令和５年度研究費助成

研究成果報告書集

研究成果報告書

目次■ 成体腎臓幹細胞由来の腎臓オルガノイドを用いた新たな薬剤評価法の樹立
岡山大学学術研究院 医歯薬学域 教授 助教 辻 憲二･･･････

1■ Osteopontin を標的とした AL 心アミロイドーシス治療法の開発
岡山大学病院 循環器内科 特任助教 斎藤 幸弘･･･････

4■ 深海に潜む超高感度光受容タンパク質の探索と深部オプトジェネティクスへの展開
岡山大学学術研究院 医歯薬学域 助教 小島 慧一･･･････

6■ pre-miR-664a と腫痬特異性を持ったペプチドを組み合わせた光温熱剤の開発
岡山大学学術研究院 ヘルスシステム統合科学学域 助教 渡邉 和則･･･････

9■ 抗体産生を増強する因子探索によるワクチン強化技術への展開
岡山大学学術研究院 ヘルスシステム統合科学学域 助教 曲･･･････ 14■ 円偏光発光材料を志向した高次アザヘリセンの開発
岡山大学学術研究院 自然科学学域 助教 前田

正樹

千尋･･･････ 19■ 不整地未知環境における自律型ロボットのための自己増殖型ニューラルネットワークに基づ
く環境適応型空間知覚システム
岡山大学学術研究院 自然科学学域 助教 戸田 雄一郎･･･････ 23■ 数値解析を用いた斐伊川放水路の沈砂池における土砂堆積特性に関する検討【特定研究分野】
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域 准教授 赤穗 良輔･･･････ 27■ 緊急対策外来種アメリカザリガニの防除による生物多様性回復の評価
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域 教授 中田 和義･･･････ 32■ 旭川中原橋でのＳＴＩＶ流量観測の更正係数に及ぼす河道植生分布の影響に関する数値的検討【特定研究分野】
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域 准教授 吉田 圭介･･･････ 37■ 権利関係を重要視した建築都市空間計画の将来性に関する研究
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域 准教授 堀 裕典･･･････ 43■ ミドコンドリア呼吸鎖に着目した抗マツノザイセンチュウ薬剤の開発
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域 准教授 泉 実･･･････ 49■ 植物の他感作用による自家中毒とその緩和機構
岡山大学学術研究院 自然科学学域 准教授･･･････ 52■ 体内時計の記憶とその制御
岡山大学学術研究院 自然科学学域

教授

三村
吉井

真紀子
大志

･･･････ 56■ オキシトシン放出を促す膜タンパク質（CD38）の膜トポロジーから分子メカニズムを探る
岡山大学学術研究院 自然科学学域 准教授 坂本 浩隆･･･････ 60■ 生物活性物質の短段階合成を指向した光触媒によるシクロブタン環の合成
岡山大学 異分野基礎科学研究所 助教 田中 健太･･･････ 64■ 有機材料と機能性酸化物薄膜を組み合わせたハイブリッド電界効果トランジスタの創製
岡山大学 異分野基礎科学研究所 講師 江口 律子･･･････ 67

■ 実際の現象を確率的に考える能力の育成を目指した学校数学の確率の授業デザイン［※その他分野］
岡山大学学術研究院 教育学域 助教 石橋 一昴
･･･････ 70■ がん患者の療養支援に向けた中小規模施設における看護師長のパフォーマンスに関する研究［※その他分野］
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 名越 恵美･･･････ 74■ 看護学生の主体的学習を支援する教材システム構築のための基礎的研究［※その他分野］
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 佐藤 美恵･･･････ 79■ Wi-Fi センシングによる物体探索のための基礎的検討
岡山県立大学 情報工学部 助教 坂口 浩一郎･･･････ 81■ 人とロボットの瞬時接触動作のためのハイタッチロボットの開発
岡山県立大学 情報工学部 助教 太田 俊介･･･････ 85■ クロノタイプを考慮した若年女性の生活習慣と骨格筋指数との関係
岡山県立大学 情報工学部 准教授 大下 和茂･･･････ 90■ Web 会議における聴講者の代役エージェントの研究開発
岡山県立大学 情報工学部 准教授 石井 裕･･･････ 96■ 2 人対戦 AI の深層強化学習の研究
岡山県立大学 情報工学部 助教･･･････102

芝世弐■ ストレス可視化を鑑みた指尖生体情報解析技術に関する研究
岡山県立大学 情報工学部 教授 綾部 誠也･･･････106■ 小都市の文化芸術向上に向けた大学と美術館の連携・工芸デザイン展開の研究
岡山県立大学 デザイン学部 准教授 渡邉 操･･･････111■ 閑谷学校の水利技術と学びの場について－閑谷学校の環境技術に関する研究
岡山県立大学 デザイン学部 教授 向山 徹･･･････117■ 水を溶媒としたハロゲンフリーで低環境負荷な難燃性リグノセルロースナノファイバーの開発
岡山理科大学 理学部 准教授 大坂 昇･･･････121■ 間期細胞核における DNA トポイソメラーゼⅡαとβの核小体-核質間シャトリングの分子メカニズムの解析
岡山理科大学 理学部 講師 河野 真二･･･････124■ 新規の膵 B 細胞再生モデルマウスの開発
岡山理科大学 理学部 教授 木場 崇剛･･･････126■ 熱間加工を利用した傾斜機能性材料の開発
岡山理科大学 工学部 講師 竹村 明洋･･･････129■ 免荷型空気式パワーアシスト装置を用いた歩行リハビリ支援システムと人間の動きを考慮した制御手法の開発
岡山理科大学 工学部 助教 横田 雅司･･･････135■ 家庭で使える低コスト流体駆動ソフトメカニズムを支える流体制御機器の開発
岡山理科大学 工学部 教授 赤木 徹也･･･････139■ 人への利用を事前検証できる中小型動物用褥瘡防止体位変換マットの開発
岡山理科大学 工学部 准教授 趙 菲菲･･･････145

■ 雲海現象のＡＩ予報の開発 -予報精度と有効性の評価岡山理科大学 生物地球学部 教授 大橋 唯太･･･････151■ モンゴル国上部白亜系 Djadokhta 層から発見された大型の足跡化石群とその意義
岡山理科大学 研究･社会連携機構 特担教授 石垣 忍･･･････157■ 鬼と日本人 －＜鉄＞をめぐる吉備王国の謎－［※その他分野］
岡山理科大学 教育学部 教授 荻原 桂子･･･････161■ ビスシリル化反応を利用したシロール誘導体の合成とその性質
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 仲 章伸･･･････165■ 慢性ストレスがきたすうつ様行動の原因となる神経核、K⁺チャネルの解明
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 岡田 誠剛･･･････170■ 避難行動促進を阻害する認知バイアスは模擬避難所訓練で修正されるのか？-脳波を用いた
生理心理学的検討-【特定研究分野】
吉備国際大学 心理学部 准教授 橋本 翠･･･････174■ 機械学習を用いた効率のよいニューロフィードバック方法の開発に向けて
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 森 理也･･･････176■ 植物プロテアソームシャペロン PBAC5 の構造と機能の解析
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 高木 賢治･･･････182■ 成体で全能性幹細胞を健全に維持する機構の解明
津山工業高等専門学校 総合理工学科 教授 柴田･･･････186■ モモの効率的形質転換技術の開発
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所

典人

流動研究員

田村

勝徳

･･･････190■ モモせん孔細菌病抵抗性に関与する遺伝子マーカー探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所 流動研究員

嘉美

千歳･･･････194■ 劣化による種子品質及びその後の成長への影響の解明
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所 流動研究員

望月智史･･･････197■ 環状分子におけるキラル内孔空間構築に基づく機能開拓
就実大学 薬学部 講師 山本 浩司･･･････201■ 岡山県市区町村におけるコロナ禍での災害対策の現状【特定研究分野】
就実大学 薬学部 助教 吉井 圭佑･･･････204■ 公認心理師志望学生の心理実習に対するモチベーションに関する研究－3 年間のデータの総合的考察－［※その他分野］
就実大学 教育学部 准教授 永田 忍･･･････208■ 大学生の推奨身体活動充足状況と生活習慣・健康度～コロナ禍前後の生活様式の違いに着目して～就実大学 教育学部 准教授 森村 和浩･･･････211■ 抗肺腺維化分子としての脂質メディエーター分解酵素の発生工学的研究
川崎医科大学 薬理学 教授 岡本 安雄･･･････215■ 海馬神経回路のシナプス形成と維持を制御する分子機構の解明
川崎医科大学 解剖学 准教授 林 周一･･･････219

■ 癌関連線維芽細胞の膜タンパク質を標的としたリンパ節転移阻害薬の開発
川崎医科大学 産婦人科学 2 准教授 村田 卓也･･･････224■ 特異的蛍光プローブの開発による抗肥満脂質代謝酵素群の包括的解析
川崎医科大学 薬理学 准教授 坪井 一人･･･････225■ 全身性強皮症の皮膚硬化におけるエピジェネティクス異常誘導機構の解明
川崎医科大学 リウマチ・膠原病学 講師 浅野 澄恵･･･････228■ QGIS を用いた小田川上流地域の空間データ分析【特定研究分野】
岡山商科大学 経営学部 講師 藤本 宏美･･･････230■ 地方から転出する若者のキャリア・パースペクティブモデルの作成［※その他分野］
山陽学園大学 総合人間学部 准教授 松浦 美晴･･･････234■ タカキビ成分による米粉澱粉とジャガイモ澱粉での消化抑制機構の違い
山陽学園短期大学 健康栄養学科 教授 廣田 幸子･･･････240■ 学生が協働制作する壁面構成を介して地域の子どもを中心とした鑑賞者の社会的相互行為を形成する芸術実践研究［※その他分野］
山陽学園短期大学 こども育成学科 講師 大平 修也･･･････245■ アフターコロナにおけるフィットネス事業者のニューノーマルな事業戦略に関する研究［※
その他分野］
中国学園大学 国際教養学部 准教授 佐々木 公之･･･････251■ 小学生が自主的に行う運動プログラムが運動能力および非認知能力に及ぼす影響［※その他分野］
環太平洋大学 体育学部 助教 田中 耕作･･･････257■ 爪郭部毛細血管形態を指標とした簡易的な筋質評価法の開発
岡山医療専門職大学 健康科学部 助教 田中 雅侑

･･･････260■ 児島虎次郎 油彩作品研究 ―作品総目録公開へ―【特定研究分野】
公益財団法人大原美術館 学芸部門 学術統括 柳沢 秀行･･･････266■ 遺伝性腎疾患原因遺伝子 PKD2 の機能解明と治療薬開発への応用
重井医学研究所 細胞制御部門 主任研究員 古家野 孝行･･･････271

海外渡航報告書

目次■

岡山大学学術研究院 自然科学学域

助教

佐藤

英祐

･･･････274■

就実大学 薬学部

講師

山田

陽一

･･･････276■

川崎医療福祉大学 医療技術学部

助教

川島

将人

･･･････278■

川崎医療福祉大学 医療技術学部

教授

矢納

陽

･･･････279■

山陽学園大 看護学部

准教授

石橋

昭子

･･･････281

長期間海外派遣滞在 研究成果報告書

目次【令和元年度長期間海外派遣滞在費助成】■ 糖尿病腎症における基礎的研究
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科

非常勤研究員三瀬広記･･･････283■ 地盤構造物の設計におけるベイズ理論の応用-地盤の 3 次元モデリング岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 珠玖 隆行･･･････290

成体腎臓幹細胞由来の腎臓オルガノイドを用いた新たな薬剤評価法の樹立
岡山大学学術研究院医歯薬学域 腎・免疫・内分泌代謝内科学
辻 憲二
（概要）
日本では医療機器・医薬品の安全性のため、化審法に基づき化学物質の動物実験によるデータ収集が必要であるが、膨大な化学物質に対し煩雑で時間・費用も膨大にかかる。反対に世界的には動物愛護の観点より３R が提唱され、動物実験は禁止される方向で進んでいる。その中で腎毒性に対する薬剤スクリーニングは化審法の中でも重要な評価項目であるが、腎毒性に対する薬剤スクリーニングに関する代替試験の検討は少なく、その開発は期待される。
我々はラット成体腎臓より増殖能・分化能を持つ細胞株（成体腎臓幹/前駆細胞：KS 細胞）を樹立し、この腎臓幹細胞をマトリゲル内で複数の成長因子を用いた特定の条件下で 3 次元培養することにより、尿細管上皮細胞、糸球体構成細胞を含む腎臓オルガノイドを作成することに成功している。本研究では腎臓オルガノイドを利用した薬物スクリーニング法の樹立を目指す。
1. 研究の背景と目的における薬剤性腎障害について検討した。

腎毒性に対する薬剤スクリーニングは化審法の中でも重要な評価項目であるが、腎毒性に対する薬剤

2. 研究方法

スクリーニングに関する代替試験の検討は少なく、① 腎臓オルガノイドにおける腎臓構成細胞への分その開発は期待される。腎毒性に対する薬剤スクリ化の検討

ーニング代替法である In Vitro 毒性評価においてKS 細胞より作製した腎臓オルガノイドを用いて、培養 2 次元細胞、トランスウエル上の 2 次元細胞、腎臓を構成する各セグメントに特異的な染色およびスフェロイド、オルガノイド、オーガンチップの 5

ウェスタンブロット（WB）法を用いて、腎臓構成細種類がある 1)。しかし、それら腎臓評価系は統一性

胞への分化の度合いを評価した。近位尿細管細胞のがなく、評価は困難である。

マーカーとして AQP1 および Lotus Tetragonolobus

我々はこれまでにラット成体腎臓より増殖能・分Lectin（LTL）、集合管のマーカーとして AQP2、糸球化能を持つ幹細胞（Kidney stem cell:以下KS細胞）

体上皮細胞のマーカーとして Nephrin、Podocin、メを樹立することに成功した 2)。また、KS 細胞をマト

サ ン ギ ウ ム 細 胞 の マ ー カ ー と し て Tamm-

リゲル内で複数の成長因子を用いた特定の条件下でHorsfall protein（THP）をそれぞれ検討した。

3 次元培養することにより、尿細管上皮細胞、糸球
体構成細胞を含む腎臓オルガノイドを作製すること② 腎臓オルガノイドを用いた薬剤性尿細管障害のに成功している 3)。

検討

本研究は、動物実験の代替法として、腎臓オルガ

腎尿細管上皮細胞障害を惹起することが知られてノイドを利用した薬物スクリーニング法の樹立を目いる Cis および CyA を作製オルガノイドに添加する指した研究である。腎臓尿細管障害を呈する薬剤のことで薬剤性腎障害を反映することができるかにつ

中では、シスプラチン(Cis)およびシクロスポリン

いて検討した。

（CyA）に着目して、また糸球体上皮細胞障害に関す

形態学的な評価のため、薬剤添加後 3 日目のオルる薬剤として、アドリアマイシン（ADR）およびピュガノイドをホルマリン固定し、H&E 染色により評価

ーロマイシン（PUR）に着目して、腎臓オルガノイドし た。ア ポト ーシス の評 価とし て 、 cleaved-- 1 -caspase3 の染色を行い評価した。さらに透過型電薬剤性尿細管上皮細胞障害の評価のため、Cis お

子顕微鏡を用いて、細胞障害を評価した。

よび CyA を用いて 3 日間の培養を行ったところ、H&E
染色において薬剤を添加しないオルガノイドは尿細③ 腎臓オルガノイドを用いた薬剤性糸球体上皮細管上皮細胞の形態が保たれているのに対して、Cis

胞障害の検討および CyA 投与のオルガノイドは、尿細管上皮細胞

腎糸球体上皮細胞障害を惹起することが知られての高度の脱落を認めた（図 2）。

いる ADR およびピューロマイシンを作製オルガノイドに添加することで薬剤性腎障害を反映することができるかについて検討した。
形態学的な評価のため、薬剤添加後 3 日目オルガ
ノイドをホルマリン固定し、H&E 染色により評価した。また、尿細管上皮細胞障害の検討と同様に、アポトーシスの評価および透過型電子顕微鏡を用いた

図２：薬剤性尿細管障害の光顕像

細胞障害の評価を行った。
透過型電子顕微鏡では、薬剤投与のないオルガノ
3. 結果

イドは正常の形態の尿細管上皮細胞が並存している

腎臓オルガノイドの作製にあたっては、既報のプのに対して、CyA 投与のオルガノイドでは尿細管上ロトコールを一部修正したうえで、マトリゲル内で皮細胞の平坦化およびアポトーシスを示唆する所見

複数の成長因子を用いた特定の条件下で 3 次元培養が認められた（図 3）。アポトーシス細胞の評価のたすることにより、既報よりも尿管の分岐が多く、まめに cleaved-caspase3 抗体を用いた蛍光染色を行た大きいサイズの腎臓オルガノイドを、高い再現率ったところ、Cis 投与オルガノイドに cleaved-で作製することに成功した（図 1）。

caspase3 陽性細胞を多数認めた。

図１：ＫＳ細胞より作製した腎臓オルガノイド

図３：薬剤性尿細管障害の電顕像

腎臓構成細胞への分化に関する検討では、免疫染

薬剤性糸球体上皮細胞の評価のため、ADR および色による LTL 発現および、WB 法による AQP1 の高発

PUR を用いて 3 日間の培養を行い評価した。H&E 染

現を認め、近位尿細管上皮細胞への分化が確認され色では、薬剤を添加しないオルガノイドは糸球体とた。また、WB 法で遠位尿細管上皮細胞のマーカーの思われる構造物の形態が保たれていた。ADR および

THP の発現を認めた一方で、集合管マーカーの AQP2

PUR 投与のオルガノイドは、尿細管上皮細胞の形態発現は免疫染色および WB 法のいずれの検討でも少には異常は見られない一方で、糸球体部分には硬化量であった。また、WB 法で Nephrin の高い発現を認を示唆する所見を認め、糸球体細胞特異的な薬剤性

め、糸球体上皮細胞への分化も確認された。

の障害が示唆された（図 3）
。

- 2 -

察することが可能であったことより、実際の生体内における腎臓構成細胞の特性を持ち、薬剤スクリー
ニング法として有用である可能性が示唆された。今後は多彩な薬剤を用いた本モデルの有用性の検証が重要であると考えている。
本研究のような腎臓構造体を用いた薬剤スクリー
図４：薬剤性糸球体上皮細胞障害の光顕像

ニング法の報告は非常に限られており、本研究が革新的な評価法となりうる。本研究により、薬剤のス

透過型電子顕微鏡では、薬剤投与のないオルガノ

クリーニング法が生まれることで、大規模で信頼性

イドでは正常の糸球体構成細胞が観察された。ADRの高い薬剤スクリーニングが可能となりえる。

投与のオルガノイドでは尿細管上皮細胞には形態的

さらに、この腎臓幹細胞由来の腎臓オルガノイド

な異常は認められなかった一方で、糸球体構成細胞をその他の腎疾患モデルに応用することにより、尿の障害が高度に認められた（図５）。

細管障害や糸球体障害などの特定の腎臓構成細胞に影響を及ぼす薬剤のスクリーニングあるいは毒性評価など様々な用途に応用することも期待される。こ
れらの知見が集約することにより、品質安定性、バリデーションを経て、OECD テストガイドラインへの申請も期待される。また、動物実験でしか評価できなかった腎毒性を In Vitro で評価できることにつながれば、大幅な動物実験の削減が期待される。
謝辞

図５：薬剤性糸球体上皮細胞障害の電顕像

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエスコ
学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深4. 考察と今後の展望

く感謝申し上げます。

腎臓に対する薬剤の影響を直接評価する方法は限られており、これまで尿中 NAG,尿中 FABP、尿中 NGAL

参考文献など急性腎障害マーカーによる間接的な腎障害及び1. Nieskens, T.T. & Wilmer, M.J. Kidney-on-a-

腎毒性の評価法は確立されつつある一方で、複雑にchip technology for renal proximal tubule構成される腎臓内の特定の細胞内における薬剤の効tissue reconstruction. Eur J Pharmacol 790,

果あるいは毒性に関する新たな評価法の開発が望ま

46-56 (2016).

れてきた。本研究は、SDGｓの観点（SDG３：医学的

2.

観点、SDG12：薬剤の使用、実験動物愛護、SDG13,15:

characterization of renal progenitor like cells

動物愛護、実験動物の削減・廃止）や動物愛護の観from S3 segment of nephron in rat adult点（３R）からも非常に重要であり、かつ急を要する

kidney. FASEB J 19, 1789-1797 (2005).

研究であると考えられる。

3. Kitamura, S., Sakurai, H. & Makino, H. Single

今回の研究によって、これまでよく知られている

Kitamura,

S. et

al. Establishment

andadult kidney stem/progenitor cells reconstitute

腎臓尿細管上皮細胞障害および糸球体上皮細胞障害

three-dimensionalを惹起する薬剤を用いた評価により、腎臓オルガノ

vitro. Stem Cells 33, 774-784 (2015).

イドにおいても、想定された細胞特異的な障害を観- 3 -nephronstructuresinOsteopontin を標的とした AL 心アミロイドーシス治療法の開発
岡山大学病院循環器内科
斎藤 幸弘（概要）AL アミロイドーシスの予後を決める因子は心合併症である。アミロイド前駆物質を産生する異常形質細胞を標的とする治療は進歩してきたが、心臓自体を標的とした治療はない。AL アミロイドーシスの予後不良
マーカーとして、血中 Osteopontin 濃度の上昇が報告されているが、これが心臓の状況を反映しているのかは不明である。そこで、心アミロイドーシス患者と左室肥大を有する非アミロイドーシス患者から採取した心筋
生検組織サンプルを用いて、Osteopontin の mRNA およびタンパク発現レベルを比較した。AL 心アミロイドーシ
ス患者のサンプルでは、左室肥大を呈する非アミロイドーシス患者のサンプルに比較して Osteopontin mRNA レ
ベルが有意に高かった。
免疫組織染色で、AL 心アミロイドーシス患者の心筋細胞と免疫細胞が強く染色された。
AL 心アミロイドーシス患者の心筋細胞で、Osteopontin の産生亢進を認めた。Osteopontin は炎症誘発性サイト
カインであり、AL 心アミロイドーシスにおける心不全病態への関与が示唆される。

（背景）全身性アミロイドーシスは、βシート構造

ら、これが心臓の状況を反映し、治療標的となりうに富む水不溶性の繊維状蛋白であるアミロイド線維

るのかは不明である。

が全身の臓器に沈着し、臓器不全症状を引き起こす

そこで、本研究では心臓における Osteopontin の疾患である。アミロイドーシスは前駆物質によって発現を検討し、心不全病態への関与についての検討

分類され、異常形質細胞により産生されたモノクロの準備を行った。

ーナルな免疫グロブリン軽鎖に由来するアミロイドーシスが、AL アミロイドーシスである。

（方法）

AL アミロイドーシスの重要な予後不良因子は、心対象：岡山大学病院に入院した AL 心アミロイドー

不全（心アミロイドーシス）である（Kumar et al.

シス患者 6 名、ATTR 心アミロイドーシス患者 11 名、J Clin Oncol. 2012）。アミロイド前駆物質である左室肥大を有する非アミロイドーシス患者 6 名から免疫グロブリン軽鎖を産生する異常形質細胞を標的採取された心筋生検組織サンプルを研究対象とした。

とする化学療法の進歩によって予後の改善がみられ定量リアルタイム PCR：心筋生検組織を Trizolている（Kastritis et al. N Engl J Med. 2021）。

（Thermo Fisher Scientific）で溶解し、RNA を抽しかしながら、心臓自体を標的とした特異的な治療

出後、逆転写を行った。PowerUp SYBR Green Master

法は確立されておらず、NYHA III-IV 度の心不全（普Mix （Thermo Fisher Scientific ）、プライマー

通以下の身体活動で心不全症状あり）を来した患者（ Forward:は心血管系副作用の懸念（Morfino et al. Front

CATCATCAGAGTCGTTCGAGTC,

Cardiovasc Med. 2023）から化学療法の適応にならTechnologies）
を用いてリアルタイム PCR を行った。

ないことが多く、AL 心アミロイドーシス患者の治療

免疫組織染色：パラフィン包埋された心筋生検組織はいまだに困難である（Aurich et al. Open Heart.

を 5 µm 厚で切り出し切片を作製した。抗原賦活化

2023）
。

のため、Tris/EDTA pH 9.0/0.05% Tween 20 を用い

ACAGACCCTTCCAAGTAAGTCC,

Reverse:Integrated

DNA

これまでに AL アミロイドーシスにおける血中バて 120℃、15 分間オートクレーブを行った。一次抗イオマーカーの一つとして Osteopontin が報告され体として抗 Osteopontin 抗体（ab218237, Abcam）をている（Kim et al. Sci Rep. 2019）。しかしなが1:2000 希釈して使用した。抗体の特異性を検証する- 4 -ため、陽性コントロールとして肝臓組織と腎臓組織

抗 Osteopontin 抗体を用いた免疫組織染色で、ALを染色し、肝内胆管上皮細胞と尿細管上皮細胞が特心アミロイドーシス患者の心筋細胞と免疫細胞が強異的に染色されることを確認した。

く染色された（図 2）。

組換え心アミロイド原性免疫グロブリン軽鎖作製：
pET12a-FL-09 FL （ addgene Plasmid #47081) をOverexpress C43 (DE3) competent cell（Sigma
Aldrich）に導入し、心アミロイド原性タンパクである AL-09 を作製した。可溶化分画を 10 mM Tris-HCl(pH 7.4)に透析後回収した。Hiload superdex 26/60

図 2．AL-心アミロイドーシス患者由来心筋生検組織75pg（Cytiva）を用いてゲルろ過クロマトグラフィのマッソントリクローム染色（左上）と Osteopontin

ーにより AL-09 を精製した。

染色（左下、右）。

AL-09 発現用レンチウイルスベクターの作製：
pLX304 GFP (addgene Plasmid #193687)から GFP を

他疾患と比較しても、AL 心アミロイドーシス患者除く配列を、pET12a-FL-09 FL から AL-09 の配列をの心筋細胞の細胞質が、強く染色された。

PCR で増幅、精製後、In－Fusion HD Cloning Kit（ Takara Bio ） で ライゲ ー シ ョ ン し 、Steller
Competent Cells（Takara Bio）で pLX304 AL-09 を作製した。
ヒト iPS 細胞由来心筋細胞の作製：ヒト iPS 細胞から心筋細胞を分化誘導し、無糖乳酸培地で精製後、凍結保存した（Saito et al. Front Cardiovasc Med.
2023）。

図 3．心筋生検組織の Osteopontin 染色。上段：AL
心アミロイドーシス患者 3 例、中段：左室肥大を伴（結果）AL 心アミロイドーシス患者のサンプルでは、

う非アミロイドーシス患者 3 例。下段：心不全を伴左室肥大を呈する非アミロイドーシス患者のサンプ

わない不整脈患者 3 例。

ルに比較してOsteopontin (SPP1)転写レベルが有意に高かった（図 1）。

(考察) Osteopontinは炎症誘発性サイトカインであり、AL 心アミロイドーシスにおける心不全病態への関与が示唆される。心アミロイド原性免疫グロブリ
ン AL-09 は心筋細胞毒性を有する（Sikkink et al.
Cell Death Dis. 2010）。
今後は、本助成期間中に準備した組換え AL-09 の心筋細胞への投与および心筋細胞への AL-09 強制発
現によって、① Osteopontin 発現の変化の有無、②
心不全関連遺伝子発現の変化の有無を RNA-seq 解析ｚで確認し、AL 心アミロイドーシスの in vitro モデ

図１．Osteopontin mRNA レベルの比較。Non-CA:日

ルを作製しうるか検討予定である。

アミロイドーシス、ATTR-CA：ATTR 心アミロイドー
シス、AL-CA：AL 心アミロイドーシス。

（謝辞）本研究をサポートいただいた公益財団法人
ウエスコ学術振興財団に感謝致します。

- 5 -深海に潜む超高感度光受容タンパク質の探索と深部オプトジェネティクスへの展開
岡山大学学術研究院 医歯薬学域（薬学系）
小島慧一
（概要）
光受容タンパク質であるロドプシンは、細胞活動や生理機能を光で操作する技術・オプトジェネティクスのツールとして生命科学分野において注目されている。しかし、ロドプシン分子が吸収する可視光は生体透過性が低く、生体深部には弱い光しか到達しない。そのため、深部オプトジェネティクスを達成するために、光への感度が高い分子を取得することが必要である。私たちが生活する環境とは異なり深海は光がほとんど存在しないことが知られている。そこで本研究では、光がほとんど存在しない深海に生息する動物のロドプシンに着目し、高感度分子を探索することを目指した。深海性動物を含む海洋性動物由来のロドプシン分子（計 14 種）の分子解析を行ったところ、高い Gq および Gi タンパク質活性化能を示す分子（SrRh、ScRh2、PtRh5、PjRh5、RhRh4、PjRh6）を見出した。Gq／Gi を介した細胞内カルシウム／cAMP 濃度変化は、多様な細胞・生理機能に関わることが知られていることから、今後はこれらの高感度分子を動物個体や細胞へと適用することで、深部でのオプトジェネティクス技術の開発を目指したい。
える。

①研究の背景と目的
ロドプシンは、レチナールを発色団とする光受容申請者はこれまで、様々な生物に由来するロドプ

膜タンパク質の総称であり、G タンパク質共役型受シン分子の解析を行い、その性質・機能と機能発現

容体（GPCR）やイオン輸送体として機能する。その分子メカニズムの理解に取り組んできた[1]。さらのため、生物界（動物や微生物）の光利用を担う分には、多様なロドプシン分子の性質・機能を活用す子群として、その性質や機能の理解が進められてきることで、新しいタイプのオプトジェネティクスツ

た[1]。このような生物学的な重要性に加えて、近年ールの開発にも成功してきた。私たちが生活する環

ロドプシンは、細胞応答や生理応答を光で操作する境とは異なり、『深海』
は光がほとんど存在しない（太

技術・オプトジェネティクス（光遺伝学とも呼ばれ陽光下と比べて光の量は 10-8 倍以下）ことが知られる）の分子ツールとしても生命科学分野において注ている。そこで本研究では、深海性動物を含む海洋目されている（図１）。主に神経科学分野において、性動物由来のロドプシンに着目し、G タンパク質のオプトジェネティクスが盛んに利用されることで、活性化効率を定量的に比較することで、高感度分子脳神経機能の成り立ちの分子理解が進んできた[1]。

を探索することを目的とした。

その一方で、ロドプシン分子が吸収する可視光は生体透過性が低く、生体の深部に到達する弱い光を利用することができない場合も多い。そのため、深部での光操作を行う際には、光ファイバーを生体組織に差し込み、深部へと十分な光を行き届かせる方法がとられているものの、この方法では、組織を傷つけるなどの悪影響が生じることが問題となっていた。
以上のような背景から、深部でのオプトジェネティ
クスを実現するためには、光へと高い感受性を示す

図 1：ロドプシンを用いた光操作『高感度型分子』を取得することが重要であると言- 6 -②今年度の実施内容と結果
昨年度に引き続き、高感度な GPCR 型ロドプシンの探索を試みた。具体的には、深海性動物由来のものを含む計 14 種のロドプシン分子を哺乳類培養細胞に発現させ、それぞれの G タンパク質の活性化効率を調べた。まず、既報に沿って[2]、哺乳類培養細胞（HEK293）へとロドプシン遺伝子をトランスフェ
クションした。その後、細胞膜を回収し、ロドプシ
ンの C 末端に付加した Rho1D4 配列に特異的な抗体を用いてウエスタンブロッティングを行ったところ、全てのロドプシンにおいて、目的の分子量付近にバンドが確認できた。以上のことから、全てのロ

図 2：Gq タンパク質活性化効率の比較

ドプシン分子において、組換えタンパク質が発現しさらに精製試料を用いた分光解析、および G タンていると考えられた。
各ロドプシンとカルシウムセンサーである発光タ

パク質活性化能の作用スペクトルの測定を行ったと

ンパク質を培養細胞へと共発現させ、光を照射し、ころ、高い Gq および Gi 活性化能を示した各ロドプ

Gq タンパク質の活性化に伴うカルシウム濃度変化

シンは異なる波長領域の光を吸収することが分かっが引き起こされるのかを検証した。その結果、4 つた。すなわち、SrRh および ScRh2 は青色光感受性の分子（SrRh、ScRh2、PtRh5、PjRh5）で光依存的（460 nm 付近）、PtRh5 および PjRh5 は緑色光感受なカルシウム濃度上昇が確認できた。そこで、カル性（490 nm 付近）、RhRh4 は青色感受性（460 nm）、

シウム濃度変化を指標として、各オプシンの Gq タ

PjRh6 は紫外光感受性（380 nm 付近）を示した。さンパク質の活性化能を定量的に比較したところ、こらに、分光学的手法を用いることで、各ロドプシン

れらの分子（SrRh、ScRh2、PtRh5、PjRh5）は、高の光反応特性を調べたところ、PjRh6 は紫外光を吸い Gq 活性化能を持ち、オプトジェネティクスツー

収することで活性状態を形成し、その後黄色光（500ルとしても汎用されている hOpn4 の 1/2 倍程度のnm 付近）を吸収することで不活性状態へと戻る反活性を示すことが分かった（図 2）。すなわち、これ応を示すことが分かった（図 3）。すなわち、PjRh6

ら 4 つの分子は、高い Gq 活性化能を示すことがわ

は紫外光／緑色光の照射により、Gi タンパク質の活かった。

性化を ON／OFF できるスイッチ型分子として機能

次に、各ロドプシンと cAMP センサーである

することが分かった。

Glosensor を共発現させ、光を照射し、Gi タンパ

G タンパク質を活性化するロドプシンは、オプトク質の活性化に伴う cAMP 濃度減少が引き起こさジェネティクスツールとして汎用されている ChRれるのかを検証した。その結果、2 つの分子と比べて、1000 倍程度高い感度を示すと考えられて（RhRh4、PjRh6）で有意な cAMP 濃度変化が観おり[3]、また G タンパク質の活性化の効率は感度に察できた。そこで、cAMP 濃度変化を指標として、も直結する因子である。そのため、今回同定した Gq

各オプシンの Gi タンパク質の活性化能を定量的に共役型分子（SrRh、ScRh2、PtRh5、PjRh5）と Gi比較したところ、これらの分子（RhRh4、PjRh6）

共役型分子（RhRh4、PjRh6）は ChR よりも高い感

は、Gi 活性化能を示しオプトジェネティクスツー

度を示す可能性が示唆された。このことから、これルとしても汎用されている MosOpn3 と同程度の活ら分子は、様々な波長領域の光（紫外光～緑色光）

性を示すことが分かった。

で Gq または Gi タンパク質の活性化が可能な新し- 7 -いオプトジェネティクスツールとして有用であるこ

3. Koyanagi M, Shen B, Nagata T, Sun L, Wada S,とが示唆された。Gq を介した細胞内カルシウム濃Kamimura S, Kage-Nakadai E, Terakita A. “High-度の変化や、Gi を介した cAMP 濃度変化は、多様な

performance optical control of GPCR signaling by

細胞・生理機能に関わることが知られている。そのbistable animal opsins MosOpn3 and LamPP in a

ため、今後は、動物個体や細胞へと高感度分子を導molecular property-dependent manner” Proc. Natl.

入し、生体深部における様々な生理機能を対象としAcad. Sci. U S A. (2022) 119, e2204341119.

た光操作法の開発へと繋げたい。
⑤本研究に関わる研究業績
1. Nagata Y, Miyamoto N, Sato K, Yamanaka Y,
Nishimura Y, Yoshizawa S, Takai K, Ohuchi H,
Yamashita T, Sudo Y, Kojima K “Repertoire of visible
light-sensitive opsins in the deep-sea hydrothermalvent shrimp Rimicaris hybisae” 第 61 回日本生物物理学会年会 (2023 年)
2. 小島 慧一, 長田 祐也, 宮本 教生, 佐藤 恵太,
山中 悠嗣, 西村 陽介, 吉澤 晋, 高井 研, 大内 淑
代, 山下 高廣, 須藤 雄気 “深海熱水噴出孔に棲む
ツノナシオハラエビ類 Rimicaris hybisae が持つ光受容タンパク質・オプシン類の分子特性解析” 日本
動物学会 第 94 回大会 (2023 年)

図 3：PjRh6 の吸収特性と反応スキーム③謝辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエスコ
学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深く感謝申し上げます。
④参考文献
1. 小島慧一 “光受容タンパク質・ロドプシンの生物
物理化学研究” 薬学雑誌 141, 1155-1160.
2. Kojima K, Matsutani Y, Yanagawa M, Imamoto Y,
Yamano Y, Wada A, Shichida Y, Yamashita T.
“Evolutionary adaptation of visual pigments in
geckos for their photic environment” Sci. Adv. (2021)
7, eabj1316.

- 8 -pre-miR-664a と腫瘍特異性を持ったペプチドを組み合わせた光温熱剤の開発
岡山大学学術研究院ヘルスシステム統合科学学域
渡邉 和則
（概要）
近年、がん治療法の１つとして、光温熱剤を用いた光温熱療法 (Photothermal therapy; PTT) の開発が進められている。これまでに開発されてきた光温熱剤は、標的腫瘍への蓄積効率が低く、がん細胞の細胞質への輸送効率も低いため、細胞死誘導効率が低い。また、近赤外光を生体深部に届かせ、一定以上の細胞死を誘導するのに必要な高エネルギーの近赤外光を照射するには時間がかかるため、患者への負担が大きく、疼痛などの副作用も現れる。これらの問題を解決するために、近赤外光により発熱する金ナノロッド (AuNR) に、標的がん細胞へ効率よく輸送される腫瘍ホーミングペプチド (tumor homing peptide; THP) とアポトーシスを誘導する premiR-664a を担持した THP/pre-miR-664a/AuNR の開発を試みた。
その結果、THP/ AuNR および THP/pre-miR-664a/AuNR の調製に成功した。また、THP/AuNR は近赤外光の照射エネルギー依存的に発熱すること、非標的細胞の場合は細胞膜に蓄積するが、標的細胞の場合は細胞質全体に分散しており、THP/AuNR が蓄積しやすいことが明らかになった。さらに、THP/AuNR で処理した細胞は、
AuNR で処理した細胞よりも近赤外光照射により細胞死誘導効率が高かった。このことから、腫瘍への蓄積効率が高く、高い細胞死誘導効率を示す THP/AuNR は、光温熱剤の可能性を示した。今後は、THP/pre-miR664a/AuNR を用いることで、光エネルギーの低減と高い細胞死誘導効率が示されるのか検証していく。
これまでに開発されてきた光温熱剤は、enhanced【はじめに】
がんのスタンダード治療法として、手術療法、化permeability and retention effect (EPR 効果：腫瘍組織

学療法、放射線療法がある。しかしながら、手術療

では血管透過性が亢進しているため、ナノ粒子が蓄法は患者の身体的負担が大きく、化学療法や放射線積しやすい現象) で腫瘍に輸送されることが想定さ

療法は正常細胞にもダメージを与えるため、副作用れていることが多いが、それでも光温熱剤の標的腫が現れてしまう。これらの課題を解決するために、瘍への蓄積効率が低く、がん細胞の細胞質への輸送

光温熱療法（Photothermal therapy; PTT）の開発が進効率も低いため、細胞死誘導効率が低いことが問題められている。

となっている。また、近赤外光は生体組織が高いとPTT とは、がん細胞（腫瘍部位）に生体組織透過

いえど、近赤外光を生体深部に届かせ、一定以上の性が高い近赤外光を照射することで、光温熱剤（ナ

細胞死を誘導するには高エネルギーの光を照射するノ粒子）が発熱し、がん細胞を死滅させる方法であ必要がある。高エネルギーの近赤外光を照射するにる。PTT の特徴として、PTT で用いる近赤外光単独

は時間がかかるため、患者への負担が大きくなってでは細胞へのダメージが小さいため、光温熱剤が蓄しまう。また、疼痛などの副作用が現れることも報積していない細胞へのダメージが小さい点が挙げら

告されている。そのため、光温熱剤の細胞質内へのれる。
また、
PTT では疾患部位の切除が不要なため、輸送効率を改善するために、細胞膜透過性ペプチド

低侵襲である。さらに、アメリカで前立腺がんを対(CPP) を結合させた金ナノ粒子(2)や、腫瘍への標的

象に PTT の臨床試験（Phase I）が進められており、能力を追加したヒアルロン酸を結合させた金ナノ粒

良好な結果が得られている(1)。このように PTT は既子(3)などが開発されている。しかしながら、未だ細胞存のがん治療法よりも利点が多いため、注目を浴び

死誘導効率が低く、改善の余地がある。

ている治療法の１つである。

- 9 -

図１ 想定している THP/pre-miR-664a/AuNR による PTT 機構
そこで本研究では、これらの課題を解決するために、生体適合性が高く、近赤外光により発熱する金
ナノロッド (AuNR) に、腫瘍ホーミングペプチド(tumor homing peptide; THP) と pre-miR-664a を担持したナノ粒子 THP/pre-miR-664a/AuNR の開発を試みた。CPP の１つである THP は、標的がん細胞の細胞質内へと効率よく輸送される。さらに、pre-miR-664a
図 2 THP の AuNR への結合量評価

はアポトーシスを誘導するマイクロ RNA (miRNA)前駆体である(4)。そのため、THP/ pre-miR-664a/AuNR

THP_C は約 90%と高い担持効率を示した（図２）。

は THP の効果により、がん細胞への特異性が高く、次に、pre-miR-664a を in vitro 転写で調製後、細胞質内への輸送効率が改善できると考えている。

THP/AuNR に pre-miR-664a の担持を試みた。THP に

また、AuNR からの発熱による細胞死誘導に加えて、正電荷をもつアミノ酸を付加しているため、THP と

pre-miR-664a がアポトーシスを誘導することで細胞

pre-miR-664a は静電的相互作用することで、
pre-miR-

死誘導効率も改善できると考えた（図１）。

664a が AuNR に担持できると考えた。その結果、
THP_A/AuNR には約 55%、
THP_B/AuNR には約 50%、

【結果と考察】THP_C/AuNR には約 55%の pre-miR-664a が担持さ

1. THP/AuNR、THP/pre-miR-664a/AuNR の調製れた。また、THP_A/pre-miR-664a/AuNR、THP_B/pre-

本研究では、がん細胞特異性が異なる THP_A、

miR-664a/AuNR、THP_C/pre-miR-664a/AuNR の吸光

THP_B、THP_C の３つの THP を用いた。まず、３度測定をすることで、これらのナノ粒子は凝集して種類の THP をペプチド合成後、HPLC により精製をいないことを明らかにした。

行なった。その後、AuNR へ３種類の THP の担持を試みた。本研究で用いた AuNR は、表面を PEG とカ2. 近赤外光照射による THP/AuNR の温度上昇

ルボキシル基で修飾されている。そこで、AuNR のPTT では、光照射により光温熱剤が 43 度以上にカルボキシル基を NHS 基に置換後、THP のアミノ

発熱することでがん細胞を死滅させる方法である。

基と結合させることで THP の AuNR への担持を試

そこでまず、近赤外光照射で AuNR、THP_A/AuNR、

みた。
その結果、
THP_A は約80%、
THP_B は約75%、

THP_B/AuNR、THP_C/AuNR を含んだ溶液の温度上- 10 -

図３ 近赤外光照射による溶液の温度変化
A770 の値は AuNR の濃度を示している
昇が起こるのか、検証した（図３）。
まず、AuNR 単独での近赤外光照射時間依存的な温度変化を測定した。AuNR を含んでいない溶液では、近赤外光を照射してもほとんど温度上昇が観察されなかった。一方で、AuNR の濃度 (A770) が 0.4の溶液の場合、43 度以上にするためには近赤外光を90 秒以上照射する必要があった（図３左上）。次に
THP_A/AuNR、THP_B/AuNR、THP_C/AuNR の近赤
外光照射時間依存的な温度変化を測定した。その結果、THP_A/AuNR の濃度(A770) が 0.4 で、43 度以上にするためには 120 秒照射する必要があった（図３
右上）。THP_B/AuNR の濃度(A770) が 0.4 では 50 秒

図４ THP_B/AuNR の細胞特異性
は細胞膜周辺に蓄積していることが明らかになった。
一方、標的細胞の場合、THP_B/AuNR は細胞質全体に分散しており、THP_B/AuNR の輝度も標的細胞の方が高いことが明らかになった。このことから、
THP_B/AuNR は細胞特異性があり、標的細胞の細胞以上（図３左下）、THP_C/AuNR の濃度(A770) が 0.4

質への輸送効率も高いことを示していた。

では 40 秒以上（図３左下）照射する必要があった（図３右下）。担持する THP の種類によって、近赤

4. 近赤外光に依存した THP_A/AuNR, THP_C/AuNR

外光照射による発熱の程度に差はあったが、THP をによる細胞死誘導担持した全ての AuNR において 43 度以上になるこ

最後に THP/AuNR が近赤外光依存的に細胞死をとを明らかにした。

誘導するのか、THP/AuNR が AuNR 単体よりも高い
細胞死誘導効率を示すのか検証した。

3. THP_B/AuNR のがん細胞選択性

まず、THP_A の標的細胞を用いて、THP_A/AuNR

次に、THP の標的になるがん細胞特異的に AuNRの効果を検証した（図５A）。その結果、近赤外光照が蓄積するのかどうか検証するためにまず、射のみの場合、細胞死はほとんど起こっていなかっTHP_B/AuNR が標的がん細胞に取り込まれやすい

た。また、AuNR 単体で処理し、近赤外光を照射しのか暗視野顕微鏡を用いて検証した（図４）
。その結

た場合、
わずかに細胞死率が上昇したのみであった。

果、非標的細胞（良性細胞）の場合、THP_B/AuNR

一方で、THP_A/AuNR で処理し、近赤外光を照射す- 11 -

図５ THP_A/AuNR、THP_C/AuNR による細胞死誘導
Plopidium iodide で染色された細胞は死細胞であるることで高い細胞死誘導効率を示した。

【まとめ】

同様に、
THP_C の標的細胞を用いて THP_C/AuNR

３種類の THP_A、THP_B、THP_C を担持させたの効果を検証した（図５B）。
THP_A/AuNR と同様に、

THP/AuNR 、さらに pre-miR-664a を担持させた

近赤外光照射のみの場合、細胞死はほとんど起こっ

THP/pre-miR-664a/AuNR を調製することができた。

ておらず、AuNR 単体で処理した場合、わずかに細また、THP/AuNR は近赤外光の照射時間に温度上昇

胞死が上昇したのみであった。一方、THP_C/AuNRが起こること、THP_B/AuNR は標的細胞への輸送効で処理し、近赤外光を照射することで高い細胞死誘率が高いことが明らかになった。さらに、導効率を示した。

THP_A/AuNR、THP_C/AuNR は AuNR 単体よりも高近 赤 外 光 照 射 に よ る 発 熱 は THP_A/AuNR 、い細胞死誘導効率を示した。このことから、

THP_C/AuNR と AuNR 単体に大きな差はなかった

THP/AuNR は標的細胞特異性を持った光温熱剤の可（図３）このことから、THP_A/AuNR、THP_C/AuNR

能性を示すことができた。しかしながら、ここまでは AuNR 単体によりも細胞質への蓄積率が高いため、の研究では、500 J/cm2 の近赤外光を照射しており、近赤外光による発熱量が高くなることで細胞死誘導

国内外の研究と同程度の光エネルギーであるため、効率に差が現れたと考えている。また、近赤外光にエネルギーの低減に成功していない。
そこで今後は、よる細胞へのダメージは小さいことが示された。

細胞死（アポトーシス）を誘導する pre-miR-664a を担持した THP/pre-miR-664a/AuNR を用いることで、光エネルギーの低減と高い細胞死誘導効率が示され- 12 -

るのか検証していく必要がある。
【謝辞】
本研究課題の推進にご支援いただいたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。
【参考・引用文献】(1) Rastinehad, A. R., Anastos, H., Wajswol, E., Winoker,
J. S., Sfakianos, J. P., Doppalapudi, S. K. et al., (2019)Gold nanoshell-localized photothermal ablation of
prostate tumors in a clinical pilot device study. Proc. Natl.
Acad. Sci. 116(37), 18590-18596.
(2) Morshed, R. A., Muroski, M. E., Dai, Q., Wegscheid,
M. L., Auffinger, B., Yu, D. et al., (2016) Cell-Penetrating
Peptide-Modified Gold Nanoparticles for the Delivery of
Doxorubicin to Brain Metastatic Breast Cancer. Mol
Pharmaceutics 13(6), 1843-1854.
(3) Xu, W., Hou, G., Suo, A., Wang, Y., Wang, J., Sun, M.,
Wan, X. & Yao, Y., (2017) Hyaluronic AcidFunctionalized Gold Nanorods with pH/NIR DualResponsive Drug Release for Synergetic Targeted
Photothermal Chemotherapy of Breast Cancer. ACS Appl.
Mater. Interfaces 9(42), 36533-36547.
(4) Watanabe, K., Nawachi, T., Okutani, R. & Ohtsuki, T.,(2021)

Photocontrolled

apoptosis

inductionusing

precursor miR-664a and an RNA carrier-conjugated withphotosensitizer. Sci. Rep. 11(1), 14936.

- 13 -

抗体産生を増強する因子探索によるワクチン強化技術への展開
岡⼭⼤学学術研究院ヘルスシステム統合科学学域
曲 正樹
B 細胞が産⽣する抗体の病原体への結合⼒の向上（抗体の親和性成熟）は，効率の良い病原体の排除に有効である．この抗体の親和性成熟は，B 細胞が様々な細胞から厳密な制御を受けることにより達成される．なかでも濾胞樹状細胞（FDC）は，抗体の親和性成熟を調節する中⼼的な細胞である．本研究では，FDC の産⽣する B 細胞活性化因⼦の探索から，免疫賦活作⽤をもつ機能性分⼦の開発を⾏なった．マウス FDC 株，FL-Y を抗Lymphotoxin b receptor (LTbR) 抗体や LTbR リガンドで刺激し，活性化に伴う遺伝⼦発現変化を評価した．その結果，
FL-Y 細胞において活性化に伴い Slamf8 や Enpp2 mRNA を含む様々な遺伝⼦発現の上昇が⾒られた．
今回，SLAMF8 を⾼発現する FL-Y 細胞を作製し，免疫担当細胞への作⽤を解析した．SLAMF8 ⾼発現 FL-Y 細
胞の上でリンパ球を刺激培養した結果，FL-Y 細胞での SLAMF8 の⾼発現により，活性化 B 細胞数及び抗体産⽣量に影響は⾒られなかったが，B 細胞活性化能⼒をもつ単球系細胞の分化促進が⾒られた．さらに，この単球系細胞の増加は，リコンビナント SLAMF8 タンパク質の添加によっても再現された．これらの結果は，FDC の発現する SLAMF8 が単球系細胞の分化促進を介して間接的に抗体産⽣を促進する可能性がある．
研究背景と目的⽣される．そのため，胚中⼼反応の理解とその操作

体内に病原体などの抗原が侵⼊した際，B 細胞よりは，ウイルスの感染や発がん等に対する予防効果を産⽣される抗体は⽣体防御において重要な役割を担⾼める技術開発へつながる可能性がある．

う．
抗原の侵⼊に伴い産⽣される抗原特異的抗体は，胚中⼼は，主に活性化した B 細胞で構成されるが，抗原に結合したのちに様々な免疫経路を活性化する．

B 細胞を制御する様々な免疫系細胞も存在する．濾

そのため，抗体の抗原認識能⼒とその結合親和性は，胞樹状細胞（FDC）は，胚中⼼の形成から胚中⼼で抗原の排除を⾏う免疫システムの効率的な活性化にのB 細胞応答の⼀連の反応の制御を担う中⼼的な細⼤きな影響を及ぼす．

胞として以前から知られている．実際，FDC を⽋損

B 細胞は抗原により活性化されると抗体産⽣細胞へしたマウスでは，胚中⼼の形成異常や抗体の親和性と分化するが，⼀部の B 細胞は末梢リンパ組織に胚成熟の障害が認められる 3,4)．これまでに，FDC の胚中⼼と呼ばれる微⼩構造を形成する．胚中⼼におい中⼼反応の重要性については周知であるが，B 細胞てB 細胞は活発に増殖するととともに⾃⾝の抗体遺制御の詳細な分⼦機構については明らかとなってい伝⼦に変異を導⼊し，多様な抗原特異性をもつ B 細

ない．その原因として，体内に FDC が少数しか存在

胞集団を形成する．その後，抗原に対して⾼い結合しないため⾼純度での単離が難しいことや，単離し能⼒を有する B 細胞がクローン選択され，抗体産⽣ても維持することができないため，細胞培養系を⽤細胞へと分化する．これにより，時間と共に抗体のいた再現性の良い FDC の解析系が存在しないこと

抗原結合能⼒が向上し病原体の認識能⼒が⾼まるが挙げられる．この問題に対し筆者らは，免疫した（抗体の親和性成熟）1,2)．上述したように，抗体のマウスのリンパ節細胞からコラーゲンゲル培養法を

抗原認識能⼒の向上は病原体の排除効率につながる

⽤いて FDC を増殖させ，その中から安定に維持可ため，抗体の親和性成熟は免疫応答において重要な能な FDC 株，FL-Y を樹⽴した 5)．FL-Y 細胞は，反応であると⾔える．さらに，ワクチンの原理の⼀

FDC に特徴的な遺伝⼦や分⼦を発現することや Bつでもある２次免疫応答で活躍する記憶B 細胞も胚

細胞活性能を有するなど FDC の性質を⾮常によく中⼼において抗体の親和性成熟機構を経たのちに産再現できる細胞株であり，現在 FDC の機能解明に- 14 -

おいて有⽤なツールとなっている．実際，これまで

qPCR Mix と Slamf, Enpp2 および Actb に特異的なに FL-Y 細胞を⽤いて，胚中⼼における B 細胞のク

プライマーを⽤いて qRT-PCR を⾏なった．

ローン選択機構や，胚中⼼ B 細胞の分化における T
細胞の作⽤機構の解明など，胚中⼼反応における新3. FL-Y 細胞への遺伝⼦導⼊

たな制御メカニズムの発⾒へとつながっている 6,7)．

24 ⽳プレートに播種しておいた FL-Y 細胞に，ネ

さらに，FDC の新規な機能として B 細胞活性化能

オマイシン耐性遺伝⼦を含む SLAMF8 発現ベクタ⼒を有する単球系細胞（FDMC）の分化を誘導する

ーをレトロウイルス遺伝⼦導⼊法を⽤いて導⼊した．

8-10)．FDMC は，細胞培養系を⽤い

遺伝⼦導⼊翌⽇にネオマイシンを含む選択培地に交た解析によりB 細胞の増殖を促進すると同時にアポ換し，ネオマイシン耐性細胞を選別した．その後，トーシスを誘導することが明らかとなっており，⽣限界希釈法を⽤いてクローン化し，各クローンの体内における胚中⼼B 細胞と類似の特徴を誘導する．

SLAMF8 発現量をウエスタンブロット法を⽤いてそのため，FDC による胚中⼼ B 細胞の活性化にお評価した．

ことを発⾒した

ける FDMC を介した間接的なメカニズムの存在を⽰唆する．上述の様に，FL-Y 細胞は胚中⼼反応の理

4. リンパ球と FL-Y 細胞の共培養

解⼤きく貢献している．

４⽇前に⾜裏に TNP-KLH を免疫したマウスから

本課題では，FDC が抗体の親和性成熟機構の制御に

膝下リンパ節を摘出し細胞懸濁液を調整した．前⽇

重要な役割を持つことに着⽬し，FDC を標的とするに播種しておいた FL-Y 細胞 （2×103 cells/mL）

免疫促進活性をもつ機能物質の開発を⽬的とした．

上で，調整したリンパ節細胞 （4×105 cells/mL）

特に，FDC が活性化に伴い B 細胞の制御能⼒を獲を培養した．その際，抗原として TNP-KLH（10得するため，FDC の活性後に発現する分⼦の探索かµg/mL）を加えた．培養 6 ⽇⽬にフローサイトメー

ら免疫系活性化分⼦の開発にアプローチした．

ターを⽤いて活性化 B 細胞数を評価した．

材料と方法

5. FDMC の分化誘導
前⽇に播種しておいた FL-Y および SLAMF8 ⾼発

1. 細胞
免疫したマウスリンパ節より樹⽴した FDC 株，

現 FL-Y 細胞 （1×104 cells/mL） 上で，T 細胞を

FL-Y を使⽤した．また，B 細胞活性化因⼦（BAFF）

除去した脾臓細胞 （1×106 cells/mL） を培養した．

を遺伝⼦導⼊した FL-YB 細胞を⽤いた．FL-Y 細胞

培養７から 12 ⽇⽬にフローサイトメーターを⽤いおよび FL-YB 細胞は，10%⽜胎児⾎清および 50 µMて FDMC 数を評価した．また，FL-Y 細胞上での2- メ ル カ プ ト エ タ ノ ー ル を 含 む RPMI-

FDMC 分化誘導の際，
SLAMF8 タンパク質は培養 0,1640/DMEM 培地中で培養した．また，FL-Y 細胞

3, 6 ⽇⽬に添加した．

の培養には終濃度 5 ng/mL の TNF-aを添加した．
6 フローサイトメトリー解析

FL-Y 細胞の刺激培養では，24 ⽳プレートに播種しFL-Y 細胞上で培養したリンパ球を回収し，洗浄操ておいた FL-Y 細胞に抗 LTbR 抗体（2.5 µg/mL）を作を⾏なった後に FITC 標識した抗 GL-7 抗体，PE添加し，４⽇間培養した．

標識した抗Fas抗体およびPECy５標識した抗B220
抗体で 30 分間染⾊した．また，FL-Y 細胞上で分化

2. qRT-PCR
培養した FL-Y 細胞をトリプシン処理したのちに誘導した FDMC を回収し，rat IgG 抗体で 30 分間

回収し，TRI reagent を⽤いて mRNA を抽出した．

処理することによりブロッキングを⾏なったのち，抽出した mRNA をテンプレートとし ReverTra Ace

PE 標識した抗 CD11b 抗体で染⾊した．染⾊した細を⽤いて cDNA を合成した．Thunderbird SYBR

胞はFACSCalibur およびFlowjo を⽤いて解析した．

- 15 -

結果と考察activating factor (BAFF)を発現する FL-Y 細胞（FL-1. FL-Y 細胞の活性化に伴う遺伝⼦発現変化

YB）を親株として，レトロウイルス遺伝⼦導⼊法を

FDC は細胞表⾯に発現する LTbR 刺激に伴い活性⽤いて恒常的に SLAMF8 を⾼発現する FL-YB 細胞化することが知られている．そこで，FL-Y 細胞を抗を作製した（BS8）（図２Ａ）．次に，TNP-KLH で免

LTbR 抗体および LTbR のリガンドの⼀つである

疫したマウスより調整したリンパ節細胞を FL-

LIGHT を⽤いて刺激し，FL-Y 細胞での mRNA 発現

YBS8 細胞上で培養し，B 細胞数および培養上清中変化を評価した．その結果，活性化に伴い免疫調節の抗体量を評価した．その結果，FL-Y 細胞での作⽤をもつ SLAM ファミリー（SLAMF）のメンバ

SLAMF8 発現は B 細胞の⽣存および増殖に⼤きなーの⼀つである Slamf8 mRNA の発現上昇が⾒られ影響を与えなかった（図２B）．また，抗体産⽣量にた（図１）．これまでに FDC における SLAMF8 の報も有意な差が⾒られなかった（図２C）．これらの結告はなく，その機能解析も⾏われていない．

果は，FDC の発現する SLAMF8 は活性化 B 細胞に対して直接作⽤しないことを⽰す．

図 2 FL-Y 細胞において発現する SLAMF8 の B 細胞に与える作用

図１ FL-Y 細胞における LTbR 刺激に伴う遺伝子発現変化(A) 未刺激 （–） もしくは抗 LTbR 抗体刺激 （LTbR） した(A) FL-YB 細胞（FL-YB）と SLAMF8 導入 FL-YB 細胞

FL-Y 細胞での Slamf8 と Enpp2 mRNA 発現量を qRT-

（BS8）から全細胞抽出液を回収し， SLAMF8 タンパク質のPCRにより解析した．内部標準として Actb 遺伝子を用いた．

発現をウエスタンブロットにより評価した．(B, C) FL-YB 細(B) Fc-LIGHT 刺激した FL-Y 細胞より mRNA を抽出し，胞もしくは SLAMF8 導入 FL-YB 細胞（BS8）上で，免疫した(A)と同様に Slamf8 mRNA 発現量を解析した．

マウスから調整したリンパ節細胞を培養し B 細胞数（B）と培
養上清中の抗体産生量（C）を評価した．

2. FL-Y 細胞の発現する SLAMF8 のリンパ球に対す

3. FL-Y 細胞の発現する SLAMF8 の FDMC 分化にる作⽤の解析
FDC におけるSLAMF8 の機能を明らかにするため，
B 細胞の⽣存促進因⼦であり，FDC において活性化

対する作⽤の解析
これまでに，FDC の新たな機能として B 細胞活性化能をもつ単球系細胞（FDMC）の分化誘導を報告に 伴 い 発 現 す る こ と が 知 ら れ て い る B cell

している．そこで，SLAMF8 の FDMC 分化に対す- 16 -

る作⽤を解析するため， SLAMF8 を⾼発現させた

ず，SLAMF8 の細胞外領域，ヒト IgG1 定常部と His

FL-Y 細胞（FL-YS8）上で FDMC の分化誘導を⾏な

タグにより構成される融合タンパク質（SLAMF8-った（図 3A）．その結果，SLAMF8 の⾼発現によりFc）を作製するための発現ベクターを構築した．構FDMC の分化促進および FDMC の最⼤数の増加が築した発現ベクターを遺伝⼦導⼊し，Expi293 発現認められた（図 3B）．また，FL-YS8 細胞上で分化系を⽤いて培養上清中に SLAMF8-Fc 融合タンパク誘導した FDMC において，FL-Y 細胞上で分化誘導質を発現させた．その後，培養上清からニッケルカ

した FDMC で特徴的に発現が⾒られる CXCR4 やラムを⽤いて SLAMF8-Fc タンパク質を精製した

Plau mRNA の同レベルの発現が認められた（図 3C,（図 4A）．次に，作製した SLAMF8-Fc 融合タンパ

D）．これらの結果は，SLAMF8 が FDMC の分化促

ク質を FL-Y 細胞上で FDMC を分化誘導する際に添進を⾏う可能性を⽰唆する．

加した．
その結果，
SLAMF8-Fc の添加により FDMC数の有意な増加が⾒られた（図 4B）．⼀⽅，SLAMF8の 細 胞 外 領 域 と His タ グ の 融 合 タ ン パ ク 質（SLAMF8-His）やヒト IgG1 定常部（Human IgG1）
では，FDMC 数の増加は⾒られなかった．

図 3 FL-Y 細胞において発現する SLAMF8 の FDMC 分化に与える作用(A) FL-Y細胞（FL-Y）とSLAMF8導入FL-Y細胞（FL-YS8）から全細胞抽出液を回収し， SLAMF8 タンパク質の発現をウエスタンブロットにより評価した．(B) FL-Y 細胞（○）もしくはFL-YS8細胞（●）上でマウス脾臓細胞を培養し，FDMCの分化誘導を行なった．その後，フローサイトメーターを用いて経時的に FDMC 数を評価した．(C, D) FL-Y 細胞もしくはFL-YS8 細胞上で培養した FDMC における CXCR4 タンパ
ク質（C)および Plau mRNA（D）の発現を評価した．

3. リコンビナント SLAMF8 タンパク質による

図 4 SLAMF8-Fc タンパク質による FDMC の分化促進

FDMC の分化促進(A) Expi293 発現系を用いて SLAMF8-Fc タンパク質をSLAMF8 は，ホモフィリックな相互作⽤により免疫培養上清中に発現させ，ニッケルカラムを用いて SLAMF8Fc タンパク質を精製した．(B) FL-Y 細胞上でマウス脾臓細系細胞の機能調節を⾏うことが報告されている。そ胞を培養し，FDMC の分化誘導を行なった．その際，Human

こで，B 細胞活性化および抗体産⽣を促進できる機

IgG1，SLAMF8-Fc もしくは SLAMF8-His タンパク質を能物質の開発を最終⽬的とし，外因性の SLAMF8 に添加した．その後，フローサイトメーターを用いて経時的にFDMC 数を評価した．

よる FDMC の分化促進効果について検討した．ま- 17 -

SLAMF8-Fc は⼆量体構造を形成するのに対し，(1997).

SLAMF8-His は単量体構造を持つ．そのため，

5.

Nishikawa Y., Hikida M., Magari M., Kanayama N.,

SLAMF8-Fc による FDMC の分化促進は，SLAMF8Mori M., Kitamura H., Kurosaki T., and Ohmori H.

の FDMC への強い結合⼒もしくは SLAMF8 受容体

Establishment of lymphotoxin β receptor signaling-の多量体化によるものであり，SLAMF8-Fc がdependent cell lines with follicular dendritic cell

FDMC 分化の促進に有⽤であると考えられる．

phenotypes from mouse lymph nodes. J. Immunol. 177,
5204–5214 (2006).

まとめ

6.

Magari M., Nishikawa Y., Fujii Y., Nishio Y.,

本研究において，マウス FDC 株 FL-Y を利⽤し，

Watanabe K., Fujiwara M., Kanayama N., and Ohmori

FDC の活性化に伴い発現上昇する分⼦の解析から，

H. IL-21–dependent B cell death driven by

B 細胞活性化能をもつ単球系細胞（FDMC）の分化

prostaglandin E2 , a product secreted from follicular

促進因⼦として SLAMF8 を同定した．これまでdendritic cells. J. Immunol. 187, 4210–4218 (2011).

SLAMF8 の免疫学的機能はほとんど明らかになっ7.

Zhang T. T., Gonzalez D. G., Cote C. M., Kerfoot S. M.,ていなかったが，FDC で発現する SLAMF8 が単球

Deng S., Cheng Y., Magari M., and Haberman A. M.

系細胞の分化促進作⽤を持つ新たな発⾒となった．

Germinal center B cell development has distinctly

また，今回の研究により SLAMF8-Fc タンパク質がregulated stages completed by disengagement from T

FDMC の分化促進した．今後，⽣体内に SLAMF8-

cell help. eLife 6, (2017).

Fcタンパク質を投与することによりSLAMF8-Fcの8.

免疫促進効果について評価する必要がある．

Yamane F., Nishikawa Y., Matsui K., Asakura M.,
Iwasaki E., Watanabe K., Tanimoto H., Sano H.,
Fujiwara Y., Stanley E. R., Kanayama N., Mabbott N.
A., Magari M., and Ohmori H. CSF-1 receptor-

謝辞
本研究を遂⾏するにあたり，多⼤なご⽀援を賜り

mediated differentiation of a new type of monocytic cell

ました公益財団法⼈ウエスコ学術財団に⼼より感謝with B cell-stimulating activity: its selective dependence

申し上げます．

on IL-34. J. Leukoc. Biol. 95, 19–31 (2014).
9.

Ogawa S., Matsuoka Y., Takada M., Matsui K.,

参考文献

Yamane F., Kubota E., Yasuhara S., Hieda K.,

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Kanayama N., Hatano N., Tokumitsu H., and Magari M.

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protein facilitates the differentiation of monocytic cells.

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J. Biol. Chem. 294, 2386–2396 (2019).

2.

(2008).
3.

4.

10. Magari M., Nishioka M., Hari T., Ogawa S., Takahashi

Fütterer A., Mink K., Luz, A., Kosco-Vilbois M. H., andK., Hatano N., Kanayama N., Futami J., Tokumitsu H.

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The

organogenesis and affinity maturation in peripheral

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immunoreceptor

SLAMF8promotesthe円偏光発光材料を志向した⾼次アザヘリセンの開発
岡⼭⼤学学術研究院環境⽣命⾃然科学学域
前⽥ 千尋
円偏光発光（CPL）とは左円偏光と右円偏光の強度差によって⽣じるキラル発光現象であり、CPL ⾊素は 3D ディスプレイや植物の成⻑制御への応⽤が期待されている。ヘリセンはベンゼン環あるいはヘテロ環がオルト位で縮環することで螺旋状に共役系が拡張したキラルπ共役系化合物であり、次世代 CPL 材料として注⽬されている。これまでに様々なヘリセンが報告されているが、従来のものは合成が煩雑であり置換基の導⼊も困難なため、機能を発現させるための誘導体化が難しい。さらに通常苦労して合成したヘリセンは P 体と M 体のラセミ混合物であり、それらの光学分割も困難であるため⼗分な量を得ることができず応⽤展開がほとんどできていない。最近申請者は短⼯程⾼収率（市販品から 2 段階 90%収率）での新規含窒素ヘリセン（アザヘリセン）の合成を達成し、その置換基効果についても明らかにした。本研究ではπ拡張した⾼次アザヘリセンの開発を⾏い、π拡張がもとのアザヘリセンに及ぼす効果について調査することを⽬的としている。

2‒4 の開発を⾏い、π拡張がもとのアザヘリセンに

１．研究⽬的

及ぼす効果について調査することを⽬的としている

円偏光発光（CPL）を⽰す有機キラル化合物の開(スキーム 1)。

発が盛んに⾏われている。CPL は直線偏光とは異なり、円を描きながら振動する光学特性である。左円
偏光と右円偏光の⼆種類があり、キラル⾊素に励起光を照射することで発現する。CPL ⾊素は 3D ディ

N
Bn

N
Bn

スプレイや植物の成⻑制御への応⽤が期待されており、⾼性能な CPL ⾊素の開発が課題となっている。

1

3

ヘリセンはベンゼン環あるいはヘテロ環がオルト位で縮環することで螺旋状に共役系が拡張したキラルπ共役系化合物であり、次世代 CPL 材料として注⽬されている。これまでに様々なヘリセンが報告さN
Bn

れているが、従来のものは合成が煩雑であり置換基NBnの導⼊も困難なため、機能を発現させるための誘導2

4

スキーム１．π拡張アザヘリセン 1‒4 の構造体の合成が難しい。さらに通常苦労して合成したヘリセンは P 体と M 体のラセミ混合物であり、それ２．結果と考察

らの光学分割も困難であるため⼗分な量を得ること

スキーム２にπ拡張アザヘリセン 2‒4 の合成を⽰ができず応⽤展開がほとんどできていない。
最近申請者は短⼯程⾼収率（市販品から 2 段階

す。4ʼ-Methoxybiphenyl 基を有するカルバゾール 5

90%収率）での新規含窒素ヘリセン（アザヘリセン）

に対して三臭化ホウ素を⽤いて脱メチル化、6 のト

1 の合成を達成し、その置換基効果についても明ら

リフラート化を⾏った後、7 と 2-biphenylboronic

1,2

本研究では螺旋末端

acid との鈴⽊宮浦カップリングによりヘリセン前にトリフラート(OTf)基を導⼊したアザヘリセンを

駆体 8 を収率 90%で合成した。最後に酸化的芳⾹

⾜掛かりにπ拡張を施すことで⾼次アザヘリセン

族化によって 2 を得た(スキーム２a)。
さらに 3, 4 でかにしている(スキーム 1)。

- 19 -

は、まず N-benzylcarbazole 3,6-diboronic acid とにより 4 の⽣成を確認したが、溶解性が⾮常に低い

ターフェニル誘導体との鈴⽊宮浦カップリングを⾏ためキラル HPLC による光学分割ができなかった。

った(スキーム２b, c)。次に、9 に対して酸化的芳⾹

そこで、12 に対し 3ʼ位に tBu 基を有するビフェニル族化を⾏うことでカルバゾールの 4, 5 位と 2, 7 位がボロン酸との鈴⽊宮浦カップリング、酸化的芳⾹族

ともに縮環した 3 を得た。また 10 を脱メチル化、化により溶解性を向上させた 4-tBu を合成した。2,

ト リ フ ラ ー ト 化 を ⾏ い 11 を 得 た 。 2-

3、および 4-tBu についてはキラル HPLC により光biphenylboronic acid との鈴⽊宮浦カップリングを学活性体の分取を⾏い、絶対配置は TD-DFT 計算とし 12 を得た後、酸化的芳⾹族化を⾏うことで 8 か

円⼆⾊性(CD)スペクトルによって推定した。

所縮環した 4 を得た。1H NMR 及び MS スペクトル
(a)
OMe

MeO

OH

HO

BBr3
CH2Cl20 °C to 40 °C
46%

N
Bn

OTf

TfO

(HO)2BPd2(dba)3
SPhos
K3PO4

PhNTf2DMAP
Et3N
CH2Cl2
78%

N
Bn

5

1,4-dioxane
H 2O
100 °C
90%

N
Bn

6

7

(b)

FeCl3
MeNO2
CH2Cl2
rt
23%

N
Bn

N
Bn

8

2

I
(HO)2B

B(OH)2 Pd(PPh3)4
K2CO3
N
Bn

(c)

tolueneEtOH/H2O
100 °C
42%

N
Bn

9

OTf

TfO

BBr3

tolueneEtOH/H2O
100 °C
57%

10

R

Tf2O
pyridine

CH2Cl2
dry CH2Cl2
0 °C to 40 °C rt
61%
OMe
TfO

N
Bn

MeO
R

3

OMe

K2CO3

N
Bn

N
Bn

OMe

MeO

I

MeO
B(OH)2 Pd(PPh3)4(HO)2B

FeCl3
MeNO2
CH2Cl2
0 °C
59%

R

R

N
Bn

OTf

11

R

(HO)2BPd2(dba)3
SPhos
K3PO4
1,4-dioxane
H 2O
100 °C

R

N
Bn

R

FeCl3
MeNO2
CH2Cl230 °C

R

12 : R = H (95%)
12-tBu : R = tBu (25%)

N
Bn

R

4 : R = H (37%)
4-tBu : R = tBu (52%)

スキーム２．π拡張アザヘリセン 2‒4 の合成合成した π 拡張型アザヘリセンのうち 2, 3 及びなった。これは、1, 2 と⽐べて中央部分の torsion

1 については単結晶 X 線結晶構造解析に成功し、そangle が⼩さい⼀⽅、末端環部分におけるねじれがの構造を明らかにした(図１)。torsion angle や⼆⾯

⼤きくなったため、torsion angle の合計値が⼤きく

⾓、末端環同⼠の距離を⽐べたところ、2 が最も短なった。

い末端環同⼠の距離を⽰した。⼀⽅、計算構造では1 と同程度の距離であったことから、2 の結晶構造
は分⼦間のパッキングの影響を強く受けていることが考えられる。また、3 について torsion angle の合計値が⼤きい⼀⽅で、末端環の⼆⾯⾓は⼩さい値と- 20 -

ジクロロメタン中での 1-4 の吸収、CD、蛍光、及(a)4.11(4.16)

び CPL スペクトルを測定した(図２、表１)。吸収ス
ペクトルでは、π 拡張するごとに⻑波⻑シフトを⽰

49.3(49.6)

し、1 (418 nm)と 4-tBu(499 nm)の吸収極⼤を⽐べると約 80 nm の⻑波⻑シフトを⽰した。CD スペク(b)トルは、吸収スペクトルと同じ領域に観測され、1-4

5.30(7.52)の P 体では最⻑波⻑で負のコットン効果が確認された。2 のコットン効果は Δε = -59.8 M-1cm-1 と最3.62(4.22)

も強く、gabs 値は‒5.7×10‒3 であった。蛍光スペクト

49.0(50.3)

ルも、吸収スペクトルと同様に 1-4 の順に⻑波⻑シ
フトを⽰し、⻘⾊から⻩緑⾊の発光を⽰した。蛍光(c)

量⼦収率は 3 が 0.45 と⼀番⼤きな値を⽰した。こ3.88(4.01)

れは、カルバゾールの 2, 7 位の縮環により剛直な構

46.4(47.9)造を有しているためだと考えられる。CPL スペクト
ルでは、
1-3 の P 体では負の CPL を⽰した⼀⽅で、(P)-4-tBu は負から正に符号が変わる分裂型のスペ
図１．X-ray crystal structures of 1‒3. Distances

クトルを⽰した。また、(P)-4-tBu での濃度依存性を

between the terminal rings of the [7]azahelicenes

調査するため、7.1×10‒7 及び 7.1×10‒6 M で測定しand angles between the two terminal rings andたが変化は⾒られなかった。また CD スペクトルにpyrrolic ring are shown. The values in parenthesis

おける gabs 値と同様に 2 が最も⾼い glum 値(‒3.4×
10‒3)を⽰した。

are based on the optimized structures.

200

(M)-1
(M)-2

(M)-3
(M)-4-tBu

32-3

ΔI /x 10-1

Δε / M cm

-1

100
0

-100

(P)-1
(P)-2

0
-1
-2
-3

FL intensity

5-1

ε / x 10 M cm

-1

-200
1.0

(P)-3
(P)-4-tBu

1

0.5

0.0
300

350

400
450
wavelength / nm

500

550

400

450
500
550
600
wavelength / nm

図２．ジクロロメタン中での(P)-1‒4 の CD, UV/vis, CPL, FL スペクトル- 21 -

650

似した分⼦軌道分布を⽰し、4-tBu は拡張した部分

表１．(P)-1‒4 のキラル光学特性
lA

lF[a]

FF

(nm)

(nm)

1 418

432

0.28 4.9

3.2

2 449

460

0.30 5.7

3.4

オリゴフェニル⾻格を導⼊したカルバゾールを

3 456

482

0.45 2.5

1.3

Scholl 反応に付すことで新規 π 拡張型アザヘリセ

4 499

516

0.31 1.7‒0.2[d]/+0.5[e]ン 2‒4 の合成に成功した。合成した化合物のキラル

gabs[b]glum[c](10‒3)(10‒3)には軌道の寄与が⼩さいことが分かった。
３．結論[a] Excited at l = 320 nm. [b] gabs = De/e at the

光学特性を測定したところ、π 拡張するごとに⻑波

maximum wavelength of the longest Cotton

⻑シフトを⽰し、⻩緑発光を⽰した。また、2 が⼀

effects. [c] glum = 2(IL-IR)/(IL+IR). [d] At 500 nm. [e]番強度の強いキラル光学特性を⽰し、glum 値は‒3.4

At 560 nm.

×10‒3 であった。
４．参考⽂献(1) C. Maeda, K. Nagahata, T. Shirakawa, T. Ema,-tBu

Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7813.
(2) C. Maeda, S. Nomoto, K. Akiyama, T. Tanaka, T.
Ema, Chem. Eur. J. 2021, 56, 15699.
EDFT
DFT = 3.64 eV?∆E3.36 eV

3.19 eV

3.00 eV

図３．1‒4 の分⼦軌道
図３に 1‒4 の分⼦軌道を⽰す。π 拡張するごとにHOMO の不安定化と LUMO の安定化により、
HOMO-LUMO ギャップが⼩さくなっており、光学特性で⾒られた⻑波⻑シフトと⼀致した傾向を⽰した。興味深いことに、3, 4-tBu の HOMO は 1, 2 のHOMO-1 に相当する軌道を⽰した。1 や 2 のHOMO-1 においてカルバゾール 2 位に⼤きな係数が存在しており、2 位でも縮環した 3 や 4-tBu は⼤きく摂動を受け不安定化したと考えられる。分⼦軌
道の分布については、1, 2 はらせん末端まで分⼦全体に軌道が分布しているのに対して、3, 4-tBu は類- 22 -

不整地未知環境における⾃律型ロボットのための⾃⼰増殖型ニューラルネットワークに基づく
環境適応型空間知覚システム
岡⼭⼤学学術研究院環境⽣命⾃然科学学域
⼾⽥ 雄⼀郎（概要）近年、⾃律型ロボットは不整地未知環境での様々な⽤途に期待が⾼まっており、そのような⾃律型ロボットには、周囲の 3 次元空間を適応的に知覚・認知して⾏動計画する能⼒が求められている。3 次元点群デー
タから環境の知覚情報を抽出するために、様々な 3 次元空間知覚システムが提案されているが、状況に応じて適応的に知覚する環境適応型空間知覚システムは未だ実現していない。そこで本研究では、⾃⼰増殖型ニューラルネットワークである Growing Neural Gas（GNG）を⽤いた空間知覚システムに関する⽅法論を確⽴することで環境適応型空間知覚システムを実現する。今年度の研究では，⾃律移動ロボットの⾛⾏可能性を継続的に⾃⼰学習する⽅法論を確⽴することを⽬的とした。本報告では、継続的な学習の際に必要となる特徴抽出のための注意機構について報告する。

1. 緒⾔
災害・施⼯現場や⼭林管理などの不整地未知環境において⾃律型ロボットの活躍が期待されている。不整地未知環境で効率よくタスクを遂⾏するためには、周囲の 3 次元環境を適応的に知覚・認知し、抽出された情報をもとに⾏動計画していく能⼒が求められる。近年のセンサ技術の発展により、ロボットは周囲の 3 次元空間を容易に計測可能となり、膨⼤な 3次元点群を獲得可能となった。点群は構造化されて

図 1 研究開発の概念図いないため、このデータから⾏動計画に関する知覚

具体的な研究内容を図 1 に⽰す。
今年度の研究では，情報を抽出する必要があり、様々な 3 次元空間知覚

⾃律移動ロボットの⾛⾏可能性を継続的に⾃⼰学習システムがこれまで提案されている。特に、近年発する⽅法論を確⽴することを⽬的とした。本報告で達の著しい深層学習を適⽤した⽅法論が国内外におは，継続的な学習の際に必要となる特徴抽出のため

いて展開されており、膨⼤なデータを⽤いることにの注意機構について報告する。

より、認識精度の⼤幅な向上などを実現している。

2. 位相構造の学習

しかしながら、これらの⼿法は、ラベルにない未知本研究では、3 次元点群データの学習に未知なデーの環境・対象に対する適応性が低く、環境適応型のタ構造に適⽤可能な教師なし学習⼿法である GNG

統⼀的な知覚システムの⽅法論は未だ確⽴されていに基づき環境適応型空間知覚システムを構築した。

ない。そこで、本研究では、未知データに対して位

GNG は、
⼊⼒ベクトルの空間構造の学習と位相構造

相構造を学習する⾃⼰増殖型ニューラルネットワーの構築を同時に⾏うことが可能な⼿法である。しかクである Growing Neural Gas（GNG）に基づく空しながら、空間の位置情報や⾊情報などの属性を複間知覚システムに関する⽅法論を確⽴する。

数含む⼊⼒ベクトルを学習しようとすると、空間情報の属性以外の⼊⼒ベクトルとともに学習されるため、点群位置の空間構造を保持できないといった問題点が存在する。そこで本研究では、これまでに提- 23 -

sha1_base64="1qBByO862CdZ/amFVQR+85dnJzw=">AAACkXichVHLSsNAFD3GV62vqhvBTbAoilImRXytiiIIbnxVBfsgiVMNpklIphUN/QGXbly4UhARf8CtuvEHXPgJ4lLBjQtvY0C0qDdk5twz99w5M6M5puEJxh7rpPqGxqbmSEu0ta29ozPW1b3m2SVX52ndNm13Q1M9bhoWTwtDmHzDcbla1Ey+ru3OVtfXy9z1DNtaFfsOzxbVbcsoGLoqiMrHRufyvqdU5IzJC0J1XXtPDpkReWgr5zu2Vwny4VxSzsfiLMGCkGuBEoI4wli0YxfIYAs2dJRQBIcFQdiECo++TShgcIjLwifOJWQE6xwVRElboipOFSqxuzRuU7YZshbl1Z5eoNZpF5N+l5QyBtgDu2Qv7J5dsSf2/msvP+hR9bJPs/ap5U6+87B35e1fVZFmgZ0v1Z+eBQqYDLwa5N0JmOop9E99+eD4ZWV6ecAfZGfsmfyfskd2Ryewyq/6+RJfPkGUHkD5ed21YC2ZUMYTytJYPDUTPkUEfejHEN33BFKYxyLStO8RrnGDW6lHmpJSUlgr1YWaHnwLaeED2iqZyw==</latexit><latexit

Es1

sha1_base64="eZ0GCirRrj/B3axf0nQDEBn3AFs=">AAACdXichVHLSsNAFD2Nr1pfUTeCCMVacSF1IqIiCEU3LrVaW6i1JHFag2kSkrRQQ3/AH3ChG4Uq4me48Qdc9BPEpYIbF96mAdGi3mFmzpy5586ZGcXSNcdlrBkSurp7evvC/ZGBwaHhEXF0bN8xK7bK06qpm3ZWkR2uawZPu5qr86xlc7ms6DyjnGy29jNVbjuaaey5NYvny3LJ0IqaKrtEFURRPfQs06kXvMq8XV+XogUxxhLMj2gnkAIQQxDbpniLAxzBhIoKyuAw4BLWIcOhloMEBou4PDzibEKav89RR4S0FcrilCETe0JjiVa5gDVo3arp+GqVTtGp26SMIs6e2B17ZY/snj2zj19reX6NlpcazUpby63CyNnE7vu/qjLNLo6/VH96dlHEqu9VI++Wz7Ruobb11dPz1921VNybZdfshfxfsSZ7oBsY1Te1scNTF4jQB0g/n7sT7C8mpOWEtLMUS24EXxHGJKYxR++9giS2sI00nVvFJRq4Cb0LU8KMMNtOFUKBZhzfQlj4BPlRkFA=</latexit><latexit。
位置情報のエッジを追加する（cu,r = 1、cr,f = 1）

Step3. ノード s1 について⼊⼒データ v との⼆乗誤

また、位置情報以外の属性 o(2 S pos) に関して以下

sha1_base64="rjwRAXOsgmdCrKnK6wHPcHFmPVo=">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</latexit>

ここで、A はノード番号の集合を表す。

<latexit

ての属性

説明する。

o (2 S ) のエッジを削除する（cs1,s2=0）。その結果、
sha1_base64="usAmVkeMlV0gyAlq1jjWXutHufk=">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</latexit>

以下では、全体アルゴリズムの詳細な内容に関して<latexit

Step7. 事前に設定した閾値 gmax を超える年齢の全
sha1_base64="V0qBc6TnysXnaZF1AT7b9mkhZPU=">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</latexit>= {co1,2 , · · · coi,j , · · · }sha1_base64="rSAKNw1O27XM/aflRdXp9u1X3Rg=">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</latexit>と定義することによって、複数<latexit

sha1_base64="V0qBc6TnysXnaZF1AT7b9mkhZPU=">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</latexit><latexit

sha1_base64="BfnkbfdpsfaVgbFV+2oz/Qmu+gw=">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</latexit><latexit

sha1_base64="ALrH36RemdHbsmvCVM4vLbcjiq8=">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</latexit><latexit

ジの作成は、以下の式によって⾏われる。

はじめに、GNG-DT において⽤いる主な変数の定義を⾏う。まず、本研究における属性の集合を S={ 位⇢

置 情 報 (pos), 法 線 ベ ク ト ル (nor), ⾛ ⾏ 可 能 性
ここで、evao(.)は、属性に応じた判定式の結果を表し、(mob)}とし、⼊⼒ベクトルと参照ベクトルをそれぞ
属性間の類似度が⾼い場合には true を返し、それ以

sha1_base64="P/Q9uCYH81wlz5BtdVov+x4hvq4=">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</latexit>

関して説明していく。

<latexit

sha1_base64="i1lwZivPW7TblRBSw0t6AXyu3Kc=">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</latexit><latexit

GNG-DT を⽤いることによって、時々刻々と更新さ
hpos
s1
hpos
s1 + ⌘1 (v

れる 3 次元点群データから 3 次元の空間構造を継続
hposjhoj + ⌘2 (v

的に学習しつつ、構築された位相構造を活⽤した法、
Step 5. エッジの年齢を 0 にリセットし（gs1, s2=0）

線ベクトルなどの特徴量の抽出や多解釈可能なクラノード s1 と s2 との間に位置情報のエッジが存在しな

スタリングが実時間オンライン学習として実現可能
ければ、新たに位置情報のエッジを作成する（cs1,s2である。以下では、GNG-DT の学習アルゴリズムに= 1）。位置情報以外の属性 o (2 S pos) に関するエッ
sha1_base64="rjwRAXOsgmdCrKnK6wHPcHFmPVo=">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</latexit>

h2）。

<latexit

アルゴリズムである GNG-DT を⽤いることとした。
sha1_base64="BneuRC6NUc/82PDY8AlOAkVoOmw=">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</latexit>

新する。ただし、h1 とh2 を学習係数とする（h1 ＞<latexit

ベクトルなどの属性ごとの位相構造を構築する学習}, hi = {hpos, hnor, hmob}iiiと定義する。次に、に 1 つ取得する。
u = arg max Ei

Step2. ⼊⼒ベクトル v に対する第 1 勝者ノード s1
ii. ノード u と結合関係のあるノードの中で最も積と第 2 勝者ノード s2 を選択する。

算誤差の⼤きいノードを f とし、u と f を結合するエs1 = arg min dposi

ッジを 2 分するようにノード r を挿⼊する。

i2A

差を積算誤差 Es1 に加算する。

2
Es1 + (dposs1 )Step 4. ノード s1 及びノード s1 と各属性における結⇢- 24 -

cos1 ,s2 = 1
cos1 ,s2 = 0

gs1,j
gs1,j + 1 if

coi,j = 1
coi,j = 0ifposの式によりエッジの追加の判断を⾏う。

if evao (hoi , hoj ) = true
otherwise

sha1_base64="GtM/vHc6CSOHLwL3BjNGqthuQFM=">AAACdnichVHLSsNAFD2N7/qquhEEKZaqCyk3IiqCILpx2Vargo+SxGkNpklI0oqG/oA/4EJcKGgRP8ONP+DCTxCXCrpw4W0aEBX1DjNz5sw9d87MqLahux7RQ0Rqam5pbWvviHZ2dff0xvr611yr7Ggip1mG5WyoiisM3RQ5T/cMsWE7QimphlhX95fq++sV4bi6Za56h7bYLilFUy/omuIxlY/1aTu+bbnVvO9MFKrxeTmejyUoRUHEfwI5BAmEkbZiNWxhFxY0lFGCgAmPsQEFLrdNyCDYzG3DZ85hpAf7AlVEWVvmLMEZCrP7PBZ5tRmyJq/rNd1ArfEpBneHlXEk6Z6u6Znu6IYe6f3XWn5Qo+7lkGe1oRV2vvd4cOX1X1WJZw97n6o/PXsoYDbwqrN3O2Dqt9Aa+srRyfPKXDbpj9IFPbH/c3qgW76BWXnRLjMie4oof4D8/bl/grXJlDydkjNTiYXF8CvaMYQRjPN7z2ABy0gjx+ce4AxXqEXepGEpKY01UqVIqBnAl5DoA0aBkGs=</latexit>

sha1_base64="V0qBc6TnysXnaZF1AT7b9mkhZPU=">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</latexit><latexit

Step0. 初期化として、⼆つのノードの参照ベクトの属性ごとに位相構造を構築していく。

<latexit

sha1_base64="ebKb4Hu9oVkB9iOLOREnUwFKvWE=">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</latexit><latexit

合関係があるノードの位置情報の参照ベクトルを更

hpos
j )

<latexit

sha1_base64="SsjSQEO3lBjL4NkAmIoVBiIq9LU=">AAACb3ichVHLSsNAFD2N7/qqulAQpFgqClJuRFQEQXTjUq19QNWSxKkG0yQkaUGLP+AH6MKFDxARP8ONP+CinyCupIIbF96mAVFR7zAzZ87cc+fMjGobuusRVUNSU3NLa1t7R7izq7unN9LXn3atkqOJlGYZlpNVFVcYuilSnu4ZIms7Qimqhsio+8v1/UxZOK5umRvegS22isquqRd0TfGY2tS2rXylNFk4WqBoPhKjBPkR/QnkAMQQxKoVucEmdmBBQwlFCJjwGBtQ4HLLQQbBZm4LFeYcRrq/L3CEMGtLnCU4Q2F2n8ddXuUC1uR1vabrqzU+xeDusDKKOD3SLdXoge7oid5/rVXxa9S9HPCsNrTCzvceDyXf/lUVefaw96n607OHAuZ8rzp7t32mfgutoS8fntaS8+vxyhhd0TP7v6Qq3fMNzPKrdr0m1s8Q5g+Qvz/3T5CeSsgzCXltOra4FHxFO4YxinF+71ksYgWrSPG5Nk5wjovQizQojUjRRqoUCjQD+BLSxAfz1Y4P</latexit>

i2A\s1<latexit

sha1_base64="E++iQoKqfw7CSSwrMywnWt5Wefs=">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</latexit><latexitCosha1_base64="IdjVkTF0eZVL2Yp+6s4u8O8pWGo=">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</latexit>

sha1_base64="elGhOXXIEEorfHRl9yncnsF6ifM=">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</latexit><latexit

また、ある属性 o （2 S ） のエッジの集合を

hoi ||<latexit

sha1_base64="V0qBc6TnysXnaZF1AT7b9mkhZPU=">AAACaXichVG7SgNBFD1ZXzE+kmgTtAmGiFWYFVGxCtpY5mGikIjsrpM4ZrO77G4CMfgDVnaiVgoi4mfY+AMW+QSxVLCx8GazIBrUO8zMmTP33Dkzo1q6cFzGOgFpYHBoeCQ4Ghobn5gMR6JTRcds2BovaKZu2juq4nBdGLzgClfnO5bNlbqq8221ttHd325y2xGmseW2LL5bV6qGqAhNcYkqloURz8f3IgmWYl7E+4HsgwT8yJiRW5SxDxMaGqiDw4BLWIcCh1oJMhgs4nbRJs4mJLx9jmOESNugLE4ZCrE1Gqu0KvmsQetuTcdTa3SKTt0mZRxJ9sTu2Ct7ZPfsmX38Wqvt1eh6adGs9rTc2gufxPLv/6rqNLs4+FL96dlFBaueV0HeLY/p3kLr6ZtHZ6/5tVyyPc+u2Qv5v2Id9kA3MJpv2k2W5y4Rog+Qfz53PygupuTllJxdSqTX/a8IYhZzWKD3XkEam8igQOce4hTnuAi8SFEpJs30UqWAr5nGt5ASn1TBi34=</latexit><latexit

doi = ||v osha1_base64="JN0W02u9jtEghRnOPqPo4/CLFyY=">AAADEXichVHLahRBFL3dvuL4yBg3gpvCIRIhDNUiGoRAjBuXeThJIJ0M1ZXb05X0i+qakbHpH3DrwoUrBRHRH3AnuhFcu8gniMsIblx4p6ZBYnzcoqvuPXXP6VNVQR6rwnC+77jHjp84eWridOPM2XPnJ5sXptaKrK8ldmQWZ3ojEAXGKsWOUSbGjVyjSIIY14O9u6P99QHqQmXpfTPMcSsRvVSFSgpDULf5xo8xNH7ZYBR+gD2VlkJrMazKuLIgY3I765Zqdrdi88xjvh0qpAkHYjub8RNhoiAso8r2VbPsMLJbXZs3uo/M9/8gyGvBzESoH6gCx04w3al9UO1r1YtMm3WbLd7mNtjRxKuTFtSxlDVfgg87kIGEPiSAkIKhPAYBBY1N8IBDTtgWlIRpypTdR6igQdw+dSF1CEL3aO5RtVmjKdUjzcKyJf0lpk8Tk8E0/8xf8QP+kb/mX/iPv2qVVmPkZUhrMOZi3p18dGn1+39ZCa0Gol+sf3o2EMKc9arIe26R0SnkmD94+ORg9fbKdHmVP+dfyf8zvs8/0AnSwTf5YhlXnkKDHsD7/bqPJmvX297Ntrd8o7WwWD/FBFyGKzBD930LFuAeLEEHpDPlzDl3nEX3sfvWfee+H7e6Ts25CIfC/fQTzmrDTg==</latexit>i. 積算誤差が最⼤のノード u を選択する。

sha1_base64="04XdtjNamj7kwTcs7VFZ4zxaIX8=">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</latexit>

Step1. ⼊⼒ベクトル v を計測データからランダム<latexit

れ、v = {vpos<latexit

sha1_base64="ZhGApUQLbGobk929IkmKykr1orQ=">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</latexit>

s2 = arg min dposi<latexit

案してきた位置座標空間の構造を保持しつつ、法線

hpos
s1 )
cpos
s1,j = 1

pos

if evao (hos1 , hos2 ) = true
otherwise外の場合には false を返す式を表す。また、ノード

ある属性 o における⼊⼒ベクトルと i 番⽬のノードoの参照ベクトルとの距離をdi とし、以下のように定郭情報 zi (1 が輪郭、0 がそれ以外を表す。)を含む義する。
経路計画に必要な推定量を更新する。
s1 及びノード s1 と結合関係があるノードに対して輪Step6. ノード s1 と位置情報の結合関係がある全てのエッジの年齢をインクリメントする。
cpos
s1,j = 1o

ル h1 と h2 をランダムに⽣成し、結合関係 co1,2=1
位置情報の結合関係において、他のノードと結合関係を持たないノードは、そのノードを削除する。

(2 S )、エッジの年齢 g1,2=0 とする。
Step8. データ⼊⼒がl回ごとに、次の操作を⾏う。

i2A

hr = 0.5(hu + hf )iii. ノード u, f 間の全ての属性 o(2 S ) に関するエッジを削除し（cu,f = 0）
、ノード u, r 及び r, f 間にopos

次に，中心周辺抑制モデルを用いて各特徴量を求める．Itti らのアルゴリズムでは，入力画像をダウンサン

プリングすることで中心周辺を作り出し畳み込みを行

い，距離の指標として DoG を用いることで中心周辺を

sha1_base64="GQyryfQ0KYxP4qitkabTBbeoemQ=">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</latexit><latexit

iv. ノード u, f の積算誤差を減衰率 adec（0  ↵

dec

 1）

sha1_base64="Mgl1BrehZjkG9bb13T4OeeHFF/A=">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</latexit><latexit

を⽤いて以下の式により更新する。
Eu
Ef

Eu
Ef

↵

dec

Eu

dec

Ef

↵

ズムに倣い，色・位相・輝度の 3 つを特徴量として定め差とする。

sha1_base64="/kJexwsMn0sCJtoInO+ZhK7zVfk=">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</latexit><latexit

る．まず，黄色Er =0.5(Eu + Ef ) Y を式 12 で導出する．
sha1_base64="p1kb/52s5N1/hNxFPPFF4vxZLb8=">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</latexit>

sha1_base64="6N6o27/OnAZtK2HKj0MPkHLgw0Q=">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</latexit><latexit<latexitb（0   1）
Step9. 全てのノードの誤差を減衰率
hcol,r + hcol,gi Itti らのアルゴリ{pos, col, nor}) とする．本研究では，(12)hcol,y= ii2により減衰させる。
ズムに倣い，色・位相・輝度の 3 つを特徴量として定め
col,r
たサリエン
ここで，
i の赤色に関する値を表してEi る．まず，黄色
Ei
Ehi (82はノードA) 12 で導出する．
i iYを式

び輝度 I をセルにおけ

負の値を取っいる．また輝度 I は YCbCr 系の表色系を用いて，式 13

Step10.

終了条件が満たされない場合は
Step1
col,r
col,g

hi !·"+hから導出する．ただし式中のは，ガウス記号を表し
col,y
i
ている．

(12)
2
図 2 ここで，に全体アルゴリズムのフローチャートを⽰す。
hcol,r はノード i の赤色に関する値を表して− bi,j

する特性を

示すように

値を求める．

R(s))| (8)B(s))|

表す添え字

レベルを表

したレベル

0°, 135°のみ込み演算いて特徴マッ規化を行う．

次元拡張し

行う．具体

+ y2
) (9)
2
σinh

.02, σinh =D DoG を用

(10)

=

i

このような⼿順により本研究では、313いる．また輝度 I は YCbCr
16 +系の表色系を用いて，式
Ri + Gi 次元点群の地+ Bi
I(i) =
から導出する．ただし式中の!·"は，ガウス記号を表し
255
形データを学習していく。
ている．

(7)

hi

に戻る。

65.738!255h
図 5:
Method i
R Proposed
=

col,r

"
(13)
256
129.057!255hcol,g"i
ここで，M は各特徴マップ∈ iIc,s, BY
Gi = 16(Mc,sB+R+ ,GRGi+i c,s ,
256
I(i) =
Oc,s,θ ) を表しており，Cinh = 0.02 としている．また
255 col,b"25.064!255hcol,r| · |>
は，正の値のとき絶対値を返し，負の値は
Bi = 65.738!255hii " 0 にす
=0256
Ri =11 で，求めた各特徴マップを(13)ることを示す．最後に式
256
次に，中心周辺抑制モデルを用いて各特徴量を求め統合してサリエンシーマップの導出を行っている．
129.057!255hcol,g
"
i
G
=
i
る．Itti らのアルゴリズムでは，入力画像をダウンサン
256
プリングすることで中心周辺を作り出し畳み込みを行
1"
25.064!255hcol,bi
S = Bi(N (I)= + N (L) + N (O))
3
DoG を用いることで中心周辺を
い，距離の指標として
256
RG + BY
GNG ではノードが特徴量の役割を果定義していたが，(11)
L =次に，中心周辺抑制モデルを用いて各特徴量を求め2たしており，かつ隣接ノードが周辺の役割を果たすと考る．Itti らのアルゴリズムでは，入力画像をダウンサン
このようにして，
Itti のモデルではサリエンシーマッ
えられるため，式 14 を用いて，ノード i の輝度 Ii ・色
プリングすることで中心周辺を作り出し畳み込みを行プを形成している．
図 i2, BY
適応型知覚システムのフローチャート
RG
i・位相 Oi に関する値を求めることで，各特徴
DoG を用いることで中心周辺を
い，距離の指標として
14 において，j はノー
5 マップを形成できる．ただし，式提案手法
3.
位相構造からのサリエンシー推定
定義していたが，GNG ではノードが特徴量の役割を果
本章では，前章で述べた Itti らのアルゴリズムをiの隣接ノードを示している(j∈ ci,j =GNG
1)．
ド
本研究では、GNG-DT を⽤いた知覚システムの注意たしており，かつ隣接ノードが周辺の役割を果たすと考いる．

定義していたが，GNG ではノードが特徴量の役割を果

本研究ではサリエンシー推定のための特徴属性としたしており，かつ隣接ノードが周辺の役割を果たすと考Sて、⾊情報、法線ベクトルの情報を⽤いる。まずさえられるため，式 14 を用いて，ノード i の輝度 Ii ・色

RGi , BYi・位相 Oi に関する値を求めることで，各特徴
りエンシー推定においては、中⼼周辺抑制モデルを

C

ただし，

i

⽤いて各特徴属性から特徴量を抽出する。具体的な を 0 として

ド i の隣接ノードを示している (j ∈ ci,j = 1)．
抽出は以下の式によって⾏われる。
入力とした場合，3 次元の位置座標からクラスタリング

Cinh = 0.0 としている．
""
M"i ← |Mi + Mj ·IDoG(15)
inh |>
・色−CC"・位相式 16 に示すように，輝度=0 O の各特徴マップを正規化して，各特徴マップの相加平均をと
ここで，M は各特徴マップ (M ∈ I, RG, BY, O) を表
Mは、各属性の特徴マップを表す。このよ
ここで、GNGにおいてサリエンシーマップを形成してることでしており，特徴量を減少させすぎないようにするため

うに正規化された特徴量から、サリエンシーマップ
いる．
C
inh = 0.0 としている．
は以下のように推定される。
式 16 に示すように，輝度 I "・色 C "・位相 O" の各特1
徴マップを正規化して，各特徴マップの相加平均をと(N (I) + N (C) + N (O))
S =3
ることで GNG においてサリエンシーマップを形成してRG + BY
(16)
C =
いる．
2

ぞれを入力としたサリエンシー抽出について実験を行っ

6左は従来⼿法、中右は提案⼿法、右は画像処理ライ実験

1 ! col,b(hj|(hcol,b− hcol,y)|− hcol,y)−ii !
jAlgorithm 1 Proposed Algorithm
E
(i)
ct
1
" col
Ii = |I(i)− nxi +ny +nI(j)|ziivector}
Require: v(v pos , |cosv )−1E{input(i)||||n| if input is 3Ddata
ct||n
||
j
Oi S={Saliency Map} i! col,rEnsure:1 otherwise
col,g
(hj
− h0.0)−− hcol,g)|
RGi = |(hcol,riij
1: h ← GNG(v)Ect (i)2: I(i)← Extract(h)1 ! i の法線ベクト
ここで，nxi ,col,bnyi , nzi はそれぞれ，ノード(hcol,b− hcol,y)|− hcol,y)−
BYi = |(hiijj
3: ルにおける各値を示しており，
I, RG, BY, O ← EachSaliencyMap(h,EGNG
ct (i) I(i))
ノードにおける法"yz
4: D ← 3DDoG(h) −1 nx
i +ni
i +nを参考にした．
[13]
Ect (i)
線ベクトルの算出は文献| if input isまた，
3Ddata|cos ||ni ||||nj ||!
!
!
!
=, BY , O ← Modify(I, RG, BY, O, D)
5: IO,iRG
はノード i におけるエッジの個数を表している．そして
0.0
otherwise
6: S ← IntegratedSaliencyMap(I ! , RG! , BY ! , O ! )すべてのノードに対して特徴マップを形成した後，各特
ここで，nxi , nyi , nzi はそれぞれ，ノード iDoGの法線ベクトを用いて徴マップにおいて正規化を行う．次に，ルにおける各値を示しており，
GNGノードにおける法では 3 次元画像を各特徴マップの値を修正する．GNG

た．はじめに，表 1 に今回用いた GNG のパラメータを前述した先行研究によるアルゴリズムと提案手法を比3 次元画像は
Microsoft社の Azure Kinect示す．またブラリーである
OpenCVをそれぞれ⽤いてサリエ
較するために，2 次元画像および 3 次元画像，またサリを用いて取得しており，それ以外は自作している．図
ンシー推定を⾏った様⼦である。ただし、従来⼿法6
エンシー実験で一般に用いられるベンチマーク画像それに今回の実験結果を示す．図 6 内の左は各入力データをおよび提案⼿法に関しては、ノード単位で求めたサぞれを入力としたサリエンシー抽出について実験を行っ示しており，中左は従来手法を，中右は提案手法を，右1 に今回用いた
GNG のパラメータをた．はじめに，表リエンシー値を20×20の格⼦マップに投影するこ
OpenCV をそれぞれ用いてサリエンシー抽出を行っ
は
3
次元画像は
Microsoft社の Azure Kinect示す．またとで結果を得ている。また 2 次元の⼊⼒画像は、オた様子である．ただし，従来手法および提案手法に関すべてのノードに対して特徴マップを形成した後，各特の格子マップに投影することで結果を得ている．また 2=

はじめに，入力データに対し GNG を試行し位相構造を用いて取得しており，それ以外は自作している．図6
20 × 20
しては，ノード単位で求めたサリエンシー値を
レンジ⾊の円環・グラデーションの⼊った⻘⾊の四に今回の実験結果を示す．図6 内の左は各入力データを2の格子マップに投影することで結果を得ている．また示しており，中左は従来手法を，中右は提案手法を，右次元の入力画像は，オレンジ色の円環・グラデーション
OpenCV をそれぞれ用いてサリエンシー抽出を行っは3次の入った青色の四角・緑の波線で構成されており，

⾓・緑の波線で構成されており、3 次元の⼊⼒画像

線ベクトルの算出は文献 [13] を参考にした．また，Ect (i) た様子である．ただし，従来手法および提案手法に関- 25 はノード i におけるエッジの個数を表している．そして しては，ノード単位で求めたサリエンシー値を 20 × 20を構築する．ここで，GNG の参照ベクトルを hsi , (s ∈実験次元に拡張した 3D DoG を用を行えるため，DoG1を 3!
前述した先
I(j)|
Ii = |I(i) −いる．具体的には，式Ect (i)14 を用いて計算する．
較するため
1 ! col,r(hj− hcol,g)−− hcol,g)| エンシー実験
RGi = |(hcol,riijEct (i)
入力とした場合，3 次元の位置座標からクラスタリング
ぞれを入力と3DDoG(x, y, col,bz) = col,y1 ! col,bcol,y3次元に拡張した
3D
DoGを用を行えるため，
(h
−
h
)|
− hを
)
−
BYi = |(hi DoG
ijj
た．はじめに2
x2 + y14x2 + y 2 + z 2
c3ex+
z 2Ect (i) c3inh"
いる．具体的には，式y を用いて計算する．
x
z ) −
exp(−
exp(−
)
示す．また
+n
+n
n
3
i 2 i
i
2
2 ) 32
input2 is) 3Ddata|cos−1 ||n
2σ
2σinh
2
(2πσex||||nj || | if (2πσ
iex
inh
Oi =
を用いて取
0.0
otherwise(14)に今回の実験
3DDoG(x, y,x z)y= z
ここで，nciex, ni=, n0.5,
はそれぞれ，ノードiの法線ベクト示しており，
ここで，
c
=
1.5,
σ
=
0.02,
σ
=
i
inh
ex
inh
3
2BYi, Oi
2 は、i
2 番⽬のノードの輝度
3
2、 2
ここで、I
i RGi・
x
c
x
c
+
y
+
z
+
y
z2
ex
inh
OpenCV
ルにおける各値を示しており，
は+0.25とそれぞれ定めている．また，式15 を用いて，各) GNG− ノードにおける法)
3 exp(−
3 exp(−
2222 )22σex[13] を参考にした．
2
⾊、位相に関する特徴マップを表す。また、n(2πσ(2πσinh )また，x, n(i)y, n2σz た様子であinhexE
線ベクトルの算出は文献
ct
特徴マップを修正する．
(14) しては，ノーはノードi におけるエッジの個数を表している．そしては、i
番⽬のノードの法線ベクトルの各軸の値を表"の格子マッ
すべてのノードに対して特徴マップを形成した後，各特M
Mj=· DoG|0.02,(15)
し、Ect(i)はエッジの個数を表す。
>
i+
ここで，
cex
= |M
0.5,
cinh
1.5,次に、
σ−exCinh=Difference=i ←=0 σinh of
徴マップにおいて正規化を行う．次に，DoG を用いて 次元の入力
0.25とそれぞれ定めている．また，式15 を用いて，各Gaussian(DoG)を適⽤し、各特徴量を以下の式によ
ここで，
M は各特徴マップ (M∈ ではI, RG,
BY, O) を表 の入った青GNG
3 次元画像を各特徴マップの値を修正する．
特徴マップを修正する．
しており，特徴量を減少させすぎないようにするため
り、正規化する。

ただし，GNG における輪郭ノードはサリエンシー値
本研究では、上記の⼿続きを⽤いて、GNG-DT
が学
1
を 0 としている．
(N
(I)
+
N
(C)
+
N
(O))
S
=
習した位相構造から注意の機構のためのサリエンシ
3に適応できるように変更した GNG 用のアルゴリズムの機構を構築するために
Itti らのサリエンシー推定
6ー推定を⾏う。
実験C = RG + BY
i の輝度 Ii ・色
えられるため，式 14 を用いて，ノード(16)の概要を示す．提案するアルゴリズムを用いることで，!
2
1
前述した先行研究によるアルゴリズムと提案手法を比RG
GNG
におけるサリエンシーマップの形成が可能となる．
を
GNG-DT
へ適⽤可能なアルゴリズムへ改良を⾏
提案⼿法を⽤いて
2 次元画像、3 次元点群データのI(j)|Iii, BY=i・位相|I(i) O−i に関する値を求めることで，各特徴
Ect (i)
ただし，GNG2における輪郭ノードはサリエンシー値
次元画像および 3 次元画像，またサリ
較するために，
14 において，
マップを形成できる．ただし，式Algorithm
1 に提案するアルゴリズムを，図??
にその概j はノー!
った。具体的な提案アルゴリズムを
1 にcol,g
それぞれからサリエンシーを推定した結果を図 3 に
1 Algotithm
col,r
col,g
col,r
0 としている．
(hj1)．− hj )| を
= |(hi− hi ) − (j ∈ ci,j =RG
要をそれぞれ示す．
エンシー実験で一般に用いられるベンチマーク画像それi iの隣接ノードを示している
ド
Ect (i)
⽰す。
⽰す。図 3 内の左は各⼊⼒データを⽰しており，中BYi

ることで G

マップを形成できる．ただし，式 14 において，j はノー

v. ノードu, nor})f の積算誤差の平均をノード
r の積算誤{pos, col,とする．本研究では，Itti
らのアルゴリ行う．具体的

徴マップを

6

2σinh(15).02, σinh =

用いて，各

0

表 1: Parameter setting of GNG-DT

Parameter

value

nmax

500(2D,3Ddata) 80(benchmark)
88

gmax
η1
0.005
は⾚い箱・⻘い⽸・⽩い壁・⽩い床で構成されていη2
0.00005次元画像では物体の前⾯だけが知覚(16) る。ただし、3
αdec
0.5

BY, O) を表できている。結果から、従来⼿法では特に
2 次元お
β0.0005

相 O! の各特ており、提案⼿法では冗⻑な注視領域を省き、細かλ200にするため よび 3 次元画像において⼤まかに注視点を取得でき
nor
τ
0.98

加平均をと

い点で注視点を得られていることが分かる。

を形成して

)
(17)

エンシー値

案手法を比

，またサリ

ク画像それ

て実験を行っラメータをPrevious method

Input data

Proposed method

OpenCV

図 3 サリエンシーの推定結果
図 6: Experimenture Kinect

4.7 結⾔考察

力データをたのは，位相およびグラフサイズに関して注視点を求ている．図 6

従来手法において全体的にサリエンシー値が高くなっ
本研究開発では、不整地未知環境における⾃律型ロボットのための環境適応型空間知覚システムを実める際に，我々の GNG の特性上学習が進むと GNG の抽出を行っ 現するために、⾃⼰増殖型ニューラルネットワーク
ノード間距離が一定になり位相やグラフサイズに大き手法を，右案手法に関 の⼀つであるな差異が出なかったためであると考えられる．また従来
GNG-DT に基づく⽅法論を確⽴した。
値を 20 × 20 手法におけるベンチマークに関しては，注視すべき点付いる．また 2

本報告では、知覚記憶構築のために必要となる注意
近において高いサリエンシー値が出ていることから注

デーション 機構の実現に向けたサリエンシー推定について報告
視すべき領域は特定できる傾向にあるが，的確には表現において構築された位ており，3 次 した。具体的には、GNG-DT
できていないことがうかがえる．しかし提案手法においい床で構成 相構造から近傍構造を活⽤するサリエンシー推定にては特に 2 次元・3 次元画像の入力において，一目見た前面だけが 時の注視点として的確に特定できていることが分かる．

に 2 次元お特に 2 次元画像における丸や四角，3 次元画像におけるついて提案し、実験においてその有効性を検証した。
本研究開発における今後の課題として、記憶構造の構築のために解決しなければならない問題である
破滅的忘却に対する学習アルゴリズムがあげられ、現在、研究開発に取り組んでおり、有効性の検証を⾏っている。

- 26 -

数値解析を用いた斐伊川放水路の沈砂池における土砂堆積特性に関する検討
岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域
赤穗良輔

本研究では，斐伊川放水路上流部の沈砂池における土砂堆積特性を数値解析を通じて検討した．Flow3Dを用いた三次元流況解析により，切り欠き部と堰部を含む水路模型を構築し，河床近傍流速や摩擦速度の時間変化を詳細に解析した．解析結果から得られた知見を基に，沈砂池内での乱れや堰部の影響に着目した縦断的な流速分布や横断流況特性を明らかにした．特に，堰部では切り欠き部と異なる流速の分布が観察され，これが土砂堆積に与える影響が示唆された．さらに，堰位置での単位幅流量を考慮したモデル式の提案を行い，堰部の特性をより精密に捉える可能性を示した．今後の研究では，これらの解析結果を基に，放水路の安全性や土砂の管理に関する具体的な評価を行うことが期待される．

沈砂池上端部には約 6 m の比高差を有する急勾１．はじめに
本研究では，斐伊川放水路上流部に設置された配部があり，一般的に用いられている静水圧近似

沈砂池における河床近傍流速の特性を考慮した新に基づく平面二次元河床変動解析モデルでは，急たなモデルの構築を進めている．昨年度は，三次

激な流速の減衰に伴う沈砂池上端部で，図-1(b)元解析モデルを用いて，切り欠き部からの沈砂池と比較し過剰な堆積が発生する．すなわち，沈砂への流入を検討する数値実験を通じて，沈砂池の池上流部の河床近傍にかけて発生する潜り流を

河床近傍流速の特徴を把握し，簡易的な河床近傍考慮した解析が必要であり，流れの三次元性を考

流速のモデル式を導出した．さらに，提案したモ慮した高次元モデルを用いた研究が進められてデル式を平面二次元河床変動解析に導入し，斐伊

る．

川本川および放水路の洪水流及び河床変動解析を

ただし，超過洪水への予測や斐伊川本川を含ん実施し，モデルの妥当性を検討した．提案したモだ広範囲の河床動態予測を必要とする実務へのデル式では，ある程度の解析結果の改善は見られ利用を考えた場合，計算負荷が小さくかつ複雑なたものの，河床近傍流速の減衰が現地より早く，地形形状を表現可能な簡易的な手法の構築が必

経験的な補正が必要であった．そこで本年度は，要であると考えられる．

昨年度実施した三次元解析モデルによる検討を基に，切り欠き部及び堰部を含む数値実験を実施し，３．数値解析

前述の問題点についての検討および横断方向の変3.1 数値解析モデルの概要
本研究では，株式会社フローサイエンスジャパ化に着目した基礎的な検討を行った．

ンの三次元流況解析ソフトウェアである Flow3Dを用いて，斐伊川流域の放水路沈砂池を簡易的に

２．研究対象の概要
本研究の対象となる斐伊川放水路は，斐伊川・

模した水路模型を構築し，三次元流況解析を実施

神戸川流域の総合治水計画の一環として建設さした．なお，乱流モデルについては，昨年度の検れ，斐伊川下流域の計画高水流量 4500 m3/s のうち
2000 m3/s を神戸川に分派する機能を有している．
また，斐伊川は，河床材料の代表粒径が 1-2 mm と比較的細かく，土砂移動の活発な砂河川となっており，分派時に放水路へ流入する土砂を補足する
ための沈砂池が分流堰の直下流に設置されている．
分派機能の維持管理や超過洪水に対する治水効果を検討する上で，数値解析を用いた沈砂池の堆砂機能評価が必要となるが，図-1(a)に示すように- 27 -

図-1

沈砂池上端部及び沈砂池の土砂堆積分布

討では k-ε モデルを採用したが，今年度の解析

４．結果と考察では LES を採用することとした．

4.1 三次元流況の概要
図-4 に，150 秒後と 200 秒後の解析結果の鳥瞰図を示す．コンターは水圧（絶対圧，Pa）を表して

3.2 解析条件
数値実験に用いた計算領域を図-2 に示す．堰いる．沈砂池上流域では，水面の激しい変動が見ら

形状を分かりやすくするため，堰箇所を緑色でれ，下流域では，平面二次元解析に用いられる静水示している．沈砂池最上流部のスロープ上部に圧近似が成り立つ一方で，上流域では静水圧が成は，高さ 2.7m の堰が設置され，幅 2m の切り欠

り立たないことが確認できる．
次に，150 秒後と 200 秒後の切り欠き部（y = 0.95

き部を有する構造となっている．
解析におけるメッシュサイズは 0.1 m であm）と堰部（y = 9.95 m）における縦断的な流速分り，粗度高さは 0.05 m とし，マニング・ストリ

布とベクトル分布を図-5,6,7,8 に示す．切り欠き

クラー式による粗度係数換算で n = 0.025 とし部では，スロープ上で 10 m/s 以上の高速流が生じ，た．上流端の流量は 72 m3（単位幅流量 4 m2），

沈砂池水塊の下層への潜り噴流が確認できる．ま

下流端には連続条件を与えた．また，左右壁にはスリップ条件を与えた．
解析メッシュの範囲及び初期湛水状況を図3 に示しており，沈砂池内の初期水深は 4 m とした．解析時間は 200 秒であり，150 秒から 200
秒後の解析結果を用いて検討を行うこととした．

図-4

流況の鳥観図および水圧分布(a)T=150s, (b)T=200s

図-5
図-2

切り欠き部における縦断的な流速分布および数値実験の計算領域

ベクトル分布 (a)T=150s, (b)200s(a)断面図, (b)平面図, (c)鳥観図

図-6
図-3

堰部における縦断的な流速分布およびベクトル分布 (a)T=150s, (b)200s

解析メッシュの範囲と初期湛水状況- 28 -

図-7

切り欠き部における縦断的な流速分布およびベクトル分布（拡大図） (a)T=150s, (b)200s

図-8

堰部における縦断的な流速分布およびベクトル分布（拡大図） (a)T=150s, (b)200s
図-10

平均水深及び単位幅流量の横断分布(a)減勢工内(x=-3m), (b)堰位置(x=0.45m)値となっている傾向が確認できる．一方，堰位置では，切り欠き部で 4 m/s 以上の高速流となり，横断的に偏りが生じている様子が確認される．
次に，減勢工内および堰位置における平均水深と単位幅流量の横断分布を図-10 に示す．減勢工内
では，概ね水深は一様であるものの，右岸側に単位幅流量の偏りが生じていることが示されている．
図-9

堰位置では，単位幅流量の偏りがより顕著であり，横断面内における x 方向流速 u のコンター図

堰部では 3 m2/s であるのに対し，切り欠き部では(a)減勢工内(x=-3m), (b)堰位置(x=0.45m)

12 m2/s 以上となっている．昨年度の検討では，最た，潜り噴流により，上層では逆方向への流速が生

大 4 m2/s で検討されていたが，河床近傍流速の推じている．堰部でも流入水深は小さいものの，同様

定値が過小となる可能性が示されている．

の高速の潜り噴流が確認できる．また，下流側で再度高速流が生じており，これは，切り欠き部からの4.3 沈砂池内における x 方向流速の鉛直分布特性

潜り噴流によるものと考えられる．

図-11 には，切り欠き部および堰部下流の沈砂池

両縦断分布とも，沈砂池上流部から約 80 m 程度

内における x 方向流速の鉛直分布が示されている．

の位置から，潜り噴流による乱れが小さくなり，平また，昨年度実施した切り欠き部のみを表現した

面二次元解析による河床変動解析に適用可能な領解析結果も併せて示している．最上流部では，潜り域となっていることが推測される．

込みにより河床付近で高速流が生じ，上層では逆流が確認される．河床近傍の高速流は両位置とも x

4.2 減勢工及び堰部における横断流況特性

= 20 m まで確認できるが，x = 40 m の位置では，

図-9 には，減勢工内（x = -3 m）および堰位置（x乱れはあるものの概ね減衰している．また，x = 80

= 0.45 m）の横断面内における x 方向流速 u のコン

m では，各位置とも概ね対数測分布と一致しておターが示されている．減勢工内の流速は，概ね中層り，一般的な平面二次元河床変動解析が適用可能が高く 2 m/s 程度となっている．ただし，切り欠きであると考えられる．

部が位置する右岸側（y = 0 側）では，若干大きな- 29 -

切り欠き部分のみを再現した昨年度の解析結果

と比較すると，切り欠き部だけでなく堰部におい比較し、限界摩擦速度以上となる領域がともに下ても河床付近の高速流がより顕著であることが示

流側まで拡大しており、昨年度のモデル化では過されている．これは，切り欠き部は単位幅流量が大小評価となっていた要因として、分流部におけるきいことが要因であるのに対し，堰部は単位幅流

単位幅流量を用いてモデル化を行ったためである

2

量は 3 m /s 程度と昨年度の解析条件より小さいもという点が本結果よりも明らかとなった。

のの，堰部分を追加したことによりスロープ長が1.5 倍程度大きくなっていることが要因であると

4.4 摩擦速度の面的分布特性

考えられる．これらの要因を踏まえ，今後，昨年度

図-13 には，沈砂池内の摩擦速度の面的分布の時提案した放水路への分流量より算出した単位幅流量ではなく，堰位置における単位幅流量を用いたモデル式を構築することで，より高精度化する可能性があると考えられる．
次に図-12 に解析より得られた河床近傍流速および対数則分布より算出した摩擦速度と、限界摩擦速度の縦断分布を示す．解析結果は切り欠き部
および堰部ともに、対数則分布を仮定した場合よりも摩擦速度は大きくなっていることが確認できる。また、切り欠き部のみを解析した(c)の結果と

図-11x 方向流速の鉛直分布(a)切り欠き部,(b)堰部、(c)切り欠き部（切り欠き部のみ再現）

図-12

摩擦速度の縦断分布(a)切り欠き部,
図-13 沈砂池内の摩擦速度の時間変化(b)堰部、(c)切り欠き部（切り欠き部のみ再現）- 30 -

間変化が示されている．切り欠き部下流側の摩擦
速度分布は，x = 20 m 程度までは，各時間とも面的な範囲の差は大きくないものの，x = 20 m 以降は，
時刻によって高い摩擦速度が生じる範囲が揺らいでおり，その傾向は，流下方向に向かって広がる傾向が確認できる．一方，堰部下流側では，x = 10 m程度まではほぼ同様の分布となり，x = 20 m 程度のあたりまでは範囲が揺らぐ傾向が確認できる．さらに，x > 20 m の範囲では，切り欠き部下流の影響範囲となる傾向が確認できる．
次に，時間平均摩擦速度の分布及びその標準偏

図-15

沈砂池内の堆砂量の縦断分布

差分布を図-14 に示す．また，令和 3 年 7 月洪水後の実測の土砂堆積の縦断分布を図-15 に示す．実測値では，x = 30 m 辺りより土砂堆積量が増大し，x= 50 m でピークとなっている．今回の検討では沈砂池全体の解析ではないため，詳細な検討までは至らないが，平均摩擦速度が限界摩擦速度を下回る領域で，さらに標準偏差が 10 m/s 程度となる範囲が土砂堆積が顕著であった範囲と関連性があると考えられる．すなわち，潜り噴流により掃流された土砂が潜り噴流域の拡散による河床近傍流速が減衰し，時間的に限界摩擦速度を上下する位置が40 m から 50 m でありで土砂堆積量が増大する可能性があると考えられる．
５．まとめ
本研究では，斐伊川放水路上流部の沈砂池における土砂堆積特性を数値解析を通じて検討を行った．三次元解析モデルを用いた検討から得られた知見を基に，切り欠き部および堰部を含む数値実験を実施し，河床近傍流速や摩擦速度の特性を明らかにした．また，堰部での単位幅流量を考慮したモデル式の構築を提案し，今後の高精度なモデルの構築に向けた示唆を行った．今後の研究では，これらの結果を活用して，放水路の安全性や土砂の管理についてより具体的な評価を行うことが期待
される．

図-14

沈砂池内の摩擦速度分布(a)時間平均値, (b)標準偏差- 31 -

緊急対策外来種アメリカザリガニの防除による生物多様性回復の評価
岡山大学学術研究院 環境生命自然科学学域
中田 和義
在来生態系への影響が問題となっている北米産外来種のアメリカザリガニは，環境省と農林水産省により，2023 年 6 月に条件付特定外来生物に指定された。このため，今後，全国各地でアメリカザリガニの防除が進められていくことが予想され，駆除が実施されている現場もすでに見られるが，本種の防除による生物多様性回
復効果やその過程については，十分な知見が得られていない。そこで本研究では，アメリカザリガニが定着・増殖し，希少種を含む在来生物が消失している山口県内のため池 2 ヵ所において，2022 年度から継続して 2023 年度も本種の集中的な駆除を実施し，アメリカザリガニ駆除後の在来生物種の回復状況を評価した。
アメリカザリガニ連続捕獲装置と人工水草を設置して捕獲を実施した結果，2 ヵ所のため池で計 772 個体の本種が捕獲駆除された。また，単位努力量当たりの捕獲個体数（Catch Per Unite Effort: CPUE）は，研究期間終了
時には 2 ヵ所のため池ともにほぼ 0 に達し，個体群密度が大きく低下した。
アメリカザリガニ駆除後の両池では，2021 年および 2022 年には確認されていなかった水生動物種が複数見られるようになり，その中には環境省レッドリストで準絶滅危惧に選定されているアカハライモリ・ガムシ・
クロゲンゴロウも含まれた。以上の結果から，駆除によるアメリカザリガニの低密度化は，他の在来水生動物相の回復をもたらす効果があると考えられた。

リ（Cynops pyrrhogaster）が本種に捕食される被害が１．はじめにアメリカザリガニ（Procambarus clarkii）は，1927

確認されている（丸野内ら，2015）。本種はまた，ト

年に食用ガエルの餌として北米から我が国に移入さンボ類の幼虫を捕食することも室内実験で証明されれた外来種である（川井ら，2003）。現在までに本種ている（水井ら，2023）。以上のような被害例などをは，北海道から沖縄県までの日本全国の河川・湖沼・踏まえて，2015 年に環境省と農林水産省によって公

水田・ため池・水路などの様々な水域に定着し，各表された「我が国の生態系等に被害を及ぼすおそれ

地で増殖している（中田，2020）。

のある外来種リスト（生態系被害防止外来種リスト）」

アメリカザリガニは，在来生態系に対して様々なでは，アメリカザリガニは緊急対策外来種に選定さ

悪影響を及ぼすことが認識されるようになり，絶滅れた。さらに本種は，2023 年 6 月 1 日には，ミシシ

危惧種を含む在来生物に対する直接的・間接的な被ッピアカミミガメ（Trachemys scripta）とともに「条害のほか，農業被害も各地で確認されるようになっ

件付特定外来生物」に指定された。したがって，今た（苅部・西原，2011; 中田，2015, 2020; 高橋ら，後，全国各地でアメリカザリガニの駆除が進められ

2017）。例えば石川県金沢市の池では，本種による水ていくことが予想され，駆除が実施されている現場

生植物に対する摂食や切断で植生帯が消失し，国内もすでに増えている。

希少野生動植物種に指定されている水生昆虫のシャ代表研究者の研究室（岡山大学学術研究院環境生

ープゲンゴロウモドキ（Dytiscus sharpi）が地域絶滅

命自然科学学域応用生態学分野）では，日本に定着した事例が報告されている（苅部・西原，2011）。ましたアメリカザリガニの生態を踏まえた有効な捕獲

た，広島県内の湿地や池では，環境省レッドリスト

駆除手法の開発に関する研究を実施している（白石2020 で準絶滅危惧に選定されているアカハライモ

ら，2015; 牛見ら，2015ab; 中田ら，2017）。2022 年

- 32 -

4 月に環境省自然環境局野生生物課外来生物対策室

農村環境課が 2021 年に実施した生物調査の結果かが公表した「アメリカザリガニ対策の手引き」
では，ら，アメリカザリガニが高密度に生息していること

代表研究者の研究室で開発した駆除手法を含めて，が判明している。一方で，2021 年当時においては両アメリカザリガニの効率的な捕獲駆除手法が包括的

池ともに在来生物は殆ど見られず，アメリカザリガに整理されている。このように，アメリカザリガニ

ニによる捕食等の被害を受けていると思われた。

の駆除手法については，さまざまな捕獲技術が開発されてきた。

２．２．アメリカザリガニの捕獲駆除

以上の背景を踏まえて，令和 5 年度公益財団法人

アメリカザリガニの捕獲駆除には，NPO 法人シナウエスコ学術振興財団の研究活動費助成を受けて実イモツゴ郷の会が開発したアメリカザリガニ連続捕施した本研究では，アメリカザリガニが定着し増殖獲装置（以下，連続捕獲装置とする）と人工水草をしているため池 2 ヵ所において，令和 4 年度に同助。連続捕獲装置と人工水草は，花の木用いた（図 2）成を受けて実施した研究に継続して本種の集中的な池と戎の木池のそれぞれにおいて，各 4 基ずつ設置

捕獲駆除を行い，駆除後における在来生物種の回復した。連続捕獲装置については，アメリカザリガニ

状況について評価した。

の誘引餌としてドックフードと市販の寄せ餌を入れたタッパー（タッパーには小穴を開けている）を装

２．研究の方法

置内に入れた上で，両池ともに池岸に 3 基，池の中２．１．アメリカザリガニの駆除を実施したため池

央部付近に 1 基仕掛けた。人工水草については，両本研究では，山口県山口市阿東地区に存在する 2。
池ともに池岸に設置した（図 3・4）ヵ所のため池（花の木池および戎の木池：図 1）を調査地とした。両池ともに堤長 24 m・貯水量 400 m2の農業用ため池であり，農林水産省中国四国農政局

図１ アメリカザリガニの駆除を実施したため池．

図２ アメリカザリガニの駆除に用いた漁具．

写真上：花の木池，写真下：戎の木池．

写真上：連続捕獲装置，写真下：人工水草．

- 33 -

連続捕獲装置については，両池に共通して，2023
年 6 月 29 日，7 月 28 日，8 月 10 日，8 月 24 日，9
月 11 日，10 月 12 日，11 月 14 日，12 月 12 日，2024
年 1 月 12 日，2 月 14 日の計 10 回回収し，アメリカ
ザリガニを捕獲した。人工水草についても同日に回収した。人工水草の回収時には，人工水草の下側にさで網を入れ，人工水草に掴まっているアメリカザ
リガニをふるい落として捕獲した。
３．結果
３．１．連続捕獲装置で捕獲駆除されたアメリカザ
リガニの個体数
2023 年度の研究期間全体をとおして，花の木池では計 356 個体，戎の木池では計 347 個体のアメリカザリガニが捕獲駆除された。両池での合計捕獲個体
数は 703 個体であり，2022 年度の研究における合計
捕獲個体数の 1,161 個体と比べ，約 60％にまで少なくなった。
図３ 花の木池における漁具設置位置．

３．２．人工水草で捕獲駆除されたアメリカザリガ
ニの個体数
2023 年度の研究期間全体をとおして，花の木池では計 43 個体，戎の木池では計 26 個体のアメリカザ
リガニが捕獲駆除された。両池での合計捕獲個体数
は 69 個体であり，2022 年度の研究における合計捕獲個体数の 159 個体と比べ，約 43％にまで少なくなった。人工水草で捕獲されたアメリカザリガニは，両池ともに主に小型個体であった。
３．３．その他の漁具によるアメリカザリガニの捕獲駆除個体数
本研究では，アメリカザリガニによる農業水利施設の被害に着目した農林水産省中国四国農政局農村環境課と連携し，連続捕獲装置と人工水草での駆除とは別に，タモ網と篭網によるアメリカザリガニの捕獲を両池ともに同日に実施した。その結果，花の木池では計 852 個体，戎の木池では計 384 個体のア
メリカザリガニが駆除された。
以上をまとめると，2023 年度においては，花の木
池では計 1,251 個体，戎の木池では計 757 個体，両

図４ 戎の木池における漁具設置位置．
- 34 -

池の合計では計 2,008 個体のアメリカザリガニが駆４．まとめ除された。2022 年度における両池での合計駆除個体

2 年間に及び実施した本研究の成果により，花の数は 6,394 個体であったことから，駆除数は約 31％

木池・戎の木池ともに非常に多くのアメリカザリガにまで減少したことになる。図 5 は本研究期間中にニを捕獲駆除することに成功し，最終的には CPUE

捕獲駆除されたアメリカザリガニの一部を示してい。すなわち，本研究の成果がほぼ 0 となった（図 6）る。

からは，花の木池と戎の木池のような規模のため池であれば，アメリカザリガニが高密度に生息していても，集中的な捕獲駆除を 2 年間程度継続的に進めることによって，低密度化が可能になることが明らかとなった。
2022 年度に実施された農林水産省中国四国農政局農村環境課によるモニタリング調査の結果では，
アメリカザリガニ駆除前の 2021 年には確認されていなかった生物種として，花の木池ではモノサシト
ンボやタカネトンボ，ハイイロゲンゴロウなどの水生昆虫類が確認され，戎の木池においては，両生類のツチガエルの幼生や成体も確認されるようになっ

図 5 本研究で捕獲駆除されたアメリカザリガニ．

た。さらに 2023 年度には，前年度までに確認されていなかった生物種として，花の木池では計 7 種，戎
の木池では計 8 種が出現し，その中には環境省レッ３．３．単位努力量当たりの捕獲個体数

ドリストで準絶滅危惧に選定されているアカハライ

2022 年度から 2023 年度にかけて実施した研究で。
モリ・ガムシ・クロゲンゴロウも含まれた（図 7）

連続捕獲装置で捕獲されたアメリカザリガニを対象両池においてこれらの生物種が見られるようになっとして，単位努力量当たりの捕獲個体数（Catch Perた理由としては，アメリカザリガニ駆除前においてUnite Effort: CPUE）を算出した。その結果，両池とは本種から強い捕食圧を受けていたが，本研究によもに 2023 年 8 月には CPUE が大幅に低下し，2023

る駆除でアメリカザリガニの個体数が減少したこと。
年 12 月にはほぼ 0 に近い値となった（図 6）により，捕食の影響が緩和されたためと考えられる。

アメリカザリガニの捕獲個体数
エビ篭
CPUE：単位努力量当たりの捕獲個体数

CPUE：単位努力量当たりの捕獲個体数

連続捕獲装置

図 6 2022 年から 2023 年にかけて実施した本研究

図 7 2023 年に花の木池で確認されたアカハライ

で捕獲されたアメリカザリガニの CPUE．

モリ．
大幅減Ø CPUEが顕著に減少 ➡ 駆除開始後に生息個体数がØ 連続捕獲装置の方がCPUEが高い- 35 -

以上から，アメリカザリガニが定着し，在来生物

リカザリガニの駆除に用いるペットボトル製トラが見られなくなったため池では，継続的な捕獲駆除

ップの検討．日本ベントス学会誌，71: 90–101.

によってアメリカザリガニの低密度化を実現するこ

白石理佳・牛見悠奈・中田和義（2015）外来種アメとで，希少種を含む在来生物相の回復が期待できる

リカザリガニの駆除に用いる篭と使用餌．応用生と考えられる。

態工学，18: 115–125.
高橋清孝・長谷川政智・久保田龍二・藤本泰文（2017）

謝 辞

アメリカザリガニによる魚類への影響—ゼニタナ

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団の令ゴ，シナイモツゴ，メダカなど希少魚の繁殖が脅か

和 5 年度研究活動費助成事業の助成を受けて実施しされている—．よみがえる魚たち（高橋清孝編），恒た。本研究の野外調査は，農林水産省中国四国農政

星社厚生閣，東京，45–52.

局，一般財団法人広島県環境保健協会，ならびに

牛見悠奈・宮武優太・筒井直昭・坂本竜哉・中田和

NPO 法人シナイモツゴ郷の会の高橋清孝理事長の義（2015a）外来種アメリカザリガニの駆除に用いご協力のもとで共同研究として実施した。アメリカ

る人工巣穴サイズ．応用生態工学，18: 79–86.

ザリガニの計測等では，岡山大学大学院環境生命自牛見悠奈・白石理佳・中田和義（2015b）好適なサイ

然科学研究科応用生態学研究室の水井颯麻氏と咸成ズの人工巣穴を用いた外来種アメリカザリガニの南氏をはじめとする学生諸氏の協力を得た。ここに駆除効果．応用生態工学，18: 139–145.

記してお礼申し上げる。
引用文献

本研究成果の外部発表

苅部治紀・西原昇吾（2011）アメリカザリガニによ

依頼講演る生態系への影響とその駆除手法．エビ・カニ・ザ

中田和義：2023 年度水辺の自然再生共同シンポジウ

リガニ：淡水甲殻類の保全と生物学（川井唯史・中ム（水辺の自然再生共同シンポジウム実行委員会），

田和義編），生物研究社，東京，pp. 313–328.

宮城県大崎市，2023 年 11 月 25 日．

川井唯史・一寸木 肇・Japan Crayfish Club・中田和
義・小林弥吉・荒井 健（2003）アメリカザリガニの移入と分布に関する考察．青森自然誌研究，8: 1–＊本研究で得られた成果については，今後，学会誌8.

に原著論文として投稿予定である。

丸野内淳介・松井久実・清水則雄（2015）アメリカ
ザリガニ移入後の生息地のアカハライモリの状態．
爬虫両棲類学会報, 2: 96-107.
水井颯麻・Quang-Tuong Luong・勝原光希・中田和義（2023）アメリカザリガニによる 2 種のトンボ類幼虫に対する捕食．Cancer, 32: 19-27.
中田和義（2015）都市の水環境に定着した外来ザリ
ガニが在来生態系に及ぼす影響．用水と廃水，57:
49–54.
中田和義（2020）水田水域に定着した外来種アメリ
カザリガニの生態と有効な駆除手法．農業および園芸，95: 285–290.
中田和義・竹原早恵・白石理佳（2017）外来種アメ- 36 -

旭川中原橋での STIV 流量観測の更正係数に及ぼす河道植生分布の影響に関する数値的検討
岡山大学学術研究院 環境生命科学学域
吉田 圭介
河川の高水流量観測では一般に，現地で浮子などから水表面流速を横断的に計測し，また水表面流速と水深平均流速の比である更正係数を乗じて断面積分し，流量を推定する．しかし，この値は直線的で一様な河道区間を想定しており，実河川では河道の湾曲や河床の起伏，また高水敷や中州の植生繁茂の影響等があり，この値を一律に用いることは流量推定に誤差を生じる可能性がある．本研究では，現在，流量観測が行われている
岡山県旭川の中原橋周辺において，直近の航空レーザー測深データを基に，河道地形や地被条件を作成した．
また平面 2 次元モデル，3 次元モデルを用いて平成 30 年 7 月豪雨，および令和 3 年 8 月の大雨による旭川洪水流の再現計算を行い，モデルの妥当性を検討した．さらに，仮想的に河道の植生条件や流量条件を変更した際の洪水流解析を行い，その解析結果から更正係数の変化を確認すると共に，流量観測に適した河道の地被条件（植生繁茂の状況）を検討した．その結果，中原橋周辺の 2019 年時点の河道条件では更正係数の標準値 0.85は概ね妥当であり，高水敷上の植生を伐採することでより流量精度が向上することが明らかとなった．

1. はじめに

2. 数値解析の概要（平面 2 次元，3 次元モデル）

我が国では，洪水時の流量観測は 1891 年（明治24 年）以降 100 年以上にわたり浮子観測により実施されてきたが，観測員の不足や流量ピーク時の安全性の確保，観測データの欠測などが問題となっている 1)．流量観測の高度化のために，国土交通省では「革新的河川技術プロジェクト」を進めており，プロジェクトの第 4 弾では ADCP や電波流速計，画像解析法などの流量観測機器の無人化・自動化の現場適用が検討されている．その中でも画像解析法である STIV 解析は，既存の河川監視用カメラを利用できることから，今後浮子観測に代わり多くの河川で導入が検討されている．STIV 解析では，計測した表面流速 us に対して更正係数 s(= um /us ) を乗じて水深平均流速 um へ換算し，断面積分して流量を得る．一般に，更正係数には標準値 0.85 が用いられるが，実河川の複雑な流れを含む洪水においてこの値を一律に用いることは推定流量の誤差を大きくする恐れがある．そのため，現在，各種の計測手法や，様々な実河道での更正係数に関する検討 2), 3)が行われている．
本研究では，現在，国土交通省中国地方整備局に
よって流量観測が実施されている岡山県旭川の中原橋地点とその周辺河道(12.8KP～17.4KP)を対象に，現行の流観の精度向上のための河道の地被条件について検討することとした．具体的には，直近の中原橋周辺の航空レーザー測深(ALB)データを用いて河道地形や地被（植生繁茂）を定めた上で 3 次元
洪水流解析を行い，標準値利用の妥当性を確認した．加えて，仮想的に流量条件や地被条件を変化させて 3 次元洪水流解析を行い，流量推定精度が向上するための地被条件や更正係数の設定を調べた．

洪水流の数値解析には，従来から用いられている
平面的な植生分布を考慮した梶川ら 4)の平面 2 次元
モデル，および ALB 計測結果から 3 次元的な植生
分布の状況を考慮する吉田ら 5)の 3 次元モデルを用いた．両モデルの基礎方程式には FAVOR 法が導入され，運動方程式移流項の差分化には 5 次精度
WENO 法が適用されている．渦動粘性係数の評価には，2 次元モデルでは 0 方程式モデル，3 次元モデ
ルでは標準型 k -e モデルを用いた．なお，本研究では主に，3 次元解析の結果を利用するが，現地河道には湾曲区間や砂州があり，また植生が繁茂していることから，両モデルの解析結果を比較すること
で，洪水流の 3 次元性を確認することとした．
著者ら 5)は既往研究で河道の ALB 計測データから 3 次元の植生分布（竹林，樹木，草）を推定しているが，本研究では対象領域の植生分布について平面的なデータしか得られなかった．そこで，植生高に応じて鉛直方向の各計算メッシュに該当する植生（密生度）が存在するとして，3 次元的な植生分
布を考慮した．また，複数種の植生が存在するメッ
シュでは，それらの存在割合を用いて加重平均から密生度を算定した．なお，本研究では洪水時の河床変動計算は行わず，洪水流の定常計算のみ行っている．河床変動の影響は今後の検討課題としたい．
3. 対象河川の概要と解析モデルの精度検証

3.1 対象河川の概況
図-1 には本研究で対象とする，岡山県旭川の
12.8KP～17.4 KP（大臣直轄区間：0KP～17.4KP）付
近の航空写真を示す．旭川は洪水時には，途中の12.4KP 付近で，放水路である百間川へと分流する．
- 37 -

図-1 旭川の解析対象範囲（Google Earth より引用，
2021 年 3 月 26 日撮影）
表-1 平面 2 次元，3 次元解析条件
離散
間隔

時間方向

Δt = 0.025 s

空間方向

Δx = Δy = 10.0 m，Δz = 0.25 m

植生

木本

樹高5 m以下: 0.023，5 m以上: 0.013

草本

0.031

竹林

0.286

抗力係数 CD

1.0

密生度
λ (1/m)-1/3

マニングの粗度係数 (m下流水位

ピーク流量時
Q=3,300m3/s/s)

低水路：0.028，高水敷：0.026
旭川12.8KP：8.80 m

表-2 解析ケース
地形
植生
上流端流量 下流端水位(m)(2019ALBを基本) (2019ALBを基本)(m3/s)
再現
Case1
計算
Case2-1
Case2-2
Case2-3
Case2-4
Case3-1
Case3-2
Case3-3
Case3-4
Case4-1
仮想 Case4-2
計算 Case4-3
Case4-4
Case5-1
Case5-2
Case5-3
Case5-4
Case6-1
Case6-2
Case6-3
Case6-4

2019ALB

2019ALB

2019ALB

植生無し
パターン①

2019ALB

植生無し
パターン②

2019ALB

植生無し
パターン③

2019ALB

植生無し
パターン④

2019ALB

植生無し
パターン⑤

1622

8.0

6000
4251
3300
1622
6000
4251
3300
1622
6000
4251
3300
1622
6000
4251
3300
1622
6000
4251
3300
1622

10.47
9.80
8.80
8.00
10.47
9.80
8.80
8.00
10.47
9.80
8.80
8.00
10.47
9.80
8.80
8.00
10.47
9.80
8.80
8.00

百間川への適切な分派は岡山市街地の治水を考える上で極めて重要であり，旭川洪水時の分派前後の河川流量を精度良く計測し，H-Q 式と乖離がないか確認しておくことが望まれる．
分派点より上流の河道区間は，河道の湾曲や砂州の形成，固定堰などの影響により流量観測を行う上で最適な箇所ではないが，中原橋周辺は比較的，河道が直線的であり，また中原橋では流量観測時の浮子の投下が容易であるなど，中原橋地点は観測条件が比較的適している．なお，平成 30 年 7 月豪雨時，
この中原橋では洪水流量観測が行われたが，水位の急激な上昇によって観測員の安全を確保できなくなり，観測は途中で中止されている．
3.2 洪水再現計算および現地観測結果との比較
表-1 に平面 2 次元，3 次元解析の条件を示す．頁- 38 -

図-2 植生条件変更パターン（Case2～Case6，平面
座標系は本解析用の局所座標）の都合，本稿では再現計算の結果は掲載しないが，本研究では用いた両モデルの精度検証のため，平成
30 年 7 月豪雨時 6)や令和 3 年 8 月大雨時（表-1，及び表-2 の Case-1）の対象河道区間の洪水流解析（ただし，ピーク流量時の定常流計算）を行い，また痕跡水位や STIV 表面流速（中原橋の直上流の “STIV検査線”で実施）と比較を行って，計算精度が概ね問題ないことを確認した．また，両モデルによる解析結果を比較することで，3 次元モデルでは河道湾
曲に伴う第一種二次流の影響（運動量輸送による外岸での高速化）を適切に扱えることを確認した．

図-3 低流量時の 3 次元解析による水深平均流速ベクトル（平面座標系は本解析用の局所座標）

図-4 高流量時の 3 次元解析による水深平均流速ベクトル（平面座標系は本解析用の局所座標）

4. 洪水流量の大小，および旭川中原橋周辺の植（2019ALB）から作成した植生条件を基に，STIV
検査線での 3 次元流動に影響を与え得る植生繁茂状
況を Case2～Case6 の 5 パターンで条件を設定した（図-2 参照）．Case2 では，STIV 検査線に近い植生①を無しとし，Case3 では，植生①より約 150 m ほど上流にある中州の植生②を無しとした．また，Case4 では植生③の範囲（13.9KP～15.3KP）にある
高水敷上の植生による影響をみるために Case2 に加えて高水敷の植生を無くし，Case5 では Case3 に加えて高水敷の植生を無くし，Case6 では高水敷の植生のみを無しとした．

生分布が更正係数に与える影響
ここでは仮想的に洪水流量や中原橋周辺の植生分布などの条件を変更させて 3 次元洪水流解析を行い，条件変化による更正係数への影響を考察す
る．また，それらの結果から，流量推定精度を高めるための河道条件（植生繁茂状況）を検討する．
4.1 解析条件

表-2 に解析対象のケースを示す．解析では流下させる河川流量と地被条件を系統的に変化させて複数のケースを設定した．先ず，実際の洪水観測値から 1622 m3/s，3300 m3/s，4251 m3/s，および想定洪水として 6000 m3/s（計画高水流量）の 4 パターンの流量条件と，それらに対応する下流端水位条件を設定した．なお，1622 m3/s では洪水は概ね低水路を流下する．また 2019 年 2 月計測の ALB データ

4.2 水深平均流速の平面分布
図-3に低流量時（1622 m3/s），
図-4に高流量時（6000
3m /s）の各ケースにおける中原橋周辺の水深平均流速ベクトルを示す．低流量時，高流量時のどちらにおいても，湾曲部内岸で高速化する自由渦型分布が- 39 -

図-5 高流量時，低流量時の STIV 検査線における流下方向流速の横断面分布（左：6000 m3/s，右：1622 m3/s，図の右側が右岸側． z 軸の基準は T.P.）
見られ，また流下するにつれて，水面勾配の変化と二次流による運動量輸送効果によって，内岸が低速化，外岸が高速化する強制渦型分布へと移行する傾向が示されている．Case6 のみ，検査線直上の砂州上に植生があるが，砂州がある低水路左岸側の広い範囲で流速が小さくなっていることが確認できる.
また，Case2 と Case3 を比較すると，砂州の上流側にある植生②の下流側への影響はあまりないように見て取れる.高水敷上に植生がある Case2，Case3と，植生が無い Case4～Case6 を比較すると，高水敷上での流速差が大きいことが確認できる．
また，高流量時において高水敷上に植生がある
Case2 と Case3 では主流が河道の中心に集中しているのに対し，高水敷上の植生がない Case4～Case6
は主流が左右岸に分散し，流れが平たん化していることが確認できる．このことから，高水敷上の植生が流速分布に及ぼす影響は大きく，高流量時の植生条件変化による影響は，低流量時よりも顕著に現れることが分かった．

高水敷上に植生がある Case2 と Case3 では y’=50 m,
250 m 付近（y’は左岸堤防の天端端からの横断距離）において底面流速が大きく下がっていることが見て取れる．
低流量時の高水敷上は水深が約 0.5 m と小さく，流速分布が鉛直方向に均一化されていることが見て取れる．また，二次流の影響ですべてのケースにおいて外岸側（右岸側）に速い流れが偏っている．
高流量時では，高水敷上に植生がある Case2，
Case3 では低水路中心付近に速い流れが集まっている．一方，高水敷上に植生がない Case4～Case6 では，Case2，Case3 と比べて速い流れが左右岸のどちらかに偏っており，二次流の影響と上流側の植生の有無により横断面内で運動量輸送が発生していることが確認できる．
なお，
流量が 3300 m3/s，
4251 m3/sの場合も，高流量時と同様の傾向が見られた．
4.4 更正係数
図-6 に高流量時と低流量時の STIV 検査線における更正係数の横断分布を示す．高流量時，低流量時
ともにすべてのケースで低水路（y’= 50m～250m）
では更正係数は標準値 0.85 に近い値となった．
低流量時では，Case4～Case6 では高水敷付近で更4.3 流下方向流速分布の横断比較
図-5 に低流量時（1622 m3/s）と高流量時（6000m3/s）の STIV 検査線における流下方向流速の横断分布をコンターで示す．低流量時，高流量時ともに- 40 -

Case2-1(6000)
Case5-1(6000)

20
17

Case3-1(6000)
Case6-1(6000)

Case4-1(6000)

更正係数0.85

1
更正係数

0.8

11

0.6

8

0.4

5

河床

2
0

50
Case2-4(1622)
Case5-4(1622)

20
17

100
150
左岸からの距離

0.2
200
y'(m)

Case3-4(1622)
Case6-4(1622)

250

300

Case4-4(1622)

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

更正係数0.85

更正係数

0.4
250

更正係数

0.2
200
y'(m)

300

図-6 高流量時，低流量時の STIV 検査線における更正係数の横断分布（上：6000 m3/s，下：1622 m3/s）
正係数が標準値 0.85 から大きく乖離していることが分かる．これは，高水敷上の水深が 0.5m 程度と小さく，流速が鉛直方向に一様化しているか，解析上の誤差が原因と考えられる．
高流量時では，低水路河岸付近において，高水敷上に植生がある Case2 と Case3 で更正係数が 0.85から大きく下がっていた．このことは，流速の鉛直勾配が比較的大きいことを意味するが，植生抵抗による下層部の流速低下や，低水路河岸壁面での流速低下が影響したものと考えられる．なお，本解析では計算格子解像度（10m）の問題で，低水路河岸の形状が階段状に表現されたり，植生抵抗が高水敷の水際部のみならず，低水路側の領域に部分的に含まれる問題があり，これらは今後の課題としたい．
図-7 に各ケースでの水深と更正係数の関係を示す．全体的には更正係数の値は 0.85 付近であり，水深（流量）の変化による更正係数の分布に大きな違いは見受けらなかった．また，高水敷上に植生がある Case2，Case3 と高水敷上に植生がない Case4～Case6 では分布の傾向が異なる．Case2，Case3 では，0.85 から大きく下がっている箇所が見受けら
れ，低水路河岸の植生等による影響が考えられる．
一方，Case4～Case6 では，比較的水深が小さい箇
所で 0.85 より大きくなっており，高水敷上の一様化した流速分布の影響が確認できる．
概して，流量変化が更正係数の分布に与える影響
は植生条件を変化させた場合よりも小さく，低流量時に高水敷で水深が小さい場合を除くと，高流量時とあまり差がないことが分かった．標準値またはそれに近い更正係数を用いるには，河道の植生条件を検討することが有効といえる．

- 41 -

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

2

3

4

5

6

7

8

9

Case3-2(4251)

Case3-3(3300)

Case3-4(1622)

Case3
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

水深（m）
Case4-1(6000)

更正係数

100
150
左岸からの距離

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

Case4-2(4251)

Case4-3(3300)

Case4-4(1622)

Case4
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

水深（m）
Case5-1(6000)

更正係数

河床
50

1

Case3-1(6000)

0.6

8

0

Case2-4(1622)

水深（m）

0.8

11

2

Case2-3(3300)

1

14

5

Case2-2(4251)

Case2
0

1.2

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

Case5-2(4251)

Case5-3(3300)

Case5-4(1622)

Case5
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

水深（m）
Case6-1(6000)

更正係数

河床位(m)

更正係数

14

河床位(m)

Case2-1(6000)

1.2

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

Case6-2(4251)

Case6-3(3300)

Case6-4(1622)

Case6
0

1

2

3

4

5

6

7

8

水深（m）

図-7 各ケースでの水深と更正係数の関係

9表-3 解析上の流量と，解析の表面流速と更正係数
0.85 を用いた場合の推定流量との誤差
Case2
Case3
Case4
Case5
Case6

誤差(%)
1(6000 m3/s) 2(4251 m3/s) 3(3300 m3/s) 4(1622 m3/s)
1.58
3.51
4.71
5.52
2.73
3.61
4.80
6.14
1.96
0.73
0.96
0.41
1.75
0.88
0.87
0.85
2.95
1.28
0.23
0.68

平均値
3.83
4.32
1.02
1.09
1.28

4.5 植生管理方策の検討
前節までで流量と植生条件の変化による影響を比較し，植生条件が更正係数や流況に与える影響が大きいことを確認した．表-3 に各ケースにおける解
析上の流量（水深平均流速の断面積分）と，表面流速に更正係数 0.85 を乗じて求めた水深平均流速から算出した流量との誤差を示す．結果として，すべてのケースにおいて誤差は約 5.5 %以内と小さく，
高水敷上の植生がない Case4～Case6 では誤差がかなり小さいことが見て取れる．Case4 の誤差が最も小さいが，Case5，Case6 との差はほとんどないた
め，Case2，Case3 との差は高水敷上の流量推定精度の差であることが分かる．
検討した全ケースで流量誤差が小さくなった理由は，河積の大部分を占める低水路部で更正係数がほぼ 0.85 であるためである．高水敷上の更正係数
はバラツキがあったが，河積に占める割合は小さ
く，流量推定への影響は小さくなった．そのため，2019 年時点での中原橋周辺の河道条件では，これまで実務において流量推定の際に使用していた更正係数の標準値 0.85 は概ね妥当な値であり，またSTIV 検査線の上流側の高水敷の植生伐採を行うことで，より精度良く流量を推定可能と分かった．
5. 結論
本研究では，岡山県旭川の国直轄区間の流量観測地点である中原橋とその周辺を対象に，直近 ALB
データ（2019 年計測）から作成した植生データと 3次元洪水流モデルを基に，植生条件や流量条件を変更した仮想的な洪水流解析を行い，その解析結果から条件変化に伴う更正係数への影響を調べた．また，それらの結果に基づいて，更正係数の標準値からのズレが小さい（流量観測に適した）河道の地被条件（植生繁茂状況）を検討した．以下に本研究で得られた知見を示す．
[1] 流量検査断面における主流速の横断面分布は，対象区間の河道湾曲や検査断面の上流箇所の植
生繁茂の影響を大きく受けていたが，検討した全てのケースにおいて，河積の大部分を占める低水路部での更正係数は標準値の 0.85 であった．一方，高水敷では低水深（低流量）時には流速の鉛直分布が一様化して係数が 0.85 を超え，高水深（高流量）時には低水路河岸において河岸壁や植生繁茂の影響を受けて，0.85 以下となった．
[2] 仮想断面での 3 次元洪水流解析の各ケースにおいて，解析によって求められた水深平均流速を用いて算出した区分求積法による流量と，表面流速に更正係数の標準値 0.85 を乗じて求めた水深平
均流速を用いて求めた区分求積法による流量を比較した結果，その誤差は最大 5.5%程度であり，
中原橋地点の流量観測における更正係数は標準値 0.85 としても概ね妥当であることを示した．
なお，本研究で検討した河道条件と解析結果は，2019 年時点での ALB 計測成果（河床高）とそこから推定した植生状況に基づいている．そのため，今後，河道整備によって河道掘削が行われたり，経年変化によって竹林や樹木などの植生が繁茂するといった河道条件の変化が生じた際には，中原橋から約 2km 上流地点までの範囲において河道計測と数値解析を行った上で検討が必要である．
参考文献
1) 吉田圭介ら：2018 年 7 月西日本豪雨時の岡山県での降雨特性と旭川水系での洪水被害の調査
結果, 土木学会論文集 B1(水工学), Vol.75, No.1,
pp.172-183, 2019.
2) 二瓶泰雄，酒井雄弘：実河川洪水流における浮子の更正係数, 土木学会論文集 B, Vol.66, No.2,
pp104-118, 2010.
3) 二瓶泰雄，木水啓：H-ADCP 観測と河川流計算を融合した新しい河川流量モニタリングシステ
ムの構築, 土木学会論文集 B, Vol.63, No.4,
pp.295-310, 2007.
4) 梶川勇樹，檜谷治：WENO 法を用いた平面 2 次
元浅水流モデルの開発, 土木学会論文集 B1(水工学), Vol.69, No.4, I_631-I_636, 2013.
5) 吉田圭介ら：平成 30 年７月豪雨時の旭川分流
堰周辺の植生分布を考慮した３次元洪水流解
析，土木学会論文集 B1(水工学), Vol. 76, No. 2,
pp.985-990, 2020.
6) 安達森ら：旭川中原橋周辺の河道形状及び植生
分布の違いが更正係数に与える影響に関する数値的検討，土木学会論文集 B1(水工学) Vol.78,
No.2, I_1153-I_1158, 2022.
謝辞：本研究を遂行するにあたり，研究助成を賜りました公益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深謝いたします．国土交通省岡山河川事務所ならびに株式会社パスコからは貴重なデータを提供頂きました．また，本学大学院の古谷 崚 君および岡田 拓巳 君には現地調査のデータ整理や洪水流の数値解析，等で大いに協力して頂きました．
ここに記して謝意を示します．

- 42 -

権利関係を重要視した建築都市空間計画の将来性に関する研究
リノベーションスクールの実態把握と効果検証-浜松市の事例を中心に-

岡⼭⼤学 学術研究院 環境⽣命⾃然科学学域
堀 裕典
⽇本の地⽅都市では，リノベーションを同エリアで連続的に⾏うことで，エリアの価値を向上させ都市地域経
営課題を解決しながらまちづくりを進めていくリノベーションまちづくりが実施されており，その取り組みの1 つとしてリノベーションスクール（以下、RS）が⾏われている。国交省では 2020 年度より，官⺠連携まちな
か再⽣推進事業が⾏われおり，この実施対象事業者に RS を実施しているリノベリングが 2020 年度より 4 年連続決定され，官⺠連携によるまちづくりにおいて⾮常に注⽬されている。そこで本研究では，リノベリング及び全国で RS を実施した⾃治体への調査から，RS 実施の実態や確認できた効果，課題意識を把握し，リノベリ
ング側と⾃治体側の意識について明らかにした。また，RS 対象案件より事業化した事例及び RS 対象案件以外
で事業化した派⽣事例が 43 件確認されている浜松市にて，事業化事例への調査を通じ，⺠間事業者の事業化に対する実態の把握と RS の効果を検証した。
結果，
RS 実施における課題意識や確認できた効果について把握し，さらにリノベリングと⾃治体の意識の差について考察した。また，浜松市の事業化事例への調査を通じ，RS 実
施の効果を検証したことで，浜松市の RS の取り組みは成功していると結論づけた。
1.はじめにングが 2020 年度より 4 年連続決定され 2)，官⺠連

⼈⼝減少や少⼦⾼齢化などを背景にした空き家の携によるまちづくりにおいて⾮常に注⽬されている。

増加やコミュニティの衰退という地域課題を解決す

⼀⽅で RS を実施しているリノベリングの RS 実施

る⼿法として，建物に改修を施し新たな価値を与えに対する意識や全国的な RS の実態や確認できた効るリノベーションが注⽬されている。また，地⽅都果は明らかになっておらず，さらにその効果は検証

市ではリノベーションを同エリアで連続的に⾏うこされていない。

とで，エリアの価値を向上させ都市地域経営課題を

2.研究の⽅法

解決しながらまちづくりを進めていくリノベーショ

RS 実施都市へのオンラインヒアリング,全国アンンまちづくりが実施されている。リノベーションまケート調査, 浜松市における事業者へのヒアリング

ちづくりは国内外の 101 の都市・地域での実施が確調査および現地調査である。

認されている（2023 年 3 ⽉末時点）1)。その取り組

3.リノベーションまちづくりと RS の概要

みの 1 つとしてリノベーションスクール（以下，RS）

リノベーションまちづくりとは，「今ある資産を活が実施されている。主催は実施地の地⽅⾃治体，企⽤して⾃治体の都市地域経営課題を解決していくこ

画は株式会社リノベリング（以下，リノベリング），と」である 3)。リノベリングはリノベーションまち

運営はリノベリングと関係⺠間団体であり，官⺠がづくりにて様々な取り組みを提案しており，その 1

連携してまちづくりを推進する取り組みである。国

つが RS である。RS は，まちなかに実在する遊休不交省では 2020 年度より，まちづくりの課題に対し動産を対象とし，エリア再⽣のためのビジネスプラ

様々な関係者を巻き込んだワークショップの実施，ンを創り出す短期集中の実践型スクールで，受講者継続性のある活動を実践する⼈材の育成を図る仕組

はスクール後に提案したビジネスプランの事業化をみの構築や運営などの普及啓発事業に対して⽀援を⽬指す。まちづくりに必要なステークホルダーであ⾏う官⺠連携まちなか再⽣推進事業が⾏われている。

る未来の⺠間事業者，不動産オーナー，⾏政職員がこの実施対象事業者に RS を実施しているリノベリ

⼀堂に会しつながることで提案されるビジネスプラ- 43 -

ンは実現性が⾼く，まちづくりの起爆剤的な役割を体感が⽣まれたことも効果として確認できている。

4)

担っている 。

以上を踏まえ様々な⾓度からの新たなアプローチが結果的に⽣まれ，リノベーションまちづくりの広が

4. RS 実施に対するリノベリングの意識りが確認できたことが明らかになった。

RS 実施状況及び確認できた効果に関するリノベリ

事業化できた事例の要因では，
不動産オーナーとのングの意識について把握するために，ヒアリング調

合意形成が最も⼤きな要因として挙げられ，その中査を実施した。調査概要を表 1 に⽰す。

でもパブリックマインドのある不動産オーナーの場

表 1. リノベリングへのヒアリング調査概要

合，特に事業化につながりやすいことが明らかにな

調査名

リノベーションまちづくりとRSに関する調査った。また，不動産オーナーを含む，⺠間事業者や

調査日時

2023年8月2日（水）15：00～16:30

⾏政職員，外部講師等ステークホルダー間の⼈間関

調査対象

リノベリング

調査形式

Zoomによるオンラインヒアリング

係の調整も重要なため，⾃治体側のリノベーション

主な調査内容まちづくりのビジョンや達成したい⽬標に⾒合った

リノベーションまちづくりの実態について
RS実施の実態RS実施によって確認できた効果

受講⽣（⺠間事業者）の収集や RS 対象エリアの現況を踏まえそのエリアに合った外部講師の派遣，事RS 実施の経緯として，⾃治体の都市地域経営課題の解決の⽷⼝になるためという回答を得た。
これは，
リノベーションまちづくりとの親和性があると判断業化する可能性が⾼い対象案件及び不動産オーナーの確保が必要不可⽋であることも明らかになった。
5. 全国の RS 実施の実態及び確認できた効果

できた場合や，その都市の抱える都市地域経営課題

全国的な RS 実施の実態及び確認できた効果につの解決の⽷⼝がリノベーションまちづくりになる場

いて把握するため，RS を実施した全国の⾃治体へ

合，⾃治体と契約を交わし，リノベーションまちづ

アンケート調査及び RS 実施回数上位 3 位の北九州

くりを実施しているためである。RS 実施における市，浜松市，和歌⼭市にヒアリング調査を実施し課題点では，RS を空き家や空きテナントを埋めるた。調査概要を表 2, 表 3 に⽰す。

ための⼿法としか捉えておらず，RS を実施し空き

表 2. ⾃治体へのアンケート調査概要

家等が減少すると RS 及びリノベーションまちづく

調査名

RSに関するアンケート調査

りが打ち切られてしまうことが挙げられた。

調査期間2023年11月24日（金）～2024年1月26日（金）調査対象

2023年11月末までにRSを実施した自治体

RS 実施による効果では，新たな⼈材の育成・発掘，

調査形式

メールによる調査票及び回答用紙の送付と回収RS 対象案件の事業化及び RS 対象案件以外での事

有効回答数

41自治体（回収率68.3%）

業化が挙げられ，波及効果として新たなコミュニテ
主な調査項目

ィの形成や繋がりの増加の継続，リノベーションまちづくりに関わる⼈⼝の増加，新たなプロジェクト

表 3.

及び関連プロジェクトの発⾜，⺠間まちづくり会社

リノベーションまちづくり実施の基本情報
RS実施の実態RS実施によって確認できた効果
事業化できた要因
事業化に向けた際の課題点

北九州市，浜松市及び和歌⼭市へのヒアリング調査概要（家守会社）の新設が挙げられた。
新たな⼈材では，
パブリックマインドがある⼈材，覚悟を持って⾏動できる⼈材，街のために⾃分のしたいことに挑戦できる⼈材，これらの延⻑線上に街への貢献を考えることができる⼈材が発掘・育成されたことが明らか

調査名

RSに関するヒアリング調査

調査期間

2023年3月15日（水）～2023年3月24日（金）

調査対象

北九州市

調査形式

Zoom

主な調査内容になった。また，設⽴された⺠間まちづくり会社（家

浜松市

和歌山市

メールヒアリング

RS実施の実態RS実施によって確認できた効果
事業化できた要因
事業化に向けた際の課題点

守会社）が，新たに⽣まれる事業やプロジェクトの（1）全国の RS 実施の実態及び確認できた効果

サポート体制を構築したこと，及び新たな事業等を

RS を 4 回以上実施している⾃治体は 29％であっ繋ぐ役割も担うことでエリア全体の盛り上がりや⼀た。また，RS を実施した経緯では，⼈⼝減少や⾼齢化社会による空き家や空きテナント等の利活⽤のた- 44 -

めが 63％で最も多く，次いで街のため，⾃分のしたられた。

いことに挑戦できる⼈材の発掘・育成のため及び⺠

6. 浜松市の事業化事例の実態把握と効果検証

間主導でのまちづくりの仕組み構築のためが 61％

事業化事例の実態の把握と，
リノベリング及び全国で同数であった。また，RS が都市地域経営課題の解の RS 実施⾃治体への調査より確認できた効果の検決の⽷⼝となるため実施したと回答した⾃治体は証のため，浜松市の事業化事例を対象に調査を実施

42％で半数にも満たなかった。RS 運営上うまくいした。
浜松市の事業化事例は 43 件確認できており，った点では，受講⽣（⺠間事業者）のモチベーショ

RS 対象案件より事業化した事例が 8 件，RS 対象案

ンが⾼かった点が 64％で最も多く，課題となった点

件以外より事業化した派⽣事例が 35 件であった。

では，受講⽣（⺠間事業者）の確保が 51％で最も多調査概要を表 4，表 5 に⽰す。

く，次いで RS 対象案件の確保が 46％，不動産オー

表 4. 事業化事例へのアンケート調査概要

ナーとの合意形成が 43％という結果が得られた。
RS により確認できた効果では，RS 対象案件の事
業化が 51％で最も多く，次いで RS 対象案件以外で

調査名

事業化事例に関するアンケート調査

調査期間

2023年12月29日（金）～2024年1月31日（水）調査対象

浜松市実施のRS及びその関連プロジェクトにて事業化した事例

調査形式

GoogleフォームによるWebアンケート

有効回答数の事業化が 49％，パブリックマインドのある⼈材の主な調査項目

発掘・育成及び街のため，⾃分のしたいことに挑戦できる⼈材の発掘・育成が 46％で同数であった。

7事例（回収率16.3%）
RS対象案件か否か事業化できた要因
事業化に向けた際の課題点
事業化によって確認できた効果

表 5. 事業化事例へのヒアリング調査概要

事業化事例の有無では，事業化した（する予定の）調査名

事業化事例に関するヒアリング調査事例がある⾃治体は 61％であった。RS 対象案件に

調査日時

2024年1月24日（水）14:30～16:30

調査対象「みかわや｜コトバコ」，「頭山」，「gramme」て事業化できた要因，課題となった点，事業化しな調査形式

かった（できなかった）理由にて，不動産オーナー

主な調査内容との合意形成が最も多くの回答を得た。また，課題

対面ヒアリング
事業化できた要因
事業化に向けた際の課題点
事業化によって確認できた効果となった点では不動産オーナーとの合意形成に次い（1）事業化事例の実態把握と効果検証

で予算の確保が多かった。RS 対象案件以外での事

浜松市の事業化事例へのアンケート調査より，事業化では，事業化した（する予定の）事例があると業化した物件等を選定した経緯では，その物件等を回答した⾃治体は 51％であった。

事業化することで，街やエリアに良い影響が⽣じる（2）北九州市、浜松市及び和歌⼭市の RS 実施のと考えたためが 86％で最も多かった。事業化できた要因では，⾏政（浜松市）との合意形成が上⼿く

実態及び確認できた効果
3 市の RS 実施の経緯として，中⼼市街地の遊休なされたためが 57％で最も多く，次いで不動産オ

不動産の増加という課題への解決策として実施してーナーとの合意形成上⼿くなされたため，綿密な事いるリノベーションまちづくりを推進させるためで業計画を作成したため等が 43％であった。事業化あることが明らかになった。北九州市と和歌⼭市でする際に課題となった点では，予算の確保及び綿密はリノベーションのノウハウをもった⼈材の育成おな事業計画の作成が最も多く 57％であった。

よび都市型産業の発展を⽬指すため，また浜松市で確認できた効果では，関連プロジェクトの発⾜，空は不動産オーナーの不動産活⽤の⽀援のため RS をき家や空きテナントの減少，街やエリアの盛り上が実施している。RS 対象案件の事業化により，新たりが 71％で最も多く，また，地域住⺠のコミュニテ

な雇⽤の創出や⺠間まちづくり会社の設⽴などの効ィ形成，まちづくりに関⼼を寄せる⼈の増加，事業果が確認できており，和歌⼭市では公⽰地価が上昇

化のノウハウを学び，それを活かせたこと，⾏政（浜したという結果も出ている。RS 運営上の課題とし松市）との繋がりができたこと，⺠間事業者との繋ては，新たな対象案件の獲得，受講⽣の獲得，外部がりができたことのいずれも回答率 50％を超えてからの働きかけを嫌う地域が存在している点が挙げいた。

- 45 -

（2）事業化事例のケーススタディ
事業化事例へのアンケート調査より，各事例のオーナー同⼠の繋がりが確認でき，事例が同エリア内に位置している「みかわや｜コトバコ」，「頭⼭」及
び「gramme」を対象に，ケーススタディを実施した。各事例の地図と概要を図 1，各事例の外観を図2，図 3，図 4 に⽰す。
図 4. 「Gramme」「みかわや｜コトバコ」は RS 対象案件にて O ⽒により事業化された事例であり，「頭⼭」は O ⽒が「gramme」

事業化した「みかわや｜コトバコ」の派⽣事例であ瓦の新しい可能性を考えるカフェを掲げており，
味わい深い最中と厳選されたお茶を始め，店内では，瓦の石膏型のワークショップも体験できる。

る。また，「gramme」は企業版 RS より Y ⽒が事業化した派⽣事例である。

「頭山」
日本の伝統文化を見つめ直す盆栽プロジェクトの発信地。
地域に息づく文化や伝統を再考するべく，盆栽をテーマにしたお店。
併設しているギャラリーではレコードや革小物などの企画展も開催し，「盆栽×茶道」「盆栽×陶器鉢」「盆栽×音楽」のように掛け合わせの妙味を探索。

「みかわや｜コトバコ」及び「頭⼭」のオーナーO
⽒は⽇本の住宅業界の課題に対してリノベーション
まちづくりという形で⾏動を起こし，「gramme」のオーナーY ⽒は⽡業界の課題に対する新たなアプロ「みかわや｜コトバコ」
発酵食・製本・野菜売り・設計・お菓子・ワイン・サッカー英語専門講師・プログラミング・
ワインとカヌレなど、多種多様なコンテンツが入り混じっている複合店舗。
30m

図 1.

ケーススタディの事例の地図と概要注１)

ーチのため，また Y ⽒の⼈⽣を変えたい，O ⽒の描
くエリアリノベーションの⼀翼を担いたいという強い思いから⾏動を起こしたことが明らかになった。
また，RS の講師であった O ⽒と RS 受講⽣であり「みかわや｜コトバコ」のファンであった Y ⽒が出
会い，かつ信頼関係及び相乗効果が⾒込める関係性を構築したことで，設計⼠を含む 3 名で家守会社を設⽴，新たな事業を計画中であることが明らかになった。
O ⽒が「みかわや｜コトバコ」の物件を選定した経緯は，本物件のあるエリアに可能性を感じ，事業化

図 2.

「みかわや｜コトバコ」

することでエリアに良い影響が⽣じると考えたためであった。事業化できた要因では，綿密な収⽀計画が作成できたことが挙げられ，課題となった点では，予算の確保が挙げられた。転貸借契約であり，O ⽒の収⼊は⼊居者からの家賃収⼊となるため，綿密な収⽀計画の作成は必要不可⽋であった。また，物件の清掃活動を通じ，⼊居者となりうる⺠間事業者を集めていき，解決に⾄った。確認できた効果では，
⺠間事業者同⼠のつながりやコミュニティ形成が挙げられ，O ⽒の住宅業界の対する考えの周知と議論できる場が増えたと感じていることも明らかになっ

図 3.

「頭⼭」

た。また，ファンであった Y ⽒と出会い，信頼関係- 46 -

及び相乗効果が⾒込める関係性を構築したことで Yでは，⺠間事業者同⼠の繋がりが形成されたことが⽒が同エリアに「gramme」をオープンし，エリアリ

挙げられた。O ⽒を始め，「みかわや｜コトバコ」にノベーションの広がりが確認できた。

携わる⺠間事業者との相乗効果が得られるような関次に，「頭⼭」の物件を選定した経緯は，「みかわや係性が形成された。さらに O ⽒は Y ⽒のエネルギー｜コトバコ」の向かいに位置していたため，O ⽒の溢れる⼈柄により，社外への広報などを通じて実施

考えるエリアリノベーションにつながると考えたた

している取り組みが広がっていくのを感じている。

めであった。事業化できた要因では，過去の RS の結論対象案件であったため不動産オーナーと浜松市に繋

リノベリングへの調査より，RS は⾃治体の都市地がりがあり，本物件を O ⽒に紹介したことが挙げら

域経営課題の解決の⽷⼝となるため実施しており，れた。また，合意形成時には浜松市職員も同席し，課題点として RS を空き家や空きテナントの利活⽤

⽐較的スムーズに合意形成が図れたことも明らかにのみの⼿法として捉え，空き家等が減少すると RSなった。⼀⽅事業化の際に課題となった点では，予及びリノベーションまちづくりが打ち切られてしま算の確保と初期投資のリスクが挙げられた。
「頭⼭」

う点が挙げられた。また，RS では⾃治体の描くリノの 2 年前に「みかわや｜コトバコ」を事業化していベーションまちづくりに⾒合った受講⽣（⺠間事業

たため，事業化は予算⾯及び初期投資のリスクから者）及び RS 対象案件の確保，不動産オーナーとの容易ではなかったが，銀⾏からの融資及び家賃負担

合意形成が重要であると考えている。RS 実施によの軽減を不動産オーナーと協議し締結したことで解る効果では，新たな⼈材の発掘・育成，RS 対象案件決に⾄った。確認できた効果では，O ⽒の⼿掛けるの事業化及び RS 対象案件以外での事業化の他，こエリアリノベーションの広がりが挙げられた。
また，

れらによる波及効果が確認されていることが明らか

盆栽の販売店であることから，地域のご⾼齢の⽅とになった。事業化には不動産オーナーとの合意形成の繋がりができたことも明らかになった。

及びステークホルダー間の⼈間関係の調整が最重要

Y ⽒が「gramme」の物件を選定した経緯は，O ⽒と考えている。

がオーナーを務める「みかわや｜コトバコ」と同エ

⾃治体への調査より，RS は空き家や空きテナント

リアに位置し，O ⽒の描くエリアリノベーションのの利活⽤のため実施している⾃治体が多く，都市地⼀翼を担うことができると考えたためであった。事

域経営課題の解決の⽷⼝となるため実施している⾃業化できた要因では，発⽣した課題の 1 つ 1 つを確

治体は半数にも満たず，RS を 4 回以上実施してい実に解消したことが挙げられた。その中でも 1 番のる⾃治体も約 3 割であった。RS にてうまくいった

課題は，事業化に対する周囲の理解と信頼関係の構点では，受講⽣（⺠間事業者）のモチベーションが築であった。企業版 RS に Y ⽒が勤めている⽡企業

⾼かった点が最も多く，課題点では，受講⽣（⺠間が参加するためには社内の理解が必要であり，Y ⽒

事業者）の確保が最も多く，次いで RS 対象案件のは RS に参加するメリット等の社内プレゼンを複数確保，不動産オーナーとの合意形成と続いた。RS 実

回⾏うことで理解を得たのであった。また，O ⽒を施による効果では，RS 対象案件の事業化，RS 対象

始めとする信頼関係が構築できた仲間との出会いが案件以外での事業化，さらにパブリックマインドのなければ，事業化は厳しかったことも明らかになっある⼈材等の新たな⼈材の発掘・育成の回答が多くた。さらに，⼤規模なリノベーションが必要であっ得られた。事業化に際しては，事業化できた要因，

たが，個⼈ではなく企業としての事業化のため，初課題となった点，事業化しなかった（できなかった）

期投資の難易度とリスクは個⼈での事業化より低か点のいずれにおいても，不動産オーナーとの合意形ったと考えており，かつ事業再構築補助⾦を受け事成との回答が最も多かった。また課題点では，予算業化のリスクを下げたことも事業化につながったとの確保との回答も多く⾒られた。

考えていることが明らかになった。確認できた効果

事業化事例への調査及びケーススタディより，
不動- 47 -

産オーナーとの合意形成が上⼿く図れたため事業化する。

に⾄った旨の回答が多く，Y ⽒は O ⽒を始めとするRS 実施により確認できた効果に関するリノベリン

ステークホルダー間での信頼関係の構築がなされな

グと⾃治体の意識は共通しており，そのうち，浜松

ければ事業化は難しかったと回答している。事業化

市では事業化事例が 43 件確認できており，RS 対象の課題点では，予算の確保及び綿密な事業計画の作案件以外で事業化した派⽣事例が約 8 割を占めてい成が挙げられており，O ⽒も事業化の際には，これた。また，事業化事例へのアンケート調査より，関を解決できたため事業化につながったと回答してい連プロジェクトの発⾜，地域住⺠のコミュニティ形

る。

成，⾏政（浜松市）との繋がり，⺠間事業者との繋以上より，リノベリングと⾃治体の間に RS 実施のがりが検証できた。また，ケーススタディより，⺠

経緯に対する意識の乖離が⾒られた。RS は都市地間事業者同⼠の繋がり，新たな繋がりやコミュニテ

域経営課題の解決の⽷⼝の 1 つであるという認識，

ィの形成，相乗効果が⽣まれるような⺠間事業者同

また街やエリア全体の潜在的なポテンシャルの活か

⼠の繋がり，ファンによる派⽣事例の事業化，同エ

し⽅等の模索が必要であるという意識を⾃治体にもリアにて連続的にリノベーションすることによって共有させる必要があると考える。そのため，⾃治体

エリアの魅⼒向上につながるエリアリノベーション

や地域住⺠への説明会や地域に寄り添ったイベントの広がりが検証できた。さらにケーススタディのオ等の実施により，RS，さらにその先のリノベーショーナーである O ⽒と Y ⽒に設計⼠を加えた 3 名にンまちづくりへの理解を深める機会を 1 回のみなら

よる家守会社の設⽴が確認できており，新たな家守

ず複数回設ける必要があると考える。RS 実施の実会社の設⽴も検証できた。本家守会社にて新たな事

態として，
リノベリングと⾃治体が求める受講⽣（⺠

業を計画中であり，リノベーションまちづくりがさ

間事業者）の確保は上⼿くいっていると考える。まらに広がっていくことが推察される。以上より浜松

た課題となった点では，リノベリングが重要である

市の RS の取り組みは成功していると結論づける。

と考えている項⽬の実現は，容易ではないと考える。
受講⽣（⺠間事業者）の確保では，地域内の⼤学や【注釈】

公共施設等への広報や地⽅紙への掲載，RS より事

注 1) 国⼟地理院より引⽤, 筆者加筆。

業化した事例した事例へのフライヤーの設置やSNS での周知が必要であると考える。RS 対象案件

【参考⽂献】の確保及び不動産オーナーとの合意形成では，エリ

1）株式会社リノベリング：リノベーションまちづく

ア探索の強化や地域コミュニティの積極的な参加，り開催情報，2023 年 3 ⽉

また，不動産オーナーの同意を得るため，ステーク

2)国⼟交通省, 官⺠連携まちづくりポータルサイト，

ホルダー間で連携を図り，綿密な事業計画及び収⽀官⺠連携まちなか再⽣推進事業：

計画を作成することが求められると考える。事業化

https://www.mlit.go.jp/toshi/system/#kanminsai

に際しては，リノベリング，⾃治体及び⺠間事業者

sei，(最終閲覧：2023 年 2 ⽉ 6 ⽇）の 3 者ともの意⾒は共通しており，不動産オーナー

3）株式会社リノベリング：リノベーションまちづくとの合意形成の重要度は⾮常に⾼いと考える。そのり 総合プロデュース業務について，p.2

ためにも綿密な事業計画の作成は必要不可⽋である

4）株式会社リノベリング：リノベーションまちづくと考える。また，リノベリングと⺠間事業者の双⽅

り 総合プロデュース業務について，pp.8-9の意⾒が共通していたステークホルダー間での⼈間関係の調整も重要度が⾼いと考える。さらに，予算の確保は初期投資のリスク軽減のためにも必要であり，解決することで事業化につながりやすいと推察- 48 -

ミトコンドリア呼吸鎖に着目した抗マツノザイセンチュウ薬剤の開発（所 属） 岡山大学大学院環境生命自然科学研究科（農）（氏 名） 泉実 ・ 柳田 菜名

マツは古くから我が国で利用されてきた植物の一つであり、その用途は木材資源としてだけでなく、防風林、防砂林などの国土保全の面や、庭園や盆栽への利用という文化的な一面もある。しかし、それらのマツは晩秋から盛夏にかけて急激に枯損する「松枯れ」によって大きな被害を受ける。様々な研究の結果、マツノザイセン
チュウ（Bursaphelenchus xylophilus）がマツ材内の樹脂道や通道組織の細胞を破壊する萎凋病であるとわかり、正式な名称として「マツ材線虫病」と総称されている。薬剤の樹幹注入が防除対策の主流であるが、市販薬剤の多くは高価であり、また魚毒性を示すものが多く、生態系・環境への影響を無視できない。マツ材線虫病は100 年近く研究されているが、真に有効な防除法に関してはまだ開発の余地がある。本研究では、大量合成を考慮した時にあまり複雑な構造を持たない化合物の方が合成しやすいと考え、新規薬剤の候補としてポリイン化合物に着目した。ポリイン化合物は植物や細菌から単離され、様々な生理活性をもつことが報告されている。
Glaser 反応を鍵反応とした有機合成法でポリイン化合物を合成し、抗線虫活性の有無を検討した。
１．ポリイン化合物の合成

４種類のオルガチックス（TC-310、TC-400、
TA-21、

単純なポリイン化合物は爆発性があることも報告

TA-8）、基質としてグルコースおよび N-アセチルグされていることから、本研究では、化合物としての

ルコサミン、溶媒としてメタノールを用いて種々条

安定性と生物試験を行うための水溶性を確保するた

件検討を行い、オルガチックスの有効性について検

めに、糖を構造にもつジイン化合物の合成を検討し討した。その結果、グルコースでは TC-310 を、N-た。まず、グリコシド化を行って、末端アセチレン

アセチルグルコサミンでは TC-310 および TC-400をもつ糖としてプロパルギルグリコシドを合成し、を作用させた時に反応の進行を確認した。そこで、その後 Glaser 反応によって、ジインを合成するこTC-310 を触媒として様々なアルコールを用いてととした。糖には、D-Glucose、 D-Galactose、N-

Fischer グリコシド化を行ったところ、対応する化

acetyl-D-glucosamine を用いた。

合物を得ることが出来た（図１）[1]。

１－１．オルガチックスを用いた新規 Fischer グ
リコシド化
Fischer グリコシド化は酸触媒存在下、糖とアルコールから一段階でグリコシドを形成する反応であ

図１．オルガチックスを用いた Fischer グリコシ

るが、塩酸など強酸を使用した際に副反応が起こる

ド化という問題点がある。オルガチックス（Orgatix○R 、
松本ファインケミカル）はエステル化反応やウレタ

１－２．プロパルギルグリコシドの合成と Glaser

ン化反応などの触媒として用いられ、高い触媒活性

カップリング反応と安全性を持ち、生成物への影響が少ないという利

プロパルギルアルコール中、塩酸またはオルガチ点を持つ。本研究では、エステル化反応の触媒としックスを触媒とした Fischer グリコシド化を行って利用されている有機チタン化合物であるオルガチ

た。単離精製を簡便にするために、4,6-O-ベンジリックスを利用した新規な Fischer グリコシド化にデン体へと導き、末端アセチレン構造をもつプロパ

ついて検討した。

ルギルグリコシド（2a,2b）を得た（図２）。

- 49 -

２．抗マツノザイセンチュウ活性試験
２－１．輪状ろ紙法
供試生物として、マツノザイセンチュウ(Bursaphelenchus xylophilus 島原株) とその食餌
図２．プロパルギルアルコール中での Fischer グ生物である灰色カビ病菌 (Botrytis cinerea, B.c.

リコシド化菌)（ともに森林総研究関西育種場より譲渡）を用いた。抗線虫活性試験には当研究室で開発した輪状ろプロパルギルグリコシドを用いて Glaser 反応の条紙を用いたアッセイ法を使用した。

件検討を行った。
触媒には、酢酸銅(Ⅱ)一水和物を、円筒ろ紙を厚さ約 5mm にカッティングし、その輪溶媒には乾燥ピリジンを用いて反応を行った。
まず、状ろ紙をメタノール溶液で 1mM に調製した試料溶液

室温で検討したが、反応の進行は確認できなかった。

が入っているサンプル菅内に漬け込み試料を染み込加熱を行うと反応が進行し、 60℃ での反応の進行ませた。次に、ろ紙をデシケーターで乾燥させ、図が良好であったため、以降の実験操作では 60℃ に

３のように B.c.菌が一面に生育した容器上に並べ、加熱して反応を行うことにした。その結果、化合物

容器の中央にセンチュウが生育している適当な大き3a を 40% の収率で、化合物 3b を 6% の収率でさの培地を置き、21℃、暗黒下で放置し、観察した。

得た。また、2a を用いた反応では、触媒量を 2 当量にして行ったが、反応は進行しなかった（表１）。
表１．Glaser 反応

図３．輪状ろ紙法を用いた抗マツノザイセンチュウ
活性試験
２－２．活性試験の結果合成した化合物を使って輪状ろ紙法を用いたアッセイを行った。その結果、合成したすべての化合物（図４）で 10 mmol/L 以下の濃度では抗マツノザ
イセンチュウ活性は確認できなかった（表２）。
表２．アッセイ試験の結果
また、それぞれの糖を無水酢酸と酢酸ナトリウムを用いて完全アセチル化した後、プロパルギルアル
コール中でルイス酸を作用させてグリコシド化を行うことで、末端アセチレンを持つβ体のプロパルギ
ルグリコシドを合成した。Glaser 反応によるプロ
パルギルグリコシドのホモカップリングおよびヘテ
ロカップリングを行って、各種ジイン化合物を合成した。

- 50 -

５．研究成果
本研究に関する研究成果は以下の通りです。
[1] Fischer Glycosidation Using Organotitanium
Catalyst ORGATIX. Nana Yanagida, Keita Kato,
Mako Matsushita, Minoru Izumi, HETEROCYCLES,
106(8), 1309-1313 (2023).
[2] 抗マツノザイセンチュウ薬剤探索を指向したポリイン骨格を有する化合物の合成. 柳田菜名, 藤井
保乃歌, 松下真子, 泉 実, 2023 年度日本化学会中図４．アッセイに供した化合物

国四国支部大会山口大会, 1PB-34 (2023).

３．まとめ
エステル化反応の触媒として利用されている有機
チタン化合物であるオルガチックスを利用した新規な Fischer グリコシド化について検討した結果、目的とするグリコシドを得ることに成功した。DGlucose や D-Galactose などを用いて、プロパルギ
ルアルコール中、Fisher グリコシド化を行うこと
で末端アセチレンを持つ α体のグリコシドを合成した。また、それぞれの糖を完全アセチル化した後にプロパルギルアルコール中でグリコシド化を行う
ことで、
末端アセチレンを持つ β体のグリコシドを合成した。次に、合成した 4 つの化合物を用いてGlaser 反応でホモカップリングを行い、ジイン化合物を合成した。また、合成した化合物を試料に用いて、輪状ろ紙法による抗マツノザイセンチュウ活性試験を行った結果、合成した化合物はいずれも抗線虫活性がないことがわかった。今後は様々なポリイン誘導体を合成し、アッセイを行う予定である。
また、アッセイのデジタル化にも取り組んでいる。
４．謝辞
最後となりましたが、本研究を助成して頂きました公益財団法人ウエスコ学術振興財団様に厚く御礼申し上げます。また、マツノザイセンチュウを譲渡して頂きました森林総合研究所関西育種場・高島有
哉様にお礼申し上げます。各種化合物の機器測定（NMR・質量分析）を行って頂きました岡山大学自然生命科学研究支援センターの皆様にお礼申し上げます。

- 51 -

植物の他感作用による自家中毒とその緩和機構
岡⼭⼤学学術研究院環境⽣命⾃然科学学域
三村 真紀⼦多くの植物は地下部から、所謂アレロパシー物質と総称される化学物質を滲出し、他種と競合する。植物体からの滲出物は他種だけでなく⾃種の成⻑や繁殖に影響を及ぼし、⾃種の繁殖を抑制することがある。野外で密集してパッチ状の集団を形成する植物は、どのようにしてこの⾃種に対する抑制効果（⾃家中毒）を回避しているのか。本研究では、種⼦が主に⺟個体の周辺に散布されることに着⽬し、⾎縁度が抑制効果に及ぼす影響を検証した。寒天培地にアレロパシー物質の供与源となる対象種の乾燥葉を挟み、培地上に受け⼿となる種⼦をおいて、その発芽と成⻑を測定したところ、⾃種からの抑制効果は他種からの抑制効果と同等またはそれ以上のことがあることが⽰された。また、オオバコでは、親⼦関係にある個体は、集団内他個体に⽐べ、受け⼿の成⻑を抑制する効果が低いことが明らかとなった。周辺に近縁な個体が多く存在する状況では⾃種への抑制が緩和されることが⽰された。
１．はじめにり⾎縁度によってその作⽤が異なるかもしれない。

⽣物間相互作⽤は、種内・種間で起こる複雑な競そこで本研究では、他感作⽤による⾃種への抑制効

争と共⽣をうみだす。地下部においても、植物体か果は⾎縁度に依存する可能性を検証した。

らの滲出物によって他種の成⻑に影響を与える他感作⽤や菌根菌との共⽣など、地上部での競争に⼤き

２．材料と⽅法

く影響を与える⽣物間相互作⽤がみられる。地下部

材料の他感作⽤は、多くの場合、他種の種⼦発芽を抑制

⾃家中毒を検証する材料としてオオバコ属（オオするように働く。このような植物体から滲出し他個

バコ、ヘラオオバコ、ツボミオオバコ）及びアキノ体に影響を与えるフェノール、アルカイド、脂肪酸

キリンソウ属（セイタカアワダチソウ）の合計４種などはアレロパシー物質と総称される。アレロパシを⽤いた。また、⾎縁度に関わる実験では、オオバ

ー物質は、他種との競合に作⽤すると考えられていコとセイタカアワダチソウを⽤いた。

るが、古くから⾃種の発芽や成⻑も抑制する「⾃家各種において集団ごとに葉を複数個体から採取し中毒」を引き起こすことも知られており、農業上の混合したバルク葉のサンプルも採集した。また、オ問題となることもある（Singh et al. 1999）。しかし、オバコとセイタカアワダチソウについては、３つの他種との競争のためにたびたび⾃種まで抑制するよ岡⼭市北区の野⽣集団を選定し、種⼦とその種⼦親

うでは野⽣環境で集団を確⽴するのは⾮常に困難に（⺟個体）の葉を採集した。採集した種⼦は実験開なる。そこで申請者らは種⼦散布の特性（⾎縁度）始まで乾燥した状態で低温保存し、葉は⽔でよく洗が⾃種への抑制に関わる可能性を考えた。

った後に⾵乾し、実験開始直前に滅菌のために 60℃

重⼒・⾵散布型のいずれも多くの種⼦は⺟個体ので乾燥させたのち、破砕機で破砕した。種⼦は実験周りに散布される。また近年、植物個体間で植物体開始前⽇に滅菌処理と吸⽔処理を⾏った。

の滲出物等を介してさまざまなシグナルを伝達しており、⾃⼰の認識も⾏われていることが報告されて抑制効果を定量するためのサンドイッチ法

いる（Wang et al., 2020）。植物の⾃⼰識別能⼒があ

⾃種からの抑制効果、すなわち⾃家中毒の強度をること、きょうだい種⼦の多くは⺟個体の周りに散定量するために、
サンドイッチ法（Fujii et al., 2003）

布されることから、⾃家中毒の現象には選択性があを⽤いて、他種及び⾃種からの成⻑抑制を⽐較した。

- 52 -

サンドイッチ法とは、シャーレに上下２枚の寒天培

３．結果と考察

地の層を作成し、その間にアレロパシー物質の供与

他種と⾃種からの抑制効果源として植物体を挟み込み、寒天培地の上に滲出物

オオバコ属では、いずれの種も⾃種からの抑制がの受け⼿としての種⼦を置き、その種⼦の発芽や成他種からの抑制効果と同等または上回ることがあり、⻑を計測することで受け⼿の成⻑抑制効果を定量化

セイタカアワダチソウでは⾃種からも他種からも影する⽅法である。本実験では、供与源として乾燥葉響を受けなかった（図２）。⾃種が存在するときにみを⽤いた（図 1）。

られる成⻑の抑制は、⾃種間の競争を回避するためとも考えられるが（Fan et al. 2022）、他種からよりも強い抑制効果は適応度の低下を招く恐れがある。
この⾃種へ対する抑制効果は、⾃殖性（オオバコ、

図１．サンドイッチ法 寒天培地を流し込んで固め、

ツボミオオバコ）や他殖性（ヘラオオバコ）にかか供与源としての乾燥葉をおき、その上に再度寒天培地

わらず⾒られた。

を流し込んで固めることで、培地上にのせる受け⼿種

また、オオバコでは、供与源となる同属他種によ⼦に直接接触せずに滲出物が種⼦の成⻑に与える影響って抑制効果と促進効果の両⽅が⾒られた（図 2）。

を観察することができる。

実際に草地⽣態系で競合する野⽣種間においては、
組み合わせによって複雑な応答を⾒せることが明ら

他種と⾃種からの抑制効果かとなった。対象種のうち、ヘラオオバコ、ツボミ

受け⼿の種⼦及び供与源の乾燥葉は、どちらも対オオバコ、セイタカアワダチソウは外来種であり、象４種のバルク（複数集団や個体を混合したもの）

在来種との競合の進化的時間が短い。アレロパシーを⽤いた。６⽳プレートを⽤い、各シャーレに乾燥

物質は種によってその組成が異なるため、⽐較的最葉 30mg、種⼦ 15 粒を置き、組み合わせごとに 4 反

近に競合するようになった種間では、互いに進化的復した。対照区として乾燥葉の代わりに同量の濾紙応答を⾏う⼗分な時間がないと考えられる。

を⽤いた。すべての実験区は 25℃、明暗期 16／8ha) オオバコb) ヘラオオバコc) ツボミオオバコd) セイタカアワダチソウの条件で発芽を観察した。種⼦の発芽⽇を計測し、発芽から 4 ⽇⽬に実⽣を寒天培地から抜き取り、写真撮影を⾏い、幼根⻑を測定した。供与源における
幼根⻑(cm)

受け⼿の幼根⻑の⽐較は、ボンフェロー⼆補正を⽤いた多重検定を⾏った。
⾃種からの抑制効果を緩和させる要因
⾎縁度による効果を検証するため、供与源として親株（親⼦）、他個体（他⼈）の乾燥葉 30mg を⽤いた。６⽳プレートを⽤い、各シャーレに供与源として親株、他個体の乾燥葉 30mg、種⼦ 15 粒を置き、乾燥葉（供与減）

成⻑を測定した。３集団から 3~５系統ずつを対象

図２．他種および⾃種からの成⻑抑制効果 アレロパとし、親⼦系統として１系統（３反復）、他個体（他

シー物質の供給源として、濾紙（対照）、⾃種、他種（同⼈）として集団内の４系統をそれぞれ供与した。対属競合種）を与えた受け⼿種⼦の幼根⻑。a)オオバコ、照区として乾燥葉の代わりに同量の濾紙を⽤いたb)ヘラオオバコ、c)ツボミオオバコ、d)セイタカアワダ

（３反復）
。

チソウの発芽後 4 ⽇⽬の幼根⻑を計測した。*多重検定（ボンフェロー⼆補正）。** p < 0.001, *** p < 0.001.

- 53 -

本実験から、オオバコ属におけるアレロパシー物質

活史や繁殖様式が関与しているかもしれない。植物の効果は、⾃種にも影響し、種内競争が強いことが⽰では、他個体と同所的に植えると根の成⻑を促進さ唆された。こうした抑制効果は野⽣で有益な場合も不せ、より競争的にふるまう（Gersani et al., 2001）。

利益になる場合もある。そこで、次に⾃種に対する抑植物が環境の状況を認識し、種内においてもアレロ

制効果が周りの環境条件においてどのような制御されパシー物質の⽣産・感受性の変化が起こっているのるか検証した。

かもしれない。野外環境で普通に⾒られる集団内の遺伝的多様性の度合いや⼟壌共⽣菌の効果も検証し⾃種への抑制効果における⾎縁度の影響て⾏き、多様な野外環境で相互に抑制し合う⽣物多野外集団では個体の配置に空間的な⾃⼰相関が⾒様性の仕組みを明らかにしたい。

られ、隣にいる個体は、遠くにいる個体よりもよりa) オオバコ

近縁な関係にある場合が多い。ここでは、種内のア
レロパシー効果に着⽬し、植物における⾃種に対して抑制効果を調整する仕組みについて⾎縁度に着⽬
幼根⻑(mm)

して検証した。集団内の親⼦間と他個体間の成⻑を⽐べると、集団や個体ごとにアレロパシー物質の強さに違いがあるために集団ごとに傾向は異なるものb) セイタカアワダチソウの（図 3）、集団・家系をランダム効果とした⼀般化
線形混合モデルにおいては、親⼦個体よりも他個体からの抑制が強いことが統計的に⽰された（表 1）。
対照

この実験から、より近縁な個体からは抑制効果を

親⼦

他⼈

対照

親⼦

他⼈

対照

親⼦

他⼈

乾燥葉（供与源）強く受けず、他⼈からの物質では抑制効果が強くなることが⽰された。この傾向は、通常は周辺が近縁

図 3 集団内のアレロパシー効果な個体で構成される⾃殖性植物で重⼒種⼦散布を⾏

アレロパシー物質の供給源として、濾紙（対照）、同種

うオオバコの特性が影響しているかもしれない。実親個体（親⼦）、同種同集団他個体（他⼈）、同種同集団際、他殖性を⽰すセイタカアワダチソウでは同じ傾

他個体３個体混合（他⼈多）を与えた受け⼿種⼦の幼向は⾒られなかった。

根⻑。受け⼿種⼦は a)オオバコ、b)セイタカアワダチ

また、先の複数の他個体を混合した実験では、セソウとし、発芽後 4 ⽇⽬の幼根⻑を計測した。

イタカアワダチソウには⾃種からの抑制効果が⾒られなかったが、次の⾎縁度の実験では、供与源は他

効果

個体を１系統ずつ⽤いた実験では⾃種からの抑制効

オオバコ
⾎縁度（親⼦と⽐べた他⼈）果が明瞭に⾒られた。供与源が遺伝的に多様である

係数

2.5% CI 97.5% CI-1.213-1.713-0.704-0.008-0.2660.25

セイタカアワダチソウと⾃種に対する抑制効果が薄まる可能性がある。

⾎縁度（親⼦と⽐べた他⼈）

表１ ⼀般化線形混合モデルによる⾎縁度と集団内多まとめ様性の効果の推定 幼根⻑を従属変数とし、⾎縁度お本研究では、アレロパシー物質の種間・種内の効よび多様性の検証にはそれぞれ供与源（親⼦・他⼈）、果を検証し、⾃種からの抑制効果が他種からの抑制供与源（他⼈・他⼈多）とし、集団および集団内家系効果と同等あるいはそれ以上に⾼いこと、また、⾎（使⽤した系統）をランダム効果とした。係数は親⼦縁度が⾼いとき、この抑制効果（⾃家中毒）が緩和

または他⼈と⽐較した効果を⽰す。95%信頼区間（CI）

されることを明らにした。この傾向はセイタカアワから有意と推定された係数は太⽂字で表した。

ダチソウでは⾒られず、集団内多様性を決定する⽣- 54 -

4．参考⽂献
Fan Y., Zhang R., Zhang Y., Yue M. (2022) The
effects of genetic distance, nutrient conditions,and recognition ways on outcomes of kin
recognition in Glechoma longituba. Front. Plant
Sci., 13:950758
Fujii, Y., Parvez, S.S., Parvez, M.M., Ohmae, Y. andUda, O. (2003) Screening of 239 Medicinal
Plant Species for Allelopathic Activity Using the
Sandwich Method. Weed Biol. Manag. 3: 233241.
Gersani M., Brown J.S., OʼBrien E., Maina G.M.,
Abramsky Z. (2001) Tragedy of the commons as
a result of root competition J. Ecol., 89: 660‒669
Singh H.P., Batish D.R., Kohli R.K. (1999)
Autotoxicity:

concept,

organisms,

andecological significance. Critical Reviews in
Plant Sciences, 18: 757-772.
Wang N-Q., Kong C-H., Wang P. Meiners S.J.
(2020) Root exudate signals in plant-plantinteraction. Plant Cell & Environment, 44: 10441058.

- 55 -

体内時計の記憶とその制御
岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域
吉井 大志
動物の睡眠覚醒は基本的に、概日時計（約 24 時間の体内時計）と恒常性機能（疲れの解消など）によって制御され、概日時計は一日の決まった時間に睡眠と覚醒を誘導する。1971 年のキイロショウジョウバエ（以下、
ショウジョウバエ）を用いた研究より、概日時計は period と名付けられた遺伝子“時計遺伝子”によって制御されることが明らかになった。その後、時計遺伝子はヒトを含む多くの動物種で確認され、概日リズムは遺伝的に決定されることが示されてきた。しかし、遺伝的に決定している生得的行動（本能行動）であっても環境変化によってその表現型は大きく変わる。例えばショウジョウバエでは、短日条件で成虫まで飼育した場合と、長日条件で飼育した場合では、その後のリズムが変化することが報告されている。これは「履歴効果」とよばれており、概日時計の記憶ともいうべきものである。この後天的な現象は、ほとんど研究が進んでいない。そこで本研究では、概日時計の研究によく用いられているショウジョウバエを使って、履歴効果のメカニズムを明らかにすることを目指した。

になった“時計遺伝子”period は、哺乳類でも同様

１．はじめに睡眠覚醒は約 1 日のリズムで現れる“概日リズム”の働きがあることが分かった。2000 年のヒトゲノムであるが、それと同時に体内では様々な活動が１日の解読では、ヒトでも時計遺伝子が存在することがのリズムを示す。例えば、体温のリズム、代謝のリ明らかになり、概日時計は生物共通のメカニズムに

ズム、ホルモン分泌のリズム、遺伝子発現のリズム

よって制御されていることが示唆された。従って、などを挙げることができる。
これらの概日リズムは、

概日時計は、親から子へと遺伝するものであること

環境条件を一定にしても、約 24 時間で継続するこが 2000 年以降少しずつ浸透していった。

とができる。従って、これらの概日リズムは、外環

分子生物学の発展により、概日時計の分子メカニ

境の変化（例えば、昼夜の光の変化）によって引きズムの研究が多くの生物種で盛んになり、現在でも起こされたリズムではなく、体内の中に約 24 時間

時計遺伝子の研究は、概日時計研究の中心である。

を測り、リズムを生み出す機構があると考えられてしかし、概日時計にはそれだけでは説明できない現きた。その機構を“概日時計”とよぶ。概日時計は、象がある。その一つに、履歴効果が挙げられる。生いくつかある体内時計の中で、約１日を測るための物は過去の環境条件を記憶し、概日リズムを変化さ時計である。

せる性質があり、これを履歴効果とよぶ[2]。履歴効

概日時計の中心的な研究は、約 100 年前から始ま果のメカニズムの研究は全く行われておらず、謎にっているが、先進的な研究のきっかけになったのが、包まれている。岡山大学名誉教授の富岡らは、ショ1971 年のショウジョウバエを用いた概日リズムのウジョウバエやコオロギを使って、短日条件（冬の突然変異体の発見である[1]。突然変異体とは、ある光条件）、長日条件（夏の光条件）で飼育した場合の遺伝子の DNA 配列に変化が起こることである。つま履歴効果を報告している[3]。しかし、そのメカニズ

り、この研究によって、概日時計は DNA にコードさムまでは研究できていない。

れていることが示された。 その後、菌類やバクテリ本研究では、ショウジョウバエを用いて、履歴効

アでも同様のメカニズムが見つかり、1990 年代には果を引き起こす光受容体の同定を行った。ショウジ

マウスを使った研究で、ショウジョウバエで明らかョウバエでは、
概日時計が光情報を入力するために、- 56 -

複眼と Cryptochrome (CRY)を用いている[4]。CRY は脳内で発現する光受容タンパク質である。
２．材料と方法
２－1．実験動物
本研究では、キイロショウジョウバエ(Drosophilamelanogaster)の成虫を用いて実験を行った。実験の
コ ン ト ロ ー ル 系 統 と し て white1118(w1118;Bloomington Drosophila Stock Center #5905)を用

図１．ショウジョウバエ用活動記録装置 Drosophila

いた。光入力経路（眼、または CRY）を失った突然変activity monitoring system

異体として、w1118;GMR-hid (以降 GMR-hid)、w1118;;

cry01 (以降 cry01)を用いた。それぞれの突然変異体
は、遺伝的背景の影響を取り除くため、w1118 系統と初めの 3 日間は LD12:12、LD4:20、LD20:4 のいず

６世代の戻し交配を行っている。

れかの条件で歩行活動リズムを記録し、その後恒暗すべての系統は、飼育用培地（グルコース、コーン

条件で 14 日間記録した。歩行活動リズムの解析にミール、小麦胚芽、ドライイースト、粉末寒天、プは、ActogramJ を使用した[5]。DD 条件下における自ロピオン酸）が入ったプラスチックバイアルで飼育

由継続周期の解析には、chi-square periodogram

した。実験前の飼育用インキュベーターの設定温度

analysis を用いて、危険率 5 %を超える明確なピー

は 25 ℃一定、明期 12 時間：暗期 12 時間（LD12:12）

クを持つ個体を周期ありと判定し，その周期を求めであった。実験開始時には、インキュベーター（三た。

菱電機エンジニアリング（株）製 CN-40A）、25℃一定、照度 100 lux、を用いて異なる光環境：明期 12３．結果と考察時間：暗期 12 時間（LD12:12）、明期 4 時間：暗期

３－１．ショウジョウバエの履歴効果

20 時間（LD4:20）、明期 20 時間：暗期 4 時間

本研究では、まず初めに当研究室でコントロール（LD20:4）で飼育した。光源には市販の白色 LED を系統として利用されている w1118 系統で、先行研究と用いた。

同じ履歴現象がみられるのかを確認した。

w1118 系統を 3 つの日長条件(LD4:20, LD12:12,
２－２．概日歩行活動リズムの計測

LD20:4)で、卵から成虫まで飼育した後、羽化後６日

LD12:12, LD4:20, LD20:4 で、卵から飼育した羽以内の成虫雄を活動記録装置に入れて、二週間以上化後６日以内の成虫雄を用いて行動実験を行った。

活動リズムを計測した。初めの 3 日間はそれぞれ飼

ショウジョウバエは、片側 1/3 にエサ（2 %寒天、育環境の光条件で活動リズムを計測し、その後、光4 %スクロース）の入ったプラスチックチューブに 1が全くない恒暗条件下に移行して活動リズムを計測匹ずついれた。その後プラスチックチューブを、赤した。解析では、飼育時の光条件の違いによって、外線センサーを使ったショウジョウバエ用活動記録

恒暗条件下での自由継続周期に違いが現れるかどう

装 置 Drosophila activity monitoring system

かを調べた。LD12:12 条件下で飼育した個体の恒暗（Trikinetics Inc.）に設置し、インキュベーター

条件下での自由継続周期は、23.36±0.05 時間であ内（25℃）で概日歩行活動リズムを記録した。

った。LD4:20 条件下で飼育した個体は、LD12:12 条
件下の個体と比べて、有意に長い自由継続周期
24.15±0.07 時間を示した。また、LD20:4 条件下で飼育した個体は、LD12:12 条件下の個体と比べて、- 57 -

有意に長い自由継続周期 23.71±0.04 時間を示した

この実験結果は、
先行研究[2]での結果と非常に良(図２、３)。LD4:20 は LD20:4 と比較して、有意にく似ており、再現性を確認することができた。しか長い自由継続周期を示した。これらの結果より、飼し、LD12:12 での自由継続周期が、LD20:4 の周期よ

育中の日長条件によって自由継続周期が変化するこ

りも短いことは予想外であった。

とが確認できた。
３－２．履歴効果に関わる光受容経路
概日時計は光を使って、時間をリセットする機能がある。そのため、様々な光環境でも適応することができる。ショウジョウバエでは、概日時計が用いる光受容系路が明らかになっている。一つは、複眼である。複眼は昆虫にとって最も大きな外部光受容器である。もう一つは、CRY とよばれるタンパク質であり、これは脳の一部の神経細胞で発現している。
1118

図２．w

コントロール系統における履歴現象

CRY は光を脳で直接受容する。複眼と CRY 以外にも

w1118 コントロール系統について、各光条件下（LD4:20、

光受容経路はあるが、あまり影響力は大きくない。

LD12:12、LD20:4）で飼育した個体における平均的なダ３－１の実験で、発生期間に受けた光条件に影響

ブルプロット歩行活動アクトグラムを示す。計測した

されて、恒暗条件下の自由継続周期が変化すること個体数は、LD4:20 で 15 匹、LD12:12 で 20 匹、LD20:4が分かった。そこで、次の実験ではその光情報を入で 17 匹である。1～3 日間は各光条件下で、3 日目（赤力する経路を明らかにする実験を行った。CRY が消矢頭）からは恒暗条件で計測した。黒色の濃い部分が失している系統として cry01 系統を、複眼が無くなっ

活動量の多い時間を示している。恒暗条件に移行後、ている系統として GMR-hid とよばれる系統用いて、活動リズムは自由継続している。

コントロール系統と同様の実験を行った。
LD12:12 条件下で飼育した cry01 系統は、恒暗条件
下で自由継続周期 23.44±0.03 時間を示した。
LD4:20 条件下で飼育した個体は、LD12:12 条件下の個体と比べて、有意に長い自由継続周期 23.91±
0.07 時間を示した。また、LD20:4 条件下で飼育した個体は、LD12:12 条件下の個体と比べて、長い自由継続周期 23.58±0.04 時間を示した。ただし有意差はなかった。各日長条件で飼育した w1118 系統と cry01
系統の自由継続周期を比較したところ、いずれの条件下で飼育した個体でも有意差はなかった。以上の

図３ w1118 コントロール系統における自由継続周期
1118w

結果から、CRY は日長条件依存的な履歴現象に関与していないことが示唆された。

コントロール系統について、各光条件下（LD4:20、LD12:12、LD20:4）で飼育した個体における、恒暗条件

GMR-hid 系統も同様に、LD4:20、LD12:12、LD20:4

下の自由継続周期の平均±標準誤差（SE）を示す。棒で飼育した後、成虫雄の活動リズムを計測した。い

グラフ内に記している数字は、実験個体数を示す。＊

ずれの条件下で飼育した個体においても、恒暗条件＊，p>0.01, One-way ANOVA with Tukey HSD。

下での自由継続周期が約 23.2～3 時間であった。各日長条件で飼育した w1118 系統と GMR-hid 系統の自由継続周期を比較したところ、LD4:20 と LD20:4 条件- 58 -

下に置いた個体では GMR-hid 系統の方が有意に短く、

概日時計は遺伝である。確かに、概日時計を動か

LD12:12 条件下に置いた個体でのみ有意差はなかっ

す分子メカニズムには“時計遺伝子”が深く関わった(図４)。GMR-hid 系統の自由継続周期は、発生期ており、概日時計は親から子へと遺伝することは明間の光条件に依存して変化しなかったことから、履白である。しかし、本研究が明らかにした履歴効果

歴現象に関与する光受容経路は複眼であることが示

は、メカニズムは遺伝的であっても飼育環境によっ唆された。

ては後天的に修正できる部分もあるということを示している。近代の人間は、人工的な光環境の下で生活し、社会的に様々な時間的束縛を受けている。概日時計が遺伝的に決定されているため、一律に決められた社会の時間秩序に適応できない人は一定数存在する。それは大きな社会的損失であり、改善の余地がある。概日時計の履歴効果を理解することは、
概日時計を操る一つの手段になる可能性がある。本
研究は昆虫を用いた基礎的な研究であるが、概日時
計のメカニズムは動物種を超えて保存されており、ヒトを含む哺乳類でも適応可能な知見を得ることができるかもしれない。

1118

図４ w

01

、cry 、GMR-hid 系統における履歴効果

w1118、cry01、GMR-hid について各光条件下（LD4:20、５．参考文献LD12:12、LD20:4）で飼育した個体における、恒暗条件

1.

Konopka RJ, Benzer S (1971) Clock mutants

下の自由継続周期の平均±標準誤差（SE）を示す。 棒

of Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad

グラフ内に記している数字は個体数を示す。

Sci U S A 68:2112–2116.
2.

Tomioka K, Uwozumi K, Matsumoto N (1997)
Light cycles given during development

４．まとめ

affect freerunning period of circadian

本研究では、ショウジョウバエで履歴効果を確認

locomotor rhythm of period mutants in

することができた。先行研究との整合性もあり、妥Drosophila melanogaster. J Insect Physiol

当な実験結果を得ることができている。さらに、履

43:297–305.

歴効果のメカニズムの一端として、光受容経路を特3.

Pittendrigh CS (1960) Circadian rhythms

定することができた。その経路である複眼は、ロド

and the circadian organization of living

プシンとよばれる光受容タンパク質によって光を受

systems. Cold Spring Harb Symp Quant Biol

容し、神経回路を通じて、脳の概日時計を司る神経

25:159–184.

細胞に光情報を運んでいる。その神経回路全体はま4.

だ未解明であり、今後の研究課題である。

YoshiiT,

Hermann-Luibl

C,

Helfrich-

Förster C (2016) Circadian light-input
pathways in Drosophila. Commun Integr Biol

本研究では、極端な光条件である LD20：4(明期が20 時間)と LD4:20(明期が 4 時間)を使って、履歴効

9:e1102805.

果の実験を行った。しかし、この光条件が最も適し

5.

Schmid B, Helfrich-Förster C, Yoshii Tているのかは、さらに検討する必要がある。履歴効(2011) A new ImageJ plug-in “ActogramJ”

果がより顕著に現れる光条件を特定できれば、研究

for chronobiological analyses.

を加速させることができる。

Rhythms 26:464–467.

- 59 -J Biolオキシトシン放出を促す膜タンパク質（CD38）の膜トポロジーから分子メカニズムを探る
岡山大学 学術研究院 環境生命自然科学学域（理）坂本 浩隆
オキシトシンは母性、絆形成などの社会行動に深く関わっている。オキシトシンの機能不全は、自閉スペクトラム症などの各種社会性障害をもたらすものと考えられている。私たちは、これまでに「オキシトシン」の放出メカニズムの解明を目指し、1 回膜貫通型の膜タンパク質である CD38 に着目した研究を精力的に推進してきた。
すでに、CD38 がニューロン細胞体の膜構造に加えて、オキシトシン分泌顆粒の膜上にも存在する、という非常に興味深い結果を得ている。本研究では、オキシトシン放出における CD3 の分子メカニズムを解明する目的で、先端的な AAV ベクターによる遺伝子導入技法と凍結割断レプリカ標識法とを駆使し、CD38 のナノ膜トポロジー
を明らかにすることを目的とした。今後、細胞・生命活動の根幹を成す「開口分泌」を制御する普遍的な分子基盤を解明することにより、各種ホルモン分泌異常に関連する疾患の病態生理解明へ向けて、重要な知見を多くもたらすことができる。

はじめにど、未解決の問題が山積されている。しかしながオキシトシン（下垂体後葉ホルモンのひとつ）は母ら、これらを包括的に解明するためには従来の形態性、絆形成などの社会行動に深く関わっており、愛科学、分子生物学、培養細胞系などの方法論、それ情のホルモンとして知られている。また、1 回膜貫ぞれ単体では限界があった。本研究では、オキシト

通型のタンパク質である CD38 は、血球系に加えてシン放出における CD3 の分子メカニズムを解明する

脳でも高発現する。CD38 ノックアウトマウスでは、目的で、先端的な AAV ベクターによる遺伝子導入技「オキシトシン」の分泌低下を引き起こす（Jin et法と凍結割断レプリカ標識法とを駆使し、CD38 の。一方、これまでニューロン間のal., Nature 2007）

ナノ膜トポロジーを明らかにすることを目的とし情報伝達の「場」は、軸索終末のシナプス構造に限た。

局し、シナプスが神経ネットワークを形成すると考えられてきた。しかしながら、オキシトシンをはじめ、一部の神経ペプチドが脳内で樹状突起からも傍方法と結果分泌的に放出される現象（dendritic secretion）が私たちのこれまでの研究により、すでに CD38 が報告され、ニューロン間の情報伝達はシナプス構造

ニューロン細胞体の膜構造に加えて、オキシトシンに必ずしも限局しないことが明らかになってきた分泌顆粒の膜上にも存在する、という非常に興味深。
（Ludwig & Leng, Nature Rev. Neurosci. 2006）

い結果を得ている。しかしながら、オキシトシンニ

神経終末からのオキシトシン分泌は、オキシトシ

ューロンにおける CD38 の膜トポロジーは不明であン・ニューロンの脱分極が引き金となって起こる。

った。一方、膜タンパク質の膜トポロジーを効率的

しかしながら、最近我々は樹状突起からのオキシトに解析する方法に、
凍結割断レプリカ標識法がある。

シン分泌には、ニューロンの脱分極は必ずしも必要

凍結割断レプリカは、細胞を脂質二重膜の疎水面でではないことを見出しつつある。しかしながら、割断、重金属を蒸着し、SDS 処理することにより、（１）CD38 は、オキシトシン・ニューロンのどの脂質膜に存在する膜タンパク質の立体構造を単離・膜上に局在（作用部位）しているのか？（２）CD38保持できる。本法を用いれば、脂質二重膜に埋もれは、どのような膜配位（トポロジー）なのか？なている膜タンパク質を割断面に露出させることによ- 60 -り、免疫染色で容易に膜トポロジーを解析できる。
そこで本研究では、凍結割断レプリカ標識法を用いて、CD38 の膜トポロジーをラットで調べた。その結果、顆粒小胞が多数集まった神経終末の構造が観察され、顆粒小胞のレプリカ膜上に CD38 免疫陽性が観察された（図 1）。このことから、CD38 が顆粒小胞の膜上に発現することが示された。そこで、レプリ
カ膜上にみられた免疫陽性反応を定量化する目的で、

図 2： すべての免疫陽性小胞のうち、73.4 %が小胞内側を示し、26.6 %が小胞外側を示した（A）。さらに、各小胞で観察された金コロイドの数の内訳をまとめた(B)。横軸は 1 小胞あたりに観察された金コロイドの数、縦軸はすべての免疫陽性小胞における割合を示す。

図 1： (A) 凍結割断レプリカを用いて、CD38 の N
末端側に対する免疫標識を行い、免疫陽性小胞が小胞内外のどちらを示すか、また、各々の小胞に標識された金コロイドの数を解析した。その結果、すべての免疫陽性小胞のうち、大部分は小胞内側を示し(B)、小胞外側は少数であった（C）。

結合させた融合タンパク質(CD38-ALFAtag)をオキシ
トシンニューロンに強制発現させて、同ニューロン
金粒子の数と免疫陽性を示す小胞の数をカウントし内で ALFAtag に対する GFP 結合型ラクダ抗体た。その結果、CD38（N 末）陽性を示す小胞のおよそ（nanobody）を同時に発現させることにより、ラッ75%が小胞膜の内面であった（図 2）。さらに、1 小胞ト生体内で分泌顆粒膜に存在する CD38 を蛍光標識あたりの金粒子の数は、小胞膜外面と比較して小胞することを計画した。今後、ラット生体内において膜内面のほうが多かった（図 2）。これらの結果から、あらかじめ nanobody-標識されているサンプルをク

オキシトシンニューロンの顆粒小胞において、CD38

ライオ電顕で観察したい。
まず 2 種類の AAV ベクター（AAV-

は多くの場合、N 末端を小胞内側に向け、C 末端を小胞外側に向ける膜トポロジーであることが示唆され

OXYTOCINpromoter-Cre/AAV-FLEX-CD38-ALFAtag）をた。

カクテルでラット視索上核（SON）へ感染させて、SON のオキシトシンニューロン特異的に CD38-

しかしながら、現状、免疫染色等で CD38 を直接標識したものをクライオ電顕で分泌顆粒をまるごと

ALFAtag 融合タンパク質を発現させた。AAV 感染さ

観察することは実現できていない。ここには、溶媒せて 3 週間後、灌流固定を行い、脳の凍結切片を作中に浮遊する分泌顆粒をうまく免疫標識することが製した。切片を抗 ALFA 抗体/抗オキシトシン抗体で困難である、という問題があった。そこで今回、二重免疫染色した。その結果、オキシトシン線維がAAV ベクターにより、CD38 の C 末端部に ALFAtag を密に存在する正中隆起部の内層において、ALFA 免
疫陽性を示す線維が観察された（図 3）。これらの- 61 -

結果は CD38 が軸索まで輸送されて（分泌顆粒の膜知られている(Liu et al., 2017; Lee, Zhao, 2019)。

に組み込まれている可能性が高い）、末梢で機能し免疫細胞において、CD38 の発現は細胞の分化と活性ていることを示唆するものである。今後、生体内で化に依存すると考えられており、休止期の成熟リン

ALFA 抗体と結合させた分泌顆粒サンプルをクライ

パ球の多くは CD38 を発現しない。このような特徴

オ電顕で観察することを計画している。あるいは、から、CD38 は実際に医療現場において、細胞外に存

CD38-ALFAtag を発現させた分泌顆粒を in vitro で在する CD38 の C 末端側を認識する抗体を用いて多双極性の nanobody を用いて凝集体にすることによ

発性骨髄腫を治療する試みが行われている(Morandi

り、CD38 の膜トポロジーを明らかにしたい。

et al., 2018; Quarona et al., 2013)。顆粒小胞において、CD38 は C 末端側を小胞外に向けていることを今回の実験で明らかにしている。この脂質二重膜の外側に酵素活性部位をもつ配置は、脂質二重膜の内外という観点からみると免疫細胞におけるCD38 の膜トポロジーと類似している。しかし、顆粒
小胞の外側は細胞質側であり、細胞単位でみると免疫細胞における膜トポロジーとは反対である。これは従来考えられてきた細胞生物学的な CD38 の常識

図 3： AAV ベクターにより、ラット視索上核のオキ
シトシンニューロンで CD38-ALFAtag 融合タンパク質を強制発現させた。正中隆起におけるオキシトシ
ン／ALFA に対する二重免疫染色像を示す。一部のオ
キシトシン線維に ALFA 陽性反応がみられた（矢印）。
スケールバー ＝ 100 µmとは異なっているが、開口分泌における機能的に考えると非常に理に適っている。
今回の研究から、CD38 はオキシトシン分泌の場である神経終末ではたらき、特に CD38 は顆粒小胞の膜上で機能することを明らかにした。さらに、顆粒
小胞膜上の CD38 がセカンドメッセンジャー系を組織化し、そのシグナルに応答して Ca2+濃度を調節す考察ることでオキシトシン分泌を終末レベルで制御する

今回、下垂体後葉の凍結割断レプリカを用いてという CD38 の新たな分子メカニズムが提唱できた。

CD38 の膜トポロジーを解析した結果、オキシトシン
ニューロンにおいて、CD38 は酵素活性部位が存在す
る C 末端側を小胞外側、すなわち細胞質側に向ける

謝辞

膜トポロジーであることを明らかにした。これらの本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りましたことから、CD38 はオキシトシンニューロンの顆粒小

公益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深く感謝申

胞膜上に局在し、終末領域で作用することでオキシし上げます。

トシン分泌を局所的に制御していることが示唆される。
CD38 はオキシトシンニューロンの顆粒小胞以外

参考文献に、活性化 T/B 細胞や NK 細胞、単球、形質細胞なJin D, et al., 2007. CD38 is critical for social
behavior by regulating oxytocin secretion.
Nature 446, 41-45.

ど、多くの免疫細胞や血球細胞に発現しており、細胞接着や細胞増殖、活性化に関与することが報告さ。これらの細胞れている（Reinherz et al., 1980）

Lee HC, Zhao YJ, 2019. Resolving the
topological enigma in Ca2+ signaling by cyclic
ADP-ribose and NAADP. J. Biol. Chem. 294,

において、CD38 は酵素活性をもつ C 末端側を細胞外に、N 末端側を細胞内に向けた膜配置をとることが- 62 -

19831-43.
Liu J, Zhao YJ, Hua YN, Li T, Zhao ZY, Fang C,
Li SL, Lee HC, 2017. Cytosolic interaction oftype III human CD38 with CIB1 modulates
cellular cyclic ADP-ribose levels. PNAS 114,
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release and peptide-dependent behaviours.
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Schlossman SF, 1980. Discrete stages of humanintrathymic differentiation: analysis of normal
thymocytes and leukemic lymphoblasts of T-celllineage. PNAS 77, 1588-1592- 63 -

生物活性物質の短段階合成を指向した光触媒によるシクロブタン環の合成
岡山大学 異分野基礎科学研究所
田中 健太（概要）シクロブタン環は様々な天然物や生物活性物質の基本骨格として重要な化学構造であり、これを合成するための新たな方法論の開発が活発に行われてきた。特に最近では、光エネルギーと光触媒を活用したシク
ロブタンの合成法が数例報告されている。一方で、官能基変換が容易な置換基をシクロブタン環に導入する有用な合成手法は限られていることから、新たな官能基変換容易な置換基を有するシクロブタン環の合成手法の開発が望まれている。そこで本研究では、可視光と光触媒を利用することにより、官能基変換容易なハロゲン原子を有するシクロブタン環の合成と生物活性物質への応用を目的として研究を行った。その結果、TXT 触媒存
在下、スチレン類の環化反応を検討し、官能基変換が容易なハロゲンを有するシクロブタンを良い収率で合成することに成功した。

1. 研究背景な合成反応の開発に取り組んでおり、最近では独自

医薬品の開発に繋がる生物活性物質の合成は人々に開発した光触媒(TXT)を利用したスチレン類の環の健康を支える上で欠かせないものとなっており、化付加反応によるシクロブタン環の合成に成功してそれらをより効率よく安全に合成する手法の開発はいる。2 一方で、基質適応範囲の調査や官能基変換反重要な課題となっている。シクロブタン環は様々な応は調査されておらず、生物活性物質の合成を目指

天然物や生物活性物質の基本骨格として重要な化学

した検討は行われていない。そこで本研究では、可構造であり、これを合成するための新たな方法論の

視光と光触媒を利用することにより、官能基変換容開発が活発に行われてきた。特に最近では、光エネ

易なハロゲン原子を有するシクロブタン環の合成とルギーと光触媒を活用したシクロブタンの合成法が生物活性物質への応用を目的として研究を行った。

数例報告されている(図 1)。1 一方で、官能基変換が容易な置換基をシクロブタン環に導入する有用な合成手法は限られていることから、生物活性物質への誘導化に多段階の合成ステップが必要であり、煩雑な実験操作や時間、コストの増大といった課題を有している。そのため、生物活性物質の効率的な合成を指向した官能基変換容易な置換基を有するシクロブタン環の合成が望まれている。
ハロゲン原子は芳香環、アルコール、アミンなどの様々な構造に変換が可能である有用なビルディン
グブロックであり、これまでに医薬品の合成中間体
として幅広く用いられてきた。そのため、ハロゲン原子をシクロブタン環に導入する手法を確立することができれば、様々な官能基変換が可能となり、多様な生物活性物質の短段階合成に期待が持てる。
これまでに申請者は可視光と光触媒を用いた様々

図 1: 光を利用したシクロブタンの合成例- 64 -

2. 結果と考察
まず初めに、Green LED 照射下、TXT 触媒を使用し、ハロスチレン 1a およびスチレン 2a をニトロメタン溶媒中、
24 時間反応させた(図 2)。
その結果、反応の進行が確認され目的とするブロモ基が置換したシクロブタン 3a を 97%で得ることに成功した(entry 1)。さらに、entry 2-4 において光を照射しない条件や光触媒を加えない条件、さらに Ar 雰囲
気下で検討を行ったところ、いずれの場合においても反応が進行しなかったことから、本反応は Green
LED と光触媒および酸素によって促進されていることが分かった。

図 4: ハロスチレンの検討

図 2: ハロシクロブタンの合成

図 3: 光触媒の検討

図 5: スチレンの検討

次に代表的な有機光触媒を検討した(図 3)。酸化

次に様々なハロスチレンを検討した(図 4)。メト

力の低い eosin Y では反応が進行しなかった。これ

キシ基の置換位置が異なるハロスチレンを検討したはハロスチレン 1a を一電子酸化することができな

ところ、いずれの場合においても反応の進行が確認かったものと考えられる。次に酸化力の高い TPT、された(3b-3e)。さらにフッ素、塩素を有する基質に+Acr -Mes を検討したところ、いずれにおいても目的おいても良い収率で目的物が得られたが、ヨウ素で物は得られないことが分かった。これは酸化力が高は効率的に反応が進行しないことが分かった(3f-

いため、ハロスチレン 1a およびスチレン 2a のど3h)。これは生成物の光安定性が低いことが考えら

ちらの基質も酸化してしまったことから反応が進行れる。また、二置換のフッ素を有する基質においてしなかったことが考えられる。

も適応可能であることが分かった(3i-3j)。

- 65 -

最後に様々なスチレンを検討した(図 5)。その結果、いずれの場合においても反応の進行が確認され、中程度の収率で目的物が得られることが分かった。
3. まとめ本研究では、TXT 触媒存在下、スチレン類の環化反応を検討し、官能基変換が容易なハロゲンを有す
るシクロブタンを良い収率で合成することに成功した。今後は、ハロゲンの変換反応を種々検討することによりシクロブタン骨格を有する生物活性物質に誘導化する予定である。
4. 謝辞
本研究を遂行するにあたり、ご支援いただきました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
5. 参考文献(1) (a) Ischay, M. A.; Ament, M. S.; Yoon, T.
P. Chem. Sci. 2012, 3, 2807-2811. (b) Okada,Y.; Maeta, N.; Nakayama, K.; Kamiya, H. J.

Org. Chem. 2018, 83, 4948-4962. (c) Liu,Y.; Ni, D.; Stevenson, B. G.; Tripathy, V.;
Braley, S. E.; Raghavachari, K.; Swierk, J.
R.; Brown, M. K. Angew. Chem. Int. Ed. 2022,

61, e202200725.
(2) (a) Nohara, S.; Iwai, S.; Yamaguchi, N.;
Asada, Y.; Kamiyama, Y.; Tanaka, Y.; Tanaka,K.; Hoshino, Y. Synlett 2023, 34, 2525–2529.
(b) K. Tanaka, M. Kishimoto, Y. Tanaka, Y.
Kamiyama, Y. Asada, M. Sukekawa, N. Ohtsuka,
N.; T Suzuki, N. Momiyama, K. Honda, Y.
Hoshino J. Org. Chem. 2022, 87, 3319–3328.
(c) K. Tanaka, Y. Asada, Y. Hoshino Chem.

Commun. 2022, 58, 2476–2479. (d) K. Tanaka,
Y. Iwama, K. Mami, N. Ohtsuka, Y. Hoshino,
K. Honda Org. Lett. 2020, 22, 5207−5211.

- 66 -

有機材料と機能性酸化物薄膜を組み合わせたハイブリッド電界効果トランジスタの創製
岡山大学 異分野基礎科学研究所
江口 律子
（概要）
有機電界効果トランジスタ（有機 FET）は、有機材料の軽量性、加工の容易さ、フレキシブルなどの利点から、応用利用へ向けた研究が進められている。さらに、有機 FET と機能性酸化物薄膜などとの組み合わせにより、
センシング機能など新たな機能の発現が期待できる。本研究では、これまでに研究を進めてきた有機材料、フェナセン系分子を用いた FET と機能性酸化物薄膜を組み合わせたセンサーデバイスの構築を目的とした。当初検討していたバナジウム酸化物は成膜条件が整わず、高誘電率酸化物薄膜で知られる ZrO2 を使った生物化学的反応を利用したセンサーの構築に向けた研究を行った。共同研究により成膜条件を変えた ZrO2 薄膜を Si 基板上に成膜したものをゲート絶縁膜として利用し、有機 FET と生物化学的反応を検知するセンサー領域を組み合わせたデバイス構造を作製して、本デバイス構造の有機 FET が動作することを確認した。
移では、高温のルチル（金属）から低温のモノクリ

１．はじめに
有機電界効果トランジスタ（有機 FET）の研究は、ニック（絶縁体）への構造変化にともなう V 原子の

有機材料の軽量、加工の容易さ、フレキシブル、炭ダイマー化により、フェルミ準位近傍の V 3d バン

素材料利用などの利点を活かした研究が進められてドにギャップが開き絶縁体となることが報告されている。有機 FET の活性層の材料の一つとして、「フェいる。VO2 は電子物性における興味もさることながら、

ナセン系分子」は申請者の研究グループでこの約 10

温度のみならず光や電場などの外部要因による物性

年間、精力的に研究を進めてきた有機材料である。

変調の例が数多く報告され、センシング材料として

有機材料としては、ベンゼン環が 5 つ直鎖状に並ん機能できる物性を示す優れた物質である[3]。Nb:TiO2だペンタセンがよく知られているが、フェナセン分

基板上の VO2 薄膜は金属絶縁体相転移温度が室温付

子はジグザグ（W 型）に連なっている。これまでに、近で観測され、絶縁体相では UV 光照射による金属

ベンゼン環数 n が 5～11 個が連なる[n]フェナセン化が報告されており[4]、申請者はその UV 光照射によ分子の特性を調べており、バンドギャップは 3 eV 程る金属化を電子状態で直接観測したことを報告して度でペンタセンに比べて大気安定性に優れ、FET のいる[4]。

電界効果移動度は 1～20 cm2V-1 s-1 程度と有機

このような背景のもと申請時にはバナジウム酸化

FET としては比較的高い値を示すことを報告してい物薄膜の利用を提案したが、本研究期間においては[1]

る 。中でもピセン（[5]フェナセン）は酸素センシ

成膜条件が整わず、他の高誘電率酸化物薄膜である

ング（酸素に反応して電流値が上昇する）機能を持

ZrO2 を用いた有機 FET デバイスを作製した。このデ[2]つ分子でもあり 、酸素センサーの材料としても有バイス作製の目的は、図 1 に示すような有機 FET と用であることを明らかにした。

生物化学的反応を融合したセンサーの作製を目指し、基盤となるデバイス構造を確立することである。

本研究で機能性酸化物薄膜のひとつとして考えている酸化物は二酸化バナジウム（VO2）である。VO2 に

2. 実験

ついては、興味深い物性を示す酸化バナジウムが多数存在する中で、1959 年に 340 Ｋ付近で金属絶縁

Si（または Si/SiO2）基板上にゲート電極に対応す体転移が観測されることが報告されて以来、その相る Pt 薄膜とゲート絶縁膜となる ZrO2 薄膜を成膜し転移のメカニズムが長年議論されてきた。その相転た。その上に、トランジスタ領域とセンシング領域- 67 -

図 1. バイオセンサーのデバイス構造の模式図．

からなるセンサーデバイス構造を作製するために、新規に作製したメタルマスクを使用して、FET デバ
イスの有機材料の活性層とソース－ドレイン金電極、反応を検知するための金電極のパターンを熱蒸着により形成した。
活性層に用いた有機材料は、[7]フェナセンと比較
図 2．(a)作製したデバイスの写真(本デバイスはセ的高移動度の FET 特性が得られるジフェニルアント

ンサー領域が ZrO2 絶縁膜上に形成されているが、ラセンを使用した。ゲート絶縁膜である ZrO2 の表面

本来は Pt 薄膜上に形成する)．
(b)L135/W800 μm のは、疎水化処理と絶縁性向上のためにパリレン

デバイスのボトムゲート電圧印加に対する ID-VG 特（parylene C）をコーティングしたものとしていな

性． L200/W800 μm のデバイスの(c)ボトムゲート

いものを準備し特性を評価した。

電圧印加と(d)サイドゲート電圧印加に対する ID-

VG 特性．

3. 結果と考察
図 2(a)の写真示すようなデバイスを作製した。
ZrO2 は蒸着温度や時間などの条件を変えた数種類のをボトムとサイドのそれぞれの電極から電圧印加し薄膜を準備したが、絶縁性が良いもの（ゲート電流て得られた ID-VG 特性である。図 1(b)のデバイスよが小さいもの）を探して動作特性の評価を行った。

りゲート電流の値が少し大きくなっているが、ID-VG

その結果、必ずしもパリレンコーティングを施さな特性が観測されており、サイドゲートへの電圧印加

くてもある程度絶縁性が保たれていることがわかり、
静電容量の大きさを稼ぐためにも、パリレンコーテ

でも FET 動作していることがわかる。本実験からデバイス表面からのゲート電圧印加がZrO2 絶縁膜で可ィングを施さない基板を準備することにした。

能であることが確認できた。また、Pt 薄膜（ボトム

図 2(b)はチャネル長/幅が L135/W800 μm のデバ

ゲート電極）上に作製したセンサー電極にイオン液

イスのボトムゲート電圧印加に対する ID-VG 特性で体などを付着させるとドレイン電流の変化が観測さある。ここでのボトムゲートとは図１の一番下層にれたので、微小な電圧変化によってゲート電極を介あるゲート電極に対応する。この結果からドレイン

して電流（ID）変調できることがわかった。今後、本電流とゲート電流の値は 30 倍程度異なり、ZrO2 を介デバイス構造を用いてセンサー電極に反応させる生してゲート電圧によるドレイン電流の制御ができて体関連物質の固定や反応物の滴下などによる有機

いることがわかる。しかし、1-2 桁以上の違いが得FET の特性変化の観測を目指し実験を進めていく。

られるように絶縁性の向上が必要である。
一方、センサーとして取り扱うためには図１のコ

4. まとめントロールゲートに対応するサイドゲート電極から

ZrO2 をゲート絶縁膜とするサイドゲート FET の動の電圧印加による電流コントロールが必要である。

作を確認した。今回は動作電圧が 15 V 程度と比較

図 2(c)と(d)は、同じデバイスであるがゲート電圧- 68 -

的低い電圧で FET 動作が観測できたが、ゲート電極を介してセンサー領域の生物化学的反応にともなう微小な電圧変化を捉えてドレイン電流変化として検知するためには、数ボルト程度まで動作電圧を低減させる必要がある。このためにはより質のよい、絶縁性の高いZrO2 薄膜の作製や他の高誘電率酸化物薄膜の適用が必要である。また、VO2 薄膜については引
き続き成膜条件の検討を進めて、光や温度による電流値の変調など新機能を持たせることも考え、VO2 薄膜などの機能性酸化物薄膜の適用も視野に入れていく。
5. 謝辞
本研究を遂行するにあたり、ご支援いただきました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
6. 参考文献[1] Y. Zhang, R. Eguchi et al., J. Phys. Chem.
C 126, 18849 (2022); R. Eguchi et al., Phys.
Chem. Chem. Phys. 15, 20611 (2013). etc.
[2] Y. Sugawara, R. Eguchi, Y. Kubozono et al,
Sensors and Actuators B 171-172, 544 (2012).
[3] Z. Shao et al., NPG Asia Materials 10, 581(2018).
[4] Y. Muraoka and Z. Hiroi, Appl. Phys. Lett.
80, 583 (2002); Y. Muraoka and Z. Hiroi, J.
Phys. Soc. Jpn. 72, 7 (2003); R. Eguchi et al.,Appl. Phys. Lett. 87, 201912 (2005).

- 69 -

実際の現象を確率的に考える能力の育成を目指した学校数学の確率の授業デザイン
岡山大学学術研究院教育学域
石橋 一昴
社会に溢れる情報には不確かなものも多いことから，我々市民は一人ひとりが情報を取捨選択し，不確かさに対処しなければならない．そのため，全ての市民にとって，不確かさを定量的に評価する確率の理解が不可欠である．このような背景から，世界の学校数学では確率が指導されている．しかしながら，現在の学校数学の確率では，実際の現象を確率的に考える能力を育むことができないと指摘されている．そこで本研究では，中高生が実際の現象を確率的に考えることができるようになることを目指し，学校数学の確率の授業デザインを行うことを目的とした．今年度の結果として，前年度構築した否定論に基づく期待値概念の形成過程に基づいて授業をデザインし，高校 3 年生を対象に授業を実践した．題材は，期待値が無限大になるサンクトペテルブ
ルクのパラドックスを扱った．授業実践の結果，期待値の概念形成過程の目標である「期待値の適用不可能を実感する」生徒の存在が例証された．その一方で，目標を達成できない生徒も確認されたことから，今後は，教材と授業をリデザインし，再度授業実践を行うことが求められる．

１．はじめに

年告示の高等学校学習指導要領において「確率の意

日常生活や職場における多くの意思決定には，不味や基本的な法則についての理解を深め，それらを確実さが伴う (Batanero et al., 2016)．我々には，用いて事象の確率や期待値を求めること」(文部科学

その不確実さを，確率を用いて定量的に評価する能省, 2019, p. 91)，
「確率の性質などに基づいて事力を身につけることが求められている (Batanero

象の起こりやすさを判断したり，期待値を意思決定

et al., 2016)．さらに，例えば身近な不確実さであに活用したりすること」(文部科学省, 2019, p. 92)

るくじ (lottery) の場合，価格と賞金額は異なっという具合に，不確実な場面における意思決定に期ており，賞金も一つのくじに対して何通りかが用意

待値を活用する資質・能力の育成が目指されている．

されているのが一般的である (小島, 2013)．この大谷 (2015, pp. 114–115) によれば，概念形成

ような場合には，
意思決定のための判断基準として，は，性質を明確にする抽象と，適用範囲を明確にす

期待値が有効となる (小島, 2013)．
「一般に，あるる一般化の 2 つの作用からなる．また，統計的概念

試行の結果によって値の定まる変量 𝑋 があって，𝑋は現実問題を解決するなかで形成されなくてはならのとりうる値を 𝑥1 , 𝑥2 , ⋯ ⋯ , 𝑥𝑛 とし， 𝑋 がこれない．しかしながら，現実問題を解決するなかで統らの値をとる確率を，それぞれ 𝑝1 , 𝑝2 , ⋯ ⋯ , 𝑝𝑛計的概念を形成させるべきであることを主張する研とすると，𝑝1 + 𝑝2 + ⋯ ⋯ + 𝑝𝑛 = 1 が成り立つ．こ究では，一般化がどのように達成されるのかは言及のとき，𝑥1 , 𝑥2 , ⋯ ⋯ , 𝑥𝑛 の各値に，それぞれの値

されていない．このことに基づいて期待値概念の形をとる確率 𝑝1 , 𝑝2 , ⋯ ⋯ , 𝑝𝑛 を掛けて加えた値成に関する先行研究 (口分田, 2020; 三輪, 2013)

𝑥1 𝑝1 + 𝑥2 𝑝2 + ⋯ ⋯ + 𝑥𝑛 𝑝𝑛 を，変量 𝑋 の期待値とを見てみると，どちらもルーレットの選択という現いい，𝑬 で表す」(加藤ほか, 2021, p. 74) (太字

実問題を解決するなかで期待値概念を形成させるべ

は原文ママ)．

きであるとは主張されているものの，一般化がどの様々な国で，期待値の計算と解釈は高校卒業までように達成されるのかには言及されていない．ゆえに習得すべきであると考えられており (Batanero,に期待値概念についても，その形成における困難性

2020; Batanero et al., 2016)，日本でも，平成 30

として，一般化が同定される．この場合，「現実問題- 70 -

の解決を目的とした学習活動のなかで，どのように一般化がなされるのかを明らかにする必要がある」(大谷, 2015, p. 115)．
以上の背景から，石橋 (2023) では，否定の視座から期待値の概念形成過程を構築した．しかしながら，実証的検証はできていない．そこで今年度は，否定論に基づく期待値概念の形成過程を土台として授業をデザインし，その授業の結果を考察すること
で，枠組みと授業の有効性と限界を明らかにするこ図 1.否定に基づく概念形成における内包と外延とを目的とした．

(大谷, 2015,p. 117)
否定によって特徴づける．また図 1 より，概念 A の２．否定論に基づく期待値概念の形成過程

形が変わる (再構成される) ことによって，概念 B① 否定論に基づく概念形成の段階
以下では，大谷 (2016,p. 145) の論考を引用し，否定論に基づく概念形成の過程の各段階 (表 1) にも形が変わる (再構成される) ことがわかる．つまり概念 A が再構成されれば，それに伴って概念 B が相対的に再構成されることになる (石橋, 2021)．

ついて概観する．まず，「外延の限定」に至る前の状
態では，数学的概念 A がどんな対象にも適用可能で② 否定論に基づく期待値概念の形成過程あると誤って認識している状態である．例えば，「全

石橋 (2023) では否定の視座から，期待値の概念ての数はわり切れる数である」とみなしている状態

形成過程を次のように構築した．

といえる．この状態が，図 1 では最初の円で表されている．次に，「外延の限定」が起こった状態は図 1

1.

単純平均では，つり合いが取れていると考の 2 番目の図で表されており，外延 EA が限定されてえるのは不十分な平均が算出される場合

いることを表している．そして「内包の明確化」のがあることを認識する．

状態は図 1 の 3 番目の図で表されており，点線と実2.

線の差集合部分の性質が明確になる．最後に「概念各値の確からしさが等しいと仮定しないモデルを，期待値として捉え直す．

の再構成」の段階は図 1 の 4 番目の図で表されてお3.

単純平均は，例えば「各値の確からしさのり，この段階では，概念 A と概念 B を対比し，新し違いを考慮しないモデル」であり，「各値い概念 (概念 B) から基となった概念 (概念 A) をの確からしさが異なる場面には適用できない」．

表 1. 否定に基づく概念形成の段階

4.

(大谷, 2015,p. 117)

期待値では，変量 (例えば，賞金額) を考慮した選択ができない場合があることを

1. 外延の限定認識する．

概念 A の外延的否定により，外延 EA が限定

石橋 (2023) ではさらに，構築した期待値の概念

される段階

形成過程を視点として，高等学校数学 A の教科書を

2. 内包の明確化

分析した．
そして，
期待値指導の課題を 4 つ導出し，

概念 A の内包的否定により，内包 IB が明確

それらを乗り越えるための問題や活動を提案した．

になる段階
3. 概念の再構成

３．授業の実際

概念 B の外延的否定や内包的否定により，

本稿では，石橋 (2023) で導入した 4 つの課題と概念 A と概念 B が再構成される段階

提案のうち，期待値の適用範囲を認識させる問題が- 71 -

設定されていないという課題と，それに対する，期えず期待値求めてみようか」と言い，期待値を求め

待値が無限大になるサンクトペテルブルクのパラドさせた．

ックスを扱うことで期待値の適用不可能を実感させ期待値を求めさせると，ほとんどの生徒が，期待るという提案についての授業の実際を概説する．

値が無限大になることを導いた．授業者がその要因

授業は 2023 年 7 月に，公立高等学校 3 年生を対を生徒に尋ねると，一人の生徒が，「店側の支払い能象に行われた．授業者はこの学級の授業を普段から力の考慮が無いから」と答えた．次に教師は，支払担当している数学科教師である．授業者とは事前にい能力の上限が 1 億円であった場合の期待値はいく

本研究について共有し，共同で指導案やワークシー

らになるかと発問し，14 円になることを確認させた．

トを作成した．

そして，この問題 (図 2) と，その期待値が無限大

授業では最初に図 2 の問題が提示された．

になることは，サンクトペテルブルクのパラドック
スと呼ばれていることと，ベルヌーイがそれに対し偏りのないコイン 1 枚を表が出るまで投げて期待効用という概念を提案したことを紹介した．

続け，初めて表が出たときに，賞金をもらえる

最後に授業者が，「期待値について，今日の授業を通ゲームがあるとする．1 回目に表が出たら 1してわかったこと，わからなかったこと，印象が買円，1 回目は裏が出て 2 回目に表が出たら倍変わったこと，もっと知りたいことなどを書いてくの 2 円，2 回目まで裏が出ていて 3 回目に初ださい．理由もあれば，理由も書いてください」とめて表が出たらそのまた倍の 4 円，3 回目ま言い，授業の振り返りを書かせた．

で裏が出ていて 4 回目に初めて表が出たらそ授業の振り返りでは，次のような記述があった．

のまた倍の 8 円，というふうに倍々で増える
賞金がもらえるというゲームである．

⚫

生徒 A：数学上では∞を使って計算し，期このゲームの賭け金がいくらまでなら，ゲ待値を求め，賭け金について考えたが，ームに参加したほうがよいだろうか？まずは現実的に考えると∞を使うことはできな

直感で考えてみよう．

いので，そこで自分の感覚と数学的期待

図 2. 授業で提示された問題

値とで乖離が発生したと考えた．
⚫

生徒が「2 円」や「1,000 円」などと直感的に答え

生徒 B：期待値すべてのゲームやくじで用いることができると思っていたが，有限た後，教師は「次は表・式・グラフや絵を書いたりと無限の違いによってずれが生じ，用いしながら，このゲームの賭け金がいくらまでなら，ることができない場合もあるということゲームに参加したほうがよいか考えてみよう」と発が分かった．数学的な考えと私たちの感問した．生徒は，4 人グループになって考えた．生覚には，違いがあることが分かった．

徒の中に，期待値を用いると良さそうであることの⚫

見当はついたが，どのように用いれば良いかわから

生徒 C：「期待値」という値が表す意味についてあまりしっくり来ていない．例えない生徒もいたことから，授業者は ChatGPT 3.5 にば，さいころを 1 回振ったときの期待値「期待値とは何？くじのときどう役立つの？参加費

1

1

1

1

1

6

6

6

6

6

は 1× +2× +3× +4× +5× +に関係あるの？」と入力した．ChatGPT 3.5 は，期

1

6 × 6 = 3.5 と算出されるが，さいころを待値の計算方法を出力した後，「期待値はくじを選ぶ

ふったときに出る目は 1～6 の自然数であ際に参考にする重要な指標となります．ただし，実り，3.5 などという値は出ない．「さいこ際にくじを買う場合は運や楽しみを重視することもろを 1 回振る」という操作を統計的にみありますので，単純に期待値だけを見て判断するのると「3.5」という値に収まるのだろう

ではなく，個人の好みやリスク許容度も考慮するこが，よく考えると「さいころ振るのに 3.5とが重要です」と出力した．そこで教師は，「とりあとは何？」と思ってしまう．
- 72 -

４．授業の考察

Batanero, C., Chernoff, E. J., Engel, J., Lee,
H. S., & Sánchez, E. (2016). Research on

授業中の「店側の支払い能力の考慮が無いから」という生徒の発表と，生徒 A と生徒 B の振り返りかteaching and learning probability.

ら，授業の目標である，「期待値が無限大になるサン

Springer.

クトペテルブルクのパラドックスを扱うことで，期

広田すみれ (2018). 「認知からのアプローチ」.

待値の適用不可能を実感する」生徒の存在が例証さ

広田すみれ・増田真也・坂上貴之 (編)『心理れた．

学が描くリスクの世界 第 3 版：行動的意思決

その一方で，生徒 C の振り返りにあるように，期定入門』(pp. 23–77). 慶應義塾大学出版会.

待値の内包の明確化ができていない可能性がある生

石橋一昴 (2021). 「否定論の視点から見た条件付徒の存在も例証された．このような生徒には，サンき確率の概念形成過程」. 日本数学教育学会誌

クトペテルブルクのパラドックスを扱うことによる『数学教育学論究』, 第 102 巻, 第 116 号,

期待値の適用不可能性の認識は十分に機能していな

pp. 3–16.

かった．今回は期待値の内包の明確化に関する授業

石橋一昴 (2023). 「期待値概念の形成過程に関すは行っていなかったことから，内包の明確化の段階

る一考察：否定論を視点として」. 日本科学教からも踏まえた教材と授業のデザインが求められる．

育学会誌『科学教育研究』, 第 47 巻, 第 3 号,
pp. 281–289.

５．まとめと今後の課題

加藤文元ほか 13 名 (2021). 『数学 A』. 数研出

今年度の目的は，石橋 (2023) で構築した期待値

版.

の概念形成過程の実証的検証であった．期待値が無小島寛之 (2013). 「数学的決断の技術：やさしい限大になるサンクトペテルブルクのパラドックスを確率で「たった一つ」の正解を導く方法」. 朝題材とした授業実践の結果，期待値の概念形成過程

日新聞出版.

の目標である「期待値の適用不可能を実感する」生

口分田政史 (2020). 「小学校高学年における期待徒の存在が例証された．

値の大小判断」. 『教授学習心理学研究』, 第

その一方で，目標を達成できない生徒も確認され15 巻, 第 2 号, pp. 47–59.

たことから，今後は，教材と授業をリデザインし，

三輪直也 (2013). 「モデルの発達を意図した期待

再度授業実践を行うことが求められる．

値の概念形成に関する一考察：RME 理論の「場面を広げる」 という考え方を参考にし謝辞て」. 『日本科学教育学会年会論文集』, 第

本稿で考察した授業を実施してくださった授業者

37 巻, pp. 224–227.

の先生と，授業を受けていただいた生徒さん，あり

文部科学省 (2019). 『高等学校学習指導要領 (平がとうございました．

成 30 年告示) 解説 数学編 理数編』. 学校図

また，本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興書.

財団の令和 5 年度研究活動費の助成を受けて行われ大谷洋貴 (2015). 「統計的概念の形成過程に関すました．ありがとうございました．

る研究：否定論に着目して」. 全国数学教育学
会誌『数学教育学研究』, 第 21 巻, 第 2 号,

引用・参考文献

pp. 113–121.

Batanero, C. (2020). Probability teaching and

大谷洋貴 (2016). 「否定論を視点とした回帰直線

learning. In S. Lerman (Ed.), Encyclopediaの学習指導に関する一考察」. 全国数学教育学of Mathematics Education (pp. 682–686).

会誌『数学教育学研究』, 第 22 巻, 第 2 号,

Springer.

pp. 141–151.

- 73 -

がん患者の療養支援に向けた中小規模施設における看護師長のパフォーマンスに関する研究
岡山県立大学 保健福祉学部 看護学科
名越 恵美
（概要）
高齢がん患者・家族が住み慣れた地域で療養生活を送るための看護師のがん患者・家族への支援状況・支援
環境の改善に向けて、本研究は、がん患者の療養支援に向けた中小規模病院の看護師長のパフォーマンスに関するチェックリストの開発を目的とする。まず、看護師長に面接調査を実施した結果を受けて、がん患者の療養支援に向けた病棟師長のスタッフに対するパフォーマンスは、『混合病棟の中でのがん看護実践力の向上』及び『地域病院で働く認識の育成』の 2 つの因子で構成されていた。これらの面接調査の結果と先行研究のレビューにより 33 の下位概念を抽出した。今後は、チェックリストの完成を目指す。
Ⅰ．はじめに（小西、2015）同一都道府県内においても、都市部

我が国では、1981 年より死亡原因の第一位が悪性と過疎地域では、がん拠点病院の配置状況に偏在が新生物であることに対し、がん対策として、 平成 18みられる。このように平等な医療が受けられない不年にがん対策基本法が成立された。そして、各都道利益を被っているがん患者は一定数存在する。

府県には、地域がん診療連携拠点病院、がん診療連

これまでがん医療は、均てん化を目指してきたが、携拠点病院、高度先進医療機関などが設置され、質がん医療の高度化・複雑化を踏まえ、医療の連携をの高いがん医療を目指して、各地域のがん医療を支整備する方針が示された（国民衛生の動向

えている（厚生労働省、2016）。また、平成 20 年に2020/2021）。しかし、これらの方針は、政策・医療は「がん診療連携拠点病院の整備に関する指針」に

実施主体の視座からでありがん患者・家族の視点とより、本格的にがん対策の必要性が示され、がん対は異なり、ますますがん医療の地域格差が開くこと策推進基本法によってがん医療の向上に力を入れてが予測される。すなわち、医療計画と治療を受ける

いる(厚生労働省、2018)現状がある。そして、平成主体としてのがん患者・家族の望む住み慣れた地域

30 年度の診療報酬改定において、「どこに住んでいでの療養環境にずれが生じる。

ても」「安定性・持続可能性のある」「質の高い緩和

一方で、我が国の病院の８割以上（82．6％）が中ケアを含むがん医療」
といった方針が明示されたが、小規模病院である。そのため二次医療圏域の地域病

がん患者は、住み慣れた地域で暮らしつつも不安定院は、中小規模病院が占める。これらの病院で働くな療養生活を行っている状況にある（Nagoshi、
2016）
。

看護師は、
治療期のがん患者に関わる機会が少なく、がん患者・家族にとって、穏やかに人生の最終段階

治療・疼痛緩和・症状マネジメントへの困難感や医を住み慣れた地域で暮らすためには、通院する病院

師や他職種チームとの実働において困難感を認識しが変わってもがん看護の質は維持される必要（青木、ていた（名越、2019）。看護師の困難感を軽減するた2019）がある。これは、がん患者にとって切実な課

めには、看護師が自信をもって看護を提供する必要題である。したがって、がん患者ががんと共存しつがあるが、質の高いがん看護の実施は、所属組織やつ住み慣れた地域で生活するためには、地域住民が病棟の影響を受けるため、看護師個人の努力だけで通いやすい頼れる病院、質の高いがん看護が受けらは行うことはできない。また、中小規模病院は医療れる病院が在住地域の近くに存在する必要がある。

従事者対象の研修会場までのアクセスが悪く、特に急性期病院での入院期間は短縮され、地元の病院

小規模病院は資金的問題があり、看護師の学習するに転院する人が多い中、二次医療圏域を見渡すとが機会も少ないと予想される。青木らは、がん診療のん医療の均てん化がなされているとはいいがたく

均てん化が進まない地域病院では資金や人的問題に- 74 -

よって研修会や専門・認定看護師養成支援が十分で研究を概観すると、看護教育の中で、学生の技術評ない施設があるということ、それにより看護師が、価としてパフォーマンスは行動の型の意味合いで使

がん看護に対する困難感を抱いていることを報告し用されている。看護実践では、看護介入のパフォーている（青木ら、2019）。病院組織及び病棟組織といマンスとしてリーダーシップ(5 項目)、クリティカった看護実践環境が看護師の能力開発に影響を及ぼ

ルケア(7 項目)、教育/コラボレーション(11 項目)、す（成田、2020）ため、病院の在り方および病棟の計画/評価(7 項目)、対人関係/コミュニケーション

在り方が影響する。このように、質の高いがん看護(12 項目)、専門開発(12 項目)の 6 因子の評価チェの実施には、看護師個人の努力だけではなく、病院ックリスト（Schwirian、1978）が作成されている。

および病棟の在り方が影響する。
看護師のがん患者・また、労働時間管理の性能性の意味合いで使用され家族への支援状況に対する困難さを低減した上で、ている場合もありその定義は曖昧である。看護管理

がん患者・家族への支援の意欲を維持するために、においては、ハイパフォーマンスとして、「課題達成

その就業環境・教育環境を管理者が整えることは喫度や組織への貢献度、利用者の満足度まで高成果を緊の課題である。

あげる」という目標志向で使用されており、ハイパ

中小規模病院における病棟師長に関する研究は、

フォーマーな看護管理者の行動特性やそのスキルが師長が認識する中小規模病院の特性と課題（原井、明らかにされている（佐藤、2017）。ハイパフォーマ

2014）や役割拡大（田中、2001。渡辺、2011）を明ーは「コンピテンシー（成果を生む行動特性）」かららかにしていたが、倫理的課題のように特定の課題

派生した概念である。すなわち、パフォーマンスとへの対応や介入等の役割行動が示されていた（前田、コンピテンシーは類似の概念として使用されている。

2018）。 一方で中小規模病院の看護師長は病棟運営

ハイパフォーマーな看護管理者が、コンピテンシー

だけでなく組織運営の視点を持つため、病院全体のを活用した結果としてパフォーマンスとして具現化運営に関する研究はあるものの、病棟運営や看護師

される。しかしながら、どのようなパフォーマンス

教育支援に関する研究はほぼ見られない。これは、として具現化されるのかは、明らかになっていない。

中小病院の病棟という煩雑な病棟環境の中で看護師以上のことから、がん医療及び看護サービスを提供

長が、がん患者の療養支援をどのように病棟マネジする看護師への教育・病棟管理をしている看護師長

メントとして位置付けているのか不明であることをがどのようなパフォーマンスを行っているのかを明示す。

らかにする。

以上のことから、中小規模病院においてがん医療及び看護サービスを提供するために病棟師長が、がⅡ.研究の目的及び意義ん患者・家族の療養支援に関するマネジメントをど

研究目的：本研究の目的は，がん患者の療養支援にのように行っているのかを明らかにする必要がある。

向けた中小規模病院の看護師長のパフォーマンスに

直接看護師に支援・指導を行う病棟看護師長の実践関するチェックリストの開発を行うことである。

を明らかにすることにより、がん患者・家族が住み研究の意義：直接看護師の支援・指導を行う病棟看慣れた地域で療養生活を送るための看護師の高齢が護師長のパフォーマンスを明らかにすることにより、ん患者・家族への支援状況・支援環境の改善への示

高齢がん患者・家族が住み慣れた地域で療養生活を唆を得ることができる。

送るための看護師の高齢がん患者・家族への支援状

パフォーマンスは、行動の成果または行動の達成

況・支援環境の改善への示唆を得ることができるとを示す（島、2000）。行動分析学を基盤にするとパフ

ともに、看護師の将来ビジョンに向けた看護管理者

ォーマンスは、先行条件・行動・結果から成り行随の役割の拡充へ一助となると考える。

伴性であり、行動を強化する正の強化子を好子・負の強化子を嫌子と言う。パフォーマンスに関す先行

Ⅲ.方法- 75 -

１．研究方法

１. 面接調査の結果からのチェックリスト内容の抽①項目プールの作成

出看護師長がスタッフに行うがん看護に関する行動

がん患者の療養支援に向けた病棟師長のスタッフに着目し、面接を行い内容の抽出を行った。

に対するパフォーマンスは、2 つの側面が明らかとがん診療連携拠点病院の後方支援病院・地域がんなった。第 1 因子は、
『混合病棟の中でのがん看護実

診療病院及びがん診療連携推進病院の高齢がん患者践力の向上』と命名した。看護師のがん看護の実践が入院している病棟の看護師長。看護師長就任 1 年

力の育成を目指し、雑多な病棟環境の中で、看護師未満の病棟師長は除外した。

自身ががん看護の実践力を上げる必要性に関する教対象となる病院の看護部長から推薦の得られた看

育とがん看護を円滑に行うための環境調整を示す。

護師長を推薦してもらう、14 名の看護師長に、半構

概念は 10 あり、【がん看護について相談できるネッ

造化面接をインタビューガイドに沿って、個室で実

トワークづくり】、【混合病棟の中でがん患者のエン施した。
研究データは、
内容分析の手法でコード化、ドオブライフケアの視点の意識づけ】、【終末期看護

サブカテゴリ化、カテゴリ化し、アンケートの項目の倫理観を育成】、【緩和ケアの治療・ケア方針の共を抽出した。

有に向けた調整】、【患者の症状やゴールの情報共有

２．項目プールの作成の手段を整備】、【患者の情報を共有する必要性の意

試作版尺度の作成を行うにあたり、まず医学中央

識づけ】、【意思決定支援に必要な情報収集の示唆】、

雑誌や PubMed などの電子データベースおよびハン【がん患者を全人的に理解する視点の拡大】、【雑多

ドサーチにて，看護師長およびそれに関連する先行な病棟の中でがん看護を行うモチベーション作り】、

理論や先行研究を検索、収集して、パフォーマンス

【看取りケアを振り返る機会の設定】の下位概念でおよび類似概念のコンピテンシーに関連する尺度を構成されていた。

国内外の先行研究より検索、収集し、整備された構

2 つ目の因子は、『地域病院で働く認識の育成』で成概念に基づき，項目プールとして選定を行った。

あった。この因子は、地域にある病院としての責務

パフォーマンス尺度はなかったため、現在は、項目を全うするために、医療計画や診療報酬の制約があ

プールを選定している。

る中で、病院の理念に基づき看護を実施する看護師

３．倫理的配慮の態度の育成を示す。概念は【病床機能制度の制約

本研究は A 大学の倫理審査委員会の承認を受けての中での入退院（病床）の調整】、【地域に根差す病実施した。研究の趣旨、研究方法、主とする調査内院という目的に沿った病棟運営】、【病棟の特性に沿容の説明を行う。また、研究協力は、強制ではなくった基本的な態度を育成】、【地域病院としての医療自由意思であり、研究参加は拒否できる。研究を拒接遇について助言】、【混合病棟の中でがん患者を看否することによる業務への不利益は全くないこと、るという特性に沿った基本的な態度を育成】、【スタ

研究参加者のデータは、記号により管理され所属施ッフが自信をもって看護できるための対話】、【一方

設や個人の特定はできないようにする。面接は、プ的な人事配置管理・病棟管理にならないよう労務管

ライバシーの保持できる個室で行う。得られたデー

理】、【多職種・同職種間で仕事が円滑になるよう調タの分析時、および結果を公表する際は匿名性を守整】の 8 下位概念で構成されていた。以下にサブカり、得られたデータは、本研究の目的以外には使用

テゴリの一部を示す。＜忙しい看護師の代わりに患しない。得られたデータを研究参加者所属の施設の者家族の話聞くことを演示する＞、＜患者の思いを職員などに口外しないことを口頭と文書で説明し、確認し、不足部分について助言する＞、＜患者の思文書にて同意を得た。

いを聞く時間をとるように促す＞、＜患者の療養生
活にむけての意思を確認するよう助言する＞、＜患Ⅳ.結果者の思いを大切にして話を聞くように意識づける＞、- 76 -

＜終末期患者と家族の個別性を理解するよう指導す2．項目プールの結果

る＞＜俯瞰して患者全体を看るようにサポートする

パフォーマンスはコンピテンシーの結果生じる事＞、＜面会制限の中でも終末期がん患者と家族の面象である。そのため、前提となるコンピテンシーを会を実現できる機会を設ける＞、＜終末期がん患者選択した。

と家族の不安と恐怖に寄り添うよう指導する＞、＜

１）マネジメント能力（虎の門病院看護部、2013）

終末期看護のゴールをスタッフ同士共有するよう促（１） 他の人たちに前向きな期待を示す。

す＞、＜終末期患者の状態の安定を目指す＞、＜終（２） 他の人たちに問題点を指摘する。

末期患者へのケアリングを促す＞、＜終末期の看護（３） 他の人たちの能力や潜在的可能性に対し介入の優先順位を問いかける＞、＜がん患者の最期て前向きに関わる。

を引き受けられるように終末期看護の心構えを伝え（４） 具体的な支援助言をおこなう。

る＞、＜カンファレンスでリフレクションの機会を（５） 他の人との能力開発のために課題を与え

病棟単位で設ける＞、＜個別に看取りの看護を振りる。

かえる機会を作る＞、＜患者の尊厳を守るよう倫理（６） 理由と根拠を持った支持を与え、見本を示

観を育成する＞、＜状況が変わっても患者の最善をす。

考えるよう指導する＞、＜倫理的問題に対し整理す（７） 他の人たちの能力開発のために多次元フるために臨床倫理の４分割法を活用する＞、＜がんードバックを行う

看護に対する自己有用感を培う＞、＜病棟の中で終（８） 他の人たちが失敗したとき、安心感を与え末期看護に対する達成感・成就感を育む＞、＜がんるように関わる

患者の病状の理解を促すように多方面からの視点を（９） 人格を否定せず、行動に対してネガティブ

示す＞、＜がんの病態・治療に関する医療知識の学

フィードバックを行う。

習を促す＞、＜がん患者の疼痛マネジメントができ（１０）るよう学習を奨める＞、＜疾患・病期が混在してい他の人たちが自信を築けるような成功体験を積ませる。

ることの特徴に慣れるように工夫する＞、＜集団の（１１）

部下のコンピテンシーを評価し、中でがん看護に対する自分の意見が言えるようなモ

得意な方法で業務を遂行できるように権限

チベーションを育む＞、＜病院全体でがん患者を看と責任を移譲する。

るという意識づけを行う＞、＜麻薬使用のがん末期

２）育成力（武村，2014）

患者に対する緩和ケアの知識を増やす＞、＜患者の（１） 長期的に部下がどのような能力を身につ

自己存在感を肯定する関わりをするよう指導する＞、ければよいかについて明確な到達イメージと＜患者にやさしく対応するよう伝える＞､＜家族のキャリアパスを共有し、それに従った計画的不安に対して不用意な態度・言葉遣いをしないような育成を行っている。

指導する＞、＜患者・家族に思いやりを持ってかか（２） 部下がどのような能力を身につければよ

わるよう指導する＞、＜がん末期患者の遺族への関いか明確なイメージを共有し、段階的な学習

心を持つよう指導する＞、病棟にいる受け持ち患者の機会を提供しながら効果的にかかわり、フ以外のがん患者の情報を得る工夫をするよう指導すィードバックして育成している。

る＞、＜終末期のがん患者を引き受ける＞、＜地域（３） 部下に関心を寄せ、随時学習の機会を提供の急変システムを活用し急変時のがん患者を受け入しながら効果的にかかわり、フィードバック

れる＞、＜地域病院としてがん患者の地域での療養する。

を支援している＞、＜地域病院として住民の療養を（４） 部下に関心を寄せ随時学習の機会を提供

支援している＞、＜地域の中での病院の位置づけをしている。

指導する＞等であった。

- 77 -

Ⅴ．考察

金子さゆり，川﨑つま子，松浦正子他：看護管理者

病棟師長のパフォーマンスは、地域に根差した病のキーコンピテンシー尺度の開発，日本看護科学学院として、また、地域に選ばれる病院として終末期

会誌，Vol40 ，484-494，2020．

がん患者と家族の療養生活の最期を看取るという病

公益社団法人日本看護協会：2025 年に向けた看護の院の理念の具現化が行われていたと考える。そのた

挑戦：看護の将来ビジョン～いのち・暮らし・尊厳め、地域に根ざした病院として住民に寄り添い続けをまもり支える看護～P24，2015

る姿勢を持ち続けられるように看護師のモチベーシ

厚生労働統計協会 国民衛生の動向・構成の指標

ョンを保つためのパフォーマンスを行っていた。そ67 巻第 9 号 2020/2021、P186 、2020の一方で、労働人口の流出がある地域もあり、人材

小西敏子、丸口ミサエ：看護師からみた山間へき地の確保の必要性が示唆された。

の病院・診療所におけるがん患者の緩和ケアおよび

また、がん看護の中でも終末期がん看護の視点をがん性疼痛緩和の現状と課題―身体的苦痛の緩和に中心に教育内容が示された。地域にある中小規模病

焦点を当ててー、独協医科大学看護学部紀要 Vol.9．

院の特性として高齢患者が多く、看護師にはエンド

35－45．2015．

オブライフケアを基盤とした学習ニーズがあると考Nagoshi Megumi, Kakeya Junko：The Experience ofえる。そして、地域包括ケア病棟や療養病棟といっ

an Elderly Cancer Survivor Couple Undergoing

た混合病棟の特性として様々な患者を受け入れていOutpatient Chemotherapy、- CANCER NURSING, 2016

る中で、専門的ながん看護から各疾患に共通する終名越恵美、門倉康恵、津曲真弥：二次医療圏域の地

末期看護への移行がある。このように病棟師長のパ

域病院看護師のがん看護に関するニーズ、日本がん

フォーマンスは、がん治療期から緩和ケアを経て終看護学会誌 33 巻 Suppl. 82、2019.

末期に至るがん患者の経過に沿った先を見越した幅佐藤みつ子：ハイパフォーマーな看護管理者の行動

広い視点て行われていることが明らかとなった。そ

特性と管理者研修、経営書院、東京都、11-22、2017

して、看護師が前向きに自分自身のがん看護の向上

参議院事務局企画調整室編集；厚生労働委員会調査を目指せるよう、看護ケアを円滑に行うための環境

室 ：医療提供体制及び介護保険制度の概要と論点調整を行っていた。中小規模病院では、多岐にわた―地域における医療及び介護の総合的な確保を推進る疾患が同じ病棟内に存在する。そのため、医療のするが目の関係法律の整備等に関する法律案―、立補助業務ではなく、共通する看護ケアとしての日常法と調査、No.351 、21-65、2014

生活への支援に重きが置かれている。特に病棟師長

Schwirian,P.M: Evaluating the performance ofのパフォーマンスは、がん患者が常時入院していな

nurses: A multi-dimensional approach.

い状況下で、がん治療・看護を円滑に行うために医Nursing Research, 27,347-351,1978

療者間の齟齬やスタッフのアセスメントへの危惧を

島宋理：パフォーマンス・マネジメントー問題解決

払しょくし、病棟の体制を整える組織を構築するこのための行動分析学―，米田出版，千葉県，P7，2000とであると考える。

武村雪絵：看護管理に活かすコンピテンシー 成果につながる「看護管理力」の開発、メジカルフレン

研究はやや遅れているため、今後、チェックリス

ド社，東京，91-99，2014.

トを完成させる。

虎の門病院看護部編：看護管理者のコンピテンシー・
モデル開発から運用まで，医学書院，東京，53-58，

引用文献

2013

青木君恵、梅田君枝：がん診療の均てん化が進まない地域の診療報酬加算とがん看護の実態、千葉科学
大学紀要 12、2019、237－244- 78 -

看護学生の主体的学習を支援する教材システム構築のための基礎的研究
岡山県立大学 保健福祉学部 看護学科
佐藤 美恵
看護学生の主体的学習を支援する教材システム構築のための基礎的資料を得るため、学生の看護技術教育用
オンライン教材利用状況と主体的学習との関連を検討した。A 大学看護学科の 1～4 年生 164 名のうち、本研究に同意と協力が得られる者を対象として、看護技術教育用オンライン教材の利用状況および主体的な学習態度を調査した。2023 年度の教材へのアクセス数は、1 年生が 1,478 回、2 年生が 602 回、3 年生が 12,614 回、4 年
生が 625 回の計 15,319 回であった。質問紙の回収数は 54 部、回収率は 32.9％であった。3 年生のアクセス数
が他の学年より多かった理由として、実習中の学生が積極的に教材を活用していることが推察され、時間や場所の制限なく利用できる本教材の利点を生かした活用がなされていると考えられた。教材へのアクセス数と主体的な学習態度の得点には、負の相関が認められた（r=-0.394,p=0.003）。理由として、質問紙の回収率が低かったこと、回答者に偏りがあったことなどが考えられ、学生の主体的学習を支援するために有効な教材活用方
法について、さらなる検討が必要であると考えられた。
はじめに本学の看護学科では、2021 年度から看護技術教育

看護基礎教育は、社会状況や疾病構造の変化に合用オンライン教材を導入し、学生が時間や場所の制

わせて教育内容や方法の見直しが行われている。

限なく動画等を視聴できる学習環境を整え、学習効

1）2019 年に提示された看護基礎教育検討会報告書 で果を検証している。
この教材に対する学生の評価は、は、教育体制・教育環境等の見直しのポイントとし理解度、満足度ともに高かった。また、「いつでもアて、「学生が主体的に学ぶことができる教育方法の推クセスできてとても便利」、「動画を視聴することで進」、「情報通信技術の進展等の変化に伴い、遠隔授

理解しやすくなった」などの意見があった。2022 年

業等の実施が可能であることの明示」
等が示された。

度は、学生のアクセス数も大幅に増加し、学生がこ

学生の主体的学習について、田村 2）は看護学生のの教材を利用して主体的に学習していることが推察

主体的学習を促進する動機づけとして、「手順と根拠

された。

を考える」
、
「手本を見て学ぶ」、「臨床をイメージす
る」、「患者への配慮を考える」などの概念を挙げて目的いる。Kubo3）は看護系学生における主体的学習行動

本研究では、学生の看護技術教育用オンライン教の内容として、「教材を活用することで知識を整理し、材利用状況と主体的学習態度との関連を検討した。

スキルを高める」、「重要な学習のための時間を確保する」、「サポート能力を獲得できるよう練習する」

方法などを挙げている。また、駒井 4）は学生が主体的に

1．対象

学習を進められる学習支援システムの構築を目的と対象は、本学看護学科の 1～4 年生 164 名のうち、して動画教材を作成したこと、86.3％の学生が視聴本研究に同意と協力が得られる者とした。

していたことを報告し、学習支援システムの有用性

2．方法はアクセスしやすい環境等の利便性に影響されると

1）看護技術教育用オンライン教材

述べている。これらの先行研究より、学生の主体的

看護技術教育用オンライン教材は、エルゼビア・学習を支援する教育方法の一つとして、アクセスしジャパン株式会社のナーシング・スキルを使用した。

やすいオンライン教材が有用であると考えた。

この教材には 400 以上の標準的な看護技術が収載さ- 79 -

れており、目的、適応、手順、動画などを、時間やクセス数と主体的な学習態度尺度の得点には、負の場所を問わず閲覧できる。授業での使用以外にも、相関が認められた（r=-0.394,p=0.003）。
理由として、予習や復習など学生の個人学習にも活用できる。教

質問紙の回収率が低かったこと、回答者に偏りがあ

員が学生の進捗状況や活用状況を確認することも可ったことなどが考えられ、学生の主体的学習を支援能である。また、卒業生が就職する複数の病院でもするために有効な教材活用方法について、さらなる看護師の教育用に導入されており、卒業後も同じ教検討が必要であると考えられた。

材で学習できることも利点であると考えた。
2）授業での使用

謝辞

看護学科の学生および教員全員が使用可能である

本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りましため、科目担当者が使用を希望する全科目で使用すた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申ることとした。各科目における使用方法は科目担当

し上げます。

者に一任した。
3）
看護技術教育用オンライン教材利用状況と主体的

引用文献

学習との関連

1）厚生労働省．看護基礎教育検討会報告書の概要．

看護技術教育用オンライン教材の利用状況は、教https://www.mhlw.go.jp/content/10805000/0005

材の管理者ツールからデータを収集した。学生の主57242.pdf（2024 年 4 月 29 日閲覧）

体的学習については、畑野・溝上 5）による主体的な

2）田村美子他．看護大学生の看護技術修得に対する学習態度尺度を用いて測定した。この尺度は、9 項

主体的学習行動を促進する動機づけ．看護・保健目から構成される 5 件法の尺度である。

科学研究誌，21（1），41-51，2021.

教材へのアクセス数と、主体的な学習態度尺度の3）Kubo Yoshiko et,al．Clarification of Self-

得点との関連について、Spearman の順位相関係数をMotivated

Learning

Behaviors

among

用いて関連の有無を検討した。

Undergraduate Nursing Students in Japan．

3．倫理的配慮

Jikeikai Medical Journal，66（1-4），17-29，2019.

看護技術教育用オンライン教材の使用の有無にか

4) 駒井裕子．e-learning による主体的学習の支援

かわらず、調査への協力は自由意思によるものであ環境の構築とその有用性の検討 対象学生によるること、調査への協力の有無による利益や不利益はアンケート調査結果の分析から．常葉大学健康科

ないことを文書および口頭で説明した。得られたデ

学部研究報告集，4（1），85-93，2017.

ータは統計的に処理するため、個人のプライバシー5）畑野快・溝上慎一．大学生の主体的な授業態度とは守られることも説明した。本研究は、岡山県立大学習時間に基づく学生タイプの検討．日本教育工学倫理委員会の承認を得て実施した。

学会論文誌，37，13-22，2013．

結果および考察2023 年度の教材へのアクセス数は、
1 年生が 1,478
回、2 年生が 602 回、3 年生が 12,614 回、4 年生が625 回の計 15,319 回であった。
質問紙の回収数は 54
部、回収率は 32.9％であった。3 年生のアクセス数
が他の学年より多かった理由として、実習中の学生が積極的に教材を活用していることが推察され、時間や場所の制限なく利用できる本教材の利点を生かした活用がなされていると考えられた。教材へのア- 80 -

Wi-Fi センシングによる物体探索のための基礎的検討
岡⼭県⽴⼤学 情報⼯学部 情報通信⼯学科
坂⼝ 浩⼀郎近年，Wi-Fi 電波を利⽤した屋内での位置推定や混雑度の推定など，通信⽤の無線信号を様々なセンシングに活⽤しようとする研究が⾏われている．近年の IT 技術の発達と IoT 機器の増加に伴い，既に⾄るところで無線
環境は整備済みであることから，このような Wi-Fi センシング技術は新たな専⽤のセンサ等の追加を必要とせず，⾮常に低コストで導⼊されることが期待できる．
本研究では無線端末の Wi-Fi 受信電波を解析することによって室内のセンシングを⾏うことを⽬的とし，基礎検討として Wi-Fi 受信信号強度の周波数解析を⽤いた物体やヒトの往復運動の検知を⾏った．Wi-Fi 受信信
号強度は⼀般的にサンプリング間隔が不規則であるため，天⽂学の分野でよく知られているスペクトル推定法
である Lomb-Scargle periodogram を⽤いることにより，物体やヒトの運動周期を検知することが出来た．
１．はじめに系列信号は⼀般的にサンプリング間隔が不規則であ近年，Wi-Fi 電波を利⽤した屋内での位置推定や混り，よく知られたフーリエ解析をそのまま適⽤する雑度の推定など，通信⽤の無線信号を様々なセンシことはできない．

ングに活⽤しようとする研究が⾏われている[1]．近そこで本研究では不規則なサンプリング間隔のス

年の IT 技術の発達と IoT 機器の増加に伴い，既に⾄ペクトル推定法として知られる Lomb-Scargle

るところで無線環境は整備済みであることから，こperiodogram[5]を RSSI 信号に適⽤し，物体やヒトのような Wi-Fi センシング技術は新たな専⽤のセンの周期運動の検知について検討した．

サ等の追加を必要とせず，⾮常に低コストで導⼊さ
２．ブックエンドの往復実験れることが期待できる．

2.1 実験環境

Wi-Fi センシングでは利⽤する電波強度の情報や本研究ではまず物体の周期運動として，図 1 に⽰

センシングする対象に応じて様々な信号処理⽅法がしたように，⾦属製のブックエンドをアンテナ間で提案されている．受信信号強度 RSSI(Received
Signal Strength Indicator)を利⽤する⼿法ではデバイスの認証を⽬的に RSSI の⼤きさからデバイス間の距離を推定する⼿法や，屋内での端末位置推定を⽬的に複数のアクセスポイントで測定した RSSI データに機械学習を適⽤する⽅法などが提案されている．また MIMO(Multiple-Input/Multiple-Output)伝送で使⽤される CSI(Channel State Information)は送受信アンテナ間のマルチパス情報をもった多次元

図 1 ブックエンド往復実験の実験環境

データであることから，これを利⽤して⾏動識別や個⼈識別を⾏う研究が⾏われており，その際のデー

表 1 チャンネル周波数

タ処理としてはディープラーニングが主流となっている[2-4]．
⼀⽅，検知対象が周期性を持つ場合においてはスペ

No

CH 1

CH7

CH13

CH36

周波数

2.412

2.442

2.472

5.18

[GHz]

クトル解析が有⽤であると考えられるが，
RSSI の時- 81 -

往復させる運動を⼿動で⾏った．1 往復の時間を 4

2.3 測定結果

秒，2 秒，1.5 秒，1 秒の 4 種類すなわち 0.25 Hz，

図 3 に各チャンネルで得られた RSSI の平均値を⽰

0.5 Hz，0.67 Hz，1 Hz の運動を⾏い，データを取得

す．それぞれ⽩いバーが定常状態，グレーのバーがした．なお，往復運動をできるだけ⼀定のリズムで周期運動を⾏った際の値を⽰しており，エラーバー

⾏うよう，メトロノームに合わせて運動した．図 1

は標準偏差である．CH1 ~ CH13 の結果を⾒ると，に⽰すように，無線 LAN ルータを送信機，無線 LAN

同じ 2.4 GHz 帯では信号強度の平均に顕著な差は⾒アダプタを受信機として 120 cm 離した位置に設置られなかった．また標準偏差は定常状態に⽐べて周し，ルータから出⼒されるビーコン信号を約 3 分間期運動を⾏った場合に⼤きくなっているが，これに取得した．
ルータの設定によりビーコン間隔 100 ms，

よって状態を区別するのは困難であると考えられる．

チャンネルを固定するよう設定し，表 1 に⽰す 4 つ

⼀⽅ 5 GHz 帯である CH36 を⾒ると，2.4 GHz 帯とのチャンネルでそれぞれ計測を⾏った．

⽐べて明らかに信号強度が⼤きくなったが，2.4

ルータには tp-link Archer AX73，Wi-Fi アダプタはGHz 帯と同様にこれらの情報から状態を区別する

ALFA AWUS036ACH を使⽤し，ネットワーク・アのは困難であると考えられる．

ナライザソフトウェアである Wireshark を使⽤してルータをソースとするフレームをモニターモードでキャプチャした．
2.2 Lomb-Scargle periodogram
Lomb-Scargle periodogram は不規則にサンプリングされた時系列の周期性を検出し，特徴付けるためのアルゴリズムであり，特に天⽂学の分野で広く使⽤されている[5]．図 2 は本研究で取得した RSSIの時間間隔をヒストグラムで表したものである．これを⾒ると，⼤部分のサンプリング間隔はビーコン
信号間隔の 100 ms 付近に固まっているが，それ以外の間隔も存在しており，不均⼀であることがわか

図 3 RSSI の平均値

る．このことから，本研究では RSSI のスペクトル

図 4 は CH1 および CH36 で得られた RSSI の時間

推定に Lomb-Scargle periodogram を⽤いた．

変化である．それぞれ上から定常状態，周期運動0.25 Hz ~ 1 Hz を⾏った際の結果を表している．これ ら の 時 系 列 デ ー タ に 対 し て ， Lomb-Scargle
periodogram を⽤いてスペクトル推定を⾏った結果を図 5 に⽰す．RSSI の値は dBm から mW に換算してから計算を⾏った．CH 36 の結果を⾒ると，いずれの場合も運動の周波数と⼀致した場所に鋭いピークが現れており，スペクトル推定によって周期運動を抽出できていると考えられる．またそれぞれ⾼調波のピークも⾒られるが，これは⼿動で運動を⾏ったことで周期性が歪んだことを⽰していると考えられる．⼀⽅ CH 1 においては 0.67 Hz までは CH

図 2 サンプリング間隔

36 と同様に周期性が現れているが，1 Hz の場合に2 Hz の信号の⽅が⼤きい結果となった．

- 82 -

図 4 RSSI の時系列データ

図 5 Lomb-Scargle periodogram によるスペクトル推定結果- 83 -

3. ヒトの往復実験
3.1 実験環境
前節の結果から，5 GHz 帯のチャンネルに対して
Lomb-Scargle periodogram を適⽤することにより，物体の運動周期を検知できることが分かったため，
次にヒトの往復運動にこの⼿法を適⽤した．図６に実験環境の模式図を⽰す．使⽤した機器およびビーコンの設定，信号のキャプチャ⽅法は 2.1 節で述べたものと同じである．アンテナ間は 4 m とし，アンテナ間を結ぶ直線上を往復する運動，横切る運動，中間点で上下に屈伸する運動の３種類を⾏った．運
動周期はいずれの場合も 0.1 Hz とし，それぞれ３分間の計測を⾏った．

図７ ヒト往復運動のスペクトル推定結果

4. まとめ本研究では Wi-Fi センシングによる物体探索の基礎的検討として，物体やヒトの運動周期を検知する
実験を⾏った．その際，取得された時系列データの

図６ ヒト往復実験の実験環境

サンプリング間隔が⾮等間隔であることを考慮し，3.2 測定結果

Lomb-Scargle periodogram によるスペクトル推定

図７にスペクトルの推定結果を⽰す．
アンテナ間のを⾏った．ブックエンドの往復実験，ヒトの往復実

直線に沿った往復運動では運動周期に⼀致した 0.1

験いずれの場合にも，スペクトルのピーク周波数か

Hz のピークが極めて顕著に⾒られた．また直線を横ら運動周期を検知できることが分かった．

切る運動については，0.1 Hz のピークに加えて⾼調波成分が複数現れた．このことは，横切る運動が受

参考⽂献

信信号強度の変化に与える影響がインパルス的とな[1] X. Zhu, et. al., Communications and Network,
5(2), p.37 (2013).

ることが主な原因であると考えられる．⼀⽅，中間点での上下運動に対しては顕著なピークが⾒られず，[2] T. Murakami, et. al., Electronics, 7(11), p.290(2018).

運動周期を検知出来なかった．これは他の運動と⽐[3] P. Fard Moshiri, et. al., Sensors, vol.21(21),較すると変位が⼩さく動きも遅かったため，受信信p.7225 (2021).

号強度が⼗分に変動しなかったためであると考えら[4] R. Zhang et. al., Sensors, 21(17), p.5921

れる．

(2021).

以上より，
Wi-Fi 受信信号の強度変化からヒトの運動周期についても検知が可能であることが分かった．
ただし検知可能な運動の条件についてはさらに検討が必要であると考えられる．

- 84 -[5] J. T. VanderPlas, ApJS, 236(1), p.16 (2018).

人とロボットの瞬時接触動作のためのハイタッチロボットの開発
岡山県立大学 情報工学部 人間情報工学科
太田 俊介
（概要）
将来，ロボットと人間が共同生活する場では，ロボットが人間に接触しなければならない場面が存在しており，ロボットが起こす動作によって人間がどのように感じ，どのような動作特性を好むかについて明らかにする必要がある．先行研究では接触動作と非接触動作で人間が好む動作特性が異なることが示されており．その移り変わりにおける動作特性の変化については明らかにされていない．そこで、本研究では瞬時接触動作として挙手と握手の中間的な動作であるハイタッチに着目し、ハイタッチ動作のモデル化，ハイタッチ動作を生成するハイタッチロボットの開発、および人間に好まれる動作特性などの解析を行う。本年度は人間同士がハイタッチする際の肘，肩関節の動作について解析を行った．得られた各関節角度の解析から，各関節角度を躍度
最小モデルによってモデル化した．さらに．モデルから生成した手部軌道が人間同士のハイタッチ動作と類似していることが確認された．

1. はじめにれるかについては明らかになっていない．非接触動

近年，人間とロボットが共同で生活するが期待さ

作と接触動作の移り変わり時の境界付近における動れており，将来的には医療介護や生活支援など人間

作特性を解明することで，接触，非接触の動作特性をサポートするロボットの活用が望まれているについてより詳細に解明することが期待される．

[1][2]．このようなロボットと人間が共存する場で一方，接触動作と非接触動作の中間的動作である

は，ロボットが人間と接触しなければならない場面

瞬間的接触動作としてハイタッチが挙げられる．ハが少なからず存在する．人間がロボットとの心地よ

イタッチに関する研究は，動作に制限を設けた際のい共同生活を行うためには，人間に不信感を与えな

ハイタッチにおける心理的変化についての研究[6]いためにも，ロボットが起こす動作によって人間が等は行われているが，ハイタッチ動作やその動作がどのように感じ，どのような動作特性を好むのか明人に与える影響について取り扱っているものは非常らかにする必要がある．特に挨拶等の動作は，コミに少ない．そのため本研究では，非接触動作と接触ュニケーションの始まりを円滑にするものであり，動作の移り変わりとして，ハイタッチについて取りその動作特性を明らかにするには重要である．その扱い，ロボットにハイタッチ動作を生成させ，人間ため本研究室では，ロボットが行う挨拶動作の中でに好まれる動作特性を明らかにすることを目的とすも，挙手といった非接触動作や，握手といった接触

る．ロボットにハイタッチ動作を生成させる方法の動作では人間がどのような動作特性を好むのか，ど一つに，複数の人間が実際に行った動作をもとに一のように感じるかについて研究が行われている

般化したハイタッチ動作モデルの使用が挙げられる．

[3][4][5]．これらの先行研究では，非接触動作では

人間は挨拶のタイミングや接触時の強さといった条

音声挨拶を先に行い，手部動作が後に行うことが好件を細かく変更することは困難である．しかし，こまれたのに対し，接触動作では手部動作を先に行い，の動作モデルを用いることで他の条件を固定したま

音声挨拶を後に行うことが好まれたことが示されて

ま，細かい動作の変更が可能になり，人間が好む動いる．しかし，非接触動作と接触動作の人間に好ま作特性についてより詳細に解明することが期待されれる動作特性の移り変わりはどこなのか，その移りる．そこで本研究では，ロボットにハイタッチ動作

変わりの最中の動作ではどのような動作特性が好まを生成させるために，ロボットの動作の基準となる- 85 -

ハイタッチ動作モデルの提案を行う．まず人間同士る．計測システムでは被験者に取り付けた各部位のがハイタッチをする際の振り上げ動作時間におけるセンサから得られる加速度，角速度，地磁気から，

肘関節角度に着目した解析を行い．向かい合う距離

物体の回転を表すクォータニオンを算出する．さらや強さなどの条件を変化させた際に動作の差から，に，各部位のクォータニオンから，モデル 1 の腰を動作に影響を与えている条件について検討を行った

原点とした座標と関節の回転を表すクォータニオン[7]．その後，ハイタッチする瞬間の肘と肩の関節角を算出し，システム内のモデルに動作を反映する．

度に着目した解析を行い，動作特性について検討し計測開始と同時にセンサのデータ取得と撮影を開始ている．

する．計測風景を図 2 に，動作が反映されたモデルの様子およびシステムで定義した直交座標系(X-Y-

2. ハイタッチ動作計測実験

Z) を図 3 に示す．

ロボットに動作を生成させるための基準となるハ
イタッチ動作モデルを開発するため，まず人間同士のハイタッチ動作の計測実験を行った．
2.1 計測実験
本実験では，挨拶の有無，接触の強さ，向かい合う距離の 3 要素を変動させる計測実験を行った．挨
拶については，挨拶ありの場合は要求側の被験者が自由なタイミングで”よろしく”と挨拶する．一方
挨拶なしの場合，要求側，応答側ともに発声をしな

図 1 センサ取り付け位置

いと定めた．接触については，何も意識せずにハイタッチを行った場合を「普通」，「普通」よりも強く行った場合を「強い」，「普通」よりも弱く行った場
合を「弱い」として被験者の思う強さでハイタッチをするよう，条件を定めた．向かい合う距離については，山梨医大のパーソナル・スペースの形態に関する考察[8]を基準に，向かい合う距離をお互いのくるぶしを基準に 80cm，100cm，120cm に設定をした．

図 2 計測風景

これらの条件に加えて，ハイタッチの要求側，応答側を入れ替えて計測を行った．被験者は 20～22 才の健常な学生の男性 26 名，女性 4 名，計 30 名，
15 ペアである.
2.2 計測システム
本計測では 9 軸慣性センサ（IMU-Z2, ZMP 社製）
を用いてサンプリング周波数 50Hz で計測を行った．

図 3 システム内のモデルの様子

センサの取り付け位置を図 1 に示す．一方の被験者
2.3 計測手順には，頭・胸・腰・左右の肩・右上腕・右前腕・右手甲に取り付ける．もう一方の被験者には先述の 8

まず，2 名の被験者の決められた位置にセンサを箇所に加え，計測システム内のモデルを区別するた取り付ける．8 つのセンサを取り付けた被験者が要

めに左上腕にセンサを取り付ける．前者のシステム

求動作，9 つのセンサを取り付けた被験者が応答動内モデルをモデル 1，後者をモデル 2 として区別す作を行う．屋内で両被験者のくるぶしを基準に距離- 86 -

を空け向かい合う. 向かい合う際に右手を前に伸ばし，ハイタッチができる位置に移動する．両被験者が直立で静止した状態から計測を開始し，計測者の合図で要求側の被験者がハイタッチ動作を開始する．
被験者が動作終了後に直立に戻ったところで計測を終了する．各条件につき 10 回ずつ計測し，その後，要求側と応答側を入れ替え，同様に計測した．

3.肩，肘関節角度，角速度の解析

図 7 X-Y 平面の肩関節角度の一例

3.1 肘関節角度，角速度の算出
測定データから，図 4 に示す肘関節角度θH，肩いずれの場合も，先行研究で有効性の示されてい関節前額面 X-Z 平面上の角度θKX と矢状面Y-Z 平

る躍度最小モデル [3][4] を用いて生成した波形と面上の角度θKY の角加速度を求めた．距離 80cm，強さ，強いの場合における典型例を図 5, 6, 7 に破類似している．躍度最小モデルは，開始角度𝑟𝑟0 ，終線で示す．

を生成する．躍度最小モデルにおける時刻tでの角速端角度𝑟𝑟𝑓𝑓 ，動作時間𝑇𝑇𝑓𝑓 から釣り鐘型の速度パターン

度は以下の式(1)，(2)で求められる．

θH
θKX
Z

𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =θKY

V(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

Z
X

Y

16

𝑇𝑇𝑓𝑓 415
�𝑟𝑟 − 𝑟𝑟0 �
8𝑇𝑇𝑓𝑓 𝑓𝑓

�𝑡𝑡 4 − 2𝑇𝑇𝑓𝑓 𝑡𝑡 3 + 𝑇𝑇𝑓𝑓 2𝑡𝑡 2 �

(1)
(2)

しかし，躍度最小モデルで生成される速度パター
ンは左右対称の釣り鐘型となることから，速度がピ

図 4 関節角度の概要

ークに達するまでの時間（速度ピーク時間）を調整することができない．そこで，2 つの動作時間の異なる躍度最小モデルを結合することで任意の位置に速度のピークを有する釣り鐘型速度パターンの生成が可能である[3]．
目標とする釣り鐘型速度パターンの動作時間と速度ピーク位置をそれぞれ𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ，P とし，ピーク位置P を動作時間を 1 として正規化した値とするとき，動作時間𝑇𝑇𝑓𝑓 をそれぞれ2 ∙ 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∙ 𝑃𝑃と2 ∙ 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∙ (1 − 𝑃𝑃)とした躍度最小モデルを求め，2

図 5 肘の関節角度の例

つの躍度最小モデルを結合することにより，速度ピークがPとなる釣り鐘型速度パターンが生成できる．
そこで本研究では，いずれの動作モデルも複数の躍度最小モデルの連結で表現する．図 5, 6, 7 の赤
または青の実線で示した部分が一つの躍度最小モデ
ルでモデル化した結果である．肘関節は 4 つ，肩関節は双方とも 2 ∼ 6 つの躍度最小モデルを結合した．肘関節動作モデルは動作開始から順に振りかぶ
図 6 X-Z 平面の肩関節角度の一例

り動作，振り下ろし動作，接触後屈曲動作，回帰動- 87 -

作とした．
3.2 肘・肩関節角度に関する躍度最小モデルのパラメータ解析結果
全被験者における肘関節動作の解析によって得られたパラメータの平均値と標準偏差を表 1 に，肩関節のモデル数ごとのパラメータを表 2，3 に示す．
これらのパラメータをもとに生成した波形は，いずれも人間同士の実際の動作と類似した波形を得られた．

図 8 肘関節における各条件による
表 1 肘関節の躍度最小パラメータ

躍度最小パラメータの変化

4. 提案モデルによる動作生成
提案モデルの妥当性を確認するため手先位置のシ
ミュレーションを行った．シミュレーションでは提表 2 肩関節（X-Z）の躍度最小パラメータ案モデルによって計算された手先位置と実際の人間の動作を比較した．提案モデルと実際の人間の手先位置の軌道を図 9 に示す．この結果，提案モデルによって生成された軌道は，実際の動作と類似しており，本モデルの妥当性が示された．

表 3 肩関節（Y-Z）の躍度最小パラメータ

3.3 条件による躍度最小モデルパラメータの検討

図 9 提案モデルと実際の手先位置の軌道

肘関節動作モデルにおける各躍度最小モデルの動

5. 結論

作時間，開始・終端角度，ピーク位置，最大角速度は条件により変化する．解析の結果，関節角度は，

本研究ではロボットにハイタッチ動作を生成させモデルを切り替える点，つまり振りかぶり時，接触るモデルを開発するため，人間同士のハイタッチ動時，接触後屈曲時で「距離」が大きいほど大きくな作を計測し，ハイタッチ要求動作の肘関節に着目しることが示された．図 7 (a)，(b)，(c)，(d) に，「強た関節角度，角速度についてのモデル化を行った．

さ：普通」における最大角速度の平均値と標準偏差解析の結果，複数の躍度最小モデルを連続させるこを示す．最大角速度は，振りかぶり動作と回帰動作とでハイタッチ動作を生成できることを明らかにしで「距離」が大きいほど絶対値が小さくなり，振りた．また，条件によって躍度最小パラメータに特徴

下ろし動作で「距離」が大きいほど絶対値が大きくがあることを明らかにした．

なることが示された．接触後屈曲動作で特に要求動

今後の課題として，本研究によって提案した動作

作を先に行うとき，「距離」が大きいほど絶対値がモデルを用いてハイタッチ動作を生成するハイタッ

大きくなることが示された．

チロボットを開発し、モデルを適用して動作を生成させることで有効性を確認していく予定である．

- 88 -

参考文献[1] 久場景太郎, 山野辺夏樹, 原辰徳, 新井民夫, ユーザの満足度を考慮した「手渡し」サービスを実現する生活支援ロボットのための作業指示システムの構築, 精密工学会学術講演会講演論
文集, 2010, 2010S 巻．
[2] 楊光, 王碩玉, 瀋博, 榎勇人, 石田健司, 和食一男, 溝渕宣誠, 猪野真吾, 生活支援ロボット～
基本構造、運動制御、対象物認識, バイオメディカル・ファジィ・システム学会大会講演論文集, 2018, 31 巻, 31．
[3] Shunsuke Ota, Mitsuru Jindai, Toshiyuki Yasuda andYoshihiro Sejima, Development of a Hand-up
Request Motion Model Based on Analysis of Handup Motion between Humans, Proc. of the Second
IEEEInternational

Conferenceon

Robotic

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[4] 太田俊介，神代充，山内仁，渡辺富夫，接近を伴う握手要求動作を生成する握手ロボットシス
テム，日本機械学会論文集，Vol.81, No.825，
2015．
[5] 神田崇行，今井 倫太，小野 哲雄，石黒 浩，
人-ロボット相互作用における身体動作の解析，情報処理学会論文誌，2003,Vol.44,No.11．
[6] 今井聖也, 斎藤瑶平, 羽田久一, 制限の有無によるハイタッチにおける心理変化の考察, 画像電子学会研究会講演予稿, 2018, 17.04 巻．
[7] 太田俊介，滝聖子，神代充，佐藤洋一郎，ハイタ
ッチロボットのためのハイタッチ動作モデルの開発， 日本機械学会 2022 年度年次大会論文集, 2022, J151-08．
[8] 渋谷昌三，パーソナル・スペースの形態に関する一考察，山梨医大紀要，1985.2 巻 Vol.81，No.825，
pp.1-13，2015．

- 89 -

クロノタイプを考慮した若年女性の生活習慣と骨格筋指数との関係
1. 岡山県立大学 情報工学部 人間情報工学科，2. 九州共立大学 スポーツ学部
大下 和茂 1，清家 空併 2，名頭薗 亮太 2
成人期早期に達成される高い筋量の獲得は将来的なサルコペニア予防の一因とされる．しかし，日本人若年女
性は低体重が問題視されており，特に，大学生は生活習慣が変化しやすく，身体組成への影響も指摘されている．そこで本研究は，女子大学生 224 名を対象に身体組成と要因加算法による身体活動レベル（PAL），食物摂取頻度調査による総エネルギー摂取量（TEI），そして朝型夜型質問紙（MEQ）によるクロノタイプ（日周指向性）との関係を調べた．身体組成の測定には多周波数生体電気インピーダンス法を用い，体格指数（BMI＝体重；kg
÷身長 2；m）および骨格筋量指数（SMI＝四肢筋量；kg÷身長 2；m）を求めた．BMI は PAL，TEI，MEQ と有意な関係を示さなかったが，SMI は PAL および MEQ と有意な正相関を示し，これらの説明変数とした重回帰分析の結果（R2 = .40, P < .01）
，いずれの項目とも有意な正の関係を示した．これらの結果は，MEQ が低く（すなわち
夜型傾向），PAL が低い若年女性は筋量が低いことを示唆している．そのため，適切な筋量獲得には，クロノタ
イプを考慮した（特に夜型者の場合）生活習慣介入が必要となる可能性がある．
験があったとしても，SMI の低さに関連するとも報1. 緒言
サルコペニアの予防や発症遅延には，筋量や筋力告されている[13]．そのため，適切な栄養摂取や身を中年期において維持し，高齢期において低下を最体活動が SMI 獲得に重要と言える．

小限に抑えるだけでなく，成人早期に高いピーク値

ところで，各個人にはクロノタイプと呼ばれる時を獲得することが重要とされる [1, 2]．特に，高齢間的指向性（日周指向性）があり，20 歳前後では最期での運動介入は，筋力や身体機能改善の役割を果も遅延（夜型化）するとされ[15]，最近では，大学たすものの，筋量増加に対する効果は限定的ともさ

生のクロノタイプと体格との関係も報告されている．

れており[3]，
若年期における高い筋量の獲得がサルアメリカの学生 384 人（男性 150 人，女性 234 人）

コペニア予防に重要と言える．そのため，若年期にを対象とした研究では，年齢とクロノタイプの遅さ

おける高筋量に関連する要因を明らかにする必要性

によって体格指数（BMI）が有意に増加し，夜型タイは高いと言える．

プは朝型タイプよりも体重増加速度が高いと報告さサルコペニアの診断における筋量評価には，四肢れている[16]．また，より大規模なサンプル数の研筋量(AMM)を基に算出される骨格筋量指数(SMI)が用

究でも，夜型タイプの大学生は過体重や肥満の影響いられる[3, 4]．日本人若年女性では，低体重者[5,を受けやすいと結論づけている［17］．

6]や正常体重肥満者[7, 8]の高割合から，低筋量者

体格だけでなく，クロノタイプと身体組成との関の高割合が懸念される．特に，大学生は生活習慣が係が生活習慣も含めて報告されている．327 名のド変化しやすく，これが体重[9]や身体組成[10]に影響

イツ人学生（58％が女性）を対象とした研究では，するともされている．そのため，将来的な低 SMI 予

クロノタイプが遅いほど内臓脂肪量が多く，筋量が防の観点から，日本人女子大学生を対象とした SMI

少ないことを報告している[18]．この研究では，身に関する研究が報告されている[11-14]．
これまでの体活動との関係も示唆しているが，栄養状態は不明

研究で，総エネルギー摂取量（TEI）やたんぱく質摂である．一方，サウジアラビアで 387 名の女子学生

取量の低さが，女子大学生における低 SMI に関係すを対象とした研究では，BMI，身体組成，栄養摂取状ると報告されている［11，14］．また，現在の身体活

況などに対するクロノタイプの有意な主効果は認め

動レベル（PAL）の低さは，過去にスポーツ参加の経られていない[19]．しかし，この研究の対象者の体- 90 -

平均値を PAL として評価した．BMR は，身長，体重，

脂肪率平均値が 36.6 ％と高く，SMI 平均値が2

5.7kg/m と低く［19］，身体組成に偏りがある集団だ

年齢，性別に基づき，国立健康栄養研究所の式[22,ったと言える．さらに，先行研究では，BMI とクロ

23]を用いて算出した．総エネルギー消費量（TEE）

ノタイプとの関連は，地域，年齢，性別[19]，そしは，BMR に PAL を乗じて算出した．

て人種／民族グループ[16]により異なることが示唆されている．大規模な疫学調査でも，クロノタイプ

2.4 食品摂取頻度調査票と TEI

は人種・民族によって異なることが明らかにされて

最近 1 カ月における 1 週間の食事摂取状況を食品いる［20］．そこで，本研究では，一般的な日本人女

摂取頻度調査票・FFQ-NEXT（ショートバージョン）

子大学生を対象に，SMI を含む身体組成と PAL，TEI（建帛社）を用いて調べた．FFQg の結果は栄養計算

そしてクロノタイプとの関係を調べた．

ソフトウェア・栄養プラス（建帛社）で解析し，TEIを算出した．また，TEI/TEE 比（TEI/TEE）も求めた．

2. 方法
2.1 対象者

2.5 クロノタイプ

対象は女子大学生 251 名であった．このうち，PAL

クロノタイプの評価には，朝型夜型質問紙（MEQ）

が非常に高い（2.3 以上）16 名（運動選手は（種目[25]の日本語版[24]を用いた．MEQ は 19 の質問で構により異なるが）朝型タイプが多いと報告されてい成され，その回答に基づいて 16～86 の点数で評価るため[21]）と調査回答に不備のあった 11 名を除される．クロノタイプは朝型（スコア：70～86），中く，224 名を分析対象とした．対象者は，3 つの大学程度の朝型（スコア：59～69），中間型（スコア：42

から募集した．倫理的な配慮として，参加者には事～58），中程度の夜型（スコア：31～41），夜型（ス

前に口頭と文書で，調査は匿名であること，データ

コア：16～30）に分類される[25]．

は研究目的のために使用され，他の目的には使用されないこと（研究で使用されないデータは破棄され2.6 体格と身体組成る），調査結果を公表する場合は，収集したデータを

体重と身体組成は多周波数生体電気インピーダン

統計的に処理し，個人を特定できない形で公表するス法による体組成計（MC-780，タニタ）を用いて測ことを伝え，協力の同意が得られた場合のみ調査を定した．対象者は，測定前に排尿や排便を済ませ，実施した．なお，本研究は，九州共立大学 研究倫理

暑さや寒さを感じない快適な温度の部屋で安静座位委員会の承認を得て実施された（承認番号：2022-08）．

を保った．そして，手掌と足底をアルコール含まな
いウェットティッシュで拭き，電極接触部を湿らせて清潔にした後，測定器の足底電極部分に乗り，両2.2 調査概要
調査は 10～40 名単位の集団調査法で実施した．

手掌で手電極を握った．

実施時期は，9 月下旬から 12 月上旬であった．調査

BMI は体重（kg）を身長（m）の 2 乗で除し，SMIは，回答の信頼性を高めるため，運動や栄養の専門

は AMM（kg）を身長（m）の 2 乗で除し，それぞれ算的知識を有する者の説明とともに実施した．

出した．

2.3 PAL の推定

2.7 統計解析

最近 1 カ月における平日 1 日の活動内訳を生活活

各測定値は全対象者の平均値と標準偏差を算出し動調査により調べた．日本人の食事摂取基準を基にた．BMI および SMI と，MEQ，PAL および TEI との関

大学生の生活習慣に応じ PAL を推定した研究[13]か係は，Pearson の相関係数を用いて調べた．そして，ら，基礎代謝量（BMR）の倍数で表される各活動のエ

有意な関係が認められた項目は，ステップワイズ法

ネルギー消費指数と活動時間の積を算出し，1 日の- 91 -

による重回帰分析を実施した．
統計処理には統計処理ソフトウェア StatFlex（ver.7.0.10，アーテック）を用い，統計的有意水
準は 5%未満とした．
3. 結果
各測定値の平均値を表 1 に，MEQ スコアの分布を
図 1 に示す．対象者の MEQ 分布は，尖度が 0.001 だ
ったが，歪度は 0.177 であり，MEQ スコアが低い方にやや偏っていた（図 1）．
表 2 に相関分析の結果を示す．BMI は PAL，TEI，

図 1 対象者の MEQ スコアの分布

MEQ と有意な関係を示さなかった．SMI は PAL およ

階級数はスタージェスの公式により決定（224 名＝7.8≒8）

び MEQ と有意な正相関を示した，TEI と有意な関係を示さないかった．また SMI は体重とも有意な正相

表 1 各項目の平均値±標準偏差．SMI を目的変関を示した（r = 0.56, P < 0.01）

157.4

±

5.7

53.1

±

7.8

BMI（kg/m ）

21.4

±

2.6

体脂肪率（%）

28.9

±

5.6

SMI（kg/m2）

6.53

±

0.74

身体活動レベル

1.71

±

0.26

エネルギー摂取量（kcal/日）

1,774

±

517

MEQ スコア

47.5

±

9.4

エネルギー摂取量／消費量

0.89

±

0.30

身長（cm）

数，体重（制御因子），PAL および MEQ を説明変数と体重（kg）

したステップワイズ法による重回帰分析の結果（表23），いずれの項目も説明変数として採用され，有意な関係性が認められた（R2 = 0.40, P < 0.01）．こ
れらの結果は，体格（BMI）は身体活動，エネルギー
摂取そしてクロノタイプと有意な関係は認められな
いが，筋量（SMI）の低さは，身体活動の低さおよびクロノタイプの遅さと関係することを示している．
4. 考察

表 2 BMI および SMI と各生活習慣指標との関係

クロノタイプの分布は，MEQ スコアの低い方へや

BMI

SMI

r = 0.06

r = 0.36

P = 0.41

P < 0.01

r = 0.01

r = 0.10

P = 0.95

P = 0.15

r = 0.09

r = 0.25

P = 0.20

P < 0.01

や偏っていた（図 1）．クロノタイプは 20 歳前後で最も遅くなることが先行研究で示されているように

身体活動レベル[15]，本研究の学生でも，MEQ スコアの低い（すな
わち夜型寄り）者が多かったことを示唆している．

エネルギー摂取量（kcal/日）

本研究の全対象者の SMI 平均値は 6.53kg/m2 であり，同じ体組成計を用いた日本人女子大学生 426 名を対MEQ スコア象とした研究[11]の平均値 6.4±0.5kg/m2 とほぼ同等であった．そして，MEQ は，相関が弱いながらも，
SMI と有意な関係が認められた．一方，BMI と MEQ と表 3 SMI と PAL および MEQ との重回帰分析結果
説明変数

間に有意な関係は認められなかった．そのため，ク

標準化β（95%信頼区間）

ロノタイプと体格に関連が認められなかったとして

体重

0.50

（0.39～0.60）

も，クロノタイプが遅い者ほど筋量が低いことを示

身体活動レベル

0.22（0.12～0.33）

唆している．

MEQ スコア

0.16（0.39～0.60）

R = 0.63, R2 = 0.40, P < 0.01

- 92 -

筋量の指標である SMI は，各種生活習慣と関連し合，夜型タイプで朝型タイプよりも低いことが示唆ている可能性が高い．これまでの研究では，女子大されている［32］．本研究では平日の PAL を評価した

学生[11]または PAL の高いの女子大学生[14]においが，1 週間の総量や週内変動を評価すれば，SMI とて，
SMI は TEI と有意に関連すると報告されている．

PAL および MEQ の関係はより強くなるかもしれない．

しかし，本研究において，SMI は TEI と有意な関係

いずれにしても，本研究では女子大学生の PAL とを示さなかった．先行研究における TEI の平均値はMEQ の低さが SMI の低さと関連することを明らかに

1,562±489kcal と低く，多くの参加者が身体活動量した．大学生のような 20 歳前後は，クロノタイプがに対するたんぱく質合成に見合った栄養素を摂取で遅くなるとされる [15]．本研究結果は，若年女性がきていないため，TEI が SMI と関連したと示唆して

適切な筋量を得るためにはクロノタイプに応じた対いる［11］．本研究における TEI の平均値は 1,774

策（特に夜型タイプの場合）が必要であることを示

kcal で，TEE に対して約 90％と，わずかに低い程度唆している．

であった．このようなエネルギー摂取量の違いが，先行研究と本研究との SMI と TEI との関係の違いに

5. 今後の検討課題
本研究の限界として，まず，PAL，TEI そして MEQ繋がったのかもしれない．
また，TEI に差が認められなくとも，三食の栄養

は質問票による評価だったことがあげられ，今後は素の配分はクロノタイプ間で異なる可能性があり，より客観的な方法で調査する必要がある．次に栄養

これが SMI に関係する可能性もある．夜型タイプは摂取に関して，イギリス Biobank project のデータ

朝型タイプよりも朝食欠食または朝食の摂取カロリ

では，朝型タイプは夜型タイプよりも果物や野菜のーが少なく，夕食や午後または夜間の間食による摂摂取量が多いとされている[33]．そのため，TEI だ

取カロリーが多いと指摘されている［26-28］．実際

けでなく，摂取する食品内容も評価すべきである．

に，日本人大学生を対象とした研究でも，食事パタ

最後に，本研究は 3 つの大学で実施された横断的研ーンの不規則性とクロノタイプとの関連が報告され究である．本研究の対象者数は，大学生におけるクている[29]．そして，日本人女子大学生の朝食摂取

ロノタイプと身体組成との関連を調べた最近の研究

頻度は，SMI と有意な正の相関を示すことも報告さ[16, 18, 19]と同程度であったが，より多くの大学，

れている[11]．また，日本人大学生を対象とした研より多くの対象者数でこの関連性を調査する必要も究で，筋量増加には，1 日の総たんぱく質摂取量だ

あろう．そして，クロノタイプや生活習慣の変化にけでなく，3 食それぞれで十分なたんぱく質摂取量伴う身体組成の変化を縦断的に調べる必要もある．

を確保することが重要との報告もある[30]．これらの結果は，今後の研究において，食事摂取に関する

6. 結論
本研究は，日本人女子大学生を対象に身体活動レ

より詳細な分析が必要であることを示している．
一方，PAL に関して，これまでの Review では，大ベル，総エネルギー摂取量そしてクロノタイプと学生の身体活動とクロノタイプとの関係は一貫しな

SMI から評価した筋量との関係を調べた．その結果，

いと指摘されている[31]．本研究では，重回帰分析

体格（BMI）と身体活動やエネルギー摂取またはクロにより，SMI（体重調整後）は MEQ および PAL と有意ノタイプとの有意な関係は認められなかった．しかな正の関係を示した．このことは，クロノタイプのし，筋量の低さは，身体活動量の低さとクロノタイ

遅さと身体活動の低さが，筋量の低さに関連するこプの遅さ（すなわち夜型寄り）に関係することを示とを示唆している．しかし，いずれも弱い相関関係した．これらの結果は，若年女性において，筋量を（相関係数）であった．これまでの研究で，身体活得るためには，
クロノタイプ応じた生活習慣対策（特動量は，平日の場合，学業などの社会的義務があるに夜型タイプに対して）が必要である可能性を示しためクロノタイプによる差が現れにくく，週末の場ている．

- 93 -

9. Deforche B, et al. Changes in weight,

謝辞

physical activity, sedentary behaviour and

本研究の実施にあたり支援を賜った，公益財団法

dietary intake during the transition to

人 ウエスコ学術振興財団に深く謝意を表します．

higher education: a prospective study. Int

なお，本内容の一部は，Journal of PhysiologicalJ Behav Nutr Phys Act. 2015;12:16.

Anthropology の 13 巻（2024 年）に「Associationsof body composition with physical activity,

10 Butler SM, et al. Change in diet, physicalnutritional intake status, and chronotype among

activity, and body weight in female college

female university students in Japan」として掲

freshman. Am J Health Behav. 2004;28(1):24-

載予定である．

32.
11 Kusakabe T, et al. Cross-sectional

参考文献

association of skeletal muscle mass and1. Sayer AA, et al. The developmental origins

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- 95 -

Web 会議における聴講者の代役エージェントの研究開発
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
石井 裕
本研究では Web 会議において，聴講者の代役として身体引き込みエージェントを表示するシステムを開発している．このシステムは発話音声のみを入力として，キャラクターの豊かなコミュニケーションを実現する身体引き込み動作を自動生成する iRT を用いて，聴講者の代役として発表者の音声に反応してうなずくエージェ
ントを表示する．先行研究ではカメラ映像の表示がある場合を比較していたが，本研究ではプレゼンテーショ
ンにおいて，iRT を用いた身体引き込みエージェントと，聴講者自身の動作をトラッキングしてエージェントに反映するシステムを使用してそれぞれが発表者と聴講者に与える印象，および聴講者の学習効果の評価を行った．男女学生 12 組 24 名を対象にプレゼンテーションによる評価実験を行った結果，発表者に対しては，フェイストラッキングを使用したエージェント表示を行うよりも iRT を使用したエージェント表示を行う方が有効であることが示された．また聴講者に対してはフェイストラッキングを使用したエージェント表示を行うこと
で参加感を向上させる効果が示された．
そこで本研究では，プレゼン形式の Web 会議を想1

定し，聴講者の代役として iRT を用いた身体引き込はじめに
近年益々オンライン対話の機会が増加し，Web 会

みエージェントを表示するシステムを開発し，発表

議システムの需要が高まっている．とくにオンライ者と聴講者に与える効果について評価実験を行う．

ンプレゼンテーションでは，発表者はカメラ機能をON にして自身の顔を表示して発表することが多い．

2

先行研究

それに対して，聴講者は聴講している環境や自身の長尾らの研究では，Web 会議システムを用いたオ状態が映ることに抵抗があるなどの理由から，カメンラインコミュニケーションにおいて，相手がカメラ機能を OFF にして自身の顔を表示せずに聴講す

ラ機能 OFF で自分がカメラ機能 ON の状態の場合，ることがある．多数の参加者に対するオンラインセ

一方的に顔の映像が見られている状況によって心理ミナーなどでは一般的な方法といえるが，より対話的負荷が発生し，心理的抵抗感が高まることが分か的な反応が期待される場合，発表者は聴講者の様子っている[1]．また葛西らの研究では，HMD を用いてが見えないため，発表を聞かれている感覚がなく，対面で発表を行う際，発表者はキャラクターの画像発表しにくく感じてしまう可能性がある．

で聞き手の姿を隠して発表を行う方が緊張感を緩和すると報告している[2]．

ここで対面コミュニケーションにおいては，言語によるバーバル情報だけではなく，身振りや手振り，また本研究についての関連研究として，発話音声

うなずきといったようなノンバーバル情報が重要なのみを入力としてキャラクターの豊かなコミュニケ役割を果たしている．一方で上述の通り，オンライーション動作を自動生成する iRT 技術を用いて，映ンでの画像を用いたコミュニケーションでは様々な像対話の利点を活かしつつ，自己の代役となる CG

問題があり，代替する支援技術が必要である．モーキャラクターと周囲に配置された観客キャラクター

ションキャプチャを用いて人の動作をキャラクター

を対話相手のビデオ映像に重畳合成した実映像対話に適用する合成技術により，Vtuber など新たな魅力を支援するキャラクターシステムを開発してきた[3]．

が生み出されているように，オンラインコミュニケ

この観客キャラクターとして，発話音声に基づき豊ーションにおいてキャラクターインタフェースも広かなコミュニケーション動作を生成する機能を導入

く浸透しつつある．

し，有効性を確認した[4]．また，仮想空間におけるア- 96 -

バタを介した対話において，このような観客キャラ

者の性別に合わせて使い分けた．

クターの存在によって，異なる主張を一つに収束させる合意形成課題によるコミュニケーションにおいて，システムを介した対話が全体的に肯定的な評価が得られたことを確認している[5]．このようにオンラインでのコミュニケーションにおいても，発話者への支援効果が期待できる．
さらに先行研究において，聴講者が iRT システムを内蔵した代替エージェントを表示した場合，発表者が感じる緊張感がカメラ映像を表示しない場合と

図１. 発表者側システム画面例同等になるという効果が示された[6]．また，発表が伝わったと感じたかという観点では，カメラ映像を表示した時と同等の効果が得られることが確認されている．この先行研究では，カメラ映像の表示がある場合を比較していたが，本研究ではプレゼンテーシ
ョンにおいて，iRT を用いた身体引き込みエージェ
ントと，聴講者自身の動作をトラッキングしてエー
ジェントに反映するシステムを使用してそれぞれが発表者と聴講者に与える印象，および聴講者の学習

図２. 聴講者側システム画面例

効果の評価を行う．
3

聴講者の代役エージェントシステム

3.1

システム概要本システムを使用している発表者画面を図 1 に，聴講者画面を図 2 に示す．Web 会議システムには
Zoom を使用し，発表者の画面表示は PowerPoint の発表者ツールを使用した時の表示方法を用いた．本図３. 聞き手キャラクター

システムの開発環境には，ゲームエンジンの Unityを使用した．
聴講者の代役エージェントの作成には，

3.2 インタラクションモデル

Pixiv が提供している 3D キャラクター制作ソフトウ

うなずき動作に必要な聞き手のインタラクション

ェアの VRoidStudio を使用し，うなずきのアニメーモデルを図 4 に示す．うなずきの予測モデルはマク

ションは 3D モデリングソフトである Blender を用

ロ層とミクロ層からなる階層モデルである．マクロ

いて作成した．代役エージェントは，Unity の画面を層では音声の呼気段落区分でのON-OFF 区間からな

UnityCapture 経由で Zoom に出力することで表示さるユニット区間にうなずきの開始が存在するかを予せている．また，発表者の音声は仮想ミキサーソフ

測する．予測には[i−1]ユニット以前のユニット時間

トである VoiceMeeter を用いて取得しており，取得率 R(i)（ユニット区間での ON 区間の占める割合，

した音声に対してエージェントは次節で述べるイン(2)式）の線形結合で表される(1)式の MA(Moving-

タラクションモデルに基づく自動生成によるうなず

Average)モデルを用いる．予測値 Mu(i)がある閾値をき動作を行う．本システムでは図 3 のような人型の越えて，うなずきが存在すると予測された場合には，エージェントを使用した．エージェントは実験参加

処理はミクロ層に移る．ミクロ層では音声の ON-- 97 -

OFF データ（30Hz，60 個）を入力とし，(3)式を用いらが用意した簡単なプレゼンの発表を行わせ，聴講て MA モデルでうなずきの開始時点を推定する．予者にはその発表の聴講を行わせた．発表者，聴講者

測値が閾値を越えた場合にはエージェントをうなず

ともに正面のモニターに株式会社ナックイメージテ

かせる．本システムでは以上のうなずき反応モデル

クノロジー社の視線計測機器である EMR ACTUS

を用いて聴講者の代役エージェントがうなずき動作を設置し，視線の計測を行った．本実験参加者は互を行っている．

いに面識のない男女学生で，男性 12 名女性 12 名の計 24 名である．

𝑗𝑗

𝑀𝑀𝑀𝑀(𝑖𝑖) = � 𝑎𝑎(𝑗𝑗)𝑅𝑅(𝑖𝑖 − 𝑗𝑗)＋𝑢𝑢(𝑖𝑖)

（1）

𝑗𝑗=1

𝑅𝑅(𝑖𝑖) =𝑇𝑇(𝑖𝑖)𝑇𝑇(𝑖𝑖)＋𝑆𝑆(𝑖𝑖)（2）

𝑎𝑎(𝑗𝑗): 予測係数

𝑇𝑇(𝑖𝑖): 𝑖𝑖番目ユニットでの ON 区間

𝑆𝑆(𝑖𝑖): 𝑖𝑖番目ユニットでの OFF 区間
𝑢𝑢(𝑖𝑖): ノイズ𝑘𝑘

𝑀𝑀(𝑖𝑖) = � 𝑏𝑏(𝑗𝑗)𝑉𝑉(𝑖𝑖 − 𝑗𝑗)＋𝑤𝑤(𝑖𝑖)

図５. 実験の様子（聴講者側）

（3）

𝑗𝑗=1

実験開始前に，発表者と聴講者には実験の流れ，ア𝑏𝑏(𝑗𝑗): 予測係数

ンケートの内容の説明を行った．その後，発表者に𝑉𝑉(𝑖𝑖): 音声データ

プレゼン内容の把握を 3 分程度行わせ，両者の準備

𝑤𝑤(𝑖𝑖): ノイズが整い次第，プレゼンを開始した．この時，聴講者
は 1 つの内容について以下の 3 種類のモードを用いて聴講を行った．
A：映像表示なし
B：iRT を用いた身体引き込みエージェント表示
C：フェイストラッキングエージェント表示
発表者，聴講者ともに 1 つのプレゼンテーション
が終わるとそのモードで感じた印象についてのアン
ケートを行い，聴講者についてはプレゼンテーショ
ンの内容に関する 10 問の簡単なテストを実施した．
A，B，C の 3 モードすべての使用が終わった後，役図４. 聞き手のインタラクションモデル

割を交代して同様の実験を行った．発表者には「発表を聞いてくれている感覚はありましたか」
，
「緊張

4

評価実験

感を感じましたか」，「発表の内容が伝わったと感じ

4.1

実験方法

ましたか」
，
「話しやすさを感じましたか」，「疲労感

聴講者の代役としての身体引き込みエージェントを感じましたか」，「参加者の方を見ましたか」の 6システムを用いて，プレゼン形式の Web 会議におけ項目，聴講者には「参加感を感じましたか」，「緊張る発表者と聴講者に与える効果について評価実験を

感を感じましたか」，「発表の内容が理解できました

行った．図 5 に実験の様子を示す．本実験は 2 人 1か」，「聞きやすさを感じましたか」，「疲労感を感じ組で行い，それぞれ別室で行った．発表者にはこちましたか」の 5 項目についてそれぞれ 7 段階官能評- 98 -

価を行い，それぞれアンケート時に自由記述欄に気検定の結果，発表者は「発表を聞いてくれている感付いたことを記入させた．

覚はありましたか」，「発表の内容が伝わったと感じましたか」，「疲労感を感じましたか」，「参加者の方を見ましたか」の項目で有意水準 1%で有意差が認

4.2 実験結果
発表者の 7 段階官能評価の結果を図 6，聴講者のめられた．また，「緊張感を感じましたか」の項目で結果を図 7 に示す．発表者の結果に対する Friedman

有意水準 5%で有意差が認められた．

図６. 発表者の７段階評価結果

図７. 聴講者の７段階評価結果- 99 -

また，各モード間の関係を調べるために Wilcoxon

そのためテストの順序による影響を考慮して，2，3の符号順位検定による多重比較を行った結果，「発表

回目のテスト結果について検討を行った．モード別を聞いてくれている感覚はありましたか」の項目でに分けたテストの結果を図 8 に示す．分散分析およA，B 間と A，C 間，「発表の内容が伝わったと感じ

び Bonferroni 法による多重比較の結果，A，C 間におましたか」の項目で A，B 間，「疲労感を感じました

いて有意水準 5%で有意差が認められた．また記述

か」の項目で A，B 間と B，C 間，「参加者の方を見欄において得られた回答例を表 1 に示す．

ましたか」の項目で A，B 間と A，C 間において有
表 1 自由記述欄の回答例

意水準 1%で有意差が認められた．また，「緊張感を感じましたか」の項目で A，B 間，「発表の内容が伝

A: 映像表示なし

わったと感じましたか」の項目で A，C 間において発表者一人でしゃべっている感覚だった．
顔が見えていないので，伝わってい有意水準 5%で有意差が認められた．

る感じがわかりにくいと感じた．

次に，聴講者の結果に対する Friedman 検定の結果，参加者が表示されていないため，発

聴講者は「参加感を感じましたか」，「緊張感を感じましたか」の項目で有意水準 1%で有意差が認めら表に対して緊張が少なかった．
聴講者

れた．また，各聴講モード間の関係を調べるために比較的聞きやすく，特に違和感はな

Wilcoxon の符号順位検定による多重比較を行った

かった．
参加感がなかった．

結果，「参加感を感じましたか」の項目で A，C 間，

発表スライド以外に表示されている「緊張感を感じましたか」の項目で B，C 間においものがないので，より発表に集中できた．

て有意水準 1%で有意差が認められた．また，「参加
感を感じましたか」の項目で A，B 間，「緊張感を感
じましたか」の項目で A，C 間において有意水準 5%

B: iRT エージェント表示
発表者

参加者のうなずきで内容が伝わっているように感じた．

で有意差が認められた．

うなずいている様子が発表のスライドを見ながらでも視界に入った．

4.3 テスト結果

参加者の方を見たくなくても視界に入ってきてあまり集中できなかっ

プレゼンテーション終了時に行ったテスト結果について，1 回目の平均正答率が 72.5%，2 回目の平均
正答率が 83.75%，3 回目の平均正答率が 81.25%と 1た．
聴講者

回目の平均正答率が低い結果となった．この原因と自分が行っていない動きをアバターがしているため，トラッキングに比して，1 回目のテストで出題傾向などを把握して聴べ少しだけ参加感が薄れた．
カメラオフとかわらなかった．

講姿勢が変化した可能性がある．

C: フェイストラッキング表示
発表者

参加者は見えているが，反応はあまり感じることができなかった．
顔がないのに比べて，発表を聞いてくれている感じがあった．
参加者の方を気になってみていたが，あまり反応がなく悲しかった．

聴講者

動きが映されているので、うなずくことを意識しました．
自分の姿が反映されていると思って緊張感がすごかった．

図８. テスト結果- 100 -

5

考察

識から，学習効果を下げる可能性がある．

前章の結果より，発表者の「参加者の方を見まし
たか」「発表を聞いてくれている感覚はありましたか」

6

おわりに

の項目で A，B 間と A，C 間において有意水準 1%で本研究では，プレゼン形式の Web 会議を想定し，有意差が認められた．表示を行わない場合と比較す

聴講者の代役として iRT を用いた身体引き込みエー

ると，発表者が聴講者の方に意識を向け，発表者にジェントを表示するシステムを開発し，発表者と聴話を聞いてもらっている感覚を与えられることが分講者に与える効果について評価実験を行った．そのかる．しかし iRT を使用したエージェントとトラッ

結果，聴講者の代役として身体引き込みエージェン

キングを使用したエージェントについて差は認めらトを表示することで，発表者に対して緊張感やストれなかった．また，「疲労感を感じましたか」の項目

レス感では顔表示なしと同等の効果が示された．まで A，B 間と B，C 間において有意水準 1%で有意差

た，相手に発表が伝わったと感じたかにおいては顔が認められた要因は，iRT を使用したエージェント

表示がある時と同等の効果が示されるなど，本シス

は，発表者が発する音声に対して自動生成によってテムの有効性を確認した．

明確に大きく反応を返すことが考えられる．フェイ
ストラッキングを使用したエージェントは聴講者自

参考文献

身の動きをトレースしているため，比較的大きな反[1] 長尾 由伸，山崎 治：カメラ機能の有無による初応を返すことが少ないため，発表者へ与える効果が対面同士のオンラインコミュニケーションへの影反映されたものと考えられる．

響; 日本認知科学会第 38 回大会, pp.766–770 (2021).

聴講者に関しては，「参加感を感じましたか」の項[2] 葛西 響子，山本 景子，倉本 到．辻野 嘉宏：コ

目で A，B 間において有意水準 5%で，A，C 間で有ウテイカボチャ: 聴衆に肯定的な反応を重畳する発意水準 1%で有意差が認められており，動作反映方

表時緊張感緩和手法; 情報処理学会研究報告 2014-

法にかかわらず聴講者自身がエージェント表示によHCI-160(8), pp.1–8 (2014).

りプレゼンテーション発表の場に参加しているとい[3] 石井 裕，高田 友寛，渡辺 富夫：E-VChat：頭部

う感覚を与えたと考えられる．一方で，「緊張感を感動作連動型音声駆動身体引き込みキャラクタを対面じましたか」の項目で A，C 間において有意水準 5%

合成した実映像対話システム，ヒューマンインタフ

で有意差が認められたことと，B，C 間において有意ェース学会論文誌，Vol.14, No.4, pp.467–476 (2012).

水準 1%で有意差が認められたことより，トラッキ[4] 石井 裕，中山 志穂，渡辺 富夫：非接触計測にングを使用したエージェント表示を行うことは聴講

よる自己キャラクタ対面合成型実映像対話システム者に対して緊張感を与えることが分かった．これはE-VChat の評価，ヒューマンインタフェース学会論

聴講者に対して行ったテスト結果にも大きな影響を

文誌，Vol.16, No. 3, pp.179–186 (2014).

与えていると考えられる．映像表示なし，iRT を使[5] 石井 裕，井上 翔太，渡辺 富夫：身体的引き込用したエージェント表示の場合どちらも平均正答率

み観客システムを用いたアバタを介した合意形成対が 80%を超えているのに対し，フェイストラッキン

話支援，ヒューマンインタフェース学会論文誌，Vol.

グを使用したエージェント表示の場合，平均正答率

16, No.4, pp.303–312 (2014).

が約 77%となる．また，分散分析および Bonferroni[6] 片山 翔太，西山 悠，片岡 真吾，石井 裕，渡辺法による多重比較の結果 A，C 間で有意水準 5%で富夫：Web 会議における聴講者の代役としての身体有意差が認められた．以上のことより，フェイスト

引き込みエージェントの開発，ヒューマンインタフ

ラッキングを使用したエージェント表示は iRT を使

ェース学会研究報告集，Vol.24, No.3, pp.243–246,

用したエージェント表示に比べて参加感を向上させ(2022).

るが，同時に参加への緊張感および応答動作への意- 101 -

2 人対戦 AI の深層強化学習の研究
岡山県立大学芝 世弐
近年ゲーム AI の分野は目覚ましい発展を遂げている．本研究では深層学習モデルを強化学習の分野に取り入れた最もホットな分野である深層強化学習に関する取り組みである．主に将棋を題材としており，引き続き将棋の名人戦主催社である朝日新聞社および毎日新聞社の中継において AI のデータを表示している．日本将棋連盟の公式アプリにおいても 2021 年より継続して利用されており，現在プロ棋士団体のみならず中継メディアの全幅の信頼を得ている．
また，ここ数年最高精度を誇る局面評価関数は更なる精度向上を達成しており，世界コンピュータ将棋選手
権，電竜戦本戦，マイナビ杯ハードウェア統一戦などコンペティションの場においても好成績を修めている．
本研究はその一部として深層強化学習の性能向上を目指している．
１．はじめにルアプリおよび朝日新聞社・毎日新聞社の YouTube

昨今人工知能分野とりわけゲーム AI の分野の発展

チャンネルなどで用いられている局面評価関数およは目覚ましい．Google 傘下の DeepMind 社によるび読み筋は本モデルによるものである．

AlphaZero においては囲碁で培ったアルゴリズムを

以上の将棋 AI はアルファベータ探索をベースとし，

将棋やチェスに発展させており，膨大な計算機を利

ゲーム木構造を非常に大きく展開したものにより局用しトッププレイヤーを圧倒することに成功してい面評価を行うものである．アルファベータ探索自体る．更なる応用として AlphaFold においてはタンパ

は 1950 年代の第一次人工知能ブームの賜物である

ク質構造の推定精度を飛躍的に向上させ創薬の分野

から古典的 AI に分類されることが多い．もちろんに多大な影響を及ぼしている．また計算機アルゴリ

Kristallweizen 自体はこの探索アルゴリズムに加ズムや半導体設計といった AI 自身の強化に繋がるえ局面の深層学習を行ったものである．

応用分野でも成果が出ている辺りは本分野の恐ろし

２．並列化効率い加速感を伺わせる．

二人零和有限確定完全情報ゲームにおいては第一

我々は 2017 年から将棋の分野に挑戦しているが，

次人工知能ブームの頃よりアルファベータ探索が有

上記のような膨大な計算能力を保有していないため効であることが知られている．しかしながら，アル

手持ちの資源で対応可能な問題に小分けにすること

ファベータ探索に限らず木探索は並列化性能の向上

で次々に解決している．2018 年には持ち時間の配分が難しい分野とされており，長らく Young Brothers

問題に前例のない発想を持ち込み第 28 回世界コン

Wait Concept(YBWC)などの非効率なアルゴリズムがピュータ将棋選手権（以下 WCSC）優勝となり，後に実装されてきた．近年ではマルチコア環境において

CSA 貢献賞の受賞理由となった．

Lazy SMP と呼ばれるアルゴリズムにより大幅な性2019 年においては Kristallweizen と命名した深層能向上が達成され現在最も効果的な並列化手法とさ学習モデルが第 29 回 WCSC 準優勝となったがこれをれている．本手法においても並列化数に対し性能向

ネット上で公開したため，プロアマ問わずダウンロ

上の指標は平方根や対数程度とされている．具体的ードし幅広く利用されるに至った．もちろん当時最には 4 並列の処理で 2 倍程度と言った具合である．

高精度として評価されたわけである．利用者数は群

また，計算機環境の多コア化は現在更なる進化を遂を抜いており，多くの利用者には「白ビール」の愛げており，スマートフォン由来の技術により高性能称で知られている．2024 年現在日本将棋連盟モバイ

コアや省電力コアと言った役割の異なるコアを混在- 102 -

させた環境を生み出している．スマートフォン環境
で先行した Arm では big.LITTLE[1]と表現されてい３．ホモジニアスマルチコア

るが，本研究では実験に用いたインテル社の CPU に本研究ではアルファベータ探索を元にした全幅探ちなんで高性能コアを P コア(Performance Core)，

索を反復深化させるアルゴリズムのプログラムを対省電力コアを E コア(Efficient Core)と呼ぶ．PC 環象とする．計測に用いたものは将棋の探索エンジン

境下では第 12 世代インテル社 Core プロセッサ(開で技巧２および Kristallweizen である．図 1 に技発コード名：Alder Lake)[2]が歴代で初の P コアと

巧２による本将棋初期局面における探索深さと探索

E コアの混在チップとして売り出されている．

ノード数の関係を示す．
[5]探索ノード数は枝狩りが以上の背景より本研究では異種コア混在 CPU であ無い場合，探索枝の階乗で増加すると考えら，一般

るヘテロジニアスマルチコア環境においてアルファ

的には将棋では 70～90 とされている．
Bonanza[6]にベータ探索の並列化性能を評価するものである．

おいてはこれを大幅に枝狩りすることにより 2.3～

ところで，コンピュータ将棋の大会において 2017

2.8 に抑えることができたとされる．技巧２におい

年の第 5 回電王トーナメント[3]以来ハードウェアては図１の 1 スレッドのプロットを近似することにを統一した大会の開催が行われてこなかったが，

よ り そ の 係 数 を 約 1.6 で あ る と 算 出 し た ．

2022 年末に NPO 法人電竜戦プロジェクトの活動におKristallweizen においても同様である．

いて第 1 回 マイナビニュース杯ハードウェア統一

次にコア数の影響である．図１においてスレッド

戦[4]が開催され，5 年ぶりのハードウェア統一戦と数が多いものほど探索ノードが増えているがこれはなった．ハードウェア条件が不揃いである場合対戦

Lazy SMP のアルゴリズム上多くのスレッドが独立時のアルゴリズムなどソフトウェアの優劣ではなく的に探索を行うためである．16 スレッドにおいて同

ハードウェアの優劣により勝敗が大きく左右される

じ探索深さに対し 5～6 倍程度の探索ノード数となことは知られている．同一のハードウェアを用いるっている．

ことで純粋にソフトウェアの差を測ることが出来ると考えられる．第 5 回電王トーナメントにおいては対象ハードウェアが 6 コアのホモジニアスマルチコ
ア環境であったが，第 1 回 マイナビニュース杯ハードウェア統一戦では前述の第 12 世代インテル社
Core プロセッサが使用されヘテロジニアスマルチ
コア環境となった．本大会はそのヘテロジニアスマ
ルチコア環境の有効利用も参加者の取り組むべき課
題となった点が挙げられる．
図２ 技巧２における探索深さと探索時間
次に図２に探索深さと探索時間の関係を示す．本
実験では負荷増による CPU クロックの低下が起こらないように気を配ったため凡そ単位時間当たりの探
索ノード数は安定されていつが初期設定時間や高ス
レッド数でのメモリバスのボトルネックなどは考えられる．探索深さと探索ノード数の関係では比較的
図１ 技巧２における探索深さと探索ノード数

対数関数に近似されていたが，探索時間は初期設定- 103 -

時間を含むために０付近で増加がみられる．特にスは P コアに対し 1 スレッドずつ負荷が入る．その後レッド数が多い場合に初期時間がとられることが分

16 スレッドまでは E コアに 1 スレッドずつ負荷が入かる．探索深さが進むにつれ傾きが一致していく様っていることを確認した．その後 24 スレッドまで子が見られる．16 スレッドにおいて探索の高速化率

は P コアの HT に負荷が入る様子を確認した．P コアを算出したところ 2.5～3 倍程度の高速化が行われが 1 スレッドを担っている感は大凡 1.5Mnps 程度のていた．探索ノード数の増加率と積算すると 15 倍

探索速度が得られている．その後 E コアがスレッド程度とスレッド数にほぼ等しくなる．つまり 15 倍

辺り約 0.7Mnps 程度の探索速度となっている．このの演算能力のうち 5～6 倍分を無駄にし，2.5～3 倍

様子は 16 スレッド時の平均速度が 1.1Mnps であるの高速化が達成できていると考えられる．

ことからも簡単に計算可能である．24 スレッドの場

４．ヘテロジニアスマルチコア

合は平均 0.95Mnps 程度となっているが E コアが同

図 ３ に Alder Lake i9 12900K に お い て

じく 0.7Mnps と考えると P コアの HT2 スレッドは合Kristallweizen の探索スレッド数と探索速度の関計で 2.15Mnps 程度となり 1 スレッド辺り 1.07Mnps

係を示す．12900K は P コア 8 つ，E コア 8 つの構成

程度と概算される．

であるが，P コアはハイパースレッディング(HT と５．探索深さへの影響

略す)という技術が実装されており 1 物理コアあた

前述のように探索スレッドの投入により使われる

り 2 スレッドまで実行可能である．図３より探索ス

コアが異なることが分かる．こういったインテル第レッドが 8 までは単調に増加しその後増加傾向が落

12 世 代 CPU に 対 す る 配 慮 は マ イ ク ロ ソ フ ト

ちるが比較的一定の増加率を保っているように見え

Winodws11 より対応されている．この OS レベルの対る．[7]

応では所謂弱い制約が実装されている．弱い制約とは重要度の高いスレッドを P コアに投入し，重要度の低いスレッドや長期間走っているスレッドを E コ
アに投入するといったものである．

図３ 探索スレッド数と探索速度

図５ 混在環境における探索深さと探索時間比べて強い制約と表現されるものが存在する．これは特定のスレッドに対して使用するコアを指定するものである．AffinityMask というものを利用し使わせないコアをマスクする仕組みである．本研究で図４ 探索スレッド数と平均探索速度

はこれを利用し探索時に利用するスレッドを変更することに成功した．図５に P コア 1 スレッドに加え計算機の負荷を観測していると 1～8 スレッドまでて E コアに 1,2,4,8 スレッドを投入したものおよび- 104 -

P コアに 2,4 スレッドを投入したものについて探索

Late Move Reduction (LMR)” Entertainment Computing, Volume 3, Issue 3,

深さと探索時間の関係をプロットした．それぞれAugust 2012, Pages 51-57

p1e1, p1e2 などと表記する．

[7]

前述の図２と類似の傾向が得られる．多くのばら
p1 に対して p1e4 や p1e8 が p2 に近い値を取っていることが分かる．これにより E コアが 4 つまたは 8つあることで P コア 1 つ分程度の役割を果たしていると推察される．
６．おわりにヘテロジニアスマルチコア環境でのアルファベー
タ探索の並列性能評価するためにインテル社第 12
世代 CPU とコンピュータ将棋エンジンを用いてその探索深さおよび探索速度を計測した．
P コアの性能に比べ劣る E コアの性能は約半分程度であることを確認した．
P コアによる探索に対して E コアの探索が果たす役割は 4 コアまたは 8 コアで P コア 1 つ分程度であった．
本成果は昨今普及しつつあるヘテロジニアスマル
チコア環境における並列木探索の基礎研究にもつながるが，もちろん深層強化学習の根幹と言える学習
速度にダイレクトに影響する部分である．

参考文献[1] ARM.”電力効率と性能を両立させるプロセッシング・アーキテクチャ”,
https://www.arm.com/ja/technologies/big-little
Intel. “第 12 世代インテル® Core™ プロセッサー・ファミリー”.

https://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/products/docs/processors/cor
e/12th-gen-processors.html
[3]

“ 第

5

Lake

で や ね う ら 王 ベ ン チ “ .

https://bleu48.hatenablog.com/entry/2022/02/03/105339

つきが見られるため明確な指標としては難しいが[2]“ Alder

回 将 棋 電 王 ト ー ナ メ ン ト “ .

http://denou.jp/tournament2017/result_img.html[4] 電竜戦. “第 1 回 マイナビニュース杯電竜戦ハードウェア統一戦”,
https://denryu-sen.jp/hd1/index.html[5] 芝，“コンピュータ将棋における相手考慮時間を含めた時間制御の考察”第42 回ゲーム情報学研究会[6] KunihitoHoki, MasakazuMuramatsu, “Efficiency of three forwardpruning techniques in shogi: Futility pruning, null-move pruning, and- 105 -

ストレス可視化を鑑みた指尖生体情報解析技術に関する研究
1．岡山県立大学，2．中村学園大学
綾部誠也 1，熊原秀晃 2
本研究は，脈波を用いた至適運動強度の簡易判定方法を明らかにすることを目的とした．まず始めに，若年男
性における指尖脈波閾値の至適運動強度判定の妥当性を，再現性と換気性作業閾値との比較をすることにより検討した．次に，軽度有疾患中高齢者を対象に二重積屈曲点との比較を行うことにより，指尖脈波閾値の妥当性を検討した．本研究は，脈波を用いた至適運動強度の簡易判定方法を明らかにすることを目的とした．本研
究は以下の点を明らかにした．若年男性において，FPT は．DPBP および VT と有意な正の相関関係，級内相関関係があること．FPT は，高い再現性があること．軽度有疾患中高齢者において，FPT は，DPBP との間に有意な正の相関関係，級内相関関係があること．これらの結果は，FPT が至適運動強度の簡易判定方法として有用である
ことを示唆する．

た．Nishida らは，健康な男性において，軽度の運１．はじめに運動強度は，運動中の安全性と有効性にとって重動トレーニングがグルコース有効性 (S(G)) を改善

要な役割を果たす．乳酸閾値(LT)を含む無酸素性閾

するかどうかを調査した．その結果，LT での軽度値は，最大酸素消費量(VO2max)と同様に運動処方のの運動トレーニングは，健康な男性の S(G)を改善

ゴールドスタンダードと見なされている．LT の強することを示唆する結果を得た．これらの発見は，度での運動は，健康な成人だけでなく，高齢者や慢LT が多くの健康上の利点を引き出すことができ，性疾患などのリスクの高い対象者であっても，健康臨床分野や研究目的にとって価値のある運動強度に上の利点を得るために適切な運動の 1 つと考えられなることを示唆している.

ている．本山ら は，30 人の年配の男性と女性の血

LT は，有酸素能力の指標と運動処方にとって望

清脂質とリポタンパク質濃度に対する長期の低強度

ましい強度である，採血手順は，広く使用するための有酸素トレーニングとトレーニング解除の効果をの制限の 1 つである．さらに，ガス交換に基づいて調べました．その結果，LT での低強度トレーニン

LT を推定している換気閾値 (VT) も，呼気ガスのグは，高齢の男性と女性の血清脂質プロファイルと継続的な監視を必要とする．したがって，何人かの有酸素能力に有益な変化をもたらすための効果的で研究者は，GXT 中の生理学的情報の限界点の簡単な

安全な方法であることが実証さた．Sunami et al.

評価の開発を試みた．田中らは，心拍数（HR）と収は，健康な高齢者の血清 HDL-C および他のリポタン

縮期血圧（SBP）の積が GXT 中に急速に増加し，二パク質濃度に対する低強度の有酸素トレーニングの重積ブレークポイント（DPBP）での酸素摂取量が効果を調査した．その結果，低強度の有酸素トレー

LT に近似したと報告し，また，心音にブレークポ

ニングが，健康な高齢者の HDL-C とそのサブフラク

イント（心音ブレークポイント：HSBP）があること

ションのプロファイルを改善する可能性があることも発見した．Sales et al. は，提案された自律神を示した．さらに，本山らは，降圧薬を服用してい経指標（SD1 および RMSSD）による心拍変動閾値

る高齢の高血圧患者の血圧に対する 9 か月間の低強（HRVT）の識別が，2 型糖尿病患者と非糖尿病患者

度の有酸素トレーニングの効果を調べた．その結の両方の LT および VT を推定するのに有効であるこ果，LT での軽度の有酸素トレーニングの追加の降とが実証した．さらに，自覚的運動運動(RPE)，経圧効果は，降圧薬を受けている高齢患者で確認され

皮的酸素飽和度(SpO2)の評価は，GXT 中に限界点が- 106 -

あることがわかっている．LT のこれらの独自の代を対象に二重積屈曲点との比較を行うことにより,

替評価は，高価なデバイスや採血がないことと一致

指尖脈波閾値の妥当性を検討した．

している．HR，血圧，および SPO2 は GXT 中の基

２．方法
対象者は男子大学生であった．
全ての対象者には，本的な測定値であるため，これらの閾値は，臨床分事前に本研究の目的や実験方法，実験に伴う危険性

野での LT および VT の代替方法となる．
客観的な指の脈波 (FPW) には，HR，BP，血管硬などについて説明した上で，同意を得た．
本研究は，化，心機能などのいくつかの臨床情報がある．FPW

全てのプロトコールをヘルシンキ宣言に従って行い，の強みの 1 つは，FPW が指の小さなクリップだけ

研究実施前に岡山県立大学倫理委員会の承認を得た．

で測定できるという簡単な測定である． したがっ

本研究のプロトコールは，先行研究 6, 16)に基づて，FPW は，低コストでユーザーフレンドリーな生

いて設計された． 被験者は，実験の前日は激しい運

体情報の簡単なモニタリングになる．APG は，FPW

動，飲酒，暴飲暴食を避けるように指示された．試の二次微分波形であり，4 つの収縮期波と 1 つの拡

験当日，被験者は 3 時間前に食事を摂り，その後は張期波，すなわち a 波 (収縮初期の正の波)，b 波試験が行われるまで水以外の飲食を禁止された．テ(収縮初期の負の波)，c 波 (収縮後期の再増加

ストの前に，彼らの身長，体重，血圧が測定された．

波)，d 波 (後期の収縮期の波) が含まれる収縮期

体重，身長，血圧の測定は，体組成計（BC-108，タ

再減少波）および e 波（拡張期早期陽性波）．高澤

ニタ），デジタル身長計（DSN-90，ムラテックケーデ

らは，b/a，e/a 比が動脈硬化の増加を反映していィエス），デジタル自動血圧計（HEM- 907，オムロン）

ることを実証し，c/a，d/a 比が動脈硬化の低下をを用いた．

反映していることを実証した．b/a は 13)，アテロ

心肺運動試験は，48 時間間隔で 2 回，エルゴメ

ーム性動脈硬化症および動脈拡張性の変化の有用なーター (Corival load) を使用した Ramp Test に

非侵襲的指標であり，心血管性心疾患のリスクの高よって実施された．5 分間安静にした後，被験者はい被験者の識別に寄与する可能性があることが示唆

10 W，60 rpm で 2 分間のウォームアップを行い，されている．高澤らは， (b - c - d - e)/a 指数

その後，被験者がテストを停止する条件の 1 つに達は年齢とともに増加し，血管老化の評価や動脈硬化するまで，運動負荷を 15 W/min ずつ増加させた 6, ．

性疾患のスクリーニングに役立つ可能性があること

これらの条件には，次のいずれかが含まれた．(1)を発見した．本間らは，5 人の健康な男子大学生の被験者は，脚の疲労のために 60 rpm で運動を続け

動脈血圧と APG の加速との関係を研究した．その結ることができなくなった時点，(2) 運動中の被験者

果，APG の成分 a-wave は，収縮期血圧 (SBP) との心拍数が予測された最大心拍数 (220 − 年齢) のともに高くなることを示唆した．Tanaka らは，二80% を超えた時点，または (3) 被験者の RPE スコ

重積 (DP，つまり，心拍数 [HR] と収縮期血圧

アが 17 に達した 時点．

[SBP] の積) が LT を超えると急激に増加し，LT

指尖脈波は，AdInstruments Powerlab 16/35 ワに関連するブレークポイント (DPBP) があることをークステーション，および左手の人差し指に取り付示した．a 波の高さは運動中の血圧の相対的な尺度

けられた光電パルス トランスデューサ

であり，脈拍数と a 波の積のブレークポイントは(MLT1010PPG，ADINSTRUMENTS) を介して LabChart

DPBP と VT 付近のどこかにあると予測される．

8 ソフトウェア (AdInstruments，ダニーデン，ニ

本研究は，脈波を用いた至適運動強度の簡易判定ュージーランド) で測定された．脈波は，1000 Hz

方法を明らかにすることを目的とした．
まず始めに，のサンプリング レートで連続的に記録された．デ

若年男性における指尖脈波閾値の至適運動強度判定

ータ分析には，MATLAB R2017a ソフトウェア (Theの妥当性を，再現性と換気性作業閾値との比較をす

Mathworks，Natick，USA) を使用した 17)． PPG シ

ることにより検討した．次に，経度有疾患中高齢者

グナルは，APG シグナルを二重微分することによっ- 107 -

て得た．本研究では，APG 波形のピークから脈拍数と a 波高を算出した．ピーク検出には MATLAB の関
数 findpeaks を使用した．脈拍数は，APG 信号の
ピーク間間隔から計算された．A 波高は APG シグナ
ルのピーク高から算出した．呼吸ガス交換分析器(METAMAX 3B，CORTEX) を使用して，息ごとの技術を使用してサンプリングされた呼気ガス中の VO2，
二酸化炭素排出量 (VCO2) を測定した．心拍数と収縮期血圧は，自動血圧モニター (Tango M2，
SunTech Medical) を使用して，運動中に 15 秒間隔で測定された．
データは，標準偏差の平均として示した．FPT とVT および DPBP での HR と作業率は，各被験者の対応のある t 検定によって比較された．ピアソンの積率相関とクラス内相関係数を使用して，FPT と

図１. Ventilatory threshold, double productbreak point and finger pulse wave thresholdmeasurements

VT および DPBP の間の関係を検証した．Bland &Altman 手法を適用して，FPT と VT および DPBPの間の一致を検証した．有意水準は，5% (p<0.05) とした．
３．結果
VT と DPBP および FPT での運動負荷と心拍数の測定値，および VT と DPBP からの FPT の差を示す．FPT と VT および DPBP の運動負荷に有意差は認められなかった．
．FPT と VT および DPBP 心拍数に有意差は認められなかった．

図２. Relationship and deviation of work rateand heart rate at finger pulse wave thresholdwith ventilatory threshold and double productbreak point.

FPT と VT および DPBP の関係と偏差を示す．運動負荷の FPT は，VT および DPBP の両方と相関関

４．考察係が認められた (P < 0.05)．心拍数の FPT は，VTおよび DPBP の両方と有意な相関が認められた (P< 0.05)．

本研究は，脈波を用いた至適運動強度の簡易判定方
法を明らかにすることを目的とした．
我々は，
FPT が
DPBP と同様に VT のより高い妥当性を見積もっていると仮定した．
VT および DPBP との作業率の FPTに有意差が認められなかった． 仕事率の FPT は，
VT と DPBP の両方と有意な相関関係が認められた．
心拍数の FPT と VT および DPBP に有意な差が認められなかった．心拍数の FPT は，VT と DPBP の両方と有意な相関関係が認められた．FPT のテストと再テストの間に有意な差が認められなかった．
FPT のテストと再テストの間に有意な相関とクラス
内相関が認められた．また, 経度有疾患中高齢者に- 108 -

おいて，FPT は，DPBP との間に有意な差はなく，有本研究の新規性は，運動中の指の脈波から最適な

意な正の相関関係を認めた．
これらの結果は，FPT が運動強度を決定できることを明らかにしたことであDPBP と同様に VT の推定妥当性が高いことを示唆る．宮地らは，指プレチスモグラフ（脈波）に対すしている．さらに，FPT は，再現性の高い最適な運る運動の影響を調べた．運動中の完全な時間は，安動強度であると考えられた．また，FPT は軽度有疾

静時よりも有意に短かった．適度な運動により，指患中高齢者を対象とした至適運動強度の判定法としプレチスモグラフの最初の波が鋭くなった．この結て妥当であることも示唆された．

果は，適度な運動が血管の柔軟性を高めることを示

FPT は，VT および DPBP の両方と有意な相関関係唆している．張らは，未治療の高血圧被験者 (UHS)が認められた． 心拍数の FPT は，VT および DPBPと健康な被験者 (HS) の間の心肺機能の違いを比較の両方と有意な相関関係を認めた．FPT での作業率するために調べた．異なる運動反応は，UHS と HSの再テストは，統計的に有意な差を認めなかった．

の間の心肺機能の違いを示した．これらの違いは，

FPT での心拍数の再テストは，統計的に有意性を認

UHS の CV リスクを浮き彫りにするだけでなく，めなかった．軽度有疾患中高齢者においても，FPTUHS における動脈硬化の出現を予測することにも役

は，若年者と同様の結果を示した．

立つ．本研究は，a 波の高さが運動中の血圧の相対これらの結果は，先行研究によって支持されるも的な尺度であることを示唆する．このように，本研のである．DPBP と VT の比較に関して，Brubaker

究の新規性は，脈拍数と a-wave 応答の積が，漸増

et al.は，トレッドミルでの漸進的テストで方法間運動試験中に VT と DPBP と同様に加速することがの強く有意な相関関係を示し，DPBP が VT の有効な明らかにした点である．

代替手段になる可能性があることを示している．

本研究の結果は，指の脈波から最適な運動強度を

田中らは，DPBP と LT の間に強く有意な相関を示決定するのに役立つ．最適な運動強度測定の最もよしている．これらの結果は，本研究の結果に一致す

く知られている方法は，VT と LT である．VT は，るものであり，本研究の結果の妥当性を示してい

医療やスポーツで広く使用されている非侵襲的な方る．

法である．ただし，高価な呼気ガス分析装置と訓練

本研究は，FPT が DPBP と同様に VT のより高いを受けた技術者が必要である．LT の測定には，侵妥当性を推定することを示唆する．FPT は，再現性襲的で頻繁に繰り返される採血が必要である．DPBPの高い最適な運動強度であることが示唆されている．

の決定には，15 ～ 20 秒間隔で収縮期血圧と心拍VT および DPBP との作業率の FPT に有意な差を認数を取得する必要がある．本研究では，a 波高と脈めなかった．仕事率の FPT は，VT と DPBP の両方

拍数を正確かつ連続的に測定して FPT を決定すること相関していた．心拍数の FPT と VT および DPBPとができる．FPT の測定は，指の脈波センサーのみに有意な差が認められなかった．心拍数の FPT は，を使用して非侵襲的に実行でき，高価な機器や消耗VT と DPBP の両方と有意な相関関係を認めた．FPT品を必要としない．この最適な運動強度測定手法の Test-retest 間に有意な差は認められなかった．

は，簡便，低コスト，高精度であるため，被験者のFPT のテストと再テストの間に有意な相関と級内相

負担と解析コストの両方を低減できる．そのため，関関係が認められた．心拍数と収縮期血圧の積は，

メタボリックシンドロームの予防・改善，呼吸・心急速に上昇し，LT と VT に近づくことが示されて臓リハビリテーションのための運動療法，スポーツ

いる． APG の成分 a-wave は，収縮期血圧 (SBP)

競技力向上のための持久力の指標としての健康寿命とともに高くなることが示唆されている．
本研究は，の延伸などに大きく貢献できる可能性がある．

a 波の高さが運動中の血圧の相対的な尺度であり，本研究にはいくつかの制限がある．第一に，被験者

脈拍数と a 波の積のブレークポイントが DPBP とは健康な成人ボランティアであったため，結果は高VT 付近に存在することを示唆する．

齢者や運動リハビリテーションを必要とする病気の- 109 -

患者，または高度に訓練された競技選手には適用できない可能性がある．第二に，この研究の運動は自転車エルゴメーターで行われた．したがって，トレッドミル ウォーキングやランニングなど，他の形式の段階的な運動中に同じ現象が存在することを確認するには，さらなる研究が必要である．
５．謝辞
本研究の一部は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団研究助成費の支援を受けて実施された．

- 110 -

小都市の文化芸術向上に向けた大学と美術館の連携・工芸デザイン展開の研究
岡山県立大学デザイン学部工芸工業デザイン学科
渡邉 操
（概要）
文化芸術の担い手となる工芸系デザイン教育を行う機関である大学と小都市とはいえ地域資源として独自のコンテンツを持ち、更に文化芸術活動の拠点として有効な美術館と連携することは地域文化活動への波及効果が大きいと考える。そこで、工芸系デザインからの視点で、地方の小都市において文化芸術への関心を高める手法を構築し、地域資源を活用した工芸系デザイン教育（染織（テキスタイル）・陶芸（セラミック））としての教育的効果を分析し、文化芸術への関心向上へと繋がっているか検証を行った。結果、学生に対しては教育的効果が充分にあることがわかり、さらにワークショップを通じて伝統工芸に興味を持つ方がほとんどであり、構築したこれらの教育プログラムは教育的効果と文化芸術への関心向上へと繋がっていることがわかった。大学と協働機関である美術館の連携でしかできない工芸系デザインプログラムの展開であると考える。
1.研究背景と目的

2.研究方法近年、文化芸術を取り巻く情勢が変化し、少子高齢(a)工芸系デザイン教育からの実践

化社会の影響による地域コミュニティの衰退と文化芸

地域の独自性を出すために、協力美術館かつ地域術の担い手不足が指摘されている。大都市に比べ地資源であるコレクションについての調査を行った。調

方都市の影響は大きい。一方で COVID-19 をきっか

査を踏まえ、コトとして学生による地域の人々が参加

けに、工芸にとって重要な特徴である素材・質感・形なできるワークショップを企画・実施し、工芸系デザイン

ど、接触しなければその物自体を知ることや、制作し使の技術を生かした地域ゆかりのモノや美術館から発用することで実感できるモノやコトが改めて重要であ信できるモノを企画・制作・展示するなど教育プログラると再考した。

ムを構築し、実践する。
(b)教育、地域振興及び文化芸術普及活動に及ぼし筆者が所属する文化芸術の担い手となる工芸系デた効果についての調査・分析

ザイン教育を行う機関である大学と小都市とはいえ地域資源として独自のコンテンツを持ち、更に文化芸術参加者が工芸系によるプログラムのコト・モノの体験

活動の拠点として有効な美術館と連携することは地域を通して、技法や材料、地域についてどれだけの関心

文化活動への波及効果が大きいと考える。そこで、工や興味を示し、思考の機会を得ることができたのか、

芸系デザインからの視点で地域での活動に取り組み、

また、及ぼした効果や影響について、調査・分析を行作用した要因として、どのような効果があるのか教育・う。

地域振興・文化芸術普及活動としての効果を調査・分析し、特徴を明らかにし、地方における小都市の文化

3.各プログラムの構築及び実践

芸術への関心向上について考える。

3-1.デザイン制作物によるプログラムの構築及び実践

本研究の目的は、地方の小都市において文化芸術への関心を高める手法を構築し、小都市における大学

協力美術館である高梁市成羽美術館との協働で実と美術館による地域連携を行い、地域資源を活用した施した。高梁市成羽美術館のコレクションであり、地域

工芸系デザイン教育（染織（テキスタイル）・陶芸（セラミ資源でもある成羽地域の植物化石「NARIWA Floraック））としての教育的効果を分析し、文化芸術への関（成羽フローラ）を調査し、それらをモチーフとしたミュ

心向上へと繋がっているか検証することである。

ージアムグッズの企画、制作、販売まで行う教育プラ
グラムを構築し実践した（図１）。ミュージアムグッズが- 111 -

購入されることで、成羽地域の植物化石についての会

を通して、会話が広がり、伝統工芸への興味関心につ話につながり、そのもの自体に使用されている工芸技

ながることに期待できると考えたからである。

法や素材について、さらには美術館や高梁市、岡山の＜プログラムの流れ＞

話題となることによって地域振興、文化芸術普及へと

4 月 教員指導のもとワークショップ企画案

拡がっていくことに期待できると考えたからである。

6 月 試作

この教育プログラムの過程で、学生が作家でもある

7 月 美術館でのプレゼンテーション資料準備

教員や学術的知見を持つ学芸員に対して提案を行

8 月 美術館でのプレゼンテーション

い、アドバイス及び指摘を受け、改善を繰り返し、デザ

10 月 修正、材料道具の準備

イン力、技術力をレベルアップさせ、質の高い工芸系

11 月 セラミックによるミニ登窯ワークショップ実施

デザインの商品を制作し販売することができたと考え（実施場所：岡山県立大学）、る。

テキスタイルによる染めワークショップ＜プログラムの流れ＞

実施（実施場所：岡山県立美術館）、

4 月 教員指導のもと調査及びグッズデザイン案出しセラミックとテキスタイル共同のワークショッ

5 月 デザイン案について、学芸員によるチェック、

プ実施（実施場所：岡山県立美術館）、

その後、試作

関連成果物を美術館で展示

6 月 学芸員による試作品のチェック及び審査
その後、量産8 月 ミュージアムショップにて販売

図 2. セラミックによるミニ登窯ワークショップ風景

図 1.高梁市成羽美術館ミュージアムグッズ納品作業
3-2.技法体験による工芸への興味を促す工芸系デザイン教育プログラム構築及び実践
協力美術館である岡山県立美術館との協働で実施した。毎年開催される日本伝統工芸展に合わせ、伝統図 3. テキスタイルによる染めワークショップ風景

工芸を幅広い層に興味関心を持ってもらうことを目的

図 3. テキスタイルによる染めワークショップ風景としたワークショップを企画・実施する教育プログラム

伝統工芸を調査し、染織（テキスタイル）・陶芸（セラの構築及び実践を行った（図 2、図 3）。ワークショップミック）で使用する材料に触れ、限られた時間で難しいに参加し、身近にある材料や道具を使用することで、技法を体験してもらうためには、どのような工夫が必

伝統工芸の片鱗に触れることができ、制作されたもの

要かなど、学生同士で話し合い、試作を繰り返し行った。経験、知見のある教員がアドバイスを行い、学生- 112 -

が原理を理解することで、伝統工芸で本来使用される

Q4.高梁市成羽美術館のコレクションはご存知でした

特別な材料や道具ではなく、代用できる身近に手に入か？

れる道具や材料を考えることができた。基礎から応用

A.知っていた 100％、知らなかった 0%へと発展していく過程を見ることができ、学生自身で考える力が付いていると実感した。ワークショップを実

Q5.ミュージアムグッズで美術館のコレクションに興味

践中、参加者からの質問にも応えており、応用力だけを持たれましたか

でなく、知識力、コミュニケーション力が向上している

A.持った 50%、やや持った 50%、持たなかった 0%

ことがわかった。
Q6.このプロジェクトやミュージアムグッズについて誰かに話したいと思いましたか？

4.アンケート調査の結果
各工芸系プログラムでの実践を通して、来場者が工芸にどれだけの関心や興味をもつことができたのか、

A.誰かに話したいと思いった 62.5%、やや思った
25％、思わなかった 12.5％

グーグルフォームを用いてアンケート調査を行った。
Q7.ミュージアムグッズは購入されましたか
4-1.高梁市成羽美術館ミュージアムグッズ制作プロ

A.購入した 75%、購入していないが興味を思っていグラム質問内容と結果は以下の通りである。

る 25%、購入していない 0%

回答期間：2023 年 8 月-9 月末
男性４名、女性３名、その他１名計８名より回答を得た。

Q8.次回もこのプロジェクトがあれば、来館されます

Q1.どちらからお越しでしょうかか？

A.

A.来館する 87.5%、来館しない 12.5%
高梁市以外から幅広い年代の方が来館され、制作したグッズによって美術館のコレクションに興味を示す効果があることがわかった。また、このプロジェクトや展示物について誰かに話したいという回答から、会話が生まれ、また来館したいという回答が多いことから、

Q2.年代

この取り組みが地域振興及び文化芸術普及につながA.

っていると考えられる。
4-2.岡山県立美術館との協働によるワークショッププ
ログラム質問内容と結果は以下の通りである。
■セラミックによるミニ登窯ワークショップ
実施場所：岡山県立大学
回答期間：2023 年 10 月 29 日
男性４名、女性２名より回答を得た。

Q3. 岡山県立大学にデザイン学部工芸工業デザイン

Q1.どちらからお越しでしょうか

学科（テキスタイル、セラミック）があることはご存知でしたか？
A.知っていた 50%、知らなかった 50%- 113 -

A.

■テキスタイルによる染めワークショップ「団子で描くオリジナル巾着」
実施場所：岡山県立美術館
回答期間：2023 年 11 月 23 日
男性 4 名、女性 6 名より回答を得た。
Q1.どちらからお越しでしょうかA.

その他は備前市、瀬戸内市
Q2.年代
A.

その他は早島町
Q2.年代A.
Q3. 岡山県立大学にデザイン学部工芸工業デザイン学科（テキスタイル、セラミック）があることはご存知でしたか？
A.知っていた 0%、知らなかった 100%
Q4. 陶芸に関するワークショップは初めてですか？
A.はい 50％、いいえ 50%
Q3. 岡山県立大学にデザイン学部工芸工業デザイン
Q5. このミニ登窯ワークショップについて誰かに話し学科（テキスタイル、セラミック）があることはご存知でたいと思いましたか？

したか？

A.誰かに話したいと思いった 66.7%、やや思った

A.知っていた 30%、知らなかった 70%

16.7％、思わなかった 16.7％Q4.筒書きに関するワークショップは初めてですか？
Q6.岡山県立美術館で開催される日本伝統工芸展岡A.はい 80%、いいえ 20%

山展はご存知ですか？
会期：2023 年 11 月 16 日（木曜日）から 12 月 3 日

Q5.藍染めに関するワークショップは初めてですか？

（日曜日）

A.はい 50%、いいえ 50%

A.知らなかった 100％、知っていた 0%
Q6.このワークショップについて誰かに話したいと思Q7.日本の伝統工芸に興味を持たれましたか？

いましたか？

A.持った 83.3、持たなかった 16.7%、やや持ったA.誰かに話したいと思いった 90%、やや思った

0%

10％、思わなかった 0％- 114 -

Q6.岡山県立美術館で開催される日本伝統工芸展岡Q6.このワークショップについて誰かに話したいと思

山展はご存知ですか？

いましたか？

会期：2023 年 11 月 16 日（木曜日）から 12 月 3 日

A.話したいと思った 73.3%、やや思った（日曜日）

26.7%、思わなかった 0%

A.知らなかった 30％、知っていた 70%
Q6.岡山県立美術館で開催される日本伝統工芸展岡Q7.日本の伝統工芸に興味を持たれましたか？

山展はご存知ですか？

A.持った 90%、持たなかった 0%、やや持った 10%

会期：2023 年 11 月 16 日（木曜日）から 12 月 3 日（日曜日）■テキスタイルとセラミック合同にワークショップ

A.知らなかった２0％、知っていた８0%「編みかご作りワークショップ」
実施場所：岡山県立美術館

Q7.日本の伝統工芸に興味を持たれましたか？

回答期間：2023 年 11 月 19 日

A.持った６0%、持たなかった 0%、やや持った４0%

男性 5 名、女性 10 名より回答を得た。
Q1.どちらからお越しでしょうか

その他自由記述には「学生さんの対応がすごく良かっA.

たです。 形に残る体験なので、こう言った機会があったらまた参加したいと思いました。」や「学生さんが一
生懸命指導してくださり、楽しく学べた大変親切に教えていただきました。また機会があれば参加したいです。」と良い評価があった一方で、「難しかった」という意見もあった。
技法体験による工芸への興味を促すプログラムとし

その他は瀬戸内市ては、幅広い年代の方が工芸技法体験をされ、伝統工Q2.年代芸に興味を示す効果があることがわかった。また、誰A.

かに話したいという回答が多く、この取り組みが地域振興及び文化芸術普及につながっていると考えられる。
5.まとめ地方の小都市においての地域振興・文化芸術普及
活動、文化芸術への関心向上への取り組みとして、地域資源として独自のコンテンツを活用し、工芸系デザ

Q3. 岡山県立大学にデザイン学部工芸工業デザイン

イン教育（染織（テキスタイル）・陶芸（セラミック））プロ

学科（テキスタイル、セラミック）があることはご存知でグラムを構築し実践、分析を行った。結果、学生への教したか？

育的効果が充分にあることがわかり、さらにワークショ

A.知っていた 40%、知らなかった 60%

ップを通じて伝統工芸に興味を持つ方がほとんどであり、構築したこれらの教育プログラムは教育的効果とQ4.編みかご作りに関するワークショップは初めてで文化芸術への関心向上へと繋がっていることがわかっ

すか？

た。

A.はい１０0%、いいえ 0%- 115 -

これらの教育プログラムによる効果は大学内での授業のみでは決して行うことができず、大学と協働機関である美術館の連携でしかできない工芸系デザイン
プログラムの展開であると考える。
将来、文化芸術の担い手となる学生にとって、制作したものがどのような影響を与えるのか、社会にとってどのような役割を果たし、影響を及ぼしているのかを知ることができる貴重な教育プログラムであると考える。この教育プログラムを実践した学生が、卒業後、どのような効果として現れているのか引き続き検証していきたい。
謝辞
本研究を遂⾏するにあたり、研究助成を賜りました公益財団法⼈ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。

- 116 -

閑谷学校の水利技術と学びの場についてー閑谷学校の環境技術に関する研究

岡山県立大学

向山徹

本研究では、切土・盛り土が単なる敷地造成のための作法ではなく、防災・景観などの建築の背景を形成する人為的な行為であったことをさらに深めてゆく契機となる調査及び考察を行った。
1

はじめに一連の閑谷学校における環境技術と学びの場生成に関する研究において、以下の考察を行なった。
① 高密度弾性波探査による地盤構造調査を行い、敷地造成に伴う切り土・盛り土や水路や石塀などの水利遺構がつくる凹凸の構成を示し、閑谷学校の生活の場・学びの場・祈りの場・追悼の場において、それぞれの場所を生み出す凹と凸による所作が、自然に寄り添う切り土・盛り土、水路・石塀として具体化されて、大地と雨水との呼応による場所を生成していることを示した。
②構内を囲う石塀について、写真測量によるテクスチャーデータとメッシュデータによる石塀の様態の変化を可視化し考察した。

2-1

D 点：蒲鉾型石塀の工法が変化する部分

Ｃ点からＤ点までの４分の３ほどのところから切り石
ハギの積み方から打込みハギの積み方へと徐々に変化する。（図 2）（図 3）は構内側からのＴＤとＭＤである。切り石ハギ積の塀は蒲鉾型を維持しながら、漸次的に切り石の角を緩めながら少しづつ自然石の形状へと変化させている。また、（図 3）（図 4）の山側からのＴＤとＭＤには、尾根筋にかかるほどに、塀が土中に埋もれながら打込みハギの積み方へと変化する様態変化がみられる。構内側は塀の高さを保ちつつ山側は自然の地形をそのまま残しながら、塀の高さを尾根の高さに合わせるような境界としての様態を見ることができる。

③凸としての石塀・石垣による閉じた囲いの中を、学びの場から祈りの場を介して追悼の場に通じ、もう一方は
祈りの場裏手から追悼の場に通じる水路が生む場所の様態の変化について、水路に隣接する石積みとの関係も含
めて可視化し考察した。
本稿では、②において示した石塀の様態変化について、さらに踏み込んで、微細な変化を示す石塀の様態変化についての調査を加え、閑谷学校の石塀と地形との対応関係を整理し、石塀が場所形成に深くかかわることを示唆してみたい。既稿 3 における調査箇所を再度整理し直し、いくつかの調査箇所を加えた。

図 2 D 点 学房跡側 TD

図 3 D 点 学房跡側 MD

図 4 D 点 山側 TD

図 1 調査箇所位置図 ⭕部分―今回調査箇所

2.モデリングによる可視化と考察
図 5 D 点 山側 MD

g- 117 -

2-2

E 点：蒲鉾型石塀が石垣に変化する部分

Ｄ点から保持されてきた打込みハギの蒲鉾形状は、Ｅ点において打込みハギのまま石垣に切り替わる。蒲鉾型石塀

Ｅ点の学房跡との位置的な呼応は、J 点と聖廟・閑谷神社との位置的関係性にも呼応する。聖廟の西端と J 点は東西方向の位置関係においてほぼ一致しているが少しずつ地形の傾斜に擦り合わせるように地中に埋もれて（赤→部分）石垣となる（図 6，図 8）。また（図 7）をみると、石塀部分から石垣へと切り替わると同時に、石のサイズがひとまわり小さくなっている。このサイズの変化
は蒲鉾型石塀が終わる手前で始まっており（黄←部分）、
石塀の終端と石垣の始端が互いが嚙み合うように（赤点線）
上下に重なり合っている。Ｅ点から東に伸ばしたラインは、

図 9 J 点 聖堂側から見た TD

図 10 J 点南西見下ろし MD

学房跡の平地部分の北端とほぼ一致する。Ｅ点では、切り石ハギから蒲鉾形状を変えずに打込みハギへと積み方が変化した石塀が、傾斜した地盤面に埋もれるように終端を形成しながら上端の形状を徐々に平坦な石積へと姿を変え、学房跡の場所形成と呼応する様態をみることができる。
図 11 J 点 山側からの見下ろし TD

2-4

図 6 E 点 学房跡側 TD
図 6 学房跡側 TD

図 7 E 点 学房跡側 MD

図 6 E 点 学房跡側 TD

図8

2-3

E 点 学房跡側斜め見下ろし TD

J 点：聖廟裏手の石垣が蒲鉾型石塀に変化する部分
講堂裏手から続く石垣は、聖廟裏手の J 点において蒲鉾型石塀に切り替わる。図中（青→）は蒲鉾型石塀が尾根筋の地中から現れて谷筋へと続く方向、図中（黄→）は、水門（Ｈ点）方向へ続く石垣、図中（赤→）は蒲鉾型石塀に切り替わり、東端に位置する御納所へ続く方向をそれぞれ示している。Ｊ点における石垣から蒲鉾型への移行は、学房跡西側のＥ点における蒲鉾型から石垣への移行と反対方向に、ほぼ同一の様態変化がみられる。また、

K 点：蒲鉾型石塀の工法が変化する部分
J 点で石垣から蒲鉾型に移行した石塀は、東端で大きく南側に向きを変えるまでのあいだに、様態を変化させる。
学房跡西側のＤ点において、切り石ハギによる蒲鉾型石塀が徐々に打込みハギによる蒲鉾型へと変化しながら石垣へと移行したように、閑谷神社本殿裏手のＫ点においては、逆行した様態変化を見ることができる。Ｊ点から打ち込みハギの蒲鉾型に移行した石塀は、Ｋ点において徐々に切り石ハギによる蒲鉾型石塀へと様態を変化させる。石塀が 15 度の傾斜角度の急斜面であることから、運びやすい小さな打込み石を使った工法にしたのではとの初見を持ったが、Ｄ点においては、17 度の傾斜角度が 1度の緩勾配に変化してからの打込みハギへの移行であったことから、場所の読み取りによる工法変更であると考えられる。御納所西側の切り石ハギ積蒲鉾型石塀は、傾斜角 20 度の急斜面を北に登り、さらにＫ点に向かって 90度西に向きを変え、Ｋ点近傍で切り石ハギから打込みハギへと工法を変化させるのであるが、御納所に立ち、この石塀を見上げると、Ｋ点付近の石の工法のディテール
までははっきりと認識することができる。聖廟と閑谷神社の領域のみならず、御納所の領域とも呼応する様態が見られる。

- 118 -

図 12 K 点閑谷神社側からの TD

ながら様態変化する。
・⑥、⑨、⑪の石垣

3-1

図 13

K 点 閑谷神社側からの TD

図 14

K 点 山側からの TD

図 15

K 点 山側からの MD

石塀の様態変化と地形との関係

前項の考察に基き、石塀の様態（形状・素材・工法）の変化と地形との関係について、整理し考察する。
・①、②、③、⑭の蒲鉾型石塀
地形：南の平地、東の斜面、西斜面の一部、北斜面の一部。
主に校地内外の景観上の配慮が見られる精緻な切込ハギ
による蒲鉾型で、施設建設の造成時における盛り土の土留めとして機能するとともに、岩盤に支持される基礎石とその間を雨水が流出する水利的な機能を有する。
・④、⑬の蒲鉾型石塀
地形：谷筋から尾根筋へ
蒲鉾型石塀の形状が保持されながら、瀬山石から流紋岩へ、切込ハギから打込ハギへと素材・工法が漸次的に変化する。同時に山側は尾根の中に埋もれ、校内側は高さが一様に保たれている。
・⑤、⑫の蒲鉾型石塀から石垣へと変化
地形：尾根筋
打込みハギの蒲鉾型石塀が尾根の地中に埋もれつつ、土留めとしての野ズラの石垣へと工法を徐々に受け渡し

地形：尾根筋
尾根筋の土留めとしての機能による簡便な野ズラによる石垣。高さも 1.65m～1.80m を維持し、尾根の起伏に沿った一様な様態の囲いを形成している。
・⑧、⑩、の石垣型石塀
地形：尾根筋→谷筋→尾根筋
尾根筋から谷筋に移行するに従い、石垣は山側にも立ち上がりができ石垣型石塀となる。この石塀の一部が途切れて北側林との出入口になると同時に、谷筋の雨水を東西の水路に導く水門が石塀と一体化され、谷地形に必要な水利機能を有する囲いを形成している。
・⑮蒲鉾型石塀
地形：沢筋と椿山の境界
石塀の天端と椿山側は地表を受け止める打込ハギ、沢側は護岸を兼ねる斜めに傾斜した切込ハギが川床の石敷きまで連続する。石塀の内と外とで 2 種類の様態が組み合わさって、複合的に機能している。
3-2 石塀の様態変化と「学びの場」との関係
前節に示したように、校地全体を囲う石塀は、地形と対応しながら様態を変化させていた。最後に、その変化の特異点に着目してみたい。
精緻な切込ハギの蒲鉾型石塀は、講堂の建設にともなう造成工事に端を発し、盛り土の土留めとしての機能、
雨水排水機能をあわせ持ちながら、構内の東面・西面の一部・南面・北面の一部にわたって施設群を囲うように配置されている。この切込ハギの蒲鉾型石塀が打込ハギの蒲鉾型石塀へと変化して、そこから野ヅラの石垣という対照的な様態へと変容するところが、蒲鉾型石塀の始点･終点となる特異点として注目される。時計回りに見ると、聖廟の西端を北に伸ばしたラインが石塀と交差する地点あたりが始点、同様に学房跡の北端部を西側に伸ばした地点あたりが終点である（図 16 白矢印）。
このような様態変化の特異点から発する蒲鉾型石塀は、直線的な人工的配置によって、「学びの場」の中核領域を囲っている。また、ここから逆に発する野ヅラの石垣・石垣型石塀は、自然地形の等高線に従ってうねりながら、尾根に沿い、谷を横断し、北側自然林との境界を形成している。
4 おわりに閑谷学校の石塀については、既往の研究によって、その部分的な構造、蒲鉾型石塀・石垣・石垣型石塀という様態の存在とその大まかな位置が示されてきた。本稿では、現地の実測調査・写真測量からのモデリングによる可視化を行い、石塀の様態の詳細とその変化を明らかにした。結論は第 3 章に詳述したように、次の４点に整理できた。

g- 119 -

・蒲鉾型石塀・石塀・石垣全体の様態は、3 種類にとどまるものではなく、3 種類の様態を媒介するものなど、多様な様態が存在する。
・蒲鉾型石塀・石垣・石垣型石塀は、図 16 においては⑤、⑧の東西両端の 2 カ所、⑨の東西両端の 2 カ所、⑩の東西両端の 2 カ所、⑫で工法の受け渡しが行われており、ここで蒲鉾型石塀から石垣へ、石垣から石垣型石塀へ、石垣型石塀から石垣へと、場所と地形の変化によって交互に様態変化している。
・蒲鉾型石塀は、岩盤に基礎を置いた造成工事と一体になって施設を囲い込むように、石垣型石塀・石垣は、尾根･谷に対応しながら地形に沿って、ほぼ一様な高さを保つように校地全体を囲っている。
・石塀様態変化の特異点が、「学びの場」の中核領域を示唆している。
全体として、蒲鉾型石塀の素材と工法が漸次的に変化
し、自然の領域に近づくに従って、精巧な造形から素朴でプリミティブな造形へと変化する様態変化は、人為的な造成による諸施設の領域と、地形に沿う最小限の境界を形成する自然地形の領域とを緩やかに繋ぎ、東西の施設配置（聖廟および学房）にも符号するものでもあった。閑谷学校の環境を整える石積みの技術は、閑谷における「学びの場」形成の契機でもあったと言えよう。

図 16

次稿では、閑谷学校の校地を分節するように配された水路などの水利遺構に注目して、閑谷学校の場所形成契機について、考察を進めたい。

図版出典。

図 1～16

筆者、研究協力者作成。

謝辞：本研究は、（公財）ウエスコ学術振興財団の助成を受けて実施いたしました。ここに記して感謝申し上げます。
以上、2023 年度⽇本建築学会中国⽀部研究報告集に掲載したものを成果報告とさせていただきます。

石塀・石垣の様態変化- 120 -

水を溶媒としたハロゲンフリーで低環境負荷な難燃性リグノセルロースナノファイバーの開発
岡山理科大学 理学部化学科
大坂 昇
リグノセルロースナノファイバー（LCNF）を、難燃性は高いが環境負荷も高いハロゲン元素を用いずに窒素とリンからなるハロゲンフリーな難燃元素のみで難燃化させることを行なった。前年度は窒素を含んだ難燃分
子としてメラミンを Mannich 反応で LCNF に結合させていた。限界酸素指数は 26 と自己消火性の基準に達する
程度で期待した難燃性を実現できていなかった。本課題ではメラミンの代わりに 2 級アミンではあるが水への溶解度が高い 3,5-diamino-1,2,4-triazole を用いることで従来よりも 10 倍程度窒素とリンの修飾量を増やす
ことに成功した。また、メラミンを用いた際と同様の Mannich 反応で LCNF に結合できたことで水溶媒のみを用いた環境負荷の低い反応プロセスで実施することができた。その結果、簡単な燃焼実験では着火後瞬時に消化するなど臭素を用いた際と同等程度の高い難燃挙動を得ることができた。また、ポリ乳酸との複合化を行うと、延焼の抑制や燃焼物の滴下が起きないなど優れた難燃性を示すことができた。
はじめにセルロースナノファイバー（CNF）は植物をナノメ

ハロゲン元素を用いた難燃剤は規制または使用禁止

ートル単位までの直径に解きほぐした繊維状のセルされており、ハロゲン元素を含まないノンハロゲン

ロース集合体である。剛直な結晶部を多大に含むた系難燃剤の開発が喫緊の課題となっている。

めに鋼鉄の 1/5 の軽さで 5 倍以上の優れた強度をも昨年度実施した課題では LCNF にメラミンとポリつ。特に、日本の豊富な森林資源の有効な利活用技

リン酸を結合させた臭素を用いないハロゲンフリー

術になり得ると期待され、近年はバイオマス繊維のな LCNF（MCNF）を作製し、環境負荷の低い難燃性 LCNF

代表例として多くの注目を集めている。しかし、CNF（PMLCNF）を開発することを行なった。PMLCNF の限はセルロースで形成されていることから易燃性であ

界酸素指数は 26 と自己消火性の基準に達する程度る欠点をもつ。

であった。一方、PMLCNF を水性ウレタンに添加する

CNF の表面にリグニンを含んだリグノ CNF（LCNF）と力学物性が向上することが明らかにされたが、コは、CNF と同様の優れた性質を示す。一方で、製造ーンカロリメーターから得られた総発熱量はほとん

工程の少なさのために CNF よりもコストパフォーマ

ど減少しなかった。PMLCNF の元素分析の結果から、ンスに優れており、また、リグニンの芳香環により窒素とリンの含有量が少ないために期待していた難豊富な反応性を示す。本代表者らは難燃元素として燃性が発揮できなかったものと考えられる。

リンと窒素だけでなく、臭素を多く含んだ高い難燃

本課題では、水への溶解度が低いメラミンの代わ性を示す難燃剤を合成し、それを LCNF 表面のリグ

りに、2 級アミンであるが水への溶解度が高い 3,5-ニンに結合させた難燃化 LCNF（FRLCNF）を開発した。

diamino-1,2,4-triazole（DAT）を用いて LCNF に結FRLCNF は限界酸素指数（LOI=46）を達成し、高い難合させて窒素とリンの含有量を増加させることで燃性を示した[1]。また、LCNF が本来もつ高い弾性

LCNF の難燃性の向上を試みた。

率が寄与することで、水性塗料と複合化した際には試料と実験操作

難燃性だけでなく力学物性も向上させることができ

酸性条件下での Mannich 反応により DAT を化学修た。 しかし、臭素などのハロゲン元素は高い難燃性

飾した LCNF（DLCNF）を作製した。その後、90 ℃のを示す一方で、燃焼時のダイオキシンの発生やリサ

水中で polyphosphoric acid（PPA）を加え攪拌し、

イクル時の有機汚染物質の残留が問題となる。近年

PPA とイオン結合した DLCNF（PDLCNF）を作製した。

- 121 -

LCNF

Abs/a.u.

MLCNF
PMLCNF
ring str. + NH2 str.
NH bend.
O-H str.

NH2 rock.

PDLCNF

P=O str.

PDLCNF 作製の反応スキーム

P-OH str.

想定する反応スキームは上記の通りである。反応は

1600

1400

DLCNF

1200

1000

P-O-P bend.

800

600

400

-1

すべて水溶媒で行うことができた。また、対照サン

Wavenumber/cm

プルとして melamine を化学修飾した LCNF（MLCNF）

図 2 FTIR/ATR 結果とPPA を加え攪拌し、
PPA が結合したMLCNF（PMLCNF）

mmol/g 添加時に得られた難燃化 LCNF についての結を同様の手法にて作製した。生成物は FT-IR/ATR、果を記す。

元素分析を用いて化学修飾を確認したのち、溶媒キ

FTIR/ATR を用いて難燃分子の修飾を確認した結ャストによりフィルムを作製し燃焼試験を行った。

果を図 2 に示す。MLCNF および PMLCNF ではメラミン

また、凍結乾燥したサンプルで FE-SEM を用いて物

およびポリリン酸に由来するスペクトルはほとんど性を評価した。また、ポリ乳酸（PLA）と溶融混練に観測できなかった。一方、DLCNF および PDLCNF ではより複合化フィルムを作製し、引張試験と燃焼試験

DAT の-NH2 基に由来するスペクトルとポリリン酸のを実施した。

-P=O 基の振動に由来するスペクトルを明瞭に観察結果と考察することができた。これらの結果は収量の増加が

DLCNF と MLCNF の DAT およびメラミンに対してプ
ロットした収量の変化を図 1 に示す。MLCNF ではメ

DAT の修飾量の増加と関係していることを示唆している。

ラミンの添加量が増加しても収量は増加しなかった。

C

H

N

P

一方、DAT を用いて Mannich 反応を行なった場合で

LCNF

48.3

6.38

-

-

は DAT の添加量に比例して反応後の収量が増加した。

MLCNF

48.3

6.17

1.91

-

収量の増加量で見ると 15 mmol/g 添加時には DLCNF

PMLCNF

48.3

6.24

2.26

0.49

では MLCNF と比べて 10 倍以上の収量を得ることに

DLCNF

38.2

5.70

32.3

-

PDLCNF

32.8

5.30

21.8

6.31

成功した。これらは LCNF に結合した窒素含有の難反応後の収量 (g/g)

燃分子が増加したことを示唆している。以下では 15

表 1 元素分析の結果

窒素およびリン元素の修飾量を定量化するために

3.0

難燃化 LCNF の元素分析を行なった結果を表 1 に示PDLCNF

2.5

す。MLCNF および PMLCNF では窒素およびリンの修飾
量は数%以下と非常に低い値となっていた。一方、

2.0

X1 0 倍向上

DLCNF では窒素の修飾量が約 30 %と MLCNF と比べて10 倍以上の高い修飾量を達成することができた。ま1.5

た、PDLCNF でも PMLCNF と比べてリンの修飾量が 10

PMLCNF
1.0
0

2

4

6

8

10

12

14

倍以上増加していることが確認できた。

16

さらに、難燃化による繊維形態の変化を観察する

メラミン or DATの添加量 (mmol/g)

ために FE-SEM 観察を行なった結果を図 3 に示す。

図 1 メラミン or DAT と難燃化 LCNF の収量の関係

LCNF と比べると難燃化 LCNF では繊維または難燃分- 122 -

れる。PDLCNF では重量の減少がさらに抑制されていDPPLCNF

る。これは窒素の吸熱分解に加え、リンが炭化層を形成することで酸素や熱源の遮断が起きたためだと考えられる。

図 3 SEM 画像

子の凝集、難燃分子の修飾による繊維径の厚化が観最後に、PDLCNF を溶融混練により PLA に複合化測された。しかし、PMLCNF と比べると PDLCNF では（10 wt%）した際の燃焼挙動の結果を図 6 に示す。

凝集の程度が小さいことが明らかにされた。

PLA 単体では着火後速やかに延焼し、フィルム全体

難燃性を評価するために燃焼試験を実施した結果が燃焼したのち滴下した。一方、PLA/PDLCNF フィルを図 4 に示す。LCNF では着火直後に延焼し、LCNF のムでは着火後フィルム全体に延焼するが、消火し、フィルムは全焼した。一方、PMLCNF では LCNF と比滴下が起こらなかった。これはリンによる炭化層のべると延焼の速度は緩やかであったが、PMLCNF のフ形成が起こったためだと考えられる。
PLA

ィルムは全焼した。一方、PDLCNF では着火開始から
25 秒経過後もフィルム全体に延焼することはなかった。その後、火器からの火を止めるとフィルムは速やかに自己消化した。これらの PDLCNF における

0s

大幅な難燃性の向上の結果は、PDLCNF における大幅

1s

3s

4s

10s

PLA/PDLCNF

な難燃元素（窒素とリン）の修飾量の増加を反映していると考えられる。
LCNF

DLCNF

PDLCNF0s

図 6 PLA/PDLCNF 複合化フィルムの燃焼挙動

まとめ8s

DAT を用いた LCNF との Mannich 反応により窒素の

10s

25s

修飾量がメラミンを用いた先行研究と比べて 10 倍

図 4 難燃化 LCNF の燃焼試験

以上増加することが明らかにされた。また、ポリリ

DAT を用いた LCNF の難燃化機構を理解するため

ン酸の修飾量も 10 倍以上増加した。これらの大幅に、空気雰囲気下にて TG 測定を行なった結果を図 5な難燃元素の修飾量の増加は難燃性の向上にも大きに示す。LCNF と比べると DAT を結合させた DLCNF でく寄与し速やかな自己消火を実現することができた。

300 ℃以上での重量の減少が抑制されている。これ

以上の結果より、臭素を用いないハロゲンフリーでは窒素の吸熱分解による燃焼抑制の効果だと考えら

環境負荷が低いが高い難燃性を示す LCNF を作製することができた。この手法は水溶媒のみを用いるた

Weight loss / %

100
80

LCNF
DLCNF
PDLCNF

め作製プロセスの面でも環境負荷が低い。さらに、
まだ予備検討の段階であるが PLA との複合化で延焼や燃焼物の滴下を抑制することができた。

60

参考文献

40

[1] F. Ono, et al., RSC Adv. 12, 3300 (2022).

20

謝辞

0

本研究を遂行するにあたり多大なご支援をいただ

100 200 300 400 500 600
Temperature / ºC

いた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心より感謝を申し上げます。

図 5 DAT を用いた難燃化 LCNF の TG 曲線- 123 -

間期細胞核における DNA トポイソメラーゼ IIαとβの核⼩体-核質間シャトリングの分⼦メカニズムの解析
岡⼭理科⼤学 ⽣命科学部 ⽣物科学科
河野 真⼆
本研究では，DNA トポイソメラーゼ IIβ（Top2B）に相互作⽤する RNA を，近位依存性ビオチン化タグの１つである APEX2（アスコルビン酸ペルオキシダーゼ）を利⽤した網羅的解析により同定することを試みた。まず，APEX2 タグ依存的なビオチン化が⽣じるか解析した。ウェスタンブロッティングと RNA ドットブロット
により，APEX2 タグ依存的なタンパク質と RNA のビオチン化が⽣じることが⽰された。次に，試験管内でビオチン化した RNA を使って，ビオチン化 RNA の精製⽅法について検討した後，APEX2-Top2B によってビオチン化された RNA を解析した。その結果，Firre や Xist などのクロマチンに相互作⽤するノンコーディング
RNA や snoRNA などが同定された。興味深いことに，細胞核内に存在する⾮膜構造オルガネラ（核内ボディ）のカハールボディや PML ボディ，核スペックル，パラスペックルの主要構成因⼦として報告されている RNAも同定された。今回同定された RNA 分⼦や，核内ボディと Top2B の関わりについて解析をすすめるとともに，α（Top2A）について同様の解析を⾏い，Top2A と B の細胞核内動態制御のメカニズムを明らかにしたい。

1．はじめに⼩体と核質への区画化と，酵素活性を調節する機能

II 型の DNA トポイソメラーゼ（Top2）は，⼆重を担っていることが考えられた。本研究では，近位鎖 DNA の切断と再結合を触媒する酵素で，ゲノム依存性ビオチン化酵素タグの１つである APEX2（アDNA 上に⽣じた DNA のねじれやよじれ，DNA ど

スコルビン酸ペルオキシダーゼ）
タグを利⽤して（⽂

うしの絡まりを解消する。脊椎動物の Top2 は，α献６），Top2B に相互作⽤する RNA の網羅的な解析（Top2A）とβ（Top2B）の 2 種類のアイソザイムを試みた。

をもつ。間期の細胞核内において Top2A と B は，ともに核⼩体と核質の間を絶えずシャトリングして２．結果と考察いる。我々はこれまでに，Top2A と B の核⼩体局在（１）APEX2 タグによるビオチン化反応

が RNA や RNA 結合タンパク質との相互作⽤による

APEX2 タグを融合した Top2B を HEK293 細胞に酵素活性と密接に関わっていることを明らかにして発現させた後，0.5 mM のビオチンチラミドを含む

きた（⽂献１-4）。しかしながら，Top2A と B が核培養液に交換し，30 分間 CO2 インキュベーター内

⼩体と核質の間をシャトリングする⽣物学的意義や，で培養した。エトポシドは，25 分経過した後に培養

その分⼦メカニズムは不明である。

⽫を⼀旦取り出し，200 µM の濃度になるように加近年，核⼩体のように，膜構造を持たず，RNA とえた。培養⽫を取り出してすぐに，1 mM の濃度にタンパク質を主要な構成因⼦とする構造体は，相分なるよう過酸化⽔素を加え，室温にて 1 分間，ビオ

離とよばれる物理現象によって形成されることが明

チン化反応を⾏った。培養液をアスコルビン酸とトらかになってきた（⽂献 5）。このような構造体は，

ロロックスを含んだ PBS に置き換えて反応を停⽌混み合った細胞内で特定の分⼦を集めることで，⽣した後，全細胞抽出液と，total RNA をそれぞれ調

化学的な反応を促進したり，因⼦を隔離したりして製した。タンパク質ビオチン化の程度について，ウいると考えられている。このことから，Top2A と Bェスタンブロッティングで解析したところ，過酸化に相互作⽤する RNA や RNA 結合タンパク質が，核⽔素添加の有無で検出されるバンドの数や濃さに明- 124 -

確な違いが認められた。RNA のビオチン化について

４．謝辞

RNA ドットブロットで解析したところ，過酸化⽔素の添加によって明瞭なシグナルが得られた。

本研究を遂⾏するにあたり、多⼤なご⽀援をいた
だいた公益財団法⼈ウエスコ学術振興財団に⼼から感謝申し上げます。

（２）ビオチン化 RNA の精製
まず，試験管内でビオチン化した HEK293 細胞由来の total RNA を使⽤した。実験⽅法は，Fazal ら

５．参考⽂献1.

Yasuda K., et al. Regulation of catalyticの⽅法に従った（⽂献 6）。RNA ドットブロットに

activity and nucleolar localization of rat DNA

より，精製した RNA にシグナルが検出されたこと

topoisomerase IIα through its C-terminal

から，Fazal らの⽅法でビオチン化 RNA の濃縮と溶

domain. Genes & Genetic Systems, 2020, 95,出が可能であることが分かった。次に，APEX2-

291-302.

Top2B を発現させた HEK293 細胞から調製した

2.

Kawano S., et al. DNA binding activity of thetotal RNA を使⽤して，同様に RNA を精製した。得proximal C-terminal domain of rat DNA

られた RNA を定量したところ，40 µg の Input に

topoisomerase IIβ is involved in ICRF-193-

対し，160 ng 程度の RNA を得ることができた。

induced closed-clamp formation. PLOS ONE,
2020, 15, e0239466.
3.

（３）RNA の解析

Onoda A., et al. Nuclear dynamics of
topoisomerase IIβ reflects its catalytic

得られたビオチン化 RNA の塩基配列を解析した
ところ，コーディング RNA やノンコーディング

activity that is regulated by binding of RNA toRNA（ncRNA）など，種々の RNA が同定された。

the C-terminal domain. Nucleic Acids

コーディング RNA に⽐べ，ncRNA の占める割合がResearch, 2014, 42, 9005-9020.

⼤きいという特徴が認められた。また，同定された

4.

Kawano S., et al. Regulation of DNA

ncRNA に，Firre や Xist などのクロマチンと相互作

topoisomerase IIβ through RNA-dependent

⽤する RNA や，
核⼩体に局在する snoRNA に加え，

association with heterogeneous nuclear

興味深いことに，核内ボディである PML ボディや

ribonucleoprotein U (hnRNP U). The Journal

カハールボディ，核スペックル，パラスペックルをof Biological Chemistry, 2010, 285, 26451-

構成する ncRNA がいくつか同定された。

26460.
5.

Banani S.F., et al. Biomolecular condensates:organizers of cellular biochemistry. Nature

３．まとめ

Reviews Molecular Cell Biology, 2017, 18,

本研究の結果から，Top2B と相互作⽤する RNA

285-298.

分⼦の候補がいくつか同定され，また，核⼩体以外の核内ボディとも Top2B が相互作⽤している可能

6.

Fazal, F. M., et al. Atlas of Subcellular RNA

性が新たに⽰唆された。これらの核内ボディに共通

Localization Revealed by APEX-Seq. Cell,

する特徴として，遺伝⼦の発現制御に関わっている

2019, 178, 473-490.

こと，複数のクロマチンを束ねるハブとしての機能

7.

Hirose, T., et al. A guide to membranelessを有することがあげられる（⽂献 7）。Top2B は，こorganelles and their various roles in gene

れら核⼩体を含む核内ボディの間をシャトリングし

regulation. Nature Reviews Molecular Cell

ながら，クロマチン構造の形成や遺伝⼦発現の制御

Biology, 2023, 24, 288‒304.

に関わっていることが考えられる。

- 125 -

新規の膵 B 細胞再生モデルマウスの開発
岡山理科大学理学部臨床生命科学科
木場崇剛（概要）近年，無限の増殖能と全身の細胞種への多分化能を有する iPS 細胞から作製される膵細胞を移植することによって，糖尿病の根治を図る再生医療の開発が世界中で研究されているが、ヒト体内の膵島とまったく同等の機能を有するという段階とまでは行っていない。 また、ある種の薬剤で膵 B 細胞の再生・増殖を試みようとする報告もあるが、これらの薬剤は膵臓以外の臓器にも影響をもたすために、ヒト膵 B
細胞に直接的に送達する必要があるが、その方法は未だない。本研究の目的はこれまで検討されていない
新規の膵 B 細胞再生モデルマウスの作成を開発するものである。

（本文）（PI3K）経路に必須であり、さらに、PI3K 経路はイ

本年は、ウエスコ学術振興財団の研究資金助成金

ンスリンに応答して活性化される重要なシグナル伝により、インスリンシグナル伝達を阻害するホスホ

達ネットワークであるため、その調節異常はインス

イノシチド 3 キナーゼ（PI3K）経路に必須な PTEN

リンシグナル伝達とグルコースホメオスタシスの調遺伝子導入によるインスリン遺伝子の発現の変化お節に関係している

よびインスリン産生腫瘍におけるDAXX遺伝子の変異を検討した。

今回、ラットインスリノーマ細胞株におけるPTEN 遺伝子導入によるインスリン遺伝子の変化を検討した。

I. ラットインスリノーマ細胞株における PTEN 遺PTEN 遺伝子導入１日後にインスリノーマ細胞株

伝子導入によるインスリン遺伝子の変化 (Actaの PTEN mRNA 発現量は、投与前の発現量の約 24

Endocrinol (Buchar) 2023; 19(3): 277-280)倍に上昇した（Figure 1A）。また。PTEN タンパク質は約 3 倍増加した(Figure 1B）。

ラットでは、インスリンをコードする 2 つの遺伝

この時、Ins2 遺伝子の発現は、PTEN 投与前の約子、インスリン 1（Ins1）とインスリン 2（Ins2）が3 倍の上昇がみられたが (Figure 1D)、Ins1 遺伝子

第 1 染色体上に存在する。Ins1 は Ins2 の転写産物の発現に変化は認められなかった(Figure 1C)。

から作られ、いくつかの構造的特徴解析によると、

インスリンは受容体の自己リン酸化を引き起こし、RNA を介した重複-転位イベントによってゲノムにそれが受容体固有のチロシンキナーゼ活性を引き起挿入されたものと考えられている。

こす。この過程は、IRS-1 や IRS-2 を含むいくつか

PTEN は、腫瘍の発生を阻止するために細胞の生のタンパク質や細胞の基質をリン酸化する。マイク

存、増殖、成⾧を制御する。PTEN はインスリンシ

ロアレイ解析の結果、IRS-2 は PTEN の存在下で増グナル伝達を阻害するホスホイノシチド 3 キナーゼ

加することが以前に示されている。

- 126 -

発現が、インスリン／IGF-1 受容体を介して IRS-2に対するリン酸化遺伝子の一つである Ins-2 遺伝子の発現上昇を誘発する可能性が明らかになった（Figure 2）。
また、今回の研究では、PTEN の過剰発現は Ins2遺伝子の mRNA 発現を上昇させたが、Ins1 遺伝子の発現は上昇させなかった。Ins1 と Ins2 はプロモ
ーターエレメント、発現パターン、インプリンティ
ングの状態において互いに異なっている。最近の著者の研究結果では、インスリノーマ細胞株で Pdx-1
遺伝子を過剰発現させると、Ins1 遺伝子の mRNA 発
現は上昇するが、Ins2 遺伝子の発現は上昇しないことを報告し（Acta Endocrinol (Buchar). 2022;18(2):164167）。したがって、状況に応じてインスリン 1 ペプ
チドとインスリン 2 ペプチドの発現レベルが変化する可能性があり、PTEN 遺伝子はインスリン製造時の Ins1 遺伝子と Ins2 遺伝子の発現において、それぞれ異なる機能を持っている可能性が考えられた。

Figure 2. 細胞内および細胞外における Ins2、IRS2、
PTEN の関係
II.ラットインスリノ―マ細胞株における DAXX 遺伝子の変異 (OBM Genetics 2024; 8(1): 223)
Figure 1.ラットインスリノーマ細胞株に PTEN 遺伝子を導入した時のインスリン遺伝子の変化

インスリノーマ細胞株で観察される優勢な変異の一つにデスドメイン関連蛋白遺伝子（DAXX）がある。

そのため、今回の研究成果により、PTEN は IRS-

今回、これまで報告されていない新しい遺伝子変

2 mRNA の量を増加させ、IRS-2 が翻訳後に変化す

異 (c. A1459G (p.T487A) in Exon 5) を発見したるのを防ぐという経路を通して、インスリンシグナ(Figure 3)。

ル伝達を制御していると考えられた。PTEN の過剰- 127 -

Figure 3. ラット細胞株においてインスリン産生を増強すると推測される DAXX 遺伝子の変異
最近の報告では、DAXX 遺伝子の変異がテロメアの⾧さに影響を与えることが、様々な腫瘍の包括的ゲノム解析によって示されている。この遺伝子は通常テロメア非依存的なテロメア維持機構を抑制する
タンパク質をコードしている。今回の解析の結果、
DAXX の切断型が発現している腫瘍では、完全⾧のタンパク質を発現している腫瘍よりもテロメア、DNA の量が多かったことから、DAXX の切断型変異が癌におけるテロメア維持を促進する可能性が示唆されている。これと一致して、DAXX 遺伝子の変異を保有する固形癌患者にテロメア維持阻害剤である
Tuvusertib（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）を投与する第 I 相試験が報告されている。
本研究結果により、DAXX の遺伝子変化がラット
細胞株においてインスリン産生を増強させる可能性が示唆された。
文献
1.

Kiba T. Overexpression of PTEN gene increases
Ins2 mRNA expression , not Ins1 gene mRNA
expression in insulinoma cell line Rin-5F. Acta
Endocrinol (Buchar) 2023; 19(3): 277-280.

2.

Kiba T. X ray-induced insulinoma cell line Rin-5F
has a novel mutation site, C.A1459G. (P.T487A), in
death domain associated protein (DAXX) gene.
OBM Genetics 2024; 8(1): 223.

- 128 -

熱間加工を利用した傾斜機能性材料の開発
岡山理科大学工学部機械システム工学科
竹村 明洋
傾斜機能材料はスペースプレーン構想用に考案された新しい耐熱材料である．耐熱性に限らず，一体の材料
中でも機能が連続的に変化する材料も傾斜機能材料に分類され始めた．塑性加工の一種であるショットピーニ
ングを加熱材に対して施すことにより，ショットグリッド成分が加工面に拡散することを報告した 1)．これは塑性加工面の化学組成を局所的に制御することができる可能性を示唆している．しかし，加熱材にショットする
ため塑性加工にひずみが緩和される懸念がある．そこで，加熱材にショットピーニングした材料加工部におけるショットグリッド成分拡散相の形成状況，および硬度や残留応力等の機械的性質変化について検討した．熱間ショットピーニングした材料表面では加工面近傍において結晶粒が極細粒に微細化した．さらに，加工硬化が確認された．また，圧縮残留応力が導入された．加工硬化量や増加した圧縮残留応力は従来に行われている
常温におけるショットピーニングよりも高くなった．これらは高温域の加熱材に対してショットすることによる動的再結晶の発生や，温間から低温域における塑性加工により高いひずみが導入されたためと考える．

1．緒 言
スペースプレーン構想用に考案された材料に傾斜
機能材料がある

2,3)

ットグリッドを用いて熱間ショットした場合，ショ．傾斜機能材料は一体の材料中でットグリッドの成分が被加工面近傍に拡散すること

連続的に熱膨張係数を変化させることで高い耐熱性を見出した 1)．金属材料の機械的性質および化学的を有した材料である。さらに熱膨張係数だけに限定な性質を変化させる最も支配的な手法は成分系を変することなく，一体材料中で機能を連続的または段化させることによる．熱間ショットによるショット

階的に変化させた材料を称するようになった．性質

グリッド拡散相の形成を利用して，被加工面近傍を変化は機械的性質も含まれ，塑性加工を利用して金

局所的に成分制御することができれば，傾斜機能材

属材料表面の結晶構造を制御することによる傾斜機

料の開発手法として非常に有用性が高い期待がある．

能材料開発手法に関する研究報告もされている 4)．

他方，これまでに報告されたものは主に被加工材で塑性加工の代表的な手法にショットピーニング

ある鉄鋼材料に対して，同等かより高硬度な鋳鋼等（以下，ショットと略称）がある．ショットとはシがショットグリッドに用いられている．被加工材とョットグリッドと呼ばれる無数の小球を空気圧もし異なるショットグリッドを利用した場合，加工度のくは遠心力を利用して打ち出し，対象物に繰り返し

不足と高温域の熱的影響を受けて機械的性質への影

5)

衝突させる塑性加工方法である ．材料表面の表面響が緩和される懸念もある．

性状制御，加工硬化，疲労強度上昇の目的で航空機
用タービン等，広い用途で使用されている

6-8)

そこで本研究では，被加工材と異種材料のショッ．ショ

トグリッドを用いて熱間ショットした際の，ショッットは通常は常温で行われるが，150 ～300 oC の温トグリッド拡散相の形成状況，および金属組織への度帯で行われる温間ショットにより，ショット効果

影響，加工硬化等機械的性質への影響について検討が向上される手法もある。さらに，近年では温間帯を行った．

よりも高温な熱間でショットすることによる金属組
織制御に関する報告もされている 9)．

2．実験方法

これまでの研究で，被加工材と異なる成分のショ- 129 -

被加工材である供試鋼には汎用されている一般構Table 1 Parameters of shot peening.

造用圧延鋼材である SS400 を使用した。15 mmh×20
mmW×20mmL の角形試験片を放電加工機により切り出した。作製した角形試験片に対して常温ショットと熱間ショットを行った。Table1 に本研究で行ったショット条件を示す．ショット粒には被加工材と異種材料であり，これまでの研究でショットグリッドとして利用した際にショットグリッド拡散相を形成した実績のある Ni を採用した．粒径は約 1.0 mm となるようにワイヤーをカットしたものを採用した．
ショット時間は 60 s，ノズルと試験片の距離は 90
mm とした．ショットの加工度は打ち付ける時の速度

Fig. 1 Thermal histories of shot peening.

に依存する．発射速度を変化させる目的でショット

ルが生成していた．常温ショットでは，試験片表面

発射空気圧を 0.35 ，0.50 ，0.65 MPa の 3 条件との黒皮スケールが僅かに残存したが，ショットによした．Fig.1 に常温および熱間からショットを行っる加工痕が確認された．熱間ショットでは，試験片た際の熱履歴を示す．熱間ショットは 1100 oC に均

表面の黒皮スケールがほぼ除去され，母相の金属光

熱した電気炉に試験片を投入し，5 min 加熱後，シ
ョット台に移設した後ショットした。

沢とショットによる加工痕が確認できる表面状況だった．

ショット後の試験片の外観を実体顕微鏡で観察しFig.3 に常温および熱間ショットを行った試験

た．さらに，ショット面の残留応力を X 線応力解析

片のショット断面の金属組織観察結果を示す．金属装置により測定した．ショット面が断面になるよう組織は常温および熱間ショットに関係なく，一般的に試験片を切断し，樹脂埋め込み後，耐水研磨紙とな SS400 の金属組織である白色を呈するフェライト

アルミナ懸濁液により鏡面仕上げ研磨と腐食を行って金属組織を顕在化させた．顕在化させた金属組織
を光学顕微鏡により観察した．さらに，ショット面
近傍から母相内部にかけてマイクロビッカース硬度計により硬度試験を行った．硬度試験は圧子荷重
0.3 kgf でショット面から 1.0 mm の範囲で実施し組織と黒色を呈するパーライトの二相組織だった．
常温ショットした試験片ではショット発射空気圧に関係なく，ショット面で結晶粒の微細化は確認されなかった．他方，熱間ショットした試験片ではショットショット発射空気圧に関係なく，全ての条件で測定が不可能なほど結晶粒が微細化していた．

た．また，ショット面のショットグリッド成分拡散
相の形成状況を確認する目的で FE-SEM による観察，
および EDX 分析を行った．FE-SEM の観察条件は加速
電圧 20 kV，作動距離 8.0 mm とした．さらに，コロ
イダルシリカにより化学研磨後，EBSD 分析を行った．

Fig.4 にショット面から母相内部にかけて 1.0mmの範囲で硬度試験を行った結果を示す．縦軸がビッ
カース硬度(HV)，横軸が試験片表面もしくはショッ
ト面から内部方向への深さ(mm)を示している．無処理の試験片では試験片表面から内部にかけて約 140
HV 程度で硬度の変化は確認されなかった．常温ショ3．実験結果ットした試験片では，ショット面から約 0.1 mm のFig.2 にショット後試験片の外観を示す．試験片に供した SS400 は受入時には材料表面に黒皮スケー

範囲で加工硬化が確認された．さらに，熱間ショットした試験片では，ショット面から約 0.25 mm の範- 130 -

hot shot peening

shot peening

hot shot peening

0.65 MPa0.65 MPa0.50 MPa0.50 MPa0.35 MPa0.35 MPashot peening

10 mmFig. 3 Optical microstructures of shot peened surface
cross-section.

5 mm

300

Fig. 2 Appearance of shot peened specimens.
囲で加工硬化が確認された．常温ショットよりも熱間ショットで加工硬化量が高かった．
Fig.5 にショット面の残留応力測定結果を示す．
縦軸が残留応力(MPa)を示しており，0 をしきい値とVickers hardness (HV)250

hot shot peening

200
150
100

して，正の値が引張残留応力，負の値が圧縮残留応

50

力を示している．無処理の試験片表面では引張残留

0shot peening0

応力を示した．他方，ショットした試験片では常温400されていた．常温ショットより，熱間ショットの方300が高い圧縮残留応力だった．しかし，ショット発射200

および EDX 分析結果を示す．熱間ショットした試験
片では全てのショット発射空気圧でショットグリッ
ドの成分である Ni がショット面近傍で確認された．
さらに，ショットグリッド成分拡散相はショット発

Residual Stress (MPa)
Comp.
Tens.

圧に関係なく，全ての試験片で圧縮残留応力が導入

Fig.6 に熱間ショットした試験片の FE-SEM 観察

0.2
0.4
0.6
0.8
Distance from shot peened suface (mm)1Fig. 4 Results of hardness measurements.

ショットと熱間ショット，およびショット発射空気

空気圧による圧縮残留応力の影響は少なかった．

bare
0.35 MPa0.50 MPa0.65 MPashot peening
hot shot peening

100
0

-100
-200
-300
-400
bare

0.35

0.50
0.65
0.35
0.50
Shot injection pressure (MPa)0.65

Fig. 5 Results of residual stress measurements.

射空気圧の増加に伴い，拡大していた．

- 131 -

Fig. 6 FE-SEM observation and EDX analysis results of hot shot peened cross-section.
Fig.7 に熱間ショットした試験片の SEM 観察およ却速度を確認する目的で熱間ショット時の試験片温び EBSD 分析結果を示す．ショットの影響が無い材

度を測定した．Fig.8 に熱間ショット時の試験片の料内部では塑性変形やひずみは確認できなかった。

温度変化を測定した結果を示す．試験片を炉からシ結晶粒も粗大な結晶粒径だった．他方，ショット面

ョット台に移設した時の温度は約 950 oC だった．そでは非常に微細化した結晶粒が確認された．ショッの後，試験片温度は低下し，試験片温度はショット

トによる塑性変形の影響により，各々の結晶粒は開始後 10 s で約 750 oC，30 s で約 550 oC，60 s で様々な方位を有していた．さらに，ショット面近傍

約 250 oC だった．ショット発射空気圧による試験片では黒色を呈する未検出領域が確認された．この黒の冷却速度には同程度だった．

色を呈する未検出領域はショット発射空気圧の増加に伴い，拡大していた．

4．考 察

本研究における熱間ショットは被加工材である試

熱間ショットにより材料表面で高い加工硬化と圧o

験片を電気炉内で 1100 C まで加熱した後に取り出

縮残留応力の導入が可能であることを見出した．こし，ショット台に移設した後，ショットを開始する

れは熱間ショット工程が熱間加工と冷間加工を両立手法で行った．ショットグリッドは圧縮空気によりしているためと考えた．ショット開始時の熱間で加打ち出されるため，吹き付け空気により試験片温度

工と熱処理による動的再結晶で結晶粒が微細化したが低下する．ショット発射空気圧による試験片の冷と考える。更に，ショットの継続により試験片温度- 132 -

SEM image

IPF map

0.35 MPa1000

0.65 MPa

matrixTemperature (oC)

800

600
400
200

0
0

20
40
shot peening time (s)60Fig. 8 Measurement results of specimen temperatureduring hot shot peening.
𝑄

D = 𝐷0 𝑒𝑥𝑝 (− 𝑅𝑇) ・・・(1)matrix

ここで，D は拡散係数(m2/s)，D0 は振動数因子，Q は活性化エネルギー(J/mol)，R は気体定数(J/mol･K)，
T は絶対温度(K)を表している 10)．ショット工程においてショットグリッドが繰り返し衝突するため，ショットグリッドとショット面は模擬的な連続接触状態となると考える．拡散の大きい熱間域でのショッmatrix

トによりショットグリッド成分が加工面に拡散したと考える．さらに，ショット発射空気圧の増加により，ショットグリッド拡散相が拡大した．鉄鋼中に0.65 MPa

cross-section of shot peened surface
0.50 MPa0.35 MPa-20拡散する Ni は置換型固溶体となる．ショットにより導入される転位や格子ひずみ，結晶粒微細化により増加した結晶粒界が高速拡散路として作用するこ

matrix[111]とで母相内部中への拡散が助長されると考えた．シ

10 mm

ョット発射空気圧の増加に伴い，ひずみが増加する
ことで拡散が助長されたと考えた．
[001]

EBSD 分析結果より，黒色を呈する未検出領域が確[101]認された．この黒色と呈する未検出領域はショット

Fig. 7 SEM observation and EBSD analysis results of
hot shot peened specimens.

発射空気圧の増加に伴い拡大した．黒色を呈する未が低下する．試験片温度が低下する過程で熱間域か検出領域は結晶粒界に沿っているため，ひずみの集ら温間以下まで加工温度が低下する．温間から常温中部と考えた．熱間ショットにより結晶粒が微細化でのショットにより塑性変形が導入され，材料中にすることで増加した結晶粒界が未検出領域となった

転位や格子ひずみが導入される．動的再結晶によりと考える．さらに，黒色を呈する未検出領域は EDX

微細化した結晶粒と増加した転位や格子ひずみによ

分析結果による Ni 拡散相の範囲と相関性があった．

り高い加工硬化と圧縮残留応力が得られたと考えた．

本研究のショットグリッドに採用した Ni は材料中

また，常温ショットでは確認できなかったショッ

で面心立方構造生成元素として作用する 11-12)．ショ

トグリッド拡散相が熱間ショットにより形成した．

ットグリッド拡散相は母相と合金化して結晶構造が温度依存の拡散係数はアレニウスの式より，次の様

変化しと考えられる．このため，体心立方構造のに示される．

EBSD の分析条件と結晶構造が異なることで未検出- 133 -

参考文献

領域となったと考えられる．
以上，熱間ショットを利用することによる局所的[1] A.Takemura and Y.Tanaka: Tetsu-to-Hagané,

な材料の機械的性質制御，およびショットグリッド

102(2016), p501-506.

拡散相形成による局所的な合金化の実現を示唆した．

[2] 上村誠一，渡辺義見: 図解傾斜機能材料の基礎

つまり，本手法は新規傾斜機能材料の開発方法としと応用,コロナ社, (2014), p5-7.

て高い有用性があると考えられる．

[3] 上村誠一､野田泰稔，篠原嘉一､渡辺義見: 傾斜
機能材料の技術展開, シーエムシー出版, (2009)，

5．結 言

p4-6.

本研究では加熱した材料に対してショットピーニ[4] Motoki Terano, Fan Zhang and MasahikoProcediaEngineering,

ングを行う熱間ショットピーニングによる加工面近Yoshino:

傍の機械的性質の改善，およびショットグリッド成p1850-1855.

分拡散相の形成を示した．つまり，本手法は局所的[5] ショットピーニング技術協会: 金属疲労とショな合金化により新規傾斜機能材料開発方法への適用

ットピーニング, 大河出版, (2018), p2-4.

を示唆している．本研究により得られた成果を以下[6] 米倉大介，小茂鳥潤，清水真佐男，清水博美: 表にまとめる．

面処理, 53(2002), p214-218.

（1） 熱間ショットにより加工面近傍の結晶粒が微[7] 米倉大介，小茂鳥潤，清水真佐男，清水博美: 日

細化した．さらに，常温ショットよりも熱間ショッ

本機械学会論文集 A 編, 68(667), p509-514.

トで高い加工硬化量，加工硬化範囲の拡大，圧縮残[8] Tejas Gundgire, Suvi Santa-aho, Timo Rautio,

留応力の増加も確認された．

Antti Jarvenpaa, Minnamari Vippola: Journal of(2) 常温ショット面ではグリッド成分拡散相は確認

Materials Processing tech, 323(2024), 118229.

できなかった．他方，熱間ショット面でグリッド成[9] 原田泰典，森謙一郎，牧清二郎，中村雅勇: 日

分拡散相が確認された．このグリッド成分拡散相は

本機械学会論文集 C 編, 65(635), p2919-2924.

ショット発射空気圧の増加に伴い，拡大した．

[10] 須藤 一，田村今男，西澤泰二: 金属組織学,(3) 熱間ショットでは熱間加工による動的再結晶と

丸善, (2004), p64-68.

温間以下の塑性加工により転位や格子ひずみのよう[11] 谷野 満，鈴木 茂: 材料学シリーズ 鉄鋼材料

なひずみが増加することで機械的性質の向上効果がの科学鉄に凝縮されたテクノロジー, 内田老鶴圃,得られたと考察した．

(2001), p73-77, 102-104.

(4) 熱間ショット面の EBSD 分析結果より，黒色を[12] 長崎誠三，平林 眞: 二元合金状態図集, アグ呈する領域が確認された．これは熱間ショットによ

ネ技術センター, (2010), p151.

り増加したひずみの集中部と考えた．さらに，グリッド成分拡散相の範囲と相関性があることから，拡散したグリッド成分が母相と合金化することにより，結晶構造を変化させた領域と考えた．
謝 辞
本研究を遂行するにあたり，公益財団法人ウエスコ
学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深く感謝いたします。

- 134 -

207(2017),

免荷型空気式パワーアシスト装置を用いた歩行リハビリ支援システムと人間の動きを考慮した制御手法の開発（所 属） 岡山理科大学 情報理工学部 情報理工学科（氏 名） 横田 雅司（概要）
近年、日本は厚生労働省調査によると脳卒中などの脳血管疾患の患者数は約 112 万人と推定されており、加齢とともに罹患する者が増えているため、片麻痺患者の社会復帰を促すために身体の機能回復を図るリハビリ
テーション(以下、リハビリと称する)が必要となっている。しかし、現在のリハビリ装置には、使用場所の確保
や装着に時間がかかるなど問題がある。また、支援時に生ずる身体負担のメカニズム等をシミュレーションに
よる解析および実機実験の両側面から明らかにする点やその解析を基に歩行リハビリ支援に関する制御手法の開発はあまり行われていない。我々は、出力/重量比と安全性が高い空気圧アクチュエータを用いて脇下から支援することで身体負担を軽減する免荷型空気式パワーアシスト装置（以下、アクティブ型アシスト装置と称する）を開発し、支援手法や制御システムに関する研究を進めている。
本研究では、脇下から支援を行う免荷型パワーアシスト装置を用いたオンデマンド形態の小型歩行リハビリ
テーション支援システムと人間の動きを考慮した制御手法を開発するため、検証実験を通して片側の脇下のみの支援がもたらす左右対側筋群の影響評価を定量的に検証した。
（本文）

ブ型アシスト装置の総重量は約 5.0[kg]であるが、１．研究背景および研究目的

装置は免荷されているため、装着者の直接的な負担

近年、日本は厚生労働省調査によると脳卒中などにならない。身体との接触部は靴側面部と脇下部のの脳血管疾患の患者数は約 112 万人と推定されてみであるため、
身体への物理的拘束が少ない。
また、おり、加齢とともに罹患する者が増えていく傾向に

図 4(b)に示すように様々な環境で運用できる外部ある。そのため、脳血管疾患による片麻痺患者の社

動力をもたない免荷型パワーアシスト装置（以下、会復帰を促すために身体の機能回復を図るリハビリ

パッシブ型アシスト装置と称する）も開発した。

が必要となっている。近年、リハビリ支援装置は、本研究では、脇下から支援を行う免荷型パワーア

人手をかけずに様々な動作パターンの訓練を長時間シスト装置を用いて、身体拘束が少なく、必要な時にわたって実現できるため、十分な訓練量を確保すにだけ簡単に装着できるオンデマンド形態の小型歩るのに役立つと期待されおり、様々な企業や大学で行リハビリテーション支援システムと人間の動きを研究開発が行われている。しかし、図 1、 2 のよう考慮した制御手法を開発するため、検証実験を通しなに装置本体が大きいため、使用場所の確保や装着て片側の脇下のみの支援がもたらす左右対側筋群のに時間がかかる。また、支援時に生ずる身体負担の影響評価を定量的に検証した。

メカニズム等をシミュレーションによる解析および実機実験の両側面から明らかにする点やその解析を基に歩行リハビリ支援に関する制御手法の開発はあまり行われていない。我々は、図 3(b)に示すように
出力/重量比と安全性が高い空気圧アクチュエータを用いて脇下から支援することで身体負担を軽減するアクティブ型アシスト装置を開発した。アクティ

図１ 前方支柱式 AFO- 135 -

図 2 LOKOMAT、 Hocoma 社

2．装置の概要

バネの硬さと位置を変えることで支援位置と力の関

2.1. アクティブ型アシスト装置

係を自由に決定できる。

開発したアクティブ型免荷型パワーアシスト装置
を図 3 に示す。本装置は、装着者の片脇に取り付けて使用する。下端部は装着者の靴側面に固定され地面と接しており、上端部は装具を介して脇下部と接している。本装置は免荷されているため、装置重量が装着者の直接的な負担にならない。また、装置との接点が靴側面と脇下のみであるため、身体への物
理的拘束が少なく、Squat 法を阻害することはない。
(a) 動作支援時

本装置はピストンロッドの代わりにワイヤを用いた(b) 装置の外観

図 4 免荷型パワーアシスト装置（パッシブ型）

空気圧シリンダを用いており、シリンダ内圧力450[kPa]時に脇下に作用する力 345[N]以上が任意の姿勢において発生することを確認している。

3．検証実験
3.1. 実験内容
片側の脇下のみの支援がもたらす左右対側筋群の影響評価やパワーアシスト装置を用いた支援方法の違いによって生じる筋負担を調べ、人間の身体負担メカニズムを解明するために、図 5 に示す単純持ち上げ支援における検証実験を行った。 被験者(20 代
男性 3 人、身長：171±2[cm]、体重：53±3[kg])は各アシスト装置を用いて、図 5 に示す Squat 法による 10[kg]の重量物の持ち上げ動作を 4 回繰り返し行(a) 動作支援時(b) 装置の外観った。筋電位センサを図 6 に示すように脊柱起立筋

図 3 免荷型パワーアシスト装置（アクティブ型）(Erector spinae)、僧帽筋(Trapezius)、大腿直筋(Rectus femoris)、内側広筋(Vastus medialis)に取

2.2. パッシブ型アシスト装置り付けた。また、持ち上げ時間を正規化して評価し本研究では、外部動力をもたない免荷型パワーア

た。本研究では、アクティブ型とパッシブ型の 2 種

シスト装置も開発対象としている。開発したパッシ類の免荷型パワーアシスト装置を片脇に取り付けたブ型免荷型パワーアシスト装置(以下、
パッシブ型ア場合、さらにパッシブ型アシスト装置において片脇

シスト装置と称する) を図 4 に示す。本装置は、ア支援と図 7 に示すような両脇支援の場合と未装着のクティブ型アシスト装置と同様に装着者の片脇に取場合との比較を筋電センサ、床反力計、モーション

り付けて使用する。下端部は装着者の靴側面に揺動キャプチャシステム を用いて、計測を行い評価した。

が可能な状態で固定され地面と接しており、上端部は装具を介して脇下部と接している。本装置の総重量は約 1.8[kg] とアクティブ型アシスト装置に比べて軽量である。装着者がしゃがみこむと、上部リンクと下部リンクを繋ぐ平行リンクに取り付けた引っ張りバネが伸長され、立ち上がる際にバネの復元力により支援力を発生させる。本装置は、引っ張り- 136 -

図 5 支援動作

大幅に軽減していることも確認できる。しかし、大腿直筋の筋負担が増加している。大腿直筋は矢状方向のバランスを取る時に働く筋であるため、重量物を持って矢状方向のバランスを取りながら、身体を降ろしていることが要因と考えられる。

(a) 上半身(b) 下半身

図 6 筋電センサの取り付け位置(a) 上半身(a) 動作支援時(b) 装置の外観

図７ 免荷型パワーアシスト装置（両脇支援型）(b) 下半身
図 8 筋活動率（アクティブ型 片側支援）

3.2. 実験結果
アクティブ型およびパッシブ型アシスト装置を用いて片側支援を行った時の筋活動量を図 8、9 に示す。
持ち上げ動作における筋電積分値(IEMG)の平均値を示しており、未装着時の持ち上げ動作で計測した
IEMG の平均を 100%として正規化している。図 8、9から片脇支援時では上腿の筋負担が大幅に減少していることが確認できた。しかし、片脇支援時では左内側広筋の筋負担は減少しているが有意差が確認できなかった。これは内側広筋が左右の身体バランス(a) 上半身を取る時に働く筋であるため、被験者が片脇だけの支援に対して無意識にバランスを取ったことが原因と考えられる。パッシブ型アシスト装置を用いて両側支援を行った時の筋活動量を図 10 に示す。図 10から両脇支援時では上半身の筋負担が大幅に減少していることが確認できる。また、本装置を両脇に取り付けて持ち上げ動作を行うことで身体のバランスが安定し、左内側広筋の筋負担が大幅に減少してい(b) 下半身ることが確認できる。また、脊柱起立筋の筋負担が

図 9 筋活動率（パッシブ型 片側支援）- 137 -

本研究助成で進めた学会発表および投稿論文⚫

横田 雅司、 高岩 昌弘: 免荷型パワーアシスト装置を用いた持ち上げ支援時の身体負担
評価 -片脇支援と両脇支援との比較-、2023 年
春季フルードパワーシステム講演会⚫
(a) 上半身

横田 雅司、 高岩 昌弘: 免荷型パワーアシスト装置を用いた片脇支援時の身体負担評価、
ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2023⚫

Masashi Yokota 、 Masahiro Takaiwa : Support
Effect and Simulation Evaluation of Lifting Motion
Using Non-Wearing Type Power Assist Device、Journal of robotics and mechatronics、 Vol.35、
No.3、 pp.684-693、 (2023)(b) 下半身図 10 筋活動率（パッシブ型 両側支援）
謝辞
４．結言

本研究の遂行のために寄付を頂きました貴財団に、

本研究では、検証実験を通して片側の脇下のみの深く感謝致します。

支援がもたらす左右対側筋群の影響評価を定量的に検証した。開発した 2 種類の免荷型パワーアシスト
装置を対象に持ち上げ動作支援における検証実験を行い、単純な持ち上げ動作における筋負担を評価した。また、パッシブ型アシスト装置を両脇に取り付けた場合の支援効果を比較・検証した。
実験結果から片脇支援時では下半身の筋負担が大幅に減少されていることが示され、有効性が確認された。さらに、両脇支援時では上半身の筋負担が大幅に減少していることが示され、有効性が確認された。本装置を両脇に取り付けて持ち上げ動作を行う
ことで身体のバランスが安定し、左内側広筋の筋負担が大幅に減少していることが確認された。
今後は、免荷型パワーアシスト装置を用いて歩行などの動作支援を行ったときの装着者の身体バランスや姿勢などを計測し、それにより生じる身体負担や各種筋活動の状態について筋骨格シミュレータを用いて詳細に検証する予定である。

- 138 -

家庭で使える低コスト流体駆動ソフトメカニズムを支える流体制御機器の開発
岡山理科大学 情報理工学部 情報理工学科
赤木 徹也
空気圧駆動のソフトメカニズムは，その本質的な安全性から他動運動を加える福祉支援機器として有望なアクチュ
エータである．しかしこれらの駆動には複数の制御弁が必要であり，制御弁はシステム全体に対してサイズだけでな
くコスト面でも大きなウェイトを占める．そこで，本研究では複数のアクチュエータを駆動するためのコンパクトで低コストの制御弁として，1 つの弁で多ポートの出力を操作可能なスライドゲート機構式切替え弁を提案・試作し，伸縮湾
曲機構の駆動実験から試作弁の有効性を確認した．また，1 つの弁で多ポートの出力を切替えられ，かつ各ポートの流量調整もできる弁を実現するため，サーボ弁と切替弁の両方の機能を備えたハイブリッド型マルチポートサーボ弁を提案・試作し，球面型アクチュエータの湾曲と伸長の切替えと湾曲角の姿勢制御に適用した．その結果，目標湾曲角に応じた姿勢制御が 1 つの弁で実現できることを確認し，これら試作弁の有効性を確認した．
1．はじめにュエータを Fig.1 に示す．対象アクチュエータは，6 本

近年，高齢化社会の進行に伴う福祉支援機器として，の EFPA5)を円筒形に配置した伸縮湾曲機構である．そウェアラブルまたはアシスト空気圧駆動システムの研の構成は，自然長 200mm の EFPA6 本を，機構の軸中究が多く報告されている 1)-5)．これらの支援システムは，

心から半径 40mm で 60 度毎に配置し，それらの EFPA

複数のアクチュエータを有する場合，アクチュエータの蛇腹状スリーブを利用し，蛇腹 3 山毎に PET 製の拘の数だけ制御弁が必要となる．そのため，制御弁はシ束板で互いに拘束している．この拘束板で互いに拘束

ステム全体に対してサイズだけでなくコスト面でも大することで曲げ剛性を強化し，EFPA 単体では実現できなウェイトを占める．この制御弁のサイズおよびコス

きない押出動作や任意方向の湾曲動作を実現していトの削減には，弁開閉のための電磁駆動機器などのアる．この伸縮湾曲機構の動作原理は，常に隣り合う 3

クチュエータの数を減らすことが必要である．そこで，本もしくは 4 本の EFPA を加圧することで，機構の半複数のアクチュエータを 1 つの弁で操作できれば，大分の EFPA が伸長し，無加圧側の EFPA の方向へ湾曲

幅な省スペース化と駆動システムの低コスト化が実現する．つまり，放射状に 12 方向(30 度毎)への湾曲が可

できる．この報告では，小型かつシンプルな開閉機構能である．また，湾曲角度は印加圧力に比例するが，として，スライドゲート機構 6)を用いたマルチポート切

300kPa の印加圧力で約 90 度の湾曲角を得ることがで

換え弁の開発を検討するとともに，伸縮湾曲機構の伸きる．Table 1 に加圧 EFPA と伸縮湾曲機構の曲げ方向

縮・湾曲制御実験に用いることで，提案弁の有効性を

角度の関係を示す．表 1 に示すように，加圧 EFPA を確認したことについて述べる．

変更することで伸縮湾曲機構の曲げ方向角度が切りまた，切替だけでなく，アナログ的な流量や圧力の替わる．

調整ができればより精密な駆動を実現できる．そこで，
１つの弁で複数のポートが切替えられ，切替ポートのア
ナログ的な流量調整が可能な, 多ポート切替弁とサーボ弁を融合したハイブリッド型サーボ弁を提案・試作したことについても述べる．
２．手を添えることで他動運動を加える伸縮湾曲機構

Fig.1 Cylindrical-shaped extension/bending mechanism

開発する多ポート切替え弁で駆動する対象のアクチ

using six EFPAs 5)- 139 -

Table.1 Relation between pressurized EFPAs and

弁の弁座にしている．

bending directional angle of the robot arm

３．スライドゲート機構式切替え弁
図 2 に，試作したスライドゲート機構式切替え弁の外(a) Exploded diagram of whole valve

観を示す．試作弁は，Fig.2 右図に示すように，その部品の多くを，ABS 材料を用いた 3D プリンタで作成している．試作弁のサイズは，直径 60mm，高さ 54.4mm(手動のノブを除く)，質量は 155.4g である．

(b) Exploded diagram of gate mechanism
Fig.3 Components of the designed valve
Fig.2 Slide-gate mechanism type servo valve
次に Fig.3 に弁の構成要素を示す．試作弁の構成要素(図中の番号を参照)は，①「ノブ」，②「天板」，③「回転ディスク」，④「弁フレーム」，⑤「ゲート板」，⑥「ゲート機構」，⑦「弁台座フレーム」から構成される．また，Fig.3(b)の⑥に示す「ゲート機構」は，図 3(b)の⑧「ゲートプレート」，⑨「ダイヤフラム」，Ⓐ「ベースプレート」，Ⓐ

Fig.4 Shape of grooved flow passages on both gate and「チューブコネクタ」(㈱コガネイ，TSH4-M5M)から構成

base plates (8 and A)

され，従来と同様にボルト，ナットの締め付けによってダイヤフラムを密着させ，気密性を維持している．ここ

次に，Fig.5 に弁の動作原理を示す．図中の青丸●はで Fig.4 の⑧とⒶに示す「ゲートプレート」と「ベースプレ

給気状態，赤丸●は排気状態を示す．Fig.5 下図に示す

ート」は，円板の中心部に供給口を配置し，そこを中心

ように，回転カムに相当する回転ディスクの内側の突に放射状に 60 度毎に幅 1mm，深さ 1.5mm の短形状

起(カム)は供給ポートを操作し，外側の突起(カム)は排の溝を円板の外線部まで設け，ぞれぞれの管路に対し気ポートを開閉する役割を担っている．また，Fig.5 のて中心から半径 7mm と半径 16mm の位置に供給用と

左図のように初期状態ではポート①～④は回転ディス

排気用のゲート用の穴を設けている．Fig.4Ⓐの「ベーク外側の突起とゲートがかみ合い供給状態となるが，スプレート」では，⑧「ゲートプレート」のゲート穴部分

反時計周りに 30 度回転させると，右図のようにポートに 2mm の幅を有する溝の未加工部分を設け，ゲート①は内側の突起とゲートがかみ合うことで排気状態と- 140 -

の速度である 0.3 秒間で 180°の回転運動を手動で与なり，ポート②～④が供給状態となる．

えた．ここで Fig.7 の上図は側面から見た湾曲角度，下図は上面から見た水平方向の変位つまり，湾曲方向
角の変化の様子を示す．Fig.7 より伸縮湾曲機構が途中の動作をスキップしてダイレクトに湾曲方向角を変えていることがわかる．

Fig.5 Shape of grooved flow passages on both gate andbase plates (8 and A)
４．伸縮湾曲機構の駆動実験
Fig.6 に試作弁の回転ディスクの手動回転操作による伸縮湾曲機構の湾曲動作の様子を示す．Fig.6 から試作したスライドゲート機構式切替え弁は誤動作（漏れ等）を起こすことなく切替え動作を実現し，ディスクの回転に対して伸縮湾曲機構（ロボットアーム）の湾曲
方向角が 30 度毎に切替わっていることを確認した．また，このスライドゲート機構式切替え弁は手動による回Fig.7 Transient view of the motion of the mechanism in

転ディスクの回転を与えた場合でも，スムーズに切替

skip motion from top and side

えることができる．
５．ハイブリッド型マルチポートサーボ弁
次に１つの弁で複数のポートが切替えられ，切替ポ
ートのアナログ的な流量調整が可能な, 多ポート切替
弁とサーボ弁を融合したハイブリッド型サーボ弁について以下に述べる．

Fig.6 Transient view of bending motion of themechanism for manually switching operation of thetested valve
次に，弁を高速で切り替えた場合の伸縮湾曲機構の湾曲動作の様子を図 7 に示す．実験では，搭載予定の
RC サ ー ボ モ ー タ (Parallax Feedback 360° ， 定格速Fig.8 Extension type flexible pneumatic actuator (EFPA)

度:840°/s)の使用を想定して，そのモータの仕様と同等

and flexible pneumatic spherical actuator (FPSA)- 141 -

Fig.8 に開発する弁の制御対象となる柔軟空気圧球る必要がある．さらに，湾曲や伸長姿勢を維持するた面アクチュエータ（以降 FPSA と呼ぶ)を示す．FPSA は

めには圧力室に給気/排気を行わない保持が必要で，上図に示す自然長が 200 ㎜の伸長型柔軟空気圧アク

姿勢追従制御ではこれらの加圧 EFPA への流量を調チュエータ(以降 EFPA と呼ぶ)3 本を 120 度毎に配置整する必要がある．上記の機能を 1 つの弁で実現する

し，中央部がふくらみを持つように 21 枚の PET 製拘ため試作したハイブリッド型マルチポートサーボ弁を束板で拘束している．FPSA の長さ 180 ㎜，外径 130 ㎜

Fig.9 に示す．試作弁はダイヤフラムを介して複数のゲ

で質量は 485g である．FPSA は各 EFPA(A,B,C)を 1 本

ートの開閉や開口面積を調整する「ゲート機構式弁ユもしくは 2 本を加圧する（後述の Table.2 参照）ことでニット」，ゲート板を動かすための２つの「回転カム」，２

60 度毎の 6 方向への湾曲が可能で，３本全てを加圧

つの「RC サーボモータ」から構成される．試作弁は３つすることで軸方向に伸長することができる．

の出力ポートの給排気流量を制御可能で，コネクタを除いた弁サイズは，縦幅 56mm，横幅と厚みは 65mm，
質量は 250g である．
次に，試作弁の動作原理を Fig.10 に示す内部の流体回路を用いて説明する．Fig.3(a)に示すように，弁ユ
ニットは供給ポート(青丸●)と排気ポート(赤丸●)，3 つの出力ポートを有する．また弁回路を構成するため，2

Fig.9 Hybrid-type multi-port servo valve for FPSA

本の外部接続チューブと逆止弁を用いている．弁はFig.10(b)左図に示すように，上部が流量調整と給排気切替用の「サーボ弁」，下部がポート切替用の「オンオ
フ式切替弁」として機能し，Fig.10(b)右図の長方形の位置にあるゲートピンでダイヤフラムを介して管路の開口面積や開閉を変える「ゲート機構」1)によって弁回路を制御する．

(a) Flow passages in the valve unit

Fig.11 Rotational cams for servo valve and switchingvalve
このゲートの開閉は Fig.11 に示す円形ディスク上に傾斜を有する突起を設けた「回転カム」でゲートピンの押付け力を変えることで行う．試作弁では，Fig.11 の左と右に示すようにサーボ弁用(緑)と切替弁用(赤)のパタ(b) Functions of the passage on the valve unit

ーンの異なる回転カムを用いている．「サーボ弁側」はFig.10 Flow passage in hybrid-type multi-port servo valve

Fig.12 に示すように，2 本の外部接続チューブと２つの内部流体管路への流れを回転カムの角度により制御

上述のように，FPSA は湾曲時には EFPA1 本もしくする．具体的には角度が 0 度時は，すべとの接続を排は 2 本を同時に加圧し，伸長時には 3 本全てを加圧す

気状態にする「全排気」，±15 度時は給気と排気ポート- 142 -

Table.2 State of outlet port for cam angleを遮断する「保持」，-20～-30 度の範囲では全管路に給気する「全給気」，20～30 度の範囲では特定のポートを給気と排気に振り分ける「湾曲」モードとして機能
する．

6．アクチュエータ駆動実験
次に，FPSA の制御システム構成図を Fig.14 に示す．
システムは，マイコン(Seeeduino XIAO)，試作弁，傾斜角計測用の加速度セン サ (KXR94-2050) の 付い た
FPSA と目標値設定用のジョイスティックから構成される．また，試作弁には全給気/排気モードを利用した圧Fig.12 Operating principle of the servo valve side

力制御のための圧力センサ(MIS-2500-150G)を接続し，切替弁側のサーボモータ(Parallax Feedback 360)には，
回転角度検出用のホールセンサが内蔵されている．マ
イコンの I/O ポートに接続したジョイスティック内の押込みスイッチの操作で湾曲や伸長などを切替え，A/Dに接続したポテンショメータによりスティックの傾斜方(a) bending mode

向やその度合いから FPSA の湾曲方向角や湾曲角や伸縮の調整を行う．

(b) Full supply (extension) mode

Fig.14 Control system of FPSA using the tested valve(c) Full exhaust (contraction) mode
Fig.13 Operating principle of whole valve

ここで，FPSA の姿勢制御には以下の PID 制御則を用い，(1)式は全給気/全排気モードを利用した圧力制御

次に，切替弁を含めた試作弁の動作原理を Fig.13 に則，(2)式は加速度センサ出力を現在値とした湾曲角制

示す．Fig.13(a)に示す湾曲モードでは Table.1 に示すよ御則である．ここで，u0，umax はそれぞれサーボ弁側サ

うに湾曲方向角 α に対応するカムの回転に対して●のーボの初期角度(中立位置)と最大開口角度を示して給気(内)側，--の排気(外)側のゲートを開くことで， 1いる．また，e1,e2 は，それぞれ目標圧力と現在の圧力本または 2 本の EFPA が加圧される．また，「全排気，（湾曲角に相当）との偏差を示す．

全給気」モードでは，Fig.13(a)，(b)に示すように給排気のゲートの開閉（つまり切替弁側のカム回転角）に関係なく，すべての管路が給気もしくは排気状態になる𝑡̇
𝑢1(𝑡) = 𝑢0 + 𝑘𝑃 𝑒1(𝑡) + 𝑘𝐼 ∫0 𝑒1(𝑇) 𝑑𝑡 + 𝑘𝐷 𝑒1(𝑡)𝑢2(𝑡) =

ため，両状態が実現できる．

- 143 -𝑡̇ )𝑢0 + 𝑢𝑚𝑎𝑥 (𝑘𝑃 𝑒2(𝑡) + 𝑘𝐼 ∫0 𝑒2(𝑇) 𝑑𝑡 + 𝑘𝐷 𝑒2(𝑡)

(1)
(2)

実際に FPSA を操作した様子を Fig.15 に示す．実験でまた，1 つの弁で多ポートの出力を切替えられ，かつは，ジョイスティックを用いたモード切替えと FPSA の各ポートの流量調整もできる弁を実現するため，サー湾曲角や伸長度の追従制御を行った．「湾曲モード

ボ弁と切替弁の両方の機能を備えたハイブリッド型マ(LED:消灯時)」では，FPSA の湾曲角がジョイスティッ

ルチポートサーボ弁を提案・試作し，EFPA を用いた球

クの方向と傾きに応じて，FPSA の湾曲方向角を切替

面型アクチュエータ(FPSA)の湾曲と伸長の切替え駆え弁の操作で決め，湾曲角は加圧 EFPA 内圧を制御

動実験に適用した．その結果，試作弁はジョイスティッ

入力に従い給気/排気/保持を切替えることで制御する．

ク操作で簡単に湾曲，伸長動作を切替えることができ，また，「全給気/排気モード(LED:点灯時)」では，3 本のさらにスティックの傾き量に応じた圧力制御により湾EFPA を加圧するように切替弁を切替え，スティックの曲角と湾曲方向角の姿勢制御が 1 つの弁で実現でき方向によらず傾き度合いで目標圧力を設定し，弁を用ることを確認した．

いた圧力制御により伸長度を制御した実験から，いず

最後に，本研究への助成に対して，深く感謝します．

れのモードでもジョイスティックの操作どおりに FPSAが制御されることを確認した．

参考文献
1） K.Suzumori, “New Robotics Pioneered by Fluid

Power”, JRM,

Vol.32, No.5, pp. 854-862, 2020.

2） W.Kobayashi, H.Tamaki, T.Akagi, S.Dohta, andS.Shimooka, “Development of Flexible ElectroHydraulic Spherical Actuator”, JRM, Vol.34, No.2,
pp. 382-389, 2022.
3） M.Yokota, and M.Takaiwa, “Gait Rehabilitation

System Using a Non-Wearing Type Pneumatic Power
Fig.15 Transient view of bending and extension motions

Assist Device”, JRM, Vol.33, No.4, pp. 927-934, 2021.

of FPSA controlled by the tested valve with joystick4） H.Kobayashi, T.Shiiba, and Y.Ishida, “Realization of

All 7 Motions for the Upper Limb by a Muscle Suit”,
７．おわり

JRM, Vol.16, No. 5, pp. 504-512, 2004.

6 本の EFPA を円筒に配置し，手を添えることで他動

5） S.Shimooka, T.Akagi, S.Dohta, T.Shinohara, and T.

運動を加えることのできる伸縮湾曲機構の所望の動き

Kobayashi, “Development of a Spiral Shaped Softに応じて複数ポートを同時に給気/排気する切替え弁

Holding Actuator Using Extension Type Flexibleを実現するため，回転ディスク(カム)の突起とゲートがPneumatic Actuators”, JRM, Vol.34, No.2, pp. 373-

かみ合うことで複数ポートの開閉を行うスライド開口方式を提案した．また，このスライド開口方式の応用と381, 2022.
6） T.Kobayashi, T.Akagi, S.Dohta, T.Shinohara, and

して，1 つの弁で多ポートの出力を操作可能なスライドゲート機構式切替え弁を提案・試作し，EFPA を用いた
伸縮湾曲機構の湾曲切替え駆動実験に適用した．その結果，試作弁は誤動作（漏れ等）を起こすことなく手動で簡単に切替え操作できることを確認した．さらに，試作弁を搭載予定のモータの仕様に合わせて手動で切り替えた場合，伸縮湾曲機構は途中の操作を介することなく，ダイレクトに湾曲方向角や湾曲角を切替え可能であることを確認した．

- 144 -

M.Yokota, “Development of Rotary Slide-Gate type
Servo Valve”, JFPS Int. J. Fluid Power System(accepted).

人への利用を事前検証できる中小型動物用褥瘡防止体位変換マットの開発
岡山理科大学 情報理工学部 情報理工学科趙 菲菲
ペットの長寿命傾向により，人間と同様に，身体機能低下のため，寝たきりや長期間入院の問題も生じている．寝たきりの状態になってしまうと，皮膚が炎症反応を起こし，褥瘡になる場合があり，場合によっては感染症で命を落とすことも十分考えられる．そこで，本研究では，四面体型柔軟アクチュエータ（TFA）を用い，褥瘡防止のための一定時間間隔での体位変換を行わないといけない高齢飼い主および獣医療看護師労働を省け，人への利用を事前検証できる中小型動物用褥瘡防止のために自動での体位変換や移乗を行うアクティブマット
レスの開発を検討した．また，本研究で得られた成果は事前実験が不可能な人用の機器への応用に目指し，基礎データを提供できる利点もある．今年度は体位変換を行う褥瘡防止用アクティブマットレスとし，試作機を製作し，共通管路でコンパクト化した弁で駆動するシステムを構築し，検証も行った．試作機器を用い，褥瘡防
止用体位変換動作のパターン駆動方法を提案し，持ち上げ動作を行った後に軽量の負荷の並行および回転移動が可能なことを確認した．
１．はじめにを対象とし，その成果を生かし，人間身体用リハビ

近年，世界ではペットの社会的地位の高まりと共に犬や猫の飼育環境も向上しており，犬や猫の平均リ装置や体位変換デバイスへの開発にも応用できる．
２．四面体型柔軟空気圧アクチュエータ（TFA）

寿命は 12～15 歳程度にまで延びている．ペットの本研究で機器に使用するアクチュエータに関して，

長寿命化により，人間と同様に，身体機能低下のた

小型の TFA について述べる．具体的には，小型 TFPA

め寝たきりや長期間入院の小型・中型ペットの問題（図 1 に示す）の構造と動作原理について紹介する．

も生じている．そのため，患犬・患猫社会の日本ではすでに患犬・患猫⇔ペットの間の老老介護が社会問題になっている．老衰した小型・中型のペットとなると，寝たきり状態の看護では褥瘡防止のため定期的な体位変化が必須であり，看護者（飼い主）の拘束時間や身体的な負担も増え，
本来ならば
“癒し”
のため飼われたペットが，高齢飼い主の精神的な負担になるケースは非常に多くみられる．また，動物病院では，小型・大型ペットの看護も必須で，獣医図 1 四面体型柔軟空気圧アクチュエータ

療看護師への負担も無視できない．本研究では従来

この TFA の動作原理は EFPA を 1 本または 2 本を行われていない新たな獣医療福祉工学の取り組みと加圧すると，図 2 左図に示すように放射状に 6 方向して，寝たきり動物の体位変換のために，湾曲や伸の湾曲動作が可能である．また，図 2 右図に示すよ

長動作が可能な四面体型柔軟アクチュエータ(TFA)

うに，3 本の EFPA を加圧すると垂直方向への伸長動を用いて，平常時にはシーツとして使え，体位変化作が可能である．また EFPA3 本すべてを排気する，や移動時には， TFA 群による組み合わせ式の進行波

つまり TFA はデフォルトの状態では EFPA は縮み，により体位変換や移乗が可能な中型動物用褥瘡防止

コンパクトな形状となる．以上，複数の TFA で支え

体位変換マットの開発を行った．また，この検証はた患犬・患猫に対して各 TFA が湾曲動作，垂直（持従来事前実験が不可能な人用の機器への応用のためち上げ）動作を組み合わせることでベッドの床面との基礎データを提供できる利点がある．動物の福祉

患犬・患猫との接触位置を変化させ褥瘡を防止する- 145 -

とともに，患犬・患猫の移乗動作が可能になる．

向に変えることができるように穴を設けており，また隣同士の TFA の中心から中心までの間隔は縦方向で 150 ㎜，横方向で 100 ㎜に設定し，土台プレート
全体では 10 個の TFA が配置できるようにしている．
この 10 個の TFA を使用した理由は，1 つの TFA の垂直方向の持ち上げ力が約 150 N であり，移乗などで半数を同時に使用することを考え，最大で 750 N の
垂直保持力を発生できることを考慮したためである．

図 2 6 方向の湾曲動作と垂直動作

これは患犬・患猫の体重負荷 20 kgf の条件を満た

３．試作機の製作および動作確認

し，さらに安全率 3 を満たすことから，この個数にここで開発するマットレスの仕様について検討す設定した．さらにマットレスの厚み（高さ）は 180

る．人への利用を事前検証できるという目標にめざ

mm を満たしている．さらに，図 3 で示すように，各しているため，まず患犬・患猫に使用することを考TFA の先端部にはテニスボールを半分に切断したもえ 70 歳の平均身長 160 ㎝，平均体重 60 ㎏と一般的のを被せて接触面の保護をしている．この先端部のなベッドの床面サイズを考慮し，実用的なマットレ

半球状カバーは試作段階の想定で物や動物との接触

スの大きさを 1.8 ×0.3 m と想定する．これは，中面となるためクッション材の役割をはたす．このカ

小型患犬・患猫にも十分応用できる．また，本研究

バーを各 TFA に被せることで，TFA の動きを妨げるで試作するマットレスは，検証のための試作機であことなくクッション材としても試作段階の効果を持ることを考慮して，想定サイズの 1/3 程度の 0.6×

たせるため半球状でかつ弾力を有するテニスボール

0.3 m に設定する．そこで患犬・患猫体重 1/3 と想を半分にカットしたものを採用した．

定するとともに対象とする患犬・患猫の体重も考慮

空気圧駆動アクティブマットレスの各 TFA を個別し，マットレスが支える負荷を 20 ㎏程度と設定すに操作するには，通常 TFA の数 10 個に対して 3 倍，る．さらに，体位変換を行える能力を有することは

つまり 30 個の弁が必要になる．しかし，実際の駆動ベッドからの移乗も可能となり，この作業自体も介

では TFA を個々に動作させる要求は少なく，数個が護者に大きな負担になることから，ベッド上での患連動する動作が必要になる．そこで図 4 に示すよう

犬・患猫の並進運動や回転移動が可能なものを考えにマットレスの TFA をまず 5 個並んだものを一列とる．またマットレスの形状は正常のベッドに置いてして分類し，その列中で中央を含む１つ飛ばしの 3

も邪魔にならないサイズを考えマットの高さは 200

個の TFA をグループ A とし，残り 2 個の TFA をもう㎜以下とする．さらに体位変換もしくは患犬・患猫

1 つのグループ B と分類して，4 つのグループ A，B，と床面との接触（支持）面が定期的に変えるものを

C，D に分けて駆動することを考える．ここで必要と考える．

なる弁は，4 グループ×3＝12 個となる．また必要となる 12 個の弁を通常の空気圧コネクタや配管等で接続すると弁以上に大きな容積を必要とする．そこ
で空気圧の供給路だけ共有したコンパクトな弁を提案する．
図 5 に試作したコンパクト弁の外観を示す．
弁は㈱コガネイ製の G010E1 を 12 個用い，後述する共通配管を有するプレートにネジで接続されている．

図 3 試作機外観図

また共通配管を有するプレート底面には供給口とな

図 3 は試作機の外観図を示している．TFA の実装

る空気圧コネクタが１つ接続されており，弁の各出位置を随時調整できるように設置 TFA の配置を 4 方

力ポート 12 口にもワンタッチコネクタが接続され- 146 -

ている．この弁の試験では，500 kPa の印加圧力にBluetooth 経由の接続先を設定しておく必要がある．

対して漏れを生じることなく，12 個すべての弁の給

図 6 のシステム構成図で示すように，4 つのグルー

気・排気動作ができることを確認している．

プ分けにより同一動作をする EFPA への線色を変えて表示している．また図中のマイクロコンピュータ
内の数字はポートの番号を示す．このシステムを用いて、体位変換駆動，並進移乗および回転移乗実験を試みた．
① 体位変換駆動褥瘡は，一定時間ベッドと患犬・患猫の体が接触し続けることで起きる障害である．通常健常動物は自ら体位変換することでこれを防止することができ

図 4 TFA のグループ分け

るが，寝たきり患犬・患猫ではこの動作自体が難しい．そこで接触面や保持面を変えることで，この褥瘡の防止をすることを考えた．つまり，褥瘡防止用の動作は，褥瘡予防のためにマットレスと患犬・患猫の接触点を周期的に変換させる動作を考えた．この褥瘡防止動作のタイムチャートを表 1 に示し， 1

図 5 コンパクト弁の外観図

周期分の褥瘡防止動作を示しており，グループ毎の４．試作機の姿勢制御動作に対して右側に示す各 EFPA に同時に加圧され褥瘡防止や移乗用の空気圧駆動アクティブマット

る．ここで TFA は 2 秒毎に動作が切り替わり，全体

レス試作機の制御システムの構成を図 6 に示す．シでは 8 秒で 1 周期の動作となる．さらに，表の左側

ス テ ム は マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ ( ㈱ Espressifに共通の動きをする EFPA の番号を示している．動Systems，ESP32-WROOM-32E)と共通配管を有する 12作開始されると表 4-1 の①の状態の様に，グループ

個の on/off 弁(㈱コガネイ，
G010E1)と試作機本体かA と D の TFA 内の EFPA 全てが加圧された状態で上にら構成される．マットレスの各 TFA 内の EFPA は，前乗せた患犬・患猫を持ち上げ，その状態を 2 秒間保で述べたように４つのグループに分けられ，マイク持する．このシーケンス動作開始から 2 秒後つまりロコンピュータの I/O ポートと弁，トランジスター

グループ A と D の保持が終わる後に，グループ B とを介して操作される．

C の TFA 内の EFPA 全ても加圧され，4 グループ全てが保持した状態を維持する(表 4-1②参照)．開始から 4 秒後にグループ A と D の TFA を排気し，無加圧状態に収縮させ(表 1③参照)，グループ B と C のみで保持する．さらに， 開始から 6 秒後にグループ Aと D の TFA 内の EFPA 全て加圧し全ての TFA で保持させる(表 1④参照)． 開始から 8 秒後，最初の動作に戻り，次の周期に入る．この設定動作により，ア

図 6 操作システム構造図

クティブマットレスは常に患犬・患猫を一定の高さ制御の流れは以下の通りである．まず PC またはを保持した状態で接触点だけを変えることができる．

タブレットから操作し紐づけられた文字コードを

図 7 は動作実験の様子を示す。各グループの周期伸Bluetooth 経由で送信する．この際，PC やタブレッ

展動作がわかる．

ト側では事前のコントローラに設定された- 147 -

を湾曲させると同時に，グループ B と C のすでに移

表１ 体位変換動作タイムチャート

動方向とは逆方向に湾曲された TFA 内部の EFPA 全てが加圧されることで持ち上げ動作を行う．この２つの動作，つまりグループ A と D は持ち上げ状態から湾曲，グループ B と C は逆方向に湾曲した状態からの持ち上げ動作により上に乗っている患犬・患猫(物体)に移動推進力を加えることができる(表 2②参照)．さらに， 動作開始から 4 秒後に，グループ
B と C の TFA 内の EFPA の１位置を排気し，進行方向に TFA を湾曲させると同時にグループ A と D の TFA
内の EFPA の１位置を加圧し，２と３位置を排気することで，TFA を移動方向とは逆方向に湾曲させる(表 2③参照)．これは次の周期の前の動作のための準備の移動である．その後，開始から 6 秒後，次の周期に入る．実験では，3.5 kgf の物体の並行移動が可能であることは確定できたものの，仕様で必要な 20 kgf の 3/4 に相当する 15 kgf の負荷は，TFAの湾曲時の保持力が不足するため物体に傾きが生じ

図 7 動作実験の様子てしまい，TFA の座屈したような状態となり移乗動② 並進移乗実験
このアクティブマットレスで使う TFA は一個当た作が実現できなかった．以上の様に，定常的に負荷りの垂直持ち上げ力が 150N 程と大きいといった特を支える能力に問題はないものの，グループ毎で，長を有するため，想定する患犬・患猫の身体を支え

進行方向とは逆方向に湾曲させた(準備動作)後に持ることはもちろんのこと，移乗などのサポートも可

ち上げ動作を行い，推進力を得た後，進行方向に湾能である．ここで，移乗動作は寝たきり患犬・患猫

曲させ負荷の重力を利用して物体を落としながら移を別のベッドに移動させるため動作であり，種類と動させる方法を 2 秒のずれを加えた状態で各グルー

しては並進移乗と回転移乗がある．ここでは，並進プにて実施することで，患犬・患猫の並進移動は可移乗について検討する．並進移乗動作のタイムチャ

能になる．

ートを表 2 に示し，その動作の様子を図 8 に示す．
タイムチャートは 1 周期分の並進移乗動作を示している．並進移乗では，動作開始から図 8 の①に示す
様にグループ A と D の TFA 内の EFPA 全てが加圧し，患犬・患猫を持ち上げた状態で，その高さを保持と同時にグループ B と C の TFA 内の EFPA の１位置を加圧し，TFA を湾曲させる．この際グループ A と D
で患犬・患猫を持ち上げているため，グループ B とC のすでに移動方向とは逆方向に湾曲された TFA は
負荷なく湾曲することができる．このシーケンス動
作開始から 2 秒後に，グループ A と D のすでに移動
方向とは逆方向に湾曲された TFA 内の EFPA の１位
置を排気し，患犬・患猫を移動させたい方向に，TFA- 148 -

表 2 並進移乗動作タイムチャート

た物体（患犬・患猫）に力を加える方法を用いている．回転移乗では図 11 の移動パターンに示すように各パターンに対して青色の矢印で示す準備用の湾曲を生じた状態で，赤色塗りつぶし丸で示す持ち上
げ，黄色の矢印で示す方向への湾曲での推進力の印
加により物体に回転を生じるような搬送波を生じさせている．
表 3 回転移乗動作タイムチャート

図 8 並進移乗動作実験の様子

図 9 並進移乗動作パターン
図9に各パターンにおけるTFAの移動方向を示す．
青色の矢印は事前準備期間の湾曲，赤色の塗りつぶ
し丸は持ち上げ動作，黄色の矢印は進行方向への移動を加える方向への湾曲を示す．このように交互の位置の進行波の発生により物体の移動が実現できる．

図 10 回転移乗動作の様子③回転移乗実験

これにより図 10 に示したように 3.5 kgf の負荷

次に，回転移乗について検討する．回転移乗動作

を回転させることができた．ただし並進移乗と同様のタイムチャートを表 3 に示し，その動作の様子をに 15 kgf の負荷の回転はできなかった．この対策

図 10 に示す．左側の A～D はグループ，右側の記号として，定常的に負荷を支える工夫を加えた状態では各 EFPA の番号を示す，タイムチャートは 1 周期

移乗のための推進力を加える方法が考えられ，マッ分の回転移乗動作を示している．回転移乗も並進移

トレスの外側を枠でつつみ，その内部にマイクロビ乗と同様に個々の TFA が進行方向を生じる方向とはーズなどのクッション材で満たすことで負荷を定常逆方向に湾曲した後，持ち上げ動作を介して進行方的に支える仕組みを加える必要があるものと考えら

向に湾曲することでその方向ベクトルに，上に乗っれる．また，このマットレスの駆動は Bluetooth の- 149 -

通信によって操作され，並進移乗時の送信コードは数の TFA による持ち上げ動作を交互に繰り返すこと“8”，回転移乗時の送信コードは“9”，褥瘡防止用により，患犬・患猫の座面位置を変えずに，支持位の動作は“4”のコードの送信で操作できる．

置（圧迫接触面）だけを変える駆動方法を提案した．
⑤ さらに患犬・患猫の移乗法として，TFA で持ち上げ動作を行った後に進行方向に湾曲させる手法を提案し，軽量物の並行および回転移動が可能なことを確認した．

図 11 回転移乗動作パターン
５．まとめ
令和５年度には自宅でも安全に使用できる褥瘡防止のための体位変換やベッドからの移乗が自動でできるアクティブマットレスの開発をめざした本研究は以下のように要約される．
① EFPA を 3 本用いた小型四面体型柔軟空気圧アクチュエータ（TFA）の構造を紹介するとともに垂直方向の発生力（150 N）についても言及した．
② 体位変換や患犬・患猫のベッドからの移乗を助ける空気圧駆動アクティブマットレスの仕様を述べるとともに，TFA を 10 個用いた検証サイズのマットレスを提案，試作した．また TFA を 4 グループに分
け，12 個の ON/OFF 弁で駆動するシステムを提案した．
③ 駆動システムと弁への配管のコンパクト化のため，12 個の ON/OFF 弁への共通の供給路を有するコ
ンパクト弁を提案，試作し，動作試験で漏れを生じることなく各弁の給排気動作が可能なことを確認した．
④ 試作機器を用いた褥瘡防止用の動作として，半- 150 -

雲海現象のＡＩ予報の開発 －予報精度と有効性の評価－
岡山理科大学 生物地球学部 生物地球学科
大橋 唯太
本研究では、自然現象の観光資源として知られる「雲海」の予報を AI（機械学習）によって開発し、その精度の検証をおこなった。また、雲海スポットに実際に訪れる観光客へヒアリング調査もおこなうことで、AI 予報の必要性を明らかにした。地元地域の自治体などと協力し、AI 予報サイトの作成と公開を実施した。
１．はじめに「雲海」という自然現象は、秋を中心とした寒候期の早朝によく出現し、全国各地に「雲海スポット」が数多く知られている（図１）。雲海の多くは気象学的には「放射霧」という大気現象で、気温や風などの気象条件がその発生に寄与する。このため、観光客が雲海スポッ
トに訪れても雲海を眺められないことも、よく起こる。
現状では、自治体の観光課や県外からの来訪客が自ら天気予報などの気象情報を確認して、雲海の発生を判断している。そこで本研究では、その一助となり得る
AI 自動予報を開発した。
前述のとおり雲海は放射霧という局地的に発生する現象であるため、気象学的な発生メカニズムも捉えた
うえで雲海の予報に挑む必要がある。また、AI 予報を実際に配信しながら、その情報が雲海スポットへの来訪者に本当に役立つのか、さらに地方への呼び水にもなり得るのかなど、雲海スポットの現地でヒアリングすることも、雲海 AI 予報の存在意義を確かめるうえで必要と考える。本研究では、以下の３つの課題に重点を置いて進めた。
図１ 展望台から眺めた雲海の様子。岡山県高梁盆地（上図）と広島県三次盆地（下図）で発生した雲海。

① 雲海の AI 予報モデルの開発と精度検証。
② 特徴量（気象要素）重要度の解析による雲海発生メ
カニズムの解明。
③

AI 予報の自動 WEB 配信と利便性に関するヒアリ

2-2 AI 予報

ング調査。

AI のアルゴリズムには機械学習を用い、そのうちアンサンブル型学習に相当する勾配ブースティング決定２．研究方法木（Gradient Boosting Decision Trees；GBDT）を、

2-1 研究対象とした雲海スポット

本研究では採用した。この GBDT は、弱い学習器（決定西日本の雲海スポットで知られる岡山県高梁市の備木）による予測の誤差を次の学習器で修正していくこ

中松山城展望台と、広島県三次市の高谷山展望台からとを繰り返す仕組みを持ち、特に LightGBM と呼ばれる眺望できる雲海を、本研究の対象にした（図１・２）。

コストパフォーマンスの高いモデルを選択した。

- 151 -

現在は、雲海の発生で有名な広島県三次市（高谷山展望台）と岡山県高梁市（備中松山城展望台）を対象に
AI 予報の開発と実施を進めることができた。雲海の判別に用いた映像は、三次では三次河川国道事務所が WEB
公開している河川ライブカメラ（https://www.cgr.mlit.go.jp/
miyoshi/live/index.php/top/river）のうち「高谷山」を、高梁では図２ 雲海展望台の様子。備中松山城展望台（左図）と高谷山展望台（右図）。

高梁市観光課が WEB 公開する備中松山城ライブカメラ（https://www.youtube.com/@user-iu6cy9wq9e）と備中松山城展望台に独自に設置したカメラから取得した。

(1) 学習モデルの作成
京都大学生存圏研究所が WEB 上で公開するデータベ

三次の高谷山ライブカメラで撮影された雲海の様子ース（http://database.rish.kyoto-u.ac.jp/）から、気象庁のメソ数を図３に示す。雲海が発生した際には、眼下にある三値予報モデル（MSM）によるアウトプットをダウンロー

次市街地を覆い隠す霧の大海原が形成される。午前 5

ドし、このうち解析値（メソ客観解析値）を雲海予報に時以降に 3 時間以上、図３b のような雲海の広がりが用いた。この解析値は、MSM の予報値と気象観測による観察された日を、三次では雲海の発生日とみなした。

実測値を組み合わせて作成された格子点データであり、一方の備中松山城展望台では、山城である備中松山城

客観解析値と呼ばれる（気象庁 HP, 2024）。数値予報だが雲海に浮かぶ光景（図４d）を一目見ようと、多くのけでなく種々の観測データも用いられているため、精観光客が集まる。しかし、天空の城のように見られな度の高い気象要素が格子点情報として得られる。メソ

い、雲海に城が埋もれてしまうケースや（図４b）、雲海

客観解析値の空間解像度は地上で 5km、各気圧面でが低すぎて山の大部分が見えてしまっているケース

10km となっており、本研究では地上と 850hPa の 21 時

（図４c）も、日によっては観察される。そこで、「雲海から翌朝 6 時まで 3 時間ごとの気象データを、学習モが発生しない」（図４a）、「天空の城にならない雲海」

デルの作成に用いた。学習モデルの特徴量に採用した（図４b・c）、「天空の城になる雲海」（図４d）の 3 つ

気象要素を、表１にまとめる。

に分類した。このうち天空の城は、午前 5 時から雲海(2) 雲海の判別の消滅までに 10 分以上安定して出現していれば、認定学習モデルの予報ターゲットとなる翌朝の雲海の発することにした。

生状況は、展望台に常設されたライブカメラや独自に（3）雲海の予報設置したトレイルカメラの映像をもとに判別した。作

三次では、2018～22 年 10～12 月を学習期間、2023成された毎日の雲海発生有無（分類）と前述の特徴量

年 10～12 月を予報の運用期間とした。備中松山城は、をペアとしたデータセットを AI に学習させる。

2022 年 10～12 月を学習期間、2023 年 10～12 月を予報の運用期間とした。備中松山城のカメラ映像は、2022

表１ 学習モデルの構築および予報に用いた MSM の気象要素。2 桁の数字は用いた各要素の時刻を示す。
気象要素

単位

地上

上空
（850hPa）

気温℃

21, 00, 03, 06

21, 00, 03, 06

気温低下量

℃

21→00, 21→03,
21→06, 00→03,
00→06, 03→06

——

湿数

℃

21, 00, 03, 06

21, 00, 03, 06

気温−露点温度

⾵速m/s

21, 00, 03, 06

21, 00, 03, 06

スカラー値

降⽔量

mm

21, 00, 03, 06

——

上層雲量

—

21, 00, 03, 06——

0.0~1.0による
割合

中層雲量

—

21, 00, 03, 06——

0.0~1.0による割合

年度から収集し始めたため、三次に比べてかなり少な

備考

図３ 三次の高谷山ライブカメラ（三次国道河川事務所）で撮影された雲海の（a）非発生日と（b）発生日。

- 152 -

表２ 2023 年 10～12 月に実施した予報による雲海の捕捉率の結果。
（a）三次と（b）備中松山城の雲海。三次は 10 月 1 日～12 月 13 日、備中松山城は 10 月 1 日～
12 月 31 日の期間。＊は適中日数または適中率を表している。
（b）の括弧内の値は学習モデルに 2022 年度分の結果のみを使用した予報、括弧のない値は 2023
年度の予報日前日までの結果を追加して学習モデルを更新した予報での結果をそれぞれ示している。

図４ 備中松山城展望台に独自に設置したカメラで撮影された（a）雲海の非発生日、（b）背の高い雲海の発生日、（c）背の低い雲海の発生日、（d）天空の城の発生日。

（a）三次の雲海

観測⽇数

捕捉⽇数

捕捉率

雲海が発⽣する

42

3685.7 %

雲海が発⽣しない29

20

69.0 %

総⽇数

71

56 *

78.9 % *（b）備中松⼭城の雲海

観測⽇数

捕捉⽇数

捕捉率

天空の城になる雲海

21

12 (5)

57.1 (23.8) %天空の城にならない雲海

35

24 (30)68.6 (85.7) %雲海が発⽣しない34

22 (9)

64.7 (26.5) %

総⽇数

90

58 (44) *64.4 (48.9) % *くなっている。予報の結果は、雲海の有無の判定だけに留まらず、アンサンブル学習である GBDT の性質を利

雲海の見学者や観光客がこの予報サイトを見つけやす

用した、雲海の発生確率（%）も表現できるようにした。

いよう、地元地域の自治体や市民団体にお願いして関連 WEB サイトにリンクを貼ってもらった。また、現地

３．結果と考察

の展望台で雲海予報サイトを見学者に認知してもらう

3-1 雲海予報の精度検証ため、紹介パンフレットも配布した（図５b）。

2023 年 10～12 月の予報結果を、表２にまとめる。こ3-1 節の予報では、カテゴリー分類として評価をおこでは、前日の 18 時に計算された MSM 予報値を用いてこなったが、降水確率のような確率値（%）のほうが、早朝の雲海が予報された結果を示している。三次の雲予報の信頼度も含んだ情報としてユーザー側も考慮し海では、２分類に対して「発生する」と予報した日の捕やすくなる。雲海 AI 予報に採用している GBDT では、捉率は 85.7%（実際に発生した 42 日のうち 36 日で発その計算アルゴリズムから予測の確率（%）を算出する生を当てた）であり、かなり高い予報精度だといえる。

ことが可能であり、本研究でも雲海が発生する確率を一方で備中松山城は３分類のため、予報の難易度が三予報情報として公開することにした。

次よりも高くなる。さらに、「天空の城になる雲海」は、2023 年 10～12 月に実施した確率予報の結果を、図2022 年度の１年分しか学習データに使用できないため、７に示す。三次の雲海の場合、翌朝の雲海の発生確率

捕捉率が 23.8%とかなり低くなった。しかし、2023 年

は 100%か 0%に近い数値が、予報期間中に多いことがわの過去となった日の情報も学習データに逐次含めて学かる。確率予報の精度であるブライアスコアは 0.112

習モデルを更新していった場合には、捕捉率は 57.1%となり、かなり高い予報精度が得られた。図７には、発（実際に天空の城がみられた 21 日のうち 12 日を当て

生確率 50%を境界値とした場合での予報の当たりはずることができた）まで向上した。

れも色で示してある。また、この境界値によらない分類性能を表す AUC（Area Under the Curve）スコアも

3-2 雲海の発生確率

0.939 が得られ、十分に高いモデル性能だといえた。

雲海の予報情報をパソコンやスマホで事前に確認できるよう、専用ホームページを作成した（図５a・６）。

- 153 -

3-3 AI が学習した雲海の発生メカニズム
AI（機械学習）は、与えられた気象条件と雲海の有無を学習したうえで予報しており、そのプロセスを解析することで「説明可能な AI」が示される。構築された学習モデルについて、雲海の発生に寄与する特徴量（気象要素）をまとめた結果を、図８・９に示す。ここでは協力型ゲーム理論を応用した、予測に対する特徴量の
貢 献 度 を 定 量 化 で き る SHAP （ SHapley Additive
exPlanations）を利用して評価を行った。
三次の雲海は、午前 3 時の中層雲量が早朝の雲海発
生に最も強く寄与しており（図８a）、上空の雲量が 15%以下になると雲海を発生させるように作用していた（図８b；SHAP が正の値で大きくなる）。これは、上空に雲が広がると地表の放射冷却が抑制されて地上気温が低下しにくくなるため、雲海が発生しにくくなる機序を説明している。以降は同程度の貢献度として、上空（850hPa）の午前 6 時の風速（図８c）、地上の午前 6
時の湿数（図８d）、地上の前夜 21 時の風速（図８e）が続いた。SHAP の変化からは、前夜の地上風速が 1m/s
以下、雲海の発生時に上空風速が 7m/s 以下で地上湿数が 2.7℃以下になる気象条件が、雲海を発生させやす
いと解釈できる。
一方の備中松山城では、雲海の形成には上空の雲の広がりはあまり寄与していなかった（図９）。午前 0 時における上空 850hPa の風速が、早朝の天空の城の出現に最も強く寄与しており（図９a）、5m/s 以下になれば発生する方向に働いていた（図 10a 上）。しかし、この気象条件は、天空の城にならない雲海の発生には重要でなくなる（図 10a 下）。天空の城の発生に 2 番目に寄図５ 雲海 AI 予報サイトの（a）スマホ画面と（b）紹介
パンフレット（備中松山城の例）。

与していたのは午前 6 時の上空風速で、10m/s 以下であれば発生する方向に作用する（図 10b 上）。注目すべ
き点は、天空の城にならない雲海でもこの要素が 2 番
目の貢献度であったが、逆にこの風速が大きいほど発生する方向に働いていることである（図 10b 下）。これは、雲海発生時に上空の風が強いと、大気の鉛直混合によって雲海の頂部が備中松山城よりも高くまで発達してしまうことで、天空の城にならない雲海が形成される因果関係が考えられる。天空の城の発生に 4 番目

図６ 雲海 AI 予報サイトの QR コード。

の貢献度を示す午前 6 時の地上の湿数からは、1℃以下になると天空の城を発生させるように働いている（図- 154 -

図７ 2023 年 10～12 月に実施した（a）三次の雲海と（b）備中松山城の「天空の城」の確率予報の結果。ただし備中松山城は、学習モデル更新バージョンでの結果。赤色は予報が当たった日、黒色は外れた日、〇は発生確率 0%、×は欠測を表す。

10c 上）。これは、早朝の地上大気が十分に湿潤状態に在の AI 予報システムは一定のニーズはあると考えるあることを意味する。

が、できるだけ数日前から予報を公開して随時更新しこのように AI の学習結果を解釈すれば、雲海を発生ていく必要性もあるだろう。

させる気象条件を具体的な数値によって説明できるこ

４． 今後の課題と研究計画とにつながる。

本研究では、第 1 節で示した ① 雲海の AI 予報モデ

3-4 現地でのヒアリング調査

ルの開発と精度検証、② 特徴量重要度の解析による雲2023 年 10 月～2024 年 1 月に、備中松山城展望台の海発生メカニズムの解明、③ AI 予報の自動 WEB 配信

来訪者を対象に、現地でヒアリング調査を断続的に実と利便性に関するヒアリング調査を、計画どおり実施施した。計 23 名から回答を得ることができた。質問項することができた。初年度としては高い達成度であっ目は、①年齢、②どこから来たか、③何日前から見学にたが、今後は AI 予報を継続して運用するための課題も来る予定を立てたか、④雲海予報があれば利用するか、解決していく。

⑤雲海予報の情報をいつ確認するか、⑥雲海の発生確現時点では気象庁が配信する数値予報データを用い率が何％で見学する決断をするか、の６つとした。

て雲海の AI 予報を実行しているため、最長で 3 日先ま①は 60 代以上が最も多く 61%で、②は県外からの来で対応が可能となる。来シーズンには 3 日先予報まで訪と回答した人が最も多く 61%であった。③は「1 カ月

公開する予定であるが、来訪者のニーズを満たす日数

以上前」が最も多く 39%、次いで「前日」が 26%、
「当であるか、現地でのヒアリング調査も継続して明らか日」が 13%で、それ以外（「2 日前」や「1 週間前」など）にする必要がある。

も 22%の回答があった。④は利用すると回答した人がまた、AI 予報の汎用性を検証するため、来シーズン大半であり（86%）
、⑤は「前日の昼過ぎ」「前日の夜早から岐阜県の恵那・中津川地域の雲海スポットでの予く」「前日の夕方」が多くみられた。⑥は 60～80％が最報も開始する準備を進めている。この地域で発生するも多く 35%、次いで 80％以上が 30%であった。

雲海は、放射霧だけでなく川霧（蒸気霧）や滑昇霧も複備中松山城の雲海は、県外からの来訪者が多く全国合的に関与することが知られており（小気候団体研究

的にも認知度が高いことが窺える。雲海予報の必要性

会，2022）、様相の異なる地域でどこまで適用できるかも今回のヒアリング調査からわかり、本研究で開発しを確認していく。

た AI 自動予報システムの永続的な運用と公開も進めるべきだといえる。一方で当日や前日に見学を決める
来訪者は 4 割程度おり、前日に予報結果を更新する現

特許：本研究で開発した雲海 AI 予報は、次の特許出願をおこなっている。特願 2022-080258「雲海発生予測システム、雲海
発生予測方法及び雲海発生予測プログラム」（公開中）- 155 -

図８ 三次の雲海予報で作成された学習モデルが学習した特徴量重要度の結果。モデルは 2018～2022 年のデータセットをもとに作成されている。
謝辞：本研究を進めるにあたって、岡山県高梁市観光協会、
広島県三次市ネット A 趣向の関係皆様に多大なご協力を頂きました。ヒアリングの調査と分析は、大橋ゼミ４年生ならびに須田柊雅さんに協力して頂きました。この場を借りて感謝申し上げます。

参 考 文 献図９ 備中松山城の雲海予報で作成された学習モデルが学習した特徴量重要度の結果。モデルは 2022～2023 年のデー
タセットをもとに作成されている。

気 象 庁 HP （ 2024 ） ： 客 観 解 析 ,https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/whitep/1-33.html
Ohashi Y., 2024: AI-Driven Forecasting for Morning Fog
Expansion (Sea of Clouds), Weather and Forecasting(American Meteorological Society), in revision.
小気候団体研究会（2022）：恵那地方の盆地霧のメカニズムについて－スケールの異なる盆地の霧観測より－. 天気, 69,
pp.482-487.

図 10 図９の続き。

- 156 -

モンゴル国上部白亜系 Djadokhta 層から発見された大型の足跡化石群とその意義
岡山理科大学 古生物学・年代学研究センター
石垣 忍
2022,2023 年の岡山理科大学―モンゴル古生物学研究所共同調査隊の調査において,モンゴル国上部白亜系
Djadokhta 層の二つの化石産地（Khongil と Abdrant Nuru）から多くの恐竜足跡化石が発見された.それらの発見の中で特に注目すべきは大型竜脚類足跡化石が多く発見されたことである．これまで Djadokhta 層は風成層が卓越することから,乾燥気候ゆえに貧栄養で大型の動物を支えるだけの食物生産量がない環境下の堆積物と考えられてきた．その結果として，Djadokhta 層からは小型恐竜が産するが多様性に乏しく，また,大型恐竜の産出が少ないとされてきた．今回の調査における多量の竜脚類足跡化石の発見は，2020 年に Averianov et al.,（2020）によって大型竜脚類も報じられたこととともに，Djadokhta 層の堆積環境や古気候復元に関して見直しを迫るものである．またこれらの足跡化石は竜脚類の運動・姿勢・社会を解明する重要な手がかりとなる．

1. はじめにモンゴル国ゴビ砂漠中央部を中心に分布する
Djadokhta 層は，ゴビ砂漠での恐竜化石発掘が始まった 1920 年代以降現在に至るまで，常に研究者の調査対象となってきた．
本層からは Protoceratops,

Velociraptor, Oviraptor, Pinacosaurus 等の保存状態の良い恐竜化石が多数産出し，研究され続けてきた．これらの化石は主に砂丘成層からなる風成層やその影響を強く受けた淡水成層から産出し，

図 1：Djadokhta 層から足跡化石が発見された Khongilと Abdrant Nuru の化石産地の位置

Pinacosaurus を除いてはいずれも全長３ｍ未満の小 型の 恐竜 であ る ． こう した 産出 状況 から ，Djadokhta 層堆積時は乾燥気候下の貧栄養の環境であり，産出する化石動物の体サイズが比較的小さい
ことや，多様性に乏しいこともその影響と考えられてきた(e.g. Fastovsky et al., 1997)．
ところが，1997,1998 年に林原自然科学博物館―
モンゴル科学アカデミー古生物学センター共同古生
物学調査隊（以下 HMNS-MPC-JPE と略する）が Arts
Bogd 山東麓の Abdrant Nuru の赤色砂泥互層から大型のアンキロサウルス類化石を発見した．また同隊
は四足歩行を示す多様な大きさの行跡化石（歩行を示す一連なりの足跡化石）と小型～中型の獣脚類足跡化石を多数発見し，前者についてはアンキロサウ
ルス類の印跡による可能性を推定した（Ishigaki etal. 2009）．また， 同隊は 1994，1997，1998，2000

年の調査で Khongil の赤色砂泥互層からなる Djatokhta
層（と推定される層）からアンキロサウルス類，ハドロサ
ウルス類をはじめとする多様な恐竜の体化石と，鳥脚類と四足歩行恐竜の印跡による保存状態不良な足跡化石を発見した（Watabe et al., 2010．, Ishigaki, 2009）．2015
年 8 月，岡山理科大学‐モンゴル科学アカデミ古生物学研
究所共同調査隊（以下 OUS-IP-JE と略する）は，その概査において，Khongil の西部地域に竜脚類と鳥脚類の足跡化
石の集積を発見した(Saneyoshi et al., 2015)．さらに2020 年に Averianov et al.,（2020）によって Djadokhta 層から大型竜脚類骨格が記載報告された．OUS-IP-JE は2022 年に Arts Bogd 山南麓の Khongil 周辺を，2023
年に Arts Bogd 山東麓の Abdrant Nuru 周辺を，足跡化石調査に集中して詳細な調査を実施した（図 1）．

- 157 -

個々の足印化石の記録は，形状の写真記録，フォトグラメ

出したあとは極めてかたい岩層として下の地層を風化かトリー用の写真記録，スケッチとメジャー計測を行った．

ら守るキャップロックとなり，崖の面などで突出する。凸また行跡化石の記録は，スケッチ，メジャーによる記録，型足印化石も崖の面から突出して見られることがある．大地上約 2.5ｍからの移動連続撮影によるデジタル写真記録，

型の足印化石は風化を受けると，白色砂岩層から分離してiPad Pro の LiDAR スキャン機能を使った 3ＤScanner App

転石となる例が見られる。（図 2）．

による三次元画像データの取得を行った．

発見された足跡化石の印跡動物の種類は，竜脚類，鳥脚本稿ではそれらの発見の概略を報告するとともに，類，獣脚類，アンキロサウルス類である．

その古生物群集生態学的な意味を述べる．

竜脚類足印化石は最も多く発見され，前足印・後足印を個別に数えて全体で約 800 個が発見された．保存状態がよ

２．Khongil とその周辺の足跡化石についていものは，足印壁に擦過痕および皮膚痕が見られる．後ろ

OUS-IP-JE による 2022 年 6 月の Khongil 化石産地と足の足印の足印長は 30 数 cm から最大は 90cm におよぶが，その周辺地域の調査では以下の足跡化石集積地の発見が最も多い大きさは後足の足印長 70cm 前後のものである．

あった．

竜脚類の行跡は 6 本が発見された．そのうち 4 本は同一地① Khongil 中央部の Main Sayr 周辺

層面上にあり、後足印の足印長が 70ｃｍ超と大型で、前足② Khongil 西部地域
③ Chavgants Tolgoi（Khongil 東方の独立露頭）④ Ulaan Chonj (Chavgants Tolgoi のさらに東方の独立
露頭)，⑤ Gun Sukhait （Khongil 西方の独立した露頭）
いずれの場所でも，多数の凸型足印化石（natural cast）
が発見された．凸型足印は，足跡のくぼみが形成された後，くぼみを充填した粗粒の砂が続成作用の過程で周囲の堆積物より硬化し，削剝露出後に，周囲の泥質堆積物が削剝を受けても，風化や浸食に耐えて残ったものである．足印が印跡されている堆積物は赤色の泥質極細粒砂岩～泥岩である．その上に堆積した白色の粗粒砂岩層は，地表に露図２： Khongil における足跡化石の産出状況。恐竜の足跡が印跡された泥質の赤色極細砂粒砂岩増（赤色）を
やや白色がかった粗粒砂岩層がおおう。この粗粒砂岩層から Natural Cast としての足印化石が多産する。粗粒砂
岩層の風化に伴い、大型の足印化石は転石となって崖の斜面に見られる。
（図中矢印の転石群はすべて足印化石）

図 3： Khongil の Main Sayr 産出の竜脚類行跡化石。
M：前足印、P:：後足印。矢印は歩行方向を示す- 158 -

印を伴い，保存状態が良い． モンゴル国で，前後足印がそろった，保存状態が良い竜脚類行跡の発見はこれが初めてである．これらは今後，モンゴルの後期白亜紀の竜脚類の分類学的位置，足部の軟部を含む解剖学的な特徴，姿勢，
運動，社会を研究するうえで大変貴重な資料となる（図 3）．
また Gauge に基づく印跡動物の推定について,重要な示唆を持つ 2 本の小型竜脚類の行跡が発見された．これら 2本の行跡は数ｍしか離れておらず、後足印の形状と大きさがほぼ同じである．それにもかかわらず，Gauge が Narrowと Wide であった．今まで，Gauge は竜脚類の足跡化石を分類する一つの指標とされてきたが，この 2 本の行跡は，同一種に属する別個体，または同一の個体が違う Gauge の足
図 5： Khongil の Main Sayr の足跡化石産地での獣脚類足印化石。

跡を残す可能性を示すものであり，Gauge を分類指標として使うことの有効性について問題を提起するものである．

図 6： Khongil の Main Sayr の足跡化石産地でのアン
キロサウルス類後足印化石。

アンキロサウルス類による印跡と考えられる単体の凸型足印は約 50 個発見された．いずれも後足印と考えられる．前足印の上を後足印がオーバーラップして印跡されたと考えられる足印が 1 個発見された．行跡としての発見はなかった（図 6）．
なお，獣脚類の凹型足印１個が Chavgants Tolgoi から
図 4： Khongil の Main Sayr の足跡化石産地での鳥脚類足印化石。

発見された．

鳥脚類による印跡と考えられる単体の凸型足印は約 100

３．Abdrant Nuru（Bulgan Sum）

個発見され，後足印の足印長は 20～30cm のものが最も多OUS―IP- JE は 2023 年 6 月に Arts Bogd 山東方のかった．全体としては最小で約 15cm，最大で約 45cm であAbdrant Nuru 地域を短期間再調査した．その結果，2 本のる．Nemegt 層で見られる足印長 70～100cm 級の大型鳥脚大型竜脚類の行跡が確認された．これらは当初，アンキロ類足跡化石は足印も行跡も発見されなかった（図 4）．

サウルス類の足跡として Ishigaki et al．(2009) で報告

獣脚類による印跡と考えられる単体の凸型足印は約 30されたものである． 再調査の結果，一部の後足印が爪の個発見された．足印長 20cm 前後のものが多い．2017 年に痕を持つことや，一本の行跡においては竜脚類の特徴を持

Abdrant Nuru で発見されたような足印長 40cm 級のものは

つ前足印が確認されたことにより二本とも竜脚類の足跡なかった．行跡の発見はなかった（図 5）．

であると確認された．Gauge は広い．
- 159 -

ンバーに大変お世話になった．また本研究の 2023 年度の現地調査は公益財団法人ウエスコ学術振興財団の学術研究費助成を得て実施した．ここに記して深く感謝の意を要する．
参考文献
Averianov A. O., Lopatin A. V. (2020) An unusual
new sauropod dinosaur from the Late Cretaceousof Mongolia, Journal of Systematic
Palaeontology．
http://dx.doi.org/10.1080/14772019.2020.1716402
Ishigaki, S., Watabe, M., Tsogtbaatar, Kh. andSaneyoshi, M., (2009) Dinosaur footprints
from the Upper Cretaceous of Mongolia.
図 7： Abdrant Nuru の足跡化石産地での竜脚類行跡化
石調査。

Geological Quarterly 53 (4): 449–460.
Fastovsky,D. E., Badamgarav, D., Ishimoto, H.,
Watabe, M., Weishampel, D. B.,(1997) The

４．考察

Paleoenvironments of Tugrikin-Shireh (GobiKhongil 地域は Arts Bogd 山の南麓，Abdrant Nuru は東Desert,Mongolia)

andAspectsofthe

麓に位置する．この二化石産地を含め，この山の南東から南

Taphonomy and Paleoecology of Protoceratops

麓地域は Tugrikin Shire や Alag Teg，Udyn Sayr, Dzamin(Dinosauria: Ornithishichia). PALAIOS Vol.

Khond などの化石産地が点在する.これらの産地には12, No. 1 (Feb., 1997), pp. 59-70

Djadokhta 層が分布するとされている．（Watabe et al.,Saneyoshi, M., Ishigaki S., Tsogtbaatar K.,2010）．1990 年代まで Djadokhta 層は竜脚類化石の産出が大Mainbayar

変少なかった．風成層が卓越することから一般的な解釈のBayardorj C., Otgonbat B., Amarbayasglan K.,

され方は「乾燥気候ゆえに低栄養で大型の動物を支えるだ

Asai H., Tanabe T., (2015) Report of the

けの食物生産量がなかった」というものであったが、今回のOkayama University of Science – Mongolian

大型竜脚類の足跡化石の発見は，2020 年に Averianov etInstituteal.(2020）によって報告された大型竜脚類の新種と合わせjoint expedition in 2015. Bull. Res. Inst.

てDjadokhta 層の堆積環境や古気候,古動物相復元に関してNat. Sci., Okayama Univ. Sci. 41, 35-44

見直しを迫るものである．

B.,

of

Ulzitseren

Paleontology

S.,

Aoki

and

K.,

Geology

Watabe, M., Tsogtbaatar, Kh., Suzuki, S. andまた，白亜紀末は,北半球においては,世界的に竜脚類化Saneyoshi, M., （2010） Geology of dinosaur-石の産出が少なく, 大型竜脚類の衰退期とみられているが，fossil-bearing

今回発見された足跡化石は，白亜紀末のモンゴルでは巨大Cretaceous: Mesozoic) in the Gobi Desert;

竜脚類が多数生き延びていたことを示し，彼らの運動・姿

Results of the HMNS-MPC Joint Paleontological

勢・社会などの生態解析においても重要資料である．

Expedition. Hayashibara Museum of Natural

localities(Jurassic

Sciences Research Bulletin 3: 41–118.
５．謝辞
本研究の遂行にあたっては岡山理科大学‐モンゴ
ル科学アカデミー古生物学研究所共同調査隊の両国のメ- 160 -

and

鬼と日本人―〈鉄〉をめぐる吉備王国の謎―
岡山理科大学 教育学部
荻原桂子
古代吉備国論争は、岡山県文化財保護協会及び岡山県古代吉備文化財センターを中心に、詳細な調査研究が進められている。1972 年に「吉備路風土記の丘」「県立自然公園条例」の施行によって特別地域指定とされた「吉備史跡」「吉備路風土記の丘」は「県立自然公園計画」に則り整備されてきた。岡山県史編纂委員会や岡山県教育委員会が吉備路に関する資料を多数発行しているが、考古学、古代史といった専門的な研究は一般の人々に興味・関心をもたらすことは少ない。出雲と並ぶ古代王国を築いた吉備国は古代からの鉄の産地で、「真金吹く」という枕詞は、古代の製鉄の様子からきた言葉といわれる。本研究は、吉備地方に古くから伝わる〈鬼〉と〈鉄〉が古代吉備王国の謎の表象であることを解き明かし、鬼と日本人について探求したものである。
［背景］

さやけさや らいしなや さいしなや 音のさや

吉備地方に伝わる「温羅伝説」のアイコンである

音のさやけさや」は『万葉集』『古今和歌集』と続き〈鬼〉と〈鉄〉が、古代吉備王国の謎の表象である「真金吹く」とは〈鉄〉が吉備地方の文化の表象でことに着目して「鬼と日本人―〈鉄〉をめぐる吉備あることを明示している。

王国の謎―」と題して、〈鉄〉をめぐる出雲・吉備・「温羅」という〈鬼〉＝鬼神のイメージの造形には、大和の相互影響を解明した。
『古事記』『出雲風土記』『備中吉備津宮縁起』や『備中一品吉備津彦命明神といった古文献から古代吉備王国の謎を読み解き、縁起』『備中吉備津宮御釜殿等由緒記』『備中大吉備古代吉備国論争に加え、吉備文化における〈鉄〉の津宮略記』などの吉備津神社の御釜祓いと御釜殿に重要性という視点から探求し若者を中心とした地域

関する記述の影響がある。渡来人が〈鬼〉になった

密着型情報発信力の養成を目指した。文化庁が指定｢温羅」伝説は、江戸時代の読本作家である上田秋成

した｢吉備路風土記の丘」
を中心とした実地調査に加による怪奇小説｢吉備津の釜｣（『雨月物語』
）に投影

え、
『古事記』
『出雲風土記』から吉備王国の謎を読されることになる。
「吉備津の釜」では、磯良というみ解くには、吉備地方における〈鉄〉という視点が神主の娘が〈鬼〉となった。
〈鬼〉になった「温羅」重要である。
吉備から中国山地をめぐる調査研究は、と磯良を中心に〈鬼〉と日本人の関係を考察した。

吉備文化と出雲文化の交流という観点に立つことで『日本書紀』（『日本古典文学大系』）の〈鬼〉表記は、

鉄物語に〈鬼〉という鍵語を介在させた斬新な研究「おに」または「もの」と訓読みし、『岩波古語辞典』がうまれる。
吉備地方の歴史や建造物に関心を持ち、から「オニということばが文献に現れるのは平安時一般の人々に魅力的な地域文化の情報を発信するこ代に入ってからで、奈良時代の万葉集では「鬼」のとを目的とした。

字をモノと読ませている」
ことがわかった。
さらに、「吉備津風土記の丘」（岡山県総社市）「八雲立つ風

折口信夫は、鬼に関して古代信仰では「たまに善悪

土記の丘」（島根県松江市）を中心に実地調査した。

の二方面があると考へるようになつて、人間から見出雲と並ぶ古代王国を築いた吉備国は、古代からのての善い部分が「神」になり、邪悪の方面が「もの」

鉄の産地で、「真金吹く」といふ枕詞は、製鉄の様子として考へられる様になつた」と論じている。

からきた言葉といわれる。奈良時代から平安時代に

古代吉備王国に隠された〈鬼〉の情念とエネルギできた催馬楽に謡われた「真金吹く 吉備の中山ーを〈鉄〉という鍵語から学際的及び国際的な視点

帯にせる なよや らいしなや さいしなや 帯にから追究した。

せる 帯にせる はれ 帯にせる 細谷川の 音の- 161 -

吉備地方は出雲や大和とともに二千年以上の歴史

焼きをして家族の暮らしを支えているという物語でをもち、「真金吹く」を枕詞とした吉備国は、歌に詠ある。若者の人気のあるアニメーションに、中世のまれ「催馬楽」『万葉集』にも謡われ、『古今和歌集』

たたら場や近代日本の発展を描いたたたら製鉄に関

巻 20 にいたるまで〈鉄〉の国として天下に知られてわる炭焼きの場が描かれていることは興味深い。

いた。真金とは鉄のことで、「温羅伝説」の〈鬼〉と日本の鉄は、明治時代初期まで 9 割以上が中国地方〈鉄〉は古代吉備王国の謎を解く重要な鍵語であるで生産された。中国地方の砂鉄を原料としたたたらことがわかる。また、吉備地方に関わる古代の文献

製鉄は明治 20 年代以降の「洋式高炉製鉄法」に圧倒を中心に鎌倉時代の説話物語『沙石集』巻 8～14 にされ、大正 10 年が最後の製鉄となった。島根県奧出

ある「貧窮追出す事」から〈鬼〉の記述を研究し、雲町大呂の「日刀保たたら」では、現在、古来の方追儺における〈鬼〉の表象を考察することで、中世法によって日本刀剣保存協会による刀鍛冶の要望でにおける「温羅伝説」の実体を探求した。さらに、1977 年に復元し、日本で唯一の本格的なたたら操業

近世における吉備地方は「吉備路風土記の丘」の中を毎年 1 月下旬から 2 月上旬に実施し、鋼の生産を心である国分寺・国分尼寺周辺の史跡から調査する行って全国の刀匠に提供されている。

ことができる。鬼ノ城や吉備津神社という「温羅伝説」を伝える文化遺産に加えて吉備地方は花崗岩を・〈鬼〉と〈鉄〉について基盤とした良質の砂鉄の産出地で天秤鞴と呼ばれる「温羅」という〈鬼〉のイメージの造形には、『備中

踏鞴がいち早く出現し、鉄生産の飛躍的増産の要因

吉備津宮縁起』や『備中一品吉備津彦命明神縁起』となったことがわかった。

『備中吉備津宮御釜殿等由緒記』『備中大吉備津宮略記』などの吉備津神社の御釜祓いと御釜殿に関する［結果と考察］記述の影響があることは先に述べたとおりである。

・たたら製鉄について

浮世絵師の尾形月耕（1859～1920）が描く鬼は自ら

中国地方は鉄の産地として知られているが、島根
県雲南市吉田町には製鉄作業をした「高殿」が現存

巨体を超える鉄の棒を打ち立て、右下の山麓にいる
桃太郎と猿と犬と雉を睥睨する（図１）。

する「菅谷たたら」は、宮崎駿アニメーション『もののけ姫』に度々登場するたたら製鉄のモデルと言われている。
『もののけ姫』の時代設定は、物語の冒頭でエミシ村のおばさまのセリフに「大和との戦に破れてこの地に潜んでから五百十余年」という言葉から 1570 年あたりの室町時代とわかる。また、物語の重要な鍵をにぎる｢たたら場」の情景が台詞のなかに登場する。たたら製鉄の集落は 100～200 人で「山内」と呼ばれ、技術責任者である「村下」、補助役である「炭坂」、炉へ炭を入れる「炭焚」、鞴を踏む「番子」、使い走りの「手子」、砂鉄を採取する「金穴師」、
さらに炭を焼く「山子」など物語ではたたら製鉄に従事する人々の暮らしに触れている。時代は降るが明治期になると木炭の需要は高まり、それにつれて製炭業も拡大し、製炭法も洗練されていった。明治から大正の設定で吾峠呼世晴のアニメーション『鬼滅の刃』は、竈門炭治郎が亡き父親の跡を継ぎ、炭（図１「鬼ヶ島」『月耕随筆』：NDL イメージバンク）- 162 -

吉備王国に隠された〈鬼〉の情念とエネルギーをが略歴を書き添えている。16 歳で実父に死に別れ、〈鉄〉をとおして双方向的に研究することで、〈鬼〉

伯父の「刀工の家系を絶やさないで欲しい」というの正体を解き明かし、鬼ブームに沸く若者の地域離頼みで、息子 13 代に継ぐ家系図には、「代襲名」をれという課題を解決することができると考える。

留めず家系を存続させたのである。単に刀工の血筋を受け継ぐことを宿命とした女性である。三種の神・女刀工大月源について器（八咫鏡・天叢雲剣・八尺瓊勾玉）にも数えられ

上田秋成「吉備津の釜」（『雨月物語』）における〈鬼〉

る刀剣は日本の国の象徴の一つである重要なもので、は、物語の装置ではなく現実として認識されている。

江戸後期、男尊女卑の中で、史上ただ一人の女刀工

吉備津神社ホームページには｢御竈殿にてこの神事

大月源が、〈鉄〉の国備中に出現したのである。

に仕えているお婆さんを阿曽女といい、温羅が寵愛

備中東江原(現在の井原市)に住んでいた大月源は、した女性と云われています。〝鬼の城〟の麓に阿曽女と子どもは現場に近づけないという不文律があるの郷があり、代々この阿曽の郷の娘がご奉仕してお空間に気負わず果敢に挑んだ。
｢刀工女国重宅跡｣は、ります。またこの阿曽の郷は昔より鋳物の盛んな村

昭和 17（1942）年に井原市東江原町、東平井公民館

であり、御竈殿に据えてある大きな釜が壊れたり古前に建てられた。源の養子が母の業績を後世に残そくなると交換しますが、それに奉仕するのはこの阿うと画家狩野信喬に肖像画を書かせた。半世紀にわ曽の郷の鋳物師の役目であり特権でもありました」

たって鍛刀した源の作品は地元にあまり残っていなと「温羅伝説」と阿曾の〈鉄〉について説明がある。

いが、短刀銘｢備中荏原住国重｣が天明２（1782）年

また、朝鮮半島には「鬼ノ城」とよく似た石垣の作の大月源の作として保存されている。大月源が授城があることから、「鬼ノ城」は朝鮮の山城なのか、かった「鍛冶心得大意」があり、伯父伴十郎のこと

北九州や中国四国地方によく見られる「神籠石」とばには「剣というものには陰陽五行の徳がすべて備呼ばれる山城なのか長い間論争されたが、現在ではわっており、それを作る者は青空の清らかさよりも朝鮮半島式の山城説が有力である。吉備地方には、

澄んだ精神を持たなければならない。
」とあったとい

楯築遺跡や造山古墳、作山古墳など畿内に匹敵するう。大月源の肖像画には〈鉄〉を打つ〈鬼〉とも見大規模な遺跡が散在し、祭事に使われた土器や埴輪紛う鬼気迫る澄んだ精神がみなぎっている。

の原型から大規模な墳墓が想定される。後白河法皇の命で編まれた『梁塵秘抄』に「一品聖霊吉備津宮、新宮本宮内の宮、隼人崎、北や南の神客人、艮御崎
は恐ろしや」と詠まれる艮御崎とは｢温羅」の霊魂で愛妻の阿曽女に自分が眠る御釜殿の御饌を炊かせたいという「温羅」の願いは、磯良の鬼化した想いに通じることからも〈鬼〉と〈鉄〉の関わりがわかる。
女人禁制の鉄作りの世界に、女性で初めて刀工となったのが、井原市の女国重大月源（1733～1808）である。日本初の女刀工大月源の画が残っている。
「大月源鍛刀之図」(井原市指定重要文化財)である（図２）。
最晩年の 76 歳頃の姿で、白髪に結い上げ、素足で片膝をつき、左手に鉄鉗で短刀を挟み、右手に金槌を持ち、独りで打っている。老婆というのではなく、体格もがっしりして、気負うことなく凜としたたたずまいである。画面上段には、三好亭子教（図２ 女国重大月源：井原市文化財センター）- 163 -

［まとめ］るところを見ても、女神終焉の地たることを想像さいまだ多くの謎につつまれた古代吉備国論争は、れる｣（『島根県口碑伝説集』）と述べている。

岡山県文化財保護協会及び岡山県古代吉備文化財セまた、司馬遼太郎は「古代、鍛冶とよばれた製鉄

ンターを中心に詳細な調査研究が進められている。

業者も、同様の運動律をもっている。韓鍛冶の出雲｢吉備における鉄生産は、備前と播磨西部の地域からの森林地帯への集団渡来も、そういう引力にひかれはじまり、次第に北と西に移って、美作、続いて備ての、ほとんど自動的といえるような動きだったに中で栄え、その次に備後で盛んになった。そして備ちがいない」（「砂鉄のみち」『街道をゆく』）と述べ、前・美作での製鉄の開始が五世紀代（後半）、備中に

津山市に百済性の家系伝承に｢百済王敬福」（698～

おける製鉄の開発が六世紀、備後の製鉄が七世紀に766）という実在の人物の由来を開示している。

可能になった」（直木孝次郎「吉備の渡来人と豪族」

砂鉄の道をたどることは｢温羅｣が、百済王の子孫『岡山の歴史と文化』福武書店、1983 年）という。

ではないかという視点にもつながる重要な指摘であ〈鉄〉の文化が６世紀後半から 11 世紀ころまでがることがわかった。古代吉備王国の謎には、未解決

吉備地方に集中したことがわかる。その後中国山地な部分がまだまだ多くあり、古代吉備国論争は〈鬼〉

周辺、石見・出雲に移動した。

と〈鉄〉に加えて〈神〉という視点を加えることで、吉備高原から中国山地をめぐる調査研究は、吉備文化と出雲文化の接触という観点から吉備と〈鉄〉

鬼と日本人という課題にさらなる研究成果を積み重ねることができると考えている。

いう鉄物語に〈鬼〉という鍵語を介在させることで現代性をおびる。吉備文化を中心とした、吉備地方［研究成果］の歴史や建造物に関心を持ち、一般の人々に魅力的① 『「吉備津の釜」を読む』（2023 年 2 月花書院）

な地域文化の研究を実施することで、学生など若者② 「不在の父―村上春樹「神の子どもたちはみなを中心とした地域密着型情報発信力を養成すること踊る」論―」『MURAKAMI REVIEW』5 号 村上春樹ができる。鬼ノ城や吉備津神社という「温羅伝説」

研究フォーラムを伝える文化遺産に加えて、吉備地方は花崗岩を基③ 武田泰淳「聖女侠女」論 ―戦時上海のプリズム盤とした良質の砂鉄の産出地で天秤鞴と呼ばれるた―（2024 年 1 月『岡山理科大学紀要第 59 号 B』）

たら製鉄がいち早く出現し、鉄生産の飛躍的増産の要因となったことは先に述べたとおりである。文部［謝辞］

科学省が薦める「地域の教材化」に即し、地域にお公益財団法人ウエスコ学術振興団には、本研究をけるフィールドワークを地道に実施することで〈鬼〉

ご支援いただきましたことを心より感謝いたします。

と〈鉄〉
を鍵語に日本人の正体を解き明かすなかで、〈鉄〉と〈神〉には深い関係があることがわかった。
｢金屋子神」とは、中国地方を中心に、鍛冶屋に信［参考文献］① 中川満雄：吉備古文化と砂鉄 御野・津高編，

仰される神で、一般には女神であるとされるが男神とする説もある。長辻勝太郎は「比田村には、金屋

岡山平野研究会(1954 年)② 山内登貴夫：和鋼風土記―出雲のたたら師，角子神社がある。伊邪那美命が、迦具土の命を生み給うてから、病に罹られ吐物から金山毘古神、金山毘川選書 76(1975 年)③ 吉野裕子：陰陽五行と日本の文化，大和書房

売命を生み給い、遂に神避り給うたことを「古事記」に記され、｢日本書紀」には金山の意味を、枯れ悩み(2003 年)
④ 司馬遼太郎：甲賀と伊賀のみち、砂鉄のみち

こし、悶熱懊悩因為吐の文字があるが、金屋子神社
は、社号其の物が己に枯れ悩み児の意義を現し、加ほか，朝日新聞社(2005 年)⑤ 赤井克己：まだまだ おかやま雑学ノート，吉之金山毘古、金山毘売の二柱の神を併せて祭って居- 164 -

備人出版(2010 年)

ビスシリル化反応を利用したシロール誘導体の合成とその性質
倉敷芸術科学大学 生命科学部
仲 章伸（概要）シロール誘導体は、優れた電子特性と光物性を有する新しい機能性材料として大きな注目を集めている。これまで、シロール誘導体を得るために、様々な合成方法の開発が行われてきた。本研究は、薗頭カッ
プリング反応の条件下、ピリジンが縮環したシロール誘導体の合成について述べている。触媒としてPdCl2(PPh3)2-CuI の存在下で、2-ブロモ-3-(ペンタメチルジシラニル)ピリジン(1)とエチニルベンゼン誘導体
を反応させると、分子内トランス型ビスシリル化を介して、対応するピリジン縮環シロール(2a-2c)が得られた。また、反応機構を明らかにするために DFT 計算を行った。この反応は、パラジウム錯体触媒存在下での、ジシランとアルキンによるトランス型ビスシリル化の初めての例である。
による内部アルキンのニッケル錯体触媒ビスシリル

はじめに
含ケイ素化合物は、有機合成化学から機能性材料、化反応を報告した。また、分子内ビスシリル化反応

医薬品合成に至るまで、様々な分野で利用されていの例もいくつか報告されてきている。2012 年に、る。これまで、含ケイ素化合物の新しい合成方法がMatsuda と Ichioka は、含ケイ素四員環および五員開発されてきている[1-5]。
ジシランによるアルキン環を選択的に合成した[16]。彼らは、位置選択性がの遷移金属錯体触媒によるビスシリル化については、触媒に依存するかどうかを検討し、(2-アルキニルフ

多くの論文が報告されている[6-13]。非環式ジシラ

ェニル)ジシランを Pd/イソシアニド系で触媒するンによる内部アルキンのシス型ビスシリル化の例もと、シス型ビスシリル化反応が起こり、四員環化合いくつか報告されている(Scheme 1)。例えば、Ozawa

物を生成することを明らかにした。対照的に、(2-ア

ら は Pd 錯 体 触 媒 を 用 い た 内 部 ア ル キ ン とルキニルフェニル)ジシランのロジウム錯体触媒反Me3SiSiF2Ph のビスシリル化反応を報告した[14]。

応では、トランス型ビスシリル化を介して五員環化

Spenser らは、[(NHC)2Pd(SiMe3)2](NHC:N-ヘテロサ

合物、すなわち 3-シリル-1-ベンゾシロールが得ら

イクリックカルベン)錯体を用いて、ヘキサメチルジれることを見出した(Scheme 2)。

シランによる内部アルキンの分子間ビスシリル化反Scheme 2

応を報告した[15]。
Scheme 1

最近、我々はルテニウム触媒によるヒドロシリル化反応を用いたピリジン縮環シロール誘導体の合成とその光学特性について報告した[17]。シロール誘
Zhao ら は 、 非 対 称 配 位 ジ シ ラ ン で あ る 8-

導体は、有機発光ダイオード(OLED)や太陽電池、半(1,1,2,2-テトラメチルジシラニル)キノリン誘導体

導体など様々な用途において、電子特性や光物性に- 165 -

優れた新しい機能性材料として注目されている[18-因)、およびフェニルプロトンに対応するシグナルを

23]。

与えた。

本研究では、薗頭カップリング反応条件下でのピ

Scheme 3リジン縮環シロールの合成について報告する[24]。
これらの反応は、
3-(1,1,2,2,2-ペンタメチルジシラニル)-2-(アリールエチニル)ピリジンのトランス型
ビスシリル化によって進行しているものと考えられる。これまで、パラジウム錯体触媒は、ジシランによるアルキンのトランス型ビスシリル化反応に利用されたことはなく、今回が初めての例である。
結果と考察
2,3-ジブロモピリジンと i-PrMgCl を室温で反応させた後、クロロペンタメチルジシランでクエンチ
すると、2-ブロモ-3-(ペンタメチルジシラニル)ピリ
ジン(1)が 70%の収率で得られた[25]。次に、2-フェ化合物 2a の 29Si NMR スペクトルは、-6.2ppm とニルエチニル-3-(ペンタメチルジシラニル)ピリジ

3.7ppm のシグナルを示した。

ンを得ることを目的とし、化合物 1 を薗頭カップリ

CuI 不在下でのエチニルベンゼンと化合物 1 のング反応条件下でエチニルベンゼンと反応させた。

Pd(PPh3)2Cl2 触媒反応を行った。その結果、GLC およPdCl2(PPh3)2-CuI 触媒存在下、化合物 1 とエチニル

び GPC により反応混合物中に多くの未同定生成物がベンゼンの混合物をトリエチルアミン還流下で加熱検出されたが、化合物 2a は反応混合物中には全くしたところ、予期せぬ化合物である 1,1-ジメチル-

検出されなかった。カップリング反応には銅触媒が2-フェニル-3-(トリメチルシリル)-1-H-シロロ

必要だと考えている。

(3,2-b)ピリジン(2a)が 15%の単離収率で得られた。

化合物 1 と 4-エチニルトルエンを同条件で反応さまた、2-フェニルエチニル-3-(ペンタメチルジシラ

せると、
1,1-ジメチル-2-(p-トリル)-3-(トリメチルニル)ピリジンとエチニルベンゼンとの分子間ビスシリル)-1H-シロロ(3,2-b)ピリジン(2b)が 21%の収シリル化反応から得られると考えられる生成物

率で得られ、さらに化合物 3a に類似する化合物

3a(8%収率)が得られた(Scheme 3)。化合物 2a は、分3b(収率 7%)が得られた。また、GLC および GPC によ子内トランス型ビスシリル化によって生成されたもり、反応混合物中から多くの未確認生成物が検出さのである。また、反応混合物中には、ガス液体クロれた。化合物 2b と化合物 3b の構造は、質量分析おマトグラフィー(GLC)およびゲル浸透クロマトグラ

よび各種 NMR スペクトルにより決定した。

フィー(GPC)により、多くの生成物が検出されたが、PdCl2(PPh3)2-CuI 触媒の存在下で 3-エチニルトル
エンを化合物 1 と反応させ、1,1-ジメチル-2-(m-ト

その同定には至っていない。
化合物 2a をカラムクロマトグラフィーで単離し、リル)-3-(トリメチルシリル)-1H-シロロ(3,2-b)ピ

分光分析によりその構造を決定した。化合物 2a のリジン(2c)を 16%の単離収率で得た。NMR および MS

マススペクトルは、C18H23Si2N の分子量に対応する分析により、3-ペンタメチルジシラニル-2-(m-トリ

m/z 309 の親イオンを示した。化合物 2a の 1H NMR ス

ルエチル)ピリジンと 3-エチニルトルエンとの反応

ペクトルは、0.04 ppm と 0.29 ppm にケイ素原子上から得られるビスシリル化生成物 3c(3%収率)の存のメチルプロトンを示し、7.00、7.76、8.49 ppm の在が確認された。

3 つのダブレットシグナル(ピリジルプロトンに起- 166 -

1-クロロ-4-エチニルベンゼンおよび 2-エチニル

-1,3,5-トリメチルベンゼンを同条件下で、化合物 1

よる立体障害が原因であると考えている。

と反応させたところ、化合物 2a-2c などの 1H-シロ

Scheme 5ロ(3,2-b)ピリジン誘導体や、化合物 3a–3c に類似する生成物は、NMR では検出されなかった。反応混合物中には、GLC および GPC により、多くの未同定生成物が検出された。
反応機構は、Scheme 4 に示すように考えている。

次に、トランス型ビスシリル化の反応機構を明ら

まず、化合物 A は、エチニルベンゼン誘導体と化合かにする目的で、DFT 計算を行った。DFT 計算は、3-物 1 の薗頭カップリング反応によって生成され、続(1,1,2,2,2-ペンタメチルジシラニル)-2-(フェニル

いて Si-Si 結合の酸化的付加により Pd 錯体 B が生エチニル)ピリジン(6)からシス付加体（Z）-7,7-ジ成される。錯体 B はさらに Si-C 結合を形成し、中間メチル-8-(フェニルシリル(トリメチルシリル)メチ

体 C を生成する。次に、錯体 C は 5 員環錯体 D へのレ ン )-2- アザ -7- シ ラビ シ ク ロ(4.2.0) オ クタ -環拡大を受け、続いて還元的脱離によりビスシリル

1,3,5-トリエン(7、Scheme 6)を経由し、トランス付化生成物 2 が得られ、Pd 触媒が再生される。

加体 2a への合成経路のエネルギーと構造の変化をScheme 4

調査するために行った。
Scheme 6

Pd 触媒は、立体障害のために 1 つの PPh3 リガン
ドが Pd(PPh3)2 から分離して形成された Pd(PPh3)錯体を使用してモデリングした。反応機構として以下の 2 つのルートを予想した。
（1）化合物 6 からシス付加体 7 とトランス付加体 2a への並列機構、（2）化
次に、触媒量 PdCl2(PPh3)2-CuI の存在下でエチニ合物 6 からシス付加体 7 を形成した後、7 を化合物

ルトリメチルシランと化合物 1 の同様の反応を行っ2a に変換する機構である。 DFT の計算を行ったとた。化合物 1 を触媒量の Pd 錯体存在下でトリエチ

ころ、後者の反応ルートだけが確認出来た。Figure

ルアミン還流下、12 時間撹拌すると、3-(1,1,2,2,2-

1 は、7 つの遷移状態（TS）と 8 つの局所最小値（LM）

ペンタメチルジシラニル)-2-(トリメチルシリルエ

で構成される反応座標に沿ったエネルギー変化を示チニル)ピリジン(4)が 17%の単離収率で得られたしている。LM0 は化合物 6、LM4 はシス付加体 7、LM7(Scheme 5)。反応混合物中には、化合物 2a-2c に類はトランス付加体 2a である。TS6 の形成は 161 kJ

似した 1,1-ジメチル-2,3-ビス(トリメチルシリ

mol-1 の活性化エネルギーを持つ律速段階であった。

ル)-1H-シロロ(3,2-b)ピリジン(2d)は検出されなシス付加体 7 の生成に比べて、シス-トランス変換

かった。化合物 1 と 3,3-ジメチル-1-ブチンの同様の活性化エネルギーが高かったが、トランス付加体の反応では、
2-(3,3-ジメチルブト-1-イン-1-イル)-

2a は 91.4 kJmol-1 でエネルギー的に安定であること

3-(1,1,2,2,2-ペンタメチルジシラニル)ピリジンが分かった。

(5)が 5%の収率で得られた。
GLC および GPC により、反応混合物中に多くの未同定生成物が検出されました。化合物 4 および化合物 5 の低収率は、置換基に- 167 -

Figure 1

参考文献[1] Hiyama, T.; Oestreich, M. Organosilicon

150.0

Chemistry: Novel Approaches and Reactions,

100.0

Relative enrgy (kJ/mol)

50.0

Wiley-VCH Press: Weinheim, 2019.

0.0[2] Min, G. K.; Hernández, D.; Skrydstrup, T.

-50.0-100.0-150.0-200.0

TS1

LM1

TS2

LM2

TS3

LM3 TS4 LM4 TS5
Reaction coordinate

LM5

TS6

LM6

TS7

RoutesFormation

for

to

the

Carbon–Silicon

Synthesis

of

Bond

Silicon-Containing Peptides and Azasilaheterocycles.

-250.0LM0Efficient

LM7

Acc. Chem. Res. 2013, 46, 457–470.

パラジウム原子上に配位子が存在しない場合のト[3]Cheng,

C.;

Hartwig,

J.

F.

Catalytic

ランス付加体 2a の生成についても DFT 計算を行っ

Silylation of Unactivated C–H Bonds. Chem. Rev.

た。その結果、TS は活性化エネルギーが 215.3 kJ

2015, 115, 8946–8975.

mol-1 の律速段階であることが明らかとなった。

[4] Mu, Q.-C.; Chen, J.; Xia, C.-G.; Xu, L.-W.
Synthesis
Catalytic

まとめと今後の展望以上述べてきたように、本研究では、2-ブロモ-3-

ofSilacyclobutanes

Transformations

and

Their

EnabledbyTransition-Metal Complexes. Coord. Chem. Rev.

(ペンタメチルジシラニル)ピリジン(1)と末端アル2018, 374, 93–113.

キンとの反応を PdCl2(PPh3)2-Cul の存在下での反応[5] Santra, S. Synthesis and Application ofを行った。化合物 1 とエチニルベンゼン誘導体とのSiloles:

反応により、分子内トランス型ビスシリル化により

ChemistrySelect 2020, 5, 9034-9058.

対応するシロール誘導体(2a–2c)が得られた。エチ[6] Zhang, Y.; Wang, X. C.; Ju, C. W.; Zhao, D.

ニルトリメチルシランおよび 3,3-ジメチル-1-ブチ

Bis-Silylation of Internal Alkynes Enabled by

ンとの化合物 1 の同様の反応では、それぞれ 2-エチ

Ni(0) Catalysis. Nat. Commun. 2021, 12, 68.

ニル-3-(ペンタメチルジシラニル)ピリジン誘導体[7] Suginome, M.; Ito, Y. Palladium-Catalyzed

4 および 5 が得られた。シス型ビスシリル化付加物

Reactions of Organic Halides with Olefins.

7 を経由して、1,1-ジメチル-2-フェニル-3-(トリメActivation of Silicon–Silicon σ Bonds by

チルシリル)-1H-シロロ(3,2-b)ピリジン 2a の生成

Transition-Metalを明らかにするために、DFT 計算を行った。シロー

Catalysis of New Organosilyl Transition-Metal

ル誘導体(2a–2c)生成反応は、内部アルキンのパラ

Complexes. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1998,

ジウム触媒によるトランス型ビスシリル化である。

1925–1934.

我々の知る限り、このような反応は、世界で初めて[8] Suginome, M.; Ito, Y. Activation of Si–Siの例である。

Bonds by Transition-Metal Complexes. Organomet.

今後は、今回開発した反応を用い、もっとπ-電子

From

the

Past

Complexes:toPresent.

Synthesis

andChem. 1999, 3, 131–159.

系を拡張したシロール誘導体を合成し、発光材料や[9] Beletskaya, I.; Moberg, C. Element-Element

センサーなど新規機能性材料開発につなげていく必

Addition to Alkynes Catalyzed by the Group 10

要があると考えている。

Metals. Chem. Rev. 1999, 99, 3435–3462.
[10] Suginome, M.; Ito, Y. Transition-Metal-

謝辞

Catalyzed Additions of Silicon–Silicon and

本研究にご支援賜りました公益財団法人ウエスコ
学術振興財団に深く感謝申し上げます。

Silicon-Heteroatom Bonds to Unsaturated Organic
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- 169 -

Reactions

of

2,3-

慢性ストレスがきたすうつ様行動の原因となる神経核、K+チャネルの解明
倉敷芸術科学大学生命科学部生命医科学科
岡田誠剛
本研究は、慢性ストレスを負荷されたマウスのうち、ストレス感受性にうつ様行動を示す群とそうでない群の間で、脳のどの部位の神経細胞興奮性が異なるか、及び、その興奮性の違いをきたすイオンチャネルは何かを解明することを目的として行った。慢性のストレスは、ヒトのみならずマウスにもうつ様行動をきたす。興味深いことに、このストレスによるうつ様行動には個体差があり、ストレス感受性にうつ様行動を示すマウスと、抵抗性のマウスが見られる。申請者は、ニューロンの内在性興奮性の主な制御分子はＫ⁺チャネルであることから、慢性ストレスは特定の神経核でＫ⁺チャネル発現量を変化させ神経核の興奮性を変化させ、この興奮性の変化がうつ様行動をきたすという作業仮説を立てた。この仮説に基づき、神経細胞興奮性のマーカーである c-Fos 免疫染色を行い、外側中隔と帯状皮質の興奮性がストレス抵抗性マウスでは抑制されていることを見出した。さらに、両領域の mRNA 発現を RNA-Seq によって解析し、ストレス抵抗性のマウスでは内向き整流性 K+チャネルなど、複数のイオンチャネル mRNA 発現が変化していることを明らかにし、興奮性の変化をきたすチャネルの候補分子を明らかにした。
緒言

発現量を変化させ、その神経核の興奮性を変化させ、慢性ストレスはうつ病発症のきっかけになる。今この興奮性の変化がうつ様行動をきたすという作業

日のうつ病の主な治療薬はセロトニン、ノルアドレ

仮説を立てた(図 1)。

ナリンの神経伝達を促進する SSRI、SNRI、NaSSA であるが、患者の 1/3 はこれらには反応せず、セロト
ニン、ノルアドレナリンの神経伝達以外に、未解明
図 1. 作業仮説の発症機序が存在することを示している。一方、難治性のうつ病患者に、電気けいれん療法、脳深部刺激、経頭蓋磁気刺激などの神経刺激を加えると、寛この仮説を確かめるため、申請者はまず薬理学的解する例がある[1]。この機序として、患者では特定な検討から始めた。すなわち、2 ポアドメイン型Ｋ⁺の神経核の興奮性が異常をきたし、この異常がうつチャネル(TREK-1)活性化薬(Ostruthin)や、内向き整病を発症させ、神経刺激は興奮性を正常化して抗う

流性Ｋ⁺チャネル(Kir1.1, ROMK)遮断薬（Tertiapin-

つ効果を発揮したと考えられている[2]。
もしそうな

RQ）
をマウスに投与しＫ⁺チャネル活性を変化させる

ら、次の疑問は、どの分子が、どの神経核の興奮性と、両者ともに特定の神経核(外側中隔）の興奮性をの異常をきたしているかになる。申請者らは、ニュ抑制し、抗うつ作用を示した[5,6]。つまり、図 1 のーロンの内在性興奮性を主に制御するのはＫ⁺チャ②から④の過程はおこりえることを示すことができネルであること、Ｋ⁺チャネルには 76 サブタイプがた。次の疑問は、慢性ストレス(図１①)によって、あること、大半のサブタイプが脳の神経核特異的に

どのＫ⁺チャネル発現が変化し②、どの神経核の興奮

発現していること、中枢作用が未解明のことから、性が変化するかである③。

Ｋ⁺チャネルに着目した。事実、うつ病患者脳では内慢性ストレスによるうつ様行動はマウスでも誘発

向き整流性Ｋ⁺チャネル(Kir1.1, ROMK)発現の増加される。すなわち、マウスに慢性予測不能軽微スト

や、自殺者の脳では Kir2.1 チャネル mRNA 発現が減レス(CUMS)を 4-6 週間負荷すると、強制水泳(FST)、

少していることが報告されている[3,4]。
そこで申請

尾懸垂(TST)、新奇環境摂食抑制(NSF)、スクロース者は、慢性ストレスによるうつ様行動誘発の機序に嗜好(SPT)のうつ様行動試験で、ストレス未負荷の対ついて、慢性ストレスは特定の神経核でＫ⁺チャネル

照マウスと比較してうつ様行動がみとめられる。興- 170 -

味深いことに、この効果には個体差が見られ、ICR マ

粉状のドライアイスで脳を急速凍結した後、外側中ウスにストレス感受性にうつ様行動を示すマウス

隔、帯状皮質を切り出し、Trizol(Thermo-Fisher 社(Stress-S)とストレス抵抗性にうつ様行動を示さな製 ) を 用 い て ｍ RNA を 調 製 し 、 MGIEasy RNAいマウス(Stress-R)に分けることができる。

Directional Library Prep Set を用いてライブラリ

本研 究は この 個体差に 着目 し、 Stress-S とーを作製し、DNBSEQ-G400RS FAST を用いて塩基配列

Stress-R マウスの間でどの神経核の興奮性が異なを解析し、DAVID(NIH)を用いてアノテーションを行るかを明らかにすることと、この興奮性の変化をきった。

たすのはどのイオンチャネルかを明らかにすること
結果と考察を目的として行った。

１．興奮性の差がある神経核の探索
Stress-S と Stress-R マウスの脳切片を神経細胞方法
ICR マウス(生後 5 週齢)を 1 週間の予備飼育の後、の興奮性マーカーである c-Fos の免疫染色を行い、6 週間にわたり CUMS を負荷した。具体的には、強制ストレス、うつ様行動との関連が報告されている帯

水泳(10 min)、拘束(1 h)、床敷きの水浸(3 h)、ケ状皮質(CG)、
外側中隔腹側部(LS)、
海馬歯状回(DG)、

ージの振動(1 h)、ケージの斜め設置(1 h)、照明の縫線核(DRN)、青斑核(LC)、外側手綱核(lHb)、視床

昼夜逆転(24 h)、ストロボ照明(3 h)、絶食・絶水(終下部室傍核(PVN)の染色像を Control（ストレス未負夜)を 1 日２つランダムに負荷した。最終週に 4 種荷）、Stress-S、Stress-R 群間で比較した。その結類のうつ様行動試験を行い、その結果に応じて、果、Stress-S と比べて Stress-R マウスで c-Fos 陽Stress-S、Stress-R、及び、解析を行わない３群に性神経細胞数の有意な減少が帯状皮質(CG)と外側中分けた(表 1)。対照(Control)マウスは体重測定だけ

隔(LS)で認められ、両神経核で興奮性が抑制されてを行い、最終週に行動試験を行った。

いることが示唆された(図 2、3)。両部位の興奮性の差が CUMS によるうつ様行動に関与しているのかも

表１．4 つのうつ様行動試験と Stress-S、Stress-Rの分類の例、各テストで中央値よりうつ様の行動を示した欄をハッチングしている。3 つハッチングされたものをStress-Sとし、1つだけのものをStressR とし、2 つのものは以降の解析に用いなかった。

c-Fos 免疫染色は CUMS 負荷、行動試験、分類の後しれない。

図 2.帯状皮質(CG)と外側中隔(LS)の部位と c-Fos 免
疫染色像(Bar 100 μm)。

4%パラホルムアルデヒドで脳を固定し、薄切の後、
抗 c-Fos 抗体(Cell Signaling Technology 社製)、
及び、2 次抗体(Vector 社製)を用いて行った。
RNA-Seq 解析は、CUMS 負荷、行動試験、分類の後、- 171 -

図 3. 帯状皮質(CG)と外側中隔(LS)の c-Fos 陽性細胞数の Stress-R マウスでの減少(***, p < 0.005;*, p < 0.05; ANOVA, Bonferroni-test)。
CG と LS 以外の領域では、視床室傍核(PVT)でスト
レス未負荷の Control マウスとストレスを負荷した(Stress-S、及び Stress-R)マウスの間で差が見られたのみであった(図 4)。セロトニン神経系の起始核の縫線核（DRN)、ノルアドレナリン神経系の起始核である青斑核(LC)には Stress-S、Stress-R 間で差が見られず（図 4）、これらの領域がこのモデルでのうつ様行動に関与していないことが示唆された。

図 5. Stress-R マウス LS と CG における K⁺チャネ
ル mRNA 過剰発現の例(kcnj2、Kcvn1) (*, p <0.05; Likelihood-ratio test)。
加が認められた。
kcnj2 遺伝子の産物は内向き整流性 K⁺チャネル(Kir2.1)であり、同チャネル発現の増加は神経細胞
興奮性を抑制することが予想される。事実、ウイル
スベクターを用いた Kir2.1 の過剰発現は神経細胞の興奮性を人為的に抑制するツールとして用いられる[7]。もし、この分子の発現増加が興奮性を抑制す
るのであれば、LS での c-Fos 陽性細胞の減少すなわ
ち興奮性の抑制(図 2、3)とも合致する。さらに、
Kcnj2 遺伝子は自殺者の死後脳では、他の死因で亡くなったヒトより減少していたことが報告されており[4]、
ヒトでの遺伝子発現変化と同じ傾向を示しており、病因遺伝子の有力な候補として浮かび上がった。
今後は、両群の間でｍRNA 発現量に差があるイオンチャネルのうち、Kcnj2 を始めとする発現量がある程度多く、抗体、遮断薬が得られるものを選択し、図 4.DG、DRN、LC、lHb、PVN、PVT の c-Fos 陽性細胞数には Stress-S と Stress-R マウス群間で差はなかった (*, p < 0.05; ANOVA, Bonferroni-test)。

発現量がタンパク、チャネル電流でも変化しているか、チャネル発現量の変化がニューロンの興奮性を変化させるか、チャネル発現の変化とうつ様行動に因果関係があるかを検討し、慢性ストレス負荷によ２．発現量が変化したイオンチャネルの探索
次に、これらの神経細胞の興奮性の差をもたらしたイオンチャネル分子を明らかにするため、Stress-

るうつ様行動発症、並びに、抵抗性の機序を解明す
ることを目指す。

S、Stress-R マウスの CG、LS 領域から mRNA を調製し、RNA-Seq、及び、DAVID を用いて、両者の間で mRNA

参考文献
1.

発現量に差があるイオンチャネルを探索した。その結果、LS で 10 種類の、CG で 25 種類のイオンチャネ
ル mRNA 発現量に有意な差が認められた。図 5 にそれぞれの例を示す。LS では kcnj2 遺伝子発現の増Sheth SA, Bijanki KR, Metzger B, Allawala
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- 173 -

避難行動促進を阻害する認知バイアスは模擬避難所訓練で修正されるのか？
―脳波を用いた生理心理学的検討―
1)2)
吉備国際大学心理学部・ 広島文化学園大学看護学部・3)吉備国際大学心理・発達総合研究センター
橋本翠 1)・森井康幸 1)・村上勝典 1)・金澤寛 2)・小西賢三 3)（概要）

本研究は，昨今の想定を上回る大規模な自然災害に対する防災及び減災に焦点を当て，避難行動促進を阻害するとされている認知バイアスに関して生理心理学的な実験手法を用いて探索的に検証することを目的としている。具体的には，模擬避難所訓練を通して，認知バイアスが修正されるのか否かについて脳波を測定分析することによって認知的メカニズムの観点から検証するものであったが，有効的な模擬避難所訓練のモデル構築に想定以上の時間を要したため，脳波測定に関しては次回の研究となった。そのため，
本稿では有効的な模擬避難所訓練モデルの構築までを報告する。
認知バイアス(cognitive bias)とは，知覚・記憶・

況と行動のパッケージ化により認知バイアスが思考といった認知の諸側面で生じる一定方向に修正されるのか？の 2 点について脳活動および防歪んだ情報処理過程であり，特に災害に関するバ

災意識尺度得点から探索していく予定であった

イアスとしてよく知られているものに正常性バが，有効的な模擬避難所訓練のモデル構築に想定

イアス(normalcy bias)がある。正常性バイアスとは，以上の時間を要したため，本稿では有効的な模擬

危険や脅威が迫っていることを示す情報に対し避難所訓練モデルの構築までを報告する。

て，ある範囲内であれば，その異常性を無視や過方法

小視し，異常を日常的な正常文脈の範囲内として[研究 1] 有効的な模擬避難所訓練モデルの構処理しようとする認知傾向のことである。この正築-大学生および地域住民を対象とした検討実験日時 2023 年 10 月 7 日(土)-2023 年 10 月

常性バイアスは，迫りくる災害リスクの正しい評価を妨げ，時に避難行動の促進を妨害するとされ8 日(日)の 1 泊 2 日で実施した。

て い る ( 菊 池 , J.of the Jpn.Landslide Soc.,55,1420,2018)。なぜヒトは危険だと分かっていても逃参加者 大学生 12 名，地域住民 2 名，教員 5 名が参加した。

げないのか？その時の脳内の認知活動はどのよ

持ち物 バスタオル，防寒具，防災リュック

うになっているのか？さらに，どのようにすれば

防災意識尺度

防災科学技術研究所災害過程

認知レベルと行動レベルが結びつき(行動のパッ研究部門が作成した 6 件法 20 項目の尺度を用ケージ化)，早急な避難行動へと繋がるのかを解明いた。

することはとても重要であると考える。

防災教育 「防災・減災を心理学から考える」

そこで本研究では，我々にある認知バイアスが，というタイトルで防災士の教員が講義した。

実際に体験する模擬避難所訓練を通して修正さ

タイムライン作成

マイタイムライン検討ツれるのか否かについて生理心理学的手法を用いール「逃げキッド」(一般財団法人河川情報センタて検討を行うことを目的とした。

ー)の「台風が発生」してから「川の水が氾濫」す

具体的には，1)危険だとわかっていても「大丈るまでのタイムラインをグループで作成した。

夫」「逃げない，逃げなくても良い」と判断してい模擬避難所 学内心理発達総合研究センター3る時(認知バイアス)の脳活動はどのようになって階の大教室を模擬避難所として使用した。想定しいるのか？2)実際に模擬避難所訓練で防災・減災

た災害は，自宅で過ごすことができなくなるようについての知識を学習したことによる危機的状な大災害に見舞われたという設定であった。

- 174 -

—2024 年 1 月 19 日—
18：10 集合(13 号館 3 階) ・諸注意等○日時：令和 5 年 10 月 7 日（土）14:00 - 令和 5 年 10 月 8 日（日）10:00 頃

18：30 防災リュック確認(防災グッズの説明○集合時間：14：00

19：00 ごはん準備○集合場所：吉備国際大学 13 号館 心理・発達総合研究センター 3 階

19：10 タイムライン(1 回目)○目的：ヴァーチャル・リアリティ（VR/AR）を⽤いた模擬災害体験や防災教育（災害時の被害を最⼤

20：00 休憩＆ごはん

模擬避難所を想定した防災宿泊研修スケジュール
限に抑えるための対策や問題点，避難⾏動の問題点，迅速な⾮難に必要な取り組みなどに関する情報収
Table 2
タイムスケジュール
Table1 参照
20：35 寝床作り

〇日時：令和 6 年 1 月 19 日(金)18：10 ~ 令和 6 年 1 月 20 日(土)10:30 頃

集・情報交換や情報提供）や，模擬避難所を想定し実際に避難所を体験してみることで，防災意識を⾼めること

Table 1

〇集合時間:5 限が終わり次第
タイムスケジュール22：00

消灯予定〇当日スケジュール○当日のスケジュール
タイムスケジュール—2024 年 1 月 19 日——2024 年 1 月 20 日—

18：10 集合(13 号館 3 階) ・諸注意等

7：00 起床 ・ごはん準備

18：30 防災リュック確認(防災グッズの説明など)

8：00 ごはん

19：00 ごはん準備

16:00 VR/AR を用いた防災教育 (高梁消防署職員)

8：20 防災講義

19：10 タイムライン(1 回目)

17:00 防災講習

9：00 タイムライン(2 回目)

20：00 休憩＆ごはん

18:00 グループワーク-タイムラインを考えよう-

10：00 振り返り

20：35 寝床作り

19:00 応急処置・AED 体験

10：30 終了予定

22：00 消灯予定

-2023 年 10 月 7 日(土)14:00 集合(13 号館 3 階)・研修の説明，注意事項等
15:00 防災意識調査

20:00 夕食

〇当日の服装21:00 ダンボールベッド作成体験・避難所運営体験—2024 年 1 月 20 日—

22:00 消灯

7：00 起床 ・ごはん準備-2023 年 10 月 8 日(日)-8：00 ごはん・マスク(インフル等流行っているのでお願い

防災リュックの確認および説明

防災リュッ

・防寒具(就寝時に冷えるので，追加でもって

7:00

起床・朝食

〇持ち物
クの中に入っている備品等の説明を行った。
8：20 防災講義

8:00

まとめ (グループワーク)・防災意識調査

9：00 タイムライン(2 回目)

段ボールベッド作成体験

10：00 振り返り

10:00 解散

・毛布等就寝時に掛けるもの(こちらで準備が基本的な作成の仕・手拭き用の除菌ウェットティッシュ(必要で・筆記用具方をもとに各自が避難所で過ごしやすいベッド
10：30 終了予定

・やる気(非常に忘れやすいので注意してくだ○当日の服装AED 体験
看護学科教員による AED 使用の講・マスク（コロナ対策で必要です）

を作成した。
〇当日の服装注意事項
・マスク(インフル等流行っているのでお願いします。)
・快適ではありません，寒いし，寝るときは床・防寒具(就寝時に冷えるので，追加でもってくるといいかもです)＊13 号館の 3 階の床で就寝します。タオルケットなど 1 枚持ってきてください(暖房は入りません)。
・非常に冷え込むことが予想されます，防寒〇持ち物
・歩きやすいクツ
・前日や当日，体調不良などで参加が厳しく・毛布等就寝時に掛けるもの(こちらで準備ができません)○当日の持ち物
・手拭き用の除菌ウェットティッシュ(必要であれば) まで連絡をよろしくお願いいたします。

義および体験を実施した。
・動きやすい服装（防寒服，長そで，長ズボンなど）

岡山県内のある場所のハ

タイムライン作成

模擬災害体験(VR/AR) 高梁市消防局の消防局

ザードマップ上の地図を用意し，川の水が氾濫

員による災害講座および VR/AR の体験を実施しする可能性のある地点に居住していることを想た。

・防災リュック (防災リュックを持っていない場合，こちらで用意しています)，タオル，ハンカチ，テ
・筆記用具

定して，タイムラインを 2 回作成した。1 回目は，タオルケット
1 枚 (就寝時
ィッシュ，アルコールタイプの除菌ウエットティッシュなど（手拭き用）
・やる気(非常に忘れやすいので注意してください)用)，筆記用具，飲み物(一応，500ml
が 4 本，防災リュックの中に入っていますが，その水はご飯を作
段ボールベッド作成体験
知識を提供する前に実施し，2 回目は 2 日目の最
段ボー12
個を組み
るのに使用します。その他にもこちらで少し水を用意致しますが，個々の水分補給量に応じて飲み物を
注意事項

合わせて横
120cm×縦 180cm の段ボールベッド
持参してください)

後に実施した。
・快適ではありません，寒いし，寝るときは床が固いし…体調は万全にお願いいたします。

を作成した。

・非常に冷え込むことが予想されます，防寒対策は完璧でお願いいたします。

結果

・前日や当日，体調不良などで参加が厳しくなった場合は，teams の木村竜帆 5221011

注意事項まで連絡をよろしくお願いいたします。
防災意識尺度 防災意識尺度得点について，合宿
合宿訓練のまとめ
参加者は，合宿訓練におけ・模擬避難所体験なので，快適な環境とは言い難いです。体調をしっかり整えて参加してください。

・研修中はマスクをし，感染防止に努めてください。

る全ての体験について自由記述で回答した。
・前日や当日，体調不良等で参加できなくなった場合は，訓練前後で比較するために対応のある t 検定を実施

teams のチャットで橋本まで申し出てくだ結果した。その結果，t(11)=4.49, p<.01 で有意であり，合防災意識尺度 防災意識尺度得点について，合宿

宿前(78.58)より合宿後(86.17)で得点が上昇した。

訓練前後で比較するために対応のある t 検定を実施総合考察した。その結果，t(15)=5.61, p<.01 で有意であり，合本稿では，紙面の都合により自由記述の結果は割宿前(84.13)より合宿後(97.63)で得点が上昇した。

愛したが，[研究 1]は地域住民の方と一緒に実施した

さい。

ことで，
学生目線ではない視点を得ることができた。

[研究 2] 有効的な模擬避難所訓練モデルの構

さらに，[研究 2 ]では，[研究 1]の反省点を精査し，築-大学生を対象とした再検討-

それぞれの体験において，参加者の主体性を尊重す

概ね[研究 1]と同様であるため，異なる点のみる内容にした。その結果，災害時の備えについて，記述する。AED 体験および VR を用いた模擬災より我が事として捉えることができた訓練となった

害体験は実施しなかった

ことが明らかとなった。

実験日時 2024 年 1 月 19 日(金)-2024 年 1 月

20 日(土)の 1 泊 2 日で実施した。

橋本ら(日本災害情報学会第 25 回大会予稿集,7475,2022)および本研究を通して，避難行動を促進さ

参加者 大学生 12 名(うち 3 名はファシリテー

せるために有効的な模擬避難所訓練モデルが構築でターとして参加)，教員 3 名が参加した。

きた。今後は，このモデルを活用し，脳波を用いたタイムスケジュール Table 2 参照

避難行動を阻害する認知バイアス修正のメカニズム

防災教育 「防災・減災を心理学から考える」

を検討する。

というタイトルで学生が講義した。

- 175 -

機械学習を用いた効率のよいニューロフィードバック方法の開発に向けて
津山工業高等専門学校 総合理工学科 情報システム系
森 理也
実験者があらかじめ脳活動の目標値を設定し，目標値との誤差を感覚刺激として被験者へ提示し脳活動のト
レーニングを行うニューロフィードバックは中毒症状の緩和や精神疾患の改善などへの応用が期待されている．
本研究では脳活動の計測に安価で小型化が容易な脳波計測を用いて，機械学習による効率的なニューロフィー
ドバックを行うプロトコルの開発を目指す．今年度はこの目標に向けて，教師なし学習モデルである CVAE を用いた脳活動のデコーディングと，研究室環境でのニューロフィードバックの実施を行った．CVAE による学習では脳波に含まれる潜在特徴を用いて，刺激時の脳活動の読み出し能力を向上させることができた．またニューロフィードバック実験では僅かではあるが脳活動の変化が観察できた．今後は CVAE を用いてニューロフィード
バック時の脳波の予測を行う手法の開発を目指す．

1. はじめにの変化の予測を行い，最終的には特定の課題に対し脳の活動を読み出し，外部装置のコントロールを行うブレイン・マシン・インターフェイスにおいて，て効率よく脳活動を変化させるためのプロトコルの開発を目指す．

トレーニングにより装置の操作技術が向上すること

本年度はこの目的のために，①機械学習モデルが知られている．このことは脳が外部装置に合わせ(CVAE)を用いた脳活動読み出し精度の向上と，②研て適合的に活動を変化させる柔軟性を持つことを示

究室の環境におけるニューロフィードバックの実施

す．ここでヒトは外部装置の動きを視覚刺激としてを行った．

受け取り，自分のイメージする装置の動きとの誤差を修正するよう脳活動を変化させる．この脳活動の2. CVAE を用いた脳活動読み出し精度の向上

変化のみをより端的に生じさせるために，実験者が機械学習を用いて EEG からのデコーディング性能

あらかじめ脳活動の目標値を設定し，目標値との誤を向上させる試みの多くは，特定の課題遂行中の脳差を感覚刺激として被験者へ提示することで，脳活活動と，感覚入力や行動との対応を学習するもので動を誘導することが可能となる．ニューロフィード

ある．このため，事前にデコーディング対象となるバックやニューロオペラント条件付け等と呼ばれる

多くの脳活動データの計測が必要となる．ニューロ

この手法は精神疾患の治療などへの応用が期待され

フィードバックにおいて使用者の負担軽減のためにている．

は，事前準備はなるべく少ないほうが望ましい．本

本研究では脳活動の計測に安価で小型化が容易な研究では，課題に依存しない平常時の脳活動を利用

脳波計測(EEG)を用いて，機械学習による効率的なニ

して，読み出し性能を向上させるため，Contrastiveューロフィードバックを行うプロトコルの開発を目

Variational Autoencoder(CVAE)を用いた学習をお指す．一般に EEG 信号に含まれる情報量は非常に低こなった．CVAE は変分オートエンコーダ(VAE)で対い事が知られている．また脳波は複雑な時系列信号比学習を行うものであり，2 種類の入力を与え，共であり，そこから特定の情報を読み出すのは困難で通の潜在特徴と特異的な特徴とを対比させて学習をある．本研究では機械学習モデルに脳活動固有の特行うことで，
特異的な特徴を分離することができる．

徴量を学習させ，このモデルを用いることで脳活動

安静時には，複数の領域が同期しながら特定の活動の読み出し精度の向上を行う．またこの機械学習モ

パターンを示すことが知られている．また，視覚野

デルを用いてニューロフィードバックによる脳活動においては安静時の脳活動が，視覚応答中の脳活動- 176 -

の基底となるような活動を示す．これらのことは脳波数:2Hz,50Hz)．また心拍，瞬目由来のノイズは ICA

活動に内在的に含まれる特徴量を知ることで，特定による除去を行った．チャネル間のばらつきを低減の脳活動のデコーディングが行いやすくなる可能性するため z-score による標準化を行った後，0.5 秒を示唆する．

の時間幅で 1 計測サンプル毎のスライドを行い，機械学習用のデータを作成した．

2.1 実験課題
安静時の脳活動をもとに視覚刺激の読み出しを行

2.3 CVAE による潜在特徴の分離

うための EEG 計測を行った(図 1)．実験には成人男

EEG の 学 習 に 用 い た CVAE は

Variational

性 2 名が参加し，それぞれ 2 回，合計 4 回の脳活動

Autoencoder(VAE)を組み合わせたものである．VAE

計測を行った．実験は暗室内で行い，筋電の混入をは，入力から潜在変数への表現の変換を行うエンコ防ぐためリラックスして座り，また睡眠時のα波がーダと，潜在変数から元のデータを復元するデコー

支配的になるのを防ぐため，眠らずに固視点を注視

ダから構成される教師なし学習モデルであり，潜在するよう指示を与えた．タスクの各試行はまず 5 秒

変数の分布が正規分布となるよう学習が行われる．

間の固視点の提示があり，今回の実験ではこの期間

CVAE は，2 つの VAE を対比させる構造に拡張したモを安静時とした．その後，4 種類の視覚刺激のうち 1

デルであり，2 種類のデータに共通の潜在特徴と片つをランダムに選び，6 秒間の提示を行った．計測

方のデータに顕著な潜在特徴を区別するよう学習をではこの安静時，視覚刺激の繰り返し提示を 40 試

行う．本研究では，安静時の脳活動と視覚刺激提示

行繰り返した．視覚刺激は円状の反転格子模様を下の脳活動を用いて両者の潜在特徴を区別するよう

1/4 に分割したものであり，上下視野と左右視野の学習を行った．もし，安静時の脳活動と視覚刺激提いずれかに提示することで，EEG の信号に差異が現

示中の脳活動には共通の潜在的な特徴があり，一方れやすいようにしたものである．

視覚刺激中の脳活動にはこれに加えて視覚刺激に特異的な潜在特徴が含まれているのであれば，CVAE により特徴の分離ができると考えられる．
2.4. 実験結果
今回の実験では CVAE は入力層 1024, 潜在変数 2
次元のシンプルな構造での検討を行った(図 2)．また学習はミニバッチサイズ 100，エポックは 100 で繰り返し行った．CVAE での学習のデータセットは，
安静時のデータ，
視覚刺激提示中のデータ(格子反転
模様の右上，左下)の 2 種類を用いて学習を行った．

図 1．安静時および視覚刺激提示タスク

また，比較のために視覚刺激データのみで通常のVAE での学習も行った．

2.2 EEG 計測

CVAE から得られる潜在特徴には，安静時と視覚刺課題遂行中の実験参加者から EEG の計測を行った．

激時双方に共通なもの(図 2 の shared features)と，

計測は 16ch のドライ電極を用いた脳波計測装置

視覚刺激時に特異的なもの(図 2 の Stim specific(OpenBCI ULTRACORTEX “MARK Ⅳ EEG HEADSET”，

features)の 2 種類が存在する．
得られた潜在特徴を

サンプリングレート 125Hz)を用いた．計測信号から，

視覚刺激ごとに色を変え 2 次元の散布図として可視

低周波ノイズおよび商用電源由来の 60Hz のノイズ化を行った．共通の潜在特徴の例を図 2 の A に，視を FIR フィルタによる除去を行った(カットオフ周

覚刺激時に特異的な潜在特徴の例を図2のBに示す．

- 177 -

刺激による分布のオーバーラップが少ないほうが，2.4 安静時データ量と分離の程度の関係

よりデコーディングを行いやすいと考えられる．

次に安静時の脳波活動データ量を変化させ，視覚
刺激固有の潜在変数での刺激の分離程度の変化の確認を行った．CVAE の学習に用いる安静時の脳活動のデータを，全体の総量の 10%から 100%まで段階的に変化させ，各 10 回の学習を行った（図 4）．安静時のデータを増やしていくと刺激の分離度合いが向上
する傾向が確認された．今後安静時のデータ量を増やすことで，デコーディング能力がさらに向上する
可能性がある．

図 2. CVAE による EEG に含まれる潜在特徴の分離
この分布の分離度合いを定量化するために，シルエット分析による評価を行った．シルエット分析はクラスタ内が密なほど，また異なるクラスタは遠く離れているほど高い値となるクラスタ評価指標である．CVAE の 2 種類の潜在変数と，比較のための VAE

図 4．安静時データ量と刺激の分離との関係

において，シルエット分析を行った結果を図 3 に示す．それぞれ繰り返し 10 回の学習を行ったもので

2.5 CVAE を用いた脳活動読み出しのまとめ

ある．刺激の分離の程度は，CVAE による共通の潜在

この実験では，CVAE を用いて特徴量を分離するこ

特徴，VAE，視覚刺激特有の特徴の順に高いという結とにより，安静時の脳活動によって視覚刺激中の脳果となった．このことは安静時のデータが持つ潜在活動の分離能力をわずかながら向上させることに成

変数には刺激時と共通のものが含まれており，それ功した．学習に用いた安静時の脳活動データはおよを利用することで刺激の分離精度が向上したことをそ 3 分間のものと非常に短い時間であるにも関わら示唆する．

ず，効果が確認できた．今後安静時のデータを増やすことにより，分離能力が向上する可能性があると考えている．また，この方法は事前にタスク固有データを必要としないため，ニューロフィードバックを行う際にニューロフィードバックの目標脳活動の設定や，ニューロフィードバック中に特異的な脳活動の分離に活用することができると考えている．
今回作成した CVAE は，1 層の簡易的なモデルであった．今後，2，3 層とより層を深くすることや CVAEの潜在変数の次元を大きくすることでより複雑な特徴量を分離できる可能性がある．

図 3. 潜在特徴を用いた刺激の分離の程度- 178 -

3. 研究室の環境におけるニューロフィード
バックの実施トレーニング時の脳の信号のサンプルデータを取得するための時間を 1 分間設け，この際に取得された次に，本研究室の環境において，ニューロフィー

データを基準の脳波とした．また，トレーニング後

ドバック実験環境の構築とニューロフィードバックにも安静時の脳活動を記録するための時間を設けた．

のテスト実験を行った．脳波でのニューロフィード

トレーニング後の脳波は基準の脳波と比較すること

バックでは特定の周波数帯域の振幅を増幅，減少さで，ニューロフィードバックの効果の指標に用いるせることで脳活動を変化させるトレーニングがよくことができる．

行われている．当初研究室において α 波を増幅させるようなトレーニングを試みたが，成功しなかった．一般的に α 波は，瞳を閉じたときやリラックスした状態で活動が生じる事が知られている．このため，集中して視覚刺激を注視するトレーニングと α

図 5 ニューロフィードバックのトレーニングの流波の増大は相性が悪いと考え．β 波を増幅させるニれューロフィードバックを実施した．
図 6 に視覚刺激の概要を示す．トレーニング中に
3.1 リアルタイム刺激提示システムの構築は赤い注視点と基準の脳活動を示す赤い円が常に提ニューロフィードバックの視覚刺激提示は示され，現在の脳活動量を示す黒い円がリアルタイ

OpenViBE と Python を用いて行った．
OpenViBE は EEG

ムで変化する．黒い円は，計測された瞬間のβ波ののデータをリアルタイムで変換，加工を行うことの振幅によって半径を決定し，振幅が大きくなる方向

できるソフトウェアであり，本研究で使用したに変化すると円の半径は小さくなるように設定した．

OpenBCI 製の EEG ヘッドセットで計測した脳波デー

今回の実験では，被験者はβ波の活動を上げるため

タを，LSL (Lab Streaming Layer)プロトコルでリに，黒い円をなるべく小さくするようトレーニング

アルタイムに受信する事ができる．OpenViVE においを行った．ターゲットとなる脳活動は 10－20 配置てリアルタイムに周波数フィルタを適用し，プラグの C4 に位置する計測点からの信号を使用した．こインとして作成した python コードにより視覚刺激

れは計測点の中央に位置するチャネルからの脳活動の提示を行った．また，より簡潔に実験を行うためをトレーニングすることで，周囲の脳活動に与えるに BrainFlow というライブラリを用いて１台の PC

影響をわかりやすくするためである．また視覚刺激

でニューロフィードバックを行うソフトウェアの開による影響を避けるため視覚野から遠い位置である

発も行った．

ことも選定理由である．

3.2 実験参加者のフィードバック課題
実験参加者は，1 週間に 1 から 2 回程度のニュー
ロフィードバックトレーニングのセッションを行った．図 5 にニューロフィードバックトレーニングの典型的なスケジュールを示す．各セッションにおい図 6 フィードバック刺激て実験参加者はシールドルーム内でモニターの前に座ってもらい，
モニターに視覚刺激の提示を行った．

3.2 トレーニングの推移

セッション内では数分を 1 ブロックとしてトレーニ

18 セッション行われたニューロフィードバック

ングを行った．各ブロックの間には休憩を設けた．

実験のトレーニング結果を図 7 に示す．縦軸は，β脳波計測装置を装着後は装置に慣れるため，また非波の大きさで横軸はセッション回数を示す．β波は- 179 -

グレーで表示しており，移動平均を黒で，分散は濃図 9 では，α波の減少傾向が確認でき，赤色で示す

いグレーで表示している．この実験ではセッション

回帰直線も負の傾きであった．

12 までは上昇傾向があったかのように見えたが，その後トレーニングでβ波の値は降下した．単回帰分析を行った結果では，わずかではあるが傾きが正となった．

図 8 コントロール中のα波の変化

図 7 トレーニング中のβ波の推移
3.3 異なる実験環境でのトレーニングの推移
実験参加者の報告より，脳活動の変換と視覚刺激の変化の間に遅延があるという指摘があった．これまでの実験環境は 2 種類のソフトウェアでのネット

図 9 α波を減少させるニューロフィードでのワークを経由したデータの送受信が行われていたた

α波の変化

め，オーバーヘッドが大きいものであった．新たにBrainFlow という生体計測用のライブラリ用い，脳４. まとめと今後

波計測計からシリアル通信での脳波データの取得を本研究では機械学習による効率的なニューロフィ

行い， 1 台の PC でデータの処理，視覚刺激の描

ードバックの実現に向け，本年度は２つの取組みを

画，データの保存を行うソフトウェアの作成を行っ行った．

た．またニューロフィードバックトレーニングの改

ひとつめは教師なし機械学習による脳波の特徴量良を行った．実験参加者の疲労低減のためトレーニの取り出しの試みであり，この手法が脳活動からのングブロックの時間を 3 分から 30 秒に短縮し，代情報の読み出しに有効であることを確認した．今後

わりにセッションの繰り返し回数を 5 回から 20 回

は機械学習のモデルをより複雑なものにし，安静時へと増やした．また，視覚刺激を小さくすることをの脳活動のデータ量を増やすなどにより，より脳活

指示した場合と何も指示していない場合の対照実験

動の特徴量の推定能力の向上を目指す予定である．

を行った．この実験では，α波を下げることを目標

また，ニューロフィードバックを行う環境を作成にニューロフィードバックを行った．

し，トレーニング実験を行った結果，僅かではある

実験結果を図 8,9 に示す．図 8 は実験参加者に円がニューロフィードバックの効果が確認できた．今を見て何も考えないように指示したものであり，時後はよりはっきりとした形で効果が確認できる実験

間経過に伴い，α波の上昇が見られた．一方，α波系の作成を目指す．また，機械学習モデルを用いを減少させるようトレーニングを行った際の結果のて，ニューロフィードバック中に特異的な特徴量の- 180 -

分離とその量の変化の動態を観察することで，ニュLatent Variable Models,”AAAI, vol.33,

ーロフィードバックの時間経過や効率的な脳活動変no.01, pp.4862 4869, Jul. 2019.

化の予測を行う方法の確立を行いたいと考えている．

4. A. Abid and J. Zou, “Contrastive
Variational Autoencoder Enhances Salient

成果の発表等

Features,”arXiv, [Online]. Available:

1. 安静時の脳活動を用いた視覚情報の読み出し精http://arxiv.org/abs/1902.04601, Feb. 12,度の向上，森理也，KMS メディカル・アーク

2019.

2024，2024.2（川崎医科大）ポスター
2. 中山凜，森理也「安静時の脳波活動を用いた視覚情報の読み出し精度の向上」 Improving theaccuracy of reading visual information
using resting EEG activity，電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会 (NC)，ME とバイオサイバネティックス研究会 (MBE)
合同研究会 2023，2023.11.27（近畿大学）

謝辞
本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団の2023 年度 研究助成金の支援を受けて実施しました．特に，機械学習用の計算機やニューロフィード
バック用の刺激提示モニタ等はこの助成により購入できたものであり，本研究の遂行に不可欠ものとなっております．多大なるご支援を賜り心より感謝とお礼を申し上げます．

参考文献
1. Olds, J., & Milner, P. "Positive
reinforcement produced by electricalstimulation of septal area and otherregions of rat brain." J. Comp. Physiol.
Psychol, 47(6), pp419–427 1954.
2. Fetz, E. E. "Operant Conditioning ofCortical Unit Activity". Science. 163(3870): 955–958 1969.
3. K. A. Severson, S. Ghosh and K. Ng,“Unsupervised Learning with Contrastive- 181 -

植物プロテアソームシャペロン PBAC5 の構造と機能の解析
津山工業高等専門学校 総合理工学科 先進科学系
高木 賢治
（概要）
プロテアソームは細胞内でタンパク質の分解を担う巨大な分解酵素複合体である。シロイヌナズナにおいて、本複合体の分子集合を補助するプロテアソーム専用シャペロンとして PBAC5（Proteasome BiogenesisAssociated Chaperone 5）が新規に発見された。本研究では PBAC5 の構造と機能の解析を目的として、PBAC5 の安定な発現系構築を進めてきた。前年度までに、PBAC1/PBAC5 複合体が安定な状態で得られる条件を見出し、PBAC2-PBAC1-PBAC5 三者複合体の精製においては、安定化のために導入していた SUMO1 タグの切断が十分に進まないことを確認した。
今年度は PBAC5 に融合していた安定化タグを予め除去した共発現系の構築を行い、三者複合体の形成に対す
る、安定化タグ除去の影響を確認した。この結果、pET28-SUMO1-PBAC1-PBAC5 と pCold1-SUMO1-PBAC2 のプラス
ミドを用いた共発現系では、安定に PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体を得ることができた。この発現・精製法により、PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体の結晶構造解析に取り組むとともに、さらに発現系構築を進め、PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体の機能解明も目指したい。
１．研究の背景と目的

6-α7 サブユニット間に形成されるポケットにはめ

プロテアソームは細胞内でタンパク質の分解を担込むようにしてαリングに結合し、形成途中の未完う巨大な酵素複合体である。本複合体は少なくとも成なαリングが 19S 制御因子複合体と結合しないよ33 種 66 個のサブユニットから構成されるが、それうに監視していると考えられている。また、Pba1/2

ぞれのサブユニットの位置は厳密に規定されており、は 20S プロテアソーム中空への gate の開閉にも関その配置に間違いは起こらない。本複合体の形成に与することが示唆されている(3)。

は、複数のプロテアソーム専用シャペロンが関与す(1)

ることがこれまでに明らかとなっている 。

最近になって、モデル植物であるシロイヌナズナのゲノム解析が進み、Pba1/2 と相同性の高い分子

プロテアソームは真核生物に広く保存されており、（PBAC1/2）が保存されていることが報告された。ま

分解活性を直接担う 20S プロテアソームとその両端たヒトや酵母には保存されていない、新たなプロテに位置する 19S 制御因子複合体から構成される。
20S

アソーム専用シャペロンの存在が示唆され、このシプロテアソームはα1～α7 の 7 つのαサブユニット

ャペロンは PBAC1/2 と複合体を形成して作用するこからなるαリングと、β1～β7 の 7 つのβサブユニとから PBAC5 と命名された(4)。PBAC5 には Pba1/2 とットからなるβリングがαββαの順で並んだ中空同様に HbYX モチーフが保存されていることから、樽状の複合体であり、その内部で巻き戻されたタン

αリング上での位置決めと gate 開閉の制御に寄与

パク質の分解が行われる。20S プロテアソームの形すると考えられるが、ヒトや酵母と比較したときの成には 3 組のシャペロン複合体（Pba1/2, Pba3/4,

PBAC5 の必要性は不明である。以上のことから本研(2)Ump1）が関与することが報告されている 。

究では、PBAC5 の構造と機能の解析を目的として、

Pba1/2（ヒトでは PAC1/2 として保存）はそれぞれ
分子量 3 万程度からなるヘテロダイマーで、その C

構造解析可能な安定な PBAC5 発現・精製系の構築を進めてきた。

末端尾部にある HbYX モチーフ（疎水性アミノ酸－

昨年度の研究(5)では、PBAC5 は単独では安定に発チロシン‐任意のアミノ酸）を、α5-α6、およびα

現せず、PBAC1 と複合体を形成することで安定に発- 182 -

現することを確認した。また、PBAC2/PBAC1 複合体が結合し複合体として存在することが予想される。

としては安定に発現しなかったが、PBAC2/PBAC1/
PBAC5 三者複合体の発現系構築から、PBAC2 がPBAC1/PBAC5 複合体の安定化に寄与することが示唆された。このことから、PBAC1,PBAC2,PBAC5 は複雑に影響しあって機能していることが予想される。ただ、可溶化のために融合して発現していた N 末端
SUMO1 タグの切断が進まないことも確認された。
このことから、今年度は PBAC5 に可溶化タグをつFig. 1 SUMO1-PBAC２/SUMO1-PBAC1/PBAC5 発現系のNi-NTA アフィニティクロマトグラフィ
そ れ ぞ れ の 画 分 は 以 下 の と お り で あ る 。 T: Total, S:
Supernatant, P: Precipitant, F: Flow through, W: Wash

けない発現系を作製し、PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体の精製条件を確立して、結晶構造解析に取り組
むことを目指した。

SUMO1-PBAC1, SUMO1-PBAC2 及び PBAC5 の会合状態
２．研究方法を確認するために、SUMO1 タグを融合したままの状

前年度に引き続き、理研バイオリソースセンター

態で、Ni アフィニティクロマトグラフィ溶出画分のから提供を受けたシロイヌナズナの PBAC1, PBAC2,

ゲルろ過クロマトグラフィを行った（Fig.2）。溶出PBAC5 の cDNA を使用して発現系構築を行った。

量 12.2 mL のピークに SUMO1-PBAC2, SUMO1-PBAC1,

pET28-SUMO1-PBAC1-PBAC5 と pCold1-SUMO1-PBAC2

PBAC5 のバンドが確認され、これらは SUMO1 タグをのプラスミドを用いた共発現系を作製し、昨年度作

融合したままで三者複合体を形成していることが示

製した pET28-SUMO1-PBAC1-SUMO1-PBAC5 と pCold1-

唆された。

SUMO1-PBAC2 の共発現系との目的タンパク質の発現状態を比較した。次に、SUMO1-PBAC2/SUMO1-PBAC1/
PBAC5 の複合体形成状況を評価した。さらに SUMO1
タグの切断を行い、PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体の安定性の評価を行った。
３．結果
昨年度作製した pET28-SUMO1-PBAC1 プラスミドに、
T7 プロモーター領域、lac オペレーター領域、リボ
Fig. ２ SUMO1-PBAC2/SUMO1-PBAC1/PBAC5 のゲル
ろ過クロマトグラフィ
Superdex 200 Increase （ Cytiva ） に よ る SUMO1PBAC2/SUMO1-PBAC1/PBAC5 複合体の 分画の 結果、
12.2 ｍＬ程度のピークに 50 kDa 程度のバンドが２本と 30 kDa
程度のバンドが 1 本、確認された。

ソーム結合領域を含む形で PBAC5 を挿入し、pET28SUMO1-PBAC1-PBAC5 を作製した。同じく昨年度作製した pCold1-SUMO1-PBAC2 プラスミドとともに、
BL21
コンピテントセルの形質転換を行った。大腸菌培養を行い（23℃で IPTG による発現誘導）、発現タンパク質を Ni-アフィニティクロマトグラフィにより精さらに、溶出量 12.2 mL のピーク部分の画分に対製し、可溶性画分への発現量を評価した（Fig.1）。

して SUMO1 タグ切断酵素を加えて処理し、ゲルろ過

沈殿物（P）には SUMO1-PBAC2 及び PBAC5 が多く見ら

クロマトグラフィを行った（Fig.3）。溶出量 13.3 mL

れたが、溶出画分（Elution）にも SUMO1-PBAC1,程度のピークに PBAC2, PBAC1, PBAC5 のバンドが見

SUMO1-PBAC2 及び PBAC5 が確認できた。Ni-セファロ

られ r、安定に三者複合体を形成していることが確ースに吸着した SUMO1-PBAC1, SUMO1-PBAC2 に PBAC5認できた。

- 183 -

製度合や収量を比較したい。結晶構造解析可能な結晶を得るためにはより高純度のサンプルを準備する
必要があり、途中の精製ステップにおいて不純物との分離が可能である方が有利である。タグに着目した複合体精製の条件検討を今後も継続する予定である。
また、本年度の研究により PBAC2/PBAC1/PBAC5 複合体が安定に存在できることを確認できたため、これがサブユニットの集合にどのように影響するのか
今後検証したい。大腸菌内でプロテアソームを構成するサブユニットと PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体

Fig. ３ PBAC2/PBAC1/PBAC5 のゲルろ過クロマトグラフィ
13.3 ｍＬ程度のピークに 30 kDa 強のバンドが２本と 30 kDa
弱のバンドが 1 本、確認された。

を共発現できれば、その効果を実証できると考えられるため、現段階で 2 種のプラスミドに分散させて以 上 の 結 果 か ら 、 pET28-SUMO1-PBAC1-PBAC5 といる 3 つの遺伝子（PBAC2/PBAC1/PBAC5）を一つにま

pCold1-SUMO1-PBAC2 の二つのプラスミドを用いたとめたプラスミドを作製し、今回の研究結果と同様共発現系により、PBAC2/PBAC1/PBAC5 三者複合体をに安定に三者複合体が得られるか確認したい。これ

高純度で精製できたといえる。

が可能であれば、さらにプロテアソームサブユニットの遺伝子を挿入したプラスミドを作製し、これらとの複合体形成を確認する予定である。

４．考察と今後の展望
昨年度、単独では精製困難であった PBAC5 が PBAC1との共発現により、安定に獲得できることを確認した。また、PBAC2 が PBAC1/PBAC5 複合体の安定化に謝辞寄与することも示唆された。同時に、安定化のため

本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りましの SUMO1 タグの切断が十分に行われず、複雑な三者た公益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深謝いた複合体の状態を反映しているものと考えられた。

します。

今年度は、PBAC5 から SUMO1 タグを除去して発現しても、三者複合体が安定に獲得できるかを確認し参考文献た。この結果、pET28-SUMO1-PBAC1-PBAC5 と pCold1-(1) Schnell, H.M. et al. (2022) Chaperone-

SUMO1-PBAC2 の二つのプラスミドを用いた共発現系

mediated

により、PBAC2/PBAC1/PBAC5 の三者複合体が高純度

particle – recent developments and structural

で精製できることを確認した。

insights. J. Cell Sci. 135(8).

assemblyoftheproteasome

core

当初、安定化が三者複合体精製の鍵となると考え(2) Bard, J.A.M. et al. (2018) Structure andすべての構成因子（各 PBAC 分子）に可溶化タグを融Function of the 26S Proteasome. Annu. Rev.

合した発現系を試してきたが、結合界面やポケット

Biochem. 87. 697-724にタグ切断酵素の認識部位が位置するなどして、タ(3) Schnell, H.M. et al. (2022) Mechanism of

グ切断が進行しない状況があることが示唆された。

proteasome

本年度の研究では、PBAC5 に融合していた SUMO1 タchaperones Pba1 and Pba2. J. Cell Sci. 135(8).

グを除去し、PBAC1 および PBAC2 については SUMO1(4)

タグを融合した発現系を使用しているが、今後順次

evolutionarily distinct chaperone promotes 20S

タグを除去した発現系作製を行い、三者複合体の精

proteasome a-ring assembly in plants. J. Cell

- 184 -

gate

Marshall,modulation
R.S.

et

al.

by

assembly(2020)

AnSci. 135(8).
(5) 高木賢治（2023）令和４年度研究費助成研究成果報告書集
https://www.wesco.co.jp/zaidan/status/file/rep
ortR04.pdf- 185 -

成体で全能性幹細胞を健全に維持する機構の解明
津⼭⼯業⾼等専⾨学校 総合理⼯学科 先進科学系
柴⽥典⼈
本研究では、in vivo における分化多能⽣幹細胞（pluripotent stem cells PSCs）が、どのような機構よって維持されるのかについて、プラナリアの成体 PSC である新⽣細胞をモデルとして細胞内の分⼦ネットワークに着⽬し解析した。
哺乳類における PSC は、初期胚の胚盤胞に存在する内部細胞塊、これを培養系で継代培養することで得られる ES 細胞、さらには遺伝⼦導⼊によって得られる iPS 細胞だけであり成体には PSC は存在しない。哺乳類の成体にこれらの PSC を移植しても腫瘍化することから、哺乳類の成体には PSC を制御する機構も存在しないことが強く⽰唆される。⼀⽅で、扁形動物のプラナリアは成体に多くの PSC である新⽣細胞を維持し、適切に制御することで類まれな再⽣能⼒を発揮する。つまり、プラナリアは in vivo における PSC の研究の⾮常に優れたモデル⽣物となるのである。本研究ではマウスで癌の転移などで働くことが知られているエピジェネティ
ック因⼦である MTA 遺伝⼦のプラナリア相同遺伝⼦に着⽬し、PSC の成体での維持機構の解明を⽬指した。

1. はじめにな個体を再⽣できる（図１）。

多くの多細胞動物は、幹細胞の分裂と分化によって⽣じた特定の分化細胞の供給によって、⼀⽣を通じて恒常性を保つ。哺乳類では、成体幹細胞によって、分化細胞の供給がなされるが、全ての成体幹細胞は特定の組織や複数の細胞種に分化運命が特化した多分化能性（Multipotency）を⽰す。哺乳類の初期胚の胚盤胞内に存在する内部細胞塊は⽣殖細胞を含む成体の体を構成する全ての細胞種に分化できる
分化多能性（pluripotency）を持つが、発⽣が進むにつれ、分化能⼒は限定的となっていき成体の多分化
能性幹細胞になっていく。内部細胞塊を in vitro に移し継代培養することで確⽴される胚性幹細胞（ES細胞）や、Oct3/4 や Sox2、Klf4 といった中⼭因⼦

図１プラナリアの再生。

を導⼊することで誘導される iPS 細胞も分化多能性左から切断前、切断直後、再生１週間のナミを⽰すが、これらの細胞を成体に移植すると腫瘍化

ウズムシ。

することから、我々、哺乳類の成体には PSC と、それを制御する機構のどちらも存在しないことが強く

この驚くほど⾼い再⽣能⼒は成体 PSC である新⽣⽰唆される。

細胞によって⽀えられていることが知られている

⼀⽅で、無脊椎動物では、成体でも分化多能性幹（Shibata et al., 2010）。我々はプラナリアの１種の細胞を維持し、⾃在に制御する種が多く存在していナミウズムシのクローン系統を研究室で飼育している。扁形動物⾨に属する淡⽔産プラナリアは、体をる。
この系統は1991年に採集された１匹に由来し、複数に切断しても、ほとんど全ての断⽚から、新た

実に 33 年にわたって、個体再⽣を利⽤した無性⽣- 186 -

殖だけで増殖している。これは、ナミウズムシが、

2. 実験⽅法

成体内で厳密かつ強⼒に PSC である新⽣細胞を維（1）実験動物

持・制御する仕組みを持っていることを強く⽰唆しナミウズムシ（Dugesia ljaponica）のクローン系統ている。この仕組みを理解できれば、なぜ我々ヒトである SSP 系統を使⽤した（n=8）
。プラナリアははじめとした哺乳類の成体では PSC を制御できな

1 mM CaCl2 を加えた 0.05%の⼈⼯海⽔で飼育し、通常、

いのか、さらには、どのようにプラナリアの仕組み

２週間に⼀度、トリのレバーを与えた。実験前にはを応⽤すれば再⽣医療などに繋げられるのか、のよ

１週間絶⾷させた。切断実験は、シャーレ内で凍らうな発展も期待される。そこで本研究ではナミウズ

せた飼育⽔上に濾紙を３枚重ね、その上にプラなりムシの新⽣細胞の維持機構を明らかとすることを⽬を静置して、顕微鏡下でメスを使って切断した。

的とした。
ナミウズムシは、図２で⽰すようにほぼ全⾝に均（2）2 重鎖 RNA（dsRNA）合成
PCR に よ っ て 、 T7 プ ロ モ ー タ ー を 持 つ等に新⽣細胞が局在している（図２）。新⽣細胞は体

pBluescript ベクターの T7 配列を含む位置と、ベク
ターのマルチクローニングサイトの逆側の配列にT7 配列を付加したプライマーとで挿⼊されている遺伝⼦を増幅した。PCR 産物を鋳型として⽤い、
MEGAscript T7 キットを⽤いて両⽅向の RNA を同時に合成することで 2 重鎖 RNA とした。DNAase

図 2 プラナリアの分化全能性幹細胞である新処理を⾏った後、2 重鎖 RNA を 2 µg/µl の濃度にな

生細胞の分布。マゼンタはすべての新生細胞を示るよう⽔に溶かした。2 種類の遺伝⼦を同時に RNAi

し、黄色は細胞周期の M 期の新生細胞を示す。

する場合には、採集的に 4 µg/µl の濃度になるようが切断されると、JNK および ERK シグナルによっに調整した。

て活性化し、分裂と分化が促進される。しかしながら、３０年以上にわたって再⽣を⽀えている新⽣細（3）RNA ⼲渉法（RNAi）

胞を、成体内で維持する機構に関しては、未だ明ら

コントロールとして gfp 遺伝⼦の 2 重鎖 RNA をかではない。しかしながら、先⾏研究からマウスの使⽤した。gfp、MTA-A、MTA-B、inx-B 遺伝⼦の 2癌の転移や、上⽪間葉転換に関与することが報告さ

重鎖 RNA をレバー抽出液に加え、アガロースによれ、またエピジェネティック制御に働く NuRD の構って固めたものを 1 シャーレあたり 15 匹のプラナ

成タンパク質でもある MTA のプラナリア相同遺伝

リアに与えることで RNA ⼲渉法を⾏い、それぞれ⼦が、この維持機構に関与している可能性が強く⽰の遺伝⼦の機能阻害個体を作出した。

唆された。すなわち、２種類のプラナリア MTA の機能阻害個体では新⽣細胞同⼠が接着し局在が⼤き（4）in situ ハイブリダイゼーション法

く変わり、細胞分化が抑制された。さらにこの機能

Djplac-8 遺伝⼦の Dig プローブを作成し、RNAi

阻害個体ではギャップ結合に使われるイネキシンで後の個体を⽤いて、in situ ハイブリダイゼーション

ある inx-B の発現の上昇も確認された。これらは、によって発現細胞の視覚化を⾏った。

新⽣細胞の接着性の変化が、その未分化性を制御していることを⽰していると考えられる。そこで、本（5）免疫組織化学

研究では 2 種類のプラナリア MTA 遺伝⼦に着⽬し、抗 PiwiA 抗体を⽤いて、RNAi 後の個体に対し免成体での PCS 維持機構の本質に迫ることを⽬的と疫染⾊を⾏った。これにより、新⽣細胞を視覚化すした。

ることで、局在の変化を観察した。

- 187 -

3. 結果と考察

究と同様に MTA-A、MTA-B 機能阻害個体で優位に先⾏研究から、プラナリア MTA-A、MTA-B 遺伝

再⽣不全が観察された（Sato et al., 2022）。⼀⽅、⼦を機能阻害すると１）全⾝にほぼ均等に存在して

inx-B の機能阻害個体はコントロール個体（EGFP）

いる新⽣細胞が背側だけに枝状に接着した状態で観と同様に完全に再⽣をおこなった。次に MTA 遺伝

察される、２）ギャップ結合に使われるイネキシン

⼦の機能阻害個体における再⽣不全が inx-B によるのうち、inx-B の発現が上昇する、３）再⽣不全を⽰

細胞接着が原因であるのかどうかについて、

す、ことが⽰されている（Sato et al., 2022）。これ

MTA/inx-B の２重の RNAi を⾏うことで検討したらの結果を総合すると、MTA-A、MTA-B の機能阻

（表 2）
。その結果、MTA-A の単独機能阻害で⾒ら害個体では、細胞の接着性が変化し、未分化性が強れた再⽣不全は inx-B との２重機能阻害によって優制されることで細胞分化が抑制されていることが予再⽣想された。つまり、プラナリアでは新⽣細胞の維持に関係していることが⽰唆された。別の先⾏研究か
ら、MTA 遺伝⼦の機能阻害個体の再⽣不全が inx-Bの同時機能阻害によってレスキューされることが⽰の関係明らかにする再現実験を⾏った。
３⽇おきに３回の摂餌によって特定の遺伝⼦のdsRNA を投与して機能阻害をおこなったのちに切断し再⽣過程を観察した（表１）。その結果、先⾏研

頭部断⽚
胴部断⽚
尾部断⽚

頭部断⽚
胴部断⽚
尾部断⽚
頭部断⽚
胴部断⽚
尾部断⽚

頭部断⽚

6/8

2/8

-

胴部断⽚

6/8

1/8

1/8

尾部断⽚

8/8

MTA-B, inx-B(RNAi)

唆されているが、不明な点もあったので、まず、こ

頭部断⽚
胴部断⽚
尾部断⽚

再⽣なし

MTA-A, inx-B(RNAi)に MTA の発現の変化と inx-B の発現の変化が密接

EGFP (RNAi)
再⽣
不完全
再⽣なし
7/7
7/7
7/7
MTA-A（RNAi）
3/12
9/12
3/12
4/12
5/12
4/12
1/12
7/12
MTAB(RNAi)
3/7
4/7
1/7
6/7
2/7
5/7
inx-B(RNAi)
13/13
13/13
13/13
-

不完全

頭部断⽚

4/6

2/6

胴部断⽚

-

-

6/6

尾部断⽚

-

-

6/6

表 2 MTA-A/inx-B、MTA-B/inx-B の 2 重機能阻害における再生能力の変化。数値は個体数を表す。
位にレスキューされることを⾒出した。驚くべきことに、MTA-A とほとんど同じ表現系を⽰す TMA-Bの機能阻害個体における再⽣不全は、inx-B との 2
重 RNAi では胴部断⽚、尾部断⽚ではほとんどレス
キューされなかった。これら 2 重機能阻害個体にける再⽣不全の違いが、新⽣細胞の局在の違いによるものかどうかについて、新⽣細胞特異的タンパク質である DjPiwiA に対するモノクローナル抗体を⽤いた免疫染⾊おこない、新⽣細胞の局在を確認した（表
３）。その結果、コントロール個体、inx-B の機能阻害個体では新⽣細胞は均⼀に存在していたが、
MTA-A、TMA-B の機能阻害個体では、報告されている通り、枝状の局在が観察された。MTA-A と inxB の２重機能阻害では MTA-A 単独機能阻害で観察された枝状の局在は観察されなくなった。しかしな

表１ MTA-A、MTA-B、inx-B の単独機能阻害における再生能力の変化。数値は個体数を表す。

がら、MTA-B と inx-B の２重機能阻害個体では、
MTA-B 単独機能阻害個体と同様に、枝状の局在が観察された。以上の結果を総合すると、MTA-A の機- 188 -

4. 謝辞EGFP (RNAi)
均⼀な局在

枝状の局在

頭部断⽚

4/4

-

胴部断⽚

4/4

-

尾部断⽚

4/4

-

本研究を遂⾏するにあたり多⼤なご⽀援をいただ
いた公益財団法⼈ウエスコ学術振興財団に⼼から感謝申し上げます。

MTA-A（RNAi）
頭部断⽚

3/10

7/10

胴部断⽚

6/12

6/12

尾部断⽚

3/9

6/9

5. 参考⽂献
Migratory regulation by MTA homologous genes isessential for the uniform distribution of planarian

MTA-B(RNAi)
頭部断⽚

2/7

5/7

adult pluripotent stem cells. Y Sato, N Shibata, C

胴部断⽚

2/6

4/6

Hashimoto, K Agata. 2022. Dev. Growth Differ.,

尾部断⽚

3/7

4/7

64 (3), 150-162

inx-B(RNAi)
頭部断⽚

12/12

-

胴部断⽚

11/11

-

尾部断⽚

10/10

-

MTA-A, inx-B(RNAi)
頭部断⽚

7/7

-

胴部断⽚

6/7

1/7

尾部断⽚

3/3

-

MTA-B, inx-B(RNAi)
頭部断⽚

6/6

-

胴部断⽚

-

5/5

尾部断⽚

-

4/4

表3

MTA-A、MTA-B、inx-B の単独機能阻

害個体、MTA-A/inx-B、MTA-B/inx-B の 2 重機
能阻害個体における新生細胞の局在の違い。
能阻害個体では、inx-B によって新⽣細胞同⼠の接着性が上昇し、その局在が変化する。これらの新⽣細胞の分化は抑制され、その結果、再⽣不全が起きていることが予想される。⼀⽅で、MTA-B の機能阻害個体では、
MTA-A の機能阻害個体と⾮常によく似た表現系を⽰すものの、inx-B 以外の細胞接着因⼦を介して同じような制御を⾏っている可能性が⾒出された。
プラナリアでは、MTA 遺伝⼦を発現していない新⽣細胞同⼠が接着することで未分化性が維持され、この新⽣細胞を中⼼とした幹細胞システムが構築されている可能性が⾒出された。今後は MTA ネガテ
ィブな新⽣細胞内で、どのようなメカニズムによって未分化性が強制されるのかについて明らかにしていきたい。

- 189 -

モモの効率的形質転換技術の開発
岡⼭県農林⽔産総合センター⽣物科学研究所
⽥村 勝徳（概要）岡山県の基幹作物であるモモの品種改良において、現行の交雑育種法の抱える課題を克服するために、次世代型の育種法であるゲノム編集技術の適用が求められている。しかし、難形質転換植物であるモモの場合、本技術を適用する上で新たな高効率の形質転換技術の開発が必須である。そこで本研究では、モモ外植体からの不定芽の形成、外来遺伝子の導入及び幼梢基部からの不定根誘導に関わる技術条件を実用的なレベルで最適化することを目的とした。その結果、基本無機塩培地として、抗酸化剤などを含有する改変 Quoiren andLepoivre 培地を用いて、植物成長調整剤であるチジアズロンと 4-クロロフェノキシ酢酸の組み合わせで添加した場合に、白桃系の中生品種の子葉胚及び葉片から比較的に高率の不定芽形成が認められた。また、アグロ共存培養法による外植片への外来遺伝子の導入によって、非形質転換体が内在するキメラ組織を含むものの、安定して 3 割強の形質転換効率が得られた。さらに、幼梢基部からの不定根の形成条件を検討した結果、オーキ
シン阻害剤 PCNB 及び NAA を含有する培地において高頻度で不定根が誘導されることが示された。
はじめに

結果と考察

岡山県における主要な果樹種であるモモは、比較的収1.無機塩類培地別のモモ外植体からの不定芽の形成

益性が高く、栽培地によって品種のブランド化がなさ

組織培養によるモモの器官再分化を高効率化するためれていることもあり、より高品質で優れた農業形質をに、主要な培養条件を検討した。まず、既報の基本無機備えた栽培品種の育種開発が続けられている。一方、塩類培地の中、Murashige and Skoog (MS)培地、

従来から広く用いられているモモの交雑育種法は、長Woody Plant (WP)培地、及び Quoirin and Lepoivre

い栽培期間と多くの労力及び大規模な圃場を必要とす(QL)培地を用いて、モモ品種ʼ清水白桃ʼ及びʼ玄桃ʼの外るため、多様な品種の育成が難しい。また、育種母材と植片(子葉胚、葉片)からの不定芽誘導効率を比較した結なる現有品種における遺伝的多様性が極めて小さい。

果、QL 培地を用いた場合に顕著に高い不定芽形成率がこうした問題点を解決し、多様な優良モモ品種の育成認められた(図 1)。また、抗酸化剤であるアスコルビンを効率的に行うには、近年開発されたゲノム編集法の酸及びクエン酸を添加した改変 QL 培地を用いること適用が有効であると考えられる。ところが、モモの場

によって、不定芽形成率が向上することが明らかにな

合は、組織培養を介した再生個体の形成率や外来遺伝った(図 1)。したがって、器官再生過程における脱分化子の導入による形質転換効率、不定芽組織などからの組織の酸化抑制処理がモモ外植体からの不定芽形成に発根率がいずれも著しく低いことから、本技術の適用有効であると考えられた。

は極めて困難な状況にある。
そこで本研究では、独自にモモの品種別及び組織外

2.モモ外植体からの不定芽の形成に及ぼす成長調整剤

植体別に組織培養条件を総合的かつ系統的に検討するの効果ことによって、不定芽形成率及び不定根誘導率を実用

一般に、不定芽の誘導には、植物成長調整剤であるサ的なレベルで最適化するとともに、アグロバクテリウ

イトカイニンとオーキシンの培地中濃度が重要である

ムを介した遺伝子導入法の改良等によって効果的な形とされている。そこで、サイトカイニン種としてベン質転換個体の作製手法を確立することを目的としていジルアデニン(BAP)、ゼアチン(ZEA)、及びチジアズロ

る。

ン(TDZ)、オーキシン種としてインドール酪酸(IBA)、
4-クロロフェノキシ酢酸(CPA)、及びナフタレン酢酸- 190 -

(NAA) を用いて、各々の組み合わせと培地への添加たがって、モモ品種間で未分化細胞の増殖活性や酸化濃度を設定してʼ清水白桃ʼの子葉胚からの不定芽誘

ストレスに対する耐性度が異なり、器官再分化の難易導を検討した。その結果、概してサイトカイニンのに影響していることが考えられた。

種別に比べて オーキシンの種別による効果の差が大きいこと、CPA (~0.5 mg/L)と TDZ (~5.0 mg/L)の組み合わせが不定芽誘導にとって最適であることが明らかになった(図 2)。

3.モモ品種別の外植体からの不定芽の形成
モモの品種間において組織培養による個体再生の難易度が大きく異なることが知られている。そこで、岡山県農林水産総合センター農業研究所から分譲された
各種モモ品種を供試して、葉片からの不定芽の形成率を比較するとともに、葉片からの器官分化様式の類型化を行った。その結果、不定芽形成率が比較的高かった(~45%)ʼ清水白桃ʼを含む(a)型の品種群では、葉組織の褐変程度が低く、早期に不定芽が誘導されることが分かった。また、不定芽形成率が中程度（~25%）であった(b)型の品種群では、葉組織の褐変程度は低いものの、未分化細胞の増殖が持続すること、低度の不定芽形成率(~12%)であった(c)型品種群の葉組織における褐変程度が明らかに高いことなどが示された(図 3)。し- 191 -

4.アグロ法によるモモ外植体からの形質転換不定芽のの不定芽組織からの茎部の伸長、茎基部からの発根、形成

発根不定芽の生育、馴化、ポット育成を経ることによ

上記で最適化したモモ外植体からの不定芽の形成条って、完全な個体を再生する系を確立した。

件に基づいて、アグロ共存培養法による外来遺伝子の導入による形質転換体の作出を行なった。アグロバク

まとめ

テリウムの菌株であるGV3101 株と緑色蛍光タンパク

本研究では、モモの高率的な形質転換方法を確立する質(GFP)を発現する pBI 系バイナリーベクターを供試ために、外植体からの不定芽の誘導、アグロ法によるした。その結果、一定程度の頻度(~30%)で GFP 蛍光を外植体への外来遺伝子の導入、幼梢基部からの不定根発する形質転換不定芽の形成が認められたが、それらの誘導に分けて、各々の技術条件の最適化を行った。

の多くは形質転換体と非形質転換体が共存するキメラ

その結果、組織培養に用いる基本無機塩類培地、植物個体であった。今後、他種選択薬剤や移植時期などの成長調整剤の種類と添加濃度、個体再生に適したモモ検討を行う必要があると考えられた。

品種を明らかにした。また、ある種のオーキシン種とアンチオーキシン剤を用いることによって、幼梢基部5.モモ幼梢基部からの不定根の誘導から高頻度で不定根が誘導されることが示され、外植外植体から分化させた不定芽の基部から不定根を誘体からの完全個体の再生が可能になった。さらに、ア導させるための培養条件を明らかにするため、実生幼

グロ法による外来遺伝子の導入については、依然改良

梢の基部からの不定根の形成に及ぼす植物成長調整剤の余地があるものの、その高い有効性が示された。こやそれらの阻害剤の効果を検討した。その結果、各種

れらの技術要件は、今後計画しているモモ新品種の育のオーキシン類を添加した培地において、4 週間の培成に向けたゲノム編集技術の導入において非常に有用

養で幼梢基部の切断面にカルス組織が形成されたが、であると考えられる。

不定芽の形成は認められなかった。一方、オーキシン種の中の NAA に加えて、オーキシンの活性阻害剤で

謝 辞ある PCIB を同時に添加した場合に、特異的に切断面本研究を遂行するにあたり、多大なご支援を賜りまし

や茎部側面から不定根の誘導が認められた(図4)。
PCIBた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申しの作用については、本来のアンチオーキシン活性の他上げます。

に、内生オーキシンの代謝や輸送に関与することが知られている。よって、維管束組織の分化や根組織の伸参考文献

長を含む不定根の誘導過程において PCIB による内生/[1] Sabbadini, S., Ricci, A., Limera, C., Baldoni, D., Capriotti,

外生オーキシンの適所局在化が必須である可能性が示

L., Mezzetti, B. (2019) Factors affecting the regeneration, via

された。

organogenesis, and the selection of transgenic calli in thepeach rootstock Hansen 536 (Prunus persica_Prunus
amygdalus) to express an RNAi construct against PPV virus.
Plants 8, 178.
[2] Angela Ricci, A., Sabbadini, S., Prieto, H., Padilla, I.M.G.,
Dardick, C., Li, Z., Scorza, R., Limera, C., Mezzetti, B.,
Perez-Jimenez, M., Burgos, L., and Petri, C. (2020) Genetictransformation in peach (Prunus persica L.): challenges andways forward. Plants 9, 971.
[3] Xu, S., Lai, E., Zhao, L., Cai, Y., Collins Ogutu, C.,

また、この不定根の誘導条件を利用して、子葉胚由来

Cherono, S., Han, Y., and Zheng, B. (2020) Development of- 192 -

a fast and efficient root transgenic system for functional
genomics and genetic engineering in peach. Sci. Rep. 10, 2836.
[4] Díaz-Sala, C. (2014) Direct reprogramming of adultsomatic cells toward adventitious root formation in forest tree
species: the effect of the juvenile–adult transition. Front.
Plant Sci. 5, 1-8.
[5] Díaz-Sala, C. (2020) A Perspective on adventitious root
formation in tree species. Plants 9, 1789.
[6] Biswas, K. K., Ooura, C., Higuchi, K., Miyazaki, Y., Van
Ngyuen, V., Rahman, A., Uchimiya, H., Kiyosue, T., Koshiba,T., Tanaka, A., Narumi, I., and Oono, Y. (2007) Genetic
characterization of mutants resistant to the antiauxin pchlorophenoxyisobutyric acid reveals that AAR3, a geneencoding a DCN2-like protein, regulates responses to thesyntheticauxin

2,4-dichlorophenoxyacetic

acid

in

Arabidopsis roots. Plant Physiol. 145, 773-785.

- 193 -

モモせん孔細菌病抵抗性に関与する遺伝⼦マーカー探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所

嘉美千歳
我々は、難防除病害であるモモせん孔細菌病について抵抗性に関与する遺伝子マーカー探索を目的にモモ本葉を用いた簡易接種系を確立し、基礎情報収集を行っている。本研究では、モモ本葉接種後の菌増殖と病斑形成の相関について詳細を明らかにした。せん孔細菌病菌に対し感受性のモモ系統では、
本葉接種によって形成される病班の程度は、接種するせん孔細菌病菌の菌濃度と相関することが分かった。また葉組織内の菌の増殖が 108 CFU / cm2 を超えると病班が出始め、経時的に病班の程度が強くなる
ことが明らかとなった。一方、抵抗性系統では感受性系統と比較して菌増殖の抑制が認められた。その抑制の程度は接種菌濃度が低い方が顕著であった。以上の結果より、抵抗性系統は時間経過に伴い菌増殖を抑制し、葉組織内の菌増殖を 108 CFU / cm2 に到達させないことで病徴を軽減させていると推察された。抵抗性系統の菌増殖を抑制する因子を感受性系統へ導入することは一定の効果があると考えられたため、岡山農林水産総合センター農業研究所ジーンバンクで維持されている 182 のモモ系統についてせん孔細菌病に対する抵抗性判定を行い、抵抗性 23 系統、極感受性 18 系統を選抜した。
（Suesada et al., 2013, 2019)。しかしながら、枝接種法は抵抗性判定に 120 日以上を要し、反復実験が難しい。また枝接種後の接種部位における菌増殖モニターや周辺組織 RNA の遺伝子発現解析を行うことも困難である。我々は、モモ本葉を用いた簡易接種法を確立し、「抵抗性」および「やや抵抗性（以下、中間型）」と、「感受性」、「極度な感受性（以下、極感受性）」の４つに抵抗性の程度を判定・分類を可能にした。そこで日本の白桃種に適応する抵抗性遺伝子マーカー
探索を目的に、岡山県農林水産総合センター農業研究所（以下、岡山農研）ジーンバンク保有の系統 182 系統について抵抗性判定を行い、抵抗性系統および極感受性系統の選抜を行なった。

（はじめに）

モモせん孔細菌病( Xanthomonas arboricola
pv. pruni ) は、農薬のみの防除が難しく、台風や雨の多い年には深刻化しやすい「難防除病害」
として知られている。このためモモ生産には強風対策や枝病斑のせん除など「耕種的防除」が必須で、生産者にとって大きな労働負担となっている。さらに現在、主要モモ生産地での農薬耐性を持つ菌株の拡大が問題となっている。農
薬耐性菌株が全国的に蔓延すれば、モモの生産量は大きく減少する可能性が高い。このような現状改善のため、せん孔細菌病抵抗性を導入したモモ新品種の育成が求められている。
近年、遺伝子マーカーを活用して果樹の新品種育成が効率化されつつある。モモにおいても様々な遺伝子マーカーが整備されているが、現在、日本でモモせん孔細菌病に対して抵抗性を判定する遺伝子マーカーはない。世界的に生産量の多い北米や欧州では、本病の多発・深刻化は日本よりも早く、抵抗性遺伝子マーカー候
補や抵抗性関連の候補遺伝子が報告されている(Socquet-Juglard et al., 2013, Fleming et al., 2022）。
しかしながら、これらの研究では材料に台木系
統や黄桃系統を使っており、必ずしも日本の白桃種に適応するとは言えない。一方、国内ではせん孔細菌病菌の接種法として枝に傷を付けて菌を接種する枝接種法が報告されている（材料および方法）１）モモ系統およびモモせん孔細菌病菌の接種

本実験で使用したモモは、感受性系統 A と抵抗性系統 B を用いた。モモせん孔細菌病菌は、岡山県内で分離された S2 株にリファンピシリン
耐性変異をもつ S2R（以下、野生株）を用いた。
菌接種は、シリンジ法（Socquet-Juglard1, et al.,2012) に改変を加えた本葉接種法を用いた。
２）病原菌接種後の菌増殖モニター

菌増殖モニターにはモモ本葉に野生株を接種し、経時的に葉組織を採取・菌の再分離を行- 194 -

A

Cont: DWB71421 (dai)

野⽣株
5X104
5X106
5X108

Log (CFU / cm2 )

C

10
9
8
7
6
5
4
3

5

7

14 21 28

5X104

5

7 14

21 28

5X106

5

14 21 28 (dai)

7

5X108

図1． 感受性系統Aの野⽣株接種
A: 滅菌⽔( DW ), 各菌濃度( CFU / ml )に調整したせん孔細菌病菌野⽣株の接種位置を⽰したモモ
本葉の図． B: 感受性系統Aの接種14⽇⽬の病斑. C: 感受性系統A本葉に各菌濃度に調整した
野⽣株を接種し，接種後の葉切⽚から再分離された菌濃度. 接種直後を0 daiとし，7⽇毎に菌濃度を測定した. （ bar = SD, dai = day after
inoculation )後、経時的に病班程度が強くなることが分かった（図１A, B）。このときの葉組織内での菌増殖をみると、接種後７日後で既に 108 CFU / cm2 を超え、21 日後には 10 9CFU / cm2 到達していた（図１C）。この結果は、菌の増殖が 108 CFU /cm2 を超えると病班が出始め、経時的に病班程度が強くなることを示している。この傾向は接種
菌濃度 5×106、5×104 CFU / ml CFU / ml でも同様に認められた。以上の結果より、本葉に形成される病班の程度と速度は、接種するせん孔細菌

うことで菌濃度を算出した。すなわち、接種部位の面積、葉組織抽出液の希釈度と検出したコ
ロニー数から計算することで１センチ平方あたりに存在する菌数を算出した。調査は接種日を 0日として 3‐5 日毎に 20 日まで行った。接種した葉の病斑は経時的に写真撮影を行った。
３）せん孔細菌病抵抗性および極感受性モモ系
統の探索

岡山農林水産総合センター農業研究所ジーンバンクで維持されている 182 のモモ系統の本葉を用いて、せん孔細菌病に対する抵抗性判定を行った。判定は、既に抵抗性および感受性と判明している系統と病班程度を比較することで行なった。判定試験は本葉をそれぞれ３枚採取して接種する試験を２反復行い、一次選抜とした。一次選抜で得た抵抗性尾および極感受性候
補系統は、さらに二次選抜を行い、抵抗性判定を確定した。

病菌の菌濃度と相関することが明らかとなった。
2) 抵抗性モモ系統は本葉でのせん孔細菌病菌の増殖を抑制する
感受性モモ系統 A と抵抗性モモ系統 B の菌接種後の増殖を経時的にモニターした。その結果、抵抗性系統 B は、接種 5 日後までは感受性
系統 A と比較してほぼ同程度の菌増殖を示すが、10 日後以降から菌増殖の抑制がみられた。またその程度は接種菌濃度が低い方が顕著であった（図２）。つまり、抵抗性系統 B は、感受性系統
A よりも菌増殖を抑制し、108 CFU / cm2 に到達させないことで無病班または病徴を軽減させていると推察される。現在、せん孔細菌病に対して全く病徴を示さない完全抵抗性のモモ系統が報告されていないため、本病を完全に抑制する抵抗性因子は知られていない。抵抗性系統 B は、菌増殖を完全に抑制できないが、感受性系統 A（結果および考察）

1) モモ本葉接種による病班の程度は葉組織内の菌増殖と相関する
各濃度に調整したせん孔細菌病菌野生株を感受性モモ系統 A の本葉に接種し、病斑の程度と菌増殖をモニターした。その結果、最も早く病班が認められる接種菌濃度 5×10８ CFU / ml では、７日後で既に軽度の病班が認められ、その- 195 -

Log ( CFU / cm2 )

A

B

10
9 5 X 104
8
7
6
5
4
3

Log ( CFU / cm2 )

3

10
9
8
7
6
5
4
3

感受性系統A
5

10

15

20

28

抵抗性系統B

5 X 106

3

5

10

15

20

28

Day after inoculation ( dai )図2． 感受性系統Aと抵抗性系統Bの野⽣株接種
各菌濃度( CFU / ml )に調整したせん孔細菌病菌野⽣株を接種し，接種後の葉切⽚から再分離された菌濃度を測定した. 接種直後を 0 daiとし，経時的に菌濃度を測定した. 灰⾊のカラムは感受性A, ⾚⾊カラムは抵抗性B. ( bar= SD, dai = day after inoculation )A: 野⽣株 5X104 CFU / ml 接種後の菌増殖．B: 野⽣
株 5X106 CFU / ml 接種後の菌増殖.

よりも病徴を軽減させる能力を持つと考えられによる GWAS の準備を進めている。そしてモモる。従って抵抗性系統が持つ菌増殖抑制に関与する因子を感受性系統に導入することはせん孔細菌病の防除に効果があると期待できる。

せん孔細菌病抵抗性の判定に利用可能な遺伝子
マーカー候補の選定および検証を行う予定である。モモ育種選抜への速やかな活用を目指したい。

3) 抵抗性および極感受性系統の収集
岡山農林水産総合センター農業研究所ジーンバンクで維持されている 182 のモモ系統について抵抗性判定を行った。その結果、抵抗性 23
系統、極感受性 18 系統を見出した。これらモモ系統のゲノムシーケンスデータを用いれば、ゲ
ノムワイド関連解析(GWAS)によって抵抗性、または極感受性に関与する遺伝子領域を検出できると考えられる。

（謝辞）

本研究遂行にあたり、岡山県農林水産総合センター農業研究所果樹研究室よりモモ本葉を御提供いただきました。また公益財団ウエスコ
学術振興財団の研究助成を賜りました。これらの御支援に厚く御礼申し上げます。
（引用文献）
Fleming et al. (2022) PLoS One. 17(2): e0264543.
Socquet-Juglard et al. (2012) J. Plant Pathol. 94: 1-91-S1. 96
Socquet-Juglard et al. (2013) PLoS One. 8: e54196.
Suesada et al. (2013) J. Japan. Soc. Hort. Sci. 82: 293-300
Suesada et al. (2019) Breed Sci. 69: 11-18.

（今後の展望）本研究によりモモ抵抗性系統は、葉組織内でのモモせん孔細菌病菌の増殖を抑制している
ことが明らかとなった。現在、RNA シーケンスによる遺伝子発現解析およびゲノムシーケンス- 196 -

- 197 -- 198 -Table 1. ヒノキにおける発芽予測と生育予測の偏相関分析-0.0840.090-0.0620.213-0.0730.145-0.264< 0.001-0.0260.607-0.111

0.025

0.015

0.761

0.177

< 0.001-0.1280.010-0.0920.064-0.041

0.415-0.087

0.080

0.090

0.069

0.025

0.620

0.330

< 0.001

0.272< 0.001-0.058

0.246

0.174

< 0.001- 199 -

Table 2. スギにおける発芽予測と生育予測の偏相関分析-0.0180.647-0.0550.154-0.208< 0.001

0.215< 0.001-0.016

0.673

0.014

0.723

0.074

0.054

0.018

0.646

-0.111

0.004

0.229

< 0.001

0.201< 0.001-0.0200.605-0.076

0.046

0.015

0.697

0.059

0.123

-0.168< 0.001

0.219< 0.001

0.016

0.685

- 200 -

環状分子におけるキラル内孔空間構築に基づく機能開拓
就実⼤学薬学部
⼭本 浩司（概要）近年，環状構造を有する配位⼦を有する⾦属錯体（マクロサイクル錯体）が触媒反応や機能性物質の開発の観点から注⽬を集めている．マクロサイクル錯体は内孔空間を貫通した配位状態に由来する特異な化学選択性を⽰す．キラリティーは分⼦間相互作⽤や分⼦認識において重要な役割を果たすことから，新たな内孔空間の設計法としてキラリティーに着⽬した．本研究では，光学活性マクロサイクルパラジウム錯体におけるキラリティーと配位⼦および錯体の構造・性質の相関を明らかにする．さらに，パラジウムとキラル内孔空間が織り成す機能の開拓を⽬指す．初年度には，光学活性配位⼦ 3 種の合成に成功した．また，それらとパラジウ
ムとの錯形成による錯体合成を検討した．当初，D-(-)-2-(p-hydroxyphenyl)glycine から配位⼦を合成したが，エピメリ化が問題となった．配位⼦の再設計により，エピメリ化を完全に抑制できた．この配位⼦は安価な不⻫源である L-チロシンから簡便に誘導できる．
（本⽂）

属と内孔空間の協働作⽤がもたらす特異な化学選択

⾦属錯体は触媒反応や機能性物質の開発において．申請者は新性 1,2 や架橋剤特性 3 を⾒出した（図 2）

重要な役割を担う．近年，環状構造を有する配位⼦

たな内孔空間の設計法としてキラリティーに着⽬しを有する⾦属錯体（マクロサイクル錯体，図 1）がた．キラリティーは分⼦間相互作⽤や分⼦認識にお注⽬を集めている．マクロサイクル錯体は内孔空間

いて重要な役割を果たし，キラルマクロサイクル錯を貫通した配位状態に由来する特異な化学選択性を体でしか成し得ない機能を⽰す可能性がある．この⽰す．また，鎖状分⼦が環を貫通したロタキサン構

ようなキラルマクロサイクル錯体の例は 3 例 4‒6 と造に基づく機能性物質の開発にも展開できる．内孔極めて限られており，萌芽段階にある．

空間の制御はマクロサイクル錯体の機能発現に直結する．⼀⽅で，マクロサイクル錯体の配位⼦構造は散発的で，内孔空間の形状と機能の関係はよくわかっていない．
マクロサイクル錯体の内孔空間の形状，
特に三次元構造の重要性を解明することで，構造と物性の相関の理解が進み，マクロサイクル錯体の化学に新展開をもたらすことが期待される．

図 2. 申請者がこれまでに開発した錯体
本研究では，光学活性マクロサイクルパラジウム
錯体を系統的に合成し（図 3），キラリティーと配位⼦および錯体の構造・性質の相関を明らかにするこ

図 1. マクロサイクル錯体
申請者は，構造有機化学に⽴脚した内孔空間制御とを⽬的としている．さらに，それらの触媒作⽤とを⽬的に，種々のマクロサイクル錯体を開発し，⾦架橋剤特性を検討し，パラジウムとキラル内孔空間- 201 -

が織り成す機能を開拓することを⽬指している．初（(R)-5）を⽤いて光学活性マクロサイクル配位⼦の年度には，
光学活性配位⼦の合成に成功した．
また，合成に着⼿した．市販の(R)-5 から６段階を経てそれらとパラジウムとの錯形成による錯体合成を検．アミド形成後の粗⽣成物の(R,R)-9 を得た（式 1）

討した．

1

H NMR において単⼀の⽣成物のみが観測されたことから，⽣成物のエピメリ化は起こっておらず，光学純度は損なわれていない．
得られた(R,R)-9 のメチル化を試みたところ，粗⽣成物の 1H NMR より，不⻫点であるアミド窒素α位がエピメリ化したメソ体の⽣成が⽰唆された（式2）．アミド窒素α位はベンジル位のため酸性度が⾼
く，脱プロトン化を経てエピメリ化が進⾏したと考えられる．

図 3. 光学活性マクロサイクル錯体
まず，Leigh らの報告 ref に着⽬し，⽐較的安価な式 2. メチル化の検討

不⻫源である D-(-)-2-(p-hydroxyphenyl)glycine
エピメリ化を抑制するため，配位⼦を再設計した（図 4）．不⻫点のアミド窒素α位を単純な 2 級炭素とすることで，エピメリ化が抑制されると期待される．この配位⼦は安価な不⻫源である L-チロシン（(S)-11）から誘導できる．

図 4. 新たな光学活性配位⼦の設計
市販の L-チロシン（(S)-11）から４段階を経て．アミド形成後の粗⽣成物の(S,S)-14 を得た（式 3）1

H NMR において単⼀の⽣成物のみが観測されたこ

式 1. (R,R)-9 の合成とから，⽣成物のエピメリ化は起こっておらず，光- 202 -

学純度は損なわれていない．

以上，光学活性配位⼦ 3 種の合成に成功した．また，それらとパラジウムとの錯形成による錯体合成を検討した．次年度は，(Rlinker)-2 およびパラジウム錯体の合成を完了し，配位⼦および錯体の構造および物性を NMR，X 線結晶構造解析，UV-vis，電気化学測定，円⼆⾊性（CD）測定，理論計算により明らかにする．また，それらの触媒作⽤と架橋剤特性を検討し，パラジウムとキラル内孔空間が織り成す機能の開拓を⽬指す．
（引⽤⽂献）
1. K. Yamamoto, K. Higuchi, M. Ogawa, H.

式 3. (S,S)-14 の合成

Sogawa, S. Kuwata, Y. Hayashi, S. Kawauchi, T.
Takata, Chem. Asian J. 2020, 15, 356‒359.

(S,S)-14 の脱シリルにより環化前駆体である

2. K. Yamamoto, R. Nameki, H. Sogawa, T. Takata,(S,S)-15 を得た．シリカゲルカラムなどの精製操作を⾏うことなく(S,S)-11 から⾼純度の(S,S)-15 が得

Tetrahedron Lett. 2020, 61, 151870.
3. K. Yamamoto, R. Nameki, H. Sogawa, T. Takata,Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 18179‒18184.

られることからスケールアップも容易である．

4. S. M. Goldup, D. A. Leigh, R. T. McBurney, P. R.
McGonigal, A. Plant, Chem. Sci. 2010, 1, 383‒
386.
5. S. Hoekman, M. O. Kitching, D. A. Leigh, M.
Papmeyer, D. Roke, J. Am. Chem. Soc. 2015,

137, 7656‒7659.
式 4. (S,S)-15 の合成

6. K. Yamashita, Y. Tabata, K. Yamakawa, T.
Mochizuki, K. Matsui, M. Hatano, K. Ishihara, J.

得られた(S,S)-15 の環化反応により，光学活性配位⼦(S,S)-1，(S,S,Rlinker)-3，(S,S,Slinker)-4 の合成に成功した（図 5）．構造はいずれも 1H NMR で決定した．また，反応条件下でエピメリ化は起こっていな
いことを確認した．現在，これらの配位⼦とパラジ
ウム塩との錯形成を検討している．

図 5. 合成した光学活性配位⼦- 203 -

Am. Chem. Soc. 2023, 145, 26238‒26248.

岡山県市区町村におけるコロナ禍での災害対策の現状
就実大学 薬学部
吉井 圭佑
内閣府により防災基本計画が作成され、それを基に各都道府県や市区町村は地域防災計画を作成している。
「平成 30 年 7 月豪雨」及び新型コロナウイルスを経たことによる岡山県及び各市区町村の防災計画がどのように変化・対応しているかを調査した。調査は岡山県及び各市区町村のホームページで公開されている地域防災計画、特に風水害対策を比較検討した。その結果、風水害対策全 192 項目のうち岡山県と岡山市では計 6 項目、岡山県と倉敷市では計 33 項目の相違が認められた。岡山市は岡山県の防災計画の内容に沿って内容を策定しているが、倉敷市は岡山県が対応する項目や、「平成 30 年 7 月豪雨」の被災経験があったからこそ具体的な記載があったのではないかと思われる。今後、岡山県内にある他の市区町村における調査を進めると共に、各地区の住民に求められ、なおかつ実感しやすい防災対策に繋げて行く必要がある。
背景と目的

災計画の充実及び今後必要な防災計画立案の一助と内閣府の中央防災会議により防災基本計画が作成するために、岡山県の各市区町村における地域防災

され、それを基に各都道府県や市区町村は地域防災計画の相違点を明らかにすることを目的とした。

計画を作成しており、これらの防災計画は各ホーム
ページで開示され、誰でも閲覧することが出来る 1)。

方法2018 年 7 月、岡山県は集中的な豪雨に見舞われ、2022 年 11 月から 2023 年 2 月の間、岡山県、岡山

特に倉敷市真備町では甚大な被害を受けた（以下、市、倉敷市のホームページに公開されている地域防「平成 30 年 7 月豪雨」）。

災計画の内容について調査・検討を行った。岡山県

内閣府では定期的に中央防災会議を開催し、防災が公開している地域防災計画として、風水害・地震・に関する重要事項を検討し、防災基本計画の見直し

津波及び原子力対策があるが、今回は風水害対策（予を行っている。2020 年に入り、新型コロナウイルス防対策計画・応急対策計画・復旧復興計画）を調査のパンデミックにより、各都道府県は新型コロナウ

した。得られた各地域防災計画中の風水害対策に関

イルスに対応した防災計画や災害時対応が求められして、表計算ソフト Excel を用いて項目ごとに整理2)た 。各都道府県が作成した防災計画を基に、各市し、岡山県の地域防災計画と比較して、岡山市及び区町村は防災計画の見直しを行っているが、山間・倉敷市で不足あるいは追加されている項目を列挙し沿岸部などの自然特性や人口・交通・産業・構造物

た。項目名の異なるもの、不足項目及び追加項目になどの社会特性によって各市区町村の防災計画の内ついて、地域防災計画の本文を確認し、記載内容の容が様々である。さらに、地域単位での防災計画は違いについて、その概要と詳細な内容について、そ新型コロナウイルス感染拡大や被災経験の有無に応れらの共通点及び相違点について確認した。

じて防災計画の見直しが必要である。
一方で、各都道府県が作成した防災計画と各市区

結果と考察町村が作成した防災計画を比較し、差異を調査し重点的に教育すべき内容について不明確である。

風水害対策の全 192 項目のうち、岡山県と岡山市の相違が認められた項目は計 6 項目であり、岡山県

そこで、「平成 30 年 7 月豪雨」及びコロナ禍を経た岡山県の防災対策の変化が各市区町村でどのように対応しているのかを調査し、地域特性に応じた防- 204 -

表 1 風水害における岡山県と岡山市の相違点と岡山市の地域防災計画は概ね類似していた。従っめた地域防災計画を基本として、地域の被災経験もて、岡山市は岡山県の内容に沿って地域防災計画を踏まえて改訂されていたと考えられる。今後、岡山策定していると考えられる。しかし、火災予防、弔県内にある他の市区町村における調査を進めると共慰金・見舞金及び区として行う応急対策等の岡山市に、各地区の住民に求められ、なおかつ実感しやすとして実施する項目については岡山県での項目がな

い防災対策に繋げて行く必要がある。

く、また、岡山県としての組織体制や方針に沿って行う事項については岡山市に記載がない等の相違が参考文献認められた(表１)。

1) 内 閣 府 防 災 情 報 ペ ー ジ 防 災 基 本 計 画

一方、倉敷市は岡山市と比較して、より多くの岡https://www.bousai.go.jp/taisaku/keikaku/kihon

山県との相違が認められた。岡山県と倉敷市の相違.htmlが認められた項目は計 33 項目であった(表２)。雪・

2)内閣府 防災情報ページ 中央防災会議 第 40 回議

強風被害、農林関係被害及び地盤沈下等の自然災害

事 次 第 (1) 防 災 基 本 計 画 等 の 修 正 に つ い て

対策や、大規模火災、道路・交通・航空機事故等にhttps://www.bousai.go.jp/kaigirep/chuobou/40/i

伴う対策は、岡山県が対応するものとして、倉敷市

ndex.html

としての記載はなかったと思われる。また、岡山県には記載がなく、倉敷市には記載があった項目については、「平成 30 年 7 月豪雨」の被災経験があったからこそ、風水害に伴う二次的あるいは、複合的な火災や危険物による災害について具体的な対策及び被災地への医療や公衆衛生に関する援助や復興支援について、倉敷市には具体的な記載がなされていたと考えられる。
以上により、岡山県の各市区町村は、県として定- 205 -

表 2-1 風水害における岡山県と倉敷市の相違点- 206 -

表 2-2 風水害における岡山県と倉敷市の相違点- 207 -

公認心理師志望学生の心理実習に対するモチベーションに関する研究
3 年間のデータの総合的考察
就実大学 教育学部 教育心理学科
永田 忍
学部における公認心理師カリキュラムの 1 つである心理実習は，見学を主とする実習ではあるものの，学内で座学を通して学んだ心理職と，彼らが将来働く現場を実際に目にして学ぶ重要な機会である。その過程において，学生は実際の心理職業務の奥深さに直面することで，将来への不安等ストレスに直面することが想定される。学生にはそのようなストレスを乗り越え，公認心理師を目指していく姿勢が求められる。そのために教員と実習施設が，学生が積極的姿勢で心理実習に取り組めるようより良い環境を提供し，彼らの心理実習へのモチベーションが何によって左右されているかを明らかにしていく必要がある。
そこで本研究では，公認心理師志望の学生が積極的に心理実習に取り組める一助になるように，心理実習を終了した学部学生に心理実習の体験についてのインタビューを行い，心理実習へのモチベーションに関わる要因を明らかにした。

【問題と目的】り組める環境を整えていくことが必要になる。

2017 年 9 月に公認心理師法が施行され，2019 年

このような問題意識を踏まえて永田・林（2021），永には心理専門職の国家資格として「公認心理師」が誕

田・林・石井（2022）では，実習生のモチベーションを生した。養成を担う大学では，2018 年度よりそのカリ左右する要因について検討するために，心理実習を終キュラムが開始されている。こうした大学では，未だ収えた実習生に対する調査を行った。その結果，「実習で束したとは言い切れない COVID-19 と戦いながらも，得られた達成感」「学生を支える周囲の人々と実習環

より良い教育体制に向けて日々検討を重ねているとこ

境」「職業選択肢の増加」といった経験が心理実習へろであろう。

のモチベーションを高めていることが明らかとなった。

公認心理師カリキュラムの一つである「心理実習」

その一方で，「困難を感じる指導者，要心理支援者とは，見学を主とする内容ではあるものの，心理専門職の関係と実習環境」「実習に対するネガティブな感情」

が働く現場を実際に目にして学ぶ貴重な機会である。

といった経験が心理実習へのモチベーションを低下さ

公認心理師の業務は，要心理支援者の観察と分析にせていることが明らかとなった。ただし，この研究でははじまり，要心理支援者とその関係者に対する相談・調査期間に制約があったこともあり，保健医療分野

助言・指導，さらには，心の健康に関する知識の普及ま（精神科病院）での実習を経験する前に調査を行った。

で，実に幅広い。加えて，公認心理師は諸領域にまた保健医療分野での実習は，心理実習において必須とさがる汎用資格であるため，有資格者が働く現場は多岐れている。

にわたる。心理実習に臨む実習生は，実習に先立ってそこで今回の研究では，保健医療分野を含めたす公認心理師の業務や他職種連携について講義を通しべての実習を終えた実習生に対して，実習体験に関すて学んでいるものの，実際に現場に足を踏み入れてみるアンケート調査を行う。この研究を通して，心理実習

ると，自らが想像している以上の難しさに直面し，戸惑へのモチベーションにかかわる要因について，先行研

いや不安を感じることもあるだろう。これらは，日々の究のデータとの差異を踏まえながら検討し，さらには，

学生生活とは質量ともに異なるストレスであるため，

公認心理師資格取得へのモチベーションに心理実習養成を担う大学側としては，実習生がより積極的に取がどのように影響するかについて明らかにする。

- 208 -

【方法】

くなった場合の理由，であった。心理実習以外の公認

１．対象者：A 大学の公認心理師志望の 3 年生で，心理師資格取得へのモチベーションに影響を与えた要2020 年度から 2022 年度の心理実習を修了した学因に関する質問については，⑭心理実習以外で公認

生（2020 年および 2021 年度は，保健医療分野以外

心理師資格取得へのモチベーションを高めた要因，⑮の実習を修了した時点で調査を行った）。

心理実習以外で公認心理師資格取得へのモチベーシ

２．データ収集および分析方法：対象者に対して，ョンを低下させた要因，であった。

Google Form を用いてアンケート調査を行った。主

①～⑥に関しては永田・林（2022）と同様に得られな質問項目は，石川・内海（2016）の看護学生の臨地た内容に繰り返し目を通し，文脈に留意しつつモチベ

実習のモチベーションに関する研究と同様の項目（①ーションに関わる要因を表している部分に絞り，意味～③）に加え，新たに設定した。実習中の体験がモチベの取れる重要発言として抽出した。それを抽象化させ，ーションにどのように影響したかに関する質問につい次に類似性・相違性を検討しながらテーマとした。各テては，①実習を通しての体験はどのようなものであっーマを検討し，クラスターに分類した。クラスターをさたか，②実習中に達成感のあったこと，嬉しかったこと

ら に 吟味し ， カ テゴリとし て まと め た 。分析に ははどのような場面であり，それは心理実習へのモチベ

NVivo12 日本語版を用いた。⑦～⑮については，実ーションにどう関わっていたか，③実習で辛かったこと

習前後で資格取得のモチベーションが高まった群と低や悲しかったことはどのようなことであり，それは心理下した群に分け，比較検討を行った。

実習へのモチベーションにどう関わっていたか，であ

3．倫理的配慮った。モチベーションを向上（阻害）した要因に関する対象者には口頭と書面にて説明を行い，書面による質問については，④実習へのモチベーションを向上

同意を得た。本研究への参加は自由意思で決めること（阻害）させるうえで効果的と感じたスタッフの言動やができ，不参加であっても何の不利益もないことを説

支援，⑤実習へのモチベーションを向上（阻害）させる

明した。いつでも参加の取り消しができ，たとえ参加を

うえで効果的と感じた実習指導者の言動や支援，⑥実

拒否したり，途中で撤回したりしても，今後の学業成績

習へのモチベーションを向上（阻害）したと思う上記以には全く影響がないことを伝えた。本研究は，就実大

外の事柄，であった。部活動，アルバイト，アルバイト歴

学・就実短期大学教育・倫理安全委員会の承認を得ておよび公認心理師を目指そうと思った時期に関する質実施した（承認番号：2020‐2）。

問については，⑦高校時代の部活動歴，⑧アルバイト・【結果】

ボランティア歴，⑨いつから公認心理師資格を目指そ

心理実習に関するモチベーションについては，3年間うと思ったか，であった。実習参加前後の公認心理師のデータに共通して，実習指導者や実習担当教員から資格取得に対するモチベーションの変化に関する質問の言葉かけがポジティブかネガティブであったかによについては，⑩心理実習参加前の時点での公認心理って上下することが明らかとなった。また，コロナ禍の師資格取得へのモチベーションの程度（0（全くモチベ

ために実習場所や実習内容の変更があったこと等がーションがない）～100（非常にモチベーションが高大きく影響していることが明らかとなった。中でも実習い）），⑪心理実習終了後の時点での公認心理師資格

施設での見学実習が中止となり，学内での実習になっ取得へのモチベーションの程度（0（全くモチベーショたことがモチベーションの低下に大きく影響しているこ

ンがない）～100（非常にモチベーションが高い）），⑫とが明らかとなった。さらには，公認心理師を目指すか

心理実習参加前よりも公認心理師資格取得へのモチ否かについて迷いながら心理実習に参加し，新たな別ベーションが高くなった場合の理由，⑬心理実習参加の進路を見つけた学生の存在も明らかとなった（表 1）。

前よりも公認心理師資格取得へのモチベーションが低- 209 -

表 1 学生が心理実習においてモチベーションに関わったと感じている体験【考察】に，公認心理師資格取得のモチベーションが低下する

A 大学では，3 年次に心理実習を配置しているため，学生が多いことも明らかとなった。

公認心理師，一般就職のどちらを目指すか迷いながら教員と実習指導者は，どのような実習環境において参加している学生が含まれている。この点が“実習でも，学生が自分の置かれた状況で柔軟に物事を考え，得られた達成感”，“学生を支える周囲の人との実習環

行動し，自分の公認心理師への適性や将来に対して境”，“職業選択肢の増加”といったポジティブな振り返

不安を感じたとしても，そこから立ち直る力（レジリエ

りだけでなく，“困難を感じる指導者，要心理支援者とンス）を身に付けさせる必要がある。

の関係と実習環境”といったネガティブな振り返りに繋【謝辞】

がった可能性がある。また，実習担当教員および実習

本研究のインタビューにご協力くださいました学生

指導者のコメントを過度にネガティブに受け取る学生の皆様に厚く御礼申し上げます。また，本研究を遂行の存在も明らかとなった。このような課題について今するにあたりご支援くださいました公益財団法人ウエ後 A 大学では学生の認知的柔軟性やレジリエンスを

スコ学術振興財団に心より感謝申し上げます。

育むプログラムを実習に組み込み，その効果を測定す【参考文献】

る予定である。

永田忍・林秀樹（2022）．公認心理師志望学生の心理【結論】

実習へのモチベーションに関する研究―学部学生

心理実習は学生にとって，成長の機会，職業選択のの実習での体験に関する調査を通して―．就実教機会となり，将来の自身の公認心理師像をイメージす育実践研究，15，1-10.

るきっかけとなっていた。また，昨今のコロナ禍のため

永田忍・林秀樹・石井佳葉（2023）．公認心理師志望に一部の学外施設での実習ができない状況において，学生の心理実習へのモチベーションに関する研究

一部の実習に行けないことを残念に思いモチベーショ（第 2 報）―学部学生の実習での体験に関する調査

ンを落とす学生が存在していた。さらに，心理実習後を通して―．就実教育実践研究，16，1-1１.

- 210 -

- 211 -- 212 -- 213 -- 214 -抗肺線維化分子としての脂質メディエーター分解酵素の発生工学的研究
川崎医科大学薬理学教室
岡本安雄
（概要）
2023 年度は、2022 年度に作製した Rosa26 遺伝子座に CAG プロモーター制御下で、Cre 組換え酵素により loxP
配列に挟まれた発現阻止配列を除去すると脂質リン酸ホスファターゼ 3（LPP3）を高発現するように遺伝子操作した LPP3 ノックインマウスと Cre 組換え酵素をマクロファージ特異的に発現する LysM-Cre マウスあるいは肺胞 II 型上皮細胞特異的に発現する SPC-Cre マウスと交配し、LPP3 をマクロファージあるいは肺胞 II 型上皮細胞で高発現するマウスを作出した。これらの作出したマウスを用いて、研究仮説「線維化肺では、スフィンゴシ
ン 1-リン酸（S1P）とリゾホスファチジン酸（LPA）の分解酵素脂質リン酸ホスファターゼ 3（LPP3）の発現低下
が S1P と LPA の蓄積を引き起こし、線維化を促進する。
」を検証するための予備実験を行った。

【背景・目的】線維化（症）はアンメット・メディカル・ニーズの臨床経過をたどる予後不良の疾患で、新たな治療法の開発は急務である。スフィンゴシン 1-リン酸（S1P）とリゾホスファチジン酸（LPA）は特異的 Gタンパク質共役型受容体を介して多彩な生理作用を発揮する重要な脂質メディエーターである（1）。私たちは抗がん薬ブレオマイシン反復投与肺線維症モデルマウスの肺を用いて DNA マイクロアレイ解析を行った（2）。S1P および LPA の受容体や代謝酵素の遺伝子変動を検討したところ、S1P および LPA の分解活性を持つ脂質リン酸ホスファターゼ 3（LPP3）の遺伝子発現が生理食塩水投与群と比較して、ブレオマイシン投与群の肺で 2 分の 1 以下に低下していた。LPP3 は 6 回膜貫通型のエクト型脂質リン酸ホスファターゼで、触媒部位は細胞膜外表面に露出し、細胞外 S1P および LPA を分解し、S1P および LPA による情報伝達を減衰させる機能を持つと考えられて

loxP 配列に挟まれた発現阻止配列を除去するとLPP3 を高発現するように遺伝子操作した LPP3 ノックイン（LPP3-KI）マウスを 2022 年度文部科学省新学術領域先端モデル動物支援プラットフォーム・モ
デル動物作製の支援をうけて作製した。2023 年度は、
LPP3-KI マウスを用いて、肺胞 II 型上皮細胞およびマクロファージ特異的に LPP3 を高発現するマウスを作出し、肺線維化モデルなどの疾患モデルを適応し、解析を行った。

いる（1）。以上の結果から、「線維化肺では、S1P とLPA の分解酵素 LPP3 の発現低下が S1P と LPA の蓄積を引き起こし、線維化を促進する。
」という作業仮説を立てた（図 1）。2022 年度に、LPP3 遺伝子発現を【方法】（1）肺およびマクロファージ特異的に LPP3 を高発現するマウスの作出促進する方法が肺線維症に有効な治療法となるか否かを明らかにする目的のため、Rosa26 遺伝子座にCAG プロモーター制御下で、Cre 組換え酵素により2022 年度文部科学省新学術領域先端モデル動物支援プラットフォーム・モデル動物作製の支援をうけて作製した Rosa26 遺伝子座に CAG プロモータ- 215 -

ー制御下で、Cre 組換え酵素により loxP 配列に挟ま

ウスにブレオマイシン(2 回/週,35 mg/kg 体重) を、れた発現阻止配列を除去すると LPP3 を高発現する

4 週間腹腔内投与することにより肺線維症モデルマ

ように遺伝子操作した LPP3-KI マウスと Cre 組換え

ウスを作製した（2）。気管支肺胞洗浄液

酵素をマクロファージ特異的に発現する LysM-Cre（bronchoalveolar lavage fluid, BALF）を採取し、マウス（3）あるいは肺胞 II 型上皮細胞特異的に発細胞数カウント、可溶性コラーゲン定量およびタン

現する SPC-Cre マウス（4）と交配し、マクロファー

パク定量を行った。タンパク定量にはプロテインア

ジあるいは肺胞 II 型上皮細胞で LPP3 を高発現するッセイ BCA キット（ナカライテスク）を、可溶性コ

マウスを作出した。マウスの尾から DNA を調製し、

ラ ー ゲ ン 定 量 に は Sircol soluble/insoluble

PCR を用いた genotyping を行った。川崎医科大学動collagen Assay Kit（Bioclor Ltd.）を用いて測定物実験委員会（22-67、22-090、23-098）および川崎した。

医科大学組換え DNA 実験安全委員会（20-37、 2038）の承認を受け、川崎医科大学動物実験指針、川（4）急性肺損傷モデル

崎医科大学組換え DNA 安全管理規定に基づいて研究

8-10 週齢の雄の KI/+マウスと KI/+;LysM-Cre/+マを実施した。

ウスに LPS（4 mg/kg 体重）を気管内投与して LPS によるマウス急性肺損傷モデルを作製した（5）。経気（2）腹腔マクロファージを用いた解析

道的 LPS 投与後 24 時間で気道洗浄を行い、BALF を

LPP3-KI（KI/KI）マウスとマクロファージで LPP3採取した。BALF 中の細胞数を測定した。

を高発現する（KI/KI;LysM-Cre/+）マウスにチオグ
リコレートを投与して炎症を誘発し、腹腔内に浸潤（5）担癌マウスモデル

したマクロファージを採取した。qPCR を用いた遺伝5×106 個 B16BL6 細胞を 0.05 ml 生理食塩水に子発現、ウエスタンブロット法を用いたタンパク質

懸濁し、8-10 週齢の雌の KI/+マウスと KI/+;LysM-

発現解析を行った。また、摘出した肺のパラフィン

Cre/+マウスの右側腹部皮下に接種し、担がんマウス

切片を作製し、免疫蛍光染色によって LPP3 タンパを作製した（6）。経時的に腫瘍体積（0.52×短径 2×

ク質の局在を観察した。

長径）を計量した。

（3）肺胞上皮細胞を用いた解析【結果】

KI/KI マウスと肺胞 II 型上皮細胞で LPP3 を高発現する（KI/KI;SPC-Cre）マウスより磁気ビーズ（1）マクロファージ特異的に LPP3 を高発現するマウス（KI/KI;LysM-Cre/+マウス）の解析法を用いて肺胞上皮細胞を採取した。1 mm3 片にKI/KI マウスと KI/KI;LysM-Cre/+マウスから単離

細かく切った肺を細胞分散溶液（コラゲナーゼ、した腹腔マクロファージを用いて、Cre-loxP システ

DNaseI 含有）に加え、インキュベーション後、ナムによる組換えが成功しているかを検討した。マクイロンメッシュに通し、シングルセルを得た。肺ロファージから得られたゲノム DNA を鋳型として胞上皮細胞は、CD45 と CD146 に対する抗体に結合

PCR を行ったところ、期待通りの長さの PCR 産物がする血球系細胞・内皮細胞・線維芽細胞を除去（ネ得られたことから、DNA コンストラクトがゲノムにガティブセレクション）し、肺胞上皮細胞画分を導入されていると考えられた（図 2）。また、Cre 組

得た。得られた肺胞上皮細胞画分を用いて遺伝子換え酵素により loxP に挟まれた DNA 領域が除去さ発現解析を行った。

れたことが確認できた（図 2）。リアルタイム PCR を用いた RNA 発現解析では, KI/KI;LysM-Cre/+マウス（4）肺線維症モデル

で Cre 組換え酵素及び Lpp3 のｍRNA が増加している

8-10 週齢の KI/KI マウスと KI/+;LysM-Cre/+マ- 216 -

F4/80 抗体（マクロファージマーカー）
および抗 FLAG
抗体（FLAG タグが付加された LPP3 タンパク質を認識）を用いて検討した。KI/KI;LysM-Cre/+マウスにおいて、LPP3 がマクロファージで特異的に発現していることが観察された。
（図 5）。

（2）肺胞 II 型上皮細胞特異的に LPP3 を高発現するマウス（KI/KI;SPC-Cre/+マウス）の解析
LPP3-KI マ ウ ス とKI/KI;SPC-Cre/+マウス
から単離した肺胞上皮細胞を用いて、Cre-loxP
システムによる組換えことが確認された（図 3）。ウエスタンブロッティン
グを用いたタンパク質発現解析では、KI/KI;LysMCre/+マウスから単離したマクロファージにおいて
抗 LPP3 抗体および抗 FLAG 抗体で FLAG タグが付加された LPP3 タンパク質が高発現していることが確認できた（図 4）。加えて、肺切片においては、LPP3が成功しているかを検討した。リアルタイム
PCR を用いた RNA 発現解析 で は 、 KI/KI;SPCCre/+マウスで Lpp3 のｍRNA が増加していることが確認された（図 6）。

タンパク質とマクロファージマーカーの共局在を抗（3）肺線維症モデル解析
KI/KI マウスと KI/+; LysM-Cre/+マウスを用いて、肺線維症モデルを検討した。KI/+; LysM-Cre/+マウスにおいて、BALF 中の総細胞数やタンパク量が低い
傾向がみられた（図 7）。
（4）急性肺損傷モデル解析
KI/KI マウスと KI/+; LysM-Cre/+マウスを用いて、- 217 -

【謝辞】
本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
【参考文献】
1.

Lysophospholipid mediators in health and

LPS 誘発肺損傷モデルを検討した。LPS による肺胞

disease. Kano K、 Aoki J、 Hla T. Annu. Rev.

腔への炎症波及を BALF 中総細胞数の測定により評

Pathol. 17: 459-483 (2022)

価した。KI/+マウスと比較して、KI/+; LysM-Cre/+2.

マウスで総細胞数が高い傾向がみられた（図 8）。

Growthdifferentiation

factor15

facilitates lung fibrosis by activating
macrophages and fibroblasts. Takenouchi Y、（5）担癌モデル解析

Kitakaze K、 Tsuboi K、 Okamoto Y. Exp. Cell

KI/KI マウスと KI/+; LysM-Cre/+マウスを用いて、
B16BL6 細胞を用いた担癌モデルを検討した。KI/KI

Res. 391: 112020 (2020)3.

Conditional gene targeting in macrophages

マウスと比較して、KI/+; LysM-Cre/+マウスで腫瘍and体積が低い傾向がみられた（図 9）。

Clausen BE 、 Burkhardt C 、 Reith W 、granulocytesusing

LysMcremice.

Renkawitz R, Förster I. Transgenic. Res. 4:
265-277 (1999)
4.

Angiopoietinsdevelopment

contributebyregulating

to

lung

pulmonaryvascular network formation. Hato T, Kimura
Y, Morisada T, Koh GY, Miyata K, Tabata M,
Kadomatsu T, Endo M, Urano T, Arai F, Araki
K, Suda T, Kobayashi K, Oike Y. Biochem.
Biophys. Res. Commun.381: 218-223 (2009)
5.

【考察】

糖により誘発きれる急性肺損傷を抑制する.

以上の結果より、作製したマクロファージで LPP3

崔弘. 金沢大学十全医学会雑誌. 121:106-118を高発現する（KI/KI;LysM-Cre/+）マウスおよび肺胞 II 型上皮細胞で LPP3 を高発現する（KI/KI;SPCCre）マウスでは、期待通りマクロファージおよび肺スフィンゴシン-1-リン酸 2 型受容体はリポ多(2012)
6.

胞 II 型上皮細胞に特異的に LPP3 が高発現されていることが確認できた。今後、今回作製した細胞特異的、あるいは全身性に LPP3 を高発現するマウスを用いて、LPP3 遺伝子発現を促進する方法が肺線維症に有効な治療法となるか否かを明らかにするとともに、他の疾患モデル（担癌マウスモデル、LPS 誘発急性肺損傷モデル、糖尿病モデルなど）の表現型解析をすすめていく予定である。

- 218 -

S1P2, the G Protein–Coupled Receptor for
Sphingosine-1-Phosphate,

Negatively

Regulates Tumor Angiogenesis and Tumor
Growth In vivo in Mice. Du W, Takuwa N,
Yoshioka K, Okamot Y, Gonda K, Suihara K,Fukamizu A, Asano M, Takuwa Y. Cancer Res.
70:772-781 (2010)

海馬神経回路のシナプス形成と維持を制御する分子機構の解明
川崎医科大学 解剖学教室
林 周一
海馬は記憶の形成や空間学習に重要であり、その機能の喪失はアルツハイマー病を含む認知症の原因となる。
本研究では、海馬のシナプス形成と維持の分子機構を明らかにするために、海馬内の主要回路を構成する歯状回から Cornu Ammonis (CA)３領域への投射軸索（苔状線維）の巨大シナプス終末構造の形成制御に着目した。
歯状回の顆粒細胞に特異的に Synaptosomal-Associated Protein 25 (SNAP25)遺伝子を欠損させてシナプス小胞放出を阻害し、同時に細胞を蛍光タンパク質で標識したマウスを用いた。その結果、Snap25 条件欠損マウス
では、CA3 錐体細胞の樹状突起から苔状線維のシナプス前終末に伸びる棘状瘤の形成が阻害されることが分かった。CA3 領域の血管や細胞体の位置を目印にして、未染色の状態で相関を行うという、申請者らが開発した光-電子相関顕微鏡法と Serial block-face scanning electron microscopy (SBF-SEM)を組み合わせることにより、Snap25 条件欠損マウスにおけるシナプス終末の 3 次元微細形態の変化が明らかになった。この結果は、SNAP25 を介した小胞放出が海馬の苔状線維のシナプス終末形成に必要であることを示唆する。

【材料と方法】【背景】
海馬は記憶の形成や空間学習に重要である。
また、

本研究は、川崎医科大学組換え DNA 実験安全委員

海馬の神経回路の発生異常は、青年期以降の脳機能会(承認番号：川換 19-19)および動物実験委員会(承に大きく影響する。特に、自閉症や若年で発症する

認番号：21-047, 21-048, 23-071)の承認を得て実施

統合失調症患者では、前頭葉や海馬などで神経回路した。

の接続に異常が疑われている 1。さらに、アルツハイ
マー型認知症では、海馬が関係する記憶や認知機能の低下が起こる 2。したがって、海馬の神経回路の形成制御、特にシナプス形成制御と維持の分子機構を解明することは、正常な記憶形成の仕組みだけでな
く、統合失調症などの精神疾患の発症機序を解明するためにも重要である。海馬の歯状回は、大脳皮質の嗅内野からの入力を受け、苔状線維と呼ばれる軸索をアンモン角 CA3 へ投射する。苔状線維の強力なマウス
C57BL/6 と Rbp4-Cre マウス(GENSAT)、Snap25flox
マウス(New Mexico 大学 Michael Wilson 研究室作
製)、Cre 依存的に蛍光タンパク質 tdTomato を発現するレポーターマウス(Ai14, Jackson 研究所)をかけ合わせた Rbp4-Cre;Ai14;Snap25flox 3 を使用した。
プラグを確認した日を妊娠 0.5 日(E0.5)とした。
子宮内電気穿孔法

出力は、その巨大シナプス前終末が CA3 ニューロン

吸入麻酔下の妊娠 15.5 日目のマウスから子宮をの樹状突起上の複数のスパイン群（棘状瘤）を包み取りだし、胎仔の片側の脳室に、CAG プロモーター

込む特徴的な形態により生み出される。しかし、そ下で蛍光タンパク質 Enhanced Yellow Fluorescentのシナプス終末形態がつくられる仕組みは未解明でProtein (EYFP)を発現するプラスミドと0.1％ Fastある。そこで本研究では、マウスを用いて、海馬のgreen の混合液を～1 l 注入した。ピンセット型 5苔状線維のシナプス終末形成の機構を明らかにし、mm 径電極(NEPA GENE,CUY650P5)と遺伝子導入装置

記憶形成の形態的・分子的な基盤を解明することを（Super Electroporator NEPA21 TypeⅡ, NEPA GENE）

目的とした。

を用いて電圧 35V、パルスオン 50 msec、パルスオフ
950 msec、回数 5 回の条件で電気パルスを与えた。

- 219 -

ルアルデヒドを含むリン酸バッファーの固定液で灌脳標本の作製と観察
生後 3 週のマウスに対して、深麻酔下で 4％パラ

流固定し、さらに同液中で一晩固定を行った。脳をホルムアルデヒド液による灌流固定を行い、取りだ

80 m の厚さにスライスし、メスを用いて海馬周辺した脳を、4°C の同固定液の中で一晩固定した。固定の組織を切り出した。tdTomato 陽性の苔状線維の蛍した脳をスライサー（VT1200S, Leica）で 80 m の光像と周囲の血管の明視野像を取得後に、組織を樹厚さにスライスし、CA3 に EYFP が発現しているスラ

脂包埋した。血管の走行を指標にして、蛍光像を取イスを選択して免疫染色を行った。核は得した領域を SBF-SEM 上で探し、30 nm 間隔で連続

Hoechst(1:1000, Invitrogen)で染色した。共焦点レ

電子顕微鏡像を取得した。画像は Image J のプラグーザー顕微鏡 (LSM-700,CarlZeiss)を用いて画像をインである TrackEM2 を用いて解析し、3 次元モデル

取は Blender（https://blender.jp/）を用いて解析し

得

し

、

ImageJ

software(https://imagej.nih.gov/ij/index.html)を用いてた。

画像の解析を行った。
【結果と考察】
1．Snap25 欠損による苔状線維シナプス終末形成へ

シナプス終末の 3 次元微細形態解析
SerialBlock-Face

Scanning

Electronの影響の解析

Microscopy (SBF-SEM)解析は、自治医科大学の大野Rbp4-Cre の発現により海馬の歯状回に特異的に伸彦教授（生理学研究所客員教授）との共同研究に

Snap25 遺伝子を欠損したマウス（以下、Snap25 条件

より、生理学研究所で行った。手法は、以前に著者

欠損マウス）の胎生 15.5 日の胎仔の海馬 CA3 領域

がスイスの Graham Knott 博士らと開発した光‐電に対して、子宮内電気穿孔法を用いて蛍光タンパク

子相関顕微鏡法を一部改変して用いた

4,5。3－4 か月

質 EYFP を導入した。このマウスでは、歯状回から齢のマウスを 4%パラホルムアルデヒド/2.5%グルタ

CA3 領域に伸びる苔状線維が tdTomato で標識され、

AC（図１）Snap25 欠損による苔状
線維シナプス終末の形態変化
生後 3 週齢（A）と 6 週齢、成獣（B）の Snap25-cKO マウスにおける苔状線維のシナプス終末の形態と接続する樹状突起上の棘状瘤（thorny excrescence）の形態を観察した。6 週齢と成シ
獣の Snap25-cKO マウスでは、
ナプス前終末の密度が有意に増加し（C）、大きさが減少した（D）。同様に、棘状瘤の大きさも有意に減少した（E）。n=30
from 3 brains for eachgenotype;
Kruskal-Wallis
test followed by Dunn ’ smultiple comparison test. *,P<0.05; ***, P<0.001

D

B

E

- 220 -

CA3 ニューロンの一部が EYFP で標識される。生後 3で、後シナプスマーカーである Homer1 の染色を行

週齢、6 週齢、成獣の Snap25 条件欠損マウスのヘテった。その結果、Snap25 ヘテロ接合型、ホモ接合型

ロ接合型（コントール）では、EYFP で標識された棘のどちらにおいても Homer1 の局在が観察された。

状瘤が苔状線維のシナプス前終末に包まれるようにしかし、ヘテロ接合型では Homer1 の輝点が小さく、存在する様子が観察された（図１A,B 上段）。一方、数が多いのに対し、ホモ接合型ではその輝点が大き

ホモ接合型では、Snap25 を欠損した苔状線維に対しく、数が減少していた（図 2）。このことは、Snap25て棘状瘤の形成が不完全、または形成されなかった欠損型でも苔状線維と樹状突起の接触部位でシナプ（図 1A,B 下段）。
一方、ホモ接合型においても Snap25スが形成されるが、棘状瘤が形成されないため、シを欠損しない（tdTomato 陰性の）苔状線維に対してナプスの数が減少し、さらに局在が変化することがは、棘状瘤が正常に形成された（図１B 下段、矢印）。

示唆された。

このことは、Snap25 を欠損した苔状線維とその接続する樹状突起の棘状瘤において、特異的に表現型が３. Snap25 条件欠損マウスの苔状線維‐CA3 巨大シ生じることを示す。生後 3 週齢では、シナプス前終ナプス終末の 3 次元微細形態解析

末の密度、大きさ、シナプス後終末の大きさに有意Snap25 条件欠損マウスの苔状線維‐CA3 巨大シナ

な変化はなかった（図 1C-E）。一方、生後 6 週齢とプス終末の形態異常を詳細に調べるために、3 次元

成獣では、Snap25 ホモ接合型でヘテロ接合型と比較

電子顕微鏡 SBF-SEM を用いて微細形態解析を行った。

してシナプス前終末の密度が有意に増加し、シナプ

以下のように、申請者がスイスの Graham Knott 博

ス前終末と後終末の大きさが有意に減少した（図士らと共同で開発した手法を用いた 4。まず、固定し1C-E）。以上の結果より、苔状線維のシナプス終末のた海馬のスライスを抗体染色せずに蛍光顕微鏡で観形成には、シナプス前終末である苔状線維からの察をして、tdTomato で標識された苔状線維のシナプ

SNAP25 を介した小胞放出が必要であることが示唆

ス終末の画像を取得した。次に、その標本の連続電された。

子顕微鏡画像を SBF-SEM で取得し、先の蛍光像と電子顕微鏡像を対応させ、Snap25 欠損ニューロンの突

2．Snap25 の欠損における後シナプスマーカーの局起を同定した（図 3A,B）。
光-電子相関顕微鏡法を用いて、同一の樹状突起上在解析

Snap25 条件欠損マウスにおいて棘状瘤の形成がに分布するシナプス前終末について、tdTomato 陽性

阻害されたことから、シナプス終末におけるシナプと陰性のものを区別してセグメンテーションを行っ

スの局在にも変化が起こることが予想された。そこた。さらに、それらの 3 次元再構築モデルを作製し（図２）Snap25 欠損によるシナ
プスマーカーの局在変化
生後 6 週齢の Snap25-cKO マウスの苔状線維シナプス終末における後シナプスマーカーHomer1 の局在。Snap25-cKO マウスでは、対照群と比べて Homer1 の輝点の数が減少した。しかし、個々の輝点面積は増加し、総輝点面積は変化しなかった。n=30 from 3
brains for each genotype;
Kruskal-Wallis test followedby Dunn’s multiple comparison
test. ***, P<0.001- 221 -

て、その樹状突起上の分布と形態を比較した。そのが形成されたが、ホモ接合型では、tdTomato 陽性の結果、Snap25 条件欠損マウスのホモ接合型において、シナプス終末に対して棘状瘤が形成されなかった

Snap25 を欠損しているシナプス終末（tdTomato 陽（図 3D）。これらの結果は、シナプス前終末からの性）と野生型のシナプス終末（tdTomato 陰性）は、小胞放出を介した入力は、軸索の投射には必要ない

混在して樹状突起上に分布していることが分かった

が、シナプス後終末の棘状瘤の形成に必要であるこ（図 3C）。ヘテロ接合型では tdTomato 陽性と陰性どとを示唆する。

ちらのシナプス終末においても正常な形態の棘状瘤
【まとめ】

A

本研究により、海馬 CA3 領域における苔状線維のシナプス終末の棘状瘤（excrescence）形成には、シ
ナプス前終末からの SNAP25 を介したシナプス小胞放出が必要であることが明らかになった。今後は、苔状線維のシナプス形成に SNAP25 を介したシナプ

B

ス伝達が必要なのか、または神経栄養因子などの分泌性因子が関与するのかなど、関連するシグナル伝
達経路を調べることにより、シナプス形成と維持の分子機構の解明を目指す。

C【謝辞】
自治医科大学の大野伸彦教授（生理学研究所客員教授）には、SBF-SEM 解析のサンプル調整と観察、解析の過程で大変お世話になりました。この場をお借りして御礼申し上げます。また、本研究をご支援頂
きました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に御礼申し上げます。
【文献】

D

1. Birnbaum, R. and Weinberger, D. R.
Genetic insights into the neurodevelopmental
origins of schizophrenia.
Nat. Rev. Neurosci., 2017;18(12):727-740.
（図３）シナプス前終末からの SNAP25 依存的な入力によるシナプス後終末の棘状瘤形成
成獣の Snap25-cKO マウスの苔状線維シナプス終末と CA3 錐体細胞の樹状突起の一部を SBF-SEM で撮影し、蛍光像と電子顕微鏡像を相関させた（A-B）
。
tdTomato 陽性と陰性の苔状線維のシナプス終末を同定し、接続する樹状突起とともに 3 次元再構成モデルを作成した（C）。Snap25-cKO では、tdTomato 陽性（Snap25 欠損）シナプス前終末に対して棘状瘤が形成されないのに対し、tdTomato 陰性のシナプス
前終末に対しては、正常に棘状瘤が形成された（D）。

2. Lazarov, O., Gupta, M., Kumar, P., Morrissey,Z., Phan, T.
Memory circuits in dementia: The engram,hippocampal neurogenesis and Alzheimer's
disease.
Prog. Neurobiol., 2024 Apr 1:236:102601.
3. Hoerder-Suabedissen,- 222 -

A.,

Korrell,K.,

Hayashi, S., Jeans, A., Ramirez, D., Grant,E., Kavalali, E., Weick, J., Wilson, M. andMolnár, Z.
Cell-specific loss of SNAP25 from corticalprojection neurons allows normal development
but causes subsequent neurodegeneration.
Cerebral Cortex 2019; 29(5):2148-2159.
4. Maclachlan, C., Sahlender, D., Hayashi, S.,
Molnár, Z., Blanc, J. and Knott, G.
Block face scanning electron microscopy offluorescently labelled axons without usingnear infra-red branding.
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5. Hayashi,S.,

Hoerder-Suabedissen,

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Maturation of complex synaptic connectionsof layer 5 cortical axons in the posterior
thalamic nucleus requires SNAP25.
Cerebral Cortex, 2021;31(5): 2625–2638.

- 223 -

癌関連線維芽細胞の膜タンパク質を標的としたリンパ節転移阻害薬の開発（所 属）川崎医科大学産婦人科（氏 名）村田卓也（概要） 癌関連線維芽細胞(以下、CAF)は癌細胞の近くに存在し、癌細胞と相互作用することによって癌の増殖や浸潤、転移を促進する。また、抗癌剤や放射線治療から癌細胞を守る働きも報告されている。我々は、このうち、癌細胞の転移を促進する CAF のクローンを分離し、解析を進めてきた。そして、CAF が示した転移誘発能に関与している可能性のある膜タンパク質 X を同定した。膜タンパク質 X を CAF の不死化細胞である CCF-TT に強制発現させた CCF-TT/X を作製した。CCF-TT/X を子宮頸癌細胞 ME180 株と共にヌードマウスの皮下に共移植した結果、6 匹中 3 匹でヌードマウスの肝臓もしくはリンパ節への転移を認めた。リンパ節転移のみではなく血行性転移も誘発された結果は、CAF の膜タンパク質 X が癌微小環境において癌細胞の血行性とリンパ行性の両方の転移形式に関与することが示唆された。

（本文）
癌関連線維芽細胞(以下 CAF)は癌細胞の悪性性質に ME180 細胞と共移植した。その結果、CCF-TT/X 移の発現に関与することが知られている。その働きは植群で 6 匹中 3 匹で転移（肝転移 2 例, 縦郭リンパ多彩であることが近年明らかになり注目されている。

節転移 1 例, 図参照）を認めた。対照群では 7 匹す

我々が 2004 年に子宮頸癌の患者さんから分離しべてで転移を認めなかった（p<0.033, Pearson’s

た CAF クローンは癌細胞の増殖促進性の CAF であっchi-square test）。

たが、さらに解析した結果、ヌードマウスの皮下移

血行性転移とリンパ節転移の両方を認めており、植系において、子宮頸癌細胞の鼠径リンパ節や縦郭

このことは膜タンパク質 X の機序を考えるうえで興リンパ節への転移を誘発することが明らかとなった。

味深い。がん微小環境において盛んに行われている

このメカニズムを明らかにすれば、転移阻害の分子

血管新生やリンパ管新生に共通した役割を果たして標的を発見できる可能性があると考え、転移を誘発いることが示唆された。膜タンパク質 X はがん転移する CAF と誘発しない CAF の遺伝子発現をそれぞれ阻害の新たな標的となりうることが示唆された。

網羅的に解析し、転移を誘発する CAF において発現が増加していた膜タンパク質 X を同定した。
しかし、その働きは不明であり、癌細胞の転移を本当に誘発しているのかは明らかではなかった。今回の研究では膜タンパク質 X を高発現させた CAF が転移を誘発するかどうかを解析した。
使用した細胞は、転移誘発能を持った CAF クローンである CCF-1 細胞を SV40 largeT と hTERT を導入
して不死化した CCF-TT 細胞である。CCF-TT 細胞に膜タンパク質 X を強制発現させた CCF-TT/X を子宮頸癌培養細胞 ME180 株とヌードマウス 6 匹の皮下に共移植し 8 週間観察した。対照としてベクターのみを導入した CCF-TT/control を 7 匹のヌードマウス- 224 -

図. 観察された肝転移の肉眼像

特異的蛍光プローブの開発による抗肥満脂質代謝酵素群の包括的解析
川崎医科大学薬理学
坪井一人
（概要）

N-アシルエタノールアミンは、食欲抑制や脂肪分解などの生物活性を有する内因性の脂質化合物である。小腸で生合成された後、加水分解酵素により代謝されるが、その代謝機構には不明な点が多い。本研究は、N-アシ
ルエタノールアミン類の加水分解酵素として知られている脂肪酸アミド加水分解酵素(FAAH)、N-アシルエタノールアミン酸性アミダーゼ(NAAA)、酸性セラミダーゼ(AC)の 3 種類の抗肥満脂質代謝酵素群に着目し、これらの酵素の特異的蛍光プローブを開発して生理的役割、制御、動態を解明することを最終目標とする。本年度はAC 特異的蛍光プローブの候補として開発した N-(4-メチルクマリン)ラウラミド(LAMCA)について、AC の蛍光基質として適用可能かどうか、NAAA との反応性に着目して検討を行った。その結果、LAMCA は AC だけでなく NAAA
によっても加水分解されるが、NAAA 特異的阻害薬 ARN077 を併用することで AC 活性に測定に用いることが出来ると考えられた。

リン)ラウラミド(LAMCA)（図 1）が AC に対する新

はじめに

N-アシルエタノールアミンは、食欲抑制や脂肪分解などの生物活性を有する内因性の脂質化合物であ

規蛍光基質として利用できると考えて、今回検討
を行った。

1

る 。小腸で生合成された後、加水分解酵素により代AC HN謝されるが、その代謝機構には不明な点が多い。本12:0

研究では、N-アシルエタノールアミン類の加水分解

O

O

O

酵素として知られている脂肪酸アミド加水分解酵素

N-(4-メチルクマリン)ラウラミド(LAMCA)(FAAH)、N-アシルエタノールアミン酸性アミダーゼ

図 1 新規蛍光基質 LAMCA(NAAA)、酸性セラミダーゼ(AC)の 3 種類の抗肥満脂質代謝酵素群に着目し、これらの酵素の特異的蛍光方法

プローブを開発して生理的役割、制御、動態を解明することを最終目標とする。

7-アミノ-4-メチルクマリンとラウロイルクロラ
イドをピリジン存在下にテトラヒドロフラン中で終本計画の達成には、それぞれの酵素活性を特異夜反応させることで LAMCA を合成した。有機溶媒に的にモニター出来る蛍光プローブを開発するこよる抽出と薄層クロマトグラフィーによる精製を行とが必要である。NAAA には試験管内で活性をリア

い、以降の反応に供した。

ルタイムにモニター出来る蛍光基質 N-(4-メチル

FLAG タグを付加したヒト NAAA および AC をそれぞクマリン)パルミタミド(PAMCA)が報告されていれヒト胎児腎臓 HEK293 および HEK293T 細胞に過剰

2る 。NAAA と AC は同一ファミリーに属するリソソ発現させ、培養上清から精製酵素を調製した。ヒトーム酵素であり、約 30%のアミノ酸が同一である。

前立腺 LNCaP 細胞を培養し、AC と NAAA、あるいは両NAAA が N-アシルエタノールアミンのなかでも脂肪者を siRNA 法を用いてノックダウンした。72 時間後酸鎖長が C16 であるパルミトイルエタノールアミドに細胞を回収して超音波破砕してホモジネートを得を選択的に加水分解するのに対し、AC は C12 である

た。タンパク量は Bradford 法で測定した。

ラウロイルエタノールアミドに活性が高い 3。そこ

精製酵素（NAAA もしくは AC）もしくは細胞ホモジ

で、PAMCA の C12 アナログである N-(4-メチルクマ

ネートを LAMCA と 100 mM クエン酸-リン酸緩衝液中- 225 -

(pH 5.25)で 37℃で反応させた。反応は NAAA の活性10

比活性 (nmol/min/mg protein)促進剤である非イオン性界面活性剤 Nonidet P-40
(NP-40, 0.1%)もしくは AC の活性促進剤であるリン
脂質ホスファチジルコリン(PC, 200 µM)の共存下で行い、蛍光強度(Ex 360 nm/Em 460 nm)をプレート
リーダーで 5 分毎に 90 分間測定することで酵素活

8
6
4
2
0

NAAA

性を測定した。

AC

NAAA

NP-40

AC

PC
Means ± S.D. (n = 3)

結果および考察

図 3 NAAA と AC の LAMCA 加水分解活性

精製 AC と LAMCA を pH 5.25 の緩衝液中で反応させた所、LAMCA の加水分解による蛍光値の時間依存

そこで、NAAA 特異的阻害薬 ARN0774 の使用を試み的な増大が確認され、AC が LAMCA を加水分解するこ

た。ARN077 は基質が LAMCA であっても、AC を少なくとが示された（図 2）。

とも 3 µM まで阻害せず、NAAA を 50%阻害濃度(IC50)
8.68 nM で阻害した（図 4）。

ΔFluorescence40
AC (LAMCA)

30
20

ARN07710
IC50 (NAAA) = 8.68 nM
IC50 (AC) > 3 µM

0
各基質のコントロール（酵素なし）

0

30
60
Time (min)90

Log10([ARN077]) (M)Means ± S.D. (n = 3)

図 4 NAAA 阻害薬 ARN077 による NAAA 阻害活性

Means ± S.D. (n = 3)

図 2 LAMCA による AC 活性のリアルタイム測定
次に、生体試料のモデルとして、AC と NAAA の両(PC 存在下)酵素を発現するヒト前立腺 LNCaP 細胞を用いた。本AC と NAAA の類似性を考慮すると、AC に加えて細胞の AC と NAAA、あるいは両者を siRNA 法により

NAAA も LAMCA を加水分解する可能性が考えられた。

ノックダウンし(それぞれ siAC, siNAAA, siAC +そこで、AC 活性促進剤 PC あるいは NAAA 活性促進剤

siNAAA)、逆転写-リアルタイム PCR 法にて確認した

NP-40 の存在下で同様に活性測定を行った。その結（図 5A）。

果、PC 存在下で AC は高い LAMCA 加水分解活性を示

各細胞のホモジネートの LAMCA 加水分解活性をしたが、NAAA も AC の 48%の値を示した（図 3）。従ARN077 の存在下(1 µM)あるいは非存在下で測定しって、NAAA の共存時における AC 活性の測定に大きたところ、ARN077 非存在下では、siAC と siNAAA のな影響を与えると考えられた。NP-40 存在下ではいずれによっても活性はコントロール細胞

NAAA は高活性を示したが、AC の活性は僅かであっ(siControl)より低下し(残存活性：それぞれ 42%おた。

よび 66%)、両者のノックダウンで 21%となった（図5B）。ARN077 存在下では、活性は siAC により 9.2%に低下したが、siNAAA では 76%の活性が残存した。
従って、1 µM ARN077 存在下における LAMCA 加水
分活性の測定は、AC と NAAA の共存下における AC 活

- 226 -

性測定法として有望であると考えられる。

4) Armirotti A, Romeo E, Ponzano S, Mengatto L,

150

A

AC mRNA125

NAAA mRNA

100
75
50
25
0
siControl siAC

siNAAA

加水分解活性 (pmol/min/mg protein)mRNA level(% of siControl, relative to GAPDH)

Dionisi M, Karacsonyi C, Bertozzi F, Garau G,
1

Tarozzo G, Reggiani A, Bandiera T, Tarzia G,

B–

Mor M, Piomelli D, β-Lactones inhibit N-

1 µM ARN077

0.8
0.6

acylethanolamine acid amidase by S-Acylation of

0.4

the catalytic N-terminal cysteine, ACS Med.

0.2

Chem. Lett., 3, 422-426 (2012)

0siAC+ siNAAA

siControl siAC

siNAAAsiAC+ siNAAA

Means ± S.D. (n = 3)

図 5 LNCaP 細胞における mRNA 発現(A)およびホモジネートの LAMCA 加水分解活性(B)
結語
NAAA特異的阻害薬ARN077を用いた蛍光基質LAMCA
による AC 活性の測定系は、AC 活性の選択的測定に有望であり、今後の抗肥満脂質代謝酵素群の包括的解析に繋がると考えられる。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深く感謝申し上げます。
文献
1) Tsuboi K, Uyama T, Okamoto Y, Ueda N,
Endocannabinoids

andrelatedN-acylethanolamines: biological activities andmetabolism, Inflamm. Regen., 38, 28 (2018)
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A,

Mass

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familywithstructuralandfunctional

similarity to acid ceramidase, J. Biol. Chem.,
280, 11082-11092 (2005)- 227 -

（表 題）全身性強皮症の皮膚硬化におけるエピジェネティクス異常誘導機構の解明（所 属）川崎医科大学 リウマチ・膠原病学（氏 名）浅野澄恵（概要）血管障害、組織の線維化、自己免疫異常を特徴とする全身性強皮症(SSc)は、QOL を著しく低下させ、治療薬の有効性が極めて限定的である。発症にはエピゲノム異常、特に DNA メチル化異常が注目されるが、皮膚線維芽細胞等での報告にとどまり、SSc 患者の皮下で想定される低酸素環境との関連は不明である。また、皮膚硬化
と共に臓器病変の進行が早く重症化しやすい患者群を早期に特定する有用なバイオマーカーも同定されていない。
そこで本研究では、「SSｃの皮膚硬化過程における低酸素環境がもたらす皮膚表皮細胞のエピゲノム修飾と機能変質の分子基盤を明らかにする」こととした。さらに「皮膚硬化の point of no return に着目したバイオマーカ
ーの同定」も目指すこととした。
まず SSc 患者皮膚組織の免疫染色にて、正常対照群と比較し、SSc 表皮細胞で 5mC の発現上昇、5hmC の発現低下を認め、DNA 高メチル化状態が示唆された。また、ヒト成人表皮初代細胞株(NEEK(AD))を低酸素環境で培養したところ, DNA メチル化酵素 DNA methyltransferase (DNMT) / DNA 脱メチル化酵素 ten-eleven translocation(TET)双方の mRNA 発現が低下、さらに表皮細胞の分化マーカーの mRNA 発現も低下しており、SSc 皮下で認める低酸素により, エピゲノム異常および表皮細胞の脱分化が生じる可能性が示唆された。
（本文）

重きが置かれている一方で、SSc 患者の表皮細胞が1. 研究の背景と目的

皮膚線維芽細胞を活性化し線維化を促進すること

血管障害、組織の線維化、自己免疫異常を特徴と（Russo, B.2021）が報告されており、表皮細胞のする全身性強皮症(SSc)は、患者の生活の質を著しくDNA メチル化機構の解明こそがより上流での皮低下させ、治療薬の有効性が極めて限定的な死亡率

膚線維化メカニズムの解明につながると考えた。

の最も高い慢性炎症性自己免疫疾患である。手指やそこで SSc 発症早期の表皮細胞遺伝子発現プロフ

顔面に限局した皮膚硬化をきたすのみの患者群があァイルに着目し、皮膚硬化が非可逆性となるポイン

る一方で、臓器病変の進行が早く重症化しやすい患トつまり point of no return を決定する遺伝子を見つ者群もあり、後者を早期に特定し治療介入を行う必

け出すことで、早期治療介入の必要な群の特定およ要がある。しかし、経過を予測する有用なバイオマ

び新規治療薬の開発につながると考えた。さらにーカーは同定されていない。また、SSc 発症メカニ

SSc 皮下における高サイトカイン・低酸素環境によズムは依然不明であり、環境因子に誘導された後天り 表 皮細 胞の DNA 脱メ チ ル化 酵素 ten-eleven

的遺伝子制御メカニズムの一つであるエピゲノム機

translocation (TET)が糖鎖修飾等を受け、DNA メチル

構の異常、特に DNA 高メチル化が注目されている化機構を介し、皮膚硬化進展に関与している可能性（Tsou, P.S. 2021）。しかし、DNA 高メチル化の報告も考えられる。

は皮膚線維芽細胞や末梢血リンパ球にとどまり、本研究では、上記（図参照）を検討し、他の研究

SSc 患者の皮下で想定される高サイトカイン環境及にはないエピジェネティクスの視点で、皮膚硬化のび低酸素環境との関連、皮膚硬化及び臓器病変の進可逆性まで解析を進める

行や重症度との関連は不明である。
現在、SSc の研究は皮膚線維芽細胞の病態解明に- 228 -

2）低酸素刺激により表皮細胞の DNMT/TET 発現は低下する
ヒト成人表皮初代細胞株(NEEK(AD))を低酸素環境下(1%O2)で 2 時間から 72 時間で培養したところ,
DNMT/TET のいずれの mRNA の発現も低下する傾向を認めた. さらに, 表皮細胞の各分化段階を示す
マーカーである KRT5(基底層), KRT1(有棘層), INV
2. 結果（顆粒層）のいずれも mRNA の発現が低酸素刺激で

1）SSc 患者の表皮細胞は高メチル化状態にある低下した. このことから, SSc の皮下で認める低酸素

当院の SSc 患者で過去に皮膚生検を施行し、病理部でホルマリン固定パラフィンブロックとして保存

環境により, エピゲノム異常および表皮細胞の脱分化が生じている可能性が示唆された。

してあったサンプルを倫理員会承認の元、薄切し、免疫染色を施行した。SSc 発症早期 6 例(Raynaud 現
象が出現して 1 年以内)および発症後 4 年以上 3 例、
また正常対照群 6 例(前腕皮膚腫瘍で手術し、セーフティーマージンとして採取された皮膚)について、
DNA メチル化に関与する DNMT1、DNMT3a、
DNMT3b、TET1、TET2、TET3 の発現、DNA メチル化状態（5mC、5hmC）や糖鎖修飾状態（O-GlcNAc、
OGT、O-GlcNAcase）を評価したところ、SSc（とくに 4 年以上）で、正常対照群と比較し、表皮細胞で3. 考察

5mC, DNMT1 の発現が上昇し、5hmc の発現が低下

今後はさらに皮膚凍結切片を免疫染色し、染色さしていた。このことから、SSc 表皮細胞は高メチルれた表皮細胞に対してレーザーマイクロダイセクシ

化状態にある可能性が示唆された。

ョンを行い、メチル化 DNA 免疫沈降およびヒドロ
キシメチル化 DNA 免疫沈降、網羅的 mRNA 発現解析に提出、統合解析して DNA メチル化に関与する
重要な遺伝子 X,Y・・を抽出していく。また、単離した SSc 表皮細胞に低酸素刺激を加え、遺伝子
X,Y・・の DNA メチル化状態を解析し、候補遺伝子を絞り込んでいく。
当初の予定まで実験は進行していないが, 徐々に
SSc 患者の皮膚生検サンプル(凍結切片および単離
表皮細胞)を増やしており. 今後は上記解析へと進めていく。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。

- 229 -QGIS を用いた小田川上流地域の空間データ分析
藤本 宏美
今日ではいつどのような災害が起こるか予測できない．平成 30 年 7 月豪雨では，西日本を中心に全国的に広い範囲で記録された台風 7 号および梅雨前線等の影響による集中豪雨となり，地震による災害以外では，近年では未曽有の災害となった．井原市では 125 年前に起きた「井原の大水」など水害が度々起きている．定住者は祖先からの口承や町の昔話等で知識がある場合もあるが，近年の家族形態の変化や地域社会等との関係の変化によって説話を伝えられること自体も減少している状態である．そこで本研究では，説話の調査により昔話の語り手の高齢化による伝承の消滅を防ぎ補完することと，空間データを用いることにより洪水等の災害における重要ポイントの洗い出しを目的とした QGIS を用いた空間
データを作成及び分析を行う．

1.はじめにも減少している状態である．二瓶の「平成世界において，今日ではいつどのような30 年 7 月豪雨 小田川における洪水氾濫状

災害が起こるか予測できない．平成 30 年 7

況」［1］のように真備地域は取り上げられ

月豪雨では，西日本を中心に北海道や中部ることも多いが，上流地域についての研究

地方など全国的に広い範囲で記録された台は少ない．また，真備地域の河川の流れが変

風 7 号および梅雨前線等の影響による集中わっていることは，取り上げられているが豪雨となり，地震による災害以外では，近年

江戸時代の井原・後月の地図と現在では，少では未曽有の災害となった．西日本豪雨でしながらではあるが川の流れが変わってい岡山県の犠牲者 61 人のうち，51 人の犠牲ることもわかる．そこで，本研究では，井原者を出した倉敷市真備町では河川の増水に地域（旧井原・後月地域）を中心とした地域よるバックウォータ現象が発生した．このに伝わる口承や昔話などの説話の調査を行

真備町を流れる小田川では，真備町以外にう．

も矢掛町でも堤防の決壊が確認され，井原次に説話を基とし，QGIS を用いた空間デ

市でも支流の河川の堤防の決壊が確認されータを作成する．最後に空間データを用いたほか，川沿いの道路の陥没や川水の勢いて洪水等の災害における重要ポイントの洗による道路側面の浸食や堆積も確認された．

い出しを行いシミュレーションすることを小田川では，60 年に一度，もしくは 100 年

最終目的としている．

に一度起こるか起こらないかと言われてい本研究により，た洪水であり，定住者は祖先からの口承やa 説話の調査により昔話の語り手の高齢化

町の昔話等で，知識がある場合もあるが，近による伝承の消滅を防ぎ，補完すること．

年の家族形態の変化や地域社会等との関係

b 空間データを用いることにより洪水等のの変化によって説話を伝えられること自体災害における重要ポイントの洗い出しをす- 230 -

ること．

に対して「退治」することが多かったと思わその２点の成果が得られる．また，洗い出しれる．二つ目は「人柱」である．この語句をを行うことにより，災害時におけるフォー

使ってる話も多く登場していることが見受

ルトツリーやベイジアンネットワークの事けられた．また，子ども向けの話では，「流

象発生確率の計算に役立つのではないかとされた人」や「食べられた」などの表現を使考えられる．

用しているが，解釈としてはストレートに人柱などの言葉を使用しないためだと思わ

2.分析

れる．原因としては，川の氾濫等を治めるた

2.1 分析手段

めだったと思われる．

現在までに収集した口承や町の昔話をテ
キスト型データを統計的に分析するためフリーソフトウェアである「KH Coder」［2］を用いて分析した． 語彙など表現の揺れについては，プラグインでの表記の揺れを吸収しデータクレンジングを行ない整理した．
次に類似データを視覚的にわかりやすく把握するために多次元尺度法を利用した．最後に，単語の出現頻度や単語間の関係性については，単語同士のつながりを可視化するために共起ネットワークを描画する機能を利用することとした．共起ネットワークの設定は，同じセルに出現する語を共起しているとみなす．
3.結果
3.1 抽出語リスト抽出された上位 20 の語句の出現回数を
図 1 に示す．図 1 を見ると大蛇のように水に関する生物の名前が登場している．また抽出語上位 20 には入らなかったが，他にも「みずち」や「竜（龍）」や「キツネ」などもあった．また「（地名）＋川」や「井筒」

図 1 抽出語リスト（上位 20 語）や「分水嶺」や「池」や「雨」や「滝」のよ
うに直接水に関係する語句も多く抽出され3.2 多次元尺度法ている．そして，気になる語句として一つ目

次に多次元尺度法の結果を図 2 に示す．

は，「退治」である．上記で挙げられる生物

上位語句にはあまり含まれなかったが「藍- 231 -

染または藍」や「紺絣」や「米」など水が豊富にあるためにもたらすことが出来るような生産物が抽出された．さらに，「神様」や「伝説」や「竜神」や「高天ヶ原」のような語句も出現している．さらに，「堤防」や「水車・井戸」や「改修」や「決壊」や「水害」など直接的な治水や水害に対する対策などに関連する語句も出現していることに特徴が表れていた．

図3

共起ネットワーク

４.おわりに
今年度は，現在までに集まった口承や昔話などの説話を Khcoder を利用し，テキス
トマイニングを行った．その結果，水に関する生物の名前や語句が多く抽出されていることが分かった．また，川の氾濫等を収めるための言葉なども多く出現していることが分かった．しかしながら，集まった資料の数が多く，整理できていないもの，古語を使っ
図2

多次元尺度法ているものもあり，うまく分類できていな
い言葉もあるので，古語を現代語訳するな

3.2 共起ネットワーク

どして，より精度の高い分析を行うことを総合的に内容の共起ネットワークを図 3

今後の課題としたい．

に示す．
共起ネットワークでは，「分水嶺が東に形成謝辞されている．
」ことや「湧き出る泉が形成さ

本研究を遂行するにあたり，公益財団法れている」や「芦田川水系」など小田川の西人ウエスコ学術振興財団による研究助成を域説に繋がるような言葉や神話で出てくる賜わりましたことを深く感謝謝申し上げま

ような考古学的な言葉が抽出されるなど謎す．

な部分が抽出されている．

また井原語りの会「話輪和会」井上晴正氏
をはじめ本研究にご協力を賜わりました皆様に深く感謝申し上げます．

- 232 -

［参考文献］[1]二瓶泰雄，平成 30 年 7 月豪雨 小田川における洪水氾濫状況，消防防災の科学，№136 2019（春季）,pp.12-18，2019[2]樋口耕一 (2014). 内容分析の継承と発展を目指して―社会調査のための計量テキ
スト分析― ナカニシヤ出版[３]藤井定市，川相誌

全，pp.309-320，

1959- 233 -

地方から転出する若者のキャリア・パースペクティブモデルの作成（1）
山陽学園大学 総合人間学部
松浦 美晴（概要） 本研究の目的は，就職時に地方から転出する若者の，「キャリア・パースペクティブモデル」を作成することである。キャリア・パースペクティブとは「自分の人生における，職業生活を中心とした生き方の，実現可能性が加味された短期的・長期的見通し」（金井・矢崎，2005）と定義される。若者の地方から大都市への移動には様々な要因が考えられる。本研究では，当事者がそれらに，自らのキャリア形成と関連づけてどのような意味づけを行っているかを明らかにする。そのために，就職を目前に控えた岡山県の大学生へのインタビュー調査を実施する。本稿では，インタビュー調査の準備段階として，既存研究をもとに，若者の地域間移動の要因を整理してゆく。まず，地域間移動に関わる基本概念をまとめる。次に，地域間移動に関する既存研究を紹介する。続いて，地域間移動の要因モデル
図を作成する。最後に，今後の研究の展開について述べる。

背景と目的

地域間の人口偏在をもたらし，地域経済の衰退につな

人口の東京一極集中が問題視されるようになって久がる。一方で大都市における急激な人口の流入は，イ

しい。一時は新型コロナウイルス禍により，東京都のンフラストラクチャーへの過負荷や災害リスクの増大

転入超過数が減少し，一極集中の流れが変わると期待につながるとされる（内閣官房，2019）。解決すべき重された。しかし 2022 年から転入超過数は回復に転じ，要な課題といえる。

2023 年は再び，東京都の転入超過はコロナ禍前の水準

労働政策研究・研修機構（2016）は，若者が地域に定に戻った。特に 10 歳代から 20 歳代の転入超過数はコ

着・還流するには，就業機会が大きな問題であると指ロナ禍前を超えている（齊藤，2023）。国土交通省（2021）

摘している。国土交通省（2021）は東京一極集中の要因によれば，東京圏への転入超過数の男女別では女性がとして，(1) 修学・就職等のために 20 代前後の層が東男性を上回っている。地方における女性人口の減少は，京に流入，(2) 魅力・利便性・自由度の高さ等を求め

将来のさらなる人口の減少につながる悪循環をもたらて東京へ流入，(3) 一度東京に来ると，地方に移住しす。

にくい環境，をあげている。岡山県では，大学進学時に地方県である岡山県においては，転出超過が問題とは転入超過であるため（岡山県，2021），若者の転出超なっている。総務省がまとめた 2022 年の人口移動報告

過は大学卒業・就職時に起きていると考えられる。

によれば，岡山県の転出超過数は過去 10 年で最多とな

若者の地方から大都市への移動には，国土交通省のった。コロナ禍前の 2019 年と比べて転出超過数が拡大

挙げるものを始め，様々な要因が考えられる。本研究したのは，全国でも岡山県を含む 3 県だけであり，そでは，当事者がそれらに，自らのキャリア形成と関連の他の地方ではコロナ禍前との比較で人口流出が鈍化

づけてどのような意味づけを行っているかを明らかにした。岡山県は，10 年前には転出超過数が全国でも 2する。研究目的は，就職時に地方から転出する若者の，番目に少なかったが，2022 年は多い方から数えて 14 番

「キャリア・パースペクティブモデル」を作成するこ目となった。岡山県の転出超過数の内訳を年代別に見とである。キャリア・パースペクティブとは「自分の人ると，20 歳から 24 歳が最も多く，20 歳代で全体の 8生における，職業生活を中心とした生き方の，実現可割以上を占めた（山陽新聞，2023）。県の報告（岡山県，

能性が加味された短期的・長期的見通し」（金井・矢崎，2021）でも，2019 年の 20 歳から 24 歳の若者は，7443

2005）と定義される。そのために，就職を目前に控えた人の転出超過となった。

岡山県の大学生へのインタビュー調査を実施すること

若者の地方から大都市への一方的な移動の増大は，にする。

- 234 -

本稿では，インタビュー調査の準備段階として，既ことで多次元的な視点から，それぞれの種類の人口移存研究から，その要因を整理してゆく。大学卒業・就職

動現象をとらえることができると述べた。
「空間的・地

時の，地元である地方から大都市圏への転出に焦点を域的基準」は，出発地・目的地がどのような地域である

当てながら，若者の地域間移動を問題として扱う。本のか，ということであり，「時間的・周期的基準」は，稿の構成は以下の通りである。まず，地域間移動に関人口移動の時間的なパターンのことである。
「発生の契

わる基本概念をまとめる。次に，地域間移動に関する機や態様の種類に関する基準」とは，人口移動発生の既存研究を紹介する。続いて，地域間移動の要因モデ

契機・理由をはじめ，移動形態，移動の自主性・主体性

ル図を作成する。最後に，今後の研究の展開についての度合いなどの移動流の質的，第二義的な構成要素に述べる。

基づくものである。

地域間移動に関する既存研究

地域間移動の基本概念

次に，近年における地域間移動に関する既存研究を

地域間移動の構成要素
地域間移動の研究は，主に地理学の分野で行われている。
「地域間移動」と類似する「人口移動」の概念で紹介してゆく。
地元意識の研究も行われている。人口移動の概念について，そ

安立（2019）は，大学生にとっての「地元」について，の研究の課題をまとめた堤（1989）は，人口移動の有す

仮説形成のための試行的調査を行い，次の結果を見出る重要な側面として，「移動者」「移動者をめぐる地域した。まず，若者の中に「地元」志向と「反地元」志向

や組織などの環境」「移動流」をあげている。堤は，移とが混在すること，「地元」と「田舎」とを等値する「地動者である個人が出発地から目的地へ移動するのが人方」出身学生が少なからず存在すること，傾向として

口移動であり，人口移動発生の前後に際して，移動者

大学 1 年次においては「地元」を否定的に評価し，学の属性と外部の環境との間でインパクトのやりとりが年が上がり就職活動を開始する 3 年次から 4 年次には行われるとした。そして，人口移動の研究を，これらの「地元」への肯定的評価や「地元」志向が生まれてくる諸側面個々の特性や，互いの関連性にアプローチすることなどを確認した。次に，因子分析によって抽出さことだと述べている。ミクロなスケールでは個々の移れた若者の「地元」意識を構成する 5 つの因子として，動者が問題となり，その分析は，移動者の属性の分析「地元嫌い」因子，「地元回帰」因子，「生活」因子，「学と移動の意志決定過程の分析とに二分できるとしてい校」因子，「田舎」因子を抽出した。安立は，「地元」へる。移動者は環境の影響で移動の意思決定を行い，フの否定的な評価である「地元嫌い」因子が最初に出てィードバック的に環境にインパクトを与える。一般に，くることに注目し，「地元」は若者にとって，まずは否

移動者数が多ければ多いほど，人口移動の環境への影

定すべき対象，反発する対象，批判し乗り越えていく

響は大きくなる。人口移動の発生は，人間と環境とのべき対象として現れると考えた。次の「地元回帰」因子

相互作用の結果であると堤は述べている。一方，マクについては，「地元」は通常は最前列にでてくることはロなスケールでの人口移動の分析においては，計量的ないが，困った時にあらわれる頼れるものの一つとし分析が主体であり，移動流の空間的ないし時間的パタて浮かび上がってくる，人間を支える基礎的な安心感ーンを抽出することが大きな目的だとしている。移動の形成要素であるのかもしれないと考察した。
安立の結果から，大学生にとって「地元」とは，そこ流の発生とその影響も，移動者と外部環境との相互作用によってみられるものとしている。

から離れ自立したいが，いざというときは頼りたいと

地域間移動の類型

いう，否定・肯定の両方の意味を持つ両価的な存在で堤は，人口移動の類型化の基準を「空間的・地域的基
準」「時間的・周期的基準」「発生の契機や態様の種類にあると考えられる。
移動者が環境に求めるもの

関する基準」の 3 つとし，これら複数の基準を用いる- 235 -

地元に求めるもの 若者が地域に定着・還流するに

は，就業機会が大きな問題であるとの指摘がある（労た。分析対象は公的統計や民間調査による調査統計か働政策研究・研修機構，2016）。

ら得られるデータであった。結果，教育投資が多い都

マイナビ（2023）によると，2024 年 3 月卒業予定の道府県ほど若者は地元外へ出て行くこと，初職就職時

全国の大学生，大学院生が地元（U ターン含む）就職をの具体的な雇用条件が地域間移動に影響していること，

希望する割合は 62.6％で前年同率となった。マイナビ

コンビニエンスストア数やスマートフォン所有数量がは，地元就職希望者の割合は，有効求人倍率との間に若者の地元残留傾向に有意な正の関係を示すなど，若緩やかな相関があり，景気が上昇し求人倍率が高いと者の生活様式の変容との関わりについての示唆的な結

都市部の大手企業などへの就職意向の高まりと地元就果を得た。

職希望者の減少がみられ，求人倍率が低下し経済状況

労働政策研究・研修機構（2016）は，地方出身の出身が不透明になると地元就職意向が高まるとする。地元

県外居住者を対象とした調査から，「地元」に戻りたい

就職の希望理由としては，「（自分の意思から）両親やが実際に戻っていない潜在的 U ターン希望者の存在を祖父母の近くで生活したいから」が最も多かった。こ

示した。この要因として，企業選択と就業地選択の希れは毎年あげられる理由であり，マイナビは経済的な望を同時に満たすことが困難であることをあげ，一般

理由や生活を安定させたいという意図が見えるとして的に初職就職時において，就業地選択より企業選択がいる。また，地元に対しての愛着や貢献したいという優先されることを示唆するとした。

思いから地元就職を希望する学生も地域によっては多米田（2015）はデータ分析の結果，大学生は賃金水準

いとしている。地元就職を希望しない理由については，を重視して就職先を選んでいることを明らかにした。

働く環境としての理由と生活環境としての理由に分け

また女性採用実績のある企業では，おそらく女子学生てとらえている。働く環境については，待遇への懸念の応募が多いことを理由として応募倍率が高くなるこや希望業種・職種がないこと，希望するキャリアが描とを示した。その結果，2015 年の段階で大企業に多数けないことがあげられていた。生活環境については，の応募が殺到する一方，中小企業は求人を充足できな

実家を離れたい場合か，都会の便利さに魅力を感じていという状況が生じていると，米田は考察した。
松井（2021)は，富山大学の卒業生を対象に調査を行いる場合が多かった。
また，マイナビの調査では，対象者に地元就職者をい，大学進学時の地元残存率が低い一方，就職時の地

増やすアイデアを訪ねている。企業について，大手企

元残存率が高いことを指摘した。就職時の地元残存率

業や待遇のいい企業の誘致や，業種を増やすこと，都が高い要因として，大都市志向の若者が大学進学時に会と差のないスキルを得られるようにすること，生活

既に転出していること，また，過去に行った和歌山大環境の利便性として，交通網の発達や商業施設の増設

学の調査結果と比較し，和歌山大学にとっての大阪府を希望する声が見られた。女子大学生からは，出産・育のような，雇用吸引力の大きな県と隣接していないこ

児後のキャリア継続環境への希望や，そもそも地元にとがあると考察した。

仕事がないという指摘があった。他にも自治体による移動者の属性と環境との相互作用

経済的な支援，地元企業の情報収集や選考参加を容易

石黒（2018）は，青森県出身の若者について調査し，にするための取り組み，早い段階からの地元への愛着

次の結果を示した。学力の高い若者に対して，選択的の醸成を求める意見があった。ただ，地元への愛着のに移動の誘因が存在する。青森県在住の若者の社会関醸成に関しては，中里ら（2023）が，地域教育が大学生

係は地域的であるため時間が経過しても残存しやすい。

の地元就職に寄与しないことを指摘している。

またそうした若者にとって，社会関係が就業機会獲得

移動先に求めるもの 後河（2019）は，若者の地元残の重要な経路となっており，特に低学歴の若者でこの留や残留・Ｕターン希望に係る変数を従属変数とし，傾向が強い。石黒はこれらの結果と先行研究から，青「教育環境要因」，「経済的環境要因」，「アメニティ要

森県では，学力および経済的に有利な立場にいる若者因」と区分した要因を独立変数とした実証分析を行っには大都市へと移動する誘因が存在するのに対して，- 236 -

相対的に不利な立場にいる若者にはそうした誘因は小理由として，大学入学直前からコロナ禍となり，地元

さく，むしろ豊かでサポーティブな社会関係が出身地や親元を離れたタイミングでの移動制限等を経験し，に留まる誘因となっていると考えた。そしてこうした地元や親元の安心感を再認識したことや，オンライン

誘因の二重構造により，相対的に有利な若者が，大都授業が中心となったために，大学での交友関係より地市へ移動によって多くの利益を得る一方で，大都市に元の交友関係の方が結びつきが強く，より安心感を持移動する利益の小さい，資源の乏しい若者を地域に留っていることが考えられるとされた。

め，移行における不確実性のリスクから保護している
地域間移動の要因モデル図と考えた。
奥田（2023）は，公的データを用いて大学卒業後の初

これまで紹介した既存研究をもとに，地域間移動の職時の U ターン就職確率の要因を分析した。分析の結要因モデル図（図 1）を作成した。このモデル図が扱う

果，以下のことが明らかになった。第一に，出身地が所のは，大学生が卒業・就職に伴い，「A：地元から大都市

得や求人の面で経済的に豊かであることは，県外進学圏へ移動する」か，「B：地元に留まる」かの行動選択でした大卒男性の初職時 U ターンを促すが，進学先の経あり，その意思決定の要因である。

済的豊かさは U ターンを抑制する。その一方で，女性

A か B かの選択によって得られることが期待されるの場合，出身地および進学先の経済的要因と初職時 Uのは，「働く環境」と「生活環境」である。A によってターンとの間に有意な関連はない。第二に，初職時 U タ

得られる働く環境は，「賃金の高さなどの待遇の良さ」，

ーンする男性は，出身地からの距離に関係なく県外進「豊富な職種や業種」，「スキル向上の機会」である。こ学し，卒業後は出身地の経済的豊かさに引き寄せられれは，大企業が大都市圏に多く存在しており，地方圏て帰還する傾向にある一方で，初職時 U ターンする女においては中小企業が多くを占めている（日本政策金性は，もともと出身地から比較的近い地域へ県外進学

融公庫，2015）ことによる。A によって得られる生活環

し，出身地の経済的豊かさとはあまり関係なく出身地

境は，「利便性」である。B によって得られるのは生活へ帰還する傾向にある。このことから，女性の初職時 U

環境における他者とのつながりである「社会関係資本」，

ターンを促すには，出身地の経済的要因以外の，地域「安心感」である。コロナ禍に代表される社会不安は，アメニティや家族関係，個人の価値観といった別の要

B によって得られる生活環境の持つ誘因としての力を因が重要である可能性がある。なお，国土交通省（2021）

大きくする条件となる。また，生活環境より働く環境のとりまとめによれば，女性のほうが，生まれ育ったを優先する場合に，A を選択することになると考えら

地元の不便さや閉塞感を感じる傾向が強く，地元を離れる。

れた要因として日常生活等の不便さ，娯楽施設等の少

移動者の属性である，「学力・学歴」
，
「経済力」
，
「男

なさ，人間関係の閉塞感などを挙げ，地元には「夫は外性であること」は，働く環境が誘因となり A の選択をで働き，女性は家庭を守るべき」という意識を持って促進すると考えられる。逆に「学力・学歴の不利」，「経いる人が多いと感じている。これらが，奥田のいう「別済力の不利」は，生活環境が誘因となり B を促進するの要因」に相当する可能性がある。

と考えられる。また，「女性であること」は，B により意思決定に影響する他者の存在もたらされる生活環境である，「地元の不便さ」，「地元

中里ら（2023）によると，大学生の就職地決定に影響を与えていたのは他者であり，特に家族の存在であっの閉塞感」が負の誘因となり，地元からの離脱すなわ
ち大都市圏への移動を促進すると考えられる。

た。地元就職，地元外への就職とも同様であった。

属性に関わらず，A と B のどちらかを選択するとい

新型コロナの影響

う意思決定は，時に拮抗し，葛藤をもたらすと推察でマイナビ（2023）は，新型コロナの影響を推察していきる。地元に戻りたいが戻っていない（戻れない）潜在る。24 年春卒業予定の大学生・大学院生では進学時点

的 U ターン者（労働政策研究・研修機構，2016）の存での地元就職希望が 57.6％と高い数値を示した。この在が示すように，一度選択を行った後も，葛藤が生じ- 237 -

ー調査に着手している。当事者の内的視点から，モデたり，続くことがあると考えられる。

ル図における選択の意思決定の促進要因がどのように今後の研究の展開捉えられるのか，選択にともなう葛藤が生じるのか，

本稿では，人口の東京の一極集中の原因の１つとし葛藤が生じた場合，どのような力関係により選択がなての，大学生の就職に伴う地域間移動を理解するためされるのか，実際の事例を調査し，明らかにする作業に，既存研究をもとにその要因を整理し，モデル図をを行っているところである。

作成した。
西條（2007）は，質的研究法で重視されている体験者

文献の「内的視点」と「外的視点」の違いを，自動車の運転

安立清史 (2019). 「地元意識」という謎 : 大学生の地元意識に関する因子分析 人間科学共生社会学
9，115-123.
石黒 格 (2018). 青森県出身者の社会関係資本と地域間移動の関係 教育社会学研究 102，33-55.
国土交通省 (2021). 企業等の東京一極集中に関する懇談会 とりまとめhttps://www.mlit.go.jp/kokudoseisaku/conten
t/001384142.pdf㈱マイナビ（2023）マイナビ 2024 年卒大学生Ｕターン・
地元就職に関する調査
https://career-research.mynavi.jp/wpcontent/uploads/2023/05/s-UturnReport-24001.pdf
内閣官房 (2019). 戦略的政策課題「東京一極集中リ
スクとその対応」について
https:// www.cas.go.jp/jp/seisaku/
resilience/dai50/siryo3-1.pdf
中里陽子・津曲達也・津曲 隆 (2023). 大学生の地
元就職への地域教育の影響と就職地決定要因 鹿
児島大学総合教育機構紀要 6，14-28.
日本政策金融公庫 (2015). 地域の雇用と産業を支える中小企業の実像地方圏の雇用創出に大きく貢献
する中小企業の研究
https://www.jfc.go.jp/n/findings/pdf/souken
repo_15_06_09.pdf
岡山県 (2021). 岡山県人口ビジョン改訂版
https://www.pref.okayama. jp/uploaded/attachment/289345.pdf
奥田純子 (2023). 県外進学した大卒者の初職時 U
ターン移動分析――経済的要因の男女差に着目して―― 人口学研究 59，8-23.
労働政策研究・研修機構（2016）『UIJ ターンの促進・支援と地方の活性化－若年期の地 域移動に関する調査結果－』 JILPT 調査シリーズ 152.
https://www.jil.go.jp/institute/research/20
16/documents/152.pdf
西條剛央 (2007). ライブ講義 質的研究とは何か 新曜社
齊藤宣哉 (2023). 2023 年春の東京都の転入超過の状況～住民基本台帳人口移動報告 2023 年 3 月及び 4 月の結果から 統計 Today 194
https://www.stat.go.jp/info/today/pdf/194.p
df

席に座っている運転者の視点と，径路地図を上から見ている視点に例えた。本稿が作成したモデル図は，地域間移動の要因を外的視点から見たものに近い。今後
は，当事者の内的視点からみた地域間移動の要因に焦点を当て検討を行うことが考えられる。モデル図では，移動者の属性と，移動するか留まるかの選択の関係が示されているが，その属性であることで，どのような内的視点が生じ，選択の意思決定に至っているかは示されていない。人口移動の研究課題をまとめた堤（1989）
は，次のように論考を述べている。

そもそも意志決定の際の判断規範となる最たるものは，効用である。現実にこの効用が如何なるものからもたらされるのか，あるいは，如何なるものからもたらされると潜在的移動者が考えるのか，ということが個別的に問題となる。
（堤，1989，
p.538）

ここから，移動者である個人が環境をとらえ，自らの求める効用は何でありそれがもたらされる可能性の高い環境はどのようなものであるかについての判断を行い，移動の意思決定に至る過程を，詳細に検討することが重要であると，本稿では考える。当事者の内的な視点から，堤のいうミクロなスケールでの，利得を求める個人の意思決定の過程を捉えたい。また本稿では，
地域間移動が自らの意思により行われるケースのみを想定した。しかし当事者の希望する地域以外の勤務地に配属されるケースがあるかもしれない。堤のあげた
移動の自主性の側面が，地域間移動に与える影響についても，検討する必要がでてくるであろう。
それらを捉え検討するために，著者らはインタビュ- 238 -

山陽新聞 (2023). 岡山県，転出超過 5527 人 22 年人
口移動 14 年以降で最多 2023 年 02 月 04 日さん
デジ
堤 研二 (1989). 人口移動研究の課題と視点 人文
地理 41(6)，529-550.
後河正浩 (2019). 若者の地域間移動の傾向と要因 : 都道府県データでみる大学進学・初職就職時の地域間移動 京都産業大学経済学レビュー
6，1-42.

図 1 地域間移動の要因モデル図(＋)，(－)は正の誘因，負の誘因であることを示す- 239 -

タカキビ成分による米粉澱粉とジャガイモ澱粉での消化抑制機構の違い
山陽学園短期大学
廣田 幸子（概要）タキシフォリン（ジヒドロケルセチン）は、さまざまな薬理作用を持ち、多くの食用植物に含まれている。ア
ズキ豆やタカキビ種子などのタキシフォリンを含む食品は、それ自体、または他のデンプン含有食品と一緒に調理されている。この研究では、上新粉（うるち米澱粉）とジャガイモ澱粉をタキシフォリンと共に加熱した。
加熱により、パンクレアチンによる澱粉加水分解は、添加直後ではがわずかに遅くなったが、一定時間のイン
キュベーション後には、上新粉の懸濁性澱粉とジャガイモ澱粉の可溶性澱粉の加水分解が大幅に遅くなった。
加熱によりタキシフォリンの生成物として形成されるケルセチンなどは、上新粉の懸濁性澱粉とジャガイモ澱
粉の可溶性澱粉と結合した。上新粉とジャガイモ澱粉のタンパク質含有量とアミロース鎖長の違いを考慮して、
タキシフォリンによる澱粉分解速度の低下は、タキシフォリンの反応生成物が上新粉の懸濁性澱粉に存在する
タンパク質およびジャガイモ澱粉の可溶性澱粉に結合したためであると考察した。
１．背景と研究目的

上新粉澱粉に結合して、その澱粉消化を抑制できる

植物由来のフラボノイドは様々な働きを持つことと考察している。しかし、タカキビに含まれているが知られており、その代表的な例は抗酸化作用、血プロシアニジン以外のフラボノイドの澱粉加水分解

糖上昇抑制作用、血圧上昇抑制作用、脂質吸収抑制に対する影響は、現在のところ不明である。上新粉作用などである。岡山県では、多種類のフラボノイの澱粉顆粒にはタンパク質が含まれている。このタ

ドを含むタカキビ（ソルガム）種子が、昔から郷土

ンパク質も加熱に伴ってフラボノイドやそれから生

料理食材として親しまれており、米と共に炊飯した成する化合物と結合して、上新粉澱粉の加水分解を

タカキビ飯やもち粉と共に調理したタカキビ餅は現抑制できる可能性がある。タンパク質・フラボノイ

在も食されている

ド複合体による澱粉消化抑制に関する報告は、現在

申請者らは、貴財団より 2021（令和３）年度に助のところ見当たらない。

成を受け、パンクレアチンによる上新粉澱粉の加水

本研究では、うるち米澱粉とジャガイモ澱粉をタ分解に対する、タカキビ種子の水抽出物の影響を研

キシフォリンの有無で加熱し、パンクレアチンによ究した。その結果、上新粉をタカキビ水抽出液に懸る澱粉の加水分解を調べた。この加熱により、うる

濁して加熱した場合、上新粉澱粉の加水分解が抑制

ち米では懸濁性澱粉の分解が、ジャガイモ澱粉ではされることが分かり、この抑制に対して次の二つの可溶性澱粉の分解が遅くなった。この違いをうるち機構を提唱した。第一は澱粉の糊化・老化過程でタ米澱粉とジャガイモ澱粉間でのタンパク質含有量とカキビ成分と結合した長鎖アミロースの加水分解にアミロース鎖長の違いより議論する。

伴う、難消化性の短鎖アミロース・タカキビ成分複合体の生成であり、第二は短鎖アミロース・タカキ

２．材料と方法

ビ成分複合体の懸濁性澱粉中に存在するアミロペク

2.1 材料、試薬、機器

チンへの結合による難消化性アミロペクチンの生成

精米したうるち米粉（上新粉）は丸世製粉製（山である(Takahama et al., 2022)。また、この研究では、

口県下関市）、ジャガイモ澱粉は火乃国食品製（熊本

タカキビ種子に含まれているプロシアニジンおよび

県宇城市）を入手した。タキシフォリンはフナコシ

加熱に伴ってプロシアニジンから生成した化合物が(東京)から、ケルセチンとブタ由来のパンクレアチ- 240 -

ンは、
富士フイルム和光純薬 (大阪) から入手した。
パンクレアチンには、プロテアーゼ（26−46 単位
mg−1, pH 8）、α-アミラーゼ (3-5 単位 mg-1、pH 7)、
リパーゼ (0.75-1.4 単位 mg-1、pH ８)が含まれている。ヨウ素溶液（I2）（100 mM）は、既報のように調製した（Hirota & Takahama, 2017）。
吸収スペクトルは、積分球（ISR-240A）を備えた
分光光度計（UV-2450）（島津製作所、京都）を使用して測定した。測定光の光路長は 2 mm で行った。
Scheme 1

2.2 上新粉とジャガイモ澱粉の分解に対するタキ
シフォリンとの影響
上新粉またはジャガイモ澱粉 (20 mg) を２ mLの 0.15 M NaCl を含む 0.1 M リン酸ナトリウム緩衝

３．結果と考察3.1 上新粉とジャガイモ澱粉の加水分解

液 (pH 7.0) に懸濁し、これをタキシフォリン (0.4-１mg

図１には、タシフォリン無しで加熱した上新粉お; 1.38 mM) の有無で、沸騰水中で 30 分間加

よびジャガイモ澱粉をパンクレアチンで消化させた

熱した。加熱後、室温（約 25℃）まで冷却し、水を時の、デンプン-I2 複合体の吸収スペクトルの変化が加えて２mL とした。

示してある。上新粉 SUP-1 では、パンクレアチンの加熱して得られた上新粉またはジャガイモ澱粉懸-１

添加前に～580 nm にピーク、～700 nm に肩が見ら

濁液は 37℃でパンクレアチン (10 μg ) 処理をれ (図 1A、トレース 0)、ジャガイモ澱粉 SUP-1 で行った。処理中、懸濁液の一部（50 μL）を 10 分間

は～620 と～700 nm に肩が、～650 nm に幅広いピ

隔で 9 回抜き取った。その懸濁液を直ちに、上記のークが見られた（図 1B、トレース 0）。この結果は、リン酸緩衝液 1.0 mL に加え、続いて 100 mM I2 を老化過程で浸出した可溶性・懸濁性アミロースのグ

0.1 mL 加えて室温で 10 分間静置した。大きな澱粉

ルコース重合度(DP)は、ジャガイモ澱粉が上新粉よ-I2 複合体（PPT-1）は、静置中に沈殿したので、そりも高いこと示している。澱粉顆粒中のアミロースの上清 (SUP-1)を取り出した(Scheme 1)。
PPT-1 は、DP は、ジャガイモ澱粉では 4920～6340、上新粉では

上記の緩衝液２ｍＬに懸濁し、吸収スペクトルを測

920～1110 と報告されている(Bertoft, 2017)。

定した。
続いて SUP-1 の吸光スペクトルを測定した。

パンクレアチンは上新粉 SUP-1 の吸光度を測定し吸収スペクトルの測定を終えた SUP-1 は、1830×gた波長域で増加させると同時に、そのピークを～540

で 10 分間遠心し、SUP-2 と PPT-2 を得た。まず、可nm にシフトさせた (図 1A 上、トレース 10)。また、

溶性澱粉-I2 複合体を含む SUP-2 の吸収スペクトル

パンクレアチンは、ジャガイモ澱粉でも SUP-1 の吸を測定した。PPT-2 のスペクトルは SUP-1 と SUP-2

光度を増加させ、そのピークを～570 nm にシフトさのスペクトルの差から推定した。

せた (図 1B、トレース 10)。

消化に伴う澱粉-I2 澱粉複合体の 500、550 および

この吸光度増加は、PPT-1 からの澱粉遊離による700 nm での濃度減少は、それぞれ、短鎖、中鎖およものであった。このことは、PPT-1 の澱粉-I2 複合体

び長鎖澱粉とI2 との複合体濃度減少を反映している。

のピーク波長(～580 nm)の吸光度が 10 分間のパン

これらの波長での吸光度減少の片対数プロットから

クレアチン処理によって、上新粉では 86 ± 6％ (n直線が得られたので、澱粉分解は一次反応的である= 4)、ジャガイモ澱粉では 87 ± 7％ (n = 4) が減と仮定し、最小二乗法 (r > –0.95) から得られた

少したことによって確かめられた。また、上新粉と傾きから半減期を計算した。

ジャガイモ澱粉間での吸収極大の違いは、遊離した- 241 -

澱粉の DP は上新粉よりもジャガイモ澱粉の方が高懸濁性澱粉の可溶性澱粉への分解を示している。更

いことを示している。

に処理を続けると、PPT-1 から PPT-2 への澱粉の遊

パンクレアチン処理を続けると、遊離した澱粉は離を示す 550-800 nm のΔA が増加した後 (トレー

分解され、上新粉 SUP-1 では～540 nm にピークがス 30)、全波長域で遊離した PPT-2 の分解を示すΔ

残ったが (図 1A、トレース 90)、ジャガイモ澱粉

A の減少が観察された。そのΔA 減少の経過は、分解

SUP-1 では 40 分以降、明確なピークは消滅した(図され難いPPT-2の存在を示している。
このPPT-2は、2B、トレース 60−90)。この分解性の低い上新粉とジ

SUP-1 に存在する分解され難い澱粉に対応すると予ャガイモ澱粉の DP は、それぞれ～30 と 20 未満であ想される(図 1A、SUP-1)。

ると推定できる（Bailey & Whelan. 1961)。
上のスペクトル変化を解析するために、SUP-1 を
SUP-2 と PPT-2 に画分した (Scheme 1)。パンクレア
チンの添加前の上新粉 SUP-2 (図 1A、トレース 0)には明確な吸収帯はなく、～650 nm より短い波長の吸光度は負の値であった。このことは、上新粉 SUP1 (トレース 0) 中の澱粉-I2 複合体の全てが、遠心によって沈澱したことを示している。パンクレアチ
ンは 10 分間の処理中に SUP-2 の吸光度を全ての波長で増加させ、そのピークは～560 nm であった (図1A、トレース 10)。この吸光度の増加は、SUP-1 中の懸濁性デンプンの可溶性澱粉への分解と、PPT-1からの可溶性澱粉の遊離によるものであると推定した。パンクレアチンによる 90 分処理で、澱粉-I2 の複合体の吸光度が観察されなくなった。
このことは、SUP-2 のすべての澱粉が I2 と複合体を作ることができない DP＜15 の澱粉に分解されたことを示していFig. 1 Absorption spectra of starch-iodine complexes inる(Bailey & Whelan, 1961)。
ジャガイモ澱粉 SUP-2 の吸光度もパンクレアチン

three fractions of joshin-ko (A) and potato starch (B).

10 分処理によって増加し、その後、全ての波長で減少した (図 1B)。しかし、上新粉 SUP-2 と異なってジャガイモ澱粉でも、パンクレアチン処理前の50-70 分間の処理後、～700 nm の吸光度を維持しな

SUP-1 と SUP-2 のΔA スペクトル (トレース 0) は、

がら、～510 nmにピークが形成された(トレース 50-

SUP-1 (トレース 0) のスペクトルと類似していた。

70)。この結果は、ジャガイモ澱粉 SUP-2 では分解さパンクレアチンは、最初の 10 分処理でΔA を大幅にれ難い短い澱粉の形成を示唆している。

増加させた (トレース 10)。この増加は、PPT-1 からPPT-2 の吸収スペクトルに相当する上新粉 SUP-1の PPT-2 の急速な遊離を示している。その後、遊離と SUP-2 との差(ΔA)スペクトル (トレース 10) にした澱粉は分解された(トレース 20 および 30)。30は、～580 nm にピーク、～700 nm に肩が観察され分処理後、ΔA（ピーク波長、～560 nm）は全波長で、(図 1A)、そのスペクトルは SUP-1 (トレース 0) の

一旦、増加し(トレース 40)、その後大きく減少したスペクトルと類似していた。パンクレアチンは(トレース 60–90)。この変化は、PPT-1 から澱粉の10−20 分間の処理に伴ってすべての波長でのΔA を遊離と、ほとんど全ての遊離した澱粉の分解を示す。

減少させた (トレース 10 と 20)。このΔA 減少は

図１より、上新粉はジャガイモ澱粉よりも PPT-2- 242 -

中にゆっくりと分解される澱粉を多く含んでいるこ

期の増加は 10～30％であった。

とを示している。
タンパク質含有量は米澱粉（6.2％、w/w）がジャガイモ澱粉 （0.1％、w/w）より多く (日本標準食品成分表; fooddb.mext.go.jp)、また、タンパク質は澱粉と相互作用して (Lin et al.,2022; Peng et al., 2022; Zhan et al., 2020) 澱
粉の分解を抑えること (Chi et al., 2018; Yanget al., 2019; Zhan et al., 2020) が報告されている。
3.2 上新粉とジャガイモ澱粉の加水分解に対するタキシフォリンの影響
図 2 は、タキシフォリンの有無で加熱した上新粉のパンクレアチン処理に伴う吸光度変化と、ΔA 変化の片対数プロットである。タキシフォリン無しで加熱した場合 (○)、SUP-1 では全ての波長で直線の勾配が 50 分付近で緩やかになった。この変化は、分

Fig. 2 Semi-logarithmic plots of absorbance changes of

解性の低い澱粉の生成を示している。タキシフォリ

starch-iodine complexes of different fractions of joshin-ko.

ン (●)は最初の 50 分間の勾配に大きな影響を与えなかったが、続いての勾配を全ての波長で減少させた。インキュベーション 50～80 分中の勾配から推定される半減期は 500、550、および 700 nm で 41.5
± 1.9 、49.0 ± 2.7、および 40.8 ± 2.9 分 (n= 4) であり、タキシフォリンによるその増加率は41 ± 10、24 ± 12、および 16 ± 18％ (n = 4)であった。
SUP-2 の勾配の時間による変化は小さく、タキシ
フォリンの影響も小さかった。SUP-1 と SUP-2 との差(ΔA)の片対数プロットは、40 分のパンクレアチ
ン処理後、ΔA の減少は一次反応的であることを示している。タキシフォリンはこのΔA 減少を抑えた。
図２の結果は、タキシフォリンが PPT-2、即ち、懸Fig. 3 Semi-logarithmic plots of absorbance changes of

濁性澱粉の分解を抑制できることを示している。
図 3 は、タキシフォリンの有無で加熱したジャガ
イモ澱粉の吸光度変化とΔA 変化の片対数プロット

starch-iodine complexes of different fractions of potato
starch.

である。SUP-1 では、どの波長でも時間と共に分解速度が大きくなった。直線の傾きの変化が 500 nm

SUP-2 ではタキシフォリンは、初期勾配に影響をでは 50 分付近で観察されたが、他の波長での変化与えなかったが、50 分後の勾配を全ての波長で減少は不明であった (○)。タキシフォリン(●)は全てさせた。インキュベーション 60～90 分中の勾配かの波長での吸光度減少を抑え、その抑制に伴う半減ら推定された半減期は、500、550、および 700 nm で

- 243 -

15.8 ± 3.1、12.6 ± 1.8、および 10.8 ± 1.0
分 (n = 4) であり、タキシフォリンはその半減期を 68 ± 9、63 ± 21、50 ± 16％増加させた (n= 4)。このことは、タキシフォリンと結合している
長鎖の SUP-2 の分解は、タキシフォリンによって大きな影響を受けないが、そのグルコース鎖が短くなることによって、タキシフォリンの分解抑制効果が大きくなることを示している。
SUP-1 と SUP-2 との差(ΔA)の片対数プロットは、
タキシフォリンは PPT-2、即ち、懸濁性澱粉の分解

Fig. 4 Absorption spectra of joshin-ko and potato starchheated with taxifolin.

に対しての影響は小さいこと示している。
４. 結論
3.3 加熱に伴う上新粉とジャガイモ澱粉に結合したタキシフォリン由来の化合物

以上の結果から、タキシフォリンは上新粉との加熱によって、その懸濁性澱粉のパンクレアチンによタキシフォリンを上新粉とジャガイモ澱粉と共にる分解を抑制でき、その抑制はケルセチンを含むタ

加熱して、上清 (SUP-2 に相当) と沈澱 (PPT-1 とキシフォリン反応産物の懸濁性澱粉への結合によるPPT-2 に相当)を調製した。上新粉沈殿物は黄色でものであると推察した。
他方、
ジャガイモ澱粉では、あり、その吸収スペクトルは 320、400、500 nm 付

タキシフォリンあるいはケルセチンを含むその反応

近に肩を持っていた(図 4A、joshin-ko 赤色線)。ジャ

産物が可溶性の短い澱粉に結合して、その分解を抑ガイモ澱粉沈殿物の色は不明瞭であり、この沈殿物えるとことができることが明らかになった。

の吸光度は上新粉のそれより、非常に小さかった

このように、今回の実験で、タキシフォリンを含(図 4A、potato starch 赤色線)。上新粉に結合していむ食品はタキシフォリンのみならずケルセチンの供たタキシフォリン由来の化合物は、70％(v/v) エタ

給源となり、タキシフォリンを含む食品と澱粉を含ノールで沈殿からその大部分が取り除かれた(青色

む食品とを共に調理すると消化性の低い澱粉が作ら線)。この結果から、タキシフォリン由来の化合物とれることが分かった。

上新粉沈殿との結合は非共有的であると推定される。
上で加熱した懸濁液を HPLC で分析するとケルセ

５．謝辞

チン (保持時間 13.6 min; max, 369 nm）が検出

本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りましされた。上新粉の沈殿物に含まれるケルセチンの量た公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝いは、ジャガイモ澱粉の沈殿物に含まれる量の約 16たします。また、本研究は、2020-2022 (2024 年ま倍だったが、上新粉の上清に含まれるケルセチンので延長) 年度学術研究助成基金助成金 基盤研究

量は、
ジャガイモ澱粉の上清に含まれる量の約 85％（Ｃ）の助成も受けております。

であった。これより (i) 400 nm の吸収帯は、ケルセチンに由来であると推察でき(図 4A)、また、(ii)６．参考文献沈殿物へのケルセチンの結合性の違いは、上新粉とUmeo Takahama, Toshihiro Ansai, Sachiko Hirota. (2022).

ジャガイモ澱粉のタンパク質含有量の違いに関係しHeliyon. 8. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022. e11605ていると推察できる。約 500 nm にピークを持つ赤Umeo Takahama, Emiko Yanase, Toshihiro Ansai,

みを帯びた色素の特性は、まだ解明されていない。

Shoichiro Kokabu, Sachiko Hirota. (2023). Int. J. Food Sci.
Nutr. 74. DOI: 10.1080/09637486.2023.2220987- 244 -

Ⅰ．問題の所在- 245 -

Ⅱ．研究目的

Ⅲ．研究方法
Ⅳ．研究の実施
ⅳ-①．文献調査による研究の視点の位置付け- 246 -

表 1 筆者の担当科目の授業計画

ⅳ-③．
「壁面構成」の展示公開
ⅳ-②．学生がつくる「壁面構成」の協働制作演習- 247 -

図 1 本研究で作成した A4 サイズのチラシ
表 2 チラシ 1200 部の配布先及び配布数

表 3 来場者の集計

図 2 展示風景

ⅳ-④．研究事例の収集- 248 -

表 4 場面分け

表 5 分析記号と意味

表 6 場面Ⅱの一部に焦点化した「相互行為分析」

Ⅵ．おわりに
ⅳ-⑤．学生に対する研究事例のフィードバック

表 7 学生 H(上)と学生 J(下)の感想文の一部(原文ママ)

Ⅴ．研究の視点に基づいた研究事例の考察- 249 -

註

引用文献

謝辞

- 250 -

アフターコロナにおけるフィットネス事業者のニューノーマルな事業戦略に関する研究
佐々木 公之 1、大田 住吉 2、 桃原 司 3、梶西 将司 1
1

中国学園大学、 2 日本国際学園大学、 3 川崎医療福祉大学（概要）
本研究は、コロナ禍が一定の区切りを迎える状況下で、フィットネス事業者が今後、どのようなニューノーマル（新たな常態）な事業展開をすべきかについて、岡山県内の実在企業をモデルに分析、考察および事例検証を行うことで、同業界全体における持続可能な事業モデルの構築に寄与することを目的としている。
2023 年度は、研究 1 年目として、山陽・山陰地方のフィットネス事業者（6 社、24 店舗）のインストラクタ
ー112 名に対し、コロナ禍前後での利用者のニーズ変化、注力すべき分野などについてアンケート調査を行うとともに、事業管理者（14 名）に対してもインタビュー調査を実施した。調査結果の分析では二次元マップによるコレスポンデンス分析や AI を用いたワードクラウド分析の手法を用いた。その結果、①業態を問わず、利用者はコロナ禍後、衛生面を強く意識している、②全業態で新たな事業モデル構築のためには人材への教育が不可欠、③各業態で改善すべき点、注力すべき分野などが異なる、④今後は、外部医療機関との連携・協力も必要、等が明らかとなった。
切りを迎える状況下、同事業者が今後どのような事

Ⅰ．本研究の背景
2020 年以降、世界的な新型コロナウイルス感染

業展開をすべきか、
岡山県内の実在企業をモデルに、拡大により、
フィットネス事業者
（以下、
同事業者）

(a)医療福祉機関など関連業種との連携、(b)動作解は深刻な打撃を受けた。
㈱PRTIMES(2021)によれば、析による予防医療運動プログラム開発、(c)DX（デ

同事業者の 2022 年度業績が判明した約 500 社のうジタルトランスフォーメーション）
技術の活用によち、赤字、減益、減収の企業が合計で 76.1％にのる新サービスの提供等について、分析、考察およびぼることが判明した（図１参照）【1】。

事例検証を行うことを目的としている。
2023 年度は、研究 1 年目として、山陽・山陰地方の同事業者に勤務するインストラクターと管理者に対してアンケート調査とインタビュー調査を行い、①コロナ禍前後での利用者の変化、②事業所として改善すべきこと、③高品質パーソナル指導導入のニーズと課題、等について明らかにした。
Ⅱ 本研究の調査手法

図１ フィットネス事業者の業績変化(2020 年度)(資料)引用文献【1】より作成。

同事業者の各社では、施設内でのクラスター発生や外出の抑制、
風評被害等により退会や休会が相次
ぎ、時短営業やプログラムの見直し、感染予防の徹底など、社会環境の変化に合わせた事業方針の変更等に必死に対応する局面を余儀なくされた。
しかし、こうした状況下にもかかわらず、コロナ
禍以降の同業の事業戦略について明確に論じた研究は、現時点では存在しない。
本研究は、2023 年度以降、コロナ禍が一定の区本研究では、
様々な視点からアンケート調査およびインタビュー調査を実施し、統計的視点からそれ
ぞれ独自の分析手法を用い、検証した。
その概要は、
以下の通りである。
Ⅱ-１ アンケート調査
2024 年 2～3 月の 1 カ月間に、山陽・山陰地方の同事業者（6 社、24 店舗）のインストラクターに対し、無記名アンケート調査を実施した。アン
ケート調査は、Google Forms にて QR コードを読
み込み回答するものと、紙によるアンケートの選択制とし、回答者に負担が掛からないよう心がけた。
アンケートの回答項目は、- 251 -

①性別・年齢・フィットネス業界での勤務歴

また、勤務先の業態（複数回答）は、総合型フィ②勤務先のフィットネス業態（総合型フィットネス

ットネスジム 52 名（46.4%）、24 時間型ジム 51 名ジム、24 時間型、パーソナルなど）（45.5%）、パーソナルジム 8 人（7.1％）と、上位 2③コロナ前とコロナ禍後で顧客のニーズ変化

業態で 91.9%を占めた（表２参照）。

④高品質パーソナル指導の需要・ニーズ⑤利用者のジムの利用決定要因

表２ インストラクター勤務先の業態（複数回答）など計 9 項目である。
なお、アンケート調査の分析（定量分析）には、
クロス集計を二次元マップ変換するコレスポンデ
ンス分析などの手法を用いた。

業態区分

回答数（人）

総合型フィットネスジ

52

24時間型ジム

51

パーソナル

9

Ⅱ-2 インタビュー調査
2023 年 8 月～2024 年 3 月にかけて、同事業者のⅢ-2 項目別の回答集計

管理者 14 名（岡山 6 名、広島 6 名、鳥取 1 名、島Ⅲ-2-1 コロナ前とコロナ禍後で利用者のニーズの根 1 名）に対し、インタビュー調査を実施した（写変化はあったか。

真１参照）。回答項目は、①コロナ前、コロナ禍お調査の結果、コロナ前とコロナ禍後で「大きく変よび現在の経営状況比較、②事業上の悩みやスタッ化した」と回答した者が 33 名（29.5%）、「少し変化

フの教育体制、③マーケティング手法、④ライバル

した」が 45 名（40.2%）と、利用者のニーズが変化

店の動向などであり、それぞれ管理者の視点で課題していると感じているインストラクターの割合が約と今後の事業戦略などについて回答を求めた。

7 割を占めた（表３参照）。
表３ コロナ前後での利用者のニーズ変化
回答項目

回答数（人）

回答率

大きく変化した

33

29.5%

少し変化した45

40.2%

あまり変わらない

30

26.8%

変わらない

4

3.6%

Ⅲ-2-2 コロナ前と後でお客様の意識で変化したと
写真１ 管理者へのインタビュー調査は何か。
（Ⅲ-2-1 で「利用者のニーズに変化あなお、
インタビュー調査の分析（定性分析）には、
テキストマイニング手法のひとつである AI を使ったワードクラウド分析を行った。

り」と回答した 78 名のみ回答、複数回答あり）
コロナ前とコロナ後を比べ、「健康に関する意識が変化した」と回答した者が 49 名（62.8％）と最も多く、次いで「安全に関する意識」と「ソーシャルデ

Ⅲ アンケート調査データの集計ィスタンスに関する意識」の回答が各々41 名

Ⅲ-１ 研究対象者（データ母数）（52.6％）と、上位を占めた（表４参照）。

同事業者のインストラクター（含む、
アルバイト）の 112 名（男性 60 名、女性 50 名、回答しない 2 名）から回答を得た。回答者の勤続年数は、3 年以上が健康に関する意識
安全に関する意識
ソーシャルディスタンスに関する意識

60 名（53.6％）と半数を超えた（表１参照）。
表１ インストラクターの勤続年数
回答項目

回答数（人）

1年未満

15

1～3年未満37

3～6年未満28

6～10年未満

6

10年以上

26

表４ コロナ前後における顧客ニーズの変化
回答項目

体力・健康データに関する意識
スタッフの接客に対する意識
設備機器等に関する意識
料金等に関する意識
フィットネスクラブに通う時間帯の意識
イベントに関する意識
食事に関する意識
その他- 252 -

回答数（人）

49
41
41
18
18
16
16
15
15
4
1

回答率
62.8%
52.6%
52.6%
23.1%
23.1%
20.5%
20.5%
19.2%
19.2%
5.1%
1.3%

Ⅲ-2-3 利用者がフィットネスジムの利用を決める
要因は何か。
（複数回答可）表７ 高品質パーソナル指導実現のための要因
回答項目

回答率

回答数（人）

利用者がフィットネスジムの利用を決定する要因

スタッフへの教育

82

73.2%

としては、
「立地やアクセス面」と回答した者が 78

スタッフの能力79

70.5%

名（69.6％）と最も多かった。次いで、「低価格」75

医療機関（予防医療を含む）との連携

40

35.7%

名（67.0％）、「設備の充実度」が 60 名（62.5％）、

独自の指導ノウハウ

28

25.0%

専門的な設備

2421.4%

顧客管理データシステムなどDX部門の強化

22

19.6%

65 人（58.0%）、「スタッフの対応」（50.9%）と続き、ジムのブランド力

17

15.2%

いずれも 50％超の回答率となった（表５参照）
。

その他

2

1.8%

「利用のしやすさ」68 名（60.7%）、「施設の雰囲気」

表５ 利用者がジムの利用を決定する要因
回答項目

Ⅲ-2-6 勤務先の改善または強化すべき点は何か。

回答数（人） 回答率（複数回答可）立地やアクセス面（自宅・会社からの距離など）

78

69.6%

低価格

75

67.0%

勤務先事業所の改善・強化すべき点として、「スタ

設備の充実度（マシン、プール、大浴場など）

70

62.5%

利用のしやすさ（24時間営業・予約システムなど）

68

60.7%

ッフへの教育」74 名（66.1%）、「設備（機器）」と回施設の雰囲気65

58.0%

答した者が 56 名（50.0%）だった。また、「その他」

スタッフの対応

57

50.9%の回答者が 7 名おり、「スタッフのチームワーク」、

サービスの充実度（トレーナー,プログラムなど）

40

35.7%

友だち・知り合いがいること

21

18.8%

「集客と宣伝」、「ハラスメントの解消」、「店舗の拡ダイエットなどの目的に対するコミットメント面

18

16.1%

イベント・企画の充実度（プロテインのお試しなど）

8

7.1%

お客様が少ないこと

7

6.3%

友だち・知り合いがいないこと

5

4.5%

回答項目

その他(キャンペーン内容)

1

0.9%

スタッフへの教育

74

66.1%

設備（機器）

56

50.0%

顧客管理データシステムなどDX部門の強化

29

25.9%

店舗全体

25

22.3%

医療機関など外部関係先との連携

20

17.9%

その他

7

6.3%

張」などのコメントがあった（表８参照）。
表８ 勤務先の改善・強化すべきこと

Ⅲ-2-4 高品質パーソナル指導（栄養管理等を含む）の需要とニーズはあるか。
施設内において、栄養管理等を含む高品質パーソ
ナル指導の需要とニーズが「ある」と回答した者は81 名（72.3％）、「ない」が 9 名（8.0％）、「分からない」が 22 名（19.6％）だった（表６参照）。

Ⅲ-2-7 「新たなフィットネス事業戦略」
について、
今後どのような分野に注力すべきか？（複数回答可）

表６ 高品質パーソナル指導のニーズ
回答項目
ある
ない
分からない

回答数（人）

81
9
22

回答率

回答数（人）「新たなフィットネス事業戦略」として注力すべき点として、「顧客のライフスタイルに合わせた営業

回答率
72.3%
8.0%
19.6%

時間等の工夫」61 名（54.5%）が最も多く、次いで「スタッフへの教育」54 名（48.2%）、「個人にマッ
チした高品質パーソナル指導プログラムの開発」53
名（47.3%）が続いた（表９参照）。

Ⅲ-2-5 高品質パーソナル指導を実現するために何が必要か。
（複数回答可）表９ フィットネス事業で注力すべき分野

高品質パーソナル指導実現のためには、
「スタッフ

回答項目

回答数（人）

回答率

への教育」が必要と回答した者が、82 名（73.2%）と顧客のライフスタイルに合わせた営業時間等の工夫

61

54.5%

最も多かった。次いで、「スタッフの能力」79 名

スタッフへの教育

54

48.2%

（70.5%）、「医療機関との連携」40 名（35.7%）の順

個人にマッチした高品質パーソナル指導プログラムの開発

53

47.3%

運動指導マニュアルの充実

39

34.8%
32.1%

であった。また、「その他」と回答した 2 名の回答内

設備機器等の充実

36

容は、「個別に対応できるスペース」、「ビッグデータ

医療機関、健康福祉施設など外部関係先との連携

19

17.0%

の共有」であった（表７参照）。

顧客管理データシステムなどDX部門の強化

17

15.2%

新たな健康増進プログラムの開発

14

12.5%

その他

3

2.7%

- 253 -

Ⅲ-2-8「新たなフィットネス事業戦略」について、

Ⅳ-3 業態別の高品質パーソナル指導実現

何か意見やアイデアはないか（自由記述）

業態別の高品質パーソナル指導実現への関係性「新たなフィットネス事業戦略」について自由記

について、
インストラクターへのアンケート調査結述を求めたところ、意見やアイデアが計 20 件寄せ果をコレスポンデンス分析（注：クロス集計表を二られた。主な内容は、以下のとおりである。

次元マップ変換する対応分析手法）を用い、分析し①総合クラブとして、専門性を高めたプログラムやた（図２参照）。

中高年を対象とした健康増進戦略が必要。

その結果、総合型フィットネスジムでは、高品質②フィットネス業界に、新たな技術（DX、AI など）

パーソナル指導の実現には「店舗全体」、「スタッフ

を積極的に取り入れる仕組みが重要になる。

の教育」に強い関係性が示された。一方、24 時間③介護や高齢者住宅の中に運動指導などのフィット型ジムは、「設備」について関係性があった。なお、ネス事業の出張サービスを導入すべき。

パーソナルジムに関しては特に目立った要素はな
かったが、強いて言えば、医療機関等の「外部関係Ⅳ アンケート調査データの検証

先との連携」との関係性が示された。

Ⅳ-1 利用者の衛生面に関する意識の高まり
同事業者の約 70%のインストラクターがコロナ
によって利用者のニーズが変化したと考えていた

これらの結果から、高品質パーソナル指導実現のためにはそれぞれの業態よって異なった取り組
みが必要になることが明らかになった。

（表３参照）。とくに、健康・安全・ソーシャルデ
0.3ィスタンスが上位を占めており、コロナ禍よって0.25「人との生命」「衛生面」に関わることについて、

パーソナル
0.2

利用者に変化があると多くのインストラクターが0.15

回答している（表４参照）。

0.1
DX部門の強化

なお、この点については、管理者へのインタビュ

設備(機器)

0.05

ー調査（後述）でも、利用者がマシンを丁寧に消毒0-0.8するなど、コロナ前と比べ、利用者の「衛生面」に

-0.6

-0.4

-0.2

店舗全体

0

0.2

-0.05

0.4

0.6

0.8

1

1.2

24時 間型ジム

スタッフへの教育
総合型フィットネスジム

対する意識が高くなったことを指摘する意見が多

-0.1
-0.15

かった。つまり、コロナ禍を経験したことで、利用

その他
-0.2

者がフィットネスジムに対し、「衛生面」「人の安心・
安全」
に関する意識が高まったと考えているという

外部関係先との連携-0.25

図２ 業態別の高品質パーソナル指導導入（対応分析）

点を、指導現場のインストラクターに加え、管理者自身が認識していることが明らかになった。

Ⅳ-4 業態別の改善・強化すべき点
業態別の改善・強化事項について、対応分析（コⅣ-2 高品質パーソナル指導へのニーズの高さとレスポンデンス分析）を行った。
その結果、総合型フィットネスジムの改善・強化

人材教育の必要性
多くのインストラクターが、高品質パーソナル指すべき点として、「独自のノウハウ」、「スタッフの導のニーズが「ある」と回答した（表６参照）
。ま

能力」
、
「DX 部門の強化」に強い関係性が示された。

た、その実現のためには「人材教育」、「スタッフの

また、24 時間型ジムでは、「スタッフへの教育」

能力」
が重要な要素だと回答している（表７参照）。

や「専門的な設備」、パーソナルジムでは、「ジムの一方で、表７～９において、「医療機関など外部

ブランド力」に関係性が明らかになった（図３参照）。

関係先との連携」との回答が一定数の回答率を占めた点に注目したい。とくに中小事業者の場合、社内スタッフの能力・ノウハウ等への依存のみに限定せず、専門的な外部関係先との連携が有効な選択肢のひとつと考えられる。

- 254 -

1次いだ。現在は徐々に回復傾向にあり、コロナ前

0.8の約 90～95％まで回復している。コロナ後に戻っ0.6てきた層としては、圧倒的に 20～30 代の若者が

0.4

多い。

その他

②総合型フィットネスジムの利用者は、年齢的に高0.2
総合型フィットネスジム-0.5

め（特に、シニア層）が多い傾向がある。24 時間

医療機関との連携

独自の指導ノウハウ-0.7

DX部門の強化スタッフの能力
0
-0.1
0.1
0.3
24時 間型ジム
スタッフへの教育-0.3

ジムのブランド力

0.5

ジムは、若者層に人気が高い。

0.7③コロナ前までは、個人がマシンを消毒するなどの-0.2
専門的な設備パーソナル

行動があまりなかったが、コロナ後はマシンをタ-0.4

オルで拭くなどが習慣化さている。

-0.6

図３ 業態別の改善・強化すべき点（対応分析）④コロナ禍で退会が相次いだが、中でも今まで会費を払っていたがあまり通っていない利用者の退会

Ⅳ-5 「新たなフィットネス事業戦略」について、
業態別の今後の注力分野「新たなフィットネス事業戦略」に関し、業態別の今後の注力すべき分野について、対応分析（コレスポンデンス分析）を行った（図４参照）。
その結果、総合型フィットネスジムでは「スタッ
フへの教育」「新たな健康増進プログラムの開発」、、「顧客のライフスタイルに合わせた営業時間」の必要性に強い関係性が示された。また、24 時間型ジムでは「運動指導マニュアルの充実」、「外部関係先との連携」、「高品質パーソナル指導プログラム」、
パーソナルジムでは「DX 部門の強化」が、それぞれ今後の注力すべき分野に挙げていることが明らかになった。
以上により、「新たなフィットネス事業戦略」に関し、業態によって今後注力すべき具体的な分野が異なることが、客観的分析により検証された。

が相次いだことが経営的に非常に痛かった。一方で、頻繁にフィットネスジムに通っていた利用者
は、コロナ禍でもあまり退会はしなかった。
⑤24 時間サービスの大手フィットネスジムが、低価格でサービス提供しており、多くの顧客を獲得していが、一方では非常に満足度が低いと言われている。そのため、今後は退会が相次ぎ、その結果、サービスの良いフィットネスジムに顧客が流れると考えている（あまり強い危機感はない）。
⑥DX、IT 化は進む一方で、フィットネス業界はスタッフと利用者とのコミュニケーション、専門的な説明など、人のスキルや能力などが重要になってくる。
⑦利用者の入退会、予約などでは DX 化がかなり重要である。しかし、利用者のカルテ入力では DX 化

フィットネス業態と今後注力した 分野の関連は逆に手間になるため、紙に書くなどアナログと0.5

顧客のライフスタイルに合わせた営業時間

デジタルのミックスが大事だと考える。

0.4

その他
0.3

外部関係先との連携
0.2

Ⅴ-2

運動指導マニュアルの…
スタッフへの教育 0.1

24時間型ジム

総合型フィットネスジム

インタビュー調査で得られた知見をテキストマイ

0
-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0
-0.1

新たな健康増進プログ
ラムの開発

0.2

0.4

AI を使ったワードクラウドによる分析

0.6

0.8

ニング手法のひとつである AI を使ったワードクラ

高品質パーソナル指導プログラム
設備機器等の充実

ウドにて分析を行った。その結果、インタビュー調-0.2

査の内容は、
以下の 5 点に集約された（表 10 参照）。

-0.3

DX部門の強化
-0.4

パーソナル

表 10 インタビュー調査の AI 分析による集約-0.5① 若年層は24時間ジムなど安価なジムを選ぶ傾向があり。

図４ 「新たなフィットネス事業戦略」について、業態別の今後の注力分野（対応分析）② 総合型フィットネスは高齢者のイメージが強く、中高年向けの健康増進の戦略が必要。
③ フィットネス業界は常に進化しており、AI・DXの活用が重要。

Ⅴ.管理者へのインタビュー調査の検証
Ⅴ-1 主な意見の集約
同事業者の管理者（14 名）のインタビュー調査結果を集約すると、主に以下のとおりであった。
①総合型フィットネスジムは、コロナ禍で退会が相- 255 -

④ スタッフの教育充実と地域に密着したサービス戦略が必要。
⑤ フィットネス以外の外部機関（医療機関など）との連携による新たなサービスも興味あり。

Ⅵ．総括
2020 年以降の新型コロナウイルス感染拡大は、
フィットネス業界に甚大な影響を与えた。
全国の多
くのフィットネスジムはいずれも厳しい経営状況下におかれ、事業縮小等を余儀なくされた。東京商
工リサーチによれば、2023 年度のフィットネスク
ラブの倒産件数は 28 件（2024 年 2 月現在）と、1998 年以降で、最も多かった 2010 年度の 16 件を上回った【2】。
しかし、
フィットネス業界は健康促進やストレス発散など人々の生活をサポートする上で無くてはならない産業である。特に、超高齢化社会の日本おいては、
健康寿命を支える上での重要な役割を占めると考える。そのためにも、同業界はコロナ前に戻るだけでは意味がなく、むしろコロナ禍において新たに修得した手法・ノウハウ等を活かし、ニューノーマル（新たな常態）な事業戦略を構築し、今後、同様のリスク発生時においても生き残るための「新
たな事業運営モデル」を構築すべきである。
本研究は、コロナ禍が一定の区切りを迎える 2023
年度に、同事業者が今後どのような事業展開をすべ
きかについてヒントとアイデアを得るために、同事業者のインストラクターへのアンケート調査と管理者へのインタビュー調査を実施した。
本研究を通じて、大きく６つのことが判明した。
(1) 全ての同事業者（含む、インストラクター）は、
フィットネスジムの利用者がコロナ前に比べ、衛生面と安全性を強く求めている傾向がある点を認識すべきである。
(2) 利用者のフィットネスジムの決定要因は、立地、価格、設備が回答の上位を占めた。一方で、高品質パーソナル指導などの新たな取り組み、今後の注力点、勤務先改善でも、「人材能力の強化（指導力・知識・接客など）」が必要不可欠だと考えていることが示された。
(3) 対応分析（コレスポンデンス分析）から、総合型フィットネスジム、24 時間ジム、パーソナルジ
ムでは、
高品質パーソナル指導、改善すべきこと、注力すべき分野などが、それぞれ業態別で違うことが判明した。つまり、同事業者にとって、新たな事業戦略の実現には各業態に合った戦略が必要になることが明らかになった。
(4) インタビュー調査から、若年層と中高年層では、利用するフィットネス業態の選択は異なると考えられる。
(5) 多くの事業者が、AI・DX の活用が重要であると考えている。一方で、地域に密着したサービス戦
略とスタッフ教育の充実も必要と考えている。

(6) 多くの事業者が、新たな事業戦略として医療機関など外部機関との連携を新たな事業戦略の構築として検討している。
Ⅶ．今後の研究に向けて
次年度以降、本研究チームとしては、以下の研究に取り組む計画である。
(1) 利用者視点でのフィットネス事業調査研究
2023 年度は、同事業者のインストラクターに対してアンケート調査を実施したが、2024 年度はフィッ
トネスクラブの利用者に対してアンケート調査を行い、両者（インストラクターと利用者）から得られたデータを活かし、フィットネス事業におけるニューノーマル（新たな常態）な事業戦略の可能性について検討を行う。
(2) 医療業界との連携した運動プログラムの検討
同事業者が岡山県内の医療機関などと連携・協力
し、2023 年度に得られたフィットネス事業のデータを基に、予防医療（一次予防）の観点から病気にかからないように施す運動プログラムを検討し、予防医療（一次予防）とフィットネス事業の連携可能性について検討する。
(3) フィットネス事業の新たな可能性の検討開発した予防医療（一次予防）の運動プログラム
を同事業者と医療福祉関係者に提唱および試行実施する。そこで得られたデータを基に、デジタル技術を用いた動作解析や運動プログラムの改良を加え、同事業者と医療福祉関係者の連携・考案による予防医療（一次予防）プログラムの開発を行う。
今後も、本研究で得られたデータを活用しながら、引き続き残された課題の解決を図りたい。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、研究課題として採択頂いた(財)ウエスコ振興財団の山地弘理事長をはじめ、選考委員の先生方および関係各位に心より深謝いたします。
また、アンケート調査およびインタビュー調査にご協力頂いただいた山陽・山陰のフィットネス事業者の管理者、インストラクターの皆様にも厚く御礼申し上げます。
引用文献【1】㈱PR TIMES プレスリリース 2021.5.21
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/00000029
6.000043465.html、2024.4.22 閲覧。
【2】「フィットネスクラブの倒産が過去最多 市場
規模は拡大、淘汰進む」、毎日新聞、2024-3-13.

- 256 -

小学生が自主的に行う運動プログラムが運動能力および非認知能力に及ぼす影響
環太平洋大学 体育学部 体育学科
田中 耕作

（概要）本研究は，小学生の運動能力向上に効果的な運動プログラムとして「小学生が自主的に行う運動プ
ログラムが運動能力および非認知能力に及ぼす影響」を明らかにすることを目的とした．そこで，小学生 98 名を対象にし，各生徒が自主的にトレーニングを行えるよう柔軟性，上肢筋力，疾走能力の 3 種類のトレーニングを考案し，3 か月間介入した．その結果，3 つの能力ともに．大きな変化はみられなかった．一方で，担当した小学校の教員からは，子ども達が自主的に身体を動かすようになり，体力テストへの関心が高まったなどの変化がみられた．本研究の結果から小学生が自主的に行う運動プログラムは運動能力を飛躍的に伸ばすことはできないものの，子どもの運動に対する関心や意欲は高まる可能性が示唆された．
【背景】

明らかにする．

子どもの体力・運動能力の低下や身体活動量の減
少は世界的な傾向であり，日本も同様の傾向にある【方法】（Macfarlane and Tomkinson，2003；Tomkinson et（1）対象者

al., 2012；文部科学省，2022）．子どもの身体活動
は，成人期以降まで持ち越されることが報告されて本研究は公立の小学生男女（1 年生から 6 年生 98名）を対象とした．

おり，子どもの頃の身体活動は成人期以降の健康状態に影響を及ぼす可能性が高い（Boreham and（2）トレーニング

Riddoch，2001）．つまり, 子どもの身体能力向上は,

2023 年 10 月から 2023 年 12 月までの 3 か月間，

成人期の健康改善につながり, 高齢化社会において体育授業の時間に 5 分間の運動プログラムを行った．

その社会的意義は大きい.さらに，近年子どもの遊運動プログラムは，23 年度の新体力テストの結果かび・スポーツ経験がやり抜く力などの非認知能力とら子ども自身が課題を見つけ実施した（計 5 分）．

関連があることが報告されており（山北ら，2018），

それぞれのプログラムは小学校の教員とディスカ

運動能力を向上させる取り組みは直接的に運動能力

ッションを行い，昨年度小学校全体の課題であったを向上させることのみならず，非認知能力を向上さ

上肢筋力，疾走能力，柔軟性の能力に関するトレーせる可能性がある．一方で，子どもの外遊びの時間

ニングを考案し，子ども自身が課題に応じて 3 つのや身体を動かす時間は減少している．さらに学校教

トレーニングの中から選択し実施した．また，トレ

育現場においても，多くの時間をトレーニングの時ーニング内容は，様々な運動能力の小学生が取り組間に割くことは難しい．一方で，近年短時間（5 分）

みやすいようにルーブリック形式で提示し，子ども

で子どもの運動能力が向上することが報告されている（原村ら，2018；takai et al.,2013）．そこで，本研究では実際に子どもが自主的に運動プログラムを選択して行うことで，運動能力と非認知能力の両者に効果がみられると仮説をたて，併せて検討する
ことで，運動能力および非認知能力に及ぼす影響を- 257 -

が目標をもって取り組めるように配慮した（表 1）．
また，担当した小学校の教員からの内省報告では，（3）測定項目「子ども達が自主的に身体を動かすようになった.」

トレーニング介入前に上肢筋力として握力，疾走能力として 50ｍ走を，柔軟性の能力として長座体前や「新体力テストへの関心が高まった．
」などがあげられた（表 2）．

屈を文部科学省の新体力テスト要項に従って測定を実施した．また，3 か月のトレーニング介入後，同様の方法で 50m 走，握力，長座体前屈の測定を実施
した．
（4）統計処理
統計処理は全て SPSS26 を用いて実施した．トレーニング前後における運動能力の差を対応のある T【考察】
本研究では，小学生の運動能力向上に効果的な運検定を用いて分析した.

動プログラムとして「小学生が自主的に行う運動プ
ログラムが運動能力および非認知能力に及ぼす影響」【結果】
トレーニング前後において柔軟性（長座体前屈）を明らかにすることを目的であった．そこで，小学生 98 名を対象に各生徒に新体力測定の結果を基には-1%と低下傾向を示した（図 1）．

自主的にトレーニングを行えるよう柔軟性，上肢筋
力，疾走能力の 3 種類のトレーニングを考案し， 3
か月間介入した．以下に，小学生が自主的に行うトレーニングの効果について考察する．
1.運動能力に与える影響
本研究で介入した前後において 3 種類（柔軟性，疾走能力（50m 走）と上肢筋力（握力）は順に＋

疾走能力，上肢筋力）の運動能力に大きな変化はみ

2％，＋3％と向上傾向をしめした（図 3.4）
．いずれられなかった．その理由の 1 つとして，トレーニンの項目も統計的な差はみられなかった．

グ介入の時間が挙げられる．本研究では，学校教育現場に負担のかからないよう，トレーニング時間を5 分としており，体育授業の時間内で実施するようにしていた．体育の時間は 1 週間あたり 2 回～3 回であり，1 週間あたりの運動時間は 10 分から 15 分の極めて少ない状況であった為，運動能力を大きく向上させることはできなかったと考えられる．一方で，担当教員からトレーニング時間中は，子どもが自主的にトレーニングを行ったり，教え合ったりする為，その時間は体育授業の準備にあてられた等，
肯定的な意見が聞かれた．本研究で介入した時間は5 分間という少ない時間であったため，教育現場では継続的に導入可能である可能性が高い．このことからも介入期間をさらに延長して効果の検討も行う- 258 -

必要がある．トレーニングを介入した小学校ではトレーニング介入後も継続して行っているとの報告も2)されている．

Tomkinson GR., Macfarlane D., Noi S., Kim
DY., Wang Z. and Hong R. （2012） Temporalchanges

2.子どもの非認知能力に関する影響

inlong-distancerunning

performance of Asian children between 1964

次に本研究で介入した前後において子どもの非認

and 2009. Sports Med 42: 267-279.

知能力についてどのような変化がみられたかを小学校教員の内省から検討する．

3)

大きな変化として，休み時間に運動をする子ども

文部科学省（2022）令和 4 年度全国体力・運動能力，運動習慣等調査報告書の割合が増加したことや，目標達成に向け雲梯や上り棒，鉄棒の使用が多かったということが挙げられ

4)

Boreham C. and Riddoch C. （2001） The

る．このことについては，本研究で介入したトレー

physical activity, fitness and health of

ニングが影響していると考えられる．また，全学年

children. Journal of Sports Sciences 19:

で実施したため，他学年との関わりが多くなったと

915-929.

の内省もあった．特に，高学年の子どもが中学年，低学年の子どもにトレーニング法やコツ等を教示す

5)

山北満哉・安藤大輔・杉田勇人・佐藤美理・秋る場面もみられたことから，このような現象が起こ

山有佳・山縣然太朗(2018) 運動・スポーツは子った可能性がある．最後に，体力測定に興味を持つどもの非認知能力を高めるのか，笹川スポーツ

子どもが多くなったということも本トレーニングが研究助成研究成果報告書，195-201

関係していると考えられる．本研究で実施したトレーニング前後の体力測定は，教員のみならず，子ど

6)

原村未来，高井洋平，吉本隆哉，中谷深友紀，

もにも手伝ってもらい実施したことがきっかけとな

藤田英二，山本正嘉（2018）小・中学生男子にって，このような効果が得られたことが考えられる．

おける 5 分間の自体重負荷ジャンプトレーニン

しかし，いずれの変化も客観的指標での評価はなさ

グが 全身持久力に与える効果，スポーツパフ

れていないことから，今後の課題として運動能力以ォーマンス研究，10，162-174．

外の評価を客観適に評価できるようにする必要がある．

7)

Takai, Y., Fukunaga, Y., Fujita, E., Mori,
H., Yoshimoto, T., Yamamoto, M., Kanehisa,【まとめ】

H（2013） Effects of body mass-based squat

本研究の結果から小学生が自主的に行う運動プロ
グラムは運動能力を飛躍的に伸ばすことはできない
ものの，子どもの運動に対する関心や意欲は高まる
可能性が示唆された．
【参考文献】
1)

Macfarlane DJ. and Tomkinson GR. （2003）
Evolution and variability in fitness test
performance

of

Asian

childrenandadolescents. Med Sport Sci. Basel, Karger
50: 143-167.

- 259 -

training in adolescent boys. J Sports Sci
Med 12: 60-65.

爪郭部毛細血管形態を指標とした簡易的な筋質評価法の開発
岡山医療専門職大学 健康科学部 理学療法学科
田中 雅侑
（概要）
【背景】近年、非侵襲的に体表面から観察できる爪郭部の毛細血管が、糖尿病により変化することが示唆されている。一方で、NFC が骨格筋の毛細血管と同様な変化過程をたどるかどうかは明らかではない。そこで、本研
究では、2 型糖尿病の自然発症動物モデルである Spontaneously Diabetic Torii（SDT）ラットを用いて、爪郭部と骨格筋の毛細血管の退縮パターンを調べた。
【方法】10 週齢の SDT ラットと Sprague-Dawley ラットを用いた。毛細血管顕微鏡を用いて 2 週間ごとに爪郭部の毛細血管を観察し、実験開始から 8 週と 18 週後に、足底筋
サンプルを採取した。
【結果】8 週目には、SDT ラットで耐糖能異常が見られ、爪郭部と骨格筋の毛細血管にも退縮の兆候が見られた。18 週目では、耐糖能異常に加えて高血糖も確認され、爪郭部と骨格筋の毛細血管の退縮とともに、骨格筋量および筋線維横断面積の減少も見られた。
【結論】爪郭部の毛細血管は糖尿病の進行とともに骨格筋の毛細血管と同様の退縮様相を示し、糖尿病による骨格筋の量や質の低下を早期に検出するバイオマーカーとなる可能性が示唆された。
（本文）

糖尿病には、網膜症などの主要な合併症があるこ

背景とは広く知られているが、糖尿病は体内のさまざま

2 型糖尿病は、微小血管および大血管の損傷によな器官や組織にも影響を与えると考えられている。

って引き起こされる合併症をもたらす (Einarson et

糖尿病患者は、骨格筋量と筋力の全身的かつ進行的

al. 2018; Koye et al. 2018; Feldman et al. 2019;

な減少を特徴とするサルコペニアの発症率が高い

Sabanayagam et al. 2019)。特に、微小血管の損傷は糖(Yuan and Larsson 2023)。したがって、糖尿病患者に尿病による 3 大合併症（腎症、網膜症、末梢神経障

おいては、3 大合併症のみならず、サルコペニアな害）に関与ことが知られている (Sorensen et al. 2016;

ど運動器における合併症の予防と管理も重要である

Stehouwer 2018)。したがって、糖尿病関連の合併症と考えられる。糖尿病の進行に応じて、骨格筋は筋を予防するためには微小血管の損傷を早期に検出す量の減少や筋質の低下などを含むさまざまな病理学ることが重要である。爪郭部の毛細血管（Nailfold

的所見を示す (Jun et al. 2023)。我々の研究グループ

capillary: NFC）は、微小血管の変化を非侵襲的か

は、糖尿病の進行が、非肥満型 2 型糖尿病モデルでつ高い再現性で観察でき、日常生活のなかで容易にある Goto-Kakizaki ラットにおいて、骨格筋萎縮をその変化様相を観察できる (Fuchs et al. 2017)。毛細伴わずに骨格筋の微小血管損傷を引き起こすことを血管顕微鏡を使用すると、毛細血管の数の減少、ね報告した (Kondo et al. 2015)。このことから、糖尿病

じれ、狭窄などの異常を時系列的かつ定量的に記録における骨格筋の循環障害は、骨格筋量の減少や機でき、個々の対象者へのフィードバックに役立つ能の低下に先行する可能性があると考えている。

(Nakajima et al. 2022)。最近の研究では、NFC が糖尿

また、近年では NFC の変化が糖尿病の典型的な合病の進行に伴い変化し、糖尿病患者における網膜症

併症である網膜症と関連していることが報告されてや腹部肥満と関連していることが示唆されているいる (Shikama et al. 2021b)。そこで、我々は、糖尿病(Shikama et al. 2021b, a)。したがって、NFC は糖尿病の進行に伴い、NFC の損傷が骨格筋の微小血管損傷によって引き起こされる微小血管損傷の早期指標とと関連しているのではないかと仮説を立てた。本研見なされている。

究では、糖尿病の進行中に NFC の変化が骨格筋の微- 260 -

小血管損傷や骨格筋量の減少と関連しているかどう

倍率で観察し、5〜10 枚の画像を取得した。観察時かを明らかにすることを目的とした。ヒトの骨格筋の光の反射を防ぎ、鮮明な画像を得るために、観察における毛細血管の組織学的評価には侵襲的なサン

前に植物油を爪郭部に塗布し、余分な油を拭き取っ

プリングが必要であるため、本研究では 2 型糖尿病

た。ヒトの爪郭部の毛細血管は U 字型を形成するこの自然発症モデル動物を使用することとした。

とが一般的だが (Nakajima et al. 2022)、ラットではメ
ッシュ状の構造を観察した。毛細血管の直径は、取材料と方法得した画像から画像解析ソフト ImageJ（NIH、USA）

実験デザインを用いて測定した。

10 週齢の雄性 Sprague-Dawley（SD）ラット（日本SLC、日本）と非肥満型 2 型糖尿病自然発症動物モデ

筋サンプルの採取ルである Spontaneously Diabetic Torii（SDT）ラ

8 週間および 18 週間の飼育期間終了後、イソフル

ット (Sasase et al. 2013)を、それぞれ対照群および糖ランによる麻酔下で、放血と心臓の摘出により安楽尿病群として使用した。各群の実験動物は、8 週間死させた。その後、ラット後肢より代表的な速筋でまたは 18 週間の飼育期間の後、筋試料などの採取ある足底筋と遅筋であるヒラメ筋を摘出して重量をを行った。実験動物は、室温 22℃、12 時間の明暗サ

測定し、アセトン／ドライアイスで急速凍結した。

イクルに設定した飼育舎において、それぞれ個別ケ

凍結した骨格筋サンプルは、組織学的解析まで-80℃ージで飼育した。本研究は、県立広島大学の動物実で保存した。

験規則に従い、動物実験委員会の承認を得たうえで実施した（承認番号 22A-0004）。

組織学的分析
クリオスタット（CM-1510S; Leica Microsystems,

血糖値および耐糖能の測定

Wetzlar, Germany）を用い、足底筋の筋腹部から厚血糖値は、実験開始から 2 週間ごとに実施した。

さ 12μm の横断切片を作製した。毛細血管を可視化

非絶食状態のラット尾静脈から血液サンプルを採取するため、横断切片にアルカリホスファターゼ（AP）し、グルテスト Neo アルファ（三和化学研究所株式染色を施した。AP 染色を施した切片の顕微鏡画像を会社、日本）を用いて測定した。また、各群の筋サ

用い、1 画像当たりの毛細血管数と筋線維数から毛ンプル採取の 4 日前には、経口ブドウ糖負荷試験

細血管数と筋線維数の比率（Capillary-to-fiber:（Oral Glucose tolerance test: OGTT）を実施しC/F 比）を算出した。また、AP 染色後の顕微鏡画像

た。OGTT では、一晩絶食させたラットに 2 g/kg のを用いて、筋線維横断面積（Cross-sectional area:

ブドウ糖を経口投与した。糖負荷直前、および糖負CSA）を測定した。取得した画像の解析には、画像解荷直後から 120 分後までの血糖値の変化を経時的に析ソフト ImageJ を用いた。

測定し、血糖値の推移が描く曲線から曲線下面積を
算出した。

統計解析
すべての値は、平均値±標準誤差（SEM）で示した。

爪郭部における毛細血管直径の測定

対照群と糖尿病群との間の比較には、対応の無い t

糖尿病の進行に伴う毛細血管の変化を評価するた検定を使用した。すべての解析は、GraphPad Prism

め、体表面で観察できる爪郭部の毛細血管を観察しソフトウェア（バージョン 7.0; GraphPad Software

た。イソフルランによる麻酔後、室温 22℃の環境下

Inc., USA）を使用し、統計学的有意水準は P<0.05

において腹臥位で 15 分間安静にした後、ラット右と設定した。

後肢の第三趾の爪郭部を、毛細血管顕微鏡（BscanZD; GOKO 映像機器株式会社、日本）を用い 600 倍の- 261 -

図 2．経口糖負荷試験における血糖値の曲線下面積
図中の数値は、平均値±標準誤差を示す。*は同一週齢の対照群との有意差（P<0.05）を示す。

方で血糖値と同様の傾向を示し、14 週目以降、糖尿病群で体重の減少傾向が見られ、18 週目において、両群間に有意な差が見られた。
8 週目および 18 週目における各群の OGTT の結果を図 2 に示す。OGTT における血糖値の曲線下面積（AUC）は、8 週目および 18 週目ともに糖尿病群が対照群に比べて有意に高値を示した。
図 1．実験期間中における血糖値と体重の推移
図中の数値は、平均値±標準誤差を示す。*は同一週齢の対爪郭部毛細血管の直径

照群との有意差（P<0.05）を示す。

NFC の画像から測定した NFC 直径の結果を図 3A に示す。8 週目と 18 週目の画像から NFC の直径を測定した結果、両時点ともに糖尿病群の直径が、対照群と比べて有意に低値を示した。

結果
体重、筋重量、血糖値、経口ブドウ糖負荷試験
8 週目における体重および足底筋重量について、

足底筋における毛細血管と筋線維の比率

対照群と糖尿病群の間に差は見られなかった。しかAP 染色画像から測定した C/F 比の結果を図 3B にし、18 週目においては、体重および足底筋重量はと示す。8 週目および 18 週目ともに、糖尿病群の C/F

もに糖尿病群で対照群よりも有意に低値を示した。

比が対照群に比べて有意に低値を示した。

一方で、ヒラメ筋重量は 8 週目および 18 週目にお足底筋の筋線維横断面積

いて両群間で有意な差は見られなかった。
実験期間中における非絶食時血糖値および体重の足底筋の CSA を図 4 に示す。8 週目では、両群間経時的推移を図 1 に示す。血糖値は、12 週目まで糖に有意な差は見られなかった。一方で、18 週目では、尿病群と対照群の間で有意な差は見られなかったが、糖尿病群の CSA は、対照群に比べて有意に低値を示

14 週目以降、糖尿病群の血糖値が対照群に比べて有した。

意に高値を示した。体重は、対照群と糖尿病群の両- 262 -

図 4．足底筋の筋線維横断面積
図中の数値は、平均値±標準誤差を示す。*は同一週齢の対照群との有意差（P<0.05）を示す。

本研究の実施によりいくつかの課題が明らかとなった。まず、本研究ではアジアで一般的な非肥満型
2 型糖尿病モデルを使用したため、NFC および骨格
筋毛細血管の退縮に関連する本発見は、肥満を伴う
2 型糖尿病患者や 1 型糖尿病患者には当てはまらない可能性がある。次に、分析は 8 週目と 18 週目の 2つの時点でのみ実施されたため、爪郭部および骨格

図 3．爪郭部毛細血管の直径（A）と足底筋の毛細血管：筋筋の毛細血管における退縮の正確な原因や発症時期

線維数比（B）

を特定することはできなかった。
また、本研究では、

図中の数値は、平均値±標準誤差を示す。*は同一週齢の対NFC が糖尿病の進行に伴って変化する有用な非侵襲照群との有意差（P<0.05）を示す。

的バイオマーカーであることを示したが、糖尿病の進行を反映する他のバイオマーカーとの関連は検証していない。今後の研究では、これらの課題に対処

考察と今後の展望
本研究では、糖尿病の進行に伴う骨格筋毛細血管と爪郭部毛細血管（NFC）の退行過程を調べた。そのし、糖尿病の進行における NFC の形態学的変化の重要性をより明確にする必要がある。

結果、骨格筋毛細血管と NFC の両方において、耐糖結論として、本研究では、2 型糖尿病の進行過程

能異常の段階で異常が見られ、高血糖の発症前に変において、NFC は骨格筋毛細血管の変化に関連性を化が起こることが分かった。これらの変化は、糖尿有することが示された。特に、耐糖能異常の段階で病の初期段階を示す指標となる可能性がある。さら観察された NFC 直径の狭小化と骨格筋毛細血管の減に、耐糖能異常と高血糖の段階では、速筋である足少は、糖尿病の発症や糖尿病関連の筋量の減少や筋底筋において、骨格筋の湿重量の減少と筋線維の断質の低下などの潜在的なバイオマーカーとなる可能面積（CSA）の縮小を特徴とする萎縮が観察された。

性がある。本発見は、糖尿病による筋量・筋質異常

これらの結果は、NFC や筋毛細血管の異常が耐糖能の早期診断と予防において新たな可能性を示唆して異常の段階で現れ、骨格筋の量的・質的変化に先行いるものと考えられる。

して起こる可能性を示唆している。

- 263 -

参考文献

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- 265 -

児島虎次郎 油彩作品研究―作品総目録公開へ―
報告書（所 属）公益財団法人 大原美術館（氏 名）柳沢 秀行（概要）児島虎次郎の画家としての実質的な活動時期は、東京美術学校に入学した 1902 年から、逝去した 1929 年までとなる。この間、児島は、大原孫三郎からの経済的支援を受け続けたこともあり、寄贈や売却によって作品を手放すことはほぼなかった。それゆえ、逝去直後に実施された作品仕分けによって約 700 点の油彩作品を制作したことが知られている。そのうち大原美術館に約 160 点、出身地である高梁市成羽美術館に約 90 点がまとまって所蔵されているが。これまで、私は散在する作品の実地調査にあたり、このうちの約 600 点の作品を確認している。
本研究では、まだ未調査の作品を探求するとともに、これまでの調査の蓄積を生かし、各作品の制作年の絞り込
みと、それによる児島の画業の変遷を跡付けることを目指す。
同時に、油彩作品総目録として、印刷媒体、および WEB 媒体での公開を行うために、作品データーベースの構
築方法、またその維持、公開のための調査を実施する。この二つの作業を通じて、広く近代日本美術史への寄与を
目指す。
（本文）

① 作品調査、文献調査
新規に所在を確認した作品、また存在を確認しながら未だ実作品にあたっての調査を果たし得ていない作品の調査を行った。
まず新出作品としては、千葉県、岡山県のいずれも個人所蔵作品７点の実地調査を行った。
個人所有作品ゆえ、詳細は伏せるが、１９０９～１９１２年のゲント（ベルギー）滞在期の作品
で、遠景まで含めた風景の中に、人物を大きく配した、これまでにないスタイルの作品であり、また児島逝去後の作品来歴をたどることができる作品を確認できたことは、他の作品を検討するために有用な情報となった。
また、大原美術館の創設当初に評議員を務めた方の子孫宅から、児島虎次郎と、満谷国四郎、金山平三が、中国を共に旅して、同サイズのカンバ
スボードにそれぞれが描いた風景画を確認できた。このことにより、合計 4 回、中国大陸を旅した際に児島が描いた作品のスタイル特定と、足跡の確認を進めることとなった。
また、この作品調査に関連して、兵庫県立美術館において、金山平三に関わる絵画、写真、手紙との資料調査を行った。結果、金山の姿を撮影した写真が、倉敷市酒津にある児島虎次郎のアトリエで撮影されたものを確認できた。また金山が1924 年に制作した《祭りの女》、そしてそのバー
ジョンであり帝国美術院展覧会へ出品した作品
が、児島虎次郎が 1921 年の Salon de la Societé

Nationale des Beaux-Arts（サロン・ナショナ
ル・デ・ボザール）に出品した《祭りの夜》と、同じコスチュームをまとった女性像であることも確認でき、二人の交友の深さを実感し、新たな調査課題を見出すことができた。
さらには、作品総目録整備に向けて、大原美術館所蔵作品のみならず、関係所蔵先での再調査も実施を行い、また東京都、愛知県より作品情報が寄せられ、これらについては今後に実地調査を予定している。
文献調査については、国立国会図書館でのオンライン調査の利便性が大きく向上したため、美術雑誌等の調査に活用させていただいた。また、そちらでは対応できない「中央美術」については、
岡山大学図書館でのマイクロリーダでの閲覧での調査を集中的に実施できた。また岡山県域で刊行されていた中国民報、山陽新報については、岡山県立図書館、山陽新聞社でのデジタルデーターでの調査を実施した。その他、東京文化財研究所、
東京芸術大学等の複数施設において、児島生前に実施された個展についての目録や、帝国美術院展
出品に際して制作された絵葉書などの調査を進めた。

② 作品情報の検討
児島虎次郎（１８８１～１９２９）は、生前、二度の個展を開催した。最初は、1919 年 4 月の「児島虎次郎習作
展覧会」、二度目が 1921 年 9 月からの「児島虎次郎氏作画展覧会」となる。前者は、１９１９年から１９２１年に- 266 -

かけての二度目の渡欧を前にして、母校である東京美制作時期、制作年が記載され、作品名が具体的であり、術学校で、4 月 1 日からの三日間、その後 4 月 14 日

またやはり大原孫三郎が経営した新聞「中国民報」でからの三日間を大阪の中之島にあった大阪中央公会

この展覧会の詳細が報道され、作品写真も多数掲載

堂で開催された。1908 年から 1912 年までの最初のされたため、出品作品の大半が確認できる。

滞欧期の作品から最新作まで 60 点以上の油彩画、さ次いで、おそらくは残された児島の家族のために、らに素描や屏風装の作品までが公開された。残念なが大原美術館所有とした以外の作品の売却が試みられら、出品目録に記された作品名は「人物」「室内」「静物」

画廊「三角堂」主催として、1936 年 2 月 20 日から四など簡略な記載のみで、制作年と制作地をあわせて検日間、大阪の中之島にあった朝日会館で「児島虎次郎

討しても、多くの作品が、現在確認できるどの作品な

画伯遺作展覧会」が開催される。この時、モノクロ図版のかを確定することが難しくなっている。

ながら 102 点が掲載された図録も制作されたため、現次いで開催された「児島虎次郎氏作画展覧会」は、在残された作品と照合できる。それゆえ、どのような選

二度目の渡欧から戻った後、1921 年 9 月 23 日から別が児島虎次郎没後に行われたのかをうかがい知る

三日間、倉敷尋常高等小学校を会場に開催。やはり第貴重な資料となっている。また、この展覧会に際して、一次滞欧期から近作までの 47 点が公開され、出品目

縦型の紙が作品裏に付され、そこには「児島虎次郎作

録では、作品名、制作年、制作地が記載されるが、こち品タルコトヲ証明ス 財団法人大原美術館」と印刷され、らの作品名は、現在確認されている作品とかなり一致

捺印の上、発効年が手書き記入されました。この札型しており、その出品概要をうかがい知ることができる。

の紙は、その後も使用されることがあり、その都度、発残念ながら、児島は、1929 年に 47 歳の若さで逝

行年が手書きされる。

去する。生前、児島の生活費、活動費の一切を提供す

本研究において、児島生前から逝去後までの作品ることで彼の創作活動を支援し、また西洋での美術作の動きを知るためにこうした状況を明確に把握できた。

品収集活動の費用を提供していた大原孫三郎は、児これらの展覧会に加え、フランスの Salon de la

島逝去の翌年となる 1930 年 11 月に、児島収集の西Societé Nationale des Beaux-Arts に 1911 年

洋の美術作品と、児島自身が描いた作品を公開するの初入選以来、日本に戻ってからも出品を続け、ために大原美術館を開設するが、それに先立ち、児島1920（大正９）年には正会員となっており、目録に残さの画業を良く知る藤島武二、満谷国四郎、太田喜二郎、れたフランス語でのタイトルが出品作品を推測する貴吉田苞の四人の画家に、児島が描き残した 700 点ほ

重な情報となる。この他にも、日本国内で開催されたどの作品の整理と仕分けを依頼する。

帝国美術院展覧会など、いくつかの展覧会への出品

おそらく、その仕分けに際して、作品の裏側には、制が確認できている。

作時期を区分するアルファベットiと、各時期の中でのこうした情報を精査することで、現在確認されてい通し番号、そして尺数によるサイズ表記が墨書されたる作品の作品名、制作年、そして来歴についての情報

白紙が添付される。この時に控えとして記されたと思を絞り込むことを進め、作品総目録に反映させている。

われるノートや、制作時期を区分するアルファベットの一覧表が、大原美術館に残されている。

③ 作品総目録の公開

この仕分けのうえで、大原美術館開館に先駆けてデーターベースシステムの構築、情報更新につい1930 年 4 月 23 日～30 日まで、岡山市にあった合てはシステムエンジニアとも協議を重ねた。また国同第一銀行（大原孫三郎経営）の三階ホールで「故児内外の美術関係データベースについての情報収集、

島虎次郎画伯遺作展覧会」が開催され、75 点の油彩

その一環として国内美術館関係者へのヒアリングを

画、その他に六曲一隻の屏風など複数点が公開される。

実施した。

これに出品された油彩画が、大原美術館所蔵の児島

それらを通じて、基本方針として、WEB における虎次郎作品の中核となるが、作品目録には、作品名、PDF による暫定版の公開→新規情報収集/不備の指- 267 -

摘を受ける→紙媒体による作品総目録刊行、および検索機能を備えたオンラインでのデーターベース構
築/公開と進めることとし、本年度は②の検討による内容の精査を反映した PDF 版での公開を目指した。
公開する情報は、作品画像、作品名、制作年（西暦/和暦併記）、サイズ、所蔵者、そして上記した児島生前から逝去直後の展覧会出品歴、児島逝去直後の仕分けに際して符丁を記すために貼られた白紙の有無、そして作品の表裏へ記されたサイン等の文字情報である。
私自身、この公開作業のために、その掲載順を検討する作業を、作品のモチーフごとの整理などを通じて行ったが、これまで気づかなかった同一場所での制作品や、児島のアトリエ内の調度品の類似などの発見も多く、それらが制作年の整理にも大きく役立った。
現在、最終的なデーターの確認を進めているが、その作業が済み次第、大原美術館 HP で、PDF 版の公開を行う。基本的なフォーマットは、本報告書の PDF版に添付する。
公開予定のページは下記のとおり。
https://www.ohara.or.jp/collection/

今後は、手元の情報をさらに精査することで、児島虎次郎研究の進展に寄与するための礎を固めたい。

i

分類は、以下のとおり。

F

1921 帰国以降

A

1902～1907 東京美術学校在学

G

1921 2 次中国旅行

B

1908～1911 1 次渡欧

H

1922～1923 3 次滞欧

C

1912～1917 帰国以降

I

1924 帰国以降

D

1918 １次中国旅行

J

1926 3 次中国旅行～逝去

E

1919 中国から帰国～1921 2 次渡欧- 268 -

NO.

- 269 -

NO.

- 270 -

遺伝性腎疾患原因遺伝子 PKD2 の機能解明と治療薬開発への応用
重井医学研究所細胞制御部門
古家野 孝行
常染色体顕性多発性嚢胞腎は最も頻度の高い遺伝性の腎疾患である。原因遺伝子として、PKD1 または PKD2 が同定されている。それぞれの遺伝子は、ポリシスチン１（Pkd1）およびポリシスチン２（Pkd2）をコードしている。
疾患の遺伝学的基盤は良く研究されているが、嚢胞形成とポリシスチンの機能の関係については不明な点が多く残っている。本研究では、分裂酵母 Schizosaccharomyces pombe をモデル生物として、ヒト Pkd2 の細胞内機能の解析を行った。ヒト Pkd2 は分裂酵母内において小胞体に局在した。過剰発現により細胞内カルシウムシグ
ナルの活性化を誘導したが、その効果は限定的であった。また、分裂酵母内においてヒト PKD2 を発現させても、

pkd2 欠損は相補しなかった。これらの結果は、ヒトと分裂酵母間において若干の機能的違いが生じている事を示唆している。最後に、ヒト Pkd2 の細胞外領域に対するモノクローナル抗体を作製した。本研究は、分裂酵母
が Pkd2 の機能を解析するために適したモデルであることを示し、嚢胞形成機序の解明、さらに、今後の治療薬開発に寄与すると考えられる。
慢性腎不全には根本的な治療は存在しない。国内

Pkd2 はそれぞれの C 末端を介して相互作用し、Pkd1には約 35 万人の透析患者がいるが、患者の負担軽に依存して一次繊毛に局在するとされている。現在減のため、さらに、今後の健康長寿社会および持続広く考えられているモデルとして、尿細管上皮細胞

可能な社会実現のため、治療薬の開発は大きな社会の一次繊毛において、Pkd1 が尿流を感知するセンサ的意義がある。創薬には、臨床やモデル動物研究のーとし、Pkd2 がカルシウムのチャネルとして共調的みならず、基盤となる細胞・分子レベルでの病態のに機能するとされている。ADPKD の患者では、これ理解が不可欠である。また、候補薬の効率的なハイらの機能が制限され、細胞内カルシウム濃度の低下

スループット探索系の確立は、実験動物の使用数削と cAMP の増加を引き起こし、そのことに起因する減に繋がるため、動物愛護の観点からも重要な課題

種々のシグナル伝達経路の異常が ADPKD 病態の中心である。

メカニズムと考えられている 2。さらに、構造解析に

常染色体顕性多嚢性胞腎疾患（ADPKD）は、最も頻より、Pkd1 および Pkd2 が 1:3 の比率で四量体を形度の高い遺伝性腎臓疾患であり、 1、000 人に 1 人成することが示されている 3。しかしながら、Pkd2 はの割合で発生しているとも言われている 1。ADPKD は

主に小胞体に局在し、Pkd1 に依存せずにカチオンチ

主に PKD1 または PKD2 遺伝子の変異によって引き起ャネルとして機能すること、Pkd2 のみで四量体を形こされる疾患であり、それぞれの遺伝子がコードす

成することも報告されている 4。さらに、小胞体に局るポリシスチン-1/Pkd1 およびポリシスチン-

在する Pkd2 がカルシウム放出および抗嚢胞形成に

2/Pkd2 の機能不全により発症する。Pkd1 は、長大な寄与する可能性が示唆されている 5。したがって、N 末端の細胞外領域を有し、11 回膜貫通し C 末端側ADPKD 病態進行に関連するポリシスチンの機能は不が細胞質に存在する。一方、Pkd2 は Transient

明な点が多く残されている。

Receptor Potential（TRP）スーパーファミリーに属

一方、単細胞真核モデル生物である分裂酵母

するカチオンチャネルであり、6 つの膜貫通領域をSchizosaccharomyces pombe は、分子生物学的およ有し、N と C 末端の両方が細胞質に存在する。C 末端

び遺伝学的実験の容易さに加え、ヒトの遺伝子やシ側には EF ハンドモチーフ、コイルドコイル、およびグナル伝達経路の多くが保存されていることから、

小胞体局在モチーフなどが含まれている。Pkd1 とモデル生物として利用されてきた。分裂酵母は生育- 271 -

に必須な遺伝子である pkd2 を有している。アミノ酸配列の相同性は高くないが、ヒト Pkd2 のホモログ遺伝子としての報告もある 6。分裂酵母 Pkd2 は 9個の膜貫通領域を有し、N 末端側を細胞質外に、C 末端側を細胞質に向ける構造をしており、カルシウム
濃度の調節に関わることが報告されている。本研究では、分裂酵母 Pkd2 とヒト Pkd2 との機能的な類似
または相違点について解析を行った。
られている。CDRE（Calcineurin Dependent Response
材料と方法

Element）レポーターを用いて、hPkd2 が分裂酵母内

分裂酵母（Schizosaccharomyces pombe）を用いてにおいて、カルシウムシグナルの制御に関わるかど実験を行った。標準的な分裂酵母の生育方法、実験

うかを調べた。pkd2 の過剰発現では、CDRE の顕著な

手 法 を 用い た 。ヒト PKD2 の cDNA は Horizon

活性化が見られた（図３）。一方で、hpkd2 の過剰発

Discovery 社より購入した。蛍光タンパク質の観察

現では、CDRE の活性化は見られるものの、その影響

は IXplore Pro（オリンパス）で行い、画像解析はは限定的であった（図３）。

CellSens（オリンパス）を用いた。
結果
ヒト Pkd2 は分裂酵母において小胞体に局在し、カルシウムシグナルを活性化する
ヒト Pkd2（以下 hPkd2）
は膜貫通領域が 6 個あり、C 末端側に EF ハンドモチーフやコイルドコイル領域がある（図１）。また、TOP ドメインと呼ばれる、ポヒト Pkd2 は分裂酵母 Pkd2 を相補しない

リシスチンに特徴的な細胞外領域を有している。一方分裂酵母 Pkd2（以下 Pkd2）は、膜貫通領域は 9 個分裂酵母において pkd2 は欠損すると生育できなであり、N 末端側が細胞外に、C 末端側が細胞内に配い必須遺伝子である。そこで、hpkd2 遺伝子の発現置している（図１）。

によって、pkd2 欠損を機能的に相補し得るかどうか

hPkd2 の N 末端側に GFP を融合し、分裂酵母内でを四分子解析によって調べた。
分裂酵母内において、発現し、その細胞内局在を観察した。細胞周囲およ安定的なプロモーター（pkd2）によって hpkd2 を発び核周辺への局在が観察され、小胞体に局在する事現させたが、生育可能な個体は取得できなかった（図が報告されている Pmr1（Pmr1-tdTomato）と共局在

4）。hPkd2 は pkd2 の欠損を相補できず、ヒトと分裂している（図２）。したがって、分裂酵母内において酵母において機能的に異なる事が示唆された。

hPkd2 は小胞体に局在する。
Pkd2 は細胞内カルシウムの調節に関わると考え- 272 -

告されている 2。分裂酵母は Pkd1 を有さない。ヒト

hPkd2 に対するモノクローナル抗体の作製

Pkd1 を同時に分裂酵母内で発現することで、hPkd2
hPkd2 は TOP ドメインと呼ばれる特徴的な細胞外領域を有している。この TOP ドメインに対するモノの本来の機能を発揮することができる可能性もある。
今後、検証していきたい。

クローナル抗体を、ラットリンパ節法を用いて作製

今回、hPkd2 の TOP ドメインに対するモノクローした。抗原には、hPkd2 の TOP ドメインを大腸菌にナル抗体を作製した。TOP ドメインは細胞外領域でおいて発現させ精製したものを使用した。今回作製あるため、今後の治療や診断において利用が期待さしたモノクローナル抗体は、分裂酵母 Pkd2 には反れる。実際にマウスやラットの腎組織でも反応する

応せず、hPkd2 特異的に反応する（図５）。

かどうか試していきたい。
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考察と今後の展望

Douguet D, Patel A, Honore E. Structure

分裂酵母をモデルとして、ADPKD 疾患の原因遺伝

and function of polycystins: insights into polycystic

子である hpkd2 について解析した。hPkd2 は分裂酵

kidney disease. Nat Rev Nephrol. 2019;15(7):412-22.

母において、小胞体に局在した。分裂酵母 Pkd2 も同5.

様に小胞体に局在する 7。また、hpkd2 の過剰発現にChannel Function of Polycystin-2 in the Endoplasmic

より、分裂酵母内においてカルシウムシグナルを活Reticulum Protects against Autosomal Dominant

性化した。これらの結果は、ヒトと分裂酵母で類似

Polycystic Kidney Disease. J Am Soc Nephrol.

の機能を有する事が示唆される。しかしながら、

2022;33(8):1501-16.

hpkd2 単独の発現では分裂酵母 pkd2 欠損を相補しな6.

かった。また、hpkd2 の過剰発現によるカルシウム

Goss J, Chen Q. Fission yeast polycystin Pkd2p

シグナルを活性化への影響は、分裂酵母 pkd2 のそ

promotes cell size expansion and antagonizes the

れと比べると限定的であった。hPkd2 では、カルシ

Hippo-related SIN pathway. J Cell Sci. 2022;135(4).

ウムよりも一価の陽イオンを優位に透過することが7.

報告されている。ヒトと分裂酵母において機能的な

Matsuyama M, Fukushima M, Kume K. Pkd2,

違いがあると考えられる。細胞内のカルシウムシグ

mutations linking to autosomal dominant polycystic

ナルの活性化に膜貫通領域の数は分裂酵母（9 個）

kidneyとヒト（6 個）で違う。膜貫通領域の数の違いが、機reticulum and regulates calcium signaling in fission

能的な違いを生じさせている可能性がある。ヒトな

yeast. Genes Cells. 2023;28(11):811-20.

ど哺乳類では、もう一つのポリシスチンである Pkd1を有する。Pkd1 と Pkd2 は協調的に機能する事も報- 273 -

Padhy B, Xie J, Wang R, Lin F, Huang CL.

Sinha D, Ivan D, Gibbs E, Chetluru M,

Koyanodisease,T,

Fujimoto

localizes

to

T,

the

OnishiK,

endoplasmic

令和５年度 海外渡航報告書（所 属）岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域（氏 名）佐藤 英祐（概要）
渡航先：私は、研究成果の発表と最新の研究に関する情報収集を目的として、令和五年十月八日から十二日にかけてスウェーデン ヨーテボリで開催された 244th ECS meeting に参加した。ECS meeting はアメリカの電気化学会 (The Electrochemical Society)が年に 2 回開催する電気化学に関する最大級の国際学会である。今回の学会では、Rostock 大学の Robert Francke 教授がオーガナイザーを務めた K01 “Advanced in Organic andBiological Electrochemistry”というシンポジウムにて発表した。
渡航日程：10 月 6 日(金)岡山空港出発→羽田空港→ヘルシンキ・ヴァンター空港 (フィンランド)→ヨーテボ
リ・ランドヴェッテル空港 (スウェーデン)到着 10 月 7 日(土) | 10 月 8 日(日)–12 日(木) 学会参加 | 10 月
12 日(木)ヨーテボリ・ランドヴェッテル空港出発→ヘルシンキ・ヴァンター空港→羽田空港→岡山空港到着 10
月 13 日(金)開催場所：Swedish Exhibition & Congress Centre (Gothenburg, Sweden)
発表内容：K01-2522 Catalytic Electricity Promoted Electrochemical Synthesis (○Eisuke Sato, Mayu Fujii,
Haruka Yoshida, Seiji Suga)
私は電気化学の一分野である有機電解合成の研究に取り組んでいる。電気の力を駆動力とした有機合成反応の開発を主眼とした本研究分野は、1800 年代から研究がなされている歴史の長い分野である。近年では、化学反応剤の代わりに電気の力を使用するために、反応剤由来の廃棄物を排出しにくいという特徴が注目を浴びており、国内外での研究報告例が急増している。特に、複数のメーカーが所謂「電解合成キット」を開発したことから、有機電解合成法は特殊な手法でなくなり、有機合成のための一つのツールとして扱われつつある。そのように、急成長しつつある研究分野であるからなのか、今回参加した ECS meeting の K01 会場には講演を聴く参加者が非常に多く、会場が満席になる様子が印象的だった。また、発表者もアメリカやヨーロッパだけでなく、中国や韓国をはじめとするアジア各国からも多くの発表がなされており、分野の急成長を肌で感じることができた。
さて、私は有機電解合成法の中でも、電気の力を触媒として活用する合成手法に着目をして研究を行ってきた。通常の有機電解合成法は、電極上での電子の授受に伴う酸化還元反応を主体とした化学反応が達成される
一方で、電気の力を触媒として扱うと出発原料の酸化段階が変化することのない化学反応が進行する。これまでにベンズアルデヒド類とトリメチルシリルシアニド (TMSCN)の混合物に対して、分離型セル中で触媒量の陰極還元を行うと、カルボニル化合物のシアノシリル化反応と呼ばれる化学反応が進行することを見出していた(J. Org. Chem. 2021, 86, 16035–16044.)。我々は、電気化学測定によって、TMSCN が陰極還元されることを明らかとしており、本反応では TMSCN の陰極還元によるラジカルアニオン種の発生が足がかりとなり触媒的反応サイクルによってシアノヒドリン誘導体が得られると考えていた。
本学会では、TMSCN の陰極還元によって生じる活性種が、ベンズアルデヒド以外の化合物に対しても作用しうるかどうかを検証した結果を発表した。例えば、イミン類に TMSCN を混合し陰極還元を行うとストレッカー- 274 -

型の付加反応が進行し、シンナムアルデヒドと TMSCN の混合物を陰極還元すると、シアノシリル化の後に異性化などが進行してエステルが得られることを見出したので、それらの結果を報告した。
私が研究発表を行った K01 シンポジウムは Göttingen 大学の Ackermann 教授による基調講演から始まり、
Mainz 大学の Waldvogel 教授や Washington 大学の Moeller 教授など、有機電解合成のトップランナーが集まっており、その講演も分野の最先端をいくものばかりであり、その中で一人の参加者として口頭発表をする機会があったことは非常に意義深いと感じた。また、本シンポジウムのオーガナイザーの一人である Francke 教授
は、我々と同じく電気の力を触媒的に活用する骨格変換法に関する研究を報告しており、本学会においても触媒的に陽極酸化を利用することで進行する Newman-Kwart 転位反応についての講演をしていた。
この研究に関す
る講演を直接聴講することはは、我々の研究を進めるにあたっても非常に有用な情報を得ることができた。また Francke 教授との講演後や休憩時間におけるディスカッションは有意義なものとなり、今後の研究の方向性を考える上でも有益なものとなった。
シンポジウムのすべてのセッションが終了した後の夜には、シンポジウム参加者が集合する比較的小さな懇親会も開催された。ECS meeting は非常に大きな学会であるため、大きなものから小さなものまで様々な懇親会が開催されていたが、シンポジウム関係者だけで開かれた懇親会は、分野の近い研究者とのコミュニケーシ
ョンをとる意味でも非常に重要であり、貴重な機会となった。
まとめ
2023 年には所謂新型コロナウイルス感染症の影響もほとんどなくなり、国際学会も通常通りに開催されている様子が見受けられる。今回の ECS meeting への参加は、たくさんの関係研究者の前での研究発表とディスカッションを行うことができ、貴重な機会となった。本学会参加での経験を糧に、今後も自身の研究発展に尽力したい。
謝辞
今回の渡航は公益財団法人ウエスコ学術振興財団の支援を受けて実施されたものです。感謝いたします。

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- 276 -- 277 -令和 5 年度 海外渡航報告書
川崎医療福祉⼤学 医療技術学部 健康体育学科
川島 将⼈
１． はじめに
このたびは、貴財団の助成を受けたことで、国際会議にて⾃⾝の研究成果の発表ならびに多くの海外研究者と意⾒交換をするという⼤変貴重な経験をすることができました。厚く御礼申し上げます。以下に、参加した国際会議に関する報告をいたします。
２． 渡航の概要
国際会議名：The 28th Annual Congress of the European College of Sport Science
渡航先：フランス（パリ）
会期：2023 年 7 ⽉ 4 ⽇〜7 ⽉ 7 ⽇（4 ⽇間）
発表演題：Beneficial effects of post-injury icing on skeletal muscle regeneration in a new injury modelwith necrosis limited to a small fraction of myofibers in rats
会議の情報：
European College of Sport Science 主催の学術会議は、スポーツ科学分野の学術会議の中で世界トップク
ラスの規模を誇り、今回の会議には 74 の国から総勢 3039 名の参加者が集いました。本会議では、⽣理学、⼼理学、バイオメカニクス、栄養学、社会学、教育学、スポーツ医学、リハビリテーション、オリンピック・パ
ラリンピックといったスポーツに関する幅広い分野の研究発表が⾏われました。
３． 発表内容と海外研究者との意⾒交換
今回は 2023 年 4 ⽉に American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology
誌に採択された我々の研究成果を発表しました。発表内容は、⾻格筋損傷の程度に着⽬し、損傷が軽微な場合には、受傷後のアイシングが筋再⽣を促進することを初めて⽰した基礎的知⾒でした。本発表に関連して、多くの海外研究者と意⾒交換をする中で、⾻格筋損傷の程度をスポーツ現場で即時的に評価するための⼿法や、今回の知⾒をスポーツ現場に応⽤していくために今後取り組むべき研究課題などについて有意義な議論をすることができました。

（左）：議論した海外研究者との写真（右）：発表の様⼦４． 謝辞
最後に、今回の渡航にあたり、渡航費の助成を賜りました公益財団法⼈ウエスコ学術振興財団に⼼より感謝
申し上げます。

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令和５年度 海外渡航報告書
川崎医療福祉大学 医療技術学部
矢納 陽
１． はじめに
このたび，本助成により国際会議にて研究発表する機会を与えていただきました．貴重な経験をすることができ，大変うれしいです．本当にありがとうございました．以下では，国際会議への参加および発表に関する報告を記します．
２．国際会議の概要
国際会議名 28th International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA2023)
渡航先 シナヤ（ルーマニア）
期間 2023 年 9 月 12 日～9 月 15 日
主催団体 IEEE Industrial Electronics Society (IEEE IES)
本会議は 1992 年にオーストラリアで初開催され，その後，日本，アメリカを経て近年ではヨーロッパでの開催が続いており，今回はルーマニアで開催された．今回の会議では口頭，ポスターを合わせておよそ 250 件の発表が行われた．論文の著者は国別にドイツ，フランス，スペイン，チェコ，イタリア，オーストリア，オランダ，ノルウェー，スウェーデンだけでなく，開催国のルーマニア，さらにアジアは日本以外では台湾の参加もあった．

会議の様子（左：基調講演．右：セッション）

３． 研究発表の内容ならびに他の研究等について
会議 2 日目に，Predictive control（予測制御）というセッションにて会議の実行委員と共同で座長を務めつつ発表を行った．演題は「A Study on Disturbance Suppression of Self-Tuning Generalized Predictive
Control Method with Reduced Computational Complexity」である．内容は一般化予測制御法に基づきセルフ
チューニングコントローラを構成した際の計算量を削減しつつ，外乱応答特性を調整できる手法に関するものである．従来法と比較して，外乱の影響を抑えつつ計算量はおよそ 40%削減できることを数値例によって示した．本セッション内では廃水処理プロセスのモデル予測制御に関する発表が行われ，提案された制御系の仕組
みや計算時間に関する質疑を行った．さらにペトリネット（離散事象システムの記述モデル）を利用したサイバー攻撃の診断法に関する提案が行われた．短い時間ではあったが，共同で座長を務めた方からルーマニアでの学科の様子（制御関連．1 学年 40 名程度）や進路状況（国外で就職する学生がそれなりにいる）なども聞く- 279 -

ことができ非常に有意義であった．また，Data-driven and Process Control（データ駆動とプロセス制御）というセッションに参加した．データ駆動制御には 1 回の実験データから制御器のパラメータ調整を行う手法として VRFT（Virtual Reference Feedback Tuning）や FRIT（Fictitious Reference Iterative Tuning）と呼ばれる手法があるが，本セッション内では ERIT（Estimated Response Iterative Tuning）に対する参照モデルの設計法に関する発表を聴講した．他にも，産業分野で広く用いられている PID（P（Proportional：比例），I（Integral：積分），D（Derivative：微分））制御法に対して，目標値と制御量の偏差を 2 階微分した要素も組
み入れることによって，制御性能を向上させる試みの研究も聴講することができた．

数値例（左：提案法（実線）は計算量を削減しつつ，右：従来法（実線）よりも外乱の影響を抑えられている）

４． 終わりに本助成のおかげで研究発表をすることができました．重ねてお礼申し上げます．自分の研究発表を行うだけ
でなく，他の研究者の発表を対面で聴講しつつ議論に参加できることは，自身の研究に刺激を与え，さらにお互いの研究を発展・融合させていくために大変良い機会であることを再認識しました．今後も地域の発展に寄与できる研究の推進を目指していきたいと思います．ありがとうございました．
以上- 280 -

令和 5 年度 海外渡航報告書
山陽学園大学看護学部看護学科
石橋 昭子
（概要）
渡航先：カナダ、モントリオール
会場：モントリオール国際会議場・コンベンションセンター：パレ・デ・コングレ・ド・モントリオール
目的：国際看護師協会（International Council of Nurses：ICN）に出席、研究発表
日程：2023 年 6 月 29 日（木）～7 月 7 日（金）2023 年 6 月 29 日（木）：（移動日）日本：成田成田国際空港発→カナダ：モントリオール着
2023 年 6 月 30 日（金）：モントリオール国際会議場の会場・交通等の事前確認
2023 年 7 月 1 日（土）：ICN 2023 CONGRESS 出席、オープニングレセプションに参加
2023 年 7 月 2 日（日）～2023 年 7 月 5 日（水）：ICN 2023 CONGRESS 出席、研究発表・情報交換・交流
2023 年 7 月 6 日（木）：（移動日）カナダ：モントリオール発
2023 年 7 月 7 日（金）：（移動日）日本：成田国際空港着

2020 年に博士（看護学）を修得し、看護分野に関する研究活動の推進と国際的視野を広げるために自分なりの研鑽を続けている。国際看護師協会（International Council of Nurses：ICN）ICN Congress は、隔年で開催されおり、前回は、2021 年のアブダビ大会においてポスター発表を行なった。しかしコロナ禍の状況により、オンライン開催となった。今回は国際交流を通して、国内の知見では理解し得ない看護の科学性と精神看護専門看護師の専門性に関する国際的視野を獲得するために、ICN モントリオール大会への参加を計画した。

【渡航先での研究発表】
渡航先では 2 件のポスター発表を行なった。
1. A Conceptual Analysis of ‘Direct Care' in Certified Nurse Specialist in Psychiatric Mental
Health Nursing in Japan. 精神看護専門看護師の「直接ケア」の概念分析 発表者 石橋昭子
（概要）精神看護専門看護師で看護学科教員の助言を受けて日本の精神看護専門看護師の直接ケアに関する
18 文献を検討した。日本における精神看護専門看護師の直接ケアの定義案として「患者とのケア関係を構築
し、専門的技術を活用し、危機的状況における適切かつ適応的な介入のためにケアマネジメントを実施することにより、複数の役割を果たすことである」と示唆された。

2. Certified nurse specialist in psychiatric mental health nursing in Japan 'direct care' crosssectional study. 精神看護専門看護師の直接ケアに関する横断研究 発表者（石橋昭子）（概要）日本の精神帆看護専門看護師が提供する「直接ケア」を明らかにすることである。調査は、山陽学- 281 -

園大学倫理審査委員会の承認を得て実施した。各項目の主な結果は、通常の直接ケアでは、精神科看護 CNS は
アウトリーチ支援、家族支援、ソーシャルスキル開発、対人関係再構築、症状対処行動、リスクと問題行動の予防と対応、集団精神療法等、リエゾン精神看護 CNS は、精神症状アセスメント、看護面接、生活調整、心理教育等を行なっていた。やりがいとして、精神科看護 CNS は「困難事例のアセスメントと介入が成功し、患者と家族を取り巻く状況が改善したとき」等がみられ、リエゾン精神看護 CNS は「患者が外来を受診し続けること」「患者の意思決定が促進されること」等がみられた。困難さとして、精神科看護 CNS は「患者のアセスメ
ントと直接ケアの方向性が正しいかどうか」等がみられ、リエゾン精神看護 CNS は「身体疾患を有する入院患者のケアに自信が持てないこと」「症状が改善しないときの無力感」等がみられた。
日本における精神看護専門看護師の定義として「精神疾患患者への水準の高い看護およびリエゾン精神看護」がある。米国をはじめとする海外でも日本同様に専門看護師は水準の高い看護を行なうと定義されている。また日本では認められていないが、米国では州法により高度実践看護師（CNS 等）に薬の処方権限が与えられている。全米 2,475 人の CNS に対するアンケート調査では、24.4％の約 600 名が薬の処方権限を持っていると答えており、CNS の４人に１人は薬の処方が許可されている 1）。ICN のアドバンスト・ナーシングの資格の明確化に関する ICN の見解では、ナースプラクティショナーは通例、処方権をもつ 2）としている。このように、日本と諸外国において専門看護師の専門性や役割の特徴があるため、このような国際学会への参加と国際交流を通して検討することは、今後の日本の看護の専門性の発展に貢献できると考えられた。

【海外の看護師の状況】
世界的なコロナ禍の状況により、患者の命を救うために活躍した看護師、感染により命を落とした看護師そして世界的な看護師不足の課題が報告された。フィリピンでは、国際的に活躍できる看護師の育成に努めて成果を上げてきた。しかし一方で、人材の海外流出が課題となっていた。対策として、看護師資格取得後 2 年間はフィリピン国内で従事することを義務づけ、フィリピン国内の人材不足への対応を行なっていた。

（謝辞）今回の海外渡航に際し、ご支援を賜りましたウエスコ学術振興財団に心より感謝を申し上げます。
本研究は 2021 年度山陽学園大学学内研究補助金の助成を受けて実施しました。

（引用・参考資料）
1）The Role of the CNS: Findings from the 2020 Census,
national association of clinical nurse specialists,
https://nacns.org/resources/cns-census/（2023.7.28 参照）
2）Madrean Schober, Daniela Lehwaldt, Melanie
Rogers,etc.GUIDELINES ON ADVANCED PRACTICE NURSUNG 2020,
INTERNATIONAL COUNCIL OF NURSES,
https://www.icn.ch/system/files/documents/202004/ICN_APN%20Report_EN_WEB.pdf（2023.7.28 参照）- 282 -

著者、会場内でのポスター発表

（表 題）
糖尿病腎症における基礎的研究（所 属）

The University of Texas MD Anderson Cancer Center, Section of Nephrology
（氏 名）

三瀬 広記
（概要）近年、ミトコンドリア医学は著しく進歩してきているが、糖尿病性腎臓病(Diabetic kidney disease: DKD)
における、電子伝達系(Electron transport chain: ETC)リモデリングのメカニズムは解明されていなかった。そこで、我々は、DKD モデルマウスの糸球体ポドサイトにおける ETC リモデリングを検討したところ、呼吸鎖 I (ComplexI)サブユニットの蛋白量や Complex I 活性が DKD ポドサイトで有意に低下していることが分かった。次に、Complex
I のサブユニットの一つである Ndufs4 をポドサイト特異的に過剰発現させた DKD モデルマウス(Ins2Akita/+;Ndufs4podTg)を作製し、DKD 進展やミトコンドリア機能を評価した。Ins2Akita/+;Ndufs4podTg マウスでは Ins2Akita/+マウスに比してアルブミン尿や腎病理所見の改善を認めたのみならず、ミトコンドリア ATP 産生の上昇、ミトコンドリア ROS の低下、ミトコンドリアダイナミクスの改善やクリステの密度上昇が確認された。さらに、APEX2 proximity labeling,
complexsome profiling, supe-resolution imaging により、クリステ構成タンパク質の一つである STOML2 と NDUFS4の相互作用が、NDUFS4 過剰発現によるクリステリモデリング改善の主要メカニズムであることが分かった。以上より、
NDUFS4 は DKD における新規ターゲットとなることが示唆された (Mise K. et al, Nat Commun 4;15:1965,2024)。

（本文）

群ではアルブミン尿が有意に改善していた(図2a-c)。

DKD モデルマスとコントロールマウスのポドサイトかまた、病理組織学的評価により、Akitaマウス群に比ら単離したミトコンドリアを用いて、プロテオーム解

してAkita-Ndufs4過剰発現マウス群ではメサンギウム

析やトランスクリプトーム解析を行った結果、呼吸鎖

基質、糸球体基底膜肥厚、フットプロセス融合、ポド

I (Complex I)サブユニットの蛋白量や Complex I 活性

サイト脱落の改善が確認された(図2d-h)。

が DKD ポドサイトで有意に低下していることが分かっ次に、初代培養ポドサイトにおけるミトコンドリアた(図 1a-d)。さらに、Complex I のサブユニットであ呼吸機能を評価したところ、Akitaマウス群では主要

る Ndufs4 が 1 型及び 2 型糖尿病モデルマウスのポドサ

なOCR(酸素消費量)は全て低下していたが、Akita-

イトで低下していることが確認された(図 1e,f)。
また、

Ndufs4過剰発現マウス群では有意な改善が認められた

ヒト糖尿病腎症糸球体でも Ndufs4 の発現が低下して(図3a-e)。また、Rotenon投与によるCI (Complex I)いることが確認でき、糸球体内の Ndufs4 発現量は腎機

activityを評価したところ、Akitaマウス群で有意に能やアルブミン尿、糖尿病腎症糸球体病変の重症度と下がっていたCI activityはAkita-Ndufs4過剰発現マも強い相関があった(図 1g-i)。これらの結果から、

ウス群で有意に改善していた(図3f)。IHC-Fr-NADH

NDUFS4 は DKD 進展に強く関連していると考えられ、

diaphorase staining による糸球体内CI activityの糖尿病腎症において低下するNdufs4を回復させること評価でも同様で、Akitaマウス群で有意に下がっていによって、DKD進展がどのように変わるかをみるためたCI activityはAkita-Ndufs4過剰発現マウス群で有に、ポドサイト特異的Ndufs4過剰発現マウスを作成し意に改善していた(図3g)。電子顕微鏡によるミトコン

Akita/+

Akitaマウス(Ins2)と交配させ26週齢まで観察しドリアの形態学的変化の検討では、Akitaマウス群でた。Akitaマウス群とAkita-Ndufs4過剰発現マウス群

亢進していたFissionやミトコンドリア密度低下がで体重および空腹時血糖に差は認めなかったが、Akita-Ndufs4過剰発現マウス群で改善していることがAkitaマウス群に比してAkita-Ndufs4過剰発現マウス確認できた(図3h-n)。

- 283 -

さらに、mito-roGFP を用いたミトコンドリア ROS のアウトによって、消失することが示された(図 6b,c)。

評価や Seahorse analyzer によるリアルタイム ATP

この結果より、NDUFS4 過剰発現によるミトコンドリア

assay によって、Akita マウスポドサイトで上昇した

クリステリモデリングは、STOML2 との相互作用に大きMitosox(ミトコンドリア ROS)や、低下した ATP はく依存していることが示された。

Akita-Ndufs4 過剰発現マウス群で有意に改善していた(図 3o-q)。

最後に、NDUFS4 は STOML2 のどの部分で結合しているかを検討するため、様々な欠損部位を有する STOML2

次に、ドキシサイクリン誘導性に Ndufs4 を過剰発現

mutant を作成し、GST-pulldown assay によって結合部

す る 不 死 化 ポ ド サ イ ト を 作 製 し 、 高 血 糖 (High

位を評価した(図 6g-i)。その結果、NDUFS4 は STOML2

glucose(HG): 25mM)下に Ndufs4 過剰発現のミトコンドの STOM ドメインのなかのβ2-4 で結合している可能性

リアリモデリングに与える影響を評価した。クライオが 示 唆 さ れ 、 こ の 結 果 は Molecular docking

電子線トモグラフィーによるクリステの密度は、高血

simulation の結果にも合致していた(図 6g 下)。

糖治療群で低下していたが、Ndufs4 過剰発現によって以上の結果を整理すると、呼吸鎖複合体 I のサブユ

改善していた(図 4a)。また、BN-GEL によるミトコンド

ニットである NDUFS4 はクリステ構成タンパク質の一リア超複合体の評価では、クリステ密度変化に合致しつである STOML2 との相互作用を介してクリステの構て、Ndufs4 過剰発現によってミトコンドリア超複合体

造維持に寄与するが、DKD ポドサイトでは NDUFS4 の低も増加していた(図 4b-d)。

下に伴い、STOML2 との相互作用も低下するため、呼吸

NDUFS4 がどのようにクリステリモデリング改善に寄超複合体やクリステの密度が低下し、ミトコンドリア与しているかを検討するため、APEX2 を用いた近接依の機能・構造異常が生じる(図 7）。これにより、ポドサ

存性標識法とストレプトアビジンを用いた免疫沈降後イト障害が促進し DKD が悪化するが、NDUFS4 が過剰発

プルダウンアッセイを行った。その結果、クリステ構

現されると、NDUFS4-STOML2 相互作用の改善により呼吸成タンパク質である、IMMT、ATAD3A、STOML2 が NDUFS4

超複合体、クリステ密度、そしてミトコンドリア機能に有意に関連していることが分かった(図 5a-c)。BN-が改善する。このことがポドサイト障害に保護的に働

PAGE に引き続く WB によって、これら 3 つのタンパク

き、DKD 進展が抑制される(図 7)。従って、NDUFS4 は質のうち、STOML2 がミトコンドリア超複合体上でDKD における新たな治療ターゲットとなることが期待

NDUFS4 と強く作用していることが示唆されたため（図

される。

5d）
、Super-resolution imaging によって、高血糖下に近年ミトコンドリアをターゲットとした糖尿病関連

おける NDUFS4 と STOML2 の相互作用が NDUFS4 の過剰発

腎臓病の研究は多く報告されてきているが、臨床の現現によってどのように変化するか評価した(図 5e-j)。

場に実用化されるような画期的な治療ターゲットの発その結果、高血糖下において弱まった NDUFS4 と STOML2

見はまだない。今回の研究をさらに発展させ、DKD が治の相互作用は NDUFS4 の過剰発現によって改善するこるような治療薬の開発につなげたいと考えている。

とが示された。従って、NDUFS4 過剰発現によるミトコ
ンドリアクリステリモデリング改善は STOML2 との相互作用を介していることが示唆された。
次に、NDUFS4 過剰によるクリステリモデリング改善に STOML2 との相互作用がどの程度寄与しているかを調べるために、STOML2 ノックアウト(＋NDUFS4 過剰発
現)ポドサイトを作製し(図 6a)、高血糖下にクリステ
リモデリングを評価した。
高血糖下で、NDUFS4 過剰発現によって改善したミトコンドリア超複合体やクリステ密度は STOML2 ノック- 284 -

図1

図２

- 285 -

図3

- 286 -

図4

図5

- 287 -

図6

- 288 -

図7

- 289 -

地盤構造物の設計におけるベイズ理論の応用-地盤の 3 次元モデリング岡山大学学術研究院 環境生命科学学域
珠玖隆行
地盤工学実務において，地盤に関する詳細な情報（詳細な地盤調査や室内試験の結果）が得られることは稀であり，本質的に少ない情報から地盤構造や地盤パラメータの分布を推定し，構造物の設計を行う必要がある．
少ない情報に起因する「不確定性」に対処する方法としてベイズ理論があげられるが，ベイズ推論の一部と解釈できるスパースモデリングが地盤工学の分野で注目されている．本研究では，スパースモデリングに基づいた少ない情報からの 3 次元地盤構造の推定方法について説明するとともに，その適用例について示す．
1. はじめにに利用して合理的なモデリングを実現できる「疎性沈下や斜面崩壊などの地盤の力学的挙動を評価す

モデリング」の方法について示すとともに，その実る際には，地盤材料の力学挙動を説明できる数理モ

データへの適用例を示す．

デル（構成モデル）とその数理モデルに必要な地盤パラメータが必要となる．数理モデルに関しては，

2. 疎性モデリング

液状化や斜面崩壊などの複雑な非線形現象をシミュ

2.1 空間的に疎なデータに基づく地盤モデリング

レートできる精緻なモデルが利用できる環境にある

はじめに，本研究で用いる地盤モデリングの基本が，それらのモデルに必要なパラメータを合理的な的な方法について，図 1 に示す 2 次元問題を例とし決定に関しては課題が多い．地盤のパラメータは空て説明する．標準貫入試験の N 値（NSPT）の深度

間的にばらつくことが知られているが，そのばらつ

プロファイルのデータが 2 つあるとする．2 次元のきを評価するための十分なデータ（ボーリングデー

地盤断面をセルに分割し，各セルの NSPT を xj（j = 1,

タや力学試験結果）が利用できることは極めて稀で

2, …, n =100）とする．このような条件の下では，地あり，データが得られたとしても，空間的に疎な状

盤モデリングは，2 本のボーリングデータ y（i= 1, 2,i

況がほとんどである．そのため，データが疎な領域…, m =20）から xi を推定する逆問題と解釈することや無い領域に対して，何らかの仮定や解釈に基づいができる．
逆問題を解くために，データ y と推定値 x の関係て経験的に推定されることが行われてきた．
本節では，そのような空間的に疎なデータを最大限

NSPT

NSPT
y10

y20

Depth z (m)

y9

y19
y8

Bor.1
x91 



Bor.2
 x100

x51



x60

x11 
x1 x2




 x20
 x10

y18

y7

y17

y6

y16

y5

y15

y4

y14

y3

Bor.1

を次式で定義する．

y13
y2

y12

y1

y11

j

i

Bor.2

図 1 2 次元モデリングの例- 290 -

Target areay  Ax(1)x k 1   A T A  B T B 

1

A y  B (z  u ) (5)元の未知パラメータベクトルであり，A は y と x のz k 1  S  /  (Bx k 1  u )(6)

関係を規定する 0 と 1 の要素から構成される線形作

u k 1  u k  s (Bx k 1  z k 1 )(7)

ここに，y は m 次元観測データベクトル，x は n 次

T

T

k

k

用素マトリクスである．
データが少なく未知パラメータが多い状況（m <<ここに，はペナルティーパラメータであり，u はn）においては式(1)の逆問題を解くことができない

Lagrange 乗数，k は繰り返し番号を表す．また，S/

（A が正則でないため逆行列が定義できない）．
そこは軟判定閾値関数 3)であり，次式で定義される．

でここでは，スパース性を考慮した正則化項を加えxj   / S  /   0
x   /  j

た以下の目的関数の最小化により，式(1)の逆問題を解くことを考える 1)．

J 1 

1(y  Ax) T (y  Ax)   | Bx |2

(2)

ここに，| . |は絶対値ノルム，は正則化パラメータ，

xj   / 
 /   x j   / 
xj   / (8)

上記のアルゴリズムの式(5)において，逆行列を計算する必要がある．

B は未知パラメータ x の空間差分を表現するマトリ対象とする未知パラメータの次元が大きくなると，クスである．B は任意のモデル化が可能であるが，先述したメモリの制約に加えて逆行列の計算時間のここでは 1 階差分を表す次式を用いる．

制約も問題となる．ここでは，1)Compressed Row 1 1 0 1 0 0 1 0 0 Bx  D1x   0 1 1
 0 1 0 0 1 0





0 0 0
1 0 0
0 1 0
0 0 0
0 1 0
0 0 1


 x1  
  x2 x 
  3  (3)   x 
  11   x12    x13 
 
  

Storage（CRS）形式を用いた行列データの格納および行列演算，2)共役勾配法による式(5)の計算により，メモリと計算量の問題を解決した．これらの方法は数値計算の教科書にも標準的に示されているため，
詳細については参考文献 4)，5)に譲る．計算効率について，既存のパッケージ 6),7)と比較した結果を図 2に示す．図中の genlasso がパッケージを表し，式(2)に基づいた地盤モデリングを「疎性モデリング」

eADMM が提案した方法を表す．なお，計算は一般と呼ぶ．

的な PC（Intel Core i5-8265U CPU at 1.6GHz with 8GBRAM）を用いて実施した．パッケージ genlasso では
4,000 次元より大きな問題は扱えなかった．
図から明2.2 計算アルゴリズム
式(2)の最小化には既存のソルバーを利用することができるが，対象とする問題が 3 次元の大規模問らかなように，提案手法では，より高次元な問題を高速に解くことができる．

題を解く際には，計算機のメモリが足りないなどの問題が生じる．ここでは，大規模問題を効率的に解くための方法についてその概要を示す．
ソルバーとして，交互方向乗数法 2)を用いる．交互方向乗数法では式(2)を変形した次式を最小化す
る．

min
x

1
( y  Ax)T ( y  Ax)   z s.t. Bx  z (4)2交互乗数方向法では式(4)が以下の 3 ステップを繰返し計算することにより最小解を求めることができる．

- 291 -

図 2 未知パラメータ数と計算時間（Sec）の関係

セルサイズは，1.25m×0.1m×1.25m であり，セルの数

3．適用例
地盤の疎性モデリングの適用性について検討する

は 8,450 であり，これが未知パラメータ x の次元とため実際のサイトに適用した結果を示す．
ここでは，なる．CPT のデータから土質分類指数 Ic を計算し，電気式コーン貫入試験（Cone Penetration Test，以下，

y，x として用いた．モデリングには 16 本の CPT デ

CPT と略称する）の密なデータが得られているオーータを用い，検証用データとして，Cd6，Cd16，Cd26

ストラリア，アデレードのサイト 8)を対象とする．

を用いた．

対象としたサイトの CPT のレイアウトを図 3 に示す．

推定した地盤の 3 次元モデル（Ic の 3 次元空間分

用いた PC では，メモリの制約により図 3 全体の領布）を図 5 に示す．疎性モデリングに必要な正則化域を解析することができなかったため，ここでは，パラメータ l は，L-curve 法 8),9)により決定した．疎“Target area”に着目したモデリングを行う．図 4 に，性モデリングによって，CPT の計測データ間が合理計算に用いた 3 次元地盤メッシュ（セル）を示す．

的に補間されており，水平成層構造が同定されてい

A

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2.3
B
CD1
C

Legend5m

Successful soundings
Unsuccesful soundings

1.1

Continuous core sample

2.5 m

2.3

0.5 m

D

1.0 Depth to top of Keswick Clay
Triaxial samples

E

50.0m

Target Area

F
1.6

1m

G
H

7

9

2.2

Cd6

Cd16

Cd26

D

I
2.2
3.3

1m

E

5m

50 m

16.5m

Layout of Vertical CPTs

Target Area

図 3 CPT のレイアウト

図 4 3 次元地盤モデル- 292 -

16.5m

2.4

8
Core sample

C

J

K

6
B

図 5 推定された Ic の三次元の空間分布

図 6 検証用データとの比較

る．図 6 は推定値と検証用データとの比較を示して4．まとめ

いる．今回対象とした地盤は比較的単純な成層構造

本節では地盤の 3 次元疎性モデリングの方法につを示しており，推定値と検証用データは比較的よいいて示すとともに，その実地盤への適用例について対応を示している．定量的な比較を行うために計算示した．疎性モデリングを 3 次元の問題に適用するした RMSE の値を表 1 にまとめる．

場合，計算機のメモリ容量の制限や計算量の増大といった問題が生じる可能性があるため，疎性モデリ

表 1 検証用データに対する RMSE

ングを効率的に実現するためのソルバー（アルゴリBor. No.

RMSEズム）を示した．提案した方法により，3 次元のモ

Cd6

0.182

る．このような地盤の 3 次元情報は，斜面の安定性・

Cd16

0.111

崩壊リスクを評価する際に重要な情報となり，今後

Cd26

0.070

デリングであっても現実的な時間で解くことができはその実設計への適用性について検証する必要がある．

- 293 -

5） Saad, Y.: Iterative methods for sparse linear systems,

参考文献

Society for Industrial and Applied Mathematics,

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the lasso, J. Royal Statist. Soc. B, 58 (1), 267-288,
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6） Tibshirani, R. J. and Taylor, J.: The solution path of
the generalized lasso, Annals of Statistics 39 (3),2） Boyd, S., Parikh, N., Chu, E., Peleato, B. andEckstein, J.: Distributed optimization and statistical

1335-1371, 2010.

learning via alternating direction method of7） Arnold, T. B. and Tibshirani, R. J.: Efficient

multipliers, Found Trends Machine Learning, 3(1),implementations of the generalized lasso dual path

122p, 2010.

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3） Donoho, D. L.: De-noising by soft-thresholding,8) Hansen, P.C.: Analysis of discrete ill-posed problems

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613-627, 1995.

9) Hansen, P.C. and O’Leary, D.P.: The use of the4） Golub, G.H. and Van Loan, C.: Matrix Computation,
The Johns Hopkins University Press, Fourth Edition,2013.

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L-curve in the regularization of discrete ill-posed
problems, SIAM J. SCI. Comput., 14(6), 1993.