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酸化シリコンからのシリコン薄膜電解形成機構の解明と応用

新たなSiの製造プロセスとして溶融塩電解法が注目されている。しかし溶融塩電解法ではそのメカニズムは明らかになっておらず、様々な特性をもつSiを作り分けることが難しい。そこで本研究では、Si核生成・核成長過程の解明を目的とし、SEMによる基板の観察などを行った。600°Cの溶融LiF-KF中で0.70 Vの定電位電解を行った場合、0.0002秒でSi核の生成が確認された。電解時間を長くすると核数の増加が確認され、これらの核の凝集に起因すると考えられる核のサイズの増加も確認された。さらに電解時間を長くすると、Si核上にSi核が析出することで、Siがデンドライト状に3次元成長することが確認された。筆者らは、溶融塩に比較的容易に酸化シリコンが溶解する特性を生かして、溶融塩中に溶解した酸化シリコンを出発物質とする電解によるシリコンおよびシリサイドの合成を行っている。一方、シリコンやシリサイドの機能を発現させるためには、その、結晶構造や形態を制御しながら形成することが重要となる。これには、電解による形成機構を明らかにする必要があるが、現時点でその形成機構とは、不明である。そこで、溶融塩中における酸化シリコンからのシリコンの電気化学合成について、各種金属基板を用いて、その形成過程について得られたミクロ組成および物性を定量的に分析・評価することで、電解条件が結晶生成・成長プロセスの素過程に及ぼす影響について検討した。特に、今年度は、BaCl2-CaCl2-NaClと比較してSiO2の溶解度の向上が期待できるBaCl2-CaCl2を選択し、電解条件と得られた形成物の組成、形態の関係について特に検討した。浴中へのSiO2の溶解を確認するために、作用極にAgを用いて電気化学挙動を調査し、電解電位を-1.40 V、-1.50 V、-1.60 V、-1.70 Vと決定し、1時間の定電位電解により試料を作製した。-1.60 Vで電解したAg板試料のSEM画像より、Ag板上に粒状の析出物を確認し、EDSで分析した結果とXRD分析により、析出物はSiであった。同様に、Fe板試料を用いて、-1.40 V、-1.60 V、-1.80 Vで1時間の定電位電解を行った。-1.60Vで1時間電解したFe板試料はSEM画像より針状の析出物を確認した。XRDの分析により、Fe-Siの形成を確認した。シリコン薄膜の析出形態が基板元素の影響を受けた理由としては、基板元素により、シリコンの臨界核密度が変化することが影響していることが電気化学測定から明らかになった。平成27年度には、溶融塩中におけるシリカからのシリコンの電気化学的合成について、電解条件(電位、電解時間)を系統的に変化させながらFe基板上で電解を行い、その際の電位・電流の応答と、得られた結晶のミクロ組織および物性を定量的に分析・評価することで、電解条件が結晶生成・成長プロセスの素過程に及ぼす影響を検討できたため、おおむね順調に進呈していると判断した。溶融塩中におけるSiの生成メカニズムに関する先行研究の多くは従来の理論を用いた電流-時間曲線の数値解析であり、基板上のSi核生成・核成長の観察はあまりなされていない。そこで本研究では、溶融LiF-KF中におけるSi核生成・核成長過程の解明を目的とし、SEMなどによって基板上に析出させたSiの経時変化の分析などを行った。実験には、電解浴には600°Cの溶融LiF-KF共晶塩(51:49 mol%)にSi源としてK2SiF6を0.50 mol%添加したものを用いた。作用極にAg、対極にG.C.、参照極にNiを用いた三電極方式で、Ar雰囲気下で実験を行った。Siの電気化学的挙動の解析はサイクリックボルタンメトリーを用いて行った。また、得られた結果を基に電解条件を決定し、Si核生成および核成長過程を解析した。電解後の試料にはラマン分光分析、SEM・EDSによる表面・断面分析を実施した。電気化学測定の結果をもとに、0.70 VをSi析出電位に決定し、0.70 Vにおいて0.0002秒から2000秒の間の種々の電解時間で定電位電解を行った。0.0002秒の定電位電解によってAg板の表面全体へのSi電析と、数百nmの球状のSi核の形成が確認された。電解時間を長くすると核数の増加の後に約1 μmの半球状の核が形成し、0.010秒の定電位電解を行った試料ではほとんどの核が約1 μmであることが確認された。このことから、数百nmの核が凝集したことが示唆された。10.0秒の電解を行った試料では、膜状のSi上にSi核の析出が確認された。電解時間をさらに長くすると、Siがデンドライト状に3次元成長することが確認された。研究当初は、電解時間0.0002秒でシリコンの核は発生はするが、観察は困難と考えていた。しかしながら、実際は、観察することができたため、当初の予想よりより、ミクロな観点からの知見が得られたことは、次年度に生かせる。シリコンは地殻中にSiO2などとして豊富に存在し、化学的に安定であり、半導体特性をもつ。このことから、太陽電池や電子機器などに広く利用されている。

近年シリコン消費量が増加しており、様々な製造方法による大量・安定供給が求められている。シリコンの新規製造方法の一つとして、溶融塩電解法が注目されている。溶融塩電解法は広い電気化学窓を持ち、電気化学パラメータの変化によって電析物の結晶性などを制御できることを特徴とした方法である。我々は、SiO2粉末を含む600°Cの溶融LiF-NaF-KF中における、Ag基板上の結晶性Siの電析を報告している1)。この系において、電析したSiの形態や結晶性、組成などといった特性をより容易に制御するためには電析機構を理解することが重要である。しかしながら、電解条件が電析物の形態などに与える影響は未だ明らかではない。ここでの電解条件とは、例えば電解電位や電解浴の組成や温度、電極基板の種類や、溶融塩中のSiO2の粒径や化学状態・物理状態などである。本研究では電解条件の内、溶融LiF-NaF-KF中のSiO2の粒径と電析したSiの形態の関係に焦点を当て、調査を行った。具体的には、粒径が約9.1μmから5nmのSiO2粒子から電析させたSiのXRD分析とラマン分光分析を行った。いずれの電解においても、シリコンが電解析出することを明かにした。更に、SiO2粒子径が小さいほど、平滑なシリコン膜が得れらた。このことから、SiO2の溶解様式および還元様式がSiO2の粒子径と相関があることを明らかにした。新たなSiの製造プロセスとして溶融塩電解法が注目されている。しかし溶融塩電解法ではそのメカニズムは明らかになっておらず、様々な特性をもつSiを作り分けることが難しい。そこで本研究では、Si核生成・核成長過程の解明を目的とし、SEMによる基板の観察などを行った。600°Cの溶融LiF-KF中で0.70 Vの定電位電解を行った場合、0.0002秒でSi核の生成が確認された。電解時間を長くすると核数の増加が確認され、これらの核の凝集に起因すると考えられる核のサイズの増加も確認された。さらに電解時間を長くすると、Si核上にSi核が析出することで、Siがデンドライト状に3次元成長することが確認された。今後は、電極表面の形態が、析出シリコンのミクロ組織に対してどのように影響を与えるかについて、当初の予定通り、以下の1から3を実施する。2電解による水素前処理3アルカリ金属による前処理以上、3つの方法で前処理を行った基板(アルミニウム、鉄、銀、銅、ステンレス)それぞれについて、シリコン形成のための電解を行い、電解条件と核生成密度と前処理の関係について検討し、最適な前処理の条件を明らかにする。従来、実際に極初期に電解により発生させたシリコン核を観察した例はない。一方で平成28年でに、極初期に核発生様式を顕微ラマンとSEMで観察する手法を確立した。29年度は、ごく初期の核発生様式が成膜過程に及ぼす影響を検討する。エネルギー科学今年度は、当初計画時に見込んでいた実験回数を要しなかったため。次年度は、当初の計画より、高純度の試薬が必要となるため、消耗品費として使用する。
粘土鉱物の形態変化を考慮できる粒子計算モデルの構築とスレーキング現象の微視的理解

地盤材料のスレーキング現象を従来とは異なる微視的な視点で捉えることで,その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とする.その方法として,まずは,粘土鉱物の形状と大きさが物理的・化学的作用に応じて変化する過程(=形態変化)を考慮できる粒子計算モデルを新規に開発する.そして,土質試験/模型実験で得られた結果にもとづいて,モデル係数の決定方法などを含めた粒子計算モデルの高度化をおこなう.最後に,3次元でのデジタル泥岩の乾湿繰り返しシミュレーションを,室内実験では再現不可能な様々な条件のもとで実行することで,どの要因がどれだけスレーキングを促進させているのかを明らかにする.地盤材料のスレーキング現象を従来とは異なる微視的な視点で捉えることで,その発生・進行要因の定量的な分類と整理を可能とする.その方法として,まずは,粘土鉱物の形状と大きさが物理的・化学的作用に応じて変化する過程(=形態変化)を考慮できる粒子計算モデルを新規に開発する.そして,土質試験/模型実験で得られた結果にもとづいて,モデル係数の決定方法などを含めた粒子計算モデルの高度化をおこなう.最後に,3次元でのデジタル泥岩の乾湿繰り返しシミュレーションを,室内実験では再現不可能な様々な条件のもとで実行することで,どの要因がどれだけスレーキングを促進させているのかを明らかにする.
政府の統治構造と財政政策の決定メカニズムに関する研究

本研究は、主要先進諸国の国際比較を通じて、政府の統治構造と財政政策の決定メカニズムを分析し、政治制度及び予算制度と財政パフォーマンス(財政赤字の抑制等)の関係を明らかにすることを目的とし、特に連立政権における意思決定の仕組みを分析した。鍵となるのが内閣と与党の関係であり、それは国により様々であるが、財政規律を維持する観点からは、閣内における首相の権限・役割、連立政権合意において政府の財政政策を縛ること、予算を巡る紛争処理の仕組み(閣内委員会や政府・議会の首脳会議等)が特に重要である。1.本研究は、主要先進諸国の国際比較を通じて政府の統治構造と財政政策の決定メカニズムを分析し、政治制度及び予算制度と財政パフォーマンス(財政赤字の抑制や資源配分の効率性など)の関係を明らかにすることを目的とする。具体的には、財政政策の意思決定や予算編成過程における、執政府(内閣)内の首相と大臣・大臣と官僚、執政府と議会(与党)などのプレーヤー間の関係とこれらのプレーヤーをコントロールする予算制度が財政パフォーンマンスに与える影響を分析するものである。2.初年度である平成25年度は、理論モデルの構築とプレーヤーの関係などを類型化するための予備調査を主な課題としていた。具体的な研究実績としては、第1に、先行研究のサーベイであり、これまで欠けていた比較政治学に関する先行研究を主な対象とした。具体的には、議院内閣制の全体的な特徴を分析・類型化する研究を概観した後、1内閣の特徴を分析する研究、2内閣と議会・与党の関係を分析する研究(政党の性質を分析するものを含む)、3政策立案に関する紛争処理や連立のガバナンスの手段やメカニズムを分析する研究、をレビューした。和英の書籍は約80冊、論文は約60本をレビューした。第2に、予備調査の対象としてドイツを取り上げ、2013年11月に現地調査を行ったことである。具体的には、ボン大学及びベルリン公共政策大学院の教授とドイツ財務省予算経済担当課長へのインタビューを行うとともに、経済協力開発機構(OECD)の上級予算担当者会議に出席し、主要先進諸国の予算改革の動向を聴取した。3.研究のアウトプットとしては、2013年9月に、日本財政学会第70回大会において、政府の統治構造と財政政策の決定メカニズム」と題する論文を提出するとともに、発表を行った。本論文では、先行研究のレビューを行うとともに、民主党政権下での予算編成、政府・与党の関係とガバナンスを論じた。1.本研究は、主要先進諸国の国際比較を通じて、政府の統治構造と財政政策の決定メカニズムを分析し、政治制度及び予算制度と財政パフォーマンス(財政赤字の抑制や資源配分の効率性など)の関係を明らかにすることを目的とする。具体的な研究実績としては、第1に、先行研究のサーベイであり、これまで欠けていた比較政治学に関する先行研究を主な対象とし、和英の書籍は約80冊、論文は約60本をレビューした。第2に、予備調査の対象としてドイツを取り上げ、25年11月に現地調査を行ったことである。平成26年度は、引き続き関連論文をサーベイするとともに、分析のモデルと枠組みを構築し、ドイツ、オランダ、そしてオーストリアのケーススタディを行った(オーストリアの現地調査については、当初予定していた出張が会議の遅延で遅れたため、27年4月に実施)。併せて、経済協力開発機構(OECD)の上級予算担当者会議に出席し(26年6月ドイツ)、主要先進諸国の予算改革の動向を聴取した。3.25年度の研究のアウトプットとしては、9月に、日本財政学会第70回大会において、「政府の統治構造と財政政策の決定メカニズム」と題する論文を提出するとともに、発表を行った。26年度については、5月に、日本行政学会総会において、「政府と与党の共同ガバナンス:政策立案を巡る政府と与党の調整」と題する論文を提出するとともに、発表を行った。平成26年度は、引き続き関連論文をサーベイするとともに、分析のモデルと枠組みを構築し、特にケーススタディとしてドイツの分析に力を入れた。最終年度である平成27度の研究実績としては、第1に、スウェーデン、オランダ、イギリスへの現地調査を行うとともに、経済協力開発機構(OECD)の上級予算担当者会議に出席し(27年6月イタリア)、主要先進諸国の予算改革の動向を聴取した。

第2に、意思決定過程の関わる問題として、紛争処理に焦点を当て、その仕組み(例えば、連立政権合意、閣内委員会、政府与党連絡協議会等)について、ドイツ・スウェーデン・オランダ・イギリス等の国の比較分析を行った。3.25・26年度の主な研究のアウトプットは、2つ学会での発表(日本財政学会「政府の統治構造と財政政策の決定メカニズム」、日本行政学会「政府と与党の共同ガバナンス:政策立案を巡る政府と与党の調整」)と4件の出版である。27年度については、1件の出版(共著)を行うとともに(28年夏に発行予定)、これまでの研究を総括する論文を執筆しているところである(雑誌への投稿は28年度に予定)。本研究は、主要先進諸国の国際比較を通じて、政府の統治構造と財政政策の決定メカニズムを分析し、政治制度及び予算制度と財政パフォーマンス(財政赤字の抑制等)の関係を明らかにすることを目的とし、特に連立政権における意思決定の仕組みを分析した。鍵となるのが内閣と与党の関係であり、それは国により様々であるが、財政規律を維持する観点からは、閣内における首相の権限・役割、連立政権合意において政府の財政政策を縛ること、予算を巡る紛争処理の仕組み(閣内委員会や政府・議会の首脳会議等)が特に重要である。研究の基盤となる理論モデルの構築は予定より遅れたものの、26年度前半にほぼ完成した。他方、ドイツなどの対象国のケーススタディが十分ではなく、今後、オランダなどの分析を進め、27年度半ばまでには、遅れを取り戻す見込みである。政治経済学1.理論モデルの構築に時間を要していたが、26年度に入り理論モデルにより分析の基本的な枠組みが整理された。具体的には、26年5月、日本行政学会において、「政府と与党の共同のガバナンス」と題する論文の提出と発表を行ったところである。2.最終年である27年度においては、理論モデルにより分析の基本的な枠組みが整理されたので、これを踏まえて、当初の研究計画において課題としていた、対象国の政治制度の比較分析・類型化に力を入れる。具体的には、ケーススタディとして、ドイツに加えて、オランダ、オーストリア、スウェーデン等を分析し、論文全体を仕上げることとしている。研究の基盤となる理論モデルの構築が十分ではなかった。先行研究のレビューに時間がかかり、それに基づく新しいモデルの検討に時間がかかっているからである。ただし、後述するように、26年度の前半において、遅れを取り戻す見込みである。次年度使用額が発生した主な理由は、経済協力開発機構の国際会議の開催が遅れて27年4月になったため、オーストリアの調査と併せて、海外旅費が不要となったこと、海外調査において通訳及び関係資料の翻訳が不要だったことである。1.理論モデルの構築に時間を要しているが、26年度に入り、ほぼその目途はたったところである。2014年5月25日に予定されている日本行政学会において、「政府と与党の共同のガバナンス」と題する論文の提出と発表を予定しており、同論文において、本研究の基盤となる理論モデルを示すこととしている。2.2年目の26年度においては、理論モデルにより分析の基本的な枠組みが整理されたので、これを踏まえて、当初の研究計画において課題としていた、対象国の政治制度の比較分析・類型化に力を入れる。具体的には、第1に、国際比較として、ドイツに加えて、オランダ、フランス、スウェーデン等を分析することとしている。
放射菌の抗生物質生産における素反応を応用した芳香族化合物生産経路の合理的構築

近年、化石資源の枯渇・地球温暖化等の環境問題が顕在化している。温室効果ガスの削減、持続可能な社会形成のため、石油依存社会から、エネルギーや化成品を再生可能なバイオマス資源に依存したバイオリファイナリー社会への変革が求められている。特に、芳香族系の化成品原料生産は、その生合成経路が複雑であること、また酵母や大腸菌等の微生物にとって毒性を示すため、バイオプロセスに置き換えるのが困難であり、石油資源からの生産に完全に依存している。本研究では、既存化成品原料生産のケミカルプロセスからバイオプロセスへの変換を目指した。本研究においては、放線菌Atreptomyces属に注目し、バイオマス資源からの芳香族化合物生産、バイオマス資源からの高効率な物質生産のための基盤の開発を行った。放線菌Streptomyces maritimusの2次代謝経路の一部を利用することにより、微生物を用いて初めて安息香酸の生産に成功した。3%デンプンから最大で460mg/Lの安息香酸生産に成功した。また、セルロースからの安息香酸生産を目指し、木質系バイオマス糖化酵素の一種であるエンドグルカナーゼ導入株を創製した。創製した株を用い、1%セルロースから最大で120mg/Lの安息香酸生産に成功した。本研究における報告は、微生物発酵によるバイオマス資源からの芳香族化合物生産に関する初めての報告であり、その収率もグルコースを用いた他の微生物による他の芳香族化合物生産における報告に匹敵するものである。しかしながら、セルロースからの安息香酸収率は、同仕込み量のグルコースの場合と比較して不十分であった。そこでバイオマス糖化効率を高めるためにバイオマス糖化酵素生産量の増強を検討し、バイオマス糖化酵素分泌生産量を10倍に向上させることに成功した。以上より、セルロース資化性安息香酸生産菌とバイオマス糖化酵素大量生産技術を組み合わせることにより、セルロースから効率的に芳香族化合物を生産可能な技術の確立が期待される。放線菌2次代謝経路を利用することにより、微生物を用いて初めて汎用的な化成品原料である安息香酸の生産に成功した。また、セルラーゼ分泌能力の付与によりセルロースからの安息香酸の生産にも成功した。今後、本年度培われた技術を基盤とし、芳香族化合物生産経路の再構築を検討することにより、様々な芳香族化合物をバイオマス資源から生産可能な放線菌セルファクトリーの構築が期待される。放線菌を用いたバイオマス資源からの芳香族化合物生産の一例として、安息香酸の生産に成功した。様々な芳香族化合物生産のため、今後、様々な放線菌の二次代謝経路から芳香族化合物修飾酵素を単離してくる必要がある。そして、これまでに生産に成功した安息香酸というシンプルな構造の化合物を出発化合物とすることにより、単離した修飾酵素遺伝子を用いて新規芳香族化合物合成経路の設計を行っていく必要がある。

様々な芳香族化合物生産のため、今後、様々な放線菌の二次代謝経路から芳香族化合物修飾酵素を単離してくる必要がある。そして、これまでに生産に成功した安息香酸というシンプルな構造の化合物を出発化合物とすることにより、単離した修飾酵素遺伝子を用いて新規芳香族化合物合成経路の設計を行っていく必要がある。
自動生成される学習用ゲームへの学習者の学習状況に応じた学習支援機能の自動付与

過去の研究で実現した学習用ゲームを自動生成するオーサリングシステムを拡張し,生成される学習用ゲームに学習者の理解状況に応じた学習支援機能を自動で追加実装する機能を開発した.低正答率の問題を優先出題,種別毎の正答率提示,低正答率問題の解説提示,ゲーム中の低正答率問題の強調表示,といった支援機能が自動実装される.学習者の理解状況は,ゲームプレイ中に学習活動が発生しうるタイミングで,プレイヤーが選んだ手が良手か悪手かで推測する.支援機能を持つ学習用ゲームを実際に利用してもらったところ支援機能の有無で連続誤答率に有意な差が見られた.本応募研究では、自動生成された学習用ゲームに、学習支援機能を自動で追加実装するシステムの実現を目指している。これまでの研究成果で学習用ゲームアプリケーションの自動生成までを実現していたが、平成26年度は、以下の二点について研究を進めた。1.学習用ゲームの構成要素の整理一般的にゲームのルール説明に使われる日本語文や用語を網羅的に洗い出して整理し、学習用ゲームの構成要素についてモデル化を行った。このモデルは学習用ゲームのさまざまな分析に用いられるほか、この成果によって自動生成システムの入力の簡易化も達成された。次項の分析研究は、この成果を元にして行われた。2.学習活動の種類と発生タイミングの分析機能学習支援の方法とタイミングは、学習用ゲームのゲームプレイ中で、いつ、どのような学習が行われるかによって変わってくる。ベースとしたゲームと組み込んだ学習の種類によって学習活動の種類と発生タイミングが異なってくるため、適切な学習支援機能を追加するためには、その種類と発生タイミングをシステムが分析できなければならない。平成26年度の研究により、学習が発生する三つの理由を明らかにし、それぞれの理由を生み出すゲームルールの組み合わせを明らかにした。また、学習者によって三つの理由に対する反応に違いがあることが明らかになった。この研究成果により学習支援の方法とタイミングを考えるための下地が整った。またこの研究単体での成果として、学習用ゲームの学習活動の種類と発生頻度を評価できるようになった。学習発生要因となるルールが明らかになったため、生成した学習用ゲームの改良にも役立つことが期待される。なおこの研究は、本来ならば平成27年度での実施を計画されていたが、平成26年度実施予定のものより先に達成すべきだと判断し、研究順序の入れ替えを行った。本応募研究では、自動生成された学習用ゲームに、学習支援機能を自動で追加実装するシステムの実現を目指している。当該年度では、以下の三点を実現した。(1)学習者の得意・苦手な問題や分野の同定方法の考案:生成される学習用ゲームでは、学習者が正しく問題を解けたかどうかは直接的には判別不可能である。そこで、確度は落ちるが、ゲームの展開から理解状況を予想する方法を考案した。確度の問題に関してはサンプル数を増やすことで解決した。前年度の研究で、生成される学習用ゲームでは「学習者がカードを選択し、そのカードに書かれた解答でゲームの展開が変わる」場合に学習機会が発生することがわかっている。この際に、ゲームが有利に展開した場合は正答、そうでない場合は誤答と判断し、その正誤履歴を元に学習者の理解状況を構築する方法を考案した。(2)生成元ゲームに応じた同定機能の自動生成:前述した学習状況同定機能はゲームによって実装方法が異なるため、学習用ゲームを自動生成する際に、入力されたルールを診断して、適切な方法で同定機能を構築し、生成する学習用ゲームへと自動付与するよう学習用ゲーム自動生成システムを拡張した。(3)理解状況に応じた出題制御と解説の提示機能の自動生成:学習状況同定機能の利用方法のひとつとして、苦手な問題を優先して出題したり、苦手な分野を同定して対応する解説を提示したりする機能を、生成する学習用ゲームへと自動付与するよう学習用ゲーム自動生成システムを拡張した。以上の成果により、自動生成されたものでありながら、学習者個々人の学習状況を把握可能な学習用ゲーム環境が実現された。応用のひとつとして出題制御と解説提示の機能の自動構築を実現したが、この成果を下地とすれば、理解状況に応じたさまざまな支援が可能となる。当初の計画として、平成27年度までに、1.学習者の理解状況を表現するモデルの考案、2.理解状況に応じた学習支援方法の考案、3.学習活動の種類と発生タイミング分析手法の確立、を達成する計画としていた。また、平成28年度に、4.学習支援機能の自動生成方法の確立、5.自動生成システムの実践的評価、を計画していた。現在、2と3については一部課題を残しているものの、1から4までが実現できている。これは当初の計画以上に進展しているといえる。しかしながらそれらの成果発表に関しては行えておらず、遅れている。以上より全体の進捗状況として、おおむね順調に進展している、と判断した。平成28年度の補助事業は研究代表者の病気により遅延が発生し、一年間の補助事業期間延長がなされた。以下、その上での平成28年度の研究実績について述べる。前年度までの研究により、学習用ゲームへの学習支援機能自動付与という課題は達成された。研究実施計画では、平成28年度に実践的な評価実験を実施する予定となっていた。本研究における実践評価は、重要な意義を持っている。学習用ゲームの学習効果を教育現場で実用性があるものとするために学習支援機能を付与しようとしており、現時点でどれだけの実用性があるか、問題があればそれは何か、問題に対処するための手がかりはあるか、それらを明らかにする実験は重要である。評価として、学習者の理解状況

同定能力、支援機能の学習効果、支援機能の自動生成能力、の三つを調査することを考え、平成28年度では理解状況同定能力の調査を行った。予備実験を行ったところ、理解状況の同定について、同定精度の低さと、同定にかかる時間という二つの問題が判明した。精度が悪い理由は、理解していないのに正解する場合、理解しているが正解できない場合があるためだと調査により判明した。前者については選択形式の出題でも同様に発生する問題であり、その対策についても既にいくつか研究がなされている。しかし後者についてはゲーム展開の都合により発生する特有のもので、新たに対策を研究しなければならない。同定に時間がかかる理由は、学習者に解かせて理解状況を判断したい問題があっても、ゲーム展開の都合により、なかなか学習者に出題できない場合があるためだと調査により判明した。この二つの問題は、どちらもゲーム展開にある。よってゲーム展開を都合のいいように操作することで、対処できる可能性がある。今年度の研究により、実用上の問題とその原因、さらに対処の手がかりまでが判明した。今後この成果をもとに改良を行っていく。研究代表者の事情により、当初計画から遅延が発生した。補助事業期間を一年間延長している。本研究で実現すべき課題として、1.学習者の理解状況を表現するモデルの考案、2.理解状況に応じた学習支援方法の考案、3.学習活動の種類と発生タイミング分析手法の確立、4.学習支援機能の自動生成方法の確立、5.自動生成システムの実践的評価、を挙げている。現在までに課題1から4までを実現している。これは本研究の課題である、学習支援機能の自動付与を達成しているとも言える。しかし実践的評価、および成果発表について、当初計画の最終年度では達成できなかった。当初計画の最終年度までに達成できなかったため、遅れていると判断した。本研究で実現すべき課題として,学習者の理解状況を表現するモデルの考案,理解状況に応じた学習支援方法の考案,学習活動の種類と発生タイミング分析手法の確立,学習支援機能の自動生成方法の確立,自動生成システムの実践的評価,を挙げている.平成27年度までの研究により,実践的評価以外を実現した.平成28年度ではその実践的評価として,学習者の理解状況同定能力を調査した結果,同定精度の低さと同定にかかる時間という二つの問題が明らかになった.平成29年度では,(1)この問題の解決と,残る実践的評価である,(2)学習発生タイミングの検出能力と(3)自動生成した支援機能の学習効果の調査を行った.(1)理解状況同定能力の問題は,理解しているが正解できない状況と,ゲーム展開の都合により同定に必要な出題がなされない状況,が発生することに原因があった.そこで,システムがプレイヤーにばれない範囲でゲーム的には不正にゲーム状況を操作し,理解状況を同定するのに都合のよい展開にすることで問題を解決した.その上でも発生してしまう正解できない状況は,それをシステムが検出し理解状況同定に用いないことで精度を向上した.
新しい体幹部拡散強調MRIパルスシーケンスの開発-動物実験用MRI装置による開発

近年,DWIは体幹部にも適用され(Body-DWI),陽電子放射断層撮像法(positron emission tomography : PET)のような体幹部腫瘍の画像を,放射線被ばくを伴わずに得ることができる.しかし,体幹部MRIでは脂肪組織からの信号がコントラストを低下させる場合があり,Body-DWIにも脂肪抑制法の併用が必要となる場合がある.今回,我々は既に開発した3D-DWIに水励起法(water excitation : WE)を組み合わせたWE-3D-DWIを開発し,ファントム実験により本手法の特性,ラットを用いた骨盤部を対象にした動物実験より,生体応用への可能性を評価したので報告する.近年,DWIは体幹部にも適用され(Body-DWI),陽電子放射断層撮像法(positron emission tomography : PET)のような体幹部腫瘍の画像を,放射線被ばくを伴わずに得ることができる.しかし,体幹部MRIでは脂肪組織からの信号がコントラストを低下させる場合があり,Body-DWIにも脂肪抑制法の併用が必要となる場合がある.今回,我々は既に開発した3D-DWIに水励起法(water excitation : WE)を組み合わせたWE-3D-DWIを開発し,ファントム実験により本手法の特性,ラットを用いた骨盤部を対象にした動物実験より,生体応用への可能性を評価したので報告する.本研究はEPI法を用いない(磁化率の影響を受けにくい)新しい体幹部拡散強調画像法(Body-DWI)のMRIパルスシーケンスを開発することを目的とした.体幹部の拡散強調画像(Body-DWI)を得るためには「消化管ガスによる磁化率の影響」,体幹部に存在する「脂肪組織からの信号の抑制」を考慮に入れる必要がある.2D-EPI-DWIは高速撮像という利点を有するものの,磁化率の違いを起因とする画像歪みを生じる場合がある, 3D-DWIはEPIと比べて磁化率の影響を受けにくいので画像歪みの少ない拡散強調画像を提供できる.体幹部にある脂肪組織からの高信号は画像コントラストを低下させる場合がある,そこで脂肪信号を抑制するためにCHESS法(Chemical Shift Selective : CHESS)もしくは水励起法(Water Excitation : WE)を3D-DWIに組み込んだ新しいMRIパルスシーケンスを開発した.開発したパルスシーケンスはファントム実験によってその特性を評価した.ファントム実験より本手法は脂肪からの信号を効果的に抑制することができた.本研究はEPI法を用いない(磁化率の影響を受けにくい)新しい体幹部拡散強調画像法(Body-DWI)のMRIパルスシーケンスを開発することを目的とした.体幹部の拡散強調画像(Body-DWI)を得るためには「消化管ガスによる磁化率の影響」,体幹部に存在する「脂肪組織からの信号の抑制」を考慮に入れる必要がある.2D-EPI-DWIは高速撮像という利点を有するものの,磁化率の違いを起因とする画像歪みを生じる場合がある.3D-DWIはEPIと比べて磯化率の影響を受けにくいので画像歪みの少ない拡散強調画像を提供できる.体幹部にある脂肪組織からの高信号は画像コントラストを低下させる場合がある.そこで脂肪信号を抑制するためにCHESS法(Chemical Shift Selective : CHESS)もしくは水励起法(Water Excitation : WE)を3D-DWIに組み込んだ新しいMRIパルスシーケンスを開発した.開発したパルスシーケンスはファントム実験によってその特性を評価した.ファントム実験より本手法は脂肪からの信号を効果的に抑制することができた.
口唇口蓋裂における口蓋化構音の鼻咽腔閉鎖機能の関与に関する研究

本研究は、口唇口蓋裂患者の鼻咽腔閉鎖機能不全に伴う構音障害の実態を明らかにし、その中で難治性である口蓋化構音の病態を解析とするとともに、口蓋形成術後の構音障害の分類と評価方法を検討し、口蓋病態に応じた言語療法のアプローチ方法の確立を目的とした。その結果、鼻咽腔閉鎖の曖昧さが口蓋化構音の発症要因に関わることが伺われた。よって、治療アプローチとして、口蓋化構音を予防するためには、口蓋形成術後の鼻咽腔閉鎖機能へのアプローチが重要であることが示唆された。米国より主研究である空気力学的分析のための機器の輸入手続きを行っていた所、先方業者の理由により、輸入が不可となった。そのため、口蓋裂の鼻咽腔閉鎖機能の分析のための機器を再検討し、新たに輸入手続きを行った。以上の経過により、主研究の機器の輸入手続きが遅延したため、早急に変更された機器でのデータ収集を行う予定である。また、口蓋化構音症例の構音評価に関しても、ただ今、音声データを収集している。収集後、音声学を専門とした研究者や言語聴覚士とともに、聴覚判定を行う予定である。当初、輸入予定であった機器が輸入業者の都合により、輸入が不可となり、急遽、他機種への変更を行ったため。鼻咽腔閉鎖機能不全を有する患者の構音障害が長期化するリスク因子について検討した。その結果、従来、鼻咽腔閉鎖機能不全に関与が深い構音障害が長期的に観察すると、口蓋化構音に移行している症例が散見され、口蓋化構音も鼻咽腔閉鎖機能不全との関連が示唆された。この内容を米国オハイオ州コロンバス市で開催されたInternational Velopharyngeal Dysfunction Symposiumにて報告した。また、口唇口蓋裂患者で口蓋化構音が認められた患者20名の聴覚判定を盲目検査で行った。評価者は音声学を専門とする研究者2名と小児の構音障害の臨床経験が30年の言語聴覚士である。評価項目は、事前に録音した音節の音声データ(/asa/, /ata/, /oto/, /utsu/, /ishi/)である。評価方法は、国際音声字母に基づき、聴覚判定され、転記された音をスコア化したbacking score表と、構音点の前後を示す+/-の補助記号を加えた12段階のbackingscore表を2種類作成し、評点化を行なった。評価者内および評価者間の一致度をκ係数で評価した。その結果、評価者間の一致度は、破裂音の/ata/、/oto/の一致度は高かったが、摩擦音、破擦音の/asa/、/ishi/および/utsu/は低かった。評価者内においても、/ishi/の一致度が他の音節に比べて低い傾向が伺われた。以上のことから、backing scoreでの評価は構音点のズレを評点化することで、構音点の同定がしやすいが、音の種類によって、判定にバラツキがでると思われた。今後は、さらにより一致度が高い評価方法を検討し、本邦で懸案となっている口蓋化構音の細分類の指標にならないかと推察された。詳細は第61回日本音声言語医学学会にて発表する予定である。米国からの研究機器の購入で、薬監法の手続きが必要となり、そのため、機器購入の手続きで遅れている。鼻咽腔閉鎖機能の分析に関しては、新機種でのデータ分析を進め、聴覚判定に関しても、音声データ収集後に聴覚判定を行う予定である。複合領域機器購入の手続きを進め、機器購入までは、口蓋化構音患者の構音や音響分析などを行う予定である。主研究の機器の変更があったため米国からの評価機器輸入が遅れているため変更機器の購入輸入手続き完了後、評価機器を輸入する。
ブータンの村落社会内における共同活動についての多面的研究：成功度の要因と経済格差

本年度は、当初予定していた現地調査が様々な理由が重なり延期せざる得なくなった。2018年は、ブータンでは総選挙が行われ、外国人が農村部に入っての聞き取り調査が、大きく制限されたことが大きな理由である。選挙終了後の12月に現地調査を計画してみたが、受け入れ機関の都合がつかず、やむなく翌年度に延期となった。現地調査が実現しなかったことにより、本年度は、日本国内での情報収集と文献のレビューに注力した。本研究は、ブータンの農村部での共同作業を伝統的に古くから慣習として実践されて来たものと、近年、政府によって導入されている近代的なものの2種類に分けて、これらを主に、村落社会内の経済格差の縮小への効果という点から比較検討することを目的としている。文献のレビューを通じて、農作業に関しては、出荷などを共同で行う目的の農業協同組合に加え、農機具等を共同で管理するしくみも整えられてきていることが明らかになってきた。来年度以降の現地調査の質問項目に加えるべき有用な情報である。また、農村部において、近年、水不足の問題が深刻になりつつあるということも、文献その他かた分かりつつある。水不足が、農業の共同作業のしくみ(特に、水田の水管理)にどのような影響を及ぼしているかという点も、現地調査を通じて明らかにしていきたい。現地調査の計画は、現地受け入れ機関の担当教員と綿密に連絡を取りながら進めており、最終的には、当初予定していた範囲での調査が可能であると判断している。今年度の現地調査は延期になったが、来年度以降の現地調査に関しては、現地受け入れ機関の教員と打ち合わせを重ねながら、詳細に計画を立てており、研究計画にある範囲の調査は十分可能であると判断している。現地の受け入れ機関である、王立ブータン大学農業カレッジの教員と密に連絡をとりながら現地調査を進めていく。前ページに示した理由により、ブータンでの現地調査が翌年に延期になったため。延期になった現地調査の次年度の実施は、十分可能と判断しており、次年度使用額については、当初の研究計画にあるような現地調査に使用して行く予定である。
アブラナ科植物における病害抵抗性遺伝子の同定と進化遺伝学的研究

本研究では,アブラナ科植物における抵抗性遺伝子の単離と,抵抗性遺伝子の進化遺伝学的解析を目的に実験を行っている。萎黄病抵抗性遺伝子については, Brassica rapaの抵抗性と感受性を示す系統に対して, RNA-Seq法によって系統間で発現量が異なるNBS-LRR型遺伝子を探索した。その中で,抵抗性系統にのみ存在するBra012688、Bra012689遺伝子から,遺伝子マーカー(感受性系統では増幅されない)を作成し,抵抗性・感受性系統の後代F_2分離集団に供試したところ,各個体の遺伝子型と罹病度の間に強い関連性が示された。また,感受性系統では,両遺伝子の欠失により罹病化したと考えられた。これらの結果は, Bra012688, Bra012689が, B. rapaの有力な萎黄病抵抗性遺伝子であることを示唆している。なお, 2遺伝子は同じ転写方向でタンデムに位置するが,アミノ酸配列の相同性が低く最近の重複ではないと考えられた。B. oleraceaの抵抗性遺伝子については, 24年度に,キャベツ(B. oleracea)において,抵抗性・感受性系統の後代F_2分離集団における組み換え個体を用いた接種試験により, 2つの有力なNBS-LRR型の萎黄病抵抗性候補遺伝子(FocBol-A, -B)を見出した。転写解析によって,抵抗性系統でFocBol-Bは転写されるがORFが得られない,一方でFocBol-AではORFが確保できた。また,感受性系統では一塩基の挿入によりフレームシフトが起きており, FocBo1-Aの機能が喪失したと考えられた。更に,抵抗性のFocBol-A特異的増幅マーカーによって多数のキャベツ,ブロッコリーF_1品種を用いたMAS (Marker Assisted Selection)を行ったところ,抵抗性品種と感受性品種を完全に判別することができた。この結果は, FocBo1-Aが真の萎黄病抵抗性遺伝子であることを更に裏付け,確実なMASの基盤を提供するものと考えられた。また, B. oleraceaのFocBol-Aは, B. rapaのBra012688のオルソログであった。全く異なる手法で同定された遺伝子が互いにオルソログであることは,これら2遺伝子が真の抵抗性遺伝子であることを強く示唆している。(抄録なし)本研究では,キャベツ類(Brassica oleracea)の重要病害である萎黄病と根こぶ病の抵抗性遺伝子の同定し,抵抗性遺伝子の進化を明らかにすることを目的にしている。萎黄病については,単因子優性遺伝する抵抗性遺伝子(FocBo1)を抵抗性キャベツ×罹病性ブロッコリーの交雑後代の遺伝子分析から明らかにした(Pu and Shimizu et al.2012)。その後,FocBo1の推定座乗領域における染色体組換系統を、約1,000個体(F2)より選抜し後代系統(F3)を作成し,選抜後代系統の抵抗性検定と遺伝子型解析によって、約150kbに相当する領域内にFocBo1が座乗することを明らかにした。ファインマップを作成した遺伝子マーカーはシロイヌナズナと近縁種のB.rapaのゲノムデータベースを用いることで効率良く作成することができた。また、近縁種であり全ゲノムが公開されているB.rapaとのゲノム比較解析を行った結果、FocBo1推定座乗領域の相同性領域には病害抵抗性遺伝子特有なモチーフ配列(NBS-LRR)を持つ遺伝子が2つ存在していた。そこで、抵抗性系統からコスミドライブラリーを作成し、目的領域を含むコスミドを選抜、シークエンスをしたところオルソログ遺伝子を確認でき候補遺伝子とした。現在、罹病性シロイヌナズナに形質導入中である。根こぶ病については,当研究室の先行研究で,根こぶ病抵抗性QTLとして,主働抵抗性QTL,pbBo(Anju)1,微働抵抗性QTLとして,pbBo(Anju)2,pbBo(Anju)4を同定している。抵抗性遺伝子の遺伝子単離に向け、3つのQTLについて、QTL領域に染色体組換を起こした個体を選抜するとともに、ファインマップの作成を行なった。作成個体に対して萎黄病同様マップベースによる抵抗性遺伝子の探索中である。

B. oleraceaの抵抗性遺伝子については, 24年度に,キャベツ(B. oleracea)において,抵抗性・感受性系統の後代F_2分離集団における組み換え個体を用いた接種試験により, 2つの有力なNBS-LRR型の萎黄病抵抗性候補遺伝子(FocBol-A, -B)を見出した。転写解析によって,抵抗性系統でFocBol-Bは転写されるがORFが得られない,一方でFocBol-AではORFが確保できた。また,感受性系統では一塩基の挿入によりフレームシフトが起きており, FocBo1-Aの機能が喪失したと考えられた。更に,抵抗性のFocBol-A特異的増幅マーカーによって多数のキャベツ,ブロッコリーF_1品種を用いたMAS (Marker Assisted Selection)を行ったところ,抵抗性品種と感受性品種を完全に判別することができた。この結果は, FocBo1-Aが真の萎黄病抵抗性遺伝子であることを更に裏付け,確実なMASの基盤を提供するものと考えられた。また, B. oleraceaのFocBol-Aは, B. rapaのBra012688のオルソログであった。全く異なる手法で同定された遺伝子が互いにオルソログであることは,これら2遺伝子が真の抵抗性遺伝子であることを強く示唆している。萎黄病と根こぶ病の2つの病害の抵抗性遺伝子の単離を目的としている。萎黄病については、マップベースクローニングが成功し現在、次年度の達成目標である形質導入まで工程が進んでいる。しかし、根こぶ病については、遺伝様式が量的遺伝形質で遺伝子の集積が必要であることを受け、染色体組換系統の作出で止まっている。しかし、遺伝子マーカーは既に作成済みなため、迅速にマップベースによる遺伝子の探索が可能である。萎黄病は、近縁種のBrassicaragaを侵すことが本研究によって明らかにしている。研究課題である、病害抵抗性遺伝子の進化遺伝学的研究を行うためにもB.rapaにおいて抵抗性遺伝子を同定することは必要不可欠であるため,B.oleraceaの実験と平行して,遺伝子の単離を目指している。根こぶ病抵抗性は量的形質のため微働抵抗性遺伝子の単離は現在までにほとんど前例がない上、B.oleraceaはライフサイクルが長い、自家不和合性のため短期間での組換え近交系を作成できないので,RNA-seqを用いた網羅的な発現遺伝子の推移などによって関連遺伝子を探索する予定である。(抄録なし)
霊長類における他者の報酬に対する感受性の個体差を生み出す神経回路網の理解

ヒトを含む霊長類は、進化の過程で集団サイズを大きくしてきた。この集団の維持には、個体間で同調する性質が必要であるとともに、環境の変化に対し個体間に差(=個性)があるほど、生存確率を高める要因(例えば報酬やリスクに対する感受性)を広くカバーできると考えられる。しかしこれまで、霊長類は社会的動物とまで呼ばれるにも関わらず、モデル動物として脳の神経活動を記録し調べた研究は少ない。そこで高度な社会性を持つサルを対象とし、生存に密接に関係する報酬系の神経機構、特に社会生活の中で重要な他者の報酬に対する感受性を支える神経機構に焦点を当て、行動・神経細胞活動の記録・解析を行う。
グローバル化とアフリカにおける社会の「崩壊」現象に関する実証研究

今年度は、最終年度として、最終報告書を取りまとめるための、理論枠組みの再検討と資料解析、ならびに報告書執筆が主な作業となった。幸い、この研究課題の成果の一部は、昨年度まで日本貿易振興会・アジア経済研究所との共同研究の下で進められた、「第三世界の紛争と国家」プロジェクトの成果論文としてすでに刊行された。この論考では、南アフリカにおける、ポスト・アパルトヘイト期における「紛争」をめぐり、「自警活動」「タクシー戦争」と呼ばれる暴力の連鎖を考察し、その双方に共通する論理を明らかにすることで、グローバル化のもとでどのような社会の「崩壊」現象が生起しているのかを考えるひとつの考察を行った。こうした具体的な成果を生かしつつ、最終年度にあたる平成15年度は、社会学の観点からこうした問題を広くこうした現象を考察する視座を提供してきたM・カステルの議論を参照することと、南アをめぐる新たな問題として生起してきたトラフィッキング(人身売買)の問題に関して、モロ・ソンゴローロ(Molo Songololo)という南アのNGOの報告書を組み入れる形での考察を進めてきた。その結果として、南アフリカにおける問題が、非常にグローバル化文脈と不可分な形で生起していることを改めて確認したほか、1980年代まで長く南アフリカの政治・経済・社会を規定してきたアパルトヘイト体制が持つ意味の重要さという歴史的文脈の意味を新たに抽出することに成功した。こうした形で、今日のアフリカにおける諸現象が、グローバル・ローカルという垂直的な空間的・時間的連続性と、歴史的な通時性の交差する場に生起している姿を改めて一つの事例から解読できたことができたことは、今回の研究の大きな成果であった。今年度は、これまで収集している資料・文献に加え、今後収集対象となる資料の特定と一定のデータ・ベース化を進めるための予備作業を実施した。主に、グローバル化を取り扱う既存研究とアフリカ地域の各種研究機関が発行している暴力と犯罪関連の資料、さらにアフリカにおける政府発行の政策に関する文書、現状分析に関わる文書、統計資料の収集のほか、本研究に有益となる理論的な枠組みを提示している既存、あるいは最近の研究成果について、その視角や方法をまとめる形で作業が進められつつある段階にある。特に本研究の具体的な分析対象となる南アフリカに関しては、アジア経済研究所との共同研究で類似の視点から資料収集・分析を行う機会を得たこともあり、とりわけ1990年代中葉以降の社会の「崩壊」現象の諸側面に関し、かなり網羅的な状況を明らかにする作業を進めることが出来たことは幸運であった。この成果については、年度末に中間報告書の形で、まとめられる予定である。こうした作業と先の理論研究とのつき合わせなどから、来年実施予定の現地調査へ向けたデザインを描く作業にも一定のめどを立てられる方向にあるという段階にある。以上から、当初今年度の予定として掲げていた予備的な資料収集と理論研究、調査への見通しそれぞれに関して一定の成果をあげることが出来たと考えている。無論、現段階でそれぞれの課題に関し不充分な点は多々あるが、今後周到に2年目の作業を進める準備をしていくことが次なる課題と考えている。今年度は、ザンビアと南アフリカにおける現地調査の実施が、研究遂行上最も重要な位置づけを与えられていた。この調査では、ザンビアでは、グローバルな課題としての「民主化」プロセスに潜む諸問題について、聞き取り調査のほか、2001年末に実施された大統領、議会選挙に関する資料収集を実施した。また、南アフリカにおいては、ポスト・アパルトヘイト期における「紛争」の諸側面について、多面的な検証を行うための資料収集を実施した。幸い、ケープ・タウンに拠点を置くNGOにおいて興味深い資料を入手できたほか、ケープ・タウン大学の図書館における資料収集を実施することができた。また、ジョハネスバーグ、プレトリアでは、関係研究機関等において資料収集を実施した。この成果の一部は、日本貿易振興会・アジア経済研究所との共同研究の下で進められている、「第三世界の紛争と国家」プロジェクトの成果

論文として刊行予定である。この論考における目的は、南アフリカにおける、ポスト・アパルトヘイト期における「紛争」に関して、「自警活動」「タクシー戦争」と呼ばれる、暴力の連鎖が見られることを示した後で、双方に共通する論理を明らかにすることで、グローバル化のもとでどのような社会の「崩壊」現象が生起しているのかを考えるひとつの考察を行うことであった。こうした具体的な成果を生かしつつ、最終年度である平成15年度においては、こうした現象をより理論的に読み解くための枠組みを検討し、その成果をなんらかの形で発表することにあるので、引き続き、調査検討を進めていく予定である。今年度は、最終年度として、最終報告書を取りまとめるための、理論枠組みの再検討と資料解析、ならびに報告書執筆が主な作業となった。幸い、この研究課題の成果の一部は、昨年度まで日本貿易振興会・アジア経済研究所との共同研究の下で進められた、「第三世界の紛争と国家」プロジェクトの成果論文としすでに刊行された。この論考では、南アフリカにおける、ポスト・アパルトヘイト期における「紛争」をめぐり、「自警活動」「タクシー戦争」と呼ばれる暴力の連鎖を考察し、その双方に共通する論理を明らかにすることで、グローバル化のもとでどのような社会の「崩壊」現象が生起しているのかを考えるひとつの考察を行った。こうした具体的な成果を生かしつつ、最終年度にあたる平成15年度は、社会学の観点からこうした問題を広くこうした現象を考察する視座を提供してきたM・カステルの議論を参照することと、南アをめぐる新たな問題として生起してきたトラフィッキング(人身売買)の問題に関して、モロ・ソンゴローロ(Molo Songololo)という南アのNGOの報告書を組み入れる形での考察を進めてきた。その結果として、南アフリカにおける問題が、非常にグローバル化文脈と不可分な形で生起していることを改めて確認したほか、1980年代まで長く南アフリカの政治・経済・社会を規定してきたアパルトヘイト体制が持つ意味の重要さという歴史的文脈の意味を新たに抽出することに成功した。こうした形で、今日のアフリカにおける諸現象が、グローバル・ローカルという垂直的な空間的・時間的連続性と、歴史的な通時性の交差する場に生起している姿を改めて一つの事例から解読できたことができたことは、今回の研究の大きな成果であった。
化学発光増強効果を利用した超音波タグ生体光断層画像計測技術の研究

超音波による化学発光増強効果を利用し,生体に投与した化学発光プローブの生体内分布を画像計測する技術の開発を行っている。集束超音波を生体内に照射することにより空間選択的に化学発光を増強し,超音波焦点を走査することで光散乱媒質内の光断層画像計測を行うものであり,本研究はルミノールを化学発光プローブとし,生体内における活性酸素種(ROS)産生を非侵襲画像計測法の開発を目標としている。2018年度は,前年度開発したフェイズドアレイ超音波トランスデューサ・ディジタル遅延方式による電子走査型計測システムを用い,断層画像の高空間分解能化について検討を行った。具体的には,直交する2方向から超音波を照射し測定試料内部の一点で集束させるための超音波電子走査機構及びその計測制御プログラムの開発と,その評価を行った。電子走査条件にてハイドロフォンによる音圧分布を計測した結果,両軸において同等サイズの音圧焦点の形成を確認した。また光散乱媒質(40mm□生体模擬試料)の内部にルミノール化学発光溶液カプセルを埋設し,発光増強断層画像計測を行い,超音波焦点横断面サイズ(約1mm)の空間分解能での2次元断層画像計測が可能であることを確認した。生体計測に必要なより低濃度での発光計測の実現に向け,超音波の照射・走査方法の制御法についてさらに検討を行う必要があるため,今後もその検討を継続し,ROS検出能を評価する画像計測実験を経た上で,実際の生体試料を用いた断層画像計測へと進める予定である。2018年度計画において目標とした2軸電子走査方式に基づくシステム評価が終了し,空間分解能の目標値を達成した。生体計測へ適用するため,検出感度のさらなる向上に向けた検討が必要である。当初計画どおり,2軸電子走査方式に基づく断層画像計測システムを用いた計測実験とシステム評価を継続し,高感度化のための走査方式の見直しと,ソフトウエアの改良を行う。空間分解能の向上は達成されたため,生体計測に必要なROS検出感度が得られることを確認した上で,生体計測システムの開発である第2フェーズへと研究を進める。超音波による化学発光増強効果を利用し,生体に投与した化学発光プローブの生体内分布を画像計測する技術の開発を行う。これは集束超音波を照射することにより空間選択的に化学発光を増強し,超音波焦点を走査することで光散乱媒質内での光断層画像計測を実現する手法であり,本研究ではルミノール化学発光をプローブとし生体内における活性酸素分布を非侵襲画像計測する技術の開発を目標とする。初年度である平成29年度は,これまでに行った固定焦点型超音波トランスデューサを用いた機械式焦点走査による画像計測の原理に関する実験的検証に基づき,フェイズドアレイ素子による電子式走査に基づく計測システムの検討・開発を行った。64チャンネルフェイズドアレイ素子を用い,電子式走査のための位相遅延回路の設計・製作,およびその制御プログラムを開発した。試作したシステムに対してハイドロフォンによる音圧分布を計測し,超音波焦点の2次元形状とその走査性能について評価を行った。その結果,設計通りの焦点形状が得られていることを確認した。実際にルミノール溶液を微小カプセルに封入した計測ターゲットを光散乱媒質内に配置し,化学発光の2次元分布計測を行った。超音波伝搬(縦)方向と直交する横方向については超音波焦点サイズに相当する1mm程度の空間分解能での画像計測が可能であることを確認した。その結果を踏まえ,当初より今年度の課題として設定していた,縦方向の空間分解能を向上させるための手法として,フェイズドアレイ素子の直交配置による計測方法の検討を行った。それにより,両軸で同等の解像度による画像化が実現可能であることを実験的に確認した。平成29年度の計画において目標とした2軸電子走査機構に基づくシステムの開発が終了し,実際に生体模擬試料を用いての画像計測実験を行うことができた。