hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教授活動ゲームを用いた教師の授業力評価システムの開発

指導案作成機能と模擬授業ゲーム機能を持つ「教授活動ゲーム」システムを用いて、教師の授業力を評価し、その力を向上させる働きかけを行うシステムを開発した。対象は主に数学科とした。本研究の成果は、指導案記述項目の体系化、課題解決型の授業を体験させながら授業力を評価・訓練する模擬授業ゲーム盤と指導案データの開発、教授活動ゲームに対するルール記述機能や生徒の反応を返す学習者エージェント機能などの拡張である。本研究では、ゲーミング・シミュレーションの手法を活用して、教員の授業設計・実施・評価・改善力(総称して「授業力」と呼ぶ)の評価方法を開発する。具体的には、本研究代表者が開発してきた教授活動ゲームに教師の意思決定モデルを導入し、指導案に基づく模擬授業を展開しながら、指導案を実施レベルに具体化する際の意思決定や、与えられた指導案を自分の考え方に基づき修正する際の意思決定、想定外の事態が起きた時の対応行動の意思決定などのデータを収集し、そこから個々の教員の意思決定の特徴や授業観の特徴をパラメタとして抽出する方法を検討する。また、特徴抽出が妥当に行われるかどうかを教職経験との関連などに焦点を当てて検証する。今年度は,まず、本研究を進める前提として、指導案の記述項目(カテゴリーシステム)を適切に体系化することが必要であると考え、そこに焦点化した研究を行った。その際、授業力にどこまで教科の独自性を想定するのが適切かという点、どのような記述項目があれば授業の特徴を模擬授業として表現したり、教師の授業力を評価したりできるかという点を考察しながら、記述項目の検討を行った。具体的には、数学、理科、地理歴史、情報の4教科で指導案記述項目の検討を行った。その結果、目標行動、授業展開スクリプト、授業状況、教授意図、教授行動などのカテゴリーシステムに関しては、教科固有の「見方・考え方」以外は教科によらない共通カテゴリーが設定でき、各カテゴリー内の具体的項目も比較的共通化できることがわかった。そして、教科固有の特徴としては、先に述べた「見方・考え方」と、教材情報に関連する伝達内容の属性カテゴリーを用意することで、十分な対応が可能であるという中間結果に至った。そして、この基本的な枠組みにそって、指導案の特徴や、それと対比する形での模擬授業実施者の特徴を抽出する模擬授業用ゲーム盤を作成した。今年度は、昨年度検討した、数学、理科、地理歴史、情報の4教科用の指導案記述項目(カテゴリーシステム)をふまえ、まず、指導案の特徴や、それと対比する形での模擬授業実施者の特徴を抽出する模擬授業用ゲーム盤を作成した。ただし、教職の授業で学生にシステムを使って指導案作成させたが、十分に評価ができるレベルの指導案を必ずしも作成できていない実態が明らかになった。そこで、指導案作成に重点を置くよりも、こちら側で用意した指導案を授業展開する際、適切な授業中の意思決定を行えるかどうかを評価することに焦点を当てて、普通教科「情報」を事例として、指導案データと模擬授業ゲーム盤の改良を行った。また、普通教科「情報」では、1時間の授業を計画するよりも、単元指導計画を立てることが重要であるため、適切な単元指導計画を立てられるかどうかを評価するゲーム盤も作成した。各ゲーム盤を教員研修会で利用し、形成的評価を行ったところ、授業力を評価できる可能性が確認できた。今年度は、本研究代表者が開発してきた教授活動ゲームのうちの模擬授業ゲームを用いて、指導案に基づく模擬援業を展開しながらユーザである教師と対話を行い、その意思決定の特徴を抽出して、授業力(授業を設計・実施・評価・改善する力)を評価したり、それを向上させるためのフィードバックをしたりする方法を検討し、実装した。具体的には、まず、昨年の数学科教育法で学生が作成した指導案を分析し、彼らは、当該授業で指導した問題解決力育成の重要性は認識しており、身近な生活と関連づけた題材を取り込んで指導計画を立てようとしているが、結局、教え込み型の授業からは脱却できていないことを確認した。また、同じことは、数学教育の本や雑誌で紹介されている現職教員の指導案についても言えることを確認した。このようになる原因は、結局、特定の解法や特定の数学的モデルを良いもの(=正解)と見なし、それを生徒に納得させることが授業の目標になっているからである。

よって、これまでの指導案作成に重点を置くアプローチではなく、こちらで用意した指導案に基づき、模擬授業を展開しながら、ユーザである教師の意思決定が、生徒達の学習意欲や問題解決力の育成にどのような影響を及ぼすかを評価、フィードバックする仕組みが重要であると判断した。そして、生徒達の多くが「生活に役立たない」と評価している「図形と計量」の単元について、問題解決力やその背景能力として重要な数学的な見方・考え方を養う授業について、望ましい指導案を作成し、授業力の評価とフィードバックを行うゲーム盤を作成した。その際、当該ゲーム盤を多様な単元で汎用的に活用できるようにするため、指導案データの記述方法やゲーム盤の仕様を検討し、それを動作させるために必要な教授活動ゲームの機能拡張を行った。さらに、学習者の反応を効果的にフィードバックする方法として学習者エージェント機能を追加した。
ブータン王国における新教科“Art”の導入と受容に関する調査研究

ブータン王国は,国の豊かさを図る質的な尺度,「GNH:Gross National Happiness/国民総幸福量」を提唱したことで世界的に注目されて久しい。本研究においては,3度の現地調査を通して,ブータン王国がナショナル・カリキュラムに新教科“Arts"を2013年に導入し,試行実施を行いながらその教育効果を検討している状況を調査している。その結果,子どもの創造性を培うという我国と同様な目的を有しながらも,その実現手段においては困難に直面していることを確認し,その克服のための手段を構想することから,我国の造形教育に対する示唆を見出している。ブータン王国は,国の豊かさを図る尺度として「GNH:Gross National Happiness/国民総幸福量」という質的な尺度を提唱していることから世界から注目されているヒマラヤの麓に位置する小国である。研究代表者は,これまで2度の現地調査を通して,そのナショナル・カリキュラムに,2013年度から新教科“Art"(仮称)が導入されるという情報を得た。本研究は,その新教科“Art"の導入の経緯と教科内容の詳細および理念を明らかにするとともに,教育現場の受容状況を分析することで,我国の造形教育に対する示唆を得ることを目的とする。研究の初年度においては,ブータン王国の新教科“Art"の導入の経緯と教科内容の調査を行った。先述したように,ブータン王国は「GNH」という理念によって質的な幸福を標榜する一方で,メディア情報を介したグローバリゼーションを無統制に近い状態で受容しているという現状もある。このような状況の中で,ブータン王国が必修教科としての造形教育に対して,「伝統文化の継承」としての意義を志向するのか,あるいは「グローバリズムにおける文化革新」を志向しようとするのかについて検証することを試みた。残念ながら,研究代表者の本務校における改修工事などにより,実地調査を行うことはできなかったが,現地教育組織との情報交換により,学校裁量の余地を残した形で,上掲した2つの方向性を包含する教科内容が準備されていることを確認することができた。しかしながら現地での実態調査が必須であるため,次年度において実施する見通しである。元JICA職員,青年海外協力隊員等の国内における情報交換の人員体制は整備しつつある。本研究は,2013年度よりブータン王国のナショナル・カリキュラムに導入されている新教科“Art"の導入の経緯と教科内容の詳細および理念を明らかにするとともに,教育現場の受容状況を分析することで,我国の造形教育に対する示唆を得ることを目的とするものである。2年次の平成26年度においては,教育現場における“Art"の受容状況について,現地における情報収集(2014年3月3日8日)を行った。(2)PAROカリキュラムセンターへの聞き取り調査:“Art"の統括責任者であるSonava Tshering氏へのインタビューを通して,教育行政の評価を明らかにした。すなわち“Art"は,子どもたちが主体的に学ぶという点において,GNHの理念を具現化する教育として意義をもっていること,現在はパイロット・スクールにおける実践の評価を収集し,よりよいカリキュラム編纂へとフィードバックしようとしている段階であること,将来的にはJunior High School, High Schoolへも拡張していく見通しがあること等が明らかになった。本研究は,2013年度よりブータン王国のナショナル・カリキュラムに導入されている新教科゙Art′′の導入の経緯と教科内容の詳細および理念を明らかにするとともに,教育現場の受容状況を分析することで,我国の造形教育に対する示唆を得ることを目的とする。3年次の平成27年度においては,1前年度末に実施した現地視察調査(2014年3月3日8日)の結果を整理するとともに,そこから得られる示唆を考察し,2その考察をふまえて,近く改訂される我国の学習指導要領の方向性との関連性について検討を行った。1については,学術論文としてまとめ,平成27年度大学美術教育学会誌「美術教育学研究48号」に掲載された。当論文は,ブータン王国の造形教育に関する継続研究の第三報であり,ブータン王国の新教科“Arts"の概観と教育現場における受容状況を次のように明らかにした。まず“Arts"のカリキュラムは,教科目標を実現するための内容面の系統性と子どもの発達面の系統性とが重視されており,同時に編纂され出版された教科書と合わせて明快かつ具体的な内容表記が特徴となっている。さらにその教育実践からは,子どもの「幸福」という点においてGNH理念と合致することを確認した。2については,平成26年11月に文部科学大臣からの諮問に基づき検討が行われている学習指導要領改訂,とりわけ小学校図画工作ならびに中学校美術との関連について検討を行った。その結果,教育課程企画特別部会のいわゆる論点整理に示された「社会に開かれた教育課程」という改訂の根本となる考え方において,ブータン王国のGNHが指し示している「全体性」との関連を見出すことができた。しかしながら,このことについては未だ検討の端緒にとどまっており,ブータン王国のカリキュラム理念に関する文献研究等によって精査していく必要性のあることが確認されている。当初研究計画では,平成26年度以降の研究計画として「【Step5】我国の造形教育への示唆に関する考察」「【Step6】成果の公開(シンポジウムの開催/報告書/電子メディア)」としている。本年度はこのうち,【Step5】については,我国の学習指導要領改訂の進捗と関連させて行ってきているために,遅れが生じている。そのため【Step6】にまで十分に到達していない状況である。

これまで3度の現地調査を通して,ブータン王国がナショナル・カリキュラムに新教科“Arts"を2013年に導入し,試行実施を行いながらその教育効果を検討している状況を調査してきた。その結果,子どもの創造性を培うという我国と同様な目的を有しながらも,その実現手段においては困難に直面していることを確認した。すなわち,そのカリキュラムは,教科目標を実現するための内容面の系統性と子どもの発達面の系統性とが重視されおり,同時に編纂された教科書と合わせて明快かつ具体的な内容表記が特徴となっている。さらにその教育実践からは,子どもの「幸福」という点において,GNH理念との合致を確認した。しかしながら同時にその実践化において次の問題点を抱えていることが明らかになった。1造形教育に関する専門的知識の不足,2授業準備の負担,3材料・用具の確保の3つである。1については,造形教育の専門性を携えた人材育成に取り組んでいく必要がある。2は,行政レベルでの検討が必要である。3については決して物質的に豊かであるとは言えないブータン王国においては,入手しやすい材料,そして簡便な用具を用いた教材開発が必要である。これらの克服を考えた時,1及び3については海外の教育実践から学ぶ必要がある。そもそも“Arts"のカリキュラムは,JICAの全面協力の基に編纂されたものであるが,その担当者はすでに帰国してしまっている。こうした経緯から,ブータン王国と日本の造形教育実践の交流を通した相互啓発の必要性が浮上した。またブータン王国の造形教育が,仏教理念である「全体性」から子どもと社会を結び付ける役割を強く有していることも明らかになった。このことから,現在,我国の学習指導要領改訂における命題の一つとなっている「社会に開かれた教育課程」との関連性,さらには「デザイン教育」との関連性を検討するに至った。ブータン王国は,国の豊かさを図る質的な尺度,「GNH:Gross National Happiness/国民総幸福量」を提唱したことで世界的に注目されて久しい。本研究においては,3度の現地調査を通して,ブータン王国がナショナル・カリキュラムに新教科“Arts"を2013年に導入し,試行実施を行いながらその教育効果を検討している状況を調査している。その結果,子どもの創造性を培うという我国と同様な目的を有しながらも,その実現手段においては困難に直面していることを確認し,その克服のための手段を構想することから,我国の造形教育に対する示唆を見出している。当初研究計画では,平成26年度以降の研究計画を「【Step4】新教科“Art"の教育現場の受容状況の調査」「【Step5】我国の造形教育への示唆に関する考察」「【Step6】成果の公開」としており,本年度は【Step4】を達成している点において,上記評価区分と判断できる。上述した事由により,平成27年度分の研究予算の一部について平成28年度に繰り越しを行った。平成28年度において,上記残された課題について実施していく予定である。美術科教育
糖尿病発症に関与する膵β細胞イオンチャネルの分子生物学的研究

研究代表者は、膵β細胞に発現しインスリン分泌に重要な役割を有すると考えられる、以下のイオンチャネルの構造決定とインスリン非依存型糖尿病(NIDDM)患者における遺伝子変異の検索を行った。1.電位依存性カルシウムチャネル(VDCC)脾β細胞におけるVDCCの機能発現にはα1とβサブユニットが必要であるので、脾β細胞に強く発現する遺伝子(α_<ID>とβ_3)の構造を決定した。α_<ID>遺伝子は49個のエクソンから、β_3遺伝子は13個のエクソンから構成されている。PCR-SSCP法でα_<ID>遺伝子の各エクソンを検索することにより、いくつかのアミノ酸変異を伴わない遺伝子多型性とともに、エクソン1においてメチオニン残基が挿入される症例や、エクソン42においてグルタミン酸残基が欠失される症例を認めた。このエクソン1の変異は、NIDDM患者918例中2例、正常対照者336例中0例、またエクソン42の変異は、NIDDM患者918例中3例、正常対照者336例中1例に認め、NIDDM患者と正常対照者で頻度に有意の差を認めなかった。2.カリウムチャネル多くの細胞で発現するカリウムチャネルをクローニングし、電気生理学的手法を用いて内向き整流型であることを示した。またこのカリウムチャネルに相同性を示すクローン(BIR)が同定され、スルフォニルウレア受容体とcomplexを作り、ATP感受性カリウムチャネルを構成することが示されたので、このBIRの遺伝子多型を検索した。その結果、23番目のアミノ酸がグルタミン酸、337番目のアミノ酸がイソロイシンであるalleleと、それぞれリジン、バリンであるalleleの2種類のalleleが存在することを明らかにした。これらのallele頻度はNIDDM患者と正常対照者で有意の差を認めなかった。
半導体ナノワイヤネットワークを利用した再構成可能な集積回路技術の研究

再構成可能な回路は、ハードウェアを後から組み替えることができる回路である。そのため、柔軟性が高く、ソフトウェア処理と比較して演算速度の向上と低消費電力化が期待できる。一方で、回路に冗長性が必要となり回路面積、素子数とトレードオフの関係にある。今後素子微細化による素子特性ばらつきが顕著になる上で、この点は大きな問題となりうる。提案する回路では、半導体ナノワイヤネットワーク構造を論理関数のグラフ表現にもとづき、回路化する。論理回路の素子構造として有望視されるナノワイヤの周期構造をうまく利用する本回路手法は、回路の柔軟性をもちながら、非常にシンプルな構造や作製プロセスで機能実装が可能と考えられる。最終年度である平成22年度は、21年度に試作に成功したナノワイヤの導通状態制御スイッチの書き換え特性のメカニズム解明を試みた。このスイッチは、ネットワークを電気的に接続・切断し導通状態を保持する。提案回路において、このスイッチの書き換え特性が回路性能に直結するため、スイッチ特性の定性的な理解が回路性能を見積もる上で必要不可欠である。GaAs/AlGaAヘテロ構造ナノワイヤ上にSiN層と制御ゲートを設けた構造のスイッチを実際に試作した。その後、ナノワイヤ導通化・非道通化の書き込み特性を評価した。書き込み印加電圧、書き込み時間、導通状態の保持時間の相関について実験結果を理論的にフィッティングすることに成功した。これにより、このスイッチを用いた再構成可能回路の性能を具体的に見積もることが可能となった。この結果をもとに、提案回路の素子数、面積、消費電力を既存回路と比較した。特に小入力変数(6入力以下)の再構成可能回路において、既存回路と比べて省面積、少素子数、低動的消費電力動作可能な見通しが得られ、提案回路のもつ優位性を明らかにした。二分決定グラフ論理にもとづく、半導体ナノワイヤのネットワーク構造を活かした、コンパクトな再構成可能ハードウェアの構築が研究課題である。再構成可能な回路は、必要な論理関数を直接ハードウェア実装するため、柔軟性が高く、演算速度の向上と低消費電力化をもたらす。一方で、回路構造やプロセスの複雑化、大きな面積が必要である。提案する回路では、論理関数のグラフ表現にもとづき、物理ネットワーク構造を直接、回路化する。周期的なナノ構造をそのまま活かす本回路手法は、非常にシンプルな構造や作製プロセスで、機能実装が可能となる。初年度である平成21年度は、回路再構成の要となる、ナノワイヤネットワークの導通制御・保持構造の実現と特性制御を試みた。機能実装には、GaAs/AlGaAヘテロ構造ナノワイヤ上にSiN層と制御ゲートを設けた構造を用いた。SiN層に存在する電子トラップの充放電を行い、ナノワイヤの導通状態を制御し、保持する。ナノワイヤトランジスタを実際に設計・試作し、特性評価を行った。試作にあたり、SiN組成や膜厚、制御ゲートの材質、SiN堆積の前処理を工夫した。その結果、制御ゲートに±2Vと低い書き換え電圧の印加により、ナノワイヤ導通状態を制御することに成功した。また、1msの書き換え電圧により、200ms間以上の状態保持が可能であった。保持時間は、従来の不揮発性メモリと比較して短いが、この素子を用いることで、提案する回路が実証できる見通しを得た。次に、得られた素子特性を考慮して、GaAsナノワイヤネットワーク上に2入力の再構成可能回路を設計、試作し、その回路動作を評価した。試作した回路に、適切な書き換え電圧を逐次的に印加することで、回路の動的な再構成を確認した。小規模回路ではあるが、提案した回路手法の実証にも成功した。
東アジアの儀礼・芸能における身体と社会の表象

漢族文明と深く関わりを持つ周縁の儀礼・芸能文化に注目し、その中において生理的身体が如何に表され、扱われているか、また社会がどのような姿を以て表し出されているか、そしてその姿の中に、如何に新たな次元で象徴化された身体が作り出されているかを、三者三様のかたちで実証的に究明を試みた。結論はそれぞれの立場から一定の独自の体系を有するが、微視的な観察と分析そして漢系との対照により、受容・変容のメカニズムを超えた、接触・触発相の確認までなした。とりわけ儀礼の場において「身体の表象」というものを、死者に対する意識をリフレクトさせることにより検証することができたのは大きな収穫であった。また、芸能における身体の表象に関しては繰り返し開催された共同研究会において質したが、紙面では主に東アジア的存在であった古い時代の特徴的芸能(伎楽)における当代中華周縁社会の、漢来でありながらも脱中華的表象を炙り出した。現実的肉体・現世的社会が、中国周縁の東アジア社会では中華的(漢族的)観念形態を超えた独特な精神世界(すなわち儀礼ひいては芸能世界)の中で揚棄され、それらが新たに特異な姿となって顕現する、一定則的形象化を確認することができたといえよう。本研究は、東アジア文化圏における身体と社会の表象について、特に儀礼と芸能の領域において現れる身体の多義的な意味を社会的な文脈から総合的に解明しようとする試みである。本年度は2年計画の第一年目として、研究組織への参加者がそれぞれに個別の課題について調査と研究を進めた。研究代表者の成澤勝は、朝鮮仮面のみならず、中国東北地区からチベットにかけての広範な地域の戯劇に使われる仮面の形態について、画像資料を含めてデータの整理と分析を行い、それらの共通性と差異性を明らかにした。研究分担者の丸山宏は、台湾の道教儀礼における死者の身体の変容について、儀礼文献の解読と儀礼に使用される魂身(人形)の投割りの解明に取り組んだ。さらに、中国西南の納西族、彝族の儀礼における死者の身体イメージを、漢族のものと比較し共通性を見いだしている。研究分担者の浅野春二は下記にあるように口頭発表を行い、台湾における道教儀礼の各種の儀礼空間でささげられる犠牲や供物の種類を詳細に提示し、それらの分類体系の問題点と背後にある観念を解明しようと試みた。本年度の具体的活動として、平成9年6月15日と平成10年1月26日の二度にわたり、専門家をによる講演もまじえて、共同研究会を開催した。関連する発表者と演題は次の通りである。田中通彦(筑波大学)「清・朝鮮関係と文化」、浅野春二(国学院短大)「道教儀礼と供物」、田仲一成(東京大学名誉教授、金沢大学)「中国の儀礼・芸能における仮面」、徐大錫(東京大学客員教授、ソウル大学)「パンソリにおける身体表現・言語表現」。各報告のあと、合同討論を行い大きな成果をあげることができた。以上の諸成果は、来年度における総合報告および論文の作成で十分に活かし得ると考える。本研究は、東アジアの社会において歴史的に形成されてきた豊かな儀礼と芸能の伝統の中で、生きた儀礼空間や舞台空間に出現する多種多様で意味深い身体のイメージを研究対象とした。儀礼や芸能に見られる身体の表象は、近代的な医学的身体論では論じ尽くすことができず、東アジア独自の宗教的、演劇的、社会的意義の観点から十分に考察をする必要があるという共通認識を持った。研究に際しては、生物学的な限定を受ける自然的身体観と、類型化された権能や個性を表す社会的身体観の間の相互関係と相互矛盾を重視した。こうしたテーマ設定の下に、それぞれの専門分野の知見を活かし、実証的なデータに拠りつつ立論することを試みた。成澤は、朝鮮仮面劇の歴史的変遷を検証しながら、仮面の表象する意味について、チベット、中国、その他世界各地の事例との異同を研究した。また独自の資料解釈の視点から、古代日本への大陸系、朝鮮系の仮面戯劇の伝播の実態に関して新しい見解を示した。丸山は、主に宋から明の道教式の死者儀礼の中に見られる死者の身体の表象を追究した。

この伝統においては、屍、位牌、死者の人形などの幅のある表象を巧みに意味付けて使うことを示した。納西や〓などの民族の事例との類同性も考察した。浅野は、犠牲と供物の身体性を中心課題とし、儀礼空間の問題も検討した。台湾の道教の資料から出発しつつ、東アジアにおける犠牲の身体性、精神性について、儒教をふくめた祭祀の根本問題を扱い得る視座の確立に努めた。木年度は合計4回の研究会を行ったほか、成果の一部を報告書にまとめた。
算数教育における授業実践力の向上に関する実証的研究

算数研修プログラムに基づく算数自主研修会による算数授業実践力の向上,算数授業観察力の向上,情意としての数学に対する信念,素質,価値,感情,態度の向上の関係を調べた。全11回の研修プログラムの事前と事後における伸び率(事後の得点÷事前の得点)を算出し,相関を調べた結果,算数授業実践力と算数授業観察力は,相互に関連しながら,また,それぞれが数学に対する価値と関連を持ちながら向上していることが明らかになった。また,算数授業実践力と児童の学力の向上を検証するために,算数自主研修会の参加者が担任する2クラスにおいて,毎月1回,5項目からなる学力アンケートを実施した。1学期と2学期の平均値の差の検定を行った結果,「図的な表現」と「図と関連づけた説明」の項目に関して有意な差があった。したがって,算数授業実践力の向上は,これら2項目の向上に影響することが明らかになった。さらに,算数研修プログラムの改善として,グローバルな要素を取り入れた研修の重要性を検証するために, 1グローバルな教育経験による教科指導の資質・能力の向上の可能性,2グローバルな教育経験による教科指導の資質・能力の変容の要因に関する調査を行った。分析・考察の結果,「学習目標,日常生活,教材・教具の関連付けに関する資質・能力」「子どもの認識に対応した指導に関する資質・能力」「指導内容,子どもの認識と指導方法の関連付けに関する資質・能力」に関して,海外での教育活動を通して,向上を実感できる可能性が高いことが明らかとなった。教師の算数科授業実践力を向上させる場面として、授業実践と授業観察の2つの場面がある。授業観察に関して、どのような視点から授業を評価しているかという53項目からなる調査を、166名の教師を対象に実施した。因子分析をした結果、授業過程に関する因子(6項目)・授業の手立てに関する因子(4項目)・リフレクションに関する因子(4項目)の3因子14項目からなる「授業観察力の自己評価のための指針」を開発した。また、授業実践に関して、すでに開発している「授業実践力の自己評価のための指針」の各項目と対応する授業実践改善のための具体的な方法を示した下位項目の設定を行なった。授業研究会等における授業観察を通して、教師の算数科授業実践力を向上させるためには、「数学に対する知識観や算数科・数学科の学習観・授業観に基づき、算数科・数学科の指導内容や方法の本質を見抜く数学に関する洞観力」と定義した数学的洞観力の育成が不可欠である。数学的洞観力を育成するための授業研究として、大学4回生を対象に、クリッカーを用いた授業観察と反応結果を基にした事後検討会からなる授業研究を3回実施した。3回の事後検討会におけるプロトコルの分析から、学生の授業観察における洞観する視点の幅と内容の深さに変化があることを見出し、数学的洞観力の段階として、一般的な指導方法に着目する段階、児童の認識を考慮する段階、算数科・数学科の指導内容の本質や算数の本質的な学び方を考慮する段階の3つがあることを明らかにした。さらに、数学的洞観力と授業観察に関する2つのアンケートの記述から、クリッカーを用いた授業研究は、数学的洞観力の育成に対して効果的であることを明らかにした。これらの成果は、教師の算数科授業実践力を向上させる方法と評価のための指針として意義がある。本研究の目的は以下の3点を達成することである。(1)数学的洞観力に基づいた算数科の授業実践力及び授業観察力に関する自己評価のための指標の開発及び数学的洞観力に働きかける研修システム開発を行う。(2)算数科の授業実践力及び授業観察力に関する指標と研修システムを用いた校内研修を実施し、教師の算数授業実践力の向上に対する研修システムの有効性を検証する。(3)教師の算数授業実践力の向上と児童の学力の向上及び教師の数学に対する信念・価値・素質・感情・態度の向上との関係を明らかにする。現在、平成28年度の計画通り、(1)まで達成しており、(2)についても、学部4回生を対象に模擬校内研修を実施し、数学的洞観力の育成に対する効果を検証している。したがって、計画通り、順調に進展している。教師の算数科授業実践力を向上させるためには、数学的洞観力の基礎である「数学に対する知識観や算数科の学習観・授業観,指導内容や方法の本質の理解」を高める研修を実施する必要がある。そこで、数学的洞観力の基礎を身に付ける段階(算数指導の課題把握・学習構造チャートによる教材構造分析・教科書分析・教材解釈・教材開発・調査問題の開発)と基礎を活用して授業研究を行う段階(学習指導案の読み取り方・ビデオ教材による授業観察・クリッカーを用いた授業観察と研究協議)を位置付けた全11回の算数研修プログラムを設計し、小学校教員8名を対象として算数自主研修会を実施した。毎回の研修では、数学的洞観力の観点から設定した評価基準(Ideas・Connections・Extensionsの3段階)に対する到達度を自己評価する選択式と、自らの変容・確信・納得についてまとめる記述式の2つの項目から構成されたアンケートを実施した。また、全11回の研修の事前と事後に「授業実践力の自己評価のための指針」と「授業観察力の自己評価のための指針」を用いた調査と数学に対する教師の信念・価値・素質・感情・態度を測定する尺度を用いた調査を実施した。アンケートの結果の分析から、全11回の算数自主研修会が数学的洞観力を向上させる研修として機能していたこと、毎回の研修内容に対してConnections以上のレベルでの理解が伴っていたことが確認された。

また、2つの調査結果の分析から、教師の授業実践力と授業観察力ともに、全11回の研修の事前と事後の得点に有意な差があること、教師の信念・価値・素質・感情・態度の全ての得点にも有意な差があることを明らかにし、数学的洞観力を向上させる算数研修プログラムを開発した。この成果は、教師の算数科授業実践力を向上させる実践的・実証的研究として意義がある。本研究の目的は以下の3点を達成することである。(1)数学的洞観力に基づいた算数科の授業実践力及び授業観察に関する自己評価のための指標の開発と数学的洞観力に働きかける研修システム開発を行う。(2)算数科の授業実践力及び授業観察力に関する指標を研修システムを用いた校内研修を実施し、教師の算数授業実践力の向上に対する研修システムの有効性を検証する。(3)教師の算数授業実践力と児童の学力の向上及び教師の数学に対する信念・価値・素質・感情・態度の向上との関係を明らかにする。現在、平成29年度の計画通り、(1)と(2)までを達成しており、(3)についても、研修システムによる教師の数学に対する信念・価値・素質・感情・態度の向上まで検証をしている。したがって、計画通り、順調に進展している。算数研修プログラムに基づく算数自主研修会による算数授業実践力の向上,算数授業観察力の向上,情意としての数学に対する信念,素質,価値,感情,態度の向上の関係を調べた。全11回の研修プログラムの事前と事後における伸び率(事後の得点÷事前の得点)を算出し,相関を調べた結果,算数授業実践力と算数授業観察力は,相互に関連しながら,また,それぞれが数学に対する価値と関連を持ちながら向上していることが明らかになった。また,算数授業実践力と児童の学力の向上を検証するために,算数自主研修会の参加者が担任する2クラスにおいて,毎月1回,5項目からなる学力アンケートを実施した。1学期と2学期の平均値の差の検定を行った結果,「図的な表現」と「図と関連づけた説明」の項目に関して有意な差があった。したがって,算数授業実践力の向上は,これら2項目の向上に影響することが明らかになった。さらに,算数研修プログラムの改善として,グローバルな要素を取り入れた研修の重要性を検証するために, 1グローバルな教育経験による教科指導の資質・能力の向上の可能性,2グローバルな教育経験による教科指導の資質・能力の変容の要因に関する調査を行った。分析・考察の結果,「学習目標,日常生活,教材・教具の関連付けに関する資質・能力」「子どもの認識に対応した指導に関する資質・能力」「指導内容,子どもの認識と指導方法の関連付けに関する資質・能力」に関して,海外での教育活動を通して,向上を実感できる可能性が高いことが明らかとなった。今後の研究の推進方策として、次の3点を計画している。(1)研修の内容と研修の方法の2つの側面から,数学的洞観力に働きかける研修システムを開発する。(2)1つの研究協力校の教師を対象とし,算数授業研究会を含む6ヶ月間の自主研修会を実施する。(3)算数科の授業
地域社会と大学-いわゆる大学の「第3の機能」に関する実証的研究-

本研究は,大学の地域社会に対する諸種のサービスの在り方を,大学の「第3の機能」という観点から明らかにするべく構想された.本研究においては,もちろん研究対象の中核には,東北大学それ自身,また昭和48年,わが国国立大学のなかにあって,最初に設置された「東北大学教育学部附属大学教育開放センター」がおかれなければならないことはいうまでもない.すなわち,本研究においては,東北大学,とくにこの「大学教育開放センター」の活動を,「大学」と「地域社会」の関係という視点から,さらに「第3の機能」論の観点から分析することが中心となるが,またその実態と比較対照するという意味で,地域社会への貢献を真剣に模索している大学,あるいは地域社会への貢献をまさに実践するために「大学教育開放センター」を設置している大学として,熊本大学,香川大学,大阪大学,金沢大学の4大学を選び,これらの大学の状況を把握するとともに,とくにこれらの大学が置かれている社会的基盤を明らかにするための基礎的データの蒐集に力をいれた.さらに,これらの蒐集データは,質的データもふくめ,すべてコンピューターに入力し,「第3の機能」研究のための基礎的データベースの構築をめざす. 61年度から62年度にわたって,東北大学の「大学教育開放センター」を中心に, 2つの意識調査をおこない,大学というものが地域住民にどのようにうけとめられているかをみた.地域住民の大学に対する見方,考えかたはさまざまであるが,期待するものは大きいといえる.これは,ひとり東北大学の場合だけでなく,熊本,香川,大阪,金沢大学においても同じである.そして,また各大学は,東北大学における「インテリジェント・コスモス」構想のように,独自の地域社会への貢献の道を模索しはじめている.こうした時期,大学への「第3の機能」論的アプローチの重要性が改めてクローズアップされてこざるをえないであろう.本研究は,大学の地域社会に対する諸種のサービスの在り方を,大学の「第3の機能」という観点から明らかにするべく構想された.本研究においては,もちろん研究対象の中核には,東北大学それ自身,また昭和48年,わが国国立大学のなかにあって,最初に設置された「東北大学教育学部附属大学教育開放センター」がおかれなければならないことはいうまでもない.すなわち,本研究においては,東北大学,とくにこの「大学教育開放センター」の活動を,「大学」と「地域社会」の関係という視点から,さらに「第3の機能」論の観点から分析することが中心となるが,またその実態と比較対照するという意味で,地域社会への貢献を真剣に模索している大学,あるいは地域社会への貢献をまさに実践するために「大学教育開放センター」を設置している大学として,熊本大学,香川大学,大阪大学,金沢大学の4大学を選び,これらの大学の状況を把握するとともに,とくにこれらの大学が置かれている社会的基盤を明らかにするための基礎的データの蒐集に力をいれた.さらに,これらの蒐集データは,質的データもふくめ,すべてコンピューターに入力し,「第3の機能」研究のための基礎的データベースの構築をめざす. 61年度から62年度にわたって,東北大学の「大学教育開放センター」を中心に, 2つの意識調査をおこない,大学というものが地域住民にどのようにうけとめられているかをみた.地域住民の大学に対する見方,考えかたはさまざまであるが,期待するものは大きいといえる.これは,ひとり東北大学の場合だけでなく,熊本,香川,大阪,金沢大学においても同じである.そして,また各大学は,東北大学における「インテリジェント・コスモス」構想のように,独自の地域社会への貢献の道を模索しはじめている.こうした時期,大学への「第3の機能」論的アプローチの重要性が改めてクローズアップされてこざるをえないであろう.本研究プロジェクトは、大学の地域社会に対する諸種のサービスの在り方を大学の「第3の機能」という観点から明らかにするべく構想されている。61年度は、ほぼ計画にそったかたちで順調に研究スケジュールがすすんだが、とくにいま大きな曲がり角にさしかかっている「大学」の対社会的在り方を解明するには、「第3の機能」という観点からのアプローチが不可欠であるという当初のねらいがまちがっていなかったことが明らかになった。すなわち、各大学には各大学独自のさまざまな対社会的サービスを摸索しているうごきがとらえられたからである。それらをどのように理論的枠組に組み込み整理していくかが最大の課題である。したがって、本年度は、当初の計画どおり、各大学の地域社会への諸種のサービスの実態をとらえることに加えて「第3の機能」という点をきわだたしめるために、それと対照的に「研究機能」にも着目し、その現況を、「大学要覧」といった基礎的資料レベルではあるが、歴史的背景をもふくめてとらえることに鋭意努力した。さらに、来年度は、とくに大学の「教育機能」に着目し、それとの対比のうえで「第3の機能」の実態に分析のメスをいれていくつもりである。また、本年度は、各大学がよってたつ地域社会に対する調査を実施し、各地域社会に関する基本的統計資料等をもうら的に蒐集した。これらのデータの整理にあたってはコンピューターを駆使し、各データのリレイショナルな関連づけのうえ、分析枠組にとりこんで検討した。さらに、こんごプログラムを開発し、「研究機能」そして「第3の機能」としての「サービス」にかかわる質的データの処理もどんどんコンピューターにやらせていくつもりである。すなわち、蒐集データは、たんに蓄積するだけでなく、理論的枠組の範囲内という限定づきではあるが、相互に関連づけられ、かつシュミレートも可能なようにデータベース化をめざしたい。
CP非保存の起源及び輻射補正に関する理論的研究

CPの破れを説明する「新しい物理」の理論には色々なものが考えられる。これらの「新しい物理」を、それぞれに特徴的な輻射補正を通して検証する手法として、近くLEP II等の実験で直接測定が可能になるゲージ場の3点頂点関数に対する「新しい物理」の寄与を解析する方法を開発した(林と稲見の研究,論文を準備中)。ゲージ場の2点関数への輻射補正(いわゆるoblique correction)については、「新しい物理」の寄与は3個のパラメーターで記述される事が知られていたが、3点関数においては、4個のパラメーターのみに(適当な仮定のもとで)寄与が現れることが示された。更に、林と稲見は、「新しい物理」を考える大きな動機であるゲージ階層性の問題を、高次元ですゲージ理論で解決する可能性を調べ、また関連した理論的研究も引き続き行なっている。若泉は、イスラエルのGronau博士との共同研究により、近く日本でスタートするBファクトリーにおいて重要となるbフォークの崩壊について調べた。荷電弱カレントはV-A型であると通常いわれているが、b→cの崩壊についてはV+A型である可能性は排除されていないため、こうした荷電弱カレントのカイラリティを、Λ_b崩壊での生成粒子の角分布によって決定する方法を提案した。今後も、こうした方向での研究を引き続き積極的に行なって行くつもりである。
ハイブリッドな粉粒体シミュレーション手法の開発

本研究では,様々な相やスケールの粒状体現象を扱うことを目的として,個別要素と連続体要素によるアプローチを組み合わせた,ハイブリッドなシミュレーション手法の開発を目指す.それぞれのいいとこ取りをしたアルゴリズムを開発し,巨視的・微視的スケールの双方の物理過程を考慮しつつ,大規模な粉粒体シミュレーションの実現を目指す.今年度は三次元の場合の計算手法を開発し,柱崩壊やサイロ流をはじめとした様々な例に適用してその有効性を確かめた.開発を進めるにあたり,特に工夫や考察が必要だった点は以下である.まず,長時間のシミュレーションを実行した場合に,個別要素領域が連続体領域にゆっくりと沈み込む問題が観測された.この問題は,個別要素のシミュレーションに陰的な力積ベースの方法を使っていたためであり,連成ステップによる位置補正で生じる個別要素間の一時的な重なりを,この力積ベースの方法が完全に解消できないために,個別要素間の重なりが蓄積してしまうためだと分かった.そこで,個別要素法を陽的なペナルティベースの手法に変更することで,位置補正で生じる個別要素間の重なりを解消できるようにした.この変更により,沈み込みの問題は解消された.また,計算を効率化するために,連続体シミュレーションと個別要素法とで,時間刻みを変える方法を導入し,これが有効であることを確認した.次に,二次元や三次元のシミュレーションの高速化比に関する理論的な解析を行い,全領域を全て個別要素でモデル化した際の総粒子数(実効粒子数)と提案法で得られる高速化比との関係を得た.この高速化比は頭打ちになることはなく,実効粒子数が多いほどに提案法が有利となることが示された.これらの成果をまとめ上げて,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスであるSIGGRAPH Asia 2018に投稿し採択され,発表するに至った.連成制約のドリフトに起因する,個別要素領域が連続体領域にゆっくりと沈み込む問題が見つかったために,計算手法の一部を再構築する必要が生じたものの,映像制作に利用することのできる三次元の場合の計算手法が完成した.この成果は,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスに採択されており,また,粉体の研究者からも注目されるなど,世界的に一定の評価を得ている.今後は,二次元の計算法や三次元の計算法の精度や効率をさらに高めていくための改良を進めていく予定である.解決を図りたい問題は複数あり,一つ目はエンリッチメントにおける質量の保存である.現在の方法はランダムサンプリングをベースとしており,必ずしも質量保存が満たされない問題がある.また,二点目は,剪断変形の局在化が起こる場合への効率的で高精度な対応である.これらの問題に重点的に対処していく.研究体制は引き続き,コンピュータグラフィクス及び計算物理の専門家である米国コロンビア大学准教授Eitan Grinspun氏,粉粒体の連続体モデリング等の専門家であるMIT准教授Kenneth Kamrin氏らとの国際共同研究体制を継続する.本研究では,様々な相やスケールの粒状体現象を扱うことを目的として,個別要素と連続体要素によるアプローチを組み合わせた,ハイブリッドなシミュレーション手法の開発を目指す.それぞれのいいとこ取りをしたアルゴリズムを開発し,巨視的・微視的スケールの双方の物理過程を考慮しつつ,大規模な粉粒体シミュレーションの実現を目指す.今年度は二次元の場合における計算手法を開発し,また三次元のプロトタイプを構築した.提案法では,解析領域をアダプティブに分割し,精度的に安全と思われる領域では連続体要素を用い,それ以外の部分では個別要素を用いて個々の粒子を明示的にモデリングする.二つの領域間には,個別要素と連続体要素が共存する“連成領域"があり,二種類の要素間の状態に整合性がとれるように制約を課すことで,個別要素と連続体要素の連成を図る.本手法の重要な要素技術は,個別要素と連続体要素間で情報を交換するための均質化とエンリッチメントのオペレータ,及び連成領域の位置を決定するためのオラクルである.オラクルとして,今年度は自由表面や障害物からの距離に基づいたジオメトリベースのオラクルを開発した.また,動的に連成境界が変化することに対応した均質化とエンリッチメントオペレータを開発した.これらの要素技術をまず二次元のシミュレーションフレームワークに組み込んでその性能を確かめた.柱崩壊の例では,個別要素法のみによるシミュレーション結果と比べて,崩壊後の安定状態の形状が一致しただけでなく,途中の流速についても良い一致が得られた.また,サイロ流の例では,安定状態形状が一致したものの,流速に若干の違いが見られた.二次元シミュレーションで一定の成果が得られたので,三次元でのシミュレーションを行うプロトタイプも作成した.

こうした成果はアメリカ物理学会などで発表しており,高い評価を得ている.今年度は,当初予定していた個別要素と連続体要素の連成のための枠組み,個別要素と連続体要素間で情報を交換するため均質化とエンリッチメントのオペレータ,及び連成領域の位置を決定するためのジオメトリベースのオラクルを開発した.開発した手法によるシミュレーションでは,柱崩壊の例のように,個別要素法のみによるシミュレーション結果と比べて,崩壊後の安定状態の形状が一致しただけでなく,途中の流速についても良い一致が得られるなど,当初の想定を超える良好な結果が得られた.また,三次元版の開発にも着手しており,アメリカ物理学会での発表等を通じて,手法に対する高い評価を確認しており,満足できる成果を得られていると考えられる.本研究では,様々な相やスケールの粒状体現象を扱うことを目的として,個別要素と連続体要素によるアプローチを組み合わせた,ハイブリッドなシミュレーション手法の開発を目指す.それぞれのいいとこ取りをしたアルゴリズムを開発し,巨視的・微視的スケールの双方の物理過程を考慮しつつ,大規模な粉粒体シミュレーションの実現を目指す.今年度は三次元の場合の計算手法を開発し,柱崩壊やサイロ流をはじめとした様々な例に適用してその有効性を確かめた.開発を進めるにあたり,特に工夫や考察が必要だった点は以下である.まず,長時間のシミュレーションを実行した場合に,個別要素領域が連続体領域にゆっくりと沈み込む問題が観測された.この問題は,個別要素のシミュレーションに陰的な力積ベースの方法を使っていたためであり,連成ステップによる位置補正で生じる個別要素間の一時的な重なりを,この力積ベースの方法が完全に解消できないために,個別要素間の重なりが蓄積してしまうためだと分かった.そこで,個別要素法を陽的なペナルティベースの手法に変更することで,位置補正で生じる個別要素間の重なりを解消できるようにした.この変更により,沈み込みの問題は解消された.また,計算を効率化するために,連続体シミュレーションと個別要素法とで,時間刻みを変える方法を導入し,これが有効であることを確認した.次に,二次元や三次元のシミュレーションの高速化比に関する理論的な解析を行い,全領域を全て個別要素でモデル化した際の総粒子数(実効粒子数)と提案法で得られる高速化比との関係を得た.この高速化比は頭打ちになることはなく,実効粒子数が多いほどに提案法が有利となることが示された.これらの成果をまとめ上げて,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスであるSIGGRAPH Asia 2018に投稿し採択され,発表するに至った.連成制約のドリフトに起因する,個別要素領域が連続体領域にゆっくりと沈み込む問題が見つかったために,計算手法の一部を再構築する必要が生じたものの,映像制作に利用することのできる三次元の場合の計算手法が完成した.この成果は,コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスに採択されており,また,粉体の研究者からも注目されるなど,世界的に一定の評価を得ている.今後は,これまでに構築した二次元の計算法と三次元のプロトタイプを発展させ,エンリッチメントオペレータの改善や異なる戦略に基づくオラクルの検討,および三次元での実験等を進めていく予定である.まず,サイロ流の例で見れらた流速の違いについては,その原因はエンリッチメントオペレータにあると考えており,より精度の高いオペレータを開発することで対応する予定である.次に,オラクルとしては,現在は距離に基づくジオメトリベースのものを用いているため,連続体領域の内部に個別要素が存在することは現状のシミュレーションフレームワークでは起こらないが,実際にはせん断の局在化により,内部でも個別要素を利用してモデリングした方が良い領域があると考えている.そこで,せん断の局在化などに着目した力学ベースのオラクルについても検討して行きたい.また,三次元での実験や評価を行い,三次元に特有の問題がないかどうかを調べていく予定である.さらに,プログラムを並列化して,より大規模な対象についてのテストコストの削減を行う予定である.
幼弱期の学習行動と脳の可塑的発達

刷り込み行動(インプリンティング)は、臨界期(学習が可能な時期)をもち、短時間の学習によって容易に成立する。また、ヒヨコでも観察されることから、幼少期の学習行動を研究するための良いモデルの一つとなっている。本研究では、この学習行動に関係するヒヨコ脳の神経回路を明らかにし、この回路の活性と刷り込み行動の成立が正に相関していること、この活性化には脳内の主要な神経伝達物質であるグルタミン酸の受容体の一つであり、特に幼少期に多いNR2Bサブユニット含有NMDA受容体が重要であることを解明した。言語取得能力に代表されるようないくつかの学習能力は幼弱な時期に高く、その後は減弱していく。このように幼弱な時期に臨界期をもつ学習が、神経系の発生や可塑的変化によってどのように成立するかについて明らかにすることが本研究の目的である。そのために、ニワトリのヒナがみせる、学習・記憶行動の一つであり、生後間もない時期にのみ成立する視覚刺激による刷り込み行動(visual imprinting)を研究対象とした。これまでの研究から、刷り込み行動の成立には大脳皮質視覚野と類似性をもつvisual Wulst (VW)と大脳皮質連合野に相当する機能をもつといわれるintermediate medial mesopallium (IMM)の二領域が必須であることが明らかになっている。そこで、今年度はこの2領域をつなぐ神経回路の解明と刷り込み学習に伴うこの回路の機能的変化に焦点をあてた。1. VWとIMMを結ぶ神経回路について光学的神経活動記録による生理学的手法、さらにトレーサーを用いた解剖学的手法により、VWはHDCo及びHDPeと名付けた領域でシナプ界を介しIMMに情報伝達していることが明らかとなった。2.この回路と刷り込み行動の成立についてこの回路は孵化後1日目のヒヨコにおいてすでに機能しており、刷り込み学習が可能な臨界期中にはこの回路の働きは強く、さらに学習はこの回路の機能を増強することが明らかになった。さらに、この回路の増強にはHDCo領域の細胞の発現する、興奮性神経伝達物質のグルタミン酸に対する受容体のサブタイプの一つであるNR2Bの機能とその発現の増加が重要であることが示唆された。本研究は、幼少期の学習に伴って脳内の神経回路の増強がおきること、これにはNR2Bが重要であることを示唆しており、幼少期の学習の成立機序について新しい知見を提供するという意義をもつ。昨年度までの研究で、chickの視覚的刷り込み行動(インプリンティング)には、終脳のvisual Wulst(哺乳類の大脳皮質視覚野に相当)から、記憶貯蔵領域であるIMM(哺乳類の大脳皮質連合野に相当)に至る神経回路が重要であり、この回路の中継地であるHDCoと名付けた領域の神経細胞が可塑的に変化して活性化されることが刷り込み行動の成立に重要であることを示した。今年度は、この成果を踏まえて脳スライスを作成して神経活動の光学的イメージング法を用いてさらに解析した結果、VWからIMMへの神経情報伝達の促進は、学習(トレーニング)直後からみられることが明らかになった。学習後にはHDCo細胞に長期増強(LTP)が起きており、HDCo細胞に高頻度の電気刺激を与えることでも、これとよく似た長期増強が観察された。そこで、HDCoの単一神経細胞レベルでのシナプス応答の変化に注目して解析した。その結果、学習によって起きる長期増強はNMDA受容体依存的であり、特にNR2Bサブユニットの機能が促進されることによるが、電気刺激によって惹起される長期増強は、非NMDA型のグルタミン酸受容体の機能が直接亢進されることで起きることが明らかになった。以上の結果から、刷り込み行動の成立にはVW-IMM回路の中の、HDCo細胞において長期増強が起きることが重裏であり、これにはNR2Bサブユニットを含んだNMDA受容体の機能亢進が関与していることが明らかになった。一方、電気刺激によって起きる長期増強では、必ずしもNMDA受容体を介した反応の変化が起きているわけではなく、in vivoにおける生理的変化を必ずしも反映していないことが明らかとなった。昨年度までの研究で、刷り込み行動の成立には、VW-IMM回路の中のHDCo細胞において長期増強が起きることが重要であり、これにはNR2Bサブユニットを含んだNMDA受容体(NR2B/NMDA受容体)の機能亢進が関与していることが明らかになった。この長期増強は、in vivoにおいて電気刺激によって起きる長期増強とは性質が異なることも示された。今年度は、HDCo細胞で起きる長期増強のメカニズムを詳細に検討した。トレーニングの時間経過に伴って起きる変化をとらえるために、通常連続20分間行うトレーニングを前半10分(第一段階)、1時間の休息をおいて後半10分(第二段階)で行ったところ、第一段階終了後では刷り込みは不成立であったが、第二段階の終了後では成立していた。そこで、第一段階終了時におけるHDCo細胞の生理的変化を調べた。

電気生理学的解析では、トレーニング第一段階終了時には電気刺激に対する応答の増加は検出されなかったが、NR2Bサブユニット依存性のNMDA電流が増強していた。また、HDCo細胞のNR2Bサブユニットの発現量をウエスタンブロッティングにより解析したところ、トレーニング第一段階終了時には、すでに、細胞表面に発現するNR2Bサブユニットが増加していた。これらの結果から、HDCo細胞ではトレーニングの初期にNR2B/NMDA受容体の活性化と、それに伴うNR2B/NMDA受容体の発現上昇が起きていることが明らかとなった。これまで幼弱期の学習に伴う神経細胞活動性の変化の詳細な解析は、その適切なモデルが少ないことからほとんどなされていなかった。本研究によって、NR2B/NMDA受容体の活性化が学習過程で起きる最初の変化であるという知見が初めて得られたのは重要であり、意義深い。
生体反応におけるプロテオリシスの意義と制御機構

本研究班は昭和6061年度の2年間にわたり、1.プロテオリシスによる機能蛋白質の活性化、2.細胞内蛋白質のプロテオリシスと制御機構、3.細胞表面蛋白質のプロテオリシスと細胞増殖、という3つの観点から「生体反応におけるプロテオリシスの意義と制御機構」に関する研究を行い以下の成績を得た。項目1ではキニノーゲンの代謝過程とシスティンプロティナーゼインヒビター活性の消長に関する問題、プロスロンビンの新しい活性化機構、プレペプシノーゲンや細胞膜リポ蛋白質に関与するシグナルペプチダーゼの構造解析と切断点の特異性、チロシンモノオキシゲナーゼのプロテアーゼによる活性化などがとりあげられ、蛋白質が飜訳直後にうけるプロセシングから、細胞内や体液中でうける成熟と活性化のプロセスのいくつかが解明された。また項目2ではCa依存性プロテアーゼ(カルパイン)の構造の解析と活性化の調節機構、プロリンエンドペプチダーゼの体内分布と生理機能、シスタチン-βのグルタチオンによる可逆的制御の仕組み、白血球のFcレセプター刺激に連動するキモトリプシン様酵素についての研究が行われて、細胞内におけるプロテアーゼ(カルパイン)とプロテアーゼインヒビター(シスタチン-β)の活性調節の一端が明らかにされた。特にカルパインについては、この研究期間中にその全一次構造が決定され、カルシウムと細胞膜リン脂質依存性の自己触媒的活性化機構が、示された。さらに項目3では培養肝細胞膜結合性プロテアーゼの細胞増殖への関与やフィブロネクチン分解酵素の癌化による量的変動などの研究が行われ、細胞増殖のある一定期間(【G_1】期)にプロテアーゼ活性を必要とすることや、増殖速度に関与する現象が示された。これ等の結果はプロテオリシスとその制御機構が細胞を中心とする生命活動に重要な役割を果すことを意味し、さらに細部にわたる系統的な研究の必要性を示すものである。