hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「総合的な学習の時間」における批判的思考教材の開発研究

本年度は、主として次の三点を中心に研究を行った。(1)初等中等教育における批判的思考に関する理論的研究「総合的な学習の時間」や学力論に関する資料を収集しするとともに、外国文献を参照しながら批判的思考の概念および実践の歴史に関する理論的研究を行った。(2)批判的思考教材の開発と授業実践これまでの研究を継続させながら、東京都品川区の小・中学校3校の協力を得て、批判的思考力の育成を目標とした単元開発および授業実践を行った。「CMを調査しよう」、「1万円で何が買えるかな」等の単元を開発、実践した。授業については、録画した上で授業記録を作成し、分析を行った。(3)批判的思考能力の評価昨年度に開発・試行したテストについてその結果を分析し、統制靴の比較や小・中学校間の違い等について明らかにした。(4)研究のまとめ三年間の研究成果を報告書にまとめるとともに、今後の課題について検討した。本年度は、次の三点を中心に研究を遂行した。(1)アメリカにおける批判的思考教授プログラムの調査研究アメリカカリフォルニア州ソノマ州立大学において、7月に行われた批判的思考国際研究会に参加し、批判的思考教育に関するワークショップを通じてその方法論を学んだ。また、主として批判的思考教授プログラムや教材に関する資料を収集し、目標および教授方法を中心に内容の分析を行った。(2)小・中学校における批判的思考教授に関する基礎的研究東京都品川区の小・中学校3校の協力を得ながら、批判的思考力の育成を目標とした単元開発および授業実践を試行した。実践にあたっては、教科の枠にとらわれない内容とするとともに、それに見合う教育目標を設定するための批判的思考技能を、これまでの先行研究をもとにモデル化した。開発、実践された単元としては、「売り込み大作戦(小6)」、「ニュースを読む(中1)」等があるが、これらの評価および改訂については次年度の課題である。(3)「総合的な学習の時間」およびメディアリテラシーに関する基礎的研究「総合的な学習の時間」がどのような理念の下に行われ、批判的思考教授とどのように関連づけられるかについて、その可能性を文献研究を中心に明らかにした。またメディアリテラシーや「総合的な学習の時間」の実践について、情報に関する分野を中心に事例収集を行った。(1)批判的思考教材の開発と授業実践昨年度の研究を継続させながら、東京都品川区の小・中学校3校の協力を得て、批判的思考力の育成を目標とした単元開発および授業実践を行った。「パソコンのゆくえ(小5)」、「20年後の世の中(小6)」、「世界遺産を考える(中1)」等の単元を開発、実践するとともに、昨年度開発した単元についても改訂しながら、小学校から中学校にかけての批判的思考単元の系統化を試みた。授業については、録画した上で授業記録を作成した。(2)批判的思考能力の評価児童・生徒の批判的思考能力についての評価を行った。評価にあたっては、開発された単元をふまえて、批判的思考能力を測定するためのテストを開発し、それを児童・生徒に対して実施した。本年度については予備的な試行にとどまり、これらの結果を分析しながらさらに問題を改訂する必要がある。(3)初等中等教育における批判的思考に関する基礎的研究「総合的な学習の時間」における批判的思考カリキュラムを開発するために、昨年度に引き続き、「総合的な学習の時間」、学力論、メディアリテラシーに関する資料を収集した。
プラズマ照射液/NOxドナーによるメラノーマ治療の基礎研究

NOxの関与の検討:創製した低温大気圧プラズマ照射剤(PSM ≧25%溶液)でA375とA258メラノーマ細胞を72時間処理すると細胞生存率は顕著に濃度依存的に低下した。一方ヒト組替え型腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘発リガンド(TRAIL 100 ng/ml)処理はほとんど生存率に影響を与えない。従来のプラズマ照射培地(PAM)は50%溶液で生存率を顕著に低下させたが、25%で効果はない。細胞内一酸化窒素(NO)産生能をDAF-FM-DAにてマイクロプレートリーダーで測定すると、PSMは添加5分後から有意にNOを増加させ、少なくとも30分間持続。一方PAM添加直後にNOはベースレベルより増加したが、30分間全く変動はない。TRAILは細胞内NOレベルを増加させない。以上よりPSMが特異的に細胞内NO産生を活性化し、NO産生が細胞死に関連することが明らかとなった。PSM誘発細胞死モードの解析:Annexin-V/7-actinomycin D (7-AAD)で染色後フローサイトメトリーで解析すると、Annexin-V陽性細胞はほとんど見られない。TRAIL100ng/mlと同レベルのカスパーゼ-3/7活性化が検出されたが、カスパーゼ阻害剤Z-VAD-FMKは全く細胞死を抑制しない。ネクロトーシス特異的阻害剤necrostatin-1は細胞死を抑制したが、効果は限定的。メラノーマ細胞は多数の大きなオートファゴソーム斑点(CYTO-IDで蛍光顕微鏡で検出)とオートファゴソーム形成マーカーLC3-IIの発現(ウエスタンブロッティングで検出)があった。PSM処理は、オートファゴソーム斑点とLC3-IIの発現レベルを顕著に減少させ、オートファジー抑制が示された。以上アポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーのどれもPSM誘発細胞死の決定的なメディエーターでないと示唆された。本年度の目標は、創製した低温大気圧プラズマ照射剤(PSM)による細胞死におけるNOxの関与の検討とそのモードの解析であったが、PSMが特異的に細胞内NO産生を増加させ、この増加が細胞死誘発に関与することを示すことができた。細胞死のモードに関しては、アポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーのいずれもその決定的なメディエーターではないことを明らかにすることができ、ほぼその目標を達成した。しかし、パラトーシスの関与に関してはまだ実験ができず次年度の課題とする。また次年度の目標達成に向けた準備として、PSMのカルシウムシグナルに対する作用を調べるためにミトコンドリアカルシウムのマイクロプレートリーダー及び蛍光顕微鏡による測定の予備実験を行っている。蛍光顕微鏡によるミトコンドリアカルシウムシグナルの検出のタイミングは現在最適条件を検討中である。もう一つの課題であるミトコンドリアネットワークリモデリングの解析に関しては実験条件を確立済みで本実験に入ることができる。NOxの産生経路の解析:創製した低温大気圧プラズマ照射剤(PSM)が、どのような機序で細胞内NO産生を惹起するかを調べる。特に、われわれは以前白血病細胞で高濃度過酸化水素(H2O2)がeNOSを介してNOを産生することを明らかにしており、またPSM中にはH2O2が存在しているので同様な経路の関与を検証する。PSMによるパラトーシス誘発の検討:PSMによる細胞死にはアポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーとは別の細胞死経路の関与が考えられ、当初想定された経路のうちパラトーシスが検討課題として残された。そこで、パラトーシスの関与を知るためにそのメディエーターとされるカルシウムシグナルの変化特異的蛍光プローブを用いてマイクロプレートリーダー及び蛍光顕微鏡観察で解析する。カルシウムシグナルの変化が検出できたら細胞内外カルシウムをキレート剤で除去して細胞死誘発に対する影響を調べる。またすでにメラノーマ細胞のミトコンドリアカルシウム調節に重要な役割を果たしていることを明らかにしたmitochondrial calcium uniporter、mitochondrial permeability transition pore及びsodium calcium exchanger等の活性を変調させてこれらの分子の関与を検討する。NOxのカルシウムシグナル調節における役割:カルシウムシグナルの重要性を明らかにできたら、NOxの役割を解析するためにNOドナー及びNO消去剤のカルシウムレベルに対する影響を検討する。カルシウムシグナルの変化がNO産生よりも早い場合は、その産生のカルシウム依存性を検討して、両者の間の因果関係を明らかにする。カルシウム依存性がみられた場合はeNOS等のカルシウム依存型NO合成酵素の関与を明らかにする予定である。

PSM誘発細胞死モードの解析:Annexin-V/7-actinomycin D (7-AAD)で染色後フローサイトメトリーで解析すると、Annexin-V陽性細胞はほとんど見られない。TRAIL100ng/mlと同レベルのカスパーゼ-3/7活性化が検出されたが、カスパーゼ阻害剤Z-VAD-FMKは全く細胞死を抑制しない。ネクロトーシス特異的阻害剤necrostatin-1は細胞死を抑制したが、効果は限定的。メラノーマ細胞は多数の大きなオートファゴソーム斑点(CYTO-IDで蛍光顕微鏡で検出)とオートファゴソーム形成マーカーLC3-IIの発現(ウエスタンブロッティングで検出)があった。PSM処理は、オートファゴソーム斑点とLC3-IIの発現レベルを顕著に減少させ、オートファジー抑制が示された。以上アポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーのどれもPSM誘発細胞死の決定的なメディエーターでないと示唆された。本年度の目標は、創製した低温大気圧プラズマ照射剤(PSM)による細胞死におけるNOxの関与の検討とそのモードの解析であったが、PSMが特異的に細胞内NO産生を増加させ、この増加が細胞死誘発に関与することを示すことができた。細胞死のモードに関しては、アポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーのいずれもその決定的なメディエーターではないことを明らかにすることができ、ほぼその目標を達成した。しかし、パラトーシスの関与に関してはまだ実験ができず次年度の課題とする。また次年度の目標達成に向けた準備として、PSMのカルシウムシグナルに対する作用を調べるためにミトコンドリアカルシウムのマイクロプレートリーダー及び蛍光顕微鏡による測定の予備実験を行っている。蛍光顕微鏡によるミトコンドリアカルシウムシグナルの検出のタイミングは現在最適条件を検討中である。もう一つの課題であるミトコンドリアネットワークリモデリングの解析に関しては実験条件を確立済みで本実験に入ることができる。NOxの産生経路の解析:創製した低温大気圧プラズマ照射剤(PSM)が、どのような機序で細胞内NO産生を惹起するかを調べる。特に、われわれは以前白血病細胞で高濃度過酸化水素(H2O2)がeNOSを介してNOを産生することを明らかにしており、またPSM中にはH2O2が存在しているので同様な経路の関与を検証する。PSMによるパラトーシス誘発の検討:PSMによる細胞死にはアポトーシス、ネクロトーシス、オートファジーとは別の細胞死経路の関与が考えられ、当初想定された経路のうちパラトーシスが検討課題として残された。そこで、パラトーシスの関与を知るためにそのメディエーターとされるカルシウムシグナルの変化特異的蛍光プローブを用いてマイクロプレートリーダー及び蛍光顕微鏡観察で解析する。カルシウムシグナルの変化が検出できたら細胞内外カルシウムをキレート剤で除去して細胞死誘発に対する影響を調べる。
先天性心疾患モデルラットの全胎仔培養による心奇形発生関連因子と成立機序の解明

1.ビスダイアミンが全胚培養下のラット胚に与える影響妊娠10.5日のWister系母ラットにビスダイアミン200mgを注入し、その胚をNew(1973)の方法により24時間培養した。その結果、動脈幹分割前のループ形成期に心室腔の拡大と流出路の極端な蛇行が認められ、流出路から心室への逆流がコントロールに比して多くみられた。組織学的には心外膜の一部が欠損していた。2.ビスダイアミン投与時期を変えることで生じる心血管奇形の形態的な差(1)妊娠10日、11日、12日の母ラットにビスダイアミンを投与すると、新生仔において、妊娠10日群では大動脈弓奇形が100%、妊娠11日群で総動脈管症と大動脈奇形が92.8%、妊娠12日群では大動脈奇形とファロー四徴が45.4%にみられた。(2)妊娠10日、12日にビスダイアミンを投与した母ラットの胎仔各4匹を1.と同様の方法で培養し、形態と循環動態を観察した。妊娠10日群では神経管閉鎖の遅れが著明で、心管のループ形成や第3、4、6動脈弓の分化は不十分であった。妊娠12日群では、胚全体の成長の遅れ以外明らかな異常は観察されなかった。(3)免疫組織学的には、妊娠10日投与群では神経堤周囲のN-CAM分布が粗で、心臓への連続はみられなかった。妊娠11日投与群ではN-CAMは神経堤周囲から心臓まで連続してみられたが、N-CAM陽性細胞の数がコントロールに比して少なかった。妊娠12日投与群ではN-CAM発現パターンにコントロールと差はなかった。以上より、ビスダイアミンは心臓神経堤細胞や冠静脈洞周囲に存在する間葉細胞の移動に影響を与え、これにより心臓発生(形成)の時期に応じた心血管奇形が生じると考えられた。#ビスダイアミン投与ラット胎仔とWKY/NCrjラット胎仔における神経堤細胞誘導因子発現パターンの解明1.妊娠10.5日のWister系母ラットにビスダイアミン200mgを胃ゾンテにて注入し、投与終了3時間後に屠殺、速やかに子宮を摘出した後、New(1973)の方法により4匹の全胎仔培養を開始した。胎仔を実体顕微鏡下で経時的に観察し、第3、4動脈弓形成時、第6動脈弓形成時、動脈幹分割時、心室中隔形成時に心臓の形態と循環動態をコントロールと比較した。その結果、2匹の胎仔で動脈幹分割前のループ形成期に心室腔の拡大と流出路の極端な蛇行が認められた。蛇行した流出路内の循環動態を実体顕微鏡下で観察すると、コントロールに比較して心室腔への逆流が多い傾向がみられた。また、これらの胎仔では耳原基の位置異常や上顎突起の過形成がみられた。2.妊娠10.5日のWKY/NCrjラット胎仔4匹を同様の方法で培養し、同様の観察をしたが、明らかな形態的異常は確認できなかった。また、流出路の循環動態にも明らかな異常はみられなかった。3.1,2の結果については、平成10年度にさらに多くの胎仔を観察して比較する予定である。4.今後、これらの胎仔を2%パラフォルムアルデヒド溶液で固定後、ポリアクリルミド樹脂包埋し、50μの切片を作成の上、ファイブロネクチン、サイトタクチン、N-CAM、Nカドヘリンの抗体を用いて免疫組織染色を行う。

そして、神経堤から心臓に至るまでの道筋を中心に、これらの発現を共焦点型レーザー顕微鏡(BioRad MRC 600)で三次元的に観察し、心血管奇形を生じる動物間での差の有無、及びコントロールと比較することで異常の生じる部位を明らかにしたい。#ビスダイアミン投与時期を変えることで生じる心血管奇形の形成的な差と経提細胞分布パターンとの関係の解明1.妊娠10日、11日、12日のWister系母ラットにビスダイアミンを投与し、新生仔に見られる心血管奇形について検討した。妊娠10日のものでは大動脈弓奇形が100%(n=86)に、妊娠11日のものでは総動脈管症と大動脈奇形が92,8%(n=95)に、妊娠12日投与群では大動脈奇形とファロー四徴が45.4%(n=108)にみられた。2.妊娠10日、11日、12日にビスダイアミンを投与した母ラットの胎仔各4匹をNew(1973)の方法で培養し、胚の形態と循環動態の変化を観察した。妊娠10日投与群では神経管閉鎖の遅れが著明で、心管のループ形成や第3,4,6動脈弓の分化は不十分であった。妊娠11日投与群では、ループ形成期に心室腔の拡大と流出路の極端な蛇行が認められ、流出路内ではコントロールに比較して心室への逆流が顕著であった。組織学的には、心外膜の一部が欠損していた。妊娠12日投与群では、胚全体の成長の遅れ以外に明らかな異常は観察されなかった。3.これらの胚を抗N-CAM抗体を用いて免疫染色し、共焦点型レーザー顕微鏡で三次元的に観察した。妊娠10日投与群では神経堤周囲のN-CAM分布がコントロールに比して粗で、心臓への連続はみられなかった。妊娠11日投与群ではN-CAMは神経堤周囲から心臓まで連続してみられたが、N-CAM陽性細胞の数がコントロールに比して少なかった。妊娠12日投与群ではN-CAM発現パターンにコントロールと差はみられなかった。以上より、ビスダイアミンは心臓神経堤細胞や間葉細胞の移動に影響を与え、これが心臓発生の時期に特異的に作用するとそれに応じた心血管奇形が生じると考えられた。
組織酸素供給における微小血管対向流系の意義

最近われわれは酸素感受性蛍光色素を固定した薄膜酸素センサーを開発し、微小血管床における酸素分布を二次元的に可視化することに成功した。これはセンサー薄膜と腸間膜血管とを極めて近接させ、透過光により微小血管像を、また落射蛍光により微小血管周囲の酸素分布を、ビデオ顕微鏡的に交互に観測・記録するものである。さて組織末梢では細動・静脈は反対方向に並走して対向流(counter current)系をなすが、本研究の目的はこのような対向流系の存在が組織への酸素供給にいかなる作用を及ぼすかを、酸素分布可視化法を応用して評価することである。実験対象にはラット腸間膜を用いた。室内大気の自発吸入下で、毛細血管のみならず細動脈周囲にも酸素濃度勾配が明瞭に認められた。また、塩化カリウムの急速注入で循環停止させた後の酸素分圧分布の時間的変化から、腸間膜組織中の酸素拡散係数と酸素消費率を評価することも可能であった。この結果を基礎として、人工呼吸下にラットの吸入気を空気吸入⇒10%酸素吸入⇒空気再吸入というプロトコルで変化させてhypoxic hypoxiaを負荷し、微小血管床の酸素分圧分布の変動を比較検討した。10%酸素吸入後には局所血流速度は一過性に低下するが、全身循環パラメータ(平均動脈圧、中心静脈圧)には有意な差は認められなかった。この際、対向流細動静脈系の周囲においても孤立した単一微小血管周囲においても、空気再吸入後の微小血管周囲の酸素分圧はコントロール空気吸入時より有意に上昇するが、対向流細動静脈系周囲の方が酸素分圧分布の勾配は急であることが認められた。これらの結果から局所的なmetaboliteの蓄積、reactive hyperemiaは微視的な酸素輸送過程を促進していると考えられた。
産業都市における自治体財政政策および持続的発展戦略に関する研究

本研究では以下の4つの課題を解明し、今後の地域経済の持続的発展戦略および自治体産業政策のあり方を示した。(1)産業都市の財政状況および財政構造を分析・解明した。(2)九州の主な産業都市を中心に実地調査を行い、それらにみられる共通の財政的特徴や課題など明らかにした。(3)従来の地域産業振興に関する理論および政策について検証し、その問題点を明らかにした。(4)これからの地域特性に合った適切な自治体産業政策および持続的発展戦略のあり方について提言を行った。平成24年度は、(1)産業都市の財政についての分析・検討を行うとともに、(2)地域経済学の新潮流に関する理論的検討を行った。(1)産業都市の財政についての分析・検討本研究では、新産業都市および工業整備特別地域を中心に、「産業都市」の財政についての分析・検討を行った。全国的に、第1次産業の構成比の高い地域では財政力が弱く、財政力の強い団体は都市的業態である第2次・第3次産業の割合が高い地域に多いこと、財政力の強い地域においては人口が増加しているか、もしくは減少率が小さくなっていることが確認された。また、新産業都市・工業整備特別地域等の地域開発政策による財政面での改善効果は、1970年代頃まではある程度みられたが、その後はほとんど定着していないこと、1960年代初頭に財政力が急激に弱まった地域は、その後も厳しい財政状況が続いていることなどが明らかとなった。なお、新産業都市については、多くの地域で財政力指数が全国平均を下回る水準で推移してきており、「産業都市」の財政力の弱さが浮き彫りとなった。(2)地域経済学の新潮流に関する理論的検討本研究では、地域経済学の新潮流として、「地域内産業連関の形成」「地域内再投資力の強化」「地域における非経済的価値の尊重」「地域住民の自立的・主体的な行動」「企業家精神に富む人材の育成・誘致」などの諸要素が重視されていることを明らかにした。一方、企業誘致策や公共事業導入策などの従来型地域政策には、地域経済の「自律的・持続的発展メカニズム」の創出といった面から大きな限界があったと言わざるを得ず、地域経済が「真の自律的・持続的発展」を実現しうるためには、これまでの課題を検証しつつ、上記諸要素を取り入れていくことが不可欠であると結論付けた。なお、上記(1)(2)の他、延岡市、霧島市、長崎市の各産業都市に関する実地調査を行った。本研究は、以下の4つの課題を明らかにし、今後の地域経済の持続的発展戦略および自治体産業政策のあり方にすることを目的とするものである。(1)産業都市の財政状況および財政構造を分析・解明する。(2)大牟田市(福岡県)、延岡市(宮崎県)、霧島市(鹿児島県)、長崎市(長崎県)、佐世保市(長崎県)、八代市(熊本県)、大分市(大分県)等の産業都市の財政構造および産業政策について実地調査を行い、産業都市であるにもかかわらず財政力が強いとは言えない原因を解明するとともに、これら産業都市にみられる共通の財政的特徴や課題などをあぶり出す。(3)従来の地域産業振興に関する理論および政策について検証し、その問題点を明らかにする。(4)これからの地域特性に合った適切な自治体産業政策および地方税財政制度のあり方を提言する。このうち、(1)については平成24年度に研究し、一定の結論を得ることができた(宮野(2012))。また(3)については平成23年度に研究し、一定の結論を得ることができた(菊地(2011・2012))。(2)については、2012年度に延岡市、霧島市、長崎市を調査、2013年度に八代市、佐世保市、大分市を調査した。2013年度にはさらに、典型的産業都市であり、大分市と同様、鉄の町でもある岩手県釜石市を訪問し、現地調査を行った。また(2)の一部については、2013年度に学会報告を行った(菊地・菊池・宮野・水谷(2013))。(4)については地域経済の持続的発展のあり方を提示する研究成果を発表することができた(菊地(2013)および菊地(2014))。以上の通り、当初の研究目的に則って研究を進め、研究実施計画通りの研究を遂行することができた。その重要性や意義としては、苦闘を続ける地方産業都市に対して、これからの地域経済の持続的発展戦略のあり方を示すことができた点にあると考える。平成23年度は、日本におけるこれまでの地域産業政策の現実および理論を中心に研究を進め、「地域開発政策の論理と帰結一全総・新全総を中心に」としてその成果の一部を取りまとめた。その具体的内容は次の通りである。(1)日本の地域開発政策や地域産業政策は、「地域間格差の是正」を目標として掲げてきたが、それは政治的な建前に過ぎず、実際には「経済成長」や「経済合理性の尊重」の論理が優先された。

(2)実際、公共投資地域間配分の実態を見てみると、戦後直後から1970年代まで、関東臨海部や太平洋ベルト地帯等に重点的に公共投資が配分され、東北地方や南九州地方など日本列島周縁部の公共投資は低位に推移した。(3)新古典派経済理論は、この時代の地域開発政策を、格差是正に成功したものと結論付けている。しかし、それは「1人当たり県民所得」で見た場合に過ぎず、「地域の総合性」という観点からは問題のある結論だと言わざるを得ない。(4)しかも長期的観点からは、戦後日本の地域開発政策は多くの地方から中枢管理機能を奪い、人、モノ、カネ、情報を東京に流出させ、結果的に格差を拡大させてしまった。(5)さらに、地域開発政策は、中央の画一的な計画に地方が従属する契機となり、これ以降日本では政官財癒着の「土建国家」が加速し、また地方では「公共事業依存型経済」が確固たる地位を築き、今日に至る産業構造上の大きな問題となっている。上記研究成果の意義や重要性としては、次の点を指摘することができる。すなわち、従来の地域産業政策や理論は、地域の固有性や総合性にほとんど注意を払わず、画一的・集権的な施策に終始した。その結果、地域経済や地域産業は疲弊し、また公共事業依存型経済構造を定着させてしまった。地域の持続的・自立的発展を真に促すための地域産業政策は、このような歴史に学びつつ、地域の固有性や総合性を踏まえたものでなければならない。本研究は、以下の4つの課題を明らかにし、今後の地域経済の持続的発展戦略および自治体産業政策のあり方に資することを目的とするものである。(1)産業都市の財政状況および財政構造を分析・解明する。(2)大牟田市(福岡県)、延岡市(宮崎県)、霧島市(鹿児島県)、長崎市(長崎県)、佐世保市(長崎県)、八代市(熊本県)等の産業都市の財政構造および産業政策について実地調査を行い、産業都市であるにもかかわらず財政力が強いとは言えない原因を解明するとともに、これら産業都市にみられる共通の財政的特徴や課題などをあぶり出す。(3)従来の地域産業振興に関する理論および政策について検証し、その問題点を明らかにする。(4)これからの地域特性に合った適切な自治体産業政策および地方税財政制度のあり方を提言する。このうち、(3)については平成23年度に、また(1)については24年度に研究し、一定の結論を得ることができた。(2)に関して、当初の予定では、上記6都市について実地調査を行い、その進捗状況や結論等に応じて、さらにいくつかの産業都市の追加調査をすることとしていた。24年度までに、延岡市、霧島市、長崎市の実地調査を行うことができ、八代市、佐世保市、大牟田市についても一定の目処が立っている。25年度はさらに、鳥栖市(佐賀県)や大分市(大分県)などの追加調査を行うことを検討している。(4)については、本研究の結論部分に相当するものであり、その一部は24年度の「地域経済学の新潮流に関する理論的検討」で研究成果を挙げることができた。25年度は、上記(1)(3)の結論を踏まえて完遂させることとしている。
情報処理的アプローチによる第二言語としての英語形態統語処理の研究

本研究の目的は、第二言語(L2)としての英語学習者の認知活動を、情報処理アプローチを用いて検討することにより、学習者の英語熟達度(英語習熟度)によって英語形態統語(特に冠詞)の処理プロセスがどのように異なるのかを検討することである。L2の形態統語の知識は当該言語能力の到達レベルを測る指標として使われている。英語の形態統語処理について、学習者の行動測度と主観測度の間には「ずれ」が散見されるが、そのずれ方は学習者の熟達度によって異なることが示唆される。本研究では行動測度や主観測度に加えて視線追尾などの測定を行い、日本語を母語とするL2英語学習者による英語形態統語の処理、その中でも英語冠詞の処理について検討した。平成27年度は、実験環境の整備を、平成28年度は分析方法の検討とデータ収集を主として行った。平成29年度はL2英語学習者の英語冠詞使用の正確さが、英語母語話者のそれと大きく乖離している問題について、情報処理の観点から検討を行った。平成30年度は、L2英語冠詞選択課題を行う際の処理において、英語学習者(低熟達度、高熟達度)と英語母語話者の3者間でどのような量的・質的な違いがあるのかについて検討を行なった。具体的には、英語冠詞選択課題の回答をする際に視線が停留する箇所と停留時間について量的な検討を行なうとともに、参加者が自己の視線の軌跡を見ながら自身の課題の処理過程を振り返った発話を質的に分析し、これらの分析結果を合わせて上記の3者間の比較・検討を行った。冠詞選択の際には談話全体を考慮する必要があるのだが、低熟達度の英語学習者は冠詞が現れる文に局所的に注目して処理していた。高熟達度の学習者は談話の流れに沿って談話全体に視線を運んで冠詞選択を行なっていた。この処理の様相は低熟達度の英語学習者の処理過程とは異なっており、むしろ英語母語話者の処理の仕方に近かったと言える。本研究の目的は、第二言語(L2)としての英語学習者の認知活動を情報処理アプローチを用いて検討することにより、学習者の英語熟達度(英語習熟度)によって、英語形態統語(特に冠詞)の処理プロセスがどのように異なるのかについて経時的変化を検討することである。英語の形態統語処理について、学習者の行動速度と主観測度の間には「ずれ」が散見されるが、そのずれ方は学習者の熟達度によって異なることが示唆される。行動測度や主観測度に加えて、視線追尾と事象関連電位の測定を行い、英語形態統語が統語的/意味的に処理されるのか、意識的/無意識的に処理されるのかを検討する。平成27年度は主として次の4点を実施した。(1) L2項目の複雑さがL2処理に及ぼす影響を検討をするための環境整備を行った。実験の実施に向けた環境整備を行うとともに、本実験に向けて、視線追尾装置とそのソフトウェア、事象関連電位(EEG)測定装置およびソフトウェアの調整を行った。(2) Web Article Testの調整を行った。Web Article Testはプロトタイプを既に開発済みであるが、本研究の目的に合わせてプロトタイプの項目の中から本実験で使用する項目の選定を行った。(3) L2英語冠詞を含む単純NP、またNP+後置修飾の文を選んでパソコン上に提示し、タスクを設けない状態で視線や脳波を測定するための試行テストを行った。(4)データ分析方法の探索を開始した。試みとしてデータ中の特徴を抽出するために、確率的推移モデルのパラメータ推定を行った。実験環境を整備するための手続き、具体的にはカナダやアメリカからの機器の輸入や、特殊用途に合わせたパソコンのカスタマイズ作業等に、若干予定よりも時間がかかった。このために計画よりも多少遅れ気味であったが、全体的に評価すると概ね予定どおりといえる。平成28年度は主として次の4点についての研究を行った。(1) Web Article Testを視線追尾分析ソフトウェアの実験遂行モジュールに移植し、視線追尾ソフトウェアを使って録画した動画をバッチ処理する方法を検討した。(2)英語冠詞処理をする際の視線の所在に基づいて、計量的に分析する方法を検討した。(3)L2課題処理中(タスク条件下)のデータ収集を、様々なL2英語熟達度の参加者を得て行い、行動測度、主観測度、視線の動きを計測して分析し、L2英語熟達度と英語冠詞処理との関係について検討した。(4) L2課題処理中(タスク条件下)のデータ収集を英語母語話者の参加者を得て行い、L2英語学習者と英語母語話者間の英語冠詞処理の相違点について検討した。

(1)から(3)で得られた結果を、本報告書に記載の学会や雑誌で発表した。以下の二つの理由によって若干研究が遅れていると言える。(1)反応時間をより正確に計測するために、実験環境をWebベースからPCベースに移植したためである。これにより、視線追尾分析ソフト内の実験遂行モジュール中に刺激を直接呼び出して、より正確に反応時間を計測できるようになるのだが、このために当初の予定よりも環境整備に時間がかかった。(2)3月に予定していた事象関連電位測定装置を使った実験の開始が、不測の事態により遅れたためである。本研究の目的は、第二言語(L2)としての英語学習者の認知活動を、情報処理アプローチを用いて検討することにより、学習者の英語熟達度(英語習熟度)によって英語形態統語(特に冠詞)の処理プロセスがどのように異なるのかを検討することである。L2の形態統語の知識は当該言語能力の到達レベルを測る指標として使われている。英語の形態統語処理について、学習者の行動測度と主観測度の間には「ずれ」が散見されるが、そのずれ方は学習者の熟達度によって異なることが示唆される。本研究では行動測度や主観測度に加えて視線追尾などの測定を行い、日本語を母語とするL2英語学習者による英語形態統語の処理、その中でも英語冠詞の処理について検討した。平成27年度は、実験環境の整備を、平成28年度は分析方法の検討とデータ収集を主として行った。平成29年度はL2英語学習者の英語冠詞使用の正確さが、英語母語話者のそれと大きく乖離している問題について、情報処理の観点から検討を行った。平成30年度は、L2英語冠詞選択課題を行う際の処理において、英語学習者(低熟達度、高熟達度)と英語母語話者の3者間でどのような量的・質的な違いがあるのかについて検討を行なった。具体的には、英語冠詞選択課題の回答をする際に視線が停留する箇所と停留時間について量的な検討を行なうとともに、参加者が自己の視線の軌跡を見ながら自身の課題の処理過程を振り返った発話を質的に分析し、これらの分析結果を合わせて上記の3者間の比較・検討を行った。冠詞選択の際には談話全体を考慮する必要があるのだが、低熟達度の英語学習者は冠詞が現れる文に局所的に注目して処理していた。高熟達度の学習者は談話の流れに沿って談話全体に視線を運んで冠詞選択を行なっていた。この処理の様相は低熟達度の英語学習者の処理過程とは異なっており、むしろ英語母語話者の処理の仕方に近かったと言える。平成28年度には、統計処理方法の検討を行う。本研究で扱う実験条件下では、同時に多くの事象が起こる事を排除出来ないため、電位の表出におけるアノマリーの問題や、inverse problem等の問題が出て来ると思われる。事象関連電位測定装置とその分析ソフトウェアの特性について習熟するとともに、データ分析に使用する統計処理方法について検討する。次に、L2課題処理中の(タスク条件下での)データ収集を行う。Web Article Testを参加者に受験してもらい、行動測度、主観測度、脳波、視線の動きを計測する。ベースライン条件下(非タスク条件下)のデータと比較しながら電位や視線の分析を行い、L2熟達度別に検討する。平成29年度は、タスク条件下におけるさらなるデータ収集を行うとともに、L2熟達度別の影響の分析を行う。
Loss of functionモデルに基づいたUBQLN2の機能解析

UBQLN2は家族性筋萎縮性側索硬化症(FALS)の責任遺伝子として同定され、ユビキチン-プロテアソームシステム(UPS)を含む多様な細胞機能に関わることが知られている。しかし、変異から疾患発症にいたる病態機序は不明な点が多い。既報告でUbqln2トータルノックアウトラット・マウスは無症状であることが示されたが、近年UBQLN2変異によって、シャペロン結合性が低下し、凝集体処理能低下をきたすとの報告がなされ、UBQLN2の機能喪失が病態にかかわることが強く示唆されている。哺乳類においてUBQLNは1-4のアイソフォームが存在し、特にUBQLN1との相同性が高いことから、我々はこれまでのトータルノックアウトモデルではGene redundancyのため表現型が出現しなかった可能性があると考えている。我々はCre-loxP systemを用いて、Ubqln2コンディショナルノックアウトマウス、すなわち、全身または神経細胞でのUbqln2のノックアウト、薬剤誘発によるUbqln2ノックアウトといった複数の系統の作成を行っている。現在Actb-Creマウスとの交配によるトータルノックアウト、Tubb3-Creとの交配による神経特異的ノックアウト、Tamoxifen誘導下に、3UBCプロモーター下(UBC-cre/ERT2)および4Thy1.2プロモーター下(Thy1-cre/ERT2,-EYFP)にCreを発現するマウスとの交配をおこなっている。2018年度は1、2のマウスに対して運動機能評価としてwire hang test、rotarod testなどの行動解析を行っている。神経特異的コンディショナルノックアウトマウスはlitter mateの非ノックアウトマウスと比較して運動機能が低下傾向である結果が得られている。3、4についてはマウスの系統を確立中である。前項目の1、2のマウスモデルに関しては実験に十分な個体数が繁殖できており、wire hang test、rota-rod testといった行動解析について概ね終了している。行動解析が終了したマウスに関して今後、組織学的、病理学的な解析を行っていく予定で準備が進んでいる。また、3、4マウスに関しては現在、系統の確立中であるが、行動解析の手法に関して1、2の実験ですでに実験条件に関して調整が済んでおりマウスの個体数が増え次第、すぐに行動解析をはじめられる状態である。引き続き、Ubqln2コンディショナルノックアウトマウスの行動解析を進めていく。前項の1、2マウスに関しては今後、神経系の組織染色を行い、非ノックアウトマウスと比較しての形態変化や神経細胞脱落の有無がないかなどを病理的に解析していく予定である。また、ALSを含む神経変性疾患において神経細胞内にタンパク凝集体が形成されるのが病理学的な特徴であるため、コンディショナルノックアウトマウスの神経細胞でタンパク凝集体、封入体の形成などが生じていないかを免疫染色の手法を用いて確認していく。また、Ubqln2ノックアウトマウスから初代神経培養細胞を作成し、飢餓、ヒートショック、H2O2など種々のストレス下においてユビキチン陽性凝集体が認められるか確認する。また、Hsc71のrefolding活性や、オートファジー阻害薬による脆弱性、シャペロン介在性オートファジー基質MEF2Dの増加の有無を解析する。

前項の1、2マウスに関しては今後、神経系の組織染色を行い、非ノックアウトマウスと比較しての形態変化や神経細胞脱落の有無がないかなどを病理的に解析していく予定である。また、ALSを含む神経変性疾患において神経細胞内にタンパク凝集体が形成されるのが病理学的な特徴であるため、コンディショナルノックアウトマウスの神経細胞でタンパク凝集体、封入体の形成などが生じていないかを免疫染色の手法を用いて確認していく。また、Ubqln2ノックアウトマウスから初代神経培養細胞を作成し、飢餓、ヒートショック、H2O2など種々のストレス下においてユビキチン陽性凝集体が認められるか確認する。また、Hsc71のrefolding活性や、オートファジー阻害薬による脆弱性、シャペロン介在性オートファジー基質MEF2Dの増加の有無を解析する。マウスの作成、表現型解析についてはおおむね順調に進行しているが、初代神経細胞を使った機能解析、病理学的解析への着手が遅れたため、培養試薬、抗体等物品購入に多少の遅れをきたした。その結果次年度使用額が生じた。次年度は引きつづき、マウス維持費、Ubqln2ノックアウトマウスから初代神経培養細胞実験にかかる物品費に使用する予定である。
オゾンプロセスによる新物質の合成と物性

オゾンの強大な酸化力を利用した低温酸化手法により、Fe4+のような異常高原子価遷移金属イオンを含む新物質の合成を目指した。Fe4+酸化物中では、高原子価の金属イオンの深いd準位により生み出される酸素ホールがFe2+やFe3+酸化物とは全く異なる独特な性質を発現する原因となっている。当研究課題ではBaFeO3の一部元素の置換により合成されたペロブスカイト型Sr1-xBaxFeO3(0<=x<=1)やBaFe1-xMxO3(M=Sn4+, Co4+など)の合成に成功し、磁性を中心に物性を明らかにした。Fe^<4+>のような異常高原子価遷移金属イオンを含むペロブスカイトを合成するにあたって、一旦高温下で安定な構造をとるFe^<3+>からなる酸素欠損ペロブスカイトを合成し、その後低温でオゾンにより強力酸化することで、酸素を結晶中に詰め込む二段階の合成手法を確立した。新しく合成された酸素欠損のない立方晶型BaFeO_3は、100方向に波数ベクトルを持つスクリュー型磁気構造をとるが、5Kにおいて0.3T以上の外部磁場の印加により鉄1原子あたり3.5μBの飽和磁場を持つ強磁性的スピン構造へ転移する。同様の合成手法によりバリウムの一部をストロンチウムで置換した固溶体であるBa_<1-x>Sr_xFeO_3(0≦x≦1)を合成することに成功した。立方晶構造を保ちつつ、その置換量に従って格子定数が直線的に減少するとともに、スピン構造の転移に要する磁場も連続的に大きくなり、x=1つまりSrFeO_3では、約40Tの印加によりようやく強磁性状態へ変化した。また、それらの磁化曲線の挙動の変化から、BaFeO_3型から111方向へ波数ベクトルを持つスクリュー型磁気構造のSrFeO_3型へ、x=0.3付近で基底状態のスピン構造が変化することが示唆された。一方、鉄の一部をコバルトで置換したBaFe_<1-x>Co_xO_3(0≦x≦1)固溶体の合成にも成功した。x=0.02程度のわずかな置換で基底状態が完全な強磁性的磁気構造へ変化することが分かった。オゾン酸化法を用いた二段階プロセスを経て、異常高原子価Fe4+イオンを含む立方晶ペロブスカイト型Sr1-xBaxFeO3(0≦x≦1)固溶体を合成した。そして、中性子線回折測定、メスバウア効果等よりその性質を調べた。SrFeO3中ではFe4+イオンにとって最適な結合距離となっているが、xの増大(Baの増大)とともに格子が膨張し、酸素を介して隣接する鉄イオン間の距離が異常に長くなる。このときメスバウア分光測定からは、アイソマーシフトの値が小さくなるとともに、4Kでの内部磁場にも単調な低下が見られた。中性子線回折測定により、0≦x≦0.8の組成で、111方向に波数ベクトルを持つスクリュー型磁気構造をとることがわかった。このときFeを含む(111)面と一層分進んだ次の(111)面とのスピンのなす角度は単調に減少した。すなわち、Fe-O-Fe距離を伸ばすことにより、系を強磁性的へシフトさせていることを示している。また、BaFeO3に対してFe4+の一部をイオン半径の大きなSn4+で2%置換することにより、さらに格子を膨張させ、完全な強磁性体とすることに成功した。磁気転移温度は120K程度と、Sn置換前とあまり変化が見られなかったが、磁性イオンが鉄のみからなる酸化物の中で完全な強磁性体が初めて得られたことになる。また、メスバウア効果により、僅少な非磁性のSnの導入は磁気的性質をほとんど乱していないことがわかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。
生・死へのアクチュアリティに関する研究-社会福祉専門職教育での実践に向けて-

大きくは理論的研究、3つの量的及び質的な調査研究に分けられる。調査研究は、2007年度に量的調査として特別養護待機者を対象とした質問紙調査を行った。それにより、待機者の状況及び施設への不満足感等を明らかにし、その結果、待機者に対するアウトリーチの必要性が明らかになった。質的調査として、2008年度にドイツ及び韓国の社会福祉教育の現地調査を行い、日本の社会福祉教育への援用可能性を模索した。平成19年度は、平成20年度の本調査に向けた理論研究、パイロット的な半構造化手法によるインタビュー調査を主に行った。1)理論研究は、木村敏「リアリティとアクチュアリティ」を起点として、E.Husserlの現象学もしくはA.Schutzの現象学的社会学の議論における、レリバンンス(relevance)等の諸概念が、本研究における重要な視点であるという知見を得た。レリバンスとは潜在的知識と志向性との関連性を理論的に解明するための重要な概念である一方で、分析概念としての有効性は議論されながらも、教育実践への援用性は議論されていない。この援用性を今後、議論する必要があることが明確になった。2)次の点が様々な情報収集の結果、議論すべき点として明確になった。特に終末医療期において、経験豊富な看護専門職とそうでない専門職とを比較したとき、当然、前者の方が状況に即した看護行為ができる。その一方で、経験年数が少ない看護専門職の方が、時として「優れた」患者とのコミュニケーションができるという。この点がある領域で議論されていた。これが議論される背景には、専門職としての「経験が豊富である」という状態へのアプリオリな信頼感と固定性という、いわばダブルバインド状態の存在を示唆している。このような看護専門職に関する問題関心を援用しつつ、福祉専門職における「経験」の意味内容を明確にすることが必要であるという問題関心を得ることができた。3)経験年数が長い介護専門職に対するインタビュー調査より、医療・福祉の臨床において、生と死に関連する場面に遭遇する際、その事象を病理学・生理学的な科学的な見地による検証である「事実的思考」と同時に、患者や利用者の価値、人生観、死生観を鑑みた「意味的思考」の重要性が明らかになった。1)ドイツでの調査。カッセルのディアコニーで、幼児・学齢期の障害者に対する支援や統合教育を推進する福祉専門職を養成する教育機関などを視察した。ビーレフェルト・ベーテルでは、障害者を支援する入所・通所施設、作業所などを視察した。さらに、ソーシャルワーカーなどの福祉職を養成する高等教育機関を訪問し、ソーシャルワーカーの福祉専門職の養成のカリキュラムについてインタビューし、その結果有意義な基礎的資料を入手した。2)大韓民国での調査。当該調査において、まず高齢者分野における「生と死」教育にかかわるシラバス、資料を入手し、社会福祉サービスの提供の具体的方法に関する聞き取りを行った。その次に高齢者福祉の中での「生と死」に扱いに関する講義内容の調査、老人福祉館におおいて地域福祉センターの現状、生活保護生活者の施設利用等を調査した。老人ホームを視察し韓国の老人ホームの現状、療養費、儒教文化における今後の高齢者福祉の状況等の聞き取り調査を行った。以上の調査から、本研究の目指す「生と死」教育が、まさにアプリオリになされており、社会福祉教育と「生と死」教育が同じ遡上にあるという示唆を得た。本研究の目的の1つである「利用者が持つ生や死への感覚を専門職としてとらえることができるようになるための教育の実際」を達成できたと判断できる。2)特別養護老人ホームの待機者に関する調査。ある特別養護老人ホームの協力を得、当該施設の待機者に関する量的調査を実施した。サンプルは約300人であった。内容は、主に、現状肯定感及び未来期待感と社会福祉施設へのニーズとの関係を見るものである。平成20年3月末現在で返送率が充分ではなく、充分な分析には到達していない。しかしながら、当該施設の施設長や生活相談員との重なる意見交換の中で、調査結果を学生の教育の場に還元することの重要性が再確認されている。平成21年度は、それまでに明らかにした知見を基に1つのまとめと1つの調査を行った。1)大韓民国の高等教育機関における社会福祉教育の現状に関する研究のまとめ。主に、日本とことなりアプリオリになされており、社会福祉教育と「生と死」教育が同じ遡上にあるという点を明確にした。(「短報」として平成22年度に成果を明らかにする予定)2)特別養護老人ホームの待機者を対象にした量的調査のまとめ。分析の結果、第1に現状への苦しみや施設への不満感は、待機者自身の年齢や待機年数または、申込時からの状況の悪化等によって生じるのではなく、現在のADLや要介護度によって規定されることが明らかになった。

第2に待機者が身近な人に相談する様子がなく、また周囲の人からの手助けを積極的に受け入れないといういわば「孤独で孤立した状態」は、介護者に「苦しみ」を与えている。その上で、加齢を受容できず老いことを拒否している場合や、さらに認知症の悪化、ADLの低下がある場合、待機者本人も「苦しみ」を感じているといえよう。介護者は、さらに待機者が専門機関の利用を拒否している場合、待機者自身は現状を好転させようという意欲が非常に低い。このような待機者を抱える介護者は、待機中、特養からのサポートをほしいと感じていることが明らかになった。現在の要介護といった情報は、客観的な状況として明確である。一方、現在のADLは、一見、客観的ではあるが、ある程度、経験を重ねた生活相談員や介護支援専門員が、自身の目で確認すべきであるとは考えられる。重要なのは待機年数を減らすということではなく、施設が客観的には必ずしも捉えきれない、待機者自身の現在の状況を捉えることである。そのことが待機者の不満の軽減に結びつくと結論づけた。(「原著」として平成22年度に成果を明らかにする予定)
凝縮相励起状態ダイナミクスの新規な反応シミュレーション手法の開発

凝縮相の励起反応を調べる理論的方法としていわゆるQM/MM法があるが、実際の応用では2つの問題が生じる事が知られている。一つは電子状態理論の精度と計算コストの兼ね合いの問題であり、もう一つは統計サンプリングの問題である。本研究ではこの問題に対処するため以下の方法を研究した:(1)溶液などのMM環境の応答を動的平均場近似で扱う方法、(2)励起状態から基底状態に復帰する電子緩和のダイナミクスを出来るだけ少ない計算量で追跡するための近似的方法、(3)溶液中の非断熱電子移動反応を反応系の構造と溶媒の静電場を集団座標に取って記述するQM/MM法の研究。凝縮相における光化学反応やそれに伴う励起状態ダイナミクスを分子シミュレーションで調べるための新しい理論的手法の開発を行っている。溶液やタンパク質中の光励起反応を調べるための方法としていわゆるQM/MM法(反応系の電子状態を量子力学的に扱い、環境を分子力場で扱う)があるが、実際の応用では2つの大きな技術的問題が生じる事が知られている。一つは電子状態理論の精度とコストの問題であり、もう一つは統計サンプリングの必要性である。励起状態ダイナミクスは周囲のミクロな環境(溶媒やタンパク質)の微視的状態に依存するが、実験結果と比較するためにはそのような状態に関して統計サンプリングを行うことが不可欠である。上の2つの事は、励起状態ダイナミクスの理論的取り扱いを非常に計算コストの高いものにしている。本研究では、この問題に対処するため次の3つの新しい方法を研究している:(1)MM環境の応答を動的平均場近似で扱うことで、電子状態計算の回数を大幅に減らすための方法(反応系と環境のカップリングに対する時間依存ハートリー近似に対応)。(2)励起状態から基底状態に復帰する電子緩和のダイナミクスを出来るだけ少ない計算量で追跡するための方法(状態チェインの方法を非断熱過程に拡張する試み)。(3)凝縮相中の非断熱電子移動反応を効率良く調べるための新しいQM/MM法の開発。本年度は特に(1),(3)のためのアルゴリズムの研究を行った。(1)についてはsystem-bathモデルを用いたテストを進め、厳密解と比較することで環境を動的平均場として扱う際のカップリングや時間発展の方法について検討した。(3)については、非断熱自由エネルギーの交差点の同定に必要となる量(非断熱自由エネルギー面の解析的微分など)を電子状態計算と分子動力学計算で効率よく求めるための表式を導出し、その収束特性やコストについて調べた。凝縮相における光化学反応やそれに伴う励起状態ダイナミクスを分子シミュレーションで調べるための新しい理論的手法の開発を行なっている。一つは電子状態理論の精度とコストの問題である。励起ポテンシャル面の形状や状態交差を記述するには多配置・多参照の理論を使うのが望ましいが、計算量の問題から、信頼性の低い電子状態理論が使われることが多い。もう一つの問題は統計サンプリングの必要性である。(3)凝縮相中の非断熱電子移動反応を効率良く調べるための新しいQM/M法の開発。本年度は特に(1)と(3)のための研究を行った。特に(3)について、MM静電場を拘束したQM/MM自由エネルギーを計算するための新しいアルゴリズムを分子動力学プログラムに実装し、その数値的特性について調べた。また、それらを実際の系に応用するための予備的研究を行った。溶液中における光化学反応やそれに伴う励起状態ダイナミクスを調べるための新しいシミュレーション手法の研究を行なった。凝縮相の光励起反応を調べる理論的方法としていわゆるQM/MM法(反応系の電子状態を量子力学的に扱い、環境を分子力場で扱う方法)があるが、実際の応用で2つの問題が生じる事が知られている。

一つは電子状態理論の計算精度とコストの兼ね合いの問題であり、もう一つは統計サンプリングの問題である(実験結果と比較するためには多数のトラジェクトリに対して統計平均を行う必要があるが、高精度の電子状態理論を用いて統計平均を取るのは計算負荷が高い)。本研究ではこの問題に対処するため次の3つの方法を研究した:(1)溶液などのMM環境の応答を動的平均場近似で扱うことで、電子状態計算の回数を出来るだけ減らすための方法(反応系と環境のカップリングに対する時間依存ハートリー近似)。(2)励起状態から基底状態に復帰する電子緩和のダイナミクスを出来るだけ少ない計算量で追跡するための近似的方法(状態チェインの方法を非断熱過程に拡張する試み)。(3)溶液中の非断熱電子移動反応を反応系の構造と溶媒の静電場を集団座標に取って記述するQM/MM法の研究。最終年度は特に、MM静電場を拘束したQM/MM自由エネルギーを計算するためのプログラムを実装し、その統計収束の振る舞いを調べるとともに、プロトンと電子が共役して起こる反応系に適用するための研究を行った。理論化学(理由)前年度までに行っていた博士課程学生との共同研究(電子基底状態に対するQM/MM自由エネルギー法の研究およびユビキノール・ビタミン系の抗酸化反応の研究など)が平成25年度までずれこんだため、電子励起状態に対する本研究がやや遅れている状況にある。動的平均場の方法については、system-bathモデルを用いて反応系と溶媒系のカップリングの仕方や時間発展の方法について検討した。溶液内非断熱電子移動については、非断熱自由エネルギー面の交差点を探索するために必要な諸量(非断熱自由エネルギー面の解析的微分など)を分子動力学計算で効率良く求めるための方法のテストなどを行った。これらをさらに発展させ、現実の反応系に応用することは本年度以降の課題である。平成24年度は、前年度までに行なっていた電子基底状態の反応に対するQM/MM自由エネルギー法の研究(博士課程の学生と共同で行っているもの)がずれこんだため、電子励起状態に対する研究がやや遅れている状況にある。動的平均場の方法については、凝縮相のモデル系についてテストを進めているが、当初予想していなかったいくつかの問題点が明らかになっており、それを克服するための方法を現在検討中である。一方、溶液内非断熱電子移動反応ついては、活性化自由エネルギーをQM/MM法で計算するための新しい方法論の開発が進んでおり、分子動力学プログラムへの実装まで含めて一定の進展が得られている。これらの方法を応用計算に展開することは本年度以降の課題である。基本的に研究計画の記載の通りに進める予定である。「現在までの達成度」に記載の通り、進展がやや遅れているが、平成26年度はこれまでに準備した方法をさらに進め、応用計算へ展開することを目指す。基本的に研究計画に記載の通りに進める予定である。「現在までの達成度」に記載の通り、進展がやや遅れているため、平成25年度は主に、方法論の基本的な枠組みのテストやプログラム実装、数値的振る舞いの検証、および応用のための予備的計算を進める予定である。前年度までの研究進展状況にやや遅れが出ているため、予定していた計算機の購入計画の一部を翌年度に繰り越したため。