hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オートファジー始動複合体の作動状態の活写

そこで本年度は光褪色後蛍光回復法や蛍光相関分光法などの定量的な解析により、PASが細胞質との間でAtg因子を活発にやり取りしていること,PAS内のAtg因子は細胞質内と同等の高い運動性を保持していることを示した.さらにPASが形成される過程においてAtg1複合体液滴同士の融合やオストヴァルト熟成が見られることを示し,PASが液-液相分離により形成された液滴であることを証明した.また,PASの中核を担うAtg1複合体について,試験管内で液-液相分離することを示し,Atg13が相分離に必須の役割を持つことを示した.高速AFM像と蛍光顕微鏡像を同時観察可能な装置を用いて、液-液相分離状態のAtg13-Atg17-Atg29-Atg31複合体の微細構造観察を行ない,その規則性のない動的内部構造を明らかにした.計画通り,Atg13にAtg17-Atg29-Atg31複合体を加えた場合,Atg13にAtg1を加えた場合など,2因子間の相互作用を高速AFMで観察する.Atg13の天然変性領域とAtg1との相互作用を高速AFMにより詳細に解析することで,Atg1との結合に際して天然変性領域にアルファ-ヘリックスが誘起される過程の可視化を試みる.続いてAtg13とAtg17-Atg29-Atg31複合体との相互作用を高速AFMで観察し,Atg13がAtg17同士を架橋していく過程をリアルタイムで追跡する.さらにAtg1も添加することで5者複合体全体の高次多量体構造の観察も目指す.各因子に異なる蛍光タグを付加し,領域内で開発が行われる蛍光顕微鏡の高速AFMへの応用技術を活用することで,因子間の区別を明確にした高速AFM測定も試みる.高速AFMで得られた知見に基づき,in vivo, in vitroでの機能解析を行う.具体的には因子間の結合を減弱もしくは増強する変異,Atg1複合体の運動性に影響を与える変異,Atg1複合体の会合レベルや会合様式を変える変異など様々な視点から変異体を設計し,実際に因子間結合や高次複合体形成に与える影響を生化学的に解析する.さらに酵母を用いて,これらの変異が細胞内でのAtg1複合体の形成能,PASの形成レベル,Atg9など下流因子群のPAS局在,さらにはオートファジー活性に与える影響を解析し,Atg1複合体の動的構造と機能との関係を明らかにする.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
温血脊椎動物染色体バンド構造と巨大GC含量モザイク構造との関係の解明

ヒトを含む高等脊椎動物のゲノムは数百kbpから数MbpレベルでのGC含量のモザイク構造よりなることが知られ、このGC含量モザイク構造が染色体バンド構造と関係して機能上のドメインを構成すると想定されている。モザイク構造の機能的意味や出来上がってきた分子進化機構を知るためには、モザイク境界の構造上の実体を解明することが重要になる。我々はヒトMHC領域(HLA)がMbpレベルでのGC含量モザイク構造よりなり、モザイク境界部位がクラスIIとIIIの境界ないしはその近傍にあることを報告してきた。モザイク境界を含む約400kbの遺伝子歩行を続け、全域を覆うコスミドとラムダファージならびにYACの連続クローンを得た。GC含量分布の詳細な解析を行なったところ、Mbpレベルでの巨大GC含量モザイクの境界がkbレベルで正確に同定できた。この領域の塩基配列を決定したところ、興味深いこととして、その境界近傍に、XY性染色体短腕の末端付近を占めるpsedoautosomal regionとXY特異配列の境界部位の配列(約500bpのpseudoautosomal boundaryと呼ばれる)と高い相同性を持つ塩基配列が存在していた。psedoautosomal regionはXY両染色体でほぼ同一の配列を持ち、減数分裂でのキアズマ形成に重要な働きをする。XY性染色体においてpseudoautosomal boundaryの配列はDNA複製タイミングあるいはX染色体不活性化のスイッチ点である可能性が示唆され、生物学的に重要と考えられている。この配列ときわめて相同性の高い配列がMHC領域のGC含量モザイク境界部位に見い出されたことは意義深い。またこの領域周辺にNotch3,PBX2mhc,RAGE,TN-X(テネイシン-X)の4つの新遺伝子を見いだし、またマウスゲノム上でもTN-X遺伝子が同定でき、その遺伝子発現様式も明らかにした。温血脊椎動物染色体を種々の分染色法で染色することで,少なくとも4種類(R,G/Q,T,Cバンド)のバンド構造が光学顕微鏡で観察される.これらと染色体DNAの塩基組成のモザイク的分布との関係を解明することを試みた.本年度は最近注目されているTバンドを中心に研究を行った.TバンドはRバンドのサブタイプで,熱変性に対して顕著に安定な部位として知られており,GC塩基に富むMbレベルでの巨大構造と考えられている.染色体バンド構造の機能上の意味ならびにそれが出来上がってきた進化機構を考える場合,バンドの境界の構造を知ることが重要となる.従来から研究によりGC含量が大きく変化する部位がヒト主要組織適合性抗原遺伝子(MHC)領域のクラスIIとクラスIIIの境界領域に存在することを推定していた.境界部位の構造的特徴を調べる目的で,クラスIII遺伝子群(高いGC含量でTバンドに対応)からクラスII(低いGC含量)にかけての約400kbの領域に着目して遺伝子歩行を続け,GC含量と塩基配列の解析を行った.約350kbのコスミド遺伝子歩行を完了しており,それと並行してGC含量モザイク境界をカバーするYACクローンをも得た.両種のクローン化DNAの解析により,コスミド歩行についてもモザイク境界そのもの,ないしはその近傍にまで達していることが示された.クラスIII側(GCに富む)より歩行の最も進んだ領域の塩基配列決定を行ったところ,数十kbの多数のAlu反復配列よりなる特徴的な構造を持つことが示された.クラスII側(ATに富む)についても,Aluとは異なる反復配列の集中する傾向を見い出している.染色体バンドの境界と想定される巨大GC含量モザイク境界が「反復配列が大規模に集中する部位」と云う明瞭な特徴を持つ可能性が出てきた.ヒトのゲノムは数百kbpから数MbpレベルでのGC含量のモザイク構造よりなることが知られ、このモザイク構造が機能上のドメインを構成すると推定されている。

モザイク構造の機能的意味や出来上がってきた分子進化機構を知るためには、モザイク境界の構造上の実体を解明することが重要になる。我々はヒトMHC領域(HLA)がMbpレベルでのGC含量モザイク構造よりなり、モザイク境界部位がクラスとの境界ないしはその近傍にあることを報告してきた。モザイク境界を含む約400kbの遺伝子歩行を続け、全域を覆うコスミドとラムダファージ連続クローンを得た。GC含量分布の詳細な解析を行なったところ、Mbpレベルでの巨大GC含量モザイクの境界がkbレベルで正確に同定できた。この領域の塩基配列を決定したところ、興味深いこととして、その境界近傍に、XY性染色体短腕の末端付近を占めるpsedoautosomal regionとXY特異配列の境界部位の配列(約500bpのpseudoautosomal boundaryと呼ばれる)と高い相同性を持つ塩基配列が存在していた。psedoautosomal regionはXY両染色体でほぼ同一の配列を持ち、減数分裂でのキアズマ形成に重要な働きをする。YX性染色体においてpseudoautosomal boundaryの配列はDNA複製タイミングあるいはX染色体不活性化のスイッチ点である可能性が示唆され、生物学的に重要と考えられている。この配列ときわめて相同性の高い配列がMHC領域のGC含量モザイク境界部位に見い出されたことは意義深い。またこの領域周辺にNotch 3,PBX2mhc,RAGE,TN-X(テネイシン-X)の4つの新遺伝子を見いだし、またマウスゲノム上でも同様の遺伝子が同定できた。
哺乳類における摂食調節関連神経核とニューロンの発生過程を再現する培養法の開発

本研究では、まず、3日間のラット全胚培養法と9日間の頭蓋顔面原基の器官培養を組み合わせた培養系を確立した。本培養系における培養胚は、視床下部と下垂体の発生に必要な重要な分子(Lhx1、Foxa2、Isl-1、pitx2、Nkx2.1、NeuroD1、Tpit、Lhx3、Shh、Bmp2、Bmp4、Fgf8)の発現が再現された。さらに、器官培養後の頭蓋顔面原基では、腺下垂体ホルモン(αsubunit、POMC、LHβ、TSHβ)発現が再現された。また、本系に前方中軸中内胚葉(前方中軸中内胚葉)の除去実験を適用することよって、前方中軸中内胚葉がLhx1、Foxa2、isl-1、Shh、Fgf8、Bmp4、Bmp2、Nkx2.1の産生に不可欠であることを示され、Shhの中和抗体による機能阻害では、視床下部のNkx2.1産生細胞が減少したことから、Shh分泌性の前方中軸中内胚葉が弓状核(摂食中枢)の発生にとって不可欠であるが示唆された。しかしながら、この系では、器官培養系における酸素不足によって、予定弓状核は、NPY-,αMSH-ニューロンに分化しなかった。そこで、弓状核におけるNPY-,αMSH-ニューロンの発生を再現する為に、さらに長い期間の全胚培養の確立を開始した。これまでの論文の培養条件では、144時間までに19/25の培養胚で心拍動が消失したのに対し、我々が改良した培養条件では、8/12の培養胚で6日間、心拍動が維持されました。現在、培養胚から摘出した弓状核が、NPY-,αMSH-ニューロンに分化する器官培養系を確立している。本年度の目標は、作業目標1.の『摂食調節関連の神経核とニューロンの発生を再現できる長期視床下部培養系の確立』を行うことであった。すなわち、視床下部の摂食調節関連の神経核やニューロンをin vitroで発生させる方法を確立し、摂食関連神経細胞の発生の分子機構を解明するための器培養系を確立することである。現在、可能な限り長期に視床下部の3次元的な発生過程を再現するため、既存のラット全胚培養法の卵黄嚢の開窓法・培養液・ガス濃度を改善した確立している。以下の(1)(3)に、現在まで結果を示す。(1)脊索や脊索前板をDiI標識し、120時間の全胚培養(11/13)が確立された。さらに、その系において144時間(4/13)の心拍動の維持を維持することが可能になった。(2)また、120時間の全胚培養(培養胚は、脳の形態からE13.5に相当する。)では、DiI標識された脊索や脊索前板由来の細胞の近傍で、脳内で各摂食関連因子であるMSHβの前駆体(PONC産生細胞)が発生することが確認された。これらは、脊索や脊索前板が摂食調節関連神経核の発生に寄与していることを示唆している。(3)さらに、脊索や脊索前板由来の細胞の到達領域は、鼻板や間脳や中脳においても観察することができた。また、これらの領域は、視索前野に移動するGnRHのニューロンの発生領域に一致していた。これらは、頭部中内胚葉(脊索や脊索前板由来の細胞)が、生殖関連神経核のニューロンの発生に寄与していることを示唆している。すなわち、摂食活動と生殖活動は発生段階からlinkしている可能性を暗示していた。

したがって、来年度は、144時間の全胚培養の確立、あるいは、120時間全胚培養を行った後、視床下部培養を行い、視床下部における摂食関連ニューロン、および、生殖関連ニューロンと中軸中内胚葉との局在の関連性を精査したのち、作業目標2『摂食調節関連の神経核とニューロンの発生過程における頭部中内胚葉の役割の解明』を行う予定である。哺乳類において、頭部中内胚葉による視床下部の誘導、及び、摂食調節関連の神経核とニューロンの発生を連続して再現できる培養法は確立されていない。そこで、(1)長期のラット全胚培養の後、引き続き、視床下部培養を行う長期器官培養法を確立すること。を当該研究の目的とし、将来、(2)上記の培養脳をニッシェとして用いて、摂食調節ニューロンを再生する方法を開発すること。を目標とする。作業目標(1);摂食調節関連の神経核とニューロンの発生を再現できる長期視床下部培養系の確立23年度までに全胚培養(72時間)と器官培養(10日間)の組み合わせ培養により腺性下垂体ホルモン(αMSH,ACTH,LHβ,TSHβ,αサブユニット)の発生が可能になる培養系を確立している。しかし、酸素要求量の高いニューロンの分化(弓状核近傍のαMSHとNPY、外側野のMCH・OR、室傍核のCRH・TPH、背内側核のCCK)の為には、血流の保持する全胚培養を144時間まで行う必要性がある。現在,120時間までの培養は80%以上(10/12)で可能になったが120144時間(2/12)までに血流を失う。作業目標(2);摂食調節関連の神経核とニューロンの発生過程における頭部中内胚葉の役割の解明作業目標(3);摂食調節関連の神経核のパターン形成とニューロンの分化に関与する分子の同定とその役割の解明視床下部の発生のためには,間脳腹側(前方神経板由来)、ラトケ嚢(ANR由来)、及び、周囲の間葉(前方中軸中内胚葉由来)の相互作用によるSHH,FGF,BMPの発現領域の確立が必要である。23年度までに、前方中軸中内胚葉の除去実験によって、間脳のShh,Fgf8,Bmp4と周囲の間葉のBmp2の発現が消失することを明らかにしている。作業目標(4);培養胎児脳をニッシェとして用いる摂食調節関連ニューロンの再生法の開発作業目標(1)(4)を確立後に行う。『視床下部の摂食調節中枢神経核群のパターン形成やニューロンの分化には、頭部中内胚葉による持続的な誘導作用が必須である』可能性が高い。しかしながら、哺乳類において、頭部中内胚葉による誘導、及び、摂食調節関連の神経核とニューロンの発生を連続して再現できる培養法は確立されていない。そこで、(1)長期のラット全胚培養の後、引き続き、視床下部培養を行う長期器官培養法を確立し、(2)培養脳をニッシェとして用いて、摂食調節ニューロンの再生法を確立することを本研究の目的とした。まず、23年度の終了までに、前方中軸中内胚葉の除去実験によって、間脳の正常発生に必須であるShh, Fgf8, Bmp4と周囲の間葉のBmp2の発現が消失することを明らかにしており、また、全胚培養と器官培養の組み合わせ培養により腺性下垂体ホルモン(αMSH, ACTH,LHβ, TSHβ,αサブユニット)の発生が可能になる培養系を確立し、摂食調節神経核のパターン形成には頭部中内胚葉(脊索前板)が必須であることを明らかにした。しかしながら、ニューロンの分化過程では、酸素要求量が多いため、器官培養では正常に分化しなかった。そこで、血流を維持できる144時間の全胚培養によって視床下部の発生を再現する研究を開始し、120時間までの培養は80%以上(11/13, 10/12)で可能になり、また、頭部中内胚葉由来細胞の近傍でのPOMC産生細胞を発生する細胞の発生も確認された。しかしながら、144時間までに心拍動が失われた(生存数:4/13,2/12)。
唾液アミラーゼのコピー数多型は児童の食事・栄養素摂取や健全な発育に影響を及ぼすか

ヒト唾液アミラーゼ遺伝子(AMY1)にはコピー数(CN)多型があり、成人ではCNがアミラーゼ活性と相関する。唾液アミラーゼは出生時には発現がなく、思春期までに発達する。食習慣が影響するとの報告もある。本研究の目的は唾液アミラーゼの発達と、AMY1 CNや食生活との関連を明らかにすることであった。長野市内にて調査を実施し、保育園児234名、小学生945名より検体および調査票への回答を得た。保育園児(204名)のAMY1のCNを確認し、小学生(943名)はゲノムDNAの調製まで行った。保育園児では、男子の唾液アミラーゼ活性は、就寝時刻が遅いと低いが、AMY1 CNが多いと高いとの結果を得た。1.研究開始当初の背景:ヒトの唾液アミラーゼ遺伝子(AMY1)にはコピー数多型に存在し、個体当たりのAMY1のコピー数には215個という大きな個人差がある。一方、成人ではAMY1のコピー数が、唾液中のアミラーゼ量や活性と相関するとの報告があるが、相関関係は必ずしも明確ではない。唾液アミラーゼは出生時には発現がなく、思春期までに発達するとされているが、唾液アミラーゼは高糖質食により上方制御されるとの報告もあるので、成長過程で食事への適応があきているのかもしれない。しかし、発達期の唾液アミラーゼ活性とAMY1コピー数との関係を調べた研究はない。2.研究の目的:唾液アミラーゼの発達と、AMY1コピー数や生活習慣の関係を、保育園児及び小中学生を対象に検討する。3.研究の方法:保育園児及び小中学生を対象に、口腔粘膜、早朝空腹時の唾液を採取し、更に保護者(小学校高学年以上では本人も)を対象に生活習慣に関する質問調査を行う。採取した口腔粘膜からはDNAを抽出しRT-PCRにてAMY1コピー数を測定し、唾液についてはアミラーゼ活性を測定する。これらのデータと、質問紙調査で得られた回答を比較する。4.研究成果:長野市内の保育園児を対象に調査を実施し、234名(35歳:男子127名、女子117名)より検体及び調査紙への回答を得た。3歳児では、唾液のアミラーゼ活性とタンパク濃度に相関はみられなかったが、4,5歳児では、有意な相関がみられた。AMY1コピー数は測定中である。一方、質問紙調査の結果から、子どもの生活習慣についての解析を行い、就寝時間が早い方が朝食の摂取率が良いことなどを確認した。また、長野市内の小学生を対象に調査を行い、1000名弱より、検体・調査紙への回答を得た。これらについては、解析中である。また、予備検討として、大学生の唾液アミラーゼ活性とAMY1コピー数との関係も調べた。1.背景:ヒトの唾液アミラーゼ遺伝子(AMY1)にはコピー数多型が存在し、個体あたりのAMY1のコピー数には215個という大きな個人差がある。唾液アミラーゼは出生時には発現がなく、思春期までに発達するとされている。また、唾液アミラーゼは高糖質食により上方制御されるとの報告もある。したがって、成人の唾液アミラーゼ活性は、AMY1コピー数以外に、成長過程での食生活の影響も受けている可能性がある。2.目的:唾液アミラーゼの発達と、AMY1コピー数や食生活との関連を、保育園児及び小学生を対象に検討する。3.方法:保育園児及び小学生を対象に、口腔粘膜、早朝空腹時の唾液を採取し、更に保護者(小学校高学年以上では本人も含める)を対象に食事・生活習慣に関する質問紙調査を行う。4.研究成果:長野市内の保育園児・小学生を対象に調査を実施し、保育園児234名(35歳:男子127名、女子117名)、小学生945名(男子471名、女子474名)より検体および調査紙の回収を得た。3歳児では唾液のアミラーゼ活性とタンパク濃度に相関は観られなかったが、4,5歳児では有意な相関が観られた。AMY1コピー数は保育園児204人分を測定した。AMY1コピー数は、平均6.0コピー(最小2、最大16)であり、全体の91%は10コピー以下であった。小学生から回収した口腔粘膜についてDNAの抽出を進めている。回収した質問紙調査の結果の解析も進めている。ヒトの唾液アミラーゼ遺伝子(AMY1)にはコピー数多型が存在し、成人ではAMY1のコピー数が、唾液中のアミラーゼ量や活性と相関するとの報告がある。また、食習慣が影響するるとの報告もある。本研究の目的は唾液アミラーゼの発達と、AMY1コピー数や食生活との関連を、明らかにすることであった。長野市内の保育園児・小学生を対象に調査を実施し、保育園児234名(35歳:男子127名、女子117名)、小学生945名(男子471名、女子474名)より検体および調査紙の回収を得た。

この内、保育園児(204名)はアミラーゼのコピー数を確認し、小学生(943名)についてはゲノムDNAの調製まで行った。保育園児については、男子の朝食前の唾液アミラーゼ活性は、就寝時刻が遅いと低いが、AMY1 copy数が多い高いとの結果を得た。また、本研究からの副次的成果として、唾液のアミラーゼ活性の測定方法の検討から、唾液中に酸性で活性化するプロテアーゼが存在する可能性を発見した。更に、質問紙調査の結果から、保育園児の朝食摂取は就寝時間と関係すること、保育園児の母親は食事調査において子供の摂食量を過大評価すること、フルタイム勤務している保育園児の母親は検診で異常値を持つリスクが高いことなどを明らかとした。以上のように、子どもの生育に関し重要な知見を得ることができた。ヒト唾液アミラーゼ遺伝子(AMY1)にはコピー数(CN)多型があり、成人ではCNがアミラーゼ活性と相関する。唾液アミラーゼは出生時には発現がなく、思春期までに発達する。食習慣が影響するとの報告もある。本研究の目的は唾液アミラーゼの発達と、AMY1 CNや食生活との関連を明らかにすることであった。長野市内にて調査を実施し、保育園児234名、小学生945名より検体および調査票への回答を得た。保育園児(204名)のAMY1のCNを確認し、小学生(943名)はゲノムDNAの調製まで行った。保育園児では、男子の唾液アミラーゼ活性は、就寝時刻が遅いと低いが、AMY1 CNが多いと高いとの結果を得た。平成25年度中に保育園だけでなく、小学校でも調査を実施できた。しかし小学校での回収数が当初予定よりも多く、H26年度はデータの整理、口腔粘膜検体からのDNAの抽出に予想以上の労力を要した。食生活学えられた検体の分析を進めるとともに、調査紙調査の回答の整理を行い、結果を公表する。当初はH25年度は保育園児のみを対象に調査を実施する予定だったが、小学生についても調査を実施することができた。H26年度中に予定していた発表のための費用が未使用だったため、その分を次年度に繰り越した。得られた検体の分析を進めるとともに、調査紙調査の回答の整理も行う。H27年度中に、検体・データの解析を進め、発表する予定である。予定していた英文校閲、論文掲載に関する費用の支出が年度内になかったため未使用となった。英文校閲、論文掲載にかかわる費用として支出する。
ボリコナゾール代謝物濃度とCYP2C19遺伝子多型を考慮したTDMへの応用

アゾール系抗真菌薬のボリコナゾール(VRCZ)は、主にcytochromeP450(CYP)2C19により不活性型のNオキシド体(VNO)へと代謝され、非線形性の薬物動態を示す。一方、日本人にはCYP2C19変異型が60-70%と高頻度に存在し肝障害の発現リスク上昇が予想されるが、遺伝子多型解析は時間を要し汎用的とはいえない。VRCZ濃度に対するVNO濃度比(VNO/VRCZ)とCYP2C19遺伝子多型解析との関連性を検討し、VNO/VRCZ比がCYP2C19遺伝子多型の予測因子となり得るかを検討した。2013年7月2017年3月に鹿児島大学病院でVRCZを投与され同意が得られた入院患者を対象とし、VRCZ開始後3日目以降の投与前に採血した血漿中のVRCZおよびVNO濃度は高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて測定し、VNO/VRCZ比を算出した。CYP2C19の遺伝子多型解析はPCR法を用い、*1/*1をextensive metabolizer(EM)群、*1/*2、*1/*3をintermediate metabolizer(IM)群、*2/*2、*2/*3、*3/*3をpoor metabolizer(PM)の3群に分類した。本研究は鹿児島大学病院臨床研究倫理委員会の承認(番号#445)を得て実施した。患者は31例(男/女: 18/13)、年齢53.9歳(16-80)、体重50.4kg(29.3-76.9)で、103の採血ポイントが得られ、EM/IM/PM群がそれぞれ11例/8例/12例であった。VRCZ初期投与量は3群間で差はなかったが、初回VRCZ濃度はEM群に比べ、IM、PM群はともに高値を示し(P<0.05)、肝障害のリスクとされる4.0μg/mLを超える症例の割合も高かった。一方、投与量調節後の2回目以降のVRCZ濃度は3群間で有意差はなかったが、VNO/VRCZ比はそれぞれ2.3±2.0、1.4±1.0、1.2±1.2とEM-IM間及びEM-PM間で有意に低値を示した(P<0.05)。VNO/VRCZ比は野生型に比べ変異型で低値となる傾向を示し、CYP2C19遺伝子多型の予測因子として投与量増減や血中濃度測定タイミングの指標などTDMへの有用性が示唆された。
果樹栽培の盛んな農業集水域における河川水中の栄養塩類濃度特性の解明

河川の水量・水質に関する野外調査と分布型モデルを利用した水・物質負荷量解析を実施して,果樹栽培が盛んな紀の川流域における水環境を評価した.その結果,物質収支に基づいて既存情報から果樹園における栄養塩類の原単位を算出する方法を構築することができた.また,得られた原単位を利用したモデル解析により,果樹園が広く分布する支流域のTN濃度変化および本川中流部におけるTP濃度の大きな上昇の要因を明らかにすることができた.河川の水量・水質に関する野外調査と分布型モデルを利用した水・物質負荷量解析を実施して,果樹栽培が盛んな紀の川流域における水環境を評価した.その結果,物質収支に基づいて既存情報から果樹園における栄養塩類の原単位を算出する方法を構築することができた.また,得られた原単位を利用したモデル解析により,果樹園が広く分布する支流域のTN濃度変化および本川中流部におけるTP濃度の大きな上昇の要因を明らかにすることができた.本研究では,河川の水量・水質に関する野外調査と分布型モデルを利用した水・物質流出解析を実施して,果樹栽培が盛んな流域(農業集水域)における水環境を評価する.それにより,河川の水環境に関する諸問題を解決し,流域における健全な水・物質循環の確立に向けた方策を検討する.対象は奈良県南部と和歌山県北部を流れる紀の川流域である.平成21年度には主に以下のことを行った.1)流域情報のデータベース化(GISデータベースの構築)水流出解析や汚濁負荷量解析といった数値解析に利用するために,野外調査データや行政機関の河川定期モニタリングデータ,各種流域情報(標高,人口,土地利用など)をGIS(地理情報システム)上でデータベース化した.2)数値解析モデルの構築本研究では流域内の水と物質の動きを空間的かっ動的に解析するため,流域水環境情報解析システムを構築することが重要である.紀の川流域の水物質の流出に影響を及ぼす農業活動には,ダムからの放流,頭首工からの取水,農業用水路やため池などの人工的な水の流れ,農地からの汚濁負荷などがある.今回はこれらの中でも紀の川の水量や水質に大きな影響を与えている頭首工からの取水と農地からの汚濁負荷の評価が可能なモデルを対象とし,平成21年度にはシステムの中心となる分布型水流出解析モデルの作成を行った.今回のモデル解析により,農業用水取水によって灌概期の河川流量が大きく減少していて,取水を考慮しない解析結果と比較すると60%以上減っている可能性が示唆された.ただし,現時点ではモデルの解析精度に改善の余地があるので,平成22年度以降には解析精度の向上を目指したい.本研究では,河川の水量・水質に関する野外調査と分布型モデルを利用した水・物質流出解析を実施して,果樹栽培が盛んな流域(農業集水域)における水環境を評価する.それにより,河川の水環境に関する諸問題を解決し,流域における健全な水・物質循環の確立に向けた方策を検討する.対象は奈良県南部と和歌山県北部を流れる紀の川流域である.平成22年度には主に以下のことを行った.1、流域情報のデータベース化(GISデータベースの構築)水流出解析や汚濁負荷量解析といった数値解析に利用するために,野外調査データや行政機関の河川定期モニタリングデータ,各種流域情報(標高,人口,土地利用など)をGIS(地理情報システム)上でデータベース化した2、数値解析モデルの構築本研究では,流域内の水と物質の動きを空間的かつ動的に解析するため,流域水環境情報解析システムを構築することが重要である.紀の川流域の水物質の流出に影響を及ぼす農業活動には,ダムからの放流,頭首工からの取水,農業用水路やため池などの人工的な水の流れ,農地からの汚濁負荷などがある.平成22年度はこれらの中でも農地からの窒素流出が河川水質に与える影響を分析するため,分布型水流出解析モデルとマクロモデルを組み合わせた窒素流出負荷量解析モデルを作成し,紀の川流域内で果樹園の占める割合の大きい柘榴川に適用して,モデルの検証を行った.その結果,流域の3分の1を果樹園が占める柘榴川流域では,果樹園からの窒素流出負荷量が最も多く,特に施肥時期の秋から春にかけて河川への流出が多くなる傾向が示された.本研究では,河川の水量・水質に関する野外調査と分布型モデルを利用した水・物質流出解析を実施して,果樹栽培が盛んな流域における水環境を評価した.対象は紀の川流域である.平成23年度には主に以下のことを行った.1.樹園地内の物質収支に基づいた栄養塩類の原単位算出物質収支に基づいて既存情報から果樹園における栄養塩類の原単位を算出する方法を検討した。その結果,算出された原単位を負荷量解析や河川水質解析に利用できることがわかった.加えて,今回の方法は施肥量に応じた原単位を算出できるため,施肥量管理による栄養塩類流出抑制といった対策効果の検討も容易になることが示された.2.窒素負荷特性・河川水質特性支川の柘榴川流域におけるTN負荷特性および河川水質特性を検討した.ここでは上記1)の方法で果樹園のTN原単位を月単位で算出したことにより,河川水中TN濃度を月単位で概ね再現できた.また,流域の3分の1を果樹園が占める柘榴川流域では,河川へのTN流達負荷量が降水量や施肥量の多い秋から春に多くなり,河川水質も流達負荷量と同じように変動することが示された.

このような水質変化の傾向は野外調査でも得られており,柘榴川のTN濃度変化は,果樹園からの肥料流出によって引き起こされている可能性が高いことが示唆された.3.リン負荷特性・河川水質特性紀の川中流部において1996年から2001年の間にTP濃度が大きく上昇した要因を検討した.その結果,1996年から1999年の4年間に産業系TP負荷量が大幅に増加していたこと,2000年以降は産業系出荷額の減少および第5次水質総量規制の導入により流域からの負荷量が少なくなったことが示された.さらに,河川水質解析により,紀の川中流域のTP濃度は流域からのTP負荷量および河川流量の影響を受けて変動しやすいことが示唆された.4.総合評価果樹栽培が盛んな紀の川流域の栄養塩類濃度特性を明らかにするとともに,流域の栄養塩類濃度管理に利用可能な解析モデルを構築できた.
国・自治体における行政の「総合化」が教育政策に与えた影響に関する実証的研究

近年,国・自治体レベルを通じて政治主導と行政の「総合化」が進んでいる。本研究では,そうした変化が教育政策にいかなる影響を及ぼしたのかを分析した。研究の結果,政治的リーダーは以前から潜在的に教育政策への影響力を有していたが,近年の政治的環境の変化によってリーダーの利益構造が変容し,そのことが政治的リーダーの教育政策への関与増大や教育委員会制度の見直しを求める動きにつながっていることを実証的に示した。本年度は,国・自治体における行政の総合化が起こった背景とその影響を,理論・実証の両面から検証した。国レベルについては,政治・行政の「中央化」が教育改革のスピードを速めた反面,教育政策の安定性・継続性を失わせたことを,拒否権プレイヤー論などの理論から説明した。また,1980年代の教育委員会制度改革を素材として,教育行政の強い縦割り集権構造の源泉とされてきた教委制度改革においても,他省庁(他の政策共同体)との調整が不可欠であることを明らかにした。自治体レベルでは,第1に教育行政の制度原理に関する研究のレビューを行い,教育行政の一般行政からの独立に関する分析が今後より必要であることを明らかにした。第2に,地方分権改革以後の首長と教育長の関係について,研究代表者が以前実施した質問紙調査をもとに検討した。その結果,教育長は首長と密接な連携・協力の下で教育政策の立案・実施にあたっており,その点で既に総合化が進んでいるといえる状況であることがわかった。第3に,社会教育に関しての論点と研究課題を指摘した。社会教育は一般行政からの独立に関して多くの課題があること,教育政策の中でもより総合化が進んだ領域であること,また教育委員会制度が存在することにどのような意味があるのかを実証的に分析することが重要であることを指摘した。最後に第4として,2009年の政権交代を受けて,今後の自治体教育行政と教育委員会制度の在り方について理論的な検討と含意を提示した。合理的選択制度論からは,今後の二大政党制の動態と自治体首長選挙のゆくえが教育委員会制度改革にとって非常に重要であることを指摘した。本年度は,主に理論的検討と実証分析を行った。理論的検討に関しては,政治学・社会学などでの新制度論に関する研究動向と,教育制度研究への示唆を検討した。ここでは,新制度論の分析視角は教育制度研究の発展にとって重要であることと同時に,教育制度研究が新制度論になしうる貢献もあることを明らかにした。同時に,本研究における理論的視座と分析枠組に関する知見についても述べた。実証分析では,これまでの研究成果も参照しながら,主に自治体レベルにおける政治的リーダーシップと政策選択との関連について検討した。その結果,第1に自治体レベルの教育政策における首長の影響力は従来から強かったが,これまではそれが潜在的であることが多かったことをデータから明らかにした。また,地方政治の構造的変容により,近年は教育政策における首長の影響力が顕在化しつつあり,その政策意図もより明確になってきていることを示した。第2に,首長の政治的リーダーシップの態様と教育委員会制度をめぐる政策選好との間には密接な関連があることを実証分析により論証した。すなわち,首長の政治的安定性や議会との関係が教育政策における首長の選好に大きな影響を与えていることを経験的に明らかにした。以上の研究から,特に近年の日本における政治的リーダーシップの変容が教育政策にいかなる影響を及ぼしているのかについて,実証的な知見と理論的・実践的な含意を得た。23年度は、(1)近年の改革課題や政策動向に即した分析、および(2)分析枠組・研究方法論の検討を中心に研究を実施した。研究の成果は概ね以下の通りである。(1)国レベルの分析については,教員免許更新制を事例として、民主党政権と自民党政権における教育政策過程の比較を行った。特に、政務三役の役割が変化したことの意味に着目した検討を行った。研究成果は海外の学会で報告を行い、外国の日本政治研究者から有益なコメントを頂いた。(2)自治体レベルの分析については、近年の首長主導の教育改革はなぜ起こったのか、また改革の課題はどのような点にあるのかを、大阪府・市の事例などを通じて考察した。この成果は、いくつかの雑誌等で発表した。加えて、教育と福祉との境界領域(発達障害支援)や他の政策領域の事例を通じて、政策領域の外部環境が内部環境に与える影響を検討した。この研究は年度末に成果を刊行した。(3)理論・方法論に関しては、各レベルの事例をどう統合的に理解するかについて、理論的な枠組を検討し、その成果を3名の共同研究として学会で発表した。また、本研究を通じて実証研究における事例分析の方法論的課題を析出し、成果を論文にまとめて学術雑誌に発表した。
放射線による白血病発生を決定する遺伝子とその発現の促進

約20年にわたり、膨大な数のマウスを用いた放射線あるいは化学物質誘発がん突然変異の研究から明らかになったことの1つに、ヒトおよび動物集団に存在する高発がん遺伝素因がある。その中で、放射線誘発白血病をえらび実験を行い、以下の成果を得た。3.Scid(Severe combined immunodeficiency)マウスは、通常マウスにX線を照射した直後と同じ状態になっている。このscidマウスに正常新生児胸腺を皮下移植すると、放射線も化学発癌物質の投与なしに白血病化することを発見した。4.Sellafield核燃料再処理工場での父親被曝によるF_1での白血病多発に関する疫学調査に対し、Relative risk、倍加線量、1mSvあたりの白血病発生率について、マウスでの実験結果と比較検討した。Gardner報告とでは、かなり大きな差があり、ヒトでの追加調査を必要とする。5.マウス間期死反応は、前述の白血病高発系で高く、嫌発系と中間系ではdsuを除き、低い値を示した。現在のところ、相関はあるようだ。
現代日本経済社会の特殊性と一般性

日本経済の国際的位置が向上するにつれて、日本経済社会がこれまで作り上げてきた経済上のさまざまの制度・慣行が再検討されねばならない時期を迎えている。現在、日米間で行われている「構造協議」もその一環であるが、本研究では、より根源的に、これまで日本的「特殊性」と言われてきたものを再検討して、その中に一般性(普遍性)を見いだし、より客観的に日本経済の世界経済の中での位置づけを明らかにすることを目標とした。というのは、日本的「特殊性」と呼ばれてきた制度・慣行の中には、これまでの西洋対アジアという対比の中で、西洋的なものを基準としてアジア的なものを評価するという伝統的な思考様式の影響力が大きな比重を占めていると思われるからである。本研究では具体的に、たとえば企業間取引関係、企業グル-プ、労使慣行、土地制度、環境問題、企業会計、などなど、多方面から日本経済社会の特殊性と一般性とについて再検討を試みた。1987-89年の3年間にわたり、定例の研究会は28回、またシンポジウムは12回開催することができた。これらの成果は『現代日本経済社会研究の課題』(3冊)として纏められている。本年度は(1)「日本経済社会の近代化」および(2)「日本企業と産業構造」をテーマに掲げ,計6回のシンポジウムおよび8回の研究会を行った.そこでは,1980年代の日本経済を特徴付けてきた2要因,すなわち高度情報技術の急速な進展とグローバリゼーション(円高はそれを一層加速させた)が,日本の経済社会,とりわけ産業構造および企業経営にどのような影響を与えたのかを各々の専門分野から分析した.その結果,以下の諸点を日本経済社会の現状として共通の認識とすることができた.1.急激な産業構造の変化は第1次産業就業者数をわずか9%にまで低落させ第2次産業も3割台で停迷させる一方,第3次産業従事者を6割近くにまで膨張させている.このことは「第3次産業」という範疇の明確化という作業を必然化させる一方,それが経済社会の諸分野に及ぼす影響についての分析をも必須のものとしていること.2.いわゆる「ネットワーク社会」論の帰結は余りに楽観論に過ぎ,むしろ逆に,情報社会の実態は競争市場構造に悪影響を及ぼしつつある.「ネットワーク社会」論の欠陥は,新たな経済主体間の結合を力説する反面,経済主体そのものの内的構造の変化を無視していること,すなわち,再び企業を単なる「点」として把握するという理論上の後退にある.3.日本企業の「企業グループ」化,すなわち分社経営の進展によって,日本企業は80年代に急速に膨大な数の関係会社(子会社および関連会社)を抱えるようになったこと.したがって,「企業」間競争は今日ますます「企業グループ」間競争という錯綜した様相を明確にし始めたこと.次年度は,以上に日本経済社会の技術発展問題を付け加え,中間的に現代の日本経済社会の特徴について綜括する予定である.昭和63年度における主要な研究計画として、表記の研究課題に沿ってシンポジウムおよび毎月の研究会を企画した。研究会はほぼ予定通り実施できたが、シンポジウムは合計3回行なうことができたが、都合により1回は中止せざるを得なかった。第1回は池上教授による報告「日本経済論研究の動向とコモン・ストック論」,第2回は伊東光晴教授による報告「日本経済研究の視角」,第3回は山本有造教授(人文科学研究所)による報告「日本植民地投資論」を中心とし、それぞれシンポジウムを行った。上記の報告およびシンポジウムにおける討論記録は、年度末に「現代日本経済社会研究の課題」(総ページ、111ページ)として纏められ、製本配布した。研究会およびシンポジウムでの議論は、参加者の多方面の問題領域を反映して多様であり、したがって、具体的事例を踏まえながらも、日本経済社会の特殊性と一般性をめぐって議論の中心的部分を占めたのは、その分析のための方法論についてであった。なかでも、「特殊性」と日本近代化の歴史プロセスとの関係、これまでの西洋中心史観(西洋基準主義)に対するアジアをも含めた世界史観の確立、また最近の日本の経済的地位向上を背景とした「日本的特特性」に関する議論の再検討ーこれは日本経済あるいは日本企業の構造的側面の解明にとくに焦点をあてているーなど、従来からの論点と新たな論点を再整理し、問題点を提起することができた。

来年度には、こうした論点を更に深めて、将来を展望しうる日本経済社会についての総括的な結論に到達したいと考えている。平成元年度における主要な研究計画として、表記の研究課題に沿って毎月の定例研究会およびシンポジウムを企画した。定例研究会はほぼ予定通り実施できたが、シンポジウムは種々の都合(とくに本学部創立70周年記念事業など)により、合計3回開催するにとどまった。第1回は上田和弘助教授による報告「日本の環境政策」、第2回は吉田和男教授による報告「マクロから見た日本経済」、第3回は高寺貞男教授による報告「簿記法の設計開発にあらわれたアジア的共通性」を中心として、それぞれシンポジウムを行った。上記の報告およびシンポジウムにおける討論記録は従来通り年度末に「現代日本経済社会研究の課題」(95ペ-ジ)として纏められ、製本配布することができた。本研究も最終年度を終えるが、これまでに研究会29回、シンポジウム11回、成果報告書3冊の実績を挙げることができた。本年度は「国際社会と日本経済社会」を前半のテ-マとして掲げたが、アジアNIESの経済発展の裏側にある深刻な公害環境問題に日本経済がどう関わっているのかについて議論された。韓国・台湾などの今日の環境問題は急速な経済発展の結果としての歪みではあるが、そこには日本企業の直接進出の結果としてばかりでなく、たとえば台湾における日本向け養殖魚育成のための地下水汲み上げによる地盤沈下の発生など、複雑な社会現象を見いだすことができた。又、本研究の一貫したテ-マである従来の西洋基準史観からアジア或は日本の独自的発展という複眼史観については、例えば企業会計の開発方法、或は土地所有・土地改革などの国際比較によって、アジア的共通性とアジアの中での日本の独自性を検討するなど、単なる構想の段階から次第に具体的な作業段階に入ってきたといえる。
カルシウムイオンの動員とその調節機構

本年度は研究班の二年度にあたり、研究成果が得られつつある。栗山班員は血管平滑筋小胞体から放出されるCaの放出様式をパッチ固定法で得られるCa依存性Kチャンネル活性化による自発性外向き電流(oscillatory outward current)の変化から観察し、リアノジン、1,4,5ーIP_3カフェインやヘパリンの効果について研究し、その周期的発生と筋小胞体からのCaの周期的放出がCaによるCa放出とIP_3によるCa放出関連について研究した。亀山班員は心筋Caチャネルの活性化維持に必要な内因性蛋白を分画し、各分画のCaチャネルに対する作用をinsideーoutパッチ法を用いて研究し、その分画はゲルロ過法では200ー300KD DEAEーセファローズゲルから180mMKclで溶出され、SDSー電気泳動法で約100KDであることが分かった。この蛋白は腎以外の細胞質に広く分布することを明らかにした。遠藤班員は、1,4,5ーIP_3による筋小胞体からのCa放出に対するCa自身とヌクレオチドの効果を観察した。CaによるCa放出機構の関与を抑制するために、リアノジンを処理した後にCaの効果を観察するとCaは0.1uMでIP_3による放出を促進しuM濃度では抑制した。ATPとADPはIP_3のCa放出を促進したがGTPを含む他のヌクレオチドは作用を示さなかった。小川班員は骨格筋を用いてIP_3による筋小胞体からのCa放出について観察した結果、IP_3にはCa放出能はなく、むしろその前駆体のフォスファチヂルイノシトール2燐酸で放出されることを明らかにした。葛西班員は単離小胞体ベジクル脂質平面膜を用いてCa電流を測定した。その結果、ジスルフォニック、スチルベン誘導体は単一チャネルコンダクタンスを減少させずに開状態にチャネルを固定することが分かった。またこの作用はリアノジンより強力でリアノゲンはやはりチャネルを開状態に固定するが単一コンダクタンスを濃度依存性に抑制することが分かった。
コロイドゲルの生成ダイナミクスとレオロジー

コロイド分散系は、密度や相互作用を調節することにより、ガラスやゲルなど様々なアモルファス構造を作る。特に我々は、このコロイドガラスやコロイドゲルのダイナミクスに興味を持って研究を行った。まず、ゲルの生成過程では分散媒である液体とコロイド粒子の間の相互作用、所謂流体力学相互作用が大きな影響を及ぼすと考えられている。我々は、山本らが開発した手法を用いた大規模な数値計算により、流体力学的な効果を2次元と3次元について考察を行った。また、ゲルとガラスとの違いを明確に示す、ミニマルモデルとしてランダム分散系における、動的凍結現象を調べた。数値計算と理論的考察により、二つのアモルファス構造間の明確なクロスオーバや、非常に多彩なダイナミクスの全貌を明らかにした。一方、引力と静電斥力の競合により形成される、有限サイズのコロイド・クラスター形成の有無について実験的な探索も行った。その結果、サイズ差が顕著な2成分コロイド系、コロイド・カーボンナノチューブの混合系、ならびにカチオン性タンパク質の3系において、明瞭なクラスター形成を確認した。さらに、ゲルやガラスの参照系として結晶相についての理論的検討を新たに加えた。具体的には、コロイドが可視光波長程度の格子定数で結晶化する際に重要な役割を果たしていると考えられる、クーロン相互作用由来の強相関状態について定式化を行い、従来提案されてきた様々な強結合理論の統一化を実現した。ガラスは固くて脆い物質の代名詞であるが、身の回りには、固くも脆くもない「ガラス」が溢れている。高濃度のコロイドの分散系やクリームの泡などがそれで、「やわらかいガラス(SoftGlassyMaterials、SGM)」と総称されている。SGMは、外力(シア応力など)を加えると非常に敏感に応答し、ダイナミクスが質的に変化するのが特徴である。我々は、ガラスの力学応答の視点から、SGMの非線形レオロジーの研究を行った。SGMの複素弾性率のシア依存性を調べると、貯蔵弾性率はStrainsofteningを示すが、損失弾性率には奇妙なピークが普遍的に観測されることが、古くから知られていた。このピークの起源は、MCTを用いて微視的な詳細を定量的に解明されている(宮崎,2002-2008)。この議論によれば、複素弾性率の周波数は、シアに依存する構造緩和時間でスケールされる。我々は、この原理を、Time-TemperatureSuperpositionに倣って、Strain-Rate-FrequencySuperposition(SRFS)と呼んでいる。我々は、実験によりSRFSを検証することに成功した。この新しい非線形レオロジー測定法は、ゲルや生細胞のマイクロレオロジーのような問題にも、有効な研究手段の一つになると期待される。コロイド単体ではなく有限サイズのクラスター化コロイド(あるいはコロイダル・ミセル)を基本構成要素と考え、それらのパーコレーションネットワークとしてコロイドゲルを捉えることを目指している。本年度は、本アプローチに適切なモデル系の探索を行った。その結果、カチオン性タンパク質の代表例であるヒストン分散系が、沈降の無視できる約40nmの単分散クラスターを広い濃度範囲で安定に形成することを、暗視野顕微鏡観察や動的光散乱法により明らかにした。
コミュニケーション志向のネットワーク型学習机の開発

本研究の目的は、家庭用の学習机同士をブロードバンドネットワークで相互接続することによって、家庭からでも共同学習が可能な環境を構築することである。具体的には、1)自宅にいる友達の状況への気づきの支援、2)共同学習中に紙の資料や物理的な実体を共有するための支援、3)記録された共同学習データの再生の支援に関する研究をおこなった。まず、1)に関しては、ユーザの在席パターンを統計的に処理することによって、ワークリズムを検出し、それを言葉で表現する手法の提案をおこなった。また、RFIDを利用することによって、机の上のどの位置にどの教科書が配置されているのかを検出し、これによってユ-ザがどの教科の勉強をした可能性が高いのかを検出する手法を提案した。これらの情報をネットワークを通じて友達に公開すれば、共同学習を開始するきっかけとなることが期待できる。次に、2)の機能を実現するために、遠隔制御型スポットライトによって書画を遠隔ポインティングできる装置の開発をおこなった。さらにその成果に基づいて、LED光源の小型プロジェクタと高精細CCDカメラを組み合わせた書面カメラシステムを開発した。これによって、単に書画映像を共有できるだけではなく、遠隔ユーザがタブレットPC上でおこなった書き込みを書類の上に直接投影できるようになった。これによって、円滑なコミュニケーションを支援できることを確認した。最後に3)の機能を実現するために、遠隔対話の様子を録画し、会話特徴に基づいて再生場所の候補を算出する手法の提案をおこなった。また、あらかじめ書類に印刷された2次元IDタグを認識し、遠隔ユーザが書き込んだ映像と書類のIDを結びつけて管理する機能を実現した。初年度はネットワーク型学習机の基本的な要素開発をおこなった。まず、市販の学習机に32インチの液晶ディスプレイと広視野角の小型テレビカメラを取り付け、遠隔コミュニケーションが可能な環境を製作した。この学習机に組み込まれる技術として、在席情報の検出システム、遠隔ポインティングシステム、遠隔コミュニケーションの記録・再生システムの開発を進めた。在席情報の検出システムでは、テレビカメラによる画像情報を利用して在席状況の検出をした。さらに、自分の行き先を入力し、友人の在席・行き先情報を表示するためのインタフェースをPC用に製作した。システムはユーザの入力した行き先情報と、検出した在席情報から、行き先や時間に応じた在席予測をおこない、これを「**さんは後**もうすぐ帰ってくると思います。」といった言葉による表示が可能なシステムを試作した。システムが使用する言葉は、それがどのくらいの時間的長さを人に想起させるかということをアンケート調査した結果を反映させている。遠隔ポインティングシステムでは、小型の書画カメラにLEDを利用した遠隔操作型スポットライトを組み込んだシステムを試作した。書画カメラで撮影された映像は遠隔地のTablet PCに表示される。この画面内の任意の位置をクリックすると、実際の書画の上にスポットライトが照射される。遠隔コミュニケーションの記録・再生システムでは、記録されたコミュニケーションを談話ごとに分離するアルゴリズムの検討をおこなった。学習机とそれに組み込むタッチパネル付きの液晶テレビを購入し、筑波大学に設置した。また、ノート資料を遠隔地間で共有できるシステムの開発と、顔の向きを検出するシステムの組み込みを進めた。ノート資料を遠隔地間で共有するために、遠隔操作型のスポットライトを組み込んだ書画カメラの開発をおこなった。書画カメラ装置に置かれた書画は遠隔地の参加者のペン入力型PCに表示される。遠隔参加者がペンで書画上の任意の位置をポインティングすると、実際の書画上の対応する位置にスポットライトが照射される。本研究ではまず10.5ポイントで印字された文書に対して1文字単位でポインティングするのに必要なスポット経と位置制御の精度を求めた。その結果、スポット経が小さすぎるとポインティングにかえって時間がかかってしまうため、8mm程度が適当であることが分かった。

また、位置制御誤差は指示対象間隔の20%以下が好ましいことがわかった。そうして、この実験結果に基づいてシステム開発をおこなった。このために、高輝度LEDの選定、光学系の設計、スポットライト駆動機構の組み込みを実施した。システムの有効性を確認するために、遠隔から指示者が文書の校正を指示するという実験を実施した。その結果、他の一般的な方法と比較して、文書校正の効率が良いことがわかった。また、アンケートによる印象評価を実施した結果、特に被指示者にとって、指示のわかりやすさ、疲れやすさ等の点で開発したシステムが有効であることがわかった。本研究の目的は、家庭用ブロードバンドネットワークを活用して、学習机同士をネットワーク接続することによって、家庭からでも共同学習が可能な環境を構築することである。具体的には、1)自宅にいる友達の状況がわかり、2)共同学習中は自由に紙の資料や物理的な実体を見せたり指さしをしたりしながら学習が進められ、3)あとから共同学習の様子を再生できる機能の開発をおこなった。まず、1)の機能を実現するために、机にRFIDのアンテナを複数埋め込み、教科書にタグを取り付けた。これによって、机の上のどの位置にどの教科書が配置されているのかを検出することができた。教科書が机の中央付近に置かれている場合はその科目を勉強した可能性が高い。この情報をネットワークを通じて友達に公開すれば、同じ科目を一緒に勉強するきっかけとなることが期待できる。次に、2)の機能を実現するために、LED光源の小型プロジェクタと高精細CCDカメラを組み合わせた書画カメラシステムを開発した。書画カメラに書類が置かれると、その映像は遠隔地のユーザのタブレットPC上で見ることが出来る。遠隔ユーザがスタイラスペンを使ってタブレットPC上で書き込みをおこなうと、その映像が書画カメラのプロジェクタによって、書類の上に直接投影される。これによって、円滑なコミュニケーションを支援できることを確認した。最後に3)の機能を実現するために、あらかじめ書類に印刷された2次元IDタグを認識し、遠隔ユーザが書き込んだ映像と書類のIDを結びつけて管理する機能を実現した。これによって、あとで同じ書類を書画カメラに置くだけで、書き込みを書類の対応した位置に投影することができるようになった。