hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高等学校レベルにおける「科学と技術と社会の関連」に関する教材の開発

高校レベルの教材開発の参考のために大学の教養課程の学生たちに対してコンピュータを題材にした授業も試みた。文系理系の混在するクラスであり、これまで科学や科学技術にあまり関心のなかった学生たちも社会とのかかわりに目を向けることによって関心が高まった。平成5年度は最終年度になるので、他の科目、さらに理科以外の教科とも関連づけに教材開発とその実践を行う予定である。本研究の目的は「科学と技術と社会の関連性」を学習し、人間社会における科学や科学技術のあり方を考えることのできる市民の育成に役立つ高校レベルのSTS教材の開発である。昨年度までの二年間で収集した資料、あるいは試作した教材での授業実践を参考にして本年度は大阪府下の高校において研究協力者によるいくつかの授業実践を行い、開発した教材の評価を試みた。その一つは塩川および平井による教材「水俣病」の授業研究である。授業は作成した教材を基に展開された。その効果については生徒たちの水俣病に対する意識調査(プリ・ポスト)から、生徒たちの意識の変容をみることによって評価した。その結果はこの教材を用いた授業に一定の効果があったことを示している。また、地学分野の教材として藤岡はいくつかのモジュールを作成し、授業研究を行った。大阪を例にした「自然災害」や関西国際空港や明石海峡大橋などの「巨大開発」に関する教材はこの分野での新しい視点を提供するものであり、授業実践後の生徒の感想からその効果を確認した。さらに、松本が行った「タンポポ調査」はそのままではSTS教材にはならないが、この実践活動を通して生徒たちに地域開発とSTSの関連性を考えさせる上ですぐれた教材開発の可能性を示唆する結果が得られた。鈴木・原田たちによる「動力技術の変遷」などの教材研究は大学生用に開発したものであるが、そのものの高校レベルへの適用も考えられるが、この研究を通して高校時代、STSについての認識や理解の不十分さが浮き彫りにされ、高校時代でのSTS教育の必要性が痛感された。本年度の研究も分担者(田中、三宅、岡本)のほか、上記以外の研究協力者(西川)たちとの総合的討論によって教材開発とその実践が行われた。三年間の研究である程度初期の目的を達成できたが、さらなる研究によって、よりよいSTS教材を開発したいと考えている。
栽培環境教育におけるコンピュータ利用の教材開発

実習教育において学生の関心を高めるための方法として,栽培試験区を設け,各区の生育調査や収量調査を行わせることが有効であることを先の調査で明らかにした.また,コンピュータの普及に対応して独自に開発したコンピュータ利用による気象観測システムを用いて実習を実施したところ,教育効果を上げるのに役立つことが分かった.これら両者を融合させて実習を行えば,さらに教育効果が増すものと期待できる.そこで,栽培実習教育の現場で使用可能なコンピュータによる環境計測のためのシステムの開発を進めた.そして,このシステムを栽培環境教育の場で有効利用するため,複数の作物について処理区を設け,生育調査および収量調査などを行った.コンピュータ利用による栽培環境情報収集システムは,センサ,パーソナル気象台および文字放送の情報を1台のノートパソコンで処理し,モニタシステムにこれら情報を出力するものとし,さらに,このシステムの高機能化を目指しローカルエリアネットの構築を試みた.個々のシステムは極めて有用な教材とみなされたが,全体のシステムはコンピュータやOSなどの違いを充分解決することができず、今後の問題として検討することとなった.実習教育ではマルチの有無や栽培時期をずらすことで処理区を設け,栽培作物の管理中に得られる多くの栽培環境情報を適切な形で学生に提供するための方法,コンピュータの利用により学生の栽培に対する関心を高めるための方法などに注意を払いながら進めた.その結果,学生にはコンピュータにより収集した栽培環境データと生育調査データから栽培環境と生育との関係についての理解を深めさせることができた.また,栽培とコンピュータとが融合した実習モデルを構築することができ,現状では不完全ながらも多くの学生の興味をある程度高めることができた.今後も引き続き,より教育効果を高める方法について検討する予定である.実習教育において学生の関心を高めるための方法として,栽培試験区を設け,各区の生育調査や収量調査を行わせることが有効であることを先の調査で明らかにした.また,コンピュータの普及に対応して独自に開発したコンピュータ利用による気象観測システムを用いて実習を実施したところ,教育効果を上げるのに役立つことが分かった.これら両者を融合させて実習を行えば,さらに教育効果が増すものと期待できる.そこで,栽培実習教育の現場で使用可能なコンピュータによる環境計測のためのシステムの開発を進めた.そして,このシステムを栽培環境教育の場で有効利用するため,複数の作物について処理区を設け,生育調査および収量調査などを行った.コンピュータ利用による栽培環境情報収集システムは,センサ,パーソナル気象台および文字放送の情報を1台のノートパソコンで処理し,モニタシステムにこれら情報を出力するものとし,さらに,このシステムの高機能化を目指しローカルエリアネットの構築を試みた.個々のシステムは極めて有用な教材とみなされたが,全体のシステムはコンピュータやOSなどの違いを充分解決することができず、今後の問題として検討することとなった.実習教育ではマルチの有無や栽培時期をずらすことで処理区を設け,栽培作物の管理中に得られる多くの栽培環境情報を適切な形で学生に提供するための方法,コンピュータの利用により学生の栽培に対する関心を高めるための方法などに注意を払いながら進めた.その結果,学生にはコンピュータにより収集した栽培環境データと生育調査データから栽培環境と生育との関係についての理解を深めさせることができた.また,栽培とコンピュータとが融合した実習モデルを構築することができ,現状では不完全ながらも多くの学生の興味をある程度高めることができた.今後も引き続き,より教育効果を高める方法について検討する予定である.実習教育において,学生の関心は,栽培試験区を設け,各区の生育調査や収量調査を行わせることによって,高めることができることが分かった。また,コンピュータの普及に対応して独自に開発したコンピュータ利用による気象観測システムを用いて実習を行い,教育効果を上げつつある。今後,これら二つの事例を融合して実習を行えば,さらに教育効果が増すものと期待できる。そこで,この観点から栽培実習教育の現場で使用可能なコンピュータによる環境計測のためのシステムの開発を進めた。コンピュータによる環境計測システムは,ノートパソコンPC9801NS/Aを用い,A/D変換器によりセンサからの信号をコンピュータに入力する。センサはサーミスタ(温度),抵抗変化型湿度センサ,フォトダイオード(光)を用いた。環境要素の計測は新たに風向,風速,雨量および気圧を加えることにし,パーソナル気象台(エ-オ-アール)を採用した。そして,この基本性能について現有の気象観測装置などにより比較検討を行った結果,このシステムは実用的な環境計測に利用できるものと考えられた。また,気象情報収集のために文字放送受信ユニットの導入についても検討した。さらに,栽培圃場でセンサおよび受信ユニットの情報を出力するためのモニタシステムは17インチCRTと7セグメントLEDにより構成する方法について検討した。このシステムのソフトウエアについては現在検討を進めつつある。なお,栽培環境の計測は長期にわたって行えることが要求されるため,停電対策を必要とする。これに関しては,商用電源の利用と比較して安価な,自然エネルギー利用による独立電源システムを風力発電機,太陽電池および鉛蓄電池により構成する方法をみいだした。また,これまでの実習教育の経験を踏まえて,本システムを有意義な形で栽培に融合させるための実習教育方法についても検討を重ねた。実習教育において,学生の関心を高めるための方法として,栽培試験区を設け,各区の生育調査や収量調査を行わせることが有効であることを先の調査で明らかにした.また,コンピュータの普及に対応して独自に開発したコンピュータ利用による気象観測システムを用いて実習を実施したところ,教育効果を上げるのに役立つことが分かった.これら両者を融合させて実習を行えば,さらに教育効果が増すものと期待できる.

そこで,栽培実習教育の現場で使用可能なコンピュータによる環境計測のためのシステムの開発を進めた.そして,このシステムを栽培環境教育の場で有効利用するため,複数の作物について処理区を設け,生育調査および収量調査などを行った.平成7年度より検討したきたコンピュータ利用による栽培環境情報収集システムは,システムの統合化においてハード・ソフト両面から見直す必要が生した.したがって,当初計画のシステムの実現を進める一方,本年度は各機能を単独で利用することからはじめ,教材としての診断と評価を行うことにした.実習教育は前年度の検討により作成したモデルにしたがって行った.そして,栽培作物の管理中に得られる多くの栽培環境情報を適切な形で学生に提供するための方法,コンピュータの利用により学生の栽培に対する関心を高めるための方法などに注意を払いながら実習を進めた.学生にはコンピュータにより収集した栽培環境データと生育調査データから栽培環境と生育との関係についての理解を深めさせた.また,システムの高機能化を目指し,ホストコンピュータを新たに導入し,ノートパソコンとの間にローカルエリアネットの構築を試みた.これらの結果,栽培とコンピュータとが融合した実習モデルを構築することができ,現状では不完全ながらも多くの学生の興味をある程度高めることができた.今後,問題点を整理し,さらに教育効果を高める方法について検討する予定である.実習教育において,学生の関心を高めるための方法として,栽培試験区を設け,各区の生育調査や収量調査を行わせることが有効であることを先の調査で明らかにした.また,コンピュータの普及に対応して独自に開発したコンピュータ利用による気象観測システムを用いて実習を実施したところ,教育効果を上げるのに役立つことが分かった.これら両者を融合させて実習を行えば,さらに教育効果が増すものと期待できる.そこで,栽培実習教育の現場で使用可能なコンピュータによる環境計測のためのシステムの開発を進めた.そして,このシステムを栽培環境教育の場で有効利用するため,複数の作物について処理区を設け,生育調査および収量調査などを行った.コンピュータ利用による栽培環境情報収集システムは,センサ,パーソナル気象台および文字放送の情報を1台のノートパソコンで処理し,モニタシステムにこれら情報を出力するものとし,さらに,このシステムの高機能化を目指しローカルエリアネットの構築を試みた.
気管チューブの位置決定における呼吸音変化の信頼性に関する研究

気管チューブの適正な固定位置決定における呼吸音変化の信頼性は、気管チューブ先端のMurphy eye、ベベルの形状、カフの有無により影響されることが判明した。本研究結果に基づいて、気管挿管後には呼吸音を聴きながら気管チューブを進めて、呼吸音が変化した時点から、Murphy eyeの位置とサイズ、ベベルの形状等を考慮に入れて、気管チューブを引き抜くことにより聴診法により発見できない片肺挿管を防ぐことができることが明らかとなった。一般に口腔顎顔面領域の手術では確実な気道確保のために気管挿管が行われる。しかし、手術中の頭位変化、開口器の装着、舌圧子の挿入などにより気管チューブが深く挿入されるとチューブの先端が気管分岐部を越えて片肺挿管になる危険性がある。このような術中の片肺挿管を知る方法として聴診器による呼吸音の聴取が最も一般的に行われているが、呼吸音が均等に聴取されたにもかかわらず、実際には片肺挿管になっていたとの報告もあり、気管チューブの位置決定における呼吸音の変化については疑問が残されている。そこで、われわれは、呼吸音の変化は気管チューブ先端の形状により異なるのではないかとの仮説を立て呼吸音変化時の気管チューブ先端の位置について気管支ファイバースコープを用いて検索した。全身麻酔下経鼻挿管にて口腔顎顔面外科手術を予定された成人患者を対象として、チューブ先端にマーフィーアイ(側孔)の設置してある気管チューブとマーフィーアイの設置していない気管チューブについて呼吸音変化時と呼吸音消失時における気管チューブ先端の位置を比較した。その結果、気管チューブ先端にマーフィーアイの設置されていない気管チューブでは、チューブ先端が気管分岐部を越えて右側主気管支に1.5±0.4cm挿入されたときに呼吸音が変化し、3.2±0.3cm挿入されたときに呼吸音が消失した。一方、マーフィーアイの設置されている気管チューブでは、チューブ先端が右側主気管支に2.0±0.4cm挿入されたときに呼吸音が変化し、3.2±0.3cm挿入されたときに呼吸音が消失した。このことから呼吸音変化時の気管チューブ先端の位置はマーフィーアイの有無により異なるが、呼吸音の消失に関しては、マーフィーアイの有無は大きな影響を及ぼさないことがわかった。全身麻酔下経鼻挿管にて口腔顎顔面外科手術を予定された成人患者を対象として、マーフィーアイの設置していない気管チューブ(Portex Blue Line tube)とマーフィーアイが両側に対照的に設置してある気管チューブ(ParkerFlex-Tip tube)について呼吸音変化時と呼吸音消失時における気管チューブ先端の位置を比較した。その結果、Portexチューブでは、チューブ先端が気管分岐部を越えて右側主気管支に1.5±0.4cm挿入されたときに呼吸音が変化し、3.2±0.3cm挿入されたときに呼吸音が消失した。一方、Parker Flex-Tip tubeチューブでは、チューブ先端が右側主気管支に1.6士0.6cm挿入されたときに呼吸音が変化し、3.6土0.5cm挿入されたときに呼吸音が消失した。このことから両側対称的にマーフィーアイの設置してあるチューブでは両側対称的なマーフィーアイが半分近く気管支に挿入された時点で呼吸音が変化し、カフが気管支に楔入された時点で呼吸音が消失することが明らかとなった。

そこで、われわれは、呼吸音の変化は気管チューブ先端の形状により異なるのではないかとの仮説を立て、呼吸音変化時の気管チューブ先端の位置について気管支ファイバースコープを用いて検索した。その結果、Murphy eyeのないチューブでは先端が気管分岐部を越えて右側主気管支に約7mm挿入されたときに呼吸音が変化し、約16mm挿入されたときに呼吸音が消失した。一方、double Murphy eyeチューブでは先端が右側主気管支に約15mm挿入されたときに呼吸音が変化し、約48mm挿入されたときに呼吸音が消失した。このことからカフなしのdouble Murphy eyeチューブは、Murphy eyeの付いていないチューブに比べて、聴診器では認識できない片肺挿管(unrecognized bronchial intubation)が起こりやすいことが示唆された。昨年はベベルと反対側にマーフィーアイが一つ設置されている気管チューブについて検討したが、今年度は当初の計画通り左右両側対称的にマーフィーアイが2個設置されている気管チューブについて検討した。Parker Flex-Tip tubeと呼吸音変化との関連については未だ研究報告がなく貴重なデータが得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、当初の計画通り、口蓋形成術を予定された1歳から2歳の幼児を対象として、気管チューブの先端にマーフィーアイが設置されていないチューブと気管チューブの先端の両側にマーフィーアイが設置されているチューブについて、呼吸音が変化する時点および呼吸音が消失する時点の気管チューブ先端の位置について検討する予定である。
水酸アパタイトのイオン交換反応後の陽イオンの局所構造解析による交換特性の研究

水酸化トリス(リン酸)カルシウム、いわゆる水酸アパタイト、が持つイオン交換反応の交換陽イオンの種類による選択性の違いの原因を明らかにするため、反応後の交換イオンの吸収端付近のX線吸収スペクトルを測定し、その吸収端微細構造(XAFS)の解析を行った。水酸アパタイトは最も結晶性がよくなった水熱法で合成したものを用い、交換陽イオンとしてMn^<2+>,Ni^<2+>,Co^<2+>,Cu^<2+>,Zn^<2+>,Cd^<2+>,ならびにPb^<2+>を使用した。粉末X線回折ではCu^<2+>とPb^<2+>との反応後においてわずかに塩基性リン酸塩の生成が確認されたのみで、他には反応前と比べてほとんど変化は見られなかった。吸収端の高エネルギー側のEXAFSの解析から、Pb^<2+>との反応以外ではフーリエ変換のピーク位置がそれぞれのイオンのリン酸塩のピーク位置とほぼ同じになり、水酸アパタイト中のCaから最近接のOまでの距離よりも短くなった。一方、Pb^<2+>との反応後では水酸化トリス(リン酸)鉛と同様の2本のピークが見られたが、最近接のピーク位置は短距離側にずれ、水酸アパタイト中のCa-O距離とほぼ同になった。すなわち、Ca^<2+>より結晶イオン半径の小さいイオンでは取り込み後の局所構造がそのリン酸塩中とほぼ同じになり、Ca^<2+>より大きいPb^<2+>ではCa^<2+>のときと同じ大きさの空隙に入りこむことがわかった。吸収端付近のXANESを比較すると、いずれのイオンでも水酸アパタイトに取り込まれたイオンはリン酸塩とほぼ同じスペクトルを示したが、リン酸塩に見られる弱いシヨルダーピークがないものが多い。これは、取り込まれた交換イオンがリン酸塩結晶中とほぼ同じ局所構造を持っているが結晶中でのようなわずかな対称性の低下はなく、水溶液中のイオンと同じような高い対称性を持つことを示している。
エージェントシステムによる避難指示と避難行動の解析と減災への応用

避難行動において重要な要素である避難誘導に着目し、身体的な相違の他に、過去の災害時の報告書にある行動に至る個人の状態をモデルで表現し、避難情報の提供方法や個人の心理状態と行動パターンもパラメータとするマルチエージェントベースの避難シミュレーションを構築した。一斉避難放送や警備員から避難誘導、避難誘導情報の適切さ・伝達効率、エージェントの行動パターンなどの条件を変化させたシミュレーション結果を解析し、避難誘導内容・方法により避難行動に変化がある事を示し、それをもとに避難シミュレーションが防災計画の評価に有効な事を示した。本研究は、避難行動において重要な要素の一つである人に着目し、身体的な相違の他に個人の心理状態、避難する人への情報提供などを考慮した避難シミュレーションを構築する。具体的には、過去の災害報告書を参考に、数千人規模で建物からの避難行動を一律にマクロレベルで扱うのではなく、人への情報の与え方や人の状態を変化させる要因--例えば、危険をおかして他の人の救助に向かうなど愛他行動--を含めた個人レベルの行動要因を表現し、マルチエージェントシステムを構成する。避難シミュレーションとして従来研究で取り扱われていない項目:(1)避難者の心理状態を、BDI(Belief - Desire - Intention)モデルで個人毎の行動パターンを表現する。(2)老若男女や身体的特徴に加え、性格や家族関係等の人間的な属性を持つ。(3)避難指示に加え、会話による避難者間の情報共有を可能にする、ーを取り入れた機能を実現する。それにより、実際に人間での実証実験や避難訓練をすることはできない様々な状況で避難行動をシミュレーションし、避難者にどのように情報を提供すると避難効果があるかの検討結果を防災計画に役立てる。特に、館内放送やTwitterに代表されるSNSによる情報提供、それによる避難者の心理状態が引き起こす避難行動の相違などをシミュレーションで示す事で、大型施設での避難計画の評価が可能にし、より安心安全な生活に役立つ避難シミュレーションの実現を目的とする。本研究は、避難行動において個々人の動きが全体の避難効率を決める重要な要素の一つである事に着目し、身体的な相違の他に個人の心理状態、避難する人への情報提供などの考慮した避難シミュレーションを構築する。具体的には、過去の災害報告書を参考に、数千人規模で建物からの避難行動における人の動きを、人を一律に扱うマクロレベルではなく、個人レベルのモデルで表現する。そして、マルチエージェント指向シミュレーション(MABS)を用い、人への情報の与え方や人の状態を変化させる要因--例えば、危険をおかして他の人の救助に向かうなど愛他行動--を含め検討する。実証実験をすることはできない様々な状況をシミュレーションする事により、避難を円滑にするために情報を避難者にどのように提供すると効果があるかの指針を検討する。MABSによる避難シミュレーションとして、(1)避難者の心理状態を、BDI(Belief - Desire - Intention)モデルで表現する。(2)避難者エージェントは、老若男女や身体的特徴に加え、性格や家族関係等の人間的な属性を持つ。(3)避難指示に加え、会話による情報共有を可能にする。等、従来研究で取り扱われていない機能を検討する。そして、館内放送による情報提供、それによる避難者の心理状態が引き起こす避難行動の相違などシミュレーションで示す事ができ、大型商業施設での避難計画の評価が可能になり、より安心安全な生活に役立つ避難シミュレーションが実現できる。本研究では、避難行動において重要な要素の一つである人間に着目し、身体的な相違の他に、マルチエージェントシステムを用いて、心理状態や避難時の情報提供などによる避難行動の違いを考慮したシミュレーションの検討を行った。具体的には、数千人規模の建物からの避難行動をマクロレベルで扱うのではなく、危険がある状況でも家族の救出に向かうなどの愛他行動など、人の行動に影響を及ぼす要因を考慮した避難シミュレーションシステムを構築し、評価を行った。構築したシステムでは、(1)避難者の個々の心理状態をBelief - Desire - Intentionモデルで表現する,(2)老若男女や身体的な差異に加え、性格や家族関係などの人間的・社会的属性を表現する、(3)避難誘導案内や周囲の人の会話による動的な情報共有による避難行動の変化など従来研究では取り扱われていなかった機能を実現した。実際の5階の建物や地下街から1,000人規模の避難行動シミュレーション結果と過去の災害報告書にある事例との比較により、試作したシステムの機能を確認した。さらに、人による実環境での避難訓練などが困難な様々な状況で、東日本大震災を例にした人の行動パターン、誘導放送の伝達度、異なる誘導内容などをパラメータとする避難シミュレーションを実施した。そのシミュレーション結果を元に、ISOの基準に規定されている避難に必要な時間を尺度に、避難者にどのような内容をいつ提供する事により効率のよい避難誘導ができるかを検証できる事を示した。

シミュレーションに対するパラメータを評価する事が、防災計画の評価に役立つ事を示す他に、本シミュレーションシステムの活用方法として、モバイル端末に、災害・非常時の状況に応じた避難誘導情報を提示するシステムを提案し、実用面での具体的な実例を提案した。情報工学2013年度は、2012年度に作成したシミュレーション環境を用い、以下の項目について検討を行い予定した内容を実現できた。1. 5階建ての建物(大学図書館)から1,000名規模の避難行動のシミュレーション実験を行った。避難状況として、一斉放送による避難指示に加え、伝達(声が届く)距離が10mに限定された図書館の係員からの避難誘導した場合、建物内部の避難者だけの場合と建物外部からの救助隊が建物内部に救助に入る場合など、異なる4つ状況で評価を行った。2.名古屋駅前の地下街における避難を想定した環境を用意した。駅に代表される公共施設の地下街における避難は、建物避難に比較し、一桁違う10,000人規模が対象になる。さらに、一定の人数でなく新たに地下街に流入してくる人もいるなどの特徴がある。そのような状況を効率よくシミュレーションするためにGPGUを使用した並列処理方法を検討した。3.非常事態発生、避難情報指示などの情報伝達手段として、Twitterに代表される携帯情報機器を用いた情報伝達を新たに追加検討した。その新しい通信手段による避難指示で、行動が変化し、何割の人が情報で行動を開始すると全体としての避難行動に結びつくかを評価するシステムの検討を開始した。2012年度は、以下の項目について検討を行い、初期に設定した機能の実現、検証をした。1.東日本大震災の調査で、避難にあたって防災警報を見聞きした人の割合は40%前後との報告があり、避難者の災害状態認識、事情の相違から切迫避難・用事後避難・直後避難と避難開始時間に相違が生じる。この避難者の状態・事実認識は、避難誘導や周囲の人からの情報によって変る。この様な状況をシミュレーションできるエージェントモデルの検討、システム開発した。2.世界貿易センタービル崩壊時においては、建物から階段を使用して避難する際に救助隊とのすれ違いや避難者の休憩が避難の障害になった。他人との衝突を考慮する人格や身体的な特徴を考慮した人の流れ(隘路・階段での渋滞など)を計算する粒子モデルを検討した。3.避難者への避難指示がすべて人に伝わり、聞いた人が内容を理解するとは限らない。人によって誰から聞いたかにより、その情報の信頼度は異なり、その後の行動が変化する。いつ、どの程度の情報が伝わる事で、何割の人が行動を開始し、全体としての避難行動に結びつくかを評価するシステムの検討を開始した。4.学外の研究協力者Minnesota大学からJSPSSUMMER PROGRAM2012の枠組みで6月中旬から8月中旬の2ヶ月間研究者を受け入れ、親子関係といった人間関係を取り入れた避難行動のシミュレーションの検討を実施した。
情動的交流への知的介入を実現する協調学習支援エージェントの研究開発

ネットワークで繋がれた多人数インタラクション(学習者相互の学び合い)の文脈において,情動的交流を捉えた知的介入を情報処理アプローチにより実現することを目的とする.より具体的には,グローバル情報社会を生き抜くスキルを育む学習形態として注目されている協調学習を題材とし,これまで申請者が開発を進めてきたマルチモーダル情報を利活用可能な協調学習支援システム開発プラットフォームを基礎として,協調学習参加者の情動認識モデルを検討し,このモデルに基づく対話支援戦略を備える対話介入エージェントの効果を検証する.ネットワークで繋がれた多人数インタラクション(学習者相互の学び合い)の文脈において,情動的交流を捉えた知的介入を情報処理アプローチにより実現することを目的とする.より具体的には,グローバル情報社会を生き抜くスキルを育む学習形態として注目されている協調学習を題材とし,これまで申請者が開発を進めてきたマルチモーダル情報を利活用可能な協調学習支援システム開発プラットフォームを基礎として,協調学習参加者の情動認識モデルを検討し,このモデルに基づく対話支援戦略を備える対話介入エージェントの効果を検証する.
大麻の乱用拡大防止に資するための、尿中大麻代謝物の迅速高感度分析システムの確立

研究目的尿中大麻代謝物の分析については、尿試料の加水分解操作が必要なこと、抽出操作が繁雑なこと、対象成分の排泄濃度が低く、試料の精製が必要なこと、および、二段階の誘導体化が望ましいとされることが、分析の自動化のネックになって来た。本研究では、これらの解決策として、下記5点の検討を行った。研究方法1.主なイムノアッセイ試薬キットを取り寄せ、信頼性の高いスクリーニング法を確立すべく検討を実施した。2.抱合体の加水分解条件を検討し、簡便、迅速かつ自動化が可能な方法として最適化した。3.大麻代謝物の抽出および精製法について、簡便、迅速、高回収率、かつ自動化可能な方法を検討した。4.当所で開発、所有している尿中覚せい剤前処理装置にハード面(pHセンサー、エマルションセンサー等)の改造およびソフト面の改良を加え、上記2.および3.の操作の可能な限りの自動化を行った。5.新規に開発されたものを含め誘導体化剤の検討を行い、大麻代謝物に最適な誘導体化法の検討を行った。特に、オンカラム誘導体化の適用に重点を置き、自動誘導体化ガスクロマトグラフィー質量分析法としての確立を目指した。研究の成果1.尿中大麻代謝物のイムノアッセイとしては、EMITカンナビノイドアッセイ試薬のカットオフ値50ng/mg用が、感度と信頼性のバランスが最も良く、かつ判定量的なスクリーニング結果が得られ、最適と認められた。2.抱合体の加水分解は、塩酸酸性条件下で行うのが一般的であったが、酢酸酸性でも十分迅速に加水分解が行え、かつ、自動分析装置の防錆およびpH調整において有利であることが判明した。3.大麻代謝物の抽出および精製について最適化を行った。4.当所で所有している尿中覚せい剤前処理装置にハード面(エマルションセンサー等)の改造および自動処理プログラムを作成し、上記操作の自動化を達成した。所要処理時間は尿試料1検体当り約30分であった。5.大麻代謝物に最適な誘導体化法の検討を行った。特に、オンカラム誘導体化の適用に重点を置いたが、現時点での自動誘導体化の誘導体化収率は25%と十分な結果は得られておらず、今後の検討が必要である。
非加法的情報理論の構築とその学習理論への応用に関する研究

従来の情報理論は,シャノンエントロピーを基本情報量として用いていたため,取り扱う系が,指数分布族によって支配されているのに対して,本研究課題で進めていた非加法的情報理論では,シャノンエントロピーの1パラメータ拡張であるサリスエントロピーを基本情報量として用いてきた.この拡張により,取り扱う系が,指数分布族からべき分布族に拡張された.本年度,この拡張における非常に重要な結果を得た.具体的には,ガウスの誤差法則・スターリングの公式・多項係数・パスカルの三角形・中心極限定理などの,指数分布族における非常に重要な定理や公式がことごとく,べき分布族の系に拡張され,それらの関係についても数学的に証明された.(中心極限定理のみ,数値計算による確認.)これらについて,国際会議・国内の学会・論文投稿などを行い,驚きを持って迎えられた.さらに,従来,サリスエントロピー最大化原理による結果に付随していた問題を,本研究課題で用いた手法により,解析的に解決できた.これについても,現在,論文投稿中である.これらの結果は,べき分布族の系の基本定理であり,カオス・フラクタル・スケールフリーネットワークなどべき分布が本質的に重要になる系への応用が将来十分に見込まれる.上記の結果を,学習理論に現れるカオスへの応用を試みた.具体的には,フィードバックをもつリカレントニューラルネットワークにおいて,ロボットなどの行動を低い次元のパラメータに対応させることができるRNNPBモデルの学習に,カオスが現れることが知られており,その機構をサリスエントロピーのパラメータqとの関係を導きたかったが,これに関しては,PB空間の性質などを調べるにとどまり,具体的な関係を明らかにできなかった.今後,この研究については,随時進めていく予定である.非加法的情報理論において基本的な情報量であるサリスエントロピーの一意性定理を証明し,いくつかの論文発表などをおこなった.これは,シャノンの情報理論においてシャンンエントロピーが基本的な情報量であり,その一意性定理が,シャノン-ヒンチンの公理系として知られているが,その一般化である.すでに本研究以前に知られていたサリスエントロピーの一意性定理の問題点も,本研究の結果により解決された.この結果により,サリスエントロピーを正規化することにより,加法性の形が保存されることもわかった.この結果に基づき,正規化されたサリスエントロピーをもとに,サリス相互情報量を導き,これを独立成分分析における独立性の基準に用いた.その結果,シャノン相互情報量を用いた従来の独立成分分析では分離できなかった観測画像に対しても,本提案手法により,分離に成功することがわかった.また,収束の速度も,より速くなるという効果もいくつかのシミュレーションにより確認できた.これら有効性は,もとの互いに独立な情報源が,シャノンエントロピーのような加法的な関係に従うのではなく,サリスエントロピーのような非加法的な関係に従うことに起因していることがわかった.また,このさらなる応用として,独立成分分析を超音波エコー情報による肝臓の診断に応用し,大変興味深い結果を得た.具体的には,従来,肝臓の診断は,超音波診断装置から得られる画像を医師の経験や主観に基づいて診断していたが,本研究では,正常な肝臓の超音波エコーの振幅がレイリー分布に従うことを用いて,レイリー分布に従わない成分(病変の起因となる成分)を独立成分分析により抽出するという試みで,その成分の特定に納得いく結果を得た.この研究に関しては,より精密化をはかるため,来年度以降も引き続き行う予定である.非加法的情報理論において,昨年度得られたサリスエントロピーの一意性定理をさらに発展させて、一般的にエントロピーが持つと考えられる2つの加法性によりエントロピーを3つのクラスに分類し、サリスエントロピーが,その2つの加法性の両方を満たすクラスに属することを示した.これにより、サリスエントロピーの一意性定理のより簡潔なバージョンを構成することができた.さらに,シャノンの不等式の拡張がサリスエントロピーの場合には成り立たないことを示し、従来の問題を解決した。この理論的な研究は現在さらに発展し,サリスエントロピーから自然に導入される新しい積により,カオスやフラクタルなどの自己相似系のダイナミクスを統一的に説明できる新しい理論体系の構築につながることが最近わかってきた.これに関しては、すでに3本の論文を投稿中である.上記の結果を背景に,従来,ベイズ更新に用いられている式を,サリスエントロピーの拡張パラメータqとq正規化期待値を用いて,新しい更新式を得た.(q=1のとき,従来のベイズ更新式に一致する.)今までのベイズ更新式では,事前確率から事後確率に急激に値が変動することが多かったが,qに適切な値を設定することにより、緩やかな変動が可能になった.これは,そもそも,サリスエントロピーの拡張パラメータqのコントロールに,確率分布の強調の効果があるためである.これを迷路探索ロボットのシミュレーションに用いることにより,従来のベイズ更新式を用いたときに見られた偏った行動をとる傾向が少なくなり、より幅広い行動をとることが可能になり,その効果を確かめることができた.従来の情報理論は,シャノンエントロピーを基本情報量として用いていたため,取り扱う系が,指数分布族によって支配されているのに対して,本研究課題で進めていた非加法的情報理論では,シャノンエントロピーの1パラメータ拡張であるサリスエントロピーを基本情報量として用いてきた.

この拡張により,取り扱う系が,指数分布族からべき分布族に拡張された.本年度,この拡張における非常に重要な結果を得た.具体的には,ガウスの誤差法則・スターリングの公式・多項係数・パスカルの三角形・中心極限定理などの,指数分布族における非常に重要な定理や公式がことごとく,べき分布族の系に拡張され,それらの関係についても数学的に証明された.(中心極限定理のみ,数値計算による確認.)これらについて,国際会議・国内の学会・論文投稿などを行い,驚きを持って迎えられた.さらに,従来,サリスエントロピー最大化原理による結果に付随していた問題を,本研究課題で用いた手法により,解析的に解決できた.これについても,現在,論文投稿中である.これらの結果は,べき分布族の系の基本定理であり,カオス・フラクタル・スケールフリーネットワークなどべき分布が本質的に重要になる系への応用が将来十分に見込まれる.上記の結果を,学習理論に現れるカオスへの応用を試みた.具体的には,フィードバックをもつリカレントニューラルネットワークにおいて,ロボットなどの行動を低い次元のパラメータに対応させることができるRNNPBモデルの学習に,カオスが現れることが知られており,その機構をサリスエントロピーのパラメータqとの関係を導きたかったが,これに関しては,PB空間の性質などを調べるにとどまり,具体的な関係を明らかにできなかった.今後,この研究については,随時進めていく予定である.
刺鍼技術に対する盲学校の指導技術継承に資する指導マニュアルの作成とその有用性

【研究目的】視覚障害者にとって数少ない適職である鍼は、免許取得段階での実技試験廃止に伴う実技能力低下の指摘を受けており、これを教育する盲学校には、限られた授業時間数で実技科目をより効果的・効率的なものにすることが求められている。そこで、刺鍼技術向上に資する指導マニュアルを作成し、これに基づく個別介入での変化から、その有用性を明らかにすることを目的とする。【研究方法】1マネキントルソーを加工した刺鍼練習体の水平面、45°斜面及び垂直面に、シリコンゴムやスライムで構成した刺鍼部を設け、対象者には各刺鍼部に3回ずつ深さ15mmでの直刺を目標とした刺鍼を課し、刺鍼深度と刺入角度を測定した。2対象者の身体各部にマーカーを貼付し、刺鍼操作を撮影・記録した。3撮影動画から刺鍼精度の高い対象者が示す動作特徴を抽出し、熟練教員間で協議した上で指導マニュアルを作成した。4刺鍼深度や刺入角度にばらつきを認めた対象者には、指導マニュアルに従った介入を行い、精度の変化を検討した。【研究成果】1鍼師をめざす視覚障害のある学生7名と鍼教育経験20年以上の教員3名の間で、刺鍼深度・刺入角度誤差を比較した結果、有意差は認められなかったが(平均深度誤差は学生2.7mm、教員2.3mm、平均角度誤差は学生12.3°、教員8.8°)、刺鍼動作に違いが認められた。(1)45°・垂直面刺鍼部への刺鍼における刺鍼部と対象者頭部の距離(平均は学生392mm・306mm、教員545mm・554mm)。(2)45°・垂直刺鍼部への刺鍼における体幹前屈角度(平均は学生158°・128°、教員168°・162°)。(3)押手の安定性(橈骨茎状突起部平均移動距離は学生6mm、教員1mm)。(4)刺手持ち替え回数(平均は学生2.6回、教員0.2回)。2対象者の刺鍼動作特徴をもとに簡単な指導マニュアルを作成し、刺鍼深度や刺入角度にばらつきが認められた学生に個別介入を行った結果、深度・角度誤差の減少につなげられた。
セレン化合物による2型糖尿病の発症予防とその作用機序

糖尿病発症に及ぼすセレン状態やセレン化合物投与の影響とその作用機序を解明することを目的として本研究を行った。亜セレン酸ナトリウム(Na_2SeO_3)は、2型糖尿病モデルNSYマウスに対して血糖低下と糖負荷後の血漿中insulin濃度を上昇させ耐糖能改善効果を示した。そこで、有効な耐糖能改善効果を示す候補化合物としてNa_2SeO_3、methylseleninic acidおよびseleno-L-methionine(SeMet)をnicotinamide/streptzotcin誘発性短期糖尿病マウスモデルを用いて検討したところ、SeMetが最も高い耐糖改善効果を有することが認められた。この効果は、膵臓におけるセレン含有量とglutathione peroxidase 1(GPX1)mRNA発現量の上昇、ROS産生抑制と、血漿中の遊離脂肪酸(FFA)およびHbA1C濃度の低下ならびにadiponectin濃度上昇によることが示唆された。この耐糖能改善作用機序を検討したところ、SeMetは、3T3-L1脂肪細胞に対して、GPX1発現量の増大に伴うROS産生抑制によるinsulin receptor substrateのリン酸化制御を介してphosphatidylinositol-3-kinaseを活性化し、glucose取込みを促進することが示された。また、Hepa 1-6細胞において、FEAとしてのpalmitate処理によりinsulin抵抗性が増大した状態における細胞内glycogen貯蔵に対するSeMetの影響について検討した結果、SeMetはFEAによるglycogen量の低下を正常レベルまで回復させることが判明した。また、SeMet処理によってHepa 1-6細胞内GPX1発現量が増大した。これらの結果から、SeMetは、脂肪細胞および肝細胞に対するGPX1の賦活化による細胞内ROS産生の抑制を介したinsulin signal伝達系を促進させることによって、insulin抵抗性を改善することが示唆された。(1)2型糖尿病モデルNSYマウスの糖尿病発症に対する各種セレン状態の影響に関する検討ヒトの2型糖尿病と極めて類似した病態を示す自然発症2型糖尿病マウスモデルのNSYマウスを用い、セレン欠乏状態から栄養生理上限レベルまでの各段階のセレン状態において、セレンが糖尿病発症の予防に有効であるか否かについて検討を行う。(2)2型糖尿病モデルとしてのSTZ誘発性糖尿病マウスの作製に関する検討糖尿病予防に有効なセレンの化学形を明らかにするため、まず短期間で2型糖尿病に類似した病態を発症しうるSTZ誘発性糖尿病モデルの構築に関する検討を行う。(3)STZ誘発性糖尿病マウスの糖尿病発症に対する各種セレン化合物の影響に関する検討STZ誘発性糖尿病マウスモデルを用い、最も標準的に使用されている亜セレン酸ナトリウムのほかに、有機セレン化合物としてセレノメチオニン(SeMet)、セレノシスチン、メチルセレニン酸について糖尿病の発症予防に対するセレンの有効な化学形と最適摂取量を検討する。(4)膵島β細胞に対するSeMetの作用に関する検討糖尿病発症予防効果が最も高かったSeMetによる耐糖能促進作用の機序を解明する目的で、マウスインスリノーマMIN6細胞およびマウス3T3-L1脂肪細胞を用いることにより、酸化的ストレス防御系の賦活化によるインスリン分泌の改善によるものか、あるいはSeMet自体のインスリン様作用にもよるのかを検討する。(5)インスリン標的細胞に対するSeMetの作用とその機序に関する検討(予定)SetMetによる糖尿病発症予防作用の機序を解明する目的で、マウス3T3-L1脂肪細胞やHepa1-6細胞などを用い、SeMetがインスリン様作用やインスリン抵抗性を改善するかどうかを検討する。

自然発症2型糖尿病モデルであるNSYマウスを用い、セレン欠乏状態から栄養生理上限レベルまでの各段階のセレン状態における糖尿病発症の予防に有効なセレンの化学形と最適摂取量およびその作用機序を明らかにする目的で検討を行った。4週齢のNSY雄性マウスにセレン欠乏試料摂取群および通常試料摂取群を設定し、標準的なセレン化合物である亜セレン酸ナトリウム含有飲料水を3段階の各濃度群で自由摂取させたところ、通常飼料摂取群では、セレンの摂取に関係なく十分に高いセレン状態であったのに対し、セレン欠乏飼料摂取群ではセレン摂取量に依存して、セレン状態が欠乏レベルから十分に高いレベルになることが確認された。そこで、これらのマウスを用い、耐糖能低下に対するセレン状態の影響について検討した結果、セレン欠乏飼料摂取群では高セレン状態において糖負荷後の血糖値が低下した。また、このときの血漿中インスリン濃度は高セレン状態において反対に増加した。各種セレン状態のマウスを用い、膵臓中グルタチオンペルオキシダーゼ(GPX)1活性、還元型グルタチオン(GSH)含有量およびチオバルビツール酸反応生成物(TBA-RS)値を測定した。その結果、セレン欠乏飼料摂取群において膵臓中のセレン状態が高くなるとともに、GPX1活性が誘導された。しかしながら、セレン状態に関係なくセレン欠乏飼料の摂取によって膵臓中GSH含有量は低値を示すとともに、TBA-RS値は高値を示すことが認められた。このことから、高セレン状態では膵臓中GPX1活性は上昇するが、セレン欠乏飼料を摂取させた場合に膵臓のGPX1/GSH系は酸化的ストレス防御系として十分に機能していないことが示唆された。以上の結果より、セレンの欠乏状態がNSYマウスの耐糖能低下を促進するが、このマウスのセレン状態を高めることによって耐糖能低下が改善されることが明らかとなった。亜セレン酸は、自然発症2型糖尿病モデルであるNSYマウスの耐糖能改善効果を有することが昨年度の研究において明らかになった。本年度は、さらなる耐糖能改善効果をもつセレンの化学形を検索するために、NSYマウスよりも短期間で2型糖尿病に類似した病態を発症しうるモデルマウスの構築に関する検討をまず行った。C57BL/6マウスおよびICRマウスの2種類のマウスを用い、通常飼料による飼育下で低用量(100mg/kg)のストレプトゾトシン(STZ)と、その標的組織である膵島β細胞で枯渇しやすいニコチンアミド(NA;120mg/kg)を2回併用投与し、5週間にわたる耐糖能低下に対するマウスの系統差について検討した。その結果、ICRマウスの方がC57BL/6マウスよりも血糖値が上昇しやすく、このときのICRマウスの血漿中インスリン濃度はC57BL/6マウスの約1/5の値であったため、ICRマウスによる短期誘発糖尿病マウスモデルが作製できた。
微細ミストを利用した環境調和型冷却技術の開発

微量かつ微小なミスト付加による伝熱促進の概念の有効性を明らかにするため,後向きステップ流れの実験装置を使用して,伝熱特性の測定・評価を行った.その結果,レイノルズ数が増加すると,また熱流束が減少すると,主流方向に沿った熱伝達率は増加することがわかった.また,ミストを付加しない場合と比較して,大きな伝熱促進効果を得ることができた.例えば,低壁面熱流束の場合、最大ヌセルト数で約2.63倍,再循環領域の平均ヌセルト数で約2倍の伝熱促進効果が得られた,以上より,微量かつ微小なミストを付加することによる伝熱促進の概念の有効性を明らかにした.さらに,新たに小型の装置を製作してミスト量による影響の測定・評価等を行った.ミスト蒸発に関わる理論解析を行い,ミストの蒸発位置はミスト粒径,周囲温度,相対湿度に依存することを確認した.また,流路内の空間温度分布を測定して,ミストの蒸発により空間温度が低下することを確認した.さらに,ミスト量を増加させると主流方向に沿って熱伝達率が増加し,大きな伝熱促進効果が得られることがわかった.例えば,ミスト投入量が6.83×10^<-6>kg/sのとき,ミストを付加しない場合と比較して,最大ヌセルト数で約1.6倍,再循環領域の平均ヌセルト数で約1.5倍の伝熱促進効果が得られた.以上の研究成果は,特に濡れを嫌う電子機器等に有効であり,伝熱促進技術の発展に寄与する意義深いものであると考える.微量かつ微小なミスト付加による伝熱促進の概念の有効性を明らかにするため,後向きステップ流れの実験装置を使用して,伝熱特性の測定・評価を行った.その結果,レイノルズ数が増加すると,また熱流束が減少すると,主流方向に沿った熱伝達率は増加することがわかった.また,ミストを付加しない場合と比較して,大きな伝熱促進効果を得ることができた.例えば,低壁面熱流束の場合、最大ヌセルト数で約2.63倍,再循環領域の平均ヌセルト数で約2倍の伝熱促進効果が得られた,以上より,微量かつ微小なミストを付加することによる伝熱促進の概念の有効性を明らかにした.さらに,新たに小型の装置を製作してミスト量による影響の測定・評価等を行った.ミスト蒸発に関わる理論解析を行い,ミストの蒸発位置はミスト粒径,周囲温度,相対湿度に依存することを確認した.また,流路内の空間温度分布を測定して,ミストの蒸発により空間温度が低下することを確認した.さらに,ミスト量を増加させると主流方向に沿って熱伝達率が増加し,大きな伝熱促進効果が得られることがわかった.例えば,ミスト投入量が6.83×10^<-6>kg/sのとき,ミストを付加しない場合と比較して,最大ヌセルト数で約1.6倍,再循環領域の平均ヌセルト数で約1.5倍の伝熱促進効果が得られた.以上の研究成果は,特に濡れを嫌う電子機器等に有効であり,伝熱促進技術の発展に寄与する意義深いものであると考える.
航空機観測に基づくアジアのブラックカーボンの気候影響の解明

本研究ではブラックカーボン測定器を開発・改良し、その測定器を搭載した航空機観測を東アジア域・北極域で行った。ブラックカーボンの濃度・粒径分布・混合状態などの微物理特性を測定し、ブラックカーボンの気候影響を評価する上で鍵となる時空間分布・広域輸送・変質過程・除去過程を明らかにした。また、ブラックカーボンの微物理特性を詳細に表現した全球・領域モデルを開発した。観測結果を用いてモデルの検証を行い、ブラックカーボンの放射効果および気候への影響を定量的に評価した。ブラックカーボンの気候影響を研究する上で鍵となる粒径分布、被覆量、光吸収率の測定を高精度で測定できる測定器を開発する。またその測定器を用いて航空機観測を行い、アジアにおよび北極おけるブラックカーボンの粒径分布、被覆過程を解明し光吸収を定量化する。数値モデルを用いてエアロゾルが引き起こす気候変動を評価する。レーザー誘起白熱法に基づくブラックカーボンの粒径分布・混合状態(被覆の厚さ)を測定する装置SP2の光検出器の増幅器を改造した。測定可能なブラックカーボンの直径範囲を90-500nmより90-1100nmに拡げた。光散乱性エアロゾルの測定直径範囲も240-700nmから200-1100nmに拡げた。この世界でも最高レベルの測定器をNASAのDC8観測用航空機に搭載し、2008年の4月、7月と北極を中心にしたブラックカーボンの粒径分布・混合状態の測定を行った。春季はアラスカを中心に北極点・グリーンサンドの範囲まで観測飛行を行った。この時期にはシベリアなどのバイオマス燃焼により発生した大量のブラックカーボンが北極の自由対流圏に長距離輸送されていることが観測された。またアジアの人為起源エアロゾルも北極域に輸送されていることも判明した。このブラックカーボンは有機成分や硫酸塩により厚く被覆されており、光吸収効果の増幅作用があると推定される。観測期間中、別の飛行機に搭載されたアメリカのグループのSP2との同時比較観測を行い、良い一致を得、お互いの測定の信頼性を確認した。夏はカナダのアルバータ州及びアメリカのカリフォルニア州を中心観測を行った。森林火災により発生した直後のブラックカーボンの測定に成功した。ブラックカーボンは一酸化炭素やアセトニトリルと良い相関をもっていること、発生直後から有機化合物により被覆されていることなどが初めて測定された。この相関から、ブラックカーボンの発生量をより正確に見積もることが可能となる。火災近傍で発生した対流活動により、ブラックカーボンが上部対流圏にまで効果的に輸送されることも観測された。また夏季の自由対流圏のブラックカーボンの濃度は春に比べかなり低くなっていることが見出された。これらのデータを、3次元の数値モデルと比較し、モデルを検証する試みも始めている。春季に長崎県福江島でレーザー誘起白熱法に基づくSP2測定器によりエアロゾルの粒径分布・混合状態を測定した。このデータを解析した結果、アジア大陸からの空気塊中ではブラックカーボンの濃度は最大になること、また質量粒径分布の中央直径値が200-220nmであることが示した。主要な揮発性エアロゾルの化学成分は有機成分と硫酸塩であることがエアロゾル質量分析計の測定から明確になった。中国起源の空気塊中では全エアロゾル直径(Dp)とブラックカーボンの直径(DBC)の比率Dp/DBCが平均して約1.6にも達していた。観測されたェアロゾルの粒径分布・混合状態から光吸収係数・単一散乱アルベドを計算した。ブラックカーボンの被覆により、光吸収係数は50-60%も増大すると推定された。アジア大陸起源の空気塊中では光吸収係数は清浄な海洋性空気塊に比べ2-3倍も大きく、ブラックカーボンによる大気加熱が東アジアでは重要と考えられる証拠が示された。ブラックカーボンの光学モデルの検証を室内実験・野外観測で行った。グラファイト粒子を有機化合物で被覆し、光吸収量の変化を実験室で測定した。Dp/DBC比が2まで厚く被覆されると光吸収は2倍ほど増大することが初めて測定された。この増幅の様子は、エアロゾルshel/core光学モデルで比較的良く再現され、このモデル計算の精度が検証された。一方、大気中のブラックカーボンはフラクタル構造をもっており、この場合は球形を仮定したShell/coreモデルによる計算の精度は自明ではない。東京の大気中のブラックカーボンの光吸収係数、消散係数の測定をSP2測定との同時に行った。より高度な光学モデルを検証する十分なデータを取得した。並行して航空機観測用の空気取り込みシステムの開発を行った。航空機上で測定したブラックカーボン濃度を地上の値を比較しこのシステムの信頼性を確認した。ブラックカーボンは、太陽光を強く吸収し大気を加熱するため、対流が抑制され、雲の生成・降雨が抑制される。またブラックカーボンは雲凝結核として作用するため、雲の反射率、雲量、降水量などの変化も引き起こす。

これまでブラックカーボンの気候影響を研究する上で鍵となる粒径分布、被覆量、光吸収率の測定が全く行われてこなかった。2009年の春季に、ブラックカーボン測定器、無機エアロゾル化学組成測定器、エアロゾル粒径分布測定器、雲粒子測定器を航空機に搭載し、高度8kmまでのブラックカーボンの物理化学特性(粒径分布、被覆量、光吸収率、雲凝結核特性)の広域分布を測定した。中国からの汚染空気塊の流出が顕著な東シナ海・黄海上空を中心に観測を行い、この領域におけるエアロゾルの粒径分布・濃度・混合状態の高度分布を明らかにした。また、測定されたブラックカーボンの高度分布を、アジア大陸上での放出量と鉛直輸送の観点から解析し、ブラックカーボンの輸送効率を推定した。さらに、中国からの汚染空気塊においてブラックカーボンが被覆されていく過程を明らかにした。これらの解析研究において、3次元化学輸送モデルにより、アジアにおけるブラックカーボンの発生量・下層から中層への輸送経路を調べた。特に中国における対流活動に伴う輸送課程についての詳しい解析を行なった。2008年の春と夏に得られた北極・中緯度でのブラックカーボンのデータを解析した。春季のデータでは、長距離輸送されたブラックカーボンの粒径分布、被覆量の特性を評価し、ブラックカーボンの発生源を同定した。夏に得られたアメリカの西海岸の都市域、アメリカおよびカナダでの森林火災近傍でのデータからそれぞれの発生源付近でのブラックカーボンの粒径分布、被覆量の特性を評価した。またブラックカーボンと他のトレーサーとの相関の傾きから、森林火災による発生源付近での放出比を求め、従来の発生量の推定の誤差を評価した。ブラックカーボンは、太陽光を強く吸収し大気を加熱するため、対流が抑制され、雲の生成・降雨が抑制される。またブラックカーボンは雲凝結核として作用するため、雲の反射率、雲量、降水量などの変化も引き起こす。2009年の春季に行ったブラックカーボンなどの航空機観測によって得られたデータを解析した。中国からの汚染空気塊の流出が顕著な東シナ海・黄海上空におけるエアロゾルの粒径分布・濃度・混合状態の高度分布を明らかにした。また、測定されたブラックカーボンの高度分布を、3次元数値モデルで計算された値と比較した。数値モデルは観測地を良い精度で再現した。この理由は主として数値モデルがブラックカーボンの輸送効率を良い精度で再現していることによる。このブラックカーボンの輸送効率をさらに詳細に推定した。ブラックカーボンの被覆と粒径には良い正の相関があることを見出した。これは時間の進行と共に凝縮・凝集が進行することを示している重要な結果である。