scientific-deep-research

Scientific Deep Research

A skill that supports iterative deep research of scientific literature. It adapts SHIKIGAMI's WebResearcher paradigm (Think→Report→Action cycle) to the scientific research context, integrating academic database search, evidence hierarchy assessment, source tracking, and cross-validation.

When to Use

• When conducting a prior research investigation on a scientific research theme
• When conducting a literature search for a Systematic Review / Scoping Review
• When comprehensively investigating the latest trends on a specific research topic
• When information gathering is needed for technology comparison or method comparison
• When conducting background research for a Grant proposal / Research proposal
• When conducting a literature review for a paper's Introduction

Quick Start

1. Deep Research Workflow Overview

Phase 1: Research Question Definition（研究課題の定義）
    ↓
Phase 2: Deep Research（反復的深層リサーチ）
    ┌──────────────────────────────────────────┐
    │  Think → Search → Evaluate → Synthesize  │ ← 反復サイクル
    │         (最大 15 ラウンド)                │
    └──────────────────────────────────────────┘
    ↓
Phase 3: Evidence Synthesis（エビデンス統合）
    ↓
Phase 4: Research Report（リサーチレポート生成）

2. WebResearcher Paradigm (Scientific Research Adapted Version)

Optimizing SHIKIGAMI's Think→Report→Action cycle for scientific research:

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│  Round N                                            │
│  ┌─────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ Workspace (前ラウンドの Synthesis + 新文献)   │   │
│  └─────────────────────────────────────────────┘   │
│           ↓                                         │
│  ┌───────────┐  ┌───────────┐  ┌───────────────┐  │
│  │  Think    │→│  Search   │→│  Evaluate      │  │
│  │ (知識     │  │ (学術DB   │  │ (エビデンス   │  │
│  │  ギャップ │  │  検索)    │  │  評価)        │  │
│  │  分析)    │  │           │  │               │  │
│  └───────────┘  └───────────┘  └───────┬───────┘  │
│                                         ↓          │
│                                ┌───────────────┐   │
│                                │  Synthesize   │   │
│                                │ (進化する     │   │
│                                │  レビュー)    │   │
│                                └───────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

---

Phase 1: Research Question Definition

PICO/PECO Structuring

Structure the research question and build the foundation for the search strategy.

## Research Question の構造化

### PICO (介入研究)
- **P** (Population): 対象集団・研究対象
- **I** (Intervention): 介入・手法・技術
- **C** (Comparison): 比較対象・既存手法
- **O** (Outcome): 評価指標・アウトカム

### PECO (観察研究)
- **P** (Population): 対象集団
- **E** (Exposure): 曝露・要因
- **C** (Comparison): 比較群
- **O** (Outcome): アウトカム

### SPIDER (質的研究)
- **S** (Sample): サンプル
- **PI** (Phenomenon of Interest): 関心現象
- **D** (Design): 研究デザイン
- **E** (Evaluation): 評価方法
- **R** (Research type): 研究種別

Designing the Search Strategy

## 検索戦略テンプレート

### 1. キーワード設計
| 概念 | 日本語キーワード | 英語キーワード | MeSH / 統制語彙 |
|------|-----------------|---------------|-----------------|
| P    | [対象]          | [population]  | [MeSH term]     |
| I/E  | [介入/曝露]     | [intervention]| [MeSH term]     |
| C    | [比較]          | [comparison]  | [MeSH term]     |
| O    | [アウトカム]    | [outcome]     | [MeSH term]     |

### 2. ブール演算子の組み合わせ
(P terms) AND (I terms) AND (O terms)

### 3. 包含・除外基準
| 基準 | 包含 | 除外 |
|------|------|------|
| 出版年 | [YYYY]-present | < [YYYY] |
| 言語 | English, Japanese | Others |
| 研究デザイン | [RCT, Cohort, etc.] | [Case report, etc.] |
| 出版種別 | Original article, Review | Editorial, Letter |

---

Phase 2: Deep Research (Iterative Deep Research)

Think Phase (Knowledge Gap Analysis)

At the beginning of each round, assess the current state of knowledge and determine the next action.

## Think フェーズのチェックリスト

### 知識状態の評価
- [ ] 現在収集済みの文献数とカバレッジ
- [ ] 未解決の研究課題・サブクエスチョン
- [ ] エビデンスが不足している領域
- [ ] 矛盾する知見の有無

### 次アクションの決定
- SEARCH: 知識ギャップが大きい → 追加検索
- VISIT: 有望な論文を発見 → 詳細取得
- VERIFY: 重要な知見 → 別ソースで交差検証
- COMPLETE: 十分な情報収集 → 統合フェーズへ

Important: The internal reasoning of the Think phase is not carried over to the next round (context contamination prevention, SHIKIGAMI compliant).

Search Phase (Academic Database Search)

Databases to Search

Database	Target Field	Search Method	Priority
PubMed / MEDLINE	Life Sciences / Medicine	MeSH + Free text	P0 (Life Sciences)
Google Scholar	All Fields	Free text	P0 (General)
arXiv	Physics, CS, Mathematics, Biology	Free text	P0 (Physics/CS)
Semantic Scholar	All Fields (with AI analysis)	API / Free text	P1
Web of Science	All Fields (with IF)	Topic search	P1
Scopus	All Fields	Title-Abs-Key	P1
CrossRef	DOI Metadata	DOI lookup	P2
CiNii	Japanese-language Literature	Free text	P1 (Japanese)
J-STAGE	Japanese Academic Journals	Free text	P1 (Japanese)
ChemRxiv	Chemistry	Free text	P2 (Chemistry)
bioRxiv / medRxiv	Preprint	Free text	P2 (Life Sciences)

Search Rules (Mandatory)

## 検索の実行規則

### 日英並列検索（必須）
- 全てのクエリは日本語・英語の両方で実行する
- 例: ["ZnO薄膜 スパッタリング 特性", "ZnO thin film sputtering properties"]

### 学術ドメイン優先
- 以下のドメインを優先的に評価:
  .ac.jp, .edu, .gov, .go.jp, .org (学術機関)
  pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
  scholar.google.com
  arxiv.org
  doi.org

### 検索式の構造化
- ブール演算子 (AND, OR, NOT) を活用
- ワイルドカード (*) で語幹展開
- フレーズ検索 ("exact phrase") で精度向上
- フィルタ: 出版年、研究デザイン、言語

### 失敗時のフォールバック
- 404/5xx エラー → Wayback Machine → Archive.today
- 検索結果 0 件 → クエリ簡略化 → 同義語展開 → 上位概念へ

Evaluate Phase (Evidence Assessment)

Assess the evidence level and reliability of each collected piece of literature or information source.

Evidence Hierarchy

## エビデンスレベル分類

| Level | 研究デザイン | 信頼度 | 記号 |
|-------|-------------|--------|------|
| 1a | Systematic Review of RCTs | ★★★★★ | [SR] |
| 1b | Individual RCT | ★★★★☆ | [RCT] |
| 2a | Systematic Review of Cohort | ★★★★☆ | [SR-C] |
| 2b | Individual Cohort Study | ★★★☆☆ | [Cohort] |
| 3a | Systematic Review of Case-Control | ★★★☆☆ | [SR-CC] |
| 3b | Individual Case-Control Study | ★★☆☆☆ | [CC] |
| 4 | Case Series / Cross-sectional | ★★☆☆☆ | [CS] |
| 5 | Expert Opinion / Narrative Review | ★☆☆☆☆ | [EO] |
| — | Preprint (not peer-reviewed) | ☆☆☆☆☆ | [PP] |

Source Reliability Scoring

## 信頼性評価マトリクス

| 評価項目 | スコア範囲 | 重み |
|---------|-----------|------|
| **ジャーナル IF / ランク** | 0-25 | ×2 |
| **著者の h-index / 実績** | 0-25 | ×1.5 |
| **サンプルサイズ n** | 0-25 | ×1.5 |
| **統計手法の適切性** | 0-25 | ×1 |
| **再現性・データ公開** | 0-25 | ×1 |
| **出版年の新しさ** | 0-25 | ×0.5 |

### 総合信頼度スコア
- 80-100: ★★★★★ 高信頼
- 60-79:  ★★★★☆ 信頼
- 40-59:  ★★★☆☆ 中程度
- 20-39:  ★★☆☆☆ 低信頼
- 0-19:   ★☆☆☆☆ 要注意

### 信頼度不足時のアクション
- スコア 60 未満 → 交差検証必須（別ソースで確認）
- プレプリント → 「⚠️ 未査読」マーキング必須
- 5 年以上前 → 「⚠️ 要更新確認」マーキング推奨

Critical Appraisal Checklist

## 文献の批判的評価 (Critical Appraisal)

### RCT 評価 (Cochrane Risk of Bias 準拠)
- [ ] ランダム化の方法は適切か
- [ ] 割り付けの隠蔽化はされているか
- [ ] ブラインドは適切か（参加者・評価者）
- [ ] 欠測データの処理は適切か
- [ ] アウトカムの選択的報告はないか
- [ ] その他のバイアスリスクはないか

### 観察研究評価 (Newcastle-Ottawa Scale 準拠)
- [ ] 対象群の選択は適切か
- [ ] 群間の比較可能性はあるか
- [ ] アウトカムの測定は適切か
- [ ] フォローアップは十分か

### 系統的レビュー評価 (AMSTAR-2 準拠)
- [ ] プロトコルは事前登録されているか
- [ ] 包括的な文献検索が行われているか
- [ ] バイアスリスク評価が行われているか
- [ ] メタアナリシスの手法は適切か

Synthesize Phase (Evolving Review)

Integrate the information collected in each round and update the evolving research report.

## Evolving Research Report（進化するリサーチレポート）

### Round N の更新内容
| 要素 | 内容 |
|------|------|
| **Rationale（根拠）** | 研究課題に直接関連する具体的知見の特定 |
| **Evidence（証拠）** | 最も関連性の高い情報の抽出（原文保持優先） |
| **Summary（要約）** | 現時点での知見の統合・整理 |
| **Confidence（確信度）** | 0-100% — 十分な情報が集まったかの指標 |
| **Gaps（ギャップ）** | 残存する知識ギャップの一覧 |

### 完了判定基準
- [ ] 主要な研究課題が回答されている
- [ ] 最低 5 件の査読済み文献を収集
- [ ] 日英両方で検索が実行されている
- [ ] 全てのデータに出典 URL/DOI が付与されている
- [ ] 信頼度スコア 60% 以上のソースが 3 件以上
- [ ] 矛盾する知見がある場合、交差検証が完了している

---

Phase 3: Evidence Synthesis

PRISMA flow (for Systematic Review)

## PRISMA 2020 フローテンプレート

### Identification（同定）
- データベース検索: n = ___
  - PubMed: n = ___
  - Google Scholar: n = ___
  - arXiv: n = ___
  - その他: n = ___
- その他の情報源: n = ___
  - 引用文献追跡: n = ___
  - 被引用文献追跡: n = ___
  - 手動検索: n = ___

### Screening（スクリーニング）
- 重複除去後: n = ___
- タイトル/抄録スクリーニング: n = ___
  - 除外: n = ___ (理由: ___)
- 全文スクリーニング: n = ___
  - 除外: n = ___ (理由: ___)

### Included（採択）
- 質的統合に含めた研究: n = ___
- 量的統合（メタアナリシス）に含めた研究: n = ___

Synthesis analysis template

## エビデンス統合テーブル

| # | 著者 (年) | 研究デザイン | n | 主要結果 | 信頼度 | DOI |
|---|----------|-------------|---|---------|--------|-----|
| 1 | Author (2024) | [RCT] | 100 | [key finding] | ★★★★☆ | 10.xxxx |
| 2 | Author (2023) | [Cohort] | 500 | [key finding] | ★★★☆☆ | 10.xxxx |
| ... | | | | | | |

## 知見の統合
### 一致する知見
- [複数の研究で支持されている知見を記述]

### 矛盾する知見
- [文献 A] は [知見 X] を報告しているが、[文献 B] は [知見 Y] を報告
  - 考えられる理由: [方法論の差異 / 対象集団の違い / ...]

### エビデンスギャップ
- [十分な研究がない領域を特定]

---

Phase 4: Research Report (Research Report Generation)

Report Template

# Deep Research Report: [研究テーマ]

**生成日**: YYYY-MM-DD
**リサーチラウンド数**: N 回
**収集文献数**: M 件
**主要データベース**: [PubMed, Google Scholar, ...]

---

## Executive Summary

[3-5 文で主要な知見を要約]

## 1. Research Question

### 1.1 構造化された研究課題
[PICO/PECO 形式で記述]

### 1.2 検索戦略
[実行した検索式・フィルタの記録]

## 2. Findings

### 2.1 [サブトピック 1]
[知見の記述 + 引用]

### 2.2 [サブトピック 2]
[知見の記述 + 引用]

### 2.3 [サブトピック 3]
[知見の記述 + 引用]

## 3. Evidence Summary

### 3.1 エビデンステーブル
[統合分析テーブル]

### 3.2 エビデンスの強さ
[GRADE アプローチによる評価]

## 4. Knowledge Gaps & Future Directions

[特定されたギャップと今後の研究方向]

## 5. References

[全引用文献リスト — DOI/URL 必須]

---

Source tracking and hallucination prevention

Source tracking rules (mandatory)

## 全データにソース情報を付与する

### 必須項目
| 項目 | 説明 | 例 |
|------|------|---|
| **著者** | 筆頭著者 et al. | Smith et al. |
| **年** | 出版年 | 2024 |
| **ジャーナル** | 掲載誌名 | Nature |
| **DOI** | Digital Object Identifier | 10.1038/s41586-... |
| **URL** | アクセス用 URL | https://doi.org/10.1038/... |
| **アクセス日** | 情報取得日 | 2026-02-12 |
| **エビデンスレベル** | 研究デザイン | [RCT] |
| **信頼度スコア** | 評価結果 | ★★★★☆ (78/100) |

Hallucination prevention marking

## 情報の確度マーキング（必須）

| マーカー | 意味 | 使用条件 |
|---------|------|---------|
| ✅ | 検証済み（2+ ソースで確認） | 複数の独立したソースで確認 |
| 📎 | 単一ソース | 1 つのソースからの情報 |
| ⚠️ | 未査読・要確認 | プレプリント、灰色文献 |
| ❓ | AI による推定・補完 | ソースなし、推測を含む |
| 🔄 | 古いデータ（5 年以上） | 最新情報で要更新確認 |
| ⚡ (?) | 情報源間の矛盾 | 複数ソースで矛盾する情報 |

### 使用例
- ✅ ZnO 薄膜のバンドギャップは 3.37 eV である [Smith 2024, Tanaka 2023]
- 📎 新規触媒の変換効率は 95% と報告されている [Lee 2024]
- ⚠️ 量子コンピュータによる最適化で 10x 高速化（プレプリント）[arXiv:2024.xxxxx]
- ❓ この方法は他の金属酸化物にも適用可能と考えられる
- ⚡ (?) 市場規模は $50B [Report A] vs $35B [Report B]

---

Cross-Validation

## 交差検証の実行ルール

### 必須条件
- 重要な数値データ → 最低 2 ソースで確認
- 主要な主張 → 独立した研究で確認
- 矛盾発見時 → 第 3 のソースで検証

### 数値データの矛盾処理
| 乖離率 | 重大度 | アクション |
|--------|--------|----------|
| < 5% | 低 | 範囲として記述 (e.g., 3.35-3.37 eV) |
| 5-20% | 中 | ⚡ (?) マーク、測定条件の差異を注記 |
| > 20% | 高 | ⚡ (?) マーク、追加調査、条件差異の分析 |

### 内容・見解の矛盾処理
1. 両方の見解を併記する
2. 各見解のエビデンスレベルを明示する
3. 矛盾の考えられる要因を分析する
   - 研究デザインの違い
   - 対象集団の違い
   - 測定方法の違い
   - 出版バイアスの可能性

---

Quality Gates

## Deep Research 完了チェックリスト

### Phase 1→2 ゲート（研究課題定義→リサーチ開始）
- [ ] PICO/PECO が構造化されている
- [ ] 検索キーワードが日英両方で定義されている
- [ ] 包含・除外基準が明確である

### Phase 2→3 ゲート（リサーチ→統合）
- [ ] 最低 5 件の査読済み文献を収集
- [ ] 全てのデータに DOI/URL が付与されている
- [ ] 日英両方で検索が実行されている
- [ ] 信頼度スコア 60% 以上のソースが 3 件以上
- [ ] 主要な知見に対する交差検証が完了

### Phase 3→4 ゲート（統合→レポート）
- [ ] エビデンステーブルが完成している
- [ ] 矛盾する知見が整理されている
- [ ] 知識ギャップが特定されている

### Phase 4 完了ゲート（レポート完成）
- [ ] 全引用に DOI/URL が記載されている
- [ ] ハルシネーション防止マーカーが付与されている
- [ ] PRISMA フロー（該当する場合）が作成されている
- [ ] Executive Summary が本文と整合している

---

Search strategy templates (by field)

Life sciences and medicine

## PubMed 検索戦略

### MeSH + Free text の組み合わせ
("Drug Delivery Systems"[MeSH] OR "drug delivery"[tiab])
AND
("Nanoparticles"[MeSH] OR nanoparticle*[tiab])
AND
("Neoplasms"[MeSH] OR cancer[tiab] OR tumor[tiab])

### フィルタ
- Publication date: 2020/01/01 - present
- Article type: Clinical Trial, Randomized Controlled Trial, Review
- Language: English, Japanese

Materials science and chemistry

## Google Scholar / Scopus 検索戦略

### キーワード組み合わせ
("ZnO thin film" OR "zinc oxide film")
AND
(sputtering OR "physical vapor deposition" OR PVD)
AND
(optical OR electrical OR "band gap")

### 年代フィルタ: 2020-present
### 引用数ソート: 被引用数降順で上位 50 件を確認

Computer Science & AI

## arXiv / Semantic Scholar 検索戦略

### キーワード
("large language model" OR LLM)
AND
("retrieval augmented generation" OR RAG)
AND
(evaluation OR benchmark)

### カテゴリフィルタ: cs.CL, cs.AI, cs.IR
### ソート: 最新順 + 被引用数

---

Coordination with other skills

Position in the pipeline

deep-research → hypothesis-pipeline → pipeline-scaffold → academic-writing
  (文献調査)    (仮説定義)          (解析実行)         (草稿作成)

Coordinating skills

Skills	Coordination details
scientific-hypothesis-pipeline	Formulate hypotheses from Deep Research results
scientific-academic-writing	Reflect the collected literature in the Introduction / Discussion
scientific-citation-checker	Verify the comprehensiveness and consistency of citations
scientific-critical-review	Critical review of the research report
scientific-meta-analysis	Run meta-analysis using the collected literature data
scientific-statistical-testing	Statistical verification of numerical data

---

Output Files

Files	Format	Content
research/research_report.md	Markdown	Deep Research Report
research/evidence_table.json	JSON	Evidence synthesis table
research/search_log.md	Markdown	Search execution log (search query, number of results, date and time)
research/source_registry.json	JSON	Source tracking registry
research/prisma_flow.md	Markdown	PRISMA flow (if applicable)

Format of research_report.md

---
title: "[研究テーマ]"
date: "YYYY-MM-DD"
rounds: N
sources_count: M
databases: ["PubMed", "Google Scholar", ...]
confidence_score: XX%
---

# Deep Research Report: [研究テーマ]
...

Schema of evidence_table.json

{
  "research_question": "...",
  "search_strategy": {
    "databases": ["PubMed", "Google Scholar"],
    "date_range": "2020-2026",
    "keywords": {
      "ja": ["キーワード1", "キーワード2"],
      "en": ["keyword1", "keyword2"]
    }
  },
  "sources": [
    {
      "id": "S001",
      "authors": "Smith et al.",
      "year": 2024,
      "title": "...",
      "journal": "Nature",
      "doi": "10.1038/...",
      "url": "https://doi.org/...",
      "evidence_level": "1b",
      "study_design": "RCT",
      "sample_size": 100,
      "key_findings": ["..."],
      "credibility_score": 85,
      "accessed_date": "2026-02-12"
    }
  ],
  "synthesis": {
    "consistent_findings": ["..."],
    "conflicting_findings": ["..."],
    "evidence_gaps": ["..."]
  }
}

Schema of source_registry.json

{
  "registry_version": "1.0",
  "created_at": "2026-02-12T00:00:00+09:00",
  "sources": [
    {
      "id": "S001",
      "url": "https://doi.org/...",
      "doi": "10.1038/...",
      "accessed_at": "2026-02-12T10:30:00+09:00",
      "retrieval_method": "search",
      "query_used": "ZnO thin film sputtering",
      "database": "Google Scholar",
      "status": "active",
      "credibility_score": 85,
      "evidence_level": "2b",
      "cross_validated": true,
      "cross_validation_sources": ["S003", "S007"]
    }
  ]
}

References

Available tools

ToolUniverse External tools available via SMCP.

Category	Main tools	Purpose
PubMed	PubMed_search_articles	Literature search
PubMed	PubMed_get_cited_by	Citation structure analysis
EuropePMC	EuropePMC_search_articles	European literature search
Crossref	Crossref_search_works	Publication information search
OpenAlex	OpenAlex_Guidelines_Search	Open access literature
ArXiv	ArXiv_search_papers	Preprint search