hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環状オリゴマー構造とそのネットワークポリマーの熱特性・機械特性との関係性の解明

本研究は環状オリゴマー構造を有するモノマーを用いて熱硬化を行い、得られた硬化物の熱特性や機械特性を評価することで、環状オリゴマー構造と硬化物物性との関係性を明らかにすることを目的とする。そこで初年度はフェノールの環状8量体であるカリックス[8]アレーン骨格を有するエポキシ化合物を用いて硬化物の作成を検討したが、単独での硬化反応は困難であったためベンゾオキサジン樹脂と混合し、示差走査熱量測定および赤外分光測定により硬化挙動を解析したのち、硬化物の動的粘弾性測定、熱重量分析、3点曲げ試験、破壊靭性試験、誘電率測定を行うことで各種物性を評価した。硬化物の動的粘弾性測定、熱重量分析からカリックス[8]アレーン構造が硬化物中に多く導入されるとガラス転移温度と熱分解温度が大きく上昇することが明らかとなった。一方、曲げ強度はカリックスアレーンのエポキシ化合物/ベンゾオキサジン=10/90(エポキシ環/オキサジン環のモル比)のときに極大値を示し、それよりもカリックスアレーンの割合が大きくなると低下した。また、破壊靭性値はカリックスアレーンの割合の増加に伴い単調に減少した。これらのことは1カリックス[8]アレーンの剛直な環状骨格と、2モノマー中に多数のエポキシ基が存在することにより、硬化物の物理的耐熱性と化学的耐熱性の両方が上昇する一方で、架橋密度が増加することにより硬化物が脆くなったものと推測される。誘電率及び誘電正接はカリックス[8]アレーンのエポキシ化合物の増加に伴い漸減したが、これはモノマー中における脂肪族炭化水素の割合がベンゾオキサジンよりも大きいためであると推測された。本年度はフェノールの環状8量体であるカリックス[8]アレーンのエポキシ化合物とベンゾオキサジンとの共重合体という限定された系ではあるが、曲げ特性や破壊靱性といった機械特性も含めて硬化物物性と環状オリゴマー構造との関係性を明確にすることができた。他方で、環状4量体や環状6量体構造を有するモノマーの硬化物を作製するにはモノマーの溶解性の低さを克服する必要があることがわかった。当初計画をおおむね遂行できたため(2)とした。研究を進めていく上でカリックスアレーン化合物の溶解性の低さ(融点の高さ)が課題であることが明らかとなった。そこでまず、以下のような検討を行い、カリックスアレーン類の中でも溶解性の低いカリックス[4]アレーン構造を有する硬化物を作製できる条件を見出す。1溶媒にエポキシ化合物を溶解させたのち乾燥させ、得られたフィルムを硬化させる。2エポキシ基以外の重合性官能基の導入により溶解性を上昇させる。3オリゴマー化により溶解性を向上させる。その後、同様の条件でカリックス[6]アレーン、カリックス[8]アレーン構造を有する硬化物を作製し、硬化物の熱特性と機械特性を評価・比較することで環サイズと硬化物物性の関係性を明らかにする。加えて、環状オリゴマー構造を有する樹脂の金属やガラス繊維との接着性についても評価する。

研究を進めていく上でカリックスアレーン化合物の溶解性の低さ(融点の高さ)が課題であることが明らかとなった。そこでまず、以下のような検討を行い、カリックスアレーン類の中でも溶解性の低いカリックス[4]アレーン構造を有する硬化物を作製できる条件を見出す。1溶媒にエポキシ化合物を溶解させたのち乾燥させ、得られたフィルムを硬化させる。2エポキシ基以外の重合性官能基の導入により溶解性を上昇させる。3オリゴマー化により溶解性を向上させる。その後、同様の条件でカリックス[6]アレーン、カリックス[8]アレーン構造を有する硬化物を作製し、硬化物の熱特性と機械特性を評価・比較することで環サイズと硬化物物性の関係性を明らかにする。加えて、環状オリゴマー構造を有する樹脂の金属やガラス繊維との接着性についても評価する。理由:硬化反応に用いるモノマーの分子構造を当初計画から変更したために、試薬購入費が予定よりも少額だったため。使用計画:次年度繰越分はモノマーの合成操作および樹脂混練のための撹拌装置の購入、研究成果発表のための旅費などに使用する予定である。
差分学の構築とその工学的応用

我々は差分学構築の目的を次の2点に絞った。1.実数の連続性を否定しても解析学に対応するものを離散的空間で建設できるか?2.微分方程式の差分化の方法は無数にあるが、微分方程式の持つ定性的・大域的性質を保存するような差分化(超差分化)は可能であるか?目的1.は肯定的に達成された。詳しくは下記の出版物(1).広田良吾,『差分方程式講義』サイエンス社(2000).(2).辻本諭,『可積分系の応用数理』(第一章可積分系の離散化について)中村佳正編,裳華房(2000).に述べられている。目的2.も肯定的に達成された。この問題に関しては非常に多くの成果がえられた。上記の学会誌等への発表文献(1,2,5,7,9,10,11,12,14,17)が差分化(超差分化)を議論した論文である。論文(8,15)は可積分な微分方程式を議論したもので、これらの微分方程式も、差分化可能であると推定されている。差分学の工学的応用論文(3,4,6,13,18,19,20)は超差分方程式のセル・オートマトン、交通流、パターン形成を論じたものである。数値計算法のマトリックスの特異値分解に対する応用として(発表文献16)がある。可積分系の理論を使ったこの新しい方法は既存の方法よりも計算時間が早くなる可能性がある。本年度の実績は次の通りである。●論文1.非線形微分方程式のもつ定性的・大域的性質を保存する差分化の新しい例としてポテンシャルMKdV方程式の時間差分化に成功した。●論文2.超差分KdV方程式と超差分ロトカ・ボルテラ方程式を関連づける超差分空間でのミウラ変換を発見し、超差分KdV方程式は高橋・薩摩によるソリトン・セルオートマトンに等しいを示した。●論文3.超差分バーガーズ方程式は良く知られているRule-184のセル・オートマトンに等しいことを発見し、解の解析的性質を示した。●論文4.交通流のモデル方程式として新しいセル・オートマトンを発見した。●論文5.パンルベ方程式の超差分化に成功した。・論文1.差分化されたToda分子方程式はマトリックスの固有値を計算するLR法に等しいことが知られているが、Toda分子方程式を超差分化するとソリトンの運動を記述するセル・オートマトンが得られる。このセル・オートマトンはSorting algorithmに等しいことが示された。・論文2.結合型Modified KdV方程式は可積分はソリトン方程式として知られているが、この方程式のもつ定性的・大域的性質を保存するような時間・空間の差分化に成功した。結合型Modified KdV方程式はパルス波(ソリトン)によるパルス波(ソリトン)の増幅を記述しているので、この現象の差分方程式による数値シミュレーションが容易になった。・論文3.新しい結合型(微分型)の可積分なソリトン方程式が発見された。解はPfaffianによって表現される。●可積分なコマの運動方程式としてオイラーのコマ、ラグランジュのコマ、コワレスカヤのコマが有名である。差分学の応用として可積分なコマの差分化を考えた。論文1.オイラーのコマの可積分な差分化に成功した。差分方程式は2個の保存量を持ち、解はヤコビの楕円関数で表現される。論文2.ラグランジュのコマの可積分な差分化に成功した。差分方程式は6個の保存量を持ち、解はヤコビの楕円関数で表現される。●図書1で、可積分な微分方程式をどのように差分化するか?その方法を基本から応用を含めて体系的に記述した。

この分野のテキストとしては他に類書がない。同書には非整数回微分演算子の差分化についての研究成果も述べられている。本年度の実績は次の通りである。・非線形微分方程式を数値的に積分するには非線形方程式を差分化する必要がある.非線形微分方程式の大局的な性質として保存量がある.差分方程式が保存量をもっているかどうかを判定する必要がある.しかし差分方程式の保存量を発見する一般論はない。論文1.与えられた差分方程式の保存量を発見するための方法が開発された。この方法を使って,保存量をもつ有理型の3階差分方程式のクラスが発見された.・可積分な非線形差分方程式は数理科学のいろいろな分野と関係がある。たとえば数列の収束を加速するスキームや行列式の固有値を計算するLR法などがある.論文2.ある種の可積分な非線形差分方程式はPfaffianという行列式を拡張したものによって記述されることが発見された。Pfaffianを使えば可積分な非線形差分方程式の新しいクラスが発見できることを示した。
日本語教育のための日本語と外国語との対照研究

中国からの留学生1名(男性、30歳)、台湾からの留学生2名(女性、ともに24歳)、日本人小学生1名(女子、11歳)に、昔話の録音教材「なしとり兄弟」を聞かせ、語、文、文章の単位で、意味のとらえにくいところはどこかを、調査したものである。複合形の表現、方言的な言い回し、擬音語・擬態語などが理解されにくい。また、この昔話の主題も理解されにくい事がわかる。話しことばとして自立的に文脈を形成していくことが必要になる授業場面を取り上げ、そこでの話しことばの実態から、発達のすじみちを探ったものである。その一つとして、型を意識させた発言から、やがて、ひとまとまりの自立した表現へというすじみちが考えられる。ただ、型は形式化の危険性をはらむだけに、指導上、表現内容とともに用いるべき必然の場を組織する必要がある。話しことば教育の実践研究である。日本語音声の特質を小中学生に自覚させ、自らの話しことば学習に強い関心を抱かせるための音声教材と授業展開のあり方を実証的に解明した。「むかし、むかし(mukasi mukasi)」を逆にした「いさくむ(isakumu)」ことばを提示する。テープレコーダーによって実験、実証し、日本語音声の特質を興味深く学ばせることができる。戦前から戦後にかけて、秋田県平鹿郡西成瀬村を中心に標準語教育に尽くした遠藤熊吉の業績は、今日に引き継がれている。遠藤熊吉の実践の特質(方言による自由な会話から標準語へ、など)および、排他的な秋田の田舎で標準語による話しことば教育が受け入れられた理由(吉野鉱山など)、その教育が現在まで継承されてきた理由(『にっぽんご5』の仕事など)を明らかにした。
脳波を用いた外国語能力評価方法の確立

今年度これまでは,昨年度に続き脳波を用いた英語能力評価に関する研究を行ってきた。英語での会話やスピーチを聞いている際の脳波を計測し,一般線形モデルを用いてその脳波から会話やスピーチが含む単語や音素などの様々な要素に対する反応を抽出することに成功した。昨年度の実験では実験に用いた刺激の長さが不足しており,データの信頼性に問題があったため,刺激を質,量ともに大幅に向上させて作成した。この英語スピーチデータを用いて日本語母語話者約200名,英語母語話者約30名から脳波を計測し,英語能力の違いにより単語や音素に対する反応がどのように異なっているのかを検討した。解析に関しては一般線形モデルを用いて,音素や単語を細かく分類し,それぞれに対する反応を検討した。その結果,単語に対する脳派の反応が英語能力が高いほど早くなっていることが明らかになった。また,外国語能力の違いが脳波の反応の品詞の違いに対する反応として計測されることも明らかになった。また,英語母語話者と日本語母語話者ではその脳波反応に質的な違いとなって現れることも明らかになった。これらの結果を基に脳波の種々の反応から英語能力を予測するためのモデルを作成している途中である。このモデルが完成すれば,英語を聞いている最中の脳波を記録するだけで英語能力を評価する事が出来るシステムを構築することが可能となり,実用化が可能となる。現在はこの実用化に向けての作業の途中である。現状ではおおむね順調に進展しており,特別な問題は感じない。大規模なデータを取得したため機械学習の手法を用いてデータの分類を行うことに時間がかかっている点が若干問題といえるだろう。これまで順調に進展しているのでこれまでに得られたデータを用いて解析をすすめていく予定である。具体的には,脳波の種々の反応から英語能力を予測するためのモデルを作成していく。現在はこの実用化に向けての作業を続けていく。具体的には機械学習の手法を用いて,脳波の中から英語能力を反映する成分を自動的に抽出し,自動的な評価が行えるようなシステムを完成させることを目的としていく。本年度は脳波を用いた英語能力評価のための手法を確立するために英語音声聴取時の脳波を記録し,その脳波を解析することで英語能力が高い群と低い群でどのような違いがあるのかを検討した。脳波の解析に一般線形モデルを用いた解析を導入することで英語音声中に含まれる様々な要素に対する脳反応をモデル化し推定することが可能であった。本研究では音声に含まれる音素,そして単語に対する反応を検討した。実験参加者のデータは番号で管理し,個人情報,プライバシーの保護などに関しては十分に注意した。英語高能力者30名と低能力者30名の平均波形を検討したところ。高能力者では母音に対する音素と子音に対する音素に対する反応が異なっており,両者が分離されて処理されていることが明らかになった。それに対し,低能力者では分離が十分ではなかった。また,破裂音,摩擦音などの子音の発声種類に関する分類も高能力者では十分に行われていたが,低能力者では分類されていなかった。高能力者は英語音声に接する機会が多いため,音素レベルの処理で効率化が行われ,より正確な分類が可能になっている可能性を示唆している。また,単語に対する反応を見ると,単語呈示後200ms付近に現れる脳波の反応が高能力者群では低能力者群と比較して潜時が早く,そして振幅が大きいということが明らかになった。これは高能力者の方が単語に対して速さ,深く処理されていることを表している。音素に対する正確な処理がより総合的な処理である単語の処理の速さと深さに影響を与えている可能性が考えられる。これまでの脳波を用いた外国語能力に関する研究では自然な音声を用いた研究は存在せず,本研究の結果は脳波を用いた外国語能力評価に関しての研究に関して一石を投じる可能性がある新しい知見である。本年度の実験では自然音声に対する脳波反応を記録することで英語能力を評価する可能性を検討した。一般線形モデルを用いた解析を用いることで音声に含まれる様々な要素に対する脳反応を分離することに成功した。この解析を用いるのは初めての経験だったが,うまく高能力者と低能力者の違いを可視化することに成功した。このことはこの先の研究の進展に大きく寄与すると考えられる。ただし,今回の実験では実験に用いた刺激は十分な長さがあるとはいえず,推定された脳活動にどこまでの妥当性があるのか判断が難しい。そのため,十分な長さのある刺激に対する脳活動を計測し,検討することが望まれる。

この英語スピーチデータを用いて日本語母語話者約200名,英語母語話者約30名から脳波を計測し,英語能力の違いにより単語や音素に対する反応がどのように異なっているのかを検討した。解析に関しては一般線形モデルを用いて,音素や単語を細かく分類し,それぞれに対する反応を検討した。その結果,単語に対する脳派の反応が英語能力が高いほど早くなっていることが明らかになった。また,外国語能力の違いが脳波の反応の品詞の違いに対する反応として計測されることも明らかになった。また,英語母語話者と日本語母語話者ではその脳波反応に質的な違いとなって現れることも明らかになった。これらの結果を基に脳波の種々の反応から英語能力を予測するためのモデルを作成している途中である。このモデルが完成すれば,英語を聞いている最中の脳波を記録するだけで英語能力を評価する事が出来るシステムを構築することが可能となり,実用化が可能となる。現在はこの実用化に向けての作業の途中である。現状ではおおむね順調に進展しており,特別な問題は感じない。大規模なデータを取得したため機械学習の手法を用いてデータの分類を行うことに時間がかかっている点が若干問題といえるだろう。今後の研究ではより長く,多くの要素を含む英語音声に対する脳反応を計測し,より細かく要素を分類した脳反応を検討することが求められる。例えば,単語の品詞を分類することで名詞や動詞など各品詞に対する反応を検討することが可能になるであろう。また,幅広い英語能力者の脳波を計測することで,英語能力の変化に対してどのように脳波が変化していくのかを検討していく。これまで順調に進展しているのでこれまでに得られたデータを用いて解析をすすめていく予定である。具体的には,脳波の種々の反応から英語能力を予測するためのモデルを作成していく。現在はこの実用化に向けての作業を続けていく。具体的には機械学習の手法を用いて,脳波の中から英語能力を反映する成分を自動的に抽出し,自動的な評価が行えるようなシステムを完成させることを目的としていく。本年度の研究では実験参加者への謝礼や旅費などで他の研究費からの支出が可能になったため次年度の支出とした。次年度では研究成果発表などで予定よりも多くの額を使用する予定である。
社会的公正性に配慮したデータマイニング技術

データマイニング技術の進展に伴い,採用・与信・保険などの生活上重要な決定にデータマイニング技術が利用されるようになってきている.このような決定において,社会的に決定要因として用いてはならない性別や人種などの情報に基づくことがないように,公正なデータマイニングを行う手法を開発するのが本研究の目標である.こうした配慮が必要な情報を直接的に利用しなくても,その間接的な影響を排除することまではできないというred-lining効果への対処や,統計的独立性に基づいた方法論が本研究の特色である.本研究の目的は,公正性・中立性に配慮したデータマイニング技術を開発することにある.データマイニング技術は,与信や採用といった重要な決定にも関与している.このとき,性別・人種・出生などの社会的公正性の観点から利用すべきでない情報の関与を排除すべきである.これには,単純にこれらの情報をモデルから除外するだけでは不十分であることが知られている.例えば,特定の人種が,特定の区域に住んでいる場合,これらの情報には高い相関が生じ,人種という情報を除外しても,居住区域の情報から間接的に差別的な判断がなされることがあり,これをred-lining効果という.このような判断を回避するために,本研究では,与信や採用などの決定事項と,性別・人種など配慮を要する情報との間の統計的独立性を保証することで,こうした公正性を確保する分析モデルを研究している.前年度は統計的独立性を制約項として組み込む拡張をロジスティック回帰分類モデルに対して行った.しかし,公正性の達成度に関しては,後処理で公正性を強化する既存手法に劣っていた.この問題に対し理論面から解析を行い,モデルバイアスや,決定則の影響を明らかにした.そして,その問題を解消したモデルを考案することで,既存のヒューリスティックな公正性強化手法の数理モデルを明らかにし,理論基盤を強化した.前年度は利用者に提供する情報の中立性を強化する情報中立推薦システムを提案していた.中立性は提案モデルにて強化できることは示せたが,計算が困難なモデルを採用しており,処理できるデータの規模が非常に小さいという問題があった.今年度はモデルの簡素化を行うことで,公正性を悪化させることなく,大規模なデータを処理できような改良を行った.データマイニング技術の進展に伴い,採用・与信・保険などの生活上重要な決定にデータマイニング技術が利用されるようになってきている.このような決定において,社会的に決定要因として用いてはならない性別や人種などの情報に基づくことがないように,公正なデータマイニングを行う手法を開発するのが本研究の目標である.こうした配慮が必要な情報を直接的に利用しなくても,その間接的な影響を排除することまではできないというred-lining効果への対処や,統計的独立性に基づいた方法論が本研究の特色である.本研究の目的は,公正性・中立性に配慮したデータマイニング技術を開発することにある.データマイニング技術は,与信や採用といった重要な決定にも関与している.このとき,性別・人種・出生などの社会的公正性の観点から利用すべきでない情報の関与を排除すべきである.これには,単純にこれらの情報をモデルから除外するだけでは不十分であることが知られている.例えば,特定の人種が,特定の区域に住んでいる場合,これらの情報には高い相関が生じ,人種という情報を除外しても,居住区域の情報から間接的に差別的な判断がなされることがあり,これをred-lining効果という.このような判断を回避するために,本研究では,与信や採用などの決定事項と,性別・人種など配慮を要する情報との間の統計的独立性を保証することで,こうした公正性を確保する分析モデルを研究している.ここでは特に,統計的独立性を相互情報量によって定量化し,それをロジスティック回帰による分類モデルと組み合わせる方法について取り組んでいる.今までの予備実験では,このようなモデルを構成して実験を行ってきた.しかし,モデルの非凸性などの問題のため最適化は困難だった.本年度は,初期化を工夫することにより,最適化の不安定さを大きく取り除く改良を行った.また,上記の社会的公正性の他に,利用者に提供する情報の中立性に関しても,同様のモデルをするアイデアも開発した.こうした問題は推薦システムにおける情報の偏向としてフィルターバブル問題とも関連し,注目されている.本年度は,確率的行列分解モデルにこの中立性を確保するため仕組みを,社会的公正性と同様のモデリングにより実装する予備実験を行った.本研究の目的は,公正性・中立性に配慮したデータマイニング技術を開発することにある.データマイニング技術は,与信や採用といった重要な決定にも関与している.このとき,性別・人種・出生などの社会的公正性の観点から利用すべきでない情報の関与を排除すべきである.これには,単純にこれらの情報をモデルから除外するだけでは不十分であることが知られている.例えば,特定の人種が,特定の区域に住んでいる場合,これらの情報には高い相関が生じ,人種という情報を除外しても,居住区域の情報から間接的に差別的な判断がなされることがあり,これをred-lining効果という.

このような判断を回避するために,本研究では,与信や採用などの決定事項と,性別・人種など配慮を要する情報との間の統計的独立性を保証することで,こうした公正性を確保する分析モデルを研究している.前年度は統計的独立性を組み込むことで公正性を強化する手法について,モデルバイアスや決定則の影響により,単純なモデル上での独立性では十分に公正性を保てないことを理論的に示し,単純ベイズ法についてこの問題を解消した.本年度は,この補正手法を,SVMやロジスティック回帰など生成モデルによらない手法にも適用できるよう拡張した.さらに,公正化したあとのクラスが元の特徴量とは独立であるとの仮定を緩和する手法を開発した.前年度は利用者に提供する情報の中立性を強化する推薦独立性を考慮した推薦アルゴリズムの高速化をおこなった.しかし,この手法は分布の平均だけを考慮するという,非常に大まかな近似を行っていた.そこで,分布の二次以上の統計量も考慮でき,かつ計算複雑度を増加させない手法を開発した.データマイニング2013年度の計画では,2011年度に続いてアルゴリズムと理論面の改良を行う予定であった.アルゴリズムの側面からは,中立に配慮した推薦システム(情報中立推薦システム)の改良をであったが,中立性・公正性を保証するための制約項を改良することで,目標のとおり大幅に効率を改善できた.今までは,1万件規模のデータしか処理できなかったが,5万800万規模のデータまでを実際に処理することができ,また,中立性に関しても大きな損失はなかった.このように,予定どおりアルゴリズム面の改良を達成できた.理論面においては,提案しているロジスティック回帰を公正化したモデルが,既存の単純ベイズ法に基づくモデルに対し,公正性と予測精度のトレードオフにおいてまだ差がある問題について取り組む予定であった.この点について,モデルバイアスと決定則の影響を明らかにし,ヒューリスティックではあるが高い公正性を達成していた既存手法に対して,その数理モデルを明確にした.さらに,その数理モデルに基づいた手法を実装し,既存手法と比較し同等な性能を実際に示せたことから,実験的にも提案した数理モデルの正当性を示すことができた.2012年度の計画では,アルゴリズムの改良および,プライバシ保護データマイニング技術との関連について理論面での向上を図る予定であった.アルゴリズムの改良については,独立性の制約の定式化,最適化の不安定性の解消,精度と公正性のトレードオフに関して研究する予定であった.このうち,独立性の制約の定式化を変える部分については特に大きな進展はなかった.二つ目の最適化の不安定性の解消については,初期化において公正性を考慮しない通常の分類結果を利用するアイデアにより大きく改善することができた.この最適化の改良は,三つ目の目標を副次的に改善することができトレードオフの効率改善に寄与した.一つ目の問題点以外については十分に目標を達成できた.プライバシ保護データマイニング技術との関連については,統計的独立性の観点から先入観(prejudice)の概念を考案し,それらを場合によって,直接・間接・潜在と細分化する定義を行った.これらの概念が,属性情報を保護する場合のプライバシ保護データマイニングと関連することを明らかにした.以上のことから,この点について概ね目標を達成できた.以上の問題の他に,計画にはなかった情報の中立性に配慮した推薦システムへの,公正配慮型データマイニング技術の適用を行った.予備実験により,速度面に大きな課題は残るものの,公正性の改善を行うことができることを示した.
新生児ラット脳幹脊髄標本を用いた炭酸ガス反応性及び呼吸調節における麻酔薬の反応

灌流液中のpHが7.4から7.8に変化することにより呼吸回数は減少し、呼吸性活動の電位は増加した。pH7.0では対照的に呼吸回数は増加し、電位は減少した。低濃度のハロセンにより、それぞれの呼吸性活動は抑制され、特に吸気時間については著名に抑制された。しかし、pH変化に伴う変動様式は基本的に保たれていた。低濃度ハロセン下においても脳幹での炭酸ガス反応性は保たれることが判明した。各呼吸パラメータの変化に有意な相関は認められなかった。麻酔中に起こる呼吸抑制は、呼吸中枢に対するものより呼吸筋などの末梢メカニズムの関与が強いことが示唆された。異なる3種類の吸入麻酔薬について、ラットのMACにて標準化し、呼吸性活動に対する影響を調べたところ、エンフルランにおいて抑制効果が強かった。拮抗薬を用いてGABAレセプタの影響を調べたところ、エンフルランによる呼吸抑制効果についてはGABAレセプタの強い関与が示唆された。臨床的には、他の吸入麻酔薬に比べエンフルランによる呼吸抑制は強いが、これは中枢でのメカニズムが強く関与していると考えられる。
複数の構造型から成る新規イオン伝導体の開発と伝導メカニズムの解明

本研究では、固体酸化物形燃料電池等への応用が可能な酸化物イオン伝導体を開発すべく、新物質の酸化物イオン伝導体を合成・評価し、その結晶構造とイオン伝導の関係について、結晶構造解析から明らかにした。複数の構造型からなる新構造の酸化物イオン伝導体NdBaInO4については、元素置換によってそのイオン伝導度を約20倍向上させることに成功し、その要因を中性子回折法に基づき明らかにした。その他にも、新構造の酸化物イオン伝導体をいくつか発見することに成功した。本研究では、複数の構造型から成り新しい伝導経路を有する酸化物イオン伝導体材料の設計・創成を行うことを目的としている。特に2014年に発見した新規構造型に属する新酸化物イオン伝導体NdBaInO4は、ペロブスカイト構造ユニットとA希土構造ユニットが交互に積層した構造を有しており、これまでに報告のない構造であることから新しいイオン伝導体としての展開が期待される。平成26年度は、新構造型に属する新酸化物イオン伝導体NdBaInO4について、Ndの一部をアルカリ土類金属に置換した材料の合成・評価を進めた。Ndの一部をアルカリ土類金属に置換したNdBaInO4を合成し、酸化物イオン伝導度を測定したところ、そのイオン伝導度が20倍以上高くなることがわかった。その構造的要因を調べるために、放射光X線および中性子回折測定を行った。放射光X線回折測定は、SPring-8やKEK PFにおいて実施し、中性子回折測定は、豪州ANSTOやJ-PARCにて実施した。その結果、アルカリ土類金属の置換によって、キャリアとなる酸素空孔が形成し、酸化物イオンの移動経路におけるボトルネックサイズが大きくなっていることが明らかとなった。これは、NdBaInO4におけるNd(三価)の一部をアルカリ土類金属(二価)に置換することで、価数の違いにより酸化物イオン伝導のキャリアとなる酸素空孔の形成し、Ndよりもサイズの大きいアルカリ土類金属を用いることで、ボトルネックサイズが大きくなったことから説明ができる。平成27年度は、新構造型に属する新酸化物イオン伝導体NdBaInO4について、NdサイトやInサイトへの元素置換を行った物質について、合成と電気伝導度の評価を実施した。一部の元素置換した新材料は、基本物質であるNdBaInO4に比べ、高い酸化物イオン伝導度と、低い酸化物イオン伝導の活性化エネルギーが達成され、その構造的要因についてX線回折および中性子回折などから調べた。また、結晶構造中での酸化物イオン伝導のメカニズムを明らかにするため、結合原子価法に基づくエネルギー計算も実施し、酸化物イオン伝導が特にA希土構造ユニットのまわりに拡散する可能性も示すことができた。さらに新しい複数の構造型からなる酸化物イオン伝導体の開発も検討もすすめた。計画どおり、複数の構造型からなる新材料NdBaInO4について、元素置換の戦略で伝導度を向上させることに成功している。さらに新しい複数の構造型からなる酸化物イオン伝導体の設計と開発も進めている。本研究では,複数の構造型から成り新しい伝導経路を有する酸化物イオン伝導体材料の設計・創成を行うことを目的としている.特に,2014年に発見した新規構造型に属する新酸化物イオン伝導体NdBaInO4は,ペロブスカイト構造ユニットとA希土構造ユニットが交互に積層した構造を有しており,これまでに報告のない構造であることから新しいイオン伝導体としての展開が期待されていた.本年度には,NdBaInO4に対し,Nd/Ba比を変化させ,イオン伝導度を向上させることに成功した.種々のNd/Ba比について電気的性質を調べたところ,Ndの10%をBaに変化させた物質が最も高い電気伝導度を示した.その構造的要因を明らかにするために,単結晶X線回折測定および粉末中性子回折測定を実施し,過剰なBaが実際にNdの位置に占有していることを実証した.それに伴い,イオン伝導のキャリアとなる酸素欠損が増加し,その効果がイオン伝導度の向上に大きく寄与していることがわかった.10%というNd/Ba比の変化は,通常の構造解析では明らかにすることが難しい.しかし,今回,単結晶X線回折と粉末中性子回折という2つの手法を駆使することで,はじめて小さな構造変化を明らかにすることができた.本年度は,さらにInサイトやBaサイトについて元素置換した物質の合成と評価を実施し,より高いイオン伝導度を目指した材料開発も進めた.得られた材料の中には,純酸化物イオン伝導を示す材料もあり,今後の展開が期待される結果となった.本研究では、固体酸化物形燃料電池等への応用が可能な酸化物イオン伝導体を開発すべく、新物質の酸化物イオン伝導体を合成・評価し、その結晶構造とイオン伝導の関係について、結晶構造解析から明らかにした。

計画どおり、複数の構造型からなる新構造物質NdBaInO4について、酸化物イオン伝導性を高めることに成功し、その構造的要因を明らかにしている。単にイオン伝導度を向上させただけではなく、構造的要因も明らかにしたことは、次の材料設計指針の重要な基盤となる情報となり、今後の材料開発への期待が出来る結果となっている。引き続き元素置換の戦略によるNdBaInO4の酸化物イオン伝導度の向上を目指す。また、さらに新しい複数の構造型からなる酸化物イオン伝導体開発を目指し、種々の元素の組合せで合成と評価をすすめる。物質科学NdBaInO4のさらなるイオン伝導度向上を目指し、異種の元素置換などを進める。平成26年度は、Ndサイトに異種の元素を一種類置換することでイオン伝導度の向上に成功した。構造解析で得られた情報に基づき、次の元素置換戦略を立て、より高いイオン伝導度をもつ材料の開発を進める。また、革新的な酸化物イオン伝導体の開発を目指し、さらに新しい複数の構造型からなる新材料の開発を進める。特に、NdBaInO4の開発時と同様、イオン半径に注目した材料設計により、これを遂行する予定である。計画していたJ-PARCでの中性子回折実験が、装置故障のため延期となったため。J-PARCで実施する中性子回折実験のための、試薬・器具等および旅費として使用予定。
河口干潟に供給された落葉の分解過程と底生動物による利用状況の解明

河口干潟の高い生産性を支える有機物源の一つとして陸上植物の落葉に着目し、その分解過程と大型底生動物による利用状況の解明を目的とした。野外調査と室内操作実験からは、河口干潟に供給された落葉が比較的速やかに分解されることが示された。また、現地に試験的に設置した落葉には、特定の動物群の出現が確認された。これらの大型底生動物が落葉を摂食している可能性を検討した結果、餌資源としての寄与は小さいことが明らかとなった。以上のことから、河口干潟では供給された落葉の滞留は長期には渡らないが、ある動物群に生育場所を提供している可能性が示された。調査地のリターパッチに出現する大型底生動物を対象に安定同位体比分析による食性解析を行った結果、特定の大型底生動物が、河川を介して供給された落葉を直接的に餌資源としている可能性は低く、リターパッチは餌資源としてよりも、生育場所としての重要性が高いことが示唆された。実験では、調査地の約1km上流で採取したヨシの落葉を入れたメッシュバッグに、大型底生動物が侵入可能な穴を複数あけたものを作成した。メッシュバッグを約2週間干潟に設置後回収し、メッシュバッグ内に侵入した大型底生動物を採取し、炭素・窒素安定同位体比分析を行った。加えてヨシの落葉、現地堆積物についても安定同位体比分析を行った。リターや現地堆積物のδ13C値は-30-25‰程度であった一方、リターバッグ内に侵入した大型底生動物は-20-15‰と、リター等からは離れたδ13C値を示した。このことから、野外では底生微細藻類等の他の餌資源が豊富にある場合、調査対象とした大型底生動物が落葉を直接的に接触している可能性は低いと考えられた。野外調査により、河口干潟におけるヨシ落葉(リター)の分解過程を調べた結果、供給されたリターは比較的速やかに分解され、現地での滞留は長期には及ばないことが示された。調査では、調査地の約1km上流で採取したヨシの落葉を入れたメッシュバッグ(リターバッグ)を作成し、河川の増水によりリター供給されやすいと予測される梅雨時期(6月)に河口干潟に設置した。設置後、不定期にリターバッグを回収し、残存する有機物重量を怦量、その後強熱減量を測定した。リターバッグ設置時の有機物重量を100%として、回収時の残存率を求めた。設置後1ヶ月経過した時点では、リターの約7割が残存していた。その後、著しく分解が進み2ヶ月半経過すると3割にまで減少し、3ヶ月を過ぎると残存率(約2割)がほとんど変化しなくなった。以上の結果から、河口干潟に供給された落葉は数ヶ月の中にその半分以上が分解されることが明らかになった。他の先行研究と同様、河口干潟における落葉分解過程においても、その重量減少には有機物の細粒化と無機化が寄与していると考えられる。調査地のリターパッチに優占的に見られる大型底生動物を対象として、落葉を餌資源として利用している可能性を摂食実験により検討した結果、特定の大型底生動物が、河川を介して供給された落葉を直接的あるいは間接的に餌資源として利用している可能性が示唆された。実験には、調査地の約1km上流で採取したヨシの落葉(風乾リター)と、落葉を予め干潟に2週間設置し、バクテリアや微細藻類等の微生物を定着させたもの(コンディショニングリター)を用いた。野外のリターパッチに高頻度で認められる大型底生動物を対象として、約1ヶ月間摂食実験を行った結果、風乾リターでは落葉面積と重量に大きな変化は認められなかった一方、甲殻類(イソガニ類、ヤドカリ類)に与えたコンディショニングリターは、底生動物の摂食活動による明瞭な落葉面積と重量の減少を示した。このことは、河川を介して供給された落葉が、バクテリアや藻類の定着(コンディショニング)を経た後に、大型底生動物の餌資源として利用されている可能性を示している。前年度の野外実験では、干潟に供給されたヨシ落葉の重量が、約3ヶ月後には、初期重量の2割にまで減少することを明らかにした。落葉の分解過程における重量減少は、有機物の細粒化と無機化による。細粒化されて生態系内に残存するものと、無機化されて二酸化炭素として大気中に還元されるものとでは、それぞれ生態系や物質循環における役割が異なる。そこで、本年度は、落葉の分解過程における重量減少に対する、無機化の寄与割合を明らかにすることを目的とした。調査地の約1km上流で採取したヨシの落葉を1mmのメッシュバッグに入れて、河口干潟に設置し、14、50、154日後に回収した。

それぞれのサンプルの無機化速度の指標として、暗条件下、人工海水中での時間当たりの酸素消費速度をDOメーターにより測定した。測定は20°C条件下で行ったうえ、無機化速度の温度依存性を把握するために、10°C、30°C条件下でも行った。無機化速度とその温度依存性をもとにモデル式を作成し、データロガーにより記録した調査地における堆積物温度の変動を考慮して、現地での無機化起因の重量減少をシミュレーションにより推定した。測定の結果、ヨシ落葉の無機化速度はおよそ90120 μg CO2-C/g/hで、時間経過とともに低下する等の傾向は認められなかった。また、無機化速度の温度依存性を表すQ10値はおよそ2であった。さらにモデル式を用いてヨシ落葉の無機化量を推定した結果、前年野外調査において実測した29、75、104、134日時点の重量減少に占める無機化の割合はおよそ68割と推定された。以上のことから、河口干潟に供給された落葉は、粗粒有機物としては現地に長期滞留せず、減少した重量の6割以上が無機化されており、比較的速やかに分解が進むことが示唆された。生態系生態学昨年度行った摂食実験に加えて、当該年度は、炭素・窒素安定同位体比分析による食性解析を行い、大型底生動物による落葉の利用状況の検討を進めた。また次年度以降に計画している調査等の予備検討も進めており、本研究課題を当初の計画に沿っておおむね順調に遂行できている。これまで行った、底生動物の摂食実験および食性解析に加えて、野外における落葉の分解過程の定量的把握を進めた。本年度予定していた無機化量の推定については次年度に進めることとし、予備検討を行った。本研究課題の進捗状況は、当初の計画に比べやや遅れているが、最終年度に野外調査と室内実験を並行し、課題の遂行に向けて取り組む予定である。当該年度に予定していた摂食実験を計画通り遂行した。現在は対象とした底生動物、およびコンディショニングを経た落葉に加えて、野外で餌資源となりうる大型藻類や、堆積物表層の有機物も加えて、炭素・窒素安定同位体比分析を進めており、これらの結果をもとに、底生動物による落葉の利用状況について検討していく。また、次年度以降に計画している調査等の予備検討も進めており、本研究課題を当初の計画に沿っておおむね順調に遂行できている。河口干潟におけるリターパッチの滞留期間等を検討するために、野外調査を行い、落葉の分解過程を定量的に把握する。また、リターパッチの河口干潟における役割を明らかにするために、大型底生動物の生育場所としての重要性を野外調査により検討していく。河口干潟における落葉(リター)の分解過程を定量的に把握するために、これまで行った野外調査に加えて、室内実験により落葉の無機化速度、無機化量の推定を進める。また野外におけるリターパッチの形成状況を定期的に調査し、河口干潟におけるリターパッチの形成頻度および、その滞留期間を明らかにする。リターパッチの河口干潟における役割を検討するために、大型底生動物の生育場所としての重要性を野外調査により検討していく。また餌資源としての利用可能性については、当該年度の摂食実験の結果に基づき、引き続きバイオマーカー等を用いた大型底生動物の食性解析を進める。これらを統合し、河口干潟に形成されるリターパッチについて、大型底生動物にとっての餌資源および生育場所としての機能に焦点を当てて考察を進める。次年度は、落葉の分解過程を把握するための野外調査を行う。そのため、研究費は野外調査のための消耗品購入費、また研究成果発表のための旅費として使用する予定である。
部分双曲的力学系のエルゴード的性質

本研究では部分双曲的力学系のエルゴード的性質について研究した.最も重要な成果は2次元の部分双曲的な写像には通有的な条件の下で有限個のエルゴード的な物理測度(アトラクターの性質を持つ不変測度)が存在して,ルベーグ測度についてほとんどいたるところの点の軌道の分布はそれらの物理測度のいずれかに漸近するという結果である.この結果は研究期間中にフランスとブラジルのグループによって検証され2005年に出版されたが,その過程で本科研費による補助は非常に重要であった.ここで得られた結果を3次元以上に拡張することがその後の目標であったが,そのためにはこれまで力学系理論であまり用いられて来なかった関数解析的な手法について研究する必要があることが次第に明らかになってきた.そのためそれまでの研究の方向を多少変更し,V.Baladi, A.Avila, S.Gouezelといったフランスの研究者と共同研究を行った.その研究の成果としては(部分)双曲的な力学系の構造に対応したいくつかの超関数の空間を構成し,それを双曲的な離散力学系の相関の減衰や力学系のゼータ関数に関する問題に応用したことがある.また連続力学系の場合にも拡大的半流の時間1写像(これは部分双曲的写像になる)の転移写像を同様の超関数の空間に作用させることでルエル共鳴と呼ばれる現象が起こっていることを示すことに成功した.これは離散力学系の場合にはこれまで知られていたが連続力学系の場合はこの研究によって初めて示されたもので,本研究で開発された手法が真に新しい成果を生み出しつつあることを示している.今後は我々の手法を双曲的な流れや高次元の部分双曲的力学系に当てはめることで様々な成果が得られることを期待している.本研究では部分双曲的力学系のエルゴード的性質について研究した.最も重要な成果は2次元の部分双曲的な写像には通有的な条件の下で有限個のエルゴード的な物理測度(アトラクターの性質を持つ不変測度)が存在して,ルベーグ測度についてほとんどいたるところの点の軌道の分布はそれらの物理測度のいずれかに漸近するという結果である.この結果は研究期間中にフランスとブラジルのグループによって検証され2005年に出版されたが,その過程で本科研費による補助は非常に重要であった.ここで得られた結果を3次元以上に拡張することがその後の目標であったが,そのためにはこれまで力学系理論であまり用いられて来なかった関数解析的な手法について研究する必要があることが次第に明らかになってきた.そのためそれまでの研究の方向を多少変更し,V.Baladi, A.Avila, S.Gouezelといったフランスの研究者と共同研究を行った.その研究の成果としては(部分)双曲的な力学系の構造に対応したいくつかの超関数の空間を構成し,それを双曲的な離散力学系の相関の減衰や力学系のゼータ関数に関する問題に応用したことがある.また連続力学系の場合にも拡大的半流の時間1写像(これは部分双曲的写像になる)の転移写像を同様の超関数の空間に作用させることでルエル共鳴と呼ばれる現象が起こっていることを示すことに成功した.これは離散力学系の場合にはこれまで知られていたが連続力学系の場合はこの研究によって初めて示されたもので,本研究で開発された手法が真に新しい成果を生み出しつつあることを示している.今後は我々の手法を双曲的な流れや高次元の部分双曲的力学系に当てはめることで様々な成果が得られることを期待している.本年度の研究はほぼ当初の計画通りに進めることができた。今年度の成果として発表した主要結果は以下のように述べることができる。2次元コンパクト境界付き多様体上のr階連続微分可能な部分双曲的写像の生成する力学系はrが19以上であるときgenericには次のような意味で支配的な有限個の不変Borel確率測度を許容する:ルベーグ測度についてほとんど至る所の初期点についてその軌道の漸近的な分布はそれらの不変測度のいずれかに一致する。この結果は微分可能住についての制限があり,また,関連する問題でいくつかまだ明らかでない点があるものの,2次元の部分双曲的力学系については基本的な結果であり,今後多次元への拡張や上の有限個の不変測度の分岐などについて研究を進め,部分双曲的力学系についてより完全な結果を得るための基礎となるものである。上記の結果については昨年夏に京都で開催した力学系についての国際研究集会,(New Directions in Dynamical systems)において発表し,非常によい評価を得た。また,その研究集会において関連する研究を行う研究者と交流を持つことができた。その結果,来年度フランスとブラジルにおいて上記結果について連続講演を行うことになった。これは今後研究を発展される上で非常に重要であると思われる。本年度の研究活動の大部分は上記結果を諭文としてまとめることに費やされた。現在,論文はプレプリント「Physical measures for partially hyperbolicsurface endomorphisms」(e-print, math.DS/0301243)として公表され,今後は寄せられたコメント等を反映した後に出版する予定である。本年度は前年度の研究で得られた結果,すなわち,「曲面上の部分双曲的力学系についての物理測度の有限基本系がgenericな条件の下で存在する」という結果の整理と拡張,およびエノン写像についてのBenedicks-Carlesonの定理(ストレンジアトラクタの存在)について新しい証明を与える試みを中心に研究を進めた.前者については,国内のいくつかの研究集会とベルギー,ブラジル,フランスで開催された国際研究集会等において結果を発表した.

そしてそこで得られたコメント等を反映させて論文の最終版を完成させ現在投稿中である.また2004年1月2月のフランス(Paris, Ecole Polytechnique)滞在中に先方の研究者との議論の中で結果の精密化や多次元の場合への拡張についていくつかの重要な結果を得た.精密化についての結果は現在共同で論文を執筆中である.また私の今後の研究の主目標である多次元の場合には主に2つの困難が知られていたが,そのうちの一つはここで得られた結果によって既に解決した.今後はもう一方の困難を解決し本研究の主要な結果として部分双曲的力学系についての基本的な定理を得ることを目標にする.後者については,新しい証明を数理解析研究所における研究集会(数理研特別計画「Benedicks-Carleson理論とその周辺」)において4日間にわたって発表し,現在原稿を改訂して講義録を作成中である.講義録は来年度中に何らかの形で出版する予定である.(1)部分双曲力学系の研究と(2)エルゴード理論における関数解析的手法について研究した.(1)部分双曲力学系については2次元の閉多様体上の部分双曲力学系にはgenericに有限個のエルゴード的な測度が存在して、ほとんど全ての初期点について軌道の漸近分布がそれらの測度のいずれかに一致するという基本的な性質が成り立つことを証明した結果を論文"Physical measures forpartially hyperbolicsurfaceendomorphisms"として発表した.これは2次元の部分双曲力学系についての基本的な結果であり、3次元以上でどうなるかが今後の重要な課題である.また、この結果の本質的な部分は論文"Fat solenoidal attractors"(Nonlinearity 14(2001),No 5,1011--1027)の面積拡大的アノソフ写像におけるSBR測度の絶対連続性についての結果であるが、その結果を拡張して、SBR測度の密度についての精密な結果やスペクトル的な性質についての結果を与えた.(2)については、V.Baladi氏との共同研究で、Blank, Keller, Liveraniによる先駆的な結果をもとに、アノソフ力学系において「非等方的ヘルダー関数」や「非等方的ソボレフ関数」という超関数のクラスを導入し、それらの関数空間への作用を研究してそのスペクトルが「擬コンパクト性」と呼ばれる性質を持つことを証明し、その本質的スペクトル半径について写像の滑らかさと拡大縮小率による評価を得た.これについては現在論文を準備中である.本年度は前年度までの部分双曲的力学系の研究を発展させ,特にその中で重要性が増している解析的手法を発展させることを重点に研究を行った.1つの重要な成果は(部分)双曲的な力学系の(部分)双曲構造に応じてある超関数の空間(非等方的ヘルダー空間や非等方的ソボレフ空間)を構成し,その上のルエル作用素のスペクトルの本質的スペクトル半径についての良い評価を得たことである.
不均質固体熱伝導のフォノン解析と薄膜素子への応用

本研究は、薄膜素子や組成傾斜材料などナノメートルスケールの空間構造性をもつ不均質固体の熱伝導特性の制御や予測を目的として2年間に渡って行ったものである。本研究では、ウェーブレット変換法による新しい格子振動解析の手法を開発し、種々のモデル系に適用して、この手法がナノ固体の熱伝導特性の解析に有効であることを示した。モデル系としてLennard-Jones相互作用をもつ粒子系のFCC単結晶およびアモルファス固体を用いた分子動力学シミュレーションを行い、各粒子の時系列速度データを時間ウェーブレット解析により、振動数レベルごとにその振動強度と時間相関を求めた。この結果、固体熱伝導モデルの構築に必要となる格子振動(フォノン)の寿命や平均自由行程を、モード(振動数、波長)の関数として定量的に評価できることを示した。単結晶とアモルファス固体を比較することにより、アモルファス固体の振動寿命が単結晶の1/51/10程度と短いことが、アモルファス固体の低い熱伝導率の主要因であることを定量的に示した。本手法によって評価された振動寿命を用いてフォノン描像に基づいて試算した熱伝導率は、非平衡分子動力学シミュレーションにより直接求めたものとよい一致を示すことから、本研究において開発したウェーブレット解析手法はナノ固体の熱伝導特性の予測に有用であると結論した。本研究は、薄膜素子や組成傾斜材料など不均質固体の熱伝導特性の制御や予測を目的としている。本年度は、格子振動(フォノン)伝搬の観点から固体熱伝導の機構を解明しするため、モデル系としてLennard-Jones粒子のFCC結晶を用いた分子動力学シミュレーションと格子振動解析を行い、次の結果を得た:(1)粒子質量、粒子間相互作用、格子定数などの異なる結晶界面において、格子振動が伝わりにくくなる現象を定量的に調べ、界面でのエネルギー流束の透過・反射が単純な音響理論では説明できないことを見出した。結果として生じる接触熱抵抗(界面での温度ジャンプ)と各種界面パラメタとの相関をまとめた。(2)粒子の座標・運動量データをウェーブレット解析することにより、固体熱伝導理論の構築に必要となるフォノンの寿命や平均自由行程を、モード(振動数、波長)の関数として評価する手法を開発した。純物質からなるLennard-Jones完全結晶に適用した結果、三重点温度より十分低温での平均振動寿命は周期の20-40倍程度、また平均自由行程は波長の2倍程度であることを見出した。さらにこの手法を2元混合結晶系に適用し、混合比依存性を調べた。本研究は、薄膜素子や組成傾斜材料などナノメートルスケールの空間構造性をもつ不均質固体の熱伝導特性の制御や予測を目的として2年間にわたり行ったものである。最終年度の本年は、これまでに開発したウェーブレット変換法による新しい格子振動解析の手法を種々のモデル系に適用して、この手法がナノ固体の熱伝導特性の解析に有効であることを示した。本手法によって評価された振動寿命を用いてフォノン描像に基づいて試算した熱伝導率は、非平衡分子動力学シミュレーションにより直接求めたものとよい一致を示すことから、本ウェーブレット解析手法はナノ固体の熱伝導特性の予測に有用であると結論した。