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プレート境界堆積盆地における津波・洪水堆積物の認識とその地層形成上の役割

福島県南相馬市小高の井田川地区において,2011年の3.11津波堆積物と過去1万年間の地層中の津波堆積物について研究した.3.11津波堆積物は,2層からなる砂層と津波と地盤沈下による塩水の侵入と停滞から堆積した泥層からなる.過去1万年間に干拓前に存在した井田川浦を埋積した26 mの堆積物中には,海棲の貝などを含む砂層が頻繁に挟在していた.その堆積は放射性炭素年代測定から約600年間隔と見積もられ,堆積構造と合わせて考えると津波堆積物である可能性がある.また,長野市塩崎に分布する西暦888年の洪水堆積物についても研究し,正級化構造を持つという一般の洪水砂層とは異なった特徴を持つことを発見した.洪水堆積物について,千曲川流域の長野市南部の塩崎遺跡の発掘現場及びその周辺を調査・検討対象とした.この遺跡は弥生時代以降中世まで連続して居住跡の存在が確認され,また近世江戸期の遺構も存在している.洪水堆積物と考えられるものは平安期遺跡を覆うものと江戸期遺構を埋めるものの少なくとも2層の砂層が確認できた.これらのうち平安期遺跡を覆うものは歴史記録から仁和の洪水(888年)と考えられる.一方,江戸期遺構を埋積してる砂層は1742年の戌の満水によるものと考えられる.今回の研究ではこれら2層の洪水が原因と考えられる砂層について,遺跡発掘地の主要に壁面から試料を採取して,粒度分析,蛍光X線分析による無機化学分析,CHNコーダーによる有機炭素量,安定炭素同位体比分析などをおこなった.その結果,これらの砂層は一般的な洪水砂のもつ逆級化構造を持たず,正級化構造を示すことが明らかになった.また,仁和洪水と考えられる砂層はイオウの含有量が上下より高いことが示された.このことから,この地域は洪水後に懸濁物質が沈積するまで冠水していたことなどが考察される.津波堆積物については,福島県南相馬市の小高地区の井田川周辺を試料採取,調査委地域とした.この地域で,主要にジオスライサーによる1mの深さまでの試料および,地表下30 cm程度のボックス試料を採取して,洪水堆積物と同様の分析をおこない,加えて珪藻化石分析をおこなった.その結果,2011年3月11日の東北沖津波堆積物に加えて,2層の津波堆積物と考えられる砂層を確認した.これらは慶長(1611年)および貞観(869年)の津波堆積物である可能性がある.3.11津波堆積物については,その上位を覆う泥層に海棲および汽水棲の珪藻が増加していることが,明らかになった.昨年度に引き続き,洪水堆積物については長野市塩崎においてジオスライサーによる2m試料の採取をおこなった.また,津波堆積物については,福島県南相馬市小高区井田川地区で,ジオスライサーによる2m試料に加えて,完新世の津波堆積物採取と堆積環境変遷研究のため,完新統26.5mを掘削し,鮮新統大年寺層に達するボーリング調査を実施した.長野県の千曲川洪水堆積物については,河川より離れた氾濫原では,数枚の砂質堆積物が観察されるが,それが888年の洪水に起因するものかは,現状では不明である.一方,南相馬市小高でのボーリング調査では,次のことが明らかになった.最終氷期後,堆積環境は下部外浜から内側陸棚の外洋にさらされた環境から内湾環境へと変化し,数回の海進・海退を繰り返し,再び外洋へと変化した.さらに,海退により内湾へと変化し,その後の人為的な埋め立てにより現在の陸域環境へ変化した.内湾堆積物中にイベント性の砂質堆積物が複数確認できたことから,津波などにより海側から砂質堆積物の運搬が複数回あったと考えられる.特に,コア上部のイベント性の砂質堆積物は津波に伴い運搬されたものである可能性が高い.放射性炭素同位体年代からこのイベント堆積物は貞観津波によるものである可能性が高い.コア最上部の砂質堆積物とその上位を覆う泥質堆積物は東日本大震災に伴い発生した津波によって形成された3.11津波堆積物である.なお,この地域は,氷期後の8000年頃より,海進して外洋環境からエスチュアリー(内湾)となって,そこに何層かの津波堆積物が流入していると考えられる.さらに,堆積学的な検討と年代データを増やすことにより,これらの砂層の起源の詳細を明らかすることが可能である.長野市の塩崎遺跡における,千曲川洪水堆積物のジオスライサーによる2m試料の採取は,26年度,27年度とも長野県埋蔵文化財センターの協力で,順調におこなわれている,しかし,耕作による人的擾乱が激しく,河川近くの自然堤防で認められている888年の仁和洪水堆積物を確実に氾濫原遠方に追跡することは難しい,これらの砂層の対比手段を考える必要がある.一方,南相馬市小高地区におけるジオスライサー試料採取,およびボーリング調査は順調に進み,試料の分析をおこなっている.堆積相解析はほぼ終了しているが,粒度分析,かさ密度測定,化学分析などが必要である.特に,最上部については,人為的な埋め立てによって,かなり圧密されており,その効果を除いて堆積速度を求めて,年代モデルを作成する必要があり,かさ密度測定を進めている.これらの試料の分析により,28年度はまとめに入る予定である.

南相馬市南部小高区井田川地区のエスチュアリー堆積物と挟在する津波堆積物の解析を28年度は主要におこなった.この地区は約100年前にエスチュアリーラグーンを干拓して水田とした場所で,2011年3月11日の東日本大震災の伴う津波の来襲を受け,地殻の沈降と防潮堤と排水ポンプの破損によって地震後も汽水域が広がり,災害復旧工事が本格化したのは2015年からである.そこで平成27年11月に井田川地区中央部において完新統を掘り抜いて鮮新ー更新統の大年寺層に達する長さ26.5 mのボーリングコアを採取した.28年度は主要にこの完新統のコア試料について採取直後におこなった堆積相記載に基づいて,軟X線写真撮影,乾燥かさ密度測定,粒度分析,放射性炭素年代測定をおこなった.堆積相解析と分析結果を総合して環境変遷を次のように復元した.(1)最終氷期終了後の約1万年前からこの地域への海進が始まり,海岸線背後の後浜となる.(2)約8,000年前から海側に砂嘴などのバリアが成立,この地域は砂質潮汐平底,泥質潮汐平底となった.(3)5,500年前の縄文期の最大海進期にはエスチュアリーが広がり,潮下帯まで深くなる.(4)5,500年以降,海退と埋積によりエスチュアリーは縮小し塩水湿地となった.(5)約100年前に干拓により水田となった.さらに,塩水湿地の泥質堆積物に挟在するイベント堆積物は貝化石を含む砂層で,すべて海側から運搬されたと考えられる.また,級化構造,複級化成層,逆級化構造が見られる.さらに,これらのイベント砂層の一部には偽礫や礫が含まれ,斜交ラミナを伴う.これらの砂層の堆積構造は28年度までに採取した2011年東北沖津波堆積物とも類似する.また,砂層の堆積間隔は約600年と見積もられる.以上のことから,5,500年前以降の年代を示す砂層の多くは,津波堆積物である可能性が高いことが明らかになった.福島県南相馬市小高の井田川地区において,2011年の3.11津波堆積物と過去1万年間の地層中の津波堆積物について研究した.3.11津波堆積物は,2層からなる砂層と津波と地盤沈下による塩水の侵入と停滞から堆積した泥層からなる.過去1万年間に干拓前に存在した井田川浦を埋積した26 mの堆積物中には,海棲の貝などを含む砂層が頻繁に挟在していた.その堆積は放射性炭素年代測定から約600年間隔と見積もられ,堆積構造と合わせて考えると津波堆積物である可能性がある.また,長野市塩崎に分布する西暦888年の洪水堆積物についても研究し,正級化構造を持つという一般の洪水砂層とは異なった特徴を持つことを発見した.長野市南部塩崎遺跡に見られる洪水堆積物については,2層の洪水砂層の分析を終え,日本地質学会第121年学術大会(鹿児島大学)でポスター発表をおこなった.また,この研究費で導入した2 mの長さのジオスライサーによる試料採取を休耕田に於いて試みたが,耕作土が厚く,2層の洪水砂層を確認することは出来なかった.しかし,耕作以前の縄文期と思われる地層に到達した.現在,弥生遺跡より下位の縄文期以前の地層について,埋蔵文化財センターが掘削をおこなうのを待っており,さらなる洪水砂層の発見が期待できる.一方,南相馬市の津波堆積物については,1 mのジオスラーサーによる採取しかできなかった.しかし,成果に記したように,津波堆積物と思われる砂層を2層以上確認しており,こちらについても日本地質学会第121年学術大会(鹿児島大学)で口頭発表をおこなった.このように,着実に調査,試料採取,分析が進行しており,概ね,予定通りに進行していると考えている.千曲川
発熱型荷電交換反応による時間的領域でのスピン・アイソスピン応答

原子核の特徴的な励起モードであるスピン・アイソスピン応答の研究を、内部エネルギーが高い不安定核ビームによる発熱型荷電交換反応を用いて、これまで未開拓であった高い励起エネルギー領域(時間的領域)で展開するのが目的である。これを実現するために高分解能磁気分析装置(SHARAQスペクトロメータ)を設計・建設し、理化学研究所RIBF施設に設置した。新たなスピン励起モード探索を(t,^3He)反応を使い遂行した。その結果、β+型スピン単極共鳴を発見した。並行し、二重ベータ崩壊核^<48>Ca and ^<116>Cdの中間状態の微視的構造の研究も進め、ニュートリノ質量決定に不可欠な核行列要素の情報を得た。不安定核ビームによって誘起される発熱型荷電交換反応を用いて時間領域における原子核のスピン・アイソスピン応答研究を行い、スピン単極共鳴と二重ガモフテラー状態の性質を明らかにするのが、本研究の目的である。平成17年度は以下の研究を行った。1.本研究課題の中心装置である高分解能SHARAQスペクトロメータの設計を進めた。本研究で用いる核子当り300MeVの(^<12>N,^<12>C)、(^<12>B,^<12>C)反応などに対し、500keV以下の励起エネルギー分解能を実現すると同時に、縦・横とも1mrad以下の散乱角度分解能(=移行運動量分解能)を実現するよう、スペクトロメータを構成する磁石の仕様・配置を最適化した。最後段の双極電磁石については、スペクトロメータ設計の世界的権威であるG. Berg博士を招聘し、その協力のもと設計を行った。2.不安定核ビームが持つ大きなエネルギー広がりによる分解能の低下を防ぐため、ビームラインとスペクトロメータを合わせたシステム全体で分散整合とよばれる条件が満たされる必要がある。この条件を満たすためのビームラインの設計を行った。また、ビーム飛跡検出器を設計・製作した。この検出器では、重イオンに対して用いられている平行平板なだれ検出器と、主に軽イオンに対して用いられているワイヤ検出器の利点を組み合わせることにより低物質量・高位置分解能を同時に実現している。3.二重ベータ崩壊の素過程であるベータ・マイナス遷移の遷移強度を、広い励起エネルギー領域に渡って決定する実験を大阪大学核物理研究センターのNTOF施設において行った。二重ベータ崩壊の親核である^<116>Cd,^<48>Ca,^<76>Ge,^<100>Moに対して(p,n)反応の散乱断面積を300MeVの陽子エネルギーにて測定した。平成17年11月には、磁気スペクトロメータを用いた不安定核ビーム実験の専門家を交えたワークショップを開き、研究計画に関する詳細な議論を行った。平成18年度は以下の研究を行った。・高分解能磁気分析装置(SHARAQスペクトロメータ):前年度行った基本設計(性能:運動量分解能(p/Δp)14700、立体角2.7msr)に基づき、D2電磁石の仕様を確定し入札を行い製作した。電磁石電源に必要な可飽和リアクトルを製作した。・分散整合ビームラインの設計:SHARAQスペクトロメータによる高分解能測定を達成するために、1次の計算に基づいて、双極および4重極電磁石の配置を決めた。また、高次項まで含めたイオン光学計算を行い、多重極電磁石の設置可能性について検討した。・ビームライン検出器:低圧動作型多芯線ドリフトチェンバーの設計・製作を行い、実機テストを開始した。・理化学研究所との共同研究体制:覚書を締結し、共同研究体制を確立した。・二重β崩壊核の中間状態の微視的構造研究:二重β崩壊核^<116>Snについてβ+ガモフテラー遷移強度を(n, p)反応測定をした。これに先立ち測定した^<116>Cd(p, n)反応からは、従来^<116>Cd(^3He, t)で報告され引用されていた結果が間違っているという驚くべき結論を得た。極めて重要な研究成果であり、これにより二重β崩壊核の微視的構造研究が大いに進展した。・発熱型荷電交換反応の有効性:米国国立超伝導サイクロトロン施設(NSCL)に於いて発熱型荷電交換反応の有効性を確認する目的で、NSCLの課題採択委員会に実験プロポーザルを提出した。

・平成17年11月には、磁気スペクトロメータの磁場測定とその解析のための国際ワークショップを開き、詳細な議論を行った。不安定核ビームによって誘起される発熱型荷電交換反応を用いて時間領域における原子核のスピン・アイソスどン応答研究を行い、スピン単極共鳴と二重ガモフテラー状態の性質を明らかにするのが、本研究の目的である。平成19年度は以下の研究を行った。・高分解能磁気分析装置(SHARAQスペクトロメータ):前年度行った基本設計(性能:運動量分解能(p/Δp)14700、立体角2.7msr)に基づき、D2電磁石を製作、搬入、設置を行った。・分散整合ビームライン用粒子検出器:分散整合ビームラインとSHARAQスペクトロメータを組み合わせて高分解能測定を達成する目的で、ビームラィン中に設置する低圧動作型多芯線ドリフトチェンバーの設計・製作を行い性能テスト実験を遂行した。所定の性能を確認した。・二重β崩壊核の中間状態の微視的構造研究:二重β崩壊核^<48>Caと^<116>Cdについて(p,n)反応と(n,p)反応測定を遂行し中間状態核^<48>Sc^<116>Inについてβ-とβ+の両方向のガモフテラー遷移強度を世界で初めて導出した。・発熱型荷電交換反応の有効性:米国国立超伝導サイクロトロン施設(NSCL)に於いて発熱型荷電交換反応の有効性を確認する実験を実施した。様々な問題点が明らかになった。不安定核ビームによって誘起される発熱型荷電交換反応を用いて時間領域における原子核のスピン・アイソスピン応答研究を行い、スピン単極共鳴と二重ガモフテラー状態の性質を明らかにするのが、本研究の目的である。平成20年度は以下の研究を行った。高分解能磁気分析装置(SHARAQスペクトロメータ) :昨年度までに建設・設置した電磁石(SDQ、D1、D2)の高精度磁場測定を実施し、目的の性能が達成されていることを確認した。分散整合ビームライン用粒子検出器:不安定核ビームの形状をモニターするための、低圧動作型多芯線ドリフトチェンバーを8台製作しビームライン(真空中)に設置した。SHARAQスペクトロメータと分散整合ビームラインの性能評価実験: 250MeV/Aの^<14>Nの一次・ビームにより不安定核二次ビーム^<12>N, ^<12>Bを製造し、実際のビームによる全系のテスト実験に初めて成功した。ビームラインとSHARAQのイオン光学的データを取得し、SHARAQとビームライシの性能評価が可能になった。現在データ解析中であるが、一次ビームについては全系での分散整合が確認され(P/△P5,000)、目標とした高分解能が得られる見通しがたった。短時間であるが、二次ビームによる測定も実施できた。二重β崩壊核の中間状態の微視的構造研究:二重β崩壊核^<48>Caに於いて、高励起状態へのβ+ガモフテラー遷移が極めて重要であることを世界で初めて明らかにした。(論文投稿中)不安定核ビームによって誘起される発熱型荷電交換反応を用いて時間領域における原子核のスピン・アイソスピン応答研究を行い、荷電スピン単極共鳴と二重ガモフテラー状態の性質を明らかにするのが、本研究の目的である。平成21年度は以下の研究を行った。●SHARAQスペクトロメータと分散整合ビームラインの性能評価
抗菌活性を示すピペラジン酸含有環状ペプチド類の全合成と構造活性相関研究

本研究では,強力な抗菌活性を示すピペラジン酸含有環状ペプチド類について,構造活性相関の解明を指向した全合成を検討した.独自に開発したSc(OTf)3を触媒として用いたピペラジン酸誘導体のアシル化反応により調製したピペラジン酸のジペプチドに対し,順次酸クロリドを用いてペプチド鎖を伸長することで,所望の4連続ピペラジン酸構造の構築に成功した.続いて,両末端に対応するアミノ酸を縮合することで6残基ペプチドへと誘導後,脱保護を経て環化前駆体とした.高希釈条件下でのマクロラクトン化により目的の環状構造の形成を行うことができ,最後に全ての保護基を除去することで,ピペリダマイシンF提唱構造の合成を達成した.本年度はピペリダマイシンFの全合成に向けて,オリゴピペラジン酸骨格構築における収率の向上と大員環形成反応について検討した.これまでの検討において,大員環形成時に望むマクロラクトン体だけではなく,分離困難な化合物が副生していた.改めて反応生成物を精査した結果,副生成物として4員環を形成したβーラクトンが生成していることが分かった.そこで,大員環形成時における収率向上を目的に,C末端のαーメチルセリンの1級水酸基を予め保護した上でマクロラクトン化反応を行うことにした.はじめに1級水酸基が保護されたアミノ酸の調製を行い,従来の合成法を改良することで短工程で目的とするαーメチルセリン誘導体を得ることに成功した.続いて,環化前駆体の調製における反応条件を精査し,添加する塩基の当量を調製することで収率良くオリゴピペラジン酸骨格を構築できることが明らかとなった.両末端に1残基ずつ伸長することで6残基ペプチドとした後に,両末端の脱保護を経て環化前駆体へと導いた.この際,αーメチルセリンの1級水酸基の脱保護も懸念されたが,反応条件を精査することで,優先的に望む両末端のみの脱保護を行うことができることが分かった.得られた環化前駆体に対しマクロラクトン化を試みた結果,所望のマクロラクトン体を良好な収率で得ることに成功した.今後,得られたマクロラクトン体について脱保護を検討することで,目的とするピペリダマイシンFへ導く予定である.懸案であったβーラクトンの形成を抑制することができ,目的のマクロラクトン体を収率良く得る反応条件の確立を達成することができている.本研究では,強力な抗菌活性を示すピペラジン酸含有環状ペプチド類について,構造活性相関の解明を指向した全合成を検討した.独自に開発したSc(OTf)3を触媒として用いたピペラジン酸誘導体のアシル化反応により調製したピペラジン酸のジペプチドに対し,順次酸クロリドを用いてペプチド鎖を伸長することで,所望の4連続ピペラジン酸構造の構築に成功した.続いて,両末端に対応するアミノ酸を縮合することで6残基ペプチドへと誘導後,脱保護を経て環化前駆体とした.高希釈条件下でのマクロラクトン化により目的の環状構造の形成を行うことができ,最後に全ての保護基を除去することで,ピペリダマイシンF提唱構造の合成を達成した.本年はピペリダマイシンFおよびヒトラマイシン類の全合成を目標にその合成研究を展開した.ピペリダマイシンFについては前年度までに大員環構造を構築できており,その脱保護について検討した.分子内に存在する計6つの保護基を同時に除去する条件を用いた場合には容易に基質が分解することが明らかとなり,段階的な脱保護が必要であることが分かった.そこでモデルの環状体を用いて脱保護の検討を行った結果,2種類の脱保護条件を段階的に適用することで全ての保護基を基質を損なうことなく除去できることを見出した.実際に天然物合成へ適用した結果,1段階目の保護基の除去に成功し,今後2段階目の反応条件を用いることでピペリダマイシンFへ導くことを計画している.また,ピペリダマイシンFと同様に抗菌活性を示すヒトラマイシン類の全合成についても検討した.ピペリダマイシン類とは異なり全てアミド結合で構成された天然物であるが,各アミノ酸残基の立体化学の構成がピペリダマイシン類とは異なることから,生物活性と立体配座の関係を全合成により明らかにすることができると考えた.ピペリダマイシン類と同様の合成戦略によりペプチド鎖の伸長を試みたが,伸長途中で副反応が起こることで望む環化前駆体を調製できないことが分かった.実際には,C末端から伸長することで目的の環化前駆体へ調製できることが分かり,今後環化と脱保護により望むヒトラマイシン類へ導く予定である.懸案の脱保護について,所望の化合物を与えうる反応条件を確立した.本研究で対象とする天然物の構造について,基質を損なうことなく保護基を除去した例はなく,先駆的な結果と考えている.前年度までにモデルの環状ペプチドについて,接触水素化による脱保護が問題なく進行することを見いだしていた.本年はピペリダマイシンFおよびヒトラマイシン類の全合成とその誘導体の創出を目標に,合成研究を展開した.ピペリダマイシンFについては,合成条件の再検討を行った際にSc(OTf)3を用いたアシル化反応において顕著なエピ化が進行することが明らかになった.この原因を調べるために様々な基質を調製してアシル化反応を試みたが,いずれの場合でもエピ化を抑えられないことが分かった.

唯一TBS基を用いた場合にエピ化を起こすことなく,望むアシル化反応が進行することを見いだした.しかしながら,TBS基は合成中に脱離することが分かり,アシル化において若干エピ化が進行するものの,安定に存在するエーテル系保護基で合成を進めることにした.Sc(OTf)3を触媒として用いたアシル化により,4連続ピペラジン酸構造を構築することができ,順次両末端にアミノ酸を伸長することで環化前駆体へと導いた.両末端を脱保護後,マクロラクトン化を行った結果,立体障害の大きい環化位置にも関わらず問題なくマクロラクトン化が進行し,対応する環化体を良好な収率で得た.最後にモデル体で確立した脱保護条件に付すことで,ピペリダマイシンFの提唱構造を得ることに成功した.現在,精製と構造決定を検討している.また,ピペリダマイシンFと同様に抗菌活性を示すヒトラマイシン類については,C末端から伸長することで目的の環化前駆体へ調製できることが前年度までに分かっており,今年度は環化と脱保護を検討した.環化反応は問題なく進行したが,ピペリダマイシンFで用いた脱保護条件では基質が分解することが分かり,ヒトラマイシン類の合成を達成するには保護基または反応条件の再検討が必要であることが明らかにあった.最終工程の脱保護を検討し,天然物へ導く.確立した合成法を基に誘導体合成を展開し,活性評価を行うことで構造活性相関に関する知見を得る.生物分子化学,有機合成化学モデルの系ではあるが脱保護を可能とする反応条件を確立できたので,本条件を用いて全ての保護基を除去することによりピペリダマイシンFへと導くこととする.また,構造活性相関情報取得に向けて誘導体合成と,並行して進めているヒトラマイシン類の全合成を検討することで,生物活性と立体配座の関係を明らかにすることを目標とする.
電界効果による物質の相制御と新奇トランジスタ技術の創生

電界効果トランジスタはチャネル表面を流れる電流の大きさをゲート電圧で電気的にスイッチングする素子である。我々は最近、VO2を用いた電気二重層トランジスタ(EDLT)では、表面に電荷を蓄積することで静電遮蔽長を遥かに超えた領域の電子状態を制御可能であることを見出した。さらにその特徴を詳しく調べた結果、VO2-EDLTでは電流のみならず光学特性や結晶構造をもゲート電圧で自在に制御可能であることを見出した。これらの成果はトランジスタの機能を局所的な電流スイッチングから巨視的な相制御へと拡張するものであり、従来のシリコンテクノロジーの枠組みを超えた新しい応用展開が期待される。モット絶縁体に代表される強相関物質の多くは、外部刺激に対して巨大かつ多彩な応答を示すことが知られており、次世代エレクトロニクスの候補物質として期待されている。本研究では、一次相転移を示す強相関物質に特徴的な相競合状態を利用して、微小な電圧で物質の巨視的な相制御を可能にする新しい相転移トランジスタの実現を目指している。研究代表者らはこれまでに、強相関物質VO2では、電界効果による表面への静電的な電荷蓄積に伴ってバルク全体で相転移が起こることを見出しているが、これは従来の半導体トランジスタにはない機能であり、新しいデバイス応用が期待される。VO2電気二重層トランジスタの動作モデルを巡っては国内外で多くの議論があり、研究代表者らが提案する静電モデル以外にも、電気化学反応に起源を求める化学反応モデルなどが提案されている。このVO2における電場誘起相転移現象の理解を深めるために、本年度はデバイス動作中の可視・赤外吸収スペクトル測定およびX線回折・吸収スペクトル測定を行った。その結果、電場印加に伴って薄膜全体のバンド構造および結晶構造が大きく変化すること、また、電場誘起金属相は高温金属相の対称性を保ったままc軸方向に伸びた構造を持ち、バンド構造やバナジウム原子の価数、局所的な原子配置などは高温金属相のそれらに類似していることを示唆する結果が得られた。これらは化学反応モデルでは説明が難しく、静電モデルが支配的であることを示唆する極めて重要な成果である。一方で、電界効果による電子相制御の研究を他の強相関物質にも展開した。超巨大磁気抵抗を示す物質群であるペロブスカイト型マンガン酸化物を用いた電気二重層トランジスタを作製し、電場による巨大抵抗変化を電子・正孔蓄積の両方で実現した。また、酸化物固体絶縁膜を有機単結晶モット絶縁体に適用し、電界効果で絶縁体・超伝導転移を制御することに成功した。本研究では、一次相転移を示す強相関物質に特徴的な相競合状態を利用して、微小な電圧で物質の巨視的な相制御を可能にする新しい相転移トランジスタを開発することを目的としている。今年度は1VO2における単一ドメインの電場応答の評価、2他の物質系への展開、を二つの軸に研究を行う予定であったが、VO2電気二重層トランジスタの動作モデルを巡って国内外で多くの議論が噴出している現状を踏まえ、3VO2電気二重層トランジスタの動作機構の解明を第一優先に研究を行った。まず、動作可逆性に対する基板の影響を検討し、基板に格子整合性の良いTiO2を用いたVO2/TiO2では動作が完全に可逆的なのに対して、格子整合性の悪いAl2O3を用いたVO2/Al2O3では不可逆的になることを見出した。次に、これらの試料を大型放射光施設SPring-8に持ち込み、X線吸収分光法により電場印加前後の価数変化を調べたところ、VO2/TiO2では変化が見られないのに対してVO2/Al2O3では明瞭な化学シフトが見られた。以上の結果は、VO2/TiO2では静電モデルが支配的であり、VO2/Al2O3では化学反応モデルが支配的であることを強く示唆しており、試料の品質によって支配的な機構が異なり得ることを示唆する極めて重要な成果である。これらに加えて、当初の計画である1や2にも取り組み、1ではデバイスが小さくなるほど電場応答が先鋭化する傾向にあることを見出した。また、2では銅酸化物高温超伝導体における超伝導の電場制御に取り組み、電界効果によって超伝導転移温度を大きく制御可能であることを見出した。26年度が最終年度であるため、記入しない。薄膜デバイス26年度が最終年度であるため、記入しない。

本研究の大きな目的は、VO2電気二重層トランジスタにおける電場誘起バルク相転移現象の理解を深めて動作機構を明らかにすることと、VO2以外の強相関物質に研究を展開して電場誘起バルク相転移が相競合状態を有する物質系(特に電子-格子相互作用が強い物質系)では普遍的に起こる現象かどうかを検証することである。本年度で得られた成果は、この二つの目的に対して一定の答えを与えるものであり、研究は当初の計画通りにおおむね順調に進展していると考えている。交付申請書に記載した当該年度の研究目的の範囲内では、金属・絶縁体ドメインの生成・消滅過程に対する電場印加の影響を光学顕微鏡観察で明らかにすること、および単一ドメインの電場応答を評価することがまだ未達成であるが、現在測定システムをセットアップして予備的なデータを取り揃えている段階であり、来年度中には問題なく遂行できるものと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は、まず本年度立ち上げた測定システムを用いて、表面への電荷蓄積がVO2の巨大な金属・絶縁体ドメインの生成・消滅過程与える影響を光学顕微鏡観察から明らかにする実験に取り組み、電場誘起バルク相転移とドメイン形成ダイナミクスの関連性を直接的に検証する。加えて、デバイス動作中のX線回折・吸収スペクトル測定をより詳細に行い、VO2電気二重層トランジスタにおける電場誘起バルク相転移の動作機構の全貌を明らかにする。さらに、VO2の微細化を行うことで電場応答をより巨大化・先鋭化することを目的とした実験を行う。フォトリソグラフィ技術を駆使して電圧プローブ間が数マイクロメートル程度になるようなデバイスを作製し、単一ドメインの電場応答を観測するための技術を確立する。その後、デバイスサイズ依存性や電圧プローブ間に単一ドメイン壁を導入した場合の電場応答などの評価を行うことで、VO2の電場誘起バルク相転移現象に対するドメイン形成の影響を明らかにし、電場応答の巨大化・先鋭化を図る。一方で、本年度に引き続き、電界効果による電子相制御の研究をVO2以外の強相関物質にも積極的に展開し、強相関物質における電界効果の全体像の理解を目指す。その上で、適切な物質を選択することで、電気抵抗以外の物性を電場で制御可能な新しい電界効果デバイスを実現できることを実証する。本年度の予算では、まずはVO2電気二重層トランジスタを対象として、金属・絶縁体ドメインの電場応答を光学顕微鏡で直接観察するために必要なシステムを整えた。具体的には、試料表面を直接観察しながら極低温まで温度を変化させることが可能なプローバシステムと、電界効果特性の評価に必要なソース・メジャーユニットなどを購入したが、結果的に当初の計画よりも予算消費を抑えることができた。次年度も本年度に引き続いて電界効果による相転移制御の研究を他の物質系へ展開する予定であるが、基本的な電界効果特性の評価を高速に行う目的で、無冷媒のクライオスタットの導入を検討している。当該助成金を翌年度分の研究費と合わせてより高性能のクライオスタットを購入することで、より高速に、かつ質の高い研究を行うことが可能になるものと考えている。
室温で光可逆な相転移を示す金属酸化物に関する研究

当研究室では、室温で可逆的に光誘起の金属-半導体転移を示すラムダ型五酸化三チタン(λ-Ti_3O_5)を報告している。本研究では、このλ-Ti_3O_5の光記録材料としての有用性を検討することを目的として、光学特性の評価を行った。本年度の研究計画は、光学特性の評価に適した、光散乱の影響を抑えた薄膜を新たに合成し、透過スペクトルやエリプソメトリー測定によりλ-Ti_3O_5の光学定数を評価することとした。昨年度までの研究で、TiO_2ゾルを石英ガラス基板上にスピンコートし、水素雰囲気下で焼成するという手法によってλ-Ti_3O_5の薄膜を合成出来ることがわかったが、紫外・可視領域での光散乱の影響が大きく光学特性の評価には不適であった。本年度は、コーティングに用いるTiO_2ゾルを検討することで、光散乱の影響を抑えた薄膜の合成条件の検討を行い、新たな薄膜を合成した。新たに合成したλ-Ti_3O_5薄膜について、紫外・可視・近赤外領域の透過スペクトルと分光エリプソメーターによるエリプソメトリーデータの測定行い、λ-Ti_3O_5の光学特性を評価した。透過スペクトルは950nmをピークトップとするブロードな吸収と350nmよりも短波長側において強い吸収を示した。当研究室による既報の第一原理計算結果との比較によって、前者は、チタン3dの価電子帯から3d伝導帯への遷移、後者は酸素の2p価電子帯からチタン3d伝導帯への遷移に帰属されることが示唆された。本研究で得られたλ-Ti_3O_5の薄膜合成と光学定数は、本材料を光記録材料へ展開する上で重要な知見である。本年度の研究計画であった、散乱の影響が小さい薄膜を新たに合成し、光学定数を評価することができたため、おおむね順調に進展していると評価した。(抄録なし)申請者が所属する研究室では、化学的なナノ微粒子合成によって新種の金属酸化物であるラムダ型五酸化三チタン(深青色、常磁性金属)を見出し、ベータ型五酸化三チタン(茶色、非磁性半導体)との間を室温で可逆的に光誘起相転移を示すことを報告している。本研究ではラムダ型五酸化三チタンの光記録材料としての有用性を示すことを目的として、これを薄膜化し光記録のデモンストレーションを行うことを目指している。平成23年度の研究実施計画はラムダ型五酸化三チタンの薄膜の合成及びキャラクタリゼーション、光誘起相転移の確認であった。酸化チタンゾルを基板に塗布し、水素雰囲気下で焼成する薄膜合成手法について、合成条件の詳細な検討を行い、平滑な薄膜の合成に成功した。粉末X線回折パターン測定により、ラムダ型五酸化三チタンの生成を確認し、紫外可視スペクトルの測定により、ラムダ型五酸化三チタンの可視光領域での光学特性に関する知見を得た。薄膜に532nmのナノ秒パルスレーザーを照射し、照射部の深青色から茶色への色変化から、薄膜がベータ型五酸化三チタンへ光誘起相転移を示すことを確認した。ラムダ型五酸化三チタンナノクリスタルの塗布膜については、基板にナノクリスタルを塗布する作業まで完了した。現在、詳細なキャラクタリゼーションを進めている。本材料の光記録材料としての応用の観点から薄膜化は必要不可欠であり、また、学術的にも薄膜化によって粉末よりも詳細に光学特性や光誘起相転移の評価を行えると考えている。よって本成果は、今後の研究の進展の上での大きな成果であると考えている。申請者の所属する研究室では、五酸化三チタンをナノ微粒子することによって新種の金属酸化物であるラムダ型五酸化三チタン(λ-Ti3O5)見出し、このλ-Ti3O5が室温でベータ型五酸化三チタン(β-Ti3O5)との間を可逆的に光誘起相転移することを報告している。本研究ではλ-Ti305の光記録材料としての有用性を検討することを目的としており、このためにλ-Ti3O5薄膜合成を行っている。採用2年目である平成24年度の研究実施計画は、採用1年目に得たλ-Ti305薄膜のキャラクタリゼーションと、光照射部のキャラクタリゼーションであった。λ-Ti3O5薄膜のキャラクタリゼーションは、透過型電子顕微鏡(TEM)による結晶子サイズの評価とx線回折による薄膜の配向状態の評価について行った。走査型電子顕微鏡(SEM)像の観察結果から、λ-Ti3O5薄膜は粒径約160mの粒子から成るが、TEM観察の結果から、その粒子1つが単結晶であり、結晶子サイズは約160nmとナノサイズの結晶子から成ることがわかった。また、X線回折による配向状態の評価から薄膜は薄膜の法線方向に配向し、面内方向にはランダムであることがわかった。更に、回折パターンをリートベルト解析することで、薄膜の配向軸と配向度を明らかにした。光照射部のキャラクタリゼーションについては、光照射による試料の飛散をうまく低減させることが出来ず、進展があまり見られなかった。また、λ-Ti3O5の可逆な光転移について繰り返し耐久性の評価を行った。

λ-Ti3O5は532mのナノ秒レーザー光と410nmのCWレーザー光を交互に照射することにより、深青色(λ-Ti3O5)と茶色(β-Ti305)の色変化を示すが、この色変化を高解像度で繰り返し撮影出来るシステムを構築し、取得した画像データをRGB(Red-Green-Blue)処理することによって、光転移の繰り返し耐久性を評価した。λ-Ti3O5の光記録材料の応用展開を検討する上で、薄膜化と光転移の繰り返し耐久性の評価は必要不可欠であり、本年度の成果は有意義であると考えている。当研究室では、室温で可逆的に光誘起の金属-半導体転移を示すラムダ型五酸化三チタン(λ-Ti_3O_5)を報告している。本研究では、このλ-Ti_3O_5の光記録材料としての有用性を検討することを目的として、光学特性の評価を行った。本年度の研究計画は、光学特性の評価に適した、光散乱の影響を抑えた薄膜を新たに合成し、透過スペクトルやエリプソメトリー測定によりλ-Ti_3O_5の光学定数を評価することとした。昨年度までの研究で、TiO_2ゾルを石英ガラス基板上にスピンコートし、水素雰囲気下で焼成するという手法によってλ-Ti_3O_5の薄膜を合成出来ることがわかったが、紫外・可視領域での光散乱の影響が大きく光学特性の評価には不適であった。本年度は、コーティングに用いるTiO_2ゾルを検討することで、光散乱の影響を抑えた薄膜の合成条件の検討を行い、新たな薄膜を合成した。新たに合成したλ-Ti_3O_5薄膜について、紫外・可視・近赤外領域の透過スペクトルと分光エリプソメーターによるエリプソメトリーデータの測定行い、λ-Ti_3O_5の光学特性を評価した。透過スペクトルは950nmをピークトップとするブロードな吸収と350nmよりも短波長側において強い吸収を示した。当研究室による既報の第一原理計算結果との比較によって、前者は、チタン3dの価電子帯から3d伝導帯への遷移、後者は酸素の2p価電子帯からチタン3d伝導帯への遷移に帰属されることが示唆された。本研究で得られたλ-Ti_3O_5の薄膜合成と光学定数は、本材料を光記録材料へ展開する上で重要な知見である。酸化チタンゾルを用いる薄膜合成手法によって、ラムダ型五酸化三チタンの平滑な薄膜合成に成功し、光誘起相転移に伴う色変化を目視で明瞭に観測することが出来たが、一方でナノクリスタルの塗布膜については、塗布までは成功したがキャラクタリゼーションが不十分であり、以上のことからやや遅れていると判断した。本年度の研究計画である薄膜の詳細なキャラクタリゼーションについては達成できたが、光照射部のキャラクタリゼーションはあまり進展が見られなかった。一方で、新たに光相転移の繰り返し耐久性の評価を行うことが出来たため、総合的に考えおおむね順調に進展していると評価した。本年度の研究計画であった、散乱の影響が小さい薄膜を新たに合成し、光学定数を評価することができたため、おおむね順調に進展していると評価した。酸化チタンゾルを用いて合成したラムダ型五酸化三チタン薄膜について、光照射部の粉末X線回折パターンの測定を行い、薄膜がラムダ型五酸化三チタンからベータ型五酸化三チタンへ光起相転移することを確認し、相転移前後の光学特性についても詳細に検討する。さらに、結果を論文化していこうと考えている。本研究の目的であるλ-Ti305の光記録材料への有用性を検討する上で、λ-Ti305の光学特性が非常に重要である。よって今後は、λ-Ti305薄膜を用いて光学特性の評価を行う予定である。そのためには、現在得られている粒径160nm程度の粒子から成るλ-Ti305薄膜では散乱の影響から光学特性の評価には不適当と考えられるため、まず粒径の小さな薄膜を合成することを計画している。(抄録なし)
口腔扁平上皮癌の予後とMaspinの細胞質発現およびその役割

maspin(mammary serine Protease inhibitor)は正常乳腺で発現し、乳癌培養細胞では発現が消失している腫瘍抑制遺伝子として発見された。培養細胞系や動物実験などでは核局在型maspinは癌抑制遺伝子とされているが、ヒト乳癌などのさまざまな組織で細胞質局在型maspinの発現は独立した予後不良因子であることが報告されている。本研究では、口腔癌の予後とmaspinの発現の関連性を明らかにし、質量分析によるmaspin核内輸送タンパクの探索を行うことにより、maspinが細胞質に局在化する機構の解明や細胞質局在型maspinが口腔癌の発生・進展に及ぼす影響を探索する。
アドホック・ネットワークのためのテストベッドおよび新たなプロトコルの実装

この研究は、モバイルアドホック・ネットワークのためのテストベッドおよび新たなプロトコルの実装を目的としたものである。平成21年度の研究実施状況として、屋内・屋外での実証実験をおこなうためのテストベッドを構築した。また、シミュレーションによる評価も行ないモバイルアドホック・ネットワークの経路制御プロトコルと様々な移動パターンモデルをテストベッドに実装し、その関係を明らかにした。研究実施計画にあげていた課題は、ほぼ達成することができた。平成21年度では、複数の移動モデルをテストベッドに実装し、ヘテロジニアスな環境やネットワーク・トポロジに適応可能な経路管理機構に関する解析を行った。解析において、プロアクティブ型の経路制御プロトコルであるOLSRとB.A.T.M.A.N.、リアクティブ型の経路制御プロトコルであるAODVとDYMOの評価をシミュレーションまたは実証実験において評価した。その結果、屋内環境においてソースノードが移動するモデルと中継ノードが移動するモデルを比較すると、ソースノードが移動するほうが、ネットワークの性能(スループット、パケットの到着率)が高いことを明らかにした。この研究成果は他のP2Pを通信用いるネットワークの研究にも重要であり、その研究の方向性を示す一つの指針となるものである。平成21年度の研究業績として、論文誌に3編(第一著者1編)の論文がある。その上、国際会議に5編(第一著者2編)と国内研究会に1編の論文が採録された。この研究は,モバイルアドホック・ネットワークのためのテストベッドおよび新たなプロトコルの実装を目的としたものである.このため,屋内・屋外での実証実験を行うためのテストベッドを構築と拡張,シミュレーションによる評価をおこなった.また,小規模アドホック・ネットワークでのモビリティとOLSR(Optimized Link status Routing)プロトコルの経路選択機構に関する解析を行った.その結果,MPR(Multi Point Relay)ノード選択に用いるLQWS(Link Quality Window Size)を変化させたとき約500KbpsのUDPのシングルフローを用いた場合のスループットの結果はLQWSには影響を受けないことを明らかにした.これは,異なるトポロジで実験した場合でも同様である.さらに,移動端末のネットワークへの参加と離脱によるトラフィックへの影響,複数のトラフィックを送信した場合のバックグラウンドトラフィックからの影響や,他のプロトコル(Better Approach To Mobile Ad hoc Networking)との比較を行った.研究実施計画にあげていた課題は,ほぼクリアーすることができたが,提案プロトコルの実装までには至っていない.平成21年度では,MPRノードの経路選択機構の改良を行い,様々な環境やトポロジに適応可能な経路機構の実装を目指す.この研究は、モバイルアドホック・ネットワークのためのテストベッドおよび新たなプロトコルの実装を目的としたものである。
光シグナル伝達における光受容体間のクロストークの解析

植物の形態は光環境に大きく左右される。光形態形成反応と呼ばれるこれらの反応においては、赤色/近赤外光の受容体であるフィトクロム(phy)や青色光の受容体であるクリプトクロム(CRY)などが大きな役割を果たしている。本年度は、これらの光受容体からの情報がどのように統合されて、植物個体の形態形成を制御しているかを知ることを目的として研究を進め、以下の成果を得た。1)フィトクロムのN-末端領域は約650アミノ酸残基よりなり、この領域内のN-末端付近には、約200アミノ酸残基からなるPHYドメインが存在する。そこで我々は、このドメインを削除した光受容領域のシグナル伝達活性を調べ、このドメインはシグナル伝達には必須ではないが、活性型であるPfr型を安定する機能をもつことを示した。また、N-末端側領域の生理機能を損なわせるphyB分子内のアミノ酸置換変異を多数同定し、N-末端側領域内の4つのドメインの役割分担について重要な知見を得た。2)根の緑化におけるフィトクロムとクリプトクロムの作用について調べ、根の完全な緑化には、クリプトクロム系に加えてフィトクロム系も活性化される必要があることを見いだした。さらに、フィトクロムの分子断片についてにも同様の活性があるかどうかを調べている。3)T-DNAを用いた過剰発現タグを行い、暗所でも脱黄化が見られる優性の変異体を単離し、それがチトクロームP450の一つであるCYP72C1の過剰発現によること、過剰発現体では活性型ブラシノステロイドのレベルが低下していることを証明した。植物は、フィトクロム、クリプトクロム、フォトトロピンなどの光受容タンパク質の働きにより、光環境の変化に敏感に応答することができる。これらの光受容体は、単独で光応答を引き起こすだけでなく、他の光受容体と様々な関係を保ちながら機能していると考えられる。このような光受容体間のクロストークが存在することで、植物は光に対してより精微に応答することが可能となると想像されるが、その分子機構についてはほとんど不明である。本研究では、光受容体の間のクロストークの分子機構解明をめざし、以下の成果を得た。1)phyBとcry2,phyAの相互作用の解析花芽形成の制御においては、phyBとcry2の間に強い相互作用が見られる。そこで、組織特異的発現系を用いてphyBとcry2が機能する場を組織レベルで明らかにする。この目的に従って、phyBを組織特異的に発現するシロイヌナズナの形質転換体について、花芽形成を調べ、花芽形成の抑制は葉肉細胞で発現するphyBの働きによることを明らかにした。さらに、cry2とphyBの相互作用の場を調べるため、cry2を組織特的に発現する植物の作出に着手した。2)phyBの各ドメインの機能解析phyBのN-末端側ドメインは約650アミノ酸よりなるが、これをさらに削り込み、その生理機能を調べた。その結果、N-末端側より約450アミノ酸までの領域でシグナル伝達に十分であることが明らかになった。一方、C末端領域については、これを発現させても顕著な表現型は得られないことが知られているが、このような植物に対して変異原処理を行い、光応答に異常が見られる植物のスクリーニングに着手した。先に行った解析に技術的な問題があったことが判明したため、この計画については、その解決に努めた。フィトクロムのシグナル伝達に関して、以下の実験を行った。我々は、昨年度においてphyBのN末端側半分に相当する光受容領域は、NLSとGUSを付加してやることにより、十分、光受容体として機能することを示した。そこで本年度は、さらにこのN末端領域内のC-末端側に位置する約200アミノ酸よりなるPHYドメインの機能を探るため、このドメインを欠損する光受容領域をシロイヌナズナのphyB欠損変異体で発現させ、その生理活性を調べた。

その結果、phyBの光受容領域はPHYドメインを欠損しても十分、光受容体として機能することが分かった。さらに、この分子の分光光学的性質を明らかにするため、同タンパク質を大腸菌で発現させ、発色団と試験管内で再構成した。このようにして得た試料でPrとPfrの間の光変換を調べたところほぼ正常であった。ところが、暗所におけるPfrからPrへの変換(暗反転)の速度がPHYドメインを欠損する分子では上昇していることが分かった。そこで、このような性質が同分子を発現する植物の光応答にどのような影響を与えるかを間欠照射実験で調べた。その結果、Pfrがより不安定になったことに対応して、十分な応答を得るためにはより頻繁に照射を行う必要があることが分かった。また、phyAのシグナル伝達機構を探るため、phyAにNLSまたはNESとGFPを付加したものをシロイヌナズナのphyA欠損変異体で発現させ、その性質を調べた。その結果、phyAによる遠赤色光高照射反応が、NLSを付加したものでは正常なのに対して、NESを付加すると全く見られないことが分かった。したがって、phyBの場合と同様に、phyAによる高照射反応も核内におけるシグナル伝達の結果である可能性が高いことが示唆された。また、どちらの場合でも、phyAに特徴的な光依存的分解は正常であった。
意思決定から主観的価値を推定する計算論的手法の構築

ヒトやその他の動物は,選択の結果得られた結果事象をもとに,その後の選択を決定することができる。そこには結果事象に対する主観的価値が関係すると考えられる。しかし主観的価値を測定することは一般には困難な課題である。そこで本研究では,強化学習とよばれる数理モデルを用いて選択行動からその主観的価値を推定する手法を構築し,その評価を行った。その結果,提案手法による主観的価値の推定の妥当性が確認できた。また,提案手法で推定された主観的価値と関連する生理的基盤や神経基盤の一部があきらかになった。本研究では生活体の意思決定に着目し,その行動に直接的に影響を与える潜在的な主観的価値を推定するための計算論的枠組みを構築することを目的とした。この目的のもと意思決定における価値計算過程に注目し,意思決定の実験データを記述する数理モデルを検討した。初年度である平成24年度は,ヒトを対象とした意思決定課題から強化学習モデルをベースに主観的価値を統計的推定方法により推定する方法を検討した。平成25年度は,その手法の頑健性を検討し応用範囲を広げるため,ヒト以外の動物の例としてラットの行動に対して本手法を適用した。具体的に行った研究課題は以下のようである。ラットには二つのレバーを呈示しいずれか一方を押すことを学習させ,ラットの選択に応じて確率的に報酬が出る課題を設定した。報酬の有無自体は選択に応じた確率で決定されるものの,報酬量(ペレットの数)や報酬遅延は選択とは無関係にランダムに決定された。しかしながらラットの行動はランダムに設定された報酬量や報酬遅延の影響を受けることが分かった。提案法を適用してその主観的価値を推定した結果,報酬量に関しては,主観的価値はペレットの数の単調増加関数となるという妥当な結果が得られた。報酬遅延時間については,主観的価値は遅延時間の逆U字型関数となった。すなわち,遅延が短ければ主観的価値が必ずしも高くなるのではなく,それが最大になる最適な遅延時間が存在するということである。これらの結果は,ヒト以外の動物の選択行動からも提案手法により主観的価値が推定可能であることを示したという意義がある。本研究ではヒトの意思決定に着目し,ヒトの行動に直接的に影響を与える潜在的な主観的価値を推定するための計算論的枠組みを構築することを目的とした。初年度である平成24年度は,健常者である実験参加者に意思決定課題を行ってもらい,その際の生理指標計測を実施した。この実験課題では各試行において選択肢を表す単純な図形が二つ画面に現れ,被験者はいずれかを選んで対応するボタンを押すことが求められた。選択に応じて定められた確率で価値を推定する対象となる静止画像を呈示した。選択肢と静止画像の確率は実験課題中に予告なく変化させた。そのため,実験参加者は絶えず選択肢の価値を学習しつづける必要があった。生理指標として表情筋の筋電位,自律神経系の働きを反映する心拍,皮膚コンダクタンスを記録した。これらの生理指標を組み込んだ数理モデルを提案し,その後の意思決定との関係を解析した。その結果,皮膚コンダクタンスに反映される交換神経系の活動は一試行あたりの価値更新の程度を修飾すること,また,表情筋の一つである皺眉筋の活動が意思決定の結果として出現した画像の価値と関係することが明らかとなった。これらの結果は簡便な装置で計測可能な生理指標により,価値推定の精度を高められるということを示唆する。本研究で構築した実験的枠組みとモデルは,今後の研究において主観的価値の推定をするための技術的基盤となる。本研究ではヒトや他の動物の意思決定に直接的に影響を与える主観的価値を推定するための計算論的枠組を構築することを目的とした。この目的のもと,意思決定における価値計算過程に注目し,その過程を記述する計算モデルを用いた主観的価値の推定手法を構築した。初年度は,ヒトを対象とした意思決定課題を用いてその妥当性を検討した。平成25年から平成26年度にかけては,その手法の頑健性を検討し応用範囲を広げるため,ラットの選択行動に対して提案手法を適用した。具体的に行った実験課題は次の通りである。ラットには毎試行二つのレバーのうちいずれか一つを押すことを学習させ,ラットの選択に応じて報酬の有無が決定された。報酬有の場合の報酬量や報酬遅延は選択とは無関係にランダムに決定された。その結果,ラットの行動は報酬の有無のみではなく,ランダムに設定された報酬量や報酬遅延の影響を受けることが分かった。提案手法を適用した結果,報酬量に関しては,推定された主観的価値は報酬量の単調増加関数となるという妥当な結果が得られた。

平成26年度はさらに,これらのモデルの推定結果の妥当性を評価するため,シミュレーションにより合成したデータに対しパラメータ推定やモデル選択を行った。それにより,提案した一連の手法の妥当性を確認するとともに,その適用限界が示された。具体的には,複数の結果の間の主観的価値の相対的な差異は推定が可能であるが,その絶対的な値は推定が難しいということが明らかになった。以上の本研究の成果には(i)動物のように内観報告が難しい対象の主観的価値を推定するための手段を与えた,また,(ii)ヒトが対象の場合でも意識できない潜在的な価値を行動から推定し,将来の行動を予測するための基盤技術を構築した,という意義がある。計算行動科学平成25年度は意思決定課題時における行動データから主観的価値を推定する方法を構築することと,その適用範囲を広げ新たな法則を発見することを目標とした。本年度の研究で提案手法が動物行動にも適用できることが確認でき,さらにこれまで知られていなかった新たな法則も発見された。したがって現在までの達成度はおおむね順調に進展しているものといえる。初年度の目標は意思決定課題時における行動データと生理反応データを組み合わせて効率的に意思決定における価値計算の過程を推定する手法を確立することであったが,これはほぼ実現できたと考えられるため。これまでの研究で主観的価値を推定する枠組みは構築できたといえるが,その推定値にどの程度信頼性があるかは明らかにはなっていない。次年度ではラットを対象とする実験を継続しながら,モデルをベースとした数値シミュレーションも併用し,推定された主観的価値にどの程度の信頼性があるかを検討する。また,適切なモデルを選択するための基準として用いられてきた赤池情報量基準やベイズ情報量基準がどの程度有効かも検討する必要がある。さらに,それらの結果をもとに,適切なモデル設定のもと信頼できる推定値を得るための最適な実験デザインについても研究する。最後に,本プロジェクトで開発した手法を他の研究者が使えるよう,プログラミング言語Python上で動作するフリーのツールキットとしてまとめてWeb上で公開する。前年度で確立したモデルと実験パラダイムをもとに,刺激の変数として新しい属性を取り入れる。意思決定の結果として出現する刺激の属性として,新奇性,親近性,個人的つながり,過去のエピソード記憶との関連等の属性を盛り込み,これらの属性が,単純な快・不快の次元とは異なる新しい効果を意思決定に及ぼすか,あるいは異なる効果を持つか,前年度で確立した手法を適用することで検討する。すべて快・不快の次元と同じ効果で説明できれば,その結果は提案手法の普遍性を示すものとなる。一方,属性ごとに効果が異なれば,それは各属性の意思決定に影響に関する新しい発見となり,いずれでも価値のある結果となる。また,選択肢としては今まで単純な図形で表現されていたが,顔写真を替りに用いることで,顔の評価がどのように後続する画像の価値に影響を受けるかを検討する。以上を,昨年度確率した実験デザイン,および生理反応計測,モデルベース解析を適用することで,あきらかにしていく。代表者の平成25年度中の名古屋大学への異動に伴い,次年度以降に行う新しい研究環境の構築にかかる経費として次年度使用額が生じた。