hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
英語教師実践ナラティブにおける書記言語・音声言語、および日本語・英語の選択

(2)本研究から導き出される実践的含意を「英語教育の『危機』と教育現場」として査読付き学術誌『中国地区英語教育学会研究紀要』(2014, pp. 31-40)に公刊した。(3)本研究(およびそれに先行する科研)の成果を基盤としてひつじ書房より『英語教師は楽しいー迷い始めたあなたのための教師の語り』を公刊した。(4)本研究の成果を総括的に"Effects of writtenlanguage (English/Japanese, private/published) onjournal writing forteacherdevelopment"として国際学術会議AILA (August 15, 2014)で英語ポスター発表(審査付き)をした。(5)本研究の理論的成果を"The Second Person in Narrative: How a mentee findsa mentor"として国際学術会議KCUFS Reflective Practice Conference (August 28, 2014)で英語シンポジウム(招待)を主催した。(6)(2)の内容を『今日叫ばれる"英語教育の危機"とは?そのとき教育現場は?ー』として中国地区英語教育学会でシンポジウム(招待)を主催した。(7)本研究の理論的含意を「『客観性』を問い直し、量的研究の『客観主義』を乗り越える」としてJACET中部支部大会のシンポジウム(招待)で口頭発表した。【期間全体の成果】査読付き学術論文4本、書籍1冊、国際シンポジウム主催1回、国際学術会議発表2回、国内学術会議シンポジウム主催3回、国内学術会議シンポジウム招待発表3回を行い研究成果を公表した。英語教育本研究の目的は、「(1)英語教師実践ナラティブを書記言語による記述に絞って検討して、書記言語の効果を集中的に理論的・実証的に解明し、かつ(2)英語教師の自国語である日本語と、英語教師の目標言語である英語で記述した場合の差異も理論的・実証的に明らかにすることを目的とする」であるが、今年度の研究では、(1)においては昨年度以上に問題意識を鮮明にして「公刊」という形での書記言語記述について集中的に研究し、(2)においても英語学術論文執筆の際の日常的日本語の英語への翻訳という視点での探究を進めた。また、(2)の視点は、英語教育での文学の扱い、国語教育や日本語教育との連携などの派生的な研究にもつながった。こういった研究をシンポジウム開催と査読付き学術論文公刊およびウェブでの情報公開の形で結実させ、かつ4つの関連シンポジウムに招待されるなどの事実からして、本研究は「概ね順調に進展している」と判断できる。本研究の目的は、「(1)英語教師実践ナラティブを書記言語による記述に絞って検討して、書記言語の効果を集中的に理論的・実証的に解明し、かつ(2)英語教師の自国語である日本語と、英語教師の目標言語である英語で記述した場合の差異も理論的・実証的に明らかにすることを目的とする」であるが、(1)に関しては、従来ナラティブに認められていた「自己観察と自己記述を通じての、観察力、分析力、思考力の育成による実践改善」に加えて、書記言語では特に「未来の先取り」と「二次的観察の象徴的人格化」が生じやすいことを理論的に解明し、かつ、書くことが目的・内容・読み手・書き手・媒体の相互影響によって定まることを実証的に明らかにした。
タスクゆらぎに自律的に追従する知覚駆動プログラミング－家庭ロボットを題材として－

人間支援ロボットには,基本作業プログラムを即応的に環境に追従する,プログラム動的適応が必要である.脳はこの機能を機能領野のタスクごとに組み合せて実現している.本研究は,脳の機能部品組み合わせ(FPC)モデルを,環境の状況認識と機能モジュール選択の方式として検討する.FPCモデルで必要な状況認識と行動適応のため,多様なタスクを実現するロボット身体をモジュール化し,タスクで必要なモジュール組み合わせを検討し,事例評価により有効に機能したモジュール組み合わせをタスク処理プログラムに組み込んだ.開発したロボットおよび機能モジュールにより,2012年ロボカップ世界大会にて準優勝した.本研究の目的は,認知・判断・行動決定に関わる機能部品を組合せることで多様なタスクを動的に実現する知能システムの検討である.課題は,タスク処理のような複雑な処理を動的かつ安定に表現するシステムの開拓である.これまでのロボカップでの多様なタスク実現の経験から,各タスクに求められる適切な身体・制御は一様ではないことが判っている.人工知能分野の学習としてはLifelong Learningという問題であるが,知能だけの課題ではなく,身体システムも含めた問題として考える必要がある.そこで平成24年度は,まずマルチタスクに対応した身体システムとそれを容易に制御する制御システムの構築の事例として,タスクに応じて身体的・ソフト的に要素機能を組み合わせやすいロボットシステムの構築を行った.ハードウェアでは,全方位移動の移動台車にスライド式の上下機構と7自由度のアームによる上半身を組み合わせ,到達の自由度と範囲が広い身体を設計した.重量軽減のため情報処理システムの多くは身体の外側に移動したリモートブレイン方式とした.結果として,身長170cm,重量35Kg,アームペイロード2Kgの自由度の高いロボット身体が実現された.それを制御するソフトウェアは,個別の身体部品を制御する部品記述言語と,それらの組み合わせで動作を表現する動作記述言語を開発し,多様なタスクに合わせて動作をすばやく変更していく基盤となるシステムが実現された.今後は,環境に応じて動作を動的に選択する機構のシステム構築と,動作を環境に応じて探索するためのモデル構築が課題となる.昨年度,マルチタスクに対応した身体システムとそれのシステムを構築した.その結果,タスクに応じて身体的・ソフト的に要素機能を組み合わせやすいロボットシステムの構築を行った.次の課題は,このシステムを用いての環境と行動決定の処理に関わる機能部品との関係の確率的表現の獲得である.本研究では,行動決定に関わる多数の機能部品について,環境の状況に依存した初期確率分布を与え,確率探索を行った.そこでの課題は,環境状況と確率分布の間のマッピングである.我々のモデルでは,環境中のイベントに対応して機能部品ごとの利用確率が定まり,イベントの組み合わせにより部品群全体の確率分布が定まる.ところが機能部品ごとの利用確率を求めるには,多数のタスクによる学習が必要である.すなわち,多数のタスクを多様な環境で安定的に実施する方式が必要である.そこで本研究では今年度,多数のタスク実施の手段としてロボットを遠隔操作するシステムを開発した.本システムでは,タスクをよく知る操作者が遠隔地からロボットを操作し,そのタスク場面での行動決定を行っていく.その過程で,ロボットの操縦操作に加え,タスク場面の状況など,行動決定に関わる多くの情報を収集し,事後の分析を可能とする.タスクは,子どもとの遊びや家庭でのサービスなど,人を相手にするサービス場面とした.その結果,保育士が操作するロボットが子どもと一対一で遊ぶ実験を,39人という多数の被験者にて実施できた.残念ながら本研究はタスク変動に対応する自律的な処理探索までは到達できなかった.しかしその実現にむけて必要なシステムのプロトタイプは作成でき,実際の遊び実験で使うことができた.今後の課題として,多数のタスク処理のプログラムの振舞を観察し,タスク処理の動的探索につながるシステムアーキテクチャの実現を目指す.人間支援ロボットには,基本作業プログラムを即応的に環境に追従する,プログラム動的適応が必要である.脳はこの機能を機能領野のタスクごとに組み合せて実現している.本研究は,脳の機能部品組み合わせ(FPC)モデルを,環境の状況認識と機能モジュール選択の方式として検討する.FPCモデルで必要な状況認識と行動適応のため,多様なタスクを実現するロボット身体をモジュール化し,タスクで必要なモジュール組み合わせを検討し,事例評価により有効に機能したモジュール組み合わせをタスク処理プログラムに組み込んだ.開発したロボットおよび機能モジュールにより,2012年ロボカップ世界大会にて準優勝した.ロボット動作の環境変動に応じた即応的な変更を実現するため,多くの機能をタスクごとに組み合わせ,さらに同じタスクで対象ごとに使う領野を動的に切り替えている,機能部品組み合わせ(FPC)モデルの実現を試みる. FPCモデルでは,脳は環境の部分状況を認識して機能モジュールの利用確率を変化させ,必要な処理をその場で探索する.本研究ではプログラムの動的適応モデルとして,(1)環境の階層的認識,(2)途中階層の部分特徴検出からその特徴に対応した適切な機能モジュールを選択し,(3)過去の事例経験で有効に機能したタスク処理プログラムに動的に組み込む,「行動プログラムの知覚駆動の動作適応システム」の構築を目指す.平成23年度は,ロボットはRoboCup世界大会@home部門で使用する機体の動作プログラムに以下の改良を行なった.1.機能モジュール化の徹底:ロボットの要素機能をモジュール化し,全体動作はそのモジュール群の協調動作として行われるよう,ロボットシステムのソフトウェアを改造した.現有ロボットはすでにある程度はそうなっているが,モジュールの組合せ探索で新動作を作り出せる程度にまでそれを徹底し,コアプログラムの一部モジュールを変数化して適応能力を実現した.

2.環境の階層的な状況識別機能の組み込み:環境地図構築,物体認識,顔識別,表情からの笑顔度・男女・年齢の推定,などの多モダリティで,局所的な特徴の階層的な組み合わせによる状況検出機構を構築する.途中段階で得られる環境の部分状況の認識と,その状況で多く使われる動作モジュールの間の共起確率を,多様なタスクでの動作を通して獲得した.本研究の目的,機能部品組合せによる多様なタスクを動的に解決するシステムの検討である.もともとの計画では,既存のロボカップのタスクアプリケーションにおいてモジュール選択の確率をもとめることを考えていたが,タスク依存のハードウェアの柔軟性も考慮にいれ,本年度の研究のようなハードのモジュール化,さらに動作のモジュール化を行い,そののちにタスクと環境に依存した機能要素の利用の分布を議論することとした.結果として,当初の目的とした数理モデルの構築には及んでいないが,モデルの構築をより現実的にする身体システムとソフトウェアシステムが実現された.それと同時に,目標としている機能部品組み合わせのシステム像が当初の想定より複雑であることが示唆されている.この点については今回実現されたシステムの現実のロボカップタスクでの運用により検討していく必要がある.震災後の計画停電,交通障害,さらに夏の節電などで活動時間が制限され,ロボットプログラムのモジュール化の作業が遅れた.また,その影響でロボカップ世界大会にて予選までしか参加できず,十分なタスクの事例に参加することができず,モジュールの利用頻度データの取得ができなかった.しかし平成23年度末の段階では,モジュール構築は回復しており,やや遅れていると判断する.製作したロボットの身体・ソフトウェアシステムを現実的な@ホームタスク群に適用して,必要とされるモジュール群とタスクおよび環境の特性との間の関係を議論する.そのため,ロボットの環境知覚のシステムの動作を記録して,それに応じた身体動作の設計と合わせて各身体・動作部品の組み合わせを検討していく.予想では,環境の知覚と身体動作,あるいはタスクの目的と身体動作の間には階層的な相関があり,それがどのように記述できるかが課題となる.このデータ収集ができたなら,環境近くに基づく反射的な身体動作選択と,現実の課題における身体動作の間の関係が議論でき,環境依存の動作選択の計算理論の開発の第一歩となる.2012年のロボカップ世界大会に参加して,多様なタスクについてのモジュールの動作を確認する.また実験室のフィールド内の多くの事物について認識プログラムを用意し,個々のタスクの実行プログラムを機能モジュール群の組み合わせとして制作し,その実行中に環境の部分状況の認識出力と各モジュールの使用状況を合わせて蓄積する.その作業を,タスクのゆらぎを発生させては機能部品を入れ替えての実行を繰り返し,環境の部分状況の認識と機能モジュール群使用の統計情報を獲得する.平成23年度からの繰り越し金はモジュールを動作させるロボット部品の購入に使用する。
授業内の教師の動きを手がかりとした教師経験と成長に関する研究

教師の黒板前の動きには、3つの特徴があることが明らかになった。1つ目は、まったく動かない状態である。これは、初期の模擬授業で見られる。子どものところまで行って、どのようなノートを書いているか、教科書のどのページを開いているかなどの様子を観察することなく、教卓を中心に授業をする状態である。2つ目は、黒板の左から右へ動くものである。動きはだいたい直線的である。黒板の右端まで行くと左端に戻り、消しながら新たに板書を始める。3つ目は、複雑に黒板前、ときには教室内を頻繁に動き回る状態である。教育実習に行くと、この状態になることが多く、教師が現場で成長していることが、新たな仮説として生まれた。黒板前の教師の立ち位置のデータを、動体検知の技術を用いて収集および可視化するソフトウェアを開発した。本ソフトウェアは、筆者がプログラミング言語Processingを用いて開発したものである。パソコンに取り付けたwebカメラ等を用いて、写している映像の中から動体を自動的に検出し、その動体の画面上の中心座標を記録するものである。本ソフトウェアを用いて、実際の授業(小学校と中学校の授業、本学の教職課程の学生による模擬授業)や、これまでに撮影した授業映像を分析した。分析したのは、教職課程に所属する学生X(10分と15分、情報)、学生Y(30分、情報)、学生Z(40分の情報と、50分の教育実習での数学)、現職の教師S(中学校数学)と教師T(小学校社会科)、そして韓国の現職教師K(小学校理科)と教育実習生L(小学校理科)、フィリピンの現職教師F(小学校英語)と現職教師G(小学校算数)などである。その結果、教職課程の学生は、模擬授業の経験を経る毎に、黒板前のほぼ中央から動くことがなかった段階、左から右へ移動する段階とそれがパターン化した段階、パターンの中に複雑さがうかがえる段階が明らかになった。また、韓国の教師と教育実習生の授業中の動きを比較したところ、授業展開、授業形態、メディアの使い方に着目すると、現職教師と教育実習生の授業では、『展開』が複数の活動で構成されていること、一斉授業→グループ学習→一斉授業と展開していること、授業の終盤にディスプレイが使われることで共通点があり、『導入』段階の立ち位置、教師のメディアの関係性という相違点があることが明らかになった。さらに、韓国と日本の教師の授業中の動きを比較したところ、授業の構成、グループ学習の導入方法、教師とメディアの距離が明らかになった。本研究は、教師やそれを志望する学生による授業内の意図的/無意図的、戦略的/偶発的な行動の意味を明らかにすること、教職を専門性の高い職業と位置づけ、キャリア教育や職業教育の観点で、授業内の行動と、教師経験や成長の関係を明らかにすること、そして、一般的に実践知と呼ばれるものを理論知にして社会に還元することである。本研究では、教師やそれを志望する学生の授業の中での動きを可視化するために、これまでに開発してきた黒板前の動きを自動的に取得・可視化するソフトウェアを用いる。これにより、教師が意識せずに動いている様子を可視化することができ、実践知として授業者や研究者たちが共有することができる。撮影した授業映像は、授業の雰囲気をフランダースらのカテゴリーシステムを援用したカテゴリー分析をする際にも利用される。フランダースらのカテゴリーシステムには、期間観察・指導、板書などのカテゴリーが設定されていないが、本研究では、それらを設定する。その遷移を、授業の中での動きを可視化したものと統合することで、動きと授業の様子とを対応させたり、次の動きを予測したりすることができるようになると考えられる。そのほか、これらの分析から得られた結果を補足するものとして、授業者へのインタビュー等の調査を実施する。そこから、授業者がどのような手応えを得たのか、それと実際の授業とのギャップは何か、また動きと授業と手応えのギャップは何かへと発展させられると考える。今年度は、教職課程の学生の模擬授業を中心に分析を進め、動きとカテゴリー分析の結果を取り入れた可視化シートを作成した。それを学生に呈示して、どのような知識や技術を見いだすのかについて研究を進めた。ほか、韓国の授業データを収集したり、これまでに収集しているフィリピンなどのいくつかの国の授業も分析を進めた。当初、韓国の授業映像の収集を計画していたが、MERSの影響で一度は中止をした。しかし、研究協力者から収束している状況を得て、3月に実施することができた。当初の計画では、平成26年度にアメリカでの調査を計画していた。その調査が、ジカウィルス等の影響で延期していたので、それを平成27年度に実施したく思っていた。しかし、都合がつかず、計画通りに進まなかった。したがって、おおむねと評価する。未実施の調査は、平成28年度に実施する計画である。

これにより、教師が意識せずに動いている様子を可視化することができ、実践知として授業者や研究者たちが共有することができる。撮影した授業映像は、授業の雰囲気をフランダースらのカテゴリーシステムを援用したカテゴリー分析をする際にも利用される。フランダースらのカテゴリーシステムには、期間観察・指導、板書などのカテゴリーが設定されていないが、本研究では、それらを設定する。その遷移を、授業の中での動きを可視化したものと統合することで、動きと授業の様子とを対応させたり、次の動きを予測したりすることができるようになると考えられる。そのほか、これらの分析から得られた結果を補足するものとして、授業者へのインタビュー等の調査を実施する。そこから、授業者がどのような手応えを得たのか、それと実際の授業とのギャップは何か、また動きと授業と手応えのギャップは何かへと発展させられると考える。今年度は、教職課程の学生の模擬授業を中心に分析を進め、動きとカテゴリー分析の結果を取り入れた可視化シートを作成した。それを学生に呈示して、どのような知識や技術を見いだすのかについて研究を進めた。ほか、韓国の授業データを収集したり、これまでに収集しているフィリピンなどのいくつかの国の授業も分析を進めた。教師の黒板前の動きには、3つの特徴があることが明らかになった。1つ目は、まったく動かない状態である。これは、初期の模擬授業で見られる。子どものところまで行って、どのようなノートを書いているか、教科書のどのページを開いているかなどの様子を観察することなく、教卓を中心に授業をする状態である。2つ目は、黒板の左から右へ動くものである。動きはだいたい直線的である。黒板の右端まで行くと左端に戻り、消しながら新たに板書を始める。3つ目は、複雑に黒板前、ときには教室内を頻繁に動き回る状態である。教育実習に行くと、この状態になることが多く、教師が現場で成長していることが、新たな仮説として生まれた。まず分析の数で順調と言える。現職教員の授業を分析した数は7個で、教員を志望する学生の授業を分析した数は10個であった。まだ分析に至っていないが、データを収集した授業の数は約20個あり、今後、分析を行う準備は整っている。本研究では、日本と他国の授業での教師の動きの比較も行う予定だが、すでに韓国とフィリピンの授業を分析および比較している。今後も韓国とフィリピンの研究協力者に継続してデータを収集して分析する予定であるし、欧米の授業のデータ収集も予定しているので、おおむね順調と言える。また、本研究に関連する研究発表を3件と、論文投稿を3件(うち2件が採録決定で、1件は結果待ち)も行っており、順調と言える。初年度に実施することが出来なかったアメリカ調査とフィリピン調査を早期に実施する。そのデータを用いて分析をして、日本、韓国、フィリピン、アメリカの教師の授業中の動きの違いを明らかにする。その結果は、国内学会(中部教育学会、日本教育工学会、日本教育方法学会など)、国際学会(WALSなど)で発表するほか、国際論文誌に投稿をする。教育工学国内のデータ収集は、現職教員を対象とする授業のデータ収集を進めることが、現在の目標である。これまでにも研究に協力してもらっている学校に調査依頼をし、この点を推進する。
冬季北西太平洋域層状雲の氷晶化度の実態とその発生機構に関する研究

雲は降水形成や大気の熱構造の決定に大きな役割を果たしている。雲のこれらの挙動は雲の性状によって大きく異なる。特に雲の氷晶化は、雲の降水効率や雲の放射特性を大きく変えることが知られている。それ故、雲の降水形成過程や放射特性を究明するためには、雲の性状を詳しく観測し、その氷晶化を調べることが非常に重要である。このため、本研究では、雲の性状とその氷晶化に関する研究を進めた。報告書では特に次の三つについて述べる。(1)雲粒子直接測定装置の開発-雲粒や氷晶を直接法で測定する、小型で精度の高いビデオカメラを利用した航空機搭載用雲粒子直接測定装置の開発を行った。この装置では、ガラス板上に採集された雲粒子を拡大装置のついたCCDカメラで撮影することによって、雲粒子の種類、数濃度や粒径分布を測定できる。(2)雲の性状に関する航空機観測-1989年3月和歌山県串本沖上空で、また8月に奄美大島近辺上空で雲の航空機観測を行った。その結果、雲粒の粒度や雲水量は雲の氷晶化によって大きく変化する可能性が見い出された。(3)雲の氷晶化度の実態の観測-志賀高原で冬季雲内の氷晶濃度を沈降法とインタクタ-レプリカを用いた方法で測定した。また、雲頂高度は気象衛星の赤外画像から推定した。その結果、雲中で測定された氷晶濃度が、これまで観測された氷晶核濃度より著しく高いことが見い出された。これらの結果から、日本付近の雲の中でもなんらかの氷晶の増殖過程が起こっている可能性が示唆された。1.氷晶核濃度測定装置の製作(1)野外及び航空機上で大気中の氷晶核濃度を測定するため、フィルター法による氷晶核濃度測定装置を製作した。(2)フィルター法で検出できる氷晶核は凍結核として働くもののみを選択的に測定している可能性が高い。昇華核、接触核などとしても働く氷晶核を測定し、フィルター法で測定する氷晶核の位置付けを明確にするため、温度と過飽和度を変化し、氷晶核濃度を測定するフロータイプの氷晶核測定装置(CFC)の製作に取り掛っている。2.初期氷晶濃度測定装置の製作(1)初期氷晶の空間濃度を測定するため、氷晶を120μmと20μm(直径)以上に分離して測定する雲粒子レプリカ採集装置を製作した。レプリカ液としては0.31.0%フォルンバール溶液を用いている。(2)航空機上で初期氷晶及び雲粒濃度を直接測定する手段として新たにCCDカメラを利用した高速雲粒子撮影装置の製作に取組み、試作品の基礎実験をWCRP「雲と放射」航空機テスト観測(平成元年3月)で行い、実用化への見通しを得た。3.氷晶発生機構に関する観測今冬(平成元年2月)志賀高原で、氷晶核濃度をフィルター法で、また氷晶濃度をレプリカ法、接写法及び氷晶をウォーターブル濾紙上に受け融解させて検出する濾紙法で観測した。雲粒核濃度とエアロゾルスペクトルの測定も同時に行った。現在データの整理中であるが、初期氷晶濃度として約-15°Cの雲頂を持つ雲で25個/lの値が見出された。氷晶核濃度との比較は氷晶核濃度の結果がまだ出ていないので厳密にはできないが、これまでの測定例では日本海沿岸の大気中でこれに近い値も報告されている。従って冬季日本海沿岸部の降雪雲は海洋上の積雲と機構が異なり、高い氷晶核濃度に依存する大陸性の氷晶発生機構を持つ可能性が考えられる。今後さらにデータの解析を行い、より詳しい考察を行う予定である。

冬季北西太平洋域層状雲の氷晶化度の実態とその発生機構を究明する一環として次の研究を行った:(1)前年度冬季志賀高原で沈降法やインパクタ-を利用したレプリカ法で得た氷晶濃度、衛星の赤外画像による雲頂温度などの資料を解析した。その結果、雲中の氷晶濃度はこれまで観測されている氷晶核濃度より著しく高いことが見出された。この結果から、日本付近の雲内でも何らかの氷晶の増殖過程が起っている可能性が考えられる。(2)前年度雲粒や氷晶を直接法で測定する小型で精度の高いビデオカメラを利用した航空機搭載用雲粒子直接測定装置の開発に取組んだ。今年度はこれを実用化させるため、夏季乗鞍岳で実際の雲についての予備実験を行った。その結果、モニタ-上に雲粒子の鮮明な映像が映し出されるなど、航空機観測への利用の目途が立った。また、この実験から試料捕集面部への送風空気の加熱の必要性、吸引流量の範囲など改良すべき点も見出された。(3)今年度の冬季、奄美大島近辺上空で雲の性状と氷晶化度に関する航空機観測を行った。また、夏季和歌山県串本沖上空で雲粒分布の観測を行った。奄美大島における観測では、雲の過冷却状態が予想以上に激しく、過冷却雲粒が雲粒子直接測定装置の取込口に着氷したため、氷晶に関する詳細な資料を得ることができなかった。しかし、雪結晶の目視観測などから、雲粒の粒度や雲水量は雲が氷晶化すると大きく変質し、水雲に比べてかなり小さくなるなどの興味ある結果が見出された。
口腔扁平上皮癌の発生・進展における炎症の役割と制御法の開発

気道炎症を有している野生型マウスに腫瘍細胞を移入すると、対照群に比べて肺転移が増強していたが、炎症反応を調節しているサイトカインIL-10を欠損マウスでは著明に抑制されていた。この作用機序として、炎症細胞、抗体産生、およびサイトカイン・ケモカイン等を介した仕組みが示唆された。次に、浮遊細胞塊形成法を用いて扁平上皮癌細胞から癌細胞を生み出すと考えられている癌幹細胞(様)の亜集団を純化し、癌遺伝子Aktが癌幹細胞の機能発現に関わっていることを示した。さらに、腫瘍抗原やサイトカインによって腫瘍増殖を調節できることを示した。以上より、これらの事実は癌の制御を検討する上で有用であろう。扁平上皮癌の発生・進展には癌遺伝子や癌抑制遺伝子などの遺伝要因およびタバコ、アルコール、ウィルス、及び炎症などの環境要因が協同的に作用していると推定されているが、その詳細については不明の点が多い。本研究では、扁平上皮癌の発症における遺伝子産物の役割および炎症反応が腫瘍の転移にどのような影響を与えるかを明らかにすることを目的としている。扁平上皮癌細胞株を用いて、スフェアーを形成し、化学療法剤に抵抗性を示すという癌幹細胞様の性質の維持・増殖に癌遺伝子PI3キナーゼーAktシグナル伝達経路が関わっていることをin vitro測定系で明らかにすることができた。これらの細胞増殖・分化はアルギニンメチル化などの修飾を受けていることを示した。炎症反応の発現には種々のサイトカインが関わっていることが知られているが、今回Th2型サイトカインによって誘導される炎症が癌の転移にどのような影響を及ぼすかを検討した。アジュバント非存在下に卵白アルブミン(OVA)を腹腔内および経鼻的に投与することにより、気道・肺の炎症を誘導し、B16F10腫瘍細胞の肺転移を検討したところ、転移の亢進が観察された。また、抗炎症性サイトカインIL-10を欠損した(IL-10 KO)マウスでも、腫瘍の肺転移が増強した。しかしながら驚いたことに、IL-10 KOマウスにTh2型気道炎症を惹起すると、腫瘍の肺転移は抑制された。これらの複雑な転移機序を解明する第一歩として、ケモカインおよびケモカイン受容体の役割を検討した。B16F10腫瘍細胞にはケモカイン受容体CXCR3が発現しているが、そのリガンドであるケモカインCXCL10の肺における発現と肺転移の程度には正の相関が認められたことから、CXCR3-CXCL10系が肺転移に関わっていると推測された。口腔扁平上皮癌の発生・進展には癌遺伝子や癌抑制遺伝子などの遺伝要因およびタバコ、アルコール、ウィルス、及び炎症などの環境要因が協同的に作用していると推定されているが、その詳細については不明の点が多い。本研究では、扁平上皮癌の発症・進展における癌遺伝子・癌抑制遺伝子産物などの細胞内シグナル伝達分子の役割、さらにこれらの分子の機能発現に対する炎症反応の影響を遺伝子操作動物および細胞株を用いて検討し、扁平上皮癌の発生・進展における炎症(免疫)反応の役割を明らかにすることを目的としている。PI3キナーゼ抑制剤であるLY294002を前処理すると、口腔扁平上皮癌細胞株の浮遊細胞塊(スフェアー)形成能の減弱および化学療法剤に対して高感受性を示した。一方、活性化Aktを高発現させた口腔扁平上皮癌細胞株では浮遊細胞塊形成能の亢進、化学療法剤抵抗性、および癌幹細胞のマーカーであるCD24(-)/CD44(-)の割合の増加を示したことから、癌遺伝子Aktが癌幹細胞の分裂・維持に関わっていると推測された。Aktは細胞生存、細胞分裂、および遊送などの機能を有していることが知られており、この方面の解析も行った。腫瘍の増殖や転移に関する研究は細胞株を用いたものが多いが、細胞株を用いた結果は必ずしも臨床データと結びつかないことも多いことが指摘されている。腫瘍の発生・進展における炎症の役割を解析するために、野生型およびIL-10などの抗炎症性サイトカイン欠損マウスに腫瘍誘導物質DMBA/TPAを長期間塗布し、誘導されてくる腫瘍細胞の数、サイズ、および転移の有無を観察している段階である。口腔扁平上皮癌の発生・進展には癌遺伝子などの遺伝要因およびタバコ及び炎症などの環境要因が協同的に作用していると見なされているが、その詳細については不明の点が多い。本研究では癌の発生・進展および転移における炎症(免疫)反応の役割を明らかにし、その制御法を開発することを目的とした。気道炎症を有しているマウスにB16-F10腫瘍細胞を移入すると、対照群に比べて肺転移が増強していたが、IL-10欠損(IL-10 KO)マウスでは著明に抑制されていた。

また、炎症局所におけるサイトカイン産生および抗体産生も変動していた(論文作成中)。気道炎症は卵白アルブミンを投与することによって誘導した。この転移の機序として、炎症細胞、抗体産生、およびサイトカイン・ケモカインなどの作用を介して肺転移を制御している仕組みの存在が示唆された。加えて、修飾抗原やIL-27による抗腫瘍効果を分子・細胞レベルで検討した。浮遊細胞形成法を用いて扁平上皮癌細胞株から癌幹細胞(様)の亜集団(CD24陰性/CD44陽性)を純化した。PI-3キナーゼの抑制剤の処理により浮遊細胞形成が阻害され、活性化型Aktの導入により浮遊細胞形成やCD24陰性/CD44陽性細胞亜集団の割合が増加した。さらに、化学療法剤とPI-3キナーゼ阻害剤を併用することにより、扁平上皮癌細胞の増殖を効率よく抑制できた(論文投稿中)。以上より、CD24陰性/CD44陽性細胞は癌幹細胞(様)であり、PI3キナーゼ/Aktシグナル伝達経路がこの癌幹細胞の機能発現に関わっており、この経路を調節することによって腫瘍の発生・進展を制御することが可能になると期待できる。免疫学、腫瘍学癌の発生・進展および転移は遺伝要因と環境要因によって調節されている。扁平上皮癌の発生・維持には癌幹細胞が関わっていると推測されているが、その性状には不明の部分が多い。癌幹細胞(様)のマーカーを有している細胞集団を同定し、その維持・増殖にPI3キナーゼーAkt経路が関わっていることを示した。また、炎症反応は腫瘍の進展や転移に関わっていることが報告されているが、その機序は未だ明らかにされていない。今回、Th2型サイトカインによって誘導される気道炎症は腫瘍細胞の肺転移を促進させたが、抗炎症性サイトカインIL-10 KOマウスに気道炎症を誘導した系では、肺転移は抑制された。IL-10 KOマウスでは、野生型マウスに比べて、転移の亢進が観察されていた。一見すると、矛盾するような転移の機序として、腫瘍細胞に発現しているケモカイン受容体と肺組織におけるケモカインによる系が働いていると推測された。すなわち、ケモカイン/ケモカイン受容体系を介して炎症細胞が炎症局所へリクルートし、炎症反応が成立しているが、腫瘍細胞がこのシステムをハイジャックし、炎症部位への転移を促進していることを明らかにすることができた。以上より、研究計画はほぼ順調に進行しているといえる。口腔扁平上皮癌細胞株を用いて、癌遺伝子Aktが腫瘍細胞の増殖、特にがん幹細胞の維持・増殖に関わっていることをin vitro系で示すことができた。また、Akt機能を修飾している細胞内シグナル伝達分子の機能も明らかにした。現在、これらのAkt高発現癌細胞および野生型癌細胞株を免疫不全マウスに移入し、in vivoにおける腫瘍形成能および転移能を調べている。これらの細胞株を用いた実験系に加えて、DMBA/TPA化学発ガン系を用いて、自然発症してくる口腔扁平上皮癌の数、サイズ、および転移能を検討している。これらのin vivoにおける腫瘍形成および転移能の測定には長いインキュベーションタイム(3035週程度)が必要であることから、現在経過観察中である。扁平上皮癌細胞株を用いたin vitroの解析により、PI3キナーゼーAkt経路が癌幹細胞様の維持・増殖に関わっていることが明らかとなった。
小脳グロビュラー細胞へのシナプス入力の解析

小脳のグロビュラー細胞はルガロ細胞のサブグループとして形態学的に同定されたが、このニューロンの絶対数は少なく、明視野での同定は困難であった。しかしGAD67^<+/GFP>マウス小脳を用いて電気生理学的解析を行ったところ、グロビュラー細胞はプルキンエ細胞から強い抑制性シグナルを受けることが分かった。また興奮性入力は感覚刺激を伝達する苔状線維により仲介される可能性が示唆された。グロビュラー細胞は小脳皮質の入力信号と出力信号を統合する役目があると推測される。運動学習を担う小脳は、認知や情動機能にも関ることが示唆されている。小脳顆粒層に存在する抑制性介在ニューロンは専らゴルジ細胞であり、その生理学的役割について精力的に研究が進められてきた。一方、顆粒層にはルガロ細胞が存在し、そのサブタイプであるグロビュラー細胞が形態学的に同定された。本研究では、グロビュラー細胞へ入力する神経線維の同定と、それらシナプス伝達の性質を解析することを試みた。ここでは、GABAニューロンをGFP(Green Fluorescent Protein)で選択的に認識できるGAD67/GFPノックインマウスを用いた。まず、グロビュラー細胞と近傍のプルキンエ細胞にダブルホールセル記録法を適用し、シナプス結合の有無を直接証明することを試みた。その結果、プルキンエ細胞へ脱分極刺激を与えると、グロビュラー細胞から誘発性の抑制性シナプス後電流(IPSC)を記録できた。次にグロビュラー細胞から興奮性シナプス後電流(EPSC)を記録して、平行線維、登上線維、苔状線維のいずれの線維から興奮性入力を受けるのか検証した。グロビュラー細胞から自発性EPSCを記録すると、低頻度で振幅の小さいことが分かった。刺激電極を分子層から顆粒層へと移動して、誘発性EPSCを記録したところ顆粒層への刺激によって記録が可能となった。短時間に2発刺激を与えると2発目の応答が減弱した。これらは苔状線維-ゴルジ細胞間シナプスにおける誘発性EPSCの性質と似た傾向であることから、グロビュラー細胞は苔状線維から興奮性入力を受ける可能性が示唆された。しかし、グロビュラー細胞への平行線維、登上線維からの入力の可能性は残っており、今後これらの興奮性入力の可能性を明らかにする必要がある。運動学習を担う小脳は認知や情動機能にもかかわることが示唆されている。小脳顆粒細胞層にはルガロ細胞が存在し、そのサブタイプであるグロビュラー細胞が形態学的に同定された。グロビュラー細胞はセロトニンによって活動電位を発火する。また強い抑制性シナプス入力を受けている。本年度はグロビュラー細胞が発現するセロトニン受容体サブタイプの同定を試み、さらにグロビュラー細胞への抑制性シナプス入力について薬理学的な解析を行った。これまでの免疫組織染色法によりグロビュラー細胞にはセロトニン受容体サブタイプの5-HT_<2c>や5-HT_6が発現する可能性が示唆されていた。しかし、5-HT_<2c>や5-HT_6に対するそれぞれのアゴニストを投与しても発火は誘起されなかった。ゆえに5-HT_2の他のサブタイプや5-HT_<3,4,7>といった受容体の発現が考えられる。グロビュラー細胞への強い抑制性シナプス入力は主に近傍のプルキンエ細胞軸索側枝を介するものと考えられる。直接的な証拠を得るためグロビュラー細胞とプルキンエ細胞にダブルホールセル記録法を適用したところ、これまで複数のペア記録において、プルキンエ細胞への脱分極刺激がグロビュラー細胞の誘発性抑制性シナプス後電流(IPSC)を誘起することが確認できた。グロビュラー細胞からIPSCを記録し、Gタンパク質のG_<i/o>に結合する受容体アゴニストを投与した。カンナビノイドCB1受容体のアゴニストは自発性IPSCや微小rPSCをほとんど抑制しないことが分かった。またGABA_B受容体のアゴニストによる抑制作用もプルキンエ細胞から記録されるIPSCへの効果と比べて弱いものであった。このシナプス前膜ではG_<i/o>による制御は他のシナプス部位に比べて弱いことが示唆された。今後は小脳核ニューロンで記録されるIPSCと比較検討する予定である。、
転移性骨腫瘍に対するラジオ波焼灼療法の有効性に関する基礎的研究

末期癌患者における転移性骨腫瘍の罹患率は高く、特に有痛性転移性骨腫瘍の有無は予後・QOLを決定する因子として重要である。患者が高齢者であったり、病変が多発する場合が多く、病状が進行すると病的骨折をきたす場合が多く、通常の外科的切除術が不可能な場合もしばしば経験される。現在、転移性骨腫瘍に対する治療の主体は放射線療法であり、疼痛の部分的な改善は認められるが、疼痛の完全寛解を得られるのは約半数にすぎない。最近、肝腫瘍などに用いられていたラジオ波焼灼療法が、転移性骨腫瘍にも応用されてきており、治療困難な症例に対する良好な治療効果が期待されている。しかし、転移性骨腫瘍に対するラジオ波焼灼後の焼灼部位の組織学的検討が十分になされておらず、その点について家兎を用いてCTガイド下で経皮的にラジオ波焼灼を行い、合併症の有無を検討した。今年度はラジオ波焼灼術による骨および周辺組織の急性変化の検討のために正常家兎骨盤骨に対して経皮的ラジオ波焼灼療法を行い、焼灼後の家兎骨盤骨の急性変化、術後の合併症の有無、生存の有無を検討した。使用したラジオ波発生装置はRF2000(RTC社製)、使用した電極針はLeVeen^<TM>電極針17G(シャフト長15cm、展開径2cm、電極針8本)で、焼灼部位の熱凝固を示すroll-offの状態まで通電を行った。実験に使用した一群の家兎に対しては、経皮的ラジオ波焼灼術後、焼灼部位を摘出し、組織学的な急性期反応の有無を検討した。もう一群の家兎に対しては、経皮的ラジオ波焼灼術後、慢性期の組織の変化を検討するために4週間後、2ヶ月後に焼灼部位を摘出し、組織学的に検討する予定である。今後、家兎骨盤骨に腫瘍細胞を移植した腫瘍モデルを作成し、焼灼後の腫瘍制御の有無を画像的に検討した後に焼灼部位を摘出し、腫瘍制御の有無、骨の再生の程度を組織学的に検討する予定である。
天然トレーサーによるカメルーン共和国ヤウンデ・ドアラ市における水資源の特性解明

ヤウンデとドアラにおける雨水,地表水,地下水に関し,硝酸イオン(NO3-)を除き,全ての主要なイオン(Na+,K+,Ca2+,Mg2+,HCO3-,SO42-,Cl-,F-)と微量成分の濃度は,WHOのガイドラインが定める飲料に適した濃度の範囲に収まっていた.その濃度は,農業用にも適していた.地下水の水質を決定する要因としては,ケイ酸塩の風化と帯水層における鉱物とのイオン交換,および人間活動が推定された.浅い井戸から採取された地下水は,NO3-の汚染が著しく,ドアラにおける52の試料で22%以上はWHOの飲料水基準である50mg/lを越えており,最大は162mg/lに達した.ヤウンデでは,75試料の36%で上述の基準を超えており,最大は217mg/lに達した.飲料水のNO3-が高い場合,メトヘモグロビン血症を引き起こす可能性がある.新生児の場合,これによりチアノーゼ(ブルーベビー症候群)の危険性が生じる.両都市において,深い井戸から得られる地下水はNO3-濃度が低く,飲料に適している.本研究において,両都市における浸透式トイレと浅い地下水に対するNO3-とCl-の汚染の関係が明らかとなり,浅い地下水に対する雨水の拡散的な涵養が早いことが示唆された.ドアラ,ヤウンデにおいて,浅い井戸から得られる地下水は重要であり,地下浸透式のトイレからの汚染物質の混入は,人々の健康に対する脅威となっている.この問題は,行政機関により解決されなければならない.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。
尿酸とL-dopaの相互調節機序の解明

血清尿酸値が高いほどパーキンソン病の発症リスクが低くなることが複数の疫学調査で明らかとなりつつある。一方、ドパミン前駆体でありパーキンソン病治療薬でもあるL-dopaは血清尿酸値を上昇させることが古くから報告されているが、その機序の詳細は明らかでない。本研究では腎臓においてL-dopaもしくはその代謝物が、尿酸トランスポーターの尿酸輸送を変化させると考え、そのトランスポーターを同定することを目指す。また、このトランスポーターが脳内でもL-dopaと尿酸の動態を制御しているか検討する。本研究によりパーキンソン病の発症と進行の機序の一端が解明されれば、新規治療薬・予防薬の開発へと繋がるはずである。
可逆性・可動性超分子を架橋点とする機能性超分子材料の創製

生体組織体は非共有結合にて、機能性高分子を構築している。人工系にて可逆的・可動性を持った超分子を材料に用いれば、従来の高分子材料にはない材料を構築できると考えた本研究課題を立ち上げた。超分子の持つ結合様式に、1分子認識に基づいた可逆的な結合による架橋と2輪分子と軸分子を組み合わせた可動式架橋がある。本申請課題は、共有結合性高分子と可逆・可動性超分子の融合により、革新的超分子材料の設計と機能発現を系統的にまとめ、学理構築を目的に研究推進する。【挿し違い超分子錯体([c2]Daisy chain)を組み込んだ光刺激応答性アクチュエータと力学特性の評価】申請者は挿し違い型CD dimerが外部刺激に応じて、伸縮する機能を利用して超分子アクチュエータの作製に成功した(J. Am. Chem. Soc. 2018)。高分子鎖間の架橋に挿し違い型CD dimerを利用した材料は新たな刺激応答性トポロジカル超分子材料になった。高分子の主鎖には、4分岐ポリエチレングリコールを用い、三次元等方的に伸縮する材料であり、ゲルの体積変化挙動は従来の高分子材料には無かった機構であった。【シクロデキストリンとビオロゲン誘導体の包接錯体を利用した高分子材料の力学物性】本研究では、ゲスト分子にメチルビオロゲン(C1V)が修飾された長鎖アルキル基(C1VC11)を選択した。CDとC1VC11との包接錯体を架橋点として超分子ゲルを作製した。CDはアルキル鎖上をスライド運動するが、ジカチオンであるは親水性であるため通り抜ける際にエネルギー障壁になった。このようなエネルギー障壁に注目し、高分子側鎖一分子に修飾されたビオロゲンの数や側鎖の分子鎖長、ビオロゲンの電荷状態に応じた材料物性の変化を調べた。CDの空孔サイズの大小やC1Vの有無・電荷といった化学構造を変えて材料物性を比較し、それらの構造と力学物性との相関を明らかにした。当初計画通り、概ね順調に進んでおり、可逆性架橋材料については、その力学特性を評価することで、会合定数とゲスト分子の構造との関係の解明に努めた。また可動性架橋材料については、挿し違い構造分子に加えて、可動性架橋超分子を用いることで、超分子材料に光刺激応答性と高靭性を付与することに成功した。今後の計画の推進に関しても、当初の申請書計画通りに進めるとともに、H30年度に見られた成果をさらに発展させる方向で研究を推進する。
常染色体優性遺伝性難聴の候補遺伝子としてのNaチャネル遺伝子の解析

われわれは急性感音性難聴を反復しながら、聴力が次第に低下する常染色体優性遺伝性難聴DFNA16の家系について報告してきた。このような遺伝性進行性難聴の原因遺伝子を特定することは、進行性難聴の原因を特定し、将来の治療法を確立するための基礎的データとして役立つのみならず、聴覚の謎全体を解き明かす糸口となりうるものである。現在までの検討によって、この家系の原因遺伝子座は、第2番染色体長腕に存在していることを明らかにしたが、この同じ領域には各種のイオンチャネルが多数マップされている領域であり、その機能面から考えても、これらが有力な候補遺伝子であると考えられる。本年度はその領域に存在すると思われた候補遺伝子SCN2Aについて本家系の構成員を対象に遺伝子異常の有無を検討したので、その詳細について報告する。方法としては1)fine mappingおよび2)候補遺伝子解析を行った。新たに複数のマーカーを加えて行ったハプロタイプ解析では、D2S354からD2S124の領域が候補遺伝子領域として推定された。この領域に存在するESTを確認した結果、タイプ2ナトリウムチャネル(SCN2A)が候補遺伝子の一つとして考えられた。まず、患者末梢血由来の細胞からRNAを抽出し、SCN2AのcDNAを作成して遺伝子異常を検討した。また同時にSCN2Aのゲノム構造を決定し、DFNA16家系構成員における遺伝子変異の有無を検討した。その結果、患者ではSCN2Aのうち片方のアレルのみが発現されていることが判明したが、その他には明らかな変異は認められなかった。DFNA16家系を、SCN2AのSNPを用いたハプロタイプ解析を行ったところ、D2S354からSHGC-82894のおよそ400kbの領域が新たなcriticalregionとして考えられた。DFNA16は、常染色体劣性遺伝性難聴を示す非症候群性難聴であり、時に急激な聴力低下を示すことが特徴として知られている。我々はすでに責任遺伝子が2q23-24.3にマップされることを報告してきたが、本研究ではさらにfine mappingを行い、また候補遺伝子解析を行った。Finemappingの結果では、境界となる組み替えがD2S354とD2S124の間で認められ、新しい領域として3.5-cMの領域が新たにDFNA16の候補領域として示された。この領域にある候補遺伝子としては、二つの膜電位依存型ナトリウムチャネルのtype2 alpha subunit(SCN2A)とtype 3 alpha subunit(SCN3A)が認められた。SCN2Aはヒトの胎児蝸牛で発現しており、我々はそのゲノム構造を決定してDFNA16家系で遺伝子の変異解析を行った。また、SCN3Aでも同様の解析を行ってその変異について検討した。これらの二つの遺伝子は、head-to-headで存在しており、各々の5'端はおよそ40kb離れていた。これら2つの遺伝子のホモロジーは塩基レベルで82%、アミノ酸レベルでは90%であった。またゲノム構造自体も非常に類似しており、両者とも発達段階によって制御されているaltemative splice isoformsを有していた。いずれの遺伝子からもDFNA16の原因遺伝子変異と思われる変化は認められなかったが、SCN2Aイントロンに存在する多型によるハプロタイプ解析では、候補領域をさらにD2S354とSTS SHGC-82894の間に絞り込むことが可能であった。
物質優勢宇宙の起源解明に向けた素粒子原子核の非摂動的計算

宇宙の起源の謎を解明するための重要な事象として初期宇宙の電弱相転移現象の解明が挙げられる。特にある種の素粒子標準模型を超えた新物理模型では未知の強い一次相転移が起こる可能性が示唆されており、そうした強い宇宙論的一次相転移が生じた場合、真空の相転移に伴う真空泡生成によって重力波が生成されると考えられる。そのような背景重力波を捉えようとする観測実験が現在計画中であり、標準模型を超えた未知の物理の探索とその重力波シグナルの理論的予測を行うことが重要である。本年度は、強結合ゲージ理論によって電弱相転移が動的に引き起こされる複合ヒッグス模型の一つであるウォーキングテクニカラー模型に着目し、その低エネルギー有効理論の構築、及びその宇宙論的相転移の性質を研究した。その結果、初期宇宙において強い一次相転移を引き起こし、将来の実験において観測可能な重力波シグナルを誘導する可能性があることが分かった。このような未知のゲージ理論を用いた研究は、元々進めてきた非摂動効果を含めた定量的な計算法である格子ゲージ理論における我々の先行研究の成果に基づくものであり、今後も様々な素粒子現象論への応用が期待される。また並行して強い相互作用の源である量子色力学(格子QCD)に応用する研究も同時に進めており、特に核子を用いた電磁双極子能率(EDM)はCP対称性の破れを示す重要な物理現象であり、その理論的解明が重要である。本年度は核子のEDMと密接に関連する重要な物理量である核子のテンソル電荷に着目し、そのストレンジクォークの寄与が本質的であるクォーク非連結ダイアグラムの効果も含めた数値計算を、厳密な格子上のカイラル対称性を保つオーバーラップフェルミオンを用いた格子QCDで行った。またQCDのθパラメータによる核子EDMの格子QCD計算も進めており、現実的なクォーク質量での高精度決定を行う研究を進めている。本年度の実施計画であった、スーパーコンピュータを用いたCPを破る演算子であるθ真空等による核子EDMの数値計算は概ね終了しており、その準備段階の成果は既に幾つかの国際会議で発表を行っている。今後は外部電場法を用いたエネルギー変位の応答による方法も用いた計算とその解析を行う必要があるが、次年度のスーパーコンピュータ使用申請も既に受理されたおり、引き続き大規模数値計算を進める事が準備出来ている状況である。また核子のテンソル電荷の格子計算も完了し、その研究成果は学術論文として受理されている。引き続きニュートリノと核子構造への研究へと進展させる予定であり、順調に進展している状況である。これまで得られたQCDのθパラメータによる核子EDMの解析を進め、様々な誤差縮減の方法を数値的、解析的に行う。特に、θパラメータを含めた核子の物理では、トポロジカル電荷密度の効果に関する遠方での振る舞いに着目する事で、空間的時間的なトポロジカル電荷密度の依存性を踏まえた最適化法を模索する事で、誤差縮減の可能性を模索する。またニュートリノと核子との散乱断面積を調べる新たな格子QCD計算手法の開発を行っていく。この研究では核子のカレント相互作用を複雑に取り入れる必要があるため、その理論計算法の確立と数値計算プログラムへの実装を行い、ニュートリノ物理に関連する擬軸性カレントによる核子崩壊のQCDの新たな非摂動的計算手法の開発を目指す。宇宙の起源を解明する上で重要な事象としてCP対称性の破れが挙げられる。特に核子を用いた電磁双極子能率(EDM)はCP対称性の破れを示す代表的な物理現象の一つであり、EDMを発見すべく様々な実験が計画されており、今後数年以内にEDMの観測可能性が高まる状況であると言える。一方理論的研究においては、それら実験結果と比較する上で有用となるだけの十分な精度の計算が出来ておらず、その理論的研究を進展させる必要がある。特に核子を用いたEDMは、量子色力学(QCD)における不定性が大きく、非摂動効果を含めた定量的な計算を行うためには、格子ゲージ理論を用いたQCDの第一原理計算が重要である。本年度は、格子QCDにおける一般のCP対称性を破る演算子が含まれた場合の核子の形状因子の計算に関する従来の格子計算法の再解析を行った。その結果、CP対称性の破れを表すCP-oddな形状因子に存在する余分な混合項が、従来の計算法では厳密には削減出来ていない事が分かり新たに対称性に基づく解析を用いた余分な混合項を厳密に削減する公式を提唱した。さらに、外部電場法を用いたエネルギー変位の応答による核子EDMの計算法は、上記CP対称性演算子の形状因子に寄与する余分な混合項が存在しない定式化であるため、形状因子法と外部電場法を直接比較する事で、その新しい公式の有用性を検証する事が出来る。我々は、chromo-EDM演算子と呼ばれる素粒子標準模型を超えた物理の探求に重要な、CP対称性を破る演算子に対して、格子数値計算による両者を定量的に比較する事で、その新しい公式の整合性を確認した。現在、これまで最も精力的に計算が行なわれているQCDのθパラメータによる核子EDMを、大きな統計量で、かつ形状因子法と外部電場法の二つの手法を適用することにより、統計誤差、系統誤差の小さい高精度決定を行うことを進めている。本年度の目標であった、CP対称性を破る一般的な相互作用項を含む場合の核子形状因子の解析的研究を進展させる事ができた。

また実際の数値計算では、我々の共同研究の一つの拠点である理化学研究所のスーパーコンピューターを用いた大規模数値解析を順調に遂行出来たため、格子体積16^3x24と24^3x64の二つの体積における形状因子法と外部電場法との比較が完了し、我々の提唱する新しい削減法の検証が完了した。その研究成果は既に学術論文において発表し、本年度中に受理された。また本研究成果は様々な招待講演でも発表され、素粒子論、格子理論研究者から大きな注目を集めている。宇宙の起源の謎を解明するための重要な事象として初期宇宙の電弱相転移現象の解明が挙げられる。特にある種の素粒子標準模型を超えた新物理模型では未知の強い一次相転移が起こる可能性が示唆されており、そうした強い宇宙論的一次相転移が生じた場合、真空の相転移に伴う真空泡生成によって重力波が生成されると考えられる。そのような背景重力波を捉えようとする観測実験が現在計画中であり、標準模型を超えた未知の物理の探索とその重力波シグナルの理論的予測を行うことが重要である。本年度は、強結合ゲージ理論によって電弱相転移が動的に引き起こされる複合ヒッグス模型の一つであるウォーキングテクニカラー模型に着目し、その低エネルギー有効理論の構築、及びその宇宙論的相転移の性質を研究した。その結果、初期宇宙において強い一次相転移を引き起こし、将来の実験において観測可能な重力波シグナルを誘導する可能性があることが分かった。このような未知のゲージ理論を用いた研究は、元々進めてきた非摂動効果を含めた定量的な計算法である格子ゲージ理論における我々の先行研究の成果に基づくものであり、今後も様々な素粒子現象論への応用が期待される。また並行して強い相互作用の源である量子色力学(格子QCD)に応用する研究も同時に進めており、特に核子を用いた電磁双極子能率(EDM)はCP対称性の破れを示す重要な物理現象であり、その理論的解明が重要である。本年度は核子のEDMと密接に関連する重要な物理量である核子のテンソル電荷に着目し、そのストレンジクォークの寄与が本質的であるクォーク非連結ダイアグラムの効果も含めた数値計算を、厳密な格子上のカイラル対称性を保つオーバーラップフェルミオンを用いた格子QCDで行った。またQCDのθパラメータによる核子EDMの格子QCD計算も進めており、現実的なクォーク質量での高精度決定を行う研究を進めている。本年度の実施計画であった、スーパーコンピュータを用いたCPを破る演算子であるθ真空等による核子EDMの数値計算は概ね終了しており、その準備段階の成果は既に幾つかの国際会議で発表を行っている。今後は外部電場法を用いたエネルギー変位の応答による方法も用いた計算とその解析を行う必要があるが、次年度のスーパーコンピュータ使用申請も既に受理されたおり、引き続き大規模数値計算を進める事が準備出来ている状況である。また核子のテンソル電荷の格子計算も完了し、その研究成果は学術論文として受理されている。引き続きニュートリノと核子構造への研究へと進展させる予定であり、順調に進展している状況である。我々の新しい公式を用いたQCDのθパラメータによる核子EDMを、大きな統計量で計算する必要がある。θパラメータを含めた核子の物理では、従来の研究からCPを破る形状因子への寄与が小さくなる事が分かっており、更に、新しい公式を用いた余分な混合項を削減する事により、形状因子のシグナルが小さくなり、誤差が大きくなる事が予想される。