hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
共感の進化:共感覚醒行動の種間比較による検討

共感は、ヒトの社会的相互作用、利他行動、道徳性などに不可欠なものであるため、共感の進化基盤については生物学だけでなく、哲学、人類学、社会心理学などにおいても注目を集めている。本研究では、共感の進化基盤について、共感覚醒行動を種間比較することにより調査・検討することを目的とした。具体的には、1)チンパンジーにおける共感感情に関連した複合的な相互作用、2)イヌにおける共感の表出と考えられる伝染性あくび、3)共感関連行動(向社会行動)を支えるメカニズムとしてのオキシトシンの役割の3点についての調査・分析を行った。1)については、米国エモリー大で飼育される二つのチンパンジー集団における闘争後の自発的相互作用に関する膨大なデータを分析し、慰め行動と宥め行動の特性を、一般化線形混合モデルを用いて解析した。2)については、伝染性あくびが共感と関係するかを調査するため、飼い主宅で実験を行った。被験体の前でヒトのモデル(実験者と飼い主)が、「あくび」もしくは「あくびではない開口表出(統制条件)」を示し、被験体にあくびがどの程度見られるかを測定した。また、イヌの祖先種であるオオカミにおいてあくびの伝染が生じるか、生じるとしたらどのような文脈で、またどのような個体間関係で見られるかを、多摩動物公園の飼育個体群で観察した。3)については、イヌを被験体とした実験を日本盲導犬協会横浜センターで実施した。被験体は、自分だけが報酬を得る「利己的」条件か、自分とパートナーが共に報酬を得る「向社会」条件かを選択する状況におかれ、オキシトシン投与が反応に及ぼす効果を測定した。オキシトシンの投与が上の向社会的選択を上昇させるかどうか、また同種他個体や人に対する親和的反応が上昇するかを現在分析中である。ヒトの社会は、血縁のない他者と柔軟な形で協力する能力に依拠している。ヒトは、他者が助けを必要としているときが分かるし、協力者を積極的に見つけようとするし、協力関係を長期にわたって維持することもできる。このようなヒトの協力的な行動は、他の動物よりも多く観察され、また複雑な背景が存在しており、例外的に優れていると言われているが、ヒトにおける協力行動の系統発生的起源はいまだ明らかになっていない。協力行動は動物界に普遍的な現象(特に母子間など)である一方、その協力行動を維持・安定させるメカニズムがヒトと他の動物で同じかどうかはよく分かっていない。例えばヒトの場合、助け合う、分け合うといった行動はしばしば共感(empathy)とそれに伴う満足感によって動機づけられるが、公正感(fairness)によって制御されることもある。共感は動物の互恵性を支える基盤であることが提案されてきたが、自己報酬ならびに公正感の効果はほとんど解明されていない。ヒト以外の霊長類を対象としたこれまでの実験的研究から、チンパンジーが人間と同種個体のどちらに対しても自発的に援助をすることや、オマキザルが他個体の福祉(処遇)に敏感であること、そしてサルや類人猿は不公正嫌悪(inequity aversion)を示すことが明らかになっている。本研究では、哺乳類におけるこのような協力行動のパターンの一般性を評価するために、他の動物種、つまりイヌが他者の福祉に対して同様の傾向を示すか、またその傾向が同様のメカニズムによって制御されるかといった問題について検討する。とくに、報酬の不公正の効果、ペア間の寛容性(tolerance)の効果、そしてホルモン機構(つまり、オキシトシン)の役割について調べる。本年度は、実験の準備段階として、共同研究者との研究打ち合わせを行い、予備実験を開始した。来日後、まだ日が浅いので、本実験は23年度より実施する。本研究の目的は、共感の進化を共感覚覚醒行動を種間比較することにより調査・検討することである。1)については、エモリー大学F.ドゥヴァール教授のチームとの共同研究により、同大で飼育される二つのチンパンジー集団における闘争後の自発的相互作用に関する膨大なデータベースを分析し、慰め行動と宥め行動の特性を検討した。結果、宥め行動の大半は成体雄が優位雄に対して示す行動であり、他者の苦痛への反応とは考えにくかった。宥め行動はむしろ大事なパートナーとの絆を深める機能を有する政略的行動の一部と考えられた。この結果は、PLoS ONE誌に発表した。2)伝染性あくびが共感と関係するかを調査するため、これまでに生後12ヶ月齢以降の24頭を対象に飼い主宅で実験を行った。結果、統制条件よりあくびに対してあくびは有意に多く生起し、イヌにおける伝染性あくびについて確認できた。さらに、伝染性あくびは飼い主のあくびに対して非飼い主より多く生じ、「内集団バイアス」がヒト以外の哺乳類でも生じることが示唆された。心拍測定の結果は、条件間で差がなく、伝染性あくびはストレス反応とは考えにくい。この結果は、日本動物心理学会(2012年5月)で発表し、Proc.R.S.L.B.にまもなく投稿予定である。

3)については、イヌを被験体とした実験を日本盲導犬協会横浜センターで進行中である。被験体は、自分だけが報酬を得る「利己的」条件か、自分とパートナーが共に報酬を得る「向社会」条件かを選択する状況におかれた、その反応を測定した。現在16頭まで実験を行ったが、さらに8頭の被験体について実験予定である。オキシトシンの効果についての実験では、オキシトシンの投与が上の向社会的選択を上昇させるかどうか、また同種他個体や人に対する親和的反応が上昇するかを検討する。共感は、ヒトの社会的相互作用、利他行動、道徳性などに不可欠なものであるため、共感の進化基盤については生物学だけでなく、哲学、人類学、社会心理学などにおいても注目を集めている。本研究では、共感の進化基盤について、共感覚醒行動を種間比較することにより調査・検討することを目的とした。具体的には、1)チンパンジーにおける共感感情に関連した複合的な相互作用、2)イヌにおける共感の表出と考えられる伝染性あくび、3)共感関連行動(向社会行動)を支えるメカニズムとしてのオキシトシンの役割の3点についての調査・分析を行った。1)については、米国エモリー大で飼育される二つのチンパンジー集団における闘争後の自発的相互作用に関する膨大なデータを分析し、慰め行動と宥め行動の特性を、一般化線形混合モデルを用いて解析した。2)については、伝染性あくびが共感と関係するかを調査するため、飼い主宅で実験を行った。被験体の前でヒトのモデル(実験者と飼い主)が、「あくび」もしくは「あくびではない開口表出(統制条件)」を示し、被験体にあくびがどの程度見られるかを測定した。また、イヌの祖先種であるオオカミにおいてあくびの伝染が生じるか、生じるとしたらどのような文脈で、またどのような個体間関係で見られるかを、多摩動物公園の飼育個体群で観察した。3)については、イヌを被験体とした実験を日本盲導犬協会横浜センターで実施した。被験体は、自分だけが報酬を得る「利己的」条件か、自分とパートナーが共に報酬を得る「向社会」条件かを選択する状況におかれ、オキシトシン投与が反応に及ぼす効果を測定した。オキシトシンの投与が上の向社会的選択を上昇させるかどうか、また同種他個体や人に対する親和的反応が上昇するかを現在分析中である。3つの具体的な研究計画について、それぞれ一定の前進が見られており、おおむね順調に進展している。特別研究員の採用期間終了まで半年を切ったが、計画はほぼ順調に進展しており、成果も上がりつつある。
看護教育カリキュラムにおける精神看護学教育モデルの開発に関する研究

本研究の目的は、現在そのあり方が問われている、我が国の精神看護学教育の実態を明らかにし、その方向性を示唆することである。初年度は精神看護学教育に関する文献を検討し、我が国の精神看護学教育の方向性の指針となる欧米の精神看護学教育の実態及び我が国の精神医療の変遷をまとめた。また本調査の基礎資料を作成するために看護系大学を対象とした質問紙調査を実施した。2年度は引き続く看護系大学の精神看護学講義を担当している教員を対象とした面接調査を実施した。さらに予備調査の結果を基に精神看護学教育に関する質問紙を作成し、我が国の全ての看護婦養成機関の全てを対象とした本調査を実施した。3年度は本調査の結果から精神看護学教育の実施を明らかにし、その結果を文献と照らし合わせ精神看護学教育の方向性を示唆した。本研究で明らかとなった我が国の精神看護学教育の実態は、現在、指定規則として定められている精神保健の内容と精神科看護ニーズを反映した実践に直結する看護内容が、どのような看護婦を育成するかという学校の基本方針とは関係なく、またその二つの内容のつながりもないまま、講義を担当する教員の裁量に任されていることが明らかとなった。本研究の結果、今後の精神看護学教育は1.精神看護学の学問的基礎の確立、2.専門の教員の育成と採用、3.講義と実習との関連、の3点の問題を検討していかなければならないことが明らかとなった。本研究は、わが国における精神看護教育の実態を明らかにすると共に、内容や方法について検討し、精神看護教育のカリキュラムモデルを提示することを目的としている。本年度は、精神看護学教育モデルの基本理念を作成するために精神看護学教育についての国内外の文献を集め検討した。同時に来年度行う本調査の基礎資料を作成するため、わが国の看護系大学での精神看護学教育について、量的、質的に調査を行った。配置教員数、講義時間数などの精神看護学教育カリキュラムの外的構造については、看護系大学全校を対象に質問紙調査を行った。また講義内容、教育目的などの質的な面は、各看護系大学の精神看護学講義担当教員各7名を対象として面接調査を行った。文献研究では特にアメリカやイギリスでの精神看護学教育の歴史と現状を検討し、さらに日本での精神看護学教育の歴史を振り返り、将来わが国がどの様な精神看護学教育を行うべきかの示唆を得た。看護系大学を対象とした質問紙調査では精神看護学講義が他教科と独立して行われているところが多く(81.0%)講義時間数も平均72.2時間であった。また精神看護学講義担当教員も常勤で配置している大学が80.0%もあった。精神看護学及び精神科にIDENTITYを持つ教員は多いが、その専門分野および研究分野は多岐にわたり、よって講義内容も多様であった。しかし講義と関連しているはずの精神看護学実習の目的、目標はどの大学も大きな違いはなく、精神看護学教育と臨床での精神看護が解離している傾向がうかがわれた。今後、さらに看護系短期大学、看護専門学校を対象として調査を行うとともに、看護基礎教育における精神看護学及びその関連科目の内容と方法の検討を行う予定である。本研究は、わが国における精神看護学教育の実態を明らかにするとともに、内容や方法について検討し、精神看護学教育のカリキュラムモデルを提示することを目的としている。本年度は、1.昨年度行った看護系大学を対象とした基礎調査結果の検討2.基礎調査の結果を基に精神看護学教育カリキュラムについての質問紙の開発3.わが国の看護系短期大学、専門学校すべてを対象とした本調査を行った。1.基礎調査結果より、わが国の看護系大学においては精神看護学教育は、看護婦等学校養成所教育課程指定規則では精神看護学教育の柱が立っていないにもかかわらず、他教科と独立して教育されていることが明らかになった。しかしその内容は多岐にわたり、講義内容はその担当教員の考え方、専門性に深く関連していた。精神看護学教育担当教員の、精神看護学に関する捉え方としては大きく3つのグループに分けられ、1.

「精神看護学」とは精神疾患患者の看護であり、狭義の精神科看護が学問的に確立したものであると定義する教員グループ、2.「精神看護学」とは精神疾患患者の看護を核としながら、他領域患者への精神面への看護も包括した、いわゆる狭義と広義の精神看護学を統合したものであると定義する教員グループ、3.「精神看護学」とは精神障害者に限らずあらゆる対象者の精神面への看護であると定義する教員グループの3つであった。2.以上の基礎調査結果を基に精神看護学教育カリキュラムに関する質問紙を開発した。分析視点1)精神看護学の定義2)精神看護学教育の目的・目標3)精神看護学教育の内容と構造4)精神看護学実習の内容・講義との関連5)精神看護学教育担当者の教育に与える影響6)精神看護学教育と基礎看護学教育内容との相互関連とし、その構成は教員の質に関する項目、講義内容、講義方法に関する項目、実習内容、実習方法に関する項目、講義と実習の関連に関する項目、基本的な学校の情報に関する項目の5つとした。3.開発した質問紙を、わが国すべての看護系短期大学、3年生専門学校565校に郵送した。247校から回答が寄せられ(回収率43.7%)、229が有効回答数(有効回答率40.5%)であった。質問紙調査の結果からは、教員の特性による精神看護学教育モデルは特定できず、講義内容による精神看護学教育モデルが5つに分類できた。今後、講義内容別精神看護学教育モデルに関する変数を特定し、各モデルの特性を明らかにすることによって、精神看護学教育モデルを開発していく予定である。本年度は本調査の結果を検討し、2年間の研究の成果をまとめ、我が国の精神看護学教育の実態を明らかにし、今後の方向性を考察した。本研究で明らかになった精神看護学教育の実態は以下の通りである。1.現在行われている精神看護学教育の講義内容は以下の6つの要素から構成されていた。それは「精神保健に関する内容」「臨床精神科看護に関する内容」「精神医療の社会的側面に関する内容」「精神科の各種専門領域に関する内容」「看護の基礎理論に関する内容」「人間及び人間関係に関する心理学的な内容」の6つである。2.「精神保健に関する内容」「臨床精神科看護に関する内容」「精神医療の社会的側面に関する内容」は教育する内容に教員のコンセンサスがみられた。3.その他の3つの内容には教育する内容にコンセンサスがみられず、その教育内容は曖昧なまま教員の裁量に任せられていた。4.教員が教育する内容はその教員が何をどう教えられたかで決まる傾向があった。5.現在の精神看護学講義は、指定規則で定められた精神保健と精神科看護ニーズを反映した実践に直結する内容とが2分された形で、精神看護学を専門としない教員と非常勤の専門教員とによってそれぞれ同等の重要性を持って教育されていることが明らかになった。6.実習と講義は内容について関連がみられたが、実習の体制や構造、重要視する目的・目標など実際の実習の運営と講義内容とは関連がなかった。上記の結果、今後の精神看護学教育の方向性として1.精神看護学の学問的基礎の確立2.専門教員の育成3.講義と実習との関連が示唆された。
核内受容体に着目した有機スズ化合物のフジツボ付着防止作用メカニズムの解明

我々は、付着生物であるフジツボにおいて核内受容体ecdysone receptor (EcR)およびretinoid X receptor (RXR)が変態などの生活環を制御しており、有機スズ化合物がRXRを介してこの制御機構をかく乱することで、付着防止作用を示しているのではないかという作業仮説を立てた。本研究では、海洋生物に優しい防汚剤の開発を将来的な目標として、フジツボのEcRおよびRXRに着目した有機スズ化合物の付着防止作用メカニズムの解明することを目的としている。本年度は、未だ配列が未解明であるフジツボEcRおよびRXRの配列解明およびそのクローニングを行った。核内受容体は、DNA結合領域(DBD)が各生物種間で最も良く保存されている領域であるため、その部分をPCRにより増幅を試みた。その結果、EcR、RXRともに増幅に成功し、遺伝子配列データベースと比較したところ、いずれもEcR、RXR様である事が確認された。引き続き、3'RACE法により得られた配列から3'側の未知配列の同定を行った。検討の結果、3'側の未知配列の同定に成功し、リガンド結合領域(LBD)に相当する予想される配列を明らかにすることが出来た。さらに、5'RACE法により残りの未知配列の解明を試みたが、想定されたPCRの増幅が起こらなかった。そこで、PCR条件の最適化、使用するRNAサンプルの精製を行った。その結果、PCR像副産物を得ることが出来たが、解明できた配列は一部にとどまった。以上をまとめると、本年度の検討によりフジツボEcRおよびRXR配列の大部分を、解明することに成功した。本年度は、フジツボEcRおよびRXR配列の同定を行い、その大部分を明らかにすることが出来た。5'側の未知配列の解明が完了していないが、LBDに相当する部分の配列は解明できているため、リガンドに対する親和性、応答性評価は可能となっているため、研究の進捗は順調に進んでいると考えている。本年度に引き続き、フジツボEcR、RXRの5'側の未解明配列の同定を進め、タンパクコード領域の全長配列を明らかにする。また、LBD部分を明らかに出来ているため、LBD配列を組み換えタンパク質発現用プラスミドに組み込み、組み換えタンパク質を作成し、リガンド親和性評価および抗体作成を進める。同様に、EcR/RXRヘテロ二量体の応答配列であるecdysone response elementsを連結したレポーター遺伝子(ルシフェラーゼを用いる)を発現するプラスミドを作成し、リガンド応答性についても評価を進める。次年度使用額が生じた要因としては当初の想定よりもフジツボEcR、RXRの配列解明がスムーズに進んだことにより、使用する試薬や器具の購入が少なくてすんだことが考えられる。生じた予算に関しては、フジツボEcR、RXRの5'側未知配列の解明が思うように進まなかった場合に、新たに試薬を購入する費用に充てる予定である。
磁気嵐時におけるグローバル地磁気変動と電離圏擾乱ダイナモに関する研究

本研究では、磁気嵐の発達、および衰退過程における地磁気の全球的な変動特性と下部熱圏風の変動がもたらす地磁気変動を明らかにするために、高緯度から赤道域の観測点から得られた地磁気と太陽風データを組み合わせた解析を行った。その結果、惑星間磁場の南転によって発生する磁気嵐主相時には領域1型のグローバルな電流系が発達し、その電流系に関連した電場が磁気赤道域に侵入することによって、昼間側磁気赤道で東向きジェット電流を強めていた。一方、惑星間磁場の北転に伴って磁気嵐回復相に入ると、中緯度において領域2型の電流系が卓越し、その電流系がつくる遮蔽電場が昼間側磁気赤道の西向きジェット電流を駆動していた。これまでの観測・理論・シミュレーション研究から、磁気嵐の主相時に、太陽風磁場(IMF)の南転に伴って強化された対流電場が発達した領域1型沿磁力線電流と共に極域電離圏に持ち込まれ、それが磁気赤道域へ伝播することで東向き赤道ジェット電流を強化することが明らかにされている。一方、IMFの北転に伴って急激に対流電場が弱められることで、内部磁気圏に発達した非対称環電流に接続する領域2型の電流系の作る遮蔽電場が相対的に強くなり、赤道域で東向きジェット電流を弱めることが近年の研究からわかってきた。また、この回復期において、磁気嵐時に極域熱圏に持ち込まれた電磁エネルギーによる大気加熱を原因とした熱圏風が駆動する電離圏擾乱ダイナモに伴う領域2型の電流系とは異なる電流系が発達する。しかし、中緯度を含めたグローバルな地磁気観測データ解析が十分に行われておらず、また、磁気嵐時における熱圏大気変動の実態も観測的に実証されていないため、赤道域の磁場変動に関して両者の効果がどの程度であるかの切り分けができていない。本研究では、磁気嵐時における高緯度から磁気赤道に至るまでの全球地磁気観測点(220点)のデータを用いて、2002年5月の1ヶ月間に発生した5例の磁気嵐イベントについて解析を行った。その結果、磁気嵐の主相時に置いて、極冠域から中緯度領域にかけて2セル型の電離圏対流が作る電流系が支配的となり、昼間側の赤道域では、東向きジェット電流が強められていた。一方、磁気嵐の回復期初期に、極冠域で、4セル型の対流パターンを、中緯度域で、領域2型電流系の対流パターンを示した。その時、昼間側の赤道ジェット電流は、その電流系の作る電場によって弱められていた。その後、回復期後期において、領域2型の電流系の作る対流パターンは消失し、赤道域-中緯度を時計周りの方向に流れる反Sq場の電流系が卓越することが判明した。磁気嵐時に見られる全球地磁気変動は、磁気圏を流れる電流によるものに加えて太陽風磁気圏相互作用によって極域電離圏に持ち込まれる大規模な電場が駆動する電離圏電流とオーロラ活動に関連した電離圏擾乱ダイナモ電流によるものと考えられている。しかしながら、両極域から赤道域に至る広範な領域をカバーする綿密な地磁気データ解析の不足から、磁気嵐の発達期と衰退期に見られる地磁気変動の特徴やその要因について完全には理解されていない。そこで本研究では、磁気嵐時の全球地磁気変動の特性を調べるために、2002年の1年間に発生した磁気嵐について両極域から赤道域における地磁気データの解析を行った。このとき、地磁気変動の原因とされる電離圏電流の分布を推定するために、世界地図上に等価電流ベクトルを描き、その時間発展を調べた。その結果、磁気嵐の発達期における等価電流分布は、中緯度から極域において、磁気圏対流電場の強まりに伴って明瞭な2セル型の構造を持ち、その渦の中心が磁気嵐の大きさに依存して低緯度側に移動する傾向が見られた。そして、その影響が磁気緯度30度付近の低緯度領域まで広がっていることが明らかになった。一方、磁気嵐の衰退期の初期段階における等価電流分布は、これまで支配的であった2セル型の電流分布がはっきりしなくなり、極冠域と中緯度領域に磁気嵐の発達期のものとは極性が反対の電流構造が出現していた。さらに、昼間側磁気赤道域では、西向きの赤道ジェット電流成分が強まっていた。特に、中緯度に出現した電離圏電流渦の特徴は、従来の電離圏擾乱ダイナモ電流の作る電流分布と異なっており、磁気圏を流れる非対称環電流につながる領域2型の電流系によるものと考えられる。よって、本研究における重要な成果の一つとして、全球地磁気変動分布を参照することにより、磁気嵐時の西向き赤道ジェット電流の起源を分離・同定したことが挙げられる。

これまでの研究結果から、磁気嵐の主相時において、太陽風磁場(IMF)が南向きに伴って強められた朝夕方向の対流電場が極域電離圏から磁気赤道域へ伝播し、その電場が東向きの赤道ジェット電流を強化することが知られている。一方、IMFの北転に伴って急激に対流電場が弱められることで、内部磁気圏に発達した非対称環電流に接続する領域2型の電流系の作る遮蔽電場が相対的に強くなり、赤道域で東向きの赤道ジェット電流を弱めることがわかっている。そして、この回復期には、同時に磁気嵐時における極域の熱圏大気加熱を原因とした熱圏風が駆動され、それが極域から赤道域に吹くことによって電離大気と中性大気との相互作用によって領域2型の電流系とは別の電流系が発達する。しかしながら、中緯度を含めたグローバルな地磁気観測データ解析が十分に行われておらず、また、磁気嵐時における熱圏大気変動の実態も観測的に実証されていないため、赤道域の磁場変動に関して両者の効果がどの程度であるかの切り分けができていない。そこで、本研究では、磁気嵐時における高緯度から磁気赤道に至るまでのグローバルな磁場変動の解析を2002年5月23日に発生した磁気嵐イベントに対して行った。その結果、磁気嵐の主相時に置いて、極冠域から中緯度領域にかけて2セル型の電離圏対流が作る電流系が支配的となり、昼間側の赤道域では、東向きのジェット電流が強められていた。一方、磁気嵐の回復期初期において、極冠域では、4セル型の対流パターンを、中緯度域では、領域2型の電流系の作る対流パターンを示した。その時、昼間側の赤道ジェット電流は、その電流系の作る電場によって弱められていた。その後、回復期後期において、領域2型の電流系の作る対流パターンは消失し、赤道域-中緯度を時計周りの方向に流れる反Sq場の電流系が卓越していることがわかった。超高層大気物理学、プラズマ物理学、宇宙空間物理学、地球電磁気学東北大、極地研、名大、京大、および九大の5機関7組織が国際協力の下でグローバルに展開している地磁気、大気レーダーを始めとする地上観測データを一元的に取り扱うことができるデータ解析システムの開発が大学間連携プロジェクト(IUGONET)において行われている。当初の予定通り、上記の観測データの再整備、およびそれらを解析する環境基盤が拡充し、短期間にデータの検索や収集が可能になった。こうした背景の下で、平成24年度の研究では、これらの研究インフラを活用することによって、赤道域の流星レーダーや中波(MF)レーダーデータ、中緯度に位置するMUレーダーの流星観測や中間圏標準観測データ、および、両極域のMFレーダーデータの解析を行い、磁気嵐時に発生した電離圏擾乱ダイナモがどれくらいの時間と空間スケールを経て、極域から赤道域へ伝播していくかについて明らかにすることができた。その結果、磁気嵐の主相時においてまず、両極域で高度80-100kmにおける西向きの風速が強められ、その約1日後に赤道域で同様の風速変動がみられた。また、西向きの風速が強められる期間は、1ー2日程度であった。一方、上記の風速変動と地磁気変動の対応関係を見るために、磁気嵐時における両極域から赤道に至るまでのグローバルな地磁気変動から導き出される電離層等価電流ベクトルを表示する解析・可視化ツールを整備した。その可視化ツールを用いて磁気嵐時のグローバルな電離層電流パターンを解析した結果、磁気嵐の主相時において領域1型の電流系が発達するとともに昼間側の赤道域では東向きのジェット電流が増加していた。また、磁気嵐の回復期の初期段階では、極冠域と中緯度域において領域1型の電流系とは逆センスの電流系が現れ、昼間側赤道域で西向きジェット電流が強められることが明らかになった。
バイキャップ型及び土星型フラーレン超分子錯体の創製と新機能開発

γ-シクロデキストリンまたはヘテロ原子を持つ超大環状化合物とフラーレン(C_<60>)とから合成できる安定なバイキャップ型及び土星型超分子錯体を合成・単離し、フラーレンには見られないユニークな物性・機能を解明することを目的として以下の研究を行った。C_<60>とγ-シクロデキストリンとから合成できるバイキャッフ型C_<60>錯体(1)を水素化ホウ素ナトリウムと反応させることで、対応するバイキャップ型C_<60>^<2->錯体(2)を高選択的に発生させる方法を見出した。この電子移動反応をC_<60>を包接しているγ-シクロデキストリンの不斉環境に基づくプロキラルケトンのエナンチオ選択的な不斉還元反応に応用し、対応する光学活性アルコールを得ることに成功した。得られたアルコールの不斉収率は最高48%eeであった。バイキャップ型C_<60>錯体(1)に窒素分子が配位し活性化されていることは、赤外吸収スペクトル、熱重量及び示差熱分析等により確認されている。これらの研究背景を基に、1を用いた窒素固定を検討した。1と過剰量の還元剤である次亜硫酸ナトリウムとを60°Cで1時間反応させた結果、1を基準にして最高33%の収率でアンモニアが生成していることが確認された。本反応で生成したアンモニアは化学量論量にすぎないが、この研究成果は、金属を用いずに、炭素、酸素及び水素とからなる1を用いて窒素固定に成功した世界最初の例である。また、C_<60>の新しい機能としても注目に値する。一方、酸素、窒素や硫黄などのヘテロ原子を持つ超大環状化合物の合成にも成功し、これらの化合物をC_<60>と反応させることで、対応する土星型超分子錯体が生成していることをスペクトル的に確認することができた。さらに、合成に成功した超大環状化合物の金属イオンに対する包接能を検討した。特に、ある種の窒素原子を含む大環状化合物が特異的にアンチモン(V)イオンと錯形成する能力があることを見出した。C_<60>とγ-シクロデキストリンとから合成できるバイキャップ型C_<60>錯体(1)の既報の合成法を若干改良することにより、比較的大きいスケールでの1の合成に成功した。さらに、得られた1を水素化ホウ素ナトリウムと反応させることで、対応するバイキャップ型C_<60>^<2->錯体(2)を高選択的に発生させる方法を見出した。この錯体2上の電子を他の化合物に移動させることができれば、種々の共有結合の還元反応が達成可能であると考えられる。この電子移動反応をC_<60>錯体を包接しているγ-シクロデキストリンの不斉環境に基づくプロキラルケトンのエナンチオ選択的な不斉還元反応に応用し、対応する光学活性アルコールを得ることに成功した。得られたアルコールの不斉収率は最高45%eeであった。

この反応は、1を化学量論量用いてはいるが、今後の展開が大いに期待でき、興味深いものと考えている。一方、酸素、窒素や硫黄などのヘテロ原子を持つ超大環状化合物の合成にも成功した。これをC_<60>と反応させることで、対応する土星型超分子錯体が生成していることをスペクトル的に確認することができた。得られた超分子錯体の反応性及び物性・機能については今後の検討課題である。γ-シクロデキストリンまたはヘテロ原子を持つ超大環状化合物とフラーレン(C_<60>)とから合成できる安定なバイキャップ型及び土星型超分子錯体を合成・単離し、フラーレンには見られないユニークな物性・機能を解明することを目的として以下の研究を行った。C_<60>とγ-シクロデキストリンとから合成できるバイキャップ型C_<60>錯体(1)に窒素分子が配位し活性化されていることは、赤外吸収スペクトル、熱重量及び示差熱分析等により確認されている。これらの研究背景を基に、1を用いた窒素固定を検討した。1と過剰量の還元剤である次亜硫酸ナトリウムとを60°Cで1時間反応させた結果、1を基準にして最高33%の収率でアンモニアが生成していることが確認された。本反応で生成したアンモニアは化学量論量に過ぎないが、この研究成果は、金属を用いずに、炭素、酸素及び水素とからなる1を用いて窒素固定に成功した世界最初の例である。また、C_<60>の新しい機能としても注目に値する。一方、酸素、窒素や硫黄などのヘテロ原子を持つ超大環状化合物の合成にも成功し、これらの化合物をC_<60>と反応させることで、対応する土星型超分子錯体が生成していることをスペクトル的に確認することができた。さらに、合成に成功した超大環状化合物の金属イオンに対する包接能を検討した。特に、ある種の窒素原子を含む大環状化合物が特異的にアンチモン(V)イオンと錯形成する能力があることを見出した。
太陽ベクトル磁場観測データのリアルタイム解析によるフレア予測モデル開発

機械学習とビッグデータを用いた予測モデル開発により、宇宙天気予報の精度を格段に上げることに成功した。宇宙天気予報は毎日配信されているが、予報精度の向上が長年の課題である。本研究では、複数の機械学習手法を太陽観測データ解析に応用することで、大量の情報処理による統計的な太陽フレアの予測を可能にした。その結果、従来の人手による5割程度の手法に比べ、8割を超える世界トップクラスの精度まで予測精度を上げることに成功した。また、太陽フレア発生前の特徴を統合的に機械学習によるデータ分析から明らかにし、太陽フレアの謎を解く鍵が得られた。さらに現在、リアルタイム予報運用へ向けて準備を進めている。本研究では、太陽フレアの予測精度を上げるために衛星ベクトル磁場観測データを用いてフレア発生確率を予測し、従来の予報手法と組み合わせた新予報モデルを開発する。平成27年度は、観測データベース作成と解析環境の整備、マニュアル解析によるフレア予測手法の検討、および機械学習を用いたフレア予測モデルを作成した。またリアルタイムデータを取得し、予報会議でベクトル磁場データを表示できる環境を整備した。観測データは過去5年のベクトル磁場・視線方向磁場・彩層データ(1600Å)をそれぞれ取得保存し、IDL/SSWにて解析できる環境を整備した。Xクラス40例、Mクラス400例のフレア観測を含み、「理論予測モデル」(草野モデル)と比較した結果、全Xフレア中の約2割で理論モデルの提唱する磁場構造の歪みが確認された。一方で、8割はもっと複雑な磁場構造をしており、磁気中性線上に現れるトリガー磁場も客観的に判別難しく、単純にはこの理論モデルを予報に適応できないという結論に至った。そこで、より一般的に各活動領域の特徴量を集めて、統計的機械学習を用いてフレア予測を行う方法を検討した。まず太陽全面画像をもとに活動領域を検出し、次に各領域に対して磁気中性線、磁場強度、磁束量、面積、自由エネルギーなどの特徴量と時間変化量を求めた。そして特徴量データベースを作成し、機械学習を適用した結果、人手よりずっと良い予測精度の達成に成功した。本成果は日本天文学会で口頭発表し、現在1編目の論文投稿準備をしている。同時並行して、米国ウェブサイトから変換済ベクトル磁場データを毎日自動的にリアルタイム取得し、予報会議にて目で確認できる体制を作った。これにより、有効な特徴量を経験的に検証できるようになり、かつ新予報モデルのリアルタイム化に向けての下準備ができた。平成27年度は観測データベースの構築と解析環境の整備、およびマニュアル解析によるフレア予測手法の検討を予定していたが、機械学習専門家との研究協力体制を上手く作ることができ、H28年度に計画していた機械学習を用いたフレア予測のモデル化まで研究を進展させることができた。研究は、過去データを用いたフレア予測モデル開発と、リアルタイムデータを用いた予報会議での運用と、2系統に分けて行っている。フレア予測モデル開発では、新旧複数の機械学習手法を使いながら予測精度の比較を行い、新しい機械学習法にも挑戦した。また磁場データだけでなく、世界初で彩層発光データも基にした予測モデルに拡張した。予測モデルのプロトタイプとしては予報スコアを出すところまで完成したため、国内学会で発表し、論文執筆を開始した。予報会議での実用化に向けては、まずは他機関による変換済磁場データをリアルタイム取得して表示できる体制を作り、新開発モデルをリアルタイム運用するための道筋を立てた。全体的に見て、当初の計画以上に大きく進展していると評価できる。平成28年度は、約30万枚の太陽観測画像データと機械学習を用いた太陽フレア予測モデルの開発に成功した。太陽観測データは2010-2015年の6年間にSDO衛星(NASA)によって観測された太陽全面多波長データを用い、視線方向磁場、ベクトル磁場、彩層発光画像などから、太陽活動領域(黒点)の特徴量65個を抽出した。また3つの異なる機械学習アルゴリズムを独立に使用することで、各モデルの予測性能を比較し、どの機械学習がフレア予測問題に適しているのかを調べた。機械学習にはサポートベクターマシン(SVM)、k近傍法(k-NN)、アンサンブル学習(ERT)を用いた。この結果をTSSというスキルスコアを用いて評価すると、どのモデルを用いても従来の人手による精度(0.5)を超える0.8以上の予測精度を達成することに成功した。さらに今回の評価手法では、k近傍法が一番良い予測精度を出す結果を得た。本研究成果は科学論文誌アストロフィジカル・ジャーナル(Astrophysical Journal)に2017年1月に掲載され、同時にプレスリリースを行った。日本天文学会や日本地球惑星科学連合大会(JpGU)、宇宙環境シンポジウム、太陽研連シンポジウム、宇宙科学情報解析シンポジウムといった国内学会・シンポジウムにて口頭発表した他、Hinode-10、AOSWA-4、PSTEP-2といった国際会議でも口頭・ポスターにて発表を行った。プレスリリースを行った結果、新聞/Web記事等でも複数取り上げられ、また講演会依頼や雑誌記事依頼もあり、研究成果アピールにも積極的に取り組んでいる。さらに現在は、より予報運用に近い形での予測精度を向上させるために、新たな機械学習アルゴリズム(ディープラーニング等)を用いた予測モデル開発と、時系列交差検証による評価手法の検討を開始した。当初の研究計画では、平成28年度は(I)画像検出による浮上磁場の直接検出、および(II)類似画像検索によるフレア前兆磁場構造の類似構造の検索、という2つの予測方法の検討と、手動解析から自動化への検討を行い、そのための統計データベース作成を計画していた。さらに平成29年度に、各状態におけるフレア発生確率の統計データベース化を予定していた。

現状は、機械学習専門家との連携研究が非常に上手く進み、予測モデル開発と特徴量(統計)データベース作成と、平成28年度と平成29年度前半に予定していたことを達成することができた。また論文出版も行い、当初の計画よりも速いペースで優れたモデル開発を行うことに成功している。本機械学習で用いたk近傍法は、類似画像検索でも用いられる手法である。また抽出した特徴量には磁気中性線検出や磁場の時間変化量を含み、当初計画していた浮上磁場検出とも関連している。当初の計画では、平成29年度に画像認識による自動もしくは半自動の太陽フレア予測手法のプロトタイプモデルの開発と検証を行うことを予定していたが、平成28年度中に想定した以上に進展し、その手法開発と論文出版を完了することができた。そのため平成29年度は、さらなる精度向上のためのモデル改良を行うことで、予報運用に則した条件でも十分な予測精度が得られるようなモデル再開発と、いまだ統一されていない世界標準の予測評価手法の検討を行った。具体的には、今まで試した3つの機械学習の他、ブースティング手法(Extra Gradient Booster, Gradient Boosted Trees)や深層学習手法(Deep Neural Network)を用いた予測など、新手法を用いた開発により予測精度の向上を試みた。また時系列交差検証を行うことで、予報運用に近い形式での予測精度評価を行った。その結果、予報運用形式では深層学習手法を用いた予測モデルが最も予測精度が良いことを示すことに成功し、その結果について科学論文誌アストロフィジカル・ジャーナル(The Astrophysical Journal)に論文投稿して受理された。また平成28年度の出版論文については、IAUシンポジウム、SHINE conference、APSPM2017といった宇宙天気・太陽物理の国際学会で発表を行った他、NICT一般公開や宇宙天気ユーザーズフォーラム等での一般向け講演、一般向け雑誌記事の執筆も行った。さらに、太陽フレア予測国際ベンチマーク研究会にも参加し、予測評価手法と結果について議論を行った。2017年9月には巨大太陽フレアが発生してニュースにもなり、このフレアの予測可能性についても議論した。さらに現在、開発した太陽フレア予測モデルのリアルタイム運用化に向けた準備を行っている。機械学習とビッグデータを用いた予測モデル開発により、宇宙天気予報の精度を格段に上げることに成功した。宇宙天気予報は毎日配信されているが、予報精度の向上が長年の課題である。本研究では、複数の機械学習手法を太陽観測データ解析に応用することで、大量の情報処理による統計的な太陽フレアの予測を可能にした。その結果、従来の人手による5割程度の手法に比べ、8割を超える世界トップクラスの精度まで予測精度を上げることに成功した。また、太陽フレア発生前の特徴を統合的に機械学習によるデータ分析から明らかにし、太陽フレアの謎を解く鍵が得られた。
EPA介護福祉士候補者に対する専門用語学習の支援環境の構築

1)介護用語学習支援サイト「かいごのご!」のデモ発表:漢語と介護の日本語教育研究会「教材広場」、日本語教育振興協会日本語学校研究大会において「かいごのご!」のデモ発表を行い、日本語教育関係者、介護福祉関係者と意見交換を行った。2)「かいごのご!」の学習者機能の開発および試験運用開始:学習者インターフェースの開発が完了したため、「かいごのご!」の試験運用を開始した。希望者はだれでも専用サイトにてアカウントを開設し、実際の「かいごのご!」を試せるようにした。3)「かいごのご!」支援者機能の開発:「かいごのご!」では、学習支援の効率化を目的として、学習者と支援者が学習状況を共有できるように設計されているが、その支援者機能の開発を終えた。4)EPA介護福祉士候補者とのネットワーキング:首都大学オープンユニバーシティ介護の専門日本語講座を受講しているEPA介護福祉士候補者を対象に「かいごのご!」の説明会を行った。候補者には実際に「かいごのご!」を使用してもらい、フィードバックを得た。5)学習支援者とのネットワーキング:首都大学オープンユニバーシティ介護の専門日本語講座説明会および、ふじのくにEPAネットワーキング定例会議において、EPA介護福祉士候補者を受け入れている施設担当者を対象に「かいごのご!」の説明会を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1)国家試験のデータに基づく介護用語の選定について:EPA介護福祉士候補者を対象とした漢字学習ウェブサイト「介護の漢字サポーター」で扱う介護用語は、サイト開発開始時に現カリキュラムの国家試験が未実施だったという事情から、過去の試験のデータではなく、介護教科書及び介護用語辞典の見出し語を基にしている。現時点で現カリキュラムの国家試験が3回行われたため、本サイトで扱う介護用語が国家試験受験の上で有効か検証するという目的で、過去3回(第24-26回)の試験に出現する語と本サイトで扱う介護用語を比較対照した。その結果、国家試験で用いられた2596語(異なり)のうち、本サイトで扱われているのは686語(26.4%)であった。この結果を受け、出現頻度上位の語を中心に介護福祉の専門家とともに本サイトに追加すべき用語として347語を選定し、英語とインドネシア語の訳語を付与した。これにより「介護の漢字サポーター」で扱う語数は2485語となった。2)「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発:ウェブ開発の専門業者と連携して本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発を行った。3)EPA介護福祉士候補者とのネットワーキング:EPA介護福祉士候補者の渡日後研修で、これまでに開発した学習ウェブサイトの説明会を開催し、これらの周知を行うとともに、今後開発する学習支援ウェブサイトに関する情報提供を行った。国家試験のデータを基に本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」で扱う介護用語を確定することができ、また、同ウェブサイトのシステム設計及び基幹部分開発の第一段階を終えることができたため。1)介護用語の属性ラベルづけ:本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」に掲載する2485語について、その属性を明確にし、同じ属性の語をまとめて覚え、理解度テストができるよう、専門用語にラベルを付けることとした。ラベル付けの作業は、福祉チーム7名と日本語チーム6名によって行われた。第一段階では、福祉と日本語の両チームが各々ラベル案を作成した。これを基に一つのラベル群を作成したところ、ラベルは53種類であった。第二段階では、福祉チームが専門用語(2,485語)に対し、ラベル群の中からその用語の属性に合うラベルを選択するという方法、ラベル付け作業を行った。第三段階では、福祉と日本語両チームで、第二段階で付けられた各専門用語のラベルの妥当性を検討し、ラベル群の修正・細分を行なった。ラベル付け作業の結果、最終的なラベル群の数は91となった。2)介護用語の訳語見直し:「介護の漢字サポーター」上記の2485語には既に英語とインドネシア語の訳語が付与されていたが、介護分野に詳しい翻訳者の協力を得て、訳語の見直しを行った。3)「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発:前年度に引き続き、ウェブ開発の専門業者と連携して本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発を行った。4)EPA介護福祉士候補者とのネットワーキング:前年度に引き続き、EPA介護福祉士候補者の渡日後研修で、これまでに開発した学習ウェブサイトの説明会を開催し、これらの周知を行うとともに、今後開発する学習支援ウェブサイトに関する情報提供を行った。本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」での介護用語の扱い方の鍵となる属性ラベルづけを完成させることができ、また、同ウェブサイトのシステム設計及び基幹部分開発の第二段階を終えることができたため。1)「かいごのご!」のデモ発表および関係者との意見交換:本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」の学習者インターフェイスの開発をほぼ終え、日本語教育学会、研究会(日本語教育学会・同交流広場、看護と介護の日本語教育研究会)および介護福祉関係学会(日本海後福祉学会)のでのデモを行い、日本語教育関係者、介護福祉関係者と機能設計などについて意見交換を行った。2)各都道府県のアイテムの作成:「かいごのご!」で学習者が一定の課題を終えたときに与えられる各都道府県のアイテムのイラストおよびその説明を完成させた。

3)「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発:前年度に引き続き、ウェブ開発の専門業者と連携して本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発を行い、かいごののご!」のユーザー登録の仕組み、施設担当者向け画面、管理者向け画面をほぼ完成させた。4)EPA介護福祉士候補者とのネットワーキング:前年度に引き続き、EPA介護福祉士候補者の渡日後研修で、これまでに開発した学習ウェブサイトの説明会を開催し、これらの周知を行うとともに、今後開発する学習支援ウェブサイトに関する情報提供を行った。5)専門日本語教育学会からの依頼を受け、ここまでの語彙研究から教材開発の流れについて、代表者の中川が「専門日本語の語彙研究を教育現場につなげていくためは何が必要か」という論考にまとめた(『専門日本語教育研究』第19号pp11-18)。本課題で開発する学習支援ウェブサイト「かいごのご!」のシステム設計及び基幹部分開発の第三段階を終え、日本語教育および介護福祉関係の学会、研究会でのデモを行うことができたため。1)介護用語学習支援サイト「かいごのご!」のデモ発表:漢語と介護の日本語教育研究会「教材広場」、日本語教育振興協会日本語学校研究大会において「かいごのご!」のデモ発表を行い、日本語教育関係者、介護福祉関係者と意見交換を行った。2)「かいごのご!」の学習者機能の開発および試験運用開始:学習者インターフェースの開発が完了したため、「かいごのご!」の試験運用を開始した。希望者はだれでも専用サイトにてアカウントを開設し、実際の「かいごのご!」を試せるようにした。3)「かいごのご!」支援者機能の開発:「かいごのご!」では、学習支援の効率化を目的として、学習者と支援者が学習状況を共有できるように設計されているが、その支援者機能の開発を終えた。4)EPA介護福祉士候補者とのネットワーキング:首都大学オープンユニバーシティ介護の専門日本語講座を受講しているEPA介護福祉士候補者を対象に「かいごのご!」の説明会を行った。候補者には実際に「かいごのご!」を使用してもらい、フィードバックを得た。5)学習支援者とのネットワーキング:首都大学オープンユニバーシティ介護の専門日本語講座説明会および、ふじのくにEPAネットワーキング定例会議において、EPA介護福祉士候補者を受け入れている施設担当者を対象に「かいごのご!」の説明会を行った。学習支援ウェブサイト「かいごのご!」のシステム設計と基幹部分開発を引き続き行うとともに、同ウェブサイトで扱う介護用語の訳語の見直し、及びその属性を示すラベル付けの作業を行っていく必要がある。また、本ウェブサイトの中心的な利用者である介護福祉士候補者とのネットワーキングにはより一層力を入れる予定である。ここまで開発を行ってきた学習支援ウェブサイト「かいごのご!」の試用版を介護福祉士候補者に使用してもらい、そこからのフィードバックを得、内容の改善に活かす予定である。また、より多くの協力者を得られるよう介護施設関係者、介護福祉士候補者とのネットワーキングを行う。
高温用セラミックスの粒界量子構造設計

酸化物セラミックスは金属材料に比べて高強度・高硬度であり、耐熱性、特に耐酸化性に優れていることから、次世代の高温構造材料として多くの期待がかけられている。Al_2O_3やZrO_2セラミックスは従来から広く工業的に利用されているものの、さらなる耐熱性あるいは靭性等の機能向上が求められている。そこで、本研究では、ジルコニア系セラミックスおよびアルミナ系を中心に超塑性変形挙動の実験的解析を行い、特に複数種の微量元素による高温延性に及ぼす効果を探った。各種の超塑性セラミックスの構造観察には現有の高分解能電子顕微鏡を用いるとともに、粒界の化学組成に関するデータをEDS及びEELSにより得た。その結果、高温強度ならびに高温クリープ特性が粒界電子構造に極めて敏感であることが見出された。この結果をもとに、高温セラミックスの耐熱性および高温での加工性改善のために従来とはまったく異なる粒界制御法を提唱することに成功した。これは、粒界に適当なドーパントを導入し、高温セラミックスの特性の飛躍的改善を目指すものである。特に、超塑性ジルコニアの高温延性は複数種のドーパント添加によって大幅に向上させることが分かり、応力低下効果の顕著なドーパントを数mol%複合添加することによって約1000%の伸び値が得られることが分かった。注目すべきは、こうしたドーパント効果が添加量に極めて敏感である事実であり、例えば超塑性特性を効率よく発現するための最適値が存在することが考えられる。こうした知見は従来の計算手法では見出されなかった点であり、量子構造設計によるセラミックス開発を行う上での新たなパラメータとして考慮する必要性が示されたと言える。本研究では,超塑性セラミックス及び耐クリーブセラミックスにおける新規な現象について基礎データを収集すると共に、第一原理計算の手法を駆使して、セラミックスの機械的特性に関する統一的理解を図ることを目的としている。今年度はゲルマニウムやバリウム等の陽イオンを0.21mol%程度の微量添加したジルコニア系セラミックスを作成し、その超塑性挙動を調べた。機械試験には、今年度備品として購入した大気高温炉を用いた。また、高温でのセラミックスの変形及び緻密化挙動をレーザー変位計で測定した。その結果、単相ジルコニアセラミックスにおいては、粒界に高濃度に偏析した添加陽イオンが変形挙動に積極的に関わっていることが判明した。また、単相ジルコニアに対し複数種の陽イオンをやはり微量添加することによって、一種類の陽イオンの添加とは異なる効果を及ぼすことが明らかとなった。これは単純な添加量依存性や添加効果を示す金属材料とは異なる、セラミックス特有の現象であると考えられ、高温用セラミックスの材料開発において極めて重要な知見である。この解析のために、第一原理分子軌道計算を用いて電子状態からの解析を進め、特に超塑性延性に関しては共有結合性との相関を認めた。来年度はさらに解析を進め、粒界量子構造の定量評価を図ることによって、量子構造設計の理論的バックグラウンドを確立する礎を築く。今年度は、主としてジルコニア系セラミックスを中心に超塑性変形挙動の実験的解析を行い、特に複数種の微量元素による高温延性に及ぼす効果を探った。高温機械試験の結果、超塑性ジルコニアの高温延性は複数種のドーパント添加によって大幅に向上させることが可能であり、特に応力低下効果の顕著なドーパントを数mol%複合添加することによって約1000%の伸び値が得られることが分かった。

こうした知見は従来の計算手法では見出されなかった点であり、量子構造設計によるセラミックス開発を行う上でめ新たなパラメータとして考慮する必要性が示されたと言える。一方、ドーパント添加ジルコニアセラミックスの粒界においてはドーパント元素が粒界偏積を起こしており、超塑性特性のみならず粒成長挙動に対しても影響を及ぼすことが判明した。特に、極微量の添加によっても超塑性特性に変化が生じるという実験結果から、粒界における物質移動に対するドーパント効果が明らかにされ、これは過去に報告されていない新規な知見であると言える。以上の実験結果は、高温用セラミック材料の新しい設計指針「粒界量子構造設計」の概念を確立するための基礎データとなると期待される。本研究では,超塑性セラミックス及び高温耐クリープ性セラミックスにおける、極微量添加物による延性改善や耐熱性の顕著な向上といった特異な現象について基礎データを収集すると共に、第一原理計算の手法を駆使して、高温用セラミックスの機械的特性に関する統一的理解を図ることを目的としている。最終年度である今年度は、ゲルマニウムやバリウム等の陽イオンを0.13mol%程度の微量添加したジルコニア系セラミックスを作成し、その超塑性挙動を調べた。高温機械試験には、今年度備品として購入した大気高温炉を用いた。また、高温でのセラミックスの変形及び緻密化挙動をレーザー変位計で測定した。その結果、ジルコニアセラミックスにおいては、粒界に高濃度に偏析した添加陽イオンが変形挙動に積極的に関わっていることが判明した。また、単相ジルコニアに対し複数種の陽イオンをやはり微量添加することによって、一種類の陽イオンの添加とは異なる効果を及ぼすことが明らかとなった。従来、ジルコニアセラミックスの高温における物質移動現象は、粒内での拡散であるとされてきたが、本研究で得られた結果はこれを覆すものであり、当該分野に新たな知見をもたらすこととなった。さらに、複数種の微量元素添加によっても変形挙動に大きな変化が生じるが、その傾向は必ずしも単独種元素の微量添加効果から予測されるものとは同一でなく、さらなる新規な現象を見出すに至った。たとえば、NdやGe、Ti等から2種類以上の元素を選びジルコニアに対して添加すると、その超塑性変形能は大幅に向上し、且つその高温延性は1種類の元素を添加するよりも大きな効果が得られる。この解析のために、現象論的解析に基づいた粒界破壊抵抗の評価を行うと共に、第一原理分子軌道計算を用いて電子状態からの解析を進め、高温破壊に対する臨界キャビティサイズと、粒界における共有結合性との相関を認めた。この結果により、粒界量子構造設計と高温力学特性とを結びつけるための理論的バックグラウンドを確立するに至った。これらの成果は、各種国際学術論文誌上および超塑性国際会議において発表し、高い評価を得た。