hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロRNAの局所徐放システムの構築と生体応用

近年、冠動脈疾患治療には薬剤溶出性ステントが用いられている。しかし、この薬剤は血管内皮細胞を障害するため、血栓症などの発症が問題となっている。我々は、血管内皮細胞を誘導する作用のあるマイクロRNA(miR)-126に着目し研究を開始した。まず、miR-126を発現させるための2本鎖合成RNAを設計した。この2本鎖合成RNAを乳酸・グリコール酸共重合体(PLGA)ナノ粒子に含有させ、ステントに電気的に均一にコーティングし、局所で徐放化できるステントを開発した。ウサギの腸骨動脈においてmiR-126搭載ステントがコントロールRNAと比較して、有意に再狭窄予防効果を持つことが明らかとなった。近年、冠動脈疾患治療には血管平滑筋細胞の増殖抑制作用を持つ薬剤溶出性ステントが用いられている。しかし、これは同時に血管内皮細胞の増殖も抑制するため、血栓症や慢性炎症を引き起こすことが問題となっている。すなわち、理想的な血管治療においては、1治療部位の血管内皮細胞を再生させ、かつ2再狭窄の主体となる平滑筋細胞の増殖を抑制することである。我々は、マイクロRNA(miR)-126に着目し研究を開始した。その過程で、このmiR-126が上記の12を同時に満たす最適なマイクロRNAであると判断した。早期の臨床応用を視野に、ウイルスなどのベクターを使用せず、miR-126を局所で過剰発現させるための2本鎖合成RNAを設計した。22塩基のmiR-126が選択的にDicerによって切断され、マイクロRNAの機能を発揮するRISCコンプレックスに取り込まれるように、両端に塩基を付加し、27塩基の2本鎖RNAとした。また、2本鎖RNAのセンス鎖に細胞膜への透過性を上昇させるためにコレステロールを結合させ、またアンチセンス鎖(成熟miR-126となる)は分解を受けにくいように、ホスホロチオエート化した。この結果、安定的にmiR-126を細胞内で発現させることが可能となった。さらに局所への投与については、この2本鎖合成RNAを乳酸・グリコール酸共重合体(PLGA)ナノ粒子に含有させ、ステントに電気的にコーティングし、局所で徐放化できるステントを開発した。次にこのステントの効果をウサギ腸骨動脈を用いて検証した。miR-126搭載ステントにおいて、コントロールRNAと比較して、有意に再狭窄予防効果を認めた。この結果により平成26年3月7日「マイクロRNA溶出型ステント及びそれを用いた管腔治療」として特許を出願した(特願2014-044463)。我々は、これまでに血管内皮細胞を誘導し、抗炎症作用を持つマイクロRNA(miR)-126に着目し研究を行っている。その過程で、このmiR-126が直接血管平滑筋の増殖抑制も起こすことを見出し、上記の12を同時に満たす最適なマイクロRNAであると判断した。まず、このmiR-126をPLGA(乳酸・グリコール酸共重合体)ナノ粒子に封入し、ステントに電着し、miR126徐放化ステントを作成した。次に、このステントの効果をウサギの腸骨動脈を用いて検証した。実際に局所での血管内皮細胞の再生および、平滑筋細胞の増殖抑制を認めた。この結果により日「マイクロRNA溶出型ステント及びそれを用いた管腔治療」として特許を出願した(特願2014-044463)。さらにブタ冠動脈モデルでの実験も施行し、現在結果の解析中である。このシステムにより、複数のマイクロRNAや生理活性物質の徐放化も可能であるため、幅広い研究展開も可能となると考えられる。冠動脈ステントは現在でも外国の製品が主流である。本研究により、それらを上回る機能(抗血栓性、抗炎症性)を持つ日本発の製品を作り出すことが可能となる。すでに医薬品医療機器総合機構において戦略相談事前面談を行った。フォローアップ面談を受け、さらに臨床研究のプロトコールを確定する予定である。

循環器内科学当初の計画では25年度内にはステントからの徐放化の最適化をはかるところまでが目標であったが、実際には、乳酸・グリコール酸共重合体(PLGA)ナノ粒子にマイクロRNA-126を含有させ、ステントに電気的にコーティングし、局所で徐放化できるステントの開発を行うことができた。さらに動物(ウサギ)腸骨動脈を用いてその効果を検証し、miR-126搭載ステントにおいて、コントロールRNAと比較して、有意に再狭窄予防効果を認めた。この結果により平成26年3月7日「マイクロRNA溶出型ステント及びそれを用いた管腔治療」として特許を出願した(特願2014-044463)。今後、このウサギ腸骨動脈の病理像を詳細に解析するとともに、ステントからのRNAの溶出プロファイルを検討する。さらにmiR-126による標的蛋白の変化も測定する。一方、miR-126の新たな標的蛋白についても検討を続ける。さらに、neoatherosclerosisの進展とともに変動する因子の解析も続け、新たな治療標的候補も特定する。本研究によりneoatherosclerosisの進展機序についても明らかになると考える。さらに早期の臨床応用をはかる目的で、試験物の製造体制を整備するとともに、安定性・安全性の評価を行う準備をする。冠動脈ステントの世界市場は、南北アメリカ、欧州、アジア、その他の4つの地域に分けられるが、アジア市場は、2011年に9億2,300万米ドル規模で、その後12.9%で成長し、2016年には17億米ドル近くに達すると予想されている。世界市場においては、2011年には71億米ドル規模であったが、その後、成長率8.3%で推移し、2016年には106億米ドル規模に達する見通しである。現在の主流は薬剤溶出性ステントであるが、それを上回る機能を持つ製品開発を目指す。
植物生理学と生態学の融合による野外光応答の実態解明と原理探究

植物の光応答の分子機構に関する知見は豊富である。しかしながら、これらは均一の人為的実験条件下で得られたもので、様々な時間スケールで大きく変動する野外の光環境に対する応答は不明である。本研究では、自然環境下で自生するハクサンハタザオ(モデル植物であるシロイヌナズナの近縁種)の光応答の解析を進め、既知の光応答分子ネットワークが複雑な光環境変動のもとでどのように作動するかを明らかにし、野外応答を特徴付ける新規の制御経路の発見を目指す。また、これに合わせてモデル植物であるシロイヌナズナを用いた室内実験も行い、野外で見られる光応答の機構解明の一助とする。鞍馬調査地、思出川調査地において、スペクトル及び照度測定を繰り返し行った。特に今年度は、自動スペクトル測定装置を導入し、スペクトルの時間変化の解析を進めた。以上の結果をもとに、林縁におけるR:FR比を、照度測定に基づき推定するための関係式を整備し、その有効性を確認した。また避陰応答の程度を決める3要素である青色光(クリプトクロム)、遠赤色光(フィトクロムA)、R:FR比(フィトクロムB)がどのように連動して変化するかを調べ、これらの3要素が3次元空間内で比較的簡単な式で示される曲面上にのることを見出した。また、ハクサンハタザオの野外での生育環境を把握するため、鞍馬調査地に自生するハクサンハタザオを定期観察するとともに、周辺地域の自生状況を調査した。野外採取個体については、クローン繁殖の手順を確立し、鞍馬調査地を中心に約60系統の維持を進めた。また、野外の避陰応答を理解するには、これまで解析が進んでいなかったフィトクロムAによる避陰応答の抑制についても知る必要があると考え、シロイヌナズナの変異体を持ちいた室内実験などを進めた。さらに、共同研究者である工藤博士らの野外トランスクリプトームデータの解析を開始した。昨年度に引き続き、野外スペクトルデータの測定を進め、当初注目していたR:FR比に加え、避陰応答との関与が注目され始めている青色光、および遠赤色光の強度についても、照度測定の結果からその値を推定できることが分かった。これにより、避陰応答に係わる3つの要素が、野外での光応答にどのよう関連するかを総合的に解析することが可能となった。また、野外スペクトルデータを精査することにより、樹木の影によるR:FR比の低下は比較的穏やかであるのに対して、青色光強度は、実験室で光応答が観察されるような強度範囲で変動していることが明らかとなった。これらの結果は、実験室内で野外光環境を再現するための基礎データとしても非常に有効である。野外植物の観察を連続して行うことで、調査地において準個体レベルでその生育を追うことが可能となり、光環境の変化に対する形態応答の有無を調べるための基礎データを蓄積することができた。ただし、実験室で従来言われていたような葉柄伸長応答が野外で起こることを示す結果は得られておらず、さらなる定量的な解析が必要となった。また、トランスクリプトーム解析については、データの取得がやや遅れていたが、本年度末には、工藤グループが思出川調査地で測定した4地点5個体5か月分のデータの解析に着手した。本年度においては、シロイヌナズナを用いた室内実験についても着手し、避陰応答におけるフィトクロムAの振舞いについていくつかの知見を得ることができた。上に述べたように、野外の光環境を総合的に把握することができたので、今後はそのデータをもとに室内実験で野外光環境を再現し、変異体などを用いた解析なども進めたい。一方、ハクサンハタザオの室内栽培については、ほとんど系統維持で手一杯であったが、栽培法も確立できたので、次年度に向けては、室内実験も開始したい。本年度までの解析によって、野外の光環境の概要を総合的・定量的に把握することが可能となった。すでに、共同研究者である工藤教授らより、思出川の環境データ(1年を通じた総光量と気温の継時変化)は入手済みである。今後は、すでに前解析が終わっている5か月分のトランスクリプトームデータとこれらのデータを組み合わせることで、野外における光応答が、遺伝子発現レベルでどのように観察されるのかを明らかにする。また、スペクトルデータを含む野外の光環境の測定結果を解析することにより、野外で実現している光環境の変化がどういうものであるかを把握することができた。そこで今後は、これらの知見をもとに、実験室内で野外を模倣した光環境を再現し、現在維持しているハクサンハタザオ個体や、シロイヌナズナを用いた室内実験を進めたい。特に、トランスクリプトームデータから、主要な野外避陰応答遺伝子が明らかになるはずであり、それらの発現に注目した解析を中心に研究を進める計画である。さらに余裕があれば、室内実験を中心に、採取した個体間での遺伝的な差異と光応答の関係についても解析を進めたい。本年度は、鞍馬調査地(京都府:北緯35.1403度、東経135.7801度、標高430 m)

および思出川調査地(兵庫県:北緯35.1026度、東経134.9284度、標高222 m)において、スペクトル及び照度測定を繰り返し行った。その結果、当該地点の照度を測定すれば、フィトクロムの活性状態と直結する赤:遠赤色光比を精度よく推定できることが分かった。この関係をもとに、工藤らが得た思出川の連続照度データからR:FR比の長期間に渡る時間的推移を推定した。野外で生育する植物で遺伝子発現解析を行うための予備実験として、鞍馬調査地に自生するハクサンハタザオを定期観察し、季節を通じてハクサンハタザオがどのように成長するかを明らかにした。その結果、一年の特定の時期に隣接する植物との競争が起こることが示唆された。野外における光応答と比較するために、実験室でハクサンハタザオを栽培した。このために、鞍馬調査地内および近隣(京都市北部)の生育個体(73個体)の花茎からクローン植物を採取した。得られたクローン個体は実験室内で順調に生育したが、花芽を付けさせることが難しかった。結局、これらの植物に12ヶ月の低温処理を加えることで、ある程度の歩留りで花芽形成を誘導することができたが、当初予定していた実験室内での光応答解析は次年度に持越しとなった。野外スペクトル測定は順調に進展し、照度測定を行えば、光応答の鍵となるR:FR比および青色光強度が制度良く推定できることが確認できた。しかしながら、鞍馬調査地の複数地点における照度測定は、まだ足りない点が多く、野外植物の観察や採取植物の光応答などのデータをもとに測定地点を設定し、1年を通じた測定が必要である。これは次年度に行う予定である。植物採取については、当初の予定を超える植物個体からクローン個体を採取することができた。また、近隣(京都市北部)の様々な地点でハクサンハタザオが自生することを見出し、そのなかの複数個体についても同様にクローン個体が採取できた。この点では、研究は順調に進展した。ただし、生育させたクローン個体に花芽をつけさせるのに手間取ったため、当初予定していた実験室内での光応答解析は次年度に持越しとなった。ただし、花芽誘導の方法はほぼ確立できたので、次年度はさらに規模を拡大した実験をより効率的に進めることができると期待される。野生植物の観察については、1年を通じて同一地点の定期観察(写真撮影)を続けることで、色々と興味深い事実が明らかとなった。この点については、当初はあまり重視していなかったが、野外での光応答を次年度以降に解析する上で非常に重要な基礎データである。この情報は今後の鍵となると思われるので、次年度も規模を拡大して継続する予定である。植物の光応答の分子機構に関する知見は豊富である。しかしながら、これらは均一の人為的実験条件下で得られたもので、様々な時間スケールで大きく変動する野外の光環境に対する応答は不明である。本研究では、自然環境下で自生するハクサンハタザオ(モデル植物であるシロイヌナズナの近縁種)の光応答の解析を進め、既知の光応答分子ネットワークが複雑な光環境変動のもとでどのように作動するかを明らかにし、野外応答を特徴付ける新規の制御経路の発見を目指す。また、これに合わせてモデル植物であるシロイヌナズナを用いた室内実験も行い、野外で見られる光応答の機構解明の一助とする。
微小透析法を用いて神経内分泌反応に関する研究

微小透析法を用いて、中枢神経、末梢組織におけるカテコールアミン分泌動態と分離赤血球を用いたNa^+-K^+ fluxの測定に加えて、ホルモン依存性リポ蛋白リパーゼ活性の指標としての脂肪組織中のGlycerol代謝を検討した。中枢神経と末梢神経系のカテコールアミン分泌反応には違いがあり、末梢では侵襲によって上昇するのに対し、中枢では一過性の上昇につづいて分泌が減少した中枢神経にカテコールアミンを投与しても、末梢の赤血球のNa^+-K^+ fluxは変化しなかったが、熱傷モデルにおいてその面積の拡大とともにNa^+-K^+ fulxの上昇がみられ、臨床的な細胞外液中のNa低下の原因と考えられた。また、Glycerol代謝は、β-Stimulantの投与によって、末梢脂肪組織、腹腔脂肪組織とともに亢進した。さらに大量のGlucoseやLPSの投与によってもGlycerol代謝は亢進したが、末梢と腹腔の差はなかった。一方、腹腔中においた微小透析法プローベによって、腹腔内に分泌されるサイトカインを回収することができて、侵襲後30分-1時間たって、腹腔内にTNFが分泌されることが明らかとなった。微小透析法(microdialysis)を用いて神経内分泌反応の解析を行った。中枢(視床下部)と末梢(血管内)のノルエピネフリン分泌は単開腹程度の侵襲では、ほぼ同じであったが、重症腹膜炎では、中枢は一過性の上昇につづいて分泌が減少し、一方、末梢血管内では逆に上昇しつづけるという相反する結果が得られた。これを定量的に検証するため、熱傷モデルを作成した。熱傷面積によって循環動態がdose-response的に変化することを確認した上で実験を進めている。また、同時に侵襲モデルにおける赤血球を分離し、これをmicrodialysisを用いるという新しい手法によってNa-K fluxの密接な関係が明らかとなった。またmicroplobeからノルエピネフリンやサイトカイン(TNF,IL-1)を注入しつつ、末梢反応やNa-K fluxを検討する実験を計画中でり、次年度中に十分結果が得られると考えている。一方、末梢脂肪組織中に埋入したplobeによって、β-stimulant以外のTNF、IL-1、LPSによっては上昇が得られないという新しい結果が得られ、さらに実験を続けている。中枢神経と末梢神経系のカテコールアミン分泌反応には違いがあり、末梢では侵襲によって上昇するのに対し、中枢では一過性の上昇につづいて分泌が減少した中枢神経にカテコールアミンを投与しても、末梢の赤血球のNa^+-K_+ fluxは変化しなかったが、熱傷モデルにおいてその面積の拡大とともにNa^+-K^+ fluxの上昇がみられ、臨床的な細胞外液中のNa低下の原因と考えられた。
製造業における技能伝承と人材育成の体系化に関する研究

本研究では,製造業における技能伝承を支援するためのシステムを構築し,効率的な人材育成手法の検討と提案を行った.熟練者の技能を明らかにして非熟練者に伝承するために,作業者の身体動作および眼球運動の計測と分析を行うことのできるシステムを構築し,その有効性を確認した.また,効率的な人材育成のために,実企業の作業者の一般職業適性検査の結果から実務評価を推定する手法と製品品質から技能レベルを判別する手法を提案した.平成27年度は,設備保守・点検作業における熟練者の技能を計測するための装置の改良と小規模製造企業における稼働状況の調査を行った.1熟練技能計測装置の改良:平成25年度までに開発しているシステム(遠隔通信システム,3次元位置計測装置,力覚情報取得装置)で取得できる情報以外に,熟練者が「何を見て(どこを見て),何を判断しているのか」という技能(非熟練者が見ていない情報)を取得するために,作業中の注視点と眼球運動を計測する機能を追加した.また,モーションセンサを用いて,頭部の傾きを検出できるようにした.さらに,改良した装置を用いて単純作業を対象に複数の被験者で実験を行い,身体動作と眼球運動を同時に計測できることを確認した.2小規模製造企業における稼働業況の調査:人員不足を感じている変種変量生産工場において,作業者と加工機械の稼働分析を行い,工場の稼働状況と人材不足の詳細を明らかにした.本研究は,製造業の設備保守・点検作業における技能伝承と人材育成のために,熟練作業者の技能の見える化および作業訓練支援を目標にしている.平成27年度は,1熟練技能計測装置の改良,2小規模製造企業における稼働業況の調査に関する研究を実施した.これらの研究成果は,平成28年度に学会等での発表を予定している.以上のように,平成27年度の研究実施計画をほぼ達成できており,おおむね順調に進展している.平成28年度は,製造業における熟練者の技能の計測と分析,効率的な人材育成手法の検討と提案に関する研究を実施し,以下の成果を得た.(1)熟練技能の計測と分析:工作機械を用いた金属加工作業を対象とし,経験年数の異なる作業者の作業を計測した.計測したデータを分析することにより,熟練者の加工作業中の眼球運動と身体動作の傾向を明らかにした.また,単純作業との違いを明らかにするため,単純作業における作業者の眼球運動と身体動作も計測し,分析して比較を行った.(2)効率的な人材育成手法の検討と提案:効率的な人材育成について検討するために,実企業における実務者の作業を計測し,人材育成に必要な情報を明らかにする手法についての検討と提案を行った.被覆アーク溶接における溶接品質(表面形状)については,実務経験がほぼ同じ作業者でも溶接品質が異なることを明らかにし,表面形状分析結果から不足している技能(修得すべき技能)を判別できる手法を提案した.また,事務機器生産ラインにおける作業者の作業適性を明らかにするために,一般職業適性検査を行い,検査中の動作の分析結果を用いて現場管理者の評価(実際の作業適性)を判別する手法を提案した.(3)成果発表および研究動向調査・情報収集:Int. J. of Automation Technologyで論文を発表するとともに,国際会議(ICIM2016およびHICE2017)で発表した.また,研究発表において,他の研究者と議論し,国内や海外の現在の研究動向と課題に関する情報収集を行った.本研究は,製造業における技能伝承と人材育成のために,熟練作業者の技能の見える化および作業訓練支援を目標にしている.平成28年度は,(1)熟練技能計測装置を用いた作業の計測と分析,(2)表面形状分析を用いた溶接技能判別手法の提案,(3)事務機器生産ラインにおける作業者の作業適性の判別手法に関する研究を実施した.これらの研究成果の一部は,論文誌および国際会議にて発表した.また,平成29年度の国際会議等での発表も予定している.以上のように,平成28年度の研究実施計画をほぼ達成できており,おおむね順調に進展している.平成29年度は,製造業における熟練技能の定量化と習熟方法の提案,構築した技能伝承支援システムの有効性の検証に関する研究を実施し,以下の成果を得た.(1)熟練技能の定量化と習熟方法の提案:工作機械を用いた金属加工作業を対象とし,工作機械の使用時に加えて,計測機器を使用する際の作業者の眼球運動と身体動作を計測して分析することにより,熟練者の金属加工作業中の眼球運動と身体動作の傾向を明らかにした.また,単純作業についても,平成28年度に行った実験の計測データを用いて分析を行い,単純作業における眼球運動と身体動作(手腕動作)の関係性について明らかにした.以上の分析結果から,熟練技能の早期習得のために必要な改善方法を提案した.(2)技能伝承支援システムの有効性の検証:遠隔通信を想定した技能伝承支援システムの有効性を検証するために,他の条件でも実験を行い,作業時間および作業ミス等を比較することにより確認した.さらに,一連の作業を細分化して動作分析を行うことにより,構築したシステムを効果的に使用することのできる作業内容を明らかにした.本研究では,製造業における技能伝承を支援するためのシステムを構築し,効率的な人材育成手法の検討と提案を行った.熟練者の技能を明らかにして非熟練者に伝承するために,作業者の身体動作および眼球運動の計測と分析を行うことのできるシステムを構築し,その有効性を確認した.また,効率的な人材育成のために,実企業の作業者の一般職業適性検査の結果から実務評価を推定する手法と製品品質から技能レベルを判別する手法を提案した.

平成28年度は,次の2項目を実施する.1熟練技能の分析と定量化:平成27年度に改良した熟練技能計測装置を用いて,加工作業等を対象に作業の計測を行う.作業時の身体動作および眼球運動を分析することにより,熟練者と非熟練者の違いや習熟と生体情報の変化などについて明らかにすることを試みる.2効率的な人材育成を行うための手法の検討限られた環境の中で限られた人員で技能伝承と技能者育成を行うために,企業に所属する人材の現在の情報(年齢や取得資格など)と企業の求める将来の人材像(年齢構成,技能者内訳など)を対応させて,いつまでに・誰が・何の技能を習得すべきかを導き出すことのできるような,人材育成の仕組み(人材育成支援手法)の検討に取り組む.必要に応じて実企業での調査等を行う.最終年度の平成29年度は,次の2項目を実施し,国際学会および論文誌等で研究成果を発表する.(1)熟練技能の定量化と習熟に関する調査:作業者の身体動作と眼球運動の関連を明らかにするとともに,作業の習熟の個人差と生体情報への影響についても調査を行う.(2)技能伝承支援システムの有効性の検証:技能伝承支援システムを用いて実験を行い,システムの有効性を検証する.そして,より有効なシステムの使用方法と対象作業を明らかにすることも試みる.経営工学国際会議の申し込み等の手続きの時期の関係で,平成28年度になってからの執行となったため,次年度使用額が生じた.今年度の研究成果の一部の発表が次年度になったため,次年度使用額が生じた.
小学校英語活動に対する自治体の支援体制に着目した政策提言のための研究

2011年度より5・6年生を対象とした小学校英語活動の週1時間の必修化は、一定の機会均等を確保した。一方で、実践内容や方法については必修化前と同様相当のばらつきが引き続き存在した。研究代表者は、そのばらつきの原因について自治体の経済的・社会的・政治的特性との関連で計量的に分析・検討を行ってきた。その結果、計量分析では統計的に有意な傾向や規定要因を確認することはできるが、より詳細な自治体の状況を把握するためには質的手法を用いた調査が必要であった。質的調査の結果、各自治体の支援体制は自治体の規模や経済的・人的制約などの違いから実に多様であるが、主に教員研修、ALT、指導主事について課題を示した。本研究の目的は、自治体間で生じている小学校英語活動を対象とした支援体制の格差の実態を明らかにし、その充実・改善策を提言することである。小学校英語活動は国家からの財源的保障や統一した支援がない状況で平成23年度より必修化した結果、実践の特に質の面でばらつきが生じている。過去に計量分析したアンケート調査結果をもとに、本研究では複数の自治体を選出し質的調査を実施する。本年度は複数の自治体を選出し、主に教員研修に参加した。まずは当初の計画通り地方の教育委員会から許可を得ることができ、開催された教員研修に全日程参加させていただいた。参加を通して教員研修の内容、その実践方法、対象者、参加者の活動に取り組む様子など詳細に調査することができた。教育委員会や教員研修実施に携わる諸先生方からも小学校英語活動の支援体制に力を入れている内容について直接貴重な話を伺った。さらに別の自治体の異なる規模の教員研修にも参加することができ、比較を通して研修内容、指導者、その他活用可能な人的・経済的資源の相違点が浮き彫りになった。また、本調査に関連した内容を国際学会やオープンアクセス可能な雑誌にて発信した。当初の研究計画通り進展している。研究に割ける時間が非常に限られているため、本務校の授業期間外の時期に調査を重点的に行い、小学校英語活動に関する教員研修を複数見学した。複数の自治体の小学校英語を対象とした教員研修見学を通して、教員研修で扱っている内容、また教育委員会の先生方や教員研修に関わる方々にも話を伺うことができ、現在の教員研修実施に至るまでの経緯、さらには考えや重点を置いている点などについて現場の取り組みをより詳細に理解することができた。今年度、研究計画を予定通り進展させることができたのは、教育委員会や関係者の方々の本研究に対するご理解とご協力があったからである。本研究では、小学校英語活動を対象とした自治体(教育委員会)の支援体制について調査している。自治体間で生じている支援体制の差異がどのような背景によるものなのか調査することにより、支援体制の充実・改善策を提言することを目的としている。平成23年度より高学年で小学校英語活動が必修化したが、その実施状況や支援体制は自治体により大きく異なっている。過去に実施した教育委員会を対象としたアンケート調査の結果と計量分析結果を基に、質的手法を用いてより詳細に英語活動の支援体制の実情把握に取り組んでいる。直面する困難や課題だけでなく、取り組みの工夫や成功例を蓄積することにより、学問的および実践的提言に導くことを目指している。本年度は、昨年度に引き続きさらに教育関係者の話を聞き、また文献研究を通して小学校英語活動の実態についての情報収集に努めた。特に実施に伴う現場の困難と課題について、より理解を深めることができた。また、主に教員養成に関する発表を複数の国際学会で発表した。論文は上梓中(査読有り、受理済み)である。発信した内容はオープンアクセス可能(予定)な状態である。最終年度に向け、教育委員会の支援体制の取組についてさらに情報収集するため、すでに教育委員会との手続きを行っている。おおむね当初の研究計画通りに進展している。本年度は地方ではなくより近距離における小学校英語活動の実施状況把握に努めた。現場での状況を調査し、また文献研究と照らし合わせ、現場が直面している共通の困難や課題についてより深く理解することができた。また、小学校英語活動に対する教育委員会の取り組み方や支援体制が多様であることも実感した。本研究では、小学校英語活動を対象とした自治体(教育委員会)の支援体制について調査してきた。自治体間で生じている支援体制の差異がどのような背景によるものなのかを調査することにより、支援体制の充実・改善策を提言することを目的としている。平成23年度より高学年で小学校英語活動が必修化したが、過去に実施した教育委員会を対象としたアンケート調査の結果と計量分析結果から必修化後も主に質の面で自治体間における隔たりが認められる。そのため、質的手法を用いて英語活動の実施状況についてより詳細に調査する必要があった。本年度は、主に地方の特定の教育委員会を複数回尋ね、小学校英語活動への支援体制についてその取り組み方、課題や工夫についてより詳細に調査した。その結果、国で定められた内容を単に教育現場に伝達するだけでなく、教育現場で抱える英語活動に関する課題を教育委員会が把握しやすい体制作りを行ったことで、課題に対してより効果的に対処できるようになったことなどが具体的に分かった。また、教員研修では、地方の小学校教員の英語活動に対する取り組み方や姿勢について直に調査することができた。今までの経験から様々な教材が蓄積されつつあるが、教員研修が引き続き重要不可欠であることが指摘された。さらに、この自治体以外の教員研修の調査より、地方では都会と比較して教員研修を受けられる機会が非常に限られているということを教員の声を通して実感した。

最後に、主に教員養成に関する発表を国際学会にて発表し、結果多くの貴重なコメントや重要な情報を得ることができた。それを基に論文を執筆している。2011年度より5・6年生を対象とした小学校英語活動の週1時間の必修化は、一定の機会均等を確保した。一方で、実践内容や方法については必修化前と同様相当のばらつきが引き続き存在した。研究代表者は、そのばらつきの原因について自治体の経済的・社会的・政治的特性との関連で計量的に分析・検討を行ってきた。その結果、計量分析では統計的に有意な傾向や規定要因を確認することはできるが、より詳細な自治体の状況を把握するためには質的手法を用いた調査が必要であった。質的調査の結果、各自治体の支援体制は自治体の規模や経済的・人的制約などの違いから実に多様であるが、主に教員研修、ALT、指導主事について課題を示した。今後の研究の推進方策は、まず収集した資料やデータを整理する必要がある。同時に新たな自治体を対象としたフィールドワークを実施し、さらなるデータの収集に努める。教員研修の見学を軸に、各自治体の小学校英語に対する支援体制について調査する。そして選出した自治体の小学校英語に対する支援体制について、類似点と相違点を浮き彫りにする。今後、過去に実施した小学校英語に関する計量分析結果も十分踏まえ、質的研究をより充実させていく。調査結果の発信方法としては、引き続き学会報告や投稿論文に取り組んでいく。今後の研究の推進方策は、まず地方自治体(教育委員会)の小学校英語活動に対する支援体制について調査するための調整を進め、調査に入る予定である。同時に今まで収集した資料やデータを整理し、自治体(教育委員会)の小学校英語活動に対する支援体制の類似点と相違点にまとめる。本調査に関連して、小・中・高の英語教員を対象とした研修の講師として招待を受けている。研究結果の発信方法として、引き続き学会発表や投稿論文に取り組む。小学校英語、英語教育、教員研修平成27年度から平成28年度にかけて繰越金が生じた。その主な理由は、さまざまな努力の結果予定よりも経費を抑えることができたためである。特にフィールドワークの際に現地の関係者の方々から多大な配慮と協力を得たことにより経費削減が可能であった点は明記すべきである。その他の理由としては、参加した国際学会が3月に開催されたため、その経費の処理が次年度分の扱いとなった。平成28年度から平成29年度にかけて繰越金が生じた。その主な理由は、まずフィールドワークの焦点を地方からより近距離に変更したことから、今年度の使用額に差が生じた。もう一つの理由は、3月に参加する国際学会にかなりまとまった額が必要であり、その経費の処理が次年度分の扱いとなったためである。上記の理由により平成27年度から平成28年度にかけて繰越金が生じた。ただし、2つ目に挙げた理由は、すでに国際学会に参加し使用済みである。
空間構造の振動制御のための初期変位付与型ＴＭＤ設計法の構築

主としてインパルス外力に対する設計式の提案と制振効果の検証を実施した。(1)TMD減衰比とモード減衰比の関係に着目し、既往の研究と比較して、インパルス外力に対する制振効果がより高い新しい初期変位付与型TMDの設計式を提案した。(2)自由振動応答の理論解より、初期条件に依存せずにTMD初期変位の解を求めることが可能な初期変位解放条件式を提案した。(3)空間構造モデルとして40mスパンのアーチモデルを用いて、(1)と(2)で提案した設計式の有効性を解析的に確認した。(4)1.5mスパンの小型の鋼板アーチモデルを用いてインパルスハンマーを用いた打撃試験を行い、提案手法の有効性を実験的に検証した。昨年度は,TMDの減衰比をある特定の値よりも大きくすると,TMD減衰比と全体系のモード減衰比の関係が変化することに着目して,主振動系の減衰比が無い場合におけるインパルス外力を対象とした場合の1同調比,2減衰比,3初期変位に関する設計式を提案し,既往の研究で提案した設計式を用いた場合よりも制振効果が高いことを確認した。一方,一般の建築構造物においては25%程度の減衰が存在する。そこで本年度は,インパルス外力を対象とした場合において,構造物の減衰が,初期変位付与型TMDを設置した場合の構造物の応答に及ぼす影響を検討し,構造物の減衰を考慮した場合における初期変位付与型TMDの設計式を提案し,制振効果を解析的に確認した。さらに,調和地動を受けた場合における最適初期変位の設定法の考え方を示した。来年度に実施するアーチモデルを用いた初期変位付与型TMDの振動実験計画を作成した。外力は,インパルス外力と調和外力を用いる予定である。初期変位付与型TMDの作動機構を実構造物へ設置する装置に近いレベルまで作成して,初期変位付与型TMDの制振効果を実験的に確認し,空間構造への適用性を検討する。初期変位付与型TMDにおいては初期変位の解放時刻が重要であることから,特に解放時刻の設定が制振効果に与える影響について確認する。本年度は制御目標となるスパンが1.5m,厚さが2.3mmの鋼板でできたアーチモデルを製作し,初期変位付与型TMDの試作モデルを設計した。昨年度は、TMDの初期変位を適切な値に設定することによって、モード減衰比の高い2次モード単体で振動させることが可能となる原理に着目し、インパルス外力を対象とした場合における設計式を提案し、1自由度系を対象とした場合における制振効果を解析的に確認した。さらに共振時における最適初期変位の設計式を提案した。本年度は、「水平入力によっても上下方向の応答が生じる」、「高次モードを含む固有周期の近接した複数のモードが卓越しやすい」という重層骨組構造と異なる空間構造特有の振動性状を有するアーチモデルを対象として、提案した設計式を用いた場合の制振効果を、解析と実験の両面から検討した。解析的検討では、スパン40m、ライズ7mのアーチモデルを対象として、1TMDの空間配置が制振効果に及ぼす影響、2複数のモードが励起する場合における初期変位の設定法、3地震外力を受けた場合の制振効果、に関する検討を行った。1においては、TMDの設置によるモード形状の変化に着目する必要があることが分かった。2においては、複数のモードが励起する場合に1自由度系を対象とした設計式をそのまま適用することは不可能であるため、応答速度をモード分解する方法、自由振動応答の理論解より導いた初期変位解放条件式を用いた方法の2つの手法を提案し、その効果を確認した。3においては、地震外力を対象とした場合もインパルス外力の場合と同様に、初期変位の解放直後から十分な制振効果が得られることを確認した。今回はアーチモデルを対象としたが、ここで構築した設計手法は他の空間構造、またはビル等の重層骨組構造へも適用が可能である。実験的検討では、スパンが1.5m、厚さ2.3mmの鋼板でできたアーチモデルを製作し、初期変位付与型TMDの試作モデルを製作した。インパルスハンマーを用いた打撃試験を行った結果、解析と同程度の制振効果が得られることを確認した。これまで実施した研究では,TMDの最大のメリットである共振応答低減効果の活用を前提として,同調比と減衰比に調和外力に対する最適化パラメータを用いた場合の最適初期変位の設計式を提案した。この場合は,固有振動数の異なる2つのモードが重畳して生じる"うなり"の位相をTMDの初期変位でコントロールすることにより,インパルス応答初期における制振効果を向上させることができた。

しかし,外力載荷直後の応答と,"うなり"の固有周期に対応する一定の時間経過後の応答の大きさはトレードオフの関係にあるため,初期変位を大きくすると後期の応答は逆に大きくなるという課題が生じた。すなわち,制振効果の向上には限界があるということである。そこで本年度は,自由振動最適化パラメータよりも大きいTMD減衰比を与えた場合,初期変位をある特定の値に設定することで振動モードが選択可能となる原理に基づく設計式を新たに提案し,数値解析によりインパルス外力下における制振効果を確認した。具体的には,TMDを設置することで生じた2つの振動モードのうち大きいモード減衰比を持つ方のモードで振動させることにより,これまで提案した設計式よりも高い制振効果を得ることができるということである。さらに,これまでの研究では,主としてインパルス外力を対象として検討を行ったが,本年度は調和外力および地震力に対する制振効果の検討も実施した。その結果,調和外力が作用した共振時にはインパルス外力で用いた初期変位の約2倍のときに最も効果が高いことが分かった。またTMDの初期変位の解放時刻として,応答速度が極大(応答変位と応答加速度が0)のときに解放した場合が最も効果が高いことが分かった。以上の検討結果を実地震波に適用して制振効果を確認したところ,想定した制振効果が得られることが分かった。【最終年度】初期変位付与型TMDの制振効果を実験的に検証するために、スパン1.5m、厚さ2.3mmの鋼板でできたアーチモデルを製作し、インパルスハンマーを用いた打撃試験を実施した。昨年度はロータリーダンパーを用いたTMD模型を制作し、応答初期における制振効果を確認したが、解析結果との良好な対応を示すまでには至らなかった。本年度はダンパーの精度を向上させるために、非接触型の磁気ダンパーを用いてTMD模型を改良し、解析結果と同様の良好な制振効果を確認することができた。さらに2自由度系の簡易モデルを用いた地震応答解析を実施し、昨年度に提案した初期変位解放条件式を用いることにより、従来のTMDと比較して最大応答の低減効果に優れていることを確認した。【研究期間全体】本研究では、インパルス外力を主要な制御外力とし、最適設計式と、自由振動応答の理論解に基づく初期変位の解放条件に依存しない設計式である初期変位解放条件式を提案した。次に、実際の構造物を想定したスパン40m、ライズ7mのアーチ構造を用いて解析的手法により、1TMDの空間配置が制振効果に及ぼす影響、2複数のモードが励起する場合における初期変位の設定法に関して検討した。最後に、初期変位付与型TMDの模型を制作し、小規模の鋼板アーチモデルを用いたインパルスハンマー打撃試験により、制振効果を実験的手法により確認した。さらに、初期変位付与型TMDの地震力に対する適用可能性を確認した。今後は地震力に対する設計法の提案と、実際の構造物に適用するケースに近い装置を試作し、振動台実験により、地震力に対する制振効果を確認して、実用化に向けた取り組みを行う予定である。工学(建築構造)当初の予定では,制御対象を空間構造に限定していた形であったが,本手法は空間構造のみならず一般のビル等における重層構造物にも十分に適用が可能であることから,対象範囲を広げ,基本となる設計式を着実に作成することに重点を置いている。そのため,空間構造に適用する場合に課題となるTMDの空間配置に関する研究には多少の遅れが存在している。
きょうだいが病気や障害をもち入院する子どもへの影響と支援

母親と、母親以外で子どもの入院中にきょうだいの主な世話役を担っている方それぞれが認識するきょうだいの情緒と行動の問題、人格的成長の程度について調査し、関連する属性背景因子について示唆を得た。研究課題番号2279220「病気や障害をもち入院する子どものきょうだいへの影響と支援(2010年度2012年度採択若手研究(B))の実績として開始した、「入院する子どものきょうだいを対象としたワークショップ」について、引き続き定期開催を重ね(2回/年、現在8回開催)、きょうだい・ご家族のご様子と臨床家とご家族との相互作用について観察調査を重ねている。現在は、積み重ねたデータについて研究報告につなげていくことを検討している。これまでに、子どもの入院に付き添う母親の認識する入院する子どものきょうだいの様子の変化についての調査研究した成果について、学術論文として投稿を準備している。入院に付き添う母親とは別の立場できょうだいと過ごしているご家族を対象とした、きょうだいの言動の変化に注目した調査について計画している。今年度は、実際の調査に入る準備段階として、関連分野の先行研究の文献検討と実践活動を含むフィールドワーク、関連分野の研究者や実践家との情報交換、各種関連学会・研究会、他で過去10年に渡ってきょうだい支援に携わりワークショップを開催している支援団体「しぶたね」や府内総合病院できょうだいを対象としたワークショップにファシリテーターとして参加協力しながら、きょうだいと家族の言動・生活のご様子、臨床・地域在宅支援の実態を調査することなどを通して、対象のニーズと支援のあり方に注目しながら情報収集にあたり、調査内容の精製を行った。研究課題番号2279220「病気や障害をもち入院する子どものきょうだいへの影響と支援(2010年度2012年度採択若手研究(B))の実績として開始した「入院する子どものきょうだいを対象としたワークショップ」について、引き続き定期開催を重ね(2回/年)、現在までに10回開催した。ワークショップでは、きょうだい・ご家族のご様子と臨床家とご家族の相互作用について観察調査を重ねている。引き続き、積み重ねたデータについて研究報告につなげていくことを検討している。また、このワークショップのほかにも想定する母集団とボランティアや学会、研究会等で接触し続け、母集団のさらなる理解につなげ支援のあり方についても考察している。これまでに、子どもの入院に付き添う母親の認識する入院する子どものきょうだいの様子について調査研究した成果を、本年度学術論文として投稿の準備を整えた。母親と、母親とは別に子どもが入院している期間、そのきょうだいの世話を主にされていてる方がいる場合には、その方との双方に、子どもの入院が開始となってからの、その子どものきょうだいの言動の変化に注目した全国調査について、本年度研究責任者の所属機関の倫理審査の承認を得たのちに開始した。病床数400以上で、小児の入院する医療機関を無作為に抽出し、研究協力への依頼を行った。医療機関より、研究協力に対する同意書と同時に配布可能な調査票部数を合わせて返送いただき、配布可能部数の調査票を送った。医療機関によっては、さらに各医療機関の倫理審査の承認を得てから調査を開始した。現在、アンケートに答えていただいた母親と子どもの入院中にそのきょうだいの世話をしている方が母親とは別にいる場合はその方からの調査票の返送を受け取り、データ入力を実施している。これまでの調査結果に基づき、母親の認識を通して得た、子どもの入院と母親の付き添いに伴う、その入院する子のきょうだいの人格的成長の構造を解明し、尺度買開発を行った研究について論文を作成し、学術論文として掲載された。尺度はSiblings Personal Growth Scaleと命名され、全22項目で第1因子Altruistic behavior、第2因子Development of emotional and social skills、第3因子にはSelf-Controlの3因子構造が抽出された結果で、今後の実用可能性への示唆を得た。母親と、母親とは別に子どもが入院している期間、そのきょうだいの世話を主にされている方いる場合は、その方との双方に、子どもの入院が開始となってからの、その子どものきょうだいの人格的成長と情緒と行動の問題の程度について調査研究を実施した。調査無記名自記式の質問し調査で、同意の得られた全国の小児の入院を有する医療機関を通して、母親に調査票一式を配布いただいた。きょうだいの世話を主にされている方がいる場合は、母親から調査票一式をお渡しいただいた。調査に同意・返送いただいた方々のデータを分析・結果と考察した支援のあり方について、国際学会での発表を行った。現在、国内学会での研究報告、そして論文投稿の準備中である。研究課題番号2279220「病域や入院する子どものきょうだいへの影響と支援(2010年度2012年度採択若手研究(B))の実績として開始した「入院する子どものきょうだいを対象としたワークショップ」について、引き続き定期開催を重ね(2回/年)、現在までに12回実践した。ワークショップでは、きょうだい・ご家族のご様子と臨床職とご家族の相互作用について観察調査を重ねている。積み重ねた成果について研究報告を検討している。前年度までに、研究動向について情報収集やフィールドワークの実施・調整に労力を費やした期間が長く、調査実施が当初計画より遅れてしまった。研究成果と示唆につて学術集会で一部研究発表を行ったが、論文投稿受理には至っていない。

続いて、子どもが入院している期間中、母親に変わって入院している子のきょうだいの世話を主にされている方がいる家庭を対象に、母親とその世話役を主に担っている方との双方に、子どもの入院が開始となってからの、その子どものきょうだいの人格的成長と情緒と行動の問題の程度について調査を実施し分析を行った。母親、世話を担っている方それぞれが捉える、きょうだいの人格的成長と情緒と行動の問題の程度、そしてそれぞれに関連する属性・背景因子について分析した結果について学術雑誌への投稿を実施した。研究課題番号2279220「病気で入院する子どものきょうだいへの影響と支援(2010年度2012年度採択若手研究(B))の実績として開始した「入院する子どものきょうだいを対象としたワークショップ」について、引き続き定期開催を重ね(2回/年)、現在までに14回実施した。ワークショップでは、きょうだい・家族のご様子と臨床職と家族の相互作用について観察調査を継続的に行った。母親と、母親以外で子どもの入院中にきょうだいの主な世話役を担っている方それぞれが認識するきょうだいの情緒と行動の問題、人格的成長の程度について調査し、関連する属性背景因子について示唆を得た。前年度、研究動向について情報収集やフィールドワークの実施・調整、既存成果の論文投稿に労力を費やした期間が長く、新規の調査実施が当初計画より遅れてしまった。ワークショップ等の実践形式の研究活動は継続し、その調査結果の累積を継続する。調査研究の結果と示唆について、学術論文への投稿から掲載までを達成する。小児看護学ワークショップ等の実践形式の研究活動は継続し、その調査結果の蓄積を継続する。横断型の調査研究の結果分析し、学会発表や報告書、学術論文としての投稿の準備をしていく。研究動向について情報収集やフィールドワークの実施・調整、既存成果の論文投稿に労力を費やした期間が長く、新規の調査実施が当初計画より遅れてしまった。計画全体の実施状況がやや遅れ、調査データの分析と論文作成が間に合わなかっため。論文作成のために必要になる文献の取り寄せ、書籍の購入、校正と投稿にかかる費用としての執行を計画している。ワークショップ等の実践形式の研究活動は継続し、その調査結果の蓄積を継続する。横断型の調査研究を計画中であり、今年度中に所属大学倫理委員会審査承認後に調査を開始する予定である。計画がやや遅れ、物品購入や調査費用が次年度に繰り越す必要があるため。情報収集や実践的な研究活動にかかる旅費、調査にかかる物品の購入や旅費などに使用していく。
強相関量子シミュレータの開発と応用

本研究課題では強相関量子系の量子ダイナミクスを明らかにするため、密度行列繰り込み群法を拡張した強相関量子シミュレータの開発とその応用を目的としている。平成30年度における密度行列繰り込み群法による強相関量子シミュレータ開発の進展としては、これまでに開発したプログラムの大規模並列化、また様々な強相関量子系や系の時間依存性への対応などのプログラムの機能の拡張が挙げられる。さらに、強相関量子系の実時間ダイナミクスに対し、各時刻での量子状態の判定を効率的に可能にするため、新たに機械学習分野で発展したニューラル・ネットワークによる手法を開発した。この手法は、密度行列繰り込み群法の計算過程で得られる縮約密度行列の固有値に対応するエンタングルメント・スペクトルから量子相を直接を判定する。すでに知られている半充填のハバード模型の基底状態相図について学習したニューラル・ネットワークで確認を行ったところ相境界を正しく判定することが可能であることが確認された。さらに、これを量子ダイナミクスの研究に応用するため、レーザーパルスにより励起された時間発展する非平衡状態の判定に適用し、これとは別に計算した相関関数との比較を行ったところ光誘起相転移の判定が可能であること、またこれまでに知られていない量子相の発見につながった。したがって、この方法は強相関量子系の量子ダイナミクス研究に対し非常に有用であると考えられる。この研究成果は学会等で発表し、また論文を投稿中である。また、開発した量子ダイナミクスシミュレータをSPring-8等の大規模実験施設より得られた実験結果と対応した強相関量子系の励起ダイナミクスの研究に応用し、その研究成果を学会や論文で報告した。これまでに開発した多次元強相関量子系に対応した直交多項式展開法を用いた時間依存密度行列繰り込み群法や動的密度行列繰り込み群法が問題なく実行できることが確認され、その大規模並列プログラムの開発も順調に進んでいる。同時に機械学習の手法を応用した量子ダイナミクス研究手法の開発も進んでいる。また、ここで開発された密度行列繰り込み群法による量子アニーリングシミュレータの応用研究も順調に進んでいる。したがって、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。研究計画通り、今後も研究を推進する予定である。物性物理分野における量子ダイナミクス研究とそのための大規模並列密度行列繰り込み群法のプログラム開発については、より広汎な応用が可能になるよう機能を拡張し、様々な研究への応用が可能になるよう開発を進める予定である。また、物性物理分野にとどまらず、ゲート方式の量子コンピュータをシミュレートすることが可能な時間依存密度行列くりこみ群法の研究開発も進める予定である。本研究課題では、強相関系の量子ダイナミクスを明らかにすることを目的に、密度行列繰り込み群法を応用した強相関量子シミュレータの開発を行うことである。平成29年度に実施した強相関量子シミュレータの開発における進展は、時刻の異なる状態について、密度行列繰り込み群法によりそれぞれの時刻の状態を表現するために最適化された異なるヒルベルト空間の表現で与える新たな時間依存密度行列繰り込み群法の手法を開発した。ここで開発された手法は、動的密度行列繰り込み群法で用いられるマルチターゲットの手法を応用し、異なる時刻の状態をひとつの最適化されたヒルベルト空間の表現で与える場合と比較して、半分程度の制限された基底の数でよりより高精度な結果を得ることが確認された。特に密度行列繰り込み群法の計算コストはこの制限された基底の数の3乗で与えられることから、本課題で開発された手法は非常に有効であると考えられる。また、同時にこの密度行列繰り込み群法の大規模並列化を進め、本研究の対象である強相関量子系の量子ダイナミクスの研究を行った。平成29年度の研究成果としては、幾何学的なフラストレーション効果により量子モンテカルロ法では取り扱いが困難な系を中心に、三角格子ハバード模型やKagome-strip鎖の新奇量子相の研究、またSPring-8等の大規模実験施設と連携したキャリアドープされた銅酸化物高温超伝導体の電子状態の解析等を行った。また、本研究課題で開発を行っている多次元系へ応用可能な時間依存密度行列繰り込み群法の応用研究として組合せ最適化問題に対して有効であると考えられる量子アニーリングに対する応用研究を行い、その研究成果を国際会議において発表した。本研究課題の目的である強相関量子シミュレータの開発のための多次元系に応用可能な時間依存密度行列繰り込み群法の手法開発は完了し、実際の応用研究の段階へ進んでいる。特に、平成29年度に開発した時刻の異なる状態について、密度行列繰り込み群法によりそれぞれの時刻の状態を表現するために最適化された異なるヒルベルト空間の表現で与える新たな時間依存密度行列繰り込み群法の手法は、計算コストの面からも非常に効率的な計算の実行が可能であり、高精度な強相関量子系の実時間シミュレーションが可能である。また、本研究課題が目標とする量子アニーリング、または量子ビットによる量子コンピュータのシミュレータとして、任意の相互作用の導入が可能な手法であることからその応用が可能である。また、この新たな時間依存密度行列繰り込み群法のプログラムも大規模並列計算に対応する形で完成しており、すでにその応用研究も進んでいる。

さらに、強相関量子系の実時間ダイナミクスに対し、各時刻での量子状態の判定を効率的に可能にするため、新たに機械学習分野で発展したニューラル・ネットワークによる手法を開発した。この手法は、密度行列繰り込み群法の計算過程で得られる縮約密度行列の固有値に対応するエンタングルメント・スペクトルから量子相を直接を判定する。すでに知られている半充填のハバード模型の基底状態相図について学習したニューラル・ネットワークで確認を行ったところ相境界を正しく判定することが可能であることが確認された。さらに、これを量子ダイナミクスの研究に応用するため、レーザーパルスにより励起された時間発展する非平衡状態の判定に適用し、これとは別に計算した相関関数との比較を行ったところ光誘起相転移の判定が可能であること、またこれまでに知られていない量子相の発見につながった。したがって、この方法は強相関量子系の量子ダイナミクス研究に対し非常に有用であると考えられる。この研究成果は学会等で発表し、また論文を投稿中である。また、開発した量子ダイナミクスシミュレータをSPring-8等の大規模実験施設より得られた実験結果と対応した強相関量子系の励起ダイナミクスの研究に応用し、その研究成果を学会や論文で報告した。これまでに開発した多次元強相関量子系に対応した直交多項式展開法を用いた時間依存密度行列繰り込み群法や動的密度行列繰り込み群法が問題なく実行できることが確認され、その大規模並列プログラムの開発も順調に進んでいる。同時に機械学習の手法を応用した量子ダイナミクス研究手法の開発も進んでいる。また、ここで開発された密度行列繰り込み群法による量子アニーリングシミュレータの応用研究も順調に進んでいる。したがって、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。これまで開発が進められた多次元系に応用可能な時間依存密度行列繰り込み群法をさらに拡張し、様々な応用が可能な強相関量子シミュレータの完成を目指す。そのための計算手法のさらなる発展や量子コンピュータのシミュレーションが可能な様々な相互作用の導入が可能なプログラム開発、また効率的な計算が可能なアルゴリズム開発や大規模並列化等を行う。同時に、本研究で開発した強相関量子シミュレータの応用研究を行う。本研究で開発し強相関シミュレータは、実時間量子ダイナミクスの研究のみではなく、SPring-8やJPARC等の実験の解析に用いることが可能である。また、幾何学的フラストレーション効果等により量子モンテカルロ法ではいわゆる負符号問題により計算が困難な系や、厳密対角化法では取り扱いが事実上困難な巨大な内部自由度を持つ系等への応用研究も同時に進める。研究計画通り、今後も研究を推進する予定である。物性物理分野における量子ダイナミクス研究とそのための大規模並列密度行列繰り込み群法のプログラム開発については、より広汎な応用が可能になるよう機能を拡張し、様々な研究への応用が可能になるよう開発を進める予定である。