hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宇宙環境における骨格筋萎縮のエピゲノム解析による新規筋萎縮治療標的の探索

宇宙環境において生体に様々な適応反応が起こり、骨格筋は顕著に萎縮するが、そのメカニズムは、ほとんど明らかにされていない。本研究では、国際宇宙ステーションで35日間飼育したマウスのヒラメ筋を対象に、次世代シークエンサーを用いて遺伝子発現およびエピゲノム解析を実施することにより、微小重力において筋萎縮を引き起こし、萎縮状態を継続させる制御メカニズムの解明を目的とした。本年度には、前年度、組換えアデノウイルスを用いて遺伝子導入することにより筋菅の萎縮を誘導することを見出した、4つの遺伝子に加え、新たに2つの遺伝子が筋管の萎縮を誘導することを見出した。これら6つの遺伝子について、in vitroスクリーニング同様に組換えアデノウイルスを用いて、新生仔マウス骨格筋に当該遺伝子を遺伝子導入することにより、当該遺伝子の発現量の増加が骨格筋萎縮を引き起こすかを検証した。その結果、6つのうち2つの遺伝子がin vivoにおいても、その遺伝子の発現量の増加が筋委縮を誘導することがわかった。そこで、マウスのヒラメ筋を対象に機能解析を実施し、骨格筋萎縮が誘導される分子メカニズムを明らかにすることを目的に、これら2つの遺伝子について遺伝子欠損マウスを作製した。作製した遺伝子欠損マウスについて骨格筋重量および骨格筋の組織学的解析を行ったが、いずれも野生型と違いはみられなかった。さらに、これらのマウスを用いて、廃用性筋萎縮のモデルである尾部懸垂実験を実施し、筋委縮誘導に対する抵抗性があるか、検証した結果、野生型尾部懸垂群と比べて、骨格筋重量に違いはみられなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙空間において骨格筋は急激かつ重度に萎縮するが、微小重力における骨格筋萎縮メカニズムはほとんど明らかにされていない。本研究では、申請者らが既に報告したマウス軌道上飼育装置を用いて、国際宇宙ステーションで35日間の宇宙空間飼育したマウスの骨格筋を対象とし、次世代シークエンンサーを用いた遺伝子発現とヒストン修飾の網羅的解析により、微小重力において骨格筋萎縮を引き起こし、さらに萎縮状態を持続させる制御メカニズムの解明を目的とする。(1)次世代シークエンサーによる、微小重力でエピゲノム変化を伴った発現変動をする遺伝子の同定軌道上飼育したマウス2群(人口重力群、微小重力群、各3個体)のヒラメ筋を対象に、ヒストン修飾(H3K4me3、H3K27ac)に対する抗体を用いたChIP-sequence解析を行った。既に実施していたRNA-sequence解析とこのChIP-sequence解析の結果を比較することにより、遺伝子発現が有意に増加していた247遺伝子のなかで、109遺伝子に転写の活性化マークであるH3K4me3およびH3K27acのヒストン修飾がされていることを明らかにした。さらに、この109遺伝子と、廃用性筋萎縮モデルである尾部懸垂実験のヒラメ筋のRNA-sequence解析との比較により、筋委縮に関連する可能性の高い遺伝子群を抽出した。(2) C2C12細胞株とアデノウイルスベクターを用いたin vitroスクリーニング上記の同定された候補遺伝子を、アデノウイルスベクターを用いてC2C12筋管細胞に導入し、候補遺伝子の発現が筋萎縮を誘導するかを検討した。その結果、候補遺伝子のうち4つの遺伝子がin vitroで筋萎縮を誘導することを見出した。次世代シークエンサーを用いたChIP-sequence解析は完了し、C2C12細胞を用いたin vitroスクリーニングで、萎縮を引き起こす遺伝子を既に4つ同定したことから、おおむね順調に進展していると考えている。本年度には、前年度にin vitroスクリーニングによって同定した、骨格筋萎縮を誘導する遺伝子を、新生仔マウス骨格筋にアデノウイルスベクターを用いて過剰発現させることにより、当該遺伝子の遺伝子発現の増加が個体レベルで骨格筋萎縮を引き起こすことを明らかにする。さらに、当該遺伝子を導入したマウスのヒラメ筋を対象に、組織学的、分子生物学的解析をすることにより、当該遺伝子が骨格筋萎縮を誘導する分子メカニズムを明らかにする。

さらに、上記の実験で同定した当該遺伝子について、遺伝子欠損マウスを作製する。これにより、Loss-of-functionで当該遺伝子機能解析をin vivoで行うことが可能である。このマウスを用いて尾部懸垂実験を行うことにより、骨格筋萎縮における当該遺伝子の重要性を証拠付けることが可能である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ＧＰＧＰＵによる重力波ラジオメトリ計算の高速化

重力波ラジオメトリとは、複数台の検出器の同時観測データを用いて天球上のある決まった位置から到来する微弱な重力波信号を抽出する方法である。天体起源の背景重力波や原始重力波の異方性などの検出が期待できる。本研究では、この計算をGPGPUを用いて、最終的に計算工程全体をCPUを用いた場合に比較して100倍近くの高速化を達成した。また、高速化を利用して、波源弁別性をもたせたフィルタの開発などに成功した。201718年頃には重力波検出器の国際観測ネットワークが構成できる。複数台の検出器の相関解析により、背景重力波探索が可能になる。銀河団に内包される多数の重力波源の重ね合わせのような天体起源の背景重力波の場合、波形や位相が不確定であっても、到来方向に依存した到来時間差を利用して抽出できる。重力波源と検出器の相対配置が地球の自転・公転によって変化するのを補正し、長時間積分のフィルターで連続的な重力波を探索し、天球上にマッピングが可能である。これが「重力波ラジオメトリ」である。ラジオメトリはその性格上、長いデータの積分を、仮定する方向毎に繰り返す必要がある、またシミュレーションでは多数の不定波形重力波源を天球上に分布させて埋め込むといった、比較的冗長な計算が必要である。本研究では、この計算をGPGPU(画像処理演算装置による汎目的計算)を用いて高速化する事が目的である。2012年度は、前年度に確認したGPGPU環境でのプログラム開発やFFT動作をもとに、ラジオメトリフィルタの実装をすすめた。一部(アンテナ応答補正の部分)を除いて、ラジオメトリをGPU上で動作させ、またGPU内でシミュレーションデータを生成して処理する計算工程の実装が進んだ。この結果、GPUによりFFT処理部分では数倍の高速化を確認した。一方で、GPUとCPU/メモリ間でのデータの受け渡しを工夫しなければ全体としての高速化のメリットが少なくなる。このため、より効率的なデータ分割のしかたや、GPUの1ユニットに行わさせる計算内容や処理フローの見直しを進めている。また本年度は、複数のGPUユニットを同時に使用する場合のスケーリングメリットを評価するために、2ユニットのGPUを追加した。これらでもFFT等の動作を確認した。201718年頃には重力波検出器の国際観測ネットワークが構成され、複数台の検出器の相関解析により、背景重力波探索:銀河団に内包される多数の重力波源の重ね合わせのような天体起源の背景重力波や、宇宙論的な源による原始重力波の異方性などが期待できる。本研究では、この計算をGPGPU(画像処理演算装置による汎目的計算)を用いて高速化する事を目的とした。研究期間全体を通じて、GPGPUを用いたことでシミュレーションを含むラジオメトリ計算工程全体をCPUを用いた場合に比較して100倍近く高速化に成功した。CPU, GPGPUは条件が違うので、一概に比較するのは難しさもあるが、今回の研究で導入したLinuxワークステーションの環境化での結果であり、対費用効果的には数十倍程度の高速化に成功したといってよい。計画前半では導入したGPGPU環境でのプログラム開発やFFT動作をもとに、ラジオメトリフィルタの実装をすすめた。GPUとCPU/メモリ間でのデータの受け渡しを工夫した。より効率的なデータ分割のしかたや、GPUの1ユニットに行わさせる計算内容や処理フローの見直しを進めた。最終的に組上げた計算機環境を活かして、ラジオメトリ計算のGPGPUコアにおける並列化や、CPU側とのデータ受け渡し、全体の処理フローの最適化等を行い、上述の通り約2桁の計算速度改善を達成した。また高速化を利用してラジオメトリの可能性を探り、複数周波数帯によって波源を弁別したり、数週間から数ヶ月で減衰するような重力波源に対しての応答などを見積もった。これらの研究結果は複数回の国際会議、国内学会、および投稿論文で発表された。日本でもレーザー干渉計型重力波検出器KAGRAの建設が進み、天体からの重力波の直接検出がもうじき実現すると期待されている。2台の検出器に到来する重力波は波源の方向によって時間差が生じるが、天球上に連続的に重力波を発する天体がある場合、重力波源と検出器の相対配置は地球の自転・公転によって変化するので、その時間差は時々刻々と変化する。この時間差変化を考慮した積分フィルターで連続的な重力波を探索し、天球上にマッピングが可能である。これが「重力波ラジオメトリ」であり、波形を仮定せずに連続的な波源を全天で探索できる優れた解析手法である。しかし、長いデータの積分を仮定する方向毎に繰り返したり、シミュレーションを行うには多数の不定波形重力波源を天球上に分布させて埋め込むといった、比較的冗長な計算が必要である。

本研究では、この計算をGPGPU(画像処理演算装置による汎目的計算)を用いて高速化する事が目的である。本年度は、実際にGPUを備えたワークステーションを導入し、GPGPU環境でのプログラム開発をおこなった。まずGPGPUでの高速フーリエ計算(FFT)を行い、その基本的な動作や速度の確認をおこなった。続いて、並列化に着手したところである。現在のところ、GPUモジュールを1つのみ使用したとして、(1) CPUでの計算にくらべて23倍は高速化できそうであること、(2)ラジオメトリ計算の時系列データ区間単位を変更しても、総データ処理時間の増減を数10%程度に抑えることが見積もれた。実装上のの性能は引き続きの課題である。また、乙女座銀河団起源の重力波についての検出可能性[文献1]や、点重力波源の広がり方の研究[文献2]についての数値シミュレーションによる研究が進み、論文として発表した。またこれらを通じてラジオメトリ計算の技術上の問題点や改良も明らかにした。GPGPU環境へのラジオメトリ計算の実装は8割程度できている。また複数のGPUユニットを使用することも行った。2年目の時点では、フィルタ自体の実装と、複数GPUを用いてのテストへの着手であったので、概ね予定通り進んでいるといえる。計画申請時に予想していた、より高速化のために、CPUとGPUユニット間のデータの受け渡し(サイズ、頻度、内部処理とのタイミング)と内部計算フローの最適化が必要であるいう問題が生じている。そもそもこの問題をより具体的にし、実際の観測データ処理のために必要はことを明らかして解決することが研究の課題であった。この意味でも、GPUへのラジオメトリ実装が、具体的な問題点を検討できる段階まで進んだということができる。また今年度は、国際会議を含む複数回の発表を行い、海外のラジオメトリ研究者との情報交換もおこなった。H23年度の予定であったGPGPUの計算ルーチン開発は予定通り進んでいる。これに加えて、乙女座銀河団起源の背景重力波探査の可能性や、点源の広がりの数値シミュレーションなどで、国際的にも一歩進んだ研究内容になった。最終年度には、(1)ラジオメトリの実装の完成(2)複数台GPUを用いた場合のスケーリングメリットの確認(3)多数の重力波源を組み込んだ数値シミュレーションデータの生成と、それをラジオメトリフィルタで解析するの3点をおこなう。とくに(3)について、サイエンスの成果になるよう、シミュレーションの内容を吟味、工夫しつつ進める。GPGPUの計算開発については、並列化や最適化、そして実際の観測データのフォーマットにあわせたルーチンの開発が必要であり、引き続きこれを進める。これらについては、計算機技術の課題であるが、作業量さえ確保すれば比較的順調に進むと見込まれる。ラジオメトリ解析により明らかにできる重力波についての更なる研究は、サイエンス上の課題である。高速化したラジオメトリ計算で、数値シミュレーションを進める。シミュレーションデータの保存や、多くのラジオメトリ計算結果の記録のためにデータストレージを購入する。また、最終年度であるので、成果を発表するために国際会議、国内学会への参加旅費、論文投稿に使用を予定している。
演劇的手法及びエスノメソドロジー分析による教育実践におけるコミュニケーション研究

本研究は、補助金を得た2年間、次に掲げる研究目的により進めてきた。すなわちその目的は、演劇的手法及びエスノメソドロジー分析に基づき、教育・社会福祉領域における反省的実践家をコミュニケーション能力の観点力ら支援するための教育研修の方法論およびネットワーク実践の具体的なモデルを提示することにあった。今日、子ども、福祉援助対象者を取り巻く急激な社会的変化に伴い、教職及び福祉専門職の役割とあり方が問われるようになってきており、教職・福祉専門職のモデルとして反省的実践家モデルが注目されはじめている。しかし、反省的実践は、コミュニケーションプロセスに埋め込まれているがゆえに、その構造・機能・意味については、日常的実践のなかで実践家が「見て知っているが気づかないseen but unnoticed」(H.Garfinkel)ことも少なくないと考えられる。上述の観点から、本研究では、教育社会学(秋葉)、社会福祉学(中根)、応用演劇学/演劇教育学(熊谷)の専門家による学際的共同研究を軸に、実践家自らが日頃のコミュニケーションプロセスを演劇的手法を通じて再体験・再創造し,反省的実践の構造・機能・意味について方法論的アプローチする研修方法を開発するとともにその研修ネットワークを構築することを狙いとしてきた。本研究を進めるにあたっては、全体のコーディネートを秋葉が担当しつつも、具体的には、以下の体制で進められた。教育実践家を対象とする演劇ワークショップ(研修ネットワーク)については秋葉および熊谷が担当し、社会福祉実務家を対象とする研修については中根が担当した。熊谷はまた、演劇ワークショップの枠組を考案するとともに、様々なウェブベースのコミュニケーションツールの試行および開発にあたった。(1)研究の目的に記した教育研修のネットワーク構築の条件整備ならびに試行的開催共同研究メンバーに加え、現場の実務経験の豊富な研究協力者等を交えたワーキンググループの会合を数回にわたり開催し,研修ネットワークを構築する上での課題について検討する中で、現場密着型研修の実施も含めて共同研究を進めていくこととした(保育園、児童館、ボランティアネットワークにおける試行的実践)。1.理論的・方法論的フレームワークの策定:先行する実践や先行研究の批判的検討をふまえ,教育・社会福祉領域の実践家の研修に向けた演劇的手法およびエスノメソドロジー分析の手法を検討し、論文化した。具体的成果は下記の項「11.研究発表(平成18年度の研究成果)」に記したとおりである。2.教育・社会福祉領域の実務環境に固有の問題の検討:組織上の問題,勤務条件や地域性の問題等,参加予定の組織・団体に固有の問題を試行的実践の中で具体的に検討した。3.研修会開催およびネットワーク構築の条件整備:本研究への参加条件,フィードバックの方法,運営体制について実際的な条件整備を進め,研修会開催に向けた条件整備について、実務家とともに検討を行うとともに、ネットワーク構築の拠点としてドメイン取得およびホームページの開設・運用を開始した(www.engethno.com)。(2)映像・音声データベース構築に向けた種々の技術的条件整備コミュニケーションプロセスに埋め込まれている反省的実践の構造・機能・意味について,研究者ならびに参加者自身が相互に分析的に検証するため映像・音声データベースを構築すべく,下記の観点から研究を実施した。1.技術的条件:演劇的手法による再体験・再創造のプロセスを可視化し,主としてエスノメソドロジー分析の観点から検討するための映像・音声データについて,映像等の精度の問題とオンラインデータ配信(次年度以降予定)等の技術的条件を確定するべく,ネットワークの拠点校となる龍谷大学・日本大学間でコンピュータ等の機器を用い映像・音声処理の条件整備を進め、上記ホームページ上でのリンク設定等の可能性をテストした。また、当初は想定していなかったものの、いわゆるweb2.0的なネットワーク技術の導入についての研究も含め総合的に研究を進め、現在進行形の成果をwww.engethno.comに逐次アップしている。2.倫理的問題への対応

条件:参加する個々の組織・団体や個人情報等の問題に配慮したデータ加工の適切な方法,および,研修ネットワーク参加者間でデータを共有していくため、実務家コミュニティーにローデータの映像資料を還元し、現場研修に役立ててもらうなど、研究者と現場との双方向で展開する研究実践を試行した。平成19年度には、主に2つの柱において研究を進めた。(1)主に養護教諭を対象に演劇ワークショップのネットワークを実施した(秋葉・熊谷)。(1)現場の教師が研究の"客体"ではなく、文字通り"主体"であったという点である。つまり、従来のスクール・エスノグラフィとは違い、教師の日常生活世界や実践知を研究の"客体"とせず"実践"研究を効果的に進める可能性を見いだすことができた。(2)大学(研究者)が新たに教師への評価軸を持ち込む必要なく研究を進め得た点である。ワークショップ参加者"自身"が実践に伴う問題状況を演じるさ中にそれを反省的に乗り超える可能性を可視化した。(3)日常の職場は異にするものの、制度的には同じ職務にあたる立場の者同士の"研究"的実践交流の場=演劇的ワークショップという場に対するニーズが少なくないことを見いだし得たことである。(2)社会福祉領域の演劇ワークショップを11回実施した(中根)。その内訳は、保育所で5回、児童養護施設で1回、特別養護老人ホームで1回、社会福祉協議会で3回、その他で1回であった。個々の参加者からは、演劇ワークショップで実践を見っめ直す機会を持つことができ、経験年数を問わず、自らの実践に即して具体的に語りあえたことなどがフィードバックされた。また、これらの研究の成果は、ウェブサイト(http://mm.engethno.com/)に逐次記録を公開するとともに、雑誌論文3点、学会発表(=国際シンポジウム)1点においても発表した。
生物配列の高次構造記述向き形式文法とその構造予測への応用

形式文法の構文解析技術を応用した、非コードRNAやタンパク質の2次構造予測が注目を集めている。それらは折り畳み構造を形成することにより、生体内で何らかの機能を発揮する。構造と機能の間には相関があると言われており、機能推定のためには構造を知ることが重要である。今年度の前半では、非コードRNAの一種であるアンチセンスRNAが標的mRNAと結合することにより、タンパク質への翻訳を抑制する現象であるRNA間相互作用のモデル化を、形式文法を用いて行った。特に、各RNAが構成するヘアピンループのループ同士が塩基対を形成する、キッシングヘアピン構造に焦点を当てた。この構造は文脈自由文法では表現できないことが知られている。そこで、文脈自由文法の自然な拡張であり、表現能力の高い多重文脈自由文法でモデル化し、その確率的拡張モデルに対して設計した構文解析アルゴリズムを実装することにより、結合2次構造予測を行った。平均予測精度は85%程度で、文法を用いない既存モデルと比較しても勝るとも劣らない結果を得ることができた。また、今年度の後半では、タンパク質の2次構造の中で予測が難しいと言われるベータシートのモデル化を考案した。ここでは、逆平行アップダウンベータシートを扱った。まず、既存研究の形式文法によるモデル化に対する知見から、アミノ酸残基間の水素結合による相互作用を陽に考慮した、効率のよい動的計画アルゴリズムを設計した。このアルゴリズムは複雑な構造に対しても容易に拡張できるという柔軟性がある。計算機実験を行った結果、平均予測精度は75%程度で、既存研究と同等以上の性能を挙げている。また、多重文脈自由文法を用いたベータシートのモデル化を行った。さらに、任意の平面的ベータシートを予測する問題はNP困難であることを示した。形式文法の構文解析技術を応用した、RNAの2次構造予測が注目を浴びている。特に、シュードノットと呼ばれる、1次構造上で塩基対が互いに交差して現れる依存関係を持つ部分構造をモデル化するための形式文法がいくつか提案されている。機能が未知のRNAは数多くあり、構造が類似していれば機能も類似するという生物学の経験則から、RNAの2次構造を知ることで、その機能の解明につながるものと期待されている。本研究では、文脈自由文法の自然な拡張モデルであり、高い解析能力を持つ多重文脈自由文法(MCFG)を用いて、RNAの2次構造解析を行った。我々の先行研究では、シュードノットを含むRNA2次構造記述のための生成能力が最小であると考えられるMCFGの部分クラスを同定した。本年度は、その部分クラスの規則に記号出力確率、状態遷移確率を付与した確率多重文脈自由文法(SMCFG)を導入した。次に、SMCFGに対して、入力塩基配列長の5乗のオーダーで確率最大の導出木を計算する構文解析アルゴリズム(CYKアルゴリズム)を設計した。また、文字列が出力される確率を計算するインサイドアルゴリズム及びアウトサイドアルゴリズムを設計し、両者を組み合わせて用いるEMアルゴリズムで、文法の確率パラメータを学習することが理論的に可能であることを示した。最後に、計算機実験を行うためにC言語を用いてCYKアルゴリズムを実装した。なお、プログラムへの入力はSMCFGとRNA塩基配列である。ここで、Rfamと呼ばれるデータベースに登録されており、シュードノットを構成するRNAファミリーに属す複数の塩基配列に対して2次構造予測を行った。SMCFGによる予測2次構造の精度(感度)は、Rfamの2次構造アノテーションと比較した結果99%以上となり、高い精度を示した。従って、RNA2次構造予測に対して提案手法は有効であると考えられる。形式文法の構文解析技術を応用した、RNAの2次構造解析が注目を浴びている。特に、1次構造上で塩基対が互いに交差して現れるシュードノット構造の重要性が指摘され、それをモデル化するための形式文法がいくつか提案されている。機能が未知のRNAは数多くあり、構造が類似していれば機能も類似するという生物学の経験則から、RNA2次構造解析がその機能の解明につながるものと期待されている。本研究の目的は、文脈自由文法の自然な拡張モデルで高い解析能力を持つ多重文脈自由文法(MCFG)を用いて、RNAの2次構造解析を行うことである。前年度は、MCFGの部分クラスの規則に確率を付与した確率多重文脈自由文法(SMCFG)を導入し、入力配列長の5乗のォーダーで確率最大の導出木を計算する構文解析アルゴリズム(CYKアルゴリズム)及びEMアルゴリズムに基づく確率パラメータ推定アルゴリズムを設計した。また、CYKアルゴリズムを実装し、シュードノットを含むいくつかのウイルス性RNAに対して2次構造予測を行った。今年度ではまず、提案手法の評価を行った。本質的にはCYKアルゴリズムに同等なアルゴリズムが設計されているペア確率接木文法(PSTAG)を比較対象として、同じRNAファミリーに対する2次構造予測精度を評価したところ、SMCFGに基づく手法が少なくとも同等以上でかつ99%以上の精度を示した。次に、CYKアルゴリズムを拡張した走査アルゴリズムによって、ゲノム配列上でシュードノット構造を持つRNAに転写される遺伝子の領域予測を行い、正しく遺伝子領域予測が行えることを確認した。先行研究の多くがシュードノットを考慮しない遺伝子発見を行っているため、本研究はシュードノットを扱うことが可能であるという点で特徴があると言える。以上のことから、遺伝子発見を含めたRNA2次構造解析に対して提案手法は有効であると考えられる。

構造と機能の間には相関があると言われており、機能推定のためには構造を知ることが重要である。今年度の前半では、非コードRNAの一種であるアンチセンスRNAが標的mRNAと結合することにより、タンパク質への翻訳を抑制する現象であるRNA間相互作用のモデル化を、形式文法を用いて行った。特に、各RNAが構成するヘアピンループのループ同士が塩基対を形成する、キッシングヘアピン構造に焦点を当てた。この構造は文脈自由文法では表現できないことが知られている。そこで、文脈自由文法の自然な拡張であり、表現能力の高い多重文脈自由文法でモデル化し、その確率的拡張モデルに対して設計した構文解析アルゴリズムを実装することにより、結合2次構造予測を行った。平均予測精度は85%程度で、文法を用いない既存モデルと比較しても勝るとも劣らない結果を得ることができた。また、今年度の後半では、タンパク質の2次構造の中で予測が難しいと言われるベータシートのモデル化を考案した。ここでは、逆平行アップダウンベータシートを扱った。まず、既存研究の形式文法によるモデル化に対する知見から、アミノ酸残基間の水素結合による相互作用を陽に考慮した、効率のよい動的計画アルゴリズムを設計した。このアルゴリズムは複雑な構造に対しても容易に拡張できるという柔軟性がある。計算機実験を行った結果、平均予測精度は75%程度で、既存研究と同等以上の性能を挙げている。また、多重文脈自由文法を用いたベータシートのモデル化を行った。さらに、任意の平面的ベータシートを予測する問題はNP困難であることを示した。
救急・集中治療領域における終末期ケア看護教育プログラムの開発及び効果の検証

クリティカルケア領域で教育的立場にある看護師および大学教員を対象に、クリティカルケア領域のエンド・オブ・ライフケア教育の実施状況を調査した。結果、クリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフケア教育実施者は13.7%であった。そのうちの約8割がクリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフケア教育に対する困難感を抱いていた。困難感の理由として、「適切な教材がない」が39.0%と最も多かった。そこで、我々は「ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイド」を開発し、このプログラムの教育効果を検証した。平成27年度は、ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイド2015(以下「本ガイド」とする)を開発した。本ガイドは、急性・重症患者看護専門看護師と大学教員で構成されるメンバー30名で開発した。本ガイドの開発に際して、まず日本で既に開発されているELNEC-Jコアカリキュラムと、米国版ELNEC-Critical Careの教材の比較検討を進め、我が国のクリティカルケア領域及び文化的背景特有の内容について増補した。本ガイドの学習単元である8つのモジュールはそれぞれ、1表紙2モジュールの概要(モジュールの概要、キーメッセージ、目的)3受講者用アウトライン4スライド5講師用アウトライン6ケーススタディ7補助教材8文献リストで構成した。さらに平成27年9月には、開発された本ガイドを用いて「ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム看護師教育プログラム」を実施した。同時に、救急・集中治療領域における終末期ケア看護教育の実施状況の実態を明らかにするために、クリティカルケア領域に携わる看護師および大学教員を対象に、終末期ケア看護教育の実施状況の実態調査を実施した。平成27年度は、研究者との度重なる検討を経て自記式質問紙を作成した。本調査計画に関する倫理審査の承認が得られた後、全国の看護系大学の救急・集中治療領域の教員およびクリティカルケアに特化した看護師(急性・重症患者看護専門看護師、集中ケア認定看護師、救急看護認定看護師)2,700名を対象に郵送し、現在回収の段階にある。研究者との度重なる検討を経て自記式質問紙調査票を作成していたため。1.クリティカルケアに携わる看護師および大学教員2426名を対象とし、クリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフ・ケア教育の実態を明らかにするために、無記名自記式郵送調査を実施した。767名より返信があった(回収率33%)。今までにエンド・オブ・ライフ・ケア教育を実施した者は214名(29.4%)であった。このうち、大学教員の56.4%、看護師の72.0%にエンド・オブ・ライフ・ケア教育に対する困難感を抱いていた。困難感の理由としては、「適切な教材がない」が最も多く、次いで「自分自身がこの教育を受けていない」「自信がない」であった。また、クリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフ・ケア教育に対して困難感を持っている者は、エンド・オブ・ライフ・ケア教材の必要性をより強く感じており、今後、新たなエンド・オブ・ライフ・ケア教育プログラムの開発が急務であることが示唆された。2.開発した「ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイド」の教育効果の有効性を検討した。クリティカルケアに携わる看護師90名を対象とし、ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者養成プログラムを受講した場合と、受講しない場合を比較し、講習会前、講習会修了直後、講習会修了3カ月後、6カ月のエンド・オブ・ライフケア教育に対する自信にどの程度の違いがあるかを検証した。2016年9月に講習会を実施し、講習会前後、12月、2017年3月に調査を実施した。現在、データ分析中である。クリティカルケアに携わる看護師および大学教員対象とした、クリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフ・ケア教育の実態調査について、分析中であり、当初の計画であった学会発表、誌上報告には至っていない。平成27年度に実施した全国調査の結果より開発した「ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイド」の教育効果の有効性を検討(ランダム化比較試験)した。【方法】1)介入研究デザイン:ランダム化比較試験。2)対象者の登録:急性・重症患者看護専門看護師のメーリングリストおよび本研究室のホームページに研究対象者を公募した。倫理審査委員会で承認の得られた説明文書を用いて文書による説明を行い、同意の得られた90名を対象とした。同意書の提出と同時に、介入前の自記式質問紙調査を依頼し、対象者の登録を行った。3)割付の方法:対象者を登録した後、層化無作為割付をおこなった。層とする因子として、エンド・オブ・ライフ・ケア教育の経験の有無を用いた。研究事務局は、対象者から集められた基本情報を登録し、研究用IDを付与したのち、担当者は、研究機関から独立した第三者機関に所属する割付責任者に研究用IDおよびエンド・オブ・ライフケアの教育経験の有無が記載されたファイルを送付した。割付責任者はコンピュータで乱数表を発生させて割付作業を実施した。なお、割付結果は、対象者にどの群に割り付けられたかは、検証1ヶ月前まで伝えないものとした。4)介入の方法1介入の種類:i.ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者養成プログラムを受講し、講習後3ケ月後、6ケ月後の調査を行う群(介入群)。ii.ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者養成プログラムを受講しない群(コントロール群)。【結果】

90名をランダム化し、介入群44名、コントロール群46名を対象とした。脱落を除き、介入群37名、コントロール群39名を分析対象者とした。現在論文執筆中である。クリティカルケア領域で教育的立場にある看護師および大学教員を対象に、クリティカルケア領域のエンド・オブ・ライフケア教育の実施状況を調査した。結果、クリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフケア教育実施者は13.7%であった。そのうちの約8割がクリティカルケア領域におけるエンド・オブ・ライフケア教育に対する困難感を抱いていた。困難感の理由として、「適切な教材がない」が39.0%と最も多かった。そこで、我々は「ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイド」を開発し、このプログラムの教育効果を検証した。全国調査の結果を考察し、ELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者養成プログラムの内容に反映させる。開発したELNEC-Jクリティカルケアカリキュラム指導者用ガイドの有効性について、現在データ解析中であるため、今後学会発表、誌上報告ができるように進めていく。臨床看護学全国調査の開始が遅れたため、郵送費等の支出が当初の計画と異なったため。会議を1回多く実施したため次年度に繰り越し、次年度に全国調査を実施する。来年度実施予定だった会議を今年度に繰り上げて実施したため。
圧密化固体バイオマス燃料の新規燃焼利用方式の開発

任意の形状に揃えて製造できるバイオマスブリケットの特長を活かし、柱状ブリケットの一端面に燃焼域を形成し一次元的に進行させる燃焼方式の実現性について検討した。燃焼実験の結果、円筒ブリケットでは質量減少速度がほぼ一定となる条件のあることがわかった。この場合に、ブリケット外周下方および先端部に火炎が形成され、火炎下流側(上方)に赤熱して表面燃焼するチャー燃焼部が長く伸びた形態で燃焼する様子が観察された。ブリケット密度1100、1300 kg/m3ともに、周囲空気流速が大きい場合および小さい場合に質量減少速度および燃焼効率が低下し、それぞれピークを示す空気流量のあることが確認された。本研究は、形状および性状を比較的揃えて製造できるというバイオマスブリケットの特長を活かした、燃焼炉のハンドリング向上が期待できるバイオマス固体の新規燃焼方式を提案するものである。そのため本研究では、バイオマスブリケットの一端から着火し、固定炭素分および揮発分を同時に一次元的に燃焼させる新規提案燃焼方式の吹き消え限界、燃焼負荷や燃焼効率などの燃焼特性を調べ、本提案燃焼方式の実燃焼器への適用可能性を確認することを目的としている。本年度は、実施計画の通り、まず円柱(φ30mm×60mm)ブリケットの製造条件の確認を行った。ブリケットの燃焼挙動を調べるにあたり、ブリケット性状をコントロールして製造することは非常に重要である。おがくず初期水分、圧縮力、加熱温度などの、ブリケット密度および水分への影響を調べ、ブリケット密度9001300kg/m3、水分率515%の範囲の製造条件を確認した。また、円筒形状(φ35mm×φ18mm×60mm)ブリケットの製造も行った。ブリケット燃焼過程には、ブリケット内部の熱移動が大きく影響すると予想され、ブリケット内部熱移動へのブリケット密度や水分の影響を調べることは重要である。円柱ブリケット外面を輻射加熱し、内部温度の時間変化から、見かけの熱拡散率を調べた。見かけの熱拡散率へのブリケット密度の影響は大きくなく、水分率が大きく影響することがわかった。密度1300kg/m3における円柱および円筒形状ブリケットの一端から着火し、準一次元的に燃焼させる端面燃焼実験を行った。ブリケットを高温空気で加熱して一方の端面から表面燃焼および気相燃焼させることが出来ることが確認された。本研究の範囲では、気相燃焼時のブリケット質量減少速度がほぼ一定であることが確認された。昨年度は円柱、円筒形状のブリケット製造条件を確認し、ブリケットの見かけの拡散率への密度や水分の影響を調べた。また、ブリケットの一端から着火し、気相燃焼および表面燃焼を確認した。本年度は、円柱および円筒形状ブリケットについて、定常な端面燃焼が可能な条件が存在するか否かを確認するため、燃焼炉内へのブリケット供給速度を変えて燃焼実験を行い、本研究で実施した範囲では、円柱形状ブリケットでは定常燃焼実現が困難であることがわかった。円筒形状ブリケットでは、密度によらず(1100kg/m3および1300kg/m3)適度なブリケット供給速度(4mm/min)では、定常燃焼が可能な条件が存在することが示唆された。一方、ブリケット供給速度が小さい場合(2mm/min)には消炎に至り、大きい場合(6mm/min)には定常に至らなかった。定常な燃焼速度を呈する際には、火炎がブリケット供給口近くと炉内ブリケット先端の2箇所に分断し、その間の比較的長い区間でチャーの表面燃焼が進行する特徴的な燃焼形態を呈するのが観察された。解析の結果、チャー燃焼区間を短くしコンパクトな燃焼を行うには、チャー燃焼区間の空気流速増大あるいは温度上昇が有効であることがわかった。定常燃焼が可能な条件を見つけられたことは、燃焼負荷や燃焼効率、さらには実燃焼器への適用を考える上で非常に重要な成果である。ブリケット製造用金型、燃焼炉に設置する大径ブリケット用装置、強制着火用装置の製作、およびブリケット製造条件確認実験、熱拡散率計測実験、燃焼実験実施と、ほぼ予定通りの進度で実施されている。今年度の目標とした、(1)円筒ブリケット製造装置の製作、製作条件の確認、(2)ブリケット熱拡散率への密度の影響確認、を実施した。着火については、着火条件の確認よりも定常な端面燃焼条件の確認を優先させるため、強制着火により着火条件を同様とした。(3)ブリケット燃焼速度へのブリケット密度および形状の影響確認を実施し、定常燃焼が可能な条件を確認することが出来た。

そのため本研究では、バイオマスブリケットの一端から着火し、固定炭素分および揮発分を同時に一次元的に燃焼させる新規提案燃焼方式の吹き消え限界、燃焼負荷や燃焼効率などの燃焼特性を調べ、本提案燃焼方式の実燃焼器への適用可能性を確認することを目的としている。昨年度は円筒形状のブリケットにて燃焼実験を行い、定常燃焼が可能な条件のあることが示唆された。燃焼形態として、ブリケット供給口付近とブリケット先端の2箇所に火炎が形成され、チャー燃焼区間が長く伸びた状態で燃焼した。今年度は、まず着火時の高温空気供給によるブリケット予熱の影響を排除するため室温空気中にて着火するよう変更し、予熱のない条件でもほぼ定常な質量減少速度を実現できることを確認した。質量減少速度(燃焼負荷)はブリケット密度の小さい方が大きく、何れの密度においても供給空気流量の増大とともに質量減少速度は増大してピークを示した後に減少し、さらに空気流量を増大すると吹き消えが生じることが確認された。吹き消え限界はブリケット密度によらず0.4Nm3/min(平均0.87m/s)付近であった。燃焼効率は、空気流量の変化に対して質量減少速度と同様の傾向を示し、98%程度と良好に燃焼する範囲が見られ、ブリケット燃料の揮発分を有効に燃焼できることが示された。また、この範囲では良好な燃焼効率を維持しながら燃焼負荷(質量減少速度)を変化させて運転することが可能であると考えられる。チャー燃焼部の長さを短くするため、チャー燃焼部に2次空気を供給する実験を行ない、2次空気供給によりチャー燃焼を促進し、質量減少速度の増大とチャー燃焼部長さの短縮が可能であることが示された。任意の形状に揃えて製造できるバイオマスブリケットの特長を活かし、柱状ブリケットの一端面に燃焼域を形成し一次元的に進行させる燃焼方式の実現性について検討した。燃焼実験の結果、円筒ブリケットでは質量減少速度がほぼ一定となる条件のあることがわかった。この場合に、ブリケット外周下方および先端部に火炎が形成され、火炎下流側(上方)に赤熱して表面燃焼するチャー燃焼部が長く伸びた形態で燃焼する様子が観察された。ブリケット密度1100、1300 kg/m3ともに、周囲空気流速が大きい場合および小さい場合に質量減少速度および燃焼効率が低下し、それぞれピークを示す空気流量のあることが確認された。実験装置製作、実験実施と、ほぼ実施計画通りに実施されている。今年度の目標とした、(1)円柱ブリケット製造条件の確認および円筒ブリケット製造、(2)円柱ブリケット熱拡散率へのブリケット密度および水分率の影響確認、(3)円柱および円筒ブリケットの端面燃焼の確認、を実施することが出来た。昨年度に引き続き、定常燃焼が可能な条件に与える因子について、その影響を調べる。空気流速、ブリケット供給速度の吹き消え限界や燃焼速度への影響を調べる。燃焼排ガス分析を行うことで、燃焼効率について考察を行う。また、チャー燃焼部へ2次空気を供給してチャー燃焼を促進するなど、実燃焼器への適用可能性についても併せて検討する。熱工学本年度に引き続き、異なる形状の円筒ブリケット(φ40mm×φ26.5mm×60mm)の製造条件を確認する。ブリケットの見かけの熱拡散率へのブリケット水分率の影響が大きく、ブリケット密度の影響が明確に分離できていない可能性があることから、熱拡散率測定実験の前に恒温炉で加熱して完全に水分を放出させた円柱ブリケットについて見掛けの熱拡散率を測定し、熱拡散率へのブリケット密度の影響を確認する。
ヴィクトリア朝文学にみる医療表象と物語の文化・歴史的考察

本研究はヴィクトリア朝文学の物語展開における医療表象、特に看護行為の表象について、歴史的・文化的観点から分析を試みたものである。チャールズ・ディケンズやエリザベス・ギャスケルといった著名なヴィクトリア朝時代の作家の作品に登場する看護の場面が、物語展開において重要な転換点となっていることを考察した。さらに、オリーヴ・シュライナーやヴァージニア・ウルフといった、19世紀後半から20世紀初頭の女性作家の作品に描かれた看護行為についても、ヴィクトリア朝文学に見られる看護行為と同様の意義が見られることを明らかにした。昨年度は妊娠に伴う出産・育児休業取得のため研究を進めることは難しい状況だった。ただ、5月末に締め切りがあるエリザベス・ギャスケルの短編と看護の表象に関する論文執筆のための資料収集や論文執筆は年度の最後の方で再開することができた。今後その研究に関する論文執筆および次年度以降の研究のための資料収集や論構築を行うつもりである。今年度はイギリスでの現地取材を中心とし、対象作家ゆかりの地を訪問することで看護の文化的背景や文学との関連をつかむことに主眼を置いた。今年度の目的だったオリーブ・シュライナーの作品研究のみならず、フローレンス・ナイティンゲールやクレオール出身の看護師メアリー・シーコールの調査などが捗った。シュライナー文学における看護のあり方が当初計画していたブロンテ姉妹、特にエミリー・ブロンテの『嵐が丘』とかなり相関性が高いと判明したため、別個に研究するのではなく、二つの作品を結びつけた研究を行う方向で現在文献および情報収集に当たっている。さらに、現地取材の結果、エリザベス・ギャスケルの短編「マーサ・プレストン」とウィリアム・ワーズワースの作品の関連も見えてきたため、そちらの研究も平行して行うことにした。二つの論考を同時に進めることは難しいが、折良くギャスケルの方で論文公募の話があり成果発表の場につながる可能性が高いため、こちらの方を優先して行うことに決定し、現在資料・文献収集に当たっているところである。また、今年度はディケンズ生誕二百年ということで『ニコラス・ニクルビー』と暴力の関係についての論考を仕上げ、「『ニコラス・ニクルビー』喜劇としての暴力ー舞台と社会の間」と題して『ディケンズ文学における暴力とその変奏ー生誕二百年記念ー』(松岡光治編・大阪教育図書)に発表した。その意味では非常に多様な研究を行うことができたと言える。昨年度は、エリザベス・ギャスケルの短編「マーサ・プレストン」と「一時代前の物語」を用いて当該テーマに基づく論文を執筆・投稿し、査読の後採用された。ただし、論文の出版は2015年秋以降の予定である。さらに、当該テーマに関連した書評も一編執筆し、『ギャスケル論集』第24号に掲載された。さらに、国内での学会出張における情報・資料収集および海外での情報・資料収集で、ヴァージニア・ウルフなど、現在計画していた以外の作家でも当該テーマに関しての研究が可能であるとわかり、大きな収穫を得た。次年度では、今回得た資料などを基に、計画にあったシャーロット・ブロンテ、エミリー・ブロンテ、オリーヴ・シュライナー、ヴァージニア・ウルフといった作家の作品研究に入る予定である。そこで新たな論構築の後、できるだけ早いうちに執筆・学会発表できるようにしていきたいと考えている。平成27年度は、エリザベス・ギャスケルの2つの短編小説を当該テーマに基づく論文、「「マーサ・プレストン」と「一時代前の物語」ー看護がもたらす自立と共生ー」を執筆し、平成27年10月3日に名古屋大学で行われた日本ギャスケル協会第27回大会シンポジウムで口頭発表をおこなった。なお、この論文は11月に日本ギャスケル協会編『没後150年記念エリザベス・ギャスケル中・短編小説研究』に所収され、大阪教育図書より出版された。さらに、ヴァージニア・ウルフの小説『灯台へ』と当該研究課題に基づく研究論文「『灯台へ』にみるヴィクトリアン・ナースとしてのラムジー夫人」を執筆し、平成28年3月に『関西学院大学英米文学』第60巻に掲載された。平成27年度は国内学会および海外学会への出張等における情報・資料収集で、現在の計画に入っていない作家(ウィリアム・メイクピース・サッカレー、フランシス・ホジソン・バーネットなど)に関しても当該課題における研究の可能性などを探ることができ、研究計画の広がりを感じることができたのは、大変大きな収穫であった。次年度は最終年度に当たるため、これまで執筆した論文や今年度収集した資料などを基に、計画に記載していた作家の中でも特にオリーブ・シュライナーやブロンテ姉妹、ディケンズの作品研究に焦点を当て、できるだけ早期に論文執筆あるいは学会等での研究発表を行うようにして、研究計画を遂行していきたいと考えている。今年度は、口頭発表が1回、論文発表が2本と、それまで出産・育児でやや遅れていた部分を大幅に取り戻すこととができたように思う。さらに、研究計画の広がりで、当初想定していなかった作家を扱うことができ、研究計画上大きな進展が見込めたと思われる。今年度は、以前から取り組んでいた男性による看護と物語展開に関するテーマについて研究を重ね、結果オリーブ・シュライナー『アフリカ農場物語』とチャールズ・ディケンズの『マーティン・チャズルウィット』および『大いなる遺産』を比較分析した論考を、「『アフリカ農場物語』と男性による看護:ディケンズ作品と比較して」と題して、2016年12月に日本英文学会関西支部第11回大会にて口頭発表を行った。数多くコメントを頂いたものを踏まえて、現在論文として改稿し、学会誌に投稿する準備を行っているところである。

今年度が最終年度であったが、かねてからの研究計画に沿って一定の成果を上げることができたように思う。研究期間全体を通して、最初に想定していたテーマ(ディケンズ・ギャスケルといった作家作品分析)に忠実に取り組めたところと、別の時代の作家の作品(特にヴァージニア・ウルフ)においても自分の仮説が適用できことがわかったのは大きな収穫であった。特にヴィクトリア朝における看護の言説が、20世紀においても続いていたという点、および、看護の担い手が性別によって物語展開や登場人物造型に大きな違いが生じることがわかったことで、看護行為を中心とした医療表象がヴィクトリア朝文学を研究する上で一つの大きなテーマとなり得ることが証明できたように思う。今後、これまで扱ってこなかった作家や時代、特に20世紀初頭の文学においても看護・医療の言説がどのように描かれているのかを検討していくつもりである。本研究はヴィクトリア朝文学の物語展開における医療表象、特に看護行為の表象について、歴史的・文化的観点から分析を試みたものである。チャールズ・ディケンズやエリザベス・ギャスケルといった著名なヴィクトリア朝時代の作家の作品に登場する看護の場面が、物語展開において重要な転換点となっていることを考察した。さらに、オリーヴ・シュライナーやヴァージニア・ウルフといった、19世紀後半から20世紀初頭の女性作家の作品に描かれた看護行為についても、ヴィクトリア朝文学に見られる看護行為と同様の意義が見られることを明らかにした。育児をしながらの研究ということで、想定よりやや遅れてはいるものの、今年度は論文執筆や書評執筆の形で研究成果を発表することができた。また、執筆した論文に関して学会発表の予定もある。さらに、計画で想定していたよりも多くの作家で当該テーマを生かすことができる見込みがあり、進展としては一時の遅れを大幅に取り戻せていると思う。これまでの論文や研究に基づき、さらに計画通り、オリーブ・シュライナーの作品研究のために準備を進めていく予定であり、適宜論構築および執筆・発表を検討中である。そして、これまでの研究成果をまとめて発表すべく、書籍化の準備を進めていく予定である。19世紀イギリス文学上記より、秋以降に執筆した論文の出版がまず見込まれると同時に、日本ギャスケル協会での発表も既に決定している。また、上記にも取り上げた作家の作品のどれかを用いた論構築および論文執筆・発表を計画している。そして、これまでの研究の成果をまとめるべく、書籍化のための準備を始める予定である。妊娠に伴う出産・育児休業取得により研究を進めることが不可能だったため。上記に記したとおり、研究の多様性が広がった結果、探すべき資料および情報量が数多くなったのと、共著の仕事が入ったためにそちらの方に研究時間をある程度取られてしまったこともあり、本来の研究に取り組む時間が減ってしまった。さらに、妊娠が判明したことで、身体的に研究を遂行することが若干難しい状況となった。育児休暇取得による1年延長のため、使用予定額がすべて1年遅れとなっている。育児休暇による延長のため、使用予定額がすべて一年遅れになっている。
人工知能ベースCAD/CAM/CAP総合システムに関する研究

本研究は、機械製品の設計,生産,管理を一貫した総合システムとして把握し、その統合化,省力化,自動化のための方法論を確立するとともに、その知能化について検討したもので、当初の計画通りの成果をあげることができた。主な研究成果は以下の通りである。1.設計・生産・管理プロセスにおける知識の役割の分析機械製品の設計,生産および管理における情報処理プロセスを分析し、そこで必要な知識情報を整理した。また、人工知能ベースCAD/CAM/CAPシステムの基本構成を確立した。2.機械製品のモデリングシステムの開発CAD/CAM/CAP一貫処理システムを実現するうえで共通のデータベースとなる機械製品のモデリングシステムを開発した。このシステムにより、製品の幾何情報のみならず、生産情報処理に不可欠の材質,精度などの技術情報のモデリングが可能となった。3.手書き彩色図面入力システムの開発2.で開発した製品モデルの作成を容易に行うため、人間のパターン認識能力を分析し、手書き彩色図面から直接部品情報を入力し、そのモデルを構築するシステムの開発を行った。4.製品の3次元運動シミュレーションシステムの開発機械製品の性能,機能の評価,および組立工程設計の自動化,省力化を目的として、製品モデルに基づく幾何学的,力学的運動シミュレーションシステムの開発を行った。5.工程設計用知識ベースシステムの開発製品モデルより工程情報を作成する創成型工程設計システムを開発した。また、工程設計者の経験則やノウハウなどの知識情報の取扱いについて検討し、工程設計用知識ベースシステムを提案し、工程設計システムと統合した。
第一原理アプローチによるナノ構造の電子・原子動的過程と励起状態の研究

ナノスケール物質がレーザーや交流電場に晒されたときに生じる電子系の応答と原子系に与える影響を最近の第一原理計算手法によって明らかにした.レーザー照射によって生じる分子解離と表面脱離現象の条件を見出したこと,光照射されたカーボンナノチューブに流れる電流量を決定したこと、励起子間相互作用効果を明らかにしたこと,カーボンナノチューブの交流応答を等価電子回路で解釈したこと,電流が原子に及ぼす力を求めその物理解釈を与えることができたこと,が主な研究成果である.ナノスケール構造の非平衡電子現象、励起状態、原子輸送過程を、時間依存密度汎関数法(TDDFT)、非平衡グリーン関数法(NEGF)、非平衡分子動力学法(NEMD)を併用して明らかにすることを目的とする。本研究期間(4年間)で以下のテーマに関する研究を推進する。(2)ナノ架橋構造の交流応答、(3)電界電子放射(FE)下の表面原子の挙動ナノスケール物質がレーザーや交流電場に晒されたときに生じる電子系の応答と原子系に与える影響を最近の第一原理計算手法によって明らかにした.レーザー照射によって生じる分子解離と表面脱離現象の条件を見出したこと,光照射されたカーボンナノチューブに流れる電流量を決定したこと、励起子間相互作用効果を明らかにしたこと,カーボンナノチューブの交流応答を等価電子回路で解釈したこと,電流が原子に及ぼす力を求めその物理解釈を与えることができたこと,が主な研究成果である.(i)ナノ構造光吸収励起状態:1次元Na原子鎖と1次元C原子鎖の光吸収スペクトルを時間依存密度汎関数(TDDFT)法により調べたところ、Na原子鎖が長くなるとプラズマ励起による吸収が見られたが、C原子鎖では見られなかった。Naの自由電子的性質とCの共有結合性の違いがナノスケール電子励起にも明瞭に現れたといえる。(ii)ナノ架橋構造の交流応答:原子架橋構造の交流アドミッタンスを線形応答の範囲で調べたところ、原子のオンサイトエネルギーとホッピングエネルギーの大きさに依存して系はキャパシティブにもインダクティブにもなることがわかった。ナノ構造の交流特性が等価回路で理解できることを示唆する重要な知見である。(iii)電界電子放射下の表面原子の挙動:電界放射(FE)下表面原子が放射電流が原因で真空に蒸発する現象を散乱波導関数法によって理論的にはじめて見出した。FE実験でも観測されてきたこの現象のミクロ機構が明らかとなり理論的に検証されたことは重要である。(iv)DFT+NEGF法によるナノ架橋構造の電子輸送と原子過程:電流が流れているカーボンナノチューブ(CNT)の吸着原子に働く力の解析を行った結果、吸着原子種、電流の方向、CNTが金属的であるか半導体的であるかによって、その力の方向・大きさが顕著に異なることを見出した。電流による原子移動・蒸発の機構を理解する上で、重要な知見である。(1)TDDFT-MDによる外場励起電子状態が駆動する原子ダイナミクスのプログラム開発とその応用:H19年度に開発したTDDFT-MD法プログラムの計算精度を検証したのち、高強度超短パルスレーザーレーザーをH_2、N_2、CH_4分子に照射することで生じる分子解離シミュレーションに応用した。照射レーザーの強度、振動数、方向と解離確率に強い相関があることを見出し、それをもとに解離機構の電子状態起源を明らかにした。結果をまとめて論文に投稿する。(2)ナノ架橋構造の交流応答関数の決定と交流等価回路によるモデル化:H19年度に、分子架橋の交流アドミッタンスを散乱波動関数の数値解と線形応答理論を組み合わせた方法により計算する手法を確立した。H20年度は、架橋構造にポルフィン分子、C_20の3つの異性体分子を選び、交流応答関数を計算した。それをもとに等価回路を構築した。架橋分子構造と等価回路の型に密接な関係があることがわかった。(3)DFT+NEGF法によるナノ架橋構造の光誘起量子輸送の解析:窒素を不純物としてドープしたカーボンナノチューブに光を照射すると、電気伝導度が著しく増大することを、DFT+NEGF法で明らかにした。結果は論文に投稿中である。(4)NEMD法による温度勾配下ナノ物質輸送のシミュレーション:カーボンナノチューブ内のフラーレンと外部をスライドするカーボンリングの熱勾配による運動をNEMD法で検証し、そのミクロな起原をフォノン波束法で明らかにした。ナノスケールの熱輸送から質量輸送への変換に関する重要な知見を得た。結果を論文として公開すべく、投稿論文執筆中である。(1)TDDFT-MDによる外場励起電子状態が駆動する原子ダイナミクスのプログラム開発とその応用:高強度超短パルスレーザーレーザーをH_2、N_2、CH_4分子に照射することで生じる分子解離ダイナミクスに関する結果を論文に発表した。今年度はレーザー照射によるベンゼン分子の選択的分解が制御可能であることを示す計算と並行して、原子と固体表面の衝突過程をシミュレートするための平面波基底(周期系)を使ったTDDFT-MDプログラム開発を行った。(2)ナノ架橋構造の交流応答関数の決定と交流等価回路によるモデル化:本年度は、非平衡グリーン関数の方法によって金属カーボンナノチューブ(CNT)の交流アドミッタンスを計算した結果、その特性はCNTのカイラリティーに強く依存していること、条件付きでCNTが交流等価回路にモデル化できることがわかった。結果は論文に発表した。(3)ナノ架橋構造の光誘起量子輸送の多体問題