hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化学物質による室内環境汚染の危険性評価に関する研究

シックハウス症候群として問題になっている室内環境中には多種類の化学物質が存在するとともに多彩な臨床症状が知られているが、このような病態とホルムアルデヒドおよびフタル酸エステル等室内環境汚染に関連する化学物質の関係を検討した。そのためにまず、それぞれの測定法を確立し、さらに、ホルムアルデヒド濃度削減に関する方法として、光触媒蛍光灯の有効性を見い出した。また、シックハウス症候群には、ストレスが関与していると言われていることから、次に、ストレスマーカーに関する検討を加えた。老化赤血球の分解産物のひとつであるビリルビンには、最近、抗酸化作用があることが知られ、その生理的意義が注目されていることから、ビリルビンを産生する律速酵素であるヘム分解酵素について、ストレスとの関係を取り上げた。ヘム分解酵素のなかでもHeme Oxygenase-1(HO-1)は重金属や酸化を始めとする種々のストレスによって誘導されることが良くしられているが、特に酸化ストレスの原因となる活性酸素(ROS)とHO-1誘導の関係を詳細に検討した。生体内のROSの検出試薬であるdihydrodichlorofluorescein-diacetate(DCFH)の有効性とHO-1の誘導の関係を調べた結果、それらは必ずしも一致せず、むしろヘムと反応して必ずしも有効でないことがわかった。しかし、細胞をストレス誘導条件でない無処理の状態で培養するとDCFHの反応性は不均一であり、これの原因が何に起因するのかは不明であった。また、細胞のストレス応答を視覚的にとらえることの試みとして、ストレス蛋白質として知られているHO-1遺伝子の構造のプロモーター領域にある種々の金属応答配列やストレス応答配列をルシフェラーゼやGFP構造遺伝子に組み込んだレポーター培養細胞株を作製した。これらを用いて金属暴露や化学物質の検出を試みたところ、ルシフェラーゼ活性やGFP発光についてヒ素、カドミウム、水銀さらには有機化合物などを加えた場合における活性の上昇を確認した。近年、一般居住環境における化学物質による室内汚染と、それによる生体影響がシックハウス症候群として問題になっているが、室内環境中には多種類の化学物質が存在するとともに臨床症状が多彩なため、その成因と病態は未だ明らかではない。本研究はこの様な病態に室内環境中の化学物質がどのように関連しているかを検討しようとするものである。2002年度においては、室内環境汚染に関連する化学物質としてホルムアルデヒドおよびフタル酸エステルを選び、一般住宅における曝露および職業性曝露について調査と検討を行なった。ホルムアルデヒド測定については、検知管法による測定が簡便であるだけではなく精度も十分に得られることが明らかになったので、学会報告(公衛学誌、49:279、2002)するとともに、論文を作成し現在投稿中である。住宅室内環境中のフタル酸エステル(PE)を測定した結果、ガス状と粒子状のPEが存在し、それらは室温の上昇とともに濃度が増加することが観察された。これらの結果については、学会報告を行い(日衛誌、57:237,2002)(産衛誌、44:361,2002)、現在論文を作成中である。シックハウス症候群の疑われた患者4例について、その臨床的検討を行なうとともに室内環境の化学物質曝露を調査し、その関連を検討し、報告した(アレルギーの臨床、22:967-971,2002)。さらに、職業性曝露によりシックハウス症候群様症状を発症した2症例について、その臨床経過と環境状況の変遷とを検討し、結果を学会報告(産衛誌、44:499,2002)するとともに、現在論文を作成中である。

近年、一般居住環境における化学物質による室内汚染と、それによる生体影響がシックハウス症候群として問題になっているが、室内環境中には多種類の化学物質が存在するとともに臨床症状が多彩なため、その成因と病態は未だ明らかではない。本研究はこの様な病態に室内環境中の化学物質がどのように関連しでいるかを検討するとともに、環境の改善策を検討しようとするものである。2003年度においては、2002年度に引き続き室内環境汚染に関連する化学物質としてホルムアルデヒドおよびフタル酸エステルを選び、一般住宅における曝露および職業性曝露について調査と検討を行なった。さらにホルムアルデヒド濃度削減に関する方法として光触媒蛍光灯の有効性の評価検討を試みた。ホルムアルデヒド測定については、検知管法による測定の有用性について検討した結果、簡便であるだけではなく精度も十分に得られることが明らかになり、論文として報告した(Ind.Health,41(4):306-312,2003)。住宅室内環境中のフタル酸エステル(PE)曝露による健康影響を検討するために室内環境中のPE測定を行い、室内環境および生活の仕方との関連を検討し、論文として報告した(家政学研究50(2):1-10,2004)。職業性曝露によりシックハウス症候群様症状を発症した症例について、その臨床経過と環境状況の変遷とを検討した結果を論文として作成し、現在投稿中である。可視光領域で光触媒作用があるルチル型光分解蛍光灯照射によるホルムアルデヒド濃度の低減化を検討するため、医学部解剖準備室において実験を行い有効性が観察されたので、その結果を論文として報告した(生活衛生47(5):261-268,2003)。複合曝露に関する分子生物学的検討として、代謝酵素に関する検討を実施中である。Heme Oxygenase-1 (HO-1)は重金属や酸化を始めとする種々のストレスによって誘導されることが良く知られており、ストレスマーカーのひとつとなりうるが、本年度は特に酸化ストレスの原因となる活性酸素(ROS)とHO-1誘導の関係を詳細に検討した。生体内のROSの検出試薬であるdihydrodichlorofluorescein-diacetate (DCFH)の有効性とHO-1の誘導の関係を調べた結果、それらは必ずしも一致せず、むしろヘムと反応して必ずしも有効でないことがわかった。しかし、細胞をストレス誘導条件でない無処理の状態で培養するとDCFHの反応性は不均一であった。そこで、無処理の細胞におけるHO-1の発現を調べた結果、DCFH反応と同様に10-15%の細胞ではHO-1が高発現で不均一であることがわかった。そこで、DCFH高反応細胞をサイトフルオロメーター法を用いて分画して、HO-1の発現を調べたが、発現程度にはあまり差が認められなかった。そこで、無処理細胞での高発現と細胞周期や増殖などのマーカーと比較したが、一致することはなかった。しかし、数種類のストレス関連蛋白質の発現とは良く一致した。
多様化・複雑化する学習者群に対応した反転授業型日本語教育カリキュラムの考案と検証

本研究は、国内の留学生受入拡充により学習者のニーズと習得プロセスが著しく多様化・複雑化した日本語教育の現状に対応すべく、自習時間にデジタル教材などで講義を受講し、授業時間に応用・演習を行う「反転授業型学習」に基づく新しい教育実践モデルを考案・検証し、最終的に新しい日本語教育カリキュラムのモデルを提唱することを趣旨として遂行した。本研究期間に、国内の日本語教育の学習ニーズはさらに急激に多様化した。最も顕著なのが、基礎日本語教育ではなく、国内の企業の国際化の動き、そして労働人国減少問題の影響による外国人労働者の受入れ規制の緩和の動きなどの背景を受けて、「ビジネス日本語教育」「留学生教育」としての日本語教育の教育内容の新開発が求められるようになった。この潮流を察知し、本研究では「反転」型の教育手法、そしてオンラインやデジタル教材の活用を取り込んだ初級・中級の日本語教育モデルを設計し、最終年度には試行的に国内外にて使用しその効果を検証した。反転授業では自宅で講義ビデオなどのデジタル教材を使って学び、授業に先立って知識の習得を済ませる。そして教室では講義の代わりに、学んだ知識の確認やディスカッション、問題解決学習などの協同学習により、学んだ知識を「使うことで学ぶ」活動を行う(Bergman他2012)。この形は、国内における授業展開においても有効であるが、本研究期間において海外(カンボジア・タイ)における初級・中級の学習教材としても活用範囲が広がることが判明し、その試用も実施した。本研究の最終成果としては、現在進行形ではあるが、カンボジアのonevisa education centerにて、本研究で開発している教材を実際に活用し、N4までの日本語能力および国内での就職にもつながる教育プログラムを共同開発が実現している。本研究では、国内の留学生受入拡充により学習者のニーズと習得プロセスが著しく多様化・複雑化した日本語教育の現状に対応すべく、自習時間にデジタル教材などで講義を受講し、授業時間に応用・演習を行う「反転授業型学習」に基づく新しい教育実践モデルを考案・検証し、最終的に新しい日本語教育カリキュラムのモデルを提唱する。初級・中上級およびアカデミック日本語の3段階の言語レベルで反転授業型学習を試行的に実施し、科目受講者の1基礎言語学的運用能力2コミュニケーション能力3漢字習得などのリテラシー能力の発達を1年間にわたり縦断的に追跡調査を行うことで従来のカリキュラムの受講者との比較検証を行う。本年度は、初級レベルの教材作成を学生アルバイトおよび研究協力者と協働し進めてきた。平成28年度春学期(研究期間2年目)においてこれらの教材を使用し、反転授業の導入活動を実際の授業において進めつつある。中級・アカデミック日本語レベルの教材については、平成28年度に作成を進める予定をしており、初級教材についてはおおむね作成を終了することができた。3年間の調査期間の工程としては、順調に展開することができたと考えている。大学の国際化が近年強化され、今後もさらに展開する中、高等教育機関で学ぶ外国人留学生数は増加してきている。彼らの日本における学習目的や進学ルートは複線化しており、英語だけで進学・卒業するトラックも存在する。この現象は、彼らの日本語学習の必要性も多層化・複雑化することを意味する。今後も受入学生を増やす施策を推進する大学では、この状況に応じた日本語教育カリキュラムの再考の機運が高まっている。例えば短期間における日本語の習得や、専門分野に相応しいコミュニケーション能力・相互行為能力の養成など、多様な日本語能力の需要に対応できる教育プログラムが求められている。その一方で、日本国内の大学における授業体系は従来通り90分単位の講義を基本とした授業時間数での設計となっており、限られた授業時間数の中でこのような多様な能力養成を実現させなければならない、という検討課題がある。日本語授業の3段階の言語レベルで反転授業型学習を試行的に実施し、科目受講者の1基礎言語学的運用能力2コミュニケーション能力3漢字習得などのリテラシー能力の発達を1年間にわたり縦断的に追跡調査を行うことで従来のカリキュラムの受講者との比較検証を行う。反転授業の導入により第二言語能力のどの側面の習得が促進され、抑制されるのかを解明し、その短所を補填した教育実践も同時に提案する。従来の計画では、平成28年度中に初級・中上級・アカデミック日本語の3クラスを「実験群」とし、言語習得過程の定量的・定性的比較検証を行うため、従来のカリキュラムで学習する同レベルの学習者グループ(「統制群」)も設定する予定であった。初級教材の作成過程に遅延が生じ(アルバイト学生の都合など)、実験群の3段階の設置に時間がかかったため、実際の主な調査対象となる能力の測定は平成29年度に持ち越しとなった。現時点では、一部既存の講義動画なども活用し、初級、中級、上級の3段階においてeLearning教材(反転授業用)が準備できている。本研究では、国内の留学生受け入れ拡充により学習者のニーズと習得プロセスが著しく多様化・複雑化した日本語教育の現状に対応するため、「反転授業型」学習およびICTを活用したオンライン交流学習の手法を導入した新しい教育実践モデルを考案・検証した。本研究期間において、日本語授業の初級レベルからN4レベルの中級レベルにおいて反転動画授業を事前学習させ、教室内での授業時間では演習を中心とした実践・応用の言語学習を行う習慣付けを計2学期間続けて行った。

代表者の所属する機関(関西大学)では、この反転型学習は今後も継続される。成果発表の場としては、2018年4月に開催されたユニコラボレーション(Unicollaboration)学会@クラクフで発表を行った。また、8月に実施される国際日本語教育学会(IJCLE2018)@ベネチアにて、ICTを活用した教育における学習成果についての発表を行う。現在新たな反転型教育に使用できる(ビジネス)日本語教材の開発を行う可能性が生まれており、主にJLPTN3程度の学習者らを対象とするデジタル教材として企画を立てている。期間終了までに本研究の成果を生かした形としてできる限り進めていきたい。前年度後半に、反転授業の教材作成において従来計画していたLMSが使用不可となる状況に陥ったこと、また、本手法の教育方法で教授に携わり協力体制にあった人材(非常勤講師)が異動したことなどが重なり、3学期目において実施予定であった教育プロセスに遅延が生じたため。本研究は、国内の留学生受入拡充により学習者のニーズと習得プロセスが著しく多様化・複雑化した日本語教育の現状に対応すべく、自習時間にデジタル教材などで講義を受講し、授業時間に応用・演習を行う「反転授業型学習」に基づく新しい教育実践モデルを考案・検証し、最終的に新しい日本語教育カリキュラムのモデルを提唱することを趣旨として遂行した。本研究期間に、国内の日本語教育の学習ニーズはさらに急激に多様化した。最も顕著なのが、基礎日本語教育ではなく、国内の企業の国際化の動き、そして労働人国減少問題の影響による外国人労働者の受入れ規制の緩和の動きなどの背景を受けて、「ビジネス日本語教育」「留学生教育」としての日本語教育の教育内容の新開発が求められるようになった。この潮流を察知し、本研究では「反転」型の教育手法、そしてオンラインやデジタル教材の活用を取り込んだ初級・中級の日本語教育モデルを設計し、最終年度には試行的に国内外にて使用しその効果を検証した。反転授業では自宅で講義ビデオなどのデジタル教材を使って学び、授業に先立って知識の習得を済ませる。そして教室では講義の代わりに、学んだ知識の確認やディスカッション、問題解決学習などの協同学習により、学んだ知識を「使うことで学ぶ」活動を行う(Bergman他2012)。この形は、国内における授業展開においても有効であるが、本研究期間において海外(カンボジア・タイ)における初級・中級の学習教材としても活用範囲が広がることが判明し、その試用も実施した。本研究の最終成果としては、現在進行形ではあるが、カンボジアのonevisa education centerにて、本研究で開発している教材を実際に活用し、N4までの日本語能力および国内での就職にもつながる教育プログラムを共同開発が実現している。平成28年度については、以下のように研究を遂行する予定である。○平成28年4月8月反転授業導入科目受講者の調査を継続(第2セメスター)○平成28年9月平成29年度3月調査データの分析
高血圧に伴う酸化・ニトロ化傷害への長期運動効果の分子機構をモデルラットで解明する

高血圧症は脳卒中や心筋梗塞などの循環器系疾患を引き起こす要因として重要視されている。高血圧発症の機構には酸化傷害が関わっている事が知られている。我々は、高血圧への運動量療法の基盤を明らかにすることを目的とし、高血圧モデルラットを用いて、運動トレーニングがラットの組織の高血圧による酸化傷害へ及ぼす効果を明らかにした。また、新たな酸化傷害のマーカーとして6-ニトロトリプトファンを開発し、高血圧モデルラットでの運動効果解析への応用に成功した。【目的】高血圧発症者の運動療法のモデルとして、高血圧発症後(15週齢)10週間の自発走トレーニングを自然発症高血圧ラット(SHR)に行わせた。21年度は脳における酸化傷害マーカーの検出、および抗酸化酵素の測定を行うことにより、運動トレーニングがSHRの脳の酸化傷害に及ぼす効果を検討した。【方法】15週齢のオスSHRを非運動群、および10週間の自発走トレーニング群に分けた。5および15週齢SHRを高血圧発症前,直後のコントロールとした。各SHR群から速やかに大動脈血管と脳を摘出し、細胞を分画後、酸化傷害マーカーとして、4-ヒドロキシノネナール(HNE)を時間分解蛍光イムノアッセイ法で定量し、抗酸化酵素類はウエスタンブロット法で定量した。【結果】可溶性(S)画分でのHNE量は5,15,25週齢非運動群で有意差はなかったが、運動群で減少した。ミトコンドリア(Mit)画分では25週齢非運動群のHNEが上昇したが、運動はその上昇を抑制する傾向を示した。25週齢においては、活性酸素発生系酵素のNADPHoxidaseやキサンチンオキシダーゼ量が増加したが、運動による変化はなかった。抗酸化酵素では、S画分とMit画分のグルタチオンペルオキシダーゼ(GPx)が25週齢で有意に増加し、Mitでは運動トレーニング群での更なる増加が見られた。【結論】SHRの10週間の高血圧持続は大脳での活性酸素発生を増加させる。しかし、同時に抗酸化酵素一種(GPx)の量も増加する。運動はその抗酸化酵素の更なる増加を生じさせ、その結果酸化生成物であるHNEの生成が軽減したと考えられる。【意義】(1)高血圧の持続は大脳に於いても酸化傷害を引き起こすが、運動はそれを改善する。(2)その改善の仕組みの一端としてGPx酵素量の運動による増加が明らかになった。1. SHRにおける高血圧発症が大動脈での酸化傷害および抗酸化系に及ぼす影響と、自発走トレーニングの効果本年は、自然発症高血圧ラット(SHR)の大動脈の酸化傷害および抗酸化系に及ぼす自発走トレーニングの効果を検討した。酸化傷害マーカーとしての4-ヒドロキシノネナールと3-ニトロチロシンのレベルは、高血圧発症時の15週齢に比較して、25週齢の非運動群では何れも増加していたが、15週齢から25週齢までの運動群においては非運動群より有意に低かった。また、Mn-スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)のタンパク質量は25週齢の運動群において非運動群より有意に高かった。以上の結果より、SHRの大動脈において、高血圧の10週間の持続が酸化傷害を上昇させるが、自発走トレーニングはその傷害を抑制し、その一部はMn-SODの上昇による事が明らかになった。2. SHRの高血圧発症に伴い生じる新規ニトロ化マーカーの検討新規のニトロ化マーカーとして、我々は6-ニトロトリプトファン(6NO_2Trp)生成を発見し、その検出法の確立を進めてきている。その一環として、我々が独自に開発した抗6NO_2Trp抗体を用いたプロテオミクス法で生体試料における6NO_2Trp含有タンパク質の同定に成功した。今年度は、SHRに本手法を応用する前段階として、アトピー性皮膚炎モデル(NC/Ngaマウス)を用いて、酸化傷害が知られているアトピー発症後の皮膚における6NO_2Trpの生成を検討した。その結果、carbonic anhydraseを始め幾つかの特定トリプトファン残基が6NO_2Trpへと修飾されたタンパク質を同定した。これらは現在投稿準備中である。これらの結果を踏まえ現在、ラットの海馬における6NO_2Trp含有タンパク質の同定を始めとした、酸化およびニトロ化タンパク質の生成及び抗酸化酵素量の加齢変化を測定中である。今後SHRを用いて運動効果を加味した実験を行い、我々の見出した新規ニトロ化マーカーを中心とした解析を進める予定である。【目的】22年度において、我々が見出した新規酸化ストレスマーカー・6ニトロトリプトファン(6-NO2Trp)含有タンパク質を高血圧モデルラット(SHR)に適用し、脳における生成と運動との関わりの検討を始めた。今年度は、まず正常なラットF344を用いて(1)運動前の状態でのニトロトリプトファン含有タンパク質の検出(2)一過性の運動と(3)4週間の運動トレーニング後のニトロトリプトファン含有タンパク質の検出とその変化を明ちかにすることが目的とした。

【方法】12ヶ月齢(成熟)ラットを用い(a)急性運動:15m/minの速度で1時間のトレッドミル走(b)運動トレーニング:同運動を4週間行う、の二通りの負荷を与え、その後海馬を採取してタンパク質を抽出する。対照群はトレッドミル上に放置する。6-NO2Trp含有タンパク質は2次元電気泳動及び抗6-NO02Trp抗体を用いたウェスタンブロッティング(WB)で検出し、抗体に陽性のスポットをトリプシン消化後LC-ESI-MS/MSを用いたプロテオーム解析を行って、タンパク質の同定とニトロ化部位の決定を試みた。【結果】対照群ラットの海馬から多くの抗6-NO2Trp抗体陽性スポットが検出された。これらのスポットの中から解糖系の酵素などを含む12個のタンパク質を6-NO2Trp含有タンパク質として確認し、生体内の生理的過程においても6-NO2Trp含有タンパク質が存在することを明らかにした。次に急性運動の影響を見たところ、海馬の6-N-O2Trp含有タンパク質を増加させる傾向を示したが、その種類には大きな変化は無かった。運動トレーニングによっても6-NO2Trp含有タンパク質は量的には増加する傾向があった。【意義】新規酸化ストレスマーカーの6-NO2Trp修飾タンパク質が生理的状態においても生成していることを初めて見出した。急性運動及び運動トレーニングはこの修飾タンパク質量を増加させる傾向がみられた。この結果は、我々の見出したタンパク質中のトリプトファン残基のニトロ化修飾は傷害マーカーではなく、生理的に意義がある修飾である可能性が高い事を示している。現在、ここまでの結果を論文として投稿中である。[目的]平成23年度は、髙血圧ラットへと移行する前段階として、我々が見出した新たな酸化ストレスマーカー・6ニトロトリプトファン(6-NO2Trp)の生成を正常ラットの脳で検討した。その結果、非運動群のラットにおいて解糖系の酵素など12種を6-NO2Trp含有タンパク質として同定したが急性運動、運動トレーニングの何れにおいても有意差は見出されなかった。今年度は、より運動の効果が期待出来る骨格筋を対象に、6-NO2Trp含有タンパク質の同定と運動による変動を正常ラットで検討する。最後に、6-NO2Trp含有タンパク質の血清での高血圧病態マーカーとしての応用を目指し、髙血圧ラットと対照ラットの血清を用い、6-NO2Trp含有タンパク質の違いを検討する。[方法]3ヵ月齢の雄のF344ラットを用いた。ラットに中強度持久性走運動(15m/minの速度で1時間のトレッドミル走)あるいは高強度間欠性走運動(50m/minの速度で1分間のトレッドミル走を1分間隔で18回)を行わせ、その直後にヒラメ筋と足底筋を採取した。ニトロ化修飾されたタンパク質は2次元電気泳動と特異的抗体を用いたウェスタンブロッティング、質量分析装置を用いて検出した。更に、自然発症髙血圧ラット(SHR)とWSKラットの血清を用い、前処理後、同様に6-NO2Trp含有タンパク質の検討を行った。[結果]
ジェット冷却時間分解ESR法による孤立分子とクラスターの項間交差の研究

本研究では、ラジカルや励起分子のESR測定を気相中の極低温分子に対して行うために、超音速ジェットとESRを組合わせた装置の製作を行い、液相中のスペクトルとの違いから電子状態緩和過程やラジカルと溶媒の相互作用に関し知見を得ることを目的とした。今年度は、製作した真空チャンバー装置を用い、分子線ラジカルのESR法およびパルスESR法による検出を試みた。観測には気相でのESRスペクトルがよく知られている二酸化窒素を用いた。観測したESRスペクトルは大変ブロードであり、十分な冷却効果が得られていない可能性が示された。将来の課題としてESRキャビティー内への分子線導入方法を改善することで冷却効果を最大限に引き出すことが重要であると結論した。分子線ラジカルのESR検出実験と並行し、ケチルラジカル類について既存ESR装置によりスピン分極生成やラジカル-アミン錯体生成に及ぼす溶媒のケージ効果に関する実験を行った。これによりラジカルの溶媒和エネルギーが閉殻分子の場合に比べて極めて大きいことが示された。また、溶媒中でのケチルラジカル生成過程への溶媒効果を理解するため、励起芳香族ケトン類の電子移動状態についてクラスター中での発光スペクトル観測を試み、電子移動状態からと考えられる発光を得ることができた。本研究においては、1)ラジカルや励起分子のESRスペクトルを気相中の極低温分子に対して測定するために超音速ジェットとESRの検出器を組み合わせた装置の製作を行う、2)装置完成後に様々な分子のスペクトルを観測して液相中におけるスペクトルの違いから分子内部の電子状態緩和過程やラジカルと溶媒の相互作用に関する知見を得る、の2点を目的とした。初年度は、おもに新装置の設計製作を行い、パルスジェットバルブ用の真空チャンバーとESRキャビティー内を分子線が通過する部分の真空チャンバーを差動排気にした装置を製作した。この装置では、分子ジェットの一部をスキマーで切り出してESRキャビティー内真空チャンバーに導入することができ、ESRキャビティー内部で極低温分子が真空チャンバー壁に衝突することにより加熱されてしまう効果を押さえることが可能となった。初年度終了現在、実際の測定の向けて、チャンバーの各種性能チェックを行うところである。装置製作と並行して、次年度で作成装置により観測する対象種として考えているケチルラジカル類について、既存ESR装置によりラジカルとアミンの錯体生成に及ぼす溶媒のケージ効果に関する実験を行い、液相中の特殊なケージ効果がラジカルの構造および錯体生成反応に重大な効果があることを見出した(投稿準備中)。とくにラジカルの水酸基と芳香環の相対配置が大きく影響を受けることが明らかとなり、次年度に溶媒との相互作用がない気相中のラジカルのスペクトルと比較し、ケージ効果などに関する議論の材料として用いる予定である。
カキ殻付着生物を利用した、水質浄化と生物生産力を向上させる技術の開発に関する基礎的研究

広島湾の垂下式養殖における、カキ殻に付着物に注目し、水質浄化機能を有する浮き魚礁を開発するため研究を実施した。広島湾カキ養殖におけるカキ殻付着有機物(ASOM)、カキ殻付着動物群集(SAF)の現存量、有機物生産量、分解量を実測し、カキ殻付着物が現場海域の物質循環に果たす役割について評価した。また、「カキ殻通水ケース,海洋建設株式会社の特許商品」を吊り下げ、同様の実験を行い、水質浄化および魚礁としての機能を評価した。2.SAOMおよびSAFの有機物生産・消費速度の実測値から、カキ殻表面は有機物分解の場として重要であることが明らかとなり、その分解速度は40.9mgC/oysterであり、非常に大きい。3.広島湾全域におけるSAFの現存量は18,000tonであり、推定される生産量は35,000-53,000ton/yearであり、この値は広島県全域の漁業生産の18-27%を支えることが可能な量である。5.長さ20m、幅10m、深さ10mのカキ筏の同じサイズのカキ殻ケースを使った浮き魚礁(合計2000個のカキ殻ケース)を想定した場合、本浮き魚礁1台で、2.9kgC/dayの有機物分解能力を有し、400-600kg/yearの漁業生産を支えることが可能であると推測された。1.カキ殻表面に付着する微細藻類の生産および消費量の評価カキ殻表面に付着する微細藻類による正味の生産量を測定する装置「付着生物用生産、消費速度測定装置」を設計・作成・改良を行った。培養密閉容器内部に現場ろ過海水とともにカキ殻1個を入れ、明条件、暗条件を繰り返して測定した結果、その溶存酸素濃度の変化から、生産速度、消費速度を見積もることが可能となった。本装置を使用して、冬季のカキ殻付着微細藻類による生産速度を見積もったところ、カキ殻付着藻類による総生産速度は0.26.8mgC/mgChla/hrであったが、純生産速度は-0.5-14mgC/mgChla/hrであり、消費量が生産量を上回っていた。2.カキ殻付着生物群集をめぐる生態系構造の解明広島湾湾奥部のカキ殻付着動物群集は、二枚貝、甲殻類、多毛類、ほや類等5070種見られ、カキ1個体当りの個体数密度は100個体以上、生物量は10g以上であり、非常に多様な動物群集が高密度で生息していることが明らかとなった。付着微細藻類もカキ1個体当り6,000,000細胞以上と非常に濃密であり、クロロフィルaは、カキ1個体当り200400μgにも達した。現在、付着動物群集の生物組成と生物量から、付着動物群集による有機物の消費量の算出を試みている。以上の結果から、カキ殻付着微細藻類による有機物の生産は活発であることが予想されるが、カキ殻付着動物群集の密度が予想以上に高く、カキ殻表面では、有機物生産よりも消費が卓越する可能性が考えられた。1.カキ殻表面に付着する微細藻類の生産および消費量の評価溶在酸素濃度の変化からカキ殻表面に付着する微細藻類による正味の生産量を測定する装置「付着生物用生産、消費速度測定装置」を用いて、広島湾湾奥部に設置した実験用カキ筏の、カキ殻付着微細藻類による生産速度の周年変動を測定した。カキ殻1個当たりの総生産、総消費、純生産は、それぞれ、013.4(平均4.0)mgC/day、7.636.7(平均22.5)mgC/dayおよび-32.8-6.0(平均-18.5)mgC/dayであった。有機物総生産をカキ筏単位面積当たりに換算すると、1500mgC/m^2/dayとなり、瀬戸内海の平均基礎生産速度781mgC/m^2/dayの2倍にも相当することが判明した。

また、純生産(有機物の分解速度)から見積もられた、海水からの懸濁態有機物除去速度は、カキ殻1個当たり10mgC/dayであり、カキ殻が海水中から多量の懸濁態有機物を吸着・除去している可能性が示された。2.カキ殻付着生物群集をめぐる生態系構造の解明広島湾湾奥部のカキ殻付着動物群集は、周年を通して、二枚貝、甲殻類、多毛類、ほや類等2848(平均40)種見られ、カキ1個体当りの個体数密度は82980(平均340)個体、生物量は235(平均15.6)gであり、非常に多様な動物群集が周年を通して、高密度で生息していることが明らかとなった。これらの生物量を維持するためには、付着微細藻類による生産や、カキによる排せつ物による有機物供給量だけでは不足することからも、カキ殻が海水中から多量の懸濁態有機物を吸着・除去している可能性が示された。以上の結果から、カキ殻付着微細藻類による有機物の生産は活発であるが、付着動物群集やバクテリア等による有機物の消費速度が非常に大きく、カキ殻が海水中から多量の懸濁態有機物を吸着・除去する機能を有していることが明らかとなった。カキ筏は、海水中から多量の懸濁態有機物を吸着・除去し、海水を浄化する機能と、カキ殻表面で高密度の付着微細藻類や付着動物群集を培養し、カキ筏周辺の魚類等に餌を供給する魚礁としての機能を有していることが明らかとなった。1.カキ殻表面に付着する微細藻類の生産および消費量の評価広島湾湾奥部に設置した実験用カキ筏の、カキ殻付着微細藻類による生産・消費速度の実測値と、付着動物群集の現存量から、カキ殻付着物をめぐる物質循環を定量化した。カキ1個当たりの付着有機物現存量は18.0121.5(季節平均57.8)mgC/個体であり、カキ1個当たりの付着微細藻類による総生産、付着微細藻類およびバクテリアによる消費、および付着動物群集による有機物消費は、それぞれ、027.7(季節平均4.9)mgC/day、2.6116(季節平均30.8)mgC/day、および0.439.1(季節平均15)mgC/dayであった。付着有機物量(57.8mgC/個体)を純分解速度(40.8mgC/個体)で割った、付着有機物の平均滞留時間は、わずか1.4日であり、カキ殻表面では、非常に活発な有機物分解が生起していることが明らかとなった。また有機炭素収支から。カキはろ過摂食の他に1日当たり海水60Lをカキ殻に吸着していることが明らかとなった。2.カキ殻付着生物群集をめぐる生態系構造の解明カキ1個当たりの付着微細藻類、付着動物群集個体数および付着生物生物量の現存量は、それぞれ163-2340(季節平均1390)×103cells/個体、11-978(季節平均368)個体/個、1.3-73.0(季節平均20.9)g/個体であった。カキ殻付着動物群集を炭素換算すると、2.09gC/個体であり、広島県全域のカキ筏に換算すると1,770tonCとなった。この現存量を生産量に換算すると、3,500-5,300tonの魚類生産を支えることができる。広島県全域の漁獲量は20,000tonであるので、約20-30%をカキ殻付着動物群集によって支えることができる。広島湾におけるカキ筏は、広島湾の漁業生産を支える重要な魚礁として機能していることが明らかとなった。以上の結果を元に、平成17年11月から、カキ殻のみを入れた「カキ殻通水ケース」を現場海域吊り下げ、モニタリングを実施中である。1.カキ殻表面に付着する微細藻類の生および消費量の評価広島湾湾奥部に設置したカキ殻通水ケース(直径15cm、長さ30cmのケースに洗浄したカキ殻を詰めた物)を定期的にサンプリングし、カキ殻付着微細藻類による生産・消費速度の実測値と、付着動物群集の現存量から、カキ殻通水ケースの付着物をめぐる物質循環を定量化した。カキ殻
前庭神経系の可塑性に関する研究 -神経栄養因子の遺伝子発現を指標として-

前庭神経系の可塑性、いわゆる前庭代償に、中枢に存在するグルタミン酸レセプターが関与していることはいくつか報告がある。前庭障害時の、末梢前庭でのグルタミン酸レセプターの役割を解明するために、浸透圧ポンプを用いて、ストレプトマイシンで末梢を破壊する際、ストレプトマイシン単独投与と、グルタミン酸レセプターのうち、NMDAレセプターの競合阻害剤であるD-APVを併せて投与したものとで、眼振数、頭部偏倚角度の変化を比較した。D-APVを投与すると頭部偏倚の回復が有意に早くなることが解り、前庭障害時には、末梢前庭では中枢前庭と異なるグルタミン酸レセプターの役割が示唆された。グルタミン酸は、シナプスを介して早い情報を伝達する物質であるが、それに対して、ホルモンは血中に放出されて、時間をかけて遠隔臓器に情報を伝達する。中でもステロイドホルモンは、前庭障害時に臨床上よく治療に用いられている。しかしその作用は未だ不明であり、逆に体内のステロイドが高値をとるストレス時には、めまいを起こすことも知られている。前庭系におけるステロイドの作用を解明するために、浸透圧ポンプを用いてグルココルチコイドレセプターを拮抗薬でブロックして前庭機能を評価した。拮抗薬RU38486 0.1mM注入では前庭機能に左右差を認めなかったが、1mMでは注入側の機能は亢進し、左右差が生じた。ただしポンプ留置直後の機能不安定期には、両濃度ともに前庭機能の左右差をなくす方向に作用した。以上より、ステロイドの複雑な作用が存在することがわかり、濃度設定如何によっては臨床上極めて有効に用いることが可能であると考えた。まず前庭神経系の可塑性の機構を解明するために、抹消前庭の障害方法の確立を行った。浸透圧ポンプを皮下に留置して、カテーテルで持続的に直接内耳に薬物を注入する方法を行った。本法により内耳毒性を有する薬物ばかりではなく、将来的には内耳にダメ-ジを与えることなく治療薬剤を注入することが可能となる。抹消前庭障害時には、前庭求心系からの異常入力に対し、前庭遠心系が作用することが予想されるが、その詳細は不明である。障害に対する前庭遠心系ニューロンの対応を、遠心系の化学伝達物質であるcalcitonin gene-related peptide(CGRP)の変化を指標として検討した。障害法は、浸透圧ポンプを用いて緩徐に行ったもの、従来の内耳破壊手術を行ったものの2通りとした。遠心系ニューロンは複数グループ存在することが知られているが、抹消前庭の障害方法を変えることによりCGRPの変化も変わるグループと、障害方法に関わらず同一変化を示すグループが存在した。以上より遠心系ニューロンのなかでも異なる機能を有するものが存在することが明らかになった。また障害法に関わらず同一の変化を示すグループは、頭部偏倚の回復に関係している可能性が予想された。さらに浸透圧ポンプで内耳破壊を行う際、同時に求心系伝達物質であるグルタミン酸のレセプターのアンタゴニストを内耳に注入すると頭部偏倚の回復が遅延する傾向が出ることが解り、障害時の回復にはグルタミン酸の関与が示唆された。
留学生のリフレクションの深化を促す対話型eポートフォリオ・モジュールの開発的研究

本研究は、留学生が継続的に外国語を学ぶために必要な自己調整学習(目標設定・遂行・省察)のスキルを向上させることを目指し、eポートフォリオを核に据えた長期的学習支援の在り方を明らかにすることを目的とする。先行研究調査、学習者および教員への聞き取り調査、対面指導ログの解析を通してリフレクション支援モデルを構築し、既存のポートフォリオシステムや学習マネジメント・システムに追加できる単独モジュールとして開発・評価を行うものである。平成30年度の主な成果は次の4点である。1.自己調整学習、自己主導型学習、リフレクション、eポートフォリオ等に関する情報収集と研究成果発表による意見交換を行った。主に前年度までに収集したデータの解釈について議論を行った。リフレクション研究やコーパス研究の専門家らに直接リフレクション記述の分析方法について助言を頂け、データ活用の目処が立てられた。2.日本の大学で学ぶ留学生が日常生活の中でどのような言語接触場面における出来事を印象深いものとして挙げたかを調査した。初対面の相手との一時的な対話が多く、交流を深める等のコミュニケーションが不足している実態が明らかとなった。3.音声ユーザーインターフェース(VUI)の適用可能性についての実験を行った。日常生活においてより気軽にリフレクション記録を行う手段として、VUIの実用可能性について検討した。日本語学習者にとっての有用性を確かめるため、日本語学習用のアプリケーションを作成し形成的評価を行った。また、リフレクション入力のためのプロトタイプアプリケーションを開発し、実験継続中である。4.コミュニケーションアプリ(LINE BOT)を用いたリフレクション支援ツールを開発した。日常生活においてより気軽にリフレクション記録を行う手段としての実用性について、実際の日本語学習者で形成的評価を行った。一部当初計画書の内容と研究の進行の順番が異なっているが、順調に研究を遂行し,研究成果を公にすることができている。補助事業期間延長申請書に記載した変更後の研究実施計画に従って研究を遂行する計画である。開発したモジュールについて留学生を対象とした運用実験を行い、対話型支援の有用性や使用感、自己調整学習方略や使用する学習ストラテジーの変容について調査し、研究成果としてまとめる。先行研究調査、学習者および教員への聞き取り調査、対面指導ログの解析を通してリフレクション支援モデルを構築し、既存のポートフォリオシステムや学習マネジメント・システムに追加できる単独モジュールとして開発・評価を行う。1年めとなる平成28年度は実質二ヶ月間のみの研究となった。主な成果は次の4点である。1.リフレクションに関する文献調査を行った。自己調整プロセスにおいてはリフレクションのスキルが求められるが、リフレクションには出来事を叙述しただけに留まるような低次の段階から、多角的な視点で分析するような高次の段階までのレベルがある。より深いリフレクションを引き起こすためには対話が重要であり、特にリフレクションの段階に応じた問いかけを行っていくことで個々の体験に関する批判的リフレクションを統合し、新たな気づきを導き出し経験として語れるようにさせることが必要であることが明らかになった。2.留学生に対するリフレクション指導の現状を分析しリフレクション支援における課題やニーズを整理した。留学生と教員の双方とも対話による振り返りの必要性を感じている一方で、そのための対話の時間が足りないと感じていることが明らかになった。3.2をもとにリフレクションを促す質問を自動生成して問いかける対話型モジュールの要件定義と設計を行い、プロトタイプ・モジュールを実装して動作を確認した。開発にはLINE BOT API(法人および個人の提供するサービスとLINEユーザーの双方向コミュニケーションを可能にするAPI)を用いており、留学生にとって身近な媒体で対話している感覚で省察を深めることを狙いとしている。平成27年度1月より妊娠し、当初予定した研究活動の継続が困難となった。これにより、平成28年度はリフレクションに関する調査および対面指導ログの収集については実施を見合わせ文献調査およびリフレクション支援モデルのプロトタイプ開発を中心に研究を進めた。また、別途申請を行う通り、平成28年7月より産休および育休を取得したことに伴い、本研究は中断している。そのため、計画よりやや遅れていると評価した。二年目となる平成29年度は実質8ヶ月間の研究期間であった。主な成果は次の3点である。1.リフレクションを促す支援方略に関する文献調査を行った。外国語学習者に対するアドバイジング担当者や自己主導学習の支援者が実践している活動についての事例を収集し、学習者に対するフィードバック例の分類を行った。それらを参考にリフレクションを促す対話の分岐パターンの試案を作成することができた。2.自律学習における学習記録および対面指導ログを収集し電子データ化した。また、自律学習支援に携わる教員の信念に関する語りを音声データとして収集した。これらのデータの一部を利用し、リフレクション支援対話モデルの再検討を行い、コンセプトと設計段階での成果について発表した。3.チャットボットでのインタラクションのリフレクション支援の可能性についてワークショップを行った。開発中のリフレクション支援ツールについて国内研究者との討論やニーズのヒアリングを行った。

また、チャットボットを用いた他の教育実践事例について情報収集と意見交換を行った。平成29年度は育児休暇取得に伴う研究中断を申請し、7月からの研究再開であったため、当初の申請時に提出計画よりはやや遅れている。しかしながら、補助事業期間延長申請書に記載した変更後の研究実施計画よりは早く進めることができている。そのため「おおむね順調に進展している」と判断した。このまま変更後の研究実施計画に従って研究を遂行したい。本研究は、留学生が継続的に外国語を学ぶために必要な自己調整学習(目標設定・遂行・省察)のスキルを向上させることを目指し、eポートフォリオを核に据えた長期的学習支援の在り方を明らかにすることを目的とする。先行研究調査、学習者および教員への聞き取り調査、対面指導ログの解析を通してリフレクション支援モデルを構築し、既存のポートフォリオシステムや学習マネジメント・システムに追加できる単独モジュールとして開発・評価を行うものである。平成30年度の主な成果は次の4点である。1.自己調整学習、自己主導型学習、リフレクション、eポートフォリオ等に関する情報収集と研究成果発表による意見交換を行った。主に前年度までに収集したデータの解釈について議論を行った。リフレクション研究やコーパス研究の専門家らに直接リフレクション記述の分析方法について助言を頂け、データ活用の目処が立てられた。2.日本の大学で学ぶ留学生が日常生活の中でどのような言語接触場面における出来事を印象深いものとして挙げたかを調査した。初対面の相手との一時的な対話が多く、交流を深める等のコミュニケーションが不足している実態が明らかとなった。3.音声ユーザーインターフェース(VUI)の適用可能性についての実験を行った。日常生活においてより気軽にリフレクション記録を行う手段として、VUIの実用可能性について検討した。日本語学習者にとっての有用性を確かめるため、日本語学習用のアプリケーションを作成し形成的評価を行った。また、リフレクション入力のためのプロトタイプアプリケーションを開発し、実験継続中である。4.コミュニケーションアプリ(LINE BOT)を用いたリフレクション支援ツールを開発した。日常生活においてより気軽にリフレクション記録を行う手段としての実用性について、実際の日本語学習者で形成的評価を行った。一部当初計画書の内容と研究の進行の順番が異なっているが、順調に研究を遂行し,研究成果を公にすることができている。
ダウン症マウスモデルの脳における神経伝達物質の包括的解析と新規治療標的分子の同定

本課題では,ダウン症(DS)の脳内神経伝達物質量が異常である可能性を,DSモデルTs1Cjeマウス脳の20種類の神経伝達物質量を測定することで検討した.その成果として,Ts1Cjeマウス脳でのドパミン・セロトニン代謝亢進とこれらの代謝亢進がドパミン遊離促進剤のメタンフェタミン投与により改善されること,また神経伝達物質の代謝酵素[Catechol O-methyl transferase(COMT)]がTs1Cjeマウスの脳で多いことを見いだした.これらの知見は,DSの病態解明と薬物治療において重要であり,またCOMTの新規治療標的分子としての可能性を示唆している.本課題では,ダウン症(DS)の脳内神経伝達物質量が異常である可能性を,DSモデルTs1Cjeマウス脳の20種類の神経伝達物質量を測定することで検討した.その成果として,Ts1Cjeマウス脳でのドパミン・セロトニン代謝亢進とこれらの代謝亢進がドパミン遊離促進剤のメタンフェタミン投与により改善されること,また神経伝達物質の代謝酵素[Catechol O-methyl transferase(COMT)]がTs1Cjeマウスの脳で多いことを見いだした.これらの知見は,DSの病態解明と薬物治療において重要であり,またCOMTの新規治療標的分子としての可能性を示唆している.ダウン症候群(DS)は精神遅滞を呈する発症頻度の高い遺伝子疾患であるが、精神遅滞をはじめとする病態メカニズムは不明である。申請者は脳内神経伝達物質のアンバランスがDSの精神遅滞に関与している可能性を考えており、これまでにDSモデルマウス脳での神経伝達物質量の異常を検討した報告はない。そこで、本研究課題はDSモデルマウスTs1Cjeの神経腹側前脳部,線条体および海馬における神経伝達物質量を網羅的に野生型マウスと比較検討することでDSの病態メカニズムに迫ることを目的としている。脳凍結切片から各脳部位を切り出し、抽出物に含まれる生体モノアミン,その代謝物および遊離アミノ酸量を電気化学検出器付きHPLCにて定量解析したところ、(1)線条体におけるドパミンおよびセロトニン濃度の増加傾向およびそれらの代謝異常,(2)神経腹側前脳部および海馬におけるセロトニンおよびノルエピネフリン濃度の増加ならびにそれらの代謝系異常および(3)遊離アミノ酸量の変化を示唆する結果を得た。これらの結果は、DSモデルマウスの異常としては全く新しい知見であり、DS病態解明への重要な手がかりと言える。当該研究室では、Ts1Cjeの様々な行動試験を行い、新奇環境下における多動性を見いだしており、今回認められた神経伝達物質量や代謝の異常の内、ドパミン代謝系の異常に注目している。現在、間接的ドパミンアゴニストとして知られるメタンフェタミンを投与し、神経伝達物質濃度およびその行動異常に及ぼす影響について解析している。ダウン症候群(DS)は精神遅滞を呈する発症頻度の高い染色体異常症であるが,精神遅滞の病態メカニズムは不明である.本課題では,脳内神経伝達物質のアンバランスがDSの精神遅滞に重要である可能性を考え,DSモデル動物であるTs1Cjeマウスの腹側前脳部,線条体および海馬における20種類の神経伝達物質量を測定し評価した.前年度までに,Ts1Cjeマウスにおける(1)線条体におけるドパミンおよびセロトニン濃度の増加傾向とそれらの代謝異常,(2)腹側前脳部および海馬におけるセロトニンおよびノルエピネフリン濃度の増加とそれらの代謝系異常,および(3)遊離チロシンおよびフェニルアラニン量の蓄積増加といった異常を検出した.本年度は,Ts1Cjeマウスのドパミン代謝異常に着目することで,間接的ドパミンアゴニストであるメタンフェタミン(METH)を投与し,神経伝達物質濃度およびその行動異常に及ぼす影響について解析した.METH投与による運動量の増加は,Ts1Cjeマウスと野生型マウスで同程度であったが,Ts1Cjeマウス脳での幾つかの神経伝達物質量の異常はMETH投与によって改善された.また,生体モノアミン代謝酵素であるCatechol O-methyl transferase(COMT)の発現がTs1Cjeマウスの脳で高かったことから,これがTs1Cjeマウスにおける神経伝達物質量の異常の原因の一つである可能性が考えられた.また,今回の解析中に,新たなTs1Cjeマウスの異常表現型として脳室拡大や脂質過酸化亢進も見いだした.これらの結果は,DSモデルマウスの異常として全く新しい知見であり,かつDS病態解明への重要な手がかりであると共に,COMTが今後DSの新規治療標的となりうる可能性を示唆している.
強相関量子スピン系におけるトポロジカル秩序とエンタングルメントに関する研究

本研究の目的は、量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象の特性を明らかにすることにある。トポロジカルな秩序を特徴付ける量は、これまで主として一次元量子系を中心に研究が進められてきたが、これらを高次元に応用し、量子モンテカルロ法やテンソルネットワーク法などを用いたより精密かつ効率的な測定方法を開発する。さらにそれらを用いて大規模なシミュレーションを行い、高次元におけるトポロジカル状態の本質の解明を目指す。また、新しいアルゴリズムに基づくソフトウェアの整備・公開もまた本研究の大きな目的の一つである。H30年度は、基底状態のエンタングルメントエントロピーを直接計算する量子モンテカルロ法を開発した。エンタングルメントエントロピーは、量子多体系における量子相関を表す指標のひとつである。また、連続空間における経路積分モンテカルロ法の改良を進めた。Event-chainモンテカルロの手法と、worm algorithmの手法を援用し、詳細釣り合い条件を破るアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムをBose粒子系に適用し、従来の方法より分布の収束が速くトロッター数に対する時間計算量が改善した結果を得た。さらに、一般の格子上の量子ダイマー模型に対する非局所更新量子モンテカルロ方を開発した。量子ダイマー模型のハミルトニアンには負符号問題はないが、ダイマーの配置に強い幾何学的な制限があるためモンテカルロシミュレーションは非常に困難であった。今回、異なるトポロジカルセクターの間を遷移することのできる手法を開発することで、絶対零度に加え有限温度の相図を議論することが可能となった。トポロジカルな秩序の精密解析に必要な量子モンテカルロアルゴリズムの開発と平行して、テンソルネットワークの拡張、新しいモンテカルロ更新法の開発など、手法に関する開発を進めている。また、一方で特異な臨界指数や有効次元を示す臨界現象の解析手法の開発を行い、それを用いた詳細な数値解析も平行して行っている。研究計画に上げたアルゴリズム開発・プログラム開発と公開、トポロジカル相転移、量子臨界現象、トポロジカル秩序それぞれについて、個別には多少の進捗の差があるものの、全体として順調に研究は進んでいる。平成31年度は、平成30年度の研究をさらに発展させ、二次元量子スピン系に対するエンタングルメントエントロピーの計算とトポロジカルな秩序の特徴づけに関する研究を進める。また、有限温度でのHe4の平衡分布を詳細にシミュレーションすることで超固体の予想の裏付けを目指す。さらに3次元量子ダイマー模型の有限温度相図を完成し、トポロジカル相の存在を明らかにする。一方、テンソルネットワーク法に関してはモンテカルロ法のハイブリッドサンプリング手法の開発を進め、負符号問題により量子モンテカルロ法が適用できない系におけるトポロジカルな相転移の詳細な解析を進める。また、開発したプログラムのオープンソースソフトウェアとしての公開も進める。平成29年度は、長距離相互作用のあるスピン模型の臨界減衰指数に関してモンテカルロ法による解析を行った。スケーリング補正項を打ち消すユニバーサルな方法を開発し、境界領域における相転移の臨界指数の振る舞いを明らかにした。また、空間的な相関を持つランダム磁場イジング模型模型の臨界現象を調べ、有効次元がランダム磁場の相関指数に比例して変化する様子が示唆された。さらに、相関が強くなるほど系の有効次元が下部臨界次元に近づき、物理量の有限サイズ効果が顕在化だけでなく、比熱に新たなピーク構造が現れるなど、これまで予想されていなかった特異な振る舞いを明らかにした。テンソルネットワーク法の一種であるHOTRG法を非一様系に拡張し、ボンド希釈系を含む2次元イジングモデルに適用した。また、繰り込みの際に用いるisometryを、すでに計算したものを使い回すことで、計算コストを減らし、かつ通常のHOTRGとほとんど変わらない精度で計算できることを示した。さらに、SPT相を特徴づけると期待されているstrange correlatorを量子モンテカルロ法を用いて精度良く計算する手法を開発し、一次元系においてテスト計算を行い、その有効性を示した。

また、新しいアルゴリズムに基づくソフトウェアの整備・公開もまた本研究の大きな目的の一つである。H30年度は、基底状態のエンタングルメントエントロピーを直接計算する量子モンテカルロ法を開発した。エンタングルメントエントロピーは、量子多体系における量子相関を表す指標のひとつである。また、連続空間における経路積分モンテカルロ法の改良を進めた。Event-chainモンテカルロの手法と、worm algorithmの手法を援用し、詳細釣り合い条件を破るアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムをBose粒子系に適用し、従来の方法より分布の収束が速くトロッター数に対する時間計算量が改善した結果を得た。さらに、一般の格子上の量子ダイマー模型に対する非局所更新量子モンテカルロ方を開発した。量子ダイマー模型のハミルトニアンには負符号問題はないが、ダイマーの配置に強い幾何学的な制限があるためモンテカルロシミュレーションは非常に困難であった。今回、異なるトポロジカルセクターの間を遷移することのできる手法を開発することで、絶対零度に加え有限温度の相図を議論することが可能となった。トポロジカルな秩序の精密解析に必要な量子モンテカルロアルゴリズムの開発と平行して、テンソルネットワークの拡張、新しいモンテカルロ更新法の開発など、手法に関する開発を進めている。また、一方で特異な臨界指数や有効次元を示す臨界現象の解析手法の開発を行い、それを用いた詳細な数値解析も平行して行っている。研究計画に上げたアルゴリズム開発・プログラム開発と公開、トポロジカル相転移、量子臨界現象、トポロジカル秩序それぞれについて、個別には多少の進捗の差があるものの、全体として順調に研究は進んでいる。平成30年度は、平成29年度の研究を継続するのと平行して、二次元量子スピン系に対するエンタングルメントエントロピーの計算とトポロジカルな秩序の特徴づけに関する研究を進める。また、テンソルネットワークとモンテカルロ法のハイブリッドサンプリング手法の開発を進める。平成31年度は、平成30年度の研究をさらに発展させ、二次元量子スピン系に対するエンタングルメントエントロピーの計算とトポロジカルな秩序の特徴づけに関する研究を進める。また、有限温度でのHe4の平衡分布を詳細にシミュレーションすることで超固体の予想の裏付けを目指す。さらに3次元量子ダイマー模型の有限温度相図を完成し、トポロジカル相の存在を明らかにする。一方、テンソルネットワーク法に関してはモンテカルロ法のハイブリッドサンプリング手法の開発を進め、負符号問題により量子モンテカルロ法が適用できない系におけるトポロジカルな相転移の詳細な解析を進める。