞の新生が誘導されることが明らかにされた.錐体細胞の変性・脱落の程度と顆粒細胞の新生の間には有意な相関はなかった.次に,特異的NMDA受容体拮抗薬であるMK-801 1mg/kgを前処置して顆粒細胞新生への効果を検討したが,BrdU陽性細胞数はMK-801によって増加する傾向が認められた.本年度の研究結果から,顆粒細胞新生はてんかん原性変化として重要なシナプス再構成に関与するが,錐体細胞の変性とは独立した現象であり,またNMDA受容体賦活にも依存しない可能性が示唆される.

今後は,MK-801の投与方法を増やした検討,特異的AMPA受容体拮抗薬の効果,アポトーシスとの関連,などについてさらに研究を継続したいと考えている.カイニン酸の脳局所投与による側頭葉てんかんモデルを用い,歯状回顆粒細胞新生のてんかんにおける役割を検討した.ラットの左側扁桃核に慢性ガイドカニューレを挿入手術し,カイニン酸を扁桃核に微量投与した.ラットをカイニン酸のみを単独に投与したグループ,非競合性NMDA受容体拮抗薬のMK-801を1回前処置したグループ,MK-801を3回処置したグループに分けた.これらのグループ間で,NMDA受容体拮抗薬の顆粒細胞増殖と錐体細胞脱落に対する効果を検討した.海馬歯状回顆粒細胞層におけるbromodeoxyuridine(BrdU)陽性細胞数を免疫組織化学法で検出し,CA1,CA3領域における細胞脱落を評価した.カイニン酸注入側CA1およびCA3領域で,対照群と比較して有意な細胞脱落と変性を認めたが,注入反対側では,注入側のような細胞脱落や変性は認められなかった.カイニン酸を投与したラットで,注入側および注入反対側の歯状回顆粒細胞層におけるBrdU陽性細胞が著明に増加しており,対照群との間に有意差を認めた.MK-801の単同前処置は,カイニン酸投与後の歯状回顆粒細胞分裂に影響しなかったが,MK-801を3回投与した場合は軽度の抑制効果がみられた.MK-801はカイニン酸投与後のCA1錐体細胞脱落に対して細胞保護効果を示したが,CA3に対しては効果がなかった.カイニン酸投与による辺縁系発作重積は両側海馬における歯状回前駆細胞の分裂を著明に増加させ,その後のシナプス再構成などてんかん原性変化の成因となる可能性が示唆された.MK-801の3回投与でCA3の細胞脱落は影響されないにもかかわらず,顆粒細胞分裂が抑制されたことから,神経細胞脱落は顆粒細胞の前駆細胞分裂促進に必須ではなく,NMDA受容体の活性化が部分的に発作重積後の前駆細胞分裂促進に関与していることが示唆された.
指標遺伝子アッセイ系による植物抗ウイルス・ウイロイド剤のスクリーニング

100種以上の植物種から抗ウイルス活性を持つ植物種をいくつかスクリーニングすることが出来た。特に、ブーゲンビレアはこれまでに抗ウイルス活性が報告されているオシロイバナ科植物であるが、非常に強い活性を確認した。20種・品種以上のブーゲンビレアについて活性物質であるRIPの転写活性を確認したところ、品種間で違いが見られた。この転写活性の違いはタンパク質量レベルでも確認できた。特にRIPの転写活性の強い品種を実験に用いた。本品種の抽出液をNicotiana benthamianaに接種前あるいは接種後に散布することによって、CSVd, TSWV, PVXなど複数のウイルス・ウイロイドの感染抑制を確認することが出来た。また、RIPの全長を同定し、リコンビナントタンパク質の精製に成功した。このリコンビナントタンパク質の効果については今後調査する予定である。ブーゲンビレアの抽出液の接種前散布において、接種部位と異なる葉に散布しても一定の効果があった。RNAseq解析によって散布植物で発現が大聞く上昇した遺伝子がいくつか見つかったが、いずれも抵抗性の獲得に関係する遺遺伝子であった。次に、これまでに感染抑制を確認していたトウガラシの抽出液との混合効果を確認した。トウガラシ単独、あるいはブーゲンビレア単独では効果が小さかったが、二つをあわせると効果が強くなった。これはトウガラシの効果がRNaseによる遺伝子の分解であり、ブーゲンビレアがRNAの脱プリン反応および植物体への抵抗性の付与である、すなわち作用部位がそれぞれ異なることによる総加的効果であろうと考えられた。これらの知見を元にして抗ウイルス・ウイロイド剤の開発を続けて行く予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。
ゲノム編集育種による麹菌における天然物大量生産プラットフォームの構築

研究代表者らが確立した麹菌の高効率多重遺伝子改変を可能とするゲノム編集技術CRISPR/Cas9システムを活用し、天然物を高生産する麹菌を開発する。代謝経路の大規模改変による天然物の高生産、天然物の生産性向上に有用な転写因子の解明、麹菌全遺伝子に対する変異導入による高生産に関与する遺伝子の探索を行う。以上の知見をにゲノム編集により1つの株に集約することで稀少な天然物を大量につくる麹菌の育種を行い、生合成研究の効率化や医薬などの大量供給に貢献するプラットフォームを構築することを目的とした。
3次元計算機実験による再突入宇宙機のブラックアウトに関する研究

本研究では、地球往還型宇宙機が地球大気圏に再突入する際に生じるブラックアウト現象(通信途絶現象)の解析を3次元電磁粒子コード(KEMPO3D)で計算機実験を用いて定量的に行った。まず、局所磁場印加によるブラックアウト回避法に関して必要となる磁場強度の評価と定式化を行なった。これにより放射電波エネルギーのプラズマ層透過率は最大30%程度という結果が得られた。低透過率の主な原因は、印加磁場が3次元ダイポールということが考えられる。磁力線に平行に伝搬する電磁波の一部がプラズマ層を直進透過することができないためである。次に、電波放射によるプラズマ層のパラメータ計測法の開発と検証を行なった。最高プラズマ周波数に関しては、周波数掃引もしくはパルス波の利用によって推定が可能であることが分かった。次にアンテナからの直接波とプラズマ層による反射波の電界の干渉を機体表面上で計測し、幾何工学的に電波の反射点を推定する手法を提案し、その計算機実験を行った。その結果、プラズマ層の最高プラズマ周波数近傍の周波数をもつ電波により、プラズマ層の中心距離について推定できることが明らかになった。プラズマ層の幅に関しては、計算機実験により理論反射点と推定反射点との誤差をあらかじめ計算しておき、この情報を基に実際の推定反射点のパターンから理論反射点、すなわちプラズマ層の密度プロファイルを得ることを考案した。本研究を通じて、再突入宇宙機近傍の電磁環境のような容易に実際に実験を行うことの出来ないプラズマ中の電磁波の定量的解析には、3次元計算機実験が非常に有力な手段となりうることがわかった。
情報教育の現状と課題

本班は、わが国の情報教育を推進させていく場合の基礎となる理論的・実験的研究にもとづいて、新しい情報教育の可能性と方向を示すことを目的として、佐伯、菅井、野嶋、三宅の4つのグループで研究を進めてきた。佐伯グループでは学習論の変革としての情報教育の在り方をさぐった。すなわち、学習という営みを具体的/現実的な「仕事」に埋め込まれた(situatedな)営みとみなす、いわゆる「状況的学習論(situated-learning theory)」にもとづく学習論である。情報教育を考える場合に、このような学習論をもとにして、教室での学びを現実の社会・文化的実践に開かれた経験世界の拡大をめざすという、教育改革の文脈で進めていくべきであることを明らかにした。菅井グループでは構成主義の立場からの教育工学の可能性を探求し、具体的な実践例を蓄積してきた。とくに、菅井らは構成主義の立場から障害児教育に使えるハイパーメディア教材を開発したり、視点の転換を積極的に活用して天文学の基礎知識を獲得するやはりハイパーメディア教材を開発した。三宅グループは、思考過程を「外化」することが思考をより反省的に、適切に方向づけること、また、ネットワークによって、思考過程をつねに共同体の相互交流の文脈にのせていくことによって、学習への興味がわき探求を深めることを、さまざまな実験的な方法で確かめてきた。野嶋グループは国際ネットワーク通信を大学での外国語教育に生かす研究を一貫して行い、具体的現実的なコミュニケーションの実践を経験することによって、コミュニケーション・スキルや動機付け、さらにコンピュータのリテラシーなどさまざまな教育効果を「副産物」として生み出していることを詳細に検証した。本研究は第II群全体の成果報告として、2巻シリーズ『高度情報化社会と人間の生き方・学習』(ミネルブァ書房、1995年7月刊行予定)が企画され、とくに第2巻『高度情報化社会と教育』に本班の研究成果が発表される。
日本中世の「大学」における社会連携と教育普及活動に関する研究

日本中世の大寺院が都市・社会とどのように連携し、いかなる教育普及活動を展開したのか?という問題を、一次史料の調査収集のうえに追究し、中世ヨーロッパとの比較の視点を加えつつ考察した。長期にわたって宗教者・学者の再生産機能を果たした大寺院は「大学」としての性質を備えていたが、個々の宗教者・学者の拠る子院・塔頭が主要な教場であり、個人の活動に依拠する点が大きい点で、近代的「大学」とは異なっていた。その反面、そうした宗教者と都市知識人層との個人的な交誼関係によって、社会一般への柔軟な教育普及活動も可能となっていたことが明らかになった。本研究の目的は、日本中世における高等教育機関としての大寺院が都市・社会とどのように連携し、どのような教育普及活動を展開したのか?という問題を、一次史料の調査収集のうえに追究し、中世ヨーロッパとの比較の視点を加えつつ考察することで、日本の大学史における暗黒時代ともいうべき中世について、その「大学」像を確立することにある。同時に、今日ますます模索されているところの大学と都市・社会との連携のあり方について、参照すべきひとつのモデルを提示することをも期している。具体的には、戦国時代に来日したF.ザビエルが大学と呼んだ6箇所から京都五山・比叡山・高野山そして足利学校の4箇所を主たる考察対象に措定し、都市・社会との関係に注目しつつ、高等教育機関としての特性を明らかにする。そのうえで、比較の視点を重要し、諸機関(寺院)相互、あるいは西欧中世の大学との相違・共通点に注目しながら、日本中世の「大学」像を明確にしていく。(1)『大日本古文書高野山文書』第1冊から第4冊フルテキストデータベース化。業者による入力と、謝金(雇用)によるデータ校正を経て、第2冊までを既にWEB上で公開している。データベース化により、多様な史料検索が可能になり、高野山金剛峯寺における教育普及活動のひとつである「談義」関係の史料が多く含まれることが判明した。(2)中世高野山から発信された教育普及活動の痕跡として、木版印刷による仏教教理のテキスト出版物(いわゆる「高野版」)が、列島各地に広範に存在することを発見(主として、各機関の図録・目録類の精査による)。高野山大学図書館における原本調査で、典型的な高野版の形状を確認するとともに、醍醐寺などにおいても、高野版原本の調査を行った。(3)京都市醍醐寺・勧修寺および香川県萩原寺等の所蔵史料の奥書などの調査を通じて、中世においてこれらの寺院の僧侶が高野山をはじめとし、他の大寺院に赴き、修学・図書筆写に携わった事例を研究した。(4)京都における五山禅僧の教育普及活動を探るため、室町時代の貴族の日記における五山禅僧の所見を収集し、データベース化をすすめた。実隆公記・親長卿記・宣胤卿記等について入力を行った。(5)ヨーロッパ中世の大学に関する研究について、連携研究者のアドバイスをうけつつ、基本的な研究図書の収集につとめた。日本中世における高等教育機関としての大寺院が都市・社会とどのように連携し、どのような教育普及活動を展開したのか?という問題にせまるため、2年目である平成21年度は、前年度来の成果をまとめる(研究発表参照)とともに、一次史料の調査収集およびその分析作業を中心的な課題として研究をすすめた。具体的には以下のとおりである。(1)『大日本古文書高野山文書』第5冊および第6冊のフルテキストデータベース化。業者による外注入力と、謝金(雇用)によるデータ校正を経て、WEB上で公開している。第7冊についても入力を終了している(校正は未了)。(2)中世高野山から発信された教育普及活動の痕跡として、木版印刷による仏教教理のテキスト出版物(いわゆる「高野版」)に注目し、醍醐寺・和歌山県立博物館において高野版を調査し、高野版の伝来・受容の過程を研究した。(3)京都市醍醐寺・実相院および香川県萩原寺、鎌倉浄光明寺などの寺院において所蔵史料の原本調査および写真撮影を行い、中世寺院における学習活動の実態を追究した。また、研究代表者高橋は、日本女子大学・大学院文学研究科主催のシンポジウム『醍醐寺の歴史と文化財』において報告を行い、醍醐寺に素材をとりつつ、中世寺院における諸活動が近隣社会と密接な関連を有していたことを指摘した。晴富宿禰記・言国卿記・十輪院内府記・元長卿記等について入力を行った。

日本中世における高等教育機関としての大寺院が都市・社会とどのように連携し、どのような教育普及活動を展開したのか?という問題にせまるため、3年目である平成22年度は、一次史料の調査分析、およびまとめに向けての論点整理を中心的な課題として研究を実施した。具体的には以下のとおりである。1,『大日本古文書高野山文書』第7冊および第8冊のフルテキストデータベース化。業者による入力と、謝金(雇用)によるデータ校正を経て、全冊のWEB上での公開が完了した。2,中世高野山から発信された教育普及活動の痕跡として、木版印刷による仏教教理のテキスト出版物(いわゆる「高野版」)に注目し、とくに醍醐寺伝来のものに関して集中的に原本の調査を行った。3,京都市醍醐寺・勧修寺および香川県萩原寺、鎌倉市浄光明寺等の所蔵史料の調査を通じて、中世寺院における学習活動の実態を分析した。4,京都における五山禅僧の教育普及活動を探るため、前年度までに入力した室町時代の貴族の日記における五山禅僧の所見について点検作業を実施した。5,ヨーロッパ中世の大学との比較研究をおこなうために、科研メンバーを対象とする小研究会「ヨーロッパ中世の大学と社会」を開催した。また、パリのカルチェ・ラタン地区に赴き、ソルボンヌ、ベルナール、ボーヴェ等の中世の大学学寮跡の調査をおこなった。6,研究のまとめに向けて、科研メンバーによる研究経過報告を中心とした小研究会を開催した。内容は「中世高野版の伝来について」高橋慎一朗・「真恵置文写をめぐって」末柄豊・「足利学校と東国の学問をめぐって」川本慎自・「『Town and Gown』再考-西洋中世における大学史研究の現状と課題-」加藤玄・「パリ・中世大学史跡調査報告」及川亘である。日本中世における高等教育機関としての大寺院が都市・社会とどのように連携し、どのような教育普及活動を展開したのか?という問題にせまるため、最終年度である平成23年度は、一次史料の補充的な調査、および比較史的な観点を視野に入れた研究の総括を中心的な課題として研究を実施した。(1)前年度までに構築を終えた『大日本古文書高野山文書』フルテキストデータベースを活用して、高野山金剛峰寺における教育普及活動の特色を分析した。(2)中世高野山から発信された教育普及活動の痕跡として、木版印刷による仏教教理のテキスト出版物(いわゆる「高野版」)に注目し、とくに醍醐寺伝来のものに関して集中的に原本の調査を行った。(3)京都市醍醐寺・勧修寺および香川県萩原寺、鎌倉市浄光明寺等の所蔵史料の調査を通じて、中世寺院における学習活動の実態を分析した。(4)京都における五山禅僧の教育普及活動を探るため、室町時代の貴族の日記における五山禅僧の所見を収集し、データベース化をすすめた。実隆公記・親長卿記・宣胤卿記等について入力を行った。(5)研究のまとめに向けて、科研メンバーによる公開研究会を開催した。内容は「教育史研究における前近代教育史研究の位置について」小国喜弘(紙上報告)、「中世における高野版の流通について」高橋慎一朗、「叡山文庫『天海蔵』のなりたち」及川亘、「大司教ペイ・ベルランとボルドー大学の設立」加藤玄である。(6)四年間の研究の成果を、「東京大学史料編纂所研究成果報告2011-5」として、冊子体の報告書にまとめ、公表した。
オリゴ糖による植物のフェノール性アミド化合物誘導に関する研究

ジャガイモ塊茎にβ-1,3-オリゴグルコサッカライド(オリゴ糖)をエリシターとして処理するとフェノール性のアミド化合物p-クマロイルオクトパミン(PCO)が顕著に生成する。本研究ではこのオリゴ糖処理によるPCO誘導に関し以下のことを明らかにした。1)PCO誘導は収集したジャガイモの主要品種のいずれの塊茎組織においても認められ,品種には依存しないことがわかった。2)重水素標識化合物を用いた取り込み実験より,誘導されるPCOのオクトパミン部分はチロシンから生合成されることが判明した。またPCOの前駆体と考えられるチラミンの組織内濃度を定量したところオリゴ糖エリシター処理による上昇が認められ,オクトパミンの組織内濃度には著変が認めらなかったことからPCOは,エリシター刺激を受けたジャガイモ組織内でチロシンが脱炭酸してチラミンとなり,p-クマロイルCoAと縮合した後,酸化されて生成するものと考えられた。3)PCO生合成に関与すると考えられるphenylalanine ammonia lyase,4-hydroxycinnamic acid:CoA ligase,tyramine hydroxycinnamoryl CoAtransferaseおよびtyrosine decarboxylaseの活性はいずれもオリゴ糖エリシター処理により増大し,PCOの誘導がde novo合成によることを示した。4)エリシター処理と同時に活性酸素の捕捉剤であるtironあるいはn-propyl gallateを処理するとPCOの誘導が阻害された。またNADPHオキシダーゼ阻害剤であるdiphenylene iodoniumを処理した場合にもPCOの誘導の阻害が見られた。この結果から,オリゴ糖エリシターによるPCOの誘導には原形質膜に存在するNADPHオキシダーゼの作用で生成する活性酸素種が関与していることが明らかとなった。ジャガイモ塊茎ではβ-1,3-オリゴサッカライドをエリシターとして処理することによりp-クマル酸とオクトパミンが縮合したアミド化合物p-クマロイルオクトパミン(pCO)が顕著に誘導される。本エリシターの活性発現メカニズムを明らかにするため,市販のβ-1,3-オリゴサッカライドであるラミナリンを用い、その作用を検討した。まずジャガイモの主要品種を収集しラミナリンによるpCO誘導活性の品種間差を検討したところ,いずれの品種においても誘導が認められ,この現象がジャガイモの品種に依存しないものであることを見出した。しかし,pCO誘導量からみたエリシター反応性は品種により若干差があり,品種エニワの反応性がもっとも高かった。ラミナリンは,ジャガイモの原形質膜を透過しないと考えられるので,細胞表層に存在するなんらかの受容系を刺激し,その刺激が細胞内へ伝えられて,pCOの生合成系が活性化するものと考えられる。この点について,品種エニワを用い,まず植物のシグナル伝達機構に重要な役割を果たすと考えられている活性酸素分子種の関与を調べた。ジャガイモ塊茎ディスクに対しラミナリンと同時に,活性酸素のスカベンジャーであるTironあるいはn-propylgallateを処理すると,pCOの誘導が阻害された。また原形質膜に存在するNAD(P)Hオキシダーゼの阻害剤である,diphenylene iodonium(DPI)を処理した場合にも有意な誘導の阻害が見られた。以上の結果、ラミナリンによるpCOの誘導には,原形質膜のNAD(P)Hオキシダーゼに依存して生成する活性酸素種が関与していることが明らかとなった。β-1,3-オリゴ糖であるラミナリンはジャガイモ塊茎組織にエリシターとして作用しフェノール性アミド化合物N-p-coumaroyloctopamine(PCO)を顕著に蓄積させる。このエリシター作用機構の解明を目的として本年度は1)PCO生合成経路の推定,および2)PCO生合成

関連酵素活性の測定,の2点について検討した。まず1)に関して,tyrosineの重水素標識体をジャガイモ塊茎組織に与えエリシター処理を行ったところ,明確な取り込みが認められ,PCOのoctopamine部分はtyrosineに由来することが明らかとなった。ついで,PCOの生合成前駆体と推定されるtyramineとoctopamineのジャガイモ塊茎組織中の含量を測定した。ラミナリンの処理により,tyramine含量に顕著な増加がみられたのに対し,octopamine含量は変化しなかった。これらの結果から,PCOはtyramineがp-coumaroylCoAと縮合していったんp-coumaroyltyramineとなってから,酸化をうけて生合成されると推定した。次に2)に関して,PCO生合成に関与すると考えられるphenylalanine ammonialyase(PAL),4-hydroxycinnamic acid:CoA ligasc(4CL),tyraminehydroxycinnamoyl CoA transferase(THT),tyrosine decarboxylase(TDC)の活性を測定した。いずれの酵素活性も,実験試料調製の際の傷害に起因する若干の上昇を示したが,ラミナリン処理によりさらに上昇し,無処理区と比較してTHTと4CLで2倍程度,PALとTDCで35倍程度まで増加した。また,THTのtyramineに対するKm値は68uMと比較的大きく,THT反応速度が上昇するためには比較的高いレベルの組織内tyramine濃度が要求されるものと考えられた。
自己組織化転位構造の転位動力学シミュレーションおよび実験的研究

金属が繰返し変形を受けたときの内部構造の変化を金属物理学的見地から調査するために,転位運動および形成される組織を実験およびシミュレーションの両観点から検討した.まず実験的な研究は,種々の引張軸方位を有する銅単結晶試験片を用いて定塑性ひずみ振幅制御の繰返し変形試験を行い,その転位構造をElectron Channelling ContrastImaging(ECCI)法で観察した.ECCI法とはSEMを用いる観察法の一種で,表面観察から転位の分布を観察できる.単一および多重すべり方向を有する試験片で,それぞれ固執すべり帯のはしご状転位構造,ラビリンス転位構造が確認でき,非破壊的な転位構造観察にECCI法が非常に適していることを示すことができた.次にシミュレーションを利用した研究では,転位線を刃状転位およびらせん転位成分のセグメントに離散化して,それらの運動を追跡することで,塑性変形した結晶内の転位構造や結晶の強化機構を検討した.個々の転位セグメントが発生する応力場はDe-Witの式で計算し,内部応力および外部応力から転位セグメントが受ける力はPeach-Keohlerの式を用いて計算した.また,転位に作用する力には線張力および交差すべり応力を考慮した.まず,二次元平面内を移動する転位運動を検討し,Frank-Read源の臨界応力に及ぼす支柱転位間隔の影響,ひずみ硬化に及ぼす分散粒子の密度を調査し,いずれも初期条件によって挙動が大きく異なることを示した.また,交差すべりを考慮した三次元転位運動シミュレーションでは,分散粒子近傍や粒界近傍での交差すべり挙動が転位の拡張幅に依存することを再現し,このようなシミュレーション手法がメゾ領域の力学的特性の評価に有用であることを示した.すべり面内を移動する転位の運動をシミュレートするためのプログラムをFortran90を用いて作成した.転位線は刃状転位とらせん転位微小セグメントで近似した.De Witの式に基づいて転位が周囲に発生させる応力場を計算し,次にPeach-Koehlerの式に基づいて転位に作用する内部応力を計算した.さらに線張力と外部応力を考慮し,転位速度を計算した.このような計算過程を繰り返すことによって,転位線の運動および安定構造を調査した.両端を固定した転位線に定荷重速度の外部せん断応力を負荷することによりFrank-Read機構を再現した.従来透過型電子顕微鏡で観察されているFrank-Read機構により増殖した転位の様子と比較して,この結果はFrank-Read機構をよく再現していた.(2)定せん断応力を負荷した場合の安定構造両端が固定されたの転位線にせん断応力を負荷することによって,その転位増殖の臨界応力をシミュレートした.転位の増殖が発生する臨界応力はノード間距離が大きくなると臨界応力は小さくなり,転位線張力にもとずく理論解と定性的に一致した.しかしながら,理論値とシミュレーション値との間に差も見られた.荷重速度の異なるシミュレーションを行った結果,荷重速度の減少にともない臨界応力が減少したので,十分低い荷重速度ではシミュレーション結果は理論値に近づくと考えられる.(3)オロワン機構の再現すべり面上に分散粒子を配置し転位線に一定荷重速度のせん断応力を加えた結果,分散粒子の周囲にオロワンループの形成が見られた.分散粒子間隔が小さいほどよく応力-ひずみ線図は加工硬化しており分散強化機構を再現できた.金属が繰返し変形を受けたときの内部構造の変化を金属物理学的見地から調査するために,転位運動および形成される組織を実験およびシミュレーションの両観点から検討した.まず実験的な研究は,種々の引張軸方位を有する銅単結晶試験片を用いて定塑性ひずみ振幅制御の繰返し変形試験を行い,その転位構造をElectron Channelling ContrastImaging(ECCI)法で観察した.ECCI法とはSEMを用いる観察法の一種で,表面観察から転位の分布を観察できる.単一および多重すべり方向を有する試験片で,それぞれ固執すべり帯のはしご状転位構造,ラビリンス転位構造が確認でき,非破壊的な転位構造観察にECCI法が非常に適していることを示すことができた.次にシミュレーションを利用した研究では,転位線を刃状転位およびらせん転位成分のセグメントに離散化して,それらの運動を追跡することで,塑性変形した結晶内の転位構造や結晶の強化機構を検討した.個々の転位セグメントが発生する応力場はDe-Witの式で計算し,内部応力および外部応力から転位セグメントが受ける力はPeach-Keohlerの式を用いて計算した.また,転位に作用する力には線張力および交差すべり応力を考慮した.まず,二次元平面内を移動する転位運動を検討し,Frank-Read源の臨界応力に及ぼす支柱転位間隔の影響,ひずみ硬化に及ぼす分散粒子の密度を調査し,いずれも初期条件によって挙動が大きく異なることを示した.また,交差すべりを考慮した三次元転位運動シミュレーションでは,分散粒子近傍や粒界近傍での交差すべり挙動が転位の拡張幅に依存することを再現し,このようなシミュレーション手法がメゾ領域の力学的特性の評価に有用であることを示した.