hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
実現する原子配置と材料物性値の計算手法の開発とIV族半導体結晶の高品位化への適用

本研究の全体的な構想は,ダイヤモンド構造を有する結晶において実現する原子配置と材料物性値を計算により求める手法を開発し,この計算手法を適用することにより,現代の電子デバイスの主流材料であるSi結晶を中心とするIV族半導体の高品位化に貢献することである.平成30年度は,平成28年度に作成した「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」を用い,(1)CZ-Si結晶成長中の点欠陥制御と(2)パワーデバイス用Si結晶中のライフタイム制御欠陥の劣化機構を研究対象とした.(1)においては,ドーパント(B,C,Sn,P,As)と酸素を含む大口径CZ-Si結晶中の点欠陥濃度分布を予測可能にすること,(2)においては,IGBT用CZ-Si結晶中に導入されたライフタイム制御欠陥について構造変化をもたらす因子を解明することを目的とした.得られた主要な結果は以下の通りである.(1) Si結晶成長中の点欠陥挙動について,格子間Si原子(I)と原子空孔(V)の熱平衡濃度に与えるドーパントと酸素の影響,さらに熱応力の影響を第一原理計算により定量的に求めた.さらに得られた結果をパラメータ化して数値計算シミュレータにインストールすることにより,成長中のCZ-Si結晶における点欠陥濃度分布の可視化を実現した.(2) IGBT用CZ-Si結晶中に導入されたライフタイム制御欠陥(V-Vペア,V-Pペア)について,構造変化をもたらす因子が格子間炭素および格子間炭素・格子間酸素複合体であることを初めて明らかにした.本研究成果に関し数件の論文発表を行うとともに,米国電気化学会において招待講演を行った.本研究の全体的な構想は,ダイヤモンド構造を有する結晶において実現する原子配置と材料物性値を計算により求める手法を開発し,この計算手法を適用することにより,現代の電子デバイスの主流材料であるSi結晶を中心とするIV族半導体の高品位化に貢献することである.平成28年度は「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」の作成を行った.プログラムのアルゴリズムは,(1)与えた組成において,置換位置とすべての格子間位置を同時に考慮して可能な原子配置をすべて求め,(2)動径分布関数を用いて各構造を比較し,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を求める,構成となっている.さらにこのプログラムを用い,450 mm直径無欠陥Si結晶の育成条件の提示を目指すシミュレーションを行った.得られた主要な結果は以下の通りである.(1)Si結晶育成中の固液界面近傍における様々な熱応力状態を考慮した,点欠陥の形成エンタルピーを求めた.(2)300mm結晶育成におけるVoronkovの臨界v/G値をシミュレーションにより再現することに成功した.(3)CZ法育成で取り込まれる酸素が点欠陥濃度に与える影響について,実験を再現することに成功した.なお,本研究成果に関し数件の論文発表を行うとともに,電子情報通信学会,電気化学会において招待講演を行った.平成28年度には「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」の作成を計画していたが,作業は順調に進行した.その結果,一部の原子配置において検討の余地は残るものの,研究の遂行には問題ない精度のプログラムを開発できた.さらにこのプログラムを用い,450 mm直径無欠陥Si結晶の育成条件の提示を目指すシミュレーションを行った.得られた主要な結果は以下の通りである.(1)Si結晶育成中の固液界面近傍における様々な熱応力状態を考慮した,点欠陥の形成エンタルピーを求めた.(2)300mm結晶育成におけるVoronkovの臨界v/G値をシミュレーションにより再現することに成功した.(3)CZ法育成で取り込まれる酸素が点欠陥濃度に与える影響について,実験を再現することに成功した.大口径Si結晶の高品位化に関する研究は平成30年度末まで継続するが,現時点で本研究成果に関し数件の論文発表を行うとともに,電子情報通信学会,電気化学会において招待講演を行うなど,予定以上の成果が挙がっている.本研究の全体的な構想は,ダイヤモンド構造を有する結晶において実現する原子配置と材料物性値を計算により求める手法を開発し,この計算手法を適用することにより,現代の電子デバイスの主流材料であるSi結晶を中心とするIV族半導体の高品位化に貢献することである.平成29年度は,平成28年度に作成した「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」を用い,(1)CZ-Si結晶成長と(2)太陽電池用のIV族混晶系半導体を研究対象とした.(1)においては,格子間Si原子(I)と原子空孔(V)の対消滅機構の解明を,(2)においては,Si薄膜やGe薄膜中でCやSnが置換位置を占める割合を予測したり,実験と比較しうるバンドギャップの期待値を得ることを目的とした.得られた主要な結果は以下の通りである.(1) Si結晶成長中の点欠陥挙動について,IとVの距離が約0.5 nmまで接近すると対消滅が起こり,その際のエネルギー障壁はほぼ0である.また,物理的に可能な対消滅の経路を同定できた.(2)太陽電池用IV族混晶系半導体中の原子配置について,CとSn原子はSiやGe薄膜最表面で非常に安定であり,表面の存在は5層目より内部のCとSn原子の安定性に影響しない.

また,CやSnの単独添加と比較して,C:Sn = 1:1の組成で同時添加した場合には,これらの形成エネルギーは低下,すなわち導入が促進される.さらに,Si結晶にCを%オーダーで添加すると,バンドギャップは低下する.本研究成果に関し数件の論文発表を行うとともに,応用物理学会において招待講演を行った.さらに,日本学術振興会第145委員会から講演依頼(平成30年7月13日)を受けるとともに,米国電気化学会から招待講演(平成30年10月第1週)を受けている.平成29年度は,平成28年度に作成した「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」を用い,(1)CZ-Si結晶成長と(2)太陽電池用のIV族混晶系半導体を研究対象とした.(1)においては,格子間Si原子(I)と原子空孔(V)の対消滅機構の解明を,(2)においては,Si薄膜やGe薄膜中でCやSnが置換位置を占める割合を予測したり,実験と比較しうるバンドギャップの期待値を得ることを目的とした.本プログラムを用いることで,研究対象とする計算モデルにおいて実現可能な原子配置をすべて見出すことが可能となっている.さらに,上記した半導体に関する課題(1),(2)に本プログラムを適用し,得られた結果について数件の論文発表を行うとともに,応用物理学会において招待講演を行った.また,日本学術振興会第145委員会から講演依頼(平成30年7月13日)を受けるとともに,米国電気化学会から招待講演(平成30年10月第一週)を受ける成果を挙げている.このように,本研究はおおむね順調に進展している.本研究の全体的な構想は,ダイヤモンド構造を有する結晶において実現する原子配置と材料物性値を計算により求める手法を開発し,この計算手法を適用することにより,現代の電子デバイスの主流材料であるSi結晶を中心とするIV族半導体の高品位化に貢献することである.平成30年度は,平成28年度に作成した「置換位置と格子間位置の両方を考慮した,独立な原子配置と各配置における等価な配置数を算出するプログラム」を用い,(1)CZ-Si結晶成長中の点欠陥制御と(2)パワーデバイス用Si結晶中のライフタイム制御欠陥の劣化機構を研究対象とした.(1)においては,ドーパント(B,C,Sn,P,As)と酸素を含む大口径CZ-Si結晶中の点欠陥濃度分布を予測可能にすること,(2)においては,IGBT用CZ-Si結晶中に導入されたライフタイム制御欠陥について構造変化をもたらす因子を解明することを目的とした.得られた主要な結果は以下の通りである.(1) Si結晶成長中の点欠陥挙動について,格子間Si原子(I)と原子空孔(V)の熱平衡濃度に与えるドーパントと酸素の影響,さらに熱応力の影響を第一原理計算により定量的に求めた.さらに得られた結果をパラメータ化して数値計算シミュレータにインストールすることにより,成長中のCZ-Si結晶における点欠陥濃度分布の可視化を実現した.(2) IGBT用CZ-Si結晶中に導入されたライフタイム制御欠陥(V-Vペア,V-Pペア)について,構造変化をもたらす因子が格子間炭素および格子間炭素・格子間酸素複合体であることを初めて明らかにした.本研究成果に関し数件の論文発表を行うとともに,米国電気化学会において招待講演を行った.
高空孔率金属多孔体を用いた直接メタノール燃料電池の高性能化

メタノール水溶液を燃料として直接利用する直接メタノール型燃料電池(DMFC)は,構造が簡単であるとともに,可搬性やエネルギー密度に優れる液体燃料を使用する点で有利である.しかし,水素燃料電池と比べると出力密度および発電効率が劣ることが欠点である.DMFCのアノード(燃料極)におけるCO_2排出の問題,ならびにカソード(空気極)における水排出の問題を解決して高い出力性能を得るには,セパレーターと膜電極接合体(MEA)の間の接触抵抗を低く維持しながらセパレーター流路内の流速を確保することが有効である.また,流路を構成するセパレーターリブ部のMEAには反応物が供給されにくいこともDMFCの性能向上を阻む要因であり,セパレーターはDMFCの性能を大きく左右する.一方,Ni-MH二次電池の電極材料等に従来から使用されているニッケル多孔体の技術を応用した高空孔率ステンレス多孔体が最近開発されている.これはCrおよびMoの配合率の調整により高い耐腐食性を有しており,燃料電池材料としても使用できる可能性がある.そこで本研究では,DMFCの性能を大きく左右するセパレーターの流路を接触抵抗が低く空孔率が90%以上の耐腐食性ステンレス多孔体で構成することによる性能向上の可能性を検討した.出力密度および発電効率への影響について実験的な解析を行った結果,ステンレス多孔体セパレーターを使用することで抵抗分極を増加させることなく,高電流密度条件での拡散分極が低減できることが分かった.このことから,DMFCにおける高空孔率ステンレス多孔体セパレーターの利用は,接触抵抗を増加させることなく物質拡散性を向上させる効果があると考えられる.平成19年度に本研究成果の学会発表および国際ジャーナルへの投稿を予定.メタノール水溶液を燃料として直接利用する直接メタノール型燃料電池(DMFC)は,構造が簡単であるとともに,可搬性やエネルギー密度に優れる液体燃料を使用する点で有利である.しかし,水素燃料電池と比べると出力密度および発電効率が劣ることが欠点である.DMFCのアノード(燃料極)におけるCO_2排出の問題,ならびにカソード(空気極)における水排出の問題を解決して高い出力性能を得るには,セパレーターと膜電極接合体(MEA)の間の接触抵抗を低く維持しながらセパレーター流路内の流速を確保することが有効である.また,流路を構成するセパレーターリブ部のMEAには反応物が供給されにくいこともDMFCの性能向上を阻む要因であり,セパレーターはDMFCの性能を大きく左右する.一方,Ni-MH二次電池の電極材料等に従来から使用されているニッケル多孔体の技術を応用した高空孔率ステンレス多孔体が最近開発されている.これはCrおよびMoの配合率の調整により高い耐腐食性を有しており,燃料電池材料としても使用できる可能性がある.そこで本研究では,DMFCの性能を大きく左右するセパレーターの流路を接触抵抗が低く空孔率が90%以上の耐腐食性ステンレス多孔体で構成することによる性能向上の可能性を検討した.出力密度および発電効率への影響について実験的な解析を行った結果,ステンレス多孔体セパレーターを使用することで抵抗分極を増加させることなく,高電流密度条件での拡散分極が低減できることが分かった.このことから,DMFCにおける高空孔率ステンレス多孔体セパレーターの利用は,接触抵抗を増加させることなく物質拡散性を向上させる効果があると考えられる.平成19年度に本研究成果の学会発表および国際ジャーナルへの投稿を予定.
α置換セリン誘導体の不斉合成研究

σ対称分子であるジエチルアミノマロネートと光学活性バリンから誘導したキラルなビスラクチムエーテルを原料とし、種々の塩基あるいはルイス酸-アミン系試薬を用いてエナミネートあるいはエノレートに導き、種々のアキラルな親電子反応剤との不斉アルキル化反応や不斉アルドール反応を実施した。その結果、ビスラクチムエーテル環の5位の立体化学を反映して、立体選択的に反応が進行した。冬虫夏草菌の代謝産物から単離された免疫抑制物質ISP-Iの不斉全合成を念頭に置いた光学活性アルデヒド((R)-(+)-乳酸メチルエステルより合成)との二重キラル認識不斉アルドール反応は、スズ(II)トリフラート-N-エチルピペリジン系試薬あるいはマグネシウム(II)ブロミド-トリエチルアミン系試薬を使い分けることによりそれぞれ異なる不斉識別下に進行した。さらに、各々の立体選択性を合理的に理解するための異なる反応遷移状態を提出した。アルキル化反応およびアルドール反応によって得られた生成物は、ジエチルアミノマロネート由来のエステル部分をDIBALによってセリン側鎖に対応するアルコールへと還元し、次いで塩酸酸性条件下加熱還流することによりビスラクチム環の加水分解を行ない目的とするα置換セリン誘導体へと変換した。本研究期間に得られた以上の研究結果は、プロキラルなσ対称分子であるジエチルアミノマロネートを光学活性セリンカルバニオン等価体として活用する方法論を確立するものであり、本法を重要鍵反応に適用することにより免疫抑制物質ISP-Iの不斉全合成にも成功した。
原子レベルのトンネル物性

本研究班の主な目的は、STM/STSにより、固体表面の性質あるいは原子分子過程を原子的スケールでしらべることにあり、以下の成果が得られた。Si(001)表面上のGa,Ag原子の吸着2次元相における個々の原子の電子状態、構造、形成過程等に関する詳細な知見を得た。また、高指数ではあるが安定な表面であるSi(113)上のIII族原子の吸着2次元相についても同様の研究を行ない、種々の重要な知見を得た(河津璋)。二酸化チタンの(110)清浄表面、及び、この表面上の蒸着金属原子、吸着有機分子の高分解能観察からイオン性物質表面でのトンネル機構を考察し、さらに、吸着分子の表面拡散過程、吸着分子の熱分解反応等の表面反応過程のその場観察に成功した(岩澤康裕)。Si(111)-7×7及びMoS_2へき開面のArイオン照射効果、Si(111)-7×7ドメインの核形成・成長過程、および、Bi系高温超伝導体のCuO_2面について、STM/STS観察を行い、原子、電子レベルの種々の重要な知見を得た(小川恵一)。Si(100)表面超構造の揺らぎとダイナミックスについてしらべ、タイマー列の位相のずれを引き起こす位相欠陥の存在と、6K辺りの極低温において、同欠陥のダイナミックスにより、C(4×2)とp(2×2)の間の揺らぎが発現することを見出した(重川秀実)。超高真空中で[111]方位のW単結晶針を高電圧を印加したまま加熱して先鋭化させたbuild-up探針を用いることにより、Si(111)7×7構造表面について、信頼性の高いSTM/STS測定を行うことができた(富取正彦)。室温から極低温までの広い温度範囲及び強磁場下でも安定に動作する超高真空STM/STS装置の開発を行ない、高温超伝導体や遷移金属カルコゲナイドなどの層状物質の局所状態密度の空間変化を原子レベルで詳細にしらべた(長谷川哲也)。本研究班では、固体表面の物性の原子レベルでの解明を目的として、走査トンネル顕微鏡法(STM)及び走査トンネル分光法(STS)等により、研究を行っている。河津は、Si(100)表面上にGaの吸着時の、2×2、2×3相等について研究を行った。この結果、2×2構造においては、Gaの2量体が基板のSiの2量体と平行に吸着して、Ga原子上に空準位が存在すること、2×3構造では、Gaのdimer列間にSiのdimer列が存在すること、及び、Gaの2量体上に空準位が、Siの2量体上に占有準位が存在することを見いだした。岩澤は、Si(111)7×7表面におけるGa(CH3)3とGa(C2H5)3の熱分解及び光分解過程について研究し、複雑な分解反応の存在を見いだした。この他に、TiO2(110)表面でのHOOHの反応についても研究した。小川は、Si(111)表面の1×1構造から7×7構造への相転移に関して研究した。この結果、faultedhalfで囲まれた、3角形状の7×7ドメインの形成されることを明かにした。重川は、Se/GaAs(001)-2×3構造の形成条件に関して研究し、Ga2Se3の2次元構造の形成機構を、電荷の移動も含めて説明するモデルを得た。また、(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2の200K付近での金属-絶縁体転移についても研究した。

富取は、Si(001)表面におけるSiおよびGe原子の吸着過程及び電子状態について研究した。これらのdimer列の終端部では、1dimer分だけ離れた箇所にdimerが形成されることを見いだした。長谷川は、高温超伝導体及び層状遷移金属カルコゲナイトについて低温STM/STS観察を行った。Y型超伝導体で明確な超伝導ギャップを初めて観察し、層状物質で電荷密度波の変調に応じた局所状態密度の変化の測定に成功した。本研究班では、固体表面の物性の原子レベルでの解明を目的として、走査トンネル顕微鏡法(STM)及び走査トンネル分光法(STS)等により研究を行っている。河津は、Si(100)表面上にGaを吸着させたときに出現する2×2構造について、STM/STSの測定を行った。その結果、Gaの2量体上に集中している空準位は1.6eV付近に存在し、Siの2量体上に集中する占有準位は、-1.6eV付近にエネルギーの極大値を持つことを明らかにし、テンソルLEEDにより決定した原子配置から期待される結果との一致も確認された。Si(113)表面におけるGaの吸着過程、構造、電子状態に関しても研究を進行中である。岩澤は、伝導性金属酸化物であるTiO2(110)清浄面と、この表面に吸着した蟻酸イオン(DCOO-)を、分子内構造(LUMOの形状)を反映した原子分解能で観察することに成功し、本来絶縁性である有機分子のトンネル物性を評価する手がかりを得た。また、電圧パルスを加えて個々の蟻酸イオンを選択して電界蒸発させることにも成功した。小川は、Si(111)7×7の形成過程と欠陥構造について、擬STSの手法によりしらべ、7×7構造が3角形状のドメインの形で成長し、その最外側はfaulted halfで取り囲まれていることを明らかにした。MoS2劈開面上に形成されたArイオン照射欠陥とその電子構造についてしらべ、S面上の照射欠陥が負イオン化しており、そのクーロン反発力により照射欠陥を中心に電子密度の減少した領域の形成されることを明らかにした。重川は、297Kで金属-絶縁体転移を起こす(BEDT-TTF)2PF6のac面の観察を行い、常温で、2つの超構造の存在を確認した。1つは、1次元伝導軸に対して2倍の周期を持つ、通常の電荷密度波に対応する構造であるが、他方は、1次元軸に垂直方向に超構造を持つ。同構造を、転移温度付近での揺らぎの影響と表面での振動モードのソフト化により形成される、表面に局在した新しい相とみなすことにより、薄膜化による転移温度の上昇等比含め、有機材料表面での超構造の特性が統一的に理解される可能性のあり、現在、STS等を含めた実験を進めている。富取は、表面原子の配列・電子状態を再現性よくしらべるために、電界放射による探針評価が可能なSTM/STS装置を開発した。本装置により、Si(111)7×7のSTM観察・STS測定を行った。その結果、STS測定時の高電界印加によって誘起される探針のW(111)面へのSi原子の吸着によるFEM像の変化を確認し、STM像の分解能、トンネルスペクトルの変化との相関を確認した。長谷川は、室温以下で電荷密度波を形成する遷移金属カルコゲナイト1T-Ta(S,Se)2の電子状態の空間変化を、77Kにおいて、STM/STSによりしらべた。1T-TaSe2の場合、トンネルスペクトルは、バンド計算の結果と定性的に一致した。一方、1T-TaSe2では本質的にバンド計算とは異なり、フェルミ面上にギャップがみられ、また、ギャップエッジのピークはCDWの山の位置でいずれも極大になった。この結果は電子間のクーロン相互作用により電子が局在(モット局在)したものと解釈できる。
数量的空間経済学の発展：複数均衡，ネットワーク，政策評価

数量的空間経済学に関する研究課題の一環として,地域の生産ネットワークの構造を踏まえたPlace-Based Policyの分析を進めた.Place-based Policyとして日本の中心市街地活性化政策を取り上げ,地域(ここでは市を考える)の生産ネットワークの観点から政策の対象とする地域の優先順位を議論することが目的である.また,処置群・対照群に関わらず処置効果を識別するため,限界処置効果(marginal treatment effect)を推定するのが本研究の特色である.まず,研究の準備として,日本の中心市街地活性化政策の経緯や内容について調査を行うとともに,Place-based Policyに関する先行研究と,各自治体が行っている中心市街地活性化の取り組みについても調査を行った.また,生産ネットワークにおいて重要な役割を果たすと思われる卸売業の役割と現状について文献調査を行った.さらに,特定の地域のみに政策介入を行うことが正当化される経済理論的な理由について検討を行った.次に,推定作業を行うためのデータ整備を行った.具体的には,各市について,人口密度,一人あたり車台数,高齢者比率,平均小売売場面積,一人あたり所得,平均地価,一人あたり売上(小売,卸売)などのデータを整備した.さらに,用いる操作変数について検討を行い,市長の在職年数,省庁からの出向者数のデータを作成した.また,各市の生産ネットワークの特性を定量化するために,企業間取引データを用いて,モジュラリティ,次数相関,平均最短経路長,ホモフィリーなどのネットワーク指標を市ごとに計算した.そして,上記のデータを用いて,限界処置効果とネットワーク指標に条件付けた平均処置効果を推定した.予備的な結果として,域外との取引が盛んで,産業が多様である市ほど,一人あたり所得への処置効果は高いという結果が得られた.予備的な結果をまとめて論文の第一稿を完成させることができた.さらに,東京大学,京都大学,一橋大学,経済産業研究所のセミナーおよび応用地域学会の研究発表大会で発表した(京都大学のセミナーについては研究協力者が発表を行った).以下の点を課題として,研究を推進していく予定である.・現状ではセミパラメトリックに推定していることもあり,推定結果が安定していないという問題がある.この点に対処するため,エラータームに特定の分布を仮定することでパラメトリックな推定に切り替えることを検討する.・地域のネットワークの特性としてどのような指標を用いるか,中心市街地活性化政策の趣旨も踏まえながらさらに検討する.・限界処置効果は研究者が観測できない地域の異質性に条件付けられた処置効果であるが,この「研究者が観測できない地域の異質性」として具体的にどのような内容を想定するのか検討する.・現状では市レベルのデータを用いているが,政策の対象となる中心市街地の面積は市によって異なる.この点に対処するためには,メッシュデータなどのより地理的に細かいデータが必要となる.数量的空間経済学に関する研究課題の一環として,地域の生産ネットワークの構造を踏まえたPlace-Based Policyの分析を進めた.Place-based Policyとして日本の中心市街地活性化政策を取り上げ,地域(ここでは市を考える)の生産ネットワークの観点から政策の対象とする地域の優先順位を議論することが目的である.また,処置群・対照群に関わらず処置効果を識別するため,限界処置効果(marginal treatment effect)を推定するのが本研究の特色である.まず,研究の準備として,日本の中心市街地活性化政策の経緯や内容について調査を行うとともに,Place-based Policyに関する先行研究と,各自治体が行っている中心市街地活性化の取り組みについても調査を行った.また,生産ネットワークにおいて重要な役割を果たすと思われる卸売業の役割と現状について文献調査を行った.さらに,特定の地域のみに政策介入を行うことが正当化される経済理論的な理由について検討を行った.次に,推定作業を行うためのデータ整備を行った.具体的には,各市について,人口密度,一人あたり車台数,高齢者比率,平均小売売場面積,一人あたり所得,平均地価,一人あたり売上(小売,卸売)などのデータを整備した.さらに,用いる操作変数について検討を行い,市長の在職年数,省庁からの出向者数のデータを作成した.また,各市の生産ネットワークの特性を定量化するために,企業間取引データを用いて,モジュラリティ,次数相関,平均最短経路長,ホモフィリーなどのネットワーク指標を市ごとに計算した.そして,上記のデータを用いて,限界処置効果とネットワーク指標に条件付けた平均処置効果を推定した.予備的な結果として,域外との取引が盛んで,産業が多様である市ほど,一人あたり所得への処置効果は高いという結果が得られた.予備的な結果をまとめて論文の第一稿を完成させることができた.さらに,東京大学,京都大学,一橋大学,経済産業研究所のセミナーおよび応用地域学会の研究発表大会で発表した(京都大学のセミナーについては研究協力者が発表を行った).以下の点を課題として,研究を推進していく予定である.・現状ではセミパラメトリックに推定していることもあり,推定結果が安定していないという問題がある.この点に対処するため,エラータームに特定の分布を仮定することでパラメトリックな推定に切り替えることを検討する.・地域のネットワークの特性としてどのような指標を用いるか,中心市街地活性化政策の趣旨も踏まえながらさらに検討する.・限界処置効果は研究者が観測できない地域の異質性に条件付けられた処置効果であるが,この「研究者が観測できない地域の異質性」として具体的にどのような内容を想定するのか検討する.・現状では市レベルのデータを用いているが,政策の対象となる中心市街地の面積は市によって異なる.この点に対処するためには,メッシュデータなどのより地理的に細かいデータが必要となる.

次年度使用額が生じた理由:メッシュデータなどの地理的に細かいデータを扱う予定だったため,データを作成するのに必要なGIS(地理情報システム)ソフトウェアの費用を計上していた.しかし,当面は市単位のデータで分析を行うことになったため,2018年度においては不要となった.使用計画:論文の第一稿は完成しているため,国際学会で発表する予定である.したがって,そのための旅費に使用する予定である.
ミクログリアにおける機械受容チャネルの機能解明

ミクログリアは神経細胞と接触することで、発達期の神経回路形成や神経活動を制御する。本研究ではミクログリアに発現する機械受容チャネルに着目し、その機能を見出すため、ミクログリア特異的な同チャネルの遺伝子発現制御を試みた。新規遺伝子導入法によるshRNAおよび蛍光タンパク質の発現を行ったが十分な発現量を得られなかったため、Cre-loxPシステムを用いて遺伝子改変動物を作成した。その結果、遺伝子欠損と2光子イメージングによる突起の形態観察が可能であることを確認した。現在、欠損時におけるミクログリアの形態、動態の変化および神経回路形成過程および神経回路の可塑的な変化に対する役割について検証している。本研究では、ミクログリアが直接シナプスに接触する機能的意義を力学的な観点から考察し、神経細胞の可塑性に寄与することを生体2光子イメージングを用いて明らかにする。まず、ミクログリアのシナプス接触時間を計測し、機械受容チャネル阻害薬の影響について検討した。子宮内エレクトロポレーションを用いて、Iba1-EGFPマウス大脳皮質の興奮性神経細胞にtdTomatoを導入し、阻害薬を脳内に微量注入した。しかしながら、阻害薬投与下では、シナプスへの接触を観察することができなかった。阻害薬による突起の動態速度の低下、および阻害薬投与によるミクログリアの活性化に伴う形態変化によって長期的な観察が難しいことが原因として考えられる。そこで、候補分子をミクログリア特異的に欠損させることによって、長期的な観察を行うことを予定している。ミクログリアの機能応答を計測するために、Iba1-tTA::tetO-GCaMP7-DsRed2を作成した。しかしながら、ミクログリアにおけるGCaMP7およびDsRed2の発現は認められなかった。現在、遺伝子導入法を用いたGCaMP6の発現と新たな遺伝子改変動物を用いた解析を進めている。これまでに、ミクログリアがシナプス接触時にその活動を修飾するかは明らかでない。そこで、ミクログリアのシナプス接触時における神経活動修飾について検討した。当初、神経活動のモニタリングには、Thy1-GCaMP7-DsRed2を使用する予定であったが、蛍光強度に乏しかったため、Iba1-EGFPマウスの神経細胞にアデノ随伴ウイルスを用いて、GCaMP6fおよびtdTomatoを発現させた。ミクログリア接触時にはスパイン活動が上昇することが明らかとなった。ミクログリアは傷害に対しても非常に鋭敏に応答し、活性化状態へと形態を変化させることから、薬理的な手法では生理的機能を解析をすることは難しいと考えられる。遺伝学的手法を用いて、機械受容チャネルを欠損させ、機械受容の機能をミクログリア特異的に欠損させることとした。Iba1-tTA::tetO-GCaMP7-DsRed2マウスを作成したが、ミクログリア特異的な蛍光分子の発現は認められなかった。原因は不明であるが、Iba1-tTA::tetO-GCaMP6マウスの作成、およびミクログリアへの遺伝子導入を進めている。一方、Thy1-GCaMP7-DsRed2の蛍光発現は低かったため、ウイルスによる遺伝子導入法に切り換え、神経細胞にGCaMP6fを発現させることによって、接触時に神経活動が上昇することを見出した。本研究では、ミクログリアがシナプスに直接接触する機能的な意義を力学的観点から考察し、神経細胞の可塑性への関与について2光子イメージングを用いて明らかにする。まず、ミクログリア特異的に緑色蛍光タンパク質EGFPが発現する遺伝子改変マウスを用い、機械受容チャネル阻害薬を投与した。その結果、ミクログリアの形態および動態が変化することが明らかとなった。次に、ミクログリアのシナプス接触時間を計測し、機械受容チャネル阻害薬の影響について検討した。これは、阻害薬投与によるミクログリアの活性化に伴う形態変化によって長期的な観察が難しいことが原因として考えられる。そこで、Cre-loxPシステムを用いて、ミクログリア特異的かつ時期特異的な機械受容体欠損マウスを作成した。現在、2光子イメージングならびに免疫組織化学を用いて、その欠損による影響について形態的ならびに動態的な差異を比較検討中である。機械受容体欠損によるミクログリアの機能的変容を可視化するためにミクログリアのカルシウムイメージングを行う。Tet-offシステムを用いてミクログリアの機能応答を計測するために、Iba1-tTA::tetO-GCaMP7-DsRed2を作成した。そこで、ミクログリア特異的にGCaMP6を発現する遺伝子改変マウスを作成した。機械受容チャネル欠損における機能的な変化について検討中である。

現在、欠損時におけるミクログリアの形態、動態の変化および神経回路形成過程および神経回路の可塑的な変化に対する役割について検証している。Cre-loxPシステムを用いて、ミクログリア特異的かつ時期特異的な機械受容チャネル欠損マウスを作成し、ミクログリアの形態的動態的変化を2光子イメージングによって明らかにする。これによって生じるミクログリアの機能変化が神経活動に及ぼす影響を神経細胞のカルシウムイメージングを用いて検証する。ミクログリアのカルシウムイメージングはIba1-tTA::tetO-GCaMP6の作成、ミクログリアへのカルシウム感受性蛍光タンパク質の遺伝子導入によって確立する。神経生理学機械受容チャネル欠損マウスのリリースが平成29年4月からであったため、その購入費として次年度使用額が生じた。上記機械受容チャネル欠損マウスの購入費として使用する。
沖縄産二枚貝の有毒物質に関する研究

タイラギの仲間、ハボウキガイ(Pinna attenuate Reeve)に有毒物質(Pinnatoxin)が存在することは中国の研究者によって報告された。その後研究の進展もなく、またCaチャンネルに特異的に作用し、Ca^<2+>イオンの細胞内流入を引き起こすことにも注目し本研究に着手した。幸いに沖縄産のタイラギにもこの毒が存在するので約15000個体を購入した。この毒が水溶性であることに基づいた精製法を考案し、現在3種類の有毒物質が存在することを解明した。タイラギのむき身45kg(9000個体に相当)を処理し、その内1/3について精製を繰り返した。活性の弱いPinnatoxin Aを1.6mg(600MU、1MUはマウス1匹を10分内に殺傷するに必要な毒量)、活性の強いPinnatoxin B,C、0.6mg(30kgのむき身より)(1800MU)をマウスに対する急性毒性を指標に精製した。Pinnatoxin Aのタイラギ中の存在量はPinnatoxin B,Cの約5倍、毒性は1/8であることがわかった。驚くべきことにB,Cの毒性はTetrodotoxinに匹敵する。本研究は化学構造解明段階にまでこぎつけることが出来たが、特にPinnatoxin Aについてはその進展がめざましい。分子量はSIMSの測定結果から、711でありPinnatoxin B,Cよりも30mu小さい。また、分子式はC_<41>H_<61>NO_9と決定でき、^1H-NMRスペクトルも相当きれいで明確に面積比が確認できるようになってきており、従来にない化学構造が予想された。現在構造研究を精力的に進めているがこの物質もポリエーテル系の化合物で作業構造式は推定できている。
in vitro, in vivo モデル作製による鉄芽球性貧血の病態解明

遺伝性鉄芽球性貧血患者由来iPS細胞からin vitro培養系で誘導した赤芽球においては、グロビン遺伝子の発現や赤血球関連転写因子群が低下しており、赤血球分化が阻害されている可能性が示唆された。ストローマ細胞と共培養系を用いることにより、鉄芽球が得ることができたため、現在その形質を解析中である。また、CRISPR/CAS9システムを用いてALAS2遺伝子のエンハンサーに変異を導入したマウスを作成したこのマウスは貧血を呈し、ALAS2の発現も抑制されていることが確認できた。今後、鉄代謝、赤血球造血について解析を進めるとともに、治療法の開発に供する予定である。鉄芽球性貧血モデルマウスについては、GATA1の発現制御領域(G1HRD)下流にrtTAを組み込んだコンストラクトをトランスジーンしたマウス(Tg-G1HRD-rtTAマウス)と、TRE下流にALAS2の発現を抑制するshRNAを組み込んだコンストラクトをトランスジーンしたマウスを(Tg-EGFP-ALAS2 shRNAマウス)の掛け合わせにより作成する計画である。Tg-G1HRD-rtTAマウスは作製済であるが、Tg-EGFP-ALAS2 shRNAマウスについては作製したALAS2 shRNAによるALAS2発現抑制が十分でなく、新たなラインを作製中である。遺伝性鉄芽球性貧血(XLSA)症例由来のiPS細胞については、染色体核型、3胚葉への分化能、ALAS2遺伝子変異を確認したのち、赤血球へのin vitro分化系を確立した。その結果、XLSA由来赤血球ではグロビンをはじめとする赤血球特異的遺伝子の発現が抑制されていることが明らかとなった。ただし、鉄芽球の出現は確認できておらず、現在より赤血球分化が良好な培養条件の確立を目指している。新たな遺伝性鉄芽球性貧血症例のゲノム解析については、全エクソン解析で既知の変異が認められなかった症例について全ゲノム解析を予定している。遺伝性鉄芽球性貧血は、ミトコンドリアに鉄が蓄積した環状鉄芽球の出現を特徴とする難治性貧血である。本疾患に対する治療法を開発するためには、ミトコンドリアへの鉄沈着機序の解明と鉄芽球性貧血モデルの確立が必須である。本研究は、1.遺伝性鉄芽球性貧血家系にて新規に同定した原因遺伝子の機能を解析し、その変異による鉄沈着機序を明らかにする、2.遺伝性鉄芽球性貧血患者由来iPS細胞からin vitro培養系で鉄芽球を作製する、3.新たなin vivo遺伝子発現抑制系を確立し、鉄芽球貧血モデルを作製することにより、鉄芽球の特性・鉄芽球性貧血の病態を明らかにする、ことを目的としている。当該年度は主として2、3について研究を進めた。2については、前年度に樹立したiPS細胞からin vitroで赤血球に分化する培養系を確立した。この系を用いて患者iPS細胞から赤芽球を分化誘導し、解析したところ鉄芽球が認められ、ヒト鉄芽球を作成することに成功した。この赤芽球を解析したところ健常人iPS細胞から作成した赤芽球と比較してグロビンなどの赤血球関連遺伝子の発現低下が認められた。3については、in vivo遺伝子抑制系を用いたモデルマウス作成の効率が極めて悪いことが明らかとなったため、CRISPR/CAS9システムを用いた変異マウス作成に計画を変更した。現在、得られたマウスの変異の確認を行っており、今後解析の予定である。遺伝性鉄芽球性貧血家系にて新規に同定した候補遺伝子については、変異マウスでの形質に鉄芽球性貧血が認められなかったことから、原因遺伝子としての証明には至ってない。遺伝性鉄芽球性貧血患者由来iPS細胞からin vitro培養系で鉄芽球を作成する計画については、実際に鉄芽球が作成できたことから十分な進捗が得られたと考えている。in vivo遺伝子発現抑制系を確立し、鉄芽球貧血モデルを作成するという計画については、上記の通りCRISPR/CAS9システムを用いた変異マウス作成に計画を変更した。当初予定したin vivo遺伝子発現抑制系によるモデルマウス作成という点では、計画が達成できていないが、CRISPR/CAS9システムによりモデルマウスが得られることが期待できるため、全体の進捗としては順調と考えている。ヘム、鉄ー硫黄クラスターといった生命現象に必須の鉄利用分子はミトコンドリアにて合成される。赤芽球においてこのミトコンドリアでの鉄利用障害が生じると、鉄が異常沈着し、環状鉄芽球が形成され、鉄芽球性貧血の発症へと至る。NGSといった遺伝子解析システムの発達により、鉄芽球性貧血の原因遺伝子が正確に同定できるようになったが、疾患モデルが作製できなければ、病態の解明や治療法の開発にはつながらない。in vitro, in vivoでの疾患モデルの樹立を目的として、本年度はヒトiPS細胞からのin vitro赤血球分化誘導系を確立した。この分化誘導系を用いて遺伝性鉄芽球性貧血症例から樹立したiPS細胞を赤芽球へと分化誘導した。ストローマ細胞を用いない培養系では赤芽球は得られたものの鉄芽球は得られなかったが、ストローマ細胞を用いた培養系において効率的に鉄芽球を得ることができた。ヒトiPS細胞由来赤芽球細胞株(HiDEP細胞)に、CRISPER/CAS9法を用いて遺伝性鉄芽球性貧血の原因遺伝子であるALAS2遺伝子に変異を導入した亜株を作成し、同様の共培養系で分化誘導したところ、効率的に鉄芽球系を得ることができた。

現在、これらの鉄芽球の形質を解析するとともに、治療候補薬剤の薬効をこのシステムを用いて検討する予定である。また、CRISPER/CAS9法を用いてALAS2遺伝子に変異を導入したマウスについても低頻度ながら個体が得られたため、現在個体を増やしながら、解析準備中である。遺伝性鉄芽球性貧血患者由来iPS細胞からin vitro培養系で誘導した赤芽球においては、グロビン遺伝子の発現や赤血球関連転写因子群が低下しており、赤血球分化が阻害されている可能性が示唆された。ストローマ細胞と共培養系を用いることにより、鉄芽球が得ることができたため、現在その形質を解析中である。また、CRISPR/CAS9システムを用いてALAS2遺伝子のエンハンサーに変異を導入したマウスを作成したこのマウスは貧血を呈し、ALAS2の発現も抑制されていることが確認できた。今後、鉄代謝、赤血球造血について解析を進めるとともに、治療法の開発に供する予定である。テトラサイクリンーshRNAを用いたトランスジェニックマウスについては、すでに複数のライン作製に取り組んでおり、次年度には作製が見込まれる。shRNAの遺伝子抑制効果についてはin vitroの赤血球細胞株で確認済であり、トランスジェニックマウスでのテトラサイクリン誘導によるin vivo遺伝子抑制も効率的に達成できると予想している。また、疾患特異的iPS細胞についても複数のラインが樹立でき、赤血球へのin vitro分化系も確立できた。この系により赤血球を得ることに成功しており、初年度の目標はほぼ達成できたと考えている。新たな遺伝性鉄芽球性貧血家系からの新規原因遺伝子同定については、候補としていたAPEX1のノックアウトマウス等で鉄芽球性貧血の形質が得られなかったため、遺伝子変異が認められていない家系を対象に全エクソン解析を行った。今のところ、新規の候補遺伝子の同定にいたっていないため、次年度以降全ゲノム解析を予定している。候補遺伝子の解析から新たな家系の解析へとステップを踏んで研究を進めており、新規原因遺伝子の同定についてもまだ結果は得られていないが、研究の進捗については順調と考えている。遺伝性鉄芽球性貧血家系における新規候補遺伝子の同定については、全ゲノム解析にて網羅的に変異を解析する。患者iPS細胞からの鉄芽球については、引き続きその形質を解析するとともに、治療候補薬剤であるALAを培養系に添加し、鉄沈着が解消できるかどうか検討する。モデルマウスについてはジェのタイピングで予想される変異の導入が確認出来次第、解析を開始する。モデルマウスが確立できた場合、iPS細胞実験と同様に治療候補薬剤であるALAを投与し鉄芽球性貧血の改善が認められるかどうか検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。血液内科学テトラサイクリン誘導システムによるモデルマウス作製(Tg-G1HRD-rtTAマウスxTg-EGFP-ALAS2 shRNAマウス)については、Tg-EGFP-ALAS2 shRNAマウスが樹立次第、掛け合わせを開始し、早期に作製する予定である。またこのシステムが予想通りに進まない可能性もあることから、現在CRISPERシステムを用いてALAS2遺伝子に変異を導入したマウスを並行して作製中である。また、遺伝性鉄芽球性貧血(XLSA)症例
マイクロファイバーを用いた超高速血中がん細胞分離システムの開発

20 wt%のポリスチレン(PS)溶液から平均でおよそ12 μmの空隙のある不織布を作製した。この不織布にヤギ全血を透過させたが溶血が認められなかった。抗EpCAM抗体を固定化したPSファイバー不織布に対して、EpCAMが発現しているMCF7細胞を反応させると、ファイバー上への捕捉がみられ、また、EpCAMが発現していないHeLa細胞の場合では、捕捉が見られなかった。このことから、EpCAMを介した特異的な抗原抗体反応により、マイクロファイバー上へ細胞の捕捉が起きていることが分かった。これらの結果から、血中からCTCsの捕捉が可能なマイクロファイバーシステムが作製できた。近年の研究によって、Circulating Tumor Cells (CTCs、血中循環がん細胞)の数が癌の進行と相関関係を持つ事が分かってきた。しかし、血中に存在するCTCの数が非常に少ない為、多量に存在する血中成分からこれを捕捉し、分離する技術の確立が必要になる。しかしCTCを用いた診断が医療機関での検査に組み込まれる事を考慮すると、サンプル量や迅速性という点においては未だ不十分であると考える。そこで本研究では表面積をより大きく確保できるマイクロファイバーに導入し、吸引装置を共に用いる事で、今まで以上に迅速で簡便な感度の高いCTC検知デバイスを創製する事を目的とした。今回の実験では基板に用いるファイバーの作製とその評価と、今後細胞実験に使用する細胞種の選定をおこなった。細胞が通過する事が可能なポアサイズを有するマイクロファイバーが作製可能となった。ヤギ全血を透過させた際に構造破壊が起こらず、また溶血も確認できなかった。これらの結果から、この濃度によって作製された不織布が今後の実験で使用するのに適当と考えられる。感度測定の実験では、吸引装置を用いることで抗原を反応させる作業が通常のプロトコルでは1時間以上かかるところを1分以内に短縮できた。誤差は大きいものの、抗原濃度が大きくなるにつれて得られた蛍光強度が大きくなっていることが確認できた。この結果から、ファイバーと吸引装置を用いる事で比較的短い時間で抗原抗体反応を生じさせることができたと結論付けた。続いて、各細胞におけるEpCAMの発現量の評価であるが、HeLaの蛍光強度は蛍光で標識された抗体を入れていないものと差異がなく、HeLaにはEpCAMが発現していないもしくはほとんど発言していないものと考えられる。HeLaとMCF7の蛍光強度には大きな差異を確認できた。この事からMCF7はEpCAMが強く発現していると考えられる。近年、Point of caretest (POCT)「患者の身辺での臨床検査」の必要性が叫ばれている。特に進行が早いがんの治療において迅速かつ正確な検査が、患者にも治療を行う医者にも重要になる。近年の研究により、Circulating Tumor Cells (CTC、血中循環がん細胞)の数が癌の進行と良い相関関係がある事が分かってきた。従来の診断方法であるCT画像とCTCの測定を併用することで、従来よりも高度な検査ができるようになり、それぞれの患者にあった癌治療を行えるようになると考えられる。現在、技術の進歩によって民間企業に依頼することでCTCの数の測定する事が可能になってきた。しかし測定結果が出るまでに数日以上かかり、一度の測定に何十万という費用がかかる為に医療機関での検査としては導入されていない。CTCを用いた診断が医療機関での検査に組み込まれる為には、今まで以上に迅速で簡便、低コストの測定方法の開発が必要となってくる。先行研究[1]に、マイクロポストを導入した基板にanti-EpCamの抗体を固定化し、細胞表面にEpCamを異常発現させているCTCを抗原抗体反応により補足、測定したというものがある。そこで本研究では先行研究と同様のシステムを、表面積をより大きく確保できるファイバーに導入し、吸引装置[2]を共に用いる事で、今まで以上に迅速で簡便な感度の高いCTC検知デバイスを創製する事を目的とする。今回の実験ではデバイスの基板となるファイバーの作製条件の検討、ブロッキング剤の選定、CTC補足のモデル実験としてファイバーを用いたイムノアッセイの感度測定をおこなった。近年の研究から血中を循環している癌細胞(CTCs)は、新たな腫瘍マーカーとして利用できることが期待されている.これは腫瘍の進行度と血中細胞数とが相関関係にあることが近年示されたためである.しかし、10mL中の血中に存在するCTCsの数が、数十個程度と非常に少ないことが報告されているため、血中から効率的にCTCsを捕捉し定量化することが重要になる.これまでに、基板表面にマイクロポストを構築したマイクロチップを用いて、細胞膜タンパク質であるEpCAMが発現している細胞を高い捕捉率で捕えた例など、マイクロチップを利用した研究が多数報告されてきた.

しかし、マイクロチップでは1時間当たり数mL程度の血液しか分析できないことが報告されており、血中に微量しか存在しないCTCsの細胞数を定量的に計測するためには、比較的大量の血液が必要であると考えられる.本研究では、細胞との接触面積を大きくするためにマイクロファイバーからなる不織布を作製し、CTCs上に異常発現しているEpCAMと特異的に反応する抗体(抗EpCAM抗体)を基板上に固定化し、吸引装置を共に用いる事で、大量の血液から簡便、迅速かつ効率的にCTCsを捕捉できるデバイスを作製することを目的とした抗EpCAM抗体を固定化したPSファイバー不織布に対して、EpCAMが発現しているMCF7細胞を反応させると、ファイバー上への捕捉がみられ、また、EpCAMが発現していないHeLa細胞の場合では、捕捉が見られなかった.このことから、EpCAMを介した特異的な抗原抗体反応により、マイクロファイバー上へ細胞の捕捉が起きていることが分かった.この時の10mLの全血から補足にかかる時間は、1分以内であり目的としてた迅速検知が実現できた.ナノ・マイクロ科学血中がん細胞のサンプルを調整するのに時間を要したため。細胞が通過する事が可能なポアサイズを有するマイクロファイバーが作製できた。ヒト全血を透過させた際にも構造の破壊が見られなかった。血液中の特異な細胞と取り出す基礎的なデバイス設計まで、現在までに達成した。血中がん細胞のサンプルが入手可能となったことからマイクロファイバーを用いて血液を用いた評価を行う。感度測定の実験では、吸引装置を用いることで抗原を反応させる作業が通常のプロトコルでは1時間以上かかるところを1分以内に短縮できた。誤差は大きいものの、抗原濃度が大きくなるにつれて得られた蛍光強度が大きくなっていることが確認できた。ファイバー上で抗原抗体反応が生じており、CTC補足の可能性を示唆できる。誤差が大きい原因を探求し、CTC補足を試みる。計画どおりにシステム開発まではできたが、血中がん細胞の入手が困難であった。血中がん細胞の入手が可能となったため、今年度は実サンプルを対象として実験を実施する。全血とマイクロファイバーが接触した際の適合性の評価が不十分であるため、こちらをまずは確認する。そのご、全血からCTCのみを検出できるかを探る。
熟練者の目視技術を活用する稲の生育診断システム

本研究では熟練者が稲の生育診断を行う際の視線を取得し、熟練者の視線が生育診断の機械化に向けて有効な特徴となり得るか検討を行っている。当初予定では、本年度は広範囲の圃場を測定するための研究を重点的に実施する予定だったが、その基礎となる部分に課題があることから前年度に引き続き基礎部分に重点を置き研究を遂行した。前年度の研究では、撮影された圃場画像は実際には色むらがない圃場であったとしても場所によって葉の色が変化して見える、という問題があり視線データをそのまま活用することが困難であるという課題があることが明らかになった。このことから、当該年度の研究では画像補正技術によって圃場画像の葉の色が変化して見える課題を解決することができないかという観点から研究を遂行した。人間の視覚特性をモデル化した画像処理法や機械学習を取り入れたものなど3種類の補正方法について実験を行い補正を試みたが、これまでに取得された圃場画像データベースの画像に対しては3種類のいずれも色の変化の課題を解決するに至らなかった。また、視線解析の精度向上のため本年度も視線データの取得を行った。熟練者と初心者の視線データを同時に取得し、傾向を比較することができた。色の変化の課題に対し、他の研究者からアドバイスをいただいたり新技術の調査を行うなど課題の克服について取り組んだ。圃場画像取得時にどのような環境要因があり、どのように画像に影響しているのかを調査したほうが良いとのアドバイスを受け、画像撮影時に環境データも合わせて取得するためのシステムを導入した。前年度に引き続き、圃場画像の場所によって色の変化が見られる課題に取り組んだが解決に至らなかった。高所から斜め方向に撮影した圃場画像も取得したが、前述の課題と同様の課題があることが確認されたため、前述の課題の解決が急務となっている。まずは圃場画像における場所依存の色の変化の課題に取り組む。(1)色が変化する要因を特定し対策を講じる、(2)圃場画像のうち色の変化が少ない部分を利用して生育診断を行い、その際の視線を取得することで、色の変化の影響を受けないようにする、という2つの方針で課題解決に取り組む予定である。また、広範囲の圃場の生育診断を実現できるようデータの取得、解析を進める予定である。本研究では熟練者が稲の生育診断を行う際の視線を取得し、熟練者の視線が生育診断の機械化に向けて有効な特徴となり得るか検討を行った。まず、熟練者が潜在的に利用する生育診断の要領を視線から浮き彫りにすることができた。視線を解析する前に、まずは熟練者からは聞き取り調査等を行い生育診断を行う際の要領等を調査した。その後視線を解析したところ、聞き取り調査等では明らかになっていなかった要領が存在することが確認された。熟練者が無意識的に行っている要領を浮き彫りにすることができたことから、技術伝承等で熟練者の視線を解析することが有効である可能性が示され、学術的に有意義な結果が得られた。続いて生育診断を機械化するために、熟練者の視線から得られた要領が有効であるかどうか検討を行った。これまでの研究で開発された生育診断ソフトウェアにより、熟練者の視線の特徴を活用して生育診断を行った場合とそうではない場合を比較したところ、熟練者の視線の特徴を活用した場合のほうが生育診断の精度が向上する可能性が示された。このことから熟練者の視線から得られた要領は、稲の生育診断の機械化に対して有効な特徴である可能性が示された。現時点では熟練者の視線が生育診断の精度が向上させるための特徴となると結論付けることはできないが、次年度以降も視線データを取得し、研究の質を高める予定である。これらの成果を電子情報通信学会総合大会にて発表し広く情報を発信するとともに、今後研究を遂行する上で有意義な情報を収集した。当初予定していなかった課題に直面し、その課題解決に時間を要したことから遅れが生じた。スマートフォンを用いて圃場を撮影したところ、色むらが少ない圃場であっても画像上では場所により色合いが変化することが確認された。熟練者の視線から得られた特徴には視線を向ける場所に関する特徴が含まれるが、前述のように色合いが変化してしまった部分と重複してしまい、特徴が有効に活用できなかった部分があった。また、初心者の視線を取得し熟練者の視線と比較する予定であったが実現できなかった。