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社会的相互作用に基づく「数学的意味と表現の相互発達」に関する授業構成の研究

本研究は,数学的意味の協定と数学的表現の協定の2つを社会的相互作用の機能ととらえた上で,社会的相互作用を基軸とする授業デザインの枠組みを提起するものである。本研究の成果は次の2点になる。第一は,授業デザインや子どもの活動の分析に活用可能な「数学的意味と数学的表現の相互発達に関するモデル」を提起するとともに,「数学的意味と数学的表現の相互発達を視座とした授業デザイン原理」を提起したことである。第二は,こうした理論的枠組みをもとに,小学校第2学年「たし算」の単元に関する「授業改善案」と「授業計画案」を策定した上で,教授実験や事後調査の結果をもとに,それらの有効性や妥当性を検証したことである。本研究の目的は次の二点にある。第一は,「主観的意味から客観的意味への変容過程」と「インフォーマルな表現からフォーマルな表現への洗練過程」を2軸とする教授・学習モデルを理論的に検討することである。第二は,こうした教授・学習モデルに基づいて,算数・数学科におけるいくつかの教材に関する指導上の課題を抽出し,改善策を提案することである。このような研究目的の下,平成25年度の研究では,個人の主観的意味の発達を重視する構成主義の理論と高次精神機能の発達における記号の媒介性を重視する社会文化主義の理論とを協応させるという立場から,第2学年「たし算の筆算」の指導の在り方について,理論的かつ実践的に検討した。具体的には,次のような理論的研究および実践的研究を行った。理論的研究としては,たし算の意味の発達と慣例的な表記である「筆算」との円滑な接続を図るという視座から,第2学年における「たし算の筆算」の単元に関する教科書の展開を批判的に検討し,次の2つの改善のポイントを指摘した。第一は,「くり上がりのないたし算」においては「十の位から計算する方法」と「一の位から計算する方法」の両方を認めた上で,「くり上がりのあるたし算」において,子どもたちの社会的相互作用を活性化しながら,筆算に基づく一の位から計算する方法の有用性を認識させることである。第二は,第一とも関連して,「表現の変容」という視座から,子どもたちの「インフォーマルな表現」から「筆算」へのなだらかな移行を促すことである。こうした理論的研究をふまえ,実践的研究として,約10単位時間にわたる研究授業を協力小学校において実施し,上述の理論的改善がおおむね有効であることを検証した。本研究の全体的な目的は,「主観的意味から客観的意味への変容過程」と「インフォーマルな表現からフォーマルな表現への洗練過程」を二軸とするような教授・学習モデルを理論的かつ実践的に構築することにある。このような研究目的のもと,平成26年度の研究では,「式の対象化と脱文脈化」という視座から,小学校第6学年「三角柱の体積の求め方」の指導のあり方について,理論的かつ実践的に検討した。まず,教科書分析などによって,従来の「三角柱の体積の求め方」の指導について,次のような実践的課題があることを導出した。「三角柱の体積の求め方」の目標は,前時で学習した「四角柱の体積」の場合と同様に,「底面積×高さ」によって三角柱の体積を求めることができることを演繹的に理解させることにある。しかし,実際の授業では,A「四角柱の体積を「底面積×高さ」によって求めることができることをふまえ,そのことからの類比によって三角柱の体積を求める考え」と,B「三角柱を包含するような四角柱を考え,三角柱の体積はその四角柱の体積の半分であるとする考えなどのように,既習の四角柱の体積をもとにする考え」の2つの考えの位置づけ方が曖昧になっているという課題を導出した。こうした課題を解決するためには,教室における社会的相互作用を活用しながら,上記AあるいはBの考えの類似点や相違点,関係性を児童に十分に理解させることが重要になる。こうした視座から,RME理論やデルフラーの一般化理論を援用しつつ,上述のAあるいはBの考えに基づいて導かれた「体積に関する式」を対象化させ,かつ,もとの考えからの脱文脈化を図る活動を仕組むことが,授業改善の重要なポイントになることを理論的に指摘した。さらに,こうした理論的研究をふまえ,実践的研究として,協力小学校において研究授業を実施し,上述の理論的改善がおおむね有効であることを検証した。このような研究目的のもと,平成27年度の研究成果としては,次の3つをあげることができる。第一は,RMEや構成主義に関する研究など,主要な先行研究を検討しながら,「数学的意味と数学的表現に関する相互発達モデル」(以下,相互発達モデル)を理論的に提案したことである。相互発達モデルは,1シンボル化を基盤とした「意味と表現の基本ユニット」,2意味と表現の対象化及び能記性・所記性,3意味と表現に関する3つの水準(意味と表現の連続的移行),4シンボル化された表現の専有・道具化,という4つの基本的特性を有するものである。第二は,「数学的意味と数学的表現に関する相互発達」を視座とした3つの「授業デザイン原理」を提案したことである。この授業デザイン原理は,構成主義,相互作用主義,社会文化主義の協応を背景としたものである。

第三は,相互発達モデル,授業デザイン原理を理論的枠組みとしながら,教科書分析の結果もふまえつつ,小学校第2学年「たし算」に関する「授業改善案」を提案したことである。また,そうした「授業改善案」をもとに,個別の授業計画にあたる「授業計画案」も策定し,計7単位時間にわたる実験授業や事後調査結果の分析を通じて,「授業改善案」や「授業計画案」の有効性,妥当性を検証したことである。なお,以上の研究成果については,学会において発表するとともに,学会誌の論文としても公表している。本研究は,数学的意味の協定と数学的表現の協定の2つを社会的相互作用の機能ととらえた上で,社会的相互作用を基軸とする授業デザインの枠組みを提起するものである。本研究の成果は次の2点になる。第一は,授業デザインや子どもの活動の分析に活用可能な「数学的意味と数学的表現の相互発達に関するモデル」を提起するとともに,「数学的意味と数学的表現の相互発達を視座とした授業デザイン原理」を提起したことである。第二は,こうした理論的枠組みをもとに,小学校第2学年「たし算」の単元に関する「授業改善案」と「授業計画案」を策定した上で,教授実験や事後調査の結果をもとに,それらの有効性や妥当性を検証したことである。平成26年度の研究では,第6学年「三角柱の体積の求め方」の授業について,理論的な改善案を提案することができた。また,協力小学校における研究授業によって,理論的な改善案がおおむね有効であることも示唆された。以上を総合的に考慮して,研究が「おおむね順調に進展している」と判断した。数学教育学平成27年度の研究では,平成26年度の研究に引き続き,「主観的意味から客観的意味への変容過程」と「インフォーマルな表現からフォーマルな表現への洗練過程」を二軸とする教授・学習モデルを理論的かつ実践的に検討する。また,1年次の研究で検討した第2学年「たし算の筆算」や,2年次の研究で検討した「三角柱の体積の求め方」以外の教材についても,指導上の課題を抽出し,その改善策を実践的に検討する。平成25年度の研究では,第2学年「たし算の筆算」の単元について,理論的な改善案を提案することができた。また,協力小学校における検証授業によって,理論的な改善案がおおむね有効であることも示唆された。なお,平成25年度の研究成果については,現在,授業記録などの整理中であり,平成26年度に学会発表あるいは論文投稿を行う予定である。平成26年度の研究では,平成25年度の研究に引き続き,「主観的意味から客観的意味への変容過程」と「インフォーマルな表現からフォーマルな表現への洗練過程」を2軸とする教授・学習モデルを理論的に検討する。また,平成25年度の研究で検討した第2学年「たし算の筆算」以外の教材について,指導上の課題を抽出し,その改善策を実践的に検討する。
食品中の変異原性を迅速に測定するシステムの開発

当初計画で申請した前進突然変異試験法を用いる測定システムは、変異株と非変異株を識別する抗生物質混在下での変異株の成長が予想以上に悪く、クラーク型電極でその差異を検出できるほどには大きくならず、変異原性検出に関しては実用的な測定機器とはならないことが年度途中で判明した。そこで代案として、全く別の原理に基づく変異原センサの試作を試みた。半年余りであるが、一応の結果を得たのでは以下に報告する。これは突然変異が起きた菌体内で、変異修正のために発動される一連の酸素反応(SOS反応)のうち、β-ガラクトシダーゼ活性の強さがDNA上の突然変異量に比例する関係に着目したものである。システム作成に必要なグルコースセンサの組立と酸素の固定方法については、グルコース検出感度・固定化酸素の安定性の点をクリアできたので、濾紙薄膜による吸着固定法を採用した。次に内部の酸素群を抽出するのに欠かせない菌膜の破壊方法は、迅速化のため原報にあるタンパク変性剤などの試薬類は一切用いないことを原則に種々検討した結果、細胞破砕用の超音波発生装置で極めて短時間(3-5秒)の処理で目的を達成できた。ハード面での条件設定が出来たので、酸素反応基質(β-ラクトース)の添加濃度を水溶液として0.25g/ml、および反応時間を5分間に設定した。混在するα-型グルコースの対策としては、固定化酸素膜にムタロターゼを併用することですべてβ-型として測定できることを確認した。実際にセンサを使用するには、既知変異原物質を用いて測定を行わなくてはならない。現在この段階の検討を行っているところであり、時間的には従来のumu試験法の半分程度の時間で測定結果が得られている。しかし予想外に陰性対照値が高いため、現段階ではかなり狭い濃度範囲でしか測定に成功していない。目下この原因を追求中であるが、二年間の研究期間終了後も継続して試験を行いなるべく早い時期に完成したいと考えている。発がん性スクリーニングにはエイムス法が一般的だが、試料中に遊離ヒスチジンの混在は許されず、72時間の培養時間も避けらない。多数の食品試料の変異原性を短時間、かつ高感度に測定するために、前進突然変異試験(FM)法と電気的デバイスを組み合わせ、従来4-5日間を要していたFM試験を1-2日間程度に短縮する、変異原性迅速測定システムを開発しようと本研究を行った。菌の呼吸活性から変異原性を測定しようとする試みは、既に十数年前に報告が2例あるが、エイムス法で推奨する菌株を採用し、原理的には測定可能であるとの報告に止まっており、実際に天然物の変異原性を測定Dきるまでには至っていない。一方、FM法に関してはかなり良く研究されており、当研究室でさらに簡便化・微小化にも成功している。そこで初年度は直接変異原性物質を対象として、菌と試料の反応要件を検討した。その内容は次の通りである。1)菌の固定化方法:孔径0.45mmメンブラン上に吸引濾過固定[確定]、2)呼吸活性測定環境の最適組成と電流減少値の安定に要する時間:数分間で安定化[確定]、3)呼吸活性測定時の至適温度:30°Cが至適[確定]、4)一定の試験菌に必要十分な抗生物質(8-AG)の量および処理に要する至適反応時間:菌数が7x10^5個の場合で8-AG 1mg添加が至適[確定]、5)変異菌の呼吸活性を検出可能になるまでの必要な増殖

時間:0.5-8時間の範囲では培養条件を変えても、センサでの呼吸活性の差を検出できなかった[未解決]、6)試験菌に対する毒性の補正方法:前段階が未解決であるので、この部分は未着手。次年度は未解決の上記問題点の解明に当たると同時に、本研究申請後にISOに採択(ISO/TC147/SC5)されたumu試験法のセンサ化も追加して研究を行い、期間内に変異原性迅速測定システム開発を成功させたい。当初計画で申請した前進突然変異試験法を用いる測定システムは、変異株と非変異株を識別する抗生物質混在下での変異株の成長が予想以上に悪く,クラーク型電極でその差異を検出できるほどには大きくならず,変異原性検出に関しては実用的な測定機器とはならないことが年度途中で判明した。そこで代案として、全く別の原理に基づく変異原センサの試作を試みた。半年余りであるが、一応の結果を得たのて以下に報告する。これは突然変異が起きた菌体内で、変異修正のために発動される一連の酵素反応(SOS反応)のうち、β-ガラクトシダーゼ活性の強さがDNA上の突然変異量に比例する関係に着目したものである。システム作成に必要なグルコースセンサの組立と酵素の固定方法の検対については、グルコース検出感度・固定化酵索の安定性の点をクリアできたので、濾紙薄膜による吸着固定法を採用した。次に内部の酵素群を抽出するのに欠かせない菌膜の破壊方法は,迅速化のため原報にあるタンパク変性剤などの試薬類は一切用いないことを原則に種々検討した結果,細胞破砕用の超音波発生装置で極めて短時間(3-5妙)の処理で目的を達成できた。ハード面での条件設定が出来たので、酵素反応基質(β-ラクトース)の添加濃度を水溶液として0.25g/ml,および反応時間を5分間に設定した。混在するα-型グルコースの対策としては、固定化酵素膜にムタロターゼを併用することですべてβ-型として測定できることを確認した。実際にセンサを使用するには、既知変異原物質を用いて測定を行わなくてはならない。現在この段階の検討を行っているところであり、時間的には従来のumu試験法の半分程度の時間で測定結果が得られている。しかし予想外に陰性対照値が高いため、現段階ではかなり狭い濃度範囲でしか測定に成功していない。目下この原因を追究中であるが、二年間の研究期間終了後も継続して試験を行いなるべく早い時期に完成したいと考えている。
「戦中派」の戦後

申請者は、作家・遠藤周作が、戦後における倫理的規範の確立を目指した軌跡を分析するため、現在未完成である遠藤周作著作目録における昭和30年代を中心とした著作の発掘に努めた。本年度も継続して、著作目録未収録寄稿が掲載されていることが判明している東京新聞を中心とした確認調査を行った。その成果として確認できた新出資料を用い、論考「原子力への問いかけ-遠藤周作の場合」(「叙説」第3期9号・177-184頁)としてまとめ、現在、顧みられることの少なくなっている遠藤の昭和30年代における戦争への意識と原子力に対する懸念を明らかにするとともに、新出資料の紹介に努めた。また、本年度は、改めて、遠藤作品に描かれた「戦争」をテーマとした作品を収集検証することに努めた。なかでも、第二次世界大戦下の長崎原爆とアウシュヴィッツ収容所を創作対象とした『女の一生二部サチ子の場合』(「朝日新聞」昭56年7月3日昭57年2月7日)の本文分析を念頭に、遠藤著作のうち、原子爆弾や収容所について語っている著作の収集・発掘に努めた(長崎原爆関連新出資料3点、アウシュヴィッツ収容所関連新出資料2点を発掘)。図書館等の調査から発掘した資料のうち、昭和30年代初頭の女性誌「新女苑」へ寄稿した長崎原爆について語った資料は、『女の一生二部』を読み解く上で重要な根拠となるだけでなく、作家・遠藤周作が、戦後作家として第二次世界大戦への認識を語った重要な資料であった。この調査の成果は、論考「遠藤周作『女の一生二部』論-コルベ神父に託した希望の内実」(「近代文学論集」38号・1-10頁)としてまとめた。新たに確認できた資料の数はさほど多くはなかったが、本年度の調査で見出した新出資料は、遠藤文学全体を「戦争」というキーワードで深く読み解く上での鍵となるものであったと考える。
カエル初期胚を用いた機能発現法による新しい神経発生関連遺伝子の探索

本研究は、初期の神経発生過程を分子レベルで解析することにより、神経組織がどのようにして作られていくのかを明らかにすることが目的である。初期発生過程で機能する新たな遺伝子を同定するため、アフリカツメガエルの初期胚を用いて、神経分化にかかわる遺伝子のスクリーンを行った。用いたのはアフリカツメガエルの神経胚のcDNAライブラリーである。プールしたライブラリーのcDNAを未分化の胚組織で発現させ、神経に分化させる活性をもつ遺伝子を単離した。これまでのスクリーニングで5種類の遺伝子をクローン化した。2つは既知の遺伝子、3つは新規の遺伝子であった。3つの新規遺伝子のうち、最も強く神経マーカーを誘導する活性を持つものに注目し、さらに解析を行った。この遺伝子の塩基配列を決定した結果、Rho GDP dissociation inhibitor(GDI)と類似性があることがわかった。そこで、この遺伝子をXRG(Xenopus Rho GDI)と命名した。XRGの過剰発現によって神経が誘導されるということは、Rhoファミリータンパク質が神経への分化を抑制していることが示唆される。XRGは、BMP(bone morphogenetic protein)のシグナル経路に対して拮抗的に働くことが明らかとなった。XRGの過剰発現によりBMPシグナルが抑制され、神経が誘導されることがわかった。現在、XRGの阻害する相手となるGTP結合タンパク質の検索を行っている。本研究は、脊椎動物の発生過程における神経組織形成の分子メカニズムの解明が目的である。初期発生における神経組織の誘導は中胚葉により制御されている。また、中胚葉組織も細胞間のシグナル伝達によって誘導されることが明らかとなってきた。そこで、本研究では、神経組織と中胚葉組織の形成に関わる遺伝子を同定するため、以下のような方法でスクリーニングを行っている。アフリカツメガエルの初期胚外胚葉の一部(アニマルキャップ)を切り取り細胞培養を行うと表皮細胞を形成する。この組織に、ある種の分泌タンパク質や、細胞内情報伝達因子、転写因子などのRNAをインジェクションして発現させることにより、神経や中胚葉などの様々な組織に分化を起こさせることができる。このアニマルキャップアッセイ系を利用し、神経組織、中胚葉組織の誘導活性を持つ遺伝子をcDNAライブラリーの中から検索する。これまでに中胚葉マーカーの発現を誘導する遺伝子として、プロフィリンと相同性の高い新規遺伝子Xproを同定した。プロフィリンはアクチン結合タンパク質であり、また、細胞内のシグナル分子とも結合することが知られている。Xproがどのようなメカニズムで遺伝子発現を制御するかは大変興味深い課題であろう。また、Xproは初期胚において中胚葉および神経系に強く発現しており、発生における役割も解析している。さらに新しい遺伝子の同定を目指し、スクリーニングを継続中である。
地面からの蒸発に関する実験的研究

降水の循環過程において地面からの水の蒸発は、特に乾燥・半乾燥地域において、一つの境界条件となる極めて重要な現象である。この現象は気象条件と土地条件が複雑にからみ合って生起しているので、蒸発に関与するこれらの諸要素の役割の分析・解析を困難にしている。本研究は、風洞実験によってこれらの適当な要素を固定することにより、裸地での蒸発機構の解明を計ったものである。実験方法は、重量計上に設置した地下水面を有する一様な多孔質層の表面に、温度、湿度、風速が一定な気流を長時間風洞を介して与え続けるといったものであり、地下水面は実験開始時には層表面にほぼ一致している。対象とした多孔質層は4種類で、2種類の砂(平均粒径(d)は0.22mm、0.45mm)、赤玉土d=3mm)、一様なガラス玉(d=12mm)よりなり、また気流条件として風速のみが数種類変えられた。以上の実験とその解析で得られた主要な成果を示すと次の通りである。1)実験の比較的初期段階では、蒸発強度や地下水面の降下速度は風が強い程、また場の空隙径が小さなもの程大きくなるが、時間とともに風速の大きさのこれらに対する影響は、空隙径の大きなガラス玉の場合を除外してなくなる。なお赤玉土はmacnoporeとmicroporeを有するが、それぞれは主として地下水面の変化及び蒸発強度に関与する。2)地下水面が比較的高い段階では、気流の摩擦速度で除した蒸発強度は、風速に無関係に地下水面の深さに対して一意的にほぼ決る。3)地下水面上の不飽和域の水分分布は、特に乾燥した部分を除外して、土壌水分特性曲線で近似できる。4)蒸発面は時間とともに層表面より下方へと移動する。5)蒸発面上方の多孔質内の水蒸気輸送は分子拡散と乱流拡散によりなされるが、特に層表面近くでは後者の寄与が著しく大きい。空隙径の大きなガラス玉の場合、乱流拡散での混合距離は粒径の半分程度の大きさとなる。
下側頭皮質における物体色認知のメカニズム

色覚は物体認知において重要な役割を果たすが、大脳皮質腹側高次視覚野の下側頭皮質が色覚に極めて重要であることが破壊実験の結果から示されている。本研究では、下側頭皮質が色覚に果たす役割を調べるために、色に関する機能構築、ニューロン活動と色知覚の関係、光沢感との関係をサルを用いて調べた。色選択性をもつ細胞が下側頭皮質においてどのように分布しているかを調べたところ、特定の場所に集中して存在することが明らかになってきた。この実験ではあらかじめMRIにより脳の構造画像を撮影して脳溝のステレオ座標が分かるようにした状態で手術を行うと共に、電極刺入時にX線撮影を行い、脳のどこに電極が刺さっているか確認しながら実験を行った。下側頭皮質の前部と後部からニューロン活動の記録を行い、色選択性と形選択性についてのマッピングを行った。その結果下側頭皮質前部の前中側頭溝(AMTS)付近の皮質領域と後部の後中側頭溝(PMTS)付近の皮質領域に色選択性をもつ細胞が高い割合でかたまって存在することが確認された。前者の領域はTE野内に存在し、色選択性のみを持ち形選択性を示さない細胞が固まって数mmにわたって存在し、その周辺に色と形の両方に選択性をもつ細胞が存在した。一方後者の領域は受容野の分布から求めた視野再現のパターンからTEO野に相当する領域であると考えられる。さらにこれらの領域の広がりや細胞の反応特性、および繊維連絡を調べ色情報についての機能構築を明らかにすることが下側頭皮質における物体色認知の仕組みを探求するにあたってまず重要であると考えられる。また画像作成装置を導入し、さまざまな照明や分光反射特性をもつ物体を模擬した視覚刺激の作成を行った。それらの刺激を用いて、色恒常性に関する予備的な心理物理実験を行ったところ、ハイライトの有無による色知覚への明確な影響は見出されなかった。また画像の平均的な色が色恒常性に関係することはよく知られており、これが下側頭皮質ニューロンの色選択性に影響を及ぼすかどうかを調べる予備実験を行った。その結果、背景の色によってニューロンの色選択性が系統的に変化することを見出した。この変化には再現性があった。下側頭皮質後部(PIT)に色選択性をもつ細胞が集中して存在することが昨年までの研究で明らかになってきたため、平成17年度はその分布について更に詳細に調べた。PITとして調べた領域は上側頭溝(STS)より腹側の外側表面の皮質で、下後頭溝より前の領域である。この領域には後中側頭溝(PMTS)が存在するが、その背腹方向の位置は脳半球ごとに異なっている。注視課題を行っている2頭のサルでこの領域からニューロン活動を記録し、色選択性、形選択性、および受容野の広がりを調べた。その結果、鋭い色選択性をもつ細胞がPMTS付近に集中して存在することがわかった。この領域はおおざっぱな視野表現を持ち、一番背側の部位の細胞は視野中心に受容野をもち、腹側に向かうと受容野は視野の周辺部に移動し、前の方は下視野を後の方は上視野を表現していた。視野地図の存在する位置は鋭い色選択性細胞が分布する領域と重なっており、その位置はPMTSの位置の変動に従って半球毎に変動した。この結果はPITに、鋭い色選択性を持ちおおざっぱな視野表現をもつ独立した小領域が存在することを示唆しており、我々はPIT色領域(PITC)と名付けた。形選択性については、色と形の両方に選択性をもつ細胞と、形選択性を持たない細胞の両方が混じりあって存在していた。また本年度は視覚刺激に対するニューロン応答の分布を広い範囲にわたって一度に可視化するために、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)の無麻酔サルへの適用を可能にするため、さまざまな技術的改良を加えた。その結果、視野の垂直、水平経線の位置を明瞭に可視化することに成功し、これによってV1、V2、V3A、V4野の広がりをfMRIにより同定することが可能になった。前年度までの研究で、下側頭皮質の前部(AIT)の前中側頭溝(AMTS)後端外側と、下側頭皮質後部(PIT)の後中側頭溝(PMTS)周辺に色選択性をもつ細胞が集中して存在する領域が存在することが明らかとなった。これらの領域が色情報を運ぶ特異的な経路を作っているのかどうかを調べるために、両者の結合関係を調べる実験を行なった。まず1頭のサルでPITにおいてニューロンの色選択性と形選択性のマッピングを行なった。その結果、PMTS付近に鋭い色選択性を持つ細胞が固まって存在し大ざっぱな視野表現を持つという、これまでの結果が確認された。そこで、この部位に蛍光ラベルしたコレラトキシンBサブユニット(CTB)を微量注入し、逆行性に標識された細胞の分布を調べた。その結果、AITのAMTS後端外側に逆行性細胞が固まって存在していた。

この場所はこれまでの研究で色選択性細胞が固まって存在することを見い出していた領域と場所的によく一致しており、これらの領域が色情報を運ぶ経路を形作っていることを示唆している。また上側頭溝後壁、月状溝前壁、下後頭溝内の皮質にパッチ状に細胞がラベルされていた。これらはいずれもV4野内にあると考えられ、V4の中で色情報処理に関わる小領域が存在する可能性を示唆している。もう1頭のサルで更にこの結果を確実なものにするための実験を継続している。また注視課題を行なっているサルでfMRIを行ない、色グレーティングと色モザイク刺激に対する応答を調べ、同じパターンの輝度刺激と比較した結果、下側頭皮質内の異なる領域に活動が生じることがわかった。特にAMTS付近には色モザイク刺激においてのみ活動が認められた。前年度までの研究で、下側頭皮質の前部(AIT)の前中側頭溝(AMTS)後端外側に色選択性を持つ細胞が固まって存在することが我々の研究から明らかになっており、またそれらのニューロン活動がサルの色判断行動と相関していることも確認した。本年度は、これらの色選択細胞の活動が色知覚と因果関係をもつかどうかについて検討するために、この領域に微小電気刺激を加えて、サルめ色判断行動に影響が生じるかどうかを調べた。色弁別課題を2頭のサルに訓練し、それらの課題時に下側頭皮質の前中側頭溝付近のさまざまな場所に微小電極を刺入しニューロンの色選択性を調べた後、微小電気刺激を加え、色判断行動に影響が生じるかどうかを調べた。色弁別課題ではサルが注視中に一つの色刺激が画面中央に呈示され、その後に画面の左右に1つずつ白色のターゲットが現れる。左右のターゲットはそれぞれ異なる色に対応付けられており、サルは左右の二つのうち、いずれが最初に呈示された色と近いかを判断し、そちらに目を向ける。ターゲットに対応付けられた2つの色は色空間で近接した色であり、最初に呈示される色は、これら2つの色の色度座標を直線で結び、これを6等分してできる7つの色のいずれかである。それぞれの色に対してサルが左右のそれぞれの色を選択した確率がサルの色判断を表す心理測定関数である。この課題をサルか行っている時に下側頭皮質前部に微小電気刺激を加えると、一部の場所で心理測定関数の水平移動が生じ、サルの色判断にバイアスが生じた。また電気刺激の効果の大きさは、電気刺激を加えた場所のニューロン活動の色選択性と正の相関が見られた。これらの結果は、下側頭皮質前部の前中側頭溝付近の色選択ニューロンの活動がサルの色判断と関係していることを更に示す結果であると考えられる。物体を認識するための重要な手がかりの一つは表面反射特性である。代表的な表面反射特性の一つである光沢の知覚にかかわる神経表現を明らかにするため、様々な光沢をもつ視覚刺激に対する下側頭皮質ニューロンの反応を調べた。BRDFデータベースから選んだ33種類の表面反射特性をもつ物体画像を視覚刺激としてコンピュータグラフィクスを用いて作成し、注視課題を行っているサルに呈示した。下側頭皮質の上側頭溝下壁皮質に光沢に対して選択的に応答するニューロンが固まって存在することを見出した。それらのニューロンの選択性は、物体形状や照明環境を変えても保たれており、また画像中のピクセルをランダムに再配置した刺激に対しては選択性が失われた。これらの結果は、記録した下側頭皮質細胞の選択性が光沢と無関係な刺激特徴に対する選択性ではなく、光沢に対する選択性であることを示している。
固体表面超構造の電子状態とSTM観察及び操作に関する理論的研究

本研究の目的は表面-分子相互作用系を有効に表現するモデルとその電子状態を定量的に記述できる理論の開発と計算である。平成8年度の研究成果は以下に具合的に述べる。STM(走査型トンネル顕微鏡)の電子的機構の解明のため、Bardeenの摂動論に基づいてSTMの分子軌道モデルを提案し、これによりSTM像の理論シミュレーションを行った。STM像には分子軌道の位相が関与すること、つまり軌道対称則が存在することが示された。また、Pd及びAg表面上の吸着ベンゼン系で、チップ・サンプルの電子状態がSTM像に与える影響について分子軌道法による解析を行った。その結果、チップの構造とともに、サンプル内の分子間相互作用もSTM像に大きな影響を与えることを明らかにした。STMの表面観察以外の利用法として、チップによる表面あるいは吸着分子の加工というものがある。我々は、このSTMによる表面加工がSTM像の観測に比べて高いバイアス電圧を与えることによって可能になるという事実から、サンプル-チップ間には非常に強い電場が生じているという点に注目し、この効果を取り入れた分子軌道計算による理論的考察を行った。Naクラスター、Cu表面上吸着COなどの研究結果から、STMによる表面加工にはこの強電場が大きな役割を果たしていることが明らかになった。エチレンの部分酸化反応に対する銀の特異的な触媒作用に関する研究を行なった。表面-分子系の理論モデルとしてDippedadcluster modelを用いて、系の基底状態・励起状態の電子構造及びエネルギーをSAC/SAC-CI法などの量子化学計算により求めた。まず、貴金属銅、銀、金表面上における酸素活性化メカニズムの比較を行なった。銅表面ではend-on superoxide酸素種が不安定であり、原子状酸素種に解離しやすいことが判明した。金表面では分子状酸素種が存在しないことが理論的に明らかとなった。また、銀表面におけるプロピレンの酸化反応のメカニズムについても検討した。エチレンと異なりプロピレンはアリル-水素活性化による完全酸化反応を起こすことが明らかとなった。これらの研究結果から、銀表面上では特異的なsuperoxide種が存在することが示され、銀の特異的な触媒作用が発現することが明らかとなった。更に、銀触媒によるオレフインの酸化反応の一般的なメカニズムも示された。また、ホルマリン合成における銀の触媒作用の全過程の電子的メカニズムも解明した。
幾何構造データからの効率的なデータマイニングシステム

1)幾何構造データの圧縮手法の効率化:本年度は、これまでに得られた知見をもとに、幾何構造データに対するより効率のよい圧縮手法の開発および電気配線図面の実データや巨大な人工データを用いた評価実験を行い、その有効性を示し、国際会議(ASGIS2004)で発表を行った。この手法は、、同型な部分グラフを変数に置き換え、その置き換え規則を代入という概念を用いることにより、可逆性を保ちかつ構造を保持しながら表現グラフのノード数の削減を行うというものである。2)圧縮グラフデータ上のパターン照合アルゴリズムの開発および実装:このパターン照合アルゴリズムの高速化は、本研究で作成を目指すデータマイニングシステム全体の効率性に大きく影響を与えるものである。Tを木構造文書とし、tを項木とする。Tを圧縮して得られる項木fと代入θが与えられたとき、tの変数に適当な木を代入することでTと同系な木fθを作り出すことができるか否かを判定するパターン照合問題を解くパターン照合分散アルゴリズムの設計を行い、現在そのプロトタイプを作成中である。今後、この分散アルゴリズムの有効性を確かめるため評価実験を行い、国際会議に投稿する予定である。本研究の基本コンセプトにおいて、構造的な特徴を保持しつつ頻出する部分構造を変数に置換えるため、可逆的なノード数の削減が可能であり、さらにデータマイニングシステム全体の自明でない分散化に対する指針を与えることができ、PCクラスタを用いることにより、より高速なデータマイニング手法の設計が可能であるという知見を得た。この知見をもとに、さらなる拡張を行い、本研究課題をより発展させていく予定である。本年はまとめの年であり、本研究課題の成果の一部は国際会議で公表することができたが、数件の論文は受理されなかったため、これら論文の公表も今後行う予定である。(1)幾何構造データのグラフ表現とその圧縮手法の開発:2000年に、申請者は幾何構造データをグラフで表現するために、変数をもち、頂点間の位置関係を辺としてもつようなレイアウト項グラフという新しいグラフの概念を提案している。このレイアウト項グラフと論理プログラミングの代入の概念を使い、文字列上の可逆圧縮手法のひとつであるLZ圧縮手法を幾何構造データの可逆圧縮に拡張した手法を提案した。この手法は、圧縮する対象である幾何構造データに複数出現する部分グラフを変数で置き換えることにより、圧縮を実現する手法である。このため、複数出現する部分グラフを見つける発見的手法をまず提案し、その後複数の圧縮手法の提案を行った。さらに、平成14年度購入したワークステーションで計算機上に実装し、提案手法の評価実験を行った。その結果、ランダムに自動生成された幾何構造データのサンプルデータを用いたため、20パーセント程度しか圧縮することができなかった。さらに、時間的な評価として、圧縮する部分構造発見後に行う圧縮そのものにかかる時間と比べ、前処理としての複数出現する部分構造の発見に多大な時間を要しており、この時間短縮が急務であるという指針を得た。その解決策として、一般のグラフに対して頻出する部分グラフを見つける手法が幾つか提案されているが、それらを精査し本研究に応用できるか否かを含め、新たなる手法の提案を行う予定である。(2)圧縮グラフデータ上のパターン照合アルゴリズムの設計:レイアウト項グラフ上のグラフ同型問題は多項式時間で解くことができるが、部分グラフ同型問題はNP完全であることが分かった。これにより、圧縮グラフデータそのものを対象とするパターン照合アルゴリズムの効率化には、近似的な手法やPCクラスタリングなどの分散処理手法などさらなる高速化に向けた手法の開発が必要であるという指針を得た。(1)平成14年度提案した幾何構造データの圧縮手法の効率化:平成15年度は、Web文書などに代表される木構造を有するデータを対象とした可逆的圧縮手法の理論的な考察およびその実装・計算機実験を行った。一般に、幾何構造データは複雑なグラフ構造を有しているため、これまでに理論的な研究の蓄積がある木構造を有するデータに対する可逆的な圧縮手法について考察した。ひとつは、可逆的な圧縮の概念をグラフ文法で与え、多項式時間での近似困難性を示した。さらに、1つの巨大な木の圧縮を与えるグラフ文法を生成するアルゴリズムを与えた。また、アルゴリズムの有効性を示すため、計算機に実装し評価実験を行なった。もうひとつは、時系列データなどの随時データが入ってくるものを随時圧縮する手法を提案した。また、そのアルゴリズムを実装し評価実験を行い、その有効性を確認した。これらのアルゴリズムは、木の特徴を活かすことで効率性を得ているため、幾何構造データに直接応用することはできないが、「幾何構造データは位置情報を有している」という特徴を活かすことにより、木に対して開発した手法を拡張することを今後研究していく予定である。(1)圧縮グラフデータ上のパターン照合アルゴリズムの設計:本研究では、木構造データの圧縮を、変数を有する木と代入で表現している。これまで、木構造データを表現することができる、変数を有する木を学習するアルゴリズムについて研究を行なっている。この研究過程においてパターン照合アルゴリズムの効率化を図っている段階であり、まだ幾何構造データを対象とした効率的なパターン照合アルゴリズムの設計には至っていない。これまでの研究において、幾何構造データおよび木構造データを対象とした圧縮手法に関して多くの蓄積が得られたため、今後効率的なパターン照合アルゴリズムの開発および実装に研究の主体を移していく予定である。

1)幾何構造データの圧縮手法の効率化:本年度は、これまでに得られた知見をもとに、幾何構造データに対するより効率のよい圧縮手法の開発および電気配線図面の実データや巨大な人工データを用いた評価実験を行い、その有効性を示し、国際会議(ASGIS2004)で発表を行った。この手法は、、同型な部分グラフを変数に置き換え、その置き換え規則を代入という概念を用いることにより、可逆性を保ちかつ構造を保持しながら表現グラフのノード数の削減を行うというものである。2)圧縮グラフデータ上のパターン照合アルゴリズムの開発および実装:このパターン照合アルゴリズムの高速化は、本研究で作成を目指すデータマイニングシステム全体の効率性に大きく影響を与えるものである。Tを木構造文書とし、tを項木とする。Tを圧縮して得られる項木fと代入θが与えられたとき、tの変数に適当な木を代入することでTと同系な木fθを作り出すことができるか否かを判定するパターン照合問題を解くパターン照合分散アルゴリズムの設計を行い、現在そのプロトタイプを作成中である。今後、この分散アルゴリズムの有効性を確かめるため評価実験を行い、国際会議に投稿する予定である。本研究の基本コンセプトにおいて、構造的な特徴を保持しつつ頻出する部分構造を変数に置換えるため、可逆的なノード数の削減が可能であり、さらにデータマイニングシステム全体の自明でない分散化に対する指針を与えることができ、PCクラスタを用いることにより、より高速なデータマイニング手法の設計が可能であるという知見を得た。この知見をもとに、さらなる拡張を行い、本研究課題をより発展させていく予定である。本年はまとめの年であり、本研究課題の成果の一部は国際会議で公表することができたが、数件の論文は受理されなかったため、これら論文の公表も今後行う予定である。
ガンマ線共鳴反応による同位体識別のための核反応断面積の評価研究

核燃料物質等の非破壊検査手法の一つであるガンマ線と原子核との共鳴蛍光散乱現象を利用した核種の識別技術を検証するための核反応データベース開発を行った。選定したアクチノイド及び構造材核種に対して、共鳴領域及び高エネルギー連続領域における断面積を導出した。使用済軽水炉燃料組成を基に、アクチノイド核種の共鳴断面積ピークが判別可能かどうか検討し、構造材核種により遮へいされない、識別に有用な共鳴レベルを抽出した。核共鳴蛍光散乱を利用した同位体識別手法を検証するための基礎データとなるガンマ線エネルギーに対する核反応断面積の評価研究を実施し、応用上十分なエネルギー範囲をカバーしたガンマ線誘起反応断面積データベースの開発を目指す。対象核種の選定:使用済核燃料の組成から特に重要なU-235、U-238、Pu-239、またこれら以外に生成量の多いNp-237、Pu-240、U-236等を選定した。また、アクチノイド核種には放射性があるので、遮へい等のためにSUSやコンクリート等の構造材に格納されていることを考慮して、これらを構成する鉄、ニッケル、シリコン、鉛等についても併せて選定した。励起レベル情報の収集:選定した核種について核共鳴蛍光散乱実験等により報告されている共鳴レベルに関する性質(励起エネルギー、スピン、パリティ等)、積分断面積値や基底状態へのガンマ線遷移強度等のデータを収集した。また、収集したレベルに関するデータに複数の測定がある場合には、測定・解析手法の検討からより確からしいデータを選別した。ガンマ線共鳴解析:測定された励起レベルに対する情報を基に個々の共鳴断面積をブライト・ウィグナー型の断面積で記述し、それらをすべて加え合わせることによりガンマ線に対するエネルギー依存性を持った断面積を算出した。この共鳴解析における入射エネルギーの範囲は0.1MeVから測定された共鳴レベルの上限エネルギーまでとした。核共鳴蛍光散乱を利用した同位体識別手法を検証するための基礎データとなる、応用上十分なエネルギー範囲をカバーしたガンマ線誘起核反応断面積データベースを開発し、これを同位体識別に有用な共鳴レベルの選別に利用するために、本年度は以下の研究を実施した。使用済核燃料等に含まれるU-235、U-238、Pu-239等のアクチノイド核種やFe-56、NiやCa同位体等の構造材核種に対して、ガンマ線共鳴解析から得られた断面積の上限エネルギーよりも高いエネルギー領域の断面積を計算するために、ガンマ線と原子核との反応過程が組み込まれた核反応モデル計算コードCCONEを使用した。断面積を評価するための測定データは実験核反応データベースEXFORや文献から収集した。同じ核種に対して同じ反応断面積間に不整合がある場合には、文献等を基に測定データを補正し、評価に採用した。これらの測定データを、核反応モデルから得られた計算結果と比較検討することにより、ガンマ線入射エネルギーに対して最も妥当な断面積を導出した。また、巨大双極子共鳴(GDR)を記述するガンマ線強度関数が原子核のガンマ線吸収に大きな影響を与えるため、提案されている6種のガンマ線強度関数モデルを用いて測定データへの再現性を検証した。この検証を行うために、約40MeV以上においてGDRによるガンマ線吸収過程と競合する、準重陽子分解過程による寄与も考慮して評価を行った。その結果、ガンマ線強度関数モデルとして修正ローレンツ型モデルを採用することにした。この検証では、最大ガンマ線入射エネルギーを60MeVとしたので、断面積データの上限エネルギーもこれに合わせた。得られた結果を取りまとめ、日本原子力学会秋の大会及び2015年度核データ研究会にて成果発表を行った。核物質管理の観点から同位体識別の対象となるアクチノイド核種やこれを保管する構造材の構成核種等に対して、ガンマ線共鳴解析で得られた断面積の上限エネルギー以上の断面積を核反応理論モデルで計算し、収集・評価した断面積測定実験の測定データと比較検討することで、ガンマ線入射エネルギーに対して最も妥当な断面積を導出した。また、巨大双極子共鳴による吸収を記述するガンマ線強度関数に対して、適切なモデルを採用するために、6種のガンマ線強度関数モデルを用いて測定データへの再現性を検証し、採用する強度関数モデルを決定した。ガンマ線強度関数の検証のために、エネルギー領域を60MeVまで拡張し、このエネルギーを断面積データの上限とすることでさらに応用性を向上させた。以上により、所期の計画を達成したと言える。ガンマ線と原子核との共鳴蛍光散乱現象を利用した同位体の識別手法を検証するための基礎データとなる、ガンマ線誘起核反応断面積データベースを開発し、これを同位体識別に有用な共鳴レベルの選別に利用するために、以下の研究を実施した。使用済核燃料の組成としては、UO2燃料及びMOX燃料を用いたPWR及びBWRにおいて、取り出し燃焼度が30から60GWd/tHMのときの核種組成を採用した。この使用済核燃料組成を再現するために、U-238, U-235, Pu-239に加えて、AmやPu、Cm同位体等の核共鳴蛍光散乱データ及び核構造データベースより励起レベルデータを収集し、共鳴レベルを取り出して断面積を計算した。共鳴断面積データよりも高いエネルギー領域の断面積は前年と同様に核反応計算コードCCONEを使用し、ガンマ線強度関数については修正ローレンツ型を採用した。

評価計算では、光中性子放出断面積等のデータを再現するようにガンマ線強度関数を調整し、上限エネルギーが60MeVまでのガンマ線誘起反応断面積を導出した。得られたアクチノイド及び構造材核種の断面積データを使用して、上述した燃料・炉型・取り出し燃焼度の組成を持った対象物に対し、検査対象核種の共鳴断面積ピークが判別可能かどうか検討した。組成は、U-238含有量を1に規格化し、他の核種についてはU-238に対する相対組成とした。収納容器は鉄やニッケル、鉛等で構成されていると仮定し、この条件下で、アクチノイド等の検査対象核種に対して、他の核種の断面積により遮へいされない、識別に有用な共鳴レベルをすべて抽出した。核燃料物質等の非破壊検査手法の一つであるガンマ線と原子核との共鳴蛍光散乱現象を利用した核種の識別技術を検証するための核反応データベース開発を行った。選定したアクチノイド及び構造材核種に対して、共鳴領域及び高エネルギー連続領域における断面積を導出した。使用済軽水炉燃料組成を基に、アクチノイド核種の共鳴断面積ピークが判別可能かどうか検討し、構造材核種により遮へいされない、識別に有用な共鳴レベルを抽出した。当初計画通り、核不拡散等の観点からもその実用が期待される核共鳴蛍光散乱を利用した非破壊検査手法の確立のために、断面積データを整備すべき使用済核燃料や構造材を構成する核種から実験データのある核種を選定し、励起レベルに関する情報を収集した。また、選定した核種に対して収集した励起レベル及び強度情報を基にガンマ線共鳴解析を進めることが出来たので、所期の計画を達成したと言える。核共鳴蛍光散乱実験に関する情報を継続して収集し、新たな測定データがあれば、その核種に対して共鳴領域から60MeVまでの断面積評価を行うことで、出来る限り多くの核種を考慮した断面積データベースの構築を目指す。また、ガンマ線との共鳴反応の強さは原子核の励起レベルごとに異なるので、検査対象核種の共鳴断面積ピークが判別可能かどうか検証するために、本研究で構築したアクチノイド及び構造材核種の断面積データを使用して、組成を模擬した対象物に対するガンマ線輸送計算によるシミュレーションを実施する。対象物の組成は使用済核燃料等に関するインベントリ計算から得られたものを採用し、収納容器についてはSUSや鉛等のように材質を変えて検討する。これによりアクチノイド等の検査対象核種に関して、他の核種の断面積により遮へいされない、識別に有用な共鳴レベルをすべて抽出する。得られた結果を取りまとめ、成果発表を行う。以上、交付申請書に記載の研究実施計画通りに研究を進める予定である。原子核物理、核データガンマ線共鳴解析により得られた断面積の上限エネルギー以上の断面積計算には、統計理論等に基づく核反応理論モデルを採用する。断面積測定実験による測定データを収集・評価し、測定データと核反応モデルによって算出された結果を比較・検討することによりガンマ線入射エネルギーに対して最も妥当な断面積を決定する。また、入射エネルギー範囲として共鳴領域の上限から巨大双極子共鳴(GDR)の寄与が重要となる30MeVまでの断面積を導出する。また、GDRを記述するガンマ線強度関数がガンマ線の吸収に大きな影響を与えるため、数種類のGDRモデルによって測定データへの再現性を検証し、採用する強度関数モデルを決定する。
拡散誘起再結晶を利用して界面性格を制御した拡散型相変態の反応挙動

過飽和固溶体相中の析出反応を利用した従来型の研究手法では困難であった拡散型相変態と界面・粒界移動に関する統一的な組織変化理論の構築に必要な基礎的知見の蓄積を目的として,拡散誘起再結晶(Diffusion Induced Rrcrystallization,略してDIR)をモデル反応として選定し,典型的な全率固溶二元合金系であるNi-Cu系に対しDIRにより生成する合金化微細結晶粒領域(DIR領域)の成長挙動を金属組織学および速度論の立場より実験的に観察した。すなわち,純度99.99%の純Cuおよび純度99.97%以上の純Niを溶解原料とし,O38mass%のCuを含むNi-Cu合金および022mass%のNiを含むCu-Ni合金をk雰囲気中の高周波溶解法により溶製し,これらを組合わせてサンドイッチ状のCu/(Ni-Cu)/CuおよびNi/(Cu-Ni)/Ni拡散対等を作製し,7231123Kの温度範囲で最長144hの時効加熱処理を施した後,接合界面に垂直な面に沿って時効加熱拡散対を切断し切断面の金属組織を微分干渉型光学顕微鏡を用いて観察し接合界面に垂直な方向に沿った各成分の濃度分布をX線マイクロアナライザーにより定量した。その結果,上記の温度範囲では接合界面からNi相およびCu相に向かって組成の不連続に異なる微細結晶粒領域がDIRにより生成および成長するが,DIR領域は723823Kでは主にCu相側に向って成長し,873973KではCuおよびNi両相側に成長し,10231173KではNi相側にのみ成長することを見い出した。また,DIR領域の厚さは反応時間のべき乗に比例して増加し,Cu母相のNi濃度およびNi母相のCu濃度が増加するとDIR領域の成長速度が減少することを明らかにした。
染色廃水の酵素による処理

染色工場や染料製造工場の微生物および酵素廃液処理を目的として、銅フタロシアニン染料水溶液を環流した環流土壌から本染料に対して優れた分解能を有する糸状菌ミロテシウムベルカリアKW-1株を純粋分離し、これによる銅フタロシアニン染料を含む7種の直接染料に対する生分解性、および染料製造工場廃液に対する生分解性を検討したところ、各種染料および実際の染料工場からの廃液に対しても本株が有効であること、本株を固定化した担体により銅フタロシアニン染料が効率よく分解すること、本株由来の粗酵素液により各種染料水溶液が効率よく脱色すること、ミロテシウムベルカリア由来の市販BO酵素により各種染料水溶液が効率よく脱色することを明らかにした。さらにミロテシウムベルカリア由来の市販国産BO酵素による15種染料の脱色能を調べたところC.I.Direct Yellow86およびC.I.Reactive Red 120は殆ど退色しなかったがこれ以外の13種はBOにより退色した。酸性染料および反応染料で骨格がアントラキノン系である青色染料9種についてもBOによる脱色実験を行った。いずれも良く脱色した。9種の中のC.I.Acid Blue 40を精製しこの水溶液の脱色液をHPLCにかけ染料の脱色過程の追跡を試み、本酵素による脱色反応で生じた分解中間体の吸収スペクトルを明らかにした。なお、研究開始時に予定していた、酵素を担体に固定化しこれによって廃水処理の可能性を検討する件に関しては、HPLCによる分解過程の分析が手間取ってしまったために未だ出来ていない。今回は始めに納入された島津製作所製のHPLCフォトダイオードアレイ検出器が全くの不良品であったにも関わらず製造元が長期間クレームを認めなかったため、交換に時間が取られ研究が予定どおり進まなかったことが大きく影響している。本年度の研究実績は以下のとうりである。まず始めに、銅フタロシアニン染料についてこれを効率よく分解する糸状菌ミロテシウムベルカリアが産生するビリルビンオキシダーゼによる脱色挙動を調ぺたところ、37°C,PH7において3時間後には略完全に脱色した。次に一般に堅牢であると考えられている水溶性染料の染料について、Colour Indexによって化学構造が公開されているジアゾ系、テトラゾ系、ジオキサジン系、アントラキノン系の中から、直接染料9種、反応染料4種、酸性染料1種を選びこれらの脱色挙動を調ぺたところアントラキノン系のC.I.Acid Blue 138,C.I.Reactive Blue 5,C.I.Reactive Blue19,およびアゾ系のC.I.Direct Blue 6,C.I.Direct Blue 15,ジオキサジン系のC.I.Direct Blue 106は銅フタロシアニン染料と同様の変化を示し著しく脱色した。一方、全く脱色しなかったのはC.I.Direct Yollow 86,とC.I.Reactive Red 120の2種であった。中程度に脱色したのはC.I.Direct Violet 48で,C.I.Direct Black 22,およびC.I.Direct Black 51,C.I.DirectGreen59は、いずれも黒または濃い緑色から薄い黄色へと変色した。またC.I.Direct Red2は赤から黄色ヘ、C.I.Reactive Black 14は黒から赤へと変色した。以上の成果については1999年9月810日にコペンハーゲンで開催された18th IFATCC Congressにおいてポスター発表を行った。現在はこれらの各染料の脱色機構を検討中である。染色工場や染料製造工場から排出される染料廃液に対する微生物処理および酵素処理を目的として研究を実施した。

微生物源としては銅フタロシアニン染料(PC染料と略す)水溶液を環流した環流土壌から純粋分離した糸状菌ミロテシウムベルカリアKW-1株を用いた。これによる銅フタロシアニン染料を含む7種の直接染料に対する生分解性、および染料製造工場廃液に対する生分解性を検討したところ、各種染料および実際の染料工場からの廃液に対しても本株が有効であること、本株を固定化した担体により銅フタロシアニン染料が効率よく分解すること、本株由来の粗酵素液により各種染料水溶液が効率よく脱色することを明らかにした。本株由来の酵素を同定することは出来なかったが、ミロテシウムベルカリア由来のシグマ社製市販ビリルビンオキシダーゼにより各種染料水溶液が効率よく脱色することは明らかに出来た。さらにミロテシウムベルカリア由来の天野製薬(株)製ビリルビンオキシダーゼを用い15種染料の脱色能を調べたところ2種(C.I.Direct Yellow 86およびC.I.Reactive Red120)のみは殆ど脱色しなかったものの、これ以外の13種はビリルビンオキシダーゼにより効率よく脱色した。酸性染料および反応染料で骨格がアントラキノン系である青色染料9種についてもビリルビンオキシダーゼによる脱色実験を行ったところ、いずれもよく脱色することがわかった。特に9種の中のC.I.Acid Blue 40を精製し、この水溶液の脱色液をHPLCにより分析し、脱色過程の詳細な追跡を行った。その結果、本酵素による脱色反応で生じた分解中間体についてその吸収スペクトルを明らかにすることが出来た。
断層系形状のフラクタル特性と地殻応力に関する研究

本研究は、次のような研究計画・方法に基づいて実施した。1.断層系形状の現地測定:近畿・中部日本の主要活断層・構造線沿いの断層系形状の採取調査(重点調査地点20ヶ所、40日間)を行った。2.断層パラメータ(破砕物の厚さ・断層の長さ・移動量・起震時マグニチュード)の調査見積り:各サイズの断層系を詳細に調査し断層パラメータ間の相関から起震時の応力降下値や活動の再来周囲を見積った。3.断層系形状の3次元定量解析:表面粗さ測定器を用いて天然の断層系形状の定量的解析をおこなった。また、これらの断層系形状の特性をフラクタル幾何学の知識を用いて定量的に解析した。4.岩石脆性破壊実験のデータとの比較解析と断層系形状に関する地質応力計の提出:物質の変形特性を扱うトライボロジーの知識を用いて、断層系形状に関する天然のフラクタル特性データと実験データを整理し解析した。この際、コンピュータを用いてデータを解析し、断層破砕物形成に関する摩耗の非線形構成則(岩石の摩耗特性の時間的変化)を決定し、断層系形状に関する地質応力計を確立した。5.研究費で購入した帯磁率測定器を用いて断層系の変形度を見積もるとともに、そのフラクタル特性データとの比較を行った。6.地殻の応力レベルの見積もりと現実的な脆性断層モデルの提出:断層系形状のフラクタル特性から断層の形成条件や形成(地殻の強度・不均一度・断層の成熟度・深さに伴う断層破砕帯の広がりなど)について言及し、さらに本研究で得られた地質応力計を用いて脆性領域における地殻の応力レベルの算出をおこない、研究計画2の結果をふまえて現実的な脆性的断層モデルを提出した。