hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アダプティブ結合を持つ能動要素ネットワークの自己組織化-デザインと制御

能動機能要素を色々な結合規則に従ってネットワーク化し、出現する自己組織化現象を解明し、制御した。遅延フィードバックを用いた活性要素の結合系では、コヒーレント共鳴や位相同期などの集団ダイナミクスは、遅延時間によって自在に制御できることを明らかにした。要素間の振動の位相差に応じて結合強度を変えるようにデザインしたアダプティブ結合系では、ネットワークの時間発展規則に応じて種々のクラスター状態が現れることを見出した。約400μm径のマクロゲルに、自己触媒反応の光感受性触媒ルテニウム錯体を組み込み、興奮性の能動要素を作成した。これをベースに、間隔100μmの10×10正方格子アレイを作製し、遅延フィードバックを用いて、ノイズによって誘起される集団ダイナミクスの制御を試みた。発火の周期性の度合いRと要素間同期の度合いγを指標にして、時間的・空間的コヒーレンスの遅延時間τ依存性を調べたところ、Rとγは、τに対して周期的に変化することが分かった。最初のピークの位置は反応の不応期時間t_rと一致し、ピーク間隔は反応の周期T_pに一致した。それ故、n番目のピーク位置τ_nは、τ_n=t_r+(n-1)T_pで与えられる。またRを最大にするD_<max>の下でフィードバック利得kを大きくしていくと、閾値より大きいkでコヒーレンス共鳴や位相同期が促進されることが分かった。特に、遅延時間τがt_rに等しいとき、その効果は更に顕著になった。逆に、τがt_rから大きく異なるとき、時空コヒーレンスは大きく下がった。これらの結果は、遅延時間と利得によって集団ダイナミクスのコヒーレンスを自在に制御できることを示している。このような現象に伴って、ノイズで誘起された振動の固有周期がフィードバックの遅延時間に応じて変化することが明らかになった。これは、外力による振動子の引き込み現象、即ち古典的な外部同期を思わせる現象である。更に、揺らぎとフィードバックの効果を考慮したオレゴネーターモデルを用いて数値シミュレーションを行い、実験をうまく再現することができた。約400μm径のマクロゲルに、自己触媒反応の光感受性触媒ルテニウム錯体を組み込み、動的要素を作成した。これをベースに間隔140μmの10×10格子アレイを作製し、各要素に光学的な方法で系の反応情報をフィードバックすることで、要素の状態に応じて結合を変え得るアダプティブ結合ネットワークを実現した。アダプティブ機構の組込みには、要素間の振動の位相差が或る閾値以下の要素対では結合を強め、閾値を超える要素対では結合を弱めるようなアルゴリズムをデザインした。フィードバックループを通じて各要素に照射される光強度I_i(t)は、I_i(t)=I_0+(1/N)ΣK_<ij>(H(B_j)-H(B_i))とした。ここで.I_0、N、K_<ij>、B_jはそれぞれ、バックグラウンド光強度、振動子数(N=100)、結合強度、振動子jの光強度であり、H(B_j)は階段関数である。アダプティブ機構として、結合強度K_<ij>には1次までのフーリェ成分を考慮して、dK_<ij>/dt=-αcos2β(φ_i-φ_j)-K_<ij>のような時間変化を導入した。ここで、φ_Iは振動子jの位相、α、βは可変制御パラメータである。α=1400、β=0.5のとき、ネットワークは時間と共に逆位相で振動する2つのクラスターに分裂していくことが見いだされた。また、α=1400、β=1のとき、ネットワークは時間と2π/3の位相差で振動する3つのクラスターに分裂することを見いだした。一方、結合強度を常に一定に保つ場合には、クラスタリング現象は観測されなかった。このように、結合の変化規則によって、ネットワークの制御が可能であることが分かった。ベルーゾフ・ジャボチンスキー反応を基本にした活性素子100個からなるアレイを構築し、フィードバックを介して素子間をアダプティブに結合したネットワークを構築した。これまでの研究で、このようなネットワークは、素子間の位相差に応じて2クラスターや3クラスター状態に分裂することを見出した。今年度は、このクラスタリング現象の特性を詳細に調べた。先ず、複素オーダーパラメータZを用いて集団のクラスター同期の時間発展を調べ、或る時間経過後に平衡値に達することを明らかにした。またネットワーク構造を定量的に特徴づけるために、クラスタリング係数Cの時間発展を求め、Zの時間発展と類似の変化をすることを見出した。結合強度αが適度の大きさの時、Cは最大になり、同じα値でZも最大になることが分かった。更に、全要素対間の平均距離を求め、ZやCが最大の構造はスモールワールド性を持つことを見出した。実験と同じアダプティブ結合アルゴリズムを用いて、クラスタリング現象についてオレゴネータを基本にした数値シミュレーション行った。

その結果、ZやCの時間発展を含め、観測結果を良く再現することができた。次に、ホップ分岐の閾値を僅かに超えた強度の光を参照光として照射して、興奮性ネットワークを構築した。ノイズを参照光に重畳し、アダプティブ結合の下でのノイズによって誘起される秩序化現象を調べた。外部ノイズによって誘起される振動のコヒーレンス度Rを用いて、Rを最大にするノイズが存在すること(コヒーレンス共鳴)、アダプティブ結合のアルゴリズムによってRの最大値は異なることを見出した。クラスタリングを引き起こすアルゴリズムとRを最大にするアルゴリズムの関係を検討中である。
小学校における質問力育成のための指導法・カリキュラム開発に関する実践研究

本研究は、「質問力」を育みたいという教育実践の場のニーズに応え、実践との協同を通して「教授法・カリキュラムの開発」を行う研究である。長期的なゴールとしては学校レベルでのカリキュラム開発を想定しているが、本研究では、学級・学年レベルでの質問力育成の可能性、あるいは指導法の開発、カリキュラムの改善に役立つ情報を得ることを短期的なゴールとして設定した。ここでは、主な研究成果について、4点その概要を紹介する。第一に、先行研究を参考に、質問力を「問題発見」「思考(理解)」「コミュニケーション」の3つの機能と関連づけて、質問力を再定義した。第二に、本研究では「再生刺激法」について先行文献を整理し、精緻化を行い、児童の学習活動を捉えるために利用した。第三に、実践研究として、小学校で授業実践研究を実施した。ここでは、1学年4学級を対象にデータ収集を行った。焦点化された授業では、再生刺激法を利用し、児童の認知過程を取り出し、分析を行った。その結果、教室構造の認知や児童の授業中における動機づけの在り方など、児童の授業中の学習動機に関する準備状態の違いが、児童の質問生成を引き出せるかどうかに関連していることが示された。また、学級間の差もみられることがわかった。第四に、本研究で得られたデータやその分析結果等を踏まえて、やる気を引き出す授業構造に注目し、質問力を育成する指導法・カリキュラムについて提案した。以上、本研究の成果について一部を概括した。なお、そのほかの結果についても、分析を継続して、改めて論文化し報告する予定である。本研究は、「質問力」を育みたいという教育実践の場の二一ズに応え、実践との協同を通して「教授法・カリキュラムの開発」を行う研究である。長期的なゴールとして「学校レベルでのカリキュラム開発」を想定しているが、ここでは短期的なゴールとして「学級・学年レベルでの質問力育成の可能性、あるいは指導法の改善等に役立つ情報を得ること」を設定した。平成18年度は、(1)児童の実態を把握すると共に、授業実践での問題点を明らかにする。(2)児童の認知過程と具体的な教授方法とを結びつけ、効果的な教授法の条件を見いだす、という2つの課題を設定し、基礎データの収集を行った。小学校において収集した授業実践のデータについて、現在、分析の作業中である。そのため、結果の詳細については報告できないが、行っているデータ収集・分析の手順は次の通りである。(1)データ収集(実態把握のためのデータ収集)方法1:再生刺激法を利用し児童の授業場面における認知過程についてのデータを収集する。方法2:観察・ビデオ記録により授業過程についてのデータを収集する。(2)分析・評価(記録された実践の過程分析と児童の認知過程の分析)目的1:協力校の対象クラスにおける問題点を明らかにする。目的2:質問力育成のための具体的な教授行動とはどのようなものか明らかにする。方法:アンケートなどの量的分析。授業中の相互作用などの質的分析。なお、平成19年度は、データ収集方法の再検討と分析方法の工夫を進め、総括を行う予定である。
構造体健全性診断のための超音波伝搬可視化法による定量的非破壊評価

大型構造物、エネルギープラント、輸送機、産業機械等における安全性・信頼性の確保は喫緊の課題である。我々は、レーザーにより被検体に超音波を励起し、その伝搬現象を動画像として可視化することで、欠陥・損傷部からの波紋を視覚的に捉えて欠陥検出を行う手法の提案を行ってきた。本研究では、従来明らかにすることが難しかった欠陥・損傷状況を明確に把握できる技術を確立し、本手法の測定適用範囲のさらなる拡充を目指す。さらに、極めて長い金属円管においても瞬時に欠陥の有無が判別できるマイクロ波を利用した手法に関しても検討を行う。最終的に本研究で得られた知見を、モックアップ等の被検体へと展開し、研究結果の検証を行う。パルスレーザー走査により得られた画像データにおける円形状エコープロファイルに注目し、試験片の欠陥中心位置の推定について検討を行った。前処理としては、円形孔を有する試験片を用いて得られたエコー信号において、ピーク値の抽出としきい値の適用を行った。この前処理後の2次元データ(静止画)を用い、幾何学的な位置関係から欠陥の中心位置について考察を行った。欠陥からの散乱直後の時刻におけるスナップショット画像データから、ほぼ適切な欠陥中心位置の算出を行うことに成功した。次に、より高確度な欠陥検出の確立に向けて、パルスレーザー走査により得られた動画像3次元データからハフ変換を適用し波面の検出を試みた。前処理としては、上記の静止画からの欠陥位置推定の場合と同じ手法を適用した。前記では、静止画(2次元スナップショット画像)に対する欠陥位置・波面の検出を試みたが、ここでは時間軸を含めた3次元動画像データに対してハフ変換を適用することで、入射波成分である平面と後方散乱波成分である円錐面を検出対象図形とし、累積度数に関する分布から、入射波成分とともに、欠陥からの後方散乱波成分の検出を行った。平面の方程式を用いて入射波成分の検出を行い、縦波成分と表面波(横波)成分が、度数の極大点と2番目の集積点として現れることを確認した。欠陥からの散乱波に関しては、そのまま円錐面の方程式を適用すると、透過波成分の速度勾配に影響を受け適切な円錐面を検出することができない。この場合には、同期差分法の適用が必要であり、当該手法を適用し進行波成分を除去することで、ほぼ正確な欠陥の中心位置を捉えることができた。パルスレーザー走査を適用した欠陥検出装置において、センサ(探触子)を複数か所に配置することにより、レーザー励起された超音波の伝搬挙動を異なる場所での多系統の信号として同時にモニタリング・映像化を行うことを検討した。センサを1か所のみに配置して各地点からの散乱波を個別に取り扱う従来の測定法と比較し、計測・映像化(診断)に係る時間を大幅に削減することが可能であるという利点に加え、き裂等の線状欠陥においては散乱現象の面内方向性によりセンサの位置によってはこれまで捉えにくかった現象でも、複数か所からの信号の受信・映像化により、より簡易かつ確実に把握することが可能であることを示した。次に、より高い信頼性を有する欠陥検出法の確立に向けて、マイクロ波を用いた欠陥検出に関して検討を行った。具体的には、金属円形パイプの内部にマイクロ波を給電するための給電部の最適設計を行った。様々なパイプ径に対して反射特性が最適となる内導体(センターピン)の長さを導出した。さらに、同軸構造において外導体内径の形状を変化させたステップ構造を新たに提案し、本構造を適用することで、さらなる広帯域化が図れることを示した。レーザー励起超音波を用いた欠陥検出手法と併せて適用することで、より信頼性の高い欠陥検出が行えることが大いに期待できる。パルスレーザー走査を適用した欠陥検出装置において、センサ(探触子)を複数か所に配置することにより、レーザー励起された超音波の伝搬挙動を異なる場所での多系統の信号として同時にモニタリング・映像化を行う手法を前年度に提案し、き裂等の線状欠陥を有する薄板試験片においてその有効性の検証を行ってきた。本年度は、2センサを裏面欠陥を有する厚板試験片に対して適用した際の映像化に関して検討を行った。センサを2か所に向かい合わせに(対向)配置して映像化した場合には、欠陥からの散乱波が確認し難いが、1か所のみにセンサを配置した場合には欠陥から拡がる波が適切に確認できる。裏面欠陥を有する厚板試験片に対してセンサを対向配置にして映像化を行うと、底面からの反射波が原因で欠陥からの弱い散乱波が判別し難くなってしまうことをBスコープの図から明らかにした。次に、より高い信頼性を有する欠陥検出法の確立に向けて、金属円形パイプ内部にマイクロ波を伝搬させるための給電回路に関して検討を行った。著者らはこれまで11GHzにおいて当該回路の最適設計を行い文献値と一致することを確認してきたが、本年度は5GHzにおいて同様にモーメント法を用いて反射特性が最適となる中心導体の長さの最適化、並びに、外導体内径の形状をステップ状に変化させた広帯域構造におけるパラメータの最適化を行い、最適化されたパラメータを用いてプロトタイプを作製し、計算値と実験値が一致することを確認した。レーザー励起超音波を用いた欠陥検出手法と併せて適用することで、より信頼性の高い欠陥検出が期待できる。3年目は、弊所で開発を行っている超音波伝搬可視化装置において、複数センサを適用した際の欠陥検出手法に関して新たに裏面欠陥を有する厚板試験片に対してセンサを向い合せに配置した際の映像化に関して検討を行った。

厚みを有する板の裏面欠陥を対向配置により映像化を行うと、底面からの反射波が原因で欠陥からの弱い散乱波が判別し難くなってしまうことを明らかにした。さらに、マイクロ波を用いた欠陥検出における給電回路の最適設計・プロトタイプ作製を行い、その特性評価を計算と測定の両面から行った。当初の計画通りの達成度である。パルスレーザー走査を適用した欠陥検出装置において、センサ(探触子)を複数か所に配置することにより、レーザー励起された超音波の伝搬挙動を異なる場所での多系統の信号として同時にモニタリング・映像化を行う手法に関して、その有効性の検証を昨年度まで行ってきた。これまでは基本的に1箇所にのみ欠陥を有する試験片に対して探傷を実施してきたが、本年度は、特に、複数か所に近接配置された欠陥の分離判定の可能性に関して、その有効性の検証を行った。垂直探触子を試験片の側面に適用し、欠陥中心間の距離:155mmの5種類の貫通欠陥を有する試験片に関して考察を用い、入射波に対して欠陥が前後に並んで近接配置された場合において、欠陥中心間の距離が最も近い5mmにおいても2か所に配置された欠陥からの散乱現象(波頭面)を別々に視認できた。次に、より高い信頼性を有する欠陥検出法の確立に向けて、ステップ状の不連続を有する金属円形パイプ内部にマイクロ波を伝搬させた際の反射・透過特性に関して検討を行った。著者らはこれまで11GHzにおいて金属円形パイプ内部にマイクロ波を伝搬させるための給電回路の最適設計を行い文献値と一致することを確認し、当該回路を向かい合わせに配置した際の伝搬特性に関して検討を行ってきた。本年度は、円形導波管の両端面に当該回路を装荷し、実際に減肉を模擬したステップ状の不連続を複数仮定した際の反射・透過特性の計算を行い、2箇所に配置した不連続部の距離が4分の1波長離れている場合には反射波がお互いに打ち消し合い良好な透過特性が得られるが、距離が2分の1波長離れている場合には反射波が重ね合わされるために反射特性としてより大きな値となることを確認した。レーザー励起超音波を用いた欠陥検出手法と併せて適用することで、より信頼性の高い欠陥検出が期待できる。4年目は、弊所で開発を行っている超音波伝搬可視化装置において、複数欠陥を有する試験片にセンサを適用して超音波の伝搬挙動を1度にモニタリング・映像化を行い、特に、近接配置された欠陥の分離判別可能性に関して検討を行った。試験片としては貫通欠陥を使用し、センサとしては垂直探触子を適用した。複数欠陥を有する試験片としては、欠陥中心間の距離:155mmの5種類の試験片に関して考察を行った。センサからの入射波に対して欠陥が前後に並んで近接して配置された試験片に対して探傷した結果、欠陥中心間の距離が最も近い5mmにおいて2か所の欠陥からの散乱現象(波頭面)を確認した。さらに、マイクロ波を用いた欠陥検出として、最適化された給電回路を有する円管においてステップ状不連続が存在する際の反射・透過特性に関して検討を行った。大型構造物やエネルギープラント、輸送機、各種部材等への高速・高精度な非破壊評価手法が期待されている。
卸売市場の機能・役割を活かした地産地消型流通システムの確立に関する研究

卸売市場の制度改革が進展する中,消費者の関心が高い"顔のみえる(安心できる)"流通=地産地消型流通を導入する卸売業者が増えている。営農指導や生産者組織化,農家庭先への巡回集荷,荷姿の簡素化等の"川上対策"を通じて,小売への商品提案力も強化されつつある。一方で,小規模・兼業農家や農協共販の仕組みに馴染まない農家層の営農意欲向上や農村コミュニティの活性化等の効果も産地に見受けられるが,持続的なシステムとして安定させるためには食育推進の視点からの行政支援が重要である。各都道府県においては「地産地消推進計画」の策定が進められているが、そこでは農産物直売所の設置推進、学校給食への地場産農産物の利用促進など主として市場外流通における具体化が中心となっており、依然として生鮮農産物の基幹的流通形態で、かつ国内(地元)産地との共生関係が強い卸売市場(卸売業者・仲卸業者)の機能・役割が十分に位置づけられているとは言い難い。ひとつの理由として、行政の計画推進段階における生産.振興担当部局と流通対策担当部局との事業面での連携が希薄である場合が多いことが指摘できる。さらに今年度においては、(1)高知県赤岡青果市場の「営農支援」活動に関する実態調査を実施し、卸売業者の取組を通じて現地での生産の担い手確保が可能となっている(個人別精算の導入により農協共販から離脱した差別販売指向の専業的農家層を組織化する/圃場への直接巡回集荷により自給的性格の強い高齢者・兼業農家層の販路を確保する等)、(2)久留米市中央卸売市場(卸売業者)の実態調査から、朝採り野菜など鮮度感訴求型の短時間流通への取り組みを通じて市場の販売力が強化され、商圏(売買参加者の集客圏)が拡大している、(3)大阪市中央卸売市場東部市場(仲卸業者)が取り組みつつある朝採り野菜の短時間流通において、鮮度感の科学的検証(色、栄養価、機能性成分等の変化を測定)に関する協力(次年度実施)が得られたことから、予備的考察として流通段階が比較的単純なプロトタイプモデルとしてスーパーと生産者との産直型流通における実証研究を実施し、「色合い・ビタミン・糖」などの指標において、鮮度感のもつ優位性が検証された、等の知見を得た。委託手数料率の自由化を控えて,多くの公設卸売市場においては,市場制度のあり方(公設制を堅持するか,民営化を選択するか等)を睨んだ検討が始まっている。そのなかでの生き残り策の一つとして,近隣に魅力的な青果物産地を擁する地方都市中央卸売市場の場合には,鮮度感のある地場野菜の短時間流通に取り組むなど地産地消型流通に対する卸売業者の関心は総じて高い。本年度調査先である秋田市中央卸売市場[丸果秋田県青果]の"今朝採り地場野菜(午後販売)"は,卸売業者が主導的に短時間流通に対応する産地育成に取り組んだ事例である。提携・協力関係にある農協においても,系統出荷でありながらも個選・個別精算できる魅力に加えて,農産物直売所出荷(市場外流通)のように「残品引き取り」などの手間やロスが発生しない等の点で評価されており,出荷者数の拡大や多品目型作付の導入,消費者ニーズへの関心の高まりなど産地に変化が起こりつつある。小売サイドからも鮮度感のある個性化商品として概ね好評であるが,"今朝採り"表示の厳密さを小売段階でどこまで担保できるか,コーナー化できるだけのアイテム数の増加とロットの確保,配送の効率化など克服すべき課題も多い。行政的支援の方法も含めて,持続的なシステムとして展開するための工夫が必要である。また,当初は大阪市中央卸売市場・東部市場の卸売業者・仲卸業者の協力を得て今年度に実施する予定であった短時間流通システムの優位性検証試験(朝採り直送便と仮想物流利用との比較)が,当該市場の再整備計画の進捗状況と関連して延期されたことから,本年度は最終年度での実施に向けて関係者との調整を行った。研究計画の最終年度である本年度は,前年度懸案課題の短時間流通における優位性検証試験(朝採り直送便と通常流通[仮想物流]との比較)を,生産者・仲卸業者・小売業者の協力をもとに実施した。その結果,(1)しなび及び鮮度,(2)色相角,(3)可溶性固形分については,「朝採り直送便」が「通常流通(仮想物流)」と比較して優れた結果を示したが,(4)クロロフィル含量,(5)還元型及び酸化型アスコルビン酸含量については,両者の差はほとんど認められなかった。むしろ“抗酸化作用"に関わる指標である(5)は,「通常流通(仮想物流)」の場合において高い数値を示した。これは,流通過程での取り扱いに起因するストレスが,検体の自衛本能を高めた結果起こる逆転現象であることも分かった。

また,地産地消型流通(今朝採り地場野菜)の構築に着手した秋田市中央卸売市場の取り組みに関して,システム構築の意義と普及拡大を目的とした補足調査を実施した。その結果,卸売業者主導による地産地消の意義として,(1)県内各地から多品目の新鮮・安心な野菜が品揃えされる,(2)直接あるいは仲卸業者を通じて多くの小売店等に供給される,(3)品質や需給に応じた適正な価格形成ができる,(4)生産から小売までの関係主体の連携と役割分担ができる等の積極的意義が認められる一方で,行政主導型システム(札幌,埼玉など)と比べた場合の課題として,(1)取組の認知度が低い(広報や広告・宣伝媒体への助成必要),(2)従来から関係のある農協・生産者以外からの出荷が少ない(行政との連携による新規出荷者の開拓が必要)などの問題が浮き彫りになった。
ロボットの現実性とマンガの空想性を融合した創造性育成法の開発

創造性育成の代表的事例としては体験教室や工作などが挙げられるが、実在性を強調する反面、想像性を軽視する傾向がある。創造力は、経験のない事物や現象を頭の中に思い描きながら目的を設定する力と、その目的を達成するために具体的な問題を解決する力からなっており、豊かな感性から生れ、想像できる空間で高められ、そして現実世界で確められるものである。また、真の感性は現実の世界からしか得られない。よって、創造性育成は想像と実在の間で行うべきであると考えており、「創造性育成のスパイラルサイクル」を提案している。具体的には、本創造性育成のスパイラルサイクルにしたがって、ロボットの実体性とマンガの空想性を利用して、小学生を対象とする創造性教育法を開発することを目的としている。学術特色としては、システム制御工学の立場から、創造性教育のサイクル概念を提案し、具体的な手法を用いて実際の創造性教育を実験することにより、創造性育成法を体系化する。マンガのサイエンス-フィクションと実在のロボットを融合した点は独創的である。具体的な創造性教育方法論がまだ確立されていない現状において、比較的に具体的な手法を提供することで、子供の科学離れを防止することに貢献できる。平成14年度では、下記のように研究計画の通り完成できた。(1)全方向移動機能を実現するためにボール型アクチュエータを開発ことが成功した。(2)UFO型ロボットを完成し、独自な制御プログラムで走行テスト実験を行った。(3)小学一年生28名を対象として、創造性育成の一次実験と二次実験を行った。実験結果により「創造性育成のスパイラルサイクル」の妥当性が示された。
遠隔対話の認知と協働-対話、ならびに人と人工物の相互作用に関する心理学的研究-

1.遠隔通信対話実験:昨年度に引き続き,携帯電話の普及による"ながら電話"の問題を取り上げた.本研究では,主たる電話対話課題として対象指示コミュニケーション課題を用い,さらに注意分割課題として携帯メール課題を設定した.さらに,携帯メール課題による注意分割状況を対話者間で共有しているか否かを対話条件として設定し,併せて検討を行った.大学生24ペアを分析した結果,対話条件に応じた対話の主観的側面,発話の量/内容,記憶成績の変化から,負荷の高い注意分割課題によって主たる対話の認知資源が低減している場合でも,対話者はその状況の共有/非共有に応じて柔軟に相互作用過程を変化させ,協働的に理解を達成していたことが明らかになった.本研究は,2004年認知科学会第21回大会にて発表予定である.2.医療現場におけるコミュニケーションの調査:様々な人やモノが交錯し本来リスクをともなう医療現場を対象に,リスク情報の共有や意図伝達エラー等の実態を捉えることを目的として,21名の看護師にICレコーダ装着を依頼し,看護業務中の対話データの収集・分析を試みた.のべ約100時間の書起しデータから,看護師は同時並行的に様々な相手と対話しており,相手の職務技能の推定から効果的な情報共有を行った事例や,対話が成立しているようでいながら発話内リスクが低く評価され,共有が不確実なままに対話を終えた事例等が見いだされた.本研究は,2004年認知科学会第21回大会にて発表予定である.3.リスク共有コミュニケーション実験:リスク共有コミュニケーションに関する実験心理学的なアプローチとして,対象指示コミュニケーション課題を用いて,リスクの有無や情報の共有程度が異なる対話条件を設定し,そこでの課題成績ならびに言語使用の様態を比較する実験を実施した.大学生48ペアを分析した結果,対話条件に応じた指示発話の質的変化が顕著に示されたことから,意図伝達や理解共有における問題は,対話者間の情報の非対称性に強く依存することが明らかになった.本研究は,2004年認知心理学会第2回大会にて発表予定である.1.ながら電話実験:携帯電話の普及による"ながら電話"の問題に焦点を当て,対話者の注意状態が遠隔通信対話に及ぼす影響について,大学生24ペアによる対話実験を行った.その結果,注意分割(ながら)課題はペアの一方のみに与えられたにもかかわらず,対話過程および記憶成績はペア全体で大きく変化することが明らかになった.電話対話における"対話の場"の認識は,電話という人工物との相互作用だけでなく,それを使用する状況や物理的な環境との相互作用によっても変化しうることから,これらを含めた対話環境のデザインが重要であると考えられる.本研究は,2003年認知科学会第20回大会にて発表予定である.2.音声フィードバック実験:対話型情報機器としてATMを取り上げ,高齢者と機器の対話における音声フィードバックの効果について検討を行った.大学生24名,高齢者24名によるATM操作実験の結果,高齢者では特に音声中心の相互作用を可能にするデザインの評価が高かったが,その一方で視覚的な情報への注意低下が生じることが明らかになった.認知的人工物における視覚情報と音声情報の組み合わせが,ユーザの注意と密接に関係していると考えられる.本研究は,操作行動の分析結果も含め来年度中に学会発表する予定である.3.ニュース映像視聴実験:高齢者の注意に焦点を当て,映像視聴におけるテロップ(文字情報)の効果について検討を行った.大学生16名,高齢者16名によるニュース映像視聴実験の結果,高齢者では特に文字(テロップ)の提示が音声+映像の処理に干渉し,記憶成績ならびに確信度を低下させることが明らかになった.本研究は,2003年認知心理学会にて発表予定である.4.在宅高齢者ケアシステムに関するインタビュー調査:緊急通報システム・見守りシステムを取り上げ,これらが高齢者とその家族やヘルパー,地域社会とのコミュニケーションをどのように形成しているかについて調査を行った.本研究は,来年度中に学術雑誌(認知科学)に投稿の予定である.1.遠隔通信対話実験:昨年度に引き続き,携帯電話の普及による"ながら電話"の問題を取り上げた.本研究では,主たる電話対話課題として対象指示コミュニケーション課題を用い,さらに注意分割課題として携帯メール課題を設定した.さらに,携帯メール課題による注意分割状況を対話者間で共有しているか否かを対話条件として設定し,併せて検討を行った.大学生24ペアを分析した結果,対話条件に応じた対話の主観的側面,発話の量/内容,記憶成績の変化から,負荷の高い注意分割課題によって主たる対話の認知資源が低減している場合でも,対話者はその状況の共有/非共有に応じて柔軟に相互作用過程を変化させ,協働的に理解を達成していたことが明らかになった.本研究は,2004年認知科学会第21回大会にて発表予定である.2.医療現場におけるコミュニケーションの調査:様々な人やモノが交錯し本来リスクをともなう医療現場を対象に,リスク情報の共有や意図伝達エラー等の実態を捉えることを目的として,21名の看護師にICレコーダ装着を依頼し,看護業務中の対話データの収集・分析を試みた.のべ約100時間の書起しデータから,看護師は同時並行的に様々な相手と対話しており,相手の職務技能の推定から効果的な情報共有を行った事例や,対話が成立しているようでいながら発話内リスクが低く評価され,共有が不確実なままに対話を終えた事例等が見いだされた.本研究は,2004年認知科学会第21回大会にて発表予定である.3.リスク共有コミュニケーション

実験:リスク共有コミュニケーションに関する実験心理学的なアプローチとして,対象指示コミュニケーション課題を用いて,リスクの有無や情報の共有程度が異なる対話条件を設定し,そこでの課題成績ならびに言語使用の様態を比較する実験を実施した.大学生48ペアを分析した結果,対話条件に応じた指示発話の質的変化が顕著に示されたことから,意図伝達や理解共有における問題は,対話者間の情報の非対称性に強く依存することが明らかになった.本研究は,2004年認知心理学会第2回大会にて発表予定である.
閉経後女性における歯肉溝滲出液中のサイトカインプロファイル

女性ホルモン(エストロゲン)の欠乏が全身性の骨代謝疾患である閉経後骨粗鬆症に影響するだけでなく,歯周病局所である歯肉溝滲出液中のIL-1やTNF-αなどの様々な炎症性サイトカイン産生に影響を及ぼすことが示唆された.女性ホルモン(エストロゲン)の欠乏が全身性の骨代謝疾患である閉経後骨粗鬆症に影響するだけでなく,歯周病局所である歯肉溝滲出液中のIL-1やTNF-αなどの様々な炎症性サイトカイン産生に影響を及ぼすことが示唆された.愛知学院大学歯学部附属病院歯周病科を受診し、歯周基本治療により辺縁歯肉の炎症がコントロールされ、本研究の主旨に同意の得られた者で、骨密度に影響を及ぼす疾患をもたない閉経後女性20名と閉経前女性20名より歯肉溝滲出液(GCF)採取および採血を行った。血液検査では,閉経後女性においてエストロゲンの欠乏が認められた以外,卵胞刺激ホルモンや骨代謝マーカー(血清型NTx,骨型ALP)に差異は認められなかった.一方,歯肉溝滲出液サンプルを用い,サイトカインアレイによる解析を行ったところ,一部炎症性サイトカインとケモカインの産生が高い傾向が認められた.以前の報告と同様にエストロゲンの欠乏が炎症性サイトカインの産生に影響を及ぼしていることが示唆された.しかしながら, GCFサンプルが微量なため,同一サンプルによるELISAによる定量が困難であり,実験方法の変更が必要と考えた.そこで,少量のサンプルで複数のサイトカインを検出および定量できる実験方法として,新たにQ-Plex^<TM>Human Cytokineを用いることとした.また本研究において,閉経後女性の中には骨粗鬆症患者も含まれており,治療の有無,薬剤別での検討も必要であると考えた.特にビスフォスフォネート製剤が歯周局所に及ぼす影響については検討が必要なため今後,さらに閉経後女性のサンプル(特にビスフォスフォネート服用患者サンプル)を増やし,詳細に検討する予定である.細菌感染による慢性炎症性疾患であり局所の歯槽骨吸収を伴う歯周炎と閉経による女性ホルモンの低下が発症に関与する全身の骨代謝性疾患である骨粗鬆症との関係を解明するため多くの研究が報告されている.しかしながら,閉経によるエストロゲン低下と歯周局所の歯肉溝滲出液中のサイトカインの動態との関係についての報告は,数少ない.そこで,本研究では、閉経後骨粗鬆症に起因する全身の骨量減少と歯周病に起因する局所の歯槽骨吸収の関連性を見出すことを目的として,歯肉溝滲出液中のサイトカインプロファイルの検討を行った。閉経後女性では閉経前女性と比較してエストロゲン量は有意に減少していたが,骨代謝マーカーであるN端テロペプチドや骨型アルカリフォスファターゼには有意な差が認められなかった.また,骨粗鬆症治療薬であるビスフォスフォネート製剤の影響についても検討を行ったが有意な差は認められなかった.一方,歯肉溝滲出液中のサイトカインプロファイルの検討では,炎症性サイトカインであるIL-1α,IL-1β,TNF-αなどの発現が閉経後女性で高い結果であった.またビスフォスフォネート製剤による骨粗鬆症治療を受けているものにおいて歯周局所の各種サイトカイン発現に差は認められるものの特徴的な傾向ではなかった.本研究の結果より,閉経後女性において女性ホルモンの欠乏が歯周局所のIL-1やTNF-αなどの様々な炎症性サイトカイン産生に影響を及ぼすことが示唆された.
下水中のヒト腸管系ウイルスの網羅的検出手法の確立

下水中のヒト腸管系ウイルスの存在は人間社会におけるウイルスのヒトへの感染状況を端的に示していることから,下水中のヒト腸管系ウイルスを効率的かつ網羅的に検出する手法の確立した。その結果,本手法を適用しない場合と比べて40-1000倍の効率でヒトウイルス遺伝子を検出することが可能であった。また,未分類ウイルスとして,これまで日本では検出報告のない6種が検出された。本手法を用いること下水中のヒトウイルスゲノムを効率的に検出できるようになり,これまで報告数が少ないヒト腸管系ウイルスや未分類ウイルスを含め人間社会に存在する種々なウイルスの網羅的検出が可能になった。下水中のヒト腸管系ウイルスの存在は人間社会におけるウイルスのヒトへの感染状況を端的に示している.気候変動やグローバル化によるウイルスの生態変化によりさらに多くのウイルスを監視対象とする必要が生じると予測され,目的とする多種のウイルスを同時に検出して社会における感染状況を推定する必要があると考えられる.このような状況に対応するには次世代シーケンサー(NGS)を用いて下水から多種のウイルスを同時に検出・同定することが有用と考えられるが,下水中のヒト腸管系ウイルスの存在比は小さく,これらをNGSにて検出するには下水中のその他の膨大なゲノムを排除することが重要となる.本研究ではヒト腸管系ウイルスの多くが1本鎖(+) RNAウイルスであり,ゲノムの3'末端にpolyA鎖を有するという特徴を利用し,下水中のヒト腸管系ウイルスを網羅的に検出する手法の確立を目的として以下2課題の解決を目指す.課題1.1本鎖(+)RNAを有するヒト腸管系ウイルスゲノム増幅手法の確立課題2.下水中のヒト腸管系ウイルスの網羅的検出平成27年度は課題1の解決を目指し考案した2手法(手法1および手法2)に対して1.ウイルスゲノム全塩基長増幅のカバー率と2.増幅産物のNGSへの適用性についてモデルウイルスを用いて検証した.検証1.の結果として,手法1ではモデルウイルスゲノムの3'末端近傍のみが増幅され全塩基長をカバーした増幅産物を得ることができなかった.一方,手法2においては全塩基長をカバーした増幅産物を得ることができた.検証2.については,手法1はpolyA鎖がNGSで得られる配列のクオリティを下げ,且つ得られる配列数を減少させていることが示唆されたが,手法2ではこれら問題は見られなかった.つまり,手法2によって1本鎖(+)RNAを有するヒト腸管系ウイルスゲノムを増幅することが適当であると考えられた.概ね計画通りに進捗している.変更点として,課題1の検証2(研究実績の概要参照)では対象試料として下水を用いる予定であったが,より比較し易いモデルウイルスを用いた.この変更により検証1と2の結果を総合的に判断することができたと考えている.下水中のヒト腸管系ウイルスの存在は人間社会におけるウイルスのヒトへの感染状況を端的に示している。グローバル化等によるウイルスの生態変化によりさらに多くのウイルスを監視対象とする必要が生じると予測され,目的とする多種のウイルスを同時に検出して社会における感染状況を推定する必要があると考えられる。このような状況に対応するには次世代シーケンサーを用いて下水から多種のウイルスを同時に検出・同定することが有用と考えられるが,下水中のヒト腸管系ウイルスの存在比は小さい事から下水中のヒト腸管系ウイルスを効率的かつ網羅的に検出する手法が必要である。そこで本研究では,下水中のヒト腸管系ウイルスの検出手法の確立を目指した。平成27年度は手法の検討を行い,その結果,ウイルス同定に十分な塩基配列情報を高精度で得ることが可能な手法を確立することに成功した。平成28年度では,前年度に確立した手法を用いて,実際に流入下水中のヒト腸管系ウイルスの網羅的検出を試みた。また,2016年3月の下水試料から最も多く検出されたウイルスはノロウイルスであり,同サンプルからリアルタイムPCR法によっても高濃度で検出された。Mamastrovirusについては近年報告された新たな系統が検出され,それらによる感染者数の増加が推測された。また,未分類ウイルスとして,これまで日本では検出報告のない3種,及び本研究の報告以外に日本では検出報告の無い3種のウイルスが検出された。これらの結果から,本手法を用いることで下水中の相対的存在濃度が低いウイルスゲノムを効率的に検出できるようになり,これまで報告数が少ないヒト腸管系ウイルスや未分類ウイルスを含め人間社会に存在する種々なウイルスの網羅的検出が可能になった。平成28年度は当初の計画通り、宮城県内の浄化センターにて1ヶ月に1度の頻度で採水した流入下水を用いて,平成27年度検討した手法を実証する予定である.

この実証実験では,多種多様なウイルスが検出されているか,また,季節性が反映されているか(例えば,冬にノロウイルスが優占であるか)確認する.また,同定不可能であった配列についてはDe novo(参照配列の無い生物種のゲノム配列からその全ゲノムマップを組み立てる)解析を行い新規ウイルスの検出を試みる.新規ウイルスと考えられた場合,その全ゲノム配列から検出系を作成し,全下水サンプルに対し定量PCR法にて新規ウイルスの検出を実施することで,その動態調査も行う.ただし、当研究室で所有しているNGS(JS Junior system, Roche)が平成28年度12月をもって全てのサービスを終了する(試薬の販売は平成28年5月末まで)ことになったため、NGSによるシーケンシングを委託する可能性がある.また、委託費用が高額となることが予想されるため、採水を2か月に1度の頻度とすることや他機関で所有するNGSにてシーケンシングを実施することを計画している.これにより、サンプル数が減少する可能性があるが本研究の目的遂行に大きく影響しないと考えている.環境工学シーケンシング委託をすることなく研究を遂行したため。シーケンシングに必要な試薬の購入に使用する。
高濃度固気二相流の流動制御に関する研究

本研究は高濃度固気二相流中に現れるメゾスケール構造の流動を制御することを目的として行われた.まず,流動層を対象として,層内に発生する気泡の大きさや挙動を制御する目的で,吹き込む気流に脈動を付加した.ある周波数域で脈動を付加したときに特徴的な気泡の発生パターンが得られることが,実験,数値計算の両方で確認された.しかし,実験と計算で気泡挙動に差異も見られた.空気分散板における圧力損失を考慮した数値計算を行うことで計算結果は実験結果とよく一致するようになり,数値計算において空気分散板の圧力損失の影響を考慮する必要があることが明らかとなった.以上の結果から,気流脈動の付加により流動層内気泡挙動を制御できる可能性があり,最適操作条件を数値解析により求めることが可能になると考えられる.次に,スタンドパイプ流れにおけるプラグの挙動について調べた.管壁の影響を考慮して流体抵抗係数を補正することで計算と実験におけるプラグ長さおよび移動速度が定量的に一致することを確認した上で,計算結果からプラグの長さ,移動速度,分裂頻度などに関して統計的に調べ,相関式を求めた.それらの相関式を用いて,定常状態における1次元スタンドパイプ内に発生するプラグ流動を予測するモデルを開発した.スタンドパイプ流れに対しても気流脈動を付加し,これらのプラグ挙動について比較することでその効果を調べることができると考えられる.さらに,本数値計算を実装置スケールの大規模計算に拡張するためのツールとして,実際よりも大きなモデル粒子を用いて実際の流動を模擬する相似則モデルを提案した.本相似則モデルを流動層内の粒子流動に適用し,モデル粒子の大きさが層内気泡挙動におよぼす影響について調べた.本研究は高濃度固気二相流中に現れるメゾスケール構造の流動を制御することを目的として行われた.まず,流動層を対象として,層内に発生する気泡の大きさや挙動を制御する目的で,吹き込む気流に脈動を付加した.ある周波数域で脈動を付加したときに特徴的な気泡の発生パターンが得られることが,実験,数値計算の両方で確認された.しかし,実験と計算で気泡挙動に差異も見られた.空気分散板における圧力損失を考慮した数値計算を行うことで計算結果は実験結果とよく一致するようになり,数値計算において空気分散板の圧力損失の影響を考慮する必要があることが明らかとなった.以上の結果から,気流脈動の付加により流動層内気泡挙動を制御できる可能性があり,最適操作条件を数値解析により求めることが可能になると考えられる.次に,スタンドパイプ流れにおけるプラグの挙動について調べた.管壁の影響を考慮して流体抵抗係数を補正することで計算と実験におけるプラグ長さおよび移動速度が定量的に一致することを確認した上で,計算結果からプラグの長さ,移動速度,分裂頻度などに関して統計的に調べ,相関式を求めた.それらの相関式を用いて,定常状態における1次元スタンドパイプ内に発生するプラグ流動を予測するモデルを開発した.スタンドパイプ流れに対しても気流脈動を付加し,これらのプラグ挙動について比較することでその効果を調べることができると考えられる.さらに,本数値計算を実装置スケールの大規模計算に拡張するためのツールとして,実際よりも大きなモデル粒子を用いて実際の流動を模擬する相似則モデルを提案した.本相似則モデルを流動層内の粒子流動に適用し,モデル粒子の大きさが層内気泡挙動におよぼす影響について調べた.実験・脈動流発生装置および脈動流量計測装置の開発を行った。脈動流発生装置としては開回路・抵抗変化型のものを採用した。・使用粒子としてガラス粒子を選定し、粒径分布を求めた。・現有設備である2次元流動層に脈動流発生装置を設置し、流動パターンに対する気流脈動の影響についての観察を行った。・ファイバー型位相ドップラー流速計の導入と設置を行い、動作確認を行った。・2次元流動層内の気泡とスタンドパイプ内の粒子プラグの挙動を高速度ビデオで撮影し、ワークステーションにおいて画像処理を行うことにより気泡挙動の測定を行った。数値解析・既存の数値解析コードの修正を行い、気流脈動の影響の導入と結果の評価プログラムの開発を行った。・効率的な粒子流動の数値解析法を開発することを目的として、格子ボルツマン法による粒子流動の数値解析コードの開発と数値シミュレーションを行った。本研究は流動層やスタンドパイプ流のような高濃度固気二相流に対して、気流脈動を加えることにより流動制御を行うことを目的として行われた。実験および数値解析それぞれにおいて、得られた結果を以下にまとめる。実験・2次元流動層において、気流脈動が粒子流動パターンの変化に及ぼす影響について系統的に調べた。・2次元流動層において、空気分散器の抵抗が粒子流動に及ぼす影響について検討し、気泡挙動の変化について定量的に調べた。・スタンドパイプ流に対して、使用粒子を変えた実験を行った。・光ファイバープローブによるレーザー透過光強度を用いてスタンドパイプ内粒子濃度変動の計測を行い、より高濃度な流れの計測を実現した。数値解析・2次元流動層の数値解析において気流に脈動を与えた計算を行い、対応する実験と一致する結果を得た。・2次元流動層の数値解析において、空気分散器の影響を考慮した計算コードを開発し、空気分散器の抵抗が粒子流動に及ぼす影響を調べた。粒子層内部の粒子間接触状態などの詳細な情報を得た。・2次元流動層内流動を表現するための相似則モデルを開発し、モデル粒子径の影響について調べた。・スタンドパイプ流において、プラグ長さとプラグ内空隙率、プラグ速度との関係を統計的に求め、相関式を得た。

・スタンドパイプ流において、プラグの分裂頻度、分裂位置に関して統計的に調べ、相関式を得た。・プラグの分裂と合体を模擬的に表現する1次元プラグ流モデルを開発した。
エルビウムレーザーによる歯根膜細胞の石灰化誘導の分子生物学的および組織学的研究

エルビウム・ヤグ(Er : YAG)レーザーを骨芽細胞に照射することにより、形態の著しい変化を伴わず、増殖が促進される傾向が示された。歯根膜細胞はheterogenousであり、骨芽細胞様の細胞も含んでいるため、これまでの骨芽細胞への様々な低出力レーザー照射の効果と同様に、歯根膜細胞の石灰化が促進されることが推測された。また、従来用いられていなかった高パルスによる照射の効果の検証において、イヌを用いた実験により安全性が確認された。本研究の最終的な目標は、歯根膜細胞を移植用にシート状にした「歯根膜シート」の石灰化能の向上を目指すことである。そこで、本年度においては、歯根膜細胞がheterogenousでありことに注目し、使用する培養歯根膜細胞中に含まれている骨芽細胞様細胞の石灰化がどのような照射条件のレーザー照射により促進されるかについて検討を行った。そのため、まず本研究で使用するエルビウム・ヤグレーザーが培養液中の細胞に均一に規定レベルの光エネルギーを照射するための実験装置の設計、および培養液の条件設定を行い、指摘と考えられる環境条件を得ることができた。また、骨芽細胞に様々な照射出力や回数、観察日数などの条件を変更してレーザー照射を行い、石灰化を促進し得る条件の検索を行っており、最適な照射条件の決定を行っている。この照射条件を求めるは、実際の歯根膜細胞の石灰化を促進するための照射条件検索のベースになるため、該当年度中の研究内容は最も重要な意義を持っている。また、この照射条件検索においては、従来よりも高いパルス数によるレーザー照射が含まれている。そのため、高パルスのレーザー照射が生体に与える影響についても十分な検索が必要なため、イヌの歯肉を用いたin vivoの研究も並行して進行している。それによりパルス数の上昇が生体組織に熱蓄積による悪影響を及ぼしにくいことが軟組織およびこう組織において確認されつつある。本研究の最終的な目標は、歯根膜細胞を移植用にシート状にした「歯根膜シート」の石灰化能の向上を目指すことであ。レーザー光の低エネルギー領域には、bio photo-modulation effectがあることが知られており、そのメカニズムの解明と、それを応用した歯根膜細胞の活性化を図るものであ。歯根膜細胞がheterogenousてありことに注目し、使用する培養歯根膜細胞中に含まれている骨芽細胞様細胞の石灰化がどのような照射条件のレーザー照射により促進されるかについて検討を行った。そのため、まず本研究で使用するエルビウム・ヤグレーザーが培養液中の細胞に均一に規定レベルの光エネルギーを照射するたもの実験装置の設計、および培養液の条件設定を行い、指摘と考えられる環境条件を得ることができた。骨芽細胞に照射することにより、形態の著しい変化を伴わず、増殖が促進される傾向が示された。照射条件検索においては、従来よりも高いパルス数によるレーザー照射が含まれている。そのため、高パルスのレーザー照射が生体に与える影響についても十分な検索が必要なため、イヌの歯肉、歯槽骨を用いたin vivoの研究を行い、病理学的に為害性がないことを確認した。パルス数の上昇が生体組織に熱蓄積による悪影響を及ぼしにくいことが軟組織および硬組織において確認された。今後は、臨床的に許容される至適照射条件(パルス数、時間、エネルギー密度)の検索と、大型動物における研究が必要と考えられる。
酵素による難分解性ポリマーの分解・除去・加工技術の開発

PETを分解するLC-cutinaseの結晶構造を決定した。ついで、LC-cutinaseと異常プリオンを分解する2つのプロテアーゼ(Tk-subtilisinとTk-SP)の構造に基づき変異を導入することによりこれらの酵素の高機能化を検討した。その結果、安定性の向上したLC-cutinase変異体、成熟化速度の向上したTk-subtilisin変異体、EDTA存在下でも安定なTk-SP変異体を構築することに成功した。また、メタゲノム法により枝葉コンポストから2つの耐熱性セルラーゼを単離し、その結晶構造を決定することに成功した。(1)LC-cutinaseの結晶構造解析と基質結合部位の同定:LC-cutinaseの結晶構造を1.5Åの分解能で決定した。その結果、LC-cutinaseは、10本のαヘリックスと分子中央部の1枚の大きなβシートを形成する9本のβ鎖から成ること、分子内にジスルフィド結合(Cys275-Cys292)を一つもつことを明らかにした。また、Ser165、Asp210、His242が活性部位を、Tyr95、Phe125、Tyr127、Met166、Trp190、Phe243が基質結合部位を形成することを明らかにした。(2)LC-cutinaseの大腸菌菌体外漏出機構の解析:LC-cutinaseの大腸菌菌体外への漏出に必要な領域を同定する目的で、N末端領域を欠失させた3種類の変異体LCC(58-293)、LCC(68-293)、LCC(83-293)を構築し、菌体外漏出を解析した。その結果、LCC(58-293)とLCC(68-293)は菌体外に漏出するが、LCC(83-293)は菌体外に漏出しないことを明らかにした。従って、β2鎖が菌体外漏出に必要であることが示唆された。(3)効率の良いTk-subtilisinの成熟化法の開発:プロペプチドドメインに変異を導入した2つのPro-Tk-subtilisin変異体(F17H、L69P)がいずれも野生型酵素より速く成熟化することを明らかにした。また、これらの変異体の成熟化速度が向上したのは、L69Pの場合はプロペプチドの阻害活性の低下により、F17Hの場合はプロペプチドの安定性の低下により、プロペプチドが分解されやすくなったためであることを明らかにした。(4)Tk-SPによる異常プリオン分解:Tk-SPの生産量の向上を目的として、Pro-Tk-SPとそのプロペプチド(ProN)の共発現系を構築した。しかし、ProNは不溶性タンパク質として菌体内に蓄積するため、Pro-Tk-SPの成熟化を抑制することはできず、その生産量を向上させることはできなかった。一方、プリオン病に感染したマウスの脳から異常プリオンタンパク質を抽出し、Tk-SPによる分解をウエスタンブロッティング法により解析することにより、Tk-subtilisin同様、Tk-SPも異常プリオンを分解することを明らかにした。(2)LC-cutinaseの大腸菌菌体外漏出機構の解析:昨年度に引き続き、N末端領域の欠失変異体を各種構築し、菌体外漏出を解析した。その結果、13番目から23番目あるいは23番目から33番目のどちらの領域を欠失させてもほとんど漏出しなくなることを明らかにした。この結果、LC-cutinaseの特定の領域が漏出に必要なわけではなく、全体の構造が漏出に必要であることが示唆された。(3)Tk-subtilisinとTk-SPの高機能化と大量生産: Tk-SPの活性中心変異体を用いることにより、EDTA処理しても安定性の低下しない変異体の構築に成功した。また、Pro-Tk-subtilisin変異体を低温で成熟化することにより、従来より約10倍の濃度でTk-subtilisinを成熟化することに成功した。さらに、Tk-subtilisinのプロペプチド(Tkpro)と共発現することにより、Pro-Tk-SPの生産量を約20倍向上させることに成功した。(4)Tk-subtilisinとTk-SPによる異常プリオン分解:プリオン病に感染したマウスの脳からとりだした異常プリオンタンパク質をTk-subtilisinで分解した後、正常マウスの脳に注入し、プリオン病の発症を観察することにより、分解産物の感染性を解析した。その結果、Tk-SPで分解する方法は熱処理、SDS処理などの従来法より感染性除去効果が高いことを明らかにした。(2)LC-cutinaseによるポリエステルの表面加工:染色加工試験用ポリエステル白布をLC-cutinaseで処理した後、電子顕微鏡により線維表面を観察した結果、LC-cutinaseにより繊維表面のPETオリゴマーが除去され、繊維表面がきれいになることが分かった。