hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海底下深部炭素フローの端緒を担う微生物の系統・機能・生理生態の解明

本研究では、最も単純な炭素酸化物であるCOを、堆積物内部の嫌気環境下で資化することのできる微生物を推定することを目的として研究を行った。世界各地の海底下1ー400mから得られたセディメントよりDNAを抽出し、嫌気的一酸化炭素デヒロゲナーゼのβサブユニットをコードする遺伝子の増幅を試みたところ、およそ20%のサンプルから遺伝子の増幅が確認された。さらにそれらの遺伝子断片の配列を決定し系統学的な解析を行った。その結果、本研究で得られたcooS遺伝子は既に知られているものとは全く異なるものであることが分かり、海底下においては未だ知られていない微生物によりCOが資化されている可能性が示された。下北沖の海底下堆積物中には石炭層が存在していることが知られている。平成24年度には、地球深部探査船「ちきゅう」を用いた統合海洋掘削計画(IODP)第337次航海に参加し、海底下2500m付近までの堆積物試料を連続的に採取した。その試料の解析を行なったが、土着の微生物数が予想よりも遥かに少なくその群集構造解析が非常に困難であり、平成25年度においても海底下石炭層に生息する微生物叢の解析を継続して行い、現在も進行中である。これらの試料の他にも我々はIODPにおいて世界各地の海底下堆積物試料を採取し、微生物研究用として保存している。調査の幅を広げるべく、下北以外の堆積物試料中において、これまで調査されたことの無いもっとも単純な炭素化合物であるCOと起点とした有機化合物の嫌気的合成反応をターゲットとして検討を行った。まず、我々の研究グループで開発した効率的なDNA抽出方法を用いて、世界各地の堆積物試料からDNAを流出し、嫌気的な一酸化炭素酸化を担う一酸化炭素脱水素酵素をコードする遺伝子であるcooS断片の増幅を試みた。その結果、このcooS遺伝子が堆積物中に普遍的に存在していることがわかった。そのうち、現在までにIODP第301次航海で得られたファンデフカ海嶺の表層堆積物から得られたcooS遺伝子のシーケンスを取得した。BLASTによりデータベース上の配列と照合した結果、堆積物表層で優占化しているデルタプロテオバクテリアに属する硫酸還元菌由来とみられる配列の存在が確認された一方、全く由来が分からないcooS遺伝子も多数存在しており、海底下のこれまで報告されていない微生物群も広くcooS遺伝子を有していることがあきらかとなった。代表者は、平成24年7月末から2ヶ月にわたり行われた地球深部探査船「ちきゅう」を用いた下北沖における国際掘削航海に参加した。航海では、科学掘削の深度記録を更新し、石炭層を始め、海底下2466mまでの堆積物資料を連続的に採取した。この航海では、泥水(でいすい:掘削による削りかすを除去そして孔壁を保護するために比重や粘度をを調整された液体)を用いたライザー掘削を行ったが、泥水からの微生物のコンタミネーションの影響が非常に大きいことが判明したため、サンプルの取扱に注意が必要であった。そこで、まず最初に堆積物中に存在している土着の微生物のバイオマスおよび、群集構造解析を行うべく、各層順50サンプルからDNAの抽出を行いreal-time PCRをおこなったが、予想していた以上に微生物量が少なく、定量が非常に困難であった。一方、泥水は海水を用いて調整されているため、その内部には土着の微生物の数万倍以上の細胞がいると考えられ、土着の微生物を、コンタミネーションフリーの状況で取り出すストラテジーと研究の進め方を考える必要がある。採取してきたサンプルは現在、嫌気条件下で4°Cにおいて保存しており、方法論が固まり次第、サンプル採取、培養実験を行う予定である。想像していた以上に海底下深部の石炭層に存在している微生物量が小さく、またコンタミネーションの影響が大きいため、信頼できるデータを得るために研究ストラテジーの変更を余儀なくされたため。微生物量が非常に少ないことから、当初の研究計画のみの方法では目的の達成は困難であることが予想される。そこで、まず、石炭層を中心としたコア試料内部および泥水内部の微生物群集構造の解析を網羅的に行い、そのデータの差分をとることにより、常在している微生物群集を特定する。得られた微生物群集構造のデータから培養に用いる層順を決定する。培養実験については、コンタミネーションの影響を極力少なくするべく、コア試料周りを全て除去し、中心部のみを用いて行い微生物の増殖をモニタリングする。一酸化炭素を基質とした培養系で増殖が見られたサンプルから細胞を分離し、シングルセルジェノミクスを行い微生物のゲノムを解読することにより、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ遺伝子が存在するゲノム配列をスクリーニングし、16S rRNA

遺伝子情報を元にした系統とリンクすることにより、一酸化炭素を嫌気的に酸化している細菌を同定する。また、その他の代謝機能に関してもゲノム情報から包括的に明らかにして行く。本年度に、実施できなかった培養実験に用いる基質および消耗品の購入を行う。また、実験計画の変更により網羅的な微生物群集構造解析およびシングルセルゲノミクスを行う必要が生じたため、シーケンスにか係る消耗品・酵素類の購入や研究委託費に使用する予定である。
閉鎖ストレスに対する適応能力の個人差の解明とその予測のための試験的研究

本研究の目的は、閉鎖ストレスに対する適応・耐性の個人差を明らかにし、その予測のための尺度を作成することである。2つの側面からアプローチされた。1)閉鎖ストレスに対する適応・耐性の個人差を予測するための、日本版刺激希求尺度(Stimulus-Seeking Scale:SS尺度)の標準化を目指すことである。被調査者、総計460名のデータをもとに分析、一応の完成をみた。この尺度は、Schultzの提唱したsensoristasisモデルに依拠したもので、Zuckermanら(1964)の尺度を参考にしつつ、独自の尺度構成を試みた。即ち、外部環境の刺激に対する希求に加えて、それとは独立した内部環境の刺激に対する希求の次元を想定し、それらの意味内容を表すと考えられる40項目(各20項目)を、まずア・プリオリに作成した。全40項目の5件法選択肢による調査結果を対象に因子分析(主成分解、バリマックス回転)を行い、最終的に各8項目から成る2因子を抽出した。当初予想した2つの次元は第1因子と第2因子に表されており、外的刺激希求、内的刺激希求の2軸は相互に独立して想定出来るものであった。この日本版SS尺度は、高い信頼性を示すとともに、特性不安尺度や向性尺度の間の相関係数からSS尺度の独自性が示された。2)閉鎖ストレスに対する適応・耐性の個人差は、短時間の結果を以て長時間の耐性を予測出来るのではないか、これが本研究の第2の目的である。6時間感覚遮断実験(初年度)、2-3時間の社会的隔離実験(2年目)を通して得られたデータをもとに、脳波の周波数スペクトグラムに加えて、心拍変動スペクトル分析(high frequency componentとlow frequency component)に基づく交感-副交感神経活動の変化、そのバランスに著しい個人差が生じた。長期ストレスに対する耐性の個人差を予測するうえで有効な指標と成り得ると期待出来る。閉鎖ストレスに対する耐性や適応能力の個人差の解明とその予測のための試験的研究として、本年度(初年度)の成果は,以下の3点である.1.感覚遮断閉鎖環境実験装置の設営および計測用モジュールの完成.これにより次年度以降,比較的長期間にわたる実験遂行が可能となった。2.約200名のデータに基づいて,刺激希求尺度(Stimulus Seeking Scale)の日本版を作成した.全40項目を対象とした因子分析(主成分解,バリマックス回転)を行った.予想された2因子が抽出され,それぞれ外的刺激希求と内的刺激希求の尺度を構成する項目として各10項目が選択された.これらの2軸は,相互に独立していること,およびその信頼性,妥当性について検討された.3.刺激希求尺度に基づいて16名の被験者を選択し,6時間の短期感覚遮断閉鎖実験を施行した.閉鎖ストレスの個人差は,行動観察,脳波,筋電図,眼球運動,心拍,および刺激希求行動(VR-30)から測定した.現在,データの解析を進めているところである.今後の展開として,刺激希求尺度の信頼性を高めるために被験者を増やし(500名)データの収集に勤めること,次に,この尺度の予測的妥当性を検討するために,さらに長期の閉鎖実験を計画している.平成5年度の研究計画として、当初、以下の4点をあげた。各研究項目の実績の概要をまとめる。1)Stimulus SeekingBehaviorのための刺激呈示用ソフトおよび解析用プログラムの開発について、予定通り完成し実験に使用した。しかし、被験者に呈示される刺激内容

(3文字の有意味または無意味綴り)については、刺激希求という観点から必ずしも適切なものとは言えず、色彩、パターンなど含め改良の余地がある。2)生理的データの解析プログラムについて、パワースペクトル分析など既存のソフトを改良するなど本実験に適合するプログラムを作成した。特に、6時間の閉鎖感覚遮断中の心拍変動スペクトル分析による、high frequency componentとlow frequency componentの計測に基づく交感-副交感神経活動の変化には著しい個人差が生じた。各被験者の閉鎖ストレスに対する耐性・適応性を予測するさいの興味あるデータと言える。3)日本版Sensation Seeking Scale(SS尺度)の標準化のために、さらに300名(総計500名)のデータを収集、解析する計画を立てていたが、現在のところ約100名分のデータが不足している。4)当初、6時間の閉鎖感覚遮断実験を16名の被験者に実施(平成4年度と合せて32名)することになっていたが、昨年度の研究結果を検討し、約90分の周期を持つウルトラディアン・リズムの影響を明らかにすることが重要と考え、短期2-3時間の実験を延べ14名の被験者に実施した。その結果については現在検討中であるが、閉鎖ストレスの耐性を予測するうえで、各個人の生体リズムの特性という新たな観点から考察する必要がある。本研究は、平成4年度から開始され、本年度が最終年度による。本年度の研究計画の第1の目標は、初年度(平成4年度)、176名の被調査者を対象に作成された、閉鎖ストレスに対する適応・耐性の個人差を予測するための、日本版刺激希求尺度(Stimulus-Seeking Scale:SS尺度)の標準化を目指すことである。被調査者をさらに追加し、総計460名のデータをもとに再分析、再構成し、一応の完成をみた。この尺度は、Schultzの提唱したsensoristasisモデルに依拠したもので、Zuckermanら(1964)の尺度を参考にしつつ、独自の尺度構成を試みた。即ち、外部環境の刺激に対する希求(所謂、感性動因)に加えて、それとは独立した内部環境の刺激に対する希求の次元を想定し、それらの意味内容を表すと考えられる40項目(各20項目)を、まずア・プリオリに作成した。全40項目の5件法選択肢による調査結果を対象に因子分析(主成分解、バリマックス回転)を行い、最終的に各8項目から成る2因子を抽出した(前報告では10項目であった)。当初予想した2つの次元は第1因子と第2因子に表されており、外的刺激希求内的刺激希求の2軸は相互に独立して想定出来るものであった。この日本版SS尺度は、高い信頼性(α係数)を示すとともに、特性不安尺度や向性尺度の間の相関係数からSS尺度の独自性が示された。閉鎖ストレスに対する適応・耐性の個人差は、短時間の結果を以て長時間の耐性を予測出来るのではないか、これが本研究の第2の目的である。
未熟児網膜症における病態研究と抗血管内皮細胞増殖因子療法の検討

重症未熟児網膜症11例に対して抗血管内皮細胞増殖因子(VEGF)治療(アバスチン投与)を行った症例について、投与翌日、1週後、2週後に血清を採取、血清中のアバスチン濃度、VEGF濃度を測定した。その結果、アバスチン投与後に血清アバスチン濃度は経時的に上昇し、逆に血清VEGF濃度は経時的に減少し、両者は負の相関を示した。これらの結果から眼内に投与したアバスチンは血清中に移行し、血清中のVEGF濃度を低下させる可能性があることが示された。今後、抗VEGF治療を考える上で、薬剤選択の際の判断材料になるものと思われる。未熟児網膜症は小児失明原因の第二位(柿澤敏文ら:心身障害研究, 26, 163-175, 2002)を占める重要な疾患である。未熟児網膜症は低出生体重児に伴う網膜血管発達の未熟性とそれに基づく虚血が根底にあり、そこに酸素投与等の要因が加わることで網膜新生血管が発生、重症例では牽引性網膜剥離を来たして失明に至ることが知られているが、その病態や発症に関する詳細なメカニズムについては十分に解明されたとは言い難い。本研究ではこれらの背景を踏まえ、未熟児網膜症の患児から採取した硝子体液を用いて未熟児網膜症の病態の分子レベルでの理解を深めること、そして未熟児網膜症発症に対する抗VEGF抗体であるbavacizumab投与後の薬物動態の解析、さらにbavacizumab投与を行った未熟児網膜症患者の視機能の検討を行うことを予定した。本年度までに未熟児網膜症患者から手術時に採取した硝子体サンプルを用いて解析を行った。その結果、未熟児網膜症眼の硝子体中にはIL-6, IL-7, IL-15, Eotaxin, RANTES, VEGFの濃度が対照群(先天白内障症例の硝子体)より高いことが判明した(p<0.05)。さらに未熟児網膜症眼を疾患活動性が高い群と低い群に分けると両者の間ではVEGFのみが有意に疾患活動性が高い群で高値であった。未熟児網膜症は、低出生体重児に伴う網膜血管発達の未熟性とそれに基づく虚血が根底にあり、そこに酸素投与等の要因が加わることで網膜新生血管が発生、重症例では牽引性網膜剥離を来たして失明に至ることが知られているが、その病態や発症に関する詳細なメカニズムについては、十分に解明されたとは言い難い。本研究では重症未熟児網膜症11例に対して抗血管内皮細胞増殖因子(VEGF)治療(アバスチン投与)を行った症例について、投与翌日、1週後、2週後に血清を採取、血清中のアバスチン濃度、VEGF濃度を測定した。現時点で未熟児網膜症に対する標準的な治療法は網膜光凝固であり、多くの施設で自然寛解が期待できない状態に至った患児に対して行われ、失明予防に大きな成果を挙げている。しかし、治療効果には限界があり、治療を適切に行っても網膜剥離の発症を防止できない重症例が存在する。また、網膜光凝固は侵襲が大きく、網脈絡膜に広範な凝固変性を生じることや、近視、斜視の発生など術後の視機能発達に悪影響を及ぼすことは否定できない。本研究ではこれらの背景を踏まえ、未熟児網膜症モデルマウスおよび未熟児網膜症の患児から採取した硝子体液を用いて未熟児網膜症の病態の分子レベルでの理解を深めること、そして未熟児網膜症に対する新しい低侵襲な治療法(薬物療法)の開発に関して未熟児網膜症モデルマウスを用いて検討する。これまで30眼の未熟児網膜症患者から硝子体液を採取し、現段階では解析を行っている所である。

もう少し症例数を増やしてさらに解析を進める予定である。これまで採取した34眼中、サンプル量が十分にあり測定可能であった27眼についてはBio-plexによる解析を終了した。これまで34眼から硝子体液を採取した。現在、解析(測定)を行っているところであるが、未熟児網膜症の症例のプロフィールにややばらつき(疾患の活動性、修正週数など)があり、まとまった傾向が出るか検討を進める予定である。これまで未熟児網膜症に対してbevacizumab投与を行った症例に対して視力測定、光干渉断層計撮影(OCT)、皮膚電極を用いた網膜電図測定、立体視検査を予定している。視力は通常のランドルト環を用いた字一つ視力、Teller Acuity Card、森実式のうち患児の年齢等に応じて最適なものを選択して測定する。未熟児網膜症例におけるOCTを用いた検討では急性期では網膜分離症が見られるとの報告が見られるが、瘢痕期における知見は乏しいので、黄斑形態と視力との関係、網膜分離症の有無等に的を絞って検討する。網膜電図測定は低年齢児でも測定可能な皮膚電極を用いて行う。ひきつづき未熟児網膜症患者の硝子体サンプル採取を勧め、症例数を増やして解析を行う予定である。また、当初の計画通り網膜光凝固を行ったにも関わらず進行を抑制できない、あるいは著明な水晶体血管膜のために網膜光凝固の施行が困難である重症未熟児網膜症に対してbevacizumab硝子体内投与を行う前後に血清中のVEGF濃度、bevacizumab濃度を測定する。bevacizumab投与が片眼、両眼に行われる症例で血清中のVEGF濃度、bevacizumab濃度にどのような影響が出るかを検討する。対象となる症例の管理(予約調整、検査スケジュールの調整等)のための助手の賃金、データ解析のためのソフトウエア、種々の消耗品の購入を予定している。硝子体サンプル解析のためのキット購入およびVEGF測定キット、その他諸々の消耗品を購入予定である。
バック・トゥ・ザ・ホンシュウ：伊豆諸島起源植物の本州への逆移入と定着過程を探る

伊豆諸島は本州と陸続きになったことがない海洋島で,いくつかの固有種が知られている.それらは本州に分布する祖先種が伊豆諸島に移入した後,島嶼域での隔離によって生じたものと考えられる.しかし,本州と伊豆諸島の距離を考えると島で分化した固有種が再び本州に逆移入して定着する可能性があり得るが実証的な研究例はない.本研究では,イズノシマダイモンジソウが伊豆諸島で分化した後に本州に逆移入・定着したことを検証し,それがどれくらいのタイムスケールで起きたのかを明らかにすることを目指す.伊豆諸島は本州と陸続きになったことがない海洋島で,いくつかの固有種が知られている.それらは本州に分布する祖先種が伊豆諸島に移入した後,島嶼域での隔離によって生じたものと考えられる.しかし,本州と伊豆諸島の距離を考えると島で分化した固有種が再び本州に逆移入して定着する可能性があり得るが実証的な研究例はない.本研究では,イズノシマダイモンジソウが伊豆諸島で分化した後に本州に逆移入・定着したことを検証し,それがどれくらいのタイムスケールで起きたのかを明らかにすることを目指す.
環閉鎖性水域をモデルとした生産物質循環システムの確立

長崎県の中央部に位置する大村湾は、佐世保湾を経由し外界と接する二重に閉鎖的な水理構造をとり、さらに佐世保湾とは2つの狭い瀬戸のみで通じている極めて閉鎖的な海湾である。この大村湾沿岸部に面した長崎県内の市町を調査対象とし、この地域をモデルとして環閉鎖性水域における物質フロー(主にリン)を解析し、生産物質循環管理システムを確立することを目的とした。本年度は特に、自治体の調査結果データ及びランドサットの気象データを用いて、1)LCA手法による排水処理施設を対象にしたインベントリ分析とリンの負荷量の算出、2)下水道及び浄化槽その他排水処理施設のリン負荷量の詳細な物質収支の算出、3)ランドサットを用いた大村湾周辺の市街化の傾向、人口増加及び大村湾へのリンの流入量の相関についての検討を行った。LCA手法による排水処理施設のインベントリ分析は、大村湾岸に設置されているハウステンボスの施設について行い、本施設の3次処理プロセスのインベントリ分析の結果、各環境項目の負荷量について詳細なデータを示した。また、大村湾内に流入する排水処理施設(浄化槽、下水処理場、その他特定施設)の詳細なリンの流入負荷量を算出した結果、年間の負荷量は約160トンであることを示した。さらに、ランドサットを用いて大村湾周辺の市街化の傾向、人口増加及び大村湾へのリンの流入量の相関を取った結果、湾内の総リン量の増加傾向は、市街化の傾向及び人口増加と比較すると増加の割合が高いことがわかった。
成体脳におけるスクラップ＆ビルドの高次機能の解明

脱成熟現象で生じるスクラップアンドビルド機構の分子機序解明について、オプトジェネティクスを用いた脱成熟のモデルマウスのトランスクリプトーム解析とそのデータに基づいたインフォマティクス解析により、脱成熟の発生、固定化、および再成熟に関わる分子パスウェイを推定した。海馬歯状回特異的に光受容体チャネルロドプシンを発現させた成体マウスにおいて光刺激により神経過活動を誘導し、海馬歯状回のRNAシークエンスを行った。刺激の回数および最終刺激からサンプリングまでの時間等の条件が異なるグループのマウスについて解析を行うことで、脱成熟の発生、固定化、および再成熟に関わる分子発現変化をゲノムワイドな遺伝子発現パターンで体系的に評価し、各ステージにコアに関わる分子パスウェイ推定した。また、各種スクラップアンドビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能評価として、前年度に引き続き、他の班員の研究から示唆されるスクラップアンドビルド機構のカギ分子を実験的に操作したマウスの行動試験を行った。全体として概ね順調に進展していると言える。詳細は以下の通り。(1)脱成熟現象で生じるスクラップ&ビルド機構の機序・機能解明:オプトジェネティクスを用いた脱成熟のモデルマウスにおいて、RNA-seq解析およびそのデータに基づいたバイオインフォマティクス解析は計画通り順調に進展している。(2)脱成熟で生じるスクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能の探索:脱成熟により生じる神経活動変化を、in vivo神経活動モニタリングシステムを用いて検討するための条件検討を進めた。(3)各種スクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能評価:他の班員からのマウスの受け入れおよびその行動試験の実施も予定通り行った。前年度までに光刺激による脱成熟現象にコアに関わると推定された分子パスウェイを標的にした薬理学的実験、遺伝学的実験を行い、脱成熟現象との関連を検証する。脱成熟が生じたマウスの行動試験遂行中の神経活動を、in vivo神経活動モニタリングシステムを用いて検討する。また、脱成熟歯状回を有するモデルマウス(光刺激によるのモデルマウス、あるいはその他の遺伝子改変マウスの系統)において、電子顕微鏡を用いたイメージングにてシナプスの形態観察を行う。前年度に引き続き、スクラップアンドビルド機構のカギ分子を実験的に操作したマウスの受け入れおよびその行動試験を行う。A.脱成熟現象の際に生じるスクラップ&ビルド機構の分子機序・機能解明に用いるマウスの準備と最適パラメーター探索:申請者らは、顕著な行動異常を示す複数の遺伝子変異マウスや精神疾患患者の脳の研究から、成熟した神経細胞が、神経活動や炎症等の刺激で擬似的な未成熟状態に舞い戻ってしまう現象(脱成熟)を見出している。今年度は光遺伝学的技術を用いて、歯状回特異的に刺激の強度・頻度を体系的に操作し、脱成熟が一過性に終わる段階から長期的に持続する段階へ移行する際のパラメーターを探索した。以前我々は、MHCエンハンサー結合タンパクSchnurri-2(Shn2)を欠損したマウスが、脳内に軽度な慢性炎症を起こし、統合失調症に関連した種々の表現型を示すことを報告している。このマウスは発達期のシナプス除去に関わるC1qファミリー遺伝子の発現が上昇しており、スクラップ&ビルド現象による新旧のシナプス入出力のバランスが変化していると考えられる。Shn2欠損マウスの歯状回の形態変化を明らかにするため、SBF-SEMを用いた電子顕微鏡解析を行っている。また、その分子基盤及び行動レベルでの機能を明らかにするために、Shn2とC1qのダブルノックアウトマウスを繁殖中である。B.各種スクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能評価と遺伝子発現パターン比較のためのマウスの準備:野生型マウスの歯状回において、in vivo神経活動モニタリングシステムを用いて数十個の神経細胞の活動を取得し、オープンフィールドテスト時の基礎データの取得を行った。A.脱成熟現象の際に生じるスクラップ&ビルド機構の分子機序・機能解明に用いるマウスの準備と最適パラメーター探索:今年度は、光遺伝学的技術を用いて、歯状回特異的に刺激の強度・頻度を体系的に操作し、脱成熟が一過性に終わる段階から長期的に持続する段階へ移行する際の刺激条件を見出した。脱成熟に伴う形態変化を明らかにするための電子顕微鏡解析も進行中である。また、脱成熟やそれに関わる分子の遺伝子改変マウスを準備中である。B.各種スクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能評価と遺伝子発現パターン比較のためのマウスの準備:今年度はin vivo神経活動モニタリングシステムの測定系の立ち上げ、オープンフィールドテスト時に数十個の神経活動のデータが取得可能となった。【脱成熟現象で生じるスクラップ&ビルド機構の機序・機能解明のためのデータ取得】我々は、Shn2欠損マウスが、統合失調症に関連した分子・神経・行動表現型を有することを示した。同マウスは発達期のシナプス除去に関わるC1qファミリー遺伝子の発現が上昇しており、スクラップ&ビルド現象による新旧のシナプス入出力のバランスが変化していると考えられる。しかしながら、詳細な形態変化の評価はなされていなかった。そこで、連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いてShn2欠損マウスの歯状回顆粒細胞における三次元微細構造解析を行った。Shn2欠損マウスでは、スパインの長さの上昇及びネックの直径の減少が観察されており、形態学的に未成熟であること示唆された(Mol. Brain 2017)。一方で、スパインの密度に関しては、変化は認められなかった。

これらの結果は、シナプス貪食・成長に関わるC1qファミリー分子、神経成長因子BDNFの発現がそれぞれ亢進しているために、見かけ上のスパインの密度は変化しないが、ターンオーバーが亢進していることを示唆している。より詳細な分子基盤及び行動レベルでの機能を明らかにするため、Shn2とC1qのダブルノックアウトマウスを繁殖中である。【脱成熟で生じるスクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能の探索】脱成熟により生じる神経活動の変化を検討するため、未成熟歯状回を有するCaMKIIαヘテロ欠損マウスの歯状回におけるin vivo神経活動イメージングを進行中である。オープンフィールドテストにおける位置情報のデコーディング精度が野生型に比べて低いことを示唆するデータが得られつつある。加えて、光遺伝学的手法で部位・細胞種特異的(前頭葉parvalbuminや陽性抑制性神経細胞)に脱成熟を誘導し行動レベルで何が生じるかを調べためのマウスを準備中である。【脱成熟現象で生じるスクラップ&ビルド機構の機序・機能解明のためのデータ取得】スクラップ&ビルド現象による新旧のシナプス入出力のバランス変化について検討するため、連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いてShn2欠損マウスの歯状回顆粒細胞における三次元微細構造解析を行った成果を学術論文として報告した(Mol. Brain 2017)。【脱成熟で生じるスクラップ&ビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能の探索】脱成熟により生じるin vivoにおける神経活動の変化を検討するため、未成熟歯状回を有するCaMKIIαヘテロ欠損マウスの歯状回におけるin vivo神経活動イメージングの系を立ち上げた。応用にむけて、順調に準備を進めている。脱成熟現象で生じるスクラップアンドビルド機構の分子機序解明について、オプトジェネティクスを用いた脱成熟のモデルマウスのトランスクリプトーム解析とそのデータに基づいたインフォマティクス解析により、脱成熟の発生、固定化、および再成熟に関わる分子パスウェイを推定した。海馬歯状回特異的に光受容体チャネルロドプシンを発現させた成体マウスにおいて光刺激により神経過活動を誘導し、海馬歯状回のRNAシークエンスを行った。刺激の回数および最終刺激からサンプリングまでの時間等の条件が異なるグループのマウスについて解析を行うことで、脱成熟の発生、固定化、および再成熟に関わる分子発現変化をゲノムワイドな遺伝子発現パターンで体系的に評価し、各ステージにコアに関わる分子パスウェイ推定した。また、各種スクラップアンドビルド機構の神経回路・行動レベルでの機能評価として、前年度に引き続き、他の班員の研究から示唆されるスクラップアンドビルド機構のカギ分子を実験的に操作したマウスの行動試験を行った。全体として概ね順調に進展していると言える。詳細は以下の通り。(1)脱成熟現象で生じるスクラップ&ビルド機構の機序・機能解明:オプトジェネティクスを用いた脱成熟のモデルマウスにおいて、RNA-seq解析およびそのデータに基づいたバイオインフォマティクス解析は計画通り順調に進展している。(2)脱成熟で生じる
利根川水源流域における河川開発に伴う流況変化と自然流況の復元

昨年度、烏川,神流川を含む利根本川流域について調査と資料解析をを行ったが,本年度は主に鬼怒川上流域(佐貫頭首工上流)を対象とした。調査研究の要点は以下の通りである。1.水力開発、多目的ダムの建設,各種用水開発に関する資料を収集整整することにより河川開発史年表を作成するとともに、各施設の用水量を整理した。その結果、鬼怒川上流域では,発電使用水量が最も大きく,農業用水がそれに次ぐが1オ-ダ-低く,水道用水と工業用水はさらにそれより2オ-ダ-低く無視し得ること、流況への効果の観点からは多目的ダムの建設が他の施設に比べて圧倒的に大きいことを定量的に明らかにした。2.河川流域における大規模貯水池の効果を判定するための指標として(1)ダム支配面積率,と(2)貯水池の雨量相当容量とを提示し、利根本川、烏・神流川流域,渡良瀬川流域および鬼怒川流域に適用・比較することによって、その有用性を示した。3.鬼怒川流域では三つの多目的ダムが建設されているが,各ダムの建設前後における流況曲線(日流量の超過頻度)を比較することによって、流況に及ぼす影響を調べた。その結果、鬼怒川水系のダムは農業用水の補給を主目的とし冬季渇水量をも貯水するため、ダム建設前に比べて流況を悪化させていることが明らかになった。これは都市用水補給を主目的とする利根本川のダムの効果とは異なった特徴を示すものである。4.年毎の流況の比較には雨量の相違の影響が含まれるために、開発の効果だけを抽出することは難しい。そこで施設の日単位操作資料を入手し、流量の人為的調整を消去した流況の復元を行いつつある。
生理活性物質の高選択的高感度検出用電気化学バイオセンサーの開発

特定の標的物質に対して選択的に結合するアプタヤーはSELEX法による網羅的な解析から選別され、標的に対する高い選択性や親和性を有する特徴がある。アプタマーに、蛍光団や吸収団、電気化学活性団等をラベル化し、これを利用した基質特異的分析法が開発されている。本研究では脱塩基部位含有DNA二重鎖とアプタマーを組み合わせたATPのラベルフリー蛍光検出系の開発を行った。アプタマー鎖とこれに相補的な脱塩基(AP)部位含有DNA鎖からなるDNA二重鎖にナフチリジン誘導体の蛍光性リガンド(ATMND)を添加するとATMNDがAPサイトに結合し消光する。蛍光滴定実験の結果は1:1の錯生成モデルで解析でき、結合定数としてK_<11>=7.1×10^7M^<-1>を得た.この錯体にATPを添加するとアプタマー鎖とATPとの錯生成が生じ、ATMNDの蛍光が回復する。回復度にして7倍の蛍光応答を得た、蛍光の回復度によりATP存在量を分析でき、検出感度は約1μMであった。この検出感度は従来法に匹敵するか優るものであった。一方、アプタマー鎖を2分割したDNA鎖を作り、ATPとAPサイト含有DNA鎖の存在下で自己集合体が形成される系に対して、APサイト上下塩基をグアニンまたはチミンとした場合、それぞれATMNDまたはジアミノピラジン誘導体(DCPC)をリガンドとすると、消光型と発蛍光型の蛍光応答を得ることができた。ATMNDとフェロセンを結合した電気化学活性リガンドを用いた系についても検討中である。以上、脱塩基含有DNA鎖とアプタマー配列とを用いた新規分析法を開発した。遺伝的先天性疾患の診断を目的として、個々人のDNA配列を解析することの重要性が高まっている。特に、DNA配列内の一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs)検出法の開発は、個人個人に最適化された「テーラーメイド医療」の実現に向けて重要な研究課題の一つである。これまで、蛍光検出型DNAマイクロアレイが主に開発されてきたが、標的DNAへの蛍光ラベル化などの煩雑な操作が必要であることが問題とされており、これに代わる迅速、簡便かつ安価な手法の開発が期待されている。本研究では蛍光ラベル化を必要としない手法として、脱塩基部位含有DNAとアプタマーを組み合わせた高感度アデノシン検出系の開発を行った。従来のDNAアプタマーでは主に蛍光団をレポーターとしてアプタマー配列に導入しすることで、標的分子との結合を検出していた。これに対して本系ではアプタマーの一部と相補的な配列を有する脱塩基部位含有DNAを併用し、水素結合性小分子の脱塩基部位への結合について蛍光スペクトルから計測した。この系ではアプタマーへの有機化学的手法による官能基修飾が不要であること、蛍光回復型の応答が得られることがこれまでの報告とは一線を画すものである。本研究で行った脱塩基合成DNAと水素結合性小分子を用いる新規DNAアプタマーの開発はアプタマー配列に一切の修飾操作を必要としない簡便かつ高感度な生理活性物質検出系としての展開が期待できる。現在論文投稿準備中であり、これと平行して電気化学計測による代謝物質検出への適用を行っている。
伝統医学の診察法とバイオメトリックスを応用した健康支援システムの開発

医療分野で伝統医学(東洋医学)の診察法を活用していく上で最大の課題は、東洋医学の診察法の有用性を明らかにすることである。そこで、東洋医学の診察法を応用した健康支援システムを構築する試みとして、東洋医学の診察法と客観的測定結果を比較し、その有用性を検討した。方法は本研究に同意を得た成人6名を対象に、個々の体調変化をみるために、2週間に計6回、午後に調査した。調査項目は(1)東洋医学の診察は、診察者が顔面診、舌診、声診、問診、脈診を行った。(2)客観的測定は、顔面情報にはサーモグラフィを用いて顔面皮膚温を測定した。また舌情報を画像記録し、舌診断システムにて判断した。音声情報では音声をレコーダーに記録し、音声解析ソフトにて解析した。同時に発話音声解析システムを用いて疲労状態を計測した。さらに生理学的検査は、安静仰臥位の姿勢で瞬時心拍とR-R間隔変動を30分間連続測定した。(3)体調の把握として東洋医学健康調査票(57項目)、健康関連QOL尺度のSF-8を行った。結果は、顔面診の結果と顔面皮膚温の低温部との一致率が約8割と高かった。声診の結果と音声解析の結果に関連を認めなかったが、音声の基本周波数は東洋医学健康調査票の気虚(R=0.59,p<0.0001)や虚証などの項目と相関した。システムの一部となる舌診断システムは東洋医学健康調査票との関連が少なく、別の視点で体調変化を捉えていた。東洋医学健康調査票の心(R=0.59,p<0.0001)、肺、陽虚などの項目は心拍数に相関を示した。また東洋医学健康調査票の虚証(R=0.54,p=0.001)や全体点数などの項目はSF-8身体的サマリースコアに相関を示した。なお発話音声解析システムは解析中である。顔面や舌、音声情報や東洋医学健康調査票の結果は、いずれも個人の体調変化を捉えていたが、密接な関連が少なかった。東洋医学は各診察情報から総合的に判断するために、各診察情報を統合し、その情報の特徴を抽出することで、個人の体調変化を捉える健康支援システムが構築できる可能性が示唆された。医療・保健分野で伝統医学(東洋医学)の診察法を活用していく上で最大の課題は、東洋医学の診察法の有用性を実証することである。そのため、東洋医学の診察所見が体調の異常を的確に判定できるかどうかを調査することが必要である。そこで、伝統医学を活用した健康支援システムの構築するための基礎研究として、東洋医学の診察所見と客観的な検査結果を比較し、東洋医学の診察法の有用性を調査した。方法:対象は成人ボランティア2名、経時的変動をみるために隔日(午後)に計6回、一定環境下で安静後に診察と検査を行った。1)東洋医学の診察は顔面や舌、声、脈の状態を観察し、東洋医学的問診を行った。2)客観的検査は顔面皮膚温(サーモグラフィ)、心電図や呼吸などを測定した。音声情報では音声記録して音声スペクトルを解析し、同時に脳活性計測用発話音声解析システムで疲労状態を計測した。また、健康調査票を実施した。3)東洋医学の診察所見と検査結果を比較して検証した。結果:東洋医学の判断結果は2名とも病的状態であり(CMI調査では神経症の疑いと判定)、経時的には基本病態は変わらなかったが、体調を崩した時には病態が異なっていた。顔面皮膚温の変化は東洋医学の顔面所見との類似点が多かった。自律神経機能の指標であるR-R間隔変動スペクトルの高周波数(HF)成分が一時的に低値(副交感神経機能の抑制反応)を示し、東洋医学の診察所見と部分的であるが一致がみられた。また、HF成分と発話音声解析システムのリアプノフ指数値の変化と関連する傾向がみられたが、健康調査票とは関連しなかった。以上より、東洋医学の診察所見は検査結果と部分的に関連を認めたことから、体調の変化をよく捉えており、有用な所見であることが示唆された。今後、例数を増やして東洋医学の診察所見の有用性を検証し、個人の体調変化を経時的に捉えうる健康支援システムの構築を実現したい。

結果は、顔面診の結果と顔面皮膚温の低温部との一致率が約8割と高かった。声診の結果と音声解析の結果に関連を認めなかったが、音声の基本周波数は東洋医学健康調査票の気虚(R=0.59,p<0.0001)や虚証などの項目と相関した。システムの一部となる舌診断システムは東洋医学健康調査票との関連が少なく、別の視点で体調変化を捉えていた。東洋医学健康調査票の心(R=0.59,p<0.0001)、肺、陽虚などの項目は心拍数に相関を示した。また東洋医学健康調査票の虚証(R=0.54,p=0.001)や全体点数などの項目はSF-8身体的サマリースコアに相関を示した。なお発話音声解析システムは解析中である。顔面や舌、音声情報や東洋医学健康調査票の結果は、いずれも個人の体調変化を捉えていたが、密接な関連が少なかった。東洋医学は各診察情報から総合的に判断するために、各診察情報を統合し、その情報の特徴を抽出することで、個人の体調変化を捉える健康支援システムが構築できる可能性が示唆された。
剛直性高分子の反磁性を利用した超高強度材料の創製

物質・材料科学技術の研究開発に求められていることの一つに革新的な物質・材料の創製がある。革新的な材料の創製には、必ずしも新材料を用いる必要はなく従来からのある汎用性材料の加工を創意工夫することで新しい機能を付加することができると考えられる。本研究は芳香環を持つ汎用性高分子材料の磁気異方性を利用して、従来の方法では得られなかった高秩序の極限構造を持つ高分子材料を作り出し、その材料の物性を評価することを目的とした。試料として(株)ユニチカ製RODRUN LC-3000 (パラヒドロキシ安息香酸とポリエチレンテレフタレートのランダムコポリマー)(PBT/PET)のペレットを用いた。このペレットを220°Cで加圧成形後、急冷し無配向のフィルムを得た。この無配向のフィルムを磁場中で、適当な温度と時間を選び、熱処理すると、配向度の異なる液晶高分子試料が得られた。220°C以下の温度では分子鎖配向は観測されなかった。220°C以上の熱処理では、処理温度が高くなるに従い、配向は速やかに起こり配向度は1に近い値を示した。分子鎖配向と同時に結晶化の有無を知るために密度測定を行なったが、零磁場で熱処理して得られた試料の密度と磁場存在下で得られた試料の密度との間には違いが認められず、このコポリエステルは熱処理で結晶化しないことが分かった。次に、磁場配向した高分子材料の力学物性を評価した。配向度が増加するにつれ、ヤング率は増加した。また、配向度の増加に伴い応力-歪曲線が直線的になり弾性変形領域が多くなることが分かった。一方、破断時の伸びは配向度が増加するにつれ、減少した。以上の結果は機械配向させた試料の場合とは大きく異なり、機械的配向と磁場配向試料では構造が異なることを示唆するもので、興味ある結果である。革新的な材料の創製には、必ずしも新材料を用いる必要はなく従来からある汎用性材料の加工を創意工夫することで新しい機能を付加することができると考えられる。本研究は芳香環を持つ汎用性高分子材料の磁気異方性を利用して、従来の方法では得られなかった高秩序の極限構造を持つ高分子材料を作り出すことを目的とした。試料として(株)ユニチカ製RODRUN LC-3000(パラヒドロキシ安息香酸とポリエチレンテレフタレートのランダムコポリマー)(PBT/PET)のペレットを用いた、このペレットを220°Cで加圧成形後、急冷し無配向のフィルムを得た。この無配向のフィルムを磁場中で熱処理し、配向試料を得た。熱処理の炉は磁石にあわせ自作した。適切な温度と時間を選びPBT/PETを磁場中で熱処理すると、コポリエステルの分子鎖は磁場方向に配向した。分子鎖配向と同時に結晶化が起こっているかを知るために密度測定を行った。零磁場で熱処理して得られた試料(無配向試料)の密度と磁場存在下で得られた試料の密度との間には違いが認められなかった。プレスのみの試料より、やや密度が増加しているだけである。すなわち、このコポリエステルを磁場中で熱処理すると分子鎖は磁場方向に配列するが、結晶化はしないことが分かった。

高分子材料の高性能化、高機能化が要求されている。その中でも高分子材料の高弾性・高強度化強く望まれている。これらの力学物性は分子鎖の配向に大きく依存していることが知られている。高分子鎖を配向させるにはいろいろな方法があるが、本研究では芳香族ポリエステルが反磁性を有する所に注目し、磁場中でポリマーを配向させ、高弾性・高強度高分子材料を作成することを目的とした。昨年の実験において、芳香族ポリエステルポリマーを磁場の中で配向させることに成功し、その配向挙動及び配向度をX戦、赤外二色比より求めた。本年度は、磁場配向した高分子材料の力学物性を評価することを目的とした。試料としてPoly(ethylene terephthalate)(PET)を40mol %、Parahydroxylbenzoate(PBT)を60 mol %含むコポリマーを用いた。このコポリマーを6テスラの磁場中で熱処理を行い、熱処理温度及び処理時間を変化させることで、配向度の磁場配向試料を得た。配向度はX線回折で決定された。配向度測定後、室温で引張速度1.0mm/minで引配試験を行った。応力-ひずみ曲線より破断強度、ヤング率、破断時の伸びを求め、配向度との関係を考察した。配向度が増加するにつれ、ヤング率は増加した。また、配向度の増加に伴い応力-歪曲線が直接的になり弾性変形領域が多くなることが分かった。一方、破断時の伸びは配向度が増加するにつれ減少した。以上の結果は機械配向させた試料の場合とは大きく異なり、機械的配向と磁場配向試料では構造が異なることを示唆するもので、興味ある結果である。
自転車ペダリング運動時における下肢筋群の協調性

自転車運動時における大腿四頭筋の筋活動および組織酸素動態を調べた。自転車競技者9名と未経験者9名は、自転車エルゴメータで疲労困憊に至るまで運動を行った。大腿四頭筋から神経筋活動と組織酸素動態を計測した。乗車姿勢は通常姿勢と空気抵抗を減らすための前傾姿勢とした。神経筋活動には乗車姿勢間で差異はなかったが、組織酸素飽和度には自転車競技者と未経験者に姿勢間の差異が認められた。自転車運動時における大腿四頭筋の筋活動は乗車姿勢やペダリング技能に影響されないが、筋酸素動態は乗車姿勢やペダリング技能に左右されることが示唆された。本研究は運動中の姿勢変化が比較的小さく歩行や走行などの身体運動と比べて筋活動や動作との対応関係の解釈が比較的容易な自転車ペダリングを運動課題として採用し、自転車ペダリング運動時における下肢筋群の筋活動の協調性を明らかにすることを目的とした。空力および電磁ブレーキで運動負荷が制御される自転車エルゴメータ(Wattbike社製)に踏力計を搭載し、エルゴメータから記録された踏力データ、クランク角度(クランク1回転中のペダル位置)、筋電図信号を同期する計測システムを構築した。次に、健常男性を対象として1分間の自転車ペダリング運動が遂行可能な運動負荷とクランク回転頻度を探索し、本実験での具体的な運動課題を決定した。そして、新たに構築された計測システムを用いて、自転車ペダリング中の下肢筋群から踏力および表面筋電図を記録する実験を行った。それぞれの運動課題で計測された踏力および筋電図データを抽出した。筋電図信号に全波整流を施した後、低域通過フィルタにより整流化筋電図を平滑化した。また、踏力データに関しても低域通過フィルタによって信号処理を行った。各条件におけるクランク10回転分の踏力および平滑化筋電図データを抽出し、これらを分析対象とした。現在、下肢筋群の協調性を定量化するアルゴリズムを作成中であり、来年度に作成されたアルゴリズムを用いて自転車ペダリング運動時における下肢筋群の協調性を定量化する。実験環境の構築と実験は既に終了している。現在、下肢筋群の協調性を定量化するアルゴリズムを作成中であり、来年度に作成されたアルゴリズムを用いて自転車ペダリング運動時における下肢筋群の協調性を定量化する予定である。本研究は自転車運動時における大腿四頭筋の筋活動および組織酸素動態を調べることを目的とした。被験者は自転車競技者あるいはトライアスロン競技者9名(21.3 ±1.5歳)と自転車競技未経験者9名(26.0 ±4.7歳)であった。被験者は自転車エルゴメータ(Wattbike)で疲労困憊に至るまでの漸増負荷試験を行った。被験者は毎分90回転のクランク回転頻度をできる限り維持した。1分ごとに25Wずつ負荷を上昇させ、クランク回転頻度を維持できなくなった時点で終了とした。外側広筋と大腿直筋から表面筋電図により筋電図振幅値、近赤外線分光法により組織酸素飽和度を計測した。筋電図振幅値と組織酸素飽和度は1秒ごとにサンプリングし、疲労困憊に至るまでの時間を被験者ごとに規格化して示した。漸増負荷試験の乗車姿勢はブラケットポジションと股関節屈曲位であるドロップハンドルポジションであり、被験者は各姿勢での実験を1日以上の間隔を空けて別日に実施した。自転車競技者の疲労困憊に至る時間は、自転車競技未経験者より有意に長かったが、姿勢間に有意差は認められなかった。自転車競技者と未経験者における外側広筋と大腿直筋の筋電図振幅値は乗車姿勢間で有意差は認められなかった。自転車競技者における外側広筋と大腿直筋の組織酸素飽和度は、運動開始から疲労困憊に至るまでドロップハンドルポジションがブラケットポジションより有意に低かった。未経験者の外側広筋の組織酸素飽和度には姿勢間で有意差は見られなかったが、大腿直筋の組織酸素飽和度は運動終盤でドロップハンドルポジションがブラケットポジションより有意に低かった。これらの結果から、自転車運動時における大腿四頭筋の筋活動は乗車姿勢やペダリング技能に影響されないが、筋酸素動態は乗車姿勢やペダリング技能に左右されることが示唆された。下肢筋群の協調性を定量化するアルゴリズムを作成中であるが、協調性の定量化に試みた結果、被験者ごとの協調性がばらつく可能性がある。その場合は、運動課題ごとに筋電図信号に施す平滑化処理を変える方策をとる。28年度が最終年度であるため、記入しない。スポーツ生理学28年度が最終年度であるため、記入しない。
大型放射光を用いた低次元金属錯体のX線散漫散乱の測定と原子価秩序配列の解析

我々が開発したHe温度領域でもバックグラウンドの極めて小さいX線回折像が得られる低温真空X線カメラをSPring-8 BL02B1ビームラインに設置した。SPring-8からの高輝度X線との組み合わせにより、6x6x33μmの金属錯体の極微小結晶構造解析、20K程度までの低温での極低温結晶構造解析、および散漫散乱や超格子反射等の測定には極めて有効であることが明らかになった。Pt_2(EtCS_2)_4Iについて、電気伝導度および熱電能の測定から204K付近にM-I転移が観測された。SPring-8の高輝度X線と低温真空X線カメラを用いてX線回折パターンの温度変化を測定したところ、-Pt-Pt-I-の2倍周期に対応する散漫散乱が観測され、散漫散乱は線状→面状(相転移点近傍)→ブラッグ点(90K)と明瞭に変化することが明らかになった。また、相転移前後の3つの温度での結晶構造解析からは、架橋ヨウ素イオンは複核白金ユニット間のほぼ中央に位置することが明らかになり、白金原子価の秩序配列としては-Pt^<2+>-Pt^<3+>-I-Pt^<3+>-Pt^<2+>-I-又は-Pt^<2+>-Pt^<2+>-I-Pt^<3+>-Pt^<3+>-I-であると予想された。一方、相転移前後の6点の温度で結晶解析を行い、解析から得られた白金原子と架橋ヨウ素イオンの異方性温度因子(原子の熱振動の平均二乗振幅に対応)を温度に対してプロットしたところ、架橋ヨウ素の熱振動は204Kの相転移温度以上では顕著に大きくなっており、動的又は静的な乱れの存在が明らかになった。
科学技術教育における学力低下問題と教科再構築論議の日仏比較

フランスの科学技術教育は、フランスの最近の教育改革の影響を受けている。科学教育と技術教育との関連においての特質として、初等教育では、総合教科としての「世界の発見」科と総合教科としての「科学・技術」科があり、前期中等教育であるコレージュでは、科学教育と技術教育が分化した「技術」科が、後期中等教育であるリセでは、技術教育が専門化した「エンジニア科学入門」科と「エンジニア科学」科があることが明らかになった。本研究は、日本の科学技術教育における低学力問題を、今日的なグローバルな学力として再構築し、そして、その学力再構築を具体的中心テーマとする教科再構築と教育課程開発を目的とする。それは、日仏比較を主とした国際比較によって、科学リテラシーの育成の限界を乗り越えるための、現代的な技術リテラシーの育成をも新たに目的に含める科学技術教育の学力像とカリキュラム像を提示するものである。この目的に関して、研究対象である諸外国は、抱える教育課題は基本的な構造と性格において日本のそれと類似した点が多く、今後の日本における科学技術教育に関する学力と教育課程の改革にとって注目される。日仏比較研究に不可欠な、サイエンスの教育とテクノロジーの教育、生活科教育、エンジニア科学教育、それらに関わる科学的概念についての基礎概念やTechnical Termごとの内容や特徴の傾向を明らかにし、それらを比較可能にするグローバルな研究方法論的基礎についての検討を行った。そのために、アメリカ(PISA, Pre-engineering教育等)の研究者と意見交換や資料収集も行った。本年度は研究の結果、フランスの科学技術教育に関わる科学的概念についての基礎概念では、初等教育において、生活科教育は総合教科の「世界の発見」科教育として、サイエンスの教育とテクノロジーの教育は統合教科の「科学・技術」科教育として新設され、コレージュでは、テクノロジーの教育がサイエンス教育から分化した「テクノロジー」科教育として新設されたこと、そして、リセの普通教育課程では、エンジニア科学教育が大学工学部入学者のための科学技術教育の基礎教育としての「エンジニア科学」科教育として新設されたことが明らかになった。さらには、アメリカのPre-engineering教育との比較では、フランスの科学技術教育に関わる科学的概念についての基礎概念と類似性があることも判明し、今後の詳細な分析課題になった。1、平成19年度の研究方法論に基づき、フランスの「世界の発見」科と初等教育に新設された「科学・技術Sciences et Tech-nologie」科教育、コレージュで新設された「技術Technologie」科教育、リセの普通教育課程に新設された大学工学部入学者のための「エンジニア科学Scienses del' ingenieur」科教育のそれぞれの科学的概念の特質及びそれらの系統的な関連性を、分析した。そのため、アメリカ・フィンランド(PISA, Pre-engineering教育,LUMA等)の研究者と、比較のための意見交換や資料収集を行った。2、一般的には科学教育はアナリシス(Analysis:分析)、技術教育はシンセシス(Synthesis:総合)が主体になるといわれているが、それは、フランスでは科学リテラシーとテクノロジー・リテラシーを関連させる方法論として、教育課程開発で採用されていた。また、アメリカはプラグマテイズムの認識論が特徴であることがフランスとの比較より判明した。そこで、その方法論の分析より、日本の小・中・高の科学技術教育における科学的概念の構造化に有効な示唆を得た。フランスの各教科では、教育課程を貫く「科学」に基礎を置いた科学教育という基本理念のもと、フランス独自の科学認識論による科学的概念によってカリキュラム開発が行われていることが判明したので、それを学力論から比較分析することによって、日本の科学技術教育における生活概念と科学的概念との関連の研究に示唆が与えられた。1、平成20年度検討した各教科の科学的概念の特質をふまえながら、それと教育課程改革との関連を、特にフランスの普通教育における主知主義の学力概念との関係に注目して、比較教育として分析した。その結果、主知主義の学力概念に関して、初等教育では統合と総合、コレージュでは分化、リセでは専門化が特質であることがわかった。2、1、の分析のため、フランス人研究者との意見交換と資料収集を行うと同時に、フランスの独自性の比較分析のために、フランスの科学技術教育に影響を与えたアメリカ(PISA, Pre-engineering教育等)、カナダ、EU(PISA,フィンランドLUMAプログラム等)の研究者と意見交換や資料収集を行った。アメリカ(Pre-engineering教育は専門化、カナダは総合、EU(フィンランドLUMAプログラム)は総合が特徴であった。しかし、このPISAの学力(リテラシー)の科学的概念と日本の学力とは異質であることがわかった。また、PISAでは「科学的概念」と「生活概念」との関連が重視されており、日本の学力のように、関連より区別を重視する傾向とは異なることがわかった。フランスの科学技術教育における統合・総合・分化・専門化、アメリカのPre-engineering教育の専門化、カナダの総合、フィンランドLUMAプログラムの総合は、それぞれの科学認識論に基づく科学的概念における区別と関連の問題構造であり、日本的な問題構造と異質であった。