hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教員・公務員採用適性検査におけるジェンダー質問をめぐる知識社会学的研究

これまで大学入試においてMMPIはまったく使われていないと思われていたが、東京医科大学における入試適性検査で使用されていたことを、受験生からの情報をもとに分析して記者と協力し明らかにした。精神医学や心理検査の専門家も擁するはずの大学においても、使用の妥当性・適切性が十分吟味されないまま利用が続けられてきた事実により、この問題の根深さが改めて明らかになった。この内容は8/19付のHuffingtonpost紙でMMPIの解説や問題点とともに詳細に紹介された。近年の政治におけるアプローチについては国会質疑・主意質問書における動向を再レビューし、詳しい議員にインタビューを行うとともに残されている課題や今後の取組みについて意見交換を行った。性的指向・性自認に関するジェンダー質問のあり方について、前年までの調査研究に基づき、別の科学研究費プロジェクトと協力して、「大阪市民の働き方と暮らしの多様性と共生にかんするアンケート」郵送調査を実施して、回収・コーディングを終え、分析段階にある。数理的アプローチとしては、学会報告をもとに他の研究者と協力して「性的マイノリティの自殺・うつによる社会的損失の試算と非当事者との収入格差に関するサーベイ」(労働政策研究・研修機構(JILPT) Discussion Paper 19-05)にまとめ、同機構のサイトで公表された。これまでの研究成果を生かして、『ダイバーシティ時代の教育の原理:多様性と新たなるつながりの地平へ』の13章「多様な性を生きる子ども」を執筆し出版された。また、GID(性同一性障害)学会大会において招待講演を行った。加えて産学連携の「オフィストイレのオールジェンダー利用に関する研究会」による調査分析に基づき報告書を作成し,関連分野の研究者や実務家を対象に報告会を行った。研究を進める中で、これまでまったく知られておらず当初計画では想定していなかった,大学入試においても一部大学でMMPIが利用されていることが2018年に確認された。そのため、当初の計画を一部見直し、1年延長してより広汎な範囲について研究を行う必要があることが明らかになったため。また、健康上の理由から予定のペースで研究が進捗できなかったことも、理由である。計画の一部見直しをもとに、大学入試での利用を含め補足的調査を実施する。それをもとにこれまで進めてきた成果を、性的指向・性自認に関する適切な質問のあり方という視点からとりまとめ、学会報告や学術論文として公表し、適性検査の改善と、性的指向・性自認に関する社会調査の進展に貢献することを目指す。文献資料と県教育委員会への調査等に基づき、採用試験適性検査におけるMMPI利用の実態と問題点を明らかにした。MMPI(MINI-124を含む)を「テスト・スタンダート」に基づいて分析した結果、大項目6のうち5で、また多数の小項目で、その基準から逸脱がみられた。特に、(1)性的指向や性別違和・宗教など高度のプライバシーに関わる質問が含まれること、(2)第5尺度(Mf尺度、男性性/女性性尺度)の妥当性に大きな問題があることが見いだされた。日本国内の公立学校の教員採用試験においては、2013年度試験(2012年夏実施)以降、MMPI(MINI-124を含む)も、また他種の適性検査も利用が減少していることを明らかにした。それら成果を、日本学術会議公開シンポジウム「教育におけるLGBTIの権利保障」(報告題名「自治体行政の総合的視点からー教員採用試験適性検査の見直しの必要性を中心に」2016/05/21招待講演)、および国際ジェンダー学会教育部会研究会(報告題名「LGBTと教育の現状と課題教員採用試験適性検査の問題を中心に」2016/12/11招待講演)において報告した。これらの成果は三成美保編『教育とLGBTIをつなぐー学校・大学の現場から考える』に2017年5月に収録・刊行予定である。またバンコクで開催されたILGA大会に参加し、日本で知られていない最新の調査手法を用いたILGA-RIWI Global Attitudes Survey on LGBTI Peopleについて報告を聞くとともに資料収集を行った。この調査では本人にネットを介して調査を依頼・実施することでプライバシーを最大限保護するとともに、地域を細かく限定するなどしてサンプリング調査に近づけて精度を高めており、今後日本においても活用が広がるものと期待される。文献資料収集とその分析については、当初の予定通り進捗している。調査については、教員採用試験実施の全自治体に対して郵送調査を予定していたが、社会的影響を考慮してより慎重を期すため、本年度は準備作業として、研究協力者である関連の専門家や人権団体と情報交換を進めるとともに、MMPI利用の一部自治体に対して使用継続か否かの実態を把握するにとどめた。代わりに当初の予定にはなかったが、web調査について、ILGA-RIWI Global Attitudes Survey on LGBTI Peopleが報告されるという情報を入手し、この貴重な機会をとらえて報告を直接聞くとともに資料収集を行い、日本での活用可能性を探っているところである。文献資料と県教育委員会への追加調査等に基づき、採用試験適性検査におけるMMPI利用の実態と問題点をより深く明らかにした。教員採用試験においては2017年度試験においても、MMPIの適性検査利用が減少していることを明らかにした。それらの成果は、「教員採用試験での適性検査MMPIの見直しの必要性」として、三成美保編『教育とLGBTIをつなぐー学校・大学の現場から考える』に収録・刊行された。また性的指向と性自認をめぐる教育行政・学校現場での動向と課題を、『教育社会とジェンダー』の「第3章性的指向・性自認」として執筆・刊行した。

この成果は、石川県における教員および行政職員の採用試験の改善にもつながった。性的指向・性自認に関するジェンダー質問のあり方について、先行研究の蓄積を整理し、日本における最適な質問作成のため、グループインタビューやヒアリングを行った。児童養護施設における性的マイノリティ児童の対応に関する調査データを分析し、職員の対応における困難や戸惑いがあることを見いだし、これら問題を学会・論文で発表した。この調査報告書は厚生労働省の委員会でも取り上げられ、各施設での適切な対応を促す施策に活かされている。またこれまでの知見を活かして「オフィストイレのオールジェンダー利用に関する研究会」を産学連携で発足させ、トランスジェンダーとシスジェンダーの双方に対して量的・質的調査を行い、トランスジェンダーのオフィストイレの利用状況と、シスジェンダーからみた自認に沿ったトランスジェンダーのトイレ利用に関する意識を明らかにし、学会報告を行った。文献資料収集とその分析、および関連人権団体やキーパーソンへのヒアリングについては、当初の予定通り進捗している。ジェンダー質問を教員採用試験で行っている自治体に対するヒアリングは継続して行っている。また最終年度における採用試験適性検査の最新動向について確認の調査を行うべく、準備を進めている。これまでの成果から、関連領域の研究者や実務家からその応用を求められ、いくつかのプロジェクトにも協力しながら研究を進めているところである。これまで大学入試においてMMPIはまったく使われていないと思われていたが、東京医科大学における入試適性検査で使用されていたことを、受験生からの情報をもとに分析して記者と協力し明らかにした。精神医学や心理検査の専門家も擁するはずの大学においても、使用の妥当性・適切性が十分吟味されないまま利用が続けられてきた事実により、この問題の根深さが改めて明らかになった。この内容は8/19付のHuffingtonpost紙でMMPIの解説や問題点とともに詳細に紹介された。近年の政治におけるアプローチについては国会質疑・主意質問書における動向を再レビューし、詳しい議員にインタビューを行うとともに残されている課題や今後の取組みについて意見交換を行った。性的指向・性自認に関するジェンダー質問のあり方について、前年までの調査研究に基づき、別の科学研究費プロジェクトと協力して、「大阪市民の働き方と暮らしの多様性と共生にかんするアンケート」郵送調査を実施して、回収・コーディングを終え、分析段階にある。数理的アプローチとしては、学会報告をもとに他の研究者と協力して「性的マイノリティの自殺・うつによる社会的損失の試算と非当事者との収入格差に関するサーベイ」(労働政策研究・研修機構(JILPT) Discussion Paper 19-05)にまとめ、同機構のサイトで公表された。これまでの研究成果を生かして、『ダイバーシティ時代の教育の原理:多様性と新たなるつながりの地平へ』の13章「多様な性を生きる子ども」を執筆し出版された。
深層学習の理論的究明による人工知能技術の革新

本研究は数理的アプローチによってAI技術の革新をはかろうとするものであり、深層学習の繰り返し更新則の挙動(学習ダイナミクス)を解析することにより,その高い能力の要因を理論的に究明し,その知見に基づいて,はるかに低コストで安定した学習が可能な大自由度学習モデルを開発することを目的としている。研究課題としては、【課題1】深層構造の学習ダイナミクス、【課題2】低コスト学習モデル、【課題3】学習モデルの効率的実装、の3つの主な研究課題を挙げているが、初年度のH30年度は【課題1】深層構造の学習ダイナミクスに注力し、以下の2つの研究成果を得た。(1)微分不能な点や不連続な点を含む関数を推定する場合の性能を、Fourier展開、スプラインなどの固定基底を持つ関数推定の方法と比較したところ、ReLU活性関数を持つ深層学習がよりよい汎化誤差を示すことを理論的に示した。この結果は機械学習分野のトップ国際会議のひとつであるArtificial Intelligence and Statistics (AISTATS 2019)に採択された。(2)深層学習モデルの局所極小解の構造に関して研究を行った。あるネットワークが極小解となっているとき、そのある層の素子を増加させて大きいなネットワークを構成した際に、もとの関数と同一の入出力関係を持たせる方法を考察し、大きいネットワークが極小/鞍点となるかを考察した。その結果、活性化関数がReLUか滑らかかによってその局所的性質が変化することが理論的に示された。また、その結果を用いると、冗長なネットワークで学習された最適解の汎化誤差が、活性化関数によって異なる振る舞いを持つことが示唆された。現在、この結果を論文にまとめている。初年度であるH30年度はおもに【課題1】に注力したが、不連続な関数に対する推定精度の理論解析に関して、従来型の関数推定法に比べて深層学習のよい性能を示唆する興味深い結果が得られ、その成果をまとめた論文が機械学習/人工知能分野でトップクラスの国際会議に採択された。また、深層学習の極小解の理論解析は非常に困難な課題の一つであるが、それに関して理論的に多くの示唆を含んだ結果が得られた。特に、極小解の平たんさをヘッセ行列によって評価することにより、ReLUと滑らかな活性化関数の本質的な相違を明らかにした研究は今までにない理論的結果である。これらのことから、課題1に関しては、計画以上の進展があったと考える。次年度は、課題2を中心に研究を行い、waveletや多重解像度カーネル法などの方法を出発点として、新しい関数推定の方法論を考察していきたい。【課題2】低コスト学習モデル、に関しては、多層構造を持つことの本質的な意味を明らかにするために、Waveletやカーネル法の多層化技術を考察する予定である。特に、Waveletのスパース学習を効率的に行う方法、カーネル法の多くの異なるバンド幅の重ね合わせによる関数空間の利用などを考察し、実用的な計算効率を持つ方法を研究する。【課題3】学習モデルの効率的実装、に関しては、並列化を前提として、確率勾配法やADMMなどの効率的な最適化法とその発展形を追求することにより、実装までを行う。実装にあたっては、必要に応じて外部業者への利用などを検討する。

これらのことから、課題1に関しては、計画以上の進展があったと考える。次年度は、課題2を中心に研究を行い、waveletや多重解像度カーネル法などの方法を出発点として、新しい関数推定の方法論を考察していきたい。【課題2】低コスト学習モデル、に関しては、多層構造を持つことの本質的な意味を明らかにするために、Waveletやカーネル法の多層化技術を考察する予定である。特に、Waveletのスパース学習を効率的に行う方法、カーネル法の多くの異なるバンド幅の重ね合わせによる関数空間の利用などを考察し、実用的な計算効率を持つ方法を研究する。【課題3】学習モデルの効率的実装、に関しては、並列化を前提として、確率勾配法やADMMなどの効率的な最適化法とその発展形を追求することにより、実装までを行う。実装にあたっては、必要に応じて外部業者への利用などを検討する。国際会議出張として予算60万円を計画していたが、所属機関の運営費交付金により支出できたため、本科研費の予算を次年度以降の国際会議に充当して、より密な情報収集を行うこととした。また、物品費として計画していたGPUボード購入に関しては、新規製品の発売予定によって次年度以降の価格下落が予想されたため、H30年度は現有している計算資源を活用することとし、R1年以降に複数枚のボード購入をすることによって、研究をより加速できると判断して、使用時期をずらした。
チャンネル機能膜を用いる有機物質の電子移動場の設計

単分子膜界面でのレセプターと目的物質との選択的相互作用に基づく膜透過性の制御が可能な膜化学系の構築と化学センシング法への応用を目的として以下の研究業績を得た。2)カリックス[6]アレンのAFM像を得るための基板の影響について検討した。カリックス[6]アレンとオクタデカノールの混合単分子膜を気液界面に作成した後,この膜をフルオロアルキルシランで化学修飾した雲母上にLB法により移し取ることにより,分子分解能でのカリックス[6]アレンのAFM像を初めて得た。3)化学修飾した酸化スズ電極を用いてイオンチャンネルセンサーを構築することを目的として,SnO_2表面をアルケントリクロロシランで被覆した後,それに引き続くオレフイン酸化及び水酸基を導入する新しいアプローチの化学修飾法に成功した。4)14個の水酸基あるいはメトキシ基を有する二種のヘプタキス(ベンジルチオ)-β-シクロデキストリン誘導体を新規に合成し,これらのホストは気液界面で単分子膜を生成することを見い出した。5)β-シクロデキストリンのチオール誘導体の金電極上での自己集合単分子膜を用いて,膜密度の最適化により,欠陥のない領域を通じての電子トンネリングを化学センシングに用いることができる可能性が示された。
ビッグデータを用いた極早期緑内障経時的変化の解明（国際共同研究強化）

カリフォルニア大学サンディエゴ校において、20年以上蓄積された眼底写真、視野検査結果、眼圧値、角膜厚、光干渉断層計(OCT)データを縦断解析し、緑内障進行と関連する因子分析を行った。さらには、2015年から蓄積され始めた光干渉断層血管撮影(OCTA)データを用いて、緑内障の発症と構造変化、血管動態変化と機能変化について横断的解析および縦断的解析を行った。研究実績としては、緑内障の進行とともに、放射状乳頭周囲毛細血管(RPC)の血管密度が低下するだけでなく、網膜神経節細胞の血管動態に関与する黄斑部血管密度もまた低下することを報告した。そして、この黄斑部の血管密度は視機能である視野検査感度と有意に相関することも報告した。さらには、進行した緑内障では経時的に変化することも判明し、構造変化とは異なる進行過程を示唆することを示した。光干渉断層計を用いた経時的観察では、糖尿病を合併した緑内障眼においては、糖尿病を持たない年齢マッチさせた集団と比べ、進行が緩徐であることも示した。糖尿病自体または糖尿病治療薬が緑内障進行と関連している可能性を示すこともできた。内定年度:2016ハミルトン緑内障研究所においてWeinreb教授と討論を行い、緑内障初期変化の解明についての研究プロトコルの作成を行った。ハミルトン緑内障研究所には緑内障の発症、進行にかかわる微小構造変化の大規模かつ時系列データが集積されている。本課題は、研究開始からの期間が短いため、現時点ではデータの収集と、課題に対する具体的なアプローチ方法を複数検討している段階である。現時点での進捗状況は概ね良好と考えている。今後上記の長期間観察データベースおよび先端機器による画像データの集積・解析を行い、研究課題の解明に取り組む。当該施設では眼底画像診断機器の黎明期の頃からの蓄積されたデータベースを保有しており、このデータを用いた研究承認を得ることができた。光干渉断層計(OCT)は眼科領域で広く普及している技術である。特に緑内障は慢性進行性疾患であるため、この研究分野におけるOCTの評価には横断的研究も経時的な変化を評価する縦断的研究も重要であると考えられている。本研究費が採択され、米国カリフォルニア大学サンディエゴ校ハミルトン緑内障センターと共同研究を行った。特に同施設では光干渉断層計(OCT)やOCTアンジオグラフィー(OCTA)についての臨床応用を世界に先駆けて行っていたこともあり、この分野に関連する論文や学会発表を数多く行うことができた。OCTAはOCTで複数回同じ位置で撮像した情報の位相差信号を抽出し、非侵襲的に網膜内の血管情報を抽出するシステムであり、2015年頃より急速に臨床応用されるようになった。同施設が所有している20年以上の眼底写真データ、10年以上のOCTデータに加えて、OCTAにおけるデータ解析も積極的に行った。具体的には初期緑内障眼では左右眼の血管情報が異なること、黄斑部では経時的にも毛細血管脱落が認められること、乳頭周囲部や黄斑部領域において緑内障発症後の視野感度と血管密度が関連していることを発見し、学会発表や論文で成果を報告した。当初の目的であった共同研究を行う体制を整えることができ、またこの分野での国際学会での発表や英文雑誌への論文出版を行うことができた。今後は長期間観察データベースおよび先端機器により取得されたデータを解析し、本格的な共同研究に着手し、緑内障の初期構造変化の解明に取り組む。今後はさらなるソフトウエアの臨床応用が期待できる状態であり、更なる発展が期待できる。
代謝比を用いた患者層別化によるボリコナゾール投与量設計の精度向上の可能性検証

トリアゾール系抗真菌薬であるボリコナゾール(VRCZ)は臨床用量において非線形性を示す薬物であることに加え、VRCZの主代謝酵素であるチトクロムP450 (CYP) 2C19は遺伝子多型性を示すことから、厳密な投与量設計の為にはCYP2C19遺伝子多型を考慮したベイズ推定が必要と考えられる。しかし、我が国において日常診療の範囲で遺伝子解析を実施することは現時点では困難であり、適切な代替マーカーの利用が望ましい。そこで、本研究では血清中のVRCZと主代謝物であるVRCZ-Nオキシド(VNO)の濃度比(VRCZ/VNO比)をCYP2C19遺伝子型の代替マーカーとして利用し、その値に応じた母集団パラメーターを用いてベイズ推定による体内動態解析を実施することで、投与量設計の精度が向上するか否かを検証することを目的とした。本研究ではまず、薬物動態解析ソフトNappを利用して、非線形動態を考慮したVRCZの薬物動態モデルの構築を試みた。ここで、モデル構築に用いたVmaxやKm等のパラメーターは海外データであったため、当院にてVRCZのTDMを行った患者のVRCZ濃度実測値をモデルに代入し、パラメーターの最適化を試みた。並行して、当院において医学的な必要性からVRCZの投与を受けた患者のTDM残検体中のVNO濃度をLC-MS/MSにより測定し、VRCZのTDM結果と合わせてVRCZ/VNO比の算出を行った。モデルに用いるパラメーターの最適化に当初の予測より多くの時間を要し、平成25年度中には、VRCZ/VNO比を変動パラメーターとした薬物動態解析の実施には至らなかったが、モデル構築自体は概ね完了することができた。また、VRCZ/VNO比は約200検体について測定済みであることから、今後は早急に薬物動態解析を進め、VRCZ/VNO比を用いたベイズ推定の臨床的有用性を検証する予定である。
非線形偏微分方程式の大域的性質を保存する数値解法導出のための離散変分法の研究

本年度の目的は,第二年度までの研究を継続し,離散変分法の適用可能問題をより発見し,さらに離散変分法の考え方を逆に利用したモデリング/アルゴリズム開発という概念の有効性を示すことに加え,得られる数値スキームによる実際に数値計算を行ない,具体的な貢献をすることであった.この目的のもとの研究によりいくつかの新しい知見を得た.まず,変分概念により導出が可能なモデリングないしは結果としての方程式探索した結果,これまでに発見された多数の方程式に加えて正規化長波長近似波動方程式(regularized long wave方程式),Swift-Hohenberg方程式,extended Fisher-Kolmogorov方程式などを発見した.また,モデリングに関しては,蛇行流現象に対して変分概念から得た新たなモデルをもとに,変分概念からのモデリングという手法が有効であることを具体的な数値計算例と比較することで示した.さらに,上記のregularizedlong wave方程式,Swift-Hohenberg方程式,extended Fisher-Kolmogorov方程式に関して離散変分法を適用して具体的に数値計算を行い,いずれも非常に良好な結果を得た.この結果は,本研究の最終目的である数値計算手法としての貢献を強く示すものである.また,Lyapunovポテンシャルと最適問題のポテンシャル緩和の類似性を利用し,整数制約問題のアルゴリズムを構築し,離散変分法で解けることを示した.これらは理論的には非常に素直なアルゴリズムであるが,通常の解法ではその不安定性から実用的ではない.安定な計算が可能な離散変分法によって初めて可能となったものであり,これもまた離散変分法の能力を示す結果である.以上の結果より,本年度は当初の計画に見込まれた多くの結果が得られたと評価できると考えるものである.本年度の目的は,これまでの離散変分法に関する研究結果をふまえた上で離散変分法が具体的に適用できる非線形偏微分方程式をより多く発見することと,離散変分法の考え方を逆に利用したモデリングという概念が有効であるかどうかを探ることにあった.この目的に対して研究を行なった結果,いくつかの新しい知見が得られた.まず年度の前半に物理,生物,化学等の多くの分野の文献及び研究集会などを調査し,変分概念により導出が可能なモデリングないしは結果としての方程式を探索した.その結果,離散変分法が適用可能な非線形偏微分方程式として(高次元)Cahn-Hilliard方程式,KdV方程式,非線型Schrodinger方程式,非線形Klein-Gordon方程式,Fermi-Pasta-Ulam方程式,Jeans方程式に始まる多くのものが発見された.この結果は,離散変分法の適用範囲が広いことを意味するだけではない.これらの方程式に対してうち良く知られたものには多くの研究があり,既存の数値スキームの性質も解析されているため,離散変分法を適用した結果と比較が可能である.これは,離散変分法の適用性や実用性,その理論的性質が正確に実装可能かどうかの検証を行なうことが可能なことをも意味するため,より詳細な研究をこれから行うための非常に適した足掛かりを得たことになる.また,離散変分法の基礎には物理的モデリング等でもよく使われる「物理現象を素過程で記述するのではなくその現象に対して系がもつ自由エネルギーの変分で記述する」という基本概念があるが,これを用いて物理現象をモデリングすることも試みた.これにより,現象を数学的に記述した上にその合理的な数値スキームも同時に得られることになり,物理学と(純粋)数学と応用数学が一貫した概念で繋がって一つの現象を包括的に表すことになる.結果,蛇行流に対して非常に自然かつ包括的なモデリングを行うことができるという非常に良い結果を得た.この研究はその包括性よりさらに発展することが強く期待できる.以上の結果より,本年度は当初の計画に見込まれた多くの結果が得られたと評価できると考えるものである.本年度の目的は,これまでの研究結果をふまえた上で離散変分法が適用できる問題をより多く発見すること,離散変分法の考え方を逆に利用したモデリングという概念が有効であるかどうかを探ることに加え,得られる数値スキームを理論的に解析するとともに実際に数値計算を行ない,具体的な貢献をすることであった.この目的のもと研究を行い,いくつかの新しい知見を得た.まず,初年度より継続して,他分野の文献及び研究集会などを調査し,変分概念により導出が可能なモデリングないしは結果としての方程式を探索した.その結果,離散変分法が適用可能な非線形偏微分方程式としてこれまでに発見された多数の方程式に加えてDrift-Diffusion方程式,非線型長波長近似breather方程式(Bao-Feng Feng方程式),有髄神経モデル方程式などを発見した.特にこの結果は,離散変分法の適用範囲の広さを示すのみでなく,離散変分法そのものの拡張の手がかりとなった.具体的には,Bao-Feng Feng方程式の形式を一般化することにより,離散変分概念をより一般化し,離散変分法を拡張することに成功した.この結果は非常に重要であり,これからの発展の理論的基礎となるものと思われる.また,モデリングに関しては,蛇行流現象に対して変分概念から得た新たなモデルを詳細に調査し,変分概念からのモデリングという手法が有効であることを示した.さらに数値計算に関しては,上記のDrift-Diffusion方程式,Bao-Feng Feng方程式および蛇行流モデル方程式,さらにAllen-Cahn方程式に関して離散変分法を適用して具体的に数値計算を行い,いずれも非常に良好な結果を得た.

この結果は,本研究の最終目的である数値計算手法としての貢献を強く示すものである.以上の結果より,本年度は当初の計画に見込まれた多くの結果が得られたと評価できると考えるものである.本年度の目的は,第二年度までの研究を継続し,離散変分法の適用可能問題をより発見し,さらに離散変分法の考え方を逆に利用したモデリング/アルゴリズム開発という概念の有効性を示すことに加え,得られる数値スキームによる実際に数値計算を行ない,具体的な貢献をすることであった.この目的のもとの研究によりいくつかの新しい知見を得た.まず,変分概念により導出が可能なモデリングないしは結果としての方程式探索した結果,これまでに発見された多数の方程式に加えて正規化長波長近似波動方程式(regularized long wave方程式),Swift-Hohenberg方程式,extended Fisher-Kolmogorov方程式などを発見した.また,モデリングに関しては,蛇行流現象に対して変分概念から得た新たなモデルをもとに,変分概念からのモデリングという手法が有効であることを具体的な数値計算例と比較することで示した.さらに,上記のregularizedlong wave方程式,Swift-Hohenberg方程式,extended Fisher-Kolmogorov方程式に関して離散変分法を適用して具体的に数値計算を行い,いずれも非常に良好な結果を得た.この結果は,本研究の最終目的である数値計算手法としての貢献を強く示すものである.また,Lyapunovポテンシャルと最適問題のポテンシャル緩和の類似性を利用し,整数制約問題のアルゴリズムを構築し,離散変分法で解けることを示した.これらは理論的には非常に素直なアルゴリズムであるが,通常の解法ではその不安定性から実用的ではない.安定な計算が可能な離散変分法によって初めて可能となったものであり,これもまた離散変分法の能力を示す結果である.以上の結果より,本年度は当初の計画に見込まれた多くの結果が得られたと評価できると考えるものである.
単離した視床下部神経細胞を用いた温度受容機構の解明

体温調節機構において中心的役割をはたす視索前野ニュ-ロンは、体温調節の中枢であるばかりでなく、それ自体が温度を受容し、脳の温度計の役割もはたしている事を明らかにして来た。しかし、その温度受容機構は全く不明であった。最近に至り、視索前野のニュ-ロンを良好な生理的膜特性を持ったまま単離する事に成功したので、この標本を用いて温度受容機構を調べた。1.ラットの視索前野を摘出しアクチナ-ゼ及び機械的処理により神経細胞を単離した、その形態は、樹状突起を2方向にのばしたspindle型の細胞と3本以上のばした型の細胞が観察され、いずれの型の細胞も直径10ミクロン以下であった。2.吸引電極で、単離した細胞の樹状突起から吸い込み、吸引接着し、ギガシ-ルを行い、外液瞬間交換法で異なる温度の外液を吸い上げ温度変化刺激をおこなったところ、約80%のニュ-ロンは3240°Cの間で内向き電流が温度上昇に伴いほぼ直線的に増大した(Q_<10>=2)。しかし、残りのニュ-ロンは3436°C以上にすると内向電流が急激に増大した。このタイプのニュ-ロンが温ニュ-ロンと考えられる。3.細胞内液にEGTAとFを入れ、Ca^<2+>の移動を止め、外液のNa^+の半分量をコリンで置換し、膜電位固定下で温度変化刺激すると、膜電流のQ_<10>=2のコンポ-ネントの温度反応性が半減したので、この電流はNa^+の移動によると考えられる。4.TTXを細胞外より与えても、Q_<10>=2のコンポ-ネントには影響は無かったが、約35°C以上で急激に増大する内向き電流は可逆的に抑制された。つまり、ニュ-ロンすべてにあるNa^<10>流入の温度依存性にはTTX-sensitive Na^+チャンネルは関与していないが温度ニュ-ロンの温感受性の一部は、TTX-sensitive Na^+チャンネルに依っている事が明らかとなった。体温調節機構において中心的役割をはたす視束前野・前視束下部温度ニューロンが、全身から温度情報を受けているだけでなくそれ自体で温度に反応する事を以前、明らかにした。しかし、その温度受容機構については不明であった。最近に至り、われわれは視束前野ニューロンを良好な生理的膜特性をもったままの状態で単離する事に成功したので、この標本を用いて温度受容機構を調べた。1.ラットの視束前野を摘出し、従来のトリプシン処理ではなく、アクチナーゼで処理する事により良好な形態でニューロンを単離できた。それによると、樹状突起を2方向にのばしたSpindle型の細胞と3本以上のばした型の細胞が観察された。いづれの型の細胞も直径10ミクロン以下であった。2.細胞内液をmimicした液をつめた吸引電極で、単離した細胞の樹状突起から静かに吸い込み、吸引接着し、ギガシールを行った。

3.細胞内をEGTA、Fを含んだ液で灌流しCaイオンの移動及びNa-Kポンプ活動を止め、Na、K、Clイオンだけが膜を通って移動できる状態にして、外液瞬間交換法で異なる温度の外液を吸い上げ、Step状にニューロンの温度を変えたところ、約80%のニューロンは3240°Cの間で内向電流が温度上昇に伴いほぼ直線的に増大した。(Q_<10>〓2)。しかし、残りの20%のニューロンは3436°C以上にすると内向電流が急激に増大(Q_<10>=58)した、これらのニューロンは温ニューロンと考えられる。4.外液のNaイオンの半分をコリンで置換すると温度上昇による内向電流の増大が小さくなる。さらに、TTXでNa^+currentを止めると、3436°C以上の内向電流の急激な増大がブロックされる。脳温を受容し、かつ、体温調節系の中枢である視索前野・前視床下部温度ニュ-ロンの温度受容機構を調べている。1.ラットの視索前野を摘出し、アクチナ-ゼ及び機械的処理により神経細胞を単離し、吸引電極で単離した細胞の樹状突起から吸い込み、吸引接着し、ギガシ-ルを行った。2.細胞内をEGTA、Fを含む液で灌流し、カルシウムイオンの移動を止め、主として、ナトリウムイオンとカリウムイオンだけ膜を通って移動できる状態とし、外液のナトリウムイオンの半分量をコリンで置換し、膜電位固定下で細胞の温度を変化させると、膜電流のQ_<10>=2のコンポ-ネントの温度反応性が半減したので、この電流の主体はナトリウムイオンの移動であると考えられる。3.ナトリウムチャンネル阻害剤であるテトロドトキシン(TTX)を細胞外から与えるとQ_<10>=2のコンポ-ネントは影響を受けない。つまり、Q_<10>=2の性質を持つナトリウムカレントはTTX-sensitiveなナトリウムチャンネル以外のナトリウムイオンの流れにより出現していると考えられる。4.これに対し、34°C以上で急激に増大する内向き電流は、TTXで可逆的に抑制された。つまり、温度ニュ-ロンの音感受性の一部はTTX-sensitiveなナトリウムチャンネルの温度依存性によると考えられる。ところで、温度応答のような持続的反応は、非常に早い不活性化の時間経過をもつ普通のナトリウムチャンネルでは説明が困難である。そこで、現在、TTX-sensitiveで電位依存性が有り、不活性化問題が長いナトリウムチャンネルであるnon-inactivating Na^+チャンネルの関与を想定している。
超低温測定によるf電子系化合物の量子臨界現象の研究

本研究は、f電子系化合物の磁場中に存在する量子臨界点(QCP)近傍に現れる異常な電子構造について明らかにするすることを目的としている。f電子系化合物のひとつであるCeCoIn5は、c軸方向への磁場印加によって5 T付近に反強磁性秩序に起因するQCPが存在すると考えられてきたが、これまでに磁気秩序状態は発見されていなかった。そこで本研究初年度において我々は、数mKの超低温まで冷却できる核断熱冷凍機を用いてキャパシタンス法による磁気トルク測定行うための装置改良を行った。CeCoIn5の量子振動測定を行ったところ、20 mK程度に量子振動の振動数のとびを観測した。この量子振動の振動数のとびは、なんらかの磁気秩序に由来するものである可能性がある。本研究結果を国際誌において発表し、共同研究者が国際会議や国際ワークショップにおいて発表した。前年度は、さらに、CeCoIn5において反強磁性秩序相が存在するかどうかを明らかにするために超低温までのNMR測定を行った。その結果、反強磁性秩序形成に伴うスピン格子緩和時間の急激な減少は観測されなかった。本年度は、精密に磁場角度を制御する回転機構を取り付けるなど装置改良を行った。今後、超低温度で試料を回転させながら量子振動測定を行うことで、大きな進展が期待できる。絶対零度における相転移点である「量子臨界点(QCP)」近傍では、量子ゆらぎの発達による異常物性が観測されている。とりわけf電子を含む希土類化合物では、f電子の多自由度によってQCP近傍で複雑な電子相図の実現が期待される。しかし、f電子系はエネルギースケールが非常に小さいため、その相図を理解するには希釈冷凍機温度までの測定では不十分であった。そこで本研究は、1 mKという超低温で磁化測定と量子振動測定が可能なシステムを開発し、それを用いてf電子系化合物のQCP近傍における異常な電子状態を解明することを目的とする。磁場下QCP近傍の相図やQCPの性質をフェルミ面の観点から解明することができれば、強相関電子系の量子臨界性に関する研究を大きく発展させることができる。CeCoIn5はf電子系物質の中でもとりわけ良く研究されている物質であるが、QCP近傍の電子状態は未解明である。CeCoIn5は2.3 K以下で超伝導相へ相転移し、[001]方向の臨界磁場Hc25 Tで超伝導が壊れフェルミ液体相へ転移する。このHc2の近傍においてQCPが存在していると言われている。これまでの量子振動測定から、Hc2に向かって有効質量が増大する可能性が指摘されているが、Hc2が低いためにHc2近傍における量子振動は観測されていない。また、CeCoIn5の超伝導転移はHc2近傍において1次相転移であることが実験により明らかとなっている。よってHc2近傍に2次相転移が存在する可能性が考えられるが、希釈冷凍機温度までの測定では磁気秩序相は観測されていない。よって、Hc2近傍においてどのように電子状態が変化するかを明らかにするために、超低温において磁気トルクによるdHvA振動測定を行った。その結果、超低温領域においてなんらかの相転移によるdHvA振動の振動数のとびが観測された。まず、超低温でもなるべく発熱のすくない測定手法であるキャパシタンス法によって試料の磁気トルク測定を行い、磁化の量子振動であるドハース・ファンアルフェン(dHvA)振動を観測することを試みた。この方法は試料の磁気トルクのわずかな変化をキャパシタンスの変化として読み取ることができ、試料に電流が流れないため発熱が小さいという利点がある。この手法を用いることで、CeCoIn5のdHvA振動を10 mKの超低温まで観測した。磁場は[001]方向に10 Tまで印加したところ、CeCoIn5の超伝導相の外側の領域で量子振動を観測し、約20 mKにおいて量子振動の振動数が不連続に飛ぶことを見出した。この挙動は、何らかの秩序相への転移によるものと考えられる。この相転移は[001]方向では今まで観測されていない反強磁性転移の可能性がある。本研究は、f電子系化合物の量子臨界点(QCP)近傍に現れる異常な電子構造を明らかにするとともに、超低温度に現れる相転移現象について解明することを目的とする。そこで我々のグループは、前年度、数mKの超低温まで冷却できる核断熱冷凍機を用いてキャパシタンス法によりCeCoIn5の量子振動測定を行ったところ、20 mK程度に量子振動の振動数のとびを観測した。本年度はさらに、CeCoIn5において反強磁性秩序相が存在するかどうかを明らかにするために超低温までのNMR測定を行った。その結果、反強磁性秩序形成に伴うスピン格子緩和時間の急激な減少などは観測されなかった。

この原因として、反強磁性秩序のQベクトルが(1/2,1/2,1/2)方向である可能性や、試料の純良度の違いによって秩序温度が変化した可能性、印加磁場が高磁場過ぎた可能性などが考えられる。Qベクトルが(1/2,1/2,1/2)方向である場合、Coや特定のInサイトによるNMR測定では反強磁性モーメントの対称性によって反強磁性相は検出できない。この場合は、他の測定手法によって反強磁性相を観測する必要がある。まず、CeCoIn5の量子振動測定の研究結果を査読付きの論文にまとめることができた。また、NMR測定では、反強磁性相の直接の観測はできなかった。理由として上述したようにいくつかの理由が考えられるが、まず、低磁場でのNMR測定と量子振動測定を行うことで原因を追究する予定である。また、Qベクトルが(1/2,1/2,1/2)の方向を向いている可能性も十分にあるため、今後は、熱膨張率測定などの他の測定手法によって反強磁性相の観測に挑戦する必要がある。本研究は、f電子系化合物の磁場中に存在する量子臨界点(QCP)近傍に現れる異常な電子構造について明らかにするすることを目的としている。f電子系化合物のひとつであるCeCoIn5は、c軸方向への磁場印加によって5 T付近に反強磁性秩序に起因するQCPが存在すると考えられてきたが、これまでに磁気秩序状態は発見されていなかった。そこで本研究初年度において我々は、数mKの超低温まで冷却できる核断熱冷凍機を用いてキャパシタンス法による磁気トルク測定行うための装置改良を行った。CeCoIn5の量子振動測定を行ったところ、20 mK程度に量子振動の振動数のとびを観測した。この量子振動の振動数のとびは、なんらかの磁気秩序に由来するものである可能性がある。本研究結果を国際誌において発表し、共同研究者が国際会議や国際ワークショップにおいて発表した。前年度は、さらに、CeCoIn5において反強磁性秩序相が存在するかどうかを明らかにするために超低温までのNMR測定を行った。その結果、反強磁性秩序形成に伴うスピン格子緩和時間の急激な減少は観測されなかった。本年度は、精密に磁場角度を制御する回転機構を取り付けるなど装置改良を行った。今後、超低温度で試料を回転させながら量子振動測定を行うことで、大きな進展が期待できる。CeCoIn5では磁場を伝導面内に印加したとき、Q-phaseと呼ばれる磁性相があることが知られている。この磁性相について調べるために、この磁場方向においても量子振動測定を行い有効質量や振動数の変化を調べる。また、CeCoIn5での測定手法を用いて、YbRh2Si2においても超低温領域で量子振動測定を行う。振動振幅の温度による減衰から有効質量の磁場依存性を求め有効質量が発散的に増大するかを調べる。さらに、高感度磁化測定機構を開発する。磁場勾配をつけるためのコイルを自作し、超伝導マグネットの内側に設置する。電極バネのついたキャパシタンスに試料を乗せ、磁場勾配中で試料にかかる力をキャパシタンスの変化として測定する。キャパシタンスの変化量から、磁化の大きさを精密に測定することが可能である。CeCoIn5の磁化の温度変化を測定することで、超低温における磁気秩序相の性質を明らかにする。CeCoIn5のab面内に磁場を印加したとき、Q-phaseと呼ばれる何らかの磁気秩序相が存在することが先行研究によって明らかにされている。しかし、Q-phaseが超低温であるために、どういう性質をもつものかはわかっていなかった。
酸化物ーリン酸塩一フッ化物ー水系におけるフロオロアパタイト生成条件の検討

歯科用途に応用するフルオロアパタイト系セメントの開発を目的とし,スラリ-状多相系混合物から,より有効にかつ結晶学的に良好で,しかも可溶性塩等の來雑物を含まないフルオロアパタイト(以下、FAp)の生成条件を見出すため、酸化カルシウム,リン酸カルシウム,フッ化カルシウム,正リン酸水溶液等の混合組成と粉末混合物の焼成条件を変えたときの反応生成物の分析を行った。なお混合物は,いずれもほゞFApの化学量論比に配合した。反応生成物中には,いずれの組成物からもFApの生成が認められた。ただし,組成物により,未反応塩および中間反応物である第二リン酸カルシウム(以下,DCPD)やその他のリン酸塩が含まれていた。このうち,DCPDの配合比を高くした系では,FApの生成量が少なく,DCPDがかなり残存していた。また、第一リン酸カルシウムを含む系においても,中間反応物が多量残存しており,FApの生成量が少なかった。これに対し,酸化カルシウム,フッ化カルシウムおよび正リン酸から成る系では,FApがかなり多く生成するこしが認められた。また,系のリン酸濃度が高いものほど,FAp生成反応がより進行することが明らかになった。さらに,この系の粉末にフッ化ナトリウムを微量添加し、1000°Cで1時間焼結を行うと,FApの生成量が著しく増大するとともに,その結晶性が向上することが判明した。以上のことから,スラリ-状混合物を用いて,迅速かつ有効にFApを生成させる条件として,DCPD等の比較的安定な中間体を生成する反応経路を避けるべく,リン酸カルシウムの配合を少なくし,しかも,粉末成分をより均一な状態で反応させ,かつリン酸とフッ化カリシウムとの副反応(フッ化水素の生成等)を抑制するために,粉末混合物の焼結体を用いることが有効であると考えられる。
植物の成長可塑性を支える細胞周期制御の分子機構

MYB3Rが形成する複合体について、海外との共同研究を行い、新たに2種類の構成因子をプロテオミクスの手法により同定した。これら新奇因子やこれまでに同定していたTCXおよびMSIファミリータンパク質について、GFP融合発現株や多重変異体の獲得、作出を進め、ほぼ完了させることができた。また、これらを用いて、予備的な表現型解析のほか、トランスクリプトーム解析、ChIP-seqの準備を行った。APC/Cユビキチンリガーゼの抑制因子GIG1を欠く変異体では、非対称分裂における細胞運命決定に特徴的な異常が生じる。これまでに核内mRNA代謝との関連が示唆されていたため、mRNA代謝関連因子の欠失変異体を選抜して調べたところ、高頻度でgig1表現型を促進することがわかった。また、反対にgig1を抑圧する変異upf3も同定された。促進変異体azr1/2で発現上昇していたANAC転写因子をgig1背景で誘導的に過剰発現させると、植物体の成長が強く抑制された。この結果から、核内mRNA代謝異常がANAC発現とAPC/C活性制御を介して細胞周期を抑制する新しいチェックポイントの存在が想起された。細胞サイズを制御する転写因子E1Mについて、変異体の詳細な表現型解析を行い、花茎など特定の組織において細胞サイズが顕著に減少していることを示した。GFP融合発現株においてE1Mの細胞内局在を調べたところ、核のほかにプラスチドに局在することが示唆された。E1MのN末端領域を欠失させるとプラスチド局在がなくなり、核にのみ発現するようになること、この欠失型E1Mは全長E1Mに比べて核での発現が強くなることから、E1MにはN末端にトランジットペプチドが存在し、プラスチドと核に分配されることで、プラスチドの量に依存した核内発現量の調節を受けていることが示唆された。G2/M期における転写制御に中心的な働きをもつMYB3R転写因子はDREAMcomplexと呼ばれる大きなタンパク質複合体を形成することが示唆されていた。これについて、海外との共同研究を推進し、生化学的な手法とプロテオミクスを組み合わせることによりMYB3Rタンパク質複合体の新たな構成因子を2種類同定することができた。これまでは、量的な制約により生化学的な同定が困難であったが、本年度はこのような技術的な問題をクリアすることができた。新たに同定した構成因子に加え、これまでに同定していた複数の構成因子について、GFP融合発現株を作成したり、遺伝子ファミリーを形成しているものについては多重変異体の獲得を進め、表現型解析など種々の解析のための準備を整えることができた。GIG1による細胞運命決定に関する研究では、核内mRNA代謝に関連した様々な機能をもつ因子(pre-mRNAスプライシング、5'キャッピング、ポリA付加、mRNA成熟、mRNA核外輸送、ナンセンス変異依存mRNA分解など)がgig1変異を高頻度で促進したことから、GIG1による細胞運命決定や細胞周期制御には核内mRNA代謝が密接に関連していることが改めて強く示唆され、今後の研究に確固とした方向性を与えることができた。細胞サイズ制御に関わる転写因子E1Mについては、核とプラスチドの両方に局在することが明らかになり、プラスチドと細胞周期制御との新たな関連について興味深い示唆を与えることができた。MYB3R転写因子が構成するタンパク質複合体に関しては、新たに同定した2種類の構成因子のほか、これらまで解析を進めていた構成因子について、多重変異体の作出を進める一方、E2Fファミリー転写因子などを含め作出の終了した多重変異体の表現型解析や遺伝子発現解析を本格的に開始する。また、構成因子間の相互作用についても解析するため、交配によりさらに高次の多重変異体の作出を行う。また、GFP融合発現株が得られたものについては、順次、クロマチン免疫沈降解析による網羅的な標的遺伝子の探索(ChIP-seq解析)を行う予定である。非対称分裂におけるGIG1の機能に関する研究では、促進および抑圧変異の解析を進め、これらがgig1表現型に影響する仕組みの解明を目指した研究を行う。例えば、促進変異体で上方制御されるANAC転写因子の機能解析やRNA代謝関連因子の変異により発現に影響を受ける遺伝子の同定をRNAseqなどにより行う。細胞サイズ制御に関わるE1M転写因子については、プラスチドに局在することが示唆されたため、この局在の生理的な意義を明らかにすることを目指した研究を行う。例えばプラスチドに局在しなくなるように操作したE1Mの機能を解析したり、プラスチドへのタンパク質輸送に欠失を持つ変異体におけるE1Mの局在や細胞サイズに関する表現型の解析などを行う予定である。また、E1Mのプラスチド局在は、細胞分裂とプラスチド増幅を協調させる仕組みに関連がある可能性があるため、プラスチド維持に欠失を持つ変異体におけるE1Mの働きを調べる実験を計画している。

これまでに核内mRNA代謝との関連が示唆されていたため、mRNA代謝関連因子の欠失変異体を選抜して調べたところ、高頻度でgig1表現型を促進することがわかった。また、反対にgig1を抑圧する変異upf3も同定された。促進変異体azr1/2で発現上昇していたANAC転写因子をgig1背景で誘導的に過剰発現させると、植物体の成長が強く抑制された。この結果から、核内mRNA代謝異常がANAC発現とAPC/C活性制御を介して細胞周期を抑制する新しいチェックポイントの存在が想起された。細胞サイズを制御する転写因子E1Mについて、変異体の詳細な表現型解析を行い、花茎など特定の組織において細胞サイズが顕著に減少していることを示した。GFP融合発現株においてE1Mの細胞内局在を調べたところ、核のほかにプラスチドに局在することが示唆された。E1MのN末端領域を欠失させるとプラスチド局在がなくなり、核にのみ発現するようになること、この欠失型E1Mは全長E1Mに比べて核での発現が強くなることから、E1MにはN末端にトランジットペプチドが存在し、プラスチドと核に分配されることで、プラスチドの量に依存した核内発現量の調節を受けていることが示唆された。G2/M期における転写制御に中心的な働きをもつMYB3R転写因子はDREAMcomplexと呼ばれる大きなタンパク質複合体を形成することが示唆されていた。これについて、海外との共同研究を推進し、生化学的な手法とプロテオミクスを組み合わせることによりMYB3Rタンパク質複合体の新たな構成因子を2種類同定することができた。これまでは、量的な制約により生化学的な同定が困難であったが、本年度はこのような技術的な問題をクリアすることができた。新たに同定した構成因子に加え、これまでに同定していた複数の構成因子について、GFP融合発現株を作成したり、遺伝子ファミリーを形成しているものについては多重変異体の獲得を進め、表現型解析など種々の解析のための準備を整えることができた。GIG1による細胞運命決定に関する研究では、核内mRNA代謝に関連した様々な機能をもつ因子(pre-mRNAスプライシング、5'キャッピング、ポリA付加、mRNA成熟、mRNA核外輸送、ナンセンス変異依存mRNA分解など)がgig1変異を高頻度で促進したことから、GIG1による細胞運命決定や細胞周期制御には核内mRNA代謝が密接に関連していることが改めて強く示唆され、今後の研究に確固とした方向性を与えることができた。細胞サイズ制御に関わる転写因子E1Mについては、核とプラスチドの両方に局在することが明らかになり、プラスチドと細胞周期制御との新たな関連について興味深い示唆を与えることができた。MYB3R転写因子が構成するタンパク質複合体に関しては、新たに同定した2種類の構成因子のほか、これらまで解析を進めていた構成因子について、多重変異体の作出を進める一方、E2Fファミリー転写因子などを含め作出の終了した多重変異体の表現型解析や遺伝子発現解析を本格的に開始する。また、構成因子間の相互作用についても解析するため、交配によりさらに高次の多重変異体の作出を行う。
予防的スキンケアのための画像解析による新生児の皮膚評価ツールの開発

本研究では、新生児の皮膚画像データを解析し、皮膚バリア機能と角層バイオマーカーならびにスキンブロッティング法を用いた皮膚内部の炎症反応との関連を明らかにする。これにより、新生児の皮膚画像と皮膚バリア機能、皮膚組織内の炎症反応との関連を科学的に検証することで、画像を用いた新たな新生児の皮膚評価ツールの開発を目指す。
身体表象のコントロールに関する実験心理学的・神経科学的研究

身体と外部物体の相互作用の複雑さは、他の動物と比べた時、人間の身体動作に特徴的な性質である。この意味で人間の「道具使用」能力の解明は心理学、神経科学の両方において大きな関心を集めてきている。近年、道具の認識や使用に関連する課題を行っている時の健常な被験者の脳活動を、PET(ポジトロン断層法),fMRI(機能的磁気共鳴画像法)といった機能的脳画像イメージング技術を用いて推測することが可能になり、多くの研究が報告されてきている。しかしながら、これらの研究の間の一貫性を検討し、道具概念と使用に関わる広範な皮質のネットワークを推定する試みはこれまで行われていなかった。今回の研究では、活性化尤度推定(Activation Likelihood Estimation : ALE)分析という手法を用いて、これまでに発表されている39の発表論文のデータから、3つの種類の課題(道具の認識・命名・使用)に関連する大脳皮質領域を推定し、それらの共有性・弁別性を検討することでどの領域がどのような道具関連の認知プロセスに関与しているのかを明らかにしようと試みた。結果として39の研究で共通に報告されている活性化部位は大脳左半球の下前頭領域、頭頂領域、後側頭葉領域に主に偏在することが明らかとなった。この中でも特にすべての課題において活性化したブロードマン9野はワーキングメモリのモデルにおいて実行機能との関連が示唆されている領域であり、一般的な認知的負荷の増大に伴って活性化したと考えられる。また、道具の命名に関して左後側頭葉が活性化した。この領域は後頭部MT野の前側に位置し、機械的な動きを伴うという道具の性質に反応して活性化すると考えられる。また、道具使用に関連して、身体情報を受け取る一次感覚野(BA6)、運動情報を出力する一次運動野(BA2)に加え、島(insula)の活動も推定されたが、近年の研究でこの領域は複雑な運動のコントロールを担う可能性が提唱されている。このように運動関連領域の活性化は道具の認識・使用が身体の運動イメージを通じて行われている可能性を示唆するものである。多種多様な道具を作成し使用することは、他の動物と比べたときの人間の重要な認知的特徴の一つである。しかしこの道具使用に関わる情報が脳においてどのように処理されているのかは、いまだあまり明らかでない。神経心理学的研究の分野では古くから、大脳皮質のある特定の領域を損傷した場合に「失行症」と呼ばれる症状が発現する事が知られている。これは道具を見て、それが何か(機能)は理解できるものの、実際に正しい動作で用いること(操作)ができないというものである-例えば櫛を見て、髪を梳かすものである事は理解できるものの、櫛部分を握って柄の部分を髪に当てて使おうとしてしまう。ここから明らかなことは、少なくとも道具の機能(function)に関わる情報とその道具の操作(manipulation)に関わる情報が別個に表象されているだろうという事である(Buxbaum et al., 2000)。本研究では道具の「機能」と「操作」に関わる脳の部位を、経頭蓋磁気刺激法(Transcranial Magnetic Stimulation : TMS)と呼ばれる神経科学的実験手法を用いて明らかにしようと試みた。TMSは強い磁気刺激を頭蓋の上から断続的に当てることにより、大脳皮質上のニューロンの過剰な活動を生じさせ、適用後一定時間(1015分ほど)当該皮質部位の活動を抑制する手法である。13人の協力者の左前側頭葉と左下頭頂葉にTMSを当て一時的に当該の部位に置ける神経活動を阻害し,道具の「機能マッチング」「操作マッチング課題」の実行を求めた。マッチング課題では1つのプローブ道具名とその他の3つの道具名を呈示し,プローブ(例:はさみ)と同じ機能を持つ道具(例:ナイフ)あるいは同じ操作法を持つ道具(例:ホッチキス)を選ぶように求めた。その結果,左前頭葉を刺激した後では道具の機能判断が,左下頭頂葉を刺激した後には道具の操作判断が遅延する傾向が見られた。この結果はそれぞれ左側頭葉損傷による意味認知症患者、左下頭頂小葉損傷によると失行症患者のパフォーマンスに対応しており、これら2つの部位が道具の機能/操作に関する情報をそれぞれ表象している可能性が示された。