hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低次元分子性導体の電子状態の制御に関する理論的研究

分子性導体に加え無機酸化物やグラフェン関連物質で実現しているいわゆる「低次元強相関電子系」の電子状態を様々な理論的手法を用いて調べた。さらに、そのような状態の外場による制御の可能性を探索した。例えば、擬一次元分子性導体TTF[Co(Pc)CN2]2とTTF[Fe(Pc)CN2]2の電気抵抗の大きさの差や磁気抵抗の符号の違いに関して実験を説明する結果を得た。また、強相関電子系を高精度で取り扱うことのできる新たな汎関数くりこみ群法を開発し、それを銅酸化物高温超伝導体とルテニウム酸化物に適用して実験を説明する多くの結果を導いた。擬一次元分子性導体TPP[Co(Pc)(CN)2]2で観測されている正の磁気抵抗効果の理論的考察を行った。この効果は実験結果よりゼーマン効果に起因することが予想される。そのため一次元拡張ハバード模型に外部磁場によるゼーマン効果を取り入れた模型を用いた。理論的研究の第一歩としてこの模型に対して平均場近似を適用してた。この模型は有限温度で磁気秩序を伴わない純粋な電荷状態を示すことが知られているが、外部磁場を増加させるとこの電荷整列の振幅が増加することを見出した。この物質の電気抵抗の原因が電荷秩序揺らぎであると考えられるため、この結果は上に述べた正の磁気抵抗効果を定性的に説明する。さらにこの理論を交替磁場がある場合へと拡張し、交替磁場によっても電荷秩序が増強されることがわかった。ルテニウム酸化物や鉄系超伝導体の「電子ネマティック相」に動機づけられて、2次元多軌道繰り込み群を開発し2次元(dxz,dyz)-軌道Hubbard模型の解析を行った。電子ネマティック相は、特に鉄系超伝導体では超伝導相に近接して実現するため、超伝導発現機構を解明する鍵として注目されている。これまでのRPAによる解析からは、電子ネマティック状態を再現することができず、その機構の解明はなされていなかった。本研究では、RPAで無視されてきた「バーテックス補正効果」を系統的に取り入れることのできる繰り込み群法を2次元多軌道系に拡張し、さらに、高エネルギー散乱効果についてRPAによる補正を取り込んだ新たな繰り込み群の手法の開発を行った。これにより、軌道感受率の高精度な計算を可能にし、強的軌道揺らぎの発達が見出された。摂動論的考察をあわせて行い、Aslamazov-Larkin型のバーテックス補正を通して、スピン揺らぎあるいは超伝導揺らぎが強的軌道揺らぎを増強し、電子ネマティック相を実現させることを明らかにした。局在スピンを含む擬一次元分子性導体TPP[Fe(Pc)(CN)2]2(以下Fe塩と省略)の輸送特性に関して理論的考察を行った。局在スピンを含まない類似物質TPP[Co(Pc)(CN)2]2(Co塩と省略)で電荷秩序が発見されていることから、これらの物質群の電気抵抗の主な原因は電荷秩序もしくはその揺らぎであると考えられている。これまでの実験で得られている結果は以下のとおりである。1Fe塩はCo塩に比べ大きな電気抵抗を持つ。2Co塩は正の磁気抵抗を示すのに対して、Fe塩の磁気抵抗は負となっている。Fe塩の性質を記述する模型である「1次元拡張ハバード模型+局在スピンと電子との相互作用+局在スピン間の相互作用+外部磁場の局在スピンおよび電子系との相互作用」を平均場近似で取り扱い、上記の実験結果を説明できる結果を得た。また、ルテニウム酸化物SrR2O4におけるトリプレット超伝導の起源を明らかにするため、前年度に開発した2次元汎関数繰り込み群法(RG+cRPA法)による解析を行った。乱雑位相近似で無視されてきたバーテックス補正効果により、(α、β)面由来の波数Qでの強いスピン揺らぎが、波数2Qの軌道揺らぎを増大させることを明らかにした。さらに超伝導感受率を解析し、「軌道揺らぎとスピン揺らぎの協同効果によるトリプレット超伝導」が実現することを明らかにした。これはルテニウム酸化物におけるトリプレット超伝導の発現機構の新たなシナリオを提唱するものである。フラーレン分子が一次元的に重合した構造を持つ擬一次元電子系フラーレンポリマーにおける電子相関効果を考察した。この物質は、カーボンナノチューブの表面に周期的な凹凸構造が現れている物質とみなすことができる。第一原理計算によって得られたバンド構造に対して電子間相互作用を取り入れ、その模型をボソン化法で取り扱い、フェルミエネルギー近傍の状態密度のエネルギー依存性や温度依存性を調べた。フラーレンポリマーでは、類似物質であるカーボンナノチューブ同様、いわゆる朝永-ラティンジャー液体状態が実現し、上記の依存性に相互作用に依存したべき依存性が現れることがわかった。また、そのべきの大きさはカーボンナノチューブに比べ大きくなることがわかった。これらの結論は光電子分光実験によって得られた結果を説明する。近年の銅酸化物高温超伝導体における実験技術の進展により、電荷密度波(CDW)状態の直接観測に成功し、長年未解明であった擬ギャップ領域の電子状態の解明に向けて大きな注目を集めている。これまでに銅酸化物高温超伝導体のモデルにおけるCDW状態の理論解析が数多く存在するが、いずれも実験で得られたCDW状態を再現できずにいた。本年度では、これまでに開発してきたRG+cRPA法を銅酸化物高温超伝導体の2次元d-pモデルに適用し、様々な電荷感受率の解析を行った。

その結果、Aslamazov-Larkin型のバーテックス補正を通してスピン自由度と電荷自由度が強く結合することを明らかにし、スピン揺らぎが強い領域において、実験結果とコンシステントなCDW状態を理論的に再現することに初めて成功した。フラーレン分子が重合してできた新しい擬一次元伝導体フラーレンポリマーに関して、電子相関効果を明らかにするとともに、関連物質との定量的な相違について議論することができた。研究分担者が開発したRG+cRPA法を二次元dp模型に適用することにより、銅酸化物高温超伝導体で観測されているCDW状態を初めて再現することができた。この結果は銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ領域の電子状態の解明における大きな進歩である。位相ハミルトニアンを半古典的に取り扱って、1次元中性ーイオン性転移系の基底状態における相の競合と各々の相における低エネルギー励起を理論的に考察した。基底状態としては、中性相、強誘電イオン性相、常誘電イオン性相が出現可能となり、それらの相境界は1次転移となることがわかった。また、各々の相におけるソリトン励起や相境界近傍で出現するドメインウォール励起の性質および励起エネルギーを詳細に検討した。得られた結果は分子性固体TTF-CAの電気抵抗の圧力依存性などを説明することがわかった。最近合成に成功した有機K4結晶の電子状態を調べるため、K4炭素結晶のバンド構造を強束縛近似に基づいて詳細に調べた。その結果、Γ点上において3つのバンドが1点で交わるS=1 Dirac点が存在することを見出した。また、スピン軌道相互作用を導入した際には、この系に空間反転対称が無いことに起因してバンドの縮退が解け、S=1のDirac点が2次元表現のΓ7点と4次元表現のΓ8点に分裂し、特にΓ8点は4つのバンドが1点で線形に交わるS=3/2 Weyl点として記述されることを見出した。凝縮系や分子系における電子状態を第一原理的に計算する代表的手法のひとつが密度汎関数法(DFT)であるが、従来のDFTでは、Kohn-Sham法に基づいて、対象とする現実の系を「相互作用のない仮想的な系」にマップすることにより具体的解析を可能にする。しかしながらこの手法では、交換相関ポテンシャルを適切に求めることが困難であることが知られており、いくつかの近似式が用いられているが、それらは特に強相関領域では適切でない。我々は、最近提案された新しいDFTの枠組みであるsite-occupation embedding theoryを発展させるため、具体的に少数サイトのHubbard模型に適用し、その有効性を確認した。分子性導体に加え無機酸化物やグラフェン関連物質で実現しているいわゆる「低次元強相関電子系」の電子状態を様々な理論的手法を用いて調べた。さらに、そのような状態の外場による制御の可能性を探索した。例えば、擬一次元分子性導体TTF[Co(Pc)CN2]2とTTF[Fe(Pc)CN2]2の電気抵抗の大きさの差や磁気抵抗の符号の違いに関して実験を説明する結果を得た。また、強相関電子系を高精度で取り扱うことのできる新たな汎関数くりこみ群法を開発し、それを銅酸化物高温超伝導体とルテニウム酸化物に適用して実験を説明する多くの結果を導いた。局在スピン系と相互作用する擬一次元分子性導体TPP[Fe(Pc)(CN)
各種ブラズマによるアモルファスダイヤモンド膜の合成と評価

我々は、各種プラズマを用いたダイヤモンド状炭素膜の合成においてDCバイアスの印加が有効であることを明らかにして来たが、本研究ではこのDCバイアスを印加したECRプラズマCVDにおいて、雰囲気ガスの影響(水素およびアルゴン)を明らかにすると共に、析出速度の向上のため、原料ガスの導入方法の検討も行った。ECRプラズマCVD装置を用い、原料ガスとしてメタン、添加ガスとして水素、アルゴンを用いた。印加バイアス効果の検討のため、印加バイアスを0ー-300Vに変化させ、それぞれの条件下で作製された膜の析出速度、硬さ、ラマンスペクトルなどの測定を行った。得られた膜のラマンスペクトルは、印加バイアスで0,-100,-200では強い蛍光が観測されたので、水素を多く含んだ有機高分子に近い構造をしているものと考えられる。-300Vでは1550cm_<-1>の付近を中心とし、1400cm_<-1>近付にショルダ-バンドを有するダイヤモンド状炭素膜特有のブロ-ドなピ-クが観測された。印加バイアスを増加すると、プラズマ中の反応活性種の増加や基板方向へのイオン衝撃が促進されるため、高印加バイアスでは、硬いダイヤモンド状炭素膜が生成されるとともに、析出速度の増加が起こったと考えられる。膜の析出速度は、添加ガスが水素のみの時が最も速く、最大で60nimin_<-1>程度であったが、アルゴンの添加量の増加にともない10nmmin_<-1>に低下した。ビッカ-ス硬さは、添加ガスがアルゴンのみの時は低印加バイアスで硬度が急激に増加したが、水素の添加量の増加にともない、硬度の増加する点が高印加バイアス側にシフトした。これは、アルゴンイオンの衝撃エネルギ-方が大きいため、低印加バイアスでも早く効果が現れるものと考えられる。更に、ガス導入方法の検討により100nmmin_<-1>程度まで析出速度の向上が可能であることも判明した。
肺腺癌におけるCADM1過剰発現による悪性形質獲得機構の解明

我々は、高悪性度の浸潤腺癌の中に腫瘍抑制遺伝子CADM1を過剰発現する群があることに着目した。CADM1陽性の肺腺癌細胞株は、気管支上皮マーカーの発現が低く、RAPGEF2を共発現する。RAPGEF2のノックダウン実験により、RAPGEF2がCADM1による腫瘍抑制効果を低下させ、RAP1を介した癌細胞のMigrationを促進することが示された。原発性肺腺癌140例の解析結果から、CADM1陽性例で特徴的に、RAPGEF2の高発現が、気管支上皮マーカーの発現低下と予後不良に関与し、RAPGEF2がCADM1陽性の高悪性度肺腺癌の悪性形質獲得に関わることが示唆された。肺腺癌40株のDNAマイクロアレイのデータをもとに、CADM1遺伝子発現を比較したところ、40株中31株でCADM1の発現はほぼなかったが、意外なことに、CADM1の過剰発現は、「気管支上皮型」(9%(2/22))よりも、EMT形質を有する「非気管支上皮型」(39%(7/18))で高頻度にみられた。CADM1は肺腺癌において腫瘍抑制遺伝子と考えられてきたが、「非気管支上皮型」の中のある一群は、ATLと同様に、CADM1をうまく利用して腫瘍促進に働くのではないか、との考察に至った。肺腺癌細胞株40株のDNAマイクロアレイのデータをもとに、CADM1発現と相関性の高い遺伝子を検討した結果、RAS-associated protein (RAP)のグアニン・ヌクレオチド交換因子(GEF)であるRAPGEF2が抽出された。RAPGEF2は、ATLにおけるTiam-1と同じくType II PDZドメインを有する事から、CADM1と結合することで腫瘍促進に働く可能性が示唆された。我々は、western blotting法で、12株の肺腺癌細胞株において、タンパクレベルにおいて。CADM1とRAPGEF2の発現が相関することを確認した。また、H522やH1838等の細胞株を用いて、IP assayにより、RAPGEF2とCADM1が複合体を形成していることを確認し、さらに、Immunocytochemistryによって、RAPGEF2とCADM1の共局在を確認した。肺腺癌症例160例を用いた検討では、RAPGEF2とCADM1の免疫染色を施行したところ、RAPGEF2とCADM1の発現は、細胞株と異なり、逆相関することがわかった。ただし、CADM1陰性例においては、RAPGEF2陽性例(13例)、陰性例(35例)で予後に差はみられなかったが、一方、CADM1陽性症例において、RAPGEF2陰性例(78例)は予後良好であるのに対し、RAPGEF2陽性例(8例)はCADM1陰性例よりも予後不良であり、RAPGEF2とCADM1の共発現によって、悪性形質を獲得する可能性が示唆された。また、我々は肺腺癌のEMTに関わるヒストンメチル化酵素としてPRMT5を同定し、細胞株、肺腺癌組織検体を用いて検討した。原発性肺腺癌において、CADM1は腫瘍抑制因子として知られ、上皮内腺癌成分では発現は保たれているが、浸潤巣ではCADM1の欠如が認められ、かつ、TTF-1,CK7, MUC1などの気管支上皮マーカーとCADM1との間に有意な相関性も認められている。しかし、肺腺癌細胞株40株での遺伝子発現を比較したところ、CADM1の高発現を示す細胞株は、むしろ、間葉系の性質を有し、気管支上皮マーカーの発現が失われたものが多く、原発性肺腺癌での結果と大きく食い違った。細胞株として樹立しうるような高悪性度な浸潤性腺癌の中に、例外的にCADM1を高発現している一群が存在する可能性が示唆された。40株の肺線癌細胞株の遺伝子発現データをもとに、CADM1の発現と相関性の高い遺伝子を抽出し、その中で、RAP1のGEFであるRAPGEF2に着目し、CADM1を高発現する肺腺癌における、その役割について検討した。RAPGEF2,CADM1を高発現する肺腺癌細胞株H1838を用いて、CADM1, RAPGEF2に対するSiRNAを使い、RAP1 activity assay、Transwell migration assayをおこなった。その結果、RAPGEF2はRAP1活性と癌の浸潤能を促進することがわかった。また、RAPGEF2の発現がない場合、CADM1は癌のRAP1活性や浸潤能を抑制するが、RAPGEF2存在下では、CADM1はRAP1活性も浸潤能も抑制できないことがわかった。原発性肺腺癌症例を用いて、RAPGEF2,CADM1の免疫染色を行ったところ、RAPGEF2陽性、CADM1陽性の肺腺癌は低分化腺癌であり、予後不良な一群であることが示された。CADM1は肺腺癌の重要な腫瘍抑制遺伝子であり、EMTを抑制し、上皮内腺癌では発現が保たれ、浸潤癌では発現は失われる。肺腺癌40株のマイクロアレイのデータをもとに、CADM1遺伝子発現を比較したところ、40株中31株でCADM

1の発現はほぼなかったが、意外なことに、CADM1の過剰発現は、「気管支上皮型」(9%(2/22))よりも、EMT形質を有する「非気管支上皮型」(39%(7/18))で高頻度にみられた。細胞株として樹立されるような高悪性度な肺腺癌でCADM1発現を保っている原因を追求した。肺腺癌細胞株40株のマイクロアレイのデータをもとに、CADM1発現と相関性の高い遺伝子を検討した結果、RAS-associated protein (RAP)のグアニン・ヌクレオチド交換因子(GEF)であるRAPGEF2がCADM1陽性肺腺癌細胞株で高発現していることが分かった。肺腺癌細胞株H1838を用いて、SiRNAによるCADM1, RAPGEF2のノックダウン、RAP1活性アッセイ、Transwell migration assayを行った。RAPGEF2のノックダウンによって、RAP1の活性は抑制され、かつ、細胞株のMigrationが抑制されるが、RAPGEF2とCADM1を同時にノックアウトすると、RAP1の活性と細胞株のMigrationが回復することがわかった。以上のことから、CADM1はRAP1を抑制することで腫瘍抑制的に働くのに対し、RAPGEF2はCADM1によるRAP1抑制能を抑制することが考えられた。原発性肺腺癌症例133例のCADM1、RAPGEF2の染色を行ったところ、CADM1陰性症例ではRAPGEF2の発現の有無は予後に差がないが、CADM1陽性例ではRAPGEF2の発現が低いと予後不良であり、細胞株の結果と矛盾しない結果であった。Adult T-cell leukemiaにおいて、CADM1とTIAM1(RACのGef)との結合により悪性形質を獲得することが報告されている。同様に、ある種の高悪性度の肺腺癌では、CADM1は、RAPGEF2と結合することで、CADM1そのものが、Maiglnant progressionを促すのではないか、との仮説ではじめた研究であったが、実際には、細胞株を使ったSiRNAによるノックダウン実験では、CADM1は腫瘍抑制的に働くことが示され、その点は予測とは異なるものであった。しかしながら、CADM1がRAP1活性を抑制すること、さらに、RAPGEF2がCADM1によるRAP1活性抑制を抑えることなど、新たな知見も得られ、原発性肺腺癌の免疫染色の結果も、矛盾しない結果であり、おおむね順調に進展したと考えている。我々は、高悪性度の浸潤腺癌の中に腫瘍抑制遺伝子CADM1を過剰発現する群があることに着目した。CADM1陽性の肺腺癌細胞株は、気管支上皮マーカーの発現が低く、RAPGEF2を共発現する。RAPGEF2のノックダウン実験により、RAPGEF2がCADM1による腫瘍抑制効果を低下させ、RAP1を介した癌細胞のMigrationを促進することが示された。原発性肺腺癌140例の解析結果から、CADM1陽性例で特徴的に、RAPGEF2の高発現が、気管支上皮マーカーの発現低下と予後不良に関与し、RAPGEF2がCADM1陽性の高悪性度肺腺癌の悪性形質獲得に関わることが示唆された。原発性肺線癌細胞株40株の遺伝子発現データをもとに、CADM1と相関する遺伝子として着目したRAPGEF2の役割が、細胞株を使った実験で明らかにされつつあり、かつ、原発性肺腺癌症例の免疫組織化学的な解析の結果も、細胞株の実験結果とおおむね一致するものであったから。肺癌において、CADM
自然体験が心理的健康および自然観に与える効果に関する研究

1999年度から2001年度まで、自然体験の効果を評価するための尺度構成およびその妥当性・信頼性の検討のためにサンプル数の増加を図った。そして、これまで1日または1泊2日程度の短期キャンプ6件、1・2週間から1ヶ月程度の中・長期キャンプ10件(文部科学省委嘱事業「子ども長期自然体験村」3件を含む)で調査を行った。内容は自然体験・生活体験、感覚・感性、気分、達成感・充実感、白尊感情、思いやり、自然観などの変化についてであった。十分なサンプル数がそろった(655名分)ので、因子分析により項目の縮約・妥当性の検討を行った。そして、テーマである自然観については10因子を確認した。結果については、キャンプ中に自然体験や生活体験が増加し、感覚・感性、達成感・充実感、自尊感情、思いやり、自然観などがポジティブな方向に変化していた。しかし、気分について短期キャンプでは、緊張・不安、怒り・敵意、疲労感がキャンプ中減少したが、長期キャンプでは不変化またはやや増加傾向にあることが見いだされた。これらは長期に渡るキャンプでの対人関係に起因するものかもしれない。ここでは、紙幅の関係で詳しい結果は記述しきれないが、学会発表・論文等で報告していく所存である。なお、分析は未だ継続中であり、例えば、どのような体験がどのような自然観に影響を与えるかなど、最終的にはこれら諸特性間の相関関係や因果関係を特定していくつもりである。また、そのうち1件(平成12年度文部科学省委嘱事業小国町子ども長期自然体験村)ではキャンプ解散3ヶ月後の時点で、キャンプ中の変化が維持されるかどうかの長期的効果の検討も行った。その結果、自然体験・生活体験、感覚・感性、達成感・充実感、気分などについてはキャンプ中の効果が維持されないことが確認された。しかし、その一部である自尊感情、思いやり、自然観については3ヶ月後も維持されており、長期的な効果をもつことが見いだされた。さらに、新人看護職研修会(3件)への応用を試み、キャンプではないが1日自然体験によるリラクセーション効果や人間関係訓練の可能性を検討し、一定の成果をあげている。その他、医学教育への導入を図り、平成12・13年度(2件)大分医科大学集中講義「環境人間学」として、医学部医学科1年生に3日間実施し、参加学生の自然観や医療観や健康観の変化についても併せて検討しているところである。また、ここまででキャンプによりある自然観が変化することが確認された。キャンプの1つの目的は、将来子どもたちの環境配慮実行行動へとつなげていくことであるが、自然観と環境配慮行動との関係が判明していない。そこで、まず手始めに大学生を用いてこれら自然観と環境配慮行動との関係についても検討し始めている。1999年度は、まず児童用の生活体験、自然体験、自然観、感性、達成感、キャンププログラム評価尺度を独自に考案・構成した。そして、これらおよび他の尺度を用いて、現在まで1件の社会人新人研修会、3件の長期(2週間)自然体験キャンプ(文部省委嘱事業自然体験村小学生5・6年生対象合計142名)において自然体験前後に調査用紙を配布・回収することで、データ収集を行った。現在データ入力・分析中であり詳細な報告はできないが、中間報告として大分県玖珠町長期自然体験村の結果の一部について述べておく。自然体験前後で5段階尺度得点の平均値の差が有為(5%水準)であった項目を中心に考察した。第1に、自然体験・生活体験では、「夜空いっぱいに輝(かがや)く星をゆっくり見た」「自然の川で泳いだ」「野鳥を見たり、なく声を聞いた」「自分で食事を作った」「ナイフや包丁で果実の皮をむいたり、野菜を切った」「弱いものいじめやケンカをやめさせたり、注意した」「道路や公園などに捨てられているゴミを拾ったりした」「農作業を手伝った」「童話や昔話を聞いた」といった項目で増加していることがわかった。この結果は、調査対象とした「自然体験村」がいわゆる実験(介入)操作が有効であったことを示唆するものであり、また、現代の子どもたちにとって貧弱になったといわれる原体験や生活体験そして人間関係体験を「自然体験村」が増やす働きを持っていることもわかった。第2に、感性、達成感、自尊感情、自然観などに関わる項目、すなわち「感動する」「不思議だなー」「悲しいなー」「ぞっとするなー」「生きることは楽しい」「自分はすごい」「自分はよくやった」「自分はやさしい人間だと思う」「自分はいろいろな自然とつながっている」「自然のなかにいるとここちよい」「死ぬと自然に還ると思う」「空気にも味があると思う」「自然ってすごいなーと思う」といった項目で尺度得点が増加していた。2000年度は、1999年度の成果をふまえて、自然体験の効果を評価するための尺度構成およびその妥当性・信頼性の検討のためにサンプル数の増加を図った。そして、これまで1日または1泊2日程度の短期キャンプ2件、1・2週間程度の中・長期キャンプ5件で前年度と同様の質問項目および追加した項目を用いて、自然体験・生活体験、感覚・感性、気分、達成感・充実感、自尊感情、思いやり、自然観などの変化について調査を行った。現在までの所、各質問項目毎の分析であるが、ある程度サンプル数がそろったところで、項目の縮約を行いたい。

結果については、おおむね前年度と同様の効果を確認した。すなわち、キャンプ中に自然体験や生活体験が増加し、感覚・感性、達成感・充実感、自尊感情、思いやり、自然観などがポジティブな方向に変化していた。しかし、気分について短期キャンプでは、緊張・不安、怒り・敵意、疲労感がキャンプ中減少したが、長期キャンプでは不変化またはやや増加傾向にあることが見いだされた。これらは長期に渡るキャンプでの対人関係に起因するものかもしれない。また、そのうち1件(平成12年度文部科学省委嘱事業小国町子ども長期自然体験村)ではキャンプ解散3ヶ月後の時点で、キャンプ中の変化が維持されるかどうかの長期的効果の検討も行った。その結果、自然体験・生活体験、感覚・感性、達成感・充実感、気分などについてはキャンプ中の効果が維持されないことが確認された。しかし、自尊感情、思いやり、自然観については3ヶ月後も維持されており、長期的な効果をもつことが見いだされた。さらに、新人看護職研修会への応用を試み、キャンプではないが1日自然体験によるリラクセーション効果や人間関係訓練の可能性を検討し、一定の成果をあげている。その他、医学教育への導入を図り、平成12年度大分医科大学集中講義「環境人間学」として、医学部医学科1年生に3日間実施し、参加学生の自然観や医療観や健康観の変化についても併せて検討しているところである。1999年度から2001年度まで、自然体験の効果を評価するための尺度構成およびその妥当性・信頼性の検討のためにサンプル数の増加を図った。そして、これまで1日または1泊2日程度の短期キャンプ6件、1・2週間から1ヶ月程度の中・長期キャンプ10件(文部科学省委嘱事業「子ども長期自然体験村」3件を含む)で調査を行った。内容は自然体験・生活体験、感覚・感性、気分、達成感・充実感、白尊感情、思いやり、自然観などの変化についてであった。十分なサンプル数がそろった(655名分)ので、因子分析により項目の縮約・妥当性の検討を行った。そして、テーマである自然観については10因子を確認した。結果については、キャンプ中に自然体験や生活体験が増加し、感覚・感性、達成感・充実感、自尊感情、思いやり、自然観などがポジティブな方向に変化していた。ここでは、紙幅の関係で詳しい結果は記述しきれないが、学会発表・論文等で報告していく所存である。なお、分析は未だ継続中であり、例えば、どのような体験がどのような自然観に影響を与えるかなど、最終的にはこれら諸特性間の相関関係や因果関係を特定していくつもりである。
日本における高エネルギー物理学研究者集団の成立過程

加速器を用いる素粒子研究である高エネルギー物理学は巨大科学の典型と言われている。巨大装置を建設し運転するには、巨額の予算だけでなく研究を支える大きな研究者集団が必要である。最先端からはるかに遅れていた日本では、研究を開始するにあたり最初から国際的な規模の計画を進めることが必要であり、計画の策定と研究者集団の創設が同時に進行することとなった。通常であれば小規模な研究から自然発生的に研究者集団ができあがるのであるが、このような「不自然」な研究者集団の形成過程は、巨大科学の特徴からくるものである。日本において高エネルギー物理学研究者集団が成立した経緯を明らかにし、そのための条件を明らかにした。2013年度には、名古屋大学坂田記念史料室の資料を中心に調査を進めた。同室に保存されている核物理特別委員会(核特委)の資料、特に議事録を利用して、高エネルギー(HEP)研究者集団が核特委の委員選出枠を獲得することに関する議論を追い、従来考えられてきたように既存研究者グループが抵抗するなかで、HEP集団が委員選出枠を獲得したわけではなく、むしろ、既存のグループとしてはHEP集団を核特委の枠組みに囲い込み、コントロールを強めようという意図もあった可能性が見えてきた。この点は核特委側の将来計画に対する考え方の根幹に関わるものであり、本研究課題の中心として集中的に検討する可能性が高くなった。なお、この成果に関しては日本物理学会年会で報告を行った。(平田光司。高岩義信「坂田史料に見る原子核特別委員会と高エネルギー同好会」2014年3月28日)また、HEP集団が実質的な力を獲得する上での原子核研究所(核研)電子シンクロトロン(ES)の完成と利用が大きな役割を果たした可能性も見えてきた。核研高エネルギー部についての資料は高エネルギー加速器研究機構史料室にあるが、まだ、整理が進んでいないので、この点から整理に協力しつつ、研究を進める可能性が出てきた。2014年度には高エネルギー同好会設立時に若手であった4名の研究者にインタビューを行った。フォーラムとして出発した高エネルギー同好会が「制度」として確立されるにあたって、核研電子シンクロトロンの完成とその利用開始(1962)が重要な役割を果たしていたことが明らかになった。また、1968年に学術審議会から提案のあった1/4縮小案の受け入れは、高エネルギー研究者集団にとって「苦渋の選択」であっただけでなく、一方では、将来計画から宇宙線分野を切り離すことにつながり、高エネルギー研究が独自の成長路線に邁進できるようになった点で研究者集団の自立につながった経緯もほぼ明らかになった。これらの成果は日本物理学会で発表された(文末参照)。またインタビューおよび文献調査を通じて、1960年代におけるプラズマ核融合、天体核、X線天文学などの核物理学関係の新分野形成も高エネルギー物理学研究者集団の形成とぽぼ同時期に起きていること、それが宇宙線研究の構造変革を内側から促したことがほぼ明らかとなった。これによって宇宙線の研究は素粒子の研究から宇宙の研究へと変質したと考えることができる。これが高エネルギー研究者集団の自立に関するアカデミックな面での推進力となったという作業仮説のもとに、次のステップの研究に進んだ。日本物理学会における発表:高岩義信、平田光司「高エネルギー物理学研究者コミュニティ形成に原子核研究所・電子シンクロトロンが果たした役割」(2014然秋)、高岩義信、平田光司「1962年学術会議勧告「原子核研究将来計画」素粒子研究所の建設地選定の経緯」(2015春)。2015年度には2014年度に行ったインタビューの整理を進め、同時に成果のとりまとめを開始、国内外の会議で発表した。学会発表を通じて得られた批判、意見も参考に論文執筆を行ない、ほぼ完成した。高エネルギー研究者集団の成立にあたっては、(1)学術会議による原子核将来計画の勧告、(2)原子核研究所における電子シンクロトロンの完成と共同利用の開始に加えて、科研費総合研究班「加速器を中心とした高エネルギー物理学」の活動が鍵となっていたことが明確になった。また、新たに形成された高エネルギー研究者集団が学術会議、文部省との交渉における実務者集団として登場したことによって、将来計画の実現が進み、高エネルギー物理学研究所の創設にすすむことが可能となった経緯も明らかとなった。研究目的であった3つのポイントのそれぞれがほぼ達成され、成果として論文執筆に進んでいる。1)高エネルギー研究者集団の成立に関する歴史的な理解をほぼ完成させた。2)コミュニティーの基盤形成の重要ファクターとして想定されたいくつかのポイントについて、ほぼ検討が済んだ。原子核研究所に電子シンクロトロンが完成しその共同利用が始まったことによって後継者養成システムが成立し、原子核将来計画の推進を担う研究者集団も実質化したことが判明した。3)この研究者集団が核物理特別委員会においても存在感をまし、同時に文部省との交渉も担うことによって、将来計画の当事者となったことが判明した。高エネルギー物理学という国際的に立ち後れていた巨大科学の分野で、研究者集団を育てながら分野の立ち上げも行う、という難しいプロセスが文部省、学術会議、研究者集団という三者の相互作用を通じて、結果的に達成された過程を明らかにした。このプロセスが1960年代の初期に萌芽的に開始されたことを示す論文を執筆中である。2016年度には、それまでの成果の一部をとりまとめて学会発表を行い、学術論文として執筆した。

日本の高エネルギー研究者集団の形成にとって(1)原子核将来計画の存在、2)東京大学原子核研究所における電子シンクロトロンの完成と運用の開始、の二点が重要なポイントであることは昨年度までの研究で明らかとなっていたが、そこに3)研究者集団の意思決定機構の確立が重要であることを明らかにし、論文「日本の高エネルギー研究者集団の形成における科研費総合研究宮本班の役割」(著者は研究代表者および分担者)としてまとめた。原稿を日本科学史学会の会誌「科学史研究」に投稿した。投稿は2016年6月だったが、編集部からの返答に時間がかかり、掲載決定は年度内の2017年2月となったが、掲載は2017年4月号になった。本課題による研究の中心となる「発見」としては、研究者集団が形成され、持続的に発展する上での条件として、上記1)から3)を条件とする「研究サイクル」の存在を示し、その実例として高エネルギー研究者集団の形成を示したことがある。科研費総合研究宮本班の活動を通して、この条件が確立したものである。その後、この集団は研究の持続を最上の目的として集団で行動することになったと考えられるが、その活動については、この論文では簡単にしか触れられなかった。集団のこのような動きについての詳細、また、他の様々な分野における「研究サイクル」の有り様については、今後の研究課題となった。高エネルギー研究者集団と学術会議原子核特別委員会の既存のグループとの関係についても、さらに踏み込んだ研究が必要であるが、上記「発見」によって得られた視点を軸にさらに作業を進めることができる。加速器を用いる素粒子研究である高エネルギー物理学は巨大科学の典型と言われている。巨大装置を建設し運転するには、巨額の予算だけでなく研究を支える大きな研究者集団が必要である。最先端からはるかに遅れていた日本では、研究を開始するにあたり最初から国際的な規模の計画を進めることが必要であり、計画の策定と研究者集団の創設が同時に進行することとなった。通常であれば小規模な研究から自然発生的に研究者集団ができあがるのであるが、このような「不自然」な研究者集団の形成過程は、巨大科学の特徴からくるものである。日本において高エネルギー物理学研究者集団が成立した経緯を明らかにし、そのための条件を明らかにした。研究目的であった3つのポイントのそれぞれがほぼ達成される見込みである。1)高エネルギー研究者集団の成立に関する歴史的な理解をほぼ完成させた。2)コミュニティーの基盤形成の重要ファクターとして想定されたいくつかのポイントについて、ほぼ検討が済んだ。後継者養成システムについては高エネルギー物理学研究所(KEK)における受託学生制度、夏の学校の開催などの他に、主要な大学における講座新設もあったことが重要である。共有資産としてKEKが半永久的な「基地」となった。意思決定機構も高エネルギー委員会における議論が実質的なものとなり、さらにKEKにおける運営協議会などの基盤的な仕組みが完成した。学術会議や文部省など各セクターとの相互作用がコミュニティー形成に果たした役割については2015年度の課題である。3)隣接諸分野との比較としてHEP研究者集団とほぼ同時期に形成された巨大科学・技術(核融合、宇宙、原子力など)との比較について、検討を始めることができた。
アルジェリア及びチュニジアに対する欧州近隣政策-非対称地域協力の政治過程-

本研究では、欧州・地中海パートナーシップを事例に、地域統合組織(EU)と第三国各国(アルジェリアやチュニジア)という非対称なアクター間の地域協力関係について分析した。同事例では、(政治力の大きな)EUによる一方的なEU化が推進されているわけではなく、むしろ同パートナーシップの枠組みのもとで対話が促進されており、非対称地域協力は第三国の側にとっても有意義な国際レジームとなっていると評価することができる。本研究は、アルジェリア及びチュニジアに対するEUの近隣政策に着目し、非対称な政治アクター間における地域協力・国際関係について考察することを目的としている。今年度は、関連文献調査を進めるとともに、現地での聞き取り調査を行った。今年度の調査概要は以下の通り。第一に、本邦にて欧州近隣政策及び欧州・地中海パートナーシップに関する資料を収集・調査した。「非対称地域協力」に関する理論的研究については、引き続き関連文献調査を進め、整理を行っているところである。第二に、アルジェリア及びチュニジアの最近の政治経済状況や今後の見通しについて、現地にて聞き取り調査を行った。特に、2011年1月に「ジャスミン革命」があったチュニジアでは、政変後の経済状況について関係機関から聞き取り調査を行い、加えて革命のきっかけとなった中部シディブジドや南部の地方都市を回り、革命後の社会経済状況の変化について調査した。なお、現地調査の成果の一部は、中部大学紀要等にて発表予定である。第三に、アルジェリアおよびチュニジア経済との比較の視点から、2004年にEUに加盟したマルタ共和国の経済開発の状況について関連文献調査および現地調査を行った。特に、チュニジアとマルタの1990年以降の経済開発や対EU経済関係を調査することで、EUに加盟して内部からEU諸国と経済関係を強化するマルタと、関税自由化を進めて外部からEU諸国と経済関係を強化するチュニジアとを比較し、「非対称地域協力」の特質の一端を明らかにすることを目指している。上記の比較経済研究については調査内容を整理し、成果をまとめているところである。本研究では、1995年以来、欧州・地中海パートナーシップ(バルセロナ・プロセス)の枠組みで進められてきたEUの地中海近隣国に対する政策について、特にアルジェリアとチュニジアを事例に地域統合組織(EU)と第三国各国という非対称なアクター間の協力関係構築の政治過程を分析することを目的とした。調査は、関連文献調査と現地での聞き取り調査を行った。EUと地中海諸国各国は、バルセロナ・プロセスの一環として欧州地中海連合協定を締結し、その実践にあたっている。同協定は、自由貿易圏の創出という側面のみ注目されることが多いが、そもそもバルセロナ・プロセスは政治・経済・社会面に及ぶ包括的パートナーシップを指向しており、その目的はEUによる近隣諸国すなわち地中海諸国への「EU化」と見なしうる。例えば、2000年以降市場開放政策をとっていたアルジェリアが、国内産業の不振に直面し、2009年以降、外国投資規制を行うなど保護主義政策に転換した際には、EUが連合協定違反であるとしてアルジェリア政府を批判した。ただし、地中海諸国側も単にEU側の要求を受け入れるというわけではない。アルジェリアのケースでは、結局、EUは建前上は政策転換を批判しつつも、実際にはEU各国がアルジェリアの法制度の下で積極的に企業活動を展開した。その背景には同国のエネルギー資源における潜在性の高さなどがあげられるが、このことは、現在のヨーロッパ=北アフリカ関係が19世紀までのような一方的な「文明化」が行われる状況ではないことを示している。もちろん、チュニジアのような小国の場合にはより不均衡な関係が存在するという課題も残るが、むしろ積極的意義を強調すれば、バルセロナ・プロセスは、非対称なアクター間の関係ではあるが、結果的には従来の南北関係を転換し、より対等な関係を構築するための国際レジームという観点も見いだすことができる。関連文献調査を進めるとともに、短期間ではあったが現地調査を行った。また、研究の過程でチュニジァとマルタとの比較の視点が有効であると考え、同調査研究も並行して行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書にあるとおり、アルジェリアおよびチュニジアに対する欧州近隣政策についての事例研究を引き続き進め、その上で、「非対称地域協力」に関する理論的検討を行う。
へーガードフレアホモロジーのデーン手術と葉層構造への応用と量子論的解釈

Heegaard Floerhomologyおよびcontact classを用いてレンズ空間手術の問題に関係する研究をしてきた。特にホモロジー球面のデーン手術からレンズ空間を作る方法について考えた。その結果、あるホモロジー球面でデーン手術によってどんなレンズ空間も得られないものが存在することを発見した。この事実をもとにHeegaard Floer homologyのcontact classとレンズ空間手術の関係ついて考えてきた。このような関係は今まであまり多く考察されて来なかったが重要だと思われる。いくつかのホモロジー球面からレンズ空間が得られる場合を考察した。そのようなホモロジー球面たちは3次元球面のある結び目のデーン手術から構成できることがあることを発見した。つまり、ホモロジー球面からレンズ空間が得られるとき、そのホモロジー球面はある3次元球面内の結び目の有理デーン手術として特徴付けられることを予想した。以前報告者が考察したポアンカレホモロジー球面からレンズ空間を得るリストの中にそのような列が含まれていることを確かめた。そのリストの他の例に対しても同じようなことがいえるかについて研究をした。またこれらの考察を深めることでそのリストの一部で双対結び目がsimpleであるようなものの結び目の位置を決定できた。さらにそれを洗練させることによってデーン手術によって得られる結び目の位置と結び目の入るホモロジー球面の性質との関係を深めた。またいくつかのsutured Floer homologyとそのcontact classの計算を行っており、その計算により一般的な性質を究明している。
濃尾平野に見られる広域地盤沈下の地盤力学的諸特徴の把握とその数値シミュレーション

昨年度は初期に構造、若干な過圧密、異方性を有した1層系1次元粘土地盤を想定し、粘土層下部の地下水位を低下させる水土連成有限変形計算を行なった。地盤深部から構造の喪失に起因する塑性圧縮軟化が見られ、通常の圧密とは異なる「遅れ圧密沈下」が起こることを示した。また、地下水位を回復させても、いったん塑性圧縮軟化が発生した土要素はしばらく続きその間沈下が進むため、地盤が元に戻ることがないことも示した。これは濃尾平野に見られる地盤沈下の傾向に類似しており、濃尾平野の地盤沈下が構造の喪失による塑性圧縮軟化を受けている可能性があることを指摘した。前年度の研究に引き続き、名古屋西郊に見られる広域地盤沈下について水土連成有限変形計算を行なって沈下挙動を調べた。構成式は前年度と同様、構造・過圧密・異方性の力学挙動を表現できる回転硬化上・下負荷面修正カムクレイモデルを用いている。本年度に得られた主要な結論を以下に述べる。1)「地盤沈下は圧密で、さらに水位を元に戻すと地盤を過圧密な状態にするためプレロードをかけたことになり、結果として地盤改良を施したことになる」と考える人もいる。そこで、1次元1層系粘土地盤を仮定して、地下水位を低下し、その後完全に回復した後の地盤に、地表面から1次元載荷を施し沈下挙動を調べた。地下水位の履歴を受けた地盤は地盤が乱され、いわゆる「先行圧密応力」が低下し、わずかな載荷でも構造の喪失を伴う塑性圧縮軟化を引き起こすことが分かった。同じ荷重を履歴を受けていない地盤に載荷すると、構造喪失は見られなかった。これは地下水位低下の履歴を受けた地盤は地盤改良になっておらず、逆に脆弱な地盤になっている可能性があることを示している。2)1層系粘土地盤、平面ひずみ条件で、地下水位低下に起因する広域地盤沈下の数値シミュレーションを行なった。ある地下水位低下量を超えると構造の喪失が見られ、1次元の場合と同じように塑性圧縮軟化が見られる。構造の劣化は地盤深部から斜め方向に発達し、時間とともに構造喪失領域が増える進行性破壊の様子が得られた。1次元のときと同じように、地下水位の履歴を受けて地下水位を完全に回復した地盤に盛土載荷を行なうと、履歴を受けていない地盤より沈下が多くなり、地下水位低下によって地盤が脆弱になっていることも示した。名古屋西郊に見られる広域地盤沈下のメカニズムを水土連成有限変形計算によって調べた。構成式は構造・過圧密・異方性の力学挙動を表現できる回転硬化上・下負荷面修正カムクレイモデルを用いている。得られた主要な結論を以下に述べる。1)1層系1次元変形を仮定して、粘土地盤は初期に構造、若干な過圧密、異方性を有しているとする。揚水を地下水位低下とみなして、粘土層下部の水理境界を変動させる。地下水位を低下させると、地盤深部から構造の喪失に起因する塑性圧縮軟化が見られ、通常の圧密とは異なる「遅れ圧密沈下」が見られる。地下水位を回復させても、いったん塑性圧縮軟化を起こした土要素はしばらく続きその間沈下が進むため、地盤が元に戻ることがないことを数値シミュレーションで示した。これは濃尾平野に見られる地盤沈下の傾向に類似しており、濃尾平野の地盤沈下が構造の喪失による塑性圧縮軟化を受けている可能性があることを示した。2)多層系1次元を仮定して、粘土3層、砂3層の互層地盤について数値シミュレーションを行なった。3つの砂層はすべて同じものとし、3つの粘土層は構造、過圧密の程度および透水係数を変化させて区別した。地盤上部にある粘土層下部の砂層の地下水位をある地下水位まで低下させて、その地下水位の半分まで回復させその後一定に保った。1層系の計算同様、構造の喪失による塑性圧縮軟化が各粘土層で起こり遅れ圧密沈下が見られた。地盤上部の不完全な揚水規制が地盤深部の粘土層にまで数十年から数百年に亘って影響を及ぼし、大沈下を起こす可能性があることも数値計算で示した。濃尾平野がそのまま当てはまらないが、今後は地盤沈下の履歴、地下水位の変動、及び地盤材料などを調査し、多次元に拡張する必要があると考える。

1)「地盤沈下は圧密で、さらに水位を元に戻すと地盤を過圧密な状態にするためプレロードをかけたことになり、結果として地盤改良を施したことになる」と考える人もいる。そこで、1次元1層系粘土地盤を仮定して、地下水位を低下し、その後完全に回復した後の地盤に、地表面から1次元載荷を施し沈下挙動を調べた。地下水位の履歴を受けた地盤は地盤が乱され、いわゆる「先行圧密応力」が低下し、わずかな載荷でも構造の喪失を伴う塑性圧縮軟化を引き起こすことが分かった。同じ荷重を履歴を受けていない地盤に載荷すると、構造喪失は見られなかった。これは地下水位低下の履歴を受けた地盤は地盤改良になっておらず、逆に脆弱な地盤になっている可能性があることを示している。2)1層系粘土地盤、平面ひずみ条件で、地下水位低下に起因する広域地盤沈下の数値シミュレーションを行なった。ある地下水位低下量を超えると構造の喪失が見られ、1次元の場合と同じように塑性圧縮軟化が見られる。構造の劣化は地盤深部から斜め方向に発達し、時間とともに構造喪失領域が増える進行性破壊の様子が得られた。1次元のときと同じように、地下水位の履歴を受けて地下水位を完全に回復した地盤に盛土載荷を行なうと、履歴を受けていない地盤より沈下が多くなり、地下水位低下によって地盤が脆弱になっていることも示した。
様々な混雑を含む粒子群の挙動の解析と普遍性の解明

[研究内容]本年度では、混み合いを含む現象について、以下の3つのテーマについて、計算機によるシミュレーション、及び、解析を行った。(1)については、昨年度までに、粒子数密度に応じて、様々な縞状パターンが形成される傾向を見出し、粒子の衝突の繰り返しによって生じるパターンの不安定性を、粒子の運動を加振方向軸上に制限した一次元モデルを用いて解析を行った。その結果、粒子密度が高い場合、混み合いによって、衝突後の粒子間距離が狭くなるため、パターンの不安定化が抑制されることを見出した。これらの結果は、学術雑誌「Physical ReviewE」に掲載された。(2)については、細胞膜上のシグナル伝達が、系を構成する分子の性質や数の依存性について注目し、研究を行った。その結果、平均場的な推測されてなかった、非自明な、シグナル伝達の下流の分子の結合確率依存性が現れた。また、どの場合も、混み合いを利用して、自発的に、特徴的な分子の空間配置構造が形成され、その結果、非常に混み合った状況でもシグナル伝達が行われるメカニズムが明らかになった。これらの結果は、学術雑誌「PLoS One」に掲載が決まっている。(3)については、これまで試験管中の酵素反応の時間発展は反応速度論を基に議論されてきた。そこで細胞内部など、非常に混み合った状況下における反応速度論の正当性を、分子動力学法を用いて、解析した。その結果、分子の密度が高くなると、混み合いによって反応が抑制される可能性が示唆された。[研究の意義]混雑に関する研究は、また、車や人などの身近な渋滞現象に関する研究に対して、生体内などのミクロなスケールの混雑はあまり取り扱われていなかった。これらの現状を踏まえた上で、本研究では、様々な混雑を含む現象の解析を通して、その普遍性を見出し、その結果、あらゆる混雑を含む現象の、科学的・工学的観点においても、より一層深い理解に至ることを目的とする。[研究内容]本年度は、様々な混雑を含む現象について、特に、(1)走化性を持つ粒子集団の混雑発生及び緩和のメカニズム(2)水平加振下における混合粉体の混み合いによるパターン形成(3)細胞膜上のシグナル伝達系における混雑がシグナル伝達に与える影響の3テーマについて、計算機によるシミュレーションを主とした、集団の動的振る舞いの解析を行った。(1)については、走化性を持たない場合も含め、準一次元双方向交通流の混雑の安定性の解明にまで至った。(2)については、混雑によって粒子がドメインを形成し、ドメイン間の衝突によって一方のドメインの構造が破壊される様子が見られた。このドメインの構造の安定性について、一次元系での簡略化したモデルを用いて、現在解析を行っている。(3)については、細胞膜上でタンパク質が混雑することで、むしろ、反応効率が上昇することが示唆され、これまでの先行研究で提唱されているMolecular Crowdingに対して革新的な結果が得られたと考えている。これらの成果を以下[11]に記載したように、様々な学会・研究会等で発表を行った。[研究の意義]混雑に関する研究は、各々の混雑を含む現象に対する研究が多く、混雑を含む現象一般に横たわる普遍性の解明はほとんど行われていない。また、車や人などの身近な渋滞現象に関する研究は多いものの、社会性昆虫などの小さなスケールの渋滞や、生体内などのミクロなスケールの混雑はあまり取り扱われていなかった。これらの現状を踏まえた上で、本研究では、混雑を含む現象一般の普遍性を見出すことを目的とする。その結果、あらゆる混雑を含む現象の、科学的・工学的観点においても、より一層深い理解に繋がると考える。[研究内容]本年度では,混み合いを含む現象について,(1)水平加振下における混合粉体の混み合いによるパターン形成(昨年度から継続),(2)細胞膜上シグナル伝達系における分子混み合いの影響(昨年度から継続),(3)小胞内酵素反応系における分子混み合いの影響,の3つのテーマについて,計算機によるシミュレーション,及び,解析を行った.(1)については,昨年度までに,粒子数密度に応じて,様々な縞状パターンが形成される傾向を見出した.本年度は,粒子の衝突の繰り返しによって生じるパターンの不安定性を,粒子の運動を加振方向軸上に制限した一次元モデルを用いて解析を行った.その結果,粒子密度が高い場合,混み合いによって,衝突後の粒子間距離が狭くなるため,パターンの不安定化が抑制されることを見出した.現在,この結果をまとめ,学術雑誌に投稿中である.(2)については,昨年度までに,系内の分子密度が高くなる程,シグナルの流れが増強されることを示唆してきた.本年度は,混み合いによる空間構造の変化に着目し解析した結果,混み合いによって,シグナル伝達を効率的な空間構造を形成していることが明らかとなった.(3)については,これまで試験管中の酵素反応の時間発展は反応速度論を基に議論されてきた.そこで細胞内部など,非常に混み合った状況下における反応速度論の正当性を,分子動力学法を用いて,解析した.その結果,分子の密度が高くなると,混み合いによって反応が抑制される可能性が示唆された.研究の意義]混雑に関する研究は、また、車や人などの身近な渋滞現象に関する研究に対して、生体内などのミクロなスケールの混雑はあまり取り扱われていなかった。これらの現状を踏まえた上で、本研究では、様々な混雑を含む現象の解析を通して,その普遍性を見出し,その結果、あらゆる混雑を含む現象の、科学的・工学的観点においても、より一層深い理解に至ることを目的とする。[研究内容]

本年度では、混み合いを含む現象について、以下の3つのテーマについて、計算機によるシミュレーション、及び、解析を行った。(1)については、昨年度までに、粒子数密度に応じて、様々な縞状パターンが形成される傾向を見出し、粒子の衝突の繰り返しによって生じるパターンの不安定性を、粒子の運動を加振方向軸上に制限した一次元モデルを用いて解析を行った。その結果、粒子密度が高い場合、混み合いによって、衝突後の粒子間距離が狭くなるため、パターンの不安定化が抑制されることを見出した。これらの結果は、学術雑誌「Physical ReviewE」に掲載された。(2)については、細胞膜上のシグナル伝達が、系を構成する分子の性質や数の依存性について注目し、研究を行った。その結果、平均場的な推測されてなかった、非自明な、シグナル伝達の下流の分子の結合確率依存性が現れた。また、どの場合も、混み合いを利用して、自発的に、特徴的な分子の空間配置構造が形成され、その結果、非常に混み合った状況でもシグナル伝達が行われるメカニズムが明らかになった。これらの結果は、学術雑誌「PLoS One」に掲載が決まっている。(3)については、これまで試験管中の酵素反応の時間発展は反応速度論を基に議論されてきた。そこで細胞内部など、非常に混み合った状況下における反応速度論の正当性を、分子動力学法を用いて、解析した。その結果、分子の密度が高くなると、混み合いによって反応が抑制される可能性が示唆された。[研究の意義]混雑に関する研究は、また、車や人などの身近な渋滞現象に関する研究に対して、生体内などのミクロなスケールの混雑はあまり取り扱われていなかった。これらの現状を踏まえた上で、本研究では、様々な混雑を含む現象の解析を通して、その普遍性を見出し、その結果、あらゆる混雑を含む現象の、科学的・工学的観点においても、より一層深い理解に至ることを目的とする。現段階において,様々な混み合いを含む系について,特に,混み合いが粒子集団の時空間的なパターン形成に及ぼす影響を見出すことが出来ている.今後は,特に,細胞内など,混み合った状況下での化学反応が,どのような方法で,確実に実現されているかを,粗視化一細胞モデルの構築し,時空間構造の解析を通して明らかにする.現段階での問題点は,扱う系の要素の詳細に立ち入ると,その計算量の大きさに対して,計算機の性能が低いという点が挙げられる.本研究では,この要素の詳細に対して,どこまでの粗視化が可能なのかを検証し,可能な限りの粗視化を行うことで,大きな系(一細胞レベル)を扱うことを検討している.