hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞サージェリーのためのマイクロニードル搭載型バイオプローブの開発

2)ニードルに曲げが作用した場合,破壊は荷重印加側の根元部分を起点として起こり,FEM解析による最大相当応力の発生位置と一致した.また,破壊に至る最大変位量は荷重位置(ニードル長さに相当)にほぼ比例して増加した.一例として,内径3.5μm,外径5.きμm,長さ約70μmのニードルの最大変位量は10μm程度であり,細胞(1020μm程度)の大きさを考慮すると,穿刺の際に曲げが発生したとしても十分なたわみ量が得られjることがわかった.本研究では,細胞レベルでの高精度な手術的操作(細胞サージェリー)をオンチップ上で実現するための基盤技術の確立を目的とし,提案する"マイクロニードル搭載型バイオプローブ"を開発するための要素技術を検討した。得られた成果をまとめると以下のとおりである。1.マイクロニードル搭載型バイオプローブ作製プロセスの開発1)シリコンの深堀エッチング(DRIF)と熱酸化を多段階に繰り返すプロセスを提案し,先端径100nm以下の先鋭化マイクロニードル(外径5.5μm,長さ2μm)の作製が可能となった。これによって,細胞(直径1020μm程度)にダメージを与えることなく穿刺可能な先鋭化ニードルの作製技術を確立した。2)デバイス作製のために必要となるシリコン基板の新規な接合技術(電界援用直接接合)を確立した。基板表面同士の接触状態の向上を目的とし,直接接合において電界を印加することで,最小線幅10μmの凸パターンを形成したSi基板でも,接合面積6080%,接合強度0。4MPa程度の接合が可能であることを示した。2.マイクロニードルの性能評価1)細胞を模擬したゼラチンへの穿刺実験を行い,穿刺性能を評価した。その結果,ニードル先端形状によらずゼラチンへの穿刺応力は一定となり,穿刺力はニードル先端の表面積に比例して増加することが明らかとなった。また,振動を付加して粘性抵抗を増加させることで穿刺性能を大幅に向上できることを示した。2)液体吐出性能を評価し,極微小なニードル(内径3.5μm)であっても液体(水)の吐出が可能であることを示した。この際,ニードル内径が小さくなると先端部分での液滴の形成によって吐出に必要となる圧力が急激に増加することがわかった。また,吐出流量はハーゲン・ポアズイユの式に従い,内径の4乗に比例することを示した。
リジッド幾何学の新展開 --- 新しいハイブリッド型幾何学の構築と応用の探求

●ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築については、その基礎的部分の構築は順調に進んでいる。基本的には従来のリジッド幾何学との比較において、ヘンゼル的場面における留意点のほとんどが明るみになってきた。特にそのホモロジー代数的側面における困難や、技術的問題点がどこにあって、どのような形での解決策が合理的であるかといった点については、かなりの進捗があった。●これらの基礎理論構築を踏まえて、将来的応用に向けた実験的試論の推進を図ったところ、楕円曲線や志村多様体などの数論幾何的空間の構造解析や、代数サイクル理論への応用など、当初期待された方向性については、技術的側面も含めて知見は深まったと言える。その上で、解析多様体の有理点に関するピラ・ウィルキー型の定理への非アルキメデス的側面からの応用という、新しい応用の可能性が拓けた。これはワイツマン研究所(イスラエル)のGal Binyamini氏との共同研究から得られた知見であり、今後もこの方向の研究を発展させていくことが十分に価値のあることであり、その技術的側面についても理解が深まってきている。●初期研究体制の構築と充実化については、ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築体制(加藤・三井)と実験検証体制(加藤・斎藤)、および代数幾何学や数論幾何学など既存の幾何学体系への応用企画体制(加藤・斎藤・三井)ともに、基本的な研究体制の足場の構築は完了し、さらなる発展へ向けてその基盤環境の充実をプロモートする段階に入ったと言える。その基盤体制の強化により、今後の戦略的研究の発展的推進が可能になっている。●以上より、基盤構築・応用企画・研究体制構築のいずれにおいても、基本的には順調な状況が続いており、その推進の継続と発展が望まれる。研究実績の概要において記したように、本研究の初期体制における「基盤構築」・「応用企画」・「研究体制構築」のいずれにおいても、概ね、当初期待された成果があがっている。のみならず、解析多様体の有理点に関するピラ・ウィルキー型定理への応用など、当初は予測していなかった方向性の発見もあり、その意味では、順調+αの状況に至っていると言ってよい。●ハイブリッド型幾何学の基盤構築については、その一般論展開において構想された基礎理論を踏まえ、より一般的なハイブリッド型幾何学の構築へ向けた研究を戦略的に継続する。具体的には、すでに得られているザリスキー主定理のヘンゼル的類似などの発展形として、ヘンゼル的リジッド幾何学特有の〈拡張可能性質〉の一般論のさらなる展開を目指す。●将来的応用に向けた実験的試論構築については、以下のような具体的方策を検討している。例えば、楕円曲線や志村多様体などの代数・数論幾何学的対象の構造理解や、その部分多様体や代数サイクルの理解、特に対数的幾何学的な視点を交えたこれらの理論への視角への応用を見据えて、基盤的理論の応用可能性を、より現実的なものとしなければならない。そのため、今までの第一歩的な理論構築の段階から、次第に、実験的応用への方向性を明確化し、初期の理論形成における基本的方向性をさらに具体化するための予備的考察を行う。また、最近の研究から明らかになった新しい方向性として、解析多様体の有理点問題への応用が考えられるが、このような具体的な数学現象の観察を通じてそれらの構造をどのくらい詳細に、ハイブリッド型幾何学が明らかにすることができるかについて、さらに深い理解を得ることを目指す。●これらの研究計画を遂行する上での研究体制を高いレベルで維持するために、さらに高いレベルの研究や具体的な応用問題の探索など、新しい方向性を見据えた研究の展開を図る必要がある。そのための具体的方策として、(1)ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築の発展的継続(加藤・三井)(2)実験数学による検証(加藤・斎藤)(3)代数幾何学・数論幾何学および対数的幾何学への応用(加藤・斎藤・三井)という、前年度までの基本的な3体制の発展的継続と戦略的推進に加え、(4)有理点問題への応用可能性の探求を新しい研究体制の軸に据えることとする。(1)ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築:従前の予備的研究(ザリスキー主定理のヘンゼル的類似や解析的閉包の存在など、射・部分空間・空間の族・連接層などの解析=代数的拡張定理)を踏まえて、代数幾何学と従来のリジッド幾何学との中間に位置付けられる幾何学としてのヘンゼル的リジッド幾何学の基盤について、特に正標数の場合のGAGA原理について、新しい知見を得ることができた。これについて、すでに口頭による発表は行っている。論文という形での発表の是非については、今後得られる結果を踏まえて検討するべきであると考えている。(2)将来的応用に向けた実験的・予備的試論の展開:応用可能性の探索に向けた取り組みとしては、研究分担者たちによる代数サイクルの研究や、対数的幾何学との関連性の研究がある。これらの研究はまだ発展途上であるが、これらの具体的な数学現象の観察を通じて、それらの構造をどのくらい詳細に、ハイブリッド型幾何学が明らかにすることができるについての一定の理解を得ることを目指している。(3)具体的な初期研究体制の構築:研究体制の整備については、早期の段階で具体的な形にすることはできたと思われる。ヘンゼル的リジッド幾何学本体の研究については、すでに専門領域の内部での研究を初めている。

また、応用可能性や実験的数学の展開についても、まだまだ発展途上にあるとはいえ、その初動総括的推進体制は整っており、研究の推進を日々行っているところである。ヘンゼル的リジッド幾何学本体の基盤構築については、上述の通り、特に正標数のヘンゼル的付値体上ではGAGA原理についての新しい結果を得るところまで、研究本体を進歩させることができた。それに加えて、特にその基礎付けという面では、ヘンゼル的スキーム理論の一般論の整備や、その問題点の摘出、および認容ブローアップについての一般的知見の獲得・整備など、概ね当初予定していた通りの進度で、研究は進んでいると見なされる程度の結果は得られている。また、応用可能性の探索や実験的数学的側面の展開という点についても、研究分担者の研究を中心に、おおむね良好に進んでおり、代数サイクルに関する専門的研究や、対数的幾何学などといった新しいキーワードも得られるようになってきた。これらを概観するに、基本的な路線として当初予定してきた「基盤構築・基礎付け」的側面と「応用・実験」的展開の側面の両立・平行的進捗という研究遂行のスタイルを、かなりの程度実現できているものと思われる。今研究の、特に遂行形態という側面ので特徴のひとつは、基礎と応用のバランスと、その間の発展的かつ流動的関係性の構築にあり、そのため多面的で双方向的な研究体制を早期に構築することが、特に初年度の目標であったわけであるが、以上のような背景から、この面(研究体制の早期確立)でも、研究遂行はおおむね良好と判断され、その意味で、この研究が目指している独自のスタイルの確立は、ほぼ完成している、あるいは基本的には可能となっていると思われる。●ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築については、その基礎的部分の構築は順調に進んでいる。基本的には従来のリジッド幾何学との比較において、ヘンゼル的場面における留意点のほとんどが明るみになってきた。特にそのホモロジー代数的側面における困難や、技術的問題点がどこにあって、どのような形での解決策が合理的であるかといった点については、かなりの進捗があった。●これらの基礎理論構築を踏まえて、将来的応用に向けた実験的試論の推進を図ったところ、楕円曲線や志村多様体などの数論幾何的空間の構造解析や、代数サイクル理論への応用など、当初期待された方向性については、技術的側面も含めて知見は深まったと言える。その上で、解析多様体の有理点に関するピラ・ウィルキー型の定理への非アルキメデス的側面からの応用という、新しい応用の可能性が拓けた。これはワイツマン研究所(イスラエル)のGal Binyamini氏との共同研究から得られた知見であり、今後もこの方向の研究を発展させていくことが十分に価値のあることであり、その技術的側面についても理解が深まってきている。●初期研究体制の構築と充実化については、ヘンゼル的リジッド幾何学の基盤構築体制(加藤・三井)と実験検証体制(加藤・斎藤)、および代数幾何学や数論幾何学など既存の幾何学体系への応用企画体制(加藤・斎藤・三井)ともに、基本的な研究体制の足場の構築は完了し、さらなる発展へ向けてその基盤環境の充実をプロモートする段階に入ったと言える。その基盤体制の強化により、今後の戦略的研究の発展的推進が可能になっている。●以上より、基盤構築・応用企画・研究体制構築のいずれにおいても、基本的には順調な状況が続いており、その推進の継続と発展が望まれる。
ネアンデルタール人とプロトクロマニオン:その系統の関する先史人類学的調査

1997年、第3層中で発見されたデデリエ・ネアンデルタール人骨の出土地点の周辺を精査発掘した。その結果、同一個体に属する他の骨格部位が発見された。復元された頭蓋骨は、これまでに類例のない良好な保存状態を示し、他の化石人骨資料、現代人骨との比較から、推定年齢約2歳の子供のネアンデルタール人骨であることが判明し、第2号人骨として登録した。1993年に見つかった第1号人骨は顔面部が破損していたが、当第2号人骨は西アジア・ネアンデルタール人の子供について顔面部を含む頭蓋の全貌を知ることができる最初の資料となった。その結果、現代人の同年齢の子供との比較から、次の諸点が明らかとなった。(1)眼高が高く大きく、丸い(2)顔面の中央部が突出する(3)鼻が高い(4)額が低い(5)オトガイの突出は見られない以上、いずれも現代人の子供との大きな違いを示す特徴である。ただ、第1号人骨との違いが認められ、それが、同じネアンデルタール集団における性差、個体変異、時代差にもとづくのか、次年度に向けての課題である。1993年にネアンデルタール幼児全身骨格が発見された地点を中心に発掘範囲を拡げた。今年度調査最大の収穫は次の2点である。1.ネアンデルタール人の炉址の発見中期旧石器時代の地層中で多数の炉址が露出した。直径約30cmの範囲に黒色灰色の灰が集中し、堆積中には黒く焼けた動物骨片が混ざるという特徴を示し、骨片の多くに石器によるカートマーク(解体痕)が検出された。数多くの炉址が、しかも良好な状態で発見された例は初めてであり、ネアンデルタール人の居住形態、洞窟内での行動パターン、洞窟の利用形態等の問題を考察する上で重要な証拠になるものとして極めて注目される。2.動物組成の復元発見された動物骨の同定結果から、デデリエ・ネアンデルタールの獲物としては、野生のヤギ・ヒツジが最多で、その他ガゼラ・アカシカ・ダマシカ・ウマ・サイ等の大型草食獣、ライオン・オオカミ・ヤマネコ等の食肉獣も獲得されていたことがわかった。動物の組成並びにその生態データからネアンデルタール人の食生態、当時の環境を復元することが可能となる。平成9年度シリア・デデリエ洞窟発掘により、平成5年度に引き続き、再び保存の良いネアンデルタール人骨を発見した。平成5年度の人骨は、ほぼ全身の骨格が出そろう世界で初めての資料として国際的に脚光を浴びた。ただ、残念なことに顔面部が欠損していたために顔かたちに関する復元研究が困難であった。ところが、平成9年度資料は顔面部が良好に残り、前回の資料を補完すると同時に、西アジアでは初めての顔面形態の復元を可能とするネアンデルタール人骨資料として非常に高い評価を受けることは必至である。すなわち、デデリエ洞窟はネアンデルタール人骨の宝庫であり、同時に、中期旧石器、動植物化石の豊富さにおいて西アジアわ代表する遺跡である。ネアンデルタール人とわれわれ現代人の祖先との関係を次のような文脈で研究する上で最適の条件を備えた遺跡である。(1)中期旧石器の技術形態学的解析に基づくデデリエ・ネアンデルタール人の行動復元(2)地層内で見つかった約100の炉跡に基づくネアンデルタール人の火の利用と洞窟内生活復元(3)大量に発見された動物植物化石に基づく環境復元及び生活復元(4)洞窟堆積物の地質学的、年代学的研究によるデデリエ・ネアンデルタール人の生存年代の復元(5)ネアンデルタール人骨については、その形態学的な研究と同時に以下の研究を行う。(6)3次元形状形態計測装置に基づく立体復元、実体モデル復元(7)人骨のミトコンドリアDNA分析(8)人骨コラーゲンに基づく安定同位体分析による食性復元、年代測定保存の良いネアンデルタール人骨、大量のムステリアン旧石器、多種多様の動植物化石、まさに三拍子揃うデデリエ洞窟資料を素材とする研究は、現代人の起源論争の舞台にフィールドの世界から新しい知見をもたらし、斬新なモデルの構築に貢献できる。
術後肺合併症予防を目的とした個別呼吸練習プログラム作成のためのガイドラインの考案

本研究は,手術患者の肺機能状態と心理・社会的問題状況を適切に査定した患者個別の呼吸練習プログラムが,簡便に効率よく作成出来るように肺機能の評価項目・時期・練習項目・時間・患者教育などを内容としたガイドラインを考案し,このガイドラインを手術患者に適用し,その有効性と有用性を検証するものである.研究の実施は,先ず拠点5大学病院における全身麻酔による手術患者の呼吸練習の実施状況及び看護婦の関わりを調査すると同時に,術後肺合併症の発生とその予防に関連する要因の検討を行った.ついで肺機能測定機器(経皮的血液ガスモニター,電子式スペイロメーター)を用いて術後肺合併症予防を目的としたINCENTIVESPIROHETRY効果の検討及び術前呼吸練習と術後肺ケアの効果の検討を行い,さらに手術患者の呼吸練習に影響を及ぼす心理・社会的要因の検討を行った.以上の結果を基に術後肺合併症予防を目的とした個別呼吸練習プログラム作成のためのガイドラインを考案し,実施手引書を作成した.ガイドラインの構成内容は, 4項目からなる.1.患者アセスメント,(1)身体的状況の査定(3段階リスク)(2)術前心理的準備状況の査定(在患・手術の受けとめ,禁煙・練習プログラムの実施状況)2.呼吸練習プログラムの内容選定,(1)基本プログラム(一般的な術後回復過程の促進に共通する項目)(2)強化プログラム(呼吸練習器具--IDSEP・TRILFOII)の使用,練習回数の増加,働きかけの強化)3.呼吸練習プログラムの実施,(1)プログラム選定と指導の時期,(2)パンフレット・チェックリストの活用4.呼吸練習プログラムの評価,(1)評価内容(練習の正確さ,自発性,スパイログラム・血液ガス他の測定による呼吸機能の変化)(2)評価時期.実施手引書は,第I部:個別呼吸練習プログラム選定のためのアセスメント(実施要項,プログラム内容選定)と第II部:個別呼吸練習プログラム(内容,実施要項)である.本研究は,手術患者の肺機能状態と心理・社会的問題状況を適切に査定した患者個別の呼吸練習プログラムが,簡便に効率よく作成出来るように肺機能の評価項目・時期・練習項目・時間・患者教育などを内容としたガイドラインを考案し,このガイドラインを手術患者に適用し,その有効性と有用性を検証するものである.研究の実施は,先ず拠点5大学病院における全身麻酔による手術患者の呼吸練習の実施状況及び看護婦の関わりを調査すると同時に,術後肺合併症の発生とその予防に関連する要因の検討を行った.ついで肺機能測定機器(経皮的血液ガスモニター,電子式スペイロメーター)を用いて術後肺合併症予防を目的としたINCENTIVESPIROHETRY効果の検討及び術前呼吸練習と術後肺ケアの効果の検討を行い,さらに手術患者の呼吸練習に影響を及ぼす心理・社会的要因の検討を行った.以上の結果を基に術後肺合併症予防を目的とした個別呼吸練習プログラム作成のためのガイドラインを考案し,実施手引書を作成した.ガイドラインの構成内容は, 4項目からなる.1.患者アセスメント,(1)身体的状況の査定(3段階リスク)(2)術前心理的準備状況の査定(在患・手術の受けとめ,禁煙・練習プログラムの実施状況)2.呼吸練習プログラムの内容選定,(1)基本プログラム(一般的な術後回復過程の促進に共通する項目)(2)強化プログラム(呼吸練習器具--IDSEP・TRILFOII)の使用,練習回数の増加,働きかけの強化)3.呼吸練習プログラムの実施,(1)プログラム選定と指導の時期,(2)パンフレット・チェックリストの活用4.呼吸練習プログラムの評価,(1)評価内容(練習の正確さ,自発性,スパイログラム・血液ガス他の測定による呼吸機能の変化)(2)評価時期.実施手引書は,第I部:個別呼吸練習プログラム選定のためのアセスメント(実施要項,プログラム内容選定)と第II部:個別呼吸練習プログラム(内容,実施要項)である.1.術後肺合併症予防を目的とたIncertiue Spirometry効果の経皮的血液ガスモニターによる検討:成人健常女子10名に、IDSEP,TRIFLO【II】,深呼吸の呼吸練習を30分間隔で各2回実施し、センサー温度44°Cで胸部,上腕内側,大腿前面,足背での経皮的酸素分圧,経皮的炭酸ガス分圧を連続測定し、結果の分析から以下の考察を得た。ISは従来の深呼吸に比べ、tc【po_2】,tc【pco_2】とともに安静時値への回復が迅速で循環への影響も少ない。ISの循環への影響では練習後のPressure-Rate-Productの増加率がともに10%以内で終了後5分で安静時値に戻り、患者のIS練習量決定の目安となる。また、経皮的血液ガスモニターの測定部位は、胸部を基準としているが、胸部と上腕,胸部と大腿との相関が得られ、部位選択の巾が広がり手術患者への適用が容易となる。2.術前呼吸練習と術後肺ケアの効果の検討:全身麻酔による開腹手術患者23名を対象に、経皮的血液ガスモニターによる呼吸機能の測定、術前呼吸練習と術後肺ケアの実施状況及び効果,肺合併症の発生状況を調査し、結果の分析から以下を明らかにした。(1)殆んどの患者が術前日には、手術への不安はあるが術後に必要な呼吸法や排痰法の意義と具体的方法を理解・習得し、術後実施する意志を持ち、適度な呼吸練習は術前の心理的準備状態をつくる。

(2)術後の肺ケア実施には、手術操作により生じた危険因子や創痛の程度、ドレーン等の影響分を的確に査定し、リスクの大きさに応じた対応が必要。(3)術前に肺合併症が危険視される患者には、計画的な術前術後を継続する援助。(4)術後4日目迄は患者を励まし教育的機能を含めた看護婦による実施が有効。(5)術前患者の既往の査定を綿密に行い、リスクを最少にする呼吸練習方法の検討。(6)術後のtc【po_2】の変化は野本らの【pao_2】の変化と類似し、術後患者の呼吸機能の指標となる。3.現在、2の23名に対する心理社会的側面からの分析を行いガイドライン試案の考案中である。
狂犬病ウイルス感染による宿主免疫反応の解析

本研究では致死的な人獣共通感染症である狂犬病の予防・治療へ応用可能な基礎的知見を得ることを目的として、主にマウスを使った動物実験を行った。脳内または脳脊髄液中へ抗原となる物質を投与する免疫方法によって、脳内に感染した狂犬病ウイルスの増殖を阻止する効果が誘導され、高率に狂犬病発症を阻止できることが判明した。その機構として、脳内に抗体産生細胞が誘導され、脳脊髄組織中に多量のウイルス中和抗体が供給されることが示唆され、本免疫方法による狂犬病の予防、さらには治療への応用が期待される成果を得た。平成19年度の研究計画として、(1)鞘内免疫がどこに効くのか?(2)鞘内免疫が何を誘導するのか、を解明すること、(3)狂犬病ウイルス遺伝子のクローニングと細胞の準備、を掲げた。(1)と(2)に関しては、マウスに鞘内免疫後、致死量の狂犬病ウイルスを脳内接種する実験を行った。マウスの症状と体重変化の記録、脳を含む全身諸臓器の標本作製と病変観察、脳脊髄内の蛋白質の発現解析を行った結果、対照群に比べて鞘内免疫マウスの生存率は有意に上昇し、同マウスの脳病変やウイルスの増殖は軽度であることが判明した。すなわち鞘内免疫法はマウス脳内において狂犬病ウイルスの増殖を阻止する効果があるということを実験的に証明することができた。また、鞘内免疫マウスの脳脊髄内には多量の抗原特異抗体が誘導されていることが判明した。狂犬病はその原因ウイルスが咬傷部位等の末梢組織から神経細胞を上行し、脳脊髄内で増殖することにより発症する致死的疾患であるが、未だ有効な治療法はなく、本実験結果は狂犬病の治療法を確立する上で有意義な成績である。以上の成果を第145回獣医学術集会にて発表した。現在、脳脊髄中の抗原特異抗体がどこから誘導されてくるのかについて検討を進めている。(3)に関しては、狂犬病ウイルス感染マウスの脳からRNAを抽出し、NP, P, M遺伝子の増幅を行ったところ、各遺伝子に特異的なバンドが検出されたため、シークエンス解析と発現ベクターの作製を進めている。また、今後の解析の準備として、現在使用しているマウスの神経芽細胞腫由来細胞以外の5種類の細胞を購入し、培養・増殖してストックした。平成20年度には、1.狂犬病ウイルス蛋白質の発現系の確立、2.鞘内免疫による宿主反応の解析を行った。項目1に関しては、クローニングしだ狂犬病ウイルスN, P遺伝子を発現ベクターに組み込み、いくつかの哺乳細胞内で各蛋白質を発現させることに成功した。しかしながらそれらの発現が弱く、また用いた抗体による非特異的な反応が強かったため、さらに条件の検討が必要であることが判明した。今後、各ウイルス蛋白質の機能解析を進める予定である。項目2に関しては、マウスに鞘内免疫後、致死量の狂犬病ウイルスを脳内接種する実験を行った。マウスの症状と体重変化を記録したところ、対照群に比べて鞘内免疫マウスの生存率は有意に上昇した。また脳を含む全身諸臓器の標本作製と病変観察、脳脊髄内の蛋白質の発現解析を行った結果、鞘内免疫マウスの脳脊髄内には多量のウイルス中和抗体が誘導されていること、ウイルス接種後早期には鞘内免疫マウスの脳内にも少量のウイルス抗原が検出されることが判明した。以上の結果より、鞘内免疫法はマウス脳内において狂犬病ウイルスの増殖を阻止する効果があるということを実験的に証明することができた。また、鞘内免疫によるマウス体内における全身的な免疫反応を調べた結果、特に脾臓と頚部リンパ節が反応すること、中和抗体の産生を主とする液性免疫に加えて細胞性免疫も活性化していることを明らかにした。以上の実験成績は狂犬病の治療法を確立する上で重要となる基礎的知見である。これらの成果の一部を第56回日本ウイルス学会学術集会および第8回狂犬病研究会にて発表した。また、マウス脊髄背根神経節由来細胞を用いて狂犬病ウイルスの接種実験を行った結果、その他の神経向性ウイルスに比較してウイルス増殖が遅いこと、非神経細胞(シュワン細胞)にも感染する可能性があることが判明した。
Wakeupによる圧電MEMS用PZT薄膜の圧電特性向上

本研究ではこのwakeupについて、現象の解明から、条件の最適化を経て、圧電MEMS作製プロセスへの導入までを検討し、圧電薄膜の特性向上のための新たで普遍的な手法を確立することを目的とした。テトラ組成、MPB組成いずれの場合も、パルスポーリングによって、DCポーリングよりも高い圧電定数が得られることが明らかになった。また、MPB組成については、テトラ組成の場合と異なりユニポーラパルスポーリングがwakeupさせるには必須であることが新たに見出された。パルスポーリングによるwakeupはプロセス完了後に行う方が、高い圧電定数を得るのに有効であることが明らかになった。(1)wakeup様々な組成のPZT薄膜の微細構造解析による現象の解明と、(2)電圧・波形などwakeup条件の最適化を行った。(1)ゾルゲル法により(100)/(001)配向したテトラ組成、MPB組成PZT薄膜(膜厚2um弱)をシリコンウエハ、SOIウエハ上に形成し、MEMS技術によって圧電MEMSマイクロカンチレバーを作製し、1kHzの交流三角波でwakeupを行った。X線回折によるテトラ組成、MPB組成とも一定電圧以上のwakeupによってc軸配向性が30%から45%程度にまで急増することが明らかになった。SEMによる微細構造観察の結果、c軸配向性が急増する条件のwakeupで膜内にクラックが入ることが明らかになった。テトラ組成ではwakeupによりDCポーリングを上回る圧電定数が得られたが、MPB組成ではDCポーリングの場合の半分程度になってしまうという問題が見いだされた。(2)そこで、MPB組成でも圧電定数が向上するようなwakeup条件を見出すべく、印可する電圧・波形の最適化を行った。その結果従来のように交流ではなく、正あるいは負の片側だけに電圧を印可するユニポーラ条件とすることで、MPB組成でも圧電特性が向上することが明らかになった。従来のDCポーリングの数分オーダーに対して、処理時間はわずか1秒以下でありながら、100V、1kHzのユニポーラ三角波を印可することでMPB組成PZT薄膜の圧電定数-d31は100pm/VとDCポーリングの場合を上回るという、性能向上と生産性向上を同時に満たす条件が見いだされた。すなわち、パルスポーリングによって、処理時間を1秒以下と大幅に短縮しながら、高い圧電定数が得られることが明らかとなった。貫通エッチング前にポーリングした場合のd31は66-112pm/Vであるのに対して、プロセス完了後の場合は125-150pm/Vであった。貫通エッチング前のパルスポーリングは、基板が存在する状態のためにポーリング後はc軸配向性が大幅に向上した。しかしながら、貫通エッチングにより構造体がリリースされた際の応力開放により、c軸配向性がそこから低下した。これにより生じたドメイン構造の乱れが、圧電定数に影響を与えたと考えられる。以上の結果から、パルスポーリングによるwakeupはプロセス完了後に行う方が、高い圧電定数を得るのに有効であることが明らかになった。今回確立したパルスポーリングによるwakeupは、共同研究企業のデバイス開発にすでに適用されており、それだけにとどまらず他の研究機関、民間企業が作製したPZT薄膜においてもその効果が確認されている。すなわち、申請時に宣言した「圧電薄膜の特性を向上させるための新たで普遍的な手法を確立する。」という目的はほぼ達成することができている。今後はPZT薄膜だけでなく、他の強誘電体薄膜にも本方法を適用し、圧電特性を向上させるプロセスとして広く普及していきたいと考えている。無機材料・物性平成25年度に予定していた(1)wakeup様々な組成のPZT薄膜の微細構造解析による現象の解明と、(2)電圧・波形などwakeup条件の最適化をほぼ完了した。25年度には評価用チップの設計も予定していたが、(2)において条件の最適化に注力した。その結果、DCポーリングの場合を上回る圧電定数の向上と、時間の大幅な短縮化という予想を上回る成果が得られたため、評価用チップの設計ができなかった分と差っ引いて、おおむね順調に進展と自己採点した。申請書に記載のとおり、wakeupの作製プロセスへの導入と、特性の面内均一性、信頼性への影響評価を行う。

計画中26年度に行うwakeupの作製プロセスへの導入、およびwakeupの面内均一性、及びデバイスの信頼性への影響評価の下準備として、作製プロセスを複数回行うために25年度に予算を確保していたが、wakeup条件の最適化についての研究が予想以上の成果が得られ、25年度はそこに注力したため、当該費用は次年度に回ることとなった。wakeupの作製プロセスへの導入、およびwakeupの面内均一性、及びデバイスの信頼性への影響評価のために作製プロセスを複数回行う。
国際共通の評価ツールを用いた我が国の物理教育の現状調査と改革指針の探求

平成26年度に開始された本研究課題においては,物理教育研究をもとに開発された力学概念理解度調査(Force Concept Inventory,略称FCI)と,Lawsonによって開発された科学的思考力調査(Classroom Test of Scientific Reasoning,略称CTSR)のそれぞれの和訳版を用いて,我が国の高等学校,および大学の理工系と理科教員養成系の基礎課程,における物理教育の効果について,調査を行っている。特にニュートン力学の基礎的な概念の理解とその伸長および科学的思考力のレベルの側面に注目して,その結果の分析を行っている。平成26年度から28年度にかけて大規模調査を行った。平成29年度には,前年度までに収集した高・大あわせて約14,000のFCIデータおよび3000のCTSRデータについて詳細な分析を進めた。力学概念理解度調査については,米国の大学理工系初年次生約4500名のデータとの詳細な国際比較を行った。項目応答曲線(Item Response Curves,略称IRC)などを通じての比較から,FCIの正答総数Sからうかがえる力学概念全容の理解度伸長の様相や,Sの増大にともなう種々の素朴概念の克服の様相が米国と日本とで相互に強く類似することを見出した。また,物理科目(高校では,「物理基礎」および「物理(の力学部分)」,大学では理工系および理科教員養成系の基礎課程力学)の履修の開始時および終了時に調査を実施し,そのクラス平均正答率の差分から導かれる学習効果の指標「規格化ゲイン」を通じて物理教育の効果を算出し米国など海外での報告例と比較検討した。高・大ともアクティブラーニング(AL)を実施していると申告されたクラスの中には大きなゲインを示すものがあり,ALの有効性がうかがわれた。FCI調査では,10,000を超える多数の,正答率が低位から高位まで広範囲にまたがる,高校生および初年次理工系大学生のテータを得た。FCIデータの「項目応答曲線(Item Response Curves,略称IRC)」による分析から,ニュートン力学概念の全体的理解の伸長パターンや普遍的の存在する素朴概念の分布やそれらが変容・克服されていく様相は日本と米国の大学生の間できわめて相似性が高いことを昨年度までに見出しているが,この点についてのさらに詳細な分析が進んでいる。さらに,中小規模から大規模にわたる被検者グループについてFCIの問ごとの正答率分布を相互に比較する簡便な手法として,我々は「問別正答率パターン(Item Response Patterns,略称IRP)」による分析手法を案出したが,これを用いて校種や学力レベルの異なる様々なクラス集団における概念理解の差異や特徴の分析が進捗している。平成28年度に,高校24クラス(生徒総数約1,200),大学基礎課程29クラス(学生総数訳1,800)について,物理科目履修の開始時に加えて終了時にもFCIテストを実施し,履修前後でのクラス平均正答率の差分から,概念理解の伸長の指標である「規格化ゲイン」を算出した。アクティブラーニング型授業の効果的な実施により高いゲインを実現しているクラスが複数存在するが,特に大学については,講義主体の伝統的な授業のクラスのゲインがおしなべて低く,大学の授業改革が強く望まれることを示す数値的な裏付けを得た。FCIテストに加えて科学的思考力テストCTSRも実施したクラスについての分析から,CTSRの正答率と規格化ゲインの間に興味深い相関を見出した。これは学習者の科学的な思考力のレベルに応じた授業設計を行う上で重要な手がかりを与える可能性がある。平成26年度に開始されたこの調査・研究プロジェクトでは,既に29年度までに当初の期待を上回る規模のデータと豊富な分析材料を得ることができた。最終年度には残された時間と資源の制約に鑑みて重点項目を絞り,これらについて分析の精緻化をはかる。分析結果から得られる物理授業の改善・改革への手がかりを検討し,また,概念理解や科学的思考力の向上の一層の推進に資するべく,日本の高校および大学基礎課程の教育システムにおける改善課題を検討する。この重点化によって,調査研究成果の論文化による外部発信の促進を目指す。特に,1)FCIデータのIRCによる分析をさらに進め,素朴概念の克服の様相を詳細に調べてそこから授業効果の向上など教育実践の改善のための手がかりを導くこと,2)FCIおよびCTSRデータのIRPによる解析について,個別クラスなどの中小規模のデータの相互比較・分析の事例研究を蓄積して,調査結果の教育現場での利用を支援すること,3)FCIの事前・事後正答率から算出した「規格化ゲイン」の大きさと,授業手法やCTSRテスト正答率からうかがえる科学的思考力のレベルとの相関を検討し,学習者の科学的思考力のレベルに応じた授業のありかたを検討すること,また,4)FCIおよびCTSRの個別項目正答率の間の相関の詳細な分析を進めて解析の精緻化を図ること,5)分析結果の海外からの先行報告との比較検討を踏まえて,日本の高校および大学の物理教育体制の特徴および課題について考察すること,などを目指す。さらに,本調査研究の成果の全国の物理教育コミュニティへの発信と,教育現場でのFCIやCTSRなどの調査手法の活用を推進するために,関東・関西など複数の地区で,研究成果を報告しフィードバックを得るためのシンポジウムを企画・実施する。30年度が最終年度であるため、記入しない。

1)調査ツールの選択と統一和訳版の策定:調査には,米国で物理教育研究をもとに開発され国際的に普及しつつある調査ツール(調査問題セット)を用いることにし,ニュートン力学の教科内容理解度については「力学概念調査(FCI)1995年版」,また科学的思考力については「ローソン教室テスト(LCTSR) 2000年改訂版」,のそれぞれの和訳版を選択した。後者については,研究者の間で複数の和訳版が使用されていたため,原著者の了解を得て統一和訳版を作成した。2)調査の実施:全国の高校および大学の教員に研究分担者・研究協力者を通じて調査への協力を呼びかけ問題セットの配布と回答の回収を行った。2014年度春学期開始時点の履修前テストとして,FCIで5600,LCTSRで1900,また春学期履修後(ポスト)テストとしてFCIで1200の被験者データを得た。これは,日本でこれまでに行われたこれらの調査テストとして最大規模のデータ量である。3)初年度調査データの概要分析:米国での大規模FCI調査データとの比較からは,日・米の大学初年次生について,総数30の設問ごとの正答率に相関係数0.86の強い相関が見出された。さらに,誤答を含む選択肢の選択パターンにも日・米間で強い相似性がみとめられた。LCTSRについても同様の相似性が,米国および中国データとの比較から見出された。これらの結果は,米国で開発されたFCIやLCTSRが,日本の学生・生徒に対しても十分に有効なプローブとして機能すること,さらに,高等学校から大学入学時点における学習者の力学概念理解や科学的思考力の発達の様相が,日米の異なる文化,教育体制,言語にもかかわらず相互に強く類似していることを示す新規で重要なデータである。大規模調査の実施:研究初年度の平成26年度に,高校と大学あわせて,力学概念調査FCIでは145クラス,被検者総数5,609,科学的思考力調査CTSRで,51クラス総計1349名のデータを得た。平成27年度にはこの大規模データの解析に注力した。国際比較:大学初年次生に対するFCI調査結果については,米国での同様な大規模調査結果の報告(G. A. Morris et al., Am. J. Phys. 74, 2006; G. A. Morris et al., Am. J. Phys. 80, 2012)との比較検討を進めた。全30問の選択肢問題の問別の正答率には日米間で相関係数0.86の極めて強い類似性が認められ,誤答選択肢の選択パターンからうかがえる素朴概念・誤概念の分布やその克服傾向についても,日米で非常に強い類似性が認められた。さらに,科学的思考力調査CTSRについても,米国および中国での大学の理工系初年次生に対する調査結果(Lei Bao et al., Science, 323, 2009; J. Han, PhD Thesis, 2013)と比較検討した。日本の大学初年次生の正答率と標準偏差は76.1±18.5%で,米国の74.2±18.0%,中国の74.7±15.8%に比較して平均値も分布の広がりも極似していることがわかった。国際研究交流:上述の結果は, FCIやCTSRが日本の学生・生徒に対しても有効なプローブとして機能すること,また力学概念理解や科学的思考力の発達の様相が,言語,文化,そして物理教育体制が大きく異なる日・米で,相互に強く類似していること,このため研究の推進に国際交流が極めて有効であることを示している。
大学英語教育における‘ウォークマン'によるリスニング・プロジェクトの試み

平成5年度前期、通年、平成6年度前期、通年に分け、`ウォークマン'等で、僅かの時間を利用し、1300の語彙で易しくリトールドされた朗読教材(ロビンソン・クルソー物語)を多量に(50時間以上聴取)リスニング練習を積んだ実験群と統制群1(49時間以下聴取群)、統制群2(聴取プロジェクトのみ参加し、他の課題および朗読プロジェクトに不参加群)、統制群3(聴取-、朗読プロジェクトおよび他のすべての課題を課されなかった群)の成績を比較した。併せて、同教材を多量に(52頁以上:1頁平均320語)朗読した実験群と統制群1(47頁以下朗読群)、統制群2(聴取プロジェクトのみ参加し、他の課題および朗読プロジェクトに不参加群)、統制群3(聴取-、朗読プロジェクトおよび他のすべての課題を課されなかった群)の成績を比較した。その結果、`ウォークマン'等による多量のリスニングの練習、および、同教材を多量に朗読することも効果のあることが分かった。前者は総括表の4つの場合で、後者は同じく、5つの場合で有意となったためである。なお、94年度通年の第3回検定では有意となっているが、等質性検定で有意となり、有意性検定での有意が帳消しになるために、結果を採用しなかった。なお、4月共通テスト(等質性検定)速読、リスニング、基礎学力、クローズの4つの下位テスト7月、12月共通テスト(有意性検定)は速読、リスニング、基礎学力、ク-ロズ、テープ・ディクテーション、読解の6つの下位テストで構成されていた。信頼性係数はキューダ-・リチャードソン公式21で算出し、妥当な数値であった。テープ・スクリプトを選び、学生に使用させる際、和訳文を予め作成して、配布し、速やかに、通読させ、スクリプト全体の意味を理解させることも有効と思われる。最後に、集計の際、学生が虚偽の申告をしないよう手だてを講じ、且つ、申告のカウントの際、明らかにに、虚偽とわかるものは省くことが必要である。研究実施計画に基づいて支障なく実験を行った。手続き上の問題では、虚偽の申告を防ぐため、後期にリスニング-、リーディング・アラウド・プロジェクト各記録用紙の底部に「絶対に虚偽の申告をしないこと」という注意を入れた。さらに、若干の虚偽の申告らしいものは除いた。集計の結果、リスニング・プロジェクトにおいて、実験群は統制群1(少量聴取群、40時間以下)統制群2(リーディング・アラウド・プロジェクトおよび他の課題を課されず、リスニング・プロジェクトのみ参加した群)統制群3(リスニング-、リーディング・アラウド・プロジェクト両プロジェクトおよび他の課題を課されなかった群)と比べて、2月の総合英語テスト(総合)で有意に優れていた。下位テストで見ると実験群は統制群1と比べてリスニングと総合で、統制群とではリスニング、基礎学力、テープ・ディクテーションと読解で、統制群3とではテープ・ディクテーションと総合で有意に優れていた。また、リーディング・アラウド・プロジェクトで実験群は3統制群(上掲)に比べて2月の総合英語テスト(総合)で有意に優れていた。下位テストで見ると、実験群は統制群と比べてクローズ、テープ・ディクテーション、読解、総合で、統制群2とではリスニング、基礎学力、クローズ、テープ・ディクテーション、読解、総合で、統制群3とではクローズ、テープ・ディクテーションで有意に優れていた。

なお、上記、他の課題の内容であるが、A.は個人必修で散文の朗読・暗唱、`ウォークマン'で所定のテープ・教材を継続・聴取するものである。(本研究)B.は個人選択で数種の課題より1または2、30点まで選ぶもので、英検やToeflの受験,ラジオ英語会話の継続聴取または英語会話テープ教材を購入・学習し、それより「重要英会話200選」を作成する、さらに無課題選択で構成されている。C.はグループ・ワークである。これは学習者にとって親近度の高いテーマを48人のグループで約6週間を費やして調査・研究し、作品を提出するものである。研究実施計画に基づいて支障なく実験を行うことができた。手続き上の問題で虚偽の申告については、前年度の手だて(注意)が功を奏して、疑わしいものが殆ど見られなくなった。なお等質性の検定では、実験群と統制群の学力をほぼ等質にするために、若干の調整を行った。集計の結果、リスニング・プロジェクトにおいては、実験群(50158時間)は統制群1(少量聴取群、49時間以下)および統制群2(リスニング・プロジェクトおよび他の課題を与えられ、リーディング・プロジェクトのみ課されなかった群)、統制群3(リスニング-、リーデイング・アラウド両プロジェクトおよび他の課題を課されなかった群)と比べて、12月の総合英語テスト(総合)で有意に優れていた。下位テストで見ると実験群は統制群1と比べて、総合、各下位テストともに有意差は現れず、統制群2とでは有意差は現れず、統制群3とでは速読、クローズ、テープ・ディクテーション、読解と総合で有意に優れていた。リーデイング・アラウド・プロジェクトにおいては、実験群1と比べ、総合、各下位テスト、ともに有意差は現れず、実験群2とでは総合でのみ有意に優れていた。なお、上記、他の課題の内容であるが、A-1.個人必須で散文の朗読・暗唱、A-2.(本研究)、B.は個人選択で数種の課題より1つまたは2つ、30点まで選ぶもので、B-1.英検B-2.Toeflの受験,B-3.NHKラジオ英語会話の継続聴取「重要英会話表現200選」の作成する。B-4.英語会話テープ教材を購入・学習し、それより「重要英会話表現200選」を作成する、B-5.無課題で構成されている。これは学習者にとって親近性の高いテーマを48人のグループで約6週間を費やして調査・研究し、作品を提出するものである。この結果、リスニング・プロジェクトは課題を全く与えられなかった群と比べて効果があることが分かった。リデイング・アラウド・プロジェクトの効果(リスニンク-“,&リーデイング・アラウド・プロジェクト群とリスニンク・プロジェクト群"の有意差)は顕現しなかった。
人工グリアニューラルネットワークの開発とその応用に関する研究

グリアは脳内に存在する細胞であり,ニューロンと共に脳の高次情報処理を支えている.しかし,グリアに関する研究は依然として少なく,特にグリアの応用に関する研究はほとんど例がない.本研究では,脳内におけるグリアとニューロンの関係をモデル化した人工グリアニューラルネットワークの開発を行っている.本モデルは,人工ニューラルネットワークの一種である多層パーセプトロン(MLP)を用いて、その中間層にグリアを結合した。グリアは、結合したニューロンによって励起される.励起されたグリアはパルスを生成し、このパルスは結合したニューロンのしきい値に入力される.さらに,パルスは近傍のグリアを励起することによってネットワーク全体に伝搬される.従来モデルでは,パルス生成パターンがMLPの学習に伴い周期的となる問題があった.本研究では,グリアが励起される頻度により,グリアの不応期間が変化するモデルを提案した.ニューロンからの刺激でグリアの不応期間が動的に変化されることにより,グリア毎に持つ不応期間の長さが異なるってくる.そのため,学習の進行に伴いグリアのパルス生成パターンが徐々に変化する.この働きにより,学習の終盤においてもパルスが効果的に学習を促進する.実際に,シミュレーションにより従来のモデルと比較し提案モデルが優れた学習能力を有することを明らかにした.さらに,グリアが新生ニューロンの結合する位置に深く関わっていることから,人工グリアニューラルネットワークにニューロン新生を取り入れたモデルを提案した.本モデルでは,グリアを励起する頻度が低いニューロンを不活性なニューロンとして取り除き,新生ニューロンを同じ位置へ結合する.その後,他のニューロンと同様に学習を繰り返す.これにより,ネットワークの入出力に寄与するニューロン数が増加し,その結果,ネットワーク全体の学習性能が向上することを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。当研究では,人工グリアニューラルネットワークの提案を行なっている.グリアは,脳内に存在する神経細胞であり,イオンを用いた情報伝達が可能である.このグリアの特徴を人工ニューラルネットワークに応用することにより,新たな特徴の獲得を目指している.本年度は,新たなグリアニューラルネットワークの提案と,グリアニューラルネットワークの特徴を明らかにすることを課題とした.新たなグリアニューラルネットワークとして,シナプス付近でのグリアの振る舞いから,グリアがニューロンの学習期間を制御する階層型ニューラルネットワークを提案した.本モデルでは,階層型ニューラルネットワークの中間層ニューロンがグリアと結合しており,各グリアは,順々に発火する.この時,発火しているグリアが結合しているニューロンのみが学習可能である.そのため,毎時,学習するニューロンが切り替わり多様な学習を行うことが可能となる.実際に,シミュレーションによって,提案モデルの学習能力を研究した結果,従来モデルと比して優れた性能を示すことが明らかとなった.さらに,このネットワーク中にけるグリアの寄与度を,グリアの動作条件を様々に変更し明らかにした.その結果,階層型ニューラルネットワークの学習性能は,グリアの動作条件に大きく依存していることが明らかになった.また,学習期間の長さがニューロンの出力に依存する拡張モデルに関しても考察を行うとともに,ノイズを注入したモデル等,様々な条件における人工グリアニューラルネットワークの働きについて調査を行った.以上のような研究について,国内,国外の学会において計7件の研究発表を行った.グリアとニューロンの関係は,依然として十分に研究されていない.当研究によって,人工ニューラルネットワークに対するグリアの有効性が明らかになることにより,当分野における新たな発展が見込めるであろう.本研究では,人工グリアニューラルネットワークの提案とその応用に関する研究を行っている.脳に存在するグリア細胞はイオンを介した情報伝達を行っており,ニューロンの働きと密接に関係している.グリアとニューロンの関係は,脳の働きを知る上で重要である.特に,グリアの応用を研究することは,現在まで行われてきた人工ニューラルネットワークの拡張や再評価につながるため非常に有意義である.しかし,現在に至っても積極的に研究が行われておらず,特に,グリアの工学的な応用は,依然として提案されていない.本年は,グリアのイオン濃度伝搬と,シナプス可塑性への寄与に着目し,この二種の特徴を有した3層パーセプトロンの提案を行った.イオン濃度の伝搬では,結合したニューロンから入力を受けたグリアがパルスを発生し,そのパルスが近傍のグリアに伝搬する.さらに,このパルスは,結合したニューロンの内部状態を上昇させる.パルスの発生タイミングにより,ニューロンの状態が変化,結果としてニューロンに対して位置関係を与えることができる.シナプス可塑性への寄与では,グリアがニューロンの学習期間を制御する,学習期間の制御により,ネットワーク全体のニューロンが同時に学習することを抑え,個別に学習を行う.この働きにより,ネットワークが局所解の影響を緩和し,大域的な学習を行うことができる.さらに,拡張モデルとして,グリアを4層パーセプトロンに応用し,グリアがニューロンの位置関係を複数層にわたって伝えるモデルを提案した.

本研究では,各ネットワークにおいて,グリアを結合することによって学習性能が向上することを示した.以上のような人工グリアニューラルネットワークに関する研究は,国内外の学会を合わせて7件の発表を行った.人工グリアニューラルネットワークは,拡張モデルにおいても十分な成果を上げており,今後さらなる発展が期待される.グリアは脳内に存在する細胞であり,ニューロンと共に脳の高次情報処理を支えている.しかし,グリアに関する研究は依然として少なく,特にグリアの応用に関する研究はほとんど例がない.本研究では,脳内におけるグリアとニューロンの関係をモデル化した人工グリアニューラルネットワークの開発を行っている.本モデルは,人工ニューラルネットワークの一種である多層パーセプトロン(MLP)を用いて、その中間層にグリアを結合した。グリアは、結合したニューロンによって励起される.励起されたグリアはパルスを生成し、このパルスは結合したニューロンのしきい値に入力される.さらに,パルスは近傍のグリアを励起することによってネットワーク全体に伝搬される.従来モデルでは,パルス生成パターンがMLPの学習に伴い周期的となる問題があった.本研究では,グリアが励起される頻度により,グリアの不応期間が変化するモデルを提案した.ニューロンからの刺激でグリアの不応期間が動的に変化されることにより,グリア毎に持つ不応期間の長さが異なるってくる.そのため,学習の進行に伴いグリアのパルス生成パターンが徐々に変化する.この働きにより,学習の終盤においてもパルスが効果的に学習を促進する.実際に,シミュレーションにより従来のモデルと比較し提案モデルが優れた学習能力を有することを明らかにした.さらに,グリアが新生ニューロンの結合する位置に深く関わっていることから,人工グリアニューラルネットワークにニューロン新生を取り入れたモデルを提案した.本モデルでは,グリアを励起する頻度が低いニューロンを不活性なニューロンとして取り除き,新生ニューロンを同じ位置へ結合する.その後,他のニューロンと同様に学習を繰り返す.これにより,ネットワークの入出力に寄与するニューロン数が増加し,その結果,ネットワーク全体の学習性能が向上することを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。グリアの持つ特徴から,様々な応用例を提案するとともに,各応用モデルに関して詳細なデータを取り考察を行った.さらに,これらの研究は,国際学会等に採択され評価されている.ただし,依然として提案モデルの定性的な説明が十分に行えていない.この点に関しては,さらなる研究が必要であると考えられる.以上より,当研究は,一部に不十分な点があるもののおおむね順調に進展しているといえる.二種のグリアの特徴を有する新たな人工グリアニューラルネットワークモデルを提案した,さらに,グリアの結合が複数層にまたがるネットワークを提案した.このように,グリアに関する新規の特徴を調査し,ネットワークに取り入れると共に,異なるネットワークへの応用を行っている.新規の特徴の調査や,それらの応用の研究等,様々な提案を行っており,おおむね順調に進展しているといえる.現在まで,提案しているネットワークは,離散時間モデルである。
人工林の荒廃による水流出特性の変化に関する研究

人工林、特にヒノキ一斉林では、樹冠の閉鎖が進むと下層植生が消失し、土壌の表面浸食が起こることが知られている。このような林地では、降雨時に容易に地表流が発生し、土壌浸食が発生するのみならず、ピーク流量が増大するために下流の洪水を引き起こす可能性もある。さらには、土壌の保水能力は低下し、渇水期の流量は減少するであろう。そこで本研究では、水流出特性の変化を明らかにするために、実際に林床が裸地化したヒノキ林において、小流域を複数選定し流出特性について調査を行い、ヒノキ人工林の流出特性に対する影響を評価することを目的とする。調査地域は、三重県大宮町のヒノキ林である。ヒノキ人工林において、施業履歴の異なる林分のなかから、植栽密度および相対照度、林床における被覆の程度を測定し、その状況の異なるプロットを選定する。試験プロットは3カ所設け、降雨・水流出量を自記し、降雨時における水流出を自系列的にとらえた。また、林内からの土砂流出も測定した。その結果、流域のサイズによって、流出率に違いが見られた。また、降雨中のハイドログラフの分離を行ったところ、流出の約40%が降雨起源であることが明らかになり、ヒノキ林の林地においては、降雨が直接流出する割合がかなり高いことが明らかとなった。流域からのCs-137流出量濃度の測定により,表面流起源を示す高い濃度のCs-137が検出され,また,斜面においてCs-137の減少が顕著であることから,表面流出がヒノキ人工林において広範に生じていることが明らかとなった。人工林,特にヒノキ一斉林では,樹冠の閉鎖が進むと下層植生が消失し,土壌の表面侵食が起こることが知られている。このような林地では,降雨時に容易に地表流が発生し、土壌侵食が発生するのみならず,ピーク流量が増大するために下流の洪水を引き起こす可能性もある。さらには,土壌の保水能力は低下し,渇水期の流量は減少するであろう。そこで本研究では,水流出特性の変化を明らかにするために,実際に林床が裸地化したヒノキ人工林において,小流域を複数選定し流出特性について調査を行い,ヒノキ人工林の流出特性に対する影響を評価することを目的とする。調査地域は,三重県大宮町のヒノキ林である。ヒノキ人工林において,施業履歴の異なる林分のなかから、植裁密度および相対照度,林床における被覆の程度を測定し,その状況の異なるプロットを選定する。試験プロットは3ヵ所設け,降雨・水流出量を自記し,降雨時における水流出を時系列的にとらえた。また,林内からの土砂流出も測定した。その結果,流域のサイズによって,流出率に違いがみられた。また,降雨中のハイドログラフの分離を行ったところ,流出の約40%が降雨起源であることが明らかになり,ヒノキ林の林地においては,降雨が直接流出する割合がかなり高いことが明らかとなった。このような林地では、降雨時に容易にに地表流が発生し、土壌浸食が発生するのみならず、ピーク流量が増大するために下流の洪水を引き起こす可能性もある。試験プロットは3カ所設け、降雨・水流出量を自記し、降雨時における水流出を時系列的にとらえた。