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ハロアミンの転移反応利用する含窒素化合物の新規合成

含窒素複素環化合物は生物活性化合物中に多く含まれるため、その効率的合成法の開発は重要である。本申請研究では、窒素原子にハロゲンが結合した「ハロアミン」について、その求電子的窒素原子の特徴を利用した転位反応を検討し、含窒素化合物の新規合成法を開発することを目的に研究を行った。その結果、窒素原子、酸素原子、芳香族置換基などの電子供与性置換基を有するハロアミンの転位反応が首尾よく進行することを見出し、その複素環合成への有用性を明らかにした。窒素原子は生理活性化合物をはじめとした様々な有用分子中に含まれるため、含窒素化合物の効率的で実用的な新規合成法の開発は合成化学上非常に重要である。本申請研究は、窒素原子にハロゲンが結合した「ハロアミン」について、その求電子的窒素原子の特徴を利用した反応を検討し、分子内の転移反応を中心に反応開発を展開し、含窒素化合物の新規合成法の開発を目指すものである。平成25年度は、アミノアルコール由来のN,Oーアセタールについて検討した。その結果、N,Oーアセタールの場合もアミナールの場合と同様に、ハロスクシンイミドと反応させると窒素原子のハロゲン化を経て、酸素原子からの電子の押し出しにより環拡大反応が進行することが分かった。環拡大で生じるイミニウムエーテル中間体は、興味深いことに、アンビデントな求電子性を示し、アミナールの場合とは異なる反応様式で生成物を与えた。すなわち、アルコール溶媒中で水を共存させて反応させるとイミニウムエーテルの加水分解が進行し、環状ラクタム構造を持つアミドアルコールが生成した。一方で、脱水条件下、低極性溶媒である塩化メチレン中で反応させると、イミニウムエーテルの5位に酸化剤由来のハロゲン原子が付加することで、環状ラクタム構造を持つアミドハライドが生成することが分かった。アミノ酸から、種々の光学活性アミノアルコールが入手可能であるため、本法は環状ラクタム構造を持つビルディングブロックの有用な合成法としての応用が期待される。窒素原子は生物活性化合物をはじめとし様々な有用分子中に含まれるため、含窒素化合物の効率的で実用的な新規合成法の開発は合成化学上非常に重要である。本申請研究は、窒素原子にハロゲンが結合した「ハロアミン」について、その求電子的窒素原子の特徴を利用した反応を検討し、分子内の転移反応を中心に含窒素化合物の新規合成法の開発を目指すものである。平成25年度に検討したアミノアルコール由来のN,Oーアセタールのハロゲン化剤を利用する酸化的転位反応に引き続き、平成26年度は、電子豊富な芳香環が置換した基質について検討した。種々の電子供与基が置換した2ーフェニルエタンアミンとシクロブタノン類より調整したテトラヒドロイソキノリン誘導体について酸化的転位反応を検討したとところ、これまでの窒素原子や酸素原子が直接ハロアミンのアルファ位に置換した基質同様に酸化的転位反応が進行することが分かった。転位反応の反応条件としてはメタノール溶媒中でハロゲン化剤にNークロロスクシンイミドを用いるのが最適であった。転位反応で生じるイミニウムイオン中間体は、水素化ホウ素ナトリウムを作用させることで還元可能であり、ワンポットで3反応(窒素原子のハロゲン化、酸化的転位反応、還元)を連続して進行させることで、対応する多環式テトラヒドロイソキノリン誘導体が一挙に得られることを見出した。さらに、イミニウムイオン中間体には種々の炭素求核種が導入可能であり、様々な側鎖を有するテトラヒドロイソキノリン化合物の合成にも成功した。現時点では、転位が進行するのはひずみの大きいシクロブタン環基質に限られているため、今後酸化剤や添加剤について検討し、より一般性の高い手法へと展開する予定である。本年度は、平成26年度に引き続き2ーフェニルエタンアミンとシクロブタノン類から容易に合成できるテトラヒドロイソキノリン誘導体の酸化的転位反応について検討した。すでに、N-クロロスクシンイミドを用いる窒素原子のハロゲン化(ハロアミンの形成)、転位によるイミニウム中間体の生成、水素化ホウ素ナトリウム、または炭素求核剤の導入がワンポットで連続して進行し対応する多環式テトラヒドロイソキノリン誘導体が一挙に得られることを見出している。本年度の検討で、本反応の一般性を拡張させることに成功した。すなわち、昨年度の検討では、基質は電子豊富芳香環を有する基質(ヘテロ原子置換体)に限定されていたが、本年度更にヘテロ原子を持たない基質への適用にも成功し、本転位反応の一般性の高さを明らかとした。また、トリフルオロエタノール溶媒を用いるハロアミンの新規活性化法を適用することで、歪みの大きいシクロブタノン以外のシクロアルカノンにも適用できることを見出し一般性の高いテトラヒドロイソキノリン化合物の合成法として確立した。開発した反応の有用性は、天然物crispine A及びその誘導体の簡便合成にも適用し実証した。これらの、成果はOrganicLetters誌にて発表した。また本酸化的転位反応をインドール基質へも展開し、インドールの窒素上の保護基を適切に選択することで、同様の転位反応が進行することを見出した。得られる生成物の骨格は生物活性天然物によく見られる構造であり、今後反応を精査することで、それらの新規合成法とへ展開できると考えている。主な研究実施計画として、(1)ヘテロ原子が置換した基質での検討、(2)電子豊富な芳香環が置換した基質での検討、

(3)フルオラスアルコールを利用するハロアミンの新規活性化に取り組んでいる。まず(1)のヘテロ原子が置換した基質での検討について、N,Oーアセタールの転位反応ついて検討し、置換ピロリドンの新規合成法を開発した(論文発表済み)。また、(2)電子豊富な芳香環が置換した基質での検討についても研究を実施し、テトラヒドロイソキノリン誘導体の新規合成法の開発に成功した(27年度に論文発表)。(3)フルオラスアルコールを利用するハロアミンの新規活性化についても、テトラヒドロイソキノリンの転位反応の開発過程においてその活性化法としての有用性を実証した。当初の計画の一部である分子間反応への応用は今後の課題である。当初計画の1,2、および3の項目について一定の成果を挙げることができているので、達成度としてはおおむね良好と考えている。本申請研究は、反応系中で発生させる求電子的窒素種への転位反応を利用して含窒素複素環化合物の新規合成法の開発を目指すものである。求電子的窒素種としてアミンとハロゲン化剤の反応により容易に調製可能な「ハロアミン」の利用について検討している。これまでに、窒素のアルファ位に電子供与性置換基を有する基質において転位反応が効率的に進行することを見出しており、昨年度に置換ベンゼン環を有する基質を利用した縮環テトラヒドロイソキノリン合成法を確立するとともに、インドール基質において有望な結果を得つつあった。本年度は、インドール基質の反応ついて精査した。シクロブタン環を有するインドール基質を合成し、酸化的転位反応について検討したところ、縮環テトラヒドロイソキノリン合成と同様のNCSを用いる条件で転位反応が進行し、縮環インドール化合物を与えることが分かった。インドール窒素の保護基としてはカルバメート基が最適であり、無保護の基質やトシル基で置換した基質を用いた場合には、目的物は得られなかった。無保護基質を用いる場合、電子供与能自体は高いと考えられるが、インドール環3位にハロゲンが導入される結果となった。また、これまでの知見と同様に環ひずみの小さいシクロヘキサン環等を有する基質では転位反応が進行しなかった。この課題については、超原子価ヨウ素試薬を用いると、転位反応が進行することを見出し、中員環から大員環化合物の合成にも適用できるという知見を得つつある。本年度を含めて研究期間において申請者は、窒素原子、酸素原子、芳香族置換基といった電子供与性置換基を有するハロアミンの転位反応を系統的に調査し、その複素環合成への有用性を明らかにすることに成功した。また、反応系中で発生させる求電子的窒素種として、新たに超原子価ヨウ素試薬を利用すれば基質一般性を大きく拡大できる可能性も見出した。含窒素複素環化合物は生物活性化合物中に多く含まれるため、その効率的合成法の開発は重要である。本申請研究では、窒素原子にハロゲンが結合した「ハロアミン」について、その求電子的窒素原子の特徴を利用した転位反応を検討し、含窒素化合物の新規合成法を開発することを目的に研究を行った。
ツニカマイシン耐性変異による枯草菌の遺伝子増巾と蛋白生産への応用

本研究の目的は、枯草菌の染色体上に意図的に、予定した領域の遺伝子増巾を誘起すること、及びそれを蛋白生産に結びつけようとするものである。今迄の我々の研究から遺伝子増巾を誘起する形質転換DNAの基本構造は、増巾単位のつぎ目部分の構造であることが分っている。従って予定された領域の遺伝子増巾を誘起しようとすれば、in vitroで2つのクローン化されたDNA断片を連結し、人工的に増巾単位のつぎ目構造をつくればよいことになる。そこで我々はα-アミラーゼの構造遺伝子amyEの上流に位置する5.1kbEcoRI断片をまずクローン化した。次いでamyE遺伝子より10kb下流にあるシキミ酸キナーゼの構造遺伝子aro【I】に隣接した0.8kb Hind【III】-Cla【I】断片をクローン化した。この2つのDNA断片を、染色体上の並びの方向は変えずに、染色体上の相対的並びの位置をひっくりかえしたin vitroで連結し、予定増巾単位のつぎ目構造を作出した。予定通りであれば、このDNAを形質転換DNAとすると、amyE,tmrB,aro【I】を含む22kbの領域の遺伝子増巾が誘起される筈である。10μpのDNAを用いてやっと10株という少数のツニカマイシン耐性形質転換体が得られた。10株のうち4株はα-アミラーゼの高生産性を示した。このうちの2株をとり、染色体DNAを調製し、制限酵素で分解後電気泳動すると、いくつかの濃く染色されるバンドがみられた。それらの長さの統計は予定通り22kbであった。またクローン化した5、1kb EcoRI断片、amyE,tmrB,aro【I】遺伝子をプローブDNAとしたサザンハイブリダイゼイションでも正しく予定された領域の遺伝子増巾が起っていることが確認された。これら2株の形質転換株のα-アミラーゼ高生産性とツニカマイシン耐性はamyE及びtmrB遺伝子の増巾によるものである。aro【I】遺伝子も増巾しており、実際シキミ酸キナーゼの比活性は約4倍に上昇していた。
急速沸騰利用のマイクロアクチュエーターに関する基礎的研究

本研究は、液中に浸した微小伝熱面を通電した際の急速沸騰による液・気相変化を利用するマイクロアクチュエーターに関する基礎研究として、微小平面伝熱面および細線伝熱面を急速に加熱し、その際の気泡の発生、成長、消滅に関する基礎データを広い条件範囲について明らかにすることを目的とした。初年度においては、極微小平面伝熱面を最高2.6x10^8K/sの加熱速度で加熱し、温度を精密に測定しつつ、気泡発生温度、発生気泡数密度の変化、合体過程、成長過程、消滅過程について多くのデータを得ると共に解析した。その結果、核生成後の気泡挙動と伝熱挙動の全体像および両者の関係を明らかにした。特に自発核生成の実現とその後の沸騰伝熱挙動に関する実験結果は世界的にも初めてのものである。またこれらの実験結果に基づいて理論的考察を行い、過熱液層蒸発モデルを導出した。次年度においては、10^9K/sに到る超高速加熱まで実験条件を広げ、特異な沸騰を観察し気泡径の最大値が加熱速度増加と共に小さくなることを示すなど、未知の多くの新事実を明らかにした。またこれの結果は過熱液層蒸発モデルで説明できることを示した。また、気泡挙動を観察しやすい細線過熱時についても広い条件範囲で実験を行い、気泡の成長・消滅挙動は大別して3種類に分けられること、および各タイプの内容などを明らかにし、アクチュエーターへの適用範囲について考察した。さらに、マイクロアクチュエーター実用時には、純成分液体より混合成分液体を使用することを鑑み、先ず二成分液体の急速過熱時の気泡発生条件について実験し、理論値と比較した。本研究は、微小な導電性伝熱面を高速に通電加熱した際の急速沸騰による液・気相変化を利用したマイクロアクチュエータの開発や性能評価に不可欠な、気泡発生・成長・消滅の基礎的データを得る目的を持つ。実験は、長さ0.25mm、幅0.1mmの試験部を持つ平面伝熱面についてと、直径0.02mmの細線伝熱面について行った。共に伝熱面を従来にない程の高速で加熱しつつ伝熱面温度を高精度に測定し、気泡挙動と伝熱挙動を詳細に計測し解析することが特徴である。このため特に高性能な電子機器類や顕微鏡撮影装置を使用した。微小平面伝熱面では、最高2.6x10^8K/sの平均加熱速度まで実験し、気泡発生温度、発生気泡数密度の変化、合体過程、気泡成長過程、同消滅過程について多くのデータを得た。液体によるが、約1x10^7K/s以上の加熱速度では、揺らぎによる核生成が主体と結論した。核生成後の気泡挙動と伝熱挙動の全体像および両者の関連を明らかにした。また、一旦核生成が生じたあとの伝熱気泡挙動は加熱継続時間に無関係なこと、平均加熱速度が大きくなると気泡最大径が減じてくることなどを示した。さらに液温の影響を明らかにした。細線伝熱面では、蒸気膜挙動が特に正確に観察された。以上の実験結果から、高速加熱下では加熱開始までに液体に伝わった熱による過熱層か気泡発生に関与するものと結論し、過熱液層蒸発モデルを提案した。本理論モデルによって実験結果を比較的良く記述できることを示した。8年度においては、液・気相変化を利用したマイクロアクチュエーターの開発や性能評価に不可欠な、気泡発生・成長・消滅の基礎的データを得る目的で、主に微小な平面伝熱面を用いて多くの実験を行った。またそれらの結果から、気泡挙動を記述する過熱液相蒸発モデルを提案した。

9年度においては、先ず平面伝熱面について8年度より加熱速度が約1桁高い1.8x10^9K/sまで増加させて実験を行い、加熱速度の増加と主に発生気泡の最大値が次第に小さくなり、やがて気泡成長がほとんどなくなることを明らかにした。また大きさが発生気泡の大きさ変化を観察しやすい細線伝熱面について、広い加熱速度の範囲で一連の実験を行った。細線は白金製で直径50μmである。加熱速度の実験範囲は、10^3-10^7K/sの範囲である。その結果、気泡挙動は気泡の成長挙動からして大別して3種に分けられた。約10^6K/sでは気泡は伝熱面上でほぼ均一に成長・消滅し、10^5-10^6K/sではやや不均一成長・不均一消滅し、また10^5K/s以下では不均一に成長・消滅するが、気泡発生が伝熱面上を伝播すること等を示した。また同時に、それぞれでの沸騰開始温度、成長・消滅時の気泡径変化、最大気泡径、界面成長速度、気泡成長速度、気泡消滅速度、気泡発生伝播速度等のデータを示した。また、一次元の円柱座標系モデルによって気泡成長時に周囲液体に与える仕事量を求め、マイクロアクチュエーターに利用する際の有効性を考察した。
妊娠-出産-子育て後の学習、記憶に関する行動とERαを介した海馬の神経構造の変化

妊娠、出産、子育て後の学習、記憶の変化を、ERαを介した海馬のシナプスの形態に着目して、メカニズムの解明をラットを用いて行った。海馬のシナプスの形態には経産と未経産ラットでは、差はなかったが、経産ラットは、未経産ラットと比較してY迷路テスト、モリス水迷路における空間学習にて良好な成績であった。両群間の空間学習による成績の違いは、海馬のシナプスの形態変化によるものではない可能性が明らかとなった。本研究では経産ラットおよび未経産ラットを用いて、妊娠-出産-子育て後にみられる学習、記憶行動の変化のメカニズムの解明を、先行研究によるCA1およびDGの、産後のERα免疫陽性細胞数の増加およびエストロジェンのERαを介した海馬での神経発達およびシナプスの形成への関与に着目して行動学的、薬理学的および形態学的手法により検討を行う。まず本年度は、Y迷路にて(学習、記憶に関する行動解析でも海馬機能を評価する。)を用いて妊娠、出産による学習、記憶行動の変化を明らかにした。発情前期の経産ラットでは、同発情周期の未経産ラットと比較して有意に、学習、記憶行動における成績が良好であった。現在、水迷路テストを検討している。また、神経系の可塑的変化としてLTPが知られており、LTP誘導刺激によりAMPA受容体がシナプスに移行することがLTP成立の分子メカニズムの一つであることが明らかになってきた(Malinow et al.2003)。そこで、出産経験による行動への影響が、AMPA受容体のサブユニットの構成に関与しているか否かを明らかにし、機能的解析を行っている。出産経験の有無によって、海馬急性スライスにおける、AMPA受容体のサブユニットの構成に違いがみられる傾向である。現在、ラット数を増やし、詳細を検討している。女性の人生の大きな分岐点となる妊娠、出産は、身体の大きな変化を伴うと同時に、後の子育てを合目的に行うための変化である可能性が示唆できる。子育てを合目的に行うことが、外的内的要因によってできなくなることで、子育ての異常である、虐待ネグレクトなどの問題が生じてくる。これら問題を本研究では神経科学の視点から、解決していく突破口となる可能性があり、社会的にも大変重要で意義のある研究結果である。本研究では、妊娠-出産-子育て後から長期間維持される、学習、記憶における行動変化を、産後のERα免疫陽性細胞数の増加およびERαを介した海馬の神経発達およびシナプスの形成に着目して、そのメカニズムの解明をラットを用いて行う。当該年度の研究では経産ラットおよび未経産ラットを用いて、妊娠-出産-子育て後にみられる学習、記憶行動の変化と、海馬のシナプスの形成への影響を明らかにする。海馬依存的な学習実験であるモリス水迷路では、経産ラットと未経産ラットでは有意な差は見られなかったが、Y迷路では未経産ラットと比較して経産ラットは好成績であった。シナプスの形成に関しても、経産ラットにおいて樹状突起のスパインの密度が高いことがわかった。これらの結果から、妊娠-出産-子育ての経験が、海馬内の神経回路を変え海馬依存的な行動の変化をもたらした可能性が示唆できる。また、これらの変化がERαを介しているかどうかは、次年度の計画へ組み込む予定である。妊娠-出産-子育て後にみられる学習、記憶の向上がシナプスの形状や、密度の変化による結果であり、その結果をもたらすキーになる因子が、妊娠-出産-子育てを経験することで多く産生されるとすれば、学習、記憶に障害をもたらす疾患への創薬にもつながることが期待できる。ERαの変化、またはERαを介したメカニズムの変化を注目して研究を行っているが、本年度内ではまだ明らかにできていない。産後性周期が回帰した後の産後5週間目の非発情期ラットでは、不安様行動やうつ様行動の回復がみられる他、同週齢の非発情期未経産ラットと比較して、海馬(CA1)、歯状界(DG)におけるエストロジェンレセプターα(ERα)免疫陽性細胞数が多いことを先行研究で明らかにしている。本研究では、妊娠ー出産ー子育て後から長期間維持される、学習、記憶における行動変化を、産後のERα免疫陽性細胞数の増加およびERαを介した海馬の神経発達およびシナプスの形成に着目して、そのメカニズムの解明をラットを用いて行った。その結果、海馬のシナプスの形態には経産と未経産ラットでは、有意な差はみられなかった。行動解析では、経産ラットは、未経産ラットと比較してY迷路テストにおける空間学習にて良好な成績であった。モリス水迷路では、2群間に有意な差はみられなかった。本研究課題により、経産および未経産ラット間の空間学習による成績の違いは、海馬内の神経およびシナプスの形態変化によるものではない可能性が明らかとなった。ERαを介したメカニズムの解明のための、薬理学的な実験があまり順調にできていないが、おおむね行動学的組織学的な研究は順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。妊娠-出産-

子育てによる行動学的、組織的な変化が明らかになってきたので、薬理学的なアプローチを進めることと、パッチクランプ法で神経細胞そのものの機能的変化を観察できたらと考えている。行動、神経構造の変化が海馬内の機能にいかなる影響を及ぼしているのかをあきらかにしていきたい。海馬内の機能における変化を新たに研究計画へ入れることによって、その結果が、妊娠-出産-子育てによる行動学的な変化を説明する上で重要なツールになることを期待している。24年度が最終年度であるため、記入しない。
離島・中山間地域における住民参加を促す地域情報化モデルの実証的開発研究

本研究は、条件不利益地域の代表とも言える九州圏内の離島並びに中山間地域を研究フィールドとして、地域情報化によるまちづくりのあり方について、政策的、実証的視点から総合的に探求し、住民参加を促す地域情報化モデルの構築を目指したものである。その結果、高齢化の進行が著しい条件不利益地域においても、個々の地域特性に見合う適正な仕組みづくりを構築していくことで、住民参加を促す地域情報化の推進は可能であることを明らかにした。本研究は、条件不利益地域の代表ともいえる、九州地域の離島並びに中山間地域を研究フィールドとして、地域情報化によるまちづくりの在り方について政策的かつ実証的観点から総合的に探究し、住民参加を促す地域情報化モデルの構築を目的としている。研究初年度は、まず新たに調査研究フィールドに加えた長崎県五島市、並びに平戸市において、当該地域の地方自治体、並びに地域住民に対する実態調査、意識調査を目的としたアンケート調査、並びにヒアリング調査を実施し、地域情報化を推進する上で、どのような諸問題が内在し推進の障害となっているのか、また、どのような方向性が期待できるのかなど、住民参加型地域情報化の視点から現状分析、並びに各方面からの問題点の抽出等を行い、今後の方向性について探求し、五島市地域情報化計画並びに平戸市地域情報化推進指針として取り纏めた。また、従前より調査研究フィールドとして取り組んできた長崎県壱岐市においては、住民参加を促す仕組みづくりや人材育成手法の確立に向けた実証的解明を図るため、自治体と連携しながら地域住民の情報化意識啓発活動を兼ねた「情報発信塾」を開設するほか、若手住民を対象としたタウンミーティングの開催を試みた。加えて、熊本県湯前町では地域情報化の視点から町が主催する6次産業化プロジェクトへ参画する他、鹿児島県肝付町、並びに宮崎県西米良村においても、情報化シンポジウムや具体的な住民参加事業に参画し、住民参加の可能性について地域住民と協働しながらその在り方を探ってきた。これらの実践的調査研究活動の結果、高齢化が急速に進行しつつある条件不利益地域においても、その地域の特性を考慮した仕組みづくりや人材育成手法を最適化することにより、十分住民参加を促す地域情報化の可能性を見出すことができた。本研究は、九州地域の離島並びに中山間地域を研究フィールドとして、地域情報化によるまちづくりの在り方について政策的、実証的観点から総合的に探究し、住民参加を促す地域情報化モデルの構築を目的としている。研究2年目にあたる平成26年度は、長崎県平戸市において、地方自治体並びに地域市民に対する綿密な実態調査、ヒアリング調査等を展開し、地域情報化推進に向けての現状認識並びに課題抽出・分析等を行い今後の方向性を平戸市地域情報化推進計画として取りまとめ平戸市へ提案させて頂いた。また、平戸市内6か所において市民の情報化意識啓発を促進していくため、「平戸市情報発信塾」を開催させて頂き、住民参加を促す地域情報化の環境づくりを展開していった。同じく離島地域である壱岐市においても、前年度より取り組んでいる「壱岐市情報発信塾」を開催し、市民の情報化意識の向上に向けた事業を展開し、実証的に住民参加を促す地域情報化推進モデルの可能性を検証してきた。一方、中山間地域である熊本県湯前町においては、住民と行政でつくるICT利活用推進協議会へアドバイザーとして参画させて頂くことになり、福祉分野、教育文化分野、情報発信分野の3つの作業部会を地域住民と発足し、年間を通じた各種取り組みを実践してきた。その結果、具体的な住民参加を促す地域情報化推進に向けたモデルづくりを構築できる可能性を見出すことが可能となった。本研究は、九州地域の離島並びに中山間地域を研究調査フィールドとして、地域情報化によるまちづくりのあり方について政策的かつ実証的観点から総合的に探求し、住民参加を促す地域情報化モデルの構築を目的としている。本研究の最終年度にあたる平成27年度は、主として、これまでの調査研究フィールドの内、研究成果を着実にあげてきた離島地域の壱岐市、並びに中山間地域である湯前町に焦点を絞り、具体的な地域住民との活動を展開しながら住民参加型による地域情報化推進の可能性を探ってきた。壱岐市に置いては、エリアを柳田地区に絞り、柳田地区まちづくり協議会と連携しながら情報発信塾を定期的に開催し、住民間のコミュニティ醸成と住民による地域情報発信のあり方の習得支援を展開しながら地区の情報化推進の基盤づくりを行ってきた。一方、中山間地域である湯前町においても地域住民のコミュニティ醸成と情報発信力の育成を目的として、定期的な情報発信能力向上講座の開催の他、Skypeを用いた地域課題に対するオンライン講座の開催、オープンストリートマップを用いた地域マップの作成など年間を通じた様々な活動を展開してきた。以上の研究活動の結果、地域情報化の推進に向けた行政の意識改革はもちろんのこと、地域住民の情報化に対する理解と意義を十分浸透させることができ、今後の住民参加による地域情報化の推進に一定の方向性を見出すことができた。また、住民参加を促す地域情報化推進モデルを構築していくにあたっては、1コミュニティを醸成しやすい小規模エリアにおける活動の重要性、2よそ者と言われる外部者の活用による「気づき」の重要性、3生活に密着した地域課題解決への取り組み、4地域リーダーの養成を意識した取り組みの重要性などを改めて確認することができた。

その結果、高齢化の進行が著しい条件不利益地域においても、個々の地域特性に見合う適正な仕組みづくりを構築していくことで、住民参加を促す地域情報化の推進は可能であることを明らかにした。本研究の目的である「住民参加を促す地域情報化モデルの実証的開発」に向け、当初の予定通り、平戸市、壱岐市、湯前町に具体的な実証研究フィールドを絞り込んで、さまざまな具体的アクションを当該地域と連携しながら実践することができた。特に壱岐市、平戸市においては、地域住民の情報化啓発活動のための「情報発信塾」の開催なども定着化して実践することができ、将来的に住民参加を促す地域情報化推進に向けた人材育成や体制づくりのための方策も少しずつ明らかになってきた。また、中山間地域の湯前町では、当該地域でつくりICT利活用協議会へオブザーバーとして参画することが可能となり、具体的に地域市民と一緒になって地域情報化推進に向けた取り組みを実践できる環境を構築することが可能となり、次年度以降の研究の道筋も明確になりつつある。以上の観点から本調査研究の目標は、概ね順調に進展しているものと判断する。地域情報化政策平成27年度は、本研究テーマの最終年度となる。研究課題である「住民参加を促す地域情報化モデルの実証的研究開発」という命題をより実現化していくため、これまでの調査研究活動フィールドの中でより実現性の高まっている離島地域である壱岐市、並びに中山間地域である湯前町に焦点を絞りながら具体的な地域住民との活動を展開しながら推進モデルの開発の可能性を探求していく予定である。特に、熊本県湯前町では、住民によるNPO等の組織化の可能性や具体的ICT利活用を住民と協働しながら探っていきたい。また、これまで関わってきた他のフィールドについても研究活動の最終的検証を行っていく予定である。新たに調査研究フィールドに加えた長崎県五島市、並びに平戸市においては、実態調査等により現状把握がほぼ完了し、今後の地域情報化の方向性についても計画書として取り纏めることができた。また、従前より調査研究フィールド地域として取り組んできた地域においては、地方自治体並びに地域住民と協働の立場をとりながら、住民参加を促す仕組みづくりや人材育成手法の確立に向けた取り組み(タウンミーティング、情報化シンポジウム、情報発信塾など)を具体的に実践し、今後の調査研究の方向性をある程度見出すことができた。以上の観点から、本調査研究の目標は、概ね順調に進展していると考える。調査研究フィールドへの旅費を計上していたが、一部の地域については、他の予算から支出したため、予定の予算を執行する必要がなくなった。また、物品費についても、同様に他の予算から執行することが可能であったため、予定の予算を執行する必要がなくなった。平成26年度は、本研究の調査研究対象地域の内、平戸市、壱岐市、湯前町を具体的な実証研究フィールドに絞り込み、前年度の基礎調査を踏まえ、地方自治体並びに地域住民、外部人材と協働の立場を取りながら、住民参加を促す仕組みづくり、並びに組織体制のあり方、住民参加を促す人材育成手法の確立に向けて具体的事業を展開しながら、高齢化地域に適合した地域情報化推進モデルの方向性を探求していく予定である。
マントルウェッジ蛇紋岩の準脆性流動と深部スロー地震の関連性

本研究では、沈み込み帯における深部スロー地震の震源域に相当する温度・圧力・流体環境下で形成された蛇紋岩体の構造解析を行い、1)蛇紋岩がプレート境界に沿ってどのような変形挙動を示すのか、2)その摩擦・流動特性が低周波地震などのスロー地震の特徴である「ゆっくりとした剪断破壊」を起こしうるのかについて明らかにする。
超磁界流体中での有機電荷移動錯体の結晶化

ヘキサメチルベンゼン(HMB)を電子供与体,テトラシアノエチレン(TCNE)を電子受容体とする電荷移動錯体の作製を超臨界流体中で行ない,生成した電荷移動錯体の組成への温度・圧力効果,結晶成長の最適温度の確立とリーク速度の影響,非極性及び極性超臨界流体の効果などについて検討した。仕込み濃度が等しくなるように,各溶質を圧力容器内に入れることにより短時間(準備から終了まで34時間)で電荷移動錯体の結晶を得ることができた。温度は必ずしも流体の臨界温度にできるだけ近づける必要はないが,あまり離れすぎても良くないことが明らかとなった。流体の極性,非極性の違いは明確ではなく,電子供与体と電子受容体が十分溶解する温度と圧力をうまく制御することが重要であった。また,両溶質の溶解度が急激に小さくなる圧力近傍で,流体のリーク速度を遅くすることが鍵であることも分かった。リーク速度が速いと長さ23mmの針状結晶が,リーク速度が極めて遅いと長さ10mmを越える金属光沢を有する針状結晶を多数得ることができた。一方,ナフタレンとTCNEの組み合わせでは,金属光沢を有する長さ約3mm前後の板状結晶を得た。また,いずれの錯体も電子供与体と電子受容体が1:1で生成していることを元素分析から確認した。また,ベンゼン,トルエンなどの常温で液体の電子供与体を用いて,TCNEとの錯体の結晶化を試みたが,錯体の結晶化は成功しなかった。現有設備である高圧光学セルを利用して超臨界二酸化炭素中での電子供与体と電子受容体の溶解度をそれぞれ単独で313.2Kと323.2Kにおいて35MPaの圧力まで測定を行なった。電子供与体としてはヘキサメチルベンゼン(HMB)、電子受容体としてはテトラシアノエチレン(TCNE)を選んだ。いずれの溶質も温度一定では、圧力上昇に伴い二酸化炭素の臨界圧力以上で溶解度の急激な増加が観測された。また、一定圧力では温度上昇に伴い溶解度が増加することも分かった。これらの結果から、有機電荷移動錯体の結晶化において高圧容器内に仕込む各溶質の設定量を明確にすることができた。次に、特注の高圧容器とHPLCポンプを組み込んだ高圧システムの構築を行い、高圧容器の温度制御の安定性などについて検討した。また、高圧容器に接続している微量流量調節バルブからの流体の排出流量の制御について調べた。これらの結果を踏まえて、超臨界二酸化炭素中313.2Kの温度でHMBとTCNEを圧力30MPaで溶解平衡させた後、微量流量調節バルブから流体を徐々に排出後、容器内に最大5mm程度の長さを持ったHMB-TCNEの電荷移動錯体の結晶が確認された。まだ、予備的な実験段階であるが、かなり短時間に電荷移動錯体の結晶化が出来た。今後、温度・圧力・排出流量速度について詳細に検討を行ない、この系に関し最適条件を確立する。また、他の電子供与体と電子受容体の組み合わせについても検討する。
セラミックス/金属高強度複合材料のダイナミックコンパクション

爆発や高速衝突によって発生する衝撃波を粉体に作用させて、固化させる技術がダイナミックコンパクションである。衝撃波が粉体を通過中に、粉体中の空隙部が超高温に加熱されると同時に、粒子の表面が局部的に加熱された状態で、粉体全体が強く圧縮されるとの特徴をもっている。通常の方法では、化学反応によって変質する系であっても、混合状態を保ったまま、粒子間を強く結合させることができる。本研究においては、アルミナ小球をアルミナと同等の衝撃インピ-ダンスを持つ炭化チタン、高い衝撃インピ-ダンスを持つタングステン中に分散させた複合焼結体をダイナミックコンパクションによって作製した。ダイナミックコンパクションは、ステンレス鋼製カプセル中に原料粉体を封入して、鉄製飛び板をカプセルに平行衝突させて行なった。飛び板の加速は爆薬の爆発を利用して行なった。各種混合粉体に対する最適衝撃条件を決めた。ダイナミックコンパクションの欠点は、得られる焼結体にクラックが発生しやすいことである。クラックの防止のための多層飛び板の開発に成功した。以上の実験結果より、ホットプレスによっては、化学反応を起こすセラミックス-セラミックス、セラミックス-金属の組み合わせによる複合焼結体がダイナミックスコンパクションによって作製できることが明らかになった。高強度複合セラミックスのプロセス技術として有用な手段が確立させた。
流体の相変化と遷臨界現象の分子動力学的研究

まず、水の構造に関する研究として、圧縮液、臨界点近傍及び超臨界域を含む広い温度・領域に対して分子動力学解析を行った。平成7年度においては、水素結合やそのネットワークの時間平均的特性(静的構造)を求め、これらが温度・密度に応じてどのように変化するのかを解析した。平成8年度には、これらがどのような経時挙動を示すのか(動的構造)について解析を進めた。液体表面におけるこれらの特性は、蒸発・凝縮など相変化現像に関して熱工学的に重要であることから、水の気液界面の分子動力学シミュレーションを平成8年度に行い、水素結合の寿命やその結合性などについて明らかにした。一方、臨界点極近傍における流体及び流体界面の基礎的な特性を解明するために、より単純で大きな系を対象とした解析を併せて行った。単原子分子流体を想定したLJ流体を対象に、臨界点極近傍の流体が示す定積比熱など熱物性値の異常な挙動について平成7年度に解析を行い、臨界点極近傍でクラスタの生成・分離が激しくなることによりエネルギー状態の変動が大きくなっていることを示唆する結果を得た。平成8年度に得られた水の動的構造解析結果においても、臨界点近傍でクラスタ構造の安定性が極小となることを見い出しており、これらの成果を統合してより普遍的な結論を得るべく、今後も解析を進める予定である。また、臨界点近傍の亜及び超臨界領域における気液界面のシミュレーションを平成8年度に行い、流体中に温度勾配が存在する場合には、超臨界領域においても界面類似の構造が残存し、界面張力も流体の流動に影響を与える程度の大きさを保つことを明らかにした。これは、従来さまざまな解釈のあった臨界点近傍の流体の沸騰もどき現象について、新たな視点を提供するものである。以上、流体の相・状態変化の微視的メカニズムについて、特に遷臨界域を中心に解析を行い、当初の計画以上の成果をあげることができた。流体が温度・圧力に応じて気ないし液相、気液共存と様々な状態を示し、また臨界点を超える温度においては気液相分離が消失するなどの現象を、流体の分子レベルの微視的構造の変化に着目した新たな観点から解析するため、以下のように研究を進めた。1.分子動力学数値解析の第一の対象として、極性を持つ典型的な分子であること、工業的に重要であることなどから、水を選択し、水素結合ネットワークの挙動に関する解析を行った。気液相、超臨界域など広い温度・密度範囲において水素結合ネットワークがどのように形成されているかを詳細に解析し、また、水素結合の定義によりこれらの結果がどのように変わるかを明らかにした。この結果、従来より用いられているOH距離による定義と分子間エネルギーによる定義と分子間エネルギーによる定義では、水素結合の寿命は大きく異なるものの、解離した水素結合の再結合も考慮した残存率ではほとんど差異がないこと、また、この残存率はしきい値の影響も受けないことがわかった。さらに、ネットワーク構成分子の残存率を用いることにより、水素結合のネットワークの安定性を定量的に示すことに成功した。このようなクラスターの動的構造についての解析法を確立する試みは、来年度も継続して進めてゆく。2.より単純な系における臨界現象を解析するため、アルゴンなど単原子分子を対象にLennard Jones(12-6)ポテンシャルを用いた解析を行った結果、臨界点極近傍の極めて狭い温度範囲において分子系のエネルギーのゆらぎが大きくなり、この結果定積比熱が鋭いピークを示すことを見いだした。これは近年報告されている実在の流体の計測結果とも一致するものである。現在、どのような分子運動によりこの現象が起こるのかについて、鋭意検討を進めている。

まず、広範な温度・密度範囲における水の構造の変化に関する解析を行った。気液共存域、圧縮液、臨界点近傍及び超臨界域を含む広い温度・領域における約130点の条件に対して分子動力学計算を行い、その結果を解析することにより、水中で水素結合やそのネットワークとしてのクラスタがどのような経時挙動を示すのか(動的構造)を明らかにした。次に、液体表面におけるこれらの特性の解明が蒸発・凝縮など相変化現象に関する分子熱工学分野で希求されていることから、水の気液界面の分子動力学シミュレーションを行い、水素結合の寿命やその結合性などについて明らかにした。一方、臨界点極近傍における流体界面の基礎的な特性を解明するために、より単純で大きな系を対象とした解析を併せて行った。単原子分子を想定したLJ流体に対して臨界点近傍の亜及び超臨界領域における気液界面のシミュレーションを行い、流体中に温度勾配が存在する場合には、超臨界領域においても界面類似の構造が残存ん、界面張力も流体の流動に影響を与える程度の大きさを保つことを明らかにした。これは、従来さまざまな解釈のあった臨界点近傍の流体の沸騰もどき現象について、新たな視点を提供するものである。昨年度には、臨界点極近傍の流体が示す定積比熱など熱物性値の異常な挙動について、二次元LJ流体について解析を行い、臨界点極近傍でクラスタの生成・分離が激しくなることによりエネルギー状態の変動が大きくなっていることを示唆する結果を得ている。本年度遂行した水の動的構造の解析においても、臨界点近傍でクラスタ構造の安定性が極小となることを見い出しており、これらの成果を統合してより普遍的な結論を得るべく、今後も引き続き解析を進める予定である。
分子回路工学をめざした導電性高A子被覆金属・半導体ナノワイヤの作製

本研究は、究極的微細回路である分子配線技術の確立のための要素技術の開発を目的とする。具体的には、分子回路工学(分子システムやナノ構造材料を既存電子デバイスと接続して、分子機能を最大限に発現させる拡張型分子機能材料)の確立のための要素技術として、微細パターン化電極の作製、電極間配線技術の開発及び電極間配線の電気特性評価法の確立を目的とする。本年度では、微細パターン化電極間へのポリピロール被覆銀ナノワイヤの作製のための、ナノワイヤ及び微細パターン化電極の作製法の検討・最適化を目的とした。ポリピロール被覆銀ナノワイヤはピロールモノマーと銀硝酸塩間の酸化還元反応により作製可能である。昨年度までに作製法の開発を行ってきたポリピロール被覆銀ナノワイヤを、明確な接合により電極に配線するために、ブロック共重合体が形成するミクロ相分離膜をテンプレートとして用いた銀ナノロッド配列体の作製を行った。更に、より微細な回路作製のために、同ミクロ相分離膜テンプレートを用い、ナノ構造ドメイン内でのピロールと銀硝酸塩の酸化還元反応の最適化により、極細ポリピロール被覆銀ナノワイヤの作製を行った。また、昨年度までに同ミクロ相分離薄膜テンプレートにより作製したシリカナノロッド配列体(メソポーラス構造有り及び無し)の応用を検討した。高配列性を有するシリカナノロッド薄膜を2次テンプレートとして用い、シリカ/金ハイブリッド配列体の作製を行った。直径2.5nmの金ナノ粒子をシリカナノロッド表面に導入することに成功し、触媒作用への応用展開の検討を行った。また、シリカナノロッド配列に支持されたルーフ状のシリカ薄膜の分子・ナノ粒子分離膜としての機能性の検討を行った。本研究は、ピロールの酸化重合によって黒色沈殿物として得られるポリピロールの重合過程を再検討し、電子顕微鏡を駆使した注意深いナノ構造の形態観察で発見したナノ構造体を用い、微細パターン化電極との接続および電気特性評価を行い、分子回路工学(分子システムやナノ構造材料を既存電子デバイスと接続して、分子機能を最大限に発現させる拡張型分子機能材料)への展開を図ることを目的としている。本年度は、ポリピロール被覆銀ナノワイヤをミクロ電極アレイから成長させて、ナノワイヤ1本の電気伝導特性を評価し、さらに、ナノ電極アレイを基板上の所定の電極と電極を配線する電界誘起配線方法を開発した。具体的には、ポリピロール被覆コアシェル銀ナノケーブルのアスペクト比とポリピロール被腹膜厚の制御を行い、狭いギャップを持つ金電極を取り扱うために表面イオン化処理を導入した。またポリピロール被覆が銀ナノワイヤ自体の導電性に与える影響を調査した。また、耐熱性に優れたナノワイヤを作製するため、受入研究者が開発した両親媒性ブロック共重合体薄膜のミクロ相分離構造をテンプレートとするメゾポーラスシリカの垂直配向について検討した。電子線照射処理によるテンプレート薄膜の架橋固定化とゾルゲル反応条件の最適化により、ブロック共重合体薄膜のミクロ相分離構造を転写したシリカナノロッドアレイの作製に成功した。界面活性剤を転化した場合には、シリカナノロッドの内部に長軸方向に配向した直径2ナノメートル程度のメゾチャンネルの生成が認められた。この成果は、耐熱性に優れたナノチューブアレイを高密度で垂直配向させたはじめての例であり、幅広い応用展開が期待される。
トポロジカル絶縁体における電子相関の研究

本研究では、近年グラフェンなどで実現されるディラック電子のようなゼロギャップ半導体において、電子相関の効果で新奇の量子相が出現する可能性を探るべくVMCを用いた計算を試みた。スピン軌道相互作用が無い場合でも、ゼロギャップ半導体の対称性が電子相関により破れて系がトポロジカル絶縁体になる可能性があり、これがトポロジカルモット絶縁体と呼ばれる系であり本研究の課題である。計算はハニカム格子系で行い、これにオンサイトのクーロン相互作用Uおよび周辺サイトとのクーロン相互作用V1,V2を導入した。その結果、今までの平均場での研究と比べてトポロジカルモット絶縁体の領域は他の秩序相に潰されてしまい、大きく制限されてしまうことがわかった。しかし、ハニカム格子上の六角形の対角線上のホッピングパラメーターをコントロールすることでトポロジカル絶縁体のオーダーパラメーターが残りそうな領域を現在見いだしている。理論的にはフェルミ速度が小さいほどトポロジカルモット絶縁体になりやすく、VMCによる数値計算の結果、フェルミ速度を従来のハニカム格子の10%程度にまで小さくすることでトポロジカルモット絶縁体が安定する領域を見つけ出すことが出来た。この研究に関する投稿論文は現在執筆中である。また、スピン軌道相互作用が存在する一般的なハミルトニアンのシュレディンガー方程式を解くための変分モンテカルロ法の開発を行った。そのベンチマークとして変分モンテカルロ法にてキタエフ模型の解を求めた。従来使われていた変分関数では、キタエフ液体の基底状態をうまく表現することができなかったため、我々は波動関数に射影演算子をかけて解の精度を上げることに成功した。24サイトおよび32サイトの模型においてエネルギー誤差0.1%程度の波動関数の構成に成功した。この研究の成果は現在Physical Review誌に投稿していて、審査中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。多変数変分モンテカルロ法(VMC)を用いたトポロジカルモット絶縁体の研究本研究では、近年グラフェンなどで実現されるディラック電子のようなゼロギャップ半導体において、電子相関の効果で新奇の量子相が出現する可能性を探るべく、VMCを用いた数値計算を試みた。ゼロギャップ半導体とは、従来の金属が持つフェルミ面が点として存在する物質群のことであり、特異な輸送現象を示すことから、近年大きな注目を集めている。フェルミ点ではエネルギー準位が縮退していて、対称性が保たれる場合、ギャップは開かない。このような系にスピン軌道相互作用がはたらくことによりギャップが開くと、系はしばしばトポロジカル絶縁体になり、これはエッジでの特異な伝導特性や基礎物理的な観点から注目を集めている。一方、スピン軌道相互作用が無い場合でも、ゼロギャップ半導体の対称性が電子相関により破れて系がトポロジカル絶縁体になる可能性があり、これがトポロジカルモット絶縁体[1,2]と呼ばれる系であり本研究の課題である。この現象はトポロジカル絶縁体の実現可能性を従来の理論で提唱されていてスピン軌道相互作用の強い系から電子相関を持つ一般の系に拡張するものであり、また量子相転移としても特異な性質を持つことから関心が持たれている[3]。この概念を発表した先行研究田では平均場近似によるもの解析がなされていたが、本研究では多体の効果をより正確に取り入れるためにVMCを用いる。まず、アルゴリズムについては田原氏が当研究室で以前に発表したアルゴリズム[4]をベースに改良を行った。当初のコードではトポロジカル絶縁体の波動関数が表現できないため、すぐには本研究に用いることができなかったが、波動関数を複素数にまで拡張しそれに対応した最適化手法を考案、および実装することによってこの問題を解決した。また、計算の並列化による高速化については森田氏に協力していただいた。計算はハニカム格子系で行い、これにオンサイトのクーロン相互作用uおよび周辺サイトとのクーロン相互作用V1, V2を導入した。しかし、トポロジカルモット絶縁体の概念そのものが平均場近似による人為的な結果ではなく、VMCの波動関数でも実現することを示す計算結果もバンドのパラメーターをコントロールすることで得ることができた。実際に、ハニカム格子上の六角形の対角線上のホッピングパラメーターをコントロールすることでトポロジカル絶縁体のオーダーパラメーターをサイズ外挿した場合でも残ることを見いだした。また、その臨界性についても、具体的な数値の特定まではいかないものの、従来型の相転移とは異なる様子が得られた。本研究では前年に引き続き、近年グラフェンなどで実現されるディラック電子のようなゼロギャップ半導体において、電子相関の効果で新奇の量子相が出現する可能性を探るべく、VMCを用いた数値計算を試みた。計算はハニカム格子系で行い、これにオンサイトのクーロン相互作用Uおよび周辺サイトとのクーロン相互作用V_1, V_2を導入した。また、計算手法の開発としてキタエフ模型からハバード模型までを統一的に解くことができるアルゴリズムの開発を試みた。

キタエフ模型とはスピン間相互作用が強磁性のコンパス型になるハニカム格子上の模型で近年注目を集めている。このキタエフ模型は、電子が遍歴しないいわゆるスピン模型であり、より現実的な多軌道ハバード模型の強相関極限に相当する。現実物質での実現可能性を検討するには、電子の遍歴性を考慮し、第一原理的に導出された多軌道のハバード型模型を考察することも必要である。そこで、本研究ではハバード模型からキタエフ模型までの解を統一的に表現するために、ハバード模型の高精度な解法として既に知られている多変数変分モンテカルロ法の波動関数を、キタエフ量子液体を表現できるように改良した。この手法により、24サイトおよび32サイトの模型においてエネ本研究では、近年グラフェンなどで実現されるディラック電子のようなゼロギャップ半導体において、電子相関の効果で新奇の量子相が出現する可能性を探るべくVMCを用いた計算を試みた。スピン軌道相互作用が無い場合でも、ゼロギャップ半導体の対称性が電子相関により破れて系がトポロジカル絶縁体になる可能性があり、これがトポロジカルモット絶縁体と呼ばれる系であり本研究の課題である。計算はハニカム格子系で行い、これにオンサイトのクーロン相互作用Uおよび周辺サイトとのクーロン相互作用V1,V2を導入した。その結果、今までの平均場での研究と比べてトポロジカルモット絶縁体の領域は他の秩序相に潰されてしまい、大きく制限されてしまうことがわかった。しかし、ハニカム格子上の六角形の対角線上のホッピングパラメーターをコントロールすることでトポロジカル絶縁体のオーダーパラメーターが残りそうな領域を現在見いだしている。理論的にはフェルミ速度が小さいほどトポロジカルモット絶縁体になりやすく、VMCによる数値計算の結果、フェルミ速度を従来のハニカム格子の10%程度にまで小さくすることでトポロジカルモット絶縁体が安定する領域を見つけ出すことが出来た。この研究に関する投稿論文は現在執筆中である。また、スピン軌道相互作用が存在する一般的なハミルトニアンのシュレディンガー方程式を解くための変分モンテカルロ法の開発を行った。そのベンチマークとして変分モンテカルロ法にてキタエフ模型の解を求めた。従来使われていた変分関数では、キタエフ液体の基底状態をうまく表現することができなかったため、我々は波動関数に射影演算子をかけて解の精度を上げることに成功した。24サイトおよび32サイトの模型においてエネルギー誤差0.1%程度の波動関数の構成に成功した。この研究の成果は現在Physical Review誌に投稿していて、審査中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。トポロジカルモット絶縁体の存在を示唆する計算結果を得ることができたため。一方で臨界指数については今後の課題である。トポロジカルモット絶縁体の方についてはまだ確定的なことが言えていないが、アルゴリズム開発の方は当初の予想を超える精度のものが達成されている。
ユビキタス・ツールを用いた体験型学習システムに関する研究

研究代表者らは,トータル・フィジカル・レスポンス法(Total Physical Response Abproach,以下TPR法)の考えを取り入れた外国語CAIシステムに関する研究を行ってきた.本研究では,これまで研究を行ってきた外国語CAIシステムの良さを生かしつつ,コンピュータ上だけでは実現が難しい部分の改善を目指し,ICタグを用いて教室など日常空間の中で学習活動を行える実空間体験型の外国語学習システムに関する研究を行った。開発したシステムは以下のような特徴を持つ。・聞き取りポイントが複数箇所ある問題文を出題することができる。例えば、「Please choose cold carrot juice in a plastic bottle.」において、単に「juice」だけでなく、「cold」「carrot」「plastic bottle」等の「温度」「(ジュースの)種類」「容器」等の箇所をそれぞれに判定できる問題文を出題することができる。・複数ある聞き取りポイントに対して、どの部分が聞き取れていないか、また、どの程度聞き取れているかといった、学習者の誤り内容や誤りの程度(正解率)に応じて、フィードバックの出し方が変わる。これにより,個に応じた支援を重視し,学習者の間違った程度をチェックしながら段階的に支援することが可能となった.研究代表者らは,トータル・フィジカル・レスポンス法(Total Physical Response Abproach,以下TPR法)の考えを取り入れた外国語CAIシステムに関する研究を行ってきた.本研究では,これまで研究を行ってきた外国語CAIシステムの良さを生かしつつ,コンピュータ上だけでは実現が難しい部分の改善を目指し,ICタグを用いて教室など日常空間の中で学習活動を行える実空間体験型の外国語学習システムに関する研究を行った。これにより,個に応じた支援を重視し,学習者の間違った程度をチェックしながら段階的に支援することが可能となった.研究代表者らは、トータル・フィジカル・レスポンス法(Total Physical Response Approach、以下TPR法)の考えを取り入れ、対話性・実用性に重点を置いた外国語CAIシステムに関する研究を行ってきた。本研究では、これまで研究を行ってきた外国語CAIシステムの良さを生かしつつ、コンピュータ上だけでは実現が難しい部分の改善を目指し、ICタグを含めたユビキタス・ツールを用いて、個人および複数人数で学習活動を行える実空間体験型の外国語学習システムを開発する。ここでは、個人で学習を行う場合だけでなく、複数人数で学習する場面においても、適切な場所で適切な時に適切なヒント情報を提供する学習システムの検討及びその実装を図る。平成18年度の研究においては、主に次の(1)(3)を行った。(1)ICタグおよびインタラクションの教育への応用に関する調査研究ICタグについては、ICタグの歴史的背景、しくみや種類について整理した後、ICタグが応用されている分野について概観し、一般社会におけるICタグの適用分野について分析する。その分析をもとにICタグの教育分野への応用動向を分析調査した。(2)ICタグと関連づける音声データに関する管理ソフトの設計および試作ICタグと各タグに関連づけるコンテンツについては、学習内容や学年、カテゴリによって使い分けが必要となるが、使い分けは煩雑さを生じ問題作成者側の負担が大きい。コンテンツについては、例えばりんごに貼付したICタグとappleというテキスト・音声・映像の各データを関連付けさせる必要があるため、コンテンツ管理を行うソフトの設計試作を行った。(3)複数台のICタグリーダ付装置に対応した学習システムの設計複数人数で学習する場面に対応できるよう複数台のICタグリーダ付装置からの情報やデータをやりとりするしくみが必要になる。そこでサーバー経由で送受信する仕組みについて検討設計を行った。また、関連研究として、学習上のインタラクションとして、どのようなものが学習者の意欲・学習への刺激になるのかを調査研究した。また音声情報として、合成音声利用の可能性について検討した。研究代表者らは,トータル・フィジカル・レスポンス法(Total Physical Response Approach,以下TPR法)の考えを取り入れ,対話性・実用性に重点を置いた外国語CAIシステムに関する研究を行ってきた.本研究では,これまで研究を行ってきた外国語CAIシステムの良さを生かしつつ,コンピュータ上だけでは実現が難しい部分の改善を目指し,ICタグを用いたユビキタス・ツールを用いて実空間体験型の外国語学習システムを開発した.平成19年度の研究においては次の(1)(3)を行った.(1)ICタグを付加した物に複数の属性情報を関連づけることにより,形容詞や前置詞句といった学習項目や学習者の理解度に応じて,基本問題から複数の聞き取りポイントがある応用問題まで幅広い問題を出題する機構を開発した.(2)学習者の誤り内容や誤りの程度に応じて,誤り指摘文の内容や確認問題の出し方といったフィードバックパターンを変える機構を開発した.(3)位置情報を元にしたヒント教示を行う機構の検討および実装を行った.これにより,個に応じた支援を重視し,学習者の間違った程度をチェックしながら段階的に支援することが可能となった.