hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前頭前野における神経調節物質の影響に関する研究

本研究では主に、大脳皮質にアセチルコリンを分泌する前脳基底部に着目して、前頭前野が、アセチルコリンの影響をどのように受けているのかを明らかにすることを目的とした。アセチルコリンは、記憶や学習、覚醒や注意など様々な機能を修飾することが知られている。実験では、ラットの前脳基底部マイネルト基底核を電気刺激し、大脳皮質前頭葉での応答を、時間・空間的な解像度が優れた膜電位イメージング法を用いて計測した。その結果マイネルト基底核の電気刺激により前頭葉で脱分極性応答がみられた。この応答はアセチルコリン受容体拮抗薬によって亢進したことからアセチルコリンは抑制作用を担っていることが明らかになった。学習や記憶、思考や推論など様々な高次脳機能に欠かせない前頭前野は、ドーパミンやアセチルコリンなど様々な神経調節物質の影響を受けている。本研究では前頭前野が、ドーパミンやアセチルコリンなどの神経調節物質の影響をどのように受けているのかを、ミリ秒オーダーの時間解像度で明らかにすること、これらが前頭前野および関連する神経回路における情報処理にどのように影響するかを明らかにすることを目的とした。平成25年度は主にアセチルコリンを分泌する前脳基底部マイネルト基底核に着目した。この領域に存在するアセチルコリン作動性神経は大脳皮質の広範囲に投射を行い、大脳皮質の働きを調節していることが知られている。これまでにアセチルコリンは、記憶や学習、覚醒や注意など様々な機能を修飾することが明らかになってきた。またアルツハイマー型認知症ではマイネルト基底核のアセチルコリン神経が脱落していることから、この部位は特に痴呆や記憶障害と密接に関わることが知られており、前脳基底部と前頭前野の神経連絡の特徴を明らかにすることは、これらの疾患の原因解明や治療法の開発にもつながる。実験ではラットの前脳基底部マイネルト基底核を麻酔下で電気刺激し、大脳皮質前頭前野での電気応答(局所電場電位)を計測した。電気刺激は単発またはバースト刺激(100Hz)とした。実験の結果マイネルト基底核の単発刺激では刺激強度が強まると大脳皮質前頭前野での反応が増強した。またバースト刺激の前後で局所電場電位を比較すると、刺激後に前頭前野で低周波成分が減少することが明らかになった。一方前頭前野へは、視床から強い投射が見られること、アセチルコリン作動性神経は視床へも投射していることから、視床と前頭前野との関係にも着目し、視床から前頭前野に送られる情報の詳細を明らかにした。これまでの研究からドーパミン細胞がゆっくりとした情報伝達だけでなく、前頭前野に素早く情報を伝える役割も果たしていることが明らかになっている(Watanabe et al., 2009)。そこで本研究では前頭前野が、ドーパミンやアセチルコリンなどの神経調節物質の影響をどのように受けているのかを、ミリ秒オーダーの時間解像度で明らかにすること、これらが前頭前野および関連する神経回路における情報処理にどのように影響するかを明らかにすることを目的とした。平成24年度はまずドーパミン細胞のある中脳腹側被蓋野の電気刺激による前頭前野での応答について16チャンネルのマルチ電極を用いてラットより計測し、刺激による応答が前頭前野の各層でどのように伝搬するのかを調べた。得られたデータを用いて電流源密度解析法(Current source density analysis, CSD)を行い、前頭前野で活動がどのように伝搬されていくかを明らかにした。また前頭前野へは、視床から強い投射が見られること、ドーパミン、アセチルコリンなどを分泌する神経細胞はいずれも視床へも投射していることから、これらの物質が視床を経由して間接的に前頭前野に影響を与えている可能性も考えられることから、視床から計測された神経活動のデータを解析し、視床から前頭前野に送られる情報の詳細を明らかにした。平成26年度は主に大脳皮質にアセチルコリンを分泌する前脳基底部マイネルト基底核に着目した。実験ではラットの前脳基底部マイネルト基底核を電気刺激し、大脳皮質前頭葉での応答を、時間・空間的な解像度が優れた膜電位イメージング法を用いて計測した。その結果マイネルト基底核の電気刺激により前頭葉の広範囲で、興奮性応答がみとめられることが明らかになった。またマイネルト基底核の刺激部位の違いによって、前頭葉でトポグラフィックな応答が見られることも明らかになった。

一方前頭前野へは、視床から強い投射が見られること、アセチルコリン作動性神経は視床へも投射していることから視床と前頭前野との関係にも着目し、視床から前頭前野に送られる情報についても検討した。学習や記憶、思考や推論など様々な高次脳機能に欠かせない前頭前野は、ドーパミンやアセチルコリンなど様々な神経調節物質の影響を受けている。本研究では前頭前野が、神経調節物質の影響をどのように受けているのかを、ミリ秒オーダーの時間解像度で明らかにすること、これらが前頭前野および関連する神経回路における情報処理にどのように影響するかを明らかにすることを目的とした。研究では主にアセチルコリンを分泌する前脳基底部マイネルト基底核に着目した。この領域に存在するアセチルコリン作動性神経は大脳皮質の広範囲に投射を行い、大脳皮質の働きを調節していることが知られている。これまでにアセチルコリンは、記憶や学習、覚醒や注意など様々な機能を修飾することが明らかになってきた。またアルツハイマー型認知症ではマイネルト基底核のアセチルコリン神経が脱落していることから、この部位は認知症などの記憶障害に密接に関わることが知られており、前脳基底部と前頭前野の神経連絡の特徴を明らかにすることは、これらの疾患の原因解明や治療法の開発にもつながる。本研究ではラットの前脳基底部マイネルト基底核を電気刺激し、前頭葉での応答を、時間・空間的な解像度の優れた膜電位イメージング法を用いて計測した。その結果マイネルト基底核の電気刺激により前頭葉の広範囲で脱分極性応答がみられ、アセチルコリン受容体拮抗薬によってこの応答は亢進した。以上のことから、前頭前野において、コリン作動性神経は抑制作用を担っている可能性が示唆された。本研究では主に、大脳皮質にアセチルコリンを分泌する前脳基底部に着目して、前頭前野が、アセチルコリンの影響をどのように受けているのかを明らかにすることを目的とした。アセチルコリンは、記憶や学習、覚醒や注意など様々な機能を修飾することが知られている。実験では、ラットの前脳基底部マイネルト基底核を電気刺激し、大脳皮質前頭葉での応答を、時間・空間的な解像度が優れた膜電位イメージング法を用いて計測した。その結果マイネルト基底核の電気刺激により前頭葉で脱分極性応答がみられた。この応答はアセチルコリン受容体拮抗薬によって亢進したことからアセチルコリンは抑制作用を担っていることが明らかになった。平成26年度は光イメージングを研究に導入し、前頭前野が神経調節物質の影響をどのように受けているのかを、ミリ秒オーダーの時間解像度で明らかにすることに成功した。そのためおおむね順調に進展している。神経科学引き続き前頭前野に関連した神経回路と神経調節物質に着目した研究を推進する。前脳基底部と前頭前野との関係をより詳しく調べるために薬理実験も取り入れ、研究を推進する。妊娠・出産により研究が一時的に止まってしまったため。今年度、新たな手法を用いた研究を行うためのセットアップを進める予定であったが、研究を行うための新たな研究施設のスペースを確保することができず、セットアップが進められなかった。平成26年度、研究を加速的に推進し、さらに発展させるために海外からの研究協力者を招聘する予定であったが相手方の事情により来日が延期された。そのため次年度使用額が発生した。
磁界印加オーロラPLDに於ける有機ターゲット粒子高度イオン化現象の機構解明

現有のAr-FエキシマレーザーPLD装置を用いて発散磁界印加下における有機系ターゲット・アブレーション粒子のダイナミックスを詳細測定し、オーロラPLDに特徴的な高度イオン化現象の機構解明に努めた(小林、作田、牧)。本研究では、有機系材料として、ELでお馴染みのAlq3発光物質を導入したことが特徴である。超高速フレーミング・ストリークカメラ(現有設備)、波長分割超高速ストリークカメラ(現有設備)等によりAlq3有機系ターゲット・アブレーションの基礎過程を詳細測定した。磁界印加効果(オーロラPLD効果)のメカニズムとして考えられるのは(1)磁界ミラー効果、(2)粒子ラーマー運動、(3)アブレーション粒子のリュードベルグ準安定状態(準安定状態にあるところへ磁界によるフィールドエンハンスド・アイオニゼーション機構が作用)、などの候補の内でも(1)磁界ミラー効果が最も現実味のあることが分かってきた。今回の実験的研究において威力を発揮したのはSQUIDによるダイナミクス測定であった。オーロラ効果による高度イオン化の進行したPLDによりAlq3有機機能薄膜(有機EL)の成長を並行しておこない、特性評価をおこなった(小林、牧)。比較のためにZnO系の酸化物半導体薄膜のオーロラPLD成長をおこなった。意外にも、Alq3物質分子がレーザーフォトン照射により比較的容易に分解・解離していることが判明した。Alq3の性質から解離はEL発光特性に悪影響となり、本年度の研究結果の範囲では十分に目的に叶った成果には到達できなかった。来年度は残された課題の解決と、良質なAlq3EL薄膜の作成を実現することとする。
コンピュータ自動プレイによる世界の将棋種と歴史的変種の質的類似度の研究

本年度の主な研究内容は、(1)変種間の類似度を比較する指標としてゲーム中の逆転の頻度も評価要素に加えたこと、(2)中将棋と呼ばれる盤の大きな変種について計算機実験を進めて評価を行ったことである。まずゲームの進行において「ゲーム中に形勢逆転が起きた頻度」を変種間のゲームの質を比較評価する尺度に加えた。その結果もこれまでと同様に、持駒ルールがゲームの質に与える影響の大きさを示唆するものとなった。次に、中将棋についても計算機実験と評価を進め、現代将棋とその歴史的変種の「小将棋」類との違いを評価した。また、中将棋はその駒数の多さの他、獅子という駒の取り合いに関する特殊ルール等が大きな特徴とされている。獅子の特殊ルールの有無により、ゲームのデータがどのように変化するか比較を行った。中将棋は現代将棋には存在しない駒も多いが、Temporal Difference学習法を用いて駒価値の学習を行い、中将棋のような多数の駒を用いる変種においても、駒価値の学習が可能であることを確認した。計算機実験の結果、中将棋は平均合法手、平均終了手数、逆転頻度等のデータの傾向は、現代将棋よりその歴史的変種と考えられる変種に近いが、その一方で、ゲームが引き分けに終わる割合が5%程度で、現代将棋には及ばないが、その他の小将棋類の歴史的変種よりもかなり引き分けの割合が低いことがわかった。引き分けが少ないことは、プレイヤの感じる「面白さ」へ一定の影響を与えると考えられる。一方で、獅子の特殊ルールの有無は、データの大きな違いとしては表れなかった。つまり、獅子の特殊ルールはそれほどゲームの質に大きな影響を与えていないことが示唆されているが、この点についてはさらなる検証を行っていく。なお、今後さらに数多くの変種に対する計算機実験を簡便に行うため、変種のルールを簡単に設定を行う支援機能の開発も継続中である。本研究は世界の将棋類とその変種において、計算機プログラムによる自動プレイを通じて大量の試合を行って取得したデータから各変種間の質的類似度の評価を行うこと及び、その実験を簡便に行うための自動化されたシステム構築を目的としている。研究初年度である本年度は3つの目標を設定していた。1点目は、本研究は、既にプレイヤのいない廃れた変種についても人間のプレイヤに近い信頼性の高いデータを得るため、自動プレイ実験に使用する思考プログラムの学習に強化学習の一手法であるTemporal Difference学習法を用いていることが大きな特徴の一つであるが、この学習手法の改良である。学習する要素数を増やす、プログラムで用いている先読み探索のアルゴリズムを改良する等の工夫を加えて計算機実験を行った結果、これまで一部の変種の計算機実験で見られた、学習の収束性があまり良くないという問題に対して改善が見られる等、一定の成果を得た。2点目の目標としていた実験対象とする変種の拡大であるが、チェス(西洋将棋)についての計算機実験を行い、データの解析とこれまでに日本将棋の変種に対して行った実験結果との比較を行っている。また、象棋(中国将棋)や日本将棋の変種である中将棋に対する実験は現在進行中である。その他の変種についても実験を準備中である。3点目の目標としていた、さまざまな変種に対してルールの定義から実験・評価までをある程度自動化した実験を可能とする自動実験システムの設計についてであるが、本年度は主に現時点で計算に使用しているプログラムコードの共通化を進め、一定の共通化を行った。今後は、新しく実験を行う変種について、ルールの定義を簡便に設定する機能の開発を行っていく予定である。これらの成果については、現在発表のための準備を行っている。本研究は世界の将棋類とその変種において、計算機プログラムによる自動プレイを通じて大量の対戦を行って採取したデータから、各変種間の質的類似度の評価を行うこと及び、その実験を簡便に行うための自動化されたシステム構築を目的としている。本年度は以下のような進展があった。まず日本将棋とその変種に対する計算機実験をさらに進めた。現代将棋に直接つながるいわゆる「小将棋」と呼ばれるグループとは別に、「中将棋」という変種に代表される、大きな盤で多数の駒種を持つグループの変種に対する自動学習および自動プレイ計算機実験を行った。現在、実験結果の分析中である。中将棋には現代将棋にはない特殊ルールがいくつか存在するが、特にそれらの特殊ルールに着目した。これらのルールがある場合と無い場合に分けてそれぞれ実験を行い、これらのルールの有無によってゲームのデータがどのように変化するか、すなわちゲームの質にどのような影響を与えているかという点に注目して評価を進めている。この他、将棋の桂馬の動きを八方桂(チェスのナイト)に変更するといった、現代将棋の変則ルールに対する計算機実験も行った。その結果、八方桂ルールは、大駒が加わることと同程度に大きな影響を与えるルール変更であることが示唆されている。次に、海外の将棋類の歴史的変種に関する調査では、主に象棋(中国将棋)の歴史的変種のルールに関して現地の文献等から調査を進めた。調査したいくつかの象棋の中で北宋時代に存在したと考えられる歴史的変種について、現在計算機実験を行う準備中である。最後に、自動実験システム構築に向けた計算機実験プログラムの改良については、多数の変種に対する実験を容易に行うことが可能となるように、各変種のルールを柔軟に設定する操作を行う機能を実装中である。また前年度にひき続き、各変種における実験の計算コードの共通化も進めている。

本年度の主な研究内容は、(1)変種間の類似度を比較する指標としてゲーム中の逆転の頻度も評価要素に加えたこと、(2)中将棋と呼ばれる盤の大きな変種について計算機実験を進めて評価を行ったことである。まずゲームの進行において「ゲーム中に形勢逆転が起きた頻度」を変種間のゲームの質を比較評価する尺度に加えた。その結果もこれまでと同様に、持駒ルールがゲームの質に与える影響の大きさを示唆するものとなった。次に、中将棋についても計算機実験と評価を進め、現代将棋とその歴史的変種の「小将棋」類との違いを評価した。また、中将棋はその駒数の多さの他、獅子という駒の取り合いに関する特殊ルール等が大きな特徴とされている。獅子の特殊ルールの有無により、ゲームのデータがどのように変化するか比較を行った。中将棋は現代将棋には存在しない駒も多いが、Temporal Difference学習法を用いて駒価値の学習を行い、中将棋のような多数の駒を用いる変種においても、駒価値の学習が可能であることを確認した。計算機実験の結果、中将棋は平均合法手、平均終了手数、逆転頻度等のデータの傾向は、現代将棋よりその歴史的変種と考えられる変種に近いが、その一方で、ゲームが引き分けに終わる割合が5%程度で、現代将棋には及ばないが、その他の小将棋類の歴史的変種よりもかなり引き分けの割合が低いことがわかった。引き分けが少ないことは、プレイヤの感じる「面白さ」へ一定の影響を与えると考えられる。一方で、獅子の特殊ルールの有無は、データの大きな違いとしては表れなかった。つまり、獅子の特殊ルールはそれほどゲームの質に大きな影響を与えていないことが示唆されているが、この点についてはさらなる検証を行っていく。なお、今後さらに数多くの変種に対する計算機実験を簡便に行うため、変種のルールを簡単に設定を行う支援機能の開発も継続中である。
グルココルチコイドの骨細胞及び骨芽細胞に対する作用メカニズムの解析

ステロイド誘発性骨粗鬆症の病因を解明するために、生理的、病理的条件下それぞれにおけるグルココルチコイドの骨細胞及び骨芽細胞に対する作用とそのメカニズムを分子遺伝学の手法を用いて解析した。グルココルチコイド受容体(GR)-floxマウスと、DMP1-CreマウスあるいはOsterix-Creマウスをそれぞれ交配させ、骨細胞においてのみGRを無くしたマウス、骨芽細胞系列(骨細胞及び骨芽細胞)でGRを無くしたマウスを作出した。内在性のグルココルチコイドの作用を検討するためにベースラインでの解析を行ったところ、骨芽細胞系列のGRノックアウトマウスは対照群マウスと比べ低骨量を示した。一方、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは、8週齢では骨量に差は認められなかったものの12週齢と6ヶ月齢では低骨量を示した。また、このノックアウトマウスでは、骨芽細胞数には変化が見られないものの骨形成速度や骨石灰化速度の低下が見られた。次に薬理量のグルココルチコイドの作用を検討するために、これらのノックアウトマウスに合成グルココルチコイドを徐放するペレットにより1ヶ月間継続投与し解析を行った。その結果、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは、海綿骨の骨量は対照群マウスと同様にグルココルチコイド投与により有意な減少を示したものの、皮質骨はグルココルチコイドに対し抵抗性を示した。以上の結果から、内在性のグルココルチコイドは骨芽細胞系列のを介して骨量を正に調節すること、薬理量のグルココルチコイドの皮質骨に対する作用では、骨細胞のを介する作用が寄与することが示唆された。ステロイド誘発性骨粗鬆症は現在、最も頻度の高い続発性骨粗鬆症である。グルココルチコイドの骨組織に対する直接的作用が少しずつ明らかにされてきているが、その作用機構については不明な点が多い。本研究の目的は、"骨量だけでなく骨の質の維持に重要な役割を果たす骨細胞"に対するグルココルチコイドの直接的作用が、ステロイド誘発性骨粗鬆症の病態生理の中核にあるという仮説のもとに、生理的および病理的条件下におけるグルココルチコイドの骨細胞、骨芽細胞に対する作用とそのメカニズムを明らかにすることである。21年度には、グルココルチコイド受容体(GR)-floxマウスとDMP1-Creマウスを交配させ、骨細胞においてのみGRを無くしたマウスを作出しマイクロCTによる骨解析を行った。その結果、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは対照群マウスと比べ、ベースラインの骨量に顕著な差は見られなかっ。そのため、骨細胞における内在性のグルココルチコイドを介したシグナル経路の骨代謝に関する寄与は大きくないと考えられる。一方、野生型C57BL/6マウスに合成グルココルチコイドであるプレドニゾロンのペレットを植え込んで、1ヶ月間継続投与し、マイクロCTによる3次元の骨微細構造の解析、骨代謝マーカーを用いた生化学的解析、定量的PCRによる遣伝子発現解析を行った。その結果、プレドニゾロン投与群ではコントロール群と比べ、骨形成マーカーに減少傾向が見られ、骨量は有意な減少を示した。mRNAレベルでは既知のGRターゲット遺伝子の発現が抑制され、骨細胞マーカーの減少も見られた。加えて、いくつかのアポトーシス関連遺伝子の顕著な増加が見られた。したがって、外来性のグルココルチコイドの作用の少なくとも一部は、骨細胞のアポトーシス誘導を介することが示唆された。本研究の目的は、"骨細胞"に対するグルココルチコイドの直接的作用が、ステロイド誘発性骨粗鬆症の病態生理の中核にあるという仮説のもとに、生理的および病理的条件下におけるグルココルチコイドの骨細胞、骨芽細胞に対する作用とそのメカニズムを明らかにすることである。

22年度には、グルココルチコイド受容体(GR)-floxマウスとDMP1-Creマウス、Osterix-Creマウスをそれぞれ交配させ、骨細胞においてのみGRを無くしたマウス、骨細胞および骨芽細胞でGRを無くしたマウスを作出した。マイクロCTによる解析の結果、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは対照群マウスと比べ、8週齢では骨量に差は認められなかったものの、12週齢、6ヶ月齢では骨量の低下を示した。そのため、骨細胞における内在性のグルココルチコイドを介したシグナル経路は、骨量の維持に寄与していることが示唆された。また、これらのGRノックアウトマウスに合成グルココルチコイドであるプレドニゾロンのペレットを植え込んで、1ヶ月間継続投与し、マイクロCTによる3次元の骨微細構造の解析、骨代謝マーカーを用いた生化学的解析、骨形態計測法による解析を行った。その結果、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは対照群マウスと同様に、プレドニゾロン投与により、骨形成マーカーに減少傾向が見られ、海綿骨の骨量は有意な減少を示した。一方、皮質骨の骨量は、対照群マウスではプレドニゾロン投与によって顕著な減少が見られたものの、骨細胞特異的GRノックアウトマウスでは抵抗性を示した。したがって、外来性のグルココルチコイドの皮質骨に対する作用は、骨細胞に対する直接的作用が大きく寄与することが示唆された。
超高速水中噴流ピーニングによる機械部品の疲れ強度向上に関する流体工学的研究

超高速水中水噴流周りには、高壊食性キャビテーション気泡雲(以下気泡雲)が発生し、この局所的崩壊に伴い、噴流水圧の数千倍以上の高衝撃圧が発生する。我々は、極強放射線に曝される最悪条件下でも使用可能な加工法として気泡雲ピーニング法を提案したところ、原子炉圧力容器等の大幅寿命延命延長の唯一の有力手段として採用され、既に十数プラントに成功裡に適用されている。周知のように、気泡雲内では、衝撃圧はほぼ一様に分布しているから、どのような局面にも圧力は垂直一様に加わる。このような事実を踏まえて、非常に複雑な形状を持つ機械部品全体を気泡雲中に曝し、ほぼ一様にピーニング加工する加工法を提案しはす歯歯車を例にとり、その有効性を実証した。X線応力測定法により、歯面近傍の残留応力値が約450MPaの約一定の圧縮応力となり、均質ピーニング効果が十分期待できること、また、電解研磨法を用いて、歯面より深さ方向残留圧縮応力分布を測定し、圧縮応力が深さ方向にもかなり浸透し、歯車の耐久性を向上していることを示した。また埼玉工業大学ならびに東北大学の回流試験水槽等を用いて、噴流、超高速水流、気泡雲の支配因子に関する系統的研究を行い、成果を挙げた。とくに気泡雲がヤコブ数に支配されている事実が判明したので、例えば、気泡雲周りの水温を10度上げると、ピーニング加工量が約10倍に増大することも判明した。原子炉圧力容器等の致命的脆性破壊を防止し、炉の寿命と安全性を大幅に改善する高速水中水噴流ピーニング作用に支配的役割を演じている噴流界面気泡雲の超音速挙動、特に加工力が桁違いに高い高壊食性特異渦気泡の発生機構をまず詳細に解明した。高壊食性特異渦気泡がキャビテーション核に極めて敏感である事実は既に我々が明らかにしている。そこで、供試水温を30度程度高くし、核中の蒸気量の支配因子であるヤコブ数を6分の一程度に下げてみたところ、通常の球状気泡から問題の特異渦気泡に移行する事実、すなわち、ヤコブ数が特異渦気泡の発生に重要な役割を演じている事実、したがって、水温を30度程度上げると加工作用が6倍程度増大する事実を確認した。更に、十分に核を供給するための基礎研究として、薄い空気圏を通って水柱が突入する水噴流の研究も行い、大量の気泡核が安定的に供給できるという明るい見通しも得た。気泡雲の超音速挙動を超高速写真観測し、ノズル出口からピーニングの最適域とされている第2ピーク領域にわたる広い領域をカバーする巨大衝撃波環(十分強い衝撃波により環状領域内の全気泡が消滅し、渦、水柱等の安定要素のみが残存している)の存在を確認し、気泡雲に遮られて観測困難な噴流内部構造の観測も可能とした。したがって、気泡雲ならびに局所ボイド率が大となり、音速が30m/s程度まで低下することに起因する超音速挙動、特に衝撃波がピーニング作用に著しく効いていることも判明した。典型的機械部品の歯車を例に取り、応力が特に大きい歯根元に水中水噴流を照射した予備的実験から、疲労強度のかなりの向上、歯面粗さの低減、歯面形状変化は極微小等の明るい見通しを得た。しかし、本格的な疲労試験、応力実験は、現在鋭意進行中の歯根元の微小切欠き効果、焼入条件等の不可欠な条件の検討試験の終了を待って行う予定である。高速水中水噴流の周りには多数の高壊食性渦キャビテーションを含むキャビテーション気泡雲が生じ、この気泡雲の崩壊時には噴流水撃圧の数千倍にも達する数GPaの局所的高衝撃圧を発生する。この高衝撃圧を用いたピーニング加工法が高速水中水噴流ピーニング法であり、原子炉圧力容器の脆性破壊を防止し、炉の寿命と安全性を大幅に高める技術としてすでに実用化されている。

しかし、従来の高速水中水噴流ピーニング法には、多くの機械部品のように非対称性複雑形状物の加工が困難という致命的欠点があった。そこで、この欠点を除去し、適用範囲の飛躍的拡大を目的として、本研究では、どのように複雑な形状の機械部品でも、十分大きな気泡雲中に置かれると、流体圧は局所壁面に垂直にかかるから、ほぼ一様残留応力が迅速に付加され、非常に簡単かつ安全にピーニング加工が可能になるという一様大気泡雲式高速水中水噴流ピーニング法(以下LCWJPと言う)を提案し、本法の有効性を、実際の機械部品(SCR420H3V2製トルコン用はす歯歯車)に対してLCWJP加工した供試片表面の残留応力をx線応力測定法により計測し、ほぼ一様残留応力が付加されている事実から、本LCWJP法の高い実用性を確かめた。さらに、ピーニングした歯面の顕微鏡観察より、機械の騒音源とされている表面粗さが著しく軽減される事実も確認した。また、ピーニング作用をより増大する目的で、作用の根元である高壊食性渦形気泡雲に関する組織的研究を行い、気泡雲が、キャビテーション核、ヤコブ数(水温)、局所マッハ数、過渡流効果に敏感である事実も解明した。高速水中水噴流周りには多数の高壊食性縦渦キャビテーションを含むキャビテーション気泡雲が発生し,この気泡雲の局所的崩壊に伴い気泡雲中には噴流水圧の数千倍以上の数百GPaの高衝撃圧を発生する.このような高衝撃圧を用いたピーニング加工法が原子炉などで実用化が進められている高速水中噴流ピーニング法であり,さらに,気泡雲中では衝撃波を伴う衝撃圧がほぼ一様になるという特性を極度に利用したものが複雑形状機械部品に対して有効な我々が提案した一様大気気泡雲式水中噴流ピーニング法を確立するための系統的研究を行った.まず,高速写真観察により,高壊食性縦渦キャビテーションの挙動,特に水温上昇によりこの縦渦キャビテーションが著しく助長される事実(したがってピーニング効果が桁違いに上昇する事実を確認した.これは重要な知見である.さらに,感圧紙を用いて一様大気気泡雲式水中水噴流ピーニングが十分実用に適したものであることを確認した.また,このピーニング法を用いてハスバ歯車の表面を処理し,ピーニング時間を変更して歯車表面の強度を向上させた.X線応力測定法によって各種のピーニング時間で処理した歯車の表面における残留応力分布および残留応力の経時変化を調べ,最適なピーニング時間とこのピーニングの有効性を確認した.さらに,電解研磨法を用いて,歯車の深さ方向における残留応力分布を測定した.この結果より,一様大気気泡雲式水中水噴流ピーニングによって創成した高レベルの圧縮残留応力は歯車の幅広くなり,歯車の高耐久性を向上させることが検証された.
超高エネルギーハドロンコライダー実験(SDC)のための液体カロリメターの共同実験

米国テキサス州に建設予定であった超高エネルギーハドロンコライダーSSCは衝突エネルギー40兆電子ボルト(40TeV)の陽子・陽子衝突型加速器であり、超高エネルギー領域における陽子・陽子衝突現象を研究することを目的として計画が進められてきた。このSSC加速器の実験の一つであるソレノイダル検出器(SDC)には国内から約90名が参加する大型国際共同実験であり、数研究機関が共同して検出器各部の開発研究を推進していた。本研究はSSC実験のための検出器(SDC)の国際共同開発研究として、米国の関係研究機関と共同して、検出器の1つの部分であるカロリメーターについて、アルゴン液体と室温液体を用いて(1)ビームテスト用モデュールを製作し、(2)ビームテストを遂行し(3)性能検査試験を行い、液体カロリメーターについて(1)エネルギー分解能・線形性、(2)電子・ハドロン信号比e/h=1、(3)耐放射線強度、(4)信号の早い読み出し、(5)安全性について検討・評価を得る事を目的として実施された。初年度はブルックヘブン研究所及びフェルミ-研究所でそれぞれ液体アルゴンカロリメーター、室温液体TMPカロリメーターのビームテスト実験が実施された。前者は高速信号読出し、又後者はe/h=1の可能性を調べることを主目的として実施された。このため、ブルックヘブン研究所へは、2名、フェルミ-研究所へは8名、データ解析のため、スタンフォード研究所へ2名、合計12名が派遣された。平成4年度は室温液体カロリメーターの耐放射線テスト実験と、それぞれのビーム・テスト実験で収集されたデータの解析を中心に研究打合せのため6名、ビーム・テスト実験のため1名の研究者の派遣、国内での全体打合せのため米国研究機関より3名の研究者の招聘を行い、カロリメーターについての(1)エネルギー分解能・線形性、(2)e/h=1、(3)耐放射線強度についての解析を進めた。平成5年度は室温液体カロリメーターの耐放射線テスト実験の継続とデータ解析のための打合せのために計5名の研究者、検出器調査のために2名の研究者の派遣を行った。以上の研究から主な研究成果をまとめると以下のようになる。1)室温液体ハドロンカロリメーターa)エネルギー線型性は10GeVから100GeVの範囲で3%以内、c) e/h=1.1(吸収体鉛の場合)。しかし印加電場を上げて、Birk's Constantを大きくすると、e/hは更に1に近づけることが可能。d)耐放射線強度については印加電場を20KV/cmに上げると信号減衰3%、従って、SDCの胴体部のカロリメーターとしては使用可能であるが、高純度の液体が要求されるため、大型カロリメーターを製作する上では、未だ、開発研究が必要である。2)液体アルゴンハドロンカロリメーターa)アルゴンカロリメーターは多くの実験で安定に動作することが実証されているが、液体冷却のための死角空間があること、読出し時間が長いことが問題とされていた。ここでは、読出し時間の高速化を計るため、バイポーラ・シェ-ピング回路を用いて実験を行ったが、時間分解能9.3nsを使った。結論として、シェ-ピング時間100nsを用いると、SSC実験において、パイルアップ効果は問題がない結果を得た。SSC加速器建設は平成5年10月に中止と決定されたが、科学研究費補助(国際学術研究)により、研究成果をまとめることができ素粒子物理に関する極めて重要な成果を得たこと、また、国際共同実験を通じてより友好的な国際協力研究が実現されたこと、心から感謝する次第である。

平成4年度は室温液体カロリメーターの耐放射線テスト実験と、それぞれのビーム・テスト実験で収集されたデータの解析を中心に研究打合せのため6名、ビーム・テスト実験のため1名の研究者の派遣、国内での全体打合せのため米国研究機関より3名の研究者の招聘を行い、カロリメーターについての(1)エネルギー分解能・線形性、(2)e/h=1、(3)耐放射線強度についての解析を進めた。平成5年度は室温液体カロリメーターの耐放射線テスト実験の継続とデータ解析のための打合せのために計5名の研究者、検出器調査のために2名の研究者の派遣を行った。以上の研究から主な研究成果をまとめると以下のようになる。1)室温液体ハドロンカロリメーターa)エネルギー線型性は10GeVから100GeVの範囲で3%以内、c) e/h=1.1(吸収体鉛の場合)。しかし印加電場を上げて、Birk's Constantを大きくすると、e/hは更に1に近づけることが可能。d)耐放射線強度については印加電場を20KV/cmに上げると信号減衰3%、従って、SDCの胴体部のカロリメーターとしては使用可能であるが、高純度の液体が要求されるため、大型カロリメーターを製作する上では、未だ、開発研究が必要である。2)液体アルゴンハドロンカロリメーターa)アルゴンカロリメーターは多くの実験で安定に動作することが実証されているが、液体冷却のための死角空間があること、読出し時間が長いことが問題とされていた。ここでは、読出し時間の高速化を計るため、バイポーラ・シェ-ピング回路を用いて実験を行ったが、時間分解能9.3nsを使った。結論として、シェ-ピング時間100nsを用いると、SSC実験において、パイルアップ効果は問題がない結果を得た。SSC加速器建設は平成5年10月に中止と決定されたが、科学研究費補助(国際学術研究)により、研究成果をまとめることができ素粒子物理に関する極めて重要な成果を得たこと、また、国際共同実験を通じてより友好的な国際協力研究が実現されたこと、心から感謝する次第である。超高エネルギ-ハドロンコライダ-SSCは衝突エネルギ-40兆電子ボルト(40TeV)で陽子・陽子衝突現象を研究するために、現在建設中である。SSCの実験の一つであるソレノイダル検出器には国内から約90名が参加する大型国際共同実験であり、その検出器の規模の大きさのために、数研究機関が共同して検出器各部の開発研究を推進している。本研究はSSC実験のための検出器の国際共同開発研究として、米国の関係研究機関と共同して、検出器の1つの部分であるカロリメ-タ-について、アルゴン液体と室温液体を用いて(1)ビ-ムテスト用モデュ-ルを製作し、(2)ビ-ムテストを遂行し(3)性能検査試験を行い、液体カロリメ-タ-について(1)エネルギ-分解能・線形性、(2)e/h=1、(3)耐放射性、(4)信号の早い読み出し、(5)安全性について検討・評価を得る事を目的とする。今年度はアルゴン液体カロリメ-タ-についてはブルックヘブン研究所におけるAGSを用いてのビ-ムテストが実施され、又、常温液体カロリメ-タ-については、フェルミ-研究所で平成4年1月迄ビ-ムテスト実験が実施された。このため、ブルックヘブン研究所へは、2名、フェルミ-研究所へは8名、デ-タ解析のため、スタンフォ-ド研究所へ2名、合計12名が派遣され、それぞれ初期の目的が達成された。又、室温液体カロリメ-タ-ビ-ムテスト実験における初期デ-タの解析結果は一部論文として投稿中である。平成4年度以降は室温液体カロリメ-タ-の耐放射線テストと、それぞれの実験で収集されたデ-タの解析を行い、カロリメ-タ-の評価をする予定である。
超強加工により作製したサブミクロン微細結晶粒材料の摩擦摩耗特性の解明

超強加工の一つである高圧ねじり(HPT)加工により作製したバルクナノメタルの特異な摩耗特性を、摩擦摩耗により組織が変化した摩耗変質層の金属学的性質と力学特性と関連づけて明らかにすることを目的とし、HPT加工条件と摩耗試験における摩擦条件が純鉄のHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を調査した。その結果、HPT加工材の摩耗特性は、摩擦速度を速くしてもバルクナノメタルの結晶粒微細化による硬度上昇の効果が得られるという興味深い結果が得られた。さらに、摩耗試験で生成したHPT加工材の摩耗変質層では結晶粒がさらに微細化していることを見出し、摩擦熱による温度上昇に伴う回復や再結晶の影響は認められなかった。本研究の目的は、超強加工により作製したバルクナノメタルの特異な摩耗特性を、摩擦摩耗により組織が変化した摩耗変質層の金属学的性質と力学特性と関連づけることにより明らかにして、耐摩耗性に優れたバルクナノメタルを開発することである。1年目である平成25年度では、バルクナノメタルとして超強加工の一つであるHPT加工材を採り上げ、HPT加工における加工条件が材料の組織(結晶粒サイズ)や硬さに及ぼす影響を明らかにすることと、HPT加工材の摩耗試験における摩擦条件が摩耗特性に及ぼす影響を調査することに重点を置いて実施した。試験材料は、Fe-11ppmCの極低炭素鋼で、ほぼ純鉄に近い成分の材料である。この試験材料を放電加工によりφ10mm×t0.85mmの形状に切り出した後、焼なまし処理(1000°C、1hour)を施し#400の研磨紙で研磨して、HPT加工の供試材とした。HPT加工では、試験片を中央に凹の窪みが付いた上下のアンビルで挟み込み、試験片に大きな圧力をかけながら両アンビルを相対的に回転させ、これにより試験片内にせん断ひずみを導入した。回転回数をN=0(圧縮のみ)、1/4、1/2、1、5、10の6水準とし、圧縮応力5GPa、回転速度0.2rpmの条件で行い、種々の結晶粒径をもつ微細結晶粒材料を作製した。一方、トライボロジー特性の評価は、回転するディスクにボールを押し付けてすべり摩擦させるボールオンディスク摩耗試験機を用いて行った。摩耗試験条件として、雰囲気はアルゴンガス(99.999%)中、摺動直径は5.0mmで一定とし、相手材がSUJ2ボールの場合は、摩擦速度0.002m/s(ディスク回転速度6rpm)、荷重4kgf、試験時間20分で、相手材が超硬合金ボールの場合は、摩擦速度0.047m/s(ディスク回転速度180rpm)、荷重1kgf、試験時間2分で行った。2年目である平成26年度では、バルクナノメタルとして超強加工の一つである高圧ねじり(HPT)加工材を採り上げ、摩耗試験における摩擦条件がHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を調査することに重点を置いて研究を実施した。具体的には、試験材料をFe-11ppmCの極低炭素鋼とし、回転回数はN=0(圧縮のみ)、1/4、1/2、1、5、10の6水準で、圧縮応力5GPa、回転速度0.2rpmの条件でHPT加工を行い、種々の結晶粒径をもつ微細結晶粒材料を作製した。次に、トライボロジー特性の評価は、回転するディスクにボールを押し付けてすべり摩擦させるボールオンディスク摩耗試験機を用いてArガス雰囲気中で行った。その結果、HPT加工材の摩耗特性は、摩擦速度が遅い場合(ディスク回転速度6rpm)においては相手材の材質(SUJ2、超硬合金)によって試験時間の影響が異なるという興味深い結果が得られた。また、摩擦速度を速くしても(ディスク回転速度980rpm)、HPT加工回転回数が増加するほど摩耗量は減少し、バルクナノメタルの結晶粒微細化による硬度上昇の効果が得られた。これまでの研究において、バルクナノメタルとしてHPT加工材を採り上げ、純FeをHPT加工すると硬さや耐摩耗性が向上することが明らかにされている.そこで3年目である平成27年度では、炭素鋼S45CのHPT加工材を用いて、HPT加工回転回数が組織や硬さ、摩耗特性に及ぼす影響を明らかにし、その他の鉄系材料の摩耗特性と比較することに重点を置いて研究を実施した。具体的には、試験材料を炭素鋼S45C焼ならし材とし、回転回数はN=0(圧縮のみ)、1/4、1/2、1、2、3の6水準で、圧縮応力5GPa、回転速度0.2rpmの条件でHPT加工を行い、種々の結晶粒径をもつ微細結晶粒材料を作製した。

その結果、(1)S45CにHPT加工を行うと、純FeのHPT加工材の場合と同様に、HPT加工回転回数が増加するほど結晶粒は微細化され、最小で約0.2μmまで微細化された。(2)S45CをHPT加工すると、ビッカース硬さは上昇し、純Fe同様にHPT加工回転回数が増加するほど、またディスク中心から離れるほど硬くなった。しかしながら、回転回数が3回転以上では、割れが発生した。また、純Feのような硬さの飽和はみられず、純Feよりも硬くなることがわかった。(3)S45CのHPT加工材は、ビッカース硬さの上昇に伴って摩耗量が減少した。その摩耗量は他の鉄系材料と同等または若干多いことが分かった。超強加工の一つである高圧ねじり(HPT)加工により作製したバルクナノメタルの特異な摩耗特性を、摩擦摩耗により組織が変化した摩耗変質層の金属学的性質と力学特性と関連づけて明らかにすることを目的とし、HPT加工条件と摩耗試験における摩擦条件が純鉄のHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を調査した。その結果、HPT加工材の摩耗特性は、摩擦速度を速くしてもバルクナノメタルの結晶粒微細化による硬度上昇の効果が得られるという興味深い結果が得られた。さらに、摩耗試験で生成したHPT加工材の摩耗変質層では結晶粒がさらに微細化していることを見出し、摩擦熱による温度上昇に伴う回復や再結晶の影響は認められなかった。バルクナノメタルとして超強加工の一つである高圧ねじり(HPT)加工材を採り上げ、摩耗試験における摩擦条件がHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を明らかにすることができた。さらに、摩耗試験で生成した摩耗変質層の金属学的性質と力学的特性を明らかにして、バルクナノメタルの摩耗特性を摩耗変質層の性質と関連づけて考察し、平成26年度の目標を達成できた。トライボロジーこれまでの研究でHPT加工における加工条件が材料の組織や硬さに及ぼす影響や、摩耗試験における摩擦速度がHPT加工材の摩耗特性への影響を明らかにできたので、今後は、他の摩擦条件(面圧(荷重)、相手材、雰囲気、試験時間)が及ぼす影響を明確にする。また、他の鉄系材料(炭素鋼など)とHPT加工材との耐摩耗性の比較を行う。一方、摩耗試験で生成した摩耗変質層の金属学的性質(結晶粒サイズ、結晶方位、転位密度)と力学的特性(硬さ)の解明を継続して行い、バルクナノメタルの摩耗特性を摩耗変質層の性質と関連づける。さらに、摩耗試験結果をHPT加工条件にフィードバックしてバルクナノメタルの耐摩耗性の向上を図る。すなわち、摩耗変質層の性質を摩擦条件によって分類し、摩擦条件に応じて耐摩耗性に優れたサブミクロン微細結晶粒材料を作るためのHPT加工条件を明らかにする。今年度の具体的な研究成果として、以下の3点が得られた。(1)HPT加工を行うと約0.2μmのサブミクロンオーダーまで結晶粒が微細化した。また、HPT加工材のビッカース硬さHvと結晶粒径d-1/2をグラフにプロットすると直線関係が得られ、硬さと結晶粒径の間にホールペッチの関係が成り立つことがわかった。(2)相手材がSUJ2ボールの摩耗試験の場合、HPT加工回転回数の増加にしたがって摩耗量が減少し、HPT加工により耐摩耗性が向上した。また、HPT加工材の硬さが上昇するにしたがって摩耗量が減少した。(3)相手材が超硬ボールの摩耗試験の場合、HPT加工材、鉄系材料の比較材ともに硬さの上昇にしたがって摩耗量が減少し、硬さの変化に対し同一の曲線上に分布する関係が得られた。このことから、1年目の研究目的がほぼ達成され、おおむね順調に進展している。
人工知能による絵画表現の現状と将来像の解明

本年度は実験装置として開発した「コンピュータと人間がインタラクションしながら絵画を生成する」アプリケーションThinkingSketchを用いて、芸術活動をする一般ユーザとコンピュータ(人工知能)との関係を探る研究活動を足がかりに3年間の研究活動の取りまとめを行った。その主要な目的は、ThinkingSketchを用いた絵画制作作業を通じてユーザがどのような「人工知能との相互作用」を生んだかを明らかにすることと、生成された多様な絵画のパラメータを分析することで、こうした絵画生成法がユーザに与える教育的な効果について考えることであった。・装置の常設設置による絵画データの収集埼玉県川口市に新設された映像ミュージアムSKIPCITYにThinkingSketchの描画システム一式を設置し、本年3月まで1年間にわたり来場者に自由に装置を使って絵画生成を行ってもらった。自動的に絵画データを取得できる機能を追加し、膨大な量のデータを取得することができた。ミュージアム側の観察では、極めて短時間に本ソフトとのインタラクションが成立し、大量の抽象絵画を生み出してた、との報告を受けている。・国際シンポジウムでの発表2003.7.4-7.6、ドイツ・カールスルーエ市にあるZKM : Center for Art and Mediaにて本研究の成果の一部を発表した。本会議はHierarchies of Communicationがテーマであり、コンピュータと人間との相互作用により生まれる芸術活動の現状について主に報告した。・ワークショップの開催2003.9.15、京都の大川センター(CAMP : Children's Art Museum & Park)にて、公募で集めた小学生40名の子供を対象にThinkingSketchを用いて「抽象絵画」を描くワークショップを開催した。プレ、ポストレポートの分析に加え作業途中でのインタビューの評価も行い、PCのサポートを受けた描画活動についての効果や、その結果生まれた絵画について考察した。・とりまとめの状況人工知能とのインタラクションによって絵画生成を行った多くの作品を収集できた。一般ユーザの構図戦略、配色戦略の分析を通じて、抽象絵画レベルであれば、ユーザはその表現のあり方を「短時間」に理解し、ある程度表現できる可能性が示唆できた。2001年6月から開始した本研究は、並行して進めている「コンピュータと人間がインタラクションしながら絵画を生成する」アプリケーション・ThinkingSketchの開発で得られた知見を、検証し学会発表するところから始まった。国内外における調査は、日本認知科学会、情報処理学会夏のプログラムシンポジウム、日本ソフトウエア科学会、アジアデザイン会議、日本デザイン学会、芸術科学会、日本ソフトウエア科学会WISS2001に参加する中で行った。更にWeb上と文献による予備調査を経て、平成12年12月21日12月23日にせんだいメディアテーク内で人工知能画家AARONの開発者ハロルト・コーエン氏にインタビューを実施した。インタビューの総時間数は180分にのぼった。インタビューの正確さを期すため、会話の全てをビデオにより録画した。そのビデオは翻訳家に依頼して英文ドキュメントに書き換え、更に邦訳を行い研究分担者も加わって撮影ビデオと比較しながら邦訳を精査した。このインタビューは、本研究グループが開発したThinking Sketchの公開展示会をせんだいメディアテークで開催するのを機会に実現した。また、会期中に本研究のテーマでもある「人工知能による絵画表現の現状と将来像の解明」を題材に、Errki Huhtamo氏(UCLA)、草原真知子氏(神戸大学)とコーエン氏による講演会を実施した。これらの研究活動により、今年度次のような事が明らかになった。抽象画家として活動を開始したコーエン氏が自らの画法を独自の算法を用いて変換する作業をしたことにより、コンピュータソフトウエアが一種の人工知能として機能し、スイッチが入っている限り同一テーストの絵画を無限に生成するに至った経緯を確認することができた。また、この試みはいくつかの層構造をもつプログラムによって実現されており、その描画戦略の概略の説明を受けることにより、われわれのグループが開発を行うThinking Sketchとの類似点や相違点のいくつかが明らかになった。インタビューと講演会を実施にしたことにより、海外の研究者や芸術家の本分野での活動の一端を知ることとなった。海外への調査の必要性と重要性が高まった。そこで、アメリカ、ドイツ、フランス、イギリス、シンガポールの研究機関、美術施設への調査旅行を実施することとなった。平成14年度の研究は、前年度の調査活動を通じて得た知見をもとに、主に比較システムとして我々が開発した自動描画プログラムThinkingSketchを用いて人工知能画家AARONとの類似点や相違点を明らかにする作業を行った。また、国内の研究者や表現者への取材インタビューを行い、ThinkingSketchのソフト面とハード面の機能を検討する中で、具象絵画に対するアプローチも試みた。これらの活動で得られた成果は、情報処理学会夏のプログラムシンポジウム、日本デザイン学会、wiss2002で口頭発表した。2002年7月24日には、AARONの開発者で画家のハロルド・コーエン氏を本学に招聘し講演会を開催した。この際、同氏のもとで学び人工知能画家「静」システムの開発を行っている迎山和司氏にも参加してもらい、長時間の意見交換を行った。コンピュータソフトウエアが一種の人工知能として機能し、生成された抽象絵画の中に、ユーザは見立てによって良し悪しや、好みの画法を見出し、一定の描画テーストの方向性を見つけていく傾向についての議論を深める事ができた。

また、人工知能的アプローチで描画するソフトウエアがユーザに与える影響を調査するため、ユーザーインターフェース部分を大幅に改良したThinkingSketchを、埼玉県川口市に開館した映像ミュージアムSKIPCITYに常設展示した(2003年2月)。来館者が自由にこのシステムを操作できる環境を作った。来館者の多くは短時間で操作を覚え、スイッチを押す事によって(一種のインタラクションによって)抽象絵画が自動で大量に生み出している。描かれた絵画は自動保存機能で蓄積されている。後に生成過程等を検証するため調査を行う予定である。なお、これらの調査や試みの成果をもとに、2003年7月にドイツのZKMに開催される「コミュニケーション」をテーマとする国際シンポジウムで発表を行う。2003年2月には、同シンポジウムの企画者であるハンス・ディプナー氏とZKMにおいて打ち合わを実施し準備を進めている。本年度は実験装置として開発した「コンピュータと人間がインタラクションしながら絵画を生成する」アプリケーションThinkingSketchを用いて、芸術活動をする一般ユーザとコンピュータ(人工知能)との関係を探る研究活動を足がかりに3年間の研究活動の取りまとめを行った。その主要な目的は、ThinkingSketchを用いた絵画制作作業を通じてユーザがどのような「人工知能との相互作用」を生んだかを明らかにすることと、生成された多様な絵画のパラメータを分析することで、こうした絵画生成法がユーザに与える教育的な効果について考えることであった。・装置の常設設置による絵画データの収集埼玉県川口市に新設された映像ミュージアムSKIPCITYにThinkingSketchの描画システム一式を設置し、本年3月まで1年間にわたり来場者に自由に装置を使って絵画生成を行ってもらった。自動的に絵画データを取得できる機能を追加し、膨大な量のデータを取得することができた。ミュージアム側の観察では、極めて短時間に本ソフトとのインタラクションが成立し、大量の抽象絵画を生み出してた、との報告を受けている。・国際シンポジウムでの発表2003.7.4-7.6、ドイツ・カールスルーエ市にあるZKM : Center for Art and Mediaにて本研究の成果の一部を発表した。本会議はHierarchies of Communicationがテーマであり、コンピュータと人間との相互作用により生まれる芸術活動の現状について主に報告した。・ワークショップの開催2003.9.15、京都の大川センター(CAMP : Children's Art Museum & Park)にて、公募で集めた小学生40名の子供を対象にThinkingSketchを用いて「抽象絵画」を描くワークショップを開催した。
国際協力分野の数学教育開発における途上国での内発的授業開発研究

全7章から成る本研究はザンビアの生徒の基礎的能力と高次的能力の向上をめざした数学の授業開発をおこない、その過程を教師、生徒、教材の三者の相互作用に着目して描くことが目的であった。これは数学学習達成度が低いと言われていながら、学習の過程や認知的側面が明らかになっていない途上国の現状を課題意識としてとらえるところから端を発したものである。本研究において基礎的能力は正の整数の四則計算能力を指し、高次的能力はパターン性の発見、探究、口頭や記述で数学的な見方を話し合うこと、そして授業開発は授業改善サイクル「計画-実施-評価(反省、改善を含む)」とすることを先行研究のレビューやザンビアや他の途上国の現状に鑑み設定した。今年度はザンビアにおける調査データから授業における三者の相互作用を浮かび上がらせるために授業の内実を掘り下げる分析を行った。分析では定量的授業分析と、数学の学習指導において教師と生徒の発話が活性化した場面を抜き出す定性的授業分析から、生徒の学びとそれを取り巻く指導、教材との関連性を論じた(第5章、第6章)。そこでは、先進的な教材の特性を教師が生徒の学習に合わせる形で用い高次な数学的能力の萌芽がみられる成功的な互作用と、対照的に基本とされる1桁の計算に生徒がつまづき、教師が従来型のアルゴリズムを強調する授業を展開したことで、教師中心型の授業に陥る様相の二つを生徒の学習過程とともに掘り下げた。本研究の成果は二点に集約される。・途上国の数学授業の内実を描き、授業における二つの対照的な教師、生徒、教材の経時的な相互作用をモデルとして示したこと・基礎的能力と高次的能力の同時的達成を途上国の授業で具体化したこと本研究の重要性は、国際協力の研究が見落としてきた教科の特性に注目した授業の内実を描き出し、生徒の学習の可能性と課題を事例ベースで描き、教育の質に関して貢献した点にあろう。平成21年度は、既に2度のザンビアにおける現地調査を終えて、現在は、第5,6学年の数学授業のプロトコールを作成し、児童の学習の課題や特徴について考察を行うとともに、教室全体の指導と学習の相互作用の関連について分析をおこなっている最中である。本研究の問題意識として、教育開発分野の専攻研究において授業の内実に関する議論が十分ではないということ、教科教育的な見方で生徒の認知的発達や理解の様相、授業における教師と生徒の相互作用に切り込んだ研究が多くないということが背景として挙げられる。これらを踏まえて(1)先行研究で有効だと結論付けられている、ドイツの先進的な教材(SLE)を数学の授業実践で用いて、生徒の基礎的計算能力と高次的な数学の考え方の同時的育成を促す(2)現地教員が行うSLEを用いた数学授業改善サイクルである計画-実施-評価-再構成を、教員と実施しながら授業の質の向上を目指す、(3)ザンビアにおけるSLEのシラバス内における定着を日指す、の3点を行う予定であった。実際には、(1)から(3)全てを終え、データ分析を行っている段階である。本研究の意義は、教室をベースとした実際の授業における考察や分析を行うことで、現在ブラックボックス化している開発途上国の子どもの数学学習の現状を明らかにしながら、改善のための手掛かりを提案するものである。究極的には、教育の質の改善のために有益な分析結果を提供する。これまで言われていた「生徒の低学力」に一石を投じ、子どもたちはどのような学習の可能性を有しているのか、また学習課題は何なのか、といった詳細な記述を行うことで、教授的示唆を与え、ひいては授業開発のための原理を創出することを目指している。本研究では、一般化することは事例が少ないために難しいが、授業開発原理を提示することで、研究の成果の汎用性も目指している。

・途上国の数学授業の内実を描き、授業における二つの対照的な教師、生徒、教材の経時的な相互作用をモデルとして示したこと・基礎的能力と高次的能力の同時的達成を途上国の授業で具体化したこと本研究の重要性は、国際協力の研究が見落としてきた教科の特性に注目した授業の内実を描き出し、生徒の学習の可能性と課題を事例ベースで描き、教育の質に関して貢献した点にあろう。