hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電力ケーブル用絶縁材料におけるキャリヤ,その極性,空間電荷の計測技術に関する研究

昭和61年度では1.γ線照射などによるトラップの極性の研究2.トリー破壊の実測との比較の2つのテーマで研究を行なった。第1のテーマについては、0.1mmの厚さの低密度ポリエチレンを試料としてこれに【Co^(60)】のγ線を照射してトラップに電子を注入し、極性を判定した。この測定では1回の昇温過程でトラップの極性を判定せねばならず、昇温中にコレクティング電圧の正負をくりかえして反転する新しい測定技術を開発して実験を成功させた。さらにこの測定法の妥当性を確かめるために熱刺激電流の解析を行なった。その結果、コレクティング電圧は2V以下つまり200V/cm以下の電界のときに極性判定が可能で、それ以上では判別がつかないことなど、この測定法の条件などを明らかにした。測定の結果、低密度ポリエチレンでは電子トラップの存在が支配的であるとの結論に達した。このトラップ極性の判定の技術はほとんど本研究で完結し、今後諸種の材料に適用できると考えられる。第2のテーマについては、完了とまでは行かなかったが十分の見通しがつく域に達した。すなわち、電力ケーブルの絶縁に用いられているXLPEを試料として実験した結果、従来疑問視されていた交流電圧印加による空間電荷の蓄積が確かめられ、針電極先端の電界の空間電荷による歪みが概略的に計算され、これがトリー発生電圧とほぼ対応していることが明らかとなった。今後の問題は、熱刺激測定によって求められる空間電荷量から針電極先端の電界の歪みを、より正確に評価することであり、これを求める理論解析の原理も見出しているので、やがて熱刺激測定によってトリー発生電圧を予測し、試験法としてまとまる時も近いと考えられる。
輸出加工区依存型近代産業発展モデルのオセアニア島嶼経済への適用に関する実証的研究

本研究は、1)東南アジアや中国での輸出加工区や経済特区に基づく近代的産業発展の経験を自国経済にも適用しようというオセアニア島嶼諸国の最近の試みを、フィジ-とパプアニューギニア(PNG)の事例を中心に詳細に調査してそれぞれの全体像を明らかにすること、2)そうした方向性が、当該島嶼経済の国民経済的自立を長期的に保証し得るものなのかどうかを検証すること、の二点を主眼に進められた。但し、1987年末にTFF/TFZ制度をスタートさせたフィジ-については、既に7年が経過している関係で相当の資料が利用可能であり、1)と2)の双方について突っ込んだ作業を進めることができたのに対して、PNGの場合には、そうした試みの核となる産業センターの設置が、内戦(ブ-ゲンビル紛争)激化を背景に遅れていることが明らかになったため、その構想の概要と東南アジア等での経験との異同を調査するにとどまった。ここでは、字数制約の関係上、フィジ-の事例研究から得られた知見についてのみ概要を記したい。フィジ-のTFF/TFZは、現実にはTFF中心(TFZを設定してそこに企業を誘致するのではなく、進出企業をTFFに指定して様々な優遇措置を適用する方式)で進められてきた。従って、企業周辺のインフラ不整備等負の効果が顕在化し、フィジ-経済に対する寄与は期待できないのではないかとも見られてきたが、実際にはTFF(指定された企業の業種は殆どが繊維)の総生産額と総輸出額は共に拡大を続けており、同国の経済成長率と貿易収支の改善に大きく貢献していることが明らかになった。その意味では、東南アジア等での経験がフィジ-についても適用可能という見通しを立てられなくもないが、他面、TFFとそれ以外の企業の間での賃金格差を背景に所得格差が拡大し、サブシステンス・アフルエンスで特徴づけられてきた同国経済で、現在貧困の問題が深刻化していることも明らかになった。
位相限定相関法に基づく高精度リアルタイム画像照合プロセッサに関する研究

本研究者がこれまでに提案してきた位相限定相関関節に基づく高精度画像照合手法は,従来手法と比較して極めて高精度な画像照合が可能な手法である.また,信号処理に基づく手法であるため,対象物体に依存しない統一的かつシンプルなアルゴリズムで実現可能であり,ハードウェア化に適している.以上の観点から,本研究では位相限定相関法のハードウェア化によるリアルタイム処理を目指し,FPGAによるプロトタイプの開発を検討した.まず,位相限定相関法をハードウェア化が適切に行われるようにいくつかの機能ブロックに分割し,各機能ブロックについてハードウェア化の検討を行った.その結果,主な処理である2次元離散フーリエ変換,位相の抽出および相関演算については,既存のハードウェアマクロ等をベースに,比較的容易に高速な回路実現が可能であることが明らかとなった.しかしながら,得られた相関値に対して関数フィッティングを行うという精度向上のために必須な処理に関しては,回路規模の増大と制御回路が複雑化することによる速度低下が予測されたため,FPGAによる実現に適さないと判断し,代替アルゴリズムの開発を行った.新たに開発した高速型位相限定相関アルゴリズムは,比較的単純な漸化式および行列式を計算するだけで関数フィッティングを行った場合と同等の精度を実現可能である.コンピュータシミュレーション上の試算でも,数十倍の高速化が達成されており,また,処理の簡易さからハードウェア化に極めて有利である.現在,このアルゴリズムに基づき,ハードウェアアーキテクチャを設計し,Verilog-HDL言語にによるFPGAへの実装を推進中である.位相限定相関法は,周波数領域における画像の位相成分のみを用いた相関関数により画像レジストレーションを行う手法である.本研究では,主に,この高精度化と実験による性能評価を行った.検討した高精度化手法は,以下の4点である.(i)時系列画像の平均画像を用いて入力画像のS/N比を向上させることによる高精度化手法(ii)入力画像に窓関数を適用してから周波数領域に変換することにより,2次元離散フーリエ変換の循環性質による誤差を抑制する手法(iii)周波数領域にて計算される位相限定合成に対して低域通過形フィルタを適用し,信頼性の低い周波数領域(データ)をカットすることにより,高精度化を図る手法(iv)空間領域でゼロ詰めを行うことにより,周波数領域での分解能を向上させる(稠密化)ことによる高精度化これらの高精度化について,実験によりその効果を確認した.i)iii)に関しては,平行移動量,回転量および拡大縮小率推定のいずれの場合も,すべてを組み合わせることにより最も性能向上が見られるが,特に,ii)の効果が大きいことが分かった.また,i)とiii)は単独で用いた場合,ほとんど効果が見られないかあるいは性能が劣化する.しかしながら,組み合わせて用いることにより相乗的に効果が現れる.iv)に関しては,回転量および拡大縮小率推定の場合に効果が大きい.また,性能評価の結果,位相限定相関法に基づく画像レジストレーション精度は,Root mean square (RMS)誤差で評価した場合,平行移動量が0.0037[ピクセル],回転量が0.0110[°],拡大縮小率が1.29E-4[スケールファクタ]であることが明らかとなった.今後,更なる高精度化を検討するとともに,工業用センサ等への応用を検討中である.本研究者がこれまでに提案してきた位相限定相関関節に基づく高精度画像照合手法は,従来手法と比較して極めて高精度な画像照合が可能な手法である.また,信号処理に基づく手法であるため,対象物体に依存しない統一的かつシンプルなアルゴリズムで実現可能であり,ハードウェア化に適している.以上の観点から,本研究では位相限定相関法のハードウェア化によるリアルタイム処理を目指し,FPGAによるプロトタイプの開発を検討した.まず,位相限定相関法をハードウェア化が適切に行われるようにいくつかの機能ブロックに分割し,各機能ブロックについてハードウェア化の検討を行った.その結果,主な処理である2次元離散フーリエ変換,位相の抽出および相関演算については,既存のハードウェアマクロ等をベースに,比較的容易に高速な回路実現が可能であることが明らかとなった.しかしながら,得られた相関値に対して関数フィッティングを行うという精度向上のために必須な処理に関しては,回路規模の増大と制御回路が複雑化することによる速度低下が予測されたため,FPGAによる実現に適さないと判断し,代替アルゴリズムの開発を行った.新たに開発した高速型位相限定相関アルゴリズムは,比較的単純な漸化式および行列式を計算するだけで関数フィッティングを行った場合と同等の精度を実現可能である.コンピュータシミュレーション上の試算でも,数十倍の高速化が達成されており,また,処理の簡易さからハードウェア化に極めて有利である.現在,このアルゴリズムに基づき,ハードウェアアーキテクチャを設計し,Verilog-HDL言語にによるFPGAへの実装を推進中である.
水圧破砕とその地圧測定ならびに地熱抽出への応用に関する基礎的研究

水圧破砕は,石油井や地熱発電のための注水井,熱回収などで利用されており,その方面での開発研究が進められてきた.最近では,これに加えて,地殻応力を推定するための有望な方法としても注目されている.本研究では,次のことを意図した.1)水圧破砕の室内モデル予備実験とそれに対応した数値シミュレーション解析2)水圧破砕機構の把握3)破砕域での水と熱の移動これらに関して,得られた成果を要約する.1)室内モデル実験方法:三軸応力状態のもとで,ボーリング孔に相当する孔に液圧(水圧)を加えてを供試体を破砕させた.外圧と水圧状態並びにアコースティック・エミッション(AE)発生状況などと破壊時の挙動を調べた.AEカウント数の連続計測により,水圧破砕の開始時水圧および破壊の進展状況との関連および三軸応力状態(地圧状態)と破砕地の水圧との関係を明らかにした.これに対応した数値シミュレーションを続行中である.2)水圧破砕機構について:破壊の進展と水圧,地圧との関係を上のモデル実験で調べたが,水圧変動などについて十分の結果は得られなかった.現在,簡単なモデルについてシミュレーション解析を行っている.3)拡散について:これについては,既に従来から多くの成果が得られているので,水圧破壊面が決定できれば、その成果を適用することは容易である.特に詳細な研究を必要としないであろう.水圧破砕は,石油井や地熱発電のための注水井,熱回収などで利用されており,その方面での開発研究が進められてきた.最近では,これに加えて,地殻応力を推定するための有望な方法としても注目されている.本研究では,次のことを意図した.1)水圧破砕の室内モデル予備実験とそれに対応した数値シミュレーション解析2)水圧破砕機構の把握3)破砕域での水と熱の移動これらに関して,得られた成果を要約する.1)室内モデル実験方法:三軸応力状態のもとで,ボーリング孔に相当する孔に液圧(水圧)を加えてを供試体を破砕させた.外圧と水圧状態並びにアコースティック・エミッション(AE)発生状況などと破壊時の挙動を調べた.AEカウント数の連続計測により,水圧破砕の開始時水圧および破壊の進展状況との関連および三軸応力状態(地圧状態)と破砕地の水圧との関係を明らかにした.これに対応した数値シミュレーションを続行中である.2)水圧破砕機構について:破壊の進展と水圧,地圧との関係を上のモデル実験で調べたが,水圧変動などについて十分の結果は得られなかった.現在,簡単なモデルについてシミュレーション解析を行っている.3)拡散について:これについては,既に従来から多くの成果が得られているので,水圧破壊面が決定できれば、その成果を適用することは容易である.特に詳細な研究を必要としないであろう.
一酸化窒素合成酵素(複合ヘムフラビン蛋白質)の機能解析

脳神経型NO合成酵素(nNOS)ヘム結合ドメインの発現:NO生成の場であるnNOSのヘム中心を分光学的により詳細に検討するため、ヘム結合ドメインをグルタチオン-S-トランスフェラーゼとの融合タンパク質として大腸菌で発現させる系を構築した。グルタチオン存在下、アフィニティーカラムを用いて精製したところ、ヘム中心のCO結合能には影響をあたえずに微環境が変化することを見い出し、現在さらに解析している。全ドメインを含むnNOSの発現:昆虫培養細胞および大腸菌発現系を用いてマウスnNOS遺伝子を発現させ、活性型酵素として精製することにも成功した。さらにnNOSの新規活性化/安定化物質の一つとしてリン脂質が関与していることを新たに発見したので、この系をもちいて、その効果をより詳細に解析することも可能になった。nNOS変異酵素の発現と解析:NC合成酵素ヘム結合ドメインはシトクロムP450と分光学的に類似していることが示唆されているため、まずシトクロムP450ファミリーによく保存されている機能的に重要なトレオニン残基があるかどうかを検討した。NO合成酵素ヘム結合ドメインに高度に保存されているトレオニン残基のひとつをアラニンに置換した変異体を作成し、大腸菌発現系を用いて発現させ、これが機能的でななく構造的に重要であることを示した。続いて、脳に特異的に発現されている不活性型のnNOS遺伝子オルターナティブ・スプライシング産物のヘム結合ドメインを発現させて調べたところ、還元型にするとこれが容易にシトクロムP420型になることも見い出した。これらの変異酵素および野生型nNOSについては、さらに詳細な解析を行う予定である。すなわち、本研究最大の成果は、多量のサンプルを必要とする物理化学的手法を適用して将来的にnNOS活性中心の構造を詳細に解析するための展望が開けた点にある。
現代アメリカ教育改革における地方学区の動向に関する研究

本研究は「教育機会の均等化」から「教育成果の達成」へと基本的な政策の比重を移してきている現在進行中のアメリカ教育改革を対象として、アメリカ各州において州教育法改革を中心に積極化してきている州教育政策の動向と、それに対する地方学区の政策動向との関係の諸相を探ることを課題としている。とくに後者の地方学区での政策動向に着目しながら、教育改革のより具体的な実態を探ろうとした。このような課題に応えるために地方学区の政策担当責任者である教育長を対象にしたアンケート調査の実施を研究計画の主要な柱としてきた。本研究は2年計画の研究であり、本年度はその2年度目にあたる。本年度は初年度に実施したアンケート調査の回収と調査票の整理ならびに結果の分析に主要な重点をおいてきた。調査の対象は、最新のダイレクトリーをもとに「ゾーン分け抽出法(sampling through zoning)」により、全国12.073学区のうちの12.6%にあたる1.519学区を抽出し、郵送による回収方法を採った。その結果、調査票の回収は312学区(うち無効2学区)であり、回収率は20.5%にとどまった。調査票を回収できなかった州の数は全体50州のうちの4州であり、ほぼそれはもともと州全体の学区数が少なく、したがって調査票送付数そのものが少ない州であった。調査票の回収数が多い順にみると、テキサス州21学区(回収率17%)、イリノイ州19学区(同20%)、ニューヨーク州17学区(同20%)、ミシガン州16学区(同24%)、オハイオ州16学区(同19%)であり、10学区以上の回答数を得た州は14州を数えた。実施した調査票の調査項目は39項目に及び、単純集計やクロス集計などにより改革動向を探るには今少しの時間を必要とする。本研究は「教育機会の均等化」から「教育成果の達成」へと基本的な政策の比重を移してきている現在進行中のアメリカ教育改革を対象として、アメリカ各州での州教育法改革を中心に積極化してきている州教育政策の動向と、それに対する地方学区の政策動向との関係の諸相を探ることを課著としている。とくに後者の地方学区での政策動向に着目しながら、教育改革のより具体的な実態を探ろうとしている。このような課題に応えるために地方学区の政策担当責任者である教育長を対象にしたアンケ-ト調査の実施を研究計画の主要な柱とした。本研究は2年計画の研究であり、本年度はその初年度にあたる。このため、本年度はアンケ-ト調査のための調査標作成と、調査対象の抽出ならびに送付をそれぞれ行うことに主要な重点をおき、その目的を果たした。アンケ-ト調査の項目は、関係の文献をもとに作成した。それは大別して、(1)教育改革動向に関すること、(2)学区の特性に関すること、(3)教育政策担当者の属性に関すること、のそれぞれの項目から構成した。これによって、教育改革の課題やその内容、社会的背景、改革を実施する方向、州や連邦機関との関係ならびにその状況認識、これまでの取組みについての評価と達成見通し、などといった教育改革動向と、併せてそれぞれの学区の特性ならびに政策担当者の属性との関係をも探ろうとした。調査の対象は、最新のダイレクトリをもとに「ゾ-ン分け抽出法(sampling through zoning)」により、全国12,073学区のうちの12.6%にあたる1,519学区を抽出し、郵送による回収方法を採った。次年度には、回収した調査標に基づいたアメリカ教育改革動向の分析に取りかかることになる。
自己形成による磁性ナノドットの作製とスピン依存単一電子トンネルの研究

強磁性金属を用いた微小多重トンネル接合では、スピンに依存した単一電子トンネル効果が発現する。このスピン依存単一電子トンネル効果は、次世代の大容量不揮発磁気ランダムアクセスメモリ等のスピンエレクトロニクスデバイスへの応用の可能性を有しており、これまで種々の基礎研究が行なわれてきた。研究代表者らのグループでは、Coナノ粒子がアルミナ母相中に密に分散したグラニュラー薄膜を用いて、単一電子トンネル素子を作製し、その特徴的な振る舞いや新規な現象を明らかにしてきたが、Co-Al-Oグラニュラー薄膜の粒径や粒間距離の分布のために系統的なデータの取得が困難であり、解決すべき問題も少なくない。本研究課題では、島状成長モードを利用したナノスケールの磁性ドットの作製とそのスピン依存単一電子トンネル効果への応用を検討した。Fe(100)単結晶膜上にMgOトンネルバリアをエピタキシャル成長させ、その原子オーダーで平坦な表面上にFeドットの成長を試みた。さらにその上に上部MgOバリアとCo電極をエピタキシャル成長させた。電子顕微鏡で観察された試料構造は極めた平坦であり、磁性ドットと上下電極の距離が良く定義されたものとなっている。このような構造制御性に優れた構造では、明瞭なスピン依存単一電子トンネル効果が発現すると考えられ、実際にその伝導特性の測定において、明瞭なクーロン階段とトンネル磁気抵抗効果の振動現象を観測することができた。クーロン階段から評価したFeドットの帯電エネルギーは電子顕微鏡と走査トンネル顕微鏡によって見積もられた粒子サイズとコンシステントであった。スピンエレクトロニクスに関する重要研究課題の一つとして、スピン制御単一電子デバイスの開発が挙げられる。これに関する基礎研究結果として、微小素子構造試料におけるナノ磁性粒子を介したトンネル効果において、トンネル磁気抵抗効果が観測され、さらにバイアス電圧による磁気抵抗効果の増大や振動という興味深い結果が既に得られている。しかし、これまでの研究では、ナノ磁性粒子のサイズや間隔が分布しているため、現象が平均化されやすいという問題があった。特に、このことは、室温での現象の観測が困難であることの原因となっている。本研究では、均一粒径のナノ磁性粒子を自己形成プロセスによって作製する技術に関して研究を行なった。特に、後に素子構造化することを考慮し、薄い絶縁体からなるトンネルバリア上に粒子を形成することを試みた。初めに磁性金属電極上に平坦なトンネルバリアを形成することを行った。低エネルギー面を表面に出すことによって平坦表面が得られると考え、超高真空蒸着法によりMgO(100)面をFe(100)単結晶電極上に成長させた。反射高速電子線回折によるその場観察の結果、室温での成長において、結晶性と平坦性に優れた表面を得ることができた。この単結晶トンネルバリア上にFe等の金属を1nm以下成長させることで、ナノ磁性粒子を形成した。走査トンネル顕微鏡による評価の結果、適正膜厚は0.5nm程度であり、基板温度や物質を変えても1nmでは若干厚すぎであり、粒子同士の結合が生じることも分かった。走査トンネル顕微鏡による電流電圧特性をしらべた結果,ナノ粒子に特有のクーロンブロッケイドが観測され、電気的にも孤立した粒子が形成されていることが分かった。粒径については、特別に大きな粒子は観測されないが、粒径の均一化は現状ではなされていない。成長条件の検討やサーファクタントの利用によって均一化を図ることが今後の課題である。
腎尿細管イオンチャネルの制御機構ならびに発現調節に関与する細胞内因子の解明

本研究ではオポッサムおよびヒト腎近位尿細管細胞の膜電位形成に重要であると考えられるK^+チャネルの制御機構と食用蛙腎近位尿細管細胞管腔側膜のNa^+/H^+交換機構の性質、ならびに高カリウム負荷ラットにおける腎からのK^+排泄とアルドステロンの関係について検討した。まず、パッチクランプ法を用いた実験にて、オポッサム腎近位尿細管細胞では約90pSの内向き整流性K^+チャネルが膜電位形成に重要と考えられ、このチャネルが蛋白リン酸化および脱リン酸化によって調節されていることを見いだした(Kubokawa,et al.,Jpn.J.Physiol.2000)。また、ヒト由来の正常近位尿細管細胞では約42pSの内向き整流性K^+チャネルが膜電位形成に重要と考えられ、このチャネルがATP依存性を示すこと、蛋白リン酸化や細胞内pHによってその活性が調節されることを見いだした(Nakamura,et al.,論文投稿中)。また、ヒト近位尿細管細胞にはATPによって抑制されるCa^<2+>依存性K^+チャネルが存在することも見いだしている(Hirano,et al.,論文投稿中)。さらに、食用蛙灌流腎を用いた実験にて、管腔側膜のNa^+/H^+交換機構が急速な細胞膜の脱分極によって抑制されることを見いだした(Kubota,et al.,Bull.Osaka Med,Coll.,1999)。ラットに高カリウム液を飲水させ、腎からのK^+排泄とアルドステロンとの関係についての研究では、腎からのK^+排泄とアルドステロンの上昇が必ずしも一致していないことを見いだした。腎からのK^+排泄はとくに集合管の管腔側膜のK^+チャネルがその排泄経路と考えられ、アルドステロンはそのチャネル数を増加させ、K^+排泄を促すと考えられているが、本研究から、アルドステロン以外の何らかの因子がK^+排泄に関与するものと考えられ、今後、細胞レベルにて、このK^+排泄因子について検討を行ないたい。生体における体液の恒常性維持に重要な役割を果たす腎臓の機能には、尿細管における水・イオン輸送が大きく関与している。近年、分子生物学の進歩により、多くの輸送担体がクローニングされ、分子レベルでの輸送機構が明らかになりつつある。しかし、その調節がどのようになされているかは不明な点が多く、パッチクランプ法を用いたion channelの研究は尿細管イオン輸送の調節機序を解明するうえで重要である。これまでの研究で、近位尿細管ならびに集合管に存在するK^+channelが細胞内pHやATPとともに、protein kinase AおよびCなどによる蛋白リン酸化によっても調節されていることを明らかにし、種々のホルモンなどによる腎機能調節が、セカンドメッセンジャーを介してそれぞれのkinaseを活性化し、輸送担体に働きかけた結果であると考えられた。また、最近では蛋白脱リン酸化も重要であることを明らかにし、近位尿細管細胞のK^+channelにおける蛋白脱リン酸化に関してもすでに学会等にて報告し、論文も掲載予定である(Kubokawa,M.,et al.,Jpn.J.Physiol.,in press)。なお、現在は新しく設置したパッチクランプ装置にてヒト培養近位尿細管細胞を用いて研究中であり、ヒト尿細管細胞は非常に温度感受性が高く、活性を示すchannelが温度によって異なることを見い出した。

すなわち、室温(約22°C)では細胞内Ca^<2+>上昇によると思われるmaxi-K^+channelが頻繁に観察されるのに対し、浴液を35°Cまで上げると、maxi-K^+channelが消失し、内向き整流性を示す、生理的に重要であると思われるK^+channelが頻繁に認められ、主にこの後者のK^+channelの調節メカニズムについて研究を進めている。腎尿細管における水・イオン輸送にはそれぞれの尿細管セグメントに存在するイオンチャネルが大きく関与している。これらのイオンチャネルのうち、数種類のものがクローニングされ、それぞれの分子構造や制御機構に関する報告がなされている。しかしながら、実際に尿細管に存在するイオンチャネルの調節機序は、その細胞膜の特性に左右されることも知られている。本研究では、種々の動物ならびにヒト尿細管細胞を用いて、とくに近位尿細管におけるKチャネルの制御機構とともに、管腔側でのNa/H交換機構の調節と膜電位との関係について研究を行なってきた。まず、オポッサム腎近位尿細管細胞を用いた研究では、膜電位形成に重要な役割を果たすATP依存性Kチャネルが蛋白リン酸化のみならず、脱リン酸化によっても調節されることを直接的に証明した(Kubokawa,et al.,Jpn.J.Physiol.,2000)。また、食用蛙灌流近位尿細管を用いた研究にて、管腔側膜のNa/H交換機構が膜電位変化によっても調節されることを見いだした(Kubota,et al.,Bull.Osaka Med.Coll.,1999)。最近では、正常ヒト近位尿細管細胞を用いて、その細胞膜に存在するKチャネルの研究を行なっており、現在まで、膜電位形成に重要な役割を果たすと考えられる内向き整流性KチャネルがATP、蛋白リン酸化、および細胞内pHによって調節されることを見いだしている(Nakamura,et al.,投稿中)。さらに、ヒト近位尿細管にはATPによって抑制されるCa^<2+>依存性Kチャネルが存在することも見いだしている(Hirano,et al.,投稿中)。以上より、腎近位尿細管に存在するKチャネルの多くは細胞内ATPなどのエネルギー代謝と密接な関係にあり、それぞれ尿細管イオン輸送に寄与しているものと考えられた。
肺癌,食道癌におけるヒトパピローマウイルスの役割.日本,アジアにおける分子疫学

ヒトパピローマウイルス(human papilloma virus, HPV)は,子宮頚部,性器,肛門などの癌の発生に関与している.しかし,食道癌,肺癌においては腫瘍組織からのHPVの検出率が地域,施設によって著しく異なり,腫瘍発生との関係は不明である.本研究では,日本,アジアの食道癌,肺癌におけるHPVの頻度を明らかにし,食道癌,肺癌におけるHPV感染の意義,腫瘍発生への地理病理学的因子の影響について検討した.日本(4施設;東京,高知,鹿児島,沖縄),韓国(2施設),台湾(1施設),シンガポール(1施設)から肺癌,食道癌のホルマリン固定パラフィン包試料(総計483検体)を収集し,ISH, PCR法を併用しHPVの有無について検討した.肺扁平上皮癌(174例),肺腺癌(127例),食道癌(182例)において,各々6.9,7.1,8.8%と低頻度ではあるが,HPVの存在が確認された.しかも陽性となった症例では,ISHで一部の腫瘍細胞にのみ陽性シグナルが検出されたことから,このようなHPVの存在様式が感染率の違いの原因になっている可能性がある.陽性率を日本,台湾,韓国を比較すると,肺扁平上皮癌では8.1,8.6,5.6,0%であった.肺腺癌では,5.0,7.1,13.3,0%であった.食道癌でも,日本,台湾,韓国の陽性率は,10.5,8.0,6.4%であった.各国における頻度に有意差はみられなかった.HPV高危険度群亜型のHPV16/18型感染が,肺扁平上皮癌,肺腺癌,食道癌の陽性例で各々75%,78%,81%であり,いずれの癌においても一定の症例においてHPVが癌発生の初期に関係しているものと推定された.日本国内での地域差を検討すると,食道癌において鹿児島での頻度24.1%(7/29例)が最も高く,統計学的に有意であった(P=0.01).肺扁平上皮癌,肺腺癌には地域差はみられなかった.沖縄での肺扁平上皮癌でのHPV陽性率は急速に低下していると言われ,今回の結果もそれを裏付けるものであった.ヒトパピローマウイルス(human papilloma virus, HPV)は,子宮頚部,性器,肛門などの癌の発生に関与している.しかし,食道癌,肺癌においては腫瘍組織からのHPVの検出率が地域,施設によって著しく異なり,腫瘍発生との関係は不明である.本研究では,日本,アジアの食道癌,肺癌におけるHPVの頻度を明らかにし,食道癌,肺癌におけるHPV感染の意義,腫瘍発生への地理病理学的因子の影響について検討した.日本(4施設;東京,高知,鹿児島,沖縄),韓国(2施設),台湾(1施設),シンガポール(1施設)から肺癌,食道癌のホルマリン固定パラフィン包試料(総計483検体)を収集し,ISH, PCR法を併用しHPVの有無について検討した.肺扁平上皮癌(174例),肺腺癌(127例),食道癌(182例)において,各々6.9,7.1,8.8%と低頻度ではあるが,HPVの存在が確認された.しかも陽性となった症例では,ISHで一部の腫瘍細胞にのみ陽性シグナルが検出されたことから,このようなHPVの存在様式が感染率の違いの原因になっている可能性がある.陽性率を日本,台湾,韓国を比較すると,肺扁平上皮癌では8.1,8.6,5.6,0%であった.肺腺癌では,5.0,7.1,13.3,0%であった.食道癌でも,日本,台湾,韓国の陽性率は,10.5,8.0,6.4%であった.各国における頻度に有意差はみられなかった.HPV高危険度群亜型のHPV16/18型感染が,肺扁平上皮癌,肺腺癌,食道癌の陽性例で各々75%,78%,81%であり,いずれの癌においても一定の症例においてHPVが癌発生の初期に関係しているものと推定された.日本国内での地域差を検討すると,食道癌において鹿児島での頻度24.1%(7/29例)が最も高く,統計学的に有意であった(P=0.01).肺扁平上皮癌,肺腺癌には地域差はみられなかった.沖縄での肺扁平上皮癌でのHPV陽性率は急速に低下していると言われ,今回の結果もそれを裏付けるものであった.試料の収集,倫理的側面:日本およびアジア諸地域における試料の収集を行った.東京大学付属病院,高知大学附属病院およびその関連病院(松山市民病院),中華民国彰化基督教医院において,各施設病理部門の協力を得て,倫理審査の上,肺癌,食道癌の病理組織ブロックをそれぞれ30例程度,各施設より収集した.中華民国彰化基督教医院については,研究代表者,深山および研究分担者,後藤が現地にて検索に適切な症例の選定を行った.岡山大学附属病院にても,当該研究につき,倫理委員会の承認が得られており,現在病理組織ブロックの選定を行っている.また、鹿児島大学,沖縄県立那覇病院とも試料収集につき、協議中である.しかし,沖縄においては琉球大学医学部における病理ブロック無断借り出し事件がおきたため,医療関係者が病理ブロックの貸し出しに極度に過敏になっており,正常な研究活動に支障をきたしかねない状態となっている.

高精度でのHPV検出法の確立:レーザーマイクロダイセクションとPCRを組み合わせる方法を開発した.すなわち,切片より100個前後の細胞をレーザーマイクロダイセクションにより抜き取り,DNA抽出の上,HPVコンセンサスプライマーを用いたPCRと,PCR産物の複数の制限酵素による切断によりHPVの検出,型決定を行うものである.HPV型既知の子宮頚部病変を用いた予備的検討により,この方法の有効性が確認されている.免疫組織化学,ISHを用いたHPV検出とこの方法を併用することにより,従来よりも高精度にHPVを検出することが可能である.試料の収集:平成15年度に引き続き、日本およびアジア諸地域における試料の収集を行った.鹿児島大学付属病院,韓国国立がんセンター病理部門の協力を得て,倫理審査の上,肺癌,食道癌の病理組織ブロックをそれぞれ30例程度,各施設より収集した.韓国国立がんセンターについては,研究代表者,深山および研究分担者,後藤が現地にて検索に適切な症例の選定を行った.岡山大学附属病院にても,当該研究につき倫理委員会の承認が得られており,現在病理組織ブロックの選定を行っている.HPVの検出:wide spectrum HPV probeを用いたin situ hybridization法により,平成15年度および平成16年度に各施設より収集した肺癌,食道癌におけるHPVの検出を施行した.その結果,肺癌については,台湾(台中・彰化基督教医院)4例(6.2%),沖縄(浦添総合病院)1例(7.1%),東京(東京大学付属病院)2例(4.5%)でHPVを検出した.高知(高知大学付属病院),鹿児島(鹿児島大学付属病院)は0例であった.食道癌については,台湾2例(6.4%),鹿児島6例(20.7%),東京1例(4.3%)にHPVを検出した.沖縄,高知は0例であった.このように,肺癌,食道癌でのHPV感染に地域差が示唆されたほか,鹿児島におけるように,同一地域でも,癌の部位によりHPV感染率に差がみられた.さらに,同一検体について,平成15年度に開発したレーザーキャプチャーマイクロスコピーとPCRの組み合わせた高精度HPV検出法によるHPV検出,型決定を進めている.HPVの検出:昨年度に引き続き,日本(東京,高知,鹿児島,沖縄),および台湾,韓国で収集された食道癌(全て扁平上皮癌,総計146例),肺扁平上皮癌(127例),肺腺癌(81例)について,in situ hybridization (ISH)によってHPVの検出を行った.Wide Spectrum HPV Probe (Dako)を用いたISHでは,食道癌12例,肺扁平上皮癌5例,肺腺癌5例が陽性であった.さらに同一症例に対し,ホルマリン固定パラフィン包埋切片よりDNAを抽出し,PCRによるHPV検出を行った.PCRはコンセンサスプライマー(GP5+GP6+)を用いた.食道癌7例,肺扁平上皮癌8例,肺腺癌5例が陽性であった.ISH,PCRいずれか陽性の症例を陽性として,地域差について検討すると,食道癌では,東京1/23,高知0/20,鹿児島7/29,沖縄0/3,台湾2/31,韓国3/40であり,肺扁平上皮癌では,東京1/22,高知1/10,鹿児島2/25,沖縄1/5,台湾3/35,韓国0/28,肺腺癌は,東京0/21,高知1/10,沖縄1/9,台湾4/30,韓国2/9であった.以上,何れの癌においても低頻度ではあるがHPV感染が認められ,日本国内では,鹿児島県の食道癌で高率であった.試料の収集:国立シンガポール大学より子宮頚部異形成の切片の提供を受け,同大学における病理検体の固定,保存状態がHPV検出に耐えうるか,予備的検討を行った,その結果は,十分検索可能であり,国立シンガポール大学での食道癌,肺癌症例についても適切な症例の抽出を依頼中である.試料の収集:国立シンガポール大学より肺癌症例のティシアレイ切片(肺扁平上皮癌15例,肺腺癌15例)の供与を受けた.また,
環状エーテルの新規構築法の開発と天然物合成への応用

海洋産天然物には、複雑な構造と強い生物活性を有する化合物が数多く単離されており、その中でも赤潮の原因毒であるブレベトキシンBに代表される多環状エーテル系天然物は、多くの不斉中心を有し、かつ6,7,8員環エーテルが梯子状に連続した基本骨格を有する巨大な分子である。そのためこれら天然物の合成を行う上では、より効率的な多環状エーテル骨格の構築法の開発が必須である。そこで我々は、新たな環状エーテル構築法を検討し2つの手法を開発した。即ち、ランタノイド反応剤として知られているヨウ化サマリウムを用いた簡便合成法および繰り返し型合成法、そして複数のセグメントを連結し短段階で構築する収束的合成法を開発するに至った。本年度は、開発したこれらの反応のより広範な利用を可能にした。また実際の天然物合成では海洋産天然物ブレベトキシンBの全合成を達成した。まずヨウ化サマリウムを用いた環状エーテル合成法において、これまで合成法が非常に困難であった核間メチル基を含む6及び7員環エーテルの構築法を開発した。これにより天然に存在する核間メチル基を含むエーテル環部のオールマイティーな合成法の確立を達成した。次に核間メチル基を有する五環性ポリエーテルの収束的短段階合成を目指した。昨年度までは最終工程の還元反応において、通常の反応条件下では核間メチル基の影響でこれまでとは異なる立体を有するポリエーテル化合物が優先的に生成する知見を得ている。今年度は種々条件検討を行った結果、1,3-ジクロロプロパン中、120°Cにて塩化スズ、ジフェニルメチルシランを作用させると望みのポリエーテル化合物を優先的に得る方法を見出した。さらに海洋産多環状エーテル系天然物合成への応用として、ヨウ化サマリウムを用いたラジカル環化によりブレベトキシンBの全合成に成功した。現在、詳細なデータ及びさらなる反応条件の検討を行っている。本年度は、これら開発した反応のより広範な利用を目指し、反応の特性についてさらに詳細な検討を行い、天然物合成への利用も検討した。まずヨウ化サマリウムを用いた環状エーテル合成法において、我々はこれまですべて6または7員環エーテルを有した化合物から反応を試みてきたが、今回環状部分を全く持たないアルデヒドとベータアルコキシアクリレートを有した鎖状化合物からヨウ化サマリウムによって立体選択的に2,3-トランステトラヒドロピランを構築できることを見出した。同様にして2,3-トランスオキセパンの合成も行い、さらに5および8員環エーテルの構築を検討した。次に多環状エーテル骨格の収束的合成法として、核間メチル基を有する五環性ポリエーテルの収束的単段階合成の検討を行った。その結果、最終工程の還元反応において核間メチル基の影響でこれまでとは異なる立体を有するポリエーテル化合物が優先的に生成する知見を得た。さらに天然物合成への応用として、我々はヨウ化サマリウムを用いたラジカル環化によりマイトトキシンのC'D'E'F'環部及びガンビエロールのFG環部の合成に成功した。
高度水銀耐性鉄酸化細菌の無機・有機水銀分解気化酵素解析と環境浄化への応用

Acidithiobacillus ferrooxidans MON-1は,無機水銀だけでなく有機水銀化合物に対しても非常に高い水銀耐性であり, NADPH依存性の水銀気化活性及び二価鉄依存性の水銀気化活性を有する。MON-1から精製したcytochrome c oxidaseが,無機水銀及び有機水銀についてHg^0としての気化に関与しており,その活性はMON-1株由来のcyt. c oxidasに対して調製した抗体あるいはNaCNを添加することによって完全に阻害した。CH_3HgClの分解及びHg^0気化活性は, MON-1の細胞質基質でなく細胞膜画分の中に存在していることを確かめた。一方,実際の環境浄化として応用するための技術検討を行った。自然界より単離した鉄酸化細菌150株に対して水銀耐性株のスクリーニングを行い,鉄酸化細菌Acidithiobacillus ferrooxidans SUG 2-2株を選択し,さらにSUG 2-2株を植継培地の塩化水銀濃度を徐々に上げて継代培養することによって調製し20μM以上の塩化水銀存在下でも増殖可能な高度水銀耐性株A. ferrooxidans MON-1株を得ている。これらの耐性株には,NADPH依存性の水銀還元酵素活性に加えて,二価鉄依存性の水銀気化活性を持っており,MON-1株は,水銀無添加培地で約10年間継代培養した菌体においても二価鉄依存性の無機水銀気化活性,有機水銀分解気化活性を有することを再確認した。本研究では,増殖が遅い本株を電気培養することで通常の培養による方法と比べ少容量で,130倍以上の菌体収量を可能とするための運転条件の検討を行なった。さらに,この有用な菌体を固定化微生物として担体に保持して継続的に使用するために,約10種類の固定化法について検討した。固定層,流動層等の利用する装置構造によって好ましい担体の選択方法を提案した。また,固定化することによる広範囲の温度・pH,種々の化学物質等による阻害低減効果について実験的に評価した。これらの結果は,環境浄化及びバクテリアリーチング技術において重要な成果である。さらに電気培養によって得られた菌体からaa_3型ctochrome c oxidasの酵素精製を行なった。単一精製した酵素からサブユニットの最適な解離方法を検討した。無機水銀気化活性及び有機水銀分解気化活性には,本酵素が大きく係わっていることの確認及び各サブユニット単独及び組み合わせ等による活性について実験を行ない新たな知見が得られた。自然界より単離した鉄酸化細菌150株に対して水銀耐性株のスクリーニングを行い,鉄酸化細菌Acidithiobacillus ferrooxidans SUG2-2株を選択した。この株から,水銀耐性の高い高度水銀耐性株A.ferrooxidans MON-1株を誘導・分離し,さらに強化した株を誘導している。これらの耐性株には,NADPH依存性の水銀還元酵素活性に加えて,二価鉄依存性の水銀気化活性を持っており,HON-1株は,20μM以上の塩化水銀存在下でも増殖可能で,二価鉄依存性の無機水銀気化活性,有機水銀分解気化活性が強化されていることを確認した。本研究では,増殖が遅い本株を電気培養することで通常の培養による方法と比べ少容量で,前年度よりも更に高い300倍以上の菌体収量を可能とするための運転条件を得た。さらに電気培養によって得られた菌体からaa_3型ctochrome c oxidasの酵素精製を行い。無機水銀及び有機水銀分解気化活性には,本酵素が大きく係わっていることを確認した。さらに,酵素からサブユニットの解離させた場合,α,βバンドが存在するサブユニットは,βバンド単独のサブユニットに比べるとctochrome c oxidas活性及び水銀気化活性が高いことが分かった。Cyt.coxidase活性の測定は,還元型mammalian cyt.cの酸化速度をA550nmの減少で,一方,水銀気化活性は,還元型cyt.cの存在下,0.1mM塩化水銀(HgCl_2)または0.1μM塩化メチル水銀(MMC)から,気化してくる金属水銀をKMnO_4、にトラップし,還元気化原子吸先法により定量した。MON-1株のaa_3から単離したα,β-サブユニットは,解離前のaa_3より約20倍高いcyt.coxidase活性を示し,0.2mMHg^<2+>,0,2mMCu_<2+>によって特異的に活性化された。また,1mM SDS存在下においても活性を示すことから他の鉄酸化細菌株に比較してSDSにも高度に耐性と考えられた。α,β-

サブユニットによる無機水銀(HgCl_2)及び有機水銀(MMC)からのHg^0の気化は,0.10.2mMのCu^<2+>によって約2倍に活性化された。さらに,本菌の電気培養液を活用することによって実際の水銀を含有した廃液(地下水),土壌から水銀を気化回収するための知見を得た。
リスクに関する社会的論争を読み解くリスクリテラシーのアセスメントと育成

1研究の背景・目的我々が健康的な生活を送るうえで,食品が果たす役割は大きい。一方で,食品には栄養分のほか,微量ながら発がん物質も含まれている。人々の食生活の質を高めるには,食品のリスクやベネフィットを正しく理解するためのリスクリテラシーを育むことが重要である。しかし,リスクリテラシーに関する研究は国内外で十分に行われていなかった。そこで本研究では,食品安全分野におけるリスクリテラシー(ニューメラシー,統計リテラシー)について心理学・教育学の観点から検討した。2研究の具体的内容第一に,リスクリテラシーを測定するためのニューメラシーや統計リテラシーの尺度を作成した。英語原本を翻訳・逆翻訳して日本語版尺度を作成した。一般市民に対するウェブ調査の結果,これらの尺度は高い妥当性や信頼性を持つことが示された。第二に,リスクリテラシーが食品リスク認知に及ぼす影響を明らかにした。食品中の放射性物質に関する調査からは,ニューメラシーの高い人はリスクの数値情報に基づいて不安が変化するが,ニューメラシーの低い人の不安は必ずしも変化しないことが示された。コーヒーや赤肉・加工肉に関する調査では,ニューメラシーの高い人は科学的な情報をもとにリスクとベネフィットをバランスよく考える傾向にあるが,ニューメラシーの低い人は感情的にリスクを知覚しやすいことが確認された。第三に,リスクリテラシーの個人差を補う情報デザインや,リスクリテラシー教育の効果を検討した。食品リスクを図表であらわす情報デザインでは,シンプルな表が最も効果的であることがニューメラシーの高低を問わず見出された。リスク教育に関しては,リスク認知のバイアスの一つである「分母無視」に関する授業と,疫学データの読み解き方に関する授業を行った。どちらの授業においても,統計リテラシーは授業後に有意に向上し,教育の効果が示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。食品安全やエネルギー問題などのリスクに関する論争について協議し,合意形成に至る教育をデザインするため,市民のリスクリテラシーを育むことが研究課題である。リスクリテラシーは,リスクに関わる科学的情報を理解する能力と定義され,科学・メディア・統計リテラシーにより支えられている。このうち統計リテラシー(日常生活にあふれる統計情報を理解し批判的に評価する能力)は,リスクが確率的事象であることを踏まえると重要といえるが,これまで妥当性・信頼性の高い日本語版の尺度は開発されていない。よって,第一年度は統計リテラシー日本語版尺度を開発することを目標とした。年度の前半は,統計リテラシーに関する海外の文献をレビューし,定義や測定方法について概観した。統計リテラシーの測定方法は,回答者の心理的負担を考慮し,自己評定型の質問紙に着目した。そして,研究協力者や翻訳会社と協同でSelf-efficacy for Statistical Literacyを日本語に翻訳した。年度の後半は,尺度の妥当性と信頼性,および論争的なリスクへの理解度を検討するため,学部生や市民を対象に調査を行った。妥当性の検証方法は,統計リテラシーと内容面で類似する心理学的構成概念との相関係数を算出することである。類似した心理学的構成概念とは,基本的な確率計算能力と定義されるニューメラシーと,証拠に基づく論理的で偏りのない思考を意味する批判的思考である。その結果,統計リテラシー日本語版尺度はニューメラシーや批判的思考と中程度の正の相関にあった。信頼性の指標であるCronbachのアルファ係数は0.8を超えていた。また市民に対する調査からは,統計リテラシー日本語版尺度の得点が高い人ほどリスクに関する論争的な情報への理解度が高かった。以上より,リスクリテラシーを支える統計リテラシー尺度の妥当性や信頼性を検証することができた。上述の研究課題の達成に向けて,おおむね順調な進捗状況であると思われる。その理由は以下の二つである。第一に,科研費補助金交付申請書に記載した研究目標である,統計リテラシー日本語版尺度を作成することができたためである。学部生を対象に質問紙調査をしたところ,尺度は十分な妥当性と信頼性を示していた。第二に,研究成果を複数の国内学会で発表し,一つの学会で優秀発表賞を受賞したためである。現在は,得られた成果を学術雑誌で公表するために論文を執筆している。第二年度は,統計リテラシーが食品のリスク認知とベネフィット認知に及ぼす影響について検討した。人々の統計リテラシーに着目することで,リスクと感情に関する先行研究の知見を発展させた。先行研究によると,人々は感情的なイメージに沿ってリスクやベネフィットを知覚する傾向にある。そして,快感情のときはリスクを低く,ベネフィットを高く知覚するなど,リスク認知とベネフィット認知は一般的に負の相関を示すと言われている。一方で,統計リテラシーの個人差研究では,統計リテラシーの高い人は感情ではなく数値に基づいて判断することが指摘されている。よって,「リスク認知とベネフィット認知が負の相関関係を示す」という知見は,統計リテラシーの高低によって異なることが予想される。研究1はコーヒーを題材とした。参加者には,コーヒーのリスク情報(非喫煙者の男性でコーヒーを1日に1杯以上飲む人は膀胱がんのリスクが2.2倍高い)と,ベネフィット情報(コーヒーを1日に1ー2杯飲む人は肝臓がんのリスクが0.5倍に低下する)を呈示した。そして,統計リテラシーの中央値を境に,コーヒーのリスク認知とベネフィット認知の相関係数を算出した。

その結果,統計リテラシーの高い群は情報提供後にリスク認知とベネフィット認知が正の相関に変化することが示された。研究2は,赤肉・加工肉を題材とした。参加者には,赤肉・加工肉のリスク情報(肉類全体の摂取量が多いグループで男性の結腸がんリスクが高くなり,赤肉の摂取量が多いグループで女性の結腸がんのリスクが高くなる)と,ベネフィット情報(肉にはコラーゲンやビタミンB1など栄養分を豊富に含まれている)を呈示した。分析手続きは,研究1と同じであった。その結果,研究1と同様に,統計リテラシーの高い群に限ってリスク認知とベネフィット認知が情報提供後に正の相関関係に変化することが示された。上述の研究課題の達成に向けて,おおむね順調な進捗状況であると思われる。その理由は以下の二つである。第一に,上述の統計リテラシーとリスク認知に関する研究が,学術雑誌に掲載される予定であるからである。第二に,統計リテラシーの実践研究として,全国4つの高校で出前授業を行うことができたからである。1研究の背景・目的我々が健康的な生活を送るうえで,食品が果たす役割は大きい。一方で,食品には栄養分のほか,微量ながら発がん物質も含まれている。人々の食生活の質を高めるには,食品のリスクやベネフィットを正しく理解するためのリスクリテラシーを育むことが重要である。しかし,リスクリテラシーに関する研究は国内外で十分に行われていなかった。そこで本研究では,食品安全分野におけるリスクリテラシー(ニューメラシー,統計リテラシー)について心理学・教育学の観点から検討した。2研究の具体的内容第一に,リスクリテラシーを測定するためのニューメラシーや統計リテラシーの尺度を作成した。英語原本を翻訳・逆翻訳して日本語版尺度を作成した。一般市民に対するウェブ調査の結果,これらの尺度は高い妥当性や信頼性を持つことが示された。第二に,リスクリテラシーが食品リスク認知に及ぼす影響を明らかにした。食品中の放射性物質に関する調査からは,ニューメラシーの高い人はリスクの数値情報に基づいて不安が変化するが,ニューメラシーの低い人の不安は必ずしも変化しないことが示された。コーヒーや赤肉・加工肉に関する調査では,ニューメラシーの高い人は科学的な情報をもとにリスクとベネフィットをバランスよく考える傾向にあるが,ニューメラシーの低い人は感情的にリスクを知覚しやすいことが確認された。第三に,リスクリテラシーの個人差を補う情報デザインや,リスクリテラシー教育の効果を検討した。食品リスクを図表であらわす情報デザインでは,シンプルな表が最も効果的であることがニューメラシーの高低を問わず見出された。リスク教育に関しては,リスク認知のバイアスの一つである「分母無視」に関する授業と,疫学データの読み解き方に関する授業を行った。どちらの授業においても,統計リテラシーは授業後に有意に向上し,教育の効果が示された。
児童・生徒の時間概念がグラフ認知過程におよぼす影響に関する実証的研究

研究内容・理科,算数・数学の教科書中における時間と位置,速さについての定義とその学習過程の比較分析・児童・生徒の時間と位置,速さについての認識調査・時間,位置,速さの関係を探究する理科実験モジュール作成・試行授業を通してのモジュールの評価得られた成果・教科書分析大正期の新主義数学導入からある絵グラフと棒グラフ,折れ線グラフの混同が,現在の小学校算数や小学校理科の教科書においても見られる。棒グラフから折れ線グラフへと移行するときに,同様の手法がとられているため,時間と位置,速さについての定義がグラフから行われてはいない。・児童・生徒の認識調査一次関数から時間と関連のある事項を連想することは困難である。これは,一次関数の学習時,時間と関連した事柄が事例としてあげられていないことが原因と予想される。二次関数の方が,時間と関連のある事項を連想しやすい。小学校理科で時間経過を見ながら測定する物理量が,気温や水温などのように曲線でありながらもピークを有する関数に従っていることが原因と予想される。しかし,温度上昇については知識があるものの,温度下降については経験がないため,誤った認識をしている。・理科実験モジュールの評価運動の様子と記録されるデータをリアルタイムに比較できるので,児童・生徒自らが持つ直観的観測の活用とその間違いが明確になる。運動の様子をグラフ化し観察できるので,グラフ読みとりのポイントを児童・生徒同時が,望むだけの回数実験を繰り返して教え合うことが可能である。小学校5年生では,静止状態のグラフ課題を経験することで時間経過についての概念を把握できるが,グラフの横軸を時間として読み取ることは困難である。中学生2年生は,時間経過についての概念把握と,グラフの横軸を時間として読み取り,運動を表現するための時間概念を定着させる上で,モジュールは有効である。平成15年度は,以下の内容に焦点を当てた。1)小学校,中学校で使用されている理科,算数・数学の教科書中における時間と位置,速さについての定義とその学習過程の比較分析。2)児童・生徒を対象とした,時間と位置,速さの関係についての認識調査。実績内容1)について小学校理科5年では速さの定義がなされないため,速さの変化に議論が及ぶものの位置の変化と時間の関係については曖昧のままに扱われている。小学校算数6年の速さの内容で,学習指導要領で述べられている「速さの求め方を考え,それを求めること」が扱われていな教科書があり,使用する教科書によって学習内容に差が出ることが予想される。中学校数学2年の一次関数では時間と位置から速さなどを考える内容は扱われているが,グラフの横軸に時間を取ることの意味を考える内容は見られない。中学校理科第一分野では,等速運動のグラフは扱われているが,速さの定義を理科として再確認する内容は含まれておらず,算数・数学での学習に完全にゆだねている。また打点タイマー記録から運動のグラフを求める実験では,打点タイマーのもつ問題点は考慮されていないままである。2)について小学校3年生から中学校3年生を対象として,時間と位置,速さの関係についての質問紙とインタビューによる認識調査を行うための,評価問題の構成を行った。この調査問題は(1)移動の視点を被験者に置き実際に移動する場合(2)実際の移動経験から予想を行う場合(3)模型の車を動かした時のグラフの予想と根拠,から構成されている。また,児童の会話記録分析自動化にむけて予備実験を行った結果,音声処理ソフトウエアの認識トレーニングパターンが授業中の会話パターンとかけ離れているため,従来と同じ音声記録方法では自動化はほぼ無理であることが判明した。今後,児童会話用トレーニングパターンの開発可能性を検討する必要がある。