hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インターロイキン31による脱毛と掻痒誘発機構の解明

IL-31Tgマウスでは,脱毛,激しい掻痒行動および血清IgEレベルの上昇が認められた.これらの所見は,リコンビナントIL-31(rIL-31)を正常マウスに投与することにより観察された. IL-31による脱毛は毛周期に関わる毛器官形成シグナル伝達因子によって調節されること,掻痒に関してはrIL-31の投与によりレセプターの発現が増強すること,血清IgEレベルの上昇はT細胞からのTh2サイトカイン分泌増強によって促進されることなどが判明した.IL-31Tgマウスでは,脱毛,激しい掻痒行動および血清IgEレベルの上昇が認められた.これらの所見は,リコンビナントIL-31(rIL-31)を正常マウスに投与することにより観察された. IL-31による脱毛は毛周期に関わる毛器官形成シグナル伝達因子によって調節されること,掻痒に関してはrIL-31の投与によりレセプターの発現が増強すること,血清IgEレベルの上昇はT細胞からのTh2サイトカイン分泌増強によって促進されることなどが判明した.インターロイキン31(IL-31)は、T細胞から産生され、かゆみを誘発し、アトピー性皮膚炎や気管支炎などのアレルギー疾患に関与するサイトカインとして報告されている。そこで、IL-31の機能を解析するためにIL-31過剰発現(IL-31Tg)マウスを作成し、その表現型について解析した。IL-31Tgマウスは、CAGプロモーターを用いてIL-31を過剰発現させたマウスであるが、自然交配が難しいために体外受精でF1を作成した。血清中のIL-31の濃度は、アルメニアンハムスター由来モノクローナル抗体と兎由来ポリクローナル抗体をそれぞれ作成しsandwichELISAの系を確立して定量した。その結果、IL-31Tgマウスは6週令ですでに剛毛、脱毛、掻痒行動に伴う引っ掻き傷などの皮膚症状が観察された。血清中のIL-31濃度は約12μg/mlであった。週令が経つと、激しい掻痒行動に伴う擦過傷や皮膚障害が多く認められた。これに対してnon Tg littermatesの皮膚は正常であり、血中IL-31も認められなかった。IL-31Tgマウス血清中のIgEレベルは、13週令においてnon Tgマウスに比較して優位な上昇が認められた。このように、我々の作成したIL-31Tgマウスにおいて皮膚症状、掻痒行動さらにはIgE抗体価の上昇が観察された。この結果は、アトピー性皮膚炎を解析する上で有用なモデルマウスになると思われた。さらに、リコンビナントIL-31を正常マウスに投与することにより、これらの症状が誘発されることも確認できた。現在、IL-31によるこれらの症状の発症誘発機構について組織学的および分子レベルでの解析を進めている。IL-31過剰発現マウスにおいて,脱毛,激しい掻痒行動および血清IgEレベルの上昇が認められた.リコンビナントIL-31(rIL-31)の投与により,これらの所見が再現されるか調べるために, rIL-31を哺乳細胞に産生させ精製する方法を確立した. rIL-31の投与によりこれらの所見が再現されることが判明した. rIL-31の背部皮内投与による脱毛は,投与数日後に腹部からはじまり,投与2週間後には背部に渡って広範囲に認められたが,頭部には認められなかった.脱毛部位の組織化学的所見では,毛球部の細胞増殖が認められ,あたかも成長期のようであった.また,毛球部にIL-31レセプターの発現増強が認められた.毛周期が休止期の場合にのみ,rIL-31の投与により脱毛が認められことから, rIL-31投与による脱毛は毛器官形成にかかわるシグナル伝達と関与することが推測された.掻痒に関しては, rIL-31の投与後23時間後から痒み症状が認められることから,何らかの因子の発現を介して痒みが生じると思われた.血清IgEレベルの上昇は, T細胞からのTh2サイトカイン分泌増強によって促進されることが判明した.活性化マクロファージにIL-31レセプターの発現が認められることから, IL-31によって分泌が促進されるプレサイトカインによってTh2サイトカインの分泌増強が促進すると推測された.一方,ヒトにおいては,喘息患者,アトピー性皮膚炎患者において末梢血単核球からのIL-31の分泌亢進が認められた.このIL-31分泌能は, IL-5やIL-13などのTh2サイトカイン分泌能と相関するが, Th1サイトカインであるIFN-γとは相関しなかった.以上のように, IL-31がアトピー性皮膚炎や喘息の病態に深く関与することがモデル動物およびヒトにおいて明らかになった.
宇宙有機物の構造と同位体

本研究は,分子雲と原始惑星系の宇宙有機物の生成過程と分子構造との関係を解明することを目的とした.超高質量分解能液体クロマトグラフ質量分析計を導入し,合成模擬分子雲有機物と隕石より抽出した可溶性有機物に対し網羅的に高分解能質量スペクトルを取得した.その精密質量とスペクトルパターンから宇宙有機物はいくつかの同族体有機化合物として分類することが有効であることが判明した.この解析により,アルデヒドとアンモニアが分子雲分子から隕石有機物分子の進化をリンクする新しい鍵となるマーカー分子・マーカー官能基であることを突き止めた.星間分子雲には複雑な分子の存在が確認され,隕石等の地球外物質中に水素や窒素の重い同位体が濃集した有機物が存在し,これらの関連が指摘されている.しかし,宇宙空間において同位体濃縮がどのようなプロセスでできたかは明らかではなく,生成過程と分子構造との関係についての研究は少ない.本研究では,難燃性有機物から可溶性有機物まで極微量有機物に対して,網羅的に分子構造を同定し,同位体を含め世界最高感度で分析する手法を開発し,実験班と協力して合成する濃縮同位体をトレーサーとした分子雲・原始惑星系模擬有機物の定性定量分析,有機化合物単位の構造解析・同位体分析を行うことにより,分子雲,原始惑星系での有機物生成過程と分子構造との関係を解明する.地球外物質中の極微量有機化合物に同様の分析方法を適用し,隕石有機物分子と分子雲分子・原始惑星系分子をリンクする新しいマーカー分子・マーカー官能基を探索する.本年度は以下の研究成果が得られた.高分解能UHPLC-MS/MSシステムの立ち上げを開始し,宇宙有機物の精密質量分析法の開発に着手した.Murchison隕石の極性有機物画分の液体クロマトグラフ高質量分解能質量分析によって、さまざまなアルキルピリジン類を検出した.多くの異性体が存在するアルキルピリジン類は今まで報告されたことがなく、アルデヒドとアンモニアのチチバビン型の合成によって、隕石母天体上で生成したものと考えられる.物質の起源や進化の履歴を読み解く目的で物質全体のバルク情報(様々な混成成分の平均値)から個々の分子レベルでの情報を掘り下げ、種々の湿式操作およびクロマトグラフ法、質量分析法の技術開発と分析条件の最適化を進めた.同位体顕微鏡による水素と窒素の同位体局所分析法の開発を標準有機物質BBOTを用いて行った.星間分子雲には複雑な分子の存在が確認され,隕石等の地球外物質中に水素や窒素の重い同位体が濃集した有機物が存在し,これらの関連が指摘されている.しかし,宇宙空間において同位体濃縮がどのようなプロセスでできたかは明らかではなく,生成過程と分子構造との関係についての研究は少ない.本研究では,難燃性有機物から可溶性有機物まで極微量有機物に対して,網羅的に分子構造を同定し,同位体を含め世界最高感度で分析する手法を開発し,実験班と協力して合成する濃縮同位体をトレーサーとした分子雲・原始惑星系模擬有機物の定性定量分析,有機化合物単位の構造解析・同位体分析を行うことにより,分子雲,原始惑星系での有機物生成過程と分子構造との関係を解明する.地球外物質中の極微量有機化合物に同様の分析方法を適用し,隕石有機物分子と分子雲分子・原始惑星系分子をリンクする新しいマーカー分子・マーカー官能基を探索する.本年度は以下の研究成果が得られた.分子雲・原始惑星系環境合成有機物や炭素質隕石中の数十から100μm(重量で1μg程度)領域にどのような有機化合物が分布するのかを解明するための極微量分析法の開発を発展させた.二次元高速液体クロマトグラフ(HPLC)と超高感度蛍光試薬を用いて,世界最高感度アットモルでのDL-アミノ酸分析法を確立した.初年度に導入した超高感度液体クロマトグラフ質量分析計の本格的な運用を開始して,世界最高感度の化学構造の同定手法を確立した.またメタノールやメチルアミンのように,分子雲分子として観測されるが,隕石有機物に対しては分析が行われていない分子に関して,同位体比(13C/12C,D/H,15N/14N)をナノモルレベルで分析し,分子雲分子と隕石中の分子との対比を行った.上記の新規分析法の開発と平行して,同位体顕微鏡を用いて,実験班が作成する合成有機物の同位体局所分析を継続した.星間分子雲には複雑な分子の存在が確認され,隕石等の地球外物質中に水素や窒素の重い同位体が濃集した有機物が存在し,これらの関連が指摘されている.しかし,宇宙空間において同位体濃縮がどのようなプロセスでできたかは明らかではなく,生成過程と分子構造との関係についての研究は少ない.本研究では,難燃性有機物から可溶性有機物まで極微量有機物に対して,網羅的に分子構造を同定し,同位体を含め世界最高感度で分析する手法を開発し,実験班と協力して合成する濃縮同位体をトレーサーとした分子雲・原始惑星系模擬有機物の定性定量分析,有機化合物単位の構造解析・同位体分析を行うことにより,分子雲,原始惑星系での有機物生成過程と分子構造との関係を解明する.地球外物質中の極微量有機化合物に同様の分析方法を適用し,隕石有機物分子と分子雲分子・原始惑星系分子をリンクする新しいマーカー分子・マーカー官能基を探索する.本年度は以下の研究成果が得られた.1.液体クロマトグラフ質量分析計により各種スタンダードのデータベースを作成し,宇宙有機物の構造解析を進める.この質量分析計と二次元HPLCを組合わせ同位体置換体を区別したアミノ酸分析法を開発した.

2.化学反応性の高いアンモニアガスの吸着・脱着プロセスに着目し,分子レベルでの窒素同位体分別に関する基礎過程の実験を行った.3.炭素質隕石から検出されるアルデヒドとアンモニアの反応により生成する化合物の構造解析と同位体比分析を行った.4.隕石抽出有機物を用いて有機構造物の作成実験を行い,実際の隕石中の不均一構造の特徴と比較した.液体クロマトグラフ質量分析計によりスタンダードのデータベースを作成し,2次元HPLCを組合わせ同位体置換体を区別するアミノ酸分析法を開発することに成功した.炭素質隕石から検出したアルデヒドとアンモニアの反応により生成する化合物の構造解析と同位体比分析に成功し,この化合物の生成メカニズムについて考察した.以上のように研究計画に基づき研究が進行しているため.星間分子雲には複雑な分子の存在が確認され,隕石等の地球外物質中に水素や窒素の重い同位体が濃集した有機物が存在し,これらの関連が指摘されている.しかし,宇宙空間において同位体濃縮がどのようなプロセスでできたかは明らかではなく,生成過程と分子構造との関係についての研究は少ない.本研究では,難燃性有機物から可溶性有機物まで極微量有機物に対して,網羅的に分子構造を同定し,同位体を含め世界最高感度で分析する手法を開発し,実験班と協力して合成する濃縮同位体をトレーサーとした分子雲・原始惑星系模擬有機物の定性定量分析,有機化合物単位の構造解析・同位体分析を行うことにより,分子雲,原始惑星系での有機物生成過程と分子構造との関係を解明する.地球外物質中の極微量有機化合物に同様の分析方法を適用し,隕石有機物分子と分子雲分子・原始惑星系分子をリンクする新しいマーカー分子・マーカー官能基を探索する.本年度は以下の研究成果が得られた.(1)極微量宇宙有機物試料の世界最高感度の分子構造解析と同位体分析手法の開発:炭素数5以下の全αキラルアミノ酸に対して一斉分析システムを構築した.隕石より検出された有機物とそれらに構造の類似している有機物,その他、酸素と窒素を含む有機物を中心に研究室に保有している試薬の約400種についてMS/MSのデータと、標準的なHPLCの溶出時間についてのリストを構築した.(2)同位体トレーサーを用いた星間有機物生成経路の研究:星間で最も始原的な窒素で,化学反応性の高いアンモニアガスの吸着・脱着プロセスに着目し,分子レベルでの窒素同位体分別に関する基礎過程の実験的評価をまとめた.(3)隕石有機物と星間有機物をリンクするマーカー分子・マーカー官能基の探査:隕石母天体環境を模したアルデヒドとアンモニアの水溶液反応によって生成するCHN化合物の分子レベル炭素・窒素同位体比測定法の検討を行った.(1)極微量宇宙有機物試料の世界最高感度の分子構造解析と同位体分析手法の開発については,αキラルアミノ酸の一斉分析システムを開発し,隕石中の候補有機物400種に対するMS/MSとHPLCのデータベースが完成した.(2)同位体トレーサーを用いた星間有機物生成経路の研究については,星間アンモニアガスの窒素同位体分別の基礎実験を完了した.(3)隕石有機物と星間有機物をリンクするマーカー分子・マーカー官能基の探査については,隕石母天体の水溶液反応により生成する有機物の分子レベル炭素・窒素同位体比測定法の検討を行い,複雑な混合物の分離法に成功した.以上の研究計画に対応した進捗に加え,以下のように当初計画になかった研究成果が出てきている.
日本の立地適正化計画とイギリスのタウンセンターファースト政策との比較研究

2018年8月にデジタルカメラとNEC LAVIE Directを購入した.6月から10月まで,奈良市のマスタープランと大和郡山市の立地適正化計画を調査した.それにより,以下のことが判明した.中心市街地活性化基本計画が承認された奈良市のマスタープランは商業集積地の不足を補うため,中心市街地と鉄道駅周辺の拠点に小売店を集中させるだけではなく,幹線道路沿道に商業を発展することを示した.企業は農地の開発を選択し,奈良市はそれをマスタープランに従って容認したので,市街化区域の拡大を防ぐことはできなかったのである.さらに,以下の問題点を明らかにした,1万m2超の大型店は中心市街地の外でも立地できるので,用途地域規制だけで,マスタープランに示された都市の将来像を実現できない.都市計画法と大規模小売店舗立地法に基づく審議会の審議内容が重なるので,両者を統合する必要がある.さらに,2月にロンドンでストラトフォードの新規タウンセンターを調査し,その成果を「ロンドンにおけるストラトフォード・シティと既存センターの統合」(日本地理学会2018年度春季学術大会2019年3月20日専修大学生田キャンパス)で発表した.その結果,以下のことを仮説とすることができた.イギリスの基礎自治体は,工業,オフィス,小売業・サービス業などの産業と,住宅別の土地利用の配置政策のなかで,それぞれ将来の需要に適する供給量を配置する.従来,製造業と小売業・サービス業の配置は別であったが,近年インナーシティの衰退した製造業地域の再生のために,ショッピングセンターの立地を許可した.すなわち,製造業と商業・サービス業の立地政策の区別がつかなくなった.そのため,ストラトフォードではインナーシティの再生のために開業したショッピングセンターを既存のタウンセンターと統合し,新たなタウンセンターとしたのではないかということである.奈良県と奈良市の都市計画審議会と大規模小売店舗立地審議会の資料を,おおむね入手することができた.また,イギリスに関しては,古い資料を入手することはできなかったが,ニューアムロンドン特別区市役所から,多くの有益な資料を入手することができた.土地利用などの調査に関しても,おおむね予定通り進めることができた.さらに,成果の一部を,日本地理学会(日本地理学会2018年度春季学術大会2019年3月20日)で発表することができ,研究成果の発信に関しても,おおむね予定通り進んでいる.奈良市における都市計画法の用途地域別大型店と中小小売店・飲食店の立地動向をまとめ,奈良市マスタープランと中心市街地活性化基本計画における目標を達成できたかどうかを評価する.その成果を7月までをめどにまとめ,投稿し,今年度中に雑誌に発表する.2019年9月に,イギリス,ロンドンのストラトフォードにおけるセンター外の広域ショッピングセンターとストラトフォードの旧タウンセンターとの統合により,いかなる商業集積地が形成されたのかを調査する.特に注目するのは,タウンセンターを保護する政策で有名なイギリスで,センター外のショッピングセンターがなぜ開発され,それをどのような理由でタウンセンターに統合したのか,という理由を解明することである.特に,上で述べた仮説,近年インナーシティの衰退した製造業地域の再生のために,製造業と商業・サービス業の立地政策の区別がつかなくなった,ということを実証したい.その調査のために,ショッピングセンターの地図GOADデータを購入する.さらに,ロンドン周辺の小規模都市を事例として,小都市の中心商業地を観光地化して再生された事例を調査する予定である.本調査では,観光地として成功例と成功していない例の双方を調査したい.北海道札幌市か釧路市を対象として,市町村マスタープランと立地適正化計画の資料を入手し,立地適正化計画で設定された都市機能誘導区域の土地利用調査を実施する.調査は2月か3月を予定している.調査に必要な最新の住宅地図が発行されるのが9月頃であるので,そのころに住宅地図を入手する.また,立地適正化計画で設定された都市機能誘導区域の変化を検討するために,古い住宅地図を市役所か図書館で閲覧し,コピーを得る.そのためのコピー代金が必要である.2018年8月にデジタルカメラとNEC LAVIE Directを購入した.6月から10月まで,奈良市のマスタープランと大和郡山市の立地適正化計画を調査した.それにより,以下のことが判明した.中心市街地活性化基本計画が承認された奈良市のマスタープランは商業集積地の不足を補うため,中心市街地と鉄道駅周辺の拠点に小売店を集中させるだけではなく,幹線道路沿道に商業を発展することを示した.企業は農地の開発を選択し,奈良市はそれをマスタープランに従って容認したので,市街化区域の拡大を防ぐことはできなかったのである.さらに,以下の問題点を明らかにした,1万m2超の大型店は中心市街地の外でも立地できるので,用途地域規制だけで,マスタープランに示された都市の将来像を実現できない.都市計画法と大規模小売店舗立地法に基づく審議会の審議内容が重なるので,両者を統合する必要がある.さらに,2月にロンドンでストラトフォードの新規タウンセンターを調査し,その成果を「ロンドンにおけるストラトフォード・シティと既存センターの統合」(日本地理学会2018年度春季学術大会2019年3月20日専修大学生田キャンパス)で発表した.その結果,以下のことを仮説とすることができた.

イギリスの基礎自治体は,工業,オフィス,小売業・サービス業などの産業と,住宅別の土地利用の配置政策のなかで,それぞれ将来の需要に適する供給量を配置する.従来,製造業と小売業・サービス業の配置は別であったが,近年インナーシティの衰退した製造業地域の再生のために,ショッピングセンターの立地を許可した.すなわち,製造業と商業・サービス業の立地政策の区別がつかなくなった.そのため,ストラトフォードではインナーシティの再生のために開業したショッピングセンターを既存のタウンセンターと統合し,新たなタウンセンターとしたのではないかということである.奈良県と奈良市の都市計画審議会と大規模小売店舗立地審議会の資料を,おおむね入手することができた.また,イギリスに関しては,古い資料を入手することはできなかったが,ニューアムロンドン特別区市役所から,多くの有益な資料を入手することができた.土地利用などの調査に関しても,おおむね予定通り進めることができた.さらに,成果の一部を,日本地理学会(日本地理学会2018年度春季学術大会2019年3月20日)で発表することができ,研究成果の発信に関しても,おおむね予定通り進んでいる.奈良市における都市計画法の用途地域別大型店と中小小売店・飲食店の立地動向をまとめ,奈良市マスタープランと中心市街地活性化基本計画における目標を達成できたかどうかを評価する.その成果を7月までをめどにまとめ,投稿し,今年度中に雑誌に発表する.2019年9月に,イギリス,ロンドンのストラトフォードにおけるセンター外の広域ショッピングセンターとストラトフォードの旧タウンセンターとの統合により,いかなる商業集積地が形成されたのかを調査する.特に注目するのは,タウンセンターを保護する政策で有名なイギリスで,センター外のショッピングセンターがなぜ開発され,それをどのような理由でタウンセンターに統合したのか,という理由を解明することである.特に,上で述べた仮説,近年インナーシティの衰退した製造業地域の再生のために,製造業と商業・サービス業の立地政策の区別がつかなくなった,ということを実証したい.その調査のために,ショッピングセンターの地図GOADデータを購入する.さらに,ロンドン周辺の小規模都市を事例として,小都市の中心商業地を観光地化して再生された事例を調査する予定である.本調査では,観光地として成功例と成功していない例の双方を調査したい.北海道札幌市か釧路市を対象として,市町村マスタープランと立地適正化計画の資料を入手し,立地適正化計画で設定された都市機能誘導区域の土地利用調査を実施する.調査は2月か3月を予定している.調査に必要な最新の住宅地図が発行されるのが9月頃であるので,そのころに住宅地図を入手する.また,立地適正化計画で設定された都市機能誘導区域の変化を検討するために,古い住宅地図を市役所か図書館で閲覧し,コピーを得る.そのためのコピー代金が必要である.昨年度は物品費として,デジタルカメラとパーソナルコンピューターを購入し,それは当初の予算額とほぼ同じ額であった.旅費に関しては,2月のイギリス旅費の航空機代金が往復で117,680円と非常に安く済んだ.
教育専門職学位創設のプログラム開発のための企画調査

本研究の目的は、わが国における教育専門職学位創設のためのプログラム開発をめざした企画調査を行うことである。その結果、得られた知見及び研究成果は以下のとおりである。(1)わが国の教育系大学において、高度専門職業人養成の専門職大学院化をめざすところが多くなったが、(1)基礎学術と専門学術のカリキュラムをどう編成するか、(2)学内外の人的パワーをどう生かし、どのように確保するか、(3)社会人あるいは現職教員等の志願者をいかに確保し、またその見通しはどうか、などが主要な問題点として浮かび上がり、学位問題は二の次となっている。(2)教育専門職学位としてのEd.D.は、20世紀20年代にPh.D.の代替地位として新たに考えられたもので、その実践プログラムにおいては、教養教育の履修を含む明確な到達目標と教育戦略が明示され、実際のフィールド経験や問題解決指向型の教育が重視されていることが調査から明確になった。(3)アメリカの教育系研究大学の専門職学位のカリキュラム構造を分析した結果、学位取得プロセスが高度に体系化され、学習や研究の過程を重視しそれを適切に評価するようなシステム(例えば、総合試験制を含む審査プロセスや助言・指導体制など)が確立されていることが明らかになった。(4)また、ハーバード大学では、研究学位のPh.D.はFaculty of Fine Arts以外のスクールでは授与されないという原則が遵守されており、教育学においても専門職学位としてのEd.D. (Doctor of Education)しかない。教育学分野では、Fine Artsとのジョイント・プログラムによりPh.D.授与の道を拓くととともに、Ed.Dプログラムの質を向上させ、研究大学への就職を促進させていることが明らかとなった。
異文化連携による創造的な学習環境構築のための理論と実践の統合

多くの国際的コラボレーションプロジェクトを既存の理論を基盤として実践しつつ、海外の研究者と議論しながら理論を改善した。これにより、海外の研究者と理論だけでなく実践面も連携しながら、異文化連携の中で互いに活性化し深め合っていく循環を創り出すことができた.今後、日本と海外の学習者同士、研究者同士が文化を超えて創造的に学び合う学習環境を構築する事ができた。2010年8月にMIT Media Labで開催されたScratch@MIT 2010で、身体や五感を使ったインタラクティブなワークショップを実施した。このワークショップで世界の研究者と実践の場を共有し情報交換を行ったことをきっかけに「Scratch Network Project」、さらにそれを発展させた「World Musem Project」を立ち上げた。現在までにボストン、シドニー、グラスゴー、内モンゴル、国内では津田塾大学、千葉工業大学、同志社女子大学、椙山女学園大学などの研究者、教育関係者との継続的な連携実践を行っている。9月には中国内モンゴル自治区エレンホト市のモンゴル民族学校を訪問してScratchを用いたワークショップを実施した結果、全校生徒を対象にScratchの授業を行うことになり、埼玉大学の協力を得て実現した。Scratchのモンゴル語化も行い、学校に導入した。国内外の研究者とのオンライン異文化連携による学習環境の基盤として、多言語対応可能なSocial Networking ServiceであるNoosferoを採用し、その日本語ローカライズを行った。中国語ローカライズも進めている。とよた科学体験館、地球環境総合研究所との連携も強化した。以上の成果により、国内外の研究者との連携体制が整った。学習成果としては、中京大学と仙台市立大野田小学校の連携授業では、大学生のScratch制作の内容が飛躍的に向上した。中京大学、津田塾大学、千葉工業大学の連携授業では、学生が主体的に、それぞれの専門分野を活かした連携態勢を模索する事が観察された。これらの成果は教育工学会研究会で発表した。11月にはこれまでの研究成果と今後の展望を、共同研究者との共著で「協同と表現のワークショップ」として東信堂より出版した。1.ワールドユースミーティング(8月):国内、海外の多くの学校から日本に集まり交流する参加者のリフレクションのサポートを行った。2.ワールドミュージアム2011春&夏:とよた科学体験館を会場に、5月21日と8月2日に開催。パートナーと協同制作してきたスクラッチの作品を、Scratch Day 2011の一環として、世界のスクラッチコミュニティーおよび地域からの子供大人の参加者に紹介し、制作体験ワークショップを行った。3.ワールドスタジオinとよた&保見:(5月7月に9回)ワールドミュージアムに参加した参加者や新たに募集した豊田地域の子供大人の参加者が、国内外のパートナーとオンラインで作品制作し発表した。4.ワールドフレンズプロジェクト(2月):横浜で開催されたCANVAS WSC8に出展、ボストン、香港、スペイン、ロシア、日本の参加者が協同制作を行い、優秀賞を受賞。5.造形基礎/表現工学/創造性工学(4月1月中京大学):大学生対象で、作品制作とそのリフレクション及びワークショップデザインを毎週ワークショップ形式で、大学生の学びのコミュニティーの協力により行い、「創発的活動マトリクス」に基づく制作/リフレクションの手法も開発した。6.異年齢・異文化の学生連携(9月1月):津田塾大学、千葉工業大学、椙山女学園大学、中京大学の連携チームで、ワールドミュージアムのパートナーとScratch作品を協同制作し共有、発表し合い、評価した。これらの実践を通じ、視野と志の拡張のための「Create/Connect/Open」という枠組みを開発し、実践に還元することができた。1.実践面では、以下の海外と日本の教育者、研究者のネットワークを形成した。シドニー/パワーハウス・ミュージアム、タイ/バンサンカ・スクール、ボストン/ジャクソンスクールとチルドレンズミュージアム、香港/LEAD、椙山女学園大学、津田塾大学、同志社女子大学、その他、米国、スペイン、ネパール、ラトビア、フィリピン、ホンジュラス、南アフリカ、などのパートナーと連携し、とよた科学体験館、慶応大学、MIT Media Labなどで約10回のワークショップおよびオンラインプロジェクトで、日本と海外の10カ国以上延べ500人以上の参加者のコラボレーションを実現した。2.理論面でも、従来のデザインモデルを包括し拡張した「Create/Connect/Open」モデルを開発、それにもとづいて、集合型(World Friends等)、対話型(World Friends on Tour等)、協同型(Kids Guernica Project等)のプロジェクトデザインを上記の連携パートナーと協同開発した。それらを実践した上記の多くのプロジェクトにおいて参加者のCreative Mindsetが、モノ作りから人間関係構築、文化的意味の構築、コミュニティー構築へと拡張することを観察した。4.以上のように、本研究の目的であった「海外の研究者と理論だけでなく実践面も共有し、異文化連携の中で互いに活性化し深め合っていく循環を創り出すことにより、日本と海外の学習者同士が文化を超えて創造的に学び合う学習環境を構築する」を達成する事ができた。研究目的「海外の研究者と理論だけでなく実践面も共有する」に関して、ボストン、香港、オーストラリア、内モンゴル、スペイン、ギリシャ他の多くのパートナーとの連携による実践を実現できた。

「異文化連携の中で互いに活性化し深め合っていく循環を創り出す」に関して、これらのパートナーの実践がお互いに活性化し合うネットワークを構築しつつあり、理論と実践の循環を実現する「Create/Connect/Open」の枠組みを開発した。「日本と海外の学習者同士が文化を超えて創造的に学び合う学習環境を構築する」に関して、これらの実践の中で多くの国の参加者が学び合う環境を実現した。24年度が最終年度であるため、記入しない。実践スタイルや理論的スタンスの異なる多くの連携パートナーが、それぞれ構築してきた実践環境や理論的背景を有機的に統合するようなソーシャルメディアの活用法の開発が必要である。また、世界各国の学習者の協同制作を可能にする制作環境を開発しているが、現段階ではコーディネーターによる調整が必要となっていて、学習者がより直接インタラクションできるような環境の開発が必要である。
社会的認知能力への比較認知科学的アプローチ

チンパンジーが自身を取り巻く社会環境をどのように認識しているのかを明らかにするため、下記の成果を挙げた。研究1:当施設で飼育されているチンパンジー(弱齢群:約11歳、高齢群:約30歳)をもちい、視覚的経験が顔知覚に与える影響をあきらかにした研究2:アカゲザルを対象に彼らが視聴覚情報を統合した他個体認識をおこなっており、聴覚情報を知覚した際に視覚情報を想起していることをあきらかにした研究3:チンパンジーが他個体を認識する際にその順位表象を含めたものであるだけではなく、さらには、彼らが空間的にその情報をマッピングしていることをあきらかにした。霊長類の様々な認知能力は、社会生活を営む上で発生する諸問題に対処するために進化してきたとする「社会脳仮説」は広く受け入れられている。この観点より、ヒトとヒト以外の動物の社会的認知能力を比較しその異同を明らかにすることは、ヒトの認知能力の進化的基盤を探る上で最も重要な作業の一つである。本研究では、動物が自身を取り巻く社会環境をどのように概念化し認識しているのかを明らかにしていく。その際、各認知能力単体ではなく、そのネットワークとしての社会的認知能力の全体像を浮き彫りにすることをめざす。すなわち、動物の社会的認知能力を多角的に分析することで、ヒトの持つ社会的認知能力との移動をより鮮明に描き出し、その進化的基盤を明らかにしていく。本年度はチンパンジーを対象に、彼らが複数感覚様相からの情報を統合した他個体概念(感覚統合的他個体概念)を持つか、を分析する実験を行っている。現在、遅延象徴見本合わせ課題を用いて、写真に映った5頭の既知個体を弁別することを被験体に訓練している。学習が形成された後にはテストへと移る。テストでは、見本刺激が消えた後、選択刺激が現れるまでの間に、見本刺激として呈示された個体の音声(一致条件)・或いはその他の個体の音声(不一致条件)、または同じ時間の無音(統制条件)が挟み込まれる。もし被験体が、既知他個体について感覚統合的概念を持つのであれば、一致条件では成績の向上、不一致条件では、干渉により成績の低下が見られると考えられる。現在、弁別学習は成立しており、遅延時間の調整をおこなっている。23年度早々にはテストに移れると期待される。また、こうした実験に並行して、今後の実験に必要な刺激の採集および作成をおこなっている。霊長類のさまざまな認知能力は、社会生活を営む上で発生する諸問題に対処するために進化してきたとする「社会脳仮説」は広く受け入れられている。この観点より、ヒトとヒト以外の動物(以下、動物)の社会的認知能力を比較し、その異同を明らかにすることは、ヒトの認知能力の進化的基盤を探る上で最も重要な作業のひとつである。さらに、非社会的刺激に対する表象についても分析をひろげることで、より多角的に社会性が認知能力の進化に与えうる効果を検討する。平成23年度は、見本合わせ課題を応用した課題を用いることで、チンパンジーをはじめとする霊長類が、視聴覚を統合した他個体表象を形成するのかを分析している。さらに、視聴覚を統合した非社会的な表象として、共感覚的知覚の分析をチンパンジーを対象におこなった。また、成果の一部について、アカゲザルの他個体表象(PLoSDNE)、チンパンジーの共感覚的知覚(Proceedings of the National Academy of Sciences)を論文としてまとめ公表した。特に後者の研究は、数多くのメディアに取り上げられ、注目を浴びた。また、平成24年度に、社会的対象認知のうち個体間関係の分析をおこなう予定をしているため、チンパンジーをはじめとする霊長類を飼育している施設に赴き、ビデオや写真を撮影することで、刺激作成を開始した。本年度は、チンパンジーが自身を取り巻く社会環境をどのように認識しているのかを明らかにするため、下記の研究をおこなった。研究1:当施設で飼育されているチンパンジー(弱齢群:約11歳、高齢群:約30歳)をもちい、視覚的経験が顔知覚に与える影響を分析した。彼らは、群れで生まれ育ち初期経験は同種に強く偏向している一方で、長期的経験は同種は13頭と限られているのに対し、ヒトは実験者、飼育者等、常に増加し続ける。実験の結果、下記の3点が明らかになった。1)弱齢群は、ヒト顔よりも同種顔弁別のほうが成績がよかったが、高齢群では逆であった。これは、ヒトの「知覚的狭小化」とよく合致するとともに、長期的経験もまた緩やかではあるが顔知覚を変容させていくことを示唆している。

2)次に、弱齢群は同種顔に対して強い倒立効果を示す一方で、高齢群はヒト顔に対して強い倒立効果を示した。これは、観察された顔知覚の変容が顔の全体処理様式の変容を反映していることを示唆している。3)最後に、顔の左または右半分を反転し作成した左、右キメラ顔を刺激に用いた結果、彼らの顔知覚が左視野に投影された顔の情報により依存していることがわかった。これは、彼らの顔知覚が脳の右半球の処理に依存しているという可能性を示唆している。研究2:直接的に順位弁別を訓練することなく、彼らが他個体の順位関係認識を分析した。見本あわせ課題をもちい、群内の既知他個体弁別をおこなわせた。その際、選択肢を上下に配列し、上位個体が上、または下位個体が上に呈示される条件を用意した。ヒトでは、順位の高いものを空間的に上に結びつける表象マッピングが存在する。実験の結果、チンパンジーも上位個体が上に配置されているときに成績が向上した。これは、彼らの他個体認識がその順位表象を含めたものであるだけではなく、彼らが空間的にその情報をマッピングするということをも意味している。最先端基盤整備事業「心の先端研究連携拠点(WISH)」による、設備の整備に伴い、騒音を伴う工事が長期にわたり続いたため、チンパンジーの音声録音が予定通りには進まなかった。そのため、チンパンジーを対象とした複数感覚様相からの情報を統合した他個体表象の分析が遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。工事は平成23年度で終了したため、本年度あらためて、チンパンジーを対象とした複数感覚様相からの情報を統合した他個体表象の分析をすすめる。また、他個体関係の認知を分析するための刺激作成は順調であるため、こちらについては当初の予定通り実施する。また、社会的対象認知の比較対象としての、非社会的表象の分析もより広範囲に展開する。
植物における体細胞多倍数性(polysomaty)の解析とその遺伝育種学的評価

有用植物を対象として、フローサイトメトリーによるpolysomatyの存在を広範に調査し、この現象を有する植物の共通的な特性を調査した。その結果、polysomatyは多肉化した組織を持つ植物には普遍的に存在するが、多肉化しない植物でも、ナデシコ目に属する植物にはpolysomatyが共通してみられ、木本植物には少ない傾向があるなど、進化の過程で多面的な方向でpolysomatyが出現してきたことが示唆された。polysomatyは茎頂や根端の分裂組織をのぞいて、すべての器官にみられ、加齢とともにより高次の倍数性細胞が出現する傾向がみられた。倍数化することによりpolysomatyのパターンは1段階上の倍数性に並行的にシフトするが、その際、最高次の倍数性細胞の出現が抑制されることを明らかにした。また、組織培養による植物の大量増殖過程で起こる倍数体の出現機構を明らかにするため、polysomatyとの関連について調査を行った。その結果、polysomatyを持つ組織から誘導された懸濁培養細胞は、もとの組織とほぼ同じpolysomatyのパターンを有しており、倍加した細胞も2倍性細胞と同じ頻度で分裂可能であることが示唆された。さらに培地に添加する植物成長調節物質を変えることにより、polysomatyのパターンが変化することから、植物ホルモンが染色体倍加の大きな要因となっていることを明らかにした。さらに、本研究では、DNA含量というマクロな指標が分類群の識別に有効であること、またDNA含量の異なる種間の雑種判定、さらには倍数性雑種における母親の同定など幅広い応用が可能であることを同時に明らかにした。本研究ではフローサイトメトリーを用いて種々の植物を対象に、体細胞多倍数性(polysomaty)の分布、染色体倍加処理後のDNA含量の変動および分類群のDNA含量による系統解析等について研究を行い、以下の結果が得られた。1. polysomatyはアスパラガス、マツバボタン、コチョウラン等の多肉化した組織を持つ植物には一般的な現象として認められた。一方、多肉化しない植物でもコムギやシロイヌナズナなどではpolysomatyを有することが判明した。コチョウランにおいては、茎頂や根端の分裂組織をのぞいてすべての器官にpolysomatyがみられ、加齢とともにより高次の倍数性細胞が出現する傾向がみられた。2.マツバボタンにおいてコルヒチンによる人為的な倍数体を作出し、Polysomatyのパターンを調査した。その結果、倍数化することにより高次の倍数性細胞の出現が抑制される傾向がみられた。3.コチョウランの懸濁培養細胞について、培地に添加する植物成長調節物質を変えることにより、polysomatyのパターンが変化することが判明した。特に2,4-Dが高濃度で添加された場合、polysomatyのパターンがより高次の倍数性にシフトし、最終的に細胞集団の倍加が促進される結果となった。4. Petuniaおよびその近縁属であるCalibrachoaを対象に両属に含まれる多数の種についてDNA含量を調査した。その結果、両属の間には明確なDNA含量の差異があり、系統学的に異なる分類群であることが判明した。またCalibrachoa属の中には明らかにDNA含量が他の種と異なる2種があり、これらは他の種と交雑不可能なことがら、別な属とする必要があることが示唆された。本研究ではフローサイトメトリーを用いて種々の植物を対象に,体細胞多倍数性(polysomaty)の分布について研究を行い,以下の結果が得られた。1.Polysomatyは主にendoreduplicationによって引き起こされていると考えられるが,endoreduplicationのメカニズムはいまだほとんど明らかにされていない。そのため,endoreduplicationに関与していることが示唆されているCDK抑制タンパク質をコードしているick

遺伝子に花冠特異的に発現するCHSプロモーターを連結したものを,Agrobacterium法で植物に導入するためにバイナリーベクターとして構築した。現在タバコに導入してその花冠での発現の影響を調査している。2.小麦の倍数性とその子葉鞘組織にみられるpolysomatyの出現頻度の関係を調査した。その結果,2倍体や4倍体の種に見られるような高次に倍加した核の頻度が,6倍体の種で明らかに減少していることが見出された。しかし,2倍体と4倍体との交配によって得られた合成6倍体小麦の,高次に倍加した核の頻度は4倍体の種と同様であった。3.組織培養中に引き起こされる倍数性の変異において,外植片として用いられる植物組織中に存在するpolysomatyがその一因になっていることを確かめるために,高度にPolysomalyを持つアスパラガスの組織を外植片と,そこから誘導されてきたカルスの倍数性の頻度を調査した。その結果,外植片とカルス中の倍数性細胞の頻度には相関が見られた。有用植物を対象として、フローサイトメトリーによるpolysomatyの存在を広範に調査し、この現象を有する植物の共通的な特性を調査した。その結果、polysomatyは多肉化した組織を持つ植物には普遍的に存在するが、多肉化しない植物でも、ナデシコ目に属する植物にはpolysomatyが共通してみられ、木本植物には少ない傾向があるなど、進化の過程で多面的な方向でpolysomatyが出現してきたことが示唆された。polysomatyは茎頂や根端の分裂組織をのぞいて、すべての器官にみられ、加齢とともにより高次の倍数性細胞が出現する傾向がみられた。人為的な倍数体を作出した場合、polysomatyのパターンは、倍数化により1段階上の倍数性に並行的にシフトするが、その際、最高次の倍数性細胞の出現が抑制されること現象が見られた。また、組織培養による植物の大量増殖過程で起こる倍数体の出現機構を明らかにするため、polysomatyとの関連について調査を行った。その結果、polysomatyを持つ組織から誘導された懸濁培養細胞は、もとの組織とほぼ同じpolysomatyのパターンを有しており、倍加した細胞も2倍性細胞と同じ頻度で分裂可能であることが示唆された。さらに培地に添加する植物成長調節物質を変えることにより、polysomatyのパターンが変化することから、植物ホルモンが染色体倍加の大きな要因となっていることを明らかにした。さらに、本研究では、DNA含量というマクロな指標が分類群の識別に有効であること、またDNA含量の異なる種間の雑種判定、さらには倍数性雑種における母親の同定など幅広い応用が可能であることを同時に明らかにした。
配位子周辺部の修飾による特異な反応場の構築と高機能触媒開発

我々は,触媒中心から比較的離れた周辺部を修飾することにより触媒機能の向上をはかる研究を進めている.周辺部に導入する官能基や構造体の性質が触媒反応においてどのような影響を与えるかを調べ,これらを高活性触媒の開発に繋げることが本研究の狙いである.ここで我々は,周辺部に柔軟な構造を導入したルテニウムーメタセシス触媒を設計・合成し,剛直ならびに柔軟な構造がメタセシスにおいてどのような影響を及ぼすかに焦点を当てた研究を進めることとした.柔軟な構造体として,ポリベンジルエーテル型デンドリマーを導入することにした.合成した柔軟なデンドリマーを有するルテニウム錯体の構造はX線結晶構造解析ならびにONIOM法により最適化した.4,4-ジエトキシカルボニル-1,7-オクタジエンを基質とした閉環メタセシスをモデル反応として触媒の性能を評価した.トルエン溶媒中,室温での反応において第0世代触媒は高い活性を示した.世代を拡張した第1,第2世代触媒もほぼ同様の触媒活性を示すことが分かった.このことは,周辺部に導入したデンドリマー部位は第2世代触媒においても反応を阻害しないことを示している.一方,反応温度を-30度に低下させると,デンドリマーの世代が増加するにつれ反応性が低下する結果となった.デンドリマー部位は,室温では比較的自由に動き反応を阻害することは無かったが,低温ではその動きが遅くなることで基質の接近を阻害したのではないかと考えられる.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度が最終年度であるため、記入しない。本申請では「配位子周辺部の修飾による特異な反応場の構築とそれによる高活性触媒の開発」を目的としている.本年度は,ポリフェニレン骨格で覆われた固い反応場を構築し,その反応場における触媒反応性を検証した.ルテニウム錯体を触媒に用いるオレフィンメタセシスは,高い官能基許容性を有することから天然物合成や医薬中間体の合成において幅広く用いられている.Grubbsらが開発したルテニウム錯体が触媒として幅広く利用されているが,この触媒ではルテニウムに配位するトリシクロヘキシルボスフィンが解離して生成する14電子ルテニウム錯体が鍵中間体であることが知られている.この中間体は極めて活性ではあるが同時に木安定でもあり失活は早い。我々は,触媒の遠隔位に剛直な立体を導入することで,1)トリシクロヘキシルホスフィンの解離を促進し触媒活性を向上させる,2)基質の接近を阻害することなく生成した14電子ルテニウム錯体を保護する,ことを狙った.そこで,テトラフェニルフェニル基により修飾した含窒素複素環カルベン配位子を設計し,これらを有するルテニウム-メタセシス触媒を合成した.ジアリルマロン酸ジエチルを基質とした閉環メタセシスをモデル反応として触媒の性能を評価した.低温での反応における経時変化を追跡すると,遠隔位に立体を有する触媒が極めて高い活性を示すことが分かった.これは,テトラフェニルフェニル基によって遠隔位に導入された固い置換基の立体効果によりトリシクロヘキシルボスフィンが解離し,活性種が効率良く発生したととが要因の1つであると考えられる.また,この立体効果により失活が抑制された効果もあると考えている.我々は,触媒中心から比較的離れた周辺部を修飾することにより触媒機能の向上をはかる研究を進めている.周辺部に導入する官能基や構造体の性質が触媒反応においてどのような影響を与えるかを調べ,これらを高活性触媒の開発に繋げることが本研究の狙いである.ここで我々は,周辺部に柔軟な構造を導入したルテニウムーメタセシス触媒を設計・合成し,剛直ならびに柔軟な構造がメタセシスにおいてどのような影響を及ぼすかに焦点を当てた研究を進めることとした.柔軟な構造体として,ポリベンジルエーテル型デンドリマーを導入することにした.合成した柔軟なデンドリマーを有するルテニウム錯体の構造はX線結晶構造解析ならびにONIOM法により最適化した.4,4-ジエトキシカルボニル-1,7-オクタジエンを基質とした閉環メタセシスをモデル反応として触媒の性能を評価した.トルエン溶媒中,室温での反応において第0世代触媒は高い活性を示した.世代を拡張した第1,第2世代触媒もほぼ同様の触媒活性を示すことが分かった.このことは,周辺部に導入したデンドリマー部位は第2世代触媒においても反応を阻害しないことを示している.一方,反応温度を-30度に低下させると,デンドリマーの世代が増加するにつれ反応性が低下する結果となった.デンドリマー部位は,室温では比較的自由に動き反応を阻害することは無かったが,低温ではその動きが遅くなることで基質の接近を阻害したのではないかと考えられる.24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究は、交付申請書に記載した計画通り概ね順調に進行し,新しい配位子の開発とその触媒反応への応用に関する研究成果が得られたため.24年度が最終年度であるため、記入しない。現在得られた成果は,既存の反応の効率を大きく改善する結果であった.今後は,より挑戦的な課題として,新しい配位子よる新しい触媒反応の開発を進める必要があると考えている。
大規模系のための水素の量子効果を含む第一原理量子化学法の開発と応用

本研究において弱い水素の量子効果を効率的に計算できる手法を開発した。水素の量子効果とBorn-Oppenheimer近似との差は、短距離の一電子ポテンシャルの形で表されることを見いだした。本研究では、弱い水素の量子効果を持つDFT法に特に注力して研究を行った。加えて、水素の量子効果がもたらす複雑な計算結果について、電子密度の点から解析を行った。近年、密度汎関数理論(DFT)およびコンピュータの発達により、第一原理(ab-initio)法に基づいたコンピュータ解析が化学分野だけでなく、物理学や材料学などの多様な分野で使用されるようになっている。本研究では、現在のスタンダードなDFT理論では取り扱われていない、分子やマテリアル中に含まれている水素原子(プロトン)の量子効果に注目して研究を行う。本研究では、水素の量子効果と周期境界条件を含む量子化学計算および第一原理を融合させることを目標としているが、本年度は量子化学のフレームワークで周期境界条件を扱うための新規な理論(Range-separation density-fitting approach)およびプログラムの開発を行い、その結果に基づいて論文発表を行った( T. Shimazaki et al. J. Phys. Soc. Jan., 83, 054702, 2013)。また、平面波ベースの第一原理計算プログラムQ-MASに水素の量子効果を考慮するためのルーチンを組み込み、水分子に対して水素の量子効果の影響がどのようになるかを調べた。結果は、Gauss基底を用いた量子化学計算と同様のものになり、平面波を用いたとしても開発した水素の量子効果の理論は妥当な結果を与えることを確認した。また、本研究プロジェクトは、開発したプログラムを公開する等により、研究成果を幅広く活用できる環境を構築することも目標としている。この目標のために、開発したきた水素の量子効果を含む量子化学プログラムをMITライセンスのもとにインターネット上で公開した(http://bitbucket.org/tshima)。本研究では、現在のスタンダードなDFT理論では取り扱われていない、分子中に含まれている水素原子(プロトン)の量子効果に注目して研究を行っている。現在、広く用いられている密度汎関数理論ではBorn-Oppenheimer(BO)近似に基づき水素(プロトン)の量子効果は無視されている。共有結合のような強い相互作用だけでなく、水素結合のような弱い相互作用の取り扱いが重要である。しかし、現在のスタンダードなDFT理論やab-initio量子化学理論では水素(プロトン)の量子効果は取り扱っておらず、そのため弱い相互作用を扱うために、水素(プロトン)の量子効果を効率的に扱うための手法開発は非常に重要である。本研究では、タンパク質等の生体分子や凝集系中に現れる水素の量子効果を高速かつ簡便に扱うためのab-initio理論・アルゴリズムを確立させることを目標としている。今年度では、水素の量子効果を簡便に第一原理の枠組みに取り込むための理論を、独自に開発を行ってきたC++プログラムに組み込み、周期境界条件のもとでも計算が可能になるようにプログラムの拡張を行った。さらに、汎用的な量子化学計算プログラム「NTChem」にもプログラムを組み込んだ。加えて、産業技術総合研究所の石橋グループリーダーと共同で議論・研究を行うことにより、石橋グループリーダーが中心となって開発している平面波第一原理プログラム「QMAS」にも水素量子効果理論を組み込んだ。これらの研究により、ガウス基底、平面波およびガウス基底に基づいたバンド計算プログラムにおいても水素の量子効果を取り扱うことが可能となった。さらに、本理論の有用性を周知させるために、現在開発しているプログラムをGUIから利用することを目指した調査研究を行った。本プロジェクトでは、スタンダードな密度汎関数理論(DFT)やab-initio量子化学理論では考慮されていない水素(プロトン)の量子性を調べるために、水素量子効果を考慮可能な高速かつ簡便な理論・アルゴリズムを確立させることを目標とした。さらに、タンパク質や酵素、バルク水溶媒等の凝集系に代表されるような大規模系における水素の量子効果を明らかにすることを目的とした。本研究によって、非Born-Oppenheimer(non-BO)理論に基づいた第一原理計算において、一電子演算子を用いて高速に水素の量子効果を取り扱うことのできる理論を開発した。これにより、大規模系や凝集系に対しても水素(プロトン)の量子性を第一原理計算中で簡便に考慮できる手法を確立させた。また、本研究では、凝集系を取り扱うために、周期境界条件のもとでの量子化学計算手法の開発を行うことを目指した。この目的のために、Range-separation density-fitting法を開発した。これにより、より効率的に周期Hartree項を計算することを可能にした。加えて、誘電率依存のscreened Hartree-Fock (HF) exchangeポテンシャル法を開発し、特に凝集系へと手法の展開を試みた。第一原理量子化学法ではhybrid-DFT法がしばしば用いられるが、ポテンシャルに組み込まれるHF項の割合は経験的に決定される。一方、開発した手法ではその割合は誘電率の逆数に比例することを理論的に明らかにし、新規のポテンシャルおよび汎関数を開発し、その検証を行った。研究期間中にこれらの研究内容について、学会および論文誌上で発表を行った。