hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
再認における新奇性判断の認知神経科学的研究

初めて見るものが初めてだと分かるのは、新奇性を検出できているからなのか、それとも親近性が極めて弱いことからくるのかを、その確信度判断と脳活動の相関を検討することで明らかにする研究を行った。顔の再認課題において、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)による脳活動と確信度及び反応時間から、新奇性に対する処理が親近性による処理とは分離できる可能性が示された。初めて会った人に対する感覚は、記憶による判断とは異なり、生来備わっている機能であることが示唆された。学習後の訓練時に、新奇刺激を圧倒的に多く呈示し、新奇性を基準に判断をする認知的構え、ヒューリスティックを形成させることで、後の再認判断時に新奇性処理が親近性処理と分離できるかを機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いて明らかにすることが研究の目的であった。当該年度においては、親近性に基づく判断を訓練する群の再認確信度判断に対応する脳内メカニズムと、新奇性判断のメカニズムと違いを検討した。素早く、高い確信度判断に関わる神経基盤と、比較的判断が遅く低い確信度の神経基盤には乖離があることを見出した。右扁桃体と中脳水道周囲灰白質が、高確信度の早い新奇性判断に関わっていた。扁桃体はネガティブな情動や注意を払うべき刺激に強い応答を示すことが知られており、中脳水道周囲灰白質は生存に関わるような信号、身体からの情報の処理に関わることが示唆されている。新奇顔は部外者であり、危険な存在である可能性があるため、これを素早く検出するためのメカニズムが働くのかもしれない。一般的な再認記憶課題では、学習した刺激が多いため、学習済みとそれ以外という判断基準になるが、本研究の新奇刺激を多く呈示する再認課題により、新奇性に基づく判断を惹起することができたと考えられた。その新奇性判断に関わる神経メカニズムは生得的な自己防衛のためのものである可能性があり、再認課題においても記憶に依らない判断の基盤として利用されているのかもしれない。新奇性処理が親近性処理と分離できるかを機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を用いて明らかにすることが研究の目的であった。高い確信度の新奇性判断は低い確信度の新奇性・再認判断よりも反応時間が早く、高い確信度の再認判断と同様の反応時間であった。新奇性判断が記憶と独立した神経基盤を持つということは、未知の対象を検知し迅速な対応をするために生来備わっているシステムがあることを推察させた。それらに対応する脳内処理は乖離しており、新奇性判断に関する神経基盤を明らかにする結果を得られた。しかし、その成果を発表するには至っていなかった。当該年度は当初の研究計画からの1年間の延長であり、当初からの研究実施計画の最終目的であった成果発表を目的とした。前年度に作成した論文を大幅に改訂し、海外の専門誌に2度の投稿を行ったが、特に統計学的な問題のため、いずれも掲載には至らなかった。また、同研究内容を学会発表した。それらの中で得られた批評、意見に基づき論文を再改訂中であり、今後専門誌において発表することを目指す。本研究において新奇性判断の神経基盤が明らかになったことは、記憶判断以外の処理が再認課題において働いていることを示しており、記憶研究に新たな視点をもたらすことができると考えられる。本年度の研究目的は、新奇性を基準とした判断の訓練により、新奇性判断モードの形成とその神経基盤を明らかにすることであった。顔再認実験の確信度判断において、正確さを重視し、かつ早さを求めることで、偏りが少ない反応を得ることができることを明らかにし、この教示方法を用いて本実験を行った。顔写真を偶発学習した後、MRIスキャナー内で新奇顔を多く呈示する再認課題を行い、新奇性を基準とした判断モードを誘導し、そのときの脳活動を計測した。その後、新奇顔と学習顔が同数呈示される再認課題を行い、新奇性判断モードの影響を確信度判断と脳活動から検討した。また同様の手続きを用いた統制群において、新奇顔と学習顔が同じ比率で呈示される再認課題を行い、再度さらに新奇顔と学習顔が同じ比率で呈示される再認課題を行い、実験群と比較した。確信度判断とその反応時間に関しては、同一の実験である2度目の再認課題において、実験群と統制群の間に有意な差を検出できなかった。

よって、脳画像データに関しても1度目の再認課題を主な解析対象とすることとした。各群12名のデータを取得し、機能的脳画像データを現在解析中である。本研究成果は2012年7月に行われる国際心理学会での発表が受理されている。また、本研究を発想するに至った研究として、研究活動スタート支援を受けて行っていた記憶再生の繰り返しに関わる神経基盤の研究を、学習と記憶の神経生物学の専門誌において発表した。当初の研究計画にあった新奇性判断に関わる神経基盤を明らかにすることができた一方、その成果を学術誌において発表できるには至っていない。しかし、成果を論文にまとめ学術誌に投稿し、専門の研究者から意見・批判に対応するために、データの再解析等を行うことによって、論文を大幅に改善することができた。これにより、近い将来には成果を発表できる可能性が高まった。研究実績の概要にあるように、計画していたデータを取得し、そのとりまとめを進め、専門誌での発表に向けて準備中である。ただし、研究発表は間に合わなかったため、学会参加を見送った。専門家の意見に基づき再解析を行った上で、論文を大幅に改訂し、学術誌においてそれを発表することを目指す。概ね計画通りに進んでいるので、今後も同様に計画が達成できるように努力する。次年度への繰越額は324,476円で、次年度の研究費はこの金額のみ(期間延長課題の為、次年度請求額なし)。成果発表に至らなかったために、繰越が生じた。よって、成果発表のために使用する。主に論文の掲載に関わる費用に使用する。平成23年度に予定していた成果発表ができなかったため、その経費660,000円が余った。次年度は成果発表を中心に研究費を使用する。すなわち、学術論文の発表(英語校正、査読、別刷りの費用)と学会発表(参加費、旅費等)に用いる。
センサネット技術を利用した寒冷地土壌表層における面的な水循環変動プロセスの解明

衛星による地球規模の土壌水分観測研究を発展させるためには、メソスケール領域における土壌水分観測法の開発が不可欠である。しかし、農地の表層土壌水分量は被覆の状態や土壌の性質の違いにより不均一に変化するため、その測定が難しい。そこで、本研究では、センサネット技術を用いて、寒冷地土壌の凍結と融解過程における水分動態を面的に把握し、畑土壌で生じている水循環変動プロセスの解明に役立てる手法を開発した。表面と大気の接地境界層における水とエネルギーの移動現象に関する物理学的な理解は、地球温暖化や地球規模水循環変動のメカニズムを解明する上で重要である。こうした観点からここ数年国際的な共同プロジェクトにより広域的な現地観測が進められている。しかし、その多くの研究は地表面を大気側の境界条件として扱い、広域に設置された1点の観測データのみを基準にしたもので、地中で起こっている現象(水・物質循環とエネルギーの循環)に着目した研究は少ない。しかし、実際の地表面は表面被覆の状態や土壌の性質など、数メートル離れるだけでその特性が不均一に変化している。特に、広大な寒冷地の土壌に関しては、冬期の土壌凍結と春期の土壌融解を伴うために、接地境界層における水分動態を面的に推定することが難しい。そこで、本研究では、近年急速に開発が進んでいるセンサネット技術を利用して、寒冷地土壌の凍結と融解過程における水分動態を面的に把握し、衛星から得られるリモートセンシングデータと組み合わせることにより、寒冷地土壌で生じている水循環変動プロセスの解明に役立てる。地表面は、数メートル離れるだけで表面被覆の状態や土壌の性質などが不均一に変化している。特に、寒冷農地では、冬期の土壌凍結と春期の土壌融解を伴うために、接地境界層における水分動態を面的に推定することが難しい。そこで、初年度の研究では、センサネット技術を利用して土壌の凍結と融解過程における水分動態を面的に把握し、寒冷農地で生じている水循環変動プロセスの解明に役立てることを目的に、以下の項目について検討した。1.センサネット技術による寒冷地土壌における水分と温度変化のモニタリング積雪寒冷地のフィールドサイト(群馬県嬬恋村の畑地)に2台のフィールドサーバを設置し、土壌水分量と地温の変化、気温・湿度・降水量・日射量等の気象変化、圃場の地表面の状況をモニタリングした。(1)土壌センサーのキャリブレーション6月に現地に赴き土壌調査を実施するとともに、土壌を採取し土壌水分センサーのキャリブレーションを行った。(2)現地土壌調査およびセンサー類の埋設収穫後の耕起作業が終了した11月に現地に赴き、2台のフィールドサーバを設置し、その周辺に土壌センサーを埋設した。(3)土壌の基本物理量の測定現地で採取した土壌の粒度分析、真比重、水分特性など、土壌の基本物理量を測定した。(4)フィールドデータの表示システムの構築とデータ解析研究室に設置した自動データ回収サーバにフィールドサーバの時系列データを蓄積するシステムを設計した。2.衛星データを用いた土壌水分量の面的把握(1)リモートセンシングのための予備調査6月と9月に現地に赴き、キャベツの生育状況に応じた表面植生の分光反射特性を測定した。(2)土地被覆分布の作成衛星画像から得られた5種類の分光反射スペクトルをミクセル分解することにより、農地の作物と土壌の構成割合を推定するアルゴリズムを作成した。1.フィールドデータとリモートセンシングデータの融合技術の開発(1)フィールドサーバ(FS)による現地モニタリング: FSを複数設置する方式より, Zigbeeによるセンサネット方式の方が経済的に有利であると判断されたので,今年度はFSによる観測に加えてこの方式による土壌水分観測の可能性を9討した。その結果,Zigbee方式は数十メートル間隔であれば土壌水分を測定する上で実用的であることがわかった。(2)土地利用分布からの表層土壌水分の動態モデルの開発:傾斜地でのキャベツ栽培を主とする嬬恋地区の土地利用の特性を考慮して,土壌侵食量の推定に展開可能なWEPPを選び,現地土壌に適用すべきパラメータについて検討した。2.衛星データを用いた土壌水分量の面的把握(1)リモートセンシングによる調査実験:今年度購入した空間情報統合システムを用いながら調査地区における畑地表面のスペクトルと地表面温度を測定した。さらに,同日の衛星データを入手して,調査地区周辺の広域の表面植生の分布特性を解析した。(2)土地被覆分布の作成: AVNIR-2データを用いてキャベツの生長に応じて変化する畑の被覆率を推定するアルゴリズムを構築した。ミクセル分解手法を用いて画素内のカテゴリの被覆率を推定しキャベツ被覆率マップを作成した。3,傾斜畑地表層における水分動態予測プログラムの開発と実装1(2)の研究が進まなかったので,本年度の実施は見送った。(1)フィールドサーバの保守(溝口)現地に設置してあるフィールドサーバが長期使用のため、一部稼働しなくなってきた。そこで、4月に現地に赴き、フィールドサーバを一旦回収し修理した。その後、7月に再設置して夏から年度末までの畑土壌中の土壌水分や地温等を観測した。

再設置の際には、フィールドサーバに接続利用していた土壌水分センサーや温度センサーも破損していたのでこれらのセンサー類を交換した。(2)畑全体の土壌水分モニタリング(溝口)昨年度Zigbee方式のセンサネットで土壌水分を測定を試みたが、安定した測定のためにはハードとソフトの両面で改善すべき点が多いことがわかった。そこで本年度は、データロガー方式によるより堅牢なセンサネットシステムを構築した。また、同時に圃場に気象計とWebカメラを新たに導入し、冬期(秋春)の畑における土壌水分の変化と気象、畑地表面の毎日の画像をモニターした。(3)土地被覆率変化を考慮した表層土壌水分の動態モデル(西村、溝口)衛星データを用いて畑の土地被覆率変化を推定すると共に、傾斜地におけるキャベツ栽培を主とする嬬恋地区の土地利用の特性を考慮して、土壌侵食量の推定に用いられるWEPPモデルの適用の可能性を検討した。(4)衛星を利用した畑地表層における面的な土壌水分の観測(登尾、沖、溝口)フィールドサーバによる現地データを検証する目的で、衛星リモートセンシングの手法により、畑地表層の土壌水分測定を試みた。本研究は、近年急速に開発が進んでいるセンサネット技術を利用して、寒冷地土壌の凍結と融解過程における水分動態を面的に把握し、衛星から得られるリモートセンシングデータと組み合わせることにより、寒冷地土壌で生じている水循環変動プロセスの解明に役立てることを目的に実施した。平成21年度の実績は以下のとおりである。(1)フィールドサーバの保守現地に設置してあるフィールドサーバが長期使用のため、一部稼働しなくなった。また、利用していた観測サイトの契約が切れ、新たな観測サイトで試験をする必要が生じた。そこで、平成21年4月12日にフィールドサーバの移設を行い、畑土壌中の土壌水分を連続観測できるようにした。この際、各種センサー類を交換した。(2)衛星を利用した広域土壌水分量の推定コーナーリフレクタを用いて、衛星観測日(平成21年4月12日)に地上観測点と衛星観測点との現地位置合わせを実施し、そのデータに基づいて、広域土壌水分量の推定を行った。(3)土地被覆率変化を考慮した表層土壌水分の動態の推定通信機能を持つ土壌水分モニタリングキットを用いて、キャベツ栽培期(夏)と休耕期(冬)における面的な土壌水分量分布の変動性を観測した。特に、冬期の観測では畑の立地条件のために面的な土壌凍結パターンに偏りが生じることを明らかにした。(4)畑地表層における面的な水分動態モデルの構築上記の土壌凍結パターンの偏りについては、最終年度になってようやく明らかになったことであったため、残念ながらモデルの構築にまでは至らなかった。
ホップ加群の双対性の研究

Hを体k上のホップ代数,Aを右H余加群代数,DをAの余不変元からなる部分多元環,MをAからDへの左D線形写像全体のなす(A,D)両側加群とする.Hが分裂ホップ代数のとき,Aが(A,H)ホップ加群として単純でD加群としての次元が有限であれば,AのD加群構造とMのH余加群構造に適当な変形を与えることにより,AとMは(A,H)ホップ加群かつ(A,D)両側加群として同型になるという結果を得た,この結果は有限次ホップ代数の双対性のホップ加群への一般化と考えることができる,また,有限次分裂ホップ代数Hが斜体Dに作用しているとき,Dを含むD#Hの右H余加群部分代数Aにこの双対性を応用して,ホップ代数の積分に当たるAの元の特徴を与えることができた,さらに,そのことにより,Rが素環,KがRのextended centroidで,有限次分裂ホップ代数HがRにX外部的に作用する場合,任意標数のもとで,Rの有理的完備部分環とK#Hの右H余加群部分代数との間に1対1のガロア型対応が与えられることが示された,今後の課題として,これらの結果をホップ代数よりもさらに一般的な対象であるクロスK双代数へ一般化するという問題があげられる.そのため,クロスK双代数に関する基本性質,特に環への作用についての検証を進めることが当面の課題となる.また,対応定理において,ホップ代数の作用についたX外部的という条件や,作用する環が素環という条件を緩めることが可能かどうか,さらにガロア理論に見られる対応定理以外の様々な結果に発展させることができるかどうか,検証を行うことも課題としてあげられる.Hを体k上のホップ代数,Aを右H余加群代数,DをAの余不変元からなる部分多元環,MをAからDへの左D線形写像全体のなす(A,D)両側加群とする.Hが分裂ホップ代数のとき,Aが(A,H)ホップ加群として単純でD加群としての次元が有限であれば,AのD加群構造とMのH余加群構造に適当な変形を与えることにより,AとMは(A,H)ホップ加群かつ(A,D)両側加群として同型になるという結果を得た,この結果は有限次ホップ代数の双対性のホップ加群への一般化と考えることができる,また,有限次分裂ホップ代数Hが斜体Dに作用しているとき,Dを含むD#Hの右H余加群部分代数Aにこの双対性を応用して,ホップ代数の積分に当たるAの元の特徴を与えることができた,さらに,そのことにより,Rが素環,KがRのextended centroidで,有限次分裂ホップ代数HがRにX外部的に作用する場合,任意標数のもとで,Rの有理的完備部分環とK#Hの右H余加群部分代数との間に1対1のガロア型対応が与えられることが示された,今後の課題として,これらの結果をホップ代数よりもさらに一般的な対象であるクロスK双代数へ一般化するという問題があげられる.そのため,クロスK双代数に関する基本性質,特に環への作用についての検証を進めることが当面の課題となる.また,対応定理において,ホップ代数の作用についたX外部的という条件や,作用する環が素環という条件を緩めることが可能かどうか,さらにガロア理論に見られる対応定理以外の様々な結果に発展させることができるかどうか,検証を行うことも課題としてあげられる.Hを体k上のホップ代数,Aを右H余加群代数,DをAの余不変元からなる部分多元環,MをAからDへの左D線形写像全体のなす(A,D)両側加群とするとき,AとMがホップ加群として同型となるかどうかを探り,ホップ代数の諸性質の一般化やX外部的ガロア理論への応用を行うことが,本研究の目的であった.まずAがA加群,H余加群のホップ加群の圏で単純となることと同値な条件を得た.このことから,Hが分裂ホップ代数のとき,Aがホップ加群として単純でD加群としての次元が有限であればAのD加群構造とMのH余加群構造に適当な変形を与えることにより,AとMはホップ加群かつ(A,D)両側加群として同型になることが証明できた.この結果は有限次ホップ代数の双対性のホップ加群への一般化と考えることができる.ここで,Dを斜体とし,有限次分裂ホップ代数HがDに作用しているとする.AがDを含むD#Hの右H余加群部分代数である場合にこの双対性を応用すれば,ホップ代数の積分に当たる元がAに存在して,その全体は1次元のD部分加群をなしており,IをHの双対(Hからkへの線形写像全体)とすれば,このD部分加群はI加群としてAを生成していることが分かる.このことが,X外部的ガロア理論に応用できる.有限次分裂ホップ代数Hが素環RにX外部的に作用する場合,kの標数が0なら,Rの有理的完備部分環とK#H(KはRのextended centroid)の右H余加群部分代数との間に1対1のガロア型対応が与えられることが分っていたが,この結果により,任意の標数でガロア型対応が与えられることが示された.

今後は,更に一般的な対象,例えばクロスK双代数への一般化が課題となる.有限次分裂ホップ代数上の右余加群代数で明らかになったホップ加群の双対性と,それから導かれる有限次分裂ホップ代数の作用する素多元環のガロア対応定理を,Kharchenkoによる微分作用素のガロア対応定理を完全に含むものに拡張するために有用と考えられるクロスK双代数について,研究機関や研究集会に出向いてその基本的特性に関する調査と討議を行った.その結果,研究目的に適合する対象としては,体上の可換代数K上のクロスK双代数Xで,通常の余単位元写像(左K写像)と左右対称的な性質を持つKへの右K写像,およびホップ代数のアンチポードに相当する写像をあわせ持つものを考えることが適切であることが判明した.特に,Kが体でXが余可換の場合に,ホップ代数に見られる特性のXへの拡張について調べ,X自身は0でない左イデアルで左X余加群となるものを持てばそれはXと一致するという単純性を持つことが分かった、また,Xの素多元環Rへの作用の定義を適切に行うことにより,作用が連続な場合は,Rへの作用はRの左右のマルチンデール商多元環に拡張できることが判明した.さらに,Rの対称的商多元環QとXとのスマッシュ積代数が定義できるよう,QへのXの作用の条件付けを行うことによっ,ホップ代数のガロア対応に相当する,Xの部分クロスK双代数とRの部分多元環との対応を与えることができ,ガロア対応定理の拡張へつなげることが可能となった.今後は,これらの成果を発展させ,特にXがK余代数として分裂でK上右加群としても左加群としても有限生成のとき,Xに関するホップ加群でその双対性を探り,ホップ加群の積分の存在と特性を明らかにすることが課題となる.
側坐核ニューロンに対するドパミン受容体活性化による修飾作用

ラットの側坐核スライス標本を用いて、電気生理学的手法により、シナプス結合を有する2つのニューロン(2つの中型有棘細胞、もしくは中型有棘細胞と高閾値発火型細胞)から同時記録を行い、それぞれにおいて観察される抑制性シナプス後電流に対するドパミン受容体を介した修飾作用を検討した。その結果、上記の2種類のシナプスは、ドパミンD_<2,3>受容体を介して相反する修飾を受けていることが明らかとなった。Venus発現幼若ラット(20-30日齢)側坐核スライス標本を用い、in vitroホールセル・パッチクランプにて、軸索側枝を介したシナプス結合を有する2つの中型有棘細胞からの同時記録に成功した。シナプス後ニューロンを電圧固定にて記録した。なお、グルタミン酸による興奮性シナプス後電流の混入を防ぐために、AMPA受容体アンタゴニストであるDNQX(20μM)の灌流下で記録した。観察されたシナプス後電流は、GABA_A受容体アンタゴニストbicuculline(10μM)の灌流により消失したことから、GABA_A受容体を介したものであることが明らかとなった。この抑制性シナプス後電流(uIPSC)は、ドパミンD_<2,3>受容体アゴニストquinpirole(1μM)により、シナプス前性に抑制されることが明らかとなった。このquinpiroleの抑制作用はドパミンD_2受容体アンタゴニストである、sulpiride(1μM)の灌流適用により、有意に拮抗されたことから、ドパミンD_2受容体を介していることが示された。このような軸索側枝を介した側方抑制は、線条体でも見られるが、パーキンソン病体モデルラットにおいては、線条体における側方抑制が損なわれていることが報告されている。本研究結果は、側坐核においても側方抑制が存在し、かつ、ドパミン神経系による制御を受けていることを明らかにした。これらのことから考えて、本研究結果は、側坐核における側方抑制もまた、生理学的に重要な役割を有している可能性を示した。Venus発現幼若ラット(20-30日齢)側坐核スライス標本を用い、in vitroホールセル・パッチクランプにて、軸索側枝を介したシナプス結合を有する2つの中型有棘細胞、および、fast-spiking介在細胞とシナプス結合を有する中型有棘細胞の2種類のシナプス結合において、それぞれ、シナプス前後の両細胞からの同時記録を行った。観察されたシナプス後電流は、いずれのタイプのシナプスにおいても、GABA_A受容体アンタゴニストbicuculline(10μM)の灌流により消失したことから、GABA_A受容体を介したものであることが明らかとなった。2つの中型有棘細胞間の抑制性シナプス後電流(uIPSC)は、ドパミンD_3受容体アゴニストPD128907(1μM)により抑制されることが明らかとなった。この結果から、中型有棘細胞間の抑制性シナプス伝達に、ドパミンD_3受容体も関与していることが示された。一方、fast-spiking介在細胞と中型有棘細胞間のuIPSCは、ドパミンD_<2,3>受容体アゴニストquinpirole(1μM)により、抑制されるもの、ほとんど変化が見られないもの、増強されるもの、の3通りの結果が見られた。昨年度の結果とあわせて考えると、これらの2種類のシナプス結合に対する、ドパミン神経系の制御様式が異なっていることが明らかとなった。このことは、投射ニューロンである中型有棘細胞から投射先の神経核への神経伝達が、中型有棘細胞間、およびfast-spiking介在細胞からの入力により、相反する制御を受けて調律されている可能性を示している。これらの結果をまとめ、現在、Journal of Neurophysiology誌に投稿中である(現在、改訂中である)。
V族ナノ薄膜の第一原理シミュレーション

本研究では、ナノ薄膜化することで、バルクとは異なり有用な物性を発現すると考えられるV属系材料の第1原理シミュレーションを行った。Si(111)表面上でBiは極めて平坦な膜を生じるが、その初期過程では、バルク構造とは、異なる黒リン型構造を示す。この構造には、表面にバックリングがあるものと無いものの二つがあり双安定な関係のあることを結論し、今後の実験研究に示唆を与えた。また、リン薄膜は、バルク同様の構造を取り、バックリングがなく、膜厚増大ととともに、バンドギャップが減少し、バルクの電子構造に近づく事が結論された。平成19年度の実績概要は以下のようにまとめられる。1.これまでに,Biナノ薄膜が,Si基板上で平坦に成長することが知られていた。本研究では,第1原理計算を行いBi膜の構造を明らかにした。極めて膜厚の薄いときに観測される{012}膜では,表面原子のバックリングを伴う最安定構造と,バックリングを伴わない,準安定構造が存在することを発見した。前者は,半導体,後者は金属の電子構造を取ることが明らかとなり,この系は,金属、絶縁体転移を引き起こす可能性が示唆された。これまでに,STMの実験からは,最安定なバックリングを伴う構造が見いだされているが,今後,バックリングを伴わない構造が発見されることが期待される。2.Pのナノ薄膜は,まだ合成されていないが,その構造を第1原理計算により,予言した。この場合は,バックリングしていない構造が最安定であり,膜厚が増加するにつれて,バンドギャップが減少し,バルク(黒リン構造)のバンドギャップに近づくことが分かった。BiとPの構造の違いは,前者がよりsp混成を起こしにくい性質を持った元素であることを考慮すると説明できることが明らかとなった。3.Bi上にペンタセン1層が成長した場合につき予備的な電子構造計算を行った。Biとペンタセンの弱い相互作用により,電子構造に多少の変化が生じることが示唆された。これまでに、Biナノ薄膜が、Si基板上で平坦に成長することが知られていた。平成19年度において第1原理計算を行い、Bi膜の構造を明らかにした。極めて膜厚の薄いときに観測される{012}膜では、表面原子のバックリングを伴う、最安定構造と、バックリングを伴わない、準安定構造が存在することを発見した。今年度は、これらの構造について、相対論的効果を取り入れた計算を行い、スピン軌道相互作用が構造に重要な影響を与える事が明らかとなった。本研究では、従来行ってきた、平面波・擬ポテンシャル法を搭載したPHASEプログラムの他に、相対論的効果を取り入れるため、局在基底を用いるOpenMXプログラムを使用している、はじめに、二つのプログラムでバックリングした構造を最適化し、幾何学的構造についてほぼ同じ結果が得られる事を確認した。た。また、LDA法と比べてGGA法がより大きなバックリングを与えるという知見を得た。相対論的効果を取り入れるとバックリングの大きさは小さくなった。また、表面原子の作る結合に関して、非相対論的計算では見いだされなかった、結合交替が生じることが明らかになった。さらにバンド構造は、相対論的効果を取り入れる事で、激変することが分かり、この電子構造の変化により、原子構造も大きく変化する事が明らかとなった。この様に、相対論的効果が、構造に大きな影響を与える例は、従来それほど、知られていないと考えられ、重い元素である、Biにおいて、その重要性が認識されたものと考える。この系は、軽い元素Pからなる薄膜とは、構造、電子物性ともに、大きく異なることが結論される。
日本女性の妊娠期から産褥期の栄養が胎児期から新生児期・母乳に与える経世代的影響

本研究は、成人病胎児期起源説の観点から、胎児期から新生児期にかけての栄養調査を縦断的に実施し、妊婦の食生活が胎内環境と母乳成分やその後の児の発育に与える影響の有無を検討することを目的として実施した。昨年までに、倫理審査を受け、承認を得たのち準備を整えた。研究協力施設の一つである宮城県のクリニック(A施設)へはすでに、前回報告の時点で説明並びに準備が整い、2018年5月よりデータ収集が開始された。残りの1施設(B施設)は病棟移転等のため多少遅れたが、5月に研究施設の看護部長に研究について研究概要の説明をし、6月に産科病棟スタッフに文書を持ちいて研究協力を依頼し、7月に産科外来主任に研究について同様に説明した。その後、産科外来にてデータ収集を開始した。月によって差はあるものの、順調に参加者を獲得することができ、現時点(5月)までに、A施設43名、B施設94名、計137名の妊娠初期の対象者を得ることができている。出産し、一か月健診まで終了した対象者はA施設15名、B施設23名、計38名である。母乳成分分析に関しては、母乳成分分析器を持つ施設の協力を得ることができ、2019年の1月より母乳成分分析が開始となった。母乳運搬に関しては、病院検査部の協力を得て実施している。今回、ここまでの妊娠初期のデータが揃っている99名分をまとめ、来年のICM(国際助産師連盟)学会で発表するための抄録を作成したところである。日本女性の妊娠初期の栄養摂取量の低さ、推奨量に満たない栄養素が多いことが浮き彫りになった。同時に、つわりのため栄養摂取量が減っていても、ナトリウムと塩分摂取量は推奨量を越えているという事実を知ることができた。病棟移転のため、遅れていた施設が7月から参加者を募集すると、対象のほとんどが協力してくれ、予測以上に対象者の確保が進んだこと、遠方の施設では師長が中心となり、全面的な研究を得られたこと。さらに、母乳成分分析に関してようやく協力を得ることができ、順調に母乳検体を運搬できていることが挙げられる。今後も栄養調査を含むアンケートの回収と、出産後の産褥期と一か月健診時の母乳採取を継続して行っていく予定である。加えて、次年度の学会発表に向けて、データをそろえ、妊娠初期・中期・後期にかけての栄養摂取量の傾向、EPDSやPAI(胎児愛着)の得点の変化を見ていく。母乳成分結果が出たところで、妊娠期の栄養摂取量との関連を探求していく予定である。妊娠期に摂取した摂取エネルギーや栄養成分,さらには食生活習慣が,健全な胎児や新生児の発育,さらに新生児の発育に影響する母乳成分にどのような影響があるのかを明らかにすることは,三世代は続くといわれている生活習慣病発症の悪循環サイクルを断ち切るための手掛かりになると考えられる.そのため今回,成人病胎児期起源説の観点から,胎児期に引き続く乳児期との関連を含めて妊娠期の栄養摂取について検討することとした.多くの女性は妊娠して初めて,自分の食生活について意識するため,妊婦の栄養摂取量や食生活行動と胎児や新生児の発育,母乳成分との関連をみるということは,その後の生活習慣病発症予防のみでなく,女性(母親)自らが次世代の健康を確保するという主体的な行動に結びつくことが期待される.これまでの研究成果発表として平成29年6月にICM国際助産師連盟トロント大会(2017)学会にてポスター発表を2題行った。その後,倫理申請の準備として研究者が所属する大学の倫理委員会に倫理申請をし,12月に承認を得た.承認後,候補となる研究協力施設(2施設)に協力依頼をし,3月に承諾を得た(1か所は施設での倫理申請を要した).並行して研究協力者の確保,食栄養調査会社への連絡,自記式質問紙の作成,愛着に関する質問紙(PAIとMAI)の許諾を得るなどの準備,母乳検体採取と運搬,保管について病院検査部の協力を得るなどの準備を行った.現在,1施設で研究の説明を行い,食栄養調査票(BDHQ)と自記式質問紙(妊娠初期は妊娠前の食生活や健康状態,EPDSと愛着に関する質問紙)などの質問紙セット一式を30部送付したところである.さらに,母乳成分分析のための倫理審査を受ける準備をしているところである.母乳成分分析に関して,当初考えていた施設での分析が難しくなり,母乳成分分析を実施している施設を探すのに手間取ったこと.さらに,研究対象施設の一つが5月に産婦人科の移転を控えており,研究協力の承認は得たもののまだ外来や病棟スタッフへの説明ができておらず,実施に至らないためやや遅れていると判断した.本研究は、成人病胎児期起源説の観点から、胎児期から新生児期にかけての栄養調査を縦断的に実施し、妊婦の食生活が胎内環境と母乳成分やその後の児の発育に与える影響の有無を検討することを目的として実施した。

月によって差はあるものの、順調に参加者を獲得することができ、現時点(5月)までに、A施設43名、B施設94名、計137名の妊娠初期の対象者を得ることができている。出産し、一か月健診まで終了した対象者はA施設15名、B施設23名、計38名である。母乳成分分析に関しては、母乳成分分析器を持つ施設の協力を得ることができ、2019年の1月より母乳成分分析が開始となった。母乳運搬に関しては、病院検査部の協力を得て実施している。今回、ここまでの妊娠初期のデータが揃っている99名分をまとめ、来年のICM(国際助産師連盟)学会で発表するための抄録を作成したところである。日本女性の妊娠初期の栄養摂取量の低さ、推奨量に満たない栄養素が多いことが浮き彫りになった。同時に、つわりのため栄養摂取量が減っていても、ナトリウムと塩分摂取量は推奨量を越えているという事実を知ることができた。病棟移転のため、遅れていた施設が7月から参加者を募集すると、対象のほとんどが協力してくれ、予測以上に対象者の確保が進んだこと、遠方の施設では師長が中心となり、全面的な研究を得られたこと。さらに、母乳成分分析に関してようやく協力を得ることができ、順調に母乳検体を運搬できていることが挙げられる。研究協力者の確保が済んでいるため,6月以降はデータ収集が可能になると考えられる.ただし,妊娠期から産褥期,一か月健診までの1年にわたる縦断研究であるため,研究参加者が順調に増えるのか多少の不安が残る.また,長期のため途中離脱者が増えることも予測される.ただし,データ収集期間は2年半近くとっていること,次年度追加可能な施設もあるため,今後順調に進むことが期待される.今後も栄養調査を含むアンケートの回収と、出産後の産褥期と一か月健診時の母乳採取を継続して行っていく予定である。加えて、次年度の学会発表に向けて、データをそろえ、妊娠初期・中期・後期にかけての栄養摂取量の傾向、EPDSやPAI(胎児愛着)の得点の変化を見ていく。母乳成分結果が出たところで、妊娠期の栄養摂取量との関連を探求していく予定である。研究分担者の執行が予定より少なかったため。
紫外線吸収剤の水環境中挙動の解析及び水生生物に対するリスク評価に関する研究

化粧品として利用されている日焼け止め成分や高分子製品等に含有している紫外線吸収剤は日常生活に欠かせない化学物質である。しかし、近年、使用中や使用後に河川や海域に流れ込み、魚介類を初めとする水生生物に悪影響を与えている危険性が懸念されている。そこで本研究では河川や湖沼を中心に、河川水中や底質及び水生生物中の日焼け止めや紫外線吸収剤の分析方法を確立し、その汚染状況や生物への影響を検討した。その結果、調査した全ての河川水や底質、水生生物から検出され、広域的な汚染が明らかとなった。本年度は、(1)国内外で使用が予想される紫外線吸収剤の調査、標準物質の入手(2)入手した紫外線吸収剤の水中及び底質中濃度把握のための多成分同時分析手法の確立(3)河川・湖沼水及び底質中の紫外線吸収剤の濃度把握を行った。(1)国内外で使用が予想される紫外線吸収剤の調査、標準物質の入手現在使用されていると予想される紫外線吸収剤をインターネットで調査し、その一部を入手することができた。入手できた物質は、ベンゾトリアゾール系9種、ベンゾエート系3種、ベンゾフェノン系4種、トリアジン系1種、フェニルサリシレート系2種、アクリレート系2種、HALS2種、化粧品として使用されている物質7種、合計30種であった。(2)入手した紫外線吸収剤の水中及び底質中濃度把握のための多成分同時分析手法の確立これらの物質の環境中濃度の同時分析手法として、本研究では溶存態濃度の分析方法に固相カートリッジを使って濃縮後GC/MSにより分析する方法、底質、懸濁態中濃度の分析方法に超音波抽出後フロリジルカラムにより分画した後、GC/MSにより分析する方法を採用した。その結果、入手した全30種のうち、22種類を複数の内部標準物質を使用することで同時分析することができた。(3)河川・湖沼水及び底質中の紫外線吸収剤濃度の把握2008年12月に綾瀬川(なわて橋)、不老川(山王中付近)、鴨川(諏訪前橋)、越辺川(落合橋)、柳瀬川(志木大橋)で採水及び採泥を行い、確立した分析方法により紫外線吸収剤の濃度を分析した。すべての調査地点において紫外線吸収剤が検出された。検出された物質が最も多かった河川は不老川で11物質、ついで綾瀬川10物質であった。検出された物質は化粧品に用いられているベンゾフェノンやEHMCのほか、高分子製品に使用されるベンゾエート系、ベンゾトリアゾール系、アクリレート系紫外線吸収剤が検出された。また、底質と水中間の分配係数(logKoc)は物質のlogKowと有意な正の相関が確認された。紫外線吸収剤は現在、化粧品や高分子製品に使用される必要不可欠な化学物質であるが、その生態毒性が世界的にも懸念され、環境中挙動や生物蓄積性の情報が求められている。しかし、実際の環境における紫外線吸収剤の濃度、底質及び水生生物への移行に関する研究事例は著しく少ない。そこで、本研究では現在使用量が多いと推定される紫外線吸収剤を抽出するとともに、それらの水生生物中の濃度分析手法を確立することを目的とした。加えて水生生物中の紫外線吸収剤の濃度を把握するとともにその蓄積特性を把握することを目的とした。さらに、ダイオキシン類やPCB類で生じることが報告されている、食物網内で生じる生物濃縮性が紫外線吸収剤にもあるのか否かを評価することも目的とした。埼玉県内の汚染度合いの異なる水域三地点(生活雑排水がほぼ無処理で流入している生活排水路、A類型に指定されている河川上流域及びB類型に指定されている河川中流域)について、付着藻類、底生生物、水生昆虫、貝類、エビ類、オタマジャクシ、魚類を採取し、23種類の紫外線吸収剤の体内濃度を測定した。その結果、すべての調査地点において全ての水生生物から紫外線吸収剤が検出されたことから、紫外線吸収剤の水生生物への広範囲な蓄積が確認された。蓄積された紫外線吸収剤は、特にベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(高分子製品添加材用)、OMC(化粧品由来)及びBP-3(化粧品由来)であった。一方、炭素・窒素安定同位体比を用いた食物網構造解析の結果、これらの紫外線吸収剤の生物体内濃度は高次の栄養段階の水生生物ほど減少したことから、生物濃縮性はみられなかった。
顧客の再試行と途中放棄を考慮したコールセンターのモデル化と性能解析

ユーザ及びオペレータの挙動を考慮したコールセンターの待ち行列モデルを考える.具体的にはコールセンターに電話した客がすべてのオペレーターが対応中の場合やすべての回線が使われる場合に,その客がしばらくしてから再試行する.また,空きの電話回線があっても対応可能なオペレーターがいない場合に,しばらく待ったら途中退去する.一方,待機している電話がない場合は,オペレータが顧客に電話することがある.また,オペレータは顧客と通話した後に,その顧客のための後処理を行う.これらの挙動を考慮したモデルを解析することによりコールセンターにおける最適な設計の基準を提供する.26年度は主に以下の論文を出版しました.この論文でコールセンターの客の振る舞いを詳細にモデル化し,解析を行った.まず,大きな特徴は後処理である.後処理とは客とオペレータが通話した後に客が電話を切って客がシステムから離脱するがその客に対してオペレータが何らかの追加サービスを提供することである.例えば,その客との通話の内容に応じて顧客のデータベースを更新すること等に該当する.後処理を行っている間はオペレータが新たな客を対応できないが電話回線が一つ解放される.このため,新しい客はこの回線を占有して待つことが可能である.一方,待っている客が我慢できる時間制約があり,その時間を超えるとサービスを途中放棄する.途中放棄した客はある時間後に再試行するものとする.又,到着時に回線を占有できない客も再試行する.このシステムにたいして後処理をしている客数,コールセンター内にいる客数と再試行している客数を三変数のマルコフ連鎖を構成する.このマルコフ連鎖を解析して定常分布を求める.更に,サービスを受けた客の待ち時間や放棄した客の待ち時間の分布をそれぞれ導出した.更にこのシステムの安定条件を導出した.該当年度では研究課題と関連した次の4編の論文を出版できました.1)及び2)ではコールセンターにおいてオペレータが顧客と通話していない間に別の仕事(Outgoing call)をすることで,コールセンターの生産性を高めるモデルを解析した.2)では単一サーバの場合に特化して漸近解析を行った.それに対して,1)ではモデルの安定条件や数値解析を行った.再試行挙動を考慮したコールセンターモデルはレベル依存準出生死滅過程で定式化できる.また,レベル依存準出生死滅過程の定常分布は率行列で表現できる.3)では再試行型待ち行列モデルの基本モデルに対して,その率行列の漸近展開をするとともに定常分布の裾の漸近特性を調べた.4)では優先権のある再試行型待ち行列モデルの率行列の漸近展開を導出し,さらに定常分布の裾の漸近特性を調べた.当初の予定通りに進み,順調に研究成果を発表できている.平成28年度は複数クラスのある複数サーバ再試行型待ち行列モデルについて研究した.実際のコールセンター等のサービスシステムでは客の種類により,サービス要求が異なり,長いサービス時間を要求する客と短いサービス時間を要求する客が存在すると考えられる.この状況を踏まえ,GI/G/m/(m+G)再試行型待ち行列モデルを考えた.このモデルではクラス依存サービス時間のほか,再試行間隔もクラスに依存している.そのため,システムを記述する確率過程が多次元であり,解析が極めて難しい.28年度では共同研究者と一緒にこのモデルの安定条件を求めた.この結果はPerformance Evaluation誌に掲載された.また,コールセンターやデータセンターの効率化方法として,サーバが稼働していない場合に本来の仕事(一次)と別の仕事(二次)をすることがある.例えば,コールセンターでは顧客と対話していないときに顧客の情報をアップデートしたりすることがある.特にデータセンターの省エネの観点から,ジョブを処理していないときに,サーバをOFFにする(OFF時間の間に2次仕事をしているとみなす).しかし,二次の仕事から一次の仕事に戻るためには時間(Setup)がかかる.これらの応用を見据え,我々はSetup時間のある単一サーバ再試行型待ち行列を提案・解析した.また,システムの負荷に応じた処理能力変更可能な単一サーバモデルも提案・解析した.これらの結果はJournal of Industrial and Management Optimization誌で2編の論文として出版した.また,Setup時間を有する複数サーバ再試行型待ち行列モデルも共同研究者と一緒に検討して,安定条件および性能評価量を計算する効率的なアルゴリズムを求めた.この結果は現在学術論文誌に投稿中である.ユーザ及びオペレータの挙動を考慮したコールセンターの待ち行列モデルを考える.具体的にはコールセンターに電話した客がすべてのオペレーターが対応中の場合やすべての回線が使われる場合に,その客がしばらくしてから再試行する.また,空きの電話回線があっても対応可能なオペレーターがいない場合に,しばらく待ったら途中退去する.一方,待機している電話がない場合は,オペレータが顧客に電話することがある.また,オペレータは顧客と通話した後に,その顧客のための後処理を行う.これらの挙動を考慮したモデルを解析することによりコールセンターにおける最適な設計の基準を提供する.当初の目標は途中放棄と再試行の両方を考慮したモデルの解析であった.実際に当初の目標に加え後処理も考慮することが可能であった.しかも論文の出版ができた.再試行,後処理,途中放棄を全部考慮できたものの,大規模システム,つまり回線の数やオペレータの数が大きいシステムに対しては現在の計算方法は時間がかかる.このため,直接マルコフ連鎖でシステムを記述するのではなく,高速な近似法が求められる.このため,次の目標は大規模システムに対する高速な近似法が挙げられる.今までコールセンター(サービスシステム)で客の挙動を中心にモデル化・分析を行っている.それに加え,今後はサーバの挙動のモデル化・解析を行いたいと考えている.

サーバの挙動を考えるとシステムを表すマルコフ連鎖の次元が大きくなり,直接の解析が困難である.そのため,モデルの特性を生かしたアルゴリズムの開発が必要になる.また,平均場近似や流体近似が有効であると考え,その方向を調べたい.数理工学,応用確率論,オペレーションズ・リサーチ現在はオペレータと電話回線があるシステムにおいて客の振る舞いをモデル化した.しかし,現代のコールセンターのほとんどはIVR(対話型音声機能)が備わっており,一部の電話はIVRのみで対応可能である.IVRで解対応できない電話のみがオペレータと接続する.したがって,IVRを考慮したコールセンターの性能評価が極めて重要である.本研究では次の発展としてIVRがあるコールセンターのモデル化と性能評価を行うことである.しかし,IVRを考慮することによりシステムの複雑さが増しており,4変数のマルコフ連鎖を構成する必要がある.このマルコフ連鎖を直接する解析することが難しいため,シンプルな方法による近似が求められる.そこで,本研究は高速な近似法を使ってこの問題を追及したいと考えている.国際会議の旅費の一部は外部の助成金を受けたため,予算を2016年度に残すことができました.国際会議の発表は一件決定しており,さらに三件投稿中なので,これらの出張費に使います.
循環血液量および運動中1回心拍出量の新たな測定法の開発(近赤外線法)

インドシアニングリーン(ICG)を用いた近赤外線法による心拍出量測定および循環血液量測定をおこなった。予測とおり少量(0. 8ml)のICGで前額部で安静および運動中もきれいな希釈曲線が描出することが可能であった。しかし、その測定される濃度に個人差が大きく、実際に算出される心拍出量、循環血液量とも個人差が大きくまたその値も従来測定で用いられているimpedance法で測定した心拍出量やエバンスブルーの希釈法で測定される循環血液量と比較して測定値の正確性に欠ける物であった。今後濃度の補正方法の検討が必要である。本研究は、正確な測定が困難とされている運動中の最大1回拍出量を測定することを目的とする。本研究では、今まで用いられているインドシアニングリーンによる心拍出量測定と近赤外線を利用した新たな方法の開発である。今年度は、従来24mlと非常に多くのインドシアニングリーンを一度に注入しなければいけなかったが、近赤外線を用いる事でより少量でインドシアニングリーンを検出できることをまず検証した。0.2ml(1mg)、0.4ml(2mg)、0.8ml(4mg)と3条件下で4人の被験者で臥位および座位の姿勢で検証を行った。また合わせて近赤外線のプローブを前額部と前腕とに装着し、測定部位の適当な場所を検討した。3条件とも十分にインドシアニングリーンの濃度上昇を検出する事ができ、0.8ml注入時が最もピークがきれいに描出で来たが、0.2mlでも十分である。また、部位では前額部、前腕ともインドシアニングリーンの検出は可能であったが、前腕ではピークの検出が4人中3人で困難であり、従来の報告通り部位として前額部が非常に適切な場所である事が判明した。次にインピーダンス法で測定した心拍出量との相関の検証を行った。測定で得られたインドシアニングリーン濃度の希釈曲線のAUC(area under the curve)の算出が測定器のシステム上、困難であり、検証中であるが、インピーダンス法で測定された心拍出量と相関が求められず、様々な方法で検証しているところである。来年度は、求めた算出方法でインドシアニングリーンの量を再調整しながら、この研究の最大の目的である運動中の心拍出量測定を行い、また最大1回心拍出量と循環血液量のとの関係をこの方法で求める。H23年度は、インドシアニングリーン(以下ICG)で近赤外線法を用いて、1)運動中の1回心拍出量が測定できるのかを検討した。また最大1回心拍出量に影響を与える循環血液量を同方法で測定し、従来用いられている2)エバンスブルーによる色素希釈法での循環血液量測定法との比較検討を行った。1)運動中の心拍出量測定(安静時の心拍出量測定追加研究)H22年度では、心拍出量を確実に測定するためにインドシアニングリーンを従来計画していた0.20.4mlより0/8ml注入する方が希釈曲線がきれいに描出されることが分かったが、そこから心拍出量の算出に至らなかった。今年度同方法で心拍出量の測定を安静時と運動時に行った。安静時は、測定されるICGの濃度が高く測定される個人と低く測定される個人が見られ、その値にかなり大きな差が見られた。高めに測定された群で算出された心拍出量は3.9±0.1L/分で低めの群が0.2±0.0L/分と高めの群の方が実際の値に近いもののimpedance法で測定された心拍出量5.6±0.4L/分と比較して低い傾向であった。その理由は不明確であるが、近赤外線の組織到達度に個人差があり、その補正方法が確立されていないことによると思われる。今後調整方法の再検討が必要である。また、運動中のICGを用いた近赤外線法による心拍出量測定は、運動中は肝血流が低下するため、ICGが代謝されず、ICGの希釈曲線と代謝曲線の境界が不明瞭となり、心拍出量の測定が困難であった。2)ICGを用いた近赤外線法による循環血液量の測定は1)と同じく、濃度の測定結果が2群に分かれるためその値も大きく異なった。循環血液量は濃度が低い群が7.9±0.3Lと濃度が高い群より実際の値に近いもののエバンスブルーで測定した循環血液量は、4.8±0.2Lであり、その値にも大きく開きがあった。今後まず近赤外線によるICGの濃度測定を補正等して正確に行えるかどうか検討が必要である。
小学校理科における児童の「予測と推論」に関する研究

小学校理科の授業では,児童が観察,実験の結果を予測したり,現象の要因としての性質や規則性を推論したりできるようにするための教材や活動構成の工夫が必要である。結果の予測では,予測される現象やその変化を数量化して具体的に表現できるようにすることが,性質や規則性の推論では,結果から見いだした特徴や傾向を適用して未検証の現象や変化を考えることができるようにすることがそのポイントである。科学的な探究を前提としている理科の授業であっても,内容によっては予測や推論があまり意味を持たないものもある。しかし,小学校で行われる理科の授業の場合,その内容のみで仮説検証型の問題解決活動として適当かどうかを判断することは不適切で,自然の事物・現象へ児童の働き掛け方や理解の程度と併せて判断する必要がある。そこで,第5学年の植物の発芽,成長に関する指導内容を扱った実践場面,第5学年の電流の働きに関する指導内容を扱った実践場面,第6学年のてこの規則性に関する指導内容を扱った実践場面等の実際の授業実践を基に,児童が見通しをもったり見通しに沿って観察,実験を行ったりすることを困難にしている原因を分析した。その結果,生活経験や学習経験が見通しをもつための先行経験として位置付けられていなかったり,自然の事物・現象の中から手がかりとなる事実を十分にとらえさせていなかったりする状況が見られ,児童が見通しをもつために必要な根拠をもたない場合があるという問題が明らかになった。この問題を解決するための方法として,てこの規則性に関する指導内容を扱った学習指導において,実験用てこを使って水平につり合うときのきまりを調べるための根拠を与えて児童の予測や推論を支援するための教材と教材の位置付け方を考案したり,実験用てこを用いて見いだしたきまりを基に予測や推論したことを検証して明確な規則性として認識できるようにするための教材と活動展開を工夫したりして,児童の予測や推論を支援し仮説検証型の問題解決活動ができるようにする方法を提案した。児童が予想や仮説,結論をもつためには,要因や規則性,関係などの推論をより明確なものにする必要があると考え,「実験,観察をすることによって得られる現象や数値などを予測させることによって,児童の推論を明確にしたり表現したりできるようにする。」「得られた結論を他の事象や条件に当てはめたときに起きる現象や数値を予測し,結論が適用できることを確認させることによって,推論を一般化した結論として確かにできるようにする。」という二つのねらいを達成するための教材と活動構成の工夫をし,第4学年「物の温まり方」で,温度が高くなっていく順番を予測し温まり方を推論する授業と,第6学年「てこの規則性」で,見いだした結論を未検証の条件に当てはめて数値を予測し検証する授業で実践を行った。その結果,児童の要因や規則性,関係などの推論が明確になるようにしておかなければ予想や仮説,結論が形骸化されたものになってしまう恐れがあること,曖昧な推論による予想や仮説のまま観察,実験に進むのではなく,実験,観察をすることによって得られる現象や数値などを具体的に予測させることによって,児童の推論を明確にしたり表現したりできるようにすることが可能になること,また,限られた現象や条件で導いた結論は必ずしも本当の意味での結論として納得されているわけでなく,得られた結論を他の事象や条件に当てはめたときに起きる現象や数値を予測し,結論が適用できることを確認させることによって,一般化された要因や規則性,関係として納得できるようになること,などが明らかになった。児童の予測や推論の成立を妨げている原因として,予測や推論をするための根拠となる事実が適切に得られていないこと,観察,実験の結果を用いて予測や推論をする必然性がないことが挙げられる。予測や推論を意図的に促す場面として,観察,実験の結果を予想する場面と,結果をもとに考察し結論を導く場面がある。観察,実験の結果を予想する場面では,個々の児童が予測や推論を具体的に表現できることと,生活経験や学習経験に依存するのでなく予測や推論に必要な情報を適切に与えることが必要な条件となる。また,結果をもとに考察し,結論を導く場面では,実験データを信頼のできる情報として適切に処理することと,導き出された結論を用いて他の場面に適用する機会を設定することが必要な条件となる。前者に対しては,予測や推論として基準を設けて個々の予測や推論の共通点や差異点を表現させること,数量に表すなどして予測や推論を具体的に表現させることなどが効果的である。後者に対しては,個人やグループが個々に実験結果を扱うのでなく,それらを持ち寄り全体の傾向として承認できる結果に整理すること,結果から導き出した性質や規則性をすぐに結論とするのでなく,それらを他の場面や状況に当てはめて予測させたり推論させたりすることで,一般化を図ることなどが効果的である。このような条件を総合的に組み合わせた授業設計を行うためには,それらを可能とする一定の仕組みを備える教材を工夫しておく必要があり,予測や推論をするために従来の授業の時間配分等を見直す必要がある。

予想させること,考察させることが重要と分かっていてもそれらが形骸化した授業が見られる中で,予測と推論の成立を意識した具体的な指導方法の提案は,思考力・判断力・表現力の育成が重視されている授業の改善にも役立つものと期待している。児童の予想や仮説,結論と要因や規則性,関係などの推論との関係性について仮説的なねらいを立て,具体的な教材の開発や活動展開の工夫を行った実践を通して,その課題や成果を明らかにすることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。教材や活動展開の工夫を行った実践を通して得られた課題や成果を基に,予測や推論が授業の中で成立する条件を児童の探求の中でより明確にするとともに,幅広い内容の授業の中でそれらが適用できるかどうかを試み,科学的な授業を普及させるための手がかりとして提案する。