hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
協同学習のための教育ファシリテーター養成プログラムの構築

本研究の主たる目的は、プロセスワーク(プロセス指向心理学)を応用することによって、現行の協同学習ワークショップを改善し、受講者たる教職員が教育ファシリテーターとして成長できる研修プログラムを構築することである。初年度である今年度はまず、論文『協同学習と葛藤ファシリテーション:プロセスワークの援用』において、プロセスワークのキーコンセプトを用いながら教育ファシリテーションへの応用の可能性を探ると同時に、協同学習場面への具体的導入を考察した。プロセスワークは全体性を希求するアプローチであり、協同教育をホリスティック教育へと橋渡しするであろうことが示唆された。次に、プロセスワークを取り入れた協同学習ワークショップを2つ実施した。1つめのワークショップでは、授業実践において協同を促進(ファシリテート)するために、1シグナル(手がかり) 2エッジ(成長ポイント) 3ランク(力の上下関係)4ロール(役割、観点)などへの自覚を高めることが有用であると考え、ワークショップ中に、ファシリテーターである申請者がどのようにファシリテートしているかを伝えることによって、参加者の自覚を高めようと試みた。2つめのワークショップは上記論文『協同学習と葛藤ファシリテーション』において考察した成果を実際のワークショップとして構築したものである。教室内での微細な葛藤をランクやシグナルへの気づきを高めることによって解決できるようになることを目標とした。このワークショップは国際学会で各国の教員を対象としたワークショップであり、学習者間の力の格差が学級内で引き起こす諸問題解決への新たなアプローチを提供したものとして国際的に認知された。初年度の目標としていた以下の計画が実施できた。1協同学習理論とプロセスワーク理論のすり合わせを行う理論的研究。2プロセスワークを応用した仮ワークショップを2つ構築し、日本協同教育学会、国際協同教育学会にて実施。3海外調査を1回実施。2年目は教師の自覚面での成長を促すワークショッププログラムを引き続き仮構築し、実施し、データ収集を行う。データをグラウンデッド・セオリー・アプローチによって質的に分析し、ワークショップ参加者である教師が協同教育ファシリテーターとしてどのようなプロセスをたどって自覚を高め、成長したかを明らかにし、ワークショップの改善につなげる。データ収集と分析に用いるパソコンとビデオカメラ一式の購入をインタビュー調査等を本格化する次年度に延期した。また、予定していた海外調査対象であるワークショップが今年度開催されなかった。したがって、次年度にパソコンとビデオカメラの購入を行い、予定の海外調査も行う。
ハイブリッドペトリネットによる多細胞動物形態形成の遺伝子発現制御ネットワーク表現

本研究の目的は、遺伝子発現調節の解明に必要不可欠である遺伝子制御ネットワークのモデル化手法やシミュレーション手法を、特に多細胞動物形態形成メカニズムを意識して、ハイブリッドペトリネットを基盤技術に用いて確立することであり、以下の2つの事項を達成目標に掲げた。・遺伝子ネットワークを含むバイオパスウエイのモデル化を、ハイブリッドペトリネットを用いて行う手法を確立すること。・多細胞系を取り扱うために必要なハイブリッドペトリネットの拡張を行うこと。これらの目標に対し、以下の研究成果を得た。・ハイプリッド関数ペトリネットの概念を導入することで、バイオパスウエイのモデル化がより自然に行えるようになった。・ハイブリッド関数ペトリネットを数理的基盤とした生物システムの記述およびシミュレーションツール"Genomic Object Net Assembler"をもちいて、時計遺伝子の制御機構、lacオペロンと解糖経路、Fasたんぱく質によって引き起こされるアポトーシスの経路などのモデル化とシミュレーションをおこない、バイオパスウエイのモデル化手法を確立するための多くの知見を得た。・XML技術を基盤とした"Genomic Object Net Visualizer"を開発し、これを用いて上でモデル化したバイオパスウエイのシミュレーション結果の視覚化を行った。・上記2つのツールを用いて、ショウジョウバエのNotch情報伝達系のモデル化とシミュレーションを行い、生物実験との一致した結果が得られることを確認した。
同種骨髄移植後の造血・免疫再構築におけるサイトカインおよび接着因子の解析

本研究においては、骨髄移植後の造血と免疫再構築における各種のサイトカインや接着因子の末梢単核中における発現について解析し以下の新しい知見を得た。2.同種末梢血幹細胞移植の可能性と、その際の細胞性免疫抑制性サイトカインの重要性を指摘した。(Blood 84,3595-3596,1994)3.リンパ球混合培養系におけるサイトカインおよび接着因子遺伝子発現が移植関連合併症の予知に有用である可能性を明らかにした。(Leukemia and Lymphoma,in press)4.GVHD患者の末梢単核球においてIL-2およびIL-6受容体の遺伝子発現が亢進していることを明らかにした。(Leukemia and Lymphoma,in press)このように、本研究によって同種骨髄および末梢血幹細胞移植におけるサイトカイン、接着因子ネットワーク機構の重要性が明らかにされた。
教育を契機としたコミュニティにおけるジェンダー・イデオロギー変容の動態分析

ジェンダー平等の実現は、持続可能な社会の構築のためにも、重要な課題のひとつである。本研究では、ジェンダー不平等が色濃く残るインドのビハール州で、教育を受けた第一世代である農村の女性たちが、教育を契機にどのように自己形成を図り、家庭や社会での地位を築いているのか、インタビューと観察を通して明らかにする。また教育を契機とした女性たちの「もがき」が、地域社会のジェンダー関係にどのような影響を与えているのか、同地域で2001年、2010年に行った過去の研究結果とも比較しながら変化を分析する。こういった個別の動きと地域社会での変化の理解をもとに、農村の女性たちを支援する、より効果的な施策の提言を目指す。
子どもの科学的リテラシーを育成する教育システムの開発に関する実証的研究

各研究機関は,それぞれ主体的に研究活動を推進し,W型問題解決モデルに基づいて,子どもの科学的リテラシーを育成するカリキュラムを開発し,指導できる教師を育成する長期と短期の教師教育プログラムを開発・実践することを通して教育システムの開発を行う。相互に緊密な連携を取り,横断的・総合的に研究を進め,教師教育プログラムの体系化を図る。本研究では,研究組織を大学・博物館・教育センターなどの研究機関ごとに分ける。また,科学的リテラシーを育成するための教員による典型的な実践事例を収集し,科学的リテラシーを育成するためのカリキュラムの開発,教材教具の開発、指導法の研究,評価法の研究を行う。科学的リテラシーを育成するための教育システムの開発を実証的に研究する。各研究機関は,以下に示す内容の研究と年3回位の教師教育プログラムを試行した。全体の進捗状況の把握,情報交換,協力体制の強化に向けて2回の全体会を行い、初年度の研究のレビューや今後の進め方について検討した。(1)理科教育や持続可能な発展のための教育(ESD)で科学的リテラシーを育成するカリキュラム・指導法・評価法・教材教具の開発ーESDで子どもの科学的リテラシーを育成するカリキュラム・指導・教材教具の開発研究を行った。(2)科学的リテラシーを育成する教師教育プログラムの研究と試行ー教員がカリキュラムを開発し指導を行い,評価できる能力を付けるための教師教育プログラムのあり方について研究・試行した。特に、海外調査研究と全体会(分担者・連携研究者・協力者など約20名)イギリス、ドイツなどで科学的リテラシーを育成する博物館の教師教育プログラムを調査し,日本の文脈に適した科学的リテラシーを育成する教師教育プログラムの開発の参考にする資料を収集した。日本環境教育学会やアメリカのNAAEEやタイ国の国際会議で研究成果を発表した。各研究機関は,主体的に研究活動を推進し,W型問題解決モデルに基づいて,子どもの科学的リテラシーを育成するカリキュラムを開発し,指導できる教師を育成する長期と短期の教師教育プログラムを開発・実践することを通して教育システムの開発を行う。また,科学的リテラシーを育成するための教員による典型的な実践事例を収集する。各研究機関は,以下に示す内容の研究にむけて教師教育プログラムを試行した。全体の進捗状況の把握,情報交換,協力体制の強化に向けて行った。(1)W型問題解決モデルで日本の理科教科書を分析し、日本の理科教科書の課題を整理する。その成果を英文に直し、海外の研究者との議論を深める。(2)W型問題解決モデルを利用した理科授業のあり方について研究を行い、論文化する。(3)W型問題解決モデルで博物館プログラムと比較検討し、博物館プログラムの類型化と傾向の分析・検討を行う。博物館で教師教育プログラムの開発を行い、その成果と課題について研究する。(4)W型問題解決モデルに基づいて現職教員研修プログラムの開発と実践を行い、そのプログラムを評価する。研修を受けた教員が授業を行い、その研修の成果を研究する。(5)W型問題解決モデルの授業を展開するためのカリキュラム、指導法、評価法、ネットワークなどを研究する。防災教育など理科を中心とした総合的な学習などの実験方法やその成果について研究を行う。(6)防災教育やアースシステム教育など総合的な理科教育の情報を収集し、科学的リテラシーを育成する教育のあり方について研究する。また、そのための内外の資料収集を行い、研究成果を国内外の学会で研究発表を行う。研究では,研究組織を大学・博物館・教育センターなどの研究機関ごとに分ける。また,科学的リテラシーを育成するための教員による典型的な実践事例を収集し,科学的リテラシーを育成する為のカリキュラムの開発,教材教具の開発、指導法の研究,評価法の研究を行う。24年度は以下の研究を行った。1.W型問題解決モデルで日本の理科教科書を分析し、日本の理科教科書の課題を整理した。2.W型問題解決モデルを利用した理科授業の在り方について研究を深め、研究成果を論文化した。3.W型問題解決モデルで博物館プログラムと比較検討し,博物館の学習プログラムの類型化と傾向を分析・検討を行った。4.W型問題解決モデルに基づいて現職教員研修プログラムを開発・実践し,そのプログラムの評価を行った。研修を受けた教員が研修に基づいて授業を行った。

5.W型問題解決モデルの授業を展開する為の教材・教具の研究を行った。6.W型問題解決モデルに基づいて問題解決能力を育成するために、防災教育やESDなど理科を中心とした総合的な学習などの実践方法やその成果や課題について研究を行った。7.アメリカなどで科学的リテラシーを育成する博物館の教師教育プログラムを調査し,日本の文脈に適した科学的リテラシーを育成する教師教育プログラムの開発の参考にする資料を収集した。日本環境教育学会やアメリカのNAAEEやNSTAの国際会議で研究成果を発表した。本研究では,研究組織を大学・博物館・教育センターなどの研究機関ごとに分ける。各研究機関は,それぞれ主体的に研究活動を推進し,W型問題解決モデルに基づいて,子どもの科学的リテラシーを育成するカリキュラムを開発し,指導できる教師を育成する長期と短期の教師教育プログラムを開発・実践することを通して教育システムの開発を行う。相互に緊密な連携を取り,横断的・総合的に研究を進め,教師教育プログラムの体系化を図る。また,科学的リテラシーを育成するための教員による典型的な実践事例を収集する。科学的リテラシーを育成するための教育システムの開発を実証的に研究する。各研究機関は,以下に示す内容の研究にむけて教師教育プログラムを試行した。全体の進捗状況の把握,情報交換,協力体制の強化に向けて行った。(1)W型問題解決モデルで日本の理科教科書を分析し、日本の理科教科書の課題を整理した。その成果を英文に直し、海外の研究者との議論を深めた。(2)本モデルを利用した理科授業のあり方について研究を行い、論文化する。(3)本モデルで博物館プログラムと比較検討し、博物館プログラムの類型化と傾向の分析・検討を行う。博物館で教師教育プログラムの開発を行い、その成果と課題について研究する。(4)本モデルに基づいて現職教員研修プログラムの開発と実践を行い、そのプログラムを評価する。研修を受けた教員が授業を行い、その研修の成果を研究する。(5)本モデルの授業を展開するためのカリキュラム、指導法、評価法、ネットワークなどを研究する。防災教育など理科を中心とした総合的な学習などの実験方法やその成果を研究を行った。(6)ESDや防災教育やアースシステム教育など総合的な理科教育の情報を収集し、科学的リテラシーを育成する教育のあり方について研究する。そのための内外の資料収集を行い、研究成果を国内外の学会で研究発表を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。地学教育26年度が最終年度であるため、記入しない。研究初年度だったので、年間を通して教師教育プログラムを実施できなかった中で、24年度のための本格的な研究を実施する準備を整えることができている。問題解決能力を育成する教師教育プログラムの開発、実践、評価など順調に進んでいる。
間葉系幹細胞を用いた脂肪萎縮性糖尿病に対する新規細胞治療法の開発

申請者は、ヒト脂肪萎縮性糖尿病の根本的治療としての、多能性幹細胞を用いた細胞治療法の新規開発の研究に従事してきた。倫理委員会に申請し形成外科との共同研究で、脂肪組織に含まれる間葉系幹細胞からの脂肪細胞の分化を目指して、ヒト脂肪組織由来間葉系幹細胞の単離、培養、脂肪細胞への分化誘導の研究を行った。効率的な脂肪細胞分化誘導法に関してROCK-IIの抑制が脂肪細胞分化を促進させることを明らかにした。具体的にはROCK阻害薬の脂肪細胞分化を促進作用とROCK-IIノックアウトマウス由来の胎児線維芽細胞が野生型と比較し脂肪細胞分化が促進することを明らかにした(Noguchi, et. al. J Biol Chem. 282:29574-29583,2007)。ヒト脂肪細胞を移植するレシピエントのモデルマウスの開発も行っており、脂肪萎縮性糖尿病モデルヌードマウスの開発がRIKEN変異マウス開発チームとの共同研究で成功した。表現型としては糖尿病、インスリン抵抗性、高中性脂肪症、脂肪肝、低レプチン血症を呈することが明らかとなった。今後、細胞移植等による病態改善効果について検討を重ねていく。脂肪萎縮性糖尿病に対する多能性幹細胞を用いた新規細胞治療法の開発申請者は、ヒト脂肪萎絡欧糖尿病の根本的治療としての、多能性幹細胞を用いた細胞治療法の新規開発の研究に従事してきた。倫理委員会に申請し口腔外科との共同研究で、ヒトの抜歯した歯に含まれる間葉系幹細胞からの脂肪細胞の分化を目指して、ヒト歯髄由来間葉系幹細胞の単離、培養、脂肪細胞への分化誘導の研究を行った。また骨髄由来間葉系幹細胞の単離、培養、脂肪細胞への分化誘導の研究も行っている。またヒト脂肪細胞を移植するレシピエントのモデルマウスの開発も行っており、脂肪萎絡既糖尿病モデルヌードマウスの開発がRIKEN変異マウス開発チームとの共同研究で成功した。現在このモデルマウスの詳細な代謝プロファイルを解折中である。今後、細胞移植等による病態改善効果について検討を重ねていく予定である。
教育方法学研究における「知の枠組み」(パラダイム)に関する学際的・総合的研究-戦後授業観の総括と21世紀教育への展望-

本年は、3年計画の最終年度に当たり、『研究成果報告書』の作成へ向けて、地域別のグループでの研究活動を深めると同時に、学会等の機会を捉えて報告書の構成や執筆者の分担など、研究のまとめに向けて研究交流を充実させた。地域別の活動としては、例えば6月に中国地区及び九州地区のメンバーを中心に、戦後における授業と集団の関係史および先進的な授業実践に見られる授業構成パラダイムを検討した。また、9月に各研究グループの代表者が集まり、最終報告書へ向けてその全体を貫く基本コンセプトの検討を行った。10月に開催された日本教育方法学会第31回大会で、研究の全体打ち合わせ会の場を設定し、地域別の研究経過の情報交換を行い、最終報告書を以下の3つの柱で編集することを確認した。(1)今日の諸科学の到達点・成果をふまえて、教育方法学研究におる「知の枠組み」のあり方を再構成する。(2)戦後教育実践史における論争点や今日継承すべき教育遺産の再評価を中心に戦後授業観の総括を行う。(3)学力観、指導観をめぐる今日の教育改革論議の動向をふまえ、21世紀教育への展望について検討する。またその際、研究代表者である吉本および研究協力者の柴田によるコーディネートと司会のもと「教育方法学研究における『知の枠組み』(パラダイム)の再構成」を課題研究として設定し、研究分担者および研究協力者の研究報告をもとに、学会員とこのテーマについての意見交流を深めた。そうした成果をまとめるべく、研究代表者を中心に打ち合せ会議を行い、各地域別の研究グループから数本ずつの研究論文を持ち寄り、最終報告書を編集・作成した。平成5年9月に、研究代表者が所属する神戸女子大学において、ドイツのロイトリンゲン教育大学教授ヒラー(Hiller,G.G.)博士による「現代教授学の『知の枠組み』-芸術と科学の間-」(Didaktik zwischen Kunst und Wissenschaft)の講演と、それに基づく研究討議を行ない、新しい教育学研究の「知」のあり方についての国際的動向に関する知見を得た。平成5年10月の日本教育方法学会の課題研究の1つとして「教育方法学研究における『知の枠組み』の検討」が設定され、戦後指導観の動向、教科教授学における社会文化的アプローチの可能性、W.クラフキの「二面的開示」による教育方法学研究のパラダイムについて、研究分担者、および学会員の間で研究・討議を行ない、研究課題に関する成果と今後の方向性を明らかにした。平成6年1月には、地域別に編成した各グループからの研究成果を持ち寄り、成蹊学園箱根寮にて研究交流を行ない、以下の点について知見を深めた。戦後「教育方法学」研究の展開と特質を踏まえながら、今日、焦眉の課題である新しい学力観にかかわって、障害児教育における「指導」の問題から示唆を得ながら、指導と評価の問題、教科の再編と成立根拠の問い直しの問題などが検討された。新学力観登場の背景にある学校知の問題がパラダイムシフトの観点から論じられ、現状を克服する視点としてコミュニケーション的行為論の立場からの教育的行為論の捉え直しや構成主義的視点に立ったカリキュラム再編の必要性等について明らかにされた。本年度は、3年計画の2年目に当たり、中間報告書の作成ヘ向けて、地域別のグループでの研究活動を深めると同時に、学会等の機会を捉えて研究交流を拡大させた。地域別の活動としては、関東を中心としたグループにおいて、教科再編の動きを捉えその構成原理を解明するために、福島大学や筑波大学の附属校を訪問し、実際的な知見を深めると同時に、学校知のパラダイムを問い直す原理的な研究を深めた。又、関西のグループでは、情報メディアの進展や新学力観の内実、あるいは障害児教育の知見を検討することをとおして、新しい授業研究の分析枠組みや教授学キーワードを確立する可能性について研究した。平成6年10月に開催された日本教育方法学会

30周年記念大会で、研究全体の打ち合わせ会議の場を設定し、地域別の研究経過の情報交換を行うと同時に、今後の研究計画についての協議を行った。そのさい、「戦後教育方法研究と21世紀教育」を課題とし、研究代表者である吉本が趣旨提案を行い、柴田、恒吉、中野、藤田の研究分担者が研究報告を行った。さらに、戦後授業研究、戦後学力論、戦後メディア教育といった戦後授業観に関する主要テーマを主題化し、集団観、子ども観、教育過程の編成原理に関する教育方法学研究の「知の枠組み」のあり方について検討した。2年次の研究のまとめとして、「人間学としての教授学構想」、「ポストモダンの吟味による学校教育のパラダイム転換」、「問題解決学習か系統学習かの再編成視点」などの問題群からなる諸論文を、各地域別の研究グループから持ち寄り、それらを編集して中間報告書を作成した。それらをもとに最終年度(3年目)には、21世紀教育の方向性を見定め、最終報告書にまとめていく計画である。本年は、3年計画の最終年度に当たり、『研究成果報告書』の作成へ向けて、地域別のグループでの研究活動を深めると同時に、学会等の機会を捉えて報告書の構成や執筆者の分担など、研究のまとめに向けて研究交流を充実させた。地域別の活動としては、例えば6月に中国地区及び九州地区のメンバーを中心に、戦後における授業と集団の関係史および先進的な授業実践に見られる授業構成パラダイムを検討した。また、9月に各研究グループの代表者が集まり、最終報告書へ向けてその全体を貫く基本コンセプトの検討を行った。10月に開催された日本教育方法学会第31回大会で、研究の全体打ち合わせ会の場を設定し、地域別の研究経過の情報交換を行い、最終報告書を以下の3つの柱で編集することを確認した。(1)今日の諸科学の到達点・成果をふまえて、教育方法学研究における「知の枠組み」のあり方を再構成する。(2)戦後教育実践史における論争点や今日継承すべき教育遺産の再評価を中心に戦後授業観の総括を行う。(3)学力観、指導観をめぐる今日の教育改革論議の動向をふまえ、21世紀教育への展望について検討する。またその際、研究代表者である吉本および研究協力者の柴田によるコーディネートと司会のもと「教育方法学研究における『知の枠組み』(パラダイム)の再構成」を課題研究として設定し、研究分担者および研究協力者の研究報告をもとに、学会員とこのテーマについての意見交流を深めた。そうした成果をまとめるべく、研究代表者を中心に打ち合わせ会議を行い、各地域別の研究グループから数本ずつの研究論文を持ち寄り、最終報告書を編集・作成した。
漢代より唐代に至る地方志書の思想史的研究

二年間にわたる資料蒐集活動の結果、漢代より唐代に至る「山川志」関連の資料はかなり蒐集することができた。また、蒐集した資料の整理と電子化(パソコンヘのデータ入力)を行った結果、研究成果報告書では下記の二点の資料集をまとめることができた。一つめは「漢唐地理書目(稿)その2起漢至唐五嶽四涜諸名山川書記篇」である。この資料集は、研究代表者の薄井が、平成7年3月に作成した『平成6年度科学研究費補助金(一般研究C)研究成果報告書』所収の「漢唐地理書目(稿)その1起漢至唐諸州書記篇」の続編である。漢代より唐代に至る間に作成されたものの、その後散逸している文献資料およそ六十件について、諸書に引用されている断片を蒐集し、それらひとつひとつについて、書名・著者・成書年代・内容等についての考察を加えたものである。成果の二つめが「漢唐地理書輯逸(稿)その1五嶽四涜諸名山川書篇」である。これは上記の資料の本文をまとめたものである。今回蒐集整理した文献資料の中には、慧遠『廬山記』や王嘉『名山記』のように、ほぼ全文が残っているもの、あるいは謝霊運『遊名山志』や張玄之『呉興山墟名』のように、既にある程度輯逸作業が施されているものもある。しかし、張野『廬山記』や徐霊期『羅浮山記』のように、これまでほとんど顧みられなかった資料がほとんどである。その点、今回の輯逸作業と考察によって、当該時期の山川志の姿が、いくらかなりとも明らかになったことは、これからの研究の展開にとって、大きな意義があるものと考えられる。本年度の研究計画は、ほぼ予定通りに進行している。担当者の薄井は、仏教大学を初めとして、京都の研究機関に出張し、中国思想関係・地理史関係の資料を蒐集した。小林も、中国六朝史関係の資料を蒐集し、田村も浜松に出張して、地理思想関係の資料を蒐集した。研究を進めるに当たって必要な文献資料・図録資料はほぼ集めることができた。また、研究補助としての謝金を活用し、蒐集した資料の整理と電子化(パソコンへのデータ入力)を行った。入力作業は、本年度でほぼ予定の半数を行うことができたが、残りの部分については、引き続き平成11年度も行うこととなる。蒐集した資料の検討は、現在三人の研究担当者で分担して行っているが、分類の仕方・調査項目の立て方などについて、定期的に意見交換の場を設けており、ほぼ方針が固まりつつある。現在のところ「地理書目(郡県単位)」「地理書目(山川志)」を立てるほか、「山川志」の本文については資料の輯逸作業をほぼ終了した。また、現存する「山川志」の最も古いものとして、宗代の「盧山記」及び古逸叢書所収の「天台山記」の翻刻の準備を進めている。平成11年の秋頃には、全体のまとめを行い、平成12年3月には、研究成果を公開する手順で準備を進めている。
準ミリ波帯衛星回線における交差偏波識別度劣化測定の解析と補償法の検討

本学衛星通信研究施設内のCS系実験局において、過去8年間にわたってほぼ連続的に記録された通信衛星CS-3ビ-コン波(19.45GHz)の、降雨時における減衰、及び交差偏波識別度(XPD)劣化の測定データを用い、それらの累積確率や秒単位における変動特性の解析を詳しく行った。この様なKa帯電波を用いた衛星回線は、今後需要が高まると考えられるが、未だに各地の測定データが少ないため降雨時の減衰量等は、実測値に基づくよりもむしろ既に多く得られているKu帯での減衰量から推定されるのが普通であり、本研究においてもKu帯放送衛星(BS)電波の減衰量と降雨事象毎に比較検討を行った。この結果両者の周波数間の減衰比は、雨滴粒径分布の影響を大きく受けることが明かとなった。このことは雨滴粒径分布の地上における直接測定、及びこれらが主偏波(右旋)に対する交差偏波(左旋)成分の相対位相差に与える効果の差異からも確認された。そして、受信側で移相器によるXPD劣化補償を行った場合に現れる影響の評価を行い、上記の雨滴粒径分布によってXPD劣化の補償改善度は210dB程度の値の間で変動することが示された。この値は、降雨の種類(雷雨、霧雨等)にも深い関係があり、かなり大きな季節的依存性のあることが、過去8年間のデータから示された。一般に、同じ降雨強度に対しても小粒の雨の多い67月の梅雨季には比較的XPD劣化補償の改善度が高く(10dB)、逆に大津部の雨の多い8月あたりは改善度が悪い(25dB)。また910月の秋雨季はこれらの中間の標準的な雨滴粒径分布に対する改善度(510dB)を示すことが分かった。現在さらに、発雷時の交差偏波識別度と交差偏波位相の秒単位の急激な変動について詳しく検討中であり、今後発雷位置と発雷時刻との関係がより明らかになるものと期待される。
新生膜タンパク質の膜組込み過程の構造生物科学

バクテリアのSecトランスロコンであるSecYEG複合体を構成するSecY, SecE, SecGのすべてのコンポーネントが含まれた状態での構造解析をすすめ,高分解能構造を決定した.さらに高精度の構造に基づいたMDシミュレーションを加えて発表した.SecDFは細胞外ドメインで膜を透過する新生タンパク質と相互作用し,細胞外側から引き上げる役割を担うSecYEGの補助として機能する膜タンパク質である.全体構造の報告は行われていたが,本研究計画では分解能の向上と細胞外ドメインに予測されていた構造変化を可視化することを目的に構造解析を行い,別状態構造を明らかにした.細胞外ドメインの位置が変化していただけでなく,基質タンパク質と相互作用する部位がポケット状に変化することや,膜貫通ドメインを貫通するトンネルが生じることがわかった.このトンネルはイオン濃度勾配を駆動力に機能するSecDFにとって重要なイオンの透過経路と予想された.構造に基づくMDシミュレーションを行い,このトンネルが水分子を通過させることが可能なことを示した.このことはSecDFがプロトンを短時間で輸送するという解析結果を反映するものであった.これらの構造変化とMDシミュレーションによる解析をまとめ,論文として発表した.新生膜タンパク質の膜組込み過程をin vitroで解析するため,Membrane Scaffold Proteinを用いたNanodisc作成条件の検討を行い,膜タンパク質であるSecYEGやYidCを界面活性剤を含まない溶液中で安定に可溶化させることに成功している.これを用いて,現在機能解析を進めた.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では生育に必須の「新生膜タンパク質の膜組込み過程」に注目して,構造機能解析を行っていく.タンパク質膜組み込み過程には,Sec経路とYidC経路が存在する.どちらの経路においても,タンパク質の認識機構や組み込みに関わるタンパク質の動きに関しての詳細は解明されていない.平成27年度には,Sec経路を構成する輸送体膜タンパク質の構造解析を行い,SecYEG複合体完全長を含む構造について論文にまとめ発表した.構造解析対象のタンパク質は既に立体構造を決定したものであるが,以前とは結晶化における条件を変化させることで分解能の向上および別形態構造決定に至った.得られた新規の構造情報を用いて,分子動力学シミュレーションや変異体解析を現在進行中である.Sec経路を構成する輸送体膜タンパク質について結晶構造解析を中心とした機能解析を進めている.SecYEG(細菌型Secトランスロコン)の高分解能(2.7オングストローム分解能)の構造を決定。この構造情報に基づき機能解析し,タンパク質膜透過しない(閉状態)のチャネル(透過孔)が、複合体を形成する膜たんぱく質(SecG)の一部によって「キャップ(蓋)」がされていることを明らかにした。引き続き,シグナル配列との複合体での解析のため,複数の結合候補ペプチドを合成し,混同状態での結晶化を行っている.しかし,これまでのところシグナル配列を含む構造は得られていない.一方,新たに立体構造を決定したSecタンパク質に関して,分解能向上や他状態の構造決定のために,以前とは結晶化における条件を変化させて結晶化,構造決定を行った.得られた新規の構造情報を用いて,分子動力学シミュレーションや変異体解析を現在進行中である.バクテリアのSecトランスロコンであるSecYEG複合体を構成するSecY, SecE, SecGのすべてのコンポーネントが含まれた状態での構造解析をすすめ,高分解能構造を決定した.さらに高精度の構造に基づいたMDシミュレーションを加えて発表した.SecDFは細胞外ドメインで膜を透過する新生タンパク質と相互作用し,細胞外側から引き上げる役割を担うSecYEGの補助として機能する膜タンパク質である.全体構造の報告は行われていたが,本研究計画では分解能の向上と細胞外ドメインに予測されていた構造変化を可視化することを目的に構造解析を行い,別状態構造を明らかにした.細胞外ドメインの位置が変化していただけでなく,基質タンパク質と相互作用する部位がポケット状に変化することや,膜貫通ドメインを貫通するトンネルが生じることがわかった.このトンネルはイオン濃度勾配を駆動力に機能するSecDFにとって重要なイオンの透過経路と予想された.構造に基づくMDシミュレーションを行い,このトンネルが水分子を通過させることが可能なことを示した.このことはSecDFがプロトンを短時間で輸送するという解析結果を反映するものであった.これらの構造変化とMDシミュレーションによる解析をまとめ,論文として発表した.新生膜タンパク質の膜組込み過程をin vitroで解析するため,Membrane Scaffold Proteinを用いたNanodisc作成条件の検討を行い,膜タンパク質であるSecYEGやYidCを界面活性剤を含まない溶液中で安定に可溶化させることに成功している.これを用いて,現在機能解析を進めた.研究成果を論文にまとめ発表するため,構造情報に基づく各種機能解析を進めていく.ペプチドの認識状態を結晶構造で明らかにするために,共結晶化が必要である.これまでに試したアミノ酸配列では結合が弱いと考えられるため,配列の再検討やスペーサーを介して融合タンパク質として発現させる等して,より結合状態が安定する方法を試みる.YidCシグナル配列の構造解析:YidCについては申請者らのグループが2種類のYidCの構造決定を行った.SecYEG複合体と同様に, YidCがどのように膜組込み基質タンパク質を認識して機能しているのかについての詳細は未だ不明な点が多い。相互作用の詳細を明らかとすべく基質タンパク質との共結晶化を試みる。基質タンパク質には, YidCの基質と判明しているシグナル領域を用いる。

YidCは基質の膜貫通領域付近の負電荷を認識していることが提案されているため,負電荷が存在する膜貫通領域付近の配列をもったポリペプチドとの共結晶化をLCP法によって進める。X線回折データの収集は,SPring-8 BL32XUの高輝度X線マイクロフォーカスビームラインを用いる.位相の決定は,まず分子置換法を試みるが,構造が大きく変化し,分子置換法で位相の決定が困難な場合は,以前の研究同様に重原子置換体を用いた異常分散法を用いて構造を決定する。YidC再構成Nanodiscを用いた機能解析:基質認識についての構造情報が得られた場合,基質のどこを認識して,基質膜タンパク質を組込んでいるのかの情報を得る。この解析手法が機能すれば,続いてSecYEG複合体を用いて多数の膜貫通領域をもっタンパク質の膜組込み解析への応用を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
小胞体局在型水チャネル分子による小胞体機能調節機序の解明

アクアポリン-11(AQP11)は、小胞体に局在するユニークな水チャネル分子である。しかし、AQP11の小胞体における分子機能については全く明らかにされていない。本研究では、AQP11の小胞体における分子機能を明らかにする目的で、小胞体が細胞内カルシウム貯蔵部位であることに着目して、イメージング解析、プロテオーム解析などを行った。その結果、AQP11は小胞体内カルシウムイオン貯蔵量を適正に保つ機能を持つこと、そしてこの機能には、タンパク質輸送装置であるトランスロコンが関与している可能性などを見出した。今後、これらの知見の生物学的意義を明らかにしていく必要がある。我々が発見したAQp11は、小胞体に局在するユニークな水チャネル分子である。KOマウスの研究から、AQp11は生後の腎の発達に必須の分子で、小胞体の機能調節に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究の目的は、AQP11ファウンダーの利点を生かして、AQP11の小胞体における役割、特に小胞体が細胞内カルシウム貯蔵器官であることに着目して、イメージング解析、プロテオーム解析などを行い、AQP11の小胞体における分子機能を明らかにすることである。具体的な研究項目としては、次の3つを計画している。1.AQp11結合タンパク質の同定、2,AQp11の小胞体カルシウム貯蔵量調節メカニズムの解明、そして3.小胞体ストレス応答におけるAQP11の関与についての検討。1.AQP11結合タンパク質の同定腎由来細胞株を用いてAQP11を発現させ、特異的に結合するタンパク質をプロテオーム解析手法により調べた。その結果588種類のタンパク質の同定に成功した。これらのタンパク質の中には、カルシウムイオン輸送、小胞体ストレス、細胞質から核内へのタンパク質輸送に関与するものなどが含まれていた。今後、これらの再現性を確認するとともに、検証実験を実施する。2.AQP11の小胞体カルシウム貯蔵量調節メカニズムの解明本項目を達成するために、小胞体内カルシウムイオン濃度をリアルタイムにモニタリングする系の確立に取り組んだ。その結果、小胞体に局在するように細工したエステラーゼを細胞に発現させることによって、その系の確立に成功した。3.小胞体ストレス応答におけるAQP11の関与についての検討小胞体ストレス応答→カスパーゼ3活性化→ミトコンドリア機能不全→活性酸素量増加→細胞障害の経路に対して、AQp11が保護的な役割を担っている可能性を見出した。また、このAQp11の役割が、in vivoにおいて高グルコースによる腎障害においても重要であることを示唆するデータも得た。我々が発見したAQP11は、生後の腎の発達に必須の分子で、小胞体の機能調節に重要な役割を果たしていると考えられる。本研究の目的は、1.AQP11結合タンパク質の同定、2.AQP11の小胞体カルシウム貯蔵量調節メカニズムの解明、3.小胞体ストレス応答におけるAQP11の関与についての検討を通して、AQP11の小胞体における分子機能を明らかにすることである。1.AQP11結合タンパク質の同定平成24年度の研究をさらに発展させて、プロテオーム解析を実施した。その結果、AQP11と特異的に結合するタンパク質として322種類を同定した。平成26年度では、これら同定したタンパク質の機能や局在に関して分類を行いAQP11の機能を推測する。2.AQP11の小胞体カルシウム貯蔵量調節メカニズムの解明平成25年度においては、細胞の選別を行わなくても、小胞体内カルシウムイオン濃度をリアルタイムにモニタリングできる系の構築を試みた。その結果、系の構築に成功した。平成26年度では、この系を利用して、項目1で同定したタンパク質とAQP11との機能連関について、分子生物学的手法、薬理学的解析手法およびイメージング手法を組み合わせることによって調べる。3.小胞体ストレス応答におけるAQP11の関与についての検討この2年間の研究により、小胞体ストレス応答→細胞障害の経路に対して、AQP11が保護的な役割を担っている可能性を見出し、すでに論文発表を行った。これらの成果に基づいて、論文発表内容が、項目1および項目2とどのように関連するのかについての検討を行う。本年度は最終年度に当たることから、最終的には上記項目1項目3についての総合的な考察も行い、AQP11の小胞体における分子機能を明らかにする。本研究の目的は、AQP11の小胞体における分子機能を明らかにすることである。この目的達成のために、AQP11結合タンパク質を同定して、その結合タンパク質からAQP11の機能を説明することを試みてきた。

平成25年度までにAQP11と結合するタンパク質を322種類同定した。平成26年度では、これらのタンパク質の局在や機能について類別を行った。その結果、これらのタンパク質の多くは、細胞質、核、小胞体に局在し、物質輸送機能を持つことが分かった。これまでの検討からAQP11が、小胞体内のカルシウム貯蔵量を調節する作用を持つことを見出している。そこで、結合タンパク質の中からこの機能と関連するものを調べたところ、Sec61αが同定された。次に、イメージング法を用いて、AQP11の小胞体カルシウム貯蔵量調節作用に対するSec61αの効果について調べた。その結果、AQP11の作用の一部がSec61αに依存していることを見出した。小胞体における貯蔵カルシウム量の変動は、小胞体ストレス応答と呼ばれる細胞内情報伝達経路を介して細胞の生死を調節していることが知られている。そこでAQP11の小胞体カルシウム貯蔵量調節作用と小胞体ストレス応答との関連性について調べた。その結果、AQP11の発現量を変化させて細胞が小胞体ストレス応答の程度を調節している可能性を見出した。26年度が最終年度であるため、記入しない。獣医薬理学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画では、研究実績の概要に記載した項目1および項目2を実施する予定であった。しかし平成24年度には、項目3についても一部研究を実施できた(当初予定していた項目3の研究開始は平成25年度以降を予定していた)。以上の理由から、(1)の評価とした。当初計画では、平成26年度半期終了時点までに、AQP11結合タンパク質の同定および同定したタンパク質からAQP11の機能を推定する計画であった。しかし平成25年度までに、一部機能を推定できたことから、(1)の評価とした。順調に進捗しているので、計画通り研究を進める。平成24年度には、予想以上の種類の結合タンパク質が同定された。そのため平成25年度においては、検証実験を含めて具体的に実施する実験項目が増加することが予測された。そこで、基金の一部を平成25年度に繰り越す計画に変更した。平成25年度には、繰り越した研究費と当初予定の研究費とを合わせて効率的に実験を進める。なお、実験項目増加に伴う予算費目は全て消耗品費である。実験の進捗状況から、次年度に消耗品費を購入するために4,947円を繰り越すことが適切であると判断したため。消耗品費。
スキルス胃癌の増殖進展における胃壁線維芽細胞由来増殖因子の解析

スキルス胃癌は,粘膜下層以深に達すると,急速広汎に増殖・浸潤する.このスキルス胃癌の生物学的特性を明らかにするために,スキルス胃癌細胞株(OCUM-2M;以下2M)と胃壁線維芽細胞株(NF-8)を樹立し,相互作用の検討を進めた.これまでの研究により,NF-8はスキルス胃癌細胞の増殖を亢進させ,その増殖因子として分子量約10kDの蛋白が示唆された.今回,スキルス胃癌細胞の浸潤機序の検討を行った.成果は以下のごとくである.Double chamberを用いたInvasion assayにて,NF-8がスキルス胃癌細胞の浸潤能を促進した.線維芽細胞はスキルス胃癌の増殖のみならず浸潤能にも関与する考えられた.さらに線維芽細胞の浸潤促進作用がTGF-βおよびHGFの中和抗体により抑制されたことから,線維芽細胞の産生するTGF-βおよびHGFが,スキルス胃癌細胞の浸潤促進作用に関与していることが示唆された.スキルス胃癌は高頻度に播種性腹膜転移をきたす.腹膜播種性転移メカニズム解明には,スキルス胃癌細胞株を用いた腹膜転移モデルが有用である.教室で樹立された2Mから,高率に腹膜転移を形成する細胞株(OCUM-2MD3;以下D3)を樹立した.以下,低転移株2Mと高転移株D3を比較することにより,腹膜播腫性転移メカニズムを検討した.腹膜中皮細胞に対する接着性はD3の方が2Mに比べ有意に亢進していた.中皮細胞の発現するヒアルロン酸への接着性もD3の方が亢進していた.D3細胞の中皮細胞に対する接着能が,抗CD44H抗体により低下した.つぎに腹膜間質と接着を検討した結果,D3の方が2Mに比べ,間質成分への接着性が亢進していた.また,D3細胞は,接着分子α2β1およびα3β1-integrinをより強く発現していた.さらにD3細胞の間質成分に対する接着性が,抗α2β1,抗α3β1-integrin抗体の添加で抑制された.これらのことより,腹膜播種性転移には,癌細胞に発現する接着分子CD44Hとα2β1およびα3β1-integrinが関与していることが示唆された.スキルス胃癌は,粘膜下層以深に達すると,急速広汎に増殖・浸潤する.このスキルス胃癌の生物学的特性を明らかにするために,スキルス胃癌細胞株(OCUM-2M;以下2M)と胃壁線維芽細胞株(NF-8)を樹立し,相互作用の検討を進めた.これまでの研究により,NF-8はスキルス胃癌細胞の増殖を亢進させ,その増殖因子として分子量約10kDの蛋白が示唆された.今回,スキルス胃癌細胞の浸潤機序の検討を行った.成果は以下のごとくである.Double chamberを用いたInvasion assayにて,NF-8がスキルス胃癌細胞の浸潤能を促進した.線維芽細胞はスキルス胃癌の増殖のみならず浸潤能にも関与する考えられた.さらに線維芽細胞の浸潤促進作用がTGF-βおよびHGFの中和抗体により抑制されたことから,線維芽細胞の産生するTGF-βおよびHGFが,スキルス胃癌細胞の浸潤促進作用に関与していることが示唆された.スキルス胃癌は高頻度に播種性腹膜転移をきたす.腹膜播種性転移メカニズム解明には,スキルス胃癌細胞株を用いた腹膜転移モデルが有用である.教室で樹立された2Mから,高率に腹膜転移を形成する細胞株(OCUM-2MD3;以下D3)を樹立した.以下,低転移株2Mと高転移株D3を比較することにより,腹膜播腫性転移メカニズムを検討した.腹膜中皮細胞に対する接着性はD3の方が2Mに比べ有意に亢進していた.中皮細胞の発現するヒアルロン酸への接着性もD3の方が亢進していた.D3細胞の中皮細胞に対する接着能が,抗CD44H抗体により低下した.つぎに腹膜間質と接着を検討した結果,D3の方が2Mに比べ,間質成分への接着性が亢進していた.また,D3細胞は,接着分子α2β1およびα3β1-integrinをより強く発現していた.さらにD3細胞の間質成分に対する接着性が,抗α2β1,抗α3β1-integrin抗体の添加で抑制された.これらのことより,腹膜播種性転移には,癌細胞に発現する接着分子CD44Hとα2β1およびα3β1-integrinが関与していることが示唆された.スキルス胃癌は、粘膜下層以深に達すると、著明な線維性組織の増生を伴って急速広範に増殖・浸潤する特性を有し、他の胃癌に比べ予後不良である。このスキルス胃癌の生物学的特性を明らかにするために、スキルス胃癌患者の摘出胃より、胃癌培養細胞株OCUM-2Mと胃壁由来の線維芽細胞株NF-8を樹立し、各々が及ぼす影響を、増殖率を中心に研究を進めた。成果は以下のごとくである。1.スキルス胃癌細胞株OCUM-2Mおよび胃壁由来の線維芽細胞株NF-8の樹立4型スキルス胃癌患者の摘出胃の癌巣部胃壁を細切し、培養液を加え初代培養を開始した。

以後、培養を反復し、継代培養を35日ごとに行った。約1カ月目頃より、単独あるいは一部塊状となって浮遊性の増殖を示す細胞を認めるようになり、浮遊細胞の分離培養を行った。樹立した胃癌細胞株をOCUM-2Mと命名した。さらに同様の手法にて、摘出胃の非癌巣組織から、線維芽細胞NF-8を樹立した。2.4型スキルス胃癌細胞と胃線維芽細胞の相互作用の検討1)胃由来線維芽細胞NF-8の培養上清は、スキルス胃癌細胞OCUM-2Mの増殖やDNA合成を有意に亢進させた。高速液体クロマトグラフィーを用いた解析により、この増殖促進因子は、分子量2.6-25kDの蛋白と考えられた。2)OCUM-2MとNF-8を、ヌードマウス皮下に混合接種すると、単独接種に比し、腫瘤生着率や腫瘤容積の増大がみられた。さらに組織像は、OCUM-2Mの単独接種腫瘍が、間質成分に乏しい髄様性増殖を示したのに対し、混合皮下接種により形成された腫瘍は、線維性組織の増生が目立ち、ヒト4型スキルス胃癌に類似の組織像を呈した。4型スキルス胃癌の急速広範な発育進展の機序に、癌細胞の持つ生物学的特性のみならず、癌細胞をとりまく微小環境の関与が推測され、特に胃壁由来の線維芽細胞から産出される因子によるparacrine作用の関与が示唆された。スキルス胃癌は急速広範に増殖浸潤する特性を有しており、高率に腹膜播種性転移をきたし、予後は非常に不良である。これまでの研究により、この増殖進展過程に胃壁線維芽細胞の産生する分子量2.6-25KDaの増殖促進因子が関与していることが示された。さらにこの因子の同定をすすめた結果を示す。NF-8の培養上清中の増殖促進因子はヘパリン親和性を示さなかった。既知の細胞増殖因子による検討では、OCUM-2Mの増殖能はRGF, TGF-α, b-FGFおよびVEGFにより促進された。NF-8よるOCUM-2Mの増殖促進作用は、EGF, TGF-α, b-FGFおよびVEGFに対する中和抗体では抑制されなかった。以上よりNF-8より分泌される増殖促進因子はヘパリン親和性を持たない、これら以外の因子と考えられた。スキルス胃癌は高率に腹膜播種性転移をきたすことより、当科で樹立したスキルス胃癌細胞株を用いて腹膜播種性転移の機序につき検討した。スキルス胃癌細胞株OCUM-2Mより高腹膜播種性転移株OCUM-2MD3を樹立し、親株との性状の違いを検討した。この高腹膜播種性転移株は腹膜中皮細胞および基底膜への接着性が亢進していた。接着分子としてはCD44およびβ1インテグリンの発現が亢進し、E-カドヘリンの発現が減弱していた。以上の結果より、胃癌の腹膜播種性転移には癌細胞表面のCD44と腹膜中皮細胞のヒアルロン酸との接着および、β1インテグリンと中皮下基底膜との接着が関与していることが示された。また、抗CD44抗体により腹膜播種性転移の抑制が認められ、接着抑制を用いた腹膜播種性転移の新しい治療法の可能性が示された。スキルス胃癌は,粘膜下層以深に達すると,急速広汎に増殖・浸潤する.このスキルス胃癌の生物学的特性を明らかにするために,スキルス胃癌細胞株(OCUM-2M;以下2M)と胃癌線維芽細胞株(NF-8)を樹立し,相互作用の検討を進めた.これまでの研究により,NF-8はスキルス胃癌細胞の増殖を亢進させ,その増殖因子としての分子量約10kDの蛋白が示唆された.今回,スキルス胃癌細胞の浸潤機序の検討を行った.成果は以下のごとくである.Double chamberを用いたInvasion assayにて,NF-8がスキルス胃癌細胞の浸潤能を促進した.線維芽
非線形方程式に対する精度保証付き数値計算法に関する研究

計算機により数値計算を行う際に発生する誤差を考慮し,数学的に厳密な意味での解の誤差を検証することにより,得られた解の精度を保証する研究が,精度保証付き数値計算と呼ばれ近年活発に行われ,成果を挙げている.例えば線形連立方程式に関しては,IEEE標準754にもとづく浮動小数点演算を用いることで,n次元の方程式に対して2n^3/3の計算量で方程式の近似解を求めさらにその精度保証を行える,高速精度保証法が提案されている.非線形方程式f(x)=0に関しては,解の存在を示す手法として,Krawczykの方法と呼ばれる有効な手法がある.この手法は,区間包囲による精度保証技法の代表的なものであり,導関数f ́の区間包囲を利用し,簡易ニュートン反復に対して縮小写像の原理の成立を確かめる手法である.本研究は,このKrawczykの方法を用いて非線形方程式の解の存在検証を行う高速な精度保証付き数値計算法を確立することを目的として進めてきた.Krawczykの方法により非線形方程式の解の存在検証を行う場合,解の存在検証を行う領域XからKrawczyk作用素K(X)を計算し,K(X)⊂Xの成立を確認することにより,解の存在性が示される.このとき,K(X)の計算には(行列)×(行列)の計算が現れるため,計算量が増大する原因となる.そこで,これを避けるために,ある行列Lを掛けたLK(X)を計算することにより線形連立方程式に帰着させ,これを前述の高速精度保証法により計算し,K(X)の値を求める.これにより,IEEE754にもとづいた浮動小数点演算を用いて精度保証を行うことにより,Krawczyk作用素K(X)をそのまま計算した場合の計算量が5n^3であるのに対し,本研究での手法では2n^3/3の計算量で済むことが示された.また,この手法を数値計算パッケージMatlabを用いて実装し,具体的な非線形方程式の解の存在検証を行い,その有効性を確認した.計算機により数値計算を行う際に発生する誤差を考慮し,数学的に厳密な意味での解の誤差を検証することにより,得られた解の精度を保証する研究が,精度保証付き数値計算と呼ばれ近年活発に行われ,成果を挙げている.例えば線形連立方程式に関しては,IEEE標準754にもとづく浮動小数点演算を用いることで,n次元の方程式に対して2n^3/3の計算量で方程式の近似解を求めさらにその精度保証を行える,高速精度保証法が提案されている.非線形方程式f(x)=0に関しては,解の存在を示す手法として,Krawczykの方法と呼ばれる有効な手法がある.この手法は,区間包囲による精度保証技法の代表的なものであり,導関数f ́の区間包囲を利用し,簡易ニュートン反復に対して縮小写像の原理の成立を確かめる手法である.本研究は,このKrawczykの方法を用いて非線形方程式の解の存在検証を行う高速な精度保証付き数値計算法を確立することを目的として進めてきた.Krawczykの方法により非線形方程式の解の存在検証を行う場合,解の存在検証を行う領域XからKrawczyk作用素K(X)を計算し,K(X)⊂Xの成立を確認することにより,解の存在性が示される.このとき,K(X)の計算には(行列)×(行列)の計算が現れるため,計算量が増大する原因となる.そこで,これを避けるために,ある行列Lを掛けたLK(X)を計算することにより線形連立方程式に帰着させ,これを前述の高速精度保証法により計算し,K(X)の値を求める.これにより,IEEE754にもとづいた浮動小数点演算を用いて精度保証を行うことにより,Krawczyk作用素K(X)をそのまま計算した場合の計算量が5n^3であるのに対し,本研究での手法では2n^3/3の計算量で済むことが示された.また,この手法を数値計算パッケージMatlabを用いて実装し,具体的な非線形方程式の解の存在検証を行い,その有効性を確認した.
微小界面構造体における潜在欠陥情報の抽出

本研究では、微小界面構造体におけるき裂の進展抵抗と潜在き裂の形状との双方を評価することで、微小界面構造体からなる大規模システムであるエレクトロニクスデバイスの初期破壊リスクの定量化を試みる。特に、き裂進展抵抗ならびに潜在き裂形状情報をそれぞれ独立に取得するために、力学的条件の異なる試験評価を組み合わせる。評価装置には電子線後方散乱回折(EBSD)像用カメラを含むFIB-SEM複合ビーム装置にナノインデンタを装荷した局所評価ステーションを用いる。初年度である平成30年度は、単結晶銅/セラミックス界面構造体を用いて、銅ーセラミックス間の界面結合エネルギーおよび潜在き裂形状の同定をおこなう。有限要素解析によるき裂進展シミュレーションを行い、すでにき裂進展抵抗が既知の系において、き裂の安定進展する力学条件と不安定化の条件とを予測し、それを踏まえて試験片の形状設計をおこなった。まずは銅(111)面接合体での剥離試験を実施した。製作した単結晶銅/セラミックス界面構造体においては走査型電子顕微鏡による観察で界面上の潜在欠陥は確認できなかったが、剥離試験時の最大荷重の再現性がよいことなどから、外力によってき裂を導入、安定進展させることでき裂形状を制御する代替案の着想を得た。一方、メッキによる半導体銅配線構造体ではその粒界近傍のボイドなど明瞭な潜在欠陥が多数確認できた。これは、当初の予定通り電流負荷による欠陥成長の可能性を期待させるものである。計画初年度である平成30年度には、単結晶銅/セラミックス界面構造体を用いて、潜在き裂形状の同定までおこなう予定であったが、不安定剥離試験によるき裂形状評価試験の着手前に評価装置が故障したため、以後の試験評価は中断、次年度以降に持ち越しとなった。一方で、単結晶構造体では明瞭な潜在き裂が確認できなかったこと、剥離試験時の最大荷重の再現性がよいことなどから、外力によってき裂を導入、安定進展させることでき裂形状を制御する代替案の着想を得た。前年度の観察結果を踏まえて、単結晶構造体ではまず剥離試験結果から予測される剥離荷重の八割程度で試験を中断することで安定的にき裂を導入し進展させる。そののち、試験片をイオンビームにて再加工し、き裂形状特定用の不安定剥離試験を実施することとした。途中、電子顕微鏡による透過観察によって一旦成長したき裂の形状測定を試みる。一方で、メッキによる半導体銅配線構造体ではその粒界近傍のボイドなど明瞭な潜在欠陥が確認できたため、エレクトロマイグレーションによってそれらの初期潜在欠陥をき裂として測定可能な形状まで成長させる。まずはこれらの方策を組み合わせた剥離試験によって、き裂情報を抽出することを目指す。次年度使用が生じた主な理由として、本研究に必須の試験評価装置である局所評価ステーションが故障したことが挙げられる。特注装置であるために別機関/装置での代替試験は困難であり、結果として試験評価実施に伴う装置使用料および出張費が当初予定額に満たなかった。