hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Fanconi貧血における染色体不安定性とMDS/AML発症の分子機構の解析

(2)固形腫瘍(特に口腔扁平上皮癌など)の高率の合併、(3)細胞の染色体不安定性、(4)mitomycin C(MMC)などへの高感受性を主な特徴とする常染色体劣性遺伝疾患である。遺伝的に異なる8群(A,B,C,D1,D2,E,F,G群)に分類され、このうち6遺伝子(FANCA,C,D2,E,F,G)がクローニングされた。これらの分子は、ゲノム安定性を維持する上に重要な分子経路で共同して作用することが明らかになってきた。私達は、Fanconi貧血(FA)の発症機構の解明と、その知見に基づく新しい診断法の開発、これを使用した患者病態の解析を目的として研究を行っている。発症機構の研究については、特にFA蛋白のひとつであるFANCAの機能解析のために、種々のconstructをFANCA(-)細胞に発現させ、機能との相関の解析を進めている。また、酵母two-hybrid法と免疫沈降法でキナーゼやアダプター蛋白など、いくつかのシグナル伝達関連分子がFANCAと結合することを見出し、その機能的意義を解析中である。一方、診断法として、蛋白解析や、遺伝子導入による表現型補正を解析することにより、異常遺伝子を同定する方法を開発した。また、FA分子の生化学的変化の測定が新しい診断法になりうる可能性を示した。25例の患者検体でFANCA遺伝子の塩基配列を決定し、日本人に特徴的な変異を見出したが、変異の検出率は低いと考えられ、他の方法を組み合わせて遺伝子診断を行うことが必要と考えられた。
新規電位駆動型発動分子を創り、外有毛細胞長伸縮の原理を探る

哺乳類内耳に存在する外有毛細胞は、膜電位に応じて細胞長を伸縮させる生体内圧電アクチュエータとして機能し、音信号を増幅させている。外有毛細胞による電気→運動エネルギー変換効率は、既存の人工圧電素子の約1万倍と非常に高い。この高効率エネルギー変換を担うのはプレスチンという膜タンパク質である。タンパク質の詳細な分子機構解析には遺伝子組換え体の利用が欠かせないが、これまでに活性を保った精製プレスチン遺伝子組換え体は得られておらず、膜電位変化による運動の分子機構は不明であった。本研究ではこのエネルギー変換の仕組みを解明することを目的として、遺伝子操作及び精製可能な新規圧電アクチュエータ分子を創製する。
硬変肝切除後肝再生不良に対する再生促進の試み : 分子生物学的アプローチ

申請者等の研究目的は、肝切除後の肝再生の機序を分子生物学的に明らかにし、続いて、種々の付加が加えられた(肝膵同時切除、硬変肝など)場合の切除後の肝再生不良に対する治療法の開発である。今年度はラットの肝膵同時切除モデルを開発し、70%肝切除に加え、50%の膵切除を付加し、その肝再生について検討した。その結果肝切除のみの群に比べて、大量膵切除を加えると、明らかに肝エネルギーレベルの低下が著しくかつその低下が遷延し、ざらにBrdUによる免疫染色の解析では、S期細胞が明らかに減少しており、肝再生が著しく遅延していることが明らかとなった。また電子顕微鏡により残存肝の超微細構造を検索したところ、膵大量切除を併施した群では、lipid depositが著明であり、更にミトコンドリア膜の破綻を示すと考えられるmyelin figureの像が著明に認められ、肝切除に大量膵切除を付加することにより、ミトコンドリアが物理的に障害され、その結果肝エネルギー産生が低下し、脂質代謝ならびに肝再生が抑制されるとの結果を得た。また一方、血中IL-6が肝切除単独群に比べて、膵切除付加群で優位に高値であることを明らかにし、これらIL-6が肝非実質細胞であるkuppfer細胞をプライミングし、活性化されたkuppfer細胞からのスーパーオキサイドが肝ミトコンドリアを障害しているとの仮説に基づいて、現在、上述の肝膵同時切除モデルにおいて、kuppfer細胞の活性化抑制作用を有するGadolinium chlorideを投与し肝再生の機序にいかなる変化が生じるかを、検討しているところである。その結果肝切除のみの群に比べて、大量膵切除を加えると、明らかに肝エネルギーレベルの低下が著しくかつその低下が遷延し、さらにBrdUによる免疫染色の解析では、S期細胞が明らかに減少しており、肝再生が著しく遅延していることが明らかとなった。

また電子顕微鏡により残存肝の超微細構造を検索したところ、膵大量切除を併施した群では、lipid depositが著明であり、更にミトコンドリア膜の破綻を示すと考えられるmyelin figureの像が著明に認められ、肝切除に大量膵切除を付加することにより、ミトコンドリアが物理的に障害され、その結果肝エネルギー産生が低下し、脂質代謝ならびに肝再生が抑制されるとの結果を得た。また一方、血中IL-6が肝切除単独群に比べて、膵切除付加群で優位に高値であることを明らかにし、これらIL-6が肝非実質細胞であるkuppfer細胞をプライミングし、活性化されたkuppfer細胞からのスーパーオキサイドが肝ミトコンドリアを障害しているとの仮説に基づいて、現在、上述の肝膵同時切除モデルにおいて、kuppfer細胞の活性化抑制作用を有するGadolinium chlorideを投与し肝再生の機序にいかなる変化が生じるかを、検討しているところである。
核小体低分子RNAを基盤とした遺伝子発現制御方法の開発

標的メッセンジャーRNA(mRNA)の各ヌクレオチドを化学修飾する核小体低分子RNA(snoRNA)ライブラリーと細胞スクリーニングを用いて、「生体内で標的タンパク質発現を抑制する人工snoRNA」を構築する方法論の開発を行った。結果、本方法論により得られたsnoRNAは、標的タンパク質発現をわずかに抑制した。また、開始コドンを標的とするsnoRNAがタンパク質発現抑制効果も持つという興味深い結果を得た。本研究は、標的メッセンジャーRNA(mRNA)の各ヌクレオチドを化学修飾する核小体低分子RNA(snoRNA)ライブラリーを作製し、「生体内で標的タンパク質発現を抑制する人工snoRNA」を構築する方法論の開発を目的とした。平成24年度は、前年度に構築した「細胞内で緑色蛍光タンパク質(GFP) mRNA上のあらゆるヌクレオチドを2'-O-メチル化修飾可能なsnoRNA発現プラスミドライブラリー」と、「GFP-チミジンキナーゼ(TK)融合タンパク質を恒常的に発現する細胞」を用いて、細胞内で標的タンパク質発現を抑制するsnoRNAのスクリーニングを行った。細胞スクリーニングは、1snoRNA発現プラスミドライブラリーの細胞導入、2ガンシクロビル(GCV)存在下での培養、3生存細胞からのプラスミド回収、4獲得プラスミドの増幅によるプラスミドライブラリーの再構築、の課程を繰り返し行った。3回選択後のプラスミドライブラリーのDNA塩基配列解析を行った結果、GFP mRNA上の開始コドン(AUG)のAまたはGを標的するsnoRNA(snoST1、snoST3)が得られた。上記snoRNAをスクリーニングに用いた細胞に形質導入し、GCV存在下での生存細胞数を算出した結果、コントロールと比較してsnoST3発現細胞は、わずかに生存割合が上昇した。また、snoST1、snoST3のGFP-TKタンパク質発現抑制効果をウェスタンブロッティングにより確認した。以上の結果より、本研究で開発した細胞スクリーニングにより、細胞内で標的タンパク質発現を抑制する人工snoRNAが構築できることを明らかにした。タンパク質発現抑制が2'-O-メチル化修飾によるものかどうかは不明であるが、本研究により、開始コドンを標的とするsnoRNAがタンパク質発現を抑制するという興味深い結果が得られた。本研究は、標的メッセンジャーRNA(mRNA)の各ヌクレオチドを化学修飾する核小体低分子RNA(snoRNA)ライブラリーを作製し、「生体内で標的タンパク質発現を抑制する人工snoRNA」を構築する方法論の開発を目的としている。平成23年度は、細胞内で標的タンパク質発現を抑制するsnoRNA同定方法論を開発するため、蛍光強度で発現量を検出可能な緑色蛍光タンパク質(GFP)を標的タンパク質とした。まず、細胞内でGFP mRNAの各ヌクレオチドを2'-O-メチル化修飾するように、boxC/D型snoRNAの標的認識配列を多様化した「snoRNA発現プラスミドライブラリー」を作製した。その際、基盤となるsnoRNAとしてU20(SNORD20)RNAを用い、U20 RNA発現プラスミドを構築した後、標的認識配列をGFP DNA配列を断片化したGFP DNAライブラリーに置換した。この方法により、細胞内でGFP mRNAあらゆるヌクレオチドをメチル化可能なsnoRNA発現プラスミドライブラリーを構築した。一方で、チミジンキナーゼ(TK)を発現する細胞に、ガンシクロビル(GCV)を加えると、DNA合成が阻害され死滅することを応用したスクリーニング方法を確立するため、同一mRNAにコードされるGFP-TK融合タンパク質(GFP-TK)を発現する細胞を構築した。樹立したGFP-TKを恒常的に発現する複数の細胞株を用いて、各細胞が死滅するGCV濃度を決定した。これまでに、「細胞内でGFP mRNA上のあらゆるヌクレオチドを2'-O-メチル化修飾可能なsnoRNA発現プラスミドライブラリー」と「GFP-TK融合タンパク質を恒常的に発現する細胞」を構築することに成功し、次段階のタンパク質発現を抑制する人工snoRNAのスクリーニングを行うための準備が整った。平成23年度は、細胞内で標的遺伝子発現を抑制するsnoRNAのスクリーニング方法を開発するため、(1)細胞内で標的mRNAの各ヌクレオチドを2'-O-メチル化修飾可能なsnoRNAを発現する「snoRNA発現プラスミドライブラリー」を作製すること及び、(2)「GFPにチミジンキナーゼを融合したタンパク質を恒常的に発現する細胞株」を構築することを達成目標としていた。(1)では、まず、GFP DNAを酵素反応によりある一定の長さに断片化したGFP DNA断片化ライブラリーを作製した。同時に、基盤となるsnoRNAであるU20 snoRNAを細胞内で発現するプラスミドDNAを構築するため、U20 snoRNAがコードされているヒトヌクレオリンDNAをクローニングし、哺乳細胞発現用ベクターに導入した。得られたU20 snoRNA発現プラスミドから、標的認識領域のみを抜き出し、先に得られたGFP DNA断片化ライブラリーと置換することにより、GFP mRNAを標的とするsnoRNA発現プラミドライブラリーの構築に成功した。(2)では、GFP-TK融合タンパク質を恒常的に発現する細胞を樹立するため、GFP及びTKをリンカー配列を介して連結したGFP-TKタンパク質発現プラスミドを構築した。

得られた発現プラスミドをHEK293細胞に形質導入し、薬剤耐性によりGFP-TKタンパク質を恒常的に発現する細胞株の樹立に成功した。また、樹立した細胞が、蛍光を発すること及びGCV投与で細胞死が誘導されることを明らかにした。以上の結果より、平成23年度における目標(1)と(2)を達成することができたため、本研究の進行状況は申請時の予定通りである。平成24年度は、平成23年度に得られた「細胞内でGFP mRNA上のあらゆるヌクレオチドを2'-O-メチル化修飾可能なsnoRNA発現プラスミドライブラリー」と「GFP-TK融合タンパク質を恒常的に発現する細胞」を用いて、「細胞内でGFP-TK融合タンパク質の発現を抑制するsnoRNAのスリーニング方法」を開発する。最終的に、人工的に構築したsnoRNAによる遺伝子発現制御が可能であるかを検証する。研究は以下の方法に従い遂行する。(1)GFP-TK発現細胞に、snoRNA発現プラスミドライブラリーを遺伝子導入し、(2)培地中に細胞が死滅する濃度のGCVを添加し、培養を続ける。snoRNAを発現しないプラスミドDNAを遺伝子導入した細胞が死滅し始めたところで、snoRNAライブラリーを導入した細胞群から死滅した細胞を除去し、生存細胞を回収する。回収した細胞からDNAを抽出し、PCRによりsnoRNA配列を増幅する。(4)増幅したDNAを細胞内発現ベクターに再度クローニングし、snoRNA発現プラスミドライブラリーを再構築する。(1)から(4)までの一連の操作を繰り返すことにより、GFP-TK発現を抑制するsnoRNAを濃縮する。最後に、(4)で増幅したDNAの配列解析を行い、snoRNA配列を決定する。上記スクリーニングにより同定したsnoRNAの細胞内発現プラスミドを構築し、GFP発現抑制効果を蛍光強度測定により評価し、タンパク質発現を抑制するGFP mRNA上2'-O-メチル化修飾部位を決定する。標的タンパク質発現抑制効果を示す最適な発現条件を決定し、人工的に構築したsnoRNAを基盤とした遺伝子発現抑制能を評価する。現有の研究設備を利用しながら、平成24年度の研究を遂行するため、以下の研究経費使用を計画している。研究費は、(1)研究を円滑に遂行するための材料費・消耗品費及び、(2)研究遂行に必要な情報収集と研究成果の発表に関わる経費(旅費、論文投稿費)に使用する予定である。具体的な材料・消耗品として、DNA合成酵素、DNA修飾酵素、DNA配列解析用試薬、DNA精製用カラム、オリゴDNA合成、RNA合成酵素、細胞培養用試薬、細胞培養用器具、電気泳動用試薬を使用する。また、細胞スクリーニング及び分子生物学・生化学的実験を効率よく行うために、電気泳動装置が必要である。平成24年度は細胞スクリーニングとDNA塩基
日々の患者状態データを用いた診療・ケアの質評価と看護業務マネジメント手法の開発

本研究は、重症度、医療・看護必要度(以下、看護必要度)データをはじめとしたDPCデータを多施設から収集し、「1日々の患者状態の可視化を通じて患者像を解明し診療・ケアの質を評価すること」および「2新たな看護業務マネジメント手法を開発すること」を目的とした研究である。研究2年目にあたる当該年度は、2016年10月から2017年3月までの間に一般病棟(看護配置7:1もしくは10:1)に入院した患者(明らかに15歳未満の症例は除外)を対象に、以下の分析を実施した。なお退院日のデータは分析対象から除外した。1)入院患者全体を対象とした1A、B、C項目に関するそれぞれの詳細項目の状況、2看護必要度の基準を満たす患者割合(入院相対日別の推移、曜日別・暦日の状況)に関する分析2)自宅等への生存退院患者を対象とした退院前数日間の看護必要度の状況(推移)に関する分析その結果、以下のようなことが明らかとなった。入院患者全体を対象とした分析において、A項目については、「心電図モニターの管理」が最も高い実施状況(20%強)であり、ついで「呼吸ケア」、「創傷処置」の割合が高かった。一方、「専門的な治療・処置」はすべて10%未満と低い実施状況であり、特に「抗不整脈剤の使用(注射剤のみ)」、「昇圧剤の使用(注射剤のみ)」、「無菌治療室での治療」の実施状況は1%未満と低かった。B項目については、「衣服の着脱」、「寝返り」、「移乗」、「口腔清潔」、「食事摂取」について、それぞれ少なくとも3割を超える患者が介助を必要としている状況であった。看護必要度の基準を満たす患者割合(入院相対日別)については、入院初期に高く(入院2日目が最も高く)、その後徐々に低くなり、また高くなるように推移していた。看護必要度の基準を満たす患者割合(曜日別)については、平日が高く(金曜日が最も高く)、休日は低い傾向であった。当初の予定通り、構築した大規模データベースを用いて入院患者像の把握が進むとともに、研究成果の一部に関して医療・看護の質評価やマネジメント領域の雑誌での論文発表、および関連する国内・国際学会での学会報告を実施できたため。今後は、今年度に引き続き、以下を実施する予定である。1最新のデータを病院から収集し、解析用データベースのデータを更新する。2再構築した解析用の大規模データベースを用いて、「患者像の解明および診療・ケアの質評価」、ならびに「看護業務マネジメント手法の開発」を実施する。3医療・看護の質評価やマネジメント領域の雑誌での論文発表、および関連する国内・国際学会での学会報告を実施する。本研究は、重症度、医療・看護必要度(以下、看護必要度)データをはじめとしたDPCデータを多施設(1,000施設超)から収集し、「1日々の患者状態の可視化を通じて患者像を解明し診療・ケアの質を評価すること」および「2新たな看護業務マネジメント手法(指標およびその活用方法)を開発すること」を目的とした研究である。研究の初年度にあたる当該年度は、まず研究実施にあたり、倫理委員会から研究実施の許可を得た。その後、全国の急性期病院に対して、研究目的の説明、参加の依頼、同意の取得、守秘義務契約の締結等を文書で行い、病院からデータを収集後、分析用の大規模データベースを構築した。収集されたデータは2016年10月2017年3月の間に入院実績のある患者であり、2,154,629症例(延べ41,506,080人日)であった。そのうち、データに不備があった症例を除き、一般病棟の入院患者2,109,468症例(延べ38,900,372人日)について分析したところ、看護必要度の基準を満たした患者は、延べ8,231,074人日(全体の21.2%)であった。基準を満たしたもののうち、「1A項目2点とB項目3点」のみで基準を満たしたものは3,026,745人日(基準を満たしたものの36.8%)、「2A項目3点」のみは419,579人日(5.1%)、「3C項目1点以上」のみは1,596,732人日(19.4%)であった。1、2、3すべての基準を満たしていたものは616,882人日(7.5%)であった。また、看護業務マネジメント手法の開発に関しては、看護必要度データに基づく看護師の人員配置に関する指標の開発を試みた。その際、看護必要度データのみによる指標算出の限界やその限界への対応方法についての検討も実施した。分析用の大規模データベース構築に関しては、多施設からのデータ収集等が想定以上にスムーズに進み、今年度のうちにデータの概要に関する分析等にも着手できたため、当初の予定より進展しているものの、他の実施状況に関してはおおむね計画通りであるため。

なお退院日のデータは分析対象から除外した。1)入院患者全体を対象とした1A、B、C項目に関するそれぞれの詳細項目の状況、2看護必要度の基準を満たす患者割合(入院相対日別の推移、曜日別・暦日の状況)に関する分析2)自宅等への生存退院患者を対象とした退院前数日間の看護必要度の状況(推移)に関する分析その結果、以下のようなことが明らかとなった。入院患者全体を対象とした分析において、A項目については、「心電図モニターの管理」が最も高い実施状況(20%強)であり、ついで「呼吸ケア」、「創傷処置」の割合が高かった。一方、「専門的な治療・処置」はすべて10%未満と低い実施状況であり、特に「抗不整脈剤の使用(注射剤のみ)」、「昇圧剤の使用(注射剤のみ)」、「無菌治療室での治療」の実施状況は1%未満と低かった。B項目については、「衣服の着脱」、「寝返り」、「移乗」、「口腔清潔」、「食事摂取」について、それぞれ少なくとも3割を超える患者が介助を必要としている状況であった。看護必要度の基準を満たす患者割合(入院相対日別)については、入院初期に高く(入院2日目が最も高く)、その後徐々に低くなり、また高くなるように推移していた。看護必要度の基準を満たす患者割合(曜日別)については、平日が高く(金曜日が最も高く)、休日は低い傾向であった。当初の予定通り、構築した大規模データベースを用いて入院患者像の把握が進むとともに、研究成果の一部に関して医療・看護の質評価やマネジメント領域の雑誌での論文発表、および関連する国内・国際学会での学会報告を実施できたため。今後は以下にて研究を遂行する予定である。1初年度に構築した大規模データベースを用いて、「患者の解明および診療・ケアの質評価」および「看護業務マネジメント手法の開発」を実施する。2解析結果に基づき、追加解析や解析項目・方法の変更を実施する。(解析用データベースに関しては、毎年度最新のデータを加えながら構築する。)3医療・看護の質評価やマネジメント領域の国内外の雑誌での論文発表、および関連する国内・国際学会での学会報告を実施する。今後は、今年度に引き続き、以下を実施する予定である。1最新のデータを病院から収集し、解析用データベースのデータを更新する。2再構築した解析用の大規模データベースを用いて、「患者像の解明および診療・ケアの質評価」、ならびに「看護業務マネジメント手法の開発」を実施する。3医療・看護の質評価やマネジメント領域の雑誌での論文発表、および関連する国内・国際学会での学会報告を実施する。
溶融金属からの凝固相内偏析構造設計に関する研究

円筒状の電気炉を用いてZn-Sn系共晶合金の亜共晶融液を作成した。上部より温度制御可能な冷却体を融液に接触させ、冷却体下面に2cmほどの凝固層を生成させた。冷却体下面には5mm間隔で熱電対を設置し、凝固過程中の温度計測を行った。共晶温度の位置が凝固面であると仮定して、凝固速度を算出した。また、各鉛直位置におけるデンドレイトのアーム間隔と凝固速度との間に良好な相関関係が得られた。これにより、温度制御される冷却面を用いて、凝固層の微小組織構造の設計が可能であることを明らかにした。当初は鉛ー錫系共晶合金融液を用いた凝固実験を計画したが、鉛の有する毒性を考慮して、やはり低い融点を有する錫ー亜鉛系の2元共晶合金系を用いて実験を行うこととした。実験装置は直径15cm、深さ15cmの電気炉内に、SUS304のるつぼを置き、るつぼ内で6.8%の組成を有する錫ー亜鉛の融液をつくった。これに上方より、銅製の円盤状の冷却面を接触させて凝固層を形成させた。凝固層が1cm程度になったときに冷却盤を引き上げて凝固層を回収した。凝固速度は、冷却盤に取り付けられている熱流束計を参考にして、冷却盤内を流れる冷却水流量を調節することにより変化させた。しかし、一般にこの方法による凝固速度は極めて大きく形成された固層内に多数の微小な巣がみられる場合が多かった。今後冷却面の冷却方法を改善する必要がある。形成された固層から一辺が5mm程度の薄い組織観察用飼料片を作成し、これらを光学顕微鏡を用いて観察した。組織は一般に錫の初晶と共晶組織が混じったものであった。しかし凝固終了時の凝固速度が比較的小さいときは、共晶組織の割合が凝固開始時の50%から70%に増加しているのが認められた。これは、凝固終了時の固液界面近傍融液内の亜鉛濃度が増加した為であると思われる。X線蛍光分析装置による成分の濃度についての詳しい解析は行ってないが、共晶組織の割合が大きくなったことは亜鉛の成分が多くなったことを意味していると思われる。本研究の目的は、冷却面温度あるいは冷却の熱流束を能動的に制御することにより、固液界面の成長速度を制御し、生成される固相組織の様々な変様について主に実験的に研究することである。研究対象の合金として、当初予定していたPb-Sn系ではなく、Zn-Sn系を用いることとした。これはPbのもっている毒性を避けるためである。Zn-Sn系は、低融点(200数十°C)であり、共晶系の合金であるなど、Pb-Sn系ときわめて酷似した物理特性を有している。昨年度実施した実験では、水冷されている冷却面をるつぼ内の融液に接触させて凝固を進行させた。初期温度差が200°C以上あるため、巣が多数発生し、初期の5mm厚さまでの間にこの巣が数多く見られた。これをなくすため、本年度においては冷却ディスクを銅から熱伝導率の小さいステンレスに変更し、初期の冷却速度を減少させた。これにより、巣の発生が抑えられたことが確認された。また、昨年度は光学顕微鏡による組織観察により、生成された固相内でのデンドライト状の共晶組織の量により組成の変化を類推していた。このため組成変化を正確に見積もることができなかった。そこで本年度はX線蛍光分析装置を用いて、固相の各位置から切り出された5mm四方の試験片内の組成を定量的に計測した。その結果、冷却面位置から成長方向に離れるに従い、一度Zn濃度が減衰が減衰し、再び上昇する傾向を認めた。この原因はまだ不明である。本研究の目的は、溶融合金金属を冷却面と接触させて、冷却面温度または冷却面における熱流束を変化させ、固層の生成速度を能動的に変化させることにより、生成される固層の組織変化と組成の変化がどのように形成されるかを明らかにするものである。冷却面で凝固が進行中も溶融金属は電気炉により加熱され続けるため、溶融金属内には活発な熱対流が期待できる。そのため、固相成長に伴う溶質の排出や吸収は、活発な熱対流により撹拌、拡散される。したがって、溶融合金は凝固初期において近似的に一様な組成を維持していると考えられる。そのため、生成固相の組織や組成をきめる際には固相の生成速度が唯一の制御パラメータとなり、この制御を冷却面での熱流束制御により達成しようとするのが本研究の主な趣旨である。本研究においてはZn-Sn系の共晶合金を用いて実験を実施した。これまでの実験では冷却面の温度制御が迅速に行えなかったため、生成固層内での組織と組成変化が明確に表れなかった。そのため、今年度においては、冷却面の材料をジュラルミンに変更し、冷却面自身の持っている熱容量を小さくすることにより改善した。また、初期においては冷却水を流さず、途中から冷却水を流すなどの工夫を行った。その結果、共晶組成に近いデンドライトのアーム間隔と凝固速度との間に良い相関があることが確かめられた。ただし、凝固速度は目視することができないため、共晶温度となったところが凝固界面位置であるという過程に基づいた。

これは冷却面を瞬時に引き上げたり、融液を瞬時に抜いたりして今後確認する必要がある。円筒状の電気炉を用いてZn-Sn系共晶合金の亜共晶融液を作成した。上部より温度制御可能な冷却体を融液に接触させ、冷却体下面に2cmほどの凝固層を生成させた。冷却体下面には5mm間隔で熱電対を設置し、凝固過程中の温度計測を行った。共晶温度の位置が凝固面であると仮定して、凝固速度を算出した。また、各鉛直位置におけるデンドレイトのアーム間隔と凝固速度との間に良好な相関関係が得られた。これにより、温度制御される冷却面を用いて、凝固層の微小組織構造の設計が可能であることを明らかにした。達成度は40%と判断する。主な理由は以下のとおりである。実験において、冷却面温度の制御が難しく、当初意図したような冷却水の流量調節による連続的な冷却面温度制御が難しいことが明らかとなった。とくに、凝固初期における温度差が大きくなりすぎ、多数の巣の発生を招いた。これを修正するために、冷却面をステンレスに変更して実験したが、今度は熱伝導率が小さすぎるためか、凝固速度を変化させることが難しくなった。また、実験に手間取ってしまい、数値モデルの検討が進んでいない。機械工学凝固速度を連続的に変化させることがこの研究の主眼である。そのため、冷却面温度を連続的に変化させ、固液界面での熱流束を連続的に変動させなければならない。その制御が実際にはなかなか難しいことが分かった。今後は、初期の巣の発生はそのままにし、ある程度凝固速度が定まってからの制御のみを行うことにする。すなわち、巣の多い凝固初期の厚さ数ミリメートルは、測定対象とはせず、比較的安定した凝固速度となるその後の固相のみを対象として、そこでの組織、組成の変動を制御することを試みる。初年度の大きな目的は金属材料を凝固させる実験装置の製作であり、この目的は達成されたと考えられる。しかし、凝固速度が当初考えていたよりも大きく、もっと微妙な冷却速度が制御できるように改良する必要がある。また、X線蛍光分析装置による成分分析が行うことができなかった。最も大きな課題は冷却盤を用いた冷却面による冷却速度の制御をどのように行うかである。現在考えているのは、冷却盤にヒータを取り付け、冷却水による冷却を行いながら、ヒータに投入する電力を制御しようとするものである。冷却盤を新たに設計製作し、この方法による凝固実験を今後検討する。
時間依存密度汎関数法による発光材料解析技術の開発とその応用

空間・実時間での時間依存密度汎関数法の能力を最大限に引き出し、有機材料の特徴を生かした発光材料開発のシミュレーションを可能とすることを目的に、実時間・実空間のTDDFTの京をはじめとする大型計算機で計算技術の開発を行った.地球シミュレータで実績のあるMPI並列化技術を基盤としたMPI+OpenMPハイブリッド技術をベースに、計算機アーキテクチャに合わせた実装を行い最適化した.その結果、計算時間比にして37%の改善を見ることができた。また時間発展を行うための手法の改良を進めると同時に、時系列データの処理技術の開発や、他のプログラムとの連携が取れるようにすることで、実用的な技術に仕上がった.実空間・実時間での時間依存密度汎関数法の能力を最大限に引き出すことを目的に、並列化効率の向上を行った。ベースとなるプログラムはMPIによる空間分割に基づく並列化である。当初のコードの改良は小規模なマシンにより実効性を確認し、大規模並列計算は「京」により32×4×4のMPI分割およびOpenMPにより512ノード(4096コア)まで行うことが可能となった。並列化の実施にあたり採用した解析対象は、典型的な高分子有機LED材料であるフルオレン(FL)一本鎖モデルである。並列化の効率向上のために行った手順と内容は次の通りである。まずMPIのみの並列化をOpenMPとMPIのハイブリッド並列化に変更した。この並列化と並行してホットスポットの特定を行い、時間発展部のハミルトニアンと波動関数の積を作る箇所であることを確認し、ここに並列化のための改良を集中した。OpenMPばかりでなく自動並列化も併用すること、3次元的な分割による方向性を考慮したMPIのマッピング指定、配列のゼロクリアの除去により、29%の実行時間の削減ができた。さらにMPI通信の隠蔽方法の改良および配列コピーの削減と効率化により、実行時間を計38%削減させることに成功した。実際この並列化によりFL40量体の解析が可能となった。我々がこれまで実施したことがなかった30nmを超えるサイズの直鎖状FL高分子モデルにおける第一原理吸収スペクトル計算が、初めて可能となった。高分子モデルに含まれるFLの分子の数を2、10、20、40量体と増やすことで高分子鎖を長くした時の吸収スペクトルを計算した結果、最も長波長側の吸収ピークの位置は、鎖長が伸びるにつれて長波長シフトするが、10量体以上でほぼ同じピーク波長を示す結果を得た。これは高分子鎖のモデル化に有用な知見と考えている。実空間・実時間での時間依存密度汎関数法の能力を最大限に引き出すことを目的に、並列化効率の向上を行った。分光学的な観点から計算結果を有効に引き出すための検討も並行して実施した。前年度までに大型計算機での最適化および並列化については、京を用いて基本的な最適化および並列化作業をさらに進めた。一部については昨年の報告書に記載した通りであるが、高い効率が得られている。H26年度は特に京の特徴を生かすSector CacheおよびMPI通信の隠蔽についてさらに改良を加えた。また計算対象などは研究協力者からのフィードバックを得ることができ、京の320ノードまでは非常に高い並列性を得ることができた。128ノードを基準としてみると約1.7倍の性能向上が得られている。チューニングされた同プログラムを一般的な大型機に導入しその効果も確認した。128ノード(ノードあたり8コア)システムで実行させても、従来より数割の高性能化が得られたという報告を研究協力者より受けている。チューニングを行った点が普遍的な内容であり、応用が利く点が多いことが実証されたといえる。実務におけるフィードバックによる改良では、計算系が大きくなるため電子状態解析の初期データについては、別途用意しておくことで計算初期を効率的に進める方針をたて現在作業中である。構造最適化についても機能は導入済みであるが実務上、別途用意する形が望まれており、今後並列線形性が保たれる範囲で実施可能か研究協力者と実証をすすめている。電荷移動に伴い発生する双極子モーメントの時間的変化を解析するために、MEMを用いて効率的に計算する手法を開発した。通常FTを用いるがMEMを用いることと、時系列データを多数繰り返して利用することで実質的な時系列データを多くとることができる。特に低エネルギー側でのスペクトルの収集に非常に有効である。実空間・実時間での時間依存密度汎関数法の能力を最大限に引き出すことが可能となるように、前年度までに行ったプログラムの効率を更に向上させる検討を行った。特に分光学的な観点から計算結果を有効に引き出すための改良を行い、実務遂行上発生する大型計算での課題を洗い出した。また実務からのフィードバックを得て、プログラム開発の修正や改良に繋げることができた。SCF計算の収束アルゴリズムの堅牢化のため、原子の電荷密度の重ね合わせを行い電荷密度の予測値を初期値に用いることで収束回数を減した。また、他のプログラムとの連携を取るため、上記同様に初期値として他の簡便なプログラムから得られた電荷密度を取り入れる改良を行った。また、計算途中において発生する大容量中間データファイル作成の不具合や、並列計算でのデータサイズが2GBを超えるファイルの取扱い時に発生していたMPI計算上のトラブルを、データを分割した上でMPI処理を行うことにより解消し、実務への影響を低減した。これらの改良により、大きな解析系での計算が可能な他の簡便なプログラムを用い概要を計算し、詳細な解析が必要な箇所を特定し、我々のプログラムで高精度の計算を行うという連携計算が可能となっている。

スペクトル解析における改良も大きく進展した。昨年度までに、時系列データを多数繰り返して利用することで実質的な時系列データを多く得ることにより特に低エネルギー側でのスペクトル情報の収集に非常に有効であるということを発見し、これを使った技術を開発し実務計算に適用していた。しかし人工的な周期により発生する精度上の課題が残っていた。これを解決するために、探索するスペクトル領域に対応した位相を導入する技術を考案した。その結果、発光や吸収に関わる低エネルギー側のスペクトルの探索が正確かつ的確に行えるようになった。空間・実時間での時間依存密度汎関数法の能力を最大限に引き出し、有機材料の特徴を生かした発光材料開発のシミュレーションを可能とすることを目的に、実時間・実空間のTDDFTの京をはじめとする大型計算機で計算技術の開発を行った.地球シミュレータで実績のあるMPI並列化技術を基盤としたMPI+OpenMPハイブリッド技術をベースに、計算機アーキテクチャに合わせた実装を行い最適化した.その結果、計算時間比にして37%の改善を見ることができた。また時間発展を行うための手法の改良を進めると同時に、時系列データの処理技術の開発や、他のプログラムとの連携が取れるようにすることで、実用的な技術に仕上がった.H25年度の計画は前年度に確認された手法および仕様に基づき大型機での実装をすることであり、次の2つの項目を挙げていた。「1大型計算機での最適化および高度並列化の検討、および2部分的実証および実務からのフィードバックの取込による改良」である。区分を(1)とした理由は以下の通りである。項目1については前年度までに決定した並列化手法により、京にてそのアーキテクチャの構造を生かした並列化を進めることができた。また得られた成果であるチューニングされたプログラムは一般的な大型計算機でもその効果を検証している。項目2については研究協力者によるフィードバックもあり、実務で用いられるサイズ、原子数など有効な情報提供をいただき、チューニングの成果を検証するのに役立った。今後とも実務に役立てることができるプログラムに仕上げるため、研究協力者との打ち合わせを更に密に行っていく予定である。また同プログラムを用いて効率的な時間発展の結果として得られたデータの有効な利用手法の開発を行うこともできた。なお成果については共同で学会発表および論文投稿を行っている。以上の進捗状況により達成度を区分(1)とした。計算材料科学H26年度までに、高度並列化のための手法を確認し、それに基づき大型機での実装を行うことができた.特に、高度並列化と高効率化は計画以上に進み、同プログラム上で効率的な時間発展の手法の開発も進めることができた.これらを用い応用展開することが今後の大きな課題である.また実務に適した解析が進められるように、研究協力者との打ち合わせを更に密に進め、実務上の課題の抽出と、その課題の解決に努める.H25年度の計画は小規模なサイズでアイデアを試すと同時に大型機での並列化を実施することであり、具体的計画として次の3つの項目を挙げていた。
ドローンを用いた大規模災害時臨時無線ネットワークにおける情報伝送の低遅延化

本研究では大規模災害時における臨時通信システムとして,ドローンを用いて上空に無線ネットワークを構築することを検討する.上空にネットワークを構築することで,ドローン間やドローンと地上ユーザ端末間の見通しを確保し,無線通信路の安定化を図ることができる.しかし,大規模災害時には十分な台数のドローンを確保できず,そのことが遅延時間の増加につながるなど,いくつかの課題がある.そこで本研究では,(i)飛行パターンの検討,(ii)バッテリ切れによるドローンの離脱の考慮,(iii)ドローンの飛行に伴う機体の傾きによる通信路への影響の考慮に取り組むことで,情報伝送の低遅延化を図ることを目的とする.本研究では大規模災害時における臨時通信システムとして,ドローンを用いて上空に無線ネットワークを構築することを検討する.上空にネットワークを構築することで,ドローン間やドローンと地上ユーザ端末間の見通しを確保し,無線通信路の安定化を図ることができる.しかし,大規模災害時には十分な台数のドローンを確保できず,そのことが遅延時間の増加につながるなど,いくつかの課題がある.そこで本研究では,(i)飛行パターンの検討,(ii)バッテリ切れによるドローンの離脱の考慮,(iii)ドローンの飛行に伴う機体の傾きによる通信路への影響の考慮に取り組むことで,情報伝送の低遅延化を図ることを目的とする.
口腔粘膜の炎症性疾患に対する半夏瀉心湯含嗽液と粘膜保護剤による併用療法の開発

口腔粘膜炎に対する漢方薬、半夏瀉心湯と粘膜保護剤エピシルの併用によって相乗効果を引き出せるか、また、他の口腔粘膜の炎症性病変の治療にも応用できるかを下記3種の研究により検討する。1ラットの口内炎モデルを用いた基礎研究2頭頸部癌化学放射線療法中の患者に対する臨床研究3口腔扁平苔癬に対する臨床研究口腔粘膜炎に対する漢方薬、半夏瀉心湯と粘膜保護剤エピシルの併用によって相乗効果を引き出せるか、また、他の口腔粘膜の炎症性病変の治療にも応用できるかを下記3種の研究により検討する。1ラットの口内炎モデルを用いた基礎研究2頭頸部癌化学放射線療法中の患者に対する臨床研究3口腔扁平苔癬に対する臨床研究
Lyapunov指数の一般化と非平衡非定常現象への応用

よく知られているように、花粉の微粒子は、水面上を不規則に動き、拡散する。通常の拡散では、平均2乗変位が時間に対して線形に増大し、その比例係数(拡散係数)で拡散が特徴づけられる。本研究では、非平衡非定常現象の中でも特に異常拡散(平均2乗変位が線形に増大しない拡散)の数理的な側面に注目し、異常拡散を示す粒子の動きを1次元の写像力学系によりモデル化し、拡散を特徴付ける長時間平均量に関する分布極限定理(無限測度エルゴード理論)を示した。これらの結果により、一分子測定による実験で見られるような拡散係数の大きな揺らぎは無限測度エルゴード理論と関係する事が明らかになった。平成22年度は、1.無限測度を持つ1次元写像における力学的不安定性の特徴付け,2.決定論的遅い拡散における無限測度の役割,3.disorderのある連続時間ランダムウォーク(CTRW)における輸送係数の本質的な揺らぎ、を明らかにした。1.カオス性の強さを表すリアプノブ指数を弱いカオス性にも適当できるように一般化し、グローバルな不安定性とローカルな不安定性のペアを提案し、力学的不安定性を統一的に特徴づける事に成功した。この結果は学術誌Chaosに出版され、大きなインパクトを与えた。(最も多くダウンロードされた論文の一つに選ばれた。)2.遅い決定論的拡散では、長時間平均で定義された拡散係数がミッタク・レフラー分布(ML分布)に法則収束する、つまり、拡散係数が軌道毎に異なりランダムになるが、その分布関数は普遍的な分布関数(ML分布)に収束する事を無限測度エルゴード理論により示した。この結果は、Phys.Rev.Eに掲載され、遅い拡散過程における無限測度の役割を明らかにし、非平衡統計力学の新たな展開を開きつつある。3.CTRWはランダムウォーカーが次に動くまでの時間が確率変数となっているランダムウォークである。トラップ時間分布の平均値が発散するとき、CTRWにおける平均2乗変位は遅い拡散を示す。細胞内のモデルでは、トラップ時間は独立同一分布ではなく、各格子点に対して固定された時間の待ち時間を持つ。通常のCTRWでは長時間平均で定義された拡散係数が本質的にランダムになり、ML分布に収束する事が知られているが、このモデルでも拡散係数はランダムとなり、特に1次元では、拡散係数の分布が、修正されたML分布になることがわかった。この結果は、Phys.Rev.Eに掲載され、細胞内輸送における拡散係数のランダム性の起源を与えるものとなった。本研究では、微視的な力学系における観測関数の長時間平均を基にして、巨視的な観測量が本質的に揺らぐ非平衡現象の基礎付けを行い、エルゴード性の非平衡状態への拡張を目指している。平成23年度では、単一軌道の長時間平均を基にして、異常拡散(遅い拡散と速い拡散)における外場に対する応答理論について無限測度エルゴード理論を用いて明らかにした。具体的には、以下の二つの成果が得られた。1.遅い拡散における単一軌道を基にしたアインシュタインの関係の拡張、2.速い拡散における外場に対する応答が分布として現れる事を示した。1では、トラップ時間がベキ分布に従う1次元ランダムウォークの力学系モデルにおいて、右左のジャンプ確率に非対称性を入れた(バイアスのある)ものを考えた。このモデルを用い、単一軌道毎に、バイアスがないときの拡散係数とバイアスがあるときのドリフトの大きさに関する関係式(アインシュタインの関係)を明らかにした。単一軌道から得られる拡散係数は、本質的にランダムになるため、通常のアインシュタインの関係は成立しないが、リアプノブ指数で割った輸送係数(拡散係数とドリフトの大きさ)に関して拡張されたアインシュタインの関係が成立する事を示した。この結果は、Phys.Rev.Eに掲載された。2では、一方向に弾道的に動く時間がベキ分布に従うランダムウォーク(レビィウォーク)の力学系モデルを用いて、右左のジャンプ確率に非対称性を入れたときの応答(外場に対する応答)を調べた。遅い拡散では、長時間平均で定義された拡散係数が本質的にランダムになる事が示されているが、速い拡散では、長時間平均で定義される輸送係数のランダム性については明らかではなかった。本研究の成果として、速い拡散では、外場に対する応答は分布として現れる事を明らかにした。この結果は、Phys.Rev.Lett.に掲載された。本研究では、長時間平均で定義されるような巨視的な観測量が本質的に揺らぐ非平衡現象の基礎付けを行なうため、エルゴード性の非平衡状態への拡張を目指している。

これまで、カオス写像によって決定論的に動きながら拡散するモデル(決定論的拡散)を用い、平均2乗変位(MSD)が線形よりも遅く(劣線形)増大するような遅い拡散を示すときに、長時間平均で定義されたMSDが本質的に揺らぐ事を示した[Phys. Rev. E 82, 030102(R) (2010)]。さらに、遅い決定論的拡散にバイアスを入れ、ドリフトの大きさと拡散係数の関係(アインシュタインの関係)を拡張し、単一の軌道で成立するアインシュタインの関係を示した[Phys. Rev. E 85, 021110 (2012)]。そして、MSDが線形より速いスケールで増大するような拡散(速い拡散)を示す決定論的拡散において、外場に対する応答が分布として現れる事を示した[Phys. Rev. Lett. 108, 164101 (2012)]。本年度は、異常拡散(MSDが線形には増大しない拡散)を示すようなカオス力学系における力学的不安定性を精密に拡張し、定量化(一般化リアプノフ指数)を行ない、リアプノフ指数の観測関数が非可積分であるときと初期分布の影響を明らかにした。一般化リアプノフ指数は、長時間平均と初期アンサンブルによる平均を取る事により定義される。本研究では、系が経過した時間と観測時間の比(エイジング比)を導入し、初期アンサンブルをエイジング比で特徴付けた。そして、一般化リアプノフ指数は、エイジング比に強く依存し、系が経過する(エイジする)と不安定性が小さくなる事を示した。この成果は、Phys. Rev. E 87, 032915 (2013)に掲載された。本研究では、すでに5件の学術論文(Chaos1本,Phys.Rev.E3本,Phys.Rev.Lett.1本)が成果として得られている。これらの成果は、本研究の目的である「微視的な力学系における観測関数の長時間平均を基にして、巨視的な観測量が本質的に揺らぐ非平衡現象の基礎付けを行い、エルゴード性の非平衡状態への拡張」へ向けて研究が順調に進んでいる事を示している。特に、無限測度エルゴード理論を用いた異常拡散へのアプローチは、着実に進められている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、力学系における不安定性(リアプノフ指数)の拡張を行い、異常拡散における力学的不安定性と輸送係数の関係を明らかにする事も目指している。初年度の成果として、リアプノフ指数の拡張を行なったが、まだ十分に一般化されていない事が問題である。今後は、リアプノフ指数の拡張を精密に行い、輸送係数との関係も明らかにする。具体的には、(1)リアプノフ指数におけるエイジングの影響を明らかにする、(2)一般の観測関数の長時間平均の普遍分布を明らかにする事が課題である。この二つの研究課題を遂行するため、数値シミュレーションと確率論(更新理論や連続時間ランダムウォークの理論)を用いて解析を行う。
手書きプロセスデータ流通基盤の構築と大学教育における利活用アプリケーション

ソニー社製電子ペーパー端末(以下、電子ペーパー端末)および京都大学の教育現場を対象に,(1)手書きプロセスデータ,および(2)それが生成されている文脈情報(コンテキスト)をセンシングし,手書きプロセスデータ流通基盤に送出・蓄積・共有するための技術基盤の開発を,国際標準規格を策定しながら行ってきた.これらを具体的かつ実践的に進めるために,京都大学での4つの教育現場を対象とし,そこでの手書きプロセスデータの活用を明確にしたフィードバックを得ながら研究を推進することを目標に,4つの教育現場での活用を想定した手書きの学習課題を具体化した.そして、これらを用いて試験データの取得を20名規模で行い,手書きの実データを取得・蓄積した.また、得られた手書きプロセスデータを教育現場にフィードバックするためのビュアについて,基本設計に基づいてプロトタイプ版を開発した.さらに,構築される手書きプロセスデータ流通基盤やその大学教育での利活用を推進するために次世代デジタル学習環境のオープンスタンダード・オープンソース両面で国際的なコミュニティを形成するため,昨年度加盟したIMS Global Learning Consortium及びIMS Japan Societyにおいて国際標準規格化に向けた情報収集を進めるとともに,セミナーを共同で企画・実施した.本研究で設定した以下の3項目のうち,本年度は昨年度から延期した項目1を推進しつつ,項目2を中心に実施した.項目3は研究会・カンファレンス等への参加を通じて意見交換を進めた.[項目1]手書きプロセスデータ流通のための技術基盤開発では,電子ペーパー端末において,手書きプロセスデータを取得,送信する機能の実証を京都大学在学生20名規模での擬似課題演習実験により行った.手書きプロセスデータの再生に関しては,特定の製品に依存しないポータビリティを意識してPDFファイルからアニメーション再生するプロトタイプ版を開発,ユーザビリティの観点から評価できるようにした.[項目2]大学教育を対象とした手書きプロセスデータの利活用では,研究分担者とともに4つの教育現場での活用を想定した学習課題を設定し,これを用いて項目1で述べた擬似課題演習実験により手書きの実データを取得・蓄積した.本年度、実施した手書きプロセスデータを取得,送信する機能の実証として行った京都大学在学生20名規模での擬似課題演習実験では,デジタルペーパー端末の設定,端末とサーバ間を結ぶ無線LANの仮設,サーバの運用など,実施面での運用コストが明確になった.このため,最終年度に行う、擬似課題演習実験でも運用コストを低減するために,課題面では当初,想定した4つの応用領域に取り組みつつ,機器の運用は集約して実験等を行う予定である.ソニー社製電子ペーパー端末(以下、電子ペーパー端末)および京都大学の教育現場を対象に,(1)手書きプロセスデータ,および(2)それが生成されている文脈情報(コンテキスト)をセンシングし,手書きプロセスデータ流通基盤に送出・蓄積・共有するための技術基盤の開発を,国際標準規格を策定しながら行ってきた.これらを具体的かつ実践的に進めるために,京都大学での4つの教育現場を対象とし,そこでの手書きプロセスデータの活用を明確にしたフィードバックを得ながら研究を推進することを目標に,4つの教育現場での活用を想定した手書きの学習課題を具体化した.そして、これらを用いて試験データの取得を20名規模で行い,手書きの実データを取得・蓄積した.また、得られた手書きプロセスデータを教育現場にフィードバックするためのビュアについて,基本設計に基づいてプロトタイプ版を開発した.さらに,構築される手書きプロセスデータ流通基盤やその大学教育での利活用を推進するために次世代デジタル学習環境のオープンスタンダード・オープンソース両面で国際的なコミュニティを形成するため,昨年度加盟したIMS Global Learning Consortium及びIMS Japan Societyにおいて国際標準規格化に向けた情報収集を進めるとともに,セミナーを共同で企画・実施した.本研究で設定した以下の3項目のうち,本年度は昨年度から延期した項目1を推進しつつ,項目2を中心に実施した.項目3は研究会・カンファレンス等への参加を通じて意見交換を進めた.[項目1]手書きプロセスデータ流通のための技術基盤開発では,電子ペーパー端末において,手書きプロセスデータを取得,送信する機能の実証を京都大学在学生20名規模での擬似課題演習実験により行った.手書きプロセスデータの再生に関しては,特定の製品に依存しないポータビリティを意識してPDFファイルからアニメーション再生するプロトタイプ版を開発,ユーザビリティの観点から評価できるようにした.[項目2]大学教育を対象とした手書きプロセスデータの利活用では,研究分担者とともに4つの教育現場での活用を想定した学習課題を設定し,これを用いて項目1で述べた擬似課題演習実験により手書きの実データを取得・蓄積した.ソニー社製電子ペーパー端末(以下、電子ペーパー端末)および京都大学の教育現場を対象に,(1)手書きプロセスデータ,および(2)それが生成されている文脈情報(コンテキスト)をセンシングし,手書きプロセスデータ流通基盤に送出・蓄積・共有するための技術基盤の開発を,国際標準規格を策定しながら行ってきた.これらを具体的かつ実践的に進めるために,京都大学での4つの教育現場を対象とし,そこでの手書きプロセスデータの活用を明確にしたフィードバックを得ながら研究を推進することを目標に,手書きを伴う擬似課題演習実験を行うためのポータブルな環境を構築,試験データの取得を20名規模で行うとともに,得られた手書きプロセスデータを教育現場にフィードバックするためのビューアのプロトタイプ版の設計を行った.また,構築される手書きプロセスデータ流通基盤やその大学教育での利活用を推進するために次世代デジタル学習環境のオープンスタンダード・オープンソース両面で国際的なコミュニティを形成するため,IMS Global Learning Consortium及びIMS Japan Societyに加盟,これまでに築いてきた情報処理学会教育学習支援

情報システム研究会,大学ICT推進協議会教育技術開発部会,Apereo Foundation, Ja Sakai Communityでの定期的な情報収集と意見交換会を通じて適切なインプットをプロジェクトに入れながら推進する体制が整った.本研究で設定した下記の3項目のうち,本年度は項目1, 3を中心に研究を進め、項目2の実施準備を行った.[項目1]手書きプロセスデータ流通のための技術基盤開発では,電子ペーパー端末において,手書きプロセスデータを取得,送信する機能の実証を京都大学在学生20名規模での擬似課題演習実験により行った.送出された手書きプロセスデータの集約については,大規模かつリアルタイム性を担保するため,米国メリーランド大学ボルチモア校(2018年8月)や米国UCバークレイ校(2018年10月)を訪問し,クラウドベースでの実装に関する情報を得るとともに今後の実装に向けた基本設計を行った.手書きプロセスデータの再生に関しては,特定の製品に依存しないポータビリティを意識してPDFファイルからアニメーション再生するプロトタイプ版の基本設計を行った.[項目2]大学教育を対象とした手書きプロセスデータの利活用では,研究分担者とともに試験利用を通じた実証実験を行うための体制を構築し議論を開始,それぞれの領域での利用可能性を取りまとめた.特に,芦生演習林でのフィールドワークや現場で働く指導医のための医学教育学プログラムでは,電子ペーパー端末を学生に試用してもらい,利用可能性を検討した.[項目3]国際コミュニティ形成ついては,IMS Global及びIMS Japan Societyに加盟,カンファレンスやミーティングへの参加を開始するとともに,米国ミシガン大学のSeverance博士を招聘し,学術情報メディアセンターセミナー「次世代学習環境と手書きプロセスデータの教育学習活用」として本研究プロジェクトのキックオフイベントを開催した.本年度、実施した手書きプロセスデータを取得,送信する機能の実証として行った京都大学在学生20名規模での擬似課題演習実験では,デジタルペーパー端末の設定,端末とサーバ間を結ぶ無線LANの仮設,サーバの運用など,実施面での運用コストが明確になった.このため,最終年度に行う、擬似課題演習実験でも運用コストを低減するために,課題面では当初,想定した4つの応用領域に取り組みつつ,機器の運用は集約して実験等を行う予定である.デジタルペーパーで利用する研究用のファームウェアについて企業側の事情で提供が遅れたために経費を平成30年度に繰越して実施したが,概ね当初の予定どおりの研究の進捗となった.また、市販されているデジタルペーパーに格納されるPDFを解析し,アニメーションするビュアも並行して開発を進めることとなり,研究成果を活用する可能性も高くなったたため,今後の研究計画は当初の方針にこの点を織り込んで進める.