hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乱流拡散燃焼過程における可視長波長域発光現象と燃焼生成物

本年度は、乱流拡散火炎の可視波長域発光現象の結果として生じる火炎色情報を利用することにより、比較的大規模な二次元渦火炎構造の観察を行った。このために以下に示す項目について検討を行い、同時に行われた成果についても示す。1.火炎色の定量化火炎色を定量的に表現することにより、火炎の色情報を燃焼計測のための一情報はとして利用可能とした。具体的には色彩学法に基づいて火炎色をCIE等色関数に基づく色度座標(X,Y,Z)により表現することが可能となった。2.火炎色と空気比あるいはラジカル濃度分布との関連性の検討火炎色は、反応帯に存在するラジカルの発光や化学反応の結果として生じるために、ラジカル濃度分布や空気比と関連性をもつことが予想される。この関連性について検討した結果、プロパンを燃料とした場合、色度座標は空気比に対して一意的に変化し火炎色から空気比の予測が可能であることが示された。また、火炎の発光源が限られている場合には火炎中のラジカル発光強度分布を予測できる可能性が示された。3.火炎色による乱流火炎構造の観察(1)乱流拡散火炎の基本特性の把握本年度は、ブラフボディ後流に形成される拡散火炎を対象とし、とくに再循環領域と主流の境界せん断領域に形成される渦火炎に注目した。この構造を高速度シュリ-レン像、温度変動、イオン電流変動により観察しその火炎構造の規則性あるいは火炎の渦構造を明らかにした。(2)火炎色による乱流火炎構造の観察上記の火炎を対象とし火炎色による火炎構造の観察を行なった。渦火炎中の空気比分布などの推定を行い、(1)で得られた結果と矛盾のない分布であることが示された。
アジア人型2型糖尿病の発症要因の解明

申請者はこれまでに、肥満を基盤に発症すると考えられてきた生活習慣病に関し、過食や運動不足ではなく摂取する食物の性状に着目した研究を遂行してきた。興味深いことに、普通食に水を加え軟らかい性状にした食餌をラットに与えたところ、肥満を示さないが糖尿病や脂肪肝といった生活習慣病を呈することが明らかになった。本研究は、軟食を摂取したラットの糖尿病発症機構を分子レベルで解明し、日本人を含むアジア人の生活習慣病の特徴である肥満のない2型糖尿病発症メカニズムの解明を目指す。
ナビゲーションにおける通路網構造の把握と通路の視覚的特性との関係に関する研究

現実のナビゲーションには、通路空間の視覚的特性情報と通路網の空間的構造に関する概念的情報との両側面がかかわっており、ナビゲーションの様相をより明確にするためには、それぞれの情報の機能と両者間の相互関係を解明する必要がある。本研究では、ナビゲーション事態を対象として、4つの通路網タイプ--格子状通路網・三叉路通路網・Y型交差通路網・O型街区通路網--をそれぞれ模した環境について、天井高ならびに壁面条件の変化を加えつつ、(イ)通路の視覚的特性のみが与えられた状況、(ロ)通路網タイプの空間構造に関する概念的情報のみが与えられた場合を取り挙げ、ウオークスルー型ステレオグラムを用いて、これら入力情報ならびに通路モデル条件の差異による、ナビゲーション行動および環境把握の傾向を比較検討し、それぞれの情報の機能と相互関係の解明を試みた。所与のモデル空間に関する把握では、把握範囲およびその正確さともに、平面教示によって与えられた空間的構造に関する概念的情報が、連行教示条件によって与えられる通路網空間の視覚的特性情報よりも優位であり、また、把握の様式が、前者ではイメージ的で、後者では記号的であった。本研究に先行する、現場における経路探索過程に関する実験的研究の結果に依れば、地図情報による歩行における空間把握では、地図情報が概念的図式的に把握され、歩行の反復が必ずしも空間把握の進展をもたらすとは限らない傾向が認められたのに対して、本研究で用いた人工的に作成された通路網タイプは、空間構造が概念化されやすく、その把握が容易であったと考えられる。一方、ステレオグラムシミュレーションにおける連行歩行中の視覚的環境が、現実の環境に比して単調であること、ならびにウオークスルー型の仮想歩行が実際の身体行動を伴わないことから、本研究の連行歩行における空間把握が困難であったと推定され、研究方法の課題を残している。ナビゲーション事態を対象として、2つの通路網タイプ--格子状・不整形--をそれぞれ模した迷路環境について、初期情報として、(1)通路の視覚的特性あるいは(2)通路網タイプの空間構造に関する概念的知識、の2種類を取り挙げ、これら情報の差異によるナビゲーション行動および環境把握の傾向を比較検討するために、今年度は以下の準備と予備的実験を行った。<1>実験準備と実験計画の検討1)既設の「空間・環境VRシミュレーションシステム」を基幹装置とし、実験用環境としての迷路空間モデルのグラフィックデータ、ならびに歩行に伴う視覚的環境変化のリアルタイム3次元ウオ-クスループログラムを作成した。2)通路網タイプを、T字型迷路ならびにY字型迷路とし、その規模をそれぞれ2種類とした。3)出発点から目的点へ迷わず歩行できるまで学習させた後、目的点から出発点に戻る課題とした。学習方法は、連行歩行と平面図による学習とし、前者は迷路空間内の視覚的な様相を継時的に提示し、後者は迷路の平面図を30秒間記憶させた。4)課題遂行中の経路・ナビゲーション後のスケッチマップ・インタビューを記録する。<2>予備実験結果以上に基づいて、各実験条件につき被験者20名によって予備的実験を行った結果、1)実験の装置・プログラムの作動性は概ね所期の目的を達成し得ると判断された。ただし、被験者の身体寸法(例えば両眼間距離)に合わせるプログラムの修正、マウス操作性改善の必要性が指摘された。2)課題遂行は、T字型よりもY字型において、また、迷路の規模が大きいほど困難であった。3)T字型迷路の場合は、連行歩行による学習においても経路の構造を平面図化して定位し、その規模が大きい場合にも可能であった。Y字型迷路は平面図で学習された場合でも、構造的な把握は困難で、曲折方向の維持的順序記憶に依る傾向がみられた。

ナビケーション事態を対象として、4つの通路網タイプ-格子状・T字路・Y字路・格子○字変形-を、それぞれ環境VRシミュレーションシステム上に模した一様な迷路環境について、リアルタイム3次元ウオ-クスループログラムを作成して、初期情報としての(1)通路の視覚的特性あるいは(2)通路網タイプの空間構造に関する概念的知識、の2種類を取り挙げ、これら情報の差異によるナビゲーション行動および環境把握の傾向を比較検討するために、今年度は以下の実験を行った。<実験1>として、前記通路網タイプそれぞれについて、初期情報の差による影響を調ベ、<実験2>として、通路幅ならびに通路壁面の色彩を変化させた部分的な条件付加モデルを用いる。いずれの実験も、出発点から目的点へ迷わず歩行できるまで学習させた後、目的点から出発点に戻る課題とした。学習方法は、連行歩行と平面図による学習とし、課題遂行中の経路・ナビゲーション後のスケッチマップ・インタビューを記録した。以上に基づいて、各実験モデル・各教示条件につき被験者10名によって実験を行った結果、以下の通りであった。1)所与のモデル空間に関する把握では、把握範囲およびその正確さともに、平面教示が連行教示条件よりも高い。また、把握の様式が、前者ではイメージ的で、後者では記号的である。すなわち、少なくとも今回実験された迷路的環境においては、通路網タイプの空間構造に関する概念的知識が、通路の視覚的特性の継時的把握による知識に勝るといえる。2)しかし、ナビゲーション開始前の初期情報によって形成される空間把握に対して、ナビゲーション途上における迷路の部分情報を付加した場合、その効果が現れている。ただし、その様相には迷路のタイプによる差が認められる。3)格子型迷路では、平面教示の場合に迷い行動は少なく、交差の形状を円弧に変形させた格子○字変形型では、迷いが発生しやすくなっている。現実のナビゲーションには、通路空間の視覚的特性情報と通路網の空間的構造に関する概念的情報との両側面がかかわっており、ナビゲーションの様相をより明確にするためには、それぞれの情報の機能と両者間の相互関係を解明する必要がある。本研究では、ナビゲーション事態を対象として、3つの通路網タイプ--格子状通路網・放射同心円状通路網・不整形通路網--をそれぞれ模した環境について、(イ)通路の視覚的特性のみが与えられた状況、(ロ)通路網タイプの空間構造に関する概念的情報のみが与えられた場合、(ハ)これら両者が与えられた場合、を取り挙げ、これら入力情報の差異によるナビゲーション行動および環境把握の傾向を比較検討し,それぞれの情報の機能と相互関係の解明を試みた。所与のモデル空間に関する把握では、把握範囲およびその正確さともに、平向教示によって与えられた空間的構造に関する概念的情報が、連行教示条件によって与えられる通路網空間の視覚的特性情報よりも優位であり、また、把握の様式が、前者ではイメージ的で、後者では記号的であった。本研究に先行する、現場における経路探索過程に関する実験的
動物細胞培養シミュレーターの開発

大学教養あるいは高等学校レベルでの教育的実験において、遺伝子組み換えの原理や手法を含め、動物培養細胞を用いた研究手法をより高度で詳しく学ぶことは、科学教育の発展のために望まれる。しかし、これを安価かつ限られた期間内で行うことは従来困難であった。そこで本研究では、モデル生物とされる細胞性粘菌の細胞を用いながら、あたかも動物培養細胞を用いるように実験を経験できる教育的実験システムを開発した。これまで、ヒトやマウスなどの高等動物の細胞培養系を用いた研究の手法を学ぶには、実際にこれらの細胞を培養しながら経験を積む以外に方法がない。これに対して、本研究では、小型のアメーバ状細胞であり、動物培養細胞と見かけ上類似し、培養操作上の類似点も多い、細胞性粘菌を用いて、動物細胞の培養操作を体験できる、教育実験系を作ることを目的としている。細胞性粘菌は、実験環境の閉鎖レベルがより緩やかなP1レベルの生物として扱える生物であり、また、培養は安価な装置を自作することによっても可能である。したがって、高等学校の理科実験室で、細胞培養、遺伝子組み換え、組み換え体の観察、等の実験を可能にできる教育実験系として期待される。本研究では、細胞性粘菌での実験を、動物培養細胞での実験のシミュレーションとして体験できる点に特徴がある。本年度は、(1)P1レベルの生物の遺伝子組み換え体の安全確実な廃棄を保証できる方法の確立、(2)培養液の組成の検討、(3)安価な培養装置の試作に向けた準備を行ってきた。その結果、(1)オートクレーブがない実験室であっても、家庭用漂白剤(次亜塩素酸)処理により完全に組み換え体を死滅化できること、(2)ペプトンと酵母エキスを含む培地の一部を、葉酸を含むビタミンB群で置き換えが可能であることを確認した。さらに、(3)については、ペルティエ素子を使った冷却法による、小型・安価な培養槽を試作中である。22年度では、教育実験としての実験マニュアルを作成し、これをもとに、本研究の協力校での試験的な実験の実施を計画している。実験の安全管理について、P1レベルの生物である細胞性粘菌の遺伝子組み換え体の安全確実な廃棄を保証できる方法として次亜塩素酸処理が有効であることを確認した前年度までの結果を受け、法律を遵守しながら安全に教育的実験を遂行できるようにするべきガイドラインを作成した。このガイドラインでは、特に高等学校でのP1レベルの遺伝子組み換え体の使用に関して、生物体の確実な不活化と廃棄の実施と実験管理記録の保存、および、実験従事者と責任者の明確化、等の問題について、安全管理体制が確立している近隣の大学や研究機関が協力することで、確実な実施を可能とする提案が含まれている。このガイドラインに沿って、細胞性粘菌の組み換え体を使用する3年次学生の実験を行い、その教育的な効果について検討をした結果、特に安全管理上注意すべき生物体の不活化処理、インキュベーターの誤動作を想定したシミュレーション環境での誤動作からの回復の手順、蛍光顕微鏡を用いた細胞の観察、等の手順について、習熟度を高める傾向が認められた。それらの試行実験の結果を受けて実験方法のマニュアルの作成をし、年度末の時期に、それに基づいた、より多人数での実験の実施を計画していたが、震災の影響により計画が頓挫してしまい、また、この教育的実験系の開発に必要であった細胞性粘菌の標準株のストックが長期の停電により失われるなどの数多くの問題が生じ、計画の遂行が非常に困難になったことから、23年度への繰越しをふくめ、実験計画を再編した。当該年度は本研究の最終年度にあたるため、細胞性粘菌の培養系をもちいながら、あたかも動物細胞を培養しているような経験をすることができる教育的実験系の確立を目指して研究を遂行した。その結果、使用する培地の色が異なる点を除いては、当初の目的にかなう教育的実験系が開発された。学内での学生実験、および、本学に来学した高等学校の生徒の体験授業において、その系を利用した実験を行った結果、クリーンベンチでピペット等の器具を使用した培地交換、細胞の植え継ぎなどの基本的な培養操作、インキュベーターの操作、顕微鏡による細胞数のカウントや形態観察等の操作など、基礎的な動物細胞培養に関わる操作の習熟度を高める効果が認められた。また、学生および生徒の細胞に対する興味を高める効果も認められた。この点について、シミュレーション実験環境としての細胞性粘菌の利用に限定せず、あらかじめ実験に参加する学生および生徒に対して、細胞性粘菌の生物学的な特徴について説明した上で、同様の実験操作を経験させた場合においても、培養操作全般についての習熟度に変化が認められなかった。さらに、細胞への興味を高める意味においては、扱う対象としての細胞性粘菌について、詳しい説明をしてから実験を行う方がむしろ効果的であり、細胞生物学に対する、継続的な興味を引き出す効果も高いと思われる。本研究を通じて、細胞培養の操作全般について習熟度を高めるための安価な教育的実験系として、細胞性粘菌が有効であることが示された。

加えて、この生物への興味を、むしろ引き出すことにより、さらに科学的な興味を高めることが認められたことから、今後、教育的な実験の場で細胞性粘菌がより広く用いられることによって、中等・高等教育の場での理科教育の水準を高める効果もあるものと期待される。当初の目的に沿って、高等学校のクラス規模での試行的な教育的実験の実施を計画していたが、震災の影響によって実施が不可能となった。また、使用する培地の組成について、完全合成培地による培養効率を高めることが非常に難しい点も問題であった。実験マニュアルの作成、安全管理のガイドラインは作成し、これによって、シミュレーション実験環境の基本的な構成は完了した。平成23年度には、本学の3年次生の学生実験において、開発したシミュレーション実験環境を試用するほか、高等学校での試行的実験を計画し、少人数(10人以下)での試行実験のステップのあと、より多人数(1クラス程度)での実験の実施を計画し、実験マニュアルの改訂を進めながら、より教育効果の高い実験系を確立する。
細胞移植による眼組織の機能的再構築

網膜色素変性症、緑内障のように、網膜神経細胞が不可逆性の変性をきたす疾病に対して、眼組織由来の幹細胞システムを樹立し、その幹細胞から、光受容細胞、神経節細胞を産生して再生医学的治療を行うことが本研究の目的である。初年度は以下のような研究成果を得た。(1)生後1-2日目のヒヨコ虹彩色素上皮細胞を定法により単離し、培養した。培養液中にFGF2を添加すると、次第に神経マーカーであるtubulinやグリア・マーカーである04、GFAPを発現する細胞が出現し、その割合を増した。この培養系から、神経幹細胞が誘導できることが明らかになった。(2)この幹細胞の培養液中に、FGF2とCNTFを添加したところ、杆体光受容細胞マーカーであるopsin陽性細胞とミュラー細胞マーカーであるvimentin陽性細胞が出現した。さらにDiIラベルした幹細胞とニワトリ初期胚由来の神経性網膜とをaggregation cultureして、retinosphereを作成したところ、opsin陽性細胞体は外顆粒層にあたるsphere最外層に、vimentin陽性細胞体は内顆粒層相当部分に検出できた。vimentin陽性の細胞突起は、最外層である外境界膜相当部分から、最内層の内境界膜相当部分まで検出できた。それぞれの細胞が、網膜内における杆体光受容細胞、ミュラー細胞の本来の位置に形成されることが明らかになった。この実験系では、虹彩色素上皮中に神経幹細胞としての性質を持つ細胞が元来存在するのか、虹彩色素上皮細胞が、神経幹細胞を経て、光受容細胞に分化転換したのかは明らかでない。今後、網膜神経節細胞の作出を目指すと同時に、虹彩組織における幹細胞システムの全容を明らかにしたい。
全身性エリテマトーデス患者T細胞に発現されるTCRζ鎖の異常に関する研究

TCRζ鎖発現低下によって惹起される上流シグナル伝達の異常を、T細胞膜に存在してシグナル伝達に中心的役割を果たしているraft/GEMに着目して解析した。1)レクチンなどによって正常人T細胞を刺激すると、細胞質画分に多量に存在するLATがraft/GEM画分に移動するとともにアダプター蛋白、PI-3K、p95vavなどのキナーゼもraft/GEMに移行することが確認された。一方、無刺激T細胞では、細胞質画分のLAT発現は、正常人、SLE T細胞でほぼ同等であったが、正常人T細胞のraft/GEM画分にはLATがリクルートされていなかった。SLE T細胞では、生体内ですでにraft/GEM画分のシグナル伝達は、活性化が持続した状態となり、本来ならフォスファターゼをリクルートして、TCRζ鎖のチロシンリン酸化を脱リン酸化してスイッチオフにするべきところが、TCRζ鎖が発現されていないために負の制御がかからない、可能性が考えられた。以上、TCRζ鎖は、細胞質、T細胞膜同様、raft/GEM画分にも全く検出されなかった。一方、そのなかで分子足場形成に必須のLATは、正常T細胞と異なり、SLET細胞では、無刺激の状態ですでにraft/GEM画分にチロシンリン酸化を受けた状態で存在しており、同時に複数のアダプター蛋白が会合していた。TCRζ鎖がraft/GEM画分に存在しない事によって、負の制御の標的がなく、持続的な活性化が引き起こされている可能性が示唆された。これによって、インターフェロン-γや、BAFF/zTNF4/BlyS/TALL-1などのサイトカイン産生が亢進し、自己免疫現象を誘導したものと考えられた。今後、この異常経路を是正するモノクロナール抗体やレセプターアンタゴニストの開発が進めば、より病態に則した、しかも副作用の少ない新規薬剤が生み出される可能性があり、さらなる検討が期待される。1)TCR-CD3複合体架橋によるチロシンリン酸化正常人、SLET細胞を抗CD3,抗CD4抗体で架橋してシグナルを入れると、正常T細胞には、18-23kDa,60kDa,70kDa,100kDa,120kDaにチロシンリン酸化された分子が検出された。一方、SLET細胞では、全体的にチロシンリン酸化のレベルが低く、なかでもpp18-23とpp100120では、チロシンリン酸化が高度に低下し、しかもそれが多数例で観察された。2)SLET細胞表面におけるTCR-CD3複合体構成サブユニットの発現TCR-CD3複合体を形成する各サブユニットの表面発現をフローサイトメーターで解析。SLEでは、正常人、慢性関節リウマチ(RA)患者に比べ、TCRα,TCRβ,CD3ε、TCRζの発現が有意に低下していた。なかでもTCRζは低下が最も著明。3)T細胞全体のTCR-CD3複合体サブユニットの発現T細胞表面での発現低下の原因として、細胞膜へのトランスポートに異常があるのか、細胞質全体での蛋白発現が低下しているのかを明らかにするため、T細胞を1%NP-40で溶解した全溶解液を用い、各サブユニットを免疫沈降。その結果、TCRζは60%のSLE症例で正常の半分以下に発現が低下していた。同様の成績は、TCRα,TCRβ,CD3εにおいても認められたが、CD3γ,CD3δ鎖で興味ある成績が得られた。

則ち、発現低下しているTCRζとは対照的に、これらのサブユニットは正常と同等かむしろ増加しており、TCRζなどの他のサブユニットの発現低下を補っているものと考えられた。TCRζ鎖発現低下によって惹起される上流シグナル伝達の異常を、T細胞膜に存在してシグナル伝達に中心的役割を果たしているraft/GEMに着目して解析した。1)レクチンなどによって正常人T細胞を刺激すると、細胞質画分に多量に存在するLATがraft/GEM画分に移動するとともにアダブター蛋白、PI-3K、p95vavなどのキナーゼもraft/GEMに移行することが確認された。一方、無刺激T細胞では、細胞質画分のLAT発現は、正常人、SLE T細胞でほぼ同等であったが、正常人T細胞のraft/GEM画分にはLATがリクルートされていなかった。SLE T細胞では、生体内ですでにraft/GEM画分のシグナル伝達は、活性化が持続した状態となり、本来ならフォスファターゼをリクルートして、TCRζ鎖のチロシンリン酸化を脱リン酸化してスイッチオフにするべきところが、TCRζ鎖が発現されていないために負の制御がかからない、可能性が考えられた。以上、TCRζ鎖は、細胞質、T細胞膜同様、raft/GEM画分にも全く検出されなかった。一方、そのなかで分子足場形成に必須のLATは、正常T細胞と異なり、SLET細胞では、無刺激の状態ですでにraft/GEM画分にチロシンリン酸化を受けた状態で存在しており、同時に複数のアダプター蛋白が会合していた。TCRζ鎖がraft/GEM画分に存在しない事によって、負の制御の標的がなく、持続的な活性化が引き起こされている可能性が示唆された。これによって、インターフェロンγや、BAFF/zTNF4/BlyS/TALL-1などのサイトカイン産生が亢進し、自己免疫現象を誘導したものと考えられた。今後、この異常経路を是正するモノクロナール抗体やレセプターアンタゴニストの開発が進めば、より病態に則した、しかも副作用の少ない新規薬剤が生み出される可能性があり、さらなる検討が期待される。
重度歯周病罹患歯の残存歯根膜を組織培養した歯の移植による歯周組織再生療法の開発 -歯周病により破壊された骨欠損をBMPの応用により再生させた部位への歯牙移植-

歯周病罹患歯を口腔から摘出し、(1)in vitroで根面に付着した残存歯根膜を組織培養することよって、歯根全面を培養歯根膜細胞が付着した歯とする。(2)口腔内の高度に吸収した歯槽骨を培養期間中に骨形成因子であるBMPにより再生させた部位に、その歯を再値することによって歯周組織の再生を狙う新しい治療法を考案して、その開発に向けて研究を行っている。(実験1)目的:組織培養により歯根全面を培養歯根膜細胞が付着した歯の移植後の治癒を検討する。方法:成ビーグル犬4頭の前歯25歯を用いた。前歯を摘出後、CEJから幅4mmの根面を全周にわたりルートプレーニングして、根尖側の残存歯根膜はそのままにしたものを被験歯として準備した。実験群(N=14)は培地中で6週間培養を行った後、口腔内へ自家移植を行った。対照群(N=11)は被験歯の調整後、直ちに自家移植を行った。観察期間は移植後4週とし、病理組織学的観察を行った。結果:ルートプレーニングされた根面では、残存歯根膜から培養増殖した細胞によって、移植後の歯肉上皮のdown growthが阻止され、結合組織による付着が増加する可能性が示唆された。しかし、セメント質形成の促進、根吸収と骨性癒着の防止への影響については明らかではなかった。残存歯根膜部は、両群とも付着には差はなかったが、実験群は歯根膜中の細胞配列が一部疎な部分が存在した。このことより、歯根膜の細胞外器質も歯根膜形成に重要な役割を持つのではないかと考えた。(実験2)目的:BMPの移植による骨形成および、歯根膜細胞への影響が、部位特異性があるか検索する方法:ビーグル犬の上下顎小臼歯に深さ4mmの水平性骨欠損を作成後、ルートプレーニングした根面にBMP配合PGSを埋稙し、12週後に病理組織学的観察および計測を行った結果:BMPによる骨形成量、結合組織性付着量は、上下顎という部位による違いはなかった。残存歯根膜を組織培養する期間が、歯の移植後の治癒に与える影響を検索する目的で、摘出した歯から歯根膜が付着した試験片を準備し、2もしくは4週間の組織培養をおこなった後、下顎骨に作成した窩洞に移植し歯肉骨膜弁で覆った。対照として歯根膜を完全に除去した試験片を作成して同様に移植を行った。移植後の観察期間を4週とし、病理組織学的観察を行った。その結果、歯根膜を除去したものは根吸収と骨性癒着が常に観察されたのに対し、歯根膜が付着したものは根吸収と骨性癒着がほとんど観察されなかった。さらに培養期間4週のものは培養期間2週の場合より歯根膜様組織が減少し、移植片表面に平行に走行する線維が多く見られる傾向があった。このことより、培養期間が長期になると残存歯根膜部では移植後、歯根膜様組織が減少することが示唆された。BMPと根面との距離が歯周組織の再生、特に付着様式にどのように影響するかについて検索を行う目的で、イヌの小臼歯に深さ4mmの水平性骨欠損を作成した後直ちに実験的歯周炎を起こした。8週後、ルートプレーニングした根面にBMP配合PGSを直接触れるように埋稙あるいはスペーサーを介在させてBMP配合PGSを埋稙し、12週後に病理組織学的観察を行った。その結果、BMPを埋稙することによってルートプレーニング面に広範囲にセメント質様組織の形成と上皮のdown growthの抑制が認められ、根吸収および骨性癒着はほとんど見られなかった。さらにこの効果は、スペーサーの有無に関わらずに観察された。これらのことよりBMPによって結合組織性付着をともなう歯周組織の再生が促進する可能性が示唆されたとともに、BMPと根面との距離は、その再生についてあまり厳密な影響を与えることはないと考えられた。

残存歯根膜部は、両群とも付着には差はなかったが、実験群は歯根膜中の細胞配列が一部疎な部分が存在した。このことより、歯根膜の細胞外器質も歯根膜形成に重要な役割を持つのではないかと考えた。(実験2)目的:BMPの移植による骨形成および、歯根膜細胞への影響が、部位特異性があるか検索する方法:ビーグル犬の上下顎小臼歯に深さ4mmの水平性骨欠損を作成後、ルートプレーニングした根面にBMP配合PGSを埋稙し、12週後に病理組織学的観察および計測を行った結果:BMPによる骨形成量、結合組織性付着量は、上下顎という部位による違いはなかった。
公立学校組織における保護者関係マネジメントの研究

本研究における成果は次の2点である。第1は、保護者による学校信頼の決定要因を、都市部近郊の公立学校を事例として解明した点である。保護者が学校を信頼する(あるいは信頼しない)理由が、本研究の計量的分析を通して明らかにされている。第2は、「信頼される学校」の組織特性を、学校組織内におけるチームリーダーシップと教師のチーム効力感の視点から解明した点である。平成20年度の研究では、まず第1に、保護者が学校を信頼する理由が解明された。事例校の保護者を対象とする調査結果には、学校信頼の決定要因としての充実感と誠実さが析出されている。保護者が学校組織に関与した際に、徒労感ではなく充実感を味わうことができたかどうか、また、保護者と教職員との相互作用において誠実性を感じることができたかどうかが学校信頼の重要な決定要因となっている。特に前者の結果については、学校行事やPTA活動の抜本的見直しを示唆するものとなっている。第2に、保護者との信頼構築を促進する組織システム特性が解明された。ポイントは次のふたつである。ひとつは、学年チームの機能である。学年教師の効力感が高く、知識の共有化や相互支援がうまく機能している場合、その学年では信頼を獲得しやすい。学年チームの協働体制が保護者の学校信頼に影響を及ぼしている。もうひとつは、校長・教頭・教務主任等のチームリーダーシップである。これらのトップマネジメントチームのメンバーが協働関係を形成している学校組織では、保護者との信頼関係が良好である。学年主任がトップマネジメントチームと学年チームの両方に関わり、関係を整合化することの意義を指摘することができる。第3に、信頼構築効果を検証するためのデータ収集(18校;小学校10校・中学校8校)に成功した。2年目に同様の調査を行うことで、信頼と学力についての因果関係を視野に入れた分析が可能となる。「保護者が抱く組織イメージと学校信頼の関係-個人・集団レベルデータを用いた分析-(愛媛大学教育学部紀要)」では、保護者による学校の組織イメージが、スタッフクオリティ(教員の指導力や熱意)、インプレッション(一般的・表層的印象)、パフォーマンス(学校経営の特徴や教育成果)の3次元より構成されていることが明らかにされた。また、保護者が抱く学校組織イメージについては学校間での有意な分散が認められている。これらのイメージ因子のうち、学校に対する信頼を決定するのはスタッフクオリティ(属性要因の統制後)であるとする結果が得られた。ただし、こうした傾向はすべての学校において認められるわけではなく、都市部近郊あるいは郊外の中・大規模校において認められる現象である。これらの地域では、学校組織が保護者の信頼を得るために、教員の指導力の高さや熱意・努力日常的に保護者に伝えていく必要がある。「公立小学校における保護者セグメントの決定要因-学校との相互作用,家庭効力感,コミュニティ効力感の視点から-(日本教育行政学会年報)」では、学校に対して否定的態度を示す保護者の特性として、学校・担任とのつながりの脆弱さに加えて、保護者相互や地域社会とのつながりも脆弱であることが明らかにされている。経済階層・母親就労形態・一人親家庭等の属性要因よりも、人と人とのつながりの弱さ(無縁化・孤立化)が、学校を批判する行動傾向に関連している。したがって、学校組織では、PTAとの連携協力による「孤立」|傾向の保護者に対する事前の支援アプローチが効果的であると考えられる。
受診行動決定モデルを用いた意思決定にヘルスリテラシーが及ぼす影響の診療科別分析

将来の医療支出の増加に対して,急速に少子高齢化の進行する日本において不安が高まっている.健康知識の増加が,疾病の早期発見,早期治療,予防医療の受診などに結びついていくことが期待されている.この予防行動はすべての疾患に有効であるわけではなく,いくつかの疾病に対しては人間の努力は無効である.健康に対する知識と医療費自己負担などが受診行動に及ぼす影響を診療科ごとにどう違うか調査した.健康教育が医療経済的な観点から有効であり,医療費増加への有効な対策となる政策的な示唆が得られた.将来の医療支出の増加に対して,急速に少子高齢化の進行する日本において不安が高まっている.健康知識の増加が,疾病の早期発見,早期治療,予防医療の受診などに結びついていくことが期待されている.この予防行動はすべての疾患に有効であるわけではなく,いくつかの疾病に対しては人間の努力は無効である.健康に対する知識と医療費自己負担などが受診行動に及ぼす影響を診療科ごとにどう違うか調査した.健康教育が医療経済的な観点から有効であり,医療費増加への有効な対策となる政策的な示唆が得られた.患者の受診意志決定過程を医学的・経済学的にモデル化したものは他にない.類似したものとしては,医療サービス消費の経済学的モデルとして,消費者の効用を,健康水準とそれ以外の財の消費量で表したグロスマンモデルがある.それは医療は健康という目的を達成するための派生需要であり,患者(消費者)の効用が,医療サービスの消費水準ではなく,実現された健康水準にあるということを示したという点で,画期的なモデルである.しかしあまりに抽象的なモデルであるため実証することは非常に困難である.医療経済学研究において,受診以後の治療内容などの分析が主としてなされてきているが,受診以前の受診意志決定過程を分析した研究は今までになかった.これは臨床医師の経済学研究者がほとんどいなかったため,そういう点に着目するという発想がなかったためである.臨床医師でもある私の臨床の現場から出てきた疑問点を,経済学的にモデル化したものを診療科・ヘルスリテラシーレベルごとに分析し,今後の医療需要の姿を詳細に検討したい.一般医療機関受診者にアンケート調査を複数施設で複数回実施した.離散選択モデル,コンジョイント分析などの方法で受診意志決定過程を経済学的に明らかに分析している途中である.診療科・疾病別に出来るだけ数多くの症例を集め,疾病ごとの自覚症状と受診行動との関係やヘルスリテラシーの受診行動に与える影響についての詳細な検討を行いたい.デンマークのコペンハーゲンでIHEA(国際医療経済学会)が行われ,料収集も行った.国内の学会・研究会での資料・情報収集.医療経済研究機構,医療科学研究所などでの資料収集も行った.患者の受診意志決定過程を医学的・経済学的にモデル化したものはほとんどない.類似したものとしては,医療サービス消費の経済学的モデルとして,消費者の効用を,健康水準とそれ以外の財の消費量で表したグロスマンモデルがある.それは医療は健康という目的を達成するための派生需要であり,患者(消費者)の効用が,医療サービスの消費水準ではなく,実現された健康水準にあるということを示したという点で,画期的なモデルである.しかしあまりに抽象的なモデルであるため実証することは非常に困難である.医療経済学研究において,受診以後の治療内容などの分析が主としてなされてきているが,受診以前の受診意志決定過程を分析した研究は今までになかった.これは臨床医師の経済学研究者がほとんどいなかったため,そういう点に着目するという発想がなかったためである.臨床医師でもある私の臨床の現場から出てきた疑問点を,経済学的にモデル化したものを診療科・ヘルスリテラシーレベルごとに分析し,今後の医療需要の姿を詳細に検討したい.診療科・疾病別に出来るだけ数多くの症例を集め,疾病ごとの自覚症状と受診行動との関係やヘルスリテラシーの受診行動に与える影響についての詳細な検討を行いたい.社会保険京都病院その他一般診療所などで,アンケート調査を複数施設で複数回実施し,現在そのデータをまとめて検討しているところであるが,予想通り自覚症状の低い疾患での受診行動とヘルスリテラシーには正の関係がみられた.2009年7月の北京でのIHEA(国際医療経済学会)で発表し,著書にする予定である.
18世紀中葉スコットランドにおける貧民対策思想の総合的実証研究

18世紀中葉までにスコットランドでは、タバコ貿易やリネン製造業が次第に成長していった。それは世紀末に急速に展開する産業・経済発展、都市化へと連なる伏水流を形成していた。この歴史展開は、リネン製造業振興による経済開発を提言したパトリック・リンズィの貧民対策思想の内容にも表れている。彼は一方で、輸出産業としてのリネン製造業を育成し、この産業が繁栄する時にはじめてスコットランドの経済開発は可能になると洞察する。他方で、貧民問題、すなわち物乞いや犯罪者の増加の原因は雇用不足、失業にあると見る。つまり、彼らに雇用の機会を与えれば、彼らは「国富と国力」の源になるのである。要するにリンズィによれば、彼らはリネン製造業の発展の一助になることを通じて、『国富と国力」の増強に貢献することになる。したがって彼は、彼らを刑法によって処罰するだけではなく、彼らをワークハウスに収容しリネンの生産技術および商品経済社会にふさわしい生活習慣と倫理を身につけさせることによって、本格的な近代化、工業化、都市化に向けた胎動に資する主体に鍛え上げるよう主張する。この時期、グラースゴウとエジンバラにワークハウスが開設された。それに先だって公刊された両都市のワークハウス設立案も、主体形成という点ではリンズィの主張と見解を同じくする。もっとも、両案とも貧民問題をリンズィほどスコットランド全体の経済開発と結びつけて洞察していないが。にもかかわらず、グラースゴウの案は貧民問題をグラースゴウの地域経済開発と関連させ、エジンバラの案は非自発的失業の存在を認識している点は注目に値する。さら注目されるのは、その後エジンバラでワークハウスの運営費調達のために課税すべきかどうかをめぐる論争が起きたが、賛成派、反対派の議論によって、本格的な工業化、都市化の時代に問われた貧民救済の論点が先取りされていることである。スコットランドでは、18世紀末から19世紀初頭にかけて急速に工業化と都市化が進展した。それに伴い、都市における貧民・窮民も増加し、従来の救済制度も変容を来すことになった。そのポイントは大きく言って二つある。第1は組織の問題であって、従来の教区中心の組織に加え、市行政組織およびギルドが運営する「タウンズ・ホスピタル」が教区から窮民を受け入れたことである。第2は資金の問題であって、教区教会の戸口や集会での自発的な献金という従来の方法と並んで「アセスメント」と呼ばれた一種の税金が課され、それは主に「タウンズ・ホスピタル」の運営費と教区での救済費の補助に当てられた。ここに、従来の「田舎型」と「都市型」との2種類の制度が並立することになった。このような事態を押し進めた大きな現実的要因は、確かに従来の研究が明らかにしているように、工業化と都市化の急激な展開であったことは間違いないであろうが、この事態を受け容れた要因--人びとの思想的要因はどのようなものであり、それはいつ頃から、どのような形で培われてきたであろうか。特に、貧民・窮民救済の現場およびその近辺で活動していた者たちの間ではどうであっただろうか。このような観点からすると、18世紀中葉に刊行された(正確な刊行年は記されていない)匿名の一パンフレットが注目に値する。これは、エジンバラの「慈善ワーク・ハウス」の運営資金を、従来の献金額の減少してきた事態などを受けて、これのみならず新たな課税によってまかなうことを提唱しているからである。

いまだ、このような事業は自発的献金によるべきだという思潮の強かった当時の歴史状況にあっては、これは重視されるべき提唱であろう。むろん、この単純な延長上に制度変容を受け容れた要因が育まれたと理解することはできないが、こうした主張の積み重ねが素地を用意したと捉えることはできないであろうか。本年度は研究の柱に一つである経済開発による貧民対策の提言の研究に焦点を絞った。1727年に、イングランドとの合邦によりスコットランドが得た「代償金(Equivalent)」を主要な資金源として経済開発を促進するスコットランド漁業製造業振興管財人評議会が設立された。30年代にはその活動をめぐり論争が起こった。同評議会は政治的な理由にも影響され、むしろリネン製造業振興に傾斜した活動を行っていた。これを背景に、リネン製造業推進派および毛織物製造業推進派、いずれの陣営も貧民の発生は経済開発の遅れが原因だと認めながらも、活動の主たるターゲットをリネン製造業に絞ることの当否について論議が闘わされた。リネン製造業の強化を訴えるパトリック・リンズィとリネン製造業の振興に偏ることなく産業一般の奨励を求めるトマス・メルヴィルとの論争に見られる通りである。その後、同評議会の活動はますますリネン製造業の振興に絞られていったが、70年代になっても依然として毛織物製造業の振興を求める意見は絶えることはなかった。この時期に毛織物製造業の振興を唱道した代表者の一人、デイヴィッド・ロッホは、スコットランドのステイプル産業としての毛織物製造業の重要性を高調した。彼が注目するのは、リネン製造業の原料であるリントは評議会の努力にもかかわらず依然として輸入に頼らざるを得ないのに対して、毛織物製造業の原料である原毛はスコットランドの気候・土壌に適した土着のものであり、したがって、毛織物製造業を振興することは牧羊業という伝統的な第一次産業も振興することになり、製造業のみならずここでも大きな雇用が生まれることである。その結果、ロッホによれば、7歳から老齢の男女にいたるまで広く雇用機会を提供するのであった。こうして彼は、毛織物製造業の振興は貧民対策でも大きな役割を演じると主張した。本年度取り組んだ個別課題は、(1)P.リンズィの貧民対策思想、(2)エジンバラのワークハウス設立案に見られる貧民対策思想の2点である。(1)について。リンズイは貧民を生み出す最大の原因を雇用不足と捉える。元来人間は活動的存在であり、雇用されると国富の源になるが、失業すると私有財産の侵害や社会騒擾の原因となる。それ故雇用の拡大こそが貧民対策の要となる。雇用ファンドは国内需要と海外需要からなるが、前者に頼りすぎると奢侈の風潮が蔓延し、かえって雇用ファンドを減じる結果になる。後者こそ進むべき道であり、そのためにはスコットランドの「ステイプル産業」、リネン製造業を振興すべきだと提言する。貧民の犯罪者には厳罰を要求するだけでなく、彼らにもリネン製造のための紡糸や織布の技術をワークハウスで習得させるよう提言する。特に年少者の場合は、その点が「勤労」の精神の教育と共に強調される。リンズィは、貧民に雇用を与え、その雇用に応えられるように貧民を鍛え上げることによってスコットランドの経済開発を押し進めようとした。(2)について。実際にワークハウスが設立された1740年に先立ち提言された「設立建白書」の要点は以下の通りである。
不育症における子宮内フローラの影響の解明とプロバイオティクスを用いた治療法の開発

妊娠成立に寄与する子宮内フローラパターンを解明する目的で、不妊症の診断で治療中の女性18名より黄体期の子宮内膜組織を採取しDNA抽出を行った。妊娠成立前の子宮内フローラが妊娠予後に及ぼす影響を確認する目的で、既知の不育症因子が検出されていない(いわゆる「原因不明」とされる)不育症の女性12名より黄体期の子宮内膜組織を採取しDNA抽出を行った。このうち、2名の検体は16SrRNA遺伝子をPCR増幅し、次世代シーケンサーにて解析した。既知の不育症因子が検出されていない(いわゆる「原因不明」とされる)不育症患者数が想定していた数よりも少なかったため。子宮内膜組織採取は疼痛を伴う手技であるため、本研究参加同意の取得率が低いため。想定していたスピードよりはゆっくりではあるが進行はしており、計画は大きく変更しない。子宮内フローラの安定性について確認する目的で、同一の不妊症患者から複数周期で子宮内膜組織を採取することも計画していたが、研究参加の同意が得られないため、対象は不妊症患者と限定せず、「生殖年齢女性であること」と条件を変更する。
洞房結節における活性酸素の発生とその影響

研究実績の概要アンジオテンシンIIは培養心筋細胞で濃度依存性に活性酸素を発生させることを以前報告したが、今度はin vivoにて検討した。方法は、wild type (WT)マウスとアンジオテンシンIIタイプIa受容体の欠損した(angiotensin II type la receptor knockout:ATla KO)マウスにアンジオテンシンIIを浸透圧ポンプにて持続投与した。結果はWTマウスでは血圧上昇と心肥大を生じたがATla KOマウスでは生じなかった。さらに電子スピン共鳴法を用いて、心筋中のhydroxyl radical (・OH)付加物を測定したところ、WTマウスではアンジオテンシンII投与により・OHの発生が増強していたが、ATla KOマウスでは・OHの発生は増強しなかった。すなわちアンジオテンシンIIはATla受容体を介して、血圧上昇・心筋での活性酸素発生・心肥大を生じせることが明らかになった(J Cardiovasc Pharmacol)。まず心不全患者め心筋において酸化ストレスの発生の有無を調べた。心不全患者において血中の過酸化脂質の上昇や心嚢液中の8-iso-prostaglandin F2alphaの上昇が報告され、酸化ストレスが心不全に関与することが報告されている。しかしながらヒトの不全心筋において酸化ストレスの発生が増強しているかどうか直接の証拠はまだない。さらにβブロッカーによる治療が酸化ストレスに及ぼす影響も明らかでない。そこで我々は、拡張型心筋症患者の心筋において過酸化脂質が増加しているか、さらにcarvedilol投与後に心筋における過酸化脂質のレベルが減少するかどうかを検討した。【方法と結果】23人の拡張型心筋症患者と13人の正常心機能者(primary arrhythmia患者)の心内膜生検組織において、過酸化脂質の代謝産物である4-hydroxy-2-nonenal(HNE)修飾蛋白質を免疫染色にて検出した。拡張型心筋症患者全例の心筋においてHNE修飾蛋白質が発現していた。その発現は心筋のcytosolに強かった。NIH imageにて陽性面積を測ったところ、340×240μm^2あたり、拡張型心筋症患者:19,807±4,737μm^2、正常心機能者3,734±2,598μm^2と有意に拡張型心筋症患者でひろかった(P<0.0001)。さらにCarvedilol投与を行ったあと(平均22±8mg/day,9±4 months)、11人の患者において再び調べたところ、心機能の改善とともに、HNE修飾蛋白の発現が40%低下した。【結語】酸化ストレスの発生が拡張型心筋症の心筋において増強していた。Carvediolo投与によって心機能の改善とともに酸化ストレスが減少した(Circulation 2002;105:2867-2871)。
高次特異値分解によるテンソルネットワーク状態の最適化―量子系への応用―

本研究では1次元量子/2次元古典多体系の解析に効果的である行列積状態の高次元系への拡張として議論されるテンソルネットワークを利用した手法の高度化を通じて、「高次特異値分解を利用したテンソル繰り込み群に現れるエンタングルメントスペクトル構造の解析」、「1次元フラストレート量子スピン系並びに高い対称性を持つSU(n)[n=3,4]スピン系における対称性に守られたトポロジカル相の同定」、「飽和磁場近傍に特化した実空間・スピン空間の対称性を考慮した厳密対角化法の開発」、そして「角転送行列繰り込み群を利用したエンタングルメントスケーリング解析の拡張」に成功した。量子1次元系の解析に対して非常に有効な数値計算手法である密度行列繰り込み群(DMRG)が,行列積状態(MPS)で記述される変分状態の最適化を効率よく行う変分法であるという理解がなされて以降,MPS及びその拡張で表現されるテンソルネットワーク状態(TNS)の提案とその最適化法が幅広く研究されている.本研究はテンソル近似法の1つである高次特異値分解(HOSVD)を利用した新奇TNS法の構築により2次元量子多体系における精密計算の達成を目的とする.研究の初年度となる本年度は,既知のテンソル繰り込み群とHOSVDを組み合わせたHOTRG[Xieら,2012]が多体系の臨界的性質の高精度解析を達成する物理的背景を,最近の実空間繰り込みを議論するうえで欠かすこと出来ない「エンタングルメント構造の役割」と「量子古典対応」の観点から議論した.具体的には,HOTRGの繰り込みの固定点に現れるエンタングルメントスペクトルの解析を2次元古典/1次元量子イジング模型で行った.その結果,1)非臨界系では繰り込み変換に関連するスペクトルの固定点はバックスターの角転送行列の直積から得られるスペクトルと一致し,2)臨界系においてはHOTRGの固定点は既知のDMRGやMPSを利用した手法の固定点と異なり,非自明なエンタングルメント構造を持つことが分かった.これはテンソル繰り込み群のさらなる発展における新しい知見を与える可能性があるとして,詳しい解析を継続中である.本研究は1次元量子系の解析に効果的である行列積状態(MPS)の高次元系への拡張として議論されるテンソルネットワーク状態を利用した手法を提案し、2次元量子スピン系の基底状態および低エネルギー励起状態を精密に取り扱うための数値計算手法の構築を目的とし、併せて、実験的に合成された物質系の有効模型に対しての適用・解析も行っていく。2年目となる本年度は、擬1次元量子多体系に現れる自発的対称性の破れを記述する秩序変数で特徴づけ困難な「対称性に守られたトポロジカル相(SPT相)」を議論するために有用なMPS法(iDMRG法)を作成することからスタートした。次に、これを擬1次元銅酸化物の有効模型となる最近接が強磁性的,次近接が反強磁性的な相互作用を持つフラストレートしたスピンS=1/2XXZジグザグ交替鎖及び双1次・双2次交換相互作用を持つSU(3)1次元鎖の基底状態解析に適用した。その結果、フラストレートスピン鎖に存在する2つの実空間反転を破ったダイマー相間に現れる連続相転移が時間反転対称性によって守られたSPT相転移であることを明らかにし、エンタングルメントエントロピー(EE)の示すスケーリング則から共形場理論のセントラル・チャージc=1で特徴づけられる臨界性を持つ相転移であることを明らかにした。また,SU(3)鎖に現れるZ3×Z3対称性によって守られたZ3SPT相とダイマー相の間に連続相転移が存在し、EEの示すスケーリング則からc=16/5で特徴づけられる臨界性が現れることを数値計算により明らかにした。本研究は1次元量子系の解析に効果的である行列積状態の高次元系への拡張として議論されるテンソルネットワーク状態を利用した手法を提案し、2次元量子スピン系の基底状態および低エネルギー励起状態を精密に取り扱うための数値計算手法の構築を目的としている。併せて、実験的に合成された物質系の有効模型に対しての適用・解析も行っていく。3年目となる本年度は、行列積状態を利用した変分計算を一軸方向に無限に長い多段梯子系・シリンダー系の量子スピン系に効果的に適用できる手続きとして、1次元ランダム量子系における無限系密度行列繰り込み群法と行列積状態の構造を利用した波動関数予測法を組み合わせた方法を提案した。本手法の有効性を確認するために、周方向に12サイトのスピンが並べた長さが無限大のシリンダー上のカゴメ格子におけるスピン1/2ハイゼンベルグ模型の基底状態の性質を調べた。既知の有限系の解析に有限サイズスケーリングを適用して評価された物理量(全エネルギー、スピン相関関数及びその相関長)が、本手法で無限長のシリンダーにおいて直接的に評価した物理量と極めて良い一致を示した。あわせて、本手法がMPI+OpenMPによるハイブリット並列化と相性が良いことを提示した。また、高次特異値分解を用いたテンソル繰り込み群のテンソルネットワークに、Disentanglerと呼ばれるユニタリ変換の自由度を導入することで、既知のテンソルネットワーク繰り込みの同様に適切な繰り込みの流れと定量性を兼ね備えた実空間繰り込み群法となることを確認した。本年度予定していた2次元量子系をターゲットにした計算は確かに開始することが出来た。

しかしながら、アルゴリズムとしては既知の行列積状態を利用した計算手法の拡張法という枠にとどまっており、行列積状態をより一般化したテンソルネットワーク法による2次元量子系の高精度な解析には至っていないため。本研究は1次元量子/2次元古典多体系の解析に効果的である行列積状態の高次元系への拡張として議論されるテンソルネットワーク状態を利用した手法を提案し、2次元量子スピン系の基底状態および低エネルギー励起状態を精密に取り扱うための数値計算手法の構築を目的としている。併せて、実験的に合成された物質系の有効模型に対しての適用・解析も行っていく。4年目となる本年度は、昨年度に提案した行列積状態を利用した変分計算「1次元ランダム量子系における無限系密度行列繰り込み群法と行列積状態の構造を利用した波動関数予測法を組み合わせた方法」の高度化を図るため、「京」や「HOKUSAI」といったスーパーコンピュータ状に本手法を実装した。これにより、陽に対称性を考慮しない密度行列繰り込み群法であっても計算精度を決定する打切りの状態数が10000を超える計算を実行することに成功した。より本手法の高度化を推し進めるためには、スピン空間や実空間の対称性を同時に考慮していくことが肝要であると考えられる。そのための予備的な研究として、2次元量子スピン系の飽和磁場付近の解析に特化した数値対角化手法の作成を行った。スピン空間の保存量と、実空間の並進対称性および点群対称性を考慮することで、3マグノン状態の数値的厳密な解析に関して1200サイト超の大規模なクラスターが取り扱えることを三角格子上のXXZ量子スピン系において示した。実際の実験系に即する有効模型の解析として、アルカリ土類金属の安定な同位体の基底状態と準安定な励起状態を利用した、実現可能性の高い1次元冷却原子系に現れうる対称性に守られたトポロジカル相の同定を無限系密度行列繰り込み群により行った。その結果、非常に広い相互作用領域で対称性に守られたトポロジカル相が発現することを示した現在投稿中の論文の査読&再投稿作業のやり取りに想定以上に時間を要しており、研究成果報告(学会参加、論文出版)に滞りが生じているため。昨年度から引き続き、スピン空間や実空間の対称性を同時に考慮することで量子多体系に対するテンソルネットワーク手法の高度化を推し進めるための予備的な研究として、2次元量子スピン系の飽和磁場付近の解析に特化した数値対角化手法の開発を行った。これを利用して、先行研究において最大108サイトの対角化の計算で消失が示唆された三角格子上のスピン1/2量子XXZ模型の飽和磁場近傍における量子相に関して、最大1296サイトの対角化計算を実施することで、量子相消失の示唆の手続きに誤りがあることを示すことに成功した。2次元古典系の相転移近傍においてテンソルネットワーク法の一種である角転送行列法を実施することで相転移の臨界性とシミュレーション精度の関係を明らかにし、秩序変数に頼らずに1次元量子多体系並びに2次元古典系の臨界現象を正確にとらえるための手法を開発した。