hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歴史的な組積造・石造建造物の塩害進行予測のための実態調査と基礎的実験

1調査対象とする建物内外の気象観測、材料内含水率分布の非破壊測定、塩害の経時変化の記録などを実施した。2塩を含んだ多孔質材料の平衡含水率を測定、それを近似するモデルを作成し、塩を含んだ材料に対する拡張独立領域理論の概念に基づき、塩を含んだ材料の履歴に関する実験結果を再現した。また、塩の影響を含む多孔質材料の水分伝導率を測定した。さらに、土壌の水分特性曲線と不飽和透水係数を測定する装置を応用し、複数の石材の水分物性測定を実現した。3実態調査と建築材料の物性値測定の結果に基づく数値解析により、組積造・石造建造物における水分・塩移動特性を明らかにし、それに基づく現地での保存方法を提案した。・各調査対象(イスタンブールにおけるビザンチン建築、東南アジアにおけるショップハウス、大分県元町磨崖仏等)において、周辺の気象観測、降雨量分布計測、室内温度・湿度・気流分布計測、材料内の含水率分布の非破壊測定、塩害の経時変化の記録、建築材料および塩の試料採取などを実施し、現状の記録を行うとともに、数値解析のための基礎データを得た。測定結果とその分析結果について、その成果の一部を論文として発表した。また、同様の測定を現在も継続している。・実態調査でみられる代表的な塩:硫酸ナトリウム(Na2SO4)を含んだ各種材料(ALC、レンガ、モルタル、日華石、凝灰岩など)の平衡含水率を測定した。その成果から、結晶化した塩を含む材料の平衡含水率近似モデルを作成した。これにより、より広い含塩率範囲における平衡含水率の予測が可能になった。測定結果の一部と近似モデルを論文として発表した。更に、既に得られた結果を基に、塩を含んだ材料の吸放湿履歴モデル(拡張独立領域理論)を開発することが可能であるという知見を得た。・塩を含んだ材料(レンガ)の水分伝導率をガンマ線照射装置を用いて同定した。塩溶液の濃度と材料内で析出した塩分量に応じた水分伝導率の変化を明らかにした。純水と飽和塩溶液では約2倍の浸透速度差があること、また結晶化した塩を含む材料内部の浸透速度は、結晶化した塩を含まない材料内部のそれに比べ約6倍の差があることが明らかになった。この実験結果を論文として発表した。・調査対象地において継続的に実施している、建物内外の気象観測、材料内含水率分布の非破壊測定、塩害の経時変化の記録に加え、建築材料の物性値測定の結果に基づく数値解析により、組積造・石造建造物における水分移動特性を明らかにした。これについては、学術雑誌論文、国際会議論文等で、数多く発表している。・ハギアソフィアにおいては、新たにドーム壁面上降雨量の実測を開始した。・NaClのみならず、硫酸ナトリウム(Na2SO4)を含んだ材料の平衡含水率の測定結果から、結晶化した塩を含む材料の平衡含水率近似モデルを作成した。このモデルを更に、材料の吸放湿履歴モデルに統合し、塩を含んだ材料に対する拡張独立領域理論を得た。そのモデルの概念について国内学会や国際学術会議の論文として既に提出した。・土壌の水分特性曲線と不飽和透水係数を測定する装置を応用し、石材の物性測定を実現した。・当初の予定を概ね達成している。・成果を既に十分に論文として発表している。また、さらに多くの論文を作成する見込みが十分にある。・成果を文化財管理者との対話、その他の研究者との研究会等を介して社会に還元している。・当該年度も、建物内外の気象観測、材料内含水率分布の非破壊測定、塩害の経時変化の記録などを継続的に実施した。また、建築材料の物性値測定の結果に基づく数値解析により、組積造・石造建造物における水分移動特性を明らかにした。・ハギアソフィア(イスタンブール)においては、新たに壁体室内側表面の劣化状態の詳細記録を実施した。アヤイリニ(イスタンブール)のアトリウムにおいては、屋根からの漏水の結果起こった、室内側壁体表面における水分蒸発と塩類析出を明らかにした。・大分市における石仏の劣化調査においては、地下水や雨水が石仏の(主に塩類風化による)劣化に及ぼしうる影響を明らかにした。・塩を含んだ材料に対する拡張独立領域理論の概念に基づき、塩を含んだ材料の履歴に関する実験結果を再現した。・土壌の水分特性曲線と不飽和透水係数を測定する装置を応用し、複数の石材の水分物性測定を実現した。・成果を文化財管理者との対話、その他の研究者との研究会、関係者各位とのワークショップ等を介して社会に還元している。

・また、当初想定していた以上の研究成果が得られる可能性も出てきた。・本研究課題に必要な現場実測データについては概ね得られたので、物理モデルの拡張や実測データに基づく数値解析の方に力を入れる。ただし、長期的文化財保存の観点から、実測については可能なものについては今後も継続する。・本研究成果を、更に、また出来るだけ多くの学術雑誌論文として発表する。・本研究課題が、新たな実測方法や装置の開発にもつながったので、その成果を更に豊富なものとする。28年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学・各調査対象において、周辺の気象観測、壁面上降雨量計測、室内温度・湿度・気流分布計測、材料内の含水率分布の非破壊測定、塩害の経時変化の記録、建築材料および塩の試料採取を実施する(昨年度からの継続)。・実態調査でみられる代表的な塩:硫酸ナトリウム(Na2SO4)を含んだ各種材料(ALC、レンガ、モルタル、日華石、凝灰岩など)の平衡含水率を測定する(昨年度からの継続)。さらに、既に得られた結果を基に、塩を含んだ材料の吸放湿履歴モデル(拡張独立領域理論)を開発する。・塩を含んだ各種材料の水分伝導率をガンマ線照射装置を用いて同定する(昨年度からの継続)。さらに、昨年度同定した塩溶液の濃度と材料内で析出した塩分量に応じた水分伝導率の変化をモデル化する。購入予定であった恒温器を購入せずに、別の方法で実験が実現できたため。・購入予定の物品(恒温恒湿器)の設置場所の準備が間に合わず、未購入の物品があるため。・調査期間が想定より短かったため。調査旅費・研究成果発表用旅費として使用。・購入予定の恒温恒湿器を購入する。・調査旅費として使用する。
ミトコンドリア病としてのパーキンソン病の共通発症機序の解明

若年性パーキンソン病原因遺伝子PINK1とParkinは、協働してミトコンドリアの品質管理に関与することが示唆されていた。一方、新規に同定された晩発性パーキンソン病原因遺伝子CHCHD2は、機能未知のミトコンドリアタンパク質であった。本研究では、ショウジョウバエモデル、iPS細胞、哺乳類培養細胞を組み合わせ、PINK1-Parkinシグナル分子機構の解明と、CHCHD2の機能解析、PINK1-ParkinシグナルとCHCHD2との分子関係の解明を進めた。本年度は、3つのミトコンドリア関連パーキンソン病(PD)原因遺伝子PINK1, Parkin, CHCHD2の遺伝的相互作用解析およびCHCHD2のPD変異遺伝子導入トランスジェニックハエおよびノックアウトショウジョウバエの作製を行い、その基本表現型に関してミトコンドリアを中心に解析した。次に、3遺伝子間の遺伝的相互作用解析およびミトコンドリア関連遺伝子との遺伝的相互作用スクリーニングを行った。その結果、CHCHD2はPINK1-Parkinシグナルとは独立に機能している可能性が示唆された。一方、PINK1-Parkin研究において、PINK1によるParkinのリン酸化がParkinのユビキチンリガーゼを活性化することをショウジョウバエモデルで示した。さらにユビキチン鎖をPINK1のキナーゼ基質として同定し、リン酸化されたユビキチン鎖がParkinの活性化因子となり、マイトファジーを促進することを示した。続いてin vivoにおいて、ミトコンドリア上でのリン酸化ユビキチン鎖の発現は、ミトコンドリア変性およびドーパミン神経変性を抑制することを明らかにした。CHCHD2においては、ノックアウトハエでミトコンドリア形態の異常、酸化ストレスへの高感受性、寿命の短縮、ドーパミン神経の変性欠落の表現型を観察した。さらに、CHCHD2機能に関わると考えられる結合分子を生化学的に同定した。つぎに、ミトコンドリア機能低下および神経変性を抑制する候補分子をハエを用いてスクリーニングし、次年度へ向けてのメカニズム解析の準備を整えた。ショウジョウバエ(以下、ハエと表記)におけるPDXの解析に関しては、ノックアウトハエ、PDXの病的変異型トランスジェニックハエのミトコンドリア機能に特に焦点を置き解析を進めた。ノックアウトハエの胚から調製した細胞を用いて、ミトコンドリア呼吸を測定し、PDXが呼吸鎖複合体の活性を正に制御することが示唆された。さらに、PDXはチトクロムCと結合しその安定化に関与することが示唆された。PDX病的変異体では、チトクロムCの安定化が見られなかった。これらの観察から、PDX病的変異体では、チトクロムCの不安定化と呼吸鎖複合体IIIからのプロトン受け渡しが効率よく行われず、活性酸素種の生成をもたらすことが示唆された。本成果は、論文投稿中である。前年度、PINK1, Parkinにおけるリン酸化モノおよびポリユビキチンの性質に関して、集中的に解析を進めた。そのため、PINK1, Parkinと遺伝的相互作用する分子のハエ染色体欠失ライブラリースクリーニングを今年度実施し、候補分子の絞り込みを行っている。パーキンソン病の変性部位の特異性を決める因子の同定に関しては、ヒトiPS細胞由来のドーパミン神経を用いた研究から重要な示唆が得られている。すなわち、ドーパミン神経は、他の神経に較べ特にリン酸化ユビキチンシグナルの活性が高いことが明らかとなった。また、ハエにおいてリン酸化ユビキチンの蓄積が加齢と共に変化することを見出した。今後、これらの理由を突き止める予定である。前年度に引き続きPINK1-Parkinシグナルにおけるリン酸化ユビキチンの重要性、病態における意義の解析を進めた。それに伴い計画の一部を変更させたが、今年度よりハエ染色体欠失ライブラリースクリーニングを開始した。またPDXに関しては、そのミトコンドリアにおいての機能解析が進み、年度末に論文を投稿した。以上から、概ね予定通り進んでいると判断される。連携研究者服部信孝教授らが2015年に新規パーキンソン病原因遺伝子として同定したCHCHD2の機能解析をショウジョウバエモデルおよび培養細胞を用いて進めた。CHCHD2はミトコンドリアの外膜と内膜の間の空間に存在するタンパク質で、アミノ酸変異により優性遺伝形式のパーキンソン病を発症する。CHCHD2ノックアウトハエは、ミトコンドリアのクリステの変性を示すが、ヒトCHCHD2の再導入でこれが改善する。一方、疾患変異型CHCHD2の再導入では改善しないことから、CHCHD2変異によるパーキンソン病は、機能獲得変異ではなく、ハプロ不全(タンパク質量の不足)で起こることが示唆された。さらに、CHCHD2変異によるミトコンドリア変性を改善する遺伝子として4E-BPを同定した。若年性パーキンソン病の原因遺伝子産物PINK1は、別の若年性パーキンソン病の原因遺伝子産物Parkinとユビキチンをリン酸化し、Parkinを活性化する。培養細胞を用いて、2014年までにこの発見を報告した。活性化したPINK1により産生されるリン酸化ユビキチンが、個体レベル、臨床レベルでも検出可能かどうかを、ショウジョウバエ、ヒト病理切片、iPS細胞由来ドーパミン神経を用いて解析した。その結果、リン酸化ユビキチンは、ハエ、ヒトともに個体レベルで検出可能であった。特に、孤発性のパーキンソン病患者の黒質ドーパミン神経で陽性であったことは、臨床的にも重要な知見である。

さらに、PINK1, Parkinに変異のあるiPS細胞由来ドーパミン神経では、リン酸化ユビキチンシグナルが減弱していることが明らかとなった。さらに、iPS細胞から分化した神経培養において、ドーパミン神経においてリン酸化ユビキチンシグナルが特に強く認めたことから、この現象のドーパミン神経特異的な背景が推察された。本年度はCHCHD2の機能解析、神経変性を抑制する遺伝子、結合タンパク質の機能解析を精力的に進め、学会発表、論文投稿・受理まで達成できた。リン酸化ユビキチンの臨床での検証を行った成果も、学会発表ののち、年度末に論文投稿を完了し、概ね当初の目的を遂行できている。新規に同定した晩発性顕性パーキンソン病原因遺伝子CHCHD2 (PDXと計画調書には記載)はミトコンドリア局在タンパク質をコードする。本年度は、CHCHD2変異による神経変性機序の分子レベルでの解明を進め論文発表へと進めた。CHCHD2喪失ハエにおいて、酸化ストレスが亢進しており、加齢依存的なミトコンドリアクリステ構造の崩壊、ドパミン神経脱落が認められた。分子レベルの解析によってCHCHD2はチトクロムCの安定化に関与し、電子伝達系からの活性酸素種発生を抑制することが示唆された。若年性顕性パーキンソン病原因遺伝子PINK1とParkinは、協働してミトコンドリアの恒常性に関与することが明らかとなっているが、CHCHD2との関係は不明であった。ショウジョウバエ分子遺伝学を用いて、PINK1-ParkinとCHCHD2の関係を解析した。その結果、PINK1, Parkinの過剰発現はCHCHD2ノックアウトハエの表現型を増悪した。これはCHCHD2変異による障害ミトコンドリアがマイトファジーにより除去されることによるものと推察された。またこの観察から、PINK1, ParkinシグナルとCHCHD2は直接関与しないことが示唆された。前年度までに明らかにしたPINK1-Parkinシグナルが形成するリン酸化ユビキチンシグナルが、パーキンソン病に関与するかどうかを、脳病理切片、健常者およびパーキンソン病患者提供iPS由来ドパミン神経を組み合わせ評価した。その結果、一部の孤発性パーキンソン病剖検脳黒質ドパミン神経においてリン酸化ユビキチンシグナルが観察された。一方、PINK1, Parkinに変異のある患者由来の剖検脳、iPS由来ドパミン神経ではリン酸化ユビキチンシグナルが減弱していた。重要なことに、iPS由来神経培養においてドパミン神経は非ドパミン神経に比して、リン酸化ユビキチンシグナルが強いことが明らかとなった。これは、ドパミン神経でのミトコンドリアの消耗が激しいことを意味しており、変性部位を決める要因と考えられた。若年性パーキンソン病原因遺伝子PINK1とParkinは、協働してミトコンドリアの品質管理に関与することが示唆されていた。一方、新規に同定された晩発性パーキンソン病原因遺伝子CHCHD2は、機能未知のミトコンドリアタンパク質であった。
高プロトン伝導性高分子の合成とプロトン輸送の解析

熱的性質の優れたプロトン伝導性高分子材料が開発されれば、固体高分子型燃料電池電解質材料等への応用が期待される。また、高分子固体中におけるプロトン伝導の解析は、生体内におけるプロトン輸送現象や高分子の熱力学的な挙動の解析に大きな知見を与える。本研究では、熱的性質の優れたプロトン伝導性高分子材料を開発し、高分子固体中のプロトン輸送現象を解析することを目的にした。具体的に以下のことについて研究を行った。1.錯体型と側鎖型の2つのプロトン伝導性高分子を合成する。錯体型としてポリベンズイミダゾールと強酸による高分子複合体を合成し、側鎖型としてポリベンズイミダゾールにアルキルホスホン酸基を導入したポリマーを合成した。錯体型では、10^<-3>S/cm程度の高いプロトン伝導性を示した。2.プロトン伝導性高分子の熱劣化現象を解析し、耐熱性向上の分子設計指針を確立する。錯体型のプロトン伝導性高分子においては、硫酸を用いて錯体を形成した場合、高い耐熱性を得ることが出来なかったが、リン酸を用いた場合、親ポリマーと同等の高耐熱性が得られた。3.キャリア生成を促進するための高分子構造の設計。塩基性基をポリマー主鎖中に多く導入することで、錯体型プロトン伝導性高分子のキャリア生成能は向上し、高いプロトン伝導性を示すことが分った。4.プロトン輸送機構を解析する。FT-IR測定により、錯体型プロトン伝導性高分子の錯形成状態等を観察した。
住宅用エネルギ消費起源のCO_2排出削減プログラムに関する基礎的研究

(1)札幌市内および近郊の性格が異なる20地域における計400件程度の住宅のエネルギ消費量と建物性能及び生活様式に関するアンケート調査結果から,札幌における一世帯当たりの年間エネルギ消費量は平均で22.4Gcalであることがわかった.エネルギ消費量の内訳を見ると暖房用が12.6Gcal/世帯・年で全体の56.1%,給湯用は25.5%,厨房用は6.3%,照明・動力用は12.1%であった.世帯当たりの年間エネルギ消費量は,東京における値の1.7倍であった.給湯用および照明・動力用の消費量は東京とほぼ同じであるが,暖房用エネルギーは東京の3.8倍に達していた.これより,札幌における暖房用エネルギー消費構造の特異性が浮き彫りにされた.また,暖房用エネルギの94%以上が灯油で賄われていることから,化石燃料使用による家庭用エネルギ消費起源のCO_2排出抑制のためには,暖房用エネルギの削減が重要であることが示唆された.(2)これらのデータについて多重回帰分析を行いエネルギ消費量と相関の高い要因を分析した.その結果,住宅延べ床面積,年収,家族人数がエネルギ消費量と相関が高い要因として挙げられた.住宅の断熱仕様の違いによるエネルギ消費量の大きな相違は現れなかった。これは,個々の住宅において暖房面積,暖房時室内設定温度,暖房時間等が異なるからであると予測された.1973年の住宅エネルギ調査結果と比べると一世帯当たりの年間エネルギ使用量は25%程度少なくなっていることが明らかになった.暖房器具・住宅性能の調査結果の比較から暖房器具の効率の上昇に加えて住宅性能の向上によると考えられた.(3)分析結果から住宅延べ床面積,年収,家族人数で構成されるエネルギ需要量の推定式を提案した。(4)住宅用熱負荷計算プログラムSMASHを用いて断熱,開口部,換気等の種々の建物条件を与えて住宅の暖房熱負荷計算を行い,断熱・気密化が年間の暖房エネルギ消費量の削減に与える効果を検討した.その結果,特に小屋根裏断熱の強化と窓のLow-Eガラスの使用が貫流負荷の削減に効果的であることがわかった.さらに貫流熱損出削減のためには,例えばダイナッミクインシュレーションシステムや,小屋根裏からの給気による貫流損失熱の回収を伴った換気システムの導入が有効であることが示された.(5)現在の札幌における住宅に断熱仕様の強化した場合,および換気熱回収装置を設置した場合の暖房用一次エネルギ消費量の削減量を計算した.また,これよりCO_2排出削減量を予測した.(1)札幌市内および近郊の性格が異なる20地域における計400件程度の住宅のエネルギ消費量と建物性能及び生活様式に関するアンケート調査結果から,札幌における一世帯当たりの年間エネルギ消費量は平均で22.4Gcalであることがわかった.エネルギ消費量の内訳を見ると暖房用が12.6Gcal/世帯・年で全体の56.1%,給湯用は25.5%,厨房用は6.3%,照明・動力用は12.1%であった.世帯当たりの年間エネルギ消費量は,東京における値の1.7倍であった.給湯用および照明・動力用の消費量は東京とほぼ同じであるが,暖房用エネルギーは東京の3.8倍に達していた.これより,札幌における暖房用エネルギー消費構造の特異性が浮き彫りにされた.また,暖房用エネルギの94%以上が灯油で賄われていることから,化石燃料使用による家庭用エネルギ消費起源のCO_2排出抑制のためには,暖房用エネルギの削減が重要であることが示唆された.(2)これらのデータについて多重回帰分析を行いエネルギ消費量と相関の高い要因を分析した.その結果,住宅延べ床面積,年収,家族人数がエネルギ消費量と相関が高い要因として挙げられた.住宅の断熱仕様の違いによるエネルギ消費量の大きな相違は現れなかった。(4)住宅用熱負荷計算プログラムSMASHを用いて断熱,開口部,換気等の種々の建物条件を与えて住宅の暖房熱負荷計算を行い,断熱・気密化が年間の暖房エネルギ消費量の削減に与える効果を検討した.その結果,特に小屋根裏断熱の強化と窓のLow-Eガラスの使用が貫流負荷の削減に効果的であることがわかった.さらに貫流熱損出削減のためには,例えばダイナッミクインシュレーションシステムや,小屋根裏からの給気による貫流損失熱の回収を伴った換気システムの導入が有効であることが示された.(5)現在の札幌における住宅に断熱仕様の強化した場合,および換気熱回収装置を設置した場合の暖房用一次エネルギ消費量の削減量を計算した.また,これよりCO_2排出削減量を予測した.
自己調整学習の枠組みを用いた語彙学習指導モデルの構築

本研究の目的は,自己調整学習の枠組みを用いて,自律的な英語語彙学習を指導によって活性化させる方法を探り,そこから,より良い自己調整語彙学習指導モデルの具体的な提言を行うことであった。まず,指導実践の前に,先行研究のレビューから自己効力感と語彙学習方略,そして自己調整学習との関係を探り,より良いモデルを検討した。そして,そのモデルに基づいた指導実践を行い,その効果を検証した。その結果,自己調整学習の枠組みを利用した,語彙学習指導モデルは効果的であるということが確認された。本研究の目的は,1)自己調整学習の枠組みを用いて,自律的な英語語彙学習を指導によって活性化させる方法を探り,そこから2)より良い自己調整語彙学習指導モデルの具体的な提言を行うことであった。これまでの語彙学習方略研究では,認知方略やメタ認知方略のみに焦点を当てられるものが多く,学習者の動機づけ,目標設定,自己モニタリング,そして学習環境のコントロールなどの現実の学習において重要であると考えられる情意面がどのように有機的にかかわっているかは明らかにされていない。そのため,本研究では,自己調整学習の枠組みを利用し,語彙学習方略指導モデルを構築し,外国語教育に資することを目的とした。平成24年度には,自己調整学習の枠組みの検証,ならびに自己調整学習のプロセス(計画,実行,振り返り)を測定する質問紙と,能力の変化を測定するための語彙テストを作成した。この成果は,平成24年9月にニュージーランドで開催されたIndependent Learning Association Conference 2012で報告され,論文としても国際ジャーナルに掲載された。平成25年度には,自己調整学習の枠組みを指導・学習に取り入れることで,どのように学習者の変化が起こるかを8ヶ月の縦断調査によって明らかにした(論文として発表済み)。また,これらの研究成果は,平成25年6月に福岡で開催された国際シンポジウム(Vocabulary Symposium 2013)や,12月の国際学会(Vocab@Vic 2013 , New Zealand)などで報告された。本研究の目的は,1)自己調整学習の枠組みを用いて,自律的な英語語彙学習を指導によって活性化させる方法を探り,そこから2)より良い自己調整語彙学習指導モデルの具体的な提言を行うことにある。これまでの語彙学習方略研究では,認知方略やメタ認知方略のみに焦点を当てられるものが多く,学習者の動機づけ,目標設定,自己モニタリング,そして学習環境のコントロールなどの現実の学習において重要であると考えられる情意面が,どのように有機的にかかわっているかは明らかにされていない。現在までに,研究で用いている自己調整学習の枠組みの検証,ならびに自己調整学習のプロセス(計画,実行,振り返り)を測定する質問紙と,能力の変化を測定するための語彙テストを作成した(平成24年度)。この成果は,平成24年9月にニュージーランドで開催されたIndependent Learning Association Conference 2012で報告され,論文としても国際ジャーナルに掲載された(2本中1本は査読中)。また,同時進行で,平成24年度には自己調整学習の枠組みを指導・学習に取り入れることで,どのように学習者の変化が起こるかを8ヶ月の縦断調査によって明らかにした。その成果についても,すでに論文として国際ジャーナルに投稿済みである。また,研究成果の発表として,平成25年6月に福岡で開催される国際シンポジウム(Vocabulary Symposium 2013)や,12月の国際学会(Vocab@Vic 2013, New Zealand)で発表予定である。平成25年度は違うレベルの学習者に適用できるかを探り,より良い自己調整語彙学習指導モデルの提言としてまとめる予定である。交付申請書には「平成24年度には,自己調整学習の指導を行っている先行研究の成果をレビューし,より効果があると考えられる要因を選択していく。そのようなレビューが完了次第,実際にそのような効果があると考えられる要因を指導するパイロット実験を行って,次年度での本実験の準備をする。」という予定を記載していたが,上述のように,これまでに,研究で用いている自己調整学習の枠組みの検証,ならびに自己調整学習のプロセス(計画,実行,振り返り)を測定する質問紙と,能力の変化を測定するための語彙テストを作成した。また,その成果を国内学会の全国大会や国際学会,そして国際ジャーナルでも発表している。そのため,当初の計画以上に進展していると言える。平成25年度前半には本実験を行い,修正が必要な点を洗い出す。平成25年度後半に最終的な指導モデルの提案と,そのモデルの検証を行う。検証作業には外部の専門家の意見も取り入れ,よりよい指導モデルの提案を目指す。同時進行して,論文投稿や学会での口頭発表を行い,研究成果の公表も可能な限り行う予定である。

平成25年度の研究計画においては,前年度までで提案された指導方法を実施し,再度実験を行う必要があり,その中で授業の様子などを録画しておくためのデジタル・ビデオカメラが必要である。加えて,学習者へのインタビューを行うため,その際の謝礼や録音機材も研究費使用計画に含まれる。そして,得られた成果の発表,論文投稿などを行うため,それらに対する旅費(国際学会での発表旅費含む)や研究成果投稿料が必要である。
量子アナログ計算モデルの構築

1985年にDavid Deutschは、量子並列計算を行うことができるTuring機械として、量子Turing機械(QTMと略記)を提案した。さらに、1994年にはPeter Shorが、QTMは任意に小さな誤り確率で整数の因数分解を多項式時間内に行えることを証明した。通常の決定性Turing機械は、整数の因数分解を多項式時間内には行えないと信じられているため、QTMは本質的に新しい計算モデルであると考えられる。そのようなわけで、多くの研究者が、量子コンピュータを物理的に実現する方法について盛んに研究を行っている。そこで、本研究では、NP完全問題のひとつとして知られている、グラフの3彩色問題を解く量子アナログ計算モデルを提案する。量子コンピュータを実現する際の問題点として、量子素子や量子ワイヤの構成の困難さ,デコヒーレンスの問題などが指摘されているため、実用に耐えうる量子コンピュータを実現するためには、かなりの技術的困難を伴うことが確実視されている。しかし、これらの問題は、量子Turing機械を、素朴な形で実現しようとする場合に生じる問題がほとんどである。そこで、発想を転換して、量子コンピュータの数学的モデル自体を本研究で提案するモデルに変更すれば、量子コンピュータ実現における上記の困難はかなり解消される。例えば、本研究で取り上げた断熱量子計算における問題解法過程は、通常の量子コンピュータのようにコヒーレント状態を保ちながら行なうのではなく、むしろモデルの状態を安定状態に陥らさせることにより行う。このような意味で、本研究で提案する断熱量子計算モデルは、量子コンピュータ研究の現状を十分に把握した上で、発想を転換して考案された計算モデルであり、世界に先駆けた独創的なモデルであると考えられる。20年後に実用となるような,新たな計算機アーキテクチャの数学的モデルとして,量子アナログ計算モデルの構築を行った.本研究で提案する量子ニューロイダルネットは,:量子ニューラルネットを一般化した数学的モデルなので,計算論的に厳密な議論が可能であり,また,モデルの物理的実現可能性の検討などにおいても,柔軟な条件の修正が可能となる.量子コンピュータの実用化に向けて,IBMやAT&T等の企業は関連特許をすでに登録し始めている.しかし,量子コンピュータを実現する際の問題点が数多く指摘されているため,量子コンピュータの実用化には,かなりの技術的困難が伴うものと予想されている.そこで,発想を転換して,量子コンピュータの数学的モデル自体を本研究で提案するモデルに変更すれば,量子コンピュータ実現における困難がかなり解消される可能性がある.平成13年度は,L. G. Valiantが1994年に提案した脳型計算モデルであるニューロイダルネットを量子化し,量子ニューロイダルネットと呼べる計算モデルを構築した.ニューロイダルネットは,通常のしきい値論理素子に状態を付加したニューロイドと呼ばれる素子から成る回路で,しきい値と辺の重みの更新を関数形式で定義することで,学習アルゴリズムを指定することができる.具体的には,以下のように研究を進めた.まず,ニューロイドの状態と辺の重みを,量子重ね合わせ状態で表現する.その上で,しきい値と辺の重みの更新関数を,量子Turing機械におけるような,量子的な更新関数に置き換える.以上のように定義したモデルが,量子計算モデルとして妥当なものであるか否かの検証は,量子的更新関数から誘導されるネットワーク全体の状態遷移行列が,ユニタリ行列となるか否か確認することにより行った.20年後に実用となるような,新たな計算機アーキテクチャの数学的モデルとして,量子アナログ計算モデルの構築を行っている.本研究で提案する量子ニューロイダルネットは,量子ニューラルネットを一般化した数学的モデルなので,計算論的に厳密な議論が可能であり,また,モデルの物理的実現可能性の検討などにおいても,柔軟な条件の修正が可能となる.量子コンピュータの実用化に向けて,IBMやAT&T等の企業は関連特許をすでに登録し始めている.

しかし,量子コンピュータを実現する際の問題点が数多く指摘されているため,量子コンピュータの実用化には,かなりの技術的困難が伴うものと予想されている.そこで,発想を転換して,量子コンピュータの数学的モデル自体を本研究で提案するモデルに変更すれば,量子コンピュータ実現における困難がかなり解消される可能性がある.平成13年度には,L. G. Valiantが1994年に提案した脳型計算モデルであるニューロイダルネットを量子化し,量子ニューロイダルネットと呼べる計算モデルを構築した.その結果を受けて,平成14年度には,代表的なNP完全問題である,論理式の充足可能性判定問題(SAT)を効率的に解く量子ニューロイダルネットを設計した.本研究では,万能計算モデルを構築するのではなく,量子ニューロイダルネットによる解法に適したNP完全問題を発見し,その特定の問題の解法に最適なネットワークを構成するという方針を採用している.その際,ローカルミニマムに陥ることなく,最適解に高速に収束することを保証するための,素子間の相互作用をどのようにモデルに組み込むかが極めて重要となる.そこで,最近,MITの研究グループが提案し,注目を集めている断熱量子計算の枠組みも取り込むことを検討している.計算という概念の定式化から生まれたTuring機械は,その後の産業にコンピュータという形で大きな波及効果を及ぼしてきた.しかし,原理的に計算可能であっても,現実的時間内には計算困難である問題も多数存在する.その1つが因数分解である.現在,広く用いられているRSA公開鍵暗号は,その因数分解の計算困難性が安全生の拠り所となっている.しかし,この安全性の根拠が.量子コンピュータが将来実現されれば.脅かされる可能性が出てきたのである.このような経緯もあり,近年,量子コンピュータが一般にも大変注目されるようになった.それは,現在のコンピュータを本質的に越える計算能力を持ったコンピュータの開発への期待があるからである.しかし,一方で現在のコンピュータの高機能化にも目覚ましいものがあり,計算困難な問題に対しても種々のアルゴリズムが提案されている.そのような状況の中で,近未来に実現可能な量子コンピュータ像を描くことは,非常に困難なものとなっている.その理由は,おおむね以下の3点である.(1)現在の計算効率を本質的に上回る量子アルゴリズムの数が少ない,(2)その物理的実現が非常に困難である,(3)たいていの計算は現在の計算機で事足りてしまう.上記のような量子コンピュータの研究状況の中で,MITのE.Farhiらによって発表された断熱量子計算は,断熱的に初期ハミルトニアンから最終ハミルトニアンへと時間発展ハミルトニアンを変化させて,問題の最適解を求める手法として提案された.この手法は物理的実現可能性と汎用性が高い量子計算モデルとして現在注目されている.そこで本研究では.NP
明治時代を中心とした、書籍の製産・流通・享受に関する研究

1.前掲「研究発表」(1):自他楽会とは、明治20年代、弘前の和徳小学校の教員たちを中心に結成された読書グループである。書籍の購入や貸し付けを記録した内部史料は、現在、弘前市立弘前図書館に収蔵されている。基幹研究「十九世紀の出版と流通」研究班が同史料の調査・翻刻をおこない、その成果をここに公表。磯部は、明治29年『記録簿』『会計簿』『書籍貸付簿』の翻刻を担当した。2.前掲「研究発表」(2):文栄堂とは、昭和19年まで活動が確認できる、京都の仏書屋である。その文栄堂の営業文書13点が京都大学附属図書館に収蔵されている。今回は、そのなかの『新本売買明細帳』甲乙を採り上げ、同文書の分析をとおして書籍の品揃え・仕入れ・卸し・小売りの実態を報告。(a)真宗関係の書籍、なかでも安定した需要が見込める『和讃』や『勤行集』などの実用書を積極的に取り扱っていること、(b)つきあいの浅い新興書肆との取り引きは、買い取りではなく「預かり売り」というかたちでおこなわれていたこと、(c)浄土真宗系の仏書屋ではあるが、教義テキストを取り扱うばあいは、真言宗など他宗寺院も取り引きしていたことなどを明らかにした。3.前掲「研究発表」(3):これまでの日清戦争研究において、一枚刷りや紙製玩具のような消耗品が採り上げられるごとはまずなかったといってよいし、街角や絵双紙屋前のざわめきに耳を傾けることもまた、なかったといってよい。本稿は、日清戦争期において、子どもたちがどのような情報環境にあったのかを検証したものである。同時代を生きた人びとの日記や随筆をもとに、子どもの目線からみた学校や絵双紙屋、街の様子など日常の生活空間を再構築し、子どもたちにとっての日清戦争はお気楽な祭りでしかなかったことを裏付けた。1.明治期石川県における新聞の製産・流通・享受の実態解明(1)『開化新聞』『石川新聞』の原紙所蔵調査:全国の図書館等の目録を調べ、原紙に当たり、現在確認し得る限りの両紙の原紙の所在を明らかにした。この調査結果については、後掲11「『開化新聞』『石川新聞』の足跡-明治初期石川県新聞事情研究のための基礎的考察-」にて報告した。(2)石川県立図書館所蔵「吉本文庫」及び石川県立歴史博物館所蔵文書の調査:「吉本文庫」には、『開化新聞』『石川新聞』の刊行主である吉本次郎兵衛の関係文書が収められている。今回の調査によって、『開化新聞』『石川新聞』の発行部数を明らかにした。また、石川歴博所蔵文書調査から、同紙の流通に戸長・副戸長らが関わっていたこと、そして彼らや地方名望家が自ら出資して新聞縦覧所などを設けていたが、しかし、享受の範囲が彼らの範疇にとどまることなどが明らかなった。(これについての論考は、提出・受理済み。来年度刊行)2.史料調査、及びデータ入力(1)国立国会図書館・東京大学明治新聞雑誌文庫・石川県立歴史博物館・山梨県立博物館が所蔵する明治期出版文書、特に明治期地方新聞の営業文書、新聞縦覧所や新聞解話会に関する文書などを中心に、史料書誌調査とデータ入力を行った。(2)京都大学附属図書館所蔵『京都出版史料』の分析とデータ入力。今年度は<本屋の営み>という視点から当該史料を分析した。文書が多岐にわたるため、来年度も引き続き行う。同文書の、書籍の製産現場における分析については、後掲11「説教学全書の製作費用-明治20年代後半、京都の本屋<文栄堂>の史料から-」にて報告した。(1)石川県立図書館所蔵「吉本文庫」及び石川県立歴史博物館所蔵文書の調査を踏まえ、石川県の御用新聞『開化新聞』『石川新聞』の発行部数、流通範囲、享受実態を検証。戸長・副戸長や地方名望家などの関与、及び享受の範囲が彼らの範疇にとどまることなどを明らかにした。(2)銅版草双紙について二点検証。一つは製作費用の問題で、直接的な史料はないものの、京都大学附属図書館所蔵『京都出版史料』を援用しながら、木版印刷より安価にはなりえなかったことを明らかにした。今一つは有り様の問題で、日清戦争期において銅版草双紙が子どもたちに軍人の勇姿を視覚的にすり込むメディアとして機能していたことを指摘した。(3)越後川口の真島家に所蔵されていた和古書の書誌目録。村落の教養を主導する立場にあった家の蔵書構成の典型例として報告した。鈴木俊幸氏との共編。(4)明治初期の山梨県で開催された新聞解話会の実態に関する検証。従来の研究では、(1)新聞解話会の出席率は極めて低く、(2)また出席者も豪農豪商など地域の指導的立場にある人物に限られていたと指摘されてきたが、今回の新たに発見した史料によって各地域の具体的様相を明らかにすることができた。すなわち、(3)出席率は地域によって異なること、(4)その出席率の高さは地場産業の隆盛に支えられていたこと、(5)そうした地域の出席者は、地域民全般におよんでいることなどを明らかにした。

書籍の購入や貸し付けを記録した内部史料は、現在、弘前市立弘前図書館に収蔵されている。基幹研究「十九世紀の出版と流通」研究班が同史料の調査・翻刻をおこない、その成果をここに公表。磯部は、明治29年『記録簿』『会計簿』『書籍貸付簿』の翻刻を担当した。2.前掲「研究発表」(2):文栄堂とは、昭和19年まで活動が確認できる、京都の仏書屋である。その文栄堂の営業文書13点が京都大学附属図書館に収蔵されている。今回は、そのなかの『新本売買明細帳』甲乙を採り上げ、同文書の分析をとおして書籍の品揃え・仕入れ・卸し・小売りの実態を報告。(a)真宗関係の書籍、なかでも安定した需要が見込める『和讃』や『勤行集』などの実用書を積極的に取り扱っていること、(b)つきあいの浅い新興書肆との取り引きは、買い取りではなく「預かり売り」というかたちでおこなわれていたこと、(c)浄土真宗系の仏書屋ではあるが、教義テキストを取り扱うばあいは、真言宗など他宗寺院も取り引きしていたことなどを明らかにした。3.前掲「研究発表」(3):これまでの日清戦争研究において、一枚刷りや紙製玩具のような消耗品が採り上げられるごとはまずなかったといってよいし、街角や絵双紙屋前のざわめきに耳を傾けることもまた、なかったといってよい。本稿は、日清戦争期において、子どもたちがどのような情報環境にあったのかを検証したものである。同時代を生きた人びとの日記や随筆をもとに、子どもの目線からみた学校や絵双紙屋、街の様子など日常の生活空間を再構築し、子どもたちにとっての日清戦争はお気楽な祭りでしかなかったことを裏付けた。
脳内アミノ酸代謝機能の画像診断を目的とした放射性診断薬の開発に関する基礎研究

本研究では、脳内神経伝達物質である,精神疾患との関連が強いドーパミンの生合成前駆体であるドーパに着目し,6-[^<123>I]-L-DOPA(^<123>I-DOPA)の脳のドーパ代謝機能診断薬としての有用性を検討し,以下の成果を得た.1.ドーパの放射性ヨウ素標識は,6-位水銀誘導体を標識原料に用いることにより,簡便に,短時間に終了した.標識体の放射化学的純度は高く,高収率かつ無担体状態(高比放射能)で得られた.2.マウス体内分布実験において,^<125>I-DOPAは,脳へ速やかに高く集積した.一方,血液からの消失は速く,再分布などは見いだされなかった.また,投与後速やかに,尿中に排泄された.3.^<123>I-DOPAの分配係数は低く,脂溶性によって脳内に移行していないことが確かめられた.また,脳内pHと血液pHにおいて,分配係数の違いが観察されなかったことより,pH-shift機構の関与も否定された.4.^<125>I-DOPAは,ラット脳切片へも高く集積し,低温浸盪やウワバインの存在により集積が阻害されることから,エネルギー依存性能動輸送機構によって脳細胞内に移行していることが示された.更に,L-DOPA負荷によりその集積が低下するものの,D-DOPAでは影響が見いだされず,L-体特異的輸送機構であることが確かめられた.5.^<125>I-DOPA投与後のマウス脳に集積した放射能は,大部分が遊離のアミノ酸として存在し,タンパク画分や低分子代謝物画分にほとんど検出されなかった.特に,放射性ヨウ素標識化合物を用いる際に最も問題となる脱ヨウ素化反応に関しては,脳を初めとするどの組織においても高い抵抗性が観察された.以上の結果より,^<123>I-DOPAの脳への集積は,アミノ酸膜能動輸送機構のみを反映していることが明らかとなった.従って,^<123>I-DOPAは脳のドーパ膜輸送機能を選択的に測定し得る放射性診断薬として優れた性質を有する.本研究では、脳内神経伝達物質である,精神疾患との関連が強いドーパミンの生合成前駆体であるドーパに着目し,6-[^<123>I]-L-DOPA(^<123>I-DOPA)の脳のドーパ代謝機能診断薬としての有用性を検討し,以下の成果を得た.1.ドーパの放射性ヨウ素標識は,6-位水銀誘導体を標識原料に用いることにより,簡便に,短時間に終了した.標識体の放射化学的純度は高く,高収率かつ無担体状態(高比放射能)で得られた.2.マウス体内分布実験において,^<125>I-DOPAは,脳へ速やかに高く集積した.一方,血液からの消失は速く,再分布などは見いだされなかった.また,投与後速やかに,尿中に排泄された.3.^<123>I-DOPAの分配係数は低く,脂溶性によって脳内に移行していないことが確かめられた.また,脳内pHと血液pHにおいて,分配係数の違いが観察されなかったことより,pH-shift機構の関与も否定された.4.^<125>I-DOPAは,ラット脳切片へも高く集積し,低温浸盪やウワバインの存在により集積が阻害されることから,エネルギー依存性能動輸送機構によって脳細胞内に移行していることが示された.更に,L-DOPA負荷によりその集積が低下するものの,D-DOPAでは影響が見いだされず,L-体特異的輸送機構であることが確かめられた.5.^<125>I-DOPA投与後のマウス脳に集積した放射能は,大部分が遊離のアミノ酸として存在し,タンパク画分や低分子代謝物画分にほとんど検出されなかった.特に,放射性ヨウ素標識化合物を用いる際に最も問題となる脱ヨウ素化反応に関しては,脳を初めとするどの組織においても高い抵抗性が観察された.以上の結果より,^<123>I-DOPAの脳への集積は,アミノ酸膜能動輸送機構のみを反映していることが明らかとなった.従って,^<123>I-DOPAは脳のドーパ膜輸送機能を選択的に測定し得る放射性診断薬として優れた性質を有する.
ブロックチェーンとIoT機器に最適化した署名技術の開発

近年,「ブロックチェーン」や「IoT機器」の活用に期待が高まっている.しかし,内在する次の2つの問題により,これらはいずれ破綻する恐れがある.1つ目は,生成される署名データ量の肥大化問題であり, 2つ目は,量子コンピュータが実用化された場合の安全性の破綻問題である.これらは共に,使用される署名技術の性能に起因しており,前述の問題を同時に解決できる署名技術は未だ存在していない.そこで本研究では,前述の問題を同時に解決できる「圧縮可能性」(膨大な署名データ量を縮小できること)と「耐量子性」(量子コンピュータからの攻撃に耐えうること)を共に備えた署名技術を新たに開発する.近年,「ブロックチェーン」や「IoT機器」の活用に期待が高まっている.しかし,内在する次の2つの問題により,これらはいずれ破綻する恐れがある.1つ目は,生成される署名データ量の肥大化問題であり, 2つ目は,量子コンピュータが実用化された場合の安全性の破綻問題である.これらは共に,使用される署名技術の性能に起因しており,前述の問題を同時に解決できる署名技術は未だ存在していない.そこで本研究では,前述の問題を同時に解決できる「圧縮可能性」(膨大な署名データ量を縮小できること)と「耐量子性」(量子コンピュータからの攻撃に耐えうること)を共に備えた署名技術を新たに開発する.
非侵襲的脳機能画像法を用いた社会能力発達過程の解明-複数個体間相互作用の定量とその神経基盤の解析

社会能力の正常な獲得過程において順序だてて出現する行動里標に注目し、それらの神経基盤を抽出した。社会的信号に対する選好性である生物感は初期視覚処理を担う領域で表象される事、共感や語用論において心の理論が重要である事、恐れ刺激に対する扁桃体での自動的な神経反応が文化的な同調を受ける事を示した。さらにヒトの向社会行動の誘因の一つである社会報酬が金銭報酬獲得時と同様に報酬系を賦活する事を明らかにした。他者と円滑に付き合う能力を社会能力と呼び、社会生活をおくる上で必須の能力で、言語性・非言語性のコミュニケーション能力を基盤とした高次脳機能と捉えられる。発達期における社会能力の正常な獲得過程を、実証的に解析するとともに、獲得過程における病態を明らかにすることを目的とする。そのために、対面コミュニケーションを含む社会能力の神経基盤およびその発達過程を、行動観察・定量と脳機能イメージングを組み合わせて、乳児から学童、成人にいたるまで一貫して解析する。初年度はその準備として1.乳幼児と大人が参加する共同注視実験を遂行中の、乳幼児ならびに検者の行動をビデオ記録する装置、および近赤外光を用いた非拘束的視線追跡システムを構築した。2.この装置から得られる視線の時系列データを解析するための統計手法の開発を進め、共同注意における実際の視線計測データを用いて、定常状態を仮定せずに(つまり時々刻々の)個体間の相互作用を定量できることが判明した。3.共同注意ならびにその萌芽的な心的過程の神経基盤を描出するため、成人における機能的MRI用の課題設計ならびに機材の整備を進めている。4.社会能力の素過程の神経基盤を成人において確定する。すなわち、誤信念課題により4歳から5歳で通過確認のできる「心の理論」の前段階、萌芽過程として想定されている過程を描出するための実験課題を準備して、現在機能的MRIのデータ収集を行っている。第2年度は、初年度の準備を踏まえて1.2005年に完成した光学的視線計測装置を含む観察システムを用いて共同注意ならびにその萌芽過程を評価するための、社会的随伴性課題を作成し、これにおける視線計測を乳児に対して行った。2.2005年に開発したダイナミック時系列データ解析手法を、近赤外光を用いた光学式動態計測の解析に適用している。また、ダイナミック時系列データ解析手法を機能的MRIに適用し、脳局所間機能連関の評価を行っている3.共同注意の神経基盤を描出するための、2台のMRIによる実験を遂行中である。現在データ解析と、新たな相関解析法の開発とを平行して行っている。4.誤信念課題により4歳から5歳で通過確認のできる「心の理論」の前段階、萌芽過程として想定されている過程について機能的MRIで実行可能な課題を作成し、順次実験を遂行した。高次の心の理論を要すると考えられる皮肉理解の神経基盤を描出した(Uchiyama et al.2006)。現在、小枝により、この課題を元に、5、6歳児の一部と発達障害児に対する脳MRI計測用課題を作成しており、鳥取大学において機能的MRIを実施する予定である。さらに、社会的随伴性と意図検出、自己評価、他者の感情評定における誤信念検出、嘘判断と道徳判断、物語理解における感情移入(共感性)につき実験を遂行している。(1)社会能力の素過程の神経基盤の描出感情理解における文化的同調の影響、自己認知と自己意識、向社会行動の神経基盤を、成人に機能的MRIを適用して解析した。(2)近赤外光をもちいたアイカメラシステムを設計し、福井大学の2台MRI(1.5T,3T)の設置と調整を待って設置し共同注意の神経基盤を描出した。(3)光学的視線計測装置を含む含む観察システムを構築し、共同注意ならびにその萌芽過程を評価するための、実験観察用課題を作成した。これらを用いて、乳児縦断観察を開始した。(4)光学的視線計測装置を用いて小児における友人関係のダイナミックスを統制できる「保育的観察」を作成し、交友関係の形成過程を観察することを開始した。(6)ダイナミック時系列

データ解析手法として、多次元自己回帰モデルを拡張し、視線の相互作用を連続的に評価する方法を開発した。発達期における社会能力の正常な獲得過程を実証的に解析するとともに、獲得過程における病態を明らかにすることを目的とした。まず乳幼児から学童にいたるまで、順序だてて出現する行動里標に注目し、それに反映されている社会能力の素過程の神経基盤を抽出することに注力した。視覚情報について、社会的信号に対する選好性である生物感は初期視覚処理を担う領域で表象されること、共同注意は視線交換に伴う右側前頭領域での「共鳴」を基盤にしていることが明らかとなった。この右側前頭領域は、共感の前提としての自己認知と自己評価を、その異なる領域で表象していることを示した。共感と心の理論の関係について、感情情報を含んだ物語理解に、心の理論の神経基盤が関与していること、また、共感の重要な要素である空間的な他者視点取得は、心の理論の神経基盤の一部である後部帯状回と右側の側頭頭頂接合部で表象されることを示した。さらに語用論において心の理論が重要であることを実証的に示した。共感における文化的同調の影響として、恐れ刺激に対する扁桃体での自動的な神経反応が、文化的な同調を受けることを示した。社会報酬については、ヒトの向社会行動の誘因の一つとして想定し、「他者からの良い評判の獲得」は金銭報酬獲得時と同様に報酬系を賦活させる」という仮説のもと実験を行ったところ、報酬系として知られる線条体の賦活が共通して見られた。この結果は、様々な異なる種類の報酬を比較し、意思決定をする際に必要である「脳内の共通の通貨」の存在を強く支持する。
実験・数値解析による地盤陥没発生機構の解明とその評価手法の開発

地中空洞形成に伴うアーチ機構の発現メカニズム、および地中空洞を有する地盤に対する波動伝播について、模型実験および個別要素法数値解析を用いて研究した。数値解析では小粒径の材料をモデル化する際に膨大な計算時間を要するため、Oakforest-PACSシステムを用いて並列解析を実施した。模型実験では土槽底面に設置したスリットから土砂を吸い出すことで地中空洞形成過程を再現した。乾燥あるいは完全飽和地盤では地中空洞は形成されなかったが、不飽和表層のある場合はサクションの作用により地中空洞およびアーチ機構が形成された。数値解析においても飽和度を入力パラメータとした粒子間付着力モデルを新たに実装し、地盤全体挙動としてのサクション効果について整理した。地中空洞形成に及ぼす粒子形状効果について検討した結果、球形で表面の滑らかなガラスビーズに比べて、珪砂を用いた場合は粒子間かみ合わせ(インターロッキング)効果により安定したアーチ機構が発現した。非球体粒子を用いた場合、インターロッキングと粒子間付着力の相乗効果により安定したアーチの形成が確認された。ただし、礫のような粒径の大きな材料に対するアーチ効果は限定的であった。数値解析の結果においても同様の傾向が確認された。地中空洞を有する地盤に対する波動伝播特性についても研究した。実験では珪砂地盤の地表面から起振し、地中を伝播した弾性波を模型土槽底面で受信した。地中空洞付近における弾性波伝播速度は低下し、さらに高周波成分が減衰した。これは地中空洞が大きくなるほど顕著になった。数値解析の結果、地中空洞近傍の土粒子群はアーチ機構に貢献せずに「ゆるみ」が発生していることが明らかとなり、そのことが上記のような現象の原因になったと推察された。また、空洞天端における弾性波の反射現象、および空洞位置における回折現象が観測された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は模型実験と個別要素法数値解析を用いた研究を実施した。新たに製作した模型土槽を使用し、実寸法の1/10程度の模型地盤に対する土砂流出実験を実施した。ガラスビーズおよび珪砂で作成した地盤の底面中央部に設置したスリットを開口することで土砂流出を再現した。乾燥地盤に対する実験では土砂流出は止まることなく続き、地表面の全体的沈下が確認された。表層に不飽和地盤を有する場合は、アーチ機構が形成されることで地表面に大きな変状は確認されなかったが、再び飽和することで地表面の崩壊的な陥没に至った。模型実験結果のさらなる解釈のために個別要素法数値解析を実施した。剛壁と周期境界を組み合わせた境界を設定し、壁面の影響が十分低下するように模型寸法を設定した。解析に使用した粒子数は100万粒を超え、膨大な解析ステップが必要であったが、Oakforest-PACSシステム上で並列解析を実施することで遂行した。球体粒子を用いた解析では地盤が密なほど土砂流出速度が低下したが、実験で得られたような空洞は形成されず、ガラスビーズ(乾燥)地盤と同様の挙動を示すことを確認した。非球体粒子を用いた解析を実施した結果、粒子間かみ合わせ(インターロッキング)の影響増大による流出性状の変化が確認され、流出が発生しない場合も確認された。流出が発生しない場合の粒子間接触力を可視化した結果、開口部上に形成されたアーチ機構が流出を抑制したことが明らかとなった。しかし、珪砂(乾燥)地盤を用いた実験同様に,地中空洞が保持された状態で安定することはなかった。また、地中空洞を有する地盤の弾性波伝播特性の基礎的な研究として、同地盤材料に対する弾性波伝播実験(要素試験)および同様の個別要素法解析を実施した。弾性波伝播速度および周波数特性に着目して研究を継続する。本研究課題を遂行する中で、土砂流出性状は粒子形状に大きく依存することが明らかとなった。当初の計画では粒子形状の影響を数値解析で検討する予定はなかったが、その重要さから判断し、様々な粒子形状を取り入れた解析を実施中である。また、乾燥状態および完全飽和状態にある地盤では生成した地中空洞が保持されず地表面の崩壊に至ることが確認された。実際の陥没現象の解明を追求するために、不飽和の影響、すなわち粒子間の表面張力を取り入れた数値解析を新たに実施する。これらを受け、当初の研究計画より少し遅れるが、研究完成後に得られる知見は当初予測できたものよりも有益であると考えられる。