hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光ファイバグレーティングを用いた多点型水素漏えい監視デバイスの開発

再生可能な自然エネルギーシステムにおけるエネルギーキャリアとして水素が注目されている。しかし、水素は漏洩しやすく、爆発危険性があるため、広い空間を低コストでモニタリング可能な水素漏洩検知センサが必要である。本研究では、1本の光ファイバラインに多数の検知部を集積化した多点型水素漏洩検知センサの開発を目的とした。白色光を入射すると特性波長を有する光のみを反射する光ファイバグレーティング素子を用い、ゾルゲル法により白金担持シリカ膜を水素感応物質として素子に固定化したセンサデバイスを開発した。センサは低濃度の水素に敏感に応答するとともに水素に対する選択性も高かった。本年度は光ファイバグレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)型水素センサを具現化するため、水素感応膜の性能特性評価とデバイス化について詳細な検討を行った。水素感応膜材料として白金触媒を担持した様々な酸化物触媒(酸化タングステン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化スズ、二酸化ケイ素、アルミナ)をマトリクスとして用いたところ、乾燥雰囲気中では酸化タングステン以外にも酸化鉄、二酸化ケイ素で高い活性が得られることが明らかとなった。一方、湿潤雰囲気下では多くの酸化物が活性を失ったが、二酸化ケイ素をマトリクスとして用いた場合、水素感応膜は比較的良好かつ安定な水素検出特性を維持することが分かった。そこで白金触媒担持二酸化ケイ素膜を水素感応膜として固定化したセンサ構造を2種類(石英ガラス基板に水素感応膜を固定化し、これに接触するようFBGを接着樹脂により固定化した構造と被覆を除去したFBG部の光ファイバ外周部に直接感応膜を固定化した構造)作製し、センサ特性を調べた。白色光源とスペクトラムアナライザを用い、水素曝露前後での特性波長のシフトを評価した結果、2種類のセンサデバイスともに水素の燃焼熱によるデバイス温度上昇のためブラッグ波長の大きなシフトが観察された。また、繰り返し再現性も良好であった。さらに、炭化水素類をはじめとする妨害成分の影響も極めて小さく高い水素選択性を有することが分かった。次に、10個のFBG特性波長の異なる素子に水素感応クラッドを固定化し、これを直列に配したセンサケーブルを試作し、センサケーブルの波長感度特性を取得した。以上のように、一本の光ファイバケーブル上に多くのセンサ部を集積化した多点型水素センサの開発に向けてデバイス構造の最適化に資する多くの有用な知見が得られた。一本の光ファイバケーブル上に多くのセンサ部を集積化した多点型水素センサ構築に向けて、本年度は白金触媒担持酸化タングステンを水素感応クラッドとして光ファイバグレーティング素子上に固定化した化学センサデバイスを試作評価した。水素感応膜として白金担持酸化タングステン膜を用いた。膜の作製方法として、タングステン酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換して得られたタングステン酸水溶液に触媒前駆体として塩化白金水溶液を均一に混合したものを出発溶液とするゾルゲル法を採用した。まず、白金担持酸化タングステン膜の白金:タングステンの比率及び膜厚を変化させたものをガラス基板上に形成させて評価用試料とし、水素曝露による水素感応膜の発熱挙動をサーモグラフィーにより評価を行った。その結果、反応熱検出方式のFBGセンサに適用する場合、水素感応膜の膜厚500nm、白金触媒の含有率10atm%以上にすることで高感度の水素検知が可能となることを見出した。次に光通信で使用される一般的なFBG及び長周期FBG素子を入手し、被覆除去・エッチング等の適当な前処理を施した後に、水素感応膜を形成した石英基板にFBG素子を固定化したセンサを作製した。温湿度環境を制御可能な専用ガスチャンバにて、デバイスの水素応答特性を確認した結果、1/10LELにおいて十分な感度が得られることを確認したが、応答は比較的緩慢であることが分かった。そこで、ゾルゲル法を用いてディップコートにより光ファイバグレーティング素子周囲に水素感応膜を直接製膜・固定化したセンサデバイスを作製した。膜の焼成プロセスでは素子は500°Cに曝露されるが素子自体の劣化はほとんどなく、薄膜の固定化状態も良好であることをSEM等で確認した。さらに水素応答性を確認した結果、応答速度が十分向上していることが明らかとなった。光ファイバグレーティング(FBG)センサを用いた準分布型の多点水素漏えい検知センサの実現に向け、最終年度である本年度は、これまでの研究成果で安定な検出性能を有することが明らかとなっている白金担持シリカ厚膜を水素感応物質として用い、有機保護被覆を除去したFBG部に直接感応膜を固定化したセンサデバイスと石英基板上にゾルゲル法により固定化した後にFBG部に接着樹脂により固定化したセンサデバイスを作製した。次に、その応答速度の水素濃度依存性などを解析して、触媒表面で発生する接触燃焼熱及びデバイスから周囲への放熱による寄与を詳細に解析して、センサの応答挙動を理論的に解明した。

さらに、乾燥空気中でプロパンやエタノール蒸気に曝露してセンサの水素選択性を検証したところ、いずれのガスに対しても波長シフトを生じなかったことから白金担持シリカ膜は水素に対して高い選択性を有することを確認した。次に、このセンサはFBG部の温度上昇を検知するタイプのセンサであるため、環境変動などによる影響を抑えるため、温度補償用FBG素子と組み合わせたセンサモジュールをプロトタイプとして作製した。プロトタイプモジュールの水素応答特性及び温度補償性能を評価した後、多点型ひずみセンサシステムを応用したセンサシステムを構築した。ロケット開発試験を行うフィールドにてセンサシステムの性能を検証するため、液体水素貯蔵タンクからの水素漏えいを模擬できる実験系において、検証実験を行った。その結果、フィールド環境において多点計測の可能性を確認することができ、低温下でもセンサ素子の劣化や破壊は起こらず安定であることが分かった。一方で、低温環境・高湿環境での水素応答特性に改善が必要であること、温度補償性能についても素子のバランスを更に取れるようにデバイス配置などに改善を要することが明らかとなった。化学センサ、計測工学当初の計画とおり、光ファイバグレーティング型水素センサデバイス構造の最適化に資する多くの有用な知見が得られ、次年度の動作実証試験に向けた足場を固めることができたと自己点検評価した。光ファイバグレーティングセンサを用いた準分布型の多点センサ実現に向けて、白金触媒担持酸化タングステンの最適化が順調に進展しており、光通信で使用される一般的なFBG光ファイバグレーティング素子上に水素感応クラッドとして当該薄膜を固定化した化学センサデバイスを作製することに成功するとともに外部発表なども順調に行うことができた。研究最終年度においては共同研究機関において開発された多点型ひずみセンサシステムを応用することで(部分的な計測条件や計測プログラムの改造)、多点型水素センサシステムの構築が効率的に行えるものと考えられる。また、実環境におけるセンサシステムの検知性能を実証するため、フィールド試験を行うことでより効果的なデータが取得できるものと期待している。具体的には、液体水素貯蔵タンクからの水素漏えいを模擬できる試験評価装置の作製に続き、液体窒素を用いたブランク試験を行い、センサの温度特性や評価装置に固定した素子が低温状態で受ける熱応力で生じるバックグラウンド出力を評価する。次に、液体水素漏えいに対する水素検知性能を評価するとともに、漏えい部の温度あるいは周囲環境の温湿度影響を調べる。白色光源とスペクトラムアナライザを用い、水素曝露前後での特性波長のシフトを評価し、センサの応答特性評価(感度・応答速度・繰り返し再現性・温度ドリフト)を詳細に行う。さらに、妨害成分として実環境下で想定される共存ガス(主に炭化水素類)に対する影響を調べるとともに触媒被毒成分となりうる一酸化炭素やヘキサメチルジシロキサン及びメチルメルカプタンによってもたらされる被毒の影響を調べる。被毒成分の影響が深刻な場合は、化学的保護膜としてシリコンあるいはテフロン被覆を塗布法によって行い、その効果及び応答速度に及ぼす影響を明確化する。
太陽系星雲における鉱物凝縮に関する実験的研究

太陽系星雲における鉱物の凝縮の速度論的取り扱いのため、凝縮速度を実験的に決定することを試みた。凝縮過程は核形成と結晶成長の2つの過程からなり、核形成を実験的にコントロールすることはきわめて困難である。本研究においては結晶成長の部分のみを定量的に取り扱うことを目的とした。当初、クヌッセンセルから流出する定常的なガスからの凝縮を試みたが、凝縮領域でのガスの温度・圧力がコントロールされないことが判明した。さらに、真空容器内の温度がきわめて均質で、温度差を利用した凝縮が困難であることも判明した。そこで、物質の平衡蒸気圧差を用いた凝縮を試みた。太陽系の固体物質としてもっとも存在量が多く、また、地球型惑星のもっとも主要な構成鉱物あるフォルステライトを、SiO2とMgOを蒸発源として発生下ガスから成長させることを試みた。2重のクヌッセンセル内においたフォルステライト基盤は、表面構造が蒸発表面とは著しく異なり、逆反応の効果が大きいことが判明したが、微少な凝縮物の同定は困難であった。そこで第3番目の試みとして、クヌッセンセル内における逆反応のカイネティクスを利用して凝縮係数を求めることを試みた。クヌッセンセルのオリフィスサイズを変化させ、重量変化から逆反応の程度を見積もった。これはオリフィスサイズが容器体積に比較して小さい場合、クヌッセンセル内は平衡蒸気圧にある、という原理を利用したものである。重量変化はオリフィスサイズと直線的な関係にあり、この条件が満たされていることが判明した。この結果、平衡蒸気圧条件にあるガスからの凝縮係数が決定された。この方法を種々の鉱物の広い温度条件において適用し係数を決定することで太陽系星雲の凝縮過程を速度論的に取り扱うことが可能となり、画期的な方法である。本研究は,初期太陽系系星雲におけるガスから鉱物の凝縮に関する実験方法の確立をめざしている.従来の凝縮実験は安定したガス発生源をつくることが困難であったことに着目し,クヌッセンセルをガス供給源として用いることを試みた.クヌッセンセルは容器内に固相と共存する平衡なガスが,微少なオリフィスを通って流出するため,固相が共存している限り一定の速度でガスを流出させることができる.東京大学理学部地質学教室内に既存の真空実験装置を用い,グラファイトとモリブデン製のクヌッセンセルにフォルステライト粉末を封入し,上部にフォルステライト結晶を定方位に切り出したものを基盤として設置し,凝縮実験をおこなった.結果を走査型電子顕微鏡により観察したところ,基盤のフォルステライト上に新たなフォルステライトの凝縮が観察され,この方法により凝縮実験を進めることが可能であることがわかった.また,凝縮温度により凝縮物の組成に変化があり,フォルステライト以外の物質の凝縮もみられることがわかった.しかし凝縮物の厚さは薄く,厚さの変化による凝縮速度の推定は困難であり,また重量変化も微量であるため凝縮速度推定は困難であることがわかった.さらに,凝縮基盤の面積の推定,凝縮凝部分の温度勾配が急であるため凝縮温度の推定に困難があることが判明した.以上の結果をふまえ.凝縮は一定位置でのみおこない,温度の連続的変化をともなわないものとするように装置を改善した.凝縮速度推定には重量法の改善を試みている.さらに凝縮部分のガス流量を一定とするため.セルオリフィスから流出したガスを再度大型容器にトラップし,上部の別のオリフィスから流出させるように容器の作製をおこなっている.太陽系星雲における鉱物の凝縮の速度論的取り扱いのため、凝縮速度を実験的に決定することを試みた。
光機能界面の学理と技術 -光エネルギーを有効利用するサステイナブルケミストリー-

本特定領域研究は,地球上に普遍的に存在する太陽光エネルギーを有効に利用し,物質やエネルギーの変換を行う技術とその基礎となる学理の確立を目指した。具体的には,光エネルギーから化学エネルギーおよび電気エネルギーへの高効率変換と高機能光触媒の設計開発を二本の柱とし重点的に進めた。また,ナノスケールの界面構造制御や空間異方性制御などにより機能の高度化を目指し,有機、無機ハイブリッド化や多孔性光触媒の構築法などの新技術を醸成した。さらに,半導体の光照射によって発生するラジカル種の動的挙動や,それらの反応によって生成する中間体の挙動について基礎的研究を行い,光触媒反応による有機化合物の分解挙動を解明するとともに反応予測につながる研究を行った。加えて,光機能界面を対象とする新しい計測法を研究し,光機能界面の本質的理解と新デバイスへの広範な展開を視野に入れた研究を行った。今年度は本総括班において,平成1318年度に得られた成果全体の取りまとめを行った。その過程で平成19年3月の公開シンポジウムの発表内容を参考にした。A01班では,ナノ構造をもつ界面の物質の接合状態や電荷移動に関する成果を中心にまとめた。A02班については,酸化チタン光触媒のDown-hill型反応に対して,高感度・可視光応答型酸化チタンおよび新材料の開発,環境浄化や医療現場への応用開発,酸化分解反応機構の成果を中心にまとめた。A03班では光計測技術および光制御デバイスの二つに関し,機能およびデバイス化応用を進めその結果を中心にまとめた。A04班では,高効率可視光増感電荷分離系を設計し,水の可視光増感分解に展開した結果を中心にまとめた。A05班は,酸化チタン光触媒反応などの光機能界面上での種々の有機物の分解機構の解明,酸化チタン光触媒反応で重要な有機物ラジカルイオンの反応性などを中心にまとめた。平成20年3月には,これら全体をまとめた最終成果報告書(297ページ)を作成した。本特定領域研究は、太陽光エネルギーを有効に利用し物質やエネルギーの変換を行う技術とその基礎となる学理の確立を目指し、光エネルギー変換と高機能光触媒の設計開発を二本の柱とし研究を進めた。また、ナノスケールの界面構造制御や空間異方性制御、半導体の光照射によって発生するラジカル種の動的挙動解明、光機能界面を対象とする新しい計測法など、光機能界面の本質的理解と広範な展開を視野に入れた研究を行った。本総括班は、以上の研究を円滑に推進させるために組織したものであり、研究会やシンポジウムを主催し、各研究の進捗状況を確認するとともに解決すべき課題と目標を明確にし、さらなる進展を図った。平成13年度は、東京大学において研究構想公開シンポジウムを行った。平成14年度は、第1回全体会議を名古屋大学で、第2回全体会議と第1回研究成果公開シンポジウムを東京大学で開催した。平成15年度は、第1回全体会議を大阪大学で、計画研究班会議を沖縄で、第2回全体会議を慶應義塾大学で開催し、これに合わせて第2回研究成果公開シンポジウムを開催した。これらの会議にあわせて総括班会議を行い、今後の領域全体の研究の方向性について意見交換を行った。平成16年度は、第1回全体会議を名古屋大学で、第2回全体会議・第3回研究成果公開シンポジウムを慶應義塾大学で、それぞれ開催した。これらの会議にあわせて総括班会議を行い、各研究の方向性について意見交換を行った。平成17年度は、第1回全体会議を東京大学で、第2回全体会議と第4回研究成果公開シンポジウムを慶應義塾大学でそれぞれ開催した。平成18年度は、第1回全体会議をかながわサイエンスパークで、第2回全体会議と第5回研究成果公開シンポジウムを福岡市パピヨン24で開催した。本領域のまとめの公開シンポジウムは平成19年3月に東京国際フォーラムで開催した。H19年度は、平成1318年度に得られた成果全体の取りまとめを行った。特に、平成19年3月のシンポジウムの発表内容を参考にした。A01班では、ナノ構造をもつ界面の物質の接合状態や電荷移動に関する成果を中心にまとめた。A02班については、酸化チタン光触媒のDown-hill型反応に対して、高感度・可視光応答型酸化チタンおよび新材料の開発、環境浄化や医療現場への応用開発、酸化分解反応機構の成果を中心にまとめた。A03班では光計測技術および光制御デバイスの二つに関し、機能およびデバイス化応用を進めその結果を中心にまとめた。A04班では、高効率可視光増感電荷分離系を設計し、水の可視光増感分解に展開した結果を中心にまとめた。A05班は、酸化チタン光触媒反応などの光機能界面上での種々の有機物の分解機構の解明、酸化チタン光触媒反応で重要な有機物ラジカルイオンの反応性などを中心にまとめた。平成20年3月には、これら全体をまとめた最終成果報告書を作成した。物質やエネルギーの変換における技術革新は、社会を持続させる上で重要である。本特定領域研究は、地球上に普遍的に存在する太陽光エネルギーを有効に利用し、物質やエネルギーの変換を行う光技術と、その基礎となる学理の確立を目指す。本総括班は領域全体の研究を円滑に推進させるためのものであり、進捗状況を確認するとともに課題・目標を明確にし、さらなる進展を図った。本領域で対象とする種類の研究は、部分的には国内外でも行われているが、本研究のように組織的かつ系統的に行われてきた例はなかった。

実施グループ各班員はいずれも、光化学の分野をリードする研究実績をすでに挙げており、本研究において密接に連携しながら集中的に研究を行うことによって、さらなる成果が期待できる。その結果、光エネルギーから化学・電気エネルギーへの変換がより効率化され、また光エネルギーによる環境浄化なども可能になり、石油等の有限な埋蔵資源を次世代へと引き継ぐことが可能になると期待される。平成13年度の予備的な検討結果を踏まえ、実際の研究を実施した。A01班では光機能界面によるエネルギー変換の新方式検討、A02班では光触媒の高感度化・可視光応答化の推進、A03班では光機能界面計測技術の検討、A04班ではナノ構造光機能材料の設計、A05班では、界面光反応機構の基礎的検討をそれぞれ行った。総括班では、これらの研究が円滑に行われるよう支援を行ったほか、その進行状況を把握し、評価を行いながら、領域全体の研究が適切かつ効果的な方向へ向かうように、調整・促進を図った。また、各班内において、あるいは班を越えて研究班員相互の研究協力や共同研究が活発に行われるよう配慮し、これを積極的に支援した。これにより、新しい概念や分野の創生を促進し、さらに、研究成果を積極的に公開し、社会への還元を進めた。物質やエネルギーの変換における技術革新は、社会を持続させる上で重要である。本特定領域研究は、地球上に普遍的に存在する太陽光エネルギーを有効に利用し、物質やエネルギーの変換を行う光技術と、その基礎となる学理の確立を目指す。本総括班は領域全体の研究を円滑に推進させるためのものであり、進捗状況を確認するとともに課題・目標を明確にし、さらなる進展を図った。本領域で対象とする種類の研究は、部分的には国内外でも行われているが、本研究のように組織的かつ系統的に行われてきた例はなかった。本年度は、(1)光エネルギーから化学エネルギー及び電気エネルギーへの変換、および、(2)高機能光触媒の設計と開発を2本の柱として、重点的研究を行う。また、これらの研究を支えるため、(3)光機能界面を対象とする計測法と光機能界面を用いた計測法、(4)ナノメータースケールの界面構造制御や空間的異方性制御、(5)光触媒反応で発生するラジカル種の動的挙動をはじめとする機構の解明に関する研究を行った。具体的には、A01班で資源負担を減らす光エネルギー変換技術の開発、A02班で資源に負荷をかけない光触媒による環境浄化技術の開発を行い、これらについてA04班の新規光機能性材料の開発、A05班の光機能界面における反応機構の解明によって協力にバックアップした。また、A05班では、光触媒反応によって生成する中間体の挙動について、特に有機化合物の分解挙動を解明し、将来の反応予測につなげうる研究を行うことができた。さらにA03班では、光エネルギー変換や光触媒反応の根幹をなす光機能界面を利用する新しい計測技術への応用展開を図り、新機能探索に向けた研究を進めた。
ハムスタ-骨肉腫を用いた肺転移抑制治療の基礎的検討

ハムスタ-に継代維持している骨肉腫実験系を用い,肺転移形成に対する機序の研究を行った。従来当科で継代維持しているハムスタ-骨肉腫(以下,従来株とする)から,より早期に肺転移をきたす株(以下,高肺転移株とする)を作成した。高肺転移株は,従来株の肺転移巣を次のハムスタ-背部皮下に移植し,これを繰り返し,in vivo selectionしたものである。この結果,従来株では68週で肺転移をきたしていたものが,約3週で肺転移を起こすようになった。肺転移の形成,成長に関する研究として,我々の実験系の中で高肺転移株と従来株をin vitroの系に移しこの両系を肺組織抽出液を添加して培養,成長の差を細胞数で測定した。その結果,肺組織抽出液を添加して培養した高肺転移株は細胞数の増加が大きかった。これは肺組織抽出液内のなんらかの物質が高肺転移株の骨肉腫細胞の増殖を促進している可能性を示唆する結果であった。また従来株を肺組織抽出液を添加し培養した結果では,高濃度で細胞増殖の抑制,低濃度で促進された。肺転移の形成においては,腫瘍細胞が静脈血中に遊離し,肺の毛細血管に塞栓を生じるという血行動態による原因が考えられるが,これだけでなく正常な肺組織が骨肉腫細胞の増殖に適した環境であることも重要な要因と考えられる。この実験で,肺組織内に骨肉腫細胞の増殖を促進する因子があり,肺転移巣で成長する腫瘍細胞はこの因子に対する適応能力が高い細胞であった。昨年度の研究で、細胞接着因子の骨肉腫細胞の肺転移に関する研究を行ったが,肺組織抽出液中のなにが細胞増殖に関与しているのかを,細胞接着因子との関連で調べて行きたいと考えている。骨肉腫の予後不良の原因として、肺転移の存在が第一に考えられる。この肺転移を抑制できれば、骨肉腫患者の予後を改善できると考える。そこで我々は継代している骨肉腫実験系(ハムスタ-)の高肺転移株を用いて肺転移機序仮説を立て、さらにその一部をブロックする機序を挿入することにより肺転移を抑制することを企てた。すなわち、肺転移成立機序を細胞接着因子(フィブロネクチン)理論の導入により組み立て、フィブロネクチン・レセプタ-を競合的にブロックするアミノ酸(RGD)を含む合成ペプチドを投与することにより、転移細胞の肺での接着、さらには生着を阻害させることを計画・実行した。評価は肺転移巣での結節数を算定することにより行なった。結果はペプチド投与群の方が非投与群に比して、有意に肺転移が抑制されていた。この知見は第23回日本整形外科学会骨軟部腫瘍学術集会(平成2年7月19日,大阪)において、『ハムスタ-骨肉腫の肺転移抑制法について』(中川琢三,横山巖,河野秀樹,吉田明史ほか)と題して発表した。しかし、このRGDアミノ酸を含む合成ペプチドが果たしてフィブロネクチンとの競合物質であるという確証がまだ得られていないのが学術上の問題点であった。そこで合成したRGDアミノ酸を含むペプチドがフィブロネクチンとの競合物質であるということを証明すべく、さらに1段階研究を進めフィブロネクチンのアミノ酸組成に類似したより長いアミノ酸組成(GRGDSPC)のペプチドとアルブミンの複合体を合成して治療実験を行なった。結果としてはペプチドを投与して治療した群の方が非投与群に比して、肺転移巣の結節数でみるかぎり、有意に抑制されていた。予想通りの新知見を得た。これは第5回日本整形外科学会基礎学術集会(平成2年10月4日,神戸)において『ハムスタ-骨肉腫細胞の肺転移抑制法について第2報』(中川琢三,横山巖,河野秀樹,吉田明史ほか)として発表した。

昨年度の研究で、細胞接着因子の骨肉腫細胞の肺転移に関する研究を行ったが,肺組織抽出液中のなにが細胞増殖に関与しているのかを,細胞接着因子との関連で調べて行きたいと考えている。
前癌および癌細胞における非特異型アイソザイム発現則の確立

我々によって、同定されたラットの肝前癌マーカー酵素、グルタチオンS-トランスフェラーゼP型(GST-P)を含め、その他の腫瘍マーカー酵素には非特異型アイソザイムの特徴が共通に認められるので「癌化における非特異型アイソザイム発現仮説」の提唱を試みた。Cancer Research、その他のジャーナルのRefeleeに認めてもらうには至らなかったが、化学発癌機構に関連して次の事柄が明らかになった。1)腫瘍マーカー酵素ヒトGSTP1-1(π)にも、基質特異性が広く、多くの阻害剤に抵抗性である、非特異型アイソザイムの特徴が認められた。また、エタクリン酸、アクロレインなどの非酵素的グルタチオン抱合反応速度の大きい事実が注目され、GSH濃度の高い前癌細胞では非酵素的抱合反応の重要性が示唆された。2)発癌剤DENの投与により、B6C3F1マウス(肝癌高発生)にGST M11および癌遺伝子c-JUN陽性のシングルセル、ミニフォーカス、アデノーマが、雌肝に多く検出され、マウスの系においても早期の発癌過程の検討が可能となった。3)GST-Pの遺伝子発現に関し、融合蛋白発現ペクターを用いてトランス作用因子、c-JUN,c-FOSその他に対する抗体を作成し、免疫組織化学的に検討したところ、両因子とGST-Pの発現に相関は認められず、別な機構の重要性が示唆された。4)癌遺伝子産物、c-MYC、c-Ha-RAS他およびリセプター蛋白GR、PPAR、計6種類の融合蛋白を調製した。それらは、いずれも会合しやすく、高い免疫原性を有するなどの性質が明らかとなった。なお、GST-Pは、前癌および癌細胞のマーカー酵素として基礎、応用両面に活用され、発癌機構解明の有力なアプローチのひとつとなっている。現在、筆者はGST-Pの生理機能と遺伝子発現機構に興味を集中している。化学発癌過程における前癌や癌細胞の生化学的な特徴として種々の酵素のアイソザイム変換が認められている。しかし、一般にそれらのマーカー酵素は同一ファミリィーの他のアイソザイムと比較すると生化学的な特徴は見いだし難く、特異的発現の生理的な意義が不明で、「特異的なマーカー酵素には特異的な基質が存在する」との従来の暗黙の仮定とは合致しない。我々によって見いだされ、ラットの肝前癌マーカー酵素として多くの研究者によって活用されるに至っているグルタチオンS-トランスフェラーゼP型(GST-P)(Gann 75,199-203,1984.,PNAS,USA.82,3964-3968,1985.)においても、10年近い努力にもかかわら特異基質は見いだされず、予期に反して基質特異性が低く、多くの阻害剤に対して高い抵抗性を示すのが特徴であった(Arch.Biochem.Biophys.285,312-316,1991.)。これらの性質は同一のPiクラスにに属するヒトGST-πにおいても顕著であった。一方、前癌や癌細胞において非特異的なアイソザイムの発現する例が、カルボキシエステラーゼ、エポキシドヒドロラーゼ、UDP-グルクロニルトランスフェラーゼその他の薬物代謝系phaseII酵素に多い事実が注目される。これらの結果は「癌化における非特異型アイソザイム発現仮説」として現在投稿中である。今年度は、ラットのグルタチオンS-トランスフェラーゼP型(GST-P)と同じPiクラスに属するヒトGSTP1-1(π)の生化学的性質を他の4種類のアイソザイムと比較した。

また、酵素反応速度を検討する過程で高グルタチオン濃度において速やかな非酵素的抱合反応が認められたため、それらを定量的に測定し、濃度依存性を明らかにした。化学発癌機構に関連して次の事柄が明らかになった。1)ヒトGSTP1-1(π)も、基質特異性が広く、ヘマチン、ビリルビンその他の阻害剤に抵抗性である非特異型アイソザイムの特徴が認められた。2)エタクリン酸、アクロレインなどのGSTの基質の非酵素的グルタチオン抱合反応速度の大きい事実が注目された。非酵素反応は酵素反応速度は、Km(GSH)より高い濃度で一定であるのに対し、非酵素反応はGSH濃度に直線的に比例する特徴が認められた。前癌および癌細胞中のGSH濃度が高いことから非酵素反応による抱合反応も活性化されていることが示唆された。3)GST-Pの遺伝子発現に関し、融合蛋白発現ベクターを用いてトランス作用因子、c-JUN,c-FOSその他に対する抗体を作成し、免疫組織化学的に検討したところ、両因子とGST-Pとの発現に相関は認められなかった。別なトランス作用因子(Mafなど)の関与、またはメチル化などの重要性が示唆された。現在、GST-Pには内在性の発癌剤をGSH抱合する機能の重要性が示唆されており、その証明、および他のマーカー酵素(非特異型アイソザイム)の生理機能および遺伝子発現との関連が、特に注目される。
古典研究の再構築-文化横断的な解析・総合方法の開発による-

本研究の目的は、古典が人類文明において担う重要な役割に鑑み、古典研究の充実と研究成果の社会還元を目標とする特定(旧重点)領域研究を企画することであった。このため、中国、インド、西洋、ユダヤ、イスラム、日本、チベットの各古典研究者16名が共同し、3回の全体会議、10数回の分科会議を通じて新領域の内容を企画した。こうして策定し、昨年末に文部省に申請した平成10年度発足特定領域研究(A)「古典学の再構築-20世紀後半の研究成果総括と文化横断的研究による将来的展望-」の骨子は、次のとおりである。「諸分野の近代古典学は、19世紀初頭ヨーロッパに成立して以来同一の方法論を用いながら、かつて組織的に交流することがなかった。新特定領域研究は、(1)諸古典学が史上初めて全体的連携を実現し、最近半世紀間の研究成果の総括と方法論的反省を共有しつつ、自らの刷新を図るものである。それは初の古典学の基盤の共同的構築である。新領域研究はまた、(2)学的成果と古典の新日本語訳の公開に努め、日本人の古典的教養の涵養、ひいては日本文化の一段の高揚に貢献するであろう。新特定領域研究は、「読解」と「伝承」の2種に分かたれる7研究項目(前者には「原典」「本文批評と解釈」「情報処理」「古典の世界像」4項目、後者には「伝承と受容(世界)」「伝承と受容(日本)」「近現代社会と古典」の3項目が属する)に亙る32件の計画研究と約35件の公募研究によって5年間実施する。各研究項目毎に調整班を置き、総括班が全体の有機的連関を保証する。」なお、中谷と高田が行ったヨーロッパ、北米、中国の現状調査によって、ことにヨーロッパにおける古典学の危機的状況が判明した。近い将釆日本が果たす役割は、極めて重要となることが予測される。
ノア画像を用いたシベリア・極東地域の大規模森林火災の回復評価方法の開発

本研究では、シベリアを中心とする北アジア地域で毎年頻繁に発生している森林火災に着目し、広大なシベリア地域全体を対象とした森林火災の検出と回復評価方法の開発を目的とした。まず、気象衛星ノアの画像に含まれる雲域の除去方法を始め画像カテゴリの抽出方法を開発した。次に、気象衛星ノアから得られる画像データの解析とロシア科学アカデミーシベリア支部の協力を受けて得られた現地の火災調査結果を通して、火災後の森林回復の評価方法を時間的スケールアップを行いながら火災情報を3次元ヒストグラムに蓄積する方法を開発した。この方法により、森林火災のリアルタイム検出が可能になった。森林の回復評価はさらに正規化植生指数を用いた方法も開発中である。本研究は既に提出している研究実施計画に基づいて行なわれた。以下に平成10年度の研究実績の概要を述べる。(1)画像中に含まれる雲域を自動的に連続的に除去する方法の開発:NOAA AVHRR画像を連続して時系列的な解析を目的とした雲域除去アルゴリズムを開発し、プログラムによりコンピュータに実装した。この研究成果は数編の論文として投稿中である。(2)過去のノアデータの収集:過去のノアデータの収集を行い、データはスーパーコンピュータ用のデジタルテープに格納した。(3)過去の火災発生地点および火災焼失面積の調査:必要な解析プログラムの開発を行い、極東ロシア地方で発生した大規模森林火災に応用した。この研究成果は数編の論文として投稿準備中である。(4)年毎の火災発生頻度と火災の期間の調査および(5)火災の周期性や地域性の調査:9月に現地を訪問し(3)(5)に関するレビューを受けた。今後は、デジタルテープに格納したノアデータを整理するとともに(3)および(4)を中心に研究を継続する。また、現地を訪問し、さらに(3)(5)に関するレビューを受ける予定である。本研究は既に提出している研究実施計画に基づいて行われた。以下に平成11年度の研究実績概要を述べる。1画像中に含まれる雲域を自動的に連続的に除去する方法の開発:この研究は予定通り進行し、国内外の学術論文誌に3編(1編は印刷中)が掲載され、国際会議(IGARSS'99、ドイツハンブルグ)では1編を発表した。2過去の火災発生地点および火災焼失面積の調査:ロシア科学アカデミーシベリア支部を訪問し、森林火災の研究についてレビューを受けるとともに、19981999年にシベリア地域で発生した火災地点およびその焼失面積のデータ調査に協力を受けた。3年毎の火災発生頻度と火災の期間の調査:これは2と同様にロシア科学アカデミーシベリア支部クラスノヤルスクスカチョフ森林研究所の協力を得て、現在も進行中である。4火災の周期性や地域性の調査:これは2と同様にロシア科学アカデミーシベリア支部クラスノヤルスクスカチョフ森林研究所およびロシア科学アカデミー極東支部経済研究所の協力を得て、シベリアおよびロシア極東地域について現在も進行中である。5過去のノアデータの収集:極東地域で受診したノアデータの収集は1996年まで完了した。現在も過去のデータ収集は継続中である。6森林回復結果の評価に必要な解析プログラムの開発:既にワークステーションでは解析プログラムのプロトタイプが完成し、計算機によって得られた結果と現地から収集した地上での実測結果の照合作業が行われている。来年度は、本研究の最終年のため研究成果の評価を受けるとともに、研究の総括を行う予定である。平成12年度は本研究の最終年度のため、これまでの研究成果の取り纏めを中心に本年度の主な研究計画の実績概要について述べる。1海外の研究機関を訪問して研究成果の評価を受けること(1)アラスカ大学国際北極圏研究所赤祖父俊一所長(米国)この研究所は、極域を含む北方地域の研究に関して早くからリモートセンシングの手法を取り入れて多数の成果および実績を得ており、この分野では最先端の研究を行っている。特に今回は本研究が提案するノア画像を用いた火災解析方法の評価を受けた。Comptom J.Tucker教授はノア画像を用いて正規化植生指数を提案した研究者で、地球規模でのノアデータの収集と解析を行っている第一人者である。今回は本研究で提案する森林火災の回復評価方法について、専門の立場から評価を受けた。この研究所はノア衛星自体の設計のみならず全世界で観測されているノアデータをアーカイブしているところでもある。ノアデータの専門家の立場として本研究の根幹であるノアデータの取り扱い方に関する評価を受けた。2森林回復結果の評価に必要な大量データ処理および解析プログラムの開発これまでの3年間の纏めとしてデータ処理および解析用プログラムを見直し、実用的なプログラムの開発を行った。3研究報告書の作成平成10年度平成12年度に行った本研究の成果報告書を作成した。
マイクロ波熱凝固による癌局所療法からin vivo樹状細胞ワクチン療法への展開

腫瘍をマイクロウェーブで熱凝固し、熱凝固した腫瘍局所に未熟樹状細胞(DC)を注入すると、強力な腫瘍特異的細胞傷害性T細胞(CTL)が誘導でき、熱凝固していない対側の未治療腫瘍に対しても抗腫瘍効果が認められた。腫瘍を熱凝固する局所治療からin vivo DCワクチンによる全身治療としての抗腫瘍免疫治療へと発展できる可能性を示すことができた。しかし、このin vivo DCワクチン治療は、腫瘍抗原に対して免疫寛容状態にあるマウスにおいては、抗腫瘍免疫誘導は不十分であり、免疫寛容を打ち破るためのさらなる工夫が必要であると考えられた。本研究では,固形腫瘍をマイクロウェーブでアブレーションした後の腫瘍凝固治療局所に,未熟樹状細胞を移入し抗原提示細胞として成熟化させ,所属リンパ組織で腫瘍抗原特異的なCTL,を誘導させるin vivo樹状細胞ワクチン療法による抗腫瘍免疫効果を検討する。すなわち,2種類の治療法を組み合わせ,アブレーションによる局所療法を癌免疫治療による全身療法へと展開していくことを研究の目的とした。マウスモデルを使用して,接種し生着した腫瘍にマイクロ波熱凝固を施行したあと,樹状細胞を細胞移入すると,抗腫瘍特異的免疫の誘導が増強され,アブレーション施行腫瘍への抗腫瘍効果は増強された。無治療の対側接種腫瘍への抗腫瘍効果はわずかに認められた。腫瘍の熱凝固局所に未熟樹状細胞を移入すると,腫瘍抗原と炎症性サイトカインが豊富にある特殊な生体内局所環境で樹状細胞が成熟され,腫瘍特異的CTLが誘導されたと考えられる。これまでにないin vivo DCワクチン療法であり独創性の高い治療法となりうる。このin vivoDCワクチン療法は,アブレーションによる局所腫瘍制御の発想を超えて,腫瘍特異的CTL誘導による全身療法へと飛躍する治療になることが予想される。本研究では、固形腫瘍をマイクロウェーブでアブレーションした後の腫瘍凝固治療局所に、未熟樹状細胞を移入し抗原提示細胞として成熟化させ、所属リンパ組織で腫瘍抗原特異的なCTLを誘導させるin vivo樹状細胞ワクチン療法による抗腫瘍免疫効果を検討する。すなわち、2種類の治療法を組み合わせ、アブレーションによる局所療法を癌免疫治療による全身療法へと展開していくことを研究の目的とした。FVB/Nマウス(非免疫寛容)に接種し生着した腫瘍にマイクロ波熱凝固を施行したあと、未成熟樹状細胞を細胞移入すると、腫瘍抗原特異的免疫反応の誘導が増強され、アブレーション施行腫瘍への抗腫瘍効果は増強され、無治療の対側接種腫瘍への抗腫瘍効果も認められた。HER2/neu transgenicマウス(免疫寛容マウス)の自発乳癌に対してマイクロ波凝固をしたあと未成熟樹状細胞を注入すると、局所治療した腫瘍は退縮するが、無治療の対側腫瘍への抗腫瘍効果は乏しく、腫瘍特異的免疫反応の誘導は、FVB/Nマウスで見られたほど強くなかった。以上より、腫瘍凝固治療した局所に、未熟樹状細胞を移入するとin vivo樹状細胞ワクチンとして作用し腫瘍抗原特異的なCTLを誘導させることができる事がわかった。しかし、ヒト癌患者に近いpre-clinical modelである免疫寛容マウスモデルでは腫瘍抗原特異的CTL誘導は弱かった。したがって、in vivo樹状細胞ワクチン治療に加え、制御性T細胞を制御するなどの免疫寛容を打ち破るための追加処置が必要であることがわかった。
高周波数超音波による血管内皮細胞のバイオメカニクスの定量的評価方法の開発

超音波顕微鏡は高周波数超音波を音響レンズにより集束させ、機械的走査により対象物の音響特性の2次元分布を表示することを基本原理とする。超音波は弾性波としての性質を有するため、音響特性と物理的特性とは密接な関連がある。具体的には超音波の減衰は物質の粘性に、音速は弾性に強く関係しているので、粘弾性体と仮定される細胞のバイオメカニクス計測に対して、超音波顕微鏡は非常に有効な手段となる。本研究では使用周波数100200MHzの超音波顕微鏡により、血管内皮細胞の音響特性を計測した。ウシ大動脈血管内皮細胞(BAEC)に流れによる「ずり応力」を24時間与えたところ、細胞の形態は流れの方向に引き伸ばされた。超音波顕微鏡による音響的計測で、核の音速は1610m/sで不変であったが、細胞質の音速は1570m/sから1590m/sに上昇した。ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)にエンドトキシン刺激を与え、前後で超音波顕微鏡によりその形態と音響特性を計測したところ、刺激後には細胞質の減衰は上昇し、その分布は不均一になった。これらの結果から、血管内皮細胞に対する刺激に対する反応を、超音波顕微鏡にて検出可能であることが証明された。超音波顕微鏡は、細胞に対する蛍光抗体などの前処理が不要で、細胞に非接触で計測でき、将来的にはin vivoにおいても応用可能であるため、細胞のバイオメカニクス計測に有用であることが示された。血管内皮細胞は、動脈硬化発生の初期段階に大きく関与しており、その形態が血流による「ずり応力」の負荷により変化するため、細胞のバイオメカニクスの解明に興味が注がれている。本研究の目的は、弾性波としての性質を有する超音波を用いて、細胞のバイオメカニクスを計測することである。このため、平成10年度は当研究分野に設置済みの超音波顕微鏡システムに、本年度購入した高周波数対応送受信機を組み込み、使用可能周波数を従来の200MHzから800MHzまで対応可能なように改造することに成功した。同時に音響特性を定量計測するためのソフトウェアも開発し、組織の音速が短時間で計測可能となった。これらの改造により、超音波顕微鏡による細胞レベルでの音響計測が実現された。さらに、バイオメカニクスの変化が音響計測により検出できることを証明するため、「ずり応力」の負荷の前後における血管内皮細胞の形態観察、および音響特性計測を行った。ウシ大動脈血管内皮細胞をconfluentな状態に培養し、この表面にPBS溶液を24時間、連続流ポンプで流し、4Paの「ずり応力」を与えた。血管内皮細胞は「ずり応力」負荷前には円形に近く、細胞質の音速が1570m/s、核の音速が1610m/sであったのに対し、負荷後には流れの向きに沿って細胞全体が紡錘形に変化し、これに伴い細胞質の音速が1590m/sに増加した。音速は物質の弾性と密接な関係があり、超音波顕微鏡の細胞のバイオメカニクス計測に対する有用性が証明された。
落葉広葉樹林生態系における地上部-地下部の相互作用が生産性に与える効果の解明

1.本科研では生産者であるミズナラの環境応答に着目し、消費者群集、分解者群集の多様性とのリンクを大規模野外実験によって明らかにした。2.光・栄養塩勾配に対する群集・生態系の応答を明らかにするため、ミズナラを含む二次林において伐採・施肥実験を行った。その結果、施肥処理によりミズナラの被食量が増加することが明らかとなった。3.ミズナラ林内に表層性ミミズの密度を操作する実験区を設定し、ミミズ密度の差が生態系に与える効果を明らかにした。窒素無機化には処理の効果が見られなかったが、落葉の堆積量はミミズ除去区で多くなり、ミミズの減少に伴い今後分解速度が低下するものと見られる。4.ミズナラ樹冠に成立する甲虫(消費者)群集を、樹冠フォギング法により、攪乱・除去して、その後の群集再構成過程を非攪乱区の群集と比較した。その結果植食者群集は、餌資源である葉の質によって一定の構成に収束する群集であり、一方、腐食者群集は、局所空間に侵入する種の順番によって構成が変化し得る群集であると推論された。一方、ミズナラの優占度が異なる9つの林分での分解者であるササラダニ群集を比較したが、ミズナラやミミズの影響はなく、上層木の多様性が11から25の森林では植物の多様性がササラダニ群集に関係がないことが明らかとなった。5.地下部の菌類相の攪乱により、地上部の植物への養分供給とリター分解速度が変化するかを明らかにするため、殺菌剤処理を行い、植物の成育および菌根形成、分解速度を明らかにした。担子菌よりも子のう菌に対して殺菌効果の高いベンレート処理区においてもっともよく分解される傾向が認められたことから、リターの分解高い能力の高い担子菌が選択され通常よりも高い分解率が得られた可能性がある。またアーバスキュラー菌根菌がマイズルソウの生育とリン吸収に寄与していることが明らかになった。光・栄養塩勾配に対する群集・生態系の応答を明らかにするため、ミズナラを含む二次林において伐採・施肥実験を2001年から行っている。2003年にはミズナラとシラカンバのリター3000・4000枚の被食率をカウントし、処理間の比較を行った。その結果シラカンバでは伐採処理のみで被食率が上昇したのに対し、ミズナラでは施肥処理でも被食率が上昇した。ミズナラ樹木個体それぞれの樹冠に成立する甲虫群集を、地域の種のプールから侵入・選択され左局所群集としてとらえ、それらを一度、樹冠フォギング法により、攪乱・除去して、その後の群集再構成過程を対照(非攪乱)区の群集と比較した。その結果、植食者群集は、環境要因(おもに、餌資源である葉の質)によって一定の構成に収束する(single stable equilibrium)群集であり、一方、腐食者群集は、局所空間に侵入する種の順番によって構成が変化し得る(multiple stable equilibria)群集であると推論された。捕食者群集については、その餌生物(植食者、腐食者)群集の特徴を反映して、両者の中間の群集形成過程を示した。

外生菌根菌およびアーバスキュラー菌根菌が落葉広葉樹林生態系の植物成育と養分吸収に及ぼす影響を明らかにするため、ミズナラおよびマイズルゾウに殺菌剤(チルトおよびベンレート)処理を行い、これらの成育および菌根形成を調査した。ミズナラには外生菌根、マイズルソウにはアーバスキュラー菌根の形成が観察された。処理50日目には、菌根形成率および地上部乾物重は処理区と対照区(無処理)との間で差がなかった。ミズナラ林内の調査地にトタン板を45cm深に埋め、地上部に45cm出して地上、地下の動物の出入りを制限した。処理は、ミミズ除去、捕食者除去、フェンス内のコントロール、フェンス外のコントロールである。ミミズはハンドソーティングで、捕食者はピットフォールトラップで除去した。土壌中の無機態窒素量を調べたところ、2回のミミズ除去を経た10月7日の測定では有意差はないものの、ミミズ除去区と捕食者除去区で硝酸態窒素がコントロールに比べて低い傾向がみられた。1.ミズナラ林の調査区内にミズナラのリターバックを設置した(2003年秋)。調査区内に殺菌剤(ベノミル等)処理(リグニン分解菌およびセルロース分解菌を抑制)区および無処理区を設け、定期的に殺菌剤散布を行った(2004年)。今後リターバックを回収し、菌類相とリター重量、養分含有率を測定することにより、リグニン分解菌およびセルロース分解菌の組成がリター分解と養分放出に与える影響を明らかにする。2.菌根菌がマイズルソウとミズナラの成育に及ぼす影響を明らかにするため、2003年に引き続き殺菌剤処理を行った。マイズルソウを7月に採取し、アーバスキュラー菌根形成率、地上部含有率、および地上部乾物重を測定した。マイズルソウの菌根形成率はベンレート区で対照区より低く、チルト区は対照区と差がなかった。地上部リン含有率はベンレート区とチルト区で対照区より低かった。地上部乾物重はベンレート区で対照区より小さかった。これらのことからマイズルソウはリン酸吸収と成育を菌根に依存していることが初めて明らかになった。3.ミズナラ樹上に生息する蛾類幼虫群集を対象にして、寄主植物の葉の質の時空間変化と植食性昆虫群集の関係を、とくにミズナラの繁殖活動(開花、結実)と関連づけて研究した。ミズナラのシュート単位では、繁殖への投資による葉の質的変化は見られなかったが、繁殖器官(雄花)が高栄養の餌資源として利用されることにより、幼虫群集および葉の被食率が繁殖シュートと非繁殖シュートの間で大きく異なることが判明した。また伐採施肥処理により、ミズナラの葉の被食率が変動することを明らかにした。4.ミズナラの優占度が異なる9つの林分でのササラダニ群集を比較した。群集構造にはミズナラやミミズの影響はなく、上層木の多様性が11から25の森林では植物の多様性がササラダニ群集に関係がないことが明らかとなった。地下部の菌類相の攪乱により、地上部の植物への養分供給に関わるリター分解速度が変化するか?について明らかにするため、ミズナラのリターバッグを林床に設置し、定期的に2種類の殺菌剤(ベノミル、チルト)の水溶液と対照区として水のみを散布する処理を行った。2年後にリターバッグを回収し、重量変化を比較したところ、3処理間で有意差が認められた。チルトと対照区では差が認められなかった。ところが担子菌よりも子のう菌に対して殺菌効果の高いベノミル処理区においてもっともよく分解される傾向が認められたことから、リターの分解能力の高い担子菌が選択され通常よりも高い分解率が得られた可能性がある。また、マイズルソウの菌根形成率は対照区に比べてベノミル区で低下した。さらに地上部リン含有率および地上部乾物量も対照区に比べ、ベノミル区で低下した。
オンライン経済実験教材の開発と新しい経済学教授法の提案

経済学は実験をすることで理解が格段に深まる。黒板で理論を教えたら、すぐにスマートフォンやコンピュータを開いて実験をはじめ、結果を確かめる。驚きが冷めないうちに、今行った実験データを分析して理論を振り返る。このスピーディーな経済実験を簡単・確実に行うオンライン・システムを構築することが、本研究の1つ目の課題である。全国各地の学校で実施された経済実験のログは、次々にサーバーに蓄えられていく。この実験ログを行動経済学の統計手法で詳細に分析すると、生徒たちの経済理論に対する誤った理解、つまづきやすいポイント、陥りやすい不合理行動のパターンが明確にみえてくる。この実験ログに基づいて最適な教授法を提案ことが、本研究の2つ目の課題である本研究では、経済実験教材を次の手順で整備した。(1)オンライン経済実験用プラットフォームを開発し、(2)すでに確立している経済実験を20例程度設計し、(3)授業等で試用しながら改良を重ねた上で実用に耐えうる水準まで洗練させ、(4)オンラインで公開し、高校・大学の授業等で使用してもらう。その上で、ソフトウェア利用の教育効果を次の手順で整理・分析・周知した。(5)実験による経済学教育の利点・問題点を整理して最適な教授法を発見し(6)同時に実験ログを統計分析して行動経済学研究に活かした。研究成果はオンライン上(https://xee.jp)で広く一般に公開されており、全国の大学で講義・ゼミ等に活用されており、実験データを利用したレポート等も作成されている。また、高校生のオープンキャンパスや、中学校社会科の授業等にも利用されている。本研究の成果は教育目的実験の開発であったが、当初の目的は達成されたうえ、優れた実験システムは研究目的実験にも有用であるとの判断から、最終年度前年度応募研究課題の採択により研究期間満了を待たずに中止される。本年度の実施計画は、オンライン経済実験用プラットフォームの開発と、経済実験のセットアップであった。プラットフォームの開発は、はじめに時間割引率やインフレの再現実験などの被験者間で相互作用が伴わない実験を作成した(第1世代)。実験管理者用の管理画面や、実験後に自動でグラフを生成・表示する機能などを盛り込み、授業を円滑に進行しやすいよう工夫した。次に、ダブルオークションや公共財実験など、被験者間で相互作用の伴う実験を作成した(第2世代)。被験者間で相互作用が伴うため、データの同時書き込みやデッドロックなどの同期問題に直面しシステムが動作しなくなる不具合が発生した。また、これらの問題は被験者数が増大するにつれて発生確率が上昇するため、大人数の実験には適さない設計であることが明らかになった。そこで、200人規模で実験しても落ちないシステムの構築を目指して、プログラミング言語をElixirに変更して作成した(第3世代)。Elixirはデータを逐次的に処理するため、原理的に同時書き込みやデッドロックが発生しない。また、データを高速で処理できるため、大人数での実験にも耐えられる。さらに、データを高速で処理できるように、実験中のデータをすべてメモリ上で管理することで、計算時間を大幅に短縮することに成功した。第1世代、第2世代の実験は、鹿児島高専や国内の大学の経済学関連講義で用いられ、有効に活用されている。第2世代の実験は行動経済学会第9回学会の特別セッション「スマホで簡単体験!経済実験」で発表し、100人程度の被験者のデータを処理できず、失敗した。その後、第3世代の開発を進め、第2世代と同様の実験が第3世代では問題なく動作することが確認されている。当初計画では、今年度の目標はオンライン経済実験用プラットフォームの開発と、経済実験のセットアップが目標であった。試用・改善、公開は次年度以降の計画であった。しかし、プラットフォームの開発はすでに完了し、実験のセットアップも簡単にできるようになった上に、さらに試用・改善、公開までとりかかっている。いくつかの大学では授業で本システムが利用されており、有用な改善コメントも寄せられている。また、行動経済学会第9回学会の特別セッション「スマホで簡単体験!経済実験」で学会参加者を対象に本システムを用いた実験を行っており、周知も進んでいる。そのため、当初の計画以上に進展しているとした。この実験ログに基づいて最適な教授法を提案ことが、本研究の2つ目の課題である。本研究では、経済実験教材を次の手順で準備していく。(1)オンライン経済実験用プラットフォームを開発し、(2)すでに確立している経済実験を60例程度設計し、(3)応募者の授業等で試用しながら改良を重ねた上で実用に耐えうる水準まで洗練させ、(4)オンラインで公開し、高校・大学の授業等で使用してもらう。その上で、ソフトウェア利用の教育効果を次の手順で整理・分析・周知していく。

(5)実験による経済学教育の利点・問題点を整理して最適な教授法を発見し(6)同時に実験ログを統計分析して行動経済学研究に活かし、(7)研究成果は国際学術誌に投稿し、広く世界にその意義を問う。(8)最終的な結果を一般向け書籍としてまとめ、出版する。平成28年度は(1)(4)、(6)まで完了し、(5)、(7)、(8)が未完了である。当初計画では、研究手順の(1)(4)までを平成28年度までに実施する予定であったが、平成29年度実施予定であった(6)も完了しているため、当初の計画以上に進展しているといえる。また、(7)については第10回行動経済学会記念大会奨励賞を受賞し、論文・発表とともにシステムの有用性も広く学会に周知されたため、意義は十分に理解されているものと考えている。さらに、(8)についてはオンライン上で教師手引書を公開するなど、整備を進めている。これらのことから、当初計画は順調に達成できるものと考えている。経済学は実験をすることで理解が格段に深まる。黒板で理論を教えたら、すぐにスマートフォンやコンピュータを開いて実験をはじめ、結果を確かめる。驚きが冷めないうちに、今行った実験データを分析して理論を振り返る。このスピーディーな経済実験を簡単・確実に行うオンライン・システムを構築することが、本研究の1つ目の課題である。全国各地の学校で実施された経済実験のログは、次々にサーバーに蓄えられていく。この実験ログを行動経済学の統計手法で詳細に分析すると、生徒たちの経済理論に対する誤った理解、つまづきやすいポイント、陥りやすい不合理行動のパターンが明確にみえてくる。この実験ログに基づいて最適な教授法を提案ことが、本研究の2つ目の課題である本研究では、経済実験教材を次の手順で整備した。(1)オンライン経済実験用プラットフォームを開発し、(2)すでに確立している経済実験を20例程度設計し、(3)授業等で試用しながら改良を重ねた上で実用に耐えうる水準まで洗練させ、(4)オンラインで公開し、高校・大学の授業等で使用してもらう。その上で、ソフトウェア利用の教育効果を次の手順で整理・分析・周知した。(5)実験による経済学教育の利点・問題点を整理して最適な教授法を発見し(6)同時に実験ログを統計分析して行動経済学研究に活かした。研究成果はオンライン上(https://xee.jp)で広く一般に公開されており、全国の大学で講義・ゼミ等に活用されており、実験データを利用したレポート等も作成されている。また、高校生のオープンキャンパスや、中学校社会科の授業等にも利用されている。本研究の成果は教育目的実験の開発であったが、当初の目的は達成されたうえ、優れた実験システムは研究目的実験にも有用であるとの判断から、最終年度前年度応募研究課題の採択により研究期間満了を待たずに中止される。第3世代の実験システムは、被験者の入力した情報が他の被験者の画面に即時に反映されたり、大人数で実施できるなど、経済実験を実施する上で有利な点が多い。そのため、今後は第3世代の実験システムに60程度実験を実装し、教師が手軽に確実に実験を実施できるシステムに仕上げていきたい。