hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超精密旋盤用真空チャック面の熱変形・弾性変形による形状変化

油静圧式主軸の超精密旋盤について、真空チャック面の温度上昇と形状(平面度)変化を解析した。1.チャック面はほぼ均一に温度上昇する。(max.7.5°C、3000rpm時)2.遠心力が作用すると、チャック面は中央部が凹に変形する。(0.265μm、3000rpm時)3.熱変形によるチャック面の平面度変化を精度よく解析する方法を提示した。その結果、チャック面の平面度変化は1.9μm(2000rpm時)2.8μm(3000rpm時)であり、中央部が作業者側へ凸に変形する。また、より高速で使用する空気静圧式主軸についても解析した。4.温度分析がチャック面全体でほぼ均一であることから、上記3.の熱変形を示す要因は、アルミ製チャック面の外周部を鋼製ボルトで固定していることにある。即ち、チャック面と固定ボルトの熱膨張量の差を小さくする、もしくはこの差が影響を及ぼさない構造を用いることが重要である。5.主軸停止時に直流制動を行うと、見かけ上アンバランスが生じることを見いだした。この状態で静的にバランスを調整すると、高速回転時に主軸の回転精度が悪くなる。このアンバランスを無くするには、主軸停止時にフリ-ランする(直流制動を行わない)ことが必要である。6.主軸部の最大静止摩擦モ-メントは約30mm・2gfである。7.遠心力にもとづく主軸軸方向の収縮量は最高3.0μm(7000rpm時、全長695mm)である。8.遠心力にもとづく主軸の直径分の膨張量は最高0.3μm(直径600mm、7000rpm時)である。油静圧式主軸の超精密旋盤について、熱変形・遠心力にもとずくチャック面の平面度変化を解析した。1.温度分布を測定するため、チャック面に黒体テープを貼り付け、輻射式温度計を用いた。工具台に設置した温度計を移動させて、回転しているチャック面の温度分布を測定した。チャック面の温度はほぼ均一で、時間とともに緩やかに温度上昇する(max.8°C、3000rpm)。2.テーブル上に設置した変位計を移動させて、回転中のチャック面形状を測定した。テーブル移動の真直度誤差の影響を除去するため、別の変位計を直定規に対向させ、これら2つの変位計の出力差を測定した。測定(2分30秒/1回)で得られたデータから、ある時刻におけるチャック面形状を求めるため、Aitkinの補間法を用いた。熱変形によるチャック面の平面度変化は2.1μm(2000rpm)3.0μm(3000rpm)生じており、いずれも熱変形により中央部が作業者側へ突き出すことが明らかになった。温度分布がほぼ均一であることから、この形状変化は純粋な熱変形だけでなく、チャック面の構造をも含めた解析を行う必要があると考えられる。3.遠心力による平面度変化は、複数の変位計を用いて測定した。チャック面は周方向に凸凹があるので、主軸停止時のチャック面位置は一定値を示さない。そこで、主軸の回転開始および停止時における低速回転時の変位と予定の回転数に達した状態の変位の差を、遠心力の影響とした。

チャック面は中央部が主軸の後方へひっこむ(0.30.7μm(20003000rpm)ことが明らかになった。4.有限要素法による数値解析プログラムは現在開発中です。これは空気静圧式主軸(S.63年12月納入)の運転準備と予備実験を先行させ、次年度における研究をスムーズに実行する計画によるものです。昭和63年度の成果を公表するため、デ-タの整理を行っている段階で一部デ-タの測定精度が不十分である可能性が見いだされ、これを解消するため、実験装置の一部を作成しなおし、弾性変形・熱変形の測定実験を再度実施した。得られたチャック面の形状変化は、前年度の結果と殆ど同一であったが、測定デ-タの精度に関する不安を解消することが出来た。この成果を11.研究発表の項に示すとおり公表しました。空気静圧式主軸用の治具を作成し主軸に取り付けたところ、静的バランスが運転条件により変化する現象を見いだした。主軸自体の動的バランスはメ-カにて測定済みであり、この主軸は最高7000rpmで使用するので、静的バランスを十分に確保しておくことが、精度のよい研究を実施しかつ故障なく主軸を使用する上で是非とも必要です。そこで、まず主軸のアンバランス量と運転条件との関係を明らかにし、かつ今後の研究の基礎として主軸自体の基本的特性と変形特性を明らかにすることにしました。その結果、以下のことが明らかになりました。1.主軸停止時に直流制動を行うと、見かけ上のアンバランス状態が生じる。アンバランスの大きさは、主として直流制動に依存するて。主軸の加速時間・減速時間・停止後の経過時間には依存しない。停止後、主軸を1回以上手回しするとアンバランス量は約1/2程度になる。2.アンバランス量をきわめて小さくするには、停止時に主軸のフリ-ランを行う(直流制動を行わない)必要がある。3.遠心力にもとづく主軸軸方向の収縮量は最高3.0μm(全長695mm、7000rpm時)である。4.遠心力にもとづく主軸の直径分の膨張量は最高0.3μm(直径60mm、7000rpm時)である。
サイトカイン動員骨髄間葉系幹細胞による心筋組織再生法の開拓

我々の研究ループは、サイトカイン投与によって動員した骨髄由来細胞による心筋組織再生の可能性についてマウスMIモデルを用いて検討を行った。まず、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)を心筋梗塞(MI)後に投与することにより、残存心機能と生命予後が改善するとともに間葉系幹細胞(MSCs)が骨髄から動員されて心筋へ分化することをMSCsの細胞株を用いた実験によって突き止めた(Blood 2004)。これを基盤として、平成17年度においては細胞株ではなくnaiveなMSCsも、このような再生効果が認められるか検討を行った。しかしながら、梗塞巣において認められる骨髄由来の心筋細胞数のみによって残存心機能と生命予後の改善を説明することは困難であり、なんらかの機序がさらに加わっていると考えられた。そこで、骨髄造血幹細胞(HSCs)の関与について検討した結果、MI後にG-CSFを投与することによって、MSCsとともにHSCs由来細胞が梗塞領域に到達してcardiac myofibroblastsならびにfibroblastsに分化し、これがMI後のて残存心機能と生命予後の改善に関与している可能性が示唆された。この結果をもとに平成18年度においては、HSCs由来のcardiac myofibroblasts/fibroblastsによる心機能ならびに予後改善効果を定量的に詳細に評価するとともに、骨髄からG-CSFによって動員されて梗塞部位へ到達してcardiac myofibroblasts/fibroblastsとなりうるHSCs由来細胞の同定を試みた。その結果、MI後にG-CSF投与によって梗塞部位のcardiac myofibroblasts/fibroblastsの数が多くなるほど有意に生存率が高く、慢性期における残存心機能も有意に高く保持されていることが明らかとなった。急性期での検討を追加した結果、急性期にはHSCs由来細胞は主にcardiac myofibroblastsとして存在して心保護効果を示して心筋破裂やリモデリングを抑制し、これらの細胞は慢性期になるにしたがいfibroblastsへと分化することが観察された。さらに、G-CSF投与下で末梢血中のHSCs由来細胞を採取・分画化し、これをMI後に投与する実験から、骨髄から動員されて梗塞部位へ到達してcardiac myofibroblasts/fibroblastsへと分化するHSCs由来細胞はCD14陽性の単球/マクロファージであることが明らかとなった。現在、これらの研究成果は国際誌に投稿準備中である。我々は、骨髄由来細胞による心筋梗塞後心筋組織再生の可能性についてマウス心筋梗塞モデルを用いて検討を行ってきた。これまでの研究から、骨髄細胞を末梢に動員する効果のある顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)を心筋梗塞後に投与することにより、残存心機能と生命予後が改善するとともに間葉系幹細胞(MSCs)が骨髄から動員されて心筋組織に到達して心筋へ分化することをMSCsの細胞株であるCMG細胞を用いた実験によって突き止めた(Blood 2004;104:3581)。今回、細胞株ではなくnaiveなMSCsも、このような再生効果が認められるか検討を行った。

しかしながら、梗塞巣において認められる骨髄由来の心筋細胞数のみによって残存心機能と生命予後の改善を説明することは困難であり、なんらかの機序がさらに加わっていると考えられた。そこで、骨髄造血幹細胞(HSCs)の関与について検討した結果、心筋梗塞後にG-CSFを投与することによって、MSCsとともにHSCs由来細胞が梗塞領域に到達してcardiac myofibroblastsならびにfibroblastsに分化し、これが心筋梗塞後のリモデリングを抑制して残存心機能と生命予後の改善に関与している可能性が示唆された。以上よりMSCsを用いた心筋梗塞後心筋組織再生には、HSCsの協調が不可欠であることが今回の研究から明らかとなった。現在、これらの研究成果は国際誌に投稿中である。我々は、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)によって動員した骨髄由来細胞による心筋組織再生の可能性についてマウスMIモデルを用いて検討を行ってきた。まずはじめにG-CSFを心筋梗塞(MI)後に投与することにより、残存心機能と生命予後が改善するとともに間葉系幹細胞(MSCs)が骨髄から動員されて心筋へ分化することをMSCsの細胞株を用いた実験によって突き止めた(Blood 2004)。これを基盤として、平成17年度においては細胞株ではなくnaiveなMSCsも、このような再生効果が認められるか検討を行った。そこで、骨髄造血幹細胞(HSCs)の関与について検討した結果、MI後にG-CSFを投与することによって、MSCsとともにHSCs由来細胞が梗塞領域に到達してcardiac myofibroblastsならびにfibroblastsに分化し、これがMI後のて残存心機能と生命予後の改善に関与している可能性が示唆された。そこで平成18年度においては、HSCs由来のcardiac myofibroblasts/fibroblastsによる心機能ならびに予後改善効果を定量的に詳細に評価するとともに、骨髄からG-CSFによって動員されて梗塞部位へ到達してcardiac myofibroblasts/fibroblastsとなりうるHSCs由来細胞の同定を試みた。その結果、MI後にG-CSF投与によって梗塞部位のcardiac myofibroblasts/fibroblastsの数が多くなるほど有意に生存率が高く、慢性期における残存心機能も有意に高く保持されていることが明らかとなった。急性期での検討を追加した結果、急性期にはHSCs由来細胞は主にcardiac myofibroblastsとして存在して心保護効果を示して心筋破裂やリモデリングを抑制し、これらの細胞は慢性期になるにしたがいfibroblastsへと分化することが観察された。さらに、G-CSF投与下で末梢血中のHSCs
アオコ由来マイクロシスチンLRの新奇な上皮間葉転換誘導能の生理的意味の解明

肝臓毒マイクロシスチンLR (MC-LR)は、高濃度曝露により肝細胞毒性を発揮し肝機能不全を引き起こす。一方、低濃度の慢性曝露により肝細胞増殖活性を発揮し、何かしらの要因でDNAにダメージを受けた肝細胞に対して肝がんの発がんプロモーターとして機能する。研究代表者らは、MC-LR曝露後の一部の細胞が剥離・浮遊するにもかかわらず、死滅から逃れ数日後には再生する新奇な現象を発見した。そこで、このアノイキス抵抗性細胞への形質転換誘導能の発現に関する分子機序の詳細を明らかにする。また、この新奇な形質転換に対して抑制的に働く化合物の探索にも検討を加える。
理想境界の理論

理想境界の一般理論の構成を目指す本研究の第一段階として,本年度の研究目的とした,固有境界と空間及びその上の諸種の調和構造が特定の理想境界とどの様に係わるかを明らかにする間題に於て,特に理想境界をロイデン境界に取った場合に以下のような成果を得た.n次元ユークリッド空間R^n内の単位球B^nのpロイデン調和境界Δ_p(B^n)(1<p≦n)の連結性が,B^n上非定数のpディリクレ積分有限なp調和測度,或は更に一般の指数をpとするA調和測度,が存在しないと言うコンデンサー問題の否定的解決と同等となることを示した.ついでΔ_p(B^n)が連結となる必要十分条件は2≦p≦nであると言う決定的な結論を得た.1くp〈2の時Δ_p(B^n)の非連結の度合を,B^n上に常にpディリクレ積分無限なA調和測度が存在すると言う形で,最初はn=2に対し,ついで一般のn≧2について明らかにした.B^nを一般化してリーマン多様体Mをとるとき,その上の(n-1)次のドラムコホモロジーが0で,更にMがビルタネン性を持つならば、2≦p≦nのときΔ_pp(M)が連結となると言う形の一般化も行った.特にビルタネン性を詳しく調べ,B^nnの幾何学的形状の一般化を考察した、その結果,B^nを特別な場合として含むものとして,R^nの部分領域Gで,星型であるか,又はGの境界∂Gが連結で局所的にみてグラフ状曲面からなる場台にも,2≦p≦nであるならば,Δ_p(G)がまた連結となることが分かった.更に別の見地からの進展として,MをC^∞級の完閉境界∂Mを持つC^∞級のり-マン多様体とするとき,2≦p≦nの時かつその時に限り,M上の全ての指数pのA調和測度はMの閉包==MU∂M迄連続に拡張できて,∂Mの各連結成分の上で1又は0となると言う結果も得た.理想境界の一般理論の構成を目指す本研究の第一段階として,本年度の研究目的とした,固有境界と空間及びその上の諸種の調和構造が特定の理想境界とどの様に係わるかを明らかにする間題に於て,特に理想境界をロイデン境界に取った場合に以下のような成果を得た.n次元ユークリッド空間R^n内の単位球B^nのpロイデン調和境界Δ_p(B^n)(1<p≦n)の連結性が,B^n上非定数のpディリクレ積分有限なp調和測度,或は更に一般の指数をpとするA調和測度,が存在しないと言うコンデンサー問題の否定的解決と同等となることを示した.ついでΔ_p(B^n)が連結となる必要十分条件は2≦p≦nであると言う決定的な結論を得た.1くp〈2の時Δ_p(B^n)の非連結の度合を,B^n上に常にpディリクレ積分無限なA調和測度が存在すると言う形で,最初はn=2に対し,ついで一般のn≧2について明らかにした.B^nを一般化してリーマン多様体Mをとるとき,その上の(n-1)次のドラムコホモロジーが0で,更にMがビルタネン性を持つならば、2≦p≦nのときΔ_pp(M)が連結となると言う形の一般化も行った.特にビルタネン性を詳しく調べ,B^nnの幾何学的形状の一般化を考察した、その結果,B^nを特別な場合として含むものとして,R^nの部分領域Gで,星型であるか,又はGの境界∂Gが連結で局所的にみてグラフ状曲面からなる場台にも,2≦p≦nであるならば,Δ_p(G)がまた連結となることが分かった.更に別の見地からの進展として,MをC^∞級の完閉境界∂Mを持つC^∞級のり-マン多様体とするとき,2≦p≦nの時かつその時に限り,M上の全ての指数pのA調和測度はMの閉包==MU∂M迄連続に拡張できて,∂Mの各連結成分の上で1又は0となると言う結果も得た.
異常妊娠の胎盤のトロホブラスト機能に与える各種サイトカインの影響

妊娠高血圧症候群(PIH)の血液中でtumor necrosis factor-α(TNF-α)は高濃度を示したが,interleukin-6(IL-6)濃度は有意の変化を示さず,胎盤組織内ではTNF-αとIL-6のいずれの濃度も正常妊娠に対して有意差を認めなかった。この事実から本症では血液中のTNF-αは血管内皮障害などの症状の発現に関与しているが,本症の胎盤内ではTNF-αとIL-6が症状発現に重要な役割を演じていない可能性が示唆された。羊水中IL-6を測定すると,PIH妊婦の方が有意に高い濃度を認めることはなかった。この事実からPIHではmaternal-fetal interface(MFI)でのIL-6産生の亢進または低下がなかったと想定された。さらにPIH妊婦の新生児の体重が低く,胎盤機能低下の発症が推定されたが,それに対するIL-6の関与は薄いと推測された。また正常妊娠を維持し正常体重児を分娩した妊婦に比較して,PIH妊婦および低体重児を分娩した患者の方が高い羊水中macrophage colony-stimulating factor(M-CSF)濃度を認めた。この事実からこれらの異常妊娠ではMFIでのM-CSF産生が亢進して,羊水中のM-CSF濃度が高くなったと想定された。さらに高濃度のM-CSFが胎盤機能低下に関与し,新生児体重の低下の原因になるのではないかと推測された。羊水中granulocyte-macrophage colony-stimulating factor(GM-CSF)を測定すると,陣痛発来の前後でその濃度が変化しなかった。したがって,GM-CSFの陣痛発来への関与もしくは陣痛発来によるGM-CSF産生変化への影響はないと推定された。また妊娠38週では妊娠17週に比較してGM-CSF濃度が有意に増大したことから,妊娠経過とともにGM-CSF濃度が増大し,このサイトカインがMFIで妊娠維持のために重要な役割を担っていると想定された。正常妊娠では、胎盤のtrophoblastが脱落膜と子宮筋層に浸潤し、ラセン動脈が変容して、良好な胎盤への母体血循環が成立します。しかし、妊娠高血圧症候群(妊娠中毒症)ではtrophoblast浸潤の阻害が起こり、この浸潤阻害が病因であるとの説が有力です。それを踏まえて、胎盤組織中のサイトカイン濃度を測定するために、分娩直後に胎盤の中央部の組織を約2g切離し、液体窒素にて急速凍結し冷凍保存しました。この胎盤組織にphosphate-buffered saline 10mlを加えた後、ミキサーにて均質化しました。本溶液を遠沈し、上清を-70°Cにて凍結保存しました。溶液中の総蛋白(TP, total protein)濃度をpyrogallol red-molybdate complex reactionにて測定し、胎盤組織中のサイトカイン濃度をELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)法にて測定しました。胎盤組織中の蛋白濃度で較正したTNF-α濃度(TNF-α/TP)は両群間で有意の差を認めず、さらに、免疫組織染色にてtrophoblastと脱落膜のいずれの組織でも、TNF-αの染色の強さが両群間であまり差がありませんでした。しかし、血清中TNF-α濃度は正常妊婦に比較して、妊娠高血圧症候群妊婦の方が有意に高値でした。この結果によりTNF-

αは胎盤組織内でのtrophoblast浸潤阻害に関連する病態への関与が薄く、血管内皮傷害に関連する血液中での機能が重要であることが示唆されました。同様に、IL-6を検討しますと、胎盤組織中の蛋白濃度で較正したIL-6濃度(IL-6/TP)は両群間で有意の差を認めず、さらに、免疫組織染色にてtrophoblastと脱落膜のいずれの組織でも、IL-6の染色の強さが両群間であまり差がありませんでした。また血清中IL-6濃度も両群間で有意差を認めませんでした。したがって、血液中でも胎盤組織内でもIL-6の妊娠高血圧症候群の病因に関与する可能性は低いと推定されました。さまざまなcytokineが胎盤に大量に存在しており、胎盤の増殖・分化を促進することから、妊娠および胎盤の維持にcytokineが重要な役割を担っていると想定されます。tumor necrosis factor-α(TNF-α)は妊娠高血圧症候群の血清中では高濃度を示しますが、胎盤組織中濃度および胎盤免疫染色による局在の検討では正常妊娠群に比較して有意の差を認めませんでした。血清中ではTNF-α血管内皮細胞を傷害するなど、妊娠高血圧症候群の病態に関与していますが、本症の胎盤を含むmaternal-fetal interfaceでは本症候群の病態の発現に関してTNF-αが重要な役割を担っていない可能性が示唆されました。Interleukin-6(IL-6)は血清中でも胎盤組織中でも妊娠高血圧症候群では高濃度を示さず、胎盤免疫染色による局在の検討でも正常妊娠群に比較して有意の差を認めませんでした。IL-6は胎盤の増殖・分化を促進していますが、血清中と胎盤を含むmaternal-fetalinterfaceでは、本症候群の病態の発現に関してIL-6が重要な役割を担っていない可能性が示唆されました。感染症のない妊婦から羊水を採取して、羊水中のgranulocyte-macrophage colony-stimulating factor(GM-CSF)濃度を、陣痛の発来の前後で比較し、陣痛発来後の子宮口開大の前半期(5cm以下の開大)と後半期(5cm以上の開大)とを比較しますと、有意の差を認めませんでした。GM-CSFは胎盤の増殖・分化を促進しますが、陣痛の発来および陣痛の増強には関与していないと想定されました。また陣痛によってその濃度が変化しないことが確認されました。Macrophage colony-stimulating factor(M-CSF)は血清中でも胎盤組織中でも妊娠高血圧症候群では有意に高濃度となり、本症候群の病態の発現に関連していると想定されています。妊娠38週前後の分娩の時点で感染症のない妊婦から羊水を採取し、羊水中のM-CSF濃度を測定して、妊娠高血圧症候群と正常妊娠群の2群間で比較しました。その結果、前者の方が有意に高い濃度を示しました。したがって、羊水中ではM-CSFが本症候群の病態に重要な役割を担っている可能性が示唆されました。単球とmacrophageはさまざまなcytokineを放出し、腫瘍(新生物)に対する免疫学的な監視と抑制をする点で重要な役割を果たしています。新生物に対する免疫学的な抵抗活動はmacrophage colony-stimulating factor(M-CSF)によって著明に増強されます。
電子励起によって半導体低温表面に出現する非平衡相

本研究をスタートさせる以前に、我々はSi(001)c(4×2)清浄表面構造が約50K以下の低温では低速電子線によって乱れるのを見出していた。本研究では、Ge(111)-Sn吸着系においても、約40K以下の低温でおいてのみ起こる低速電子線による表面構造の無秩序化を見出すのに成功した。Si(001)に続く第2の例である。この現象が起こる一般的条件を明らかにするとともに、その微視的メカニズムを提案した。我々はこれまでの研究において、低速電子照射によって約40K以下で起こるSi(001)c(4x2)表面の構造の無秩序化は、相転移ではなく、電子励起によって形成した無秩序相、すなわち非平衡相であることを低温LEED装置を用いた実験で示した。19年度はサンプルのドーパントの種類と濃度による構造変化過程の違いを系統的に研究することを目的とした。というのは、我々が提案した上記現象のメカニズムによれば、ドーパントの種類すなわちイオン化エネルギー及びドーパントの濃度が、構造変化が始まる温度Tcを決めるからである.使用したドーパントの種類と抵抗率は次の5種類である.(i)B,4Ωcm;(ii))B,0.017Ωcm(iii)Ga,0,65Ωcm:(iv)P,0.012Ωcm;(v)P,0.012,(v)Sb,,4Ωcmを使用して、これまでと同様な実験を行なった.Si中でのイオン化エネルギーは、B,Ga,Sb,Pにおいて、それぞれ45,65,39,45meVであるので、不純物濃度を考慮してキャリアー濃度を各温度で計算すると、(i),(iii)及び(ii),(iv),(v)の2つのグループに分けられる.実際、Tcは(i),(iii)では60K、その他は、約45Kと2つに分かれた.この事実は、我々の提案したモデルが確からしいことをサポートしている.次に、He-Neレーザー(1.96eV)照射実験を行なったところ、明らかに、レーザー照射により構造変化が25Kで起きることを見出した.これは、表面バンド間の電子励起が構造変化の引き金であることを示しており,我々の提案したメカニズムをサポートする.一方、研究分担者の高橋と白澤は、東大物性研において、低温の高エネルギー電子反射(RHEED)装置を別予算で作製した。本年度は,本研究の大幅な進展があった。予定していた3つの候補の吸着系のうち、1つの系で電子線照射効果を見出した。この吸着系は,Sn原子がSi(111)理想終端表面構造のT4siteと呼ばれる対称性の高い位置に吸着して、(√3x√3)R30゚配列(以下,簡単のため√3構造と略記する)を室温でしていることがわかっている。室温から約150Kに冷却すると√3構造は,3x3構造へ可逆的に変化することもわかっている。ところが、さらに冷却し約30Kで3x3構造が√3構造に戻ることが報告され新たな構造相転移ではないかという論文が発表されている(2006年)。この30Kでの構造変化は,我々が先に見出していた(2005年)、si(001)表面における電子線照射による構造変化ではないかと予想し,低速電子回折(LEED)により調べたところ、電子線照射効果と結論してよい結果を得た。すなわち、約35Kから低い温度で,√3構造にはないが3x3構造には存在する(01/3)スポットの強度は明白な減少を示すのに対して,√3構造および3x3構造にともに存在する(4/3 1/3)のスポットは緩やかな増加を示した。さらに、サンプルを14Kまで冷却しておき,入射電子線のシャッターをあけることにより,(01/3)スポットの強度は時間とともに急速な減少を示したのに対して,(4/3 1/3)のスポットの強度はほとんど変化しなかった。入射電子線の電流、エネルギー依存性や、温度依存性なども調べたので,これらの詳細な研究結果を論文にまとめている。本年度は,3年計画の最終年である.昨年度の研究実績は以下のようであった.Ge(111)-Sn-(3x3)構造が、低速電子回折(LEED)により表面周期構造を観察するための電子線照射により、サンプル温度が30K以下では構造変化を起こすプリリミナリーな結果を得た.すなわち、(0 1/3)スポットの強度は電子線照射時間とともに急速な減少を示したのに対して,(4/3 1/3)のスポットの強度はほとんど変化しなかった。(0 1/3)、(4/3 1/3)スポットは、それぞれ、(3x3)構造、(√<3>x√<3>)R30°構造に起因するものである.

したがって、30K以下での電子線照射を続けると、(3x3)のLEEDパターンは(√<3>x√<3>)R30°に変わってしまう.この変化を、新たな構造相転移ではないかという論文が発表され(2006年)、Ge(111)-Sn-(3x3)構造の基底状態は何かという論争がおこっていた.本年度の我々の実験的研究により、基底状態は(3x3)構造であり、30K以下での(√<3>x√<3>)R30°構造への相転移は存在せず、構造の観察のためのプローブ自身による影響であることを明らかにした.すなわち、(3x3)から(√<3>x√<3>)R30°のLEEDパターンに変化するのは、低温半導体表面に特有な電子線照射効果(2005年に我々は、Si(001)清浄表面で同様の現象を見いだしていた)であることを確立した.構造変化の速度式をたてて、カーブフィティングにより速度定数の電流依存性が線型であることを見いだした.これらの結果をまとめて、Physical Review B (Rapid Communications)に投稿し、掲載された.また、構造変化の過程とその条件を既存の理論論文をもとに提案した.
SRP 7SRNAファミリーの構造・機能相関

SRP RNAは、正真細菌からヒトにいたるまで広く生物界に保存されているRNAである。真核生物のSRP RNAは、シグナル認識粒子(SRP)の構成成分であり、大きさは、約300残基で、Alu反復配列に相同な部分とSは100残基である。枯草菌のscRNAでは、ドメインI,II,IVに相当する約271残基からなる。真正細菌のSRP RNAの構造・機能相関に関するこれまでの実験から以下の知見が得られた。(1)大腸菌4.5S RNA結合蛋白質の検索と構造解析4.5S RNA結合蛋白質をゲルシフト法を用いて検索したところ、2種類の大きさの異なるバンドが得られた(complex1,2)。Ffh蛋白質が4.5S RNA結合能を持つことが明らかとなっているが、精製したFth蛋白質を用いてゲルシフト実験を行ったところ、complex2と同じ移動度を示した。DEAE-SephadexA-50,Sephadex G-100により、complex1形成に関わる蛋白質を精製したところ、78kDaの蛋白質(P78)が検出された。N末端のアミノ酸配列を解析し、ホモロジーサーチを行ったところ、P78は蛋白質合成伸長因子EF-Gであった。さらに、EF-Gの4.5S RNA結合活性はGDPの添加により約3倍増加した。以上の結果から、EF-Gが新規の4.5S RNA結合蛋白質として同定された。(2)枯草菌scRNAの生体内での局在とscRNPの精製.枯草菌のscRNAはFfh蛋白質(50kDa)とscRNPを形成している。ショ糖密度勾配遠心法によりscRNPは8.2Sの沈降係数を示した。scRNAとFfh蛋白質をマーカーにして、ω-アミノペンチル、DEAE-セファロースCL-6B,Ffh抗体カラムを用いてscRNPを精製したところ、scRNPには、Ffh蛋白質に加えて、24kDaの蛋白質が含まれていた。一方、精製Ffhを用いて、EDACによる化学架橋実験を行ったところ、Ffhは分泌蛋白質のシグナル配列と特異的に結合した。以上のことから、枯草菌のscRNPは真核生物のSRP様粒子の働きを持つことが示唆されたSRP RNAは、正真細菌からヒトにいたるまで広く生物界に保存されているRNAである。以上のことから、枯草菌のscRNPは真核生物のSRP様粒子の働きを持つことが示唆された
革新的分子イメージング解析からのLAG3による新規抗腫瘍免疫応答の抑制機構の解明

LAG-3は疲弊化T細胞に高発現していることから免疫チェックポイント阻害剤の新たな標的として注目されており、米国で臨床試験が進められている。しかしながら、LAG-3による免疫抑制作用の詳細なメカニズムは十分に理解されておらず、LAG-3遮断による抗腫瘍免疫応答の増強メカニズムは不明である。我々は先端的分子イメージングによる新たな見地から研究を進めることで、LAG-3を介した新たなT細胞抑制機構の可能性を見出している。本研究では、分子イメージング解析で得られた新たな知見を基に、LAG-3を介したT細胞抑制の作用機序を明らかにし、LAG-3遮断による免疫賦活化への応用と理解のための基盤を創出するLAG-3は疲弊化T細胞に高発現していることから免疫チェックポイント阻害剤の新たな標的として注目されており、米国で臨床試験が進められている。本研究では、分子イメージング解析で得られた新たな知見を基に、LAG-3を介したT細胞抑制の作用機序を明らかにし、LAG-3遮断による免疫賦活化への応用と理解のための基盤を創出する
長期保管可能フィーダー細胞層を用いた造血機能の生体外再構築

造血幹細胞移植の治療成績を向上することや、さい帯血移植の応用範囲を広げることを目的として、生体外において造血幹細胞を効率的に増幅できる培養システムの開発が望まれている。また、血小板を産生する巨核球についても、その増幅システムを確立することの意義は大きい。そこで本研究では、長期保存した三次元培養フィーダー細胞に、ヒトさい帯血由来の造血系細胞を播種して三次元培養することで、造血幹細胞や巨核球を増幅できるかどうかを検討した。造血幹細胞の増幅については、ストローマ細胞が免疫学的問題を引き起こすことを防ぐために、さい帯血を2度に分けて播種して培養する再播種実験を行った。この実験では、最初に播種したさい帯血細胞をストローマ細胞として利用したものの、前年度の実験から、1回目に播種した細胞数が少ないと再播種後も造血系細胞は増幅されなかった。そのため、本年度は1回目の播種後にストローマ細胞の刺激因子を添加して増殖させたのちに、さい帯血細胞を再播種する実験を行った。刺激因子として3つの因子を用いたところ、いずれの因子でもストローマ細胞はほとんど増殖せず、再播種後の増幅も不十分であった。そこで、造血幹細胞の刺激因子を用いて再播種実験を行ったところ、1回目と2回目のいずれの播種後にも造血幹細胞は増幅された。以上の結果から、さい帯血の再播種実験を行うことで、由来が同じ細胞だけを用いた場合にも造血幹細胞を増幅出来ることが示唆された。今後は、刺激因子の組合せや濃度を検討することで、増幅に適した条件を決定する必要がある。巨核球の増幅については、短期的にはストローマ細胞株を用いた方が増幅度は高かったが、長期培養では増幅度は低下した。従って、共培養前のストローマ細胞株の処理方法を変更することで、長期培養における増幅度を改善する必要があることがわかった。白血病などの有効な治療法である造血幹細胞移植は、移植する細胞数が多いほど成績も向上する。そのため、生体外で効率的に造血幹細胞を増幅できるような培養系を確立することは、臨床上の意義が大きい。本研究では、ヒトさい帯血由来の造血系細胞を三次元培養系においてフィーダー細胞層上で共培養することにより、未分化な造血系細胞を生体外で増幅できるような三次元培養法を開発することを目的とする。このとき、共培養前にフィーダー細胞の増殖を三次元凍結保存処理によって抑制しておくことで、造血系細胞を効率的に増幅することを目指す。本年度は、ヒトさい帯血由来の造血幹細胞を増幅できるかどうかを、マウス由来とヒト由来の2種類のストローマ細胞を用いて調べた。まず、マウス由来造血幹細胞の増幅を支持することが確かめられているC3H10T1/2マウスストローマ細胞株を用いてヒト造血系細胞の増幅実験を行ったところ、未分化な造血系細胞(CD34陽性細胞)は10倍以上に増幅できたことから、本共培養系を用いてヒトの造血系細胞を増幅できることが確かめられた。臨床応用に向けては、ヒト由来のストローマ細胞を用いる必要があることから、次にヒト由来のストローマ細胞株であるHS-5を用いて同様の増幅実験を行った。このとき、造血系細胞の増幅に適したストローマ細胞密度についても、あわせて検討した。その結果、ストローマ細胞の密度は低い方が造血系細胞の増幅は良好であり、未分化な造血系細胞を15倍以上に増幅することができた。以上の結果から、ヒト由来のストローマ細胞と三次元共培養することで、ヒトさい帯血中の未分化な造血系細胞を増幅できることが確かめられた。増幅に適した培養条件をさらに検討することで、移植に応用できるような造血幹細胞の増幅方法を確立することができると考えられた。本年度の目的であった、「三次元共培養系においてヒトさい帯血由来の造血幹細胞を増幅できるような条件を決定する」という点は、おおむね達成することができた。また、来年度以降に検討を開始する予定であった、「三次元培養系を用いて特定の血液系細胞へと分化させる研究」については、血小板産生の基になる巨核球へと分化させるための検討を開始した。その結果、まだ予備的な検討を行った段階であるものの、巨核球への分化が一般的な単層培養よりも良好であるという結果が得られている。以上のことから、研究はおおむね順調に進行していると判断した。造血幹細胞移植の治療成績を向上するために、あるいは、さい帯血移植の応用範囲を広げるために、生体外で効率的に未分化な造血系細胞(以下、造血幹細胞)を増幅できるような培養系を確立する必要がある。また、造血幹細胞だけでなく、血小板を産生する巨核球など他の造血系細胞を選択的に増幅できる培養系を確立することの意義も大きい。本研究では、ヒトさい帯血由来の造血系細胞を三次元培養系においてフィーダー細胞層上で共培養することにより、未分化な造血系細胞などを生体外で増幅できる三次元培養法を開発することを目的としている。前年度の結果において、ヒト由来のストローマ細胞株を用いてさい帯血中の造血幹細胞を増幅できることが確かめられた。しかし、ストローマ細胞株は自己の細胞ではないため、臨床に使用できない。

そこで、本年度はさい帯血細胞を2回に分けて播種して培養することで、1回目の細胞がストローマ層として作用し、造血幹細胞を増幅できるかどうかを検討した。その結果、1回目に播種した細胞の密度が低いと、造血系細胞はほとんど増幅されなかった。また、これまで3次元培養用担体として用いてきたpolyvinyl formal樹脂は生体適合性ではないため、担体の検討も並行して行った。その結果、生体適合性材料であるポリ乳酸の多孔質体を、担体として使用できることがわかった。血小板産生を目的とした巨核球への分化実験については、培養実験を本格的に開始した。分化を促進するためのthrombopoietin濃度の至適濃度を決定したのち、培養さい帯血の密度が巨核球の増幅に及ぼす影響について検討した。その結果、培養密度が高い方が高い増幅度が得られることがわかった。未分化な造血系細胞を増幅するための研究については、ほぼ計画通りに進行している。さい帯血細胞を2回播種して培養する実験では、現時点までに良好な結果は得られていない。しかし予備的な検討から、培養密度を変更することで増幅度を向上できる可能性が示唆されていることから、至適な密度を決定するために継続して検討を行う。巨核球細胞への分化実験については、当初の予定よりも早く研究が進んでおり、比較的良好な増幅度の結果が得られている。全細胞中の巨核球細胞の割合がまだ低いものの、細胞の播種条件を検討することで改善できると考えている。以上のことから、研究はおおむね順調に進行している。造血幹細胞移植の治療成績を向上することや、さい帯血移植の応用範囲を広げることを目的として、生体外において造血幹細胞を効率的に増幅できる培養システムの開発が望まれている。また、血小板を産生する巨核球についても、その増幅システムを確立することの意義は大きい。そこで本研究では、長期保存した三次元培養フィーダー細胞に、ヒトさい帯血由来の造血系細胞を播種して三次元培養することで、造血幹細胞や巨核球を増幅できるかどうかを検討した。造血幹細胞の増幅については、ストローマ細胞が免疫学的問題を引き起こすことを防ぐために、さい帯血を2度に分けて播種して培養する再播種実験を行った。この実験では、最初に播種したさい帯血細胞をストローマ細胞として利用したものの、前年度の実験から、1回目に播種した細胞数が少ないと再播種後も造血系細胞は増幅されなかった。そのため、本年度は1回目の播種後にストローマ細胞の刺激因子を添加して増殖させたのちに、さい帯血細胞を再播種する実験を行った。刺激因子として3つの因子を用いたところ、いずれの因子でもストローマ細胞はほとんど増殖せず、再播種後の増幅も不十分であった。そこで、造血幹細胞の刺激因子を用いて再播種実験を行ったところ、1回目と2回目のいずれの播種後にも造血幹細胞は増幅された。以上の結果から、さい帯血の再播種実験を行うことで、由来が同じ細胞だけを用いた場合にも造血幹細胞を増幅出来ることが示唆された。今後は、刺激因子の組合せや濃度を検討することで、増幅に適した条件を決定する必要がある。巨核球の増幅については、短期的にはストローマ細胞株を用いた方が増幅度は高かったが、長期培養では増幅度は低下した。従って、共培養前のストローマ細胞株の処理方法を変更することで、長期培養における増幅度を改善する必要があることがわかった。ヒトさい帯血に含まれている未分化な造血系細胞を増幅するための実験では、造血系細胞の培養密度が増幅度に及ぼす影響について、詳細に検討する予定である。
粘り強さを制御する神経メカニズムの解明

我々がストレス社会を健康的に生き抜き,自己実現を達成していくには,期待された結果が得られなくとも行動を持続していく「粘り強さ」が必須である。本研究では,動物モデルにおいてエサ報酬獲得のための動機づけの測定に用いられてきた行動課題に着目し,最先端のモノアミン測定技術と神経活動操作技術を用いることで,粘り強さの制御におけるドーパミン神経系の役割について検討する。
自己幹細胞誘導因子を用いた新しい顔面神経麻痺再生治療法の開発

末梢性顔面神経高度麻痺例に対して、ステロイド大量投与療法や、抗ウイルス薬投与が一般的に行われているが、全例が治癒するわけではなく、新たな治療法の開発が求められている。再生医学の基礎研究の報告が散見されるが、ほとんどの研究で用いられている動物顔面神経麻痺モデルは、側頭骨外の末梢で神経をクランプもしくは切断して作製されており、これは側頭骨内で顔面神経の絞扼が起こる実臨床の顔面神経麻痺の病態を反映しているとは言いがたい。現在のところ、HMGB-1投与群において、コントロール群と比べて回復傾向は認めるものの、有意差は認めていない。引き続き、HNGB-1の投与量などを変更して検討を続けるとともに、他の因子に関しても、麻痺回復に有用なものがないかどうか検討を続けていく。側頭骨内顔面神経絞扼モデルの作製、顔面神経麻痺の評価法(運動評価、電気生理学的評価、組織学的評価)については一通り確立することができたと考えている。現在、顔面神経麻痺の回復に有用な因子をHMGB-1を含め、検討中である。まだ結論は出ていないが、研究の進捗状況としては、概ね順調であると考えている。側頭骨内顔面神経絞扼モデルの作製、顔面神経麻痺の評価法(運動評価、電気生理学的評価、組織学的評価)については大きな問題がなく、引き続き今の方法で継続予定である。HMGB-1投与に関しては、投与量などを変更して検討を続けていく予定である。また、HMGB-1の働きに関しては未知の部分も多く、抗HMGB-1薬が顔面神経回復に有効である可能性もあるため、こちらも試してみる。他の因子に関しても、麻痺回復に有用なものがないかどうか検討を続けていく予定である。学会発表などに行く機会が、当初予定していたよりも少なかった。来年度以降、学会発表の機会も増えると予想されるので、繰り越して使用することとする。また、モルモットや備品の購入もさらに必要な数が増えると予想されるので、物品費としても使用予定である。
視認性を考慮した運転支援のための道路標識検出提示システムの開発

本研究では,車載カメラを用いて道路標識の視認性を定量化する技術の開発を目的としている.そのためには,車載カメラ画像から抽出される画像特徴と視認性との関係を明らかにしなければならない.具体的には,・視認性推定に有効な画像特徴の検討・画像特徴の統合モデルの検討が必要である.本年度は,前年度に引き続き,画像特徴および統合モデルを検討した.具体的には,視認性推定の対象とする道路標識周辺の画像特徴に加えて,対象標識が存在する交通シーンコンテキストを考慮した大局的特徴を導入し,それらの統合モデルを検討した.そして,その有効性を被験者実験を通じて定量的に評価した.これらにより,これまで考慮されていなかった画像特徴が視認性に及ぼす影響を明らかにでき,今後の研究における一つの知見として意義深いものである.また一方で,研究実施計画に従い,道路標識以外の物体(歩行者,信号機)に対する応用可能性を調査するべく,それぞれの視認性を推定するための手法を検討および開発した.また,悪天候時における対象の視認性およびその推定手法も検討した.さらに,自動車のドライバの個人差を考慮した視認性推定手法についても検討した.これらの調査結果から得られた知見は,実際の応用時に解決しなければならない課題の一部に対して解決方針を示すものであり,今後の研究において有用である.最終年度最終年度本研究では,車載カメラを用いて道路標識の視認性を定量化する技術の開発を目的としている.そのためには,車載カメラ画像から抽出される画像特徴と視認性との関係を明らかにしなければならない.具体的には,視認性推定に有効な画像特徴の検討,および,それら画像特徴の統合モデルの検討が必要である.そこで,本年度は,対象物体周辺の画像特徴の利用,および,それらの最適な統合モデルについて認知科学的な知見を基に検討した.それらの検討結果を踏まえて,新たな視認性推定の手法を提案し,その有効性を車載カメラ画像を用いた被験者実験を通じて定量的に評価した.また,道路標識の視認性はドライバとの位置関係によって時々刻々と変化するため,時系列情報の利用についても検討し,同様の被験者実験を通じてその有効性を定量評価した.その過程で,ワークショップや研究会に参加し,当該分野における専門家達との議論および情報交換を行った.以上の研究成果を電子情報通信学会論文誌およびIEEE主催の国際会議(IEEE Intelligent Vehicles Symposium),当該分野における国内最大のシンポジウム(画像の認識・理解シンポジウム(MIRU))等において発表した,また,博士論文(名古屋大学大学院情報科学研究科)において,これまでの研究成果をまとめて発表した.なお,従来研究は対象物体の視認性を単一の画像特徴のみから推定することを考えていたが,本研究は視認性に影響を及ぼす種々の要因を認知科学的な知見に基づいて複合的に考慮しており,認知科学と情報科学の架け橋として重要な意義・重要性をもつものである.本研究では,車載カメラを用いて道路標識の視認性を定量化する技術の開発を目的としている.そのためには,車載カメラ画像から抽出される画像特徴と視認性との関係を明らかにしなければならない.具体的には,・視認性推定に有効な画像特徴の検討・画像特徴の統合モデルの検討が必要である.本年度は,前年度に引き続き,画像特徴および統合モデルを検討した.具体的には,視認性推定の対象とする道路標識周辺の画像特徴に加えて,対象標識が存在する交通シーンコンテキストを考慮した大局的特徴を導入し,それらの統合モデルを検討した.そして,その有効性を被験者実験を通じて定量的に評価した.これらにより,これまで考慮されていなかった画像特徴が視認性に及ぼす影響を明らかにでき,今後の研究における一つの知見として意義深いものである.また一方で,研究実施計画に従い,道路標識以外の物体(歩行者,信号機)に対する応用可能性を調査するべく,それぞれの視認性を推定するための手法を検討および開発した.また,悪天候時における対象の視認性およびその推定手法も検討した.さらに,自動車のドライバの個人差を考慮した視認性推定手法についても検討した.これらの調査結果から得られた知見は,実際の応用時に解決しなければならない課題の一部に対して解決方針を示すものであり,今後の研究において有用である.交付申請書に記載した「研究の目的」として,1)視認性推定に利用する画像特徴およびそれらの統合モデルの検討,2)視認性に基づく最適な情報提示の方法および実環境下でのシステム評価を掲げた.このうち,本年度は1)に関して研究を遂行し,その成果を論文誌,国際会議,国内シンポジウム等で発表できた.これは,交付申請書に記載した「本年度の研究実施計画」通りの成果である.よって,当初の計画通り研究が進展している.最終年度交付申請書に記載した「研究の目的」のうち,2)視認性に基づく最適な情報提示の方法および実環境下でのシステム評価が残されている.そのため今後は,「本年度の研究実施計画」通り,2)に関して研究を推進していく予定である.最終年度
学習ライフログを活用した学習診断の研究

本研究では,学習コンテンツと認知診断テストを備えたeラーニングシステムを構築し,種々の学習ログデータを収集した。学習パターンのクラスタリング手法や学習行動の予測手法を提案したほか,学習者のフィードバック情報の利用を眼球運動から検討した。また,ネット教育,学習支援の観点から,学習者の項目への反応パターンからQ-matrixと学習者の知識状態を同時に推定する手法を検討し,データ駆動型Q-matrix自動学習の新しい理論的枠組みを提案した。さらにQ-matrixと学習者のattributeの習得状態を同時推定する有効なヒューリスティック近似アルゴリズムも合わせて提案した。本研究課題の目的は,知識・技能の測定ツールであるテストから得られる結果と,学習・教育活動により生成される学習ログを連携させて,個々の学習者に最適化された学習診断を行う方法を研究することである。平成26年度は,オープンソースのeラーニングプラットフォームであるMoodleに学習コンテンツおよび認知診断テストを実装し,学習者にMoodle上で学習させることでデータの収集を行い,今後の研究基盤を作ることを主な目的とした。まず,学習者の多様な学習環境を考慮したうえで,Web空間上での学習者の学習活動を把握するために,Web上の学習コンテンツを特定する仕組みについて検討した。具体的には,学習に関連すると思われるキーワードをWikipediaから取得し,ターゲットとなる単語との関連度および学習上の重要度を考慮した重みづけを行った。これにより,学習者がどのような学習コンテンツを利用して学習しているのかを特定することが可能となった。また,eラーニングシステムに蓄積された学習ログデータの分析を通して,学習者の学習パターンのいくつかを把握することができた。留学生の日本語学習を対象にデータ収集を行い,分析を行った結果,日本語学習における留学生の学習パターンや回答パターンには母語の影響があり,漢字圏の留学生よりも非漢字圏の学生が回答に時間を要することや,共通の母語話者の回答パターンが類似していることが示された。学習診断を行った後は,学習者に対して診断結果をフィードバックし,学習改善への活用を促すことも重要である。そこで,学習者によるFB情報の活用状況を,眼球運動などの行動指標を用いて検討した。さらに,認知診断モデルに関連する研究にも取り組み,学習者の反応データに基づくQ-matrixの自動生成手法の提案も行った。本研究課題の目的は,テストで得られる知識・技能の測定結果と,学習・教育活動から生成される学習ログを連携させて,個々の学習者に最適化された学習診断法を研究することである。本年度は,昨年度に整備したeラーニングシステムに日本語教育学習コンテンツを実装し,日本語中級レベルの文法クラスでブレンド型授業を実践した。学習ログデータを分析してeラーニングの効果を検討した結果,eラーニングで予習した者の方が理解が進む可能性があること,eラーニングによる練習頻度が高い者の方が到達度,熟達度ともに高いことが明らかになった。アンケートの結果,eラーニングよりもプリントによる練習を好む者が全体の23%あったが,その理由として,書くことの重要性,ネット環境の問題などがあげられた。また,テストのフィードバック情報を学生がどう活用するのか,相対評価情報の有無がフィードバック情報の活用に与える影響,学習者が持つ達成目標による活用法の違いについて,眼球運動を測定する機器を用いて検討を行った。実験を行った結果,学習者の多くはテストの正答数や相対的な成績,間違えた問題の正解を確認するだけで,正解に至るプロセスは確認しない傾向にあることが示された。他者よりも良い点数を取ることを目標にする傾向の強い学習者は,主としてテストの点数や相対的な成績に注意を向け,テスト内容の理解を目指す傾向の強い学習者は,問題解決のプロセスを確認する傾向があった。これらの結果から,フィードバック情報の活用を促すためには,学習者の習得目標を高めることが重要であることが示唆された。認知診断モデルや項目反応モデルに関連する研究にも取り組んだ。学習者の回答データに基づくQ-matrixと個人の知識状態の自動学習方法と推定アルゴリズムの提案や個人正答確率関数と回答傾向を推定する手法の研究も行い,成果を関連分野の国際トップカンファレンス等で発表した。構築したeラーニングシステムに実装する日本語教育学習コンテンツを充実させ,蓄積された学習ログデータを用いてさまざまな分析を行うことができた。また,ブレンド型授業を実践し,eラーニングの効果と学習者の意識の検討や,学習者のフィードバック情報の活用方法に与える影響の研究,認知診断テストに関わる理論および実践的研究等,予定通りに進展している。学習ログデータに関しては,本年度は,これまでに開発したe-learningシステム上に蓄積された2013年度から2015年度に実施した日本語教育学習ログデータにもとづき,学習者の学習行動パターンや学習成績をサンプルサイズの小さなデータから予測する手法を提案した。少数のデータにもとづく予測困難な状況を解決する工夫として,各項目の解答結果だけでなく,解答に要した時間,回数などの学習ログを用いることで,予測精度の向上を図った。学習者の知識状態を適切に診断する研究においては,本年度は日本語文法認知診断テストをシステムに実装し,事前に推定した項目パラメータ値を用いて学習者のアトリビュート習得状況をオンライン推定した上,習得状況に合わせて学習者個別にフィードバックするWebテストの開発を行った。また,学習者の解答データに基づくQ-matrixと個人の知識状態の自動学習については,本年度は認知診断モデルDINAを用いて,項目パラメータとQ-matrixの学習方法の提案や推定アルゴリズムの改善を行った。

平成26年度から3年間にわたって,本研究では,まず学習ログデータを収集のためe-learningシステムの整備,システムへの日本語教育学習コンテンツの実装等,実験・分析の基盤作りを行いながら,各種の学習ログデータの収集・分析方法を検討した。また学習者の知識状態を推定する認知診断モデルの研究,学習者の特性に応じたフィードバック情報の活用法の研究等も並行して行った。パーソナライズド学習を実現するには,認知診断と学習ログを融合した学習診断法が不可欠と考え,今後も継続して研究を重ねる予定である。本研究では,学習コンテンツと認知診断テストを備えたeラーニングシステムを構築し,種々の学習ログデータを収集した。学習パターンのクラスタリング手法や学習行動の予測手法を提案したほか,学習者のフィードバック情報の利用を眼球運動から検討した。また,ネット教育,学習支援の観点から,学習者の項目への反応パターンからQ-matrixと学習者の知識状態を同時に推定する手法を検討し,データ駆動型Q-matrix自動学習の新しい理論的枠組みを提案した。さらにQ-matrixと学習者のattributeの習得状態を同時推定する有効なヒューリスティック近似アルゴリズムも合わせて提案した。学習ログデータを学習特性の診断研究に活用できるようにするために,学習ログデータの収集基盤を構築するという平成26年度の目標を達成できた。それに加えて,認知診断モデルにおけるコア技術となる知識構造を示すQ-matrixの自動推定の研究や,眼球運動等の行動指標を用いた学習者のフィードバック情報の利用についての研究などについては,当初の予想以上に進展した。これらの研究成果は,国際学会・国内大会,学術論文等などで積極的に発信した。継続して,eラーニングシステムにおける学習コンテンツや学習ログデータを用いて,学習者個々人の特性と学習パタンの抽出,学習効果をあげるための方法を検討する。同時に,学習者の学習活動データにもとづいて,学習者個々人の知識習得状態および知識構造を推定する理論的研究をさらに進展させる予定である。また教育現場と連携し,実データに対して提案のモデルや推定アルゴリズムを適用し,方法の妥当性検証も行っていく。国際大会に参加し,研究動向調査や情報収集を行いつつ,本研究の成果を国際・国内学会や学術論文等を通して発信する。教育・心理統計学平成26年度の研究体制を継承して,研究をさらに進展させる予定である。具体的には,認知診断モデルの研究,学習ログデータの収集・分析手法の探索,さらに学習ログの収集過程で行うフィードバック方法の提案および効果検証を行っていく予定である。また,教育現場との連携を深め,eラーニングシステム上での学習・教育活動を多面的に実践し,共同で研究を進めていく。