hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スノーボード・ターンの運動力学解析と生体負荷の定量的評価に関する研究

スノーボーダーの運動と生体負荷を計測するための計測システムを開発し,スノーボーダーによるフィールド実験を行うことにより,これまでほとんど明らかにされなかった,スノーボード・ターン中の身体運動および生体負荷を明らかにするとともに,得られた実験結果からスノーボーダーの運動の主な特徴を定量的に解析,評価することができた.スノーボーダーの運動と生体負荷を計測するための計測システムを開発し,スノーボーダーによるフィールド実験を行うことにより,これまでほとんど明らかにされなかった,スノーボード・ターン中の身体運動および生体負荷を明らかにするとともに,得られた実験結果からスノーボーダーの運動の主な特徴を定量的に解析,評価することができた.スノーボード・ターンの各局面における身体運動を定量的にかつ高精度に計測するためのシステムの確立を行った.3次元ジャイロセンサを使用することにより限りなく非拘束状態での滑走実験を行えるが,ジャイロセンサにはドリフトやノイズによる誤差や積分による蓄積誤差などの問題で正確に計測が行えない場合がある.本研究では高精度かつ非拘束な計測を行うことができる計測システムを新たに開発し,滑走実験を行うことでシステムの妥当性を示した.構築した計測システムは3次元ジャイロセンサに加え,3軸加速度センサ,3軸磁気方位センサを用いており,それぞれのセンサが持つ問題を補償するために,カルマンフィルタを用いたセンサ・フュージョンを行うことで高精度計測を可能とし,フィールド実験に耐える計測システムを構築した.次いで,計測システムの有効性を示すために実際の雪面上でのフィールド実験を行った.作成したセンサを身体の各部位に取り付ける必要があるが,スノーボードのビンディング部にセンサを取り付け,エッジング量の計測や滑走状況の推定を目的とした計測実験および解析を行った.その結果,被験者の滑走の特徴を詳細に計測することができ,システムの有効性を示すことができた.スノーボーターの連動と生体負荷を計測するための計測システムの開発と,スノーボーダーによるフィールド実験を行い,生体運動の定量的解析と評価を行った.スノーボーダーの身体運動を正確に捉えるための3次元ジャイロセンサ, 3軸加速度センサ, 3軸磁気方位センサを搭載した運動計測システムと外力を計測するための6軸力センサを用いた雪面反力計測システムをそれぞれ開発し,それらを同時に計測できるシステムに構成した.そして,スノーボーダーに開発した計測システムを取り付け,フィールド実験を行い,計測を行った結果,実際の雪面を滑走するスノーボーダーの運動情報を得ることができた.運動計河に関して,昨年度は,カルマンフィルタを用いたセンサ・フユージョンによって精度向上を行っていたが,本年度は拡張カルマンフィルタを用いることで,さらなる精度向上を実現した.生体負荷の計測に関しては,運動計測システムから得られる姿勢,角速度,加速度と雪面反力計測システムから得られる雪面反力を併用し,逆動力学解析を行うことで,各関節トルクの算出を行い,生体負荷を定量的に表し,スノーボーダーの運動解析,評価を行った.以上より,これまでほとんど明らかにされなかった,スノーボード・ターン中の身体運動および生体負荷を明らかにするとともに,得られた実験結果からスノーボーダーの運動の主な特徴を定量的に解析,評価することができた.
ミネラルの吸収・代謝動態に対する脂質摂取の相互作用の分子基盤の解明と実践研究

慢性腎臓病患者において、カルシウムやリンのみならずマグネシウムや亜鉛などのミネラルの代謝異常を起こすことも報告されている。これらのミネラルは日常的に摂取量が少ないことだけでなく、食の偏りによる影響も受ける可能性があり、効率的な栄養補給のために、より詳細な代謝動態の把握および評価法の構築が必要である。リンの代謝動態と同様に、他のミネラルも脂肪摂取によって影響を受けるのか、さらにミネラル間での相互作用による影響を受けるのかは不明であるため、本研究は、「健常時および慢性腎臓病時におけるミネラルの吸収・代謝動態に対する脂質摂取の相互作用の分子基盤の解明と実践現場にて貢献できる食事療法の構築を目指す。
薄膜構造による音の反射・透過に関する実験

【研究目的】薄膜構造を音の伝播経路に設置することで、材質の物性に起因する膜強度や厚さ、膜自体の振動が音響インピーダンス、更には音の伝播特性に与える影響に関して実験的な検討を行い、特定周波数の音のみに影響を与える膜構造の提案を目的とする。【研究方法】背後空気層(100mm)と共に配置された円形膜の音の反射について、円形膜の材質、膜径(40、30、20mm)を変化させた際の垂直入射吸音率を測定することで評価した。円形膜の固有振動数及び、吸音率の目標設定、実験結果との比較考察のため、有限要素法解析ソフトを使用し、膜の振動を含めた音響解析を行った。本研究での膜は板として扱い、実験の際には張力は与えずに背後空気層と同径の穴の開いた板によって膜を挟み込み、ボルトの締め付け力で膜を固定した。数値解析の際にはヤング率、ポアソン比などを用いて計算を行った。使用した膜の材質、厚さについては以下の通り。・ネオフロンPFA0.1mm(ダイキン製)、塩化ビニル0.1mm、ポリエチレン0.08mm【研究成果】数値解析より、上記のすべての場合において背後空気層を含めた膜の固有振動に対応して、鋭いピークを持つ吸音率が得られた。測定結果と比較した際、最も解析に近い結果となったものがPFA膜(径40mm)の一次固有振動に対応する結果であり、測定値において200Hzでのピーク吸音率0.85が得られた。しかし、今回計測を行った501000Hz間のすべてにわたって数値解析と測定結果の吸音率が一致するものは無く、膜径20mmの場合には吸音率の測定が困難であった。より高次の固有振動に対応する吸音率の測定には、パッキンなどを用いた膜の固定力の均一化、より小径の膜の場合には、固有振動が励起される程度に薄い膜を用いるなどの改善策を想定している。
妊産婦への政策介入と母親の健康・次世代へのインパクト～自然実験を用いた検証

本研究は,日本における妊産婦を対象とした保健医療政策が,妊産婦の健康行動・心身の健康,及び子どもの健康と成長に与える影響を,政府統計と行政データから定量的に明らかにし,日本のみでなく国際社会へ具体的な政策提言を行うものである。日本は,妊婦・産婦健康診査費用の公的補助が行われているが,その導入方法から自然実験とみなしてインパクトを検証することができる。これは世界的に見ても稀であり,日本の健診補助政策が,妊産婦の健康行動・心身の健康,及び子どもの健康と成長に与える影響を検証することで,国際的な貢献も期待できる。
単離した造血幹細胞へのマウス白血病ウィルスの感染,癌遺伝子のトランスフェクション

多様な細胞系列へ分化し、高い自己複製能をもつ血液幹細胞の形質転換の解析を研究目的とした。1.患者骨髄より得た白血病細胞のin vitroでの分化増殖能を単細胞培養法を用いて検討した。in vivoでは発現していない形質を、液性因子存在下の培養て、引き出すことができることを示し、白血病細胞のLineage Inficlelityについて考察した。2.in vitroにおける増殖因子の血液幹細胞に対する作用を、厳密に検討するためには、【◯!1】純化した増殖因子を用い、【◯!2】単離した血液幹細胞を標的細胞として、【◯!3】無血清の培養条件て検討する必要がある。今年度は、単離した血液幹細胞を培養することにより、multi-CSFであるInterleukn-3(IL-3)が、リンパ球やマクロファージなどの他の細胞の介在なしに、多能性幹細胞に直接的に作用することを明らかにした。次に純化したIL-3とErythropoietin(Ep)の作用を、無血清培養法により比較検討した。IL-3だけの存在では、赤芽球を含む混合コロニーの形成は極めて少ないが、Epを加えると多数の赤芽球を含むコロニーがみられた。IL-3によって、多能性幹細胞から赤芽球系前駆細胞への分化は進行するが、赤芽球の最終分化、数の増幅には印が必要であることを示した。また、無血清培養条件下でも、IL-3だけで、単離した幹細胞から、好中球,マクロファージ,好酸球,あるいは巨核球への分化がみられた。3. Abelson virusを、液性因子(IL-3)に依存して増殖する細胞株(FDC-P)に感染させることにより、液性因子に非依存性の細胞株を得ることに成功した。また、マウス胎児細胞に、Abelson virusを感染させ、2-3のユニークな細胞株(肥満細胞・巨核球など)を樹立した。さらに、ヒト血液細胞への遺伝子導入(gAE1A)を'priching'法により試み、これに成功した。今後、形質転換のメカニズムを遺伝子レベルで検討する予定である。
高エネルギ-スピン物理と偏極粒子の生成

本年11月、名古屋で開催する「第10回高エネルギ-スピン物理国際会議」を成功させるため、日本におけるスピン偏極に関する研究を発展させるべく、以下の2つの主題の下に2回開催した。すなわち、「中高エネルギ-での(偏極)重陽子を用いた物理」、および「ハドロン構造とスピン」である。前者のワ-クショップの目的は、高エネルギ-物理学研究所の12GeV陽子シンクロトロンでスピン偏極した重陽子の加速の可能性を追求し、この偏極重陽子および衝突分解した中性子・陽子を使った物理研究について検討した。その結果、12GeV陽子シンクロトロンでは、既に、重陽子を11.2Gevまで加速し、イオン源を偏極イオン源にとりかえれば、11.2GeVのスピン偏極重陽子、5.6GeVの偏極中性子・陽子ビ-ムが得られることが判明し、標的を核子・原子核とした核子ー核子系の基礎的研究および核子ー原子核における核子相関等の研究に全く新らしい分野が開ける可能性を確認した。報告者は延べ15名、参加者は延べ23人であった。後者の研究会は、現在話題となっている「核子のスピン構造」の問題を中心的に検討するとともに、ハドロンの持つ諸特性をクォ-ク・グル-オンのレベルから解明する事に主眼を置いた。報告は核子ー核子系における新らしい共鳴の可能性の示唆、陽子スピンの起源に関連して話題となっている、スピンの担い手の解明、ハドロンの多様さを表現するクォ-クのスピン依存力の役割、等々と多岐にわたり、今後のハドロン物理学が引き続き取り組むべき課題を明らかにした。このワ-クショップの報告者は延17人で参加者は25人程であった。
核融合炉開発の社会的受容性を目指した国内外におけるトリチウム安全性研究の調査

現在の国内外における核融合炉開発を目指してのトリチウム研究においては、医学から理学、工学まで多岐にわたる学問分野を背景とした研究者によってそれぞれの学問領域に特化した課題に対しての研究が続けられてきた。これらの研究成果は結果として核融合炉の安全性に結びつくものであるが、核融合炉全体としての社会的受容性を直接念頭に置いた研究の進め方はられては来なかった。本申請では、本格的なトリチウム燃焼実験ITER装置の建設場所に日本も立候補しているこの時期を機として、本科学研究費補助金を用いてトリチウム研究者が他分野の核融合研究者や他分野の理・工学研究者、文系研究者および一般社会の方々と意見を交わす機会を与えられた。国内外のトリチウム研究の現状について調査した結果1.トリチウム研究者は、これまでは主として核融合炉の燃料システムについての研究を進めてきており、核融合炉のトリチウムに関連した放射線安全性やその対策について充分な説明責任を果たしてきているとは言えない。2.トリチウムの放射線安全対策の観点からは日本のこれまでの個々の研究は世界の中で優れたものが多いが、核融合炉におけるトリチウムの安全対策については核融合炉におけるトリチウムの挙動に即して全体として系統立てた研究に早急に進むことが望ましい。という結論が得られた。その結果は「核融合炉トリチウムの安全性に関する統合的研究」(代表者・西川正史)の平成17年度発足特定領域研究申請に結実した。
腸管Tリンパ球における体内時計と増殖代謝

本研究はT細胞が活性化する際の増殖代謝と体内時計の関与を検討する事で、体内時計の免疫機能における重要性を探索し、炎症性腸疾患や大腸癌、肥満や糖尿病などの根底に存在する新しい病態生理や新たな創薬の標的を発見することを目的としている。国内外の幅広い研究者と共同で研究を展開して行く他、RNA-seqやChIP-seqなどの網羅的な解析手法を導入することで、概日リズムと細胞増殖代謝の全体像の把握と両者の関係性を幅広く追求することを本研究の特色とする。
天体核反応^7Be(p,γ)^8Bの直接精密測定

前年度までに得られた^7Beの陽子弾性共鳴散乱測定のデータ解析を引き続き行い、^8Bの構造決定を行った結果、過去の実験で予見されていた、スピン・パリティが2-である幅の広い共鳴のエネルギーと幅を、より良い精度で決定することができた。更に、同準位が^7Be(p,γ)^8B反応断面積測定に与える影響を定量的に考察し、高精度の断面積決定には影響しない事を示した。また、^8Bの励起エネルギー5MeV付近に、スピン・パリティが1-である準位を初めて発見し、そのエネルギー、幅などを決定することに成功した。^7Be(p,γ)^8B反応の測定に必要となる低温気体標的(ターゲット)は、本研究で開発を行い、1秒間当たり2x10^8個という、世界最高水準の高強度^7Beビームを生成する事に成功した。さらに、標的気体の循環を行う事で、高強度ビームに対しても安定した不安定核ビーム生成ができる事を実証した。この結果は、申請者を第一著者とする論文にまとめられ、Nuclear Instruments and Methods in Physical Research誌に掲載が決定している。但し、本研究で目的とした高精度の断面積決定を行うには、低エネルギーの^7Beが必要である。低エネルギーに減衰させて使用するには、依然として^7Beの量が足りず、近年米国で進められている^7Be(p,γ)^8B反応の直接測定のビーム強度には及ばない事が明らかとなった。また、以上の研究の成果を国際会議、INPC07、およびOMEG07にて発表した。^7Be(p,γ)^8B反応の直接測定を行う前段階の実験として計画した、陽子弾性共鳴散乱の手法を用いた^8Bの構造決定であるが、今年度中に理化学研究所のAVFサイクロトロンと東大のCNSのCRIB施設を使用し、5日間の測定を行った。その結果、過去の実験データと比較して、広いエネルギー範囲(過去の3.5MeV以下のエネルギー範囲に対し、最高7MeV以上まで)、様々な散乱角度におけるデータを収集することができた。また、NaI検出器でガンマ線の測定を同時に行うことによって、過去の実験では考慮されていなかった非弾性散乱のデータを収集することができた。このようなNaIを用いたガンマ線測定、それに、不安定核^7Beビームの大量生成は、^7Be(p,γ)^8B反応測定の試行という意味でも有意義であったと言える。今後、実験データの解析を進め、^8Bの構造決定を行い、それが^7Be(p,γ)^8B反応測定に与える影響を調べていく予定である。また、^7Be(p,γ)^8B反応の測定に必要となる低温気体ターゲットであるが、液体窒素の自動補給による期待冷却、ターゲット気体の30,l/min以上の強制循環、気体中の酸素濃度測定といった特長を使った装置を設計し、本年度中に基本的な製作が完了した。現在は装置を実験室に設置し、冷却・循環動作テスト等を行っている段階であるが、来年度には更なる開発を進め、実験装置としての完成を目指す。平成17年度に行った^7Beの陽子弾性共鳴散乱測定のデータに基づき、^8Bの構造決定を行った結果、過去の実験で予見されていた、スピン・パリティが2-である幅の広い共鳴の存在を確認した。また、そのエネルギーと幅を、過去の実験より良い精度で決定することができた。今後、実験データの更なる解析を進め、同準位が^7Be(p,γ)^8B反応断面積測定に与える影響を調べていく予定である。また、^7Be(p,γ)^8B反応の測定に必要となる低温気体標的(ターゲット)であるが、液体窒素の児童補給による気体冷却、標的気体の強制循環等が正しく動作している事が確認できた。更に、実際に加速器を使った実験を行い、1秒間当たり2x10^8個という、界最高水準の高強度^7Beビームを生成する事に成功した。同標的装置は、CRIB施設の他の実験に対しても使用され、非常に有用である事が実証された。
情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境の構築

本研究は、情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境を構築することである。研究成果については、人文社会系及び自然科学系の両面にわたる総合的な情報学を対象として、この分野における学習内容の抽出・分析を行った。新しい情報学教育の授業モデルやK-12カリキュラム開発の研究成果を基盤にして、協力者による評価を適宜行うことにより、実用版としてWebベースの学習環境および情報学教育ポータルサイトの構築を行った。本研究は,情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境を構築することである。平成25年度の研究の成果については,特に人文社会系と自然科学系の情報学を観点にして学習内容の分析を行い,新しい情報学教育に対応した協働学習の授業モデルを構築したことである。研究実績の主な内容は,下記の通りである。1.情報安全と情報人権に関する内容の抽出と分析既に「情報学教育のコア・フレームワーク」を提案し,情報学教育全体のアウトラインについての構想が完了している。この成果を踏まえ,情報とメディアの本質,情報社会への参画等に関わり,新しい情報学教育における学習内容について,「情報」および「メディア」に関する項目を中心に抽出と分析を行うとともに,ディジタル情報の収集・分析も併せて行った。2.教育クラウドを活用した新しい情報学教育の授業モデルの構築教科「情報」には,新たに「社会と情報」および「情報の科学」の2科目が設置された。本研究では,新設された各科目の内容分析から始め,「人文社会系の情報学」と「自然科学の情報学」の両面から,学習内容の分析を行い,緊急性とニーズが高いとされる「情報に関する倫理的態度と安全」を中心テーマに内容を再構成した。それは,初等中等教育における情報教育の一貫した構成とし,すべての生徒に対し情報社会に主体的に対応するために社会の一員として必要な能力と態度を育てるものとした。この趣旨を前提に授業モデル構築として,情報とメディア,情報社会,情報のモラルと安全等について,抽出された学習内容に基づき,授業方略を策定した。その際,ネットワークを積極的に活用した協働学習を支援する学習環境を構築するという立場から,代表者の保有する設備等を使用し, e-LearningやWBL( Web Based Learning)としての学習環境も同時に行った。平成26年度の研究の成果については,今までの研究において,人文社会系と自然科学系の情報学を観点にして行われた学習内容の分析結果,及び,新しい情報学教育に対応した協働学習の授業モデルを基盤にして,Webベースの学習環境(試作版)の完成と協力者による評価を行ったことである。1.学習環境の試作版(Ver.0)の開発と協力者による評価各種の抽出された内容をもとに,授業モデルを参考にして,試作版(Ver.0)を開発した。開発された教材を協力者に提示し意見を聞くとともに,改良のための項目や条件などを分析・整理し評価を行った。2.試作版(Ver.1)の開発と試験的な利用による評価試作版(Ver.0)の改良・修正を行い,試作版(Ver.1)として完成させた。これは,新たに追加された種々の環境を活用して,試験的な利用を試み,完成度を高めることができた。ネットワーク環境を活用した協働的な授業を設計するとともに,授業の実施にかかわる各種の準備(学校教育における種々の教員などと協議を含む)を行った。実際に,試作版(Ver.1)を提示し,利用者の評価情報を収集して授業方法の改良も行った。抽出された学習内容と授業モデルをもとに,Webベースの学習支援環境(試作版)を完成させ,多くの協力者と合同して本研究に際して総合的な評価を行った。平成27年度の研究成果については,今までの研究において文理融合の情報学として学習内容の抽出及び分析結果と,情報学協働学習の授業モデル等を基盤にして,Webサイトを活用した学習支援環境(実用版)の完成と協力者による評価を行ったことである。1.学習支援環境(実用版)の開発と協力者による評価初等中等教育の一貫性について再度協議し,カリキュラムの妥当性について検証を行った。特に「情報安全」および「情報人権」に関わる学習内容は,「人文社会系の情報学」と「自然科学の情報学」の両面からのアプローチが重要であり,その際のポイントは,学習項目と学習時間の縦横に広がる学習プロセス(学習内容の配置)と関係が深いので,情報学協働学習環境は「動的な支援」を必要とする。このような観点から,その授業モデルを改良・修正して,試作版の改良に向けて各種の条件整備を慎重に行った。次に,試作版(Ver.1)を実際に利用して得られた評価結果をもとに,具体的な調整等を繰り返し行った。その後,実際に,実用版(Ver.0)を利用して授業展開を行う。そして,利用者の評価情報を収集するとともに,学習内容と学習方法の妥当性にも配慮して,情報学協働学習環境としての評価とともに,授業方法の前提となる授業モデルのさらなる修正を行った。

実用版(Ver.0)を実際に利用して得られた各種の評価結果(システムから収集されるデータだけでなく,利用者の意見など)をもとにして総合的な見地から調整等を続けて行い,実用版(Ver.1)とした。2.研究の評価と成果の発表本研究の成果は,論文形式だけでなく,冊子体やWebなどの各種の方法を活用して広範に公表した。本研究は、情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境を構築することである。研究成果については、人文社会系及び自然科学系の両面にわたる総合的な情報学を対象として、この分野における学習内容の抽出・分析を行った。新しい情報学教育の授業モデルやK-12カリキュラム開発の研究成果を基盤にして、協力者による評価を適宜行うことにより、実用版としてWebベースの学習環境および情報学教育ポータルサイトの構築を行った。本研究の目的に際して,情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境の構築については,「学習内容の抽出と分析」,及び,「情報学教育の授業モデルの構築」を基盤とし,学習環境の構築を行い,当初の研究計画を完了している。構築された学習環境は,既に提案しているコアフレームワーク中心にして,「2次元イメージ展開法」や「二値応答接近法」などの教育手法を活用して,新しい学習環境による「可視化による情報共有」を可能にして,学習者の思考を活性化し分析視点の表出を支援するものである。さらに,初等中等教育の海外文献調査として,英米及びアジアの各国における情報学教育の最新状況を取りまとめ,我が国におけるK-12カリキュラムを具体的に提案することができた。なお,これらの状況を踏まえ,総合的な視点から,「ソーシャルメディア社会における教育マルチコミュニティにおける情報教育の新科学化」(単著)などを上梓するとともに,研究成果を公表している。初等中等教育における一貫した情報学教育今後は,インターネット環境を利用したWebベースの学習支援環境(実用版)の完成と協力者による評価を行い,その後,初等中等教育の一貫性に重点を置き,情報学協働学習環境の改良版(実用版)の完成と本研究の有効性についての分析・評価を行う。その主な重点項目は,次の通りである。1.学習支援環境(実用版)への転換・充実:試作版(Ver.1)を実際に利用して得られた評価結果をもとに調整等をおこない,使用するデータを試験用データ(小容量データ)から実践用データ(超高容量データ)に差し替え,実用版(Ver.0)とする。実際に,実用版(Ver.0)を利用して授業を行い,利用者の評価情報を収集して,授業方法の改良を行う。実用版(Ver.0)を実際に利用して得られた評価結果をもとに,最後の調整等をおこない,実用版(Ver.1)とする。2.研究の評価:2つの研究会(情報学教育研究会,及び,教育情報化研究会)の活動により,本研究の評価を行うとともに,研究成果等を公開の場で懇談する場として「情報学教育フォーラム」を新たに設置して,より高度で広範な評価を行う。3.研究成果の発表:研究を総括し,本研究の成果をまとめて公表する。本研究の目的に際して,情報安全と情報人権の一貫した初等中等教育を支援する情報学協働学習環境の構築については,関係する学習内容の抽出と分析は既に完了し,情報学教育の授業モデルを構築し,当初の研究計画を完了している。
再生医療本格化の為の上皮細胞培養系における有効因子の解明とその応用

上皮細胞による再生医療を広く普及させ標準的な治療法として確立するため,使用培地成分の有効性および安全性の確保が急務となっている.以下2つの研究課題により,培地中有効因子の解明とその応用を目指した.第一は上皮細胞シートの細胞骨格に影響を与える血清中因子の同定であり,第二は無血清培地添加のための増殖促進因子の同定及びその活用である.(1)昨年度までの研究成果により,細胞シートの培養基材脱着後の収縮は,培地添加血清中のレチノイン酸によるアクチン-ミオシン複合体の動力に起因していることが強く示唆されている.血清添加およびレチノイン酸添加条件下においてミオシンのリン酸化が促されていることが,ウェスタンブロットにより確認された.さらに,細胞シートの共焦点顕微鏡による観察により,血清あるいはレチノイン酸添加時には細胞一細胞間にアクチンフィラメントが集積していることが観察された.(2)昨年度までに,ラット口腔粘膜上皮細胞およびヒト表皮角化細胞において,添加IL-1αには増殖阻害効果,IL-1レセプターアンタゴニスト(IL-1RA)には増殖促進効果があることを見出している.IL-1α阻害の観点から,IL-1αの成熟に関わるカルパインの阻害をおこなったところ,上皮細胞の増殖が促されることが確認された.またこの増殖は細胞膜透過型の阻害剤のみにより阻害された.さらに,培養上清のELISAをおこなうことによりIL-1αの存在量がカルパイン阻害条件下で顕著に低下していることが確認され,細胞内のIL-1αは未成熟型,成熟型ともに発現が低下すること,さらにIL-1αの遺伝子発現レベルも低下していることが確認された.以上の結果から,カルパイン阻害剤が培養初期のIL-1α成熟を阻害することで,IL-1αのポジティブフィードバック機構による増殖阻害を抑制していることが示唆された.細胞シートの収縮にかかわる血清中因子としてレチノールおよび全トランス型レチノイン酸を見出し,この際の分子挙動の観察に成功したことは,無血清培養系の実現に向かって大きく前進したと考えられる.また,重層扁平上皮の増殖を促すIL-1レセプターアンタゴニストおよび抗IL-1α抗体を添加した培養系と,その培養系で作製された細胞シートについて解析の結果として細胞増殖以外にも様々な遺伝子の変化が確認され,投稿論文がBiomaterialsに掲載された.さらに,当初の計画からは予想もつかなかった低分子化合物のカルパイン阻害剤による細胞増殖促進活性も見出している.以上の結果は,再生医療の更なる普及に大きく貢献することが予想される.全トランス型レチノイン酸がどのような機構で細胞骨格の制御をしているのか,特異的なレセプターアゴニスト添加の実験などで細胞内のシグナル伝達の挙動を分子レベルで詳細に探るとともに,収縮についての決定的な分子を回収前の細胞と細胞シートの免疫染色を比較することにより探る.さらに,本課題の結果を統合して完成された培地での培養で作製された細胞シートの遺伝子発現解析や免疫染色をおこない,臨床応用の手続きを進める.また,得られた成果を順次投稿論文としてまとめる.【研究目的】再生医療の本格化に向け、細胞培養時における培地中の有効成分の解明は重要課題であり、以下2つの検討方法により、この課題の克服を目指した。【研究方法】(1)培養基材脱着後の細胞シートの収縮において、血清添加有無による著しい差異を見出しており、培養上皮細胞の細胞骨格に影響を与える血清中因子が原因であると考えられるため、この探索をおこなった。血清存在下で上皮細胞を培養したのち各種細胞骨格の阻害剤を添加することで細胞シートの収縮のメカニズムはアクチン-ミオシンの相互作用によることが示唆された。この活性は低分子量GTP結合蛋白質Rhoによって制御させることが知られているが、無血清培養時においてこの活性化を促すLPA, Thrombinの添加による細胞シートの収縮は起こらなかった。この時の遺伝子発現解析をおこなうことで、無血清時にはLPAやThrombinのレセプターの発現量が低下していることが確認された。(2)イヌ特異的に発現の高い増殖因子の同定及びその活用のため、イヌ細胞の培地上清を他の動物種の培養系に添加することで、細胞増殖を促進することが示されている。この結果をもとに、増殖促進作用の高い培養上清が得られる培養日数において発現の高いサイトカインを定量RT-PCRにより探索し、ピックアップされたリコンビナントタンパクの添加実験をおこなった。IL-1αでは増殖阻害効果,IL-1レセプターアンタゴニストではラット口腔粘膜上皮細胞の増殖促進効果を見出した。さらに、ヒト表皮角化細胞に対する増殖促進効果を確認した。【研究成果】(1)細胞シートが収縮する原因はアクチン-ミオシン細胞骨格が原因であることが示唆され、無血清培養時においてはRhoの活性化に関連するLPAやThrombinのレセプター遺伝子の発現量が低下することを見出した。(2)再生医療への応用に可能な上皮細胞の増殖促進因子として、IL-1レセプターアンタゴニストを見出した。【研究目的】再生医療の本格化に向け、上皮細胞培養系にとっての有効成分の解明とその応用は重要課題であり、以下2つの項目の推進により、この課題の克服を目指した。【これまでの結果】(1)細胞培養時の増殖速度および、基材脱着時の細胞シートの接着能、細胞シートの基材脱着後収縮には、血清添加の有無による著しい差異があることを見出しており、これらの原因因子の探索をおこなった。各種細胞骨格の阻害剤添加実験により、細胞シートの収縮はアクチン-ミオシン相互作用と密接に関連していることが示唆された。

(2)イヌ細胞の培地上清は、培養日数が短い時点ほど他の細胞の増殖促進作用が高いことが見出された。この時期に比較的発現の高いサイトカインを定量RT-PCRにより探索し、ピックアップされたリコンビナントタンパクの添加実験をおこなったところ、ラット口腔粘膜上皮細胞およびヒト表皮角化細胞において、IL-1αでは増殖阻害効果,IL-1レセプターアンタゴニスト(IL-1RA)では増殖促進効果が見出された。【当該年度の研究成果】q)無血清培養時にビタミンAあるいはその誘導体であるall-trans型レチノイン酸(ATRA)を添加することにより、細胞増殖能、細胞シートの接着力、収縮に大きな変化が観察された。このビタミンAやATRAによる収縮は、アクチン-ミオシン系の阻害により抑制された。(2)1L-1αの中和抗体についても、IL1-RAと同様に細胞増殖を促す効果が見いだされたため、再生医療への応用への可能性が示唆された。これらの因子を使用した培養系において、遺伝子発現の変化を探ったところ、幹/前駆細胞マーカーのp63などの発現が高いことが見出された。また、同培養系において細胞シートを作製し、免疫組織学的に解析したところ、分化マーカーであるfilaggrinの発現などに変化が確認された。今後、観察された細胞増殖の機序が、接着促進、幹細胞性の維持、細胞周期の促進のどれによるものなのか、分子レベルでの挙動の詳細を探る。上皮細胞による再生医療を広く普及させ標準的な治療法として確立するため,使用培地成分の有効性および安全性の確保が急務となっている.以下2つの研究課題により,培地中有効因子の解明とその応用を目指した.第一は上皮細胞シートの細胞骨格に影響を与える血清中因子の同定であり,第二は無血清培地添加のための増殖促進因子の同定及びその活用である.(1)昨年度までの研究成果により,細胞シートの培養基材脱着後の収縮は,培地添加血清中のレチノイン酸によるアクチン-ミオシン複合体の動力に起因していることが強く示唆されている.血清添加およびレチノイン酸添加条件下においてミオシンのリン酸化が促されていることが,ウェスタンブロットにより確認された.さらに,細胞シートの共焦点顕微鏡による観察により,血清あるいはレチノイン酸添加時には細胞一細胞間にアクチンフィラメントが集積していることが観察された.(2)昨年度までに,ラット口腔粘膜上皮細胞およびヒト表皮角化細胞において,添加IL-1αには増殖阻害効果,IL-1レセプターアンタゴニスト(IL-1RA)には増殖促進効果があることを見出している.IL-1α阻害の観点から,IL-1αの成熟に関わるカルパインの阻害をおこなったところ,上皮細胞の増殖が促されることが確認された.またこの増殖は細胞膜透過型の阻害剤のみにより阻害された.
アルツハイマー病においてアポリポ蛋白Eがβアミロイド凝集と代謝に及ぼす影響

アルツハイマー病(AD)の発症メカニズムとして、脳内に産生されたアミロイドβペプチド(Aβ)が線維化し蓄積する過程が神経細胞死を招くというアミロイド仮説が広く支持されている。また、脳内にはAβと相互作用する分子が多数存在することも知られている。そのため、AD、特に孤発性ADの発症機序を解明する上で、このようなAβと密接に相互作用する分子がAβの線維化・蓄積に及ぼす影響を解明することは必須である。申請者はこのような分子の中で、特にその遺伝多型のε4アレルがAD発症の強力なリスクファクターであるアポリポ蛋白E(apoE)に着目し、apoEがAβの線維形成及び代謝過程に与える影響をアイソフォームごとに検討している。申請者は、Aβペプチドを用いたin vitroの検討において、apoEがアイソフォーム特異的にAβ線維形成過程の中間体であるprotofibrilを安定化し、それによりその後進行するfibril形成を抑制する効果があることを明らかにした。この結果と、protofibrilがAβ線維形成において線維化を進行させる凝集核(seed)として働く事実から、申請者はprotofibrilが持つ凝集核としての働き(seed効果)をapoEがアイソフォーム特異的に調節することによって線維形成速度を調節している可能性を考えた。そこでこの仮説をin vivoで検証するために、加齢依存的にAβがアミロイドとして脳内に沈着するトランスジェニックマウスを独自に作出し、その脳内に様々な凝集状態のAβ、あるいはapoEとco-incubationして作製したprotofibrilを注入して、その後のアミロイド蓄積にapoEが及ぼす影響をin vivoで検証した。その結果、protofibrilやfibrilにはseed効果がありアミロイド蓄積に対しseedとして働くことを示した他、apoEにはprotofibrilのseed効果を調節する機能があり、E3<E4のアイソフォーム間での効果の違いも認められた。これらの結果は、apoEがin vivoにおいてもアイソフォーム特異的に効果を発揮し、アミロイド蓄積に対して影響を及ぼすことを示す。また、このような効果がAD発症に関与している可能性が考えられた。まず、線維化したAβと特異的に結合する性質により線維化の指標として用いられるThioflavin Tの蛍光値と、ゲルろ過を組み合わせた実験手法を確立することにより、各アイソフォームapoEがAβ線維化過程に及ぼす影響を、特に線維形成中間体であるprotofibril Aβの形成に注目して検討を行った。その結果、apoEのアイソフォーム特異的なprotofibril Aβの安定化効果(E4<E2<E3)があることを見出し、この安定化効果の程度に一致して、さらに不溶性を獲得したfibril Aβの形成が抑制されることを示した(E4<E2<E3)。さらに、これらのアイソフォーム特異的な効果がapoEとAβの結合によって引き起こされるかを検証するために、SDS-PAGE、binding assayやクロスリンク(PICUP法)を用いてapoEとAβの結合を検討した。その結果いずれの実験方法によっても両者の結合が示されたが、SDS-PAGEの検討においてのみアイソフォーム特異的なSDS耐性な結合が観察された(E4<E2=E3)。このことは、apoEはAβと2種類以上の結合様式で結合し、またこのうちSDS耐性な結合様式はapoEアイソフォーム特異的であることを示唆している。これらの結果から、apoEはAβ線維化過程でアイソフォーム特異的にAβとSDS耐性な結合を形成し、その線維化の速度を調節することでAD発症に関与している可能性が考えられた。

この結果と、protofibrilがAβ線維形成において線維化を進行させる凝集核(seed)として働く事実から、申請者はprotofibrilが持つ凝集核としての働き(seed効果)をapoEがアイソフォーム特異的に調節することによって線維形成速度を調節している可能性を考えた。そこでこの仮説をin vivoで検証するために、加齢依存的にAβがアミロイドとして脳内に沈着するトランスジェニックマウスを独自に作出し、その脳内に様々な凝集状態のAβ、あるいはapoEとco-incubationして作製したprotofibrilを注入して、その後のアミロイド蓄積にapoEが及ぼす影響をin vivoで検証した。その結果、protofibrilやfibrilにはseed効果がありアミロイド蓄積に対しseedとして働くことを示した他、apoEにはprotofibrilのseed効果を調節する機能があり、E3<E4のアイソフォーム間での効果の違いも認められた。これらの結果は、apoEがin vivoにおいてもアイソフォーム特異的に効果を発揮し、アミロイド蓄積に対して影響を及ぼすことを示す。また、このような効果がAD発症に関与している可能性が考えられた。
CLT耐力壁の地震時特性の解析

本研究は、CLTパネル法に用いられる接合構法および耐力壁における資料を整備し、この構造による力学モデルの検討を行い、構造設計に有用な資料を整備することを目的とする。耐力壁のFEMモデルおよび動的モデルの開発を行い、CLTパネルの接合部の特性が構造物の地震時特性に及ぼす影響を調べた。耐力壁の履歴特性をモデル化し、時刻歴地震応答解析を行ない、種々のレベルにおける地震動に対する安全性の検討を行った。また、開口を有するCLTパネルについて、平均応力法を適用し、亀裂の発生を推定することが可能であることを示した。これらの成果は、CLTパネル工法に、有開口大版パネルを適用する際の有用な資料となる。1)CLTパネルにおける接合部の強度実験を実施し、解析および設計のための資料を整備した。ひき板が直交積層接着されたCLT同士を長尺の特殊ネジを用いて接合した種々の接合形式による試験体を用意し、強度試験を実施した。2)CLTパネルを構成する挽き板について曲げ試験および引張り試験を実施し、解析および設計のための資料を整備した。3)小型パネルを接合したCLT壁パネルの正負繰返しせん断実験を行ない、耐力壁脚部の接合耐力およびパネル同士の接合部の耐力バランスを信頼性指標により求め、破壊モードが信頼性解析の結果と一致するか確認を行なった。その結果、パネル間接合部が脚部接合部に対して先行破壊する場合は、両者の終局耐力分布をもとに信頼性解析を行うことにより破壊モードを確定することができたが、脚部接合部を先行破壊させるためには、脚部接合部に対して終局耐力を、パネル間接合部に対して降伏耐力の分布を適用する必要があることがわかった。4)開口形状・寸法の異なる大型パネルについて、有限要素法を用いた応力解析を行なった。応力解析に当たっては、ひき板を長手方向および短手方向に配置したパネルをそれぞれモデル化し、これらのパネルの接点を接合して壁パネルをモデル化した。解析結果を有開口パネルのせん断実験結果と比較し、モデルの検証を行なった。本研究におけるモデル化では、大型開口パネルにおける開口偶角部の破壊を比較的よく推定することができた。有開口CLT壁パネルについて、1)単一の直交異方性要素によるモデル、2)内層と外層をそれぞれ直交異方性要素によりモデル化した面要素を結合したモデル、3)個々のラミナを外層および内層についてモデル化しこれを結合したモデル、を用いて寸法・形状の異なる開口部を有する壁体について数値解析を行い、壁体内での応力の分布を調べるとともに、せん断耐力、剛性の計算値を実験結果と比較した。その結果、3つのモデルを用いた有限要素法による剛性の計算値は、いずれのモデルを用いた場合も実験値とよく一致した。また、開口部の引張応力度より求めた壁体のせん断耐力は、いずれの開口形状を有するものについても、実験における最大耐力の約2/3となっており、開口部隅角部における亀裂が、最大耐力の約2/3の水平力で発生し、水平力の増加とともに亀裂が進展することがわかった。CLT壁パネルにおける正負繰返し実験の結果をもとに、壁体の荷重・変形関係をモデル化し、このモデルを用いて3層構造物を想定した構造について非線形時刻歴地震応答解析を行った。構造物は、ベースシアー係数を1.0として各部の応力がそれぞれの終局耐力以下となるように設計した。入力地震波は、1995JMA KOBE NSを100%から徐々に増加させ、最大層間変形が実験の最大変位約40mmとなるまで計算を行い、最大変位を与える入力がJMA KOBE NSの約1.5倍であることがわかった。実験および解析は概ね順調に進んでいるが、解析の精度をあげるための作業に時間を要し、また試験装置の調整に時間を要したこともあり、予備実験は行ったが、地震波を変化させた仮動的実験は実施できなかった。また、実験における亀裂の発生時の検出の精度をあげる工夫が必要である。近年、国産材の利用促進を目的とし、CLT(Cross Laminated Timber/直交集成板)の活用が進められているが、わが国ではこの工法に関する知見が十分蓄積されておらず、特に地震国であるわが国の建築基準にこの工法を適合させるためには、この工法の力学特性を精緻に記述するための力学モデルの開発が急がれている。本研究においては、本工法に用いられる接合工法および耐力壁における資料を整備することにより、この構造による力学モデルの検討を行い、構造設計に有用な資料を整備することを目的とし、主として耐力壁のFEMモデルおよび動的モデルの開発を行い、CLTパネルの接合部の特性が構造物の地震時特性に及ぼす影響を調べた。平成28年度は、CLTパネル耐力壁の水平加力試験を行うことにより、耐力壁の履歴特性をモデル化し、時刻歴地震応答解析を行うことにより、種々のレベルにおける地震動に対する安全性の検討を行った。また、この工法では、大版のパネルからNCルーターにより開口部をくり貫いた壁パネルが適用される場合があるが、わが国ではこのようなパネルの力学特性については十分な知見が蓄積されていない。そこで、開口を有するCLTパネルのせん断実験結果を基に、有開口CLT耐力壁のFEM解析を行った。開口隅角部のメッシュの寸法を変化させて応力解析を行うことにより、隅角部において平均応力法を適当することにより、亀裂の発生を推定することが可能であることを発見した。

また、また種々の形状・寸法の開口部を有する壁体について数値解析を行い、有開口パネルのせん断耐力を開口係数を用いて推定することが可能であることを突きとめた。これらの成果は、CLTパネル工法建築に、有開口大版パネルを適用する際の有用な資料となるものである。本研究は、CLTパネル法に用いられる接合構法および耐力壁における資料を整備し、この構造による力学モデルの検討を行い、構造設計に有用な資料を整備することを目的とする。耐力壁のFEMモデルおよび動的モデルの開発を行い、CLTパネルの接合部の特性が構造物の地震時特性に及ぼす影響を調べた。耐力壁の履歴特性をモデル化し、時刻歴地震応答解析を行ない、種々のレベルにおける地震動に対する安全性の検討を行った。また、開口を有するCLTパネルについて、平均応力法を適用し、亀裂の発生を推定することが可能であることを示した。これらの成果は、CLTパネル工法に、有開口大版パネルを適用する際の有用な資料となる。CLT小型パネルを用いた耐力壁の破壊性状の推定を信頼性解析を用いた設計により適切に行うことができることを検証することができた。また、有限要素法を用いた開口を有する大型CLTパネルの破壊性状および終局耐力を推定できることが可能であることがわかった。CLT耐力壁の仮動的加力実験を実施し、動的解析モデルの検証を行う。これらのの研究結果をもとに、開口を有するCLT耐力壁の設計法の検討を行う。また、これらの壁体と床パネルで構成された構造物の設計法の妥当性の検討を行う。木質構造平成26年度の研究成果をもとに、開口を有するCLTパネルの解析方法に関する研究を継続し、これをもとにパラメータ・スタディーを行い、有開口CLT耐力壁の設計法を確立するとともに、耐力壁が地震力を受けた場合の動的解析モデルの検討を行い、大型パネルおよび小型CLTパネルよりなるCLT構造物の設計法の検討を行う。平成27年度は、まず解析モデルの作成を中心に行ったため、CLT耐力壁の仮動的実験の予備試験は行ったが、地震波をパラメータとする実験は実施できなかった。次年度は、CLT耐力壁の仮動的実験を行い、本年度作成したモデルの検証を行う。26年度末の出張による調査に変更が生じたため。CLTを用いた耐力壁の仮動的加力実験を行い、前年度行った時刻歴地震応答解析の結果より得られた特性と実験より得られた壁体の地震時の特性との比較を行い、解析モデルの妥当性の検証を行う。これらの成果をもとに、CLT耐力壁および構面の設計法の検討を行う。H28年度使用額は、当初の計画通り仮動的実験における試験体製作および実験実施費用に当てる。平成27年度の調査旅費にあわせて執行する予定である。
3次元音場における新たな聴覚のモデル化とAR・VRのための符号化・強調への応用

音響再生環境の多チャンネル化,あるいはAR(拡張現実)やVR(仮想現実)に於けるバイノーラル再生の普及とともに3D音場の収音・伝送・再生・強調技術の重要性が増している。しかし同時刻に複数の音源が空間的に配置された際の音源相互のマスキング効果や聞こえについては,その作用・効果が殆ど明らかにされておらず応用に至っていない。そこで本研究では,受聴者を取り囲む3次元空間中に配置された複数の音源相互が,どのように影響しながら受聴者に聞こえているのか, 3D音響空間におけるマスキング効果がどのように働くのか,その作用・構造を明らかにし, 3D音場の収音・符号化・伝送・再生に資することを目指す。
分散サーバによる高信頼実時間マルチキャストデータ配信の実現

本研究では,配信データを複数のマルチキャストサーバに分散配置し,ユーザはネットワーク状態に応じてそれら複数のサーバから必要なデータを並行受信することで,多数のユーザへの正しく速やかなデータ配信を実現することを目的としている.昨年度は,マルチキャスト複製サーバ選択の基本アルゴリズムの提案及び性能評価を行い,国際会議等でその成果を発表している.本年度は主に,この基本アルゴリズムの新しい応用分野への適用及び拡張を行った.近年,クライアント間で直接通信を行うPeer-to-peer(P2P)ネットワークと呼ばれる新しいアーキテクチャが普及し始めているが,そのアーキテクチャにおいても,分散サーバによるデータ配信の必要性は高いと考えられる.例えば,P2Pネットワーク上でプログラマが互いに協調しソフトウェアの分散開発を行う場合,すべてのプログラマが作業に必要な膨大を量の仕様書ファイルをなるべく早く受け取ることができることが望ましい.それらのファイルを最初に保持するメンバ群をサーバとみなした場合,そのP2Pネットワークは分散サーバによる配信アーキテクチャとみなすことができる.そこで,昨年度に考案したアルゴリズムをもとに,P2Pネットワークアーキテクチャ上で,クライアント群に分散配置された実時間データを効率よく配信する方法を考案し,シミュレーションにより性能評価を行った.また,考案した方法に基づくP2Pミドルウェアを設計,実装し,分散協調アプリケーションにおけるファイル配信実験により有効性を示した.これらの手法をまとめ,いくつかの国際会議及び論文誌で発表した.本研究では,冗長符号化された配信データを複数のマルチキャストサーバに分散配置し,ユーザはネットワーク状態に応じてそれら複数のサーバから必要な符号化データを並行受信,復号することで,多数のユーザへの正しく速やかなデータ配信を実現することを目的としている.本年度は,まず問題を簡単化するため,冗長符号化を考えない形での分散サーバの選択アルゴリズムを提案しその評価を行った.提案アルゴリズムでは,複数のマルチキャストサーバに対し,ユーザはどのサーバから受信することがもっとも受信状態をよくできるかを知るためにIGMPのトレース機能を利用する.ユーザは定期的にトレースを行うことで,マルチキャストルータでの画像フレーム棄却率などのネットワークステータスを取得し,それに基づきもっとも良好な経路状態であると判断できるサーバからのデータ受信を行う.これを経路状態に応じて自律的かつ動的に行うことで,集中的管理を行うことなく,より受信品質のよいマルチキャスト木が各サーバごと形成される.さらに多数のトレースメッセージによるネットワーク負荷の上昇を防ぐための工夫も行っている.シミュレーション実験の結果より,単純な分散サーバアーキテクチャと比較し,提案手法ではより高い受信品質でのデータ受信が可能であることがわかった.これらの成果を情報処理学会論文誌及び並行分散処理に関する著名な国際会議ICPPにおいて発表した.今後は,冗長符号化を伴う形での方式論の提案と性能評価に向けて研究を継続していく.本研究では,配信データを複数のマルチキャストサーバに分散配置し,ユーザはネットワーク状態に応じてそれら複数のサーバから必要なデータを並行受信することで,多数のユーザへの正しく速やかなデータ配信を実現することを目的としている.昨年度は,マルチキャスト複製サーバ選択の基本アルゴリズムの提案及び性能評価を行い,国際会議等でその成果を発表している.本年度は主に,この基本アルゴリズムの新しい応用分野への適用及び拡張を行った.近年,クライアント間で直接通信を行うPeer-to-peer(P2P)ネットワークと呼ばれる新しいアーキテクチャが普及し始めているが,そのアーキテクチャにおいても,分散サーバによるデータ配信の必要性は高いと考えられる.例えば,P2Pネットワーク上でプログラマが互いに協調しソフトウェアの分散開発を行う場合,すべてのプログラマが作業に必要な膨大を量の仕様書ファイルをなるべく早く受け取ることができることが望ましい.それらのファイルを最初に保持するメンバ群をサーバとみなした場合,そのP2Pネットワークは分散サーバによる配信アーキテクチャとみなすことができる.そこで,昨年度に考案したアルゴリズムをもとに,P2Pネットワークアーキテクチャ上で,クライアント群に分散配置された実時間データを効率よく配信する方法を考案し,シミュレーションにより性能評価を行った.また,考案した方法に基づくP2Pミドルウェアを設計,実装し,分散協調アプリケーションにおけるファイル配信実験により有効性を示した.これらの手法をまとめ,いくつかの国際会議及び論文誌で発表した.
メタ認知を基盤とする一般化の記号論的分析-分数除と小数除における一般化の考察-

本研究の目的は,次の2点である。第1は,数学的一般化の視座から,学習過程を記述する理論的枠組み並びに教授過程をデザインする規範的枠組みを開発することである。第2は,その枠組みに基づいて,指導上の課題が指摘されている分数除の困難性の要因を明確にすることである。第1の目的に関して,本研究では,認知論的・記号論的視座から,数学的一般化に関する記述的かつ規範的モデルを開発した。具体的には,Dorflerの一般化モデルに注目しつつ,本研究グループで開発した「拡張されたメタ認知モデル」によってそれを認知論的に補完した。さらに,内包的一般化および外延的一般化という2つの異なる一般化を理論的に定式化した上で,それらをDorflerの一般化モデルに組み込み,「一般化分岐モデル」を新たに提唱した。第2の目的に関しては,教育課程実施状況調査において課題の指摘されている分数除の理解過程に一般化分岐モデルを適用しながら,分数除の困難性の要因を明らかにした。具体的には,まず,立式の理解と計算アルゴリズムの理解が不可分であることを明確にしながら,小数除の理解過程が内包的一般化に対応するのに対し,分数除のそれが外延的一般化に対応することを指摘した。その上で,こうした一般化の質的差違が,分数除にかかわる理解の困難性の決定的要因であることを明らかにした。これらの考察をふまえた上で,分数除の指導に関する新たな枠組みを提唱した。新たな指導の枠組みとは,比例的推論に基づく現行の分数除の指導の対案として,立式については比較のスキーマを前提とし,「×逆数」の説明には,既有の数学的知識を仮定する教授学的介入である。本研究では,第6学年を対象としながら,対案に基づく実験授業を設計・実施し,その授業過程の分析を通じて,上述の対案の有効性を実証した。数学的一般化の視座から,学習過程を記述する理論的枠組みと教授過程をデザインする規範的枠組みの開発が本研究の目的である。すなわち,本研究では,数学的認識を一種の記号過程とみなしながら,記号それ自体を対象化する認知メカニズムを明らかにし,この記号の対象化がその後の一般化にとって,どのような意味を持つかを分析することをねらっている。具体的には小数除と分数除を題材としながら、両者の一般化の質的差違をまず明確にした上で,さらに分数除に関する学習過程を新たにデザインし,一般化の評価手法を開発する。こうした研究の一環として,本年度の研究では,「一般化」の理論的枠組みについて,オーストリアの数学教育研究者であるDorflerの一般化モデルに注目しながら,次の2つの視座からその精緻化を図った。その1つは,一般化を推進する認知プロセスを明確にすることである。2つめは,「記号の対象化」に続く2つの質的に異なる一般化の存在を指摘しながら,モデルの改変を試みることである。1点めについては,「拡張されたメタ認知モデル」を新たに提案した上で,Dorflerモデルを認知的に補完した。2点めについては,質的に異なる2つの一般化を「内包的一般化」と「外延的一般化」として理論化した。内包的一般化とは,未知の対象を既有の知識に同化しながら,既知の対象を普遍化する一般化であり,「自然数による除法」の発展として分数除を理解する場合や,小数除の理解がそれにあたる。