hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人口変動を考慮した世代間衡平性と世代間持続可能性の公理的分析

最終年度に実施した研究では,道徳哲学に深く依拠した二原理である功利主義と平等主義を折衷する方法と,平等主義的な特性を有した功利主義的評価基準の無限視野での新たな定式化について,理論的な分析を行った.これらについては,国際学会などでの発表を行った他,二つの論文が国際学術雑誌への採録され(採録決定済みを含み),書籍に採録された論文が一編あり,また国際学術雑誌への投稿に向けた初稿を完成させた論文が一編ある.功利主義と平等主義を折衷する方法については,平等主義を表現する評価方法であるレキシミン原理およびマキシミン原理を取り上げて,功利主義と折衷した評価方法をいくつか定式化している.定式化は,凸結合や辞書式の結合によって行われている.こうして定式化された評価方法について,その規範的基礎づけを公理的特徴づけによって明らかにしている.また,無限視野の枠組みにおける平等主義的な特性を有した功利主義的評価基準の定式化では,世代効用値の下極限に注目する功利主義的評価方法を新たに定式化し,その規範的基礎づけを公理的特徴づけによって明らかにしている.これらの研究は,功利主義と平等主義に関する規範的基礎付けの差異と共通項に関する新たな知見を示すものである.研究期間を通じて実施した研究では,功利主義および平等主義に基づく社会厚生の評価基準を理論的に研究し,特に,世代ごとの人口変動を考慮する無限視野の枠組みにおいて,それら評価基準の理論的分析を行った.世代内効用配分に適用される評価方法が,世代間効用配分に対して適用しうる評価方法にいかなる制約を課すかという点に注目し,一定の条件下では,世代内効用配分に適用される評価方法を世代間にも適用せざるを得ないことを明らかにしている.人口変動は年金制度をはじめとして様々な制度・政策の持続可能性に影響をもたらすため,世代間の利害調整問題に答えを出すためには人口変動を考慮した規範的評価尺度が必要となる.本年度の本研究課題の成果として,論文1編を作成し,国際学会などにて報告を行った.当該論文では,人口変動を考慮して世代間の利害調整を行うための規範的評価尺度として,臨界水準レキシミン原理と呼ぶ評価尺度を定式化し,その公理的特徴づけを行っている.臨界水準レキシミン原理とは,世代間利害調整に対する世代間平等を志向する評価尺度であり,世代をこえて最も不遇な個人の効用(すなわち,満足度)が高まることを社会的に望ましいものと判定するものである.さらに,世代を構成する人口の変動を,臨界水準効用と呼ばれる効用水準に基づいて考慮し,臨界水準効用より高い効用を享受する個人が世代に加わることは社会的に望ましいものと判定する評価尺度として定式化されている.この評価尺度の公理的特徴付けとは,この評価尺度がどのような望ましい性質を満たす唯一の評価尺度であるのかを明らかにすることであり,各世代の利害は不偏的に等しく考慮されなければならないという条件である匿名性公理や,富裕な世代と不遇な世代の2世代間でのみ利害対立が生じている場合には,相対的な貧富が逆転しない範囲で世代間格差を縮小しなければならないという条件であるハモンド衡平性など,いくつかの公理(望ましい性質)を満たす唯一の評価尺度が臨界水準レキシミン原理であることが示された.この成果は,人口変動を考慮した世代間の利害調整を私たちの社会が検討する際,どのような評価尺度を用いて利害調整をするべきかを示すものであり,本研究で用いた諸公理を私たちが望ましいものとして受容するならば,臨界水準レキシミン原理を用いる他はないことを示すものである.本研究課題では,上述の成果論文で定式化した評価尺度である臨界水準レキシミン原理の他にも,人口変動を考慮した世代間利害調整問題のための様々な評価尺度を定式化し,その公理的特徴付けをおこなうことを目的としているが,そうした追加研究についても順調に着手している.実際,上述の成果論文では,論文タイトルが示すように,臨界水準レキシミン原理に限らず,評価尺度一般に関して成立する一般的な結果もいくつか盛り込むことができた.こうした一般的な結果を足がかりとして,人口変動を考慮した世代間利害調整問題のための他の様々な規範的評価尺度の研究に着手しているが,これも申請時の研究スケジュールに沿ったものである.本年度の本研究課題の成果として,前年度に初稿を作成した論文1編について,国際学会にて報告を行い,推敲および分析結果の拡充を行った.当該論文では,世代間の人口変動を考慮する形で世代間の利害調整を行うための規範的評価尺度を理論的に分析している.当該論文では,臨界水準レキシミン原理と呼ぶ世代内効用配分の無限流列に対する評価尺度を提案し,さらに,臨界水準レキシミン原理を特殊ケースとして含む,一般的な評価尺度のクラスについて考察している.ここで分析されている一般的な評価尺度のクラスは,ある一定の公理群(いくつかの望ましい性質)を満たす世代内人口倫理の評価尺度を現在から有限先までの将来世代の集合に適用し,後続の世代の利害及び人口変動は,スッピス・セン序列原理もしくは追い越し基準の適用によって考慮する評価尺度である.臨界水準レキシミン原理は,世代内人口倫理の評価尺度として社会的選択理論において提案されている臨界水準レキシミン順序を現在から有限先までの将来世代の集合に適用する評価尺度であり,本研究で考察している一般的な評価尺度のクラスの特殊ケースである.

また,この一般的な評価尺度のクラスは,研究代表者が過去の研究において提案した,臨界水準による功利主義も特殊ケースとして含んでいる.本研究では,この一般的な評価尺度のクラスについて,どのような公理群を満たす評価尺度のクラスとして論理的に特定されるのか分析を行い,世代の不偏的処遇を要請する有限匿名性公理,利害が生じない個人の生存に評価が左右されないことを要請する生存独立性公理,臨界水準効用値の存在を弱く仮定する公理の3つの公理を満たす評価尺度として特定されることを示している.この一般的な結果を用いて,臨界水準レキシミン原理がどのような公理群を満たすものであるのかも特定している.本研究は申請時に予定していた研究スケジュールに沿っておおむね順調に進んでいる.研究実績の概要において指摘した成果論文の改訂稿(タイトル:Infinite-horizon critical-level leximin principles: Axiomatizations and some general results)を,公共経済学の国際学会(18th Annual Meeting of the Association for Public Economic Theory)にて報告を行い,当該研究分野の専門家から有益なコメントを得ることができた.当該報告の目的は,一般化された分析結果の学術的価値を確認することにあり,その点に焦点を当てた報告を行い,一般化された分析結果の重要性を確認することができた.これに従い,臨界水準レキシミン原理に焦点を当てた形式ではなく,一般化された評価尺度のクラスに関する分析に焦点を当てる形式での論文改訂を進め,国際査読付き雑誌への投稿に向けた最終稿の作成を進めている.また,上述の論文で分析した一般的な評価尺度のクラスとは異なる評価尺度のクラスの研究にも着手している.当該論文で用いられた生存独立性公理を弱い条件に変更し,他のいくつかの公理と組み合わせた場合に得られる評価尺度のクラスを分析し,人口倫理学の知見に基づく公理群との両立可能性を検討している.さらに,功利主義とレキシミン原理の折衷に基づく新たな評価尺度についても分析を着手し,人口が可変である枠組みでどのような公理群によってそうした評価尺度が特定されうるのか,効用の個人間比較可能性の条件に焦点を当てながら分析を開始している.最終年度に実施した研究では,道徳哲学に深く依拠した二原理である功利主義と平等主義を折衷する方法と,平等主義的な特性を有した功利主義的評価基準の無限視野での新たな定式化について,理論的な分析を行った.これらについては,国際学会などでの発表を行った他,二つの論文が国際学術雑誌への採録され(採録決定済みを含み),書籍に採録された論文が一編あり,また国際学術雑誌への投稿に向けた初稿を完成させた論文が一編ある.功利主義と平等主義を折衷する方法については,平等主義を表現する評価方法であるレキシミン原理およびマキシミン原理を取り上げて,功利主義と折衷した評価方法をいくつか定式化している.定式化は,凸結合や辞書式の結合によって行われている.こうして定式化された評価方法について,その規範的基礎づけを公理的特徴づけによって明らかにしている.
消化管から侵入した抗原,ウイルスに対する肝・脾免疫応答系の証明〜肝類洞Kupffer細胞を脾リンパ球によるヒト免疫応答と疾患〜

In vitroにおける免疫応答の解析は著しい進歩をみせたが、実際生体に侵入した細歯・ウィルス・抗原に対する免疫応答がどこでどのように始まり、増幅され、終息していくかについての研究は極めて少ない。今回私たちは、Balb/cマウスに抗CD3抗体を静脈内投与して経時的に脾臓白色髄の細胞構築の変化を共焦点レーザーにて検討した。この結果、抗CD3抗体投与前には白色髄は中心にある牌動脈の分枝、その周囲のT細胞ゾーン、T細胞ゾーンを取り囲むB細胞ゾーンとその構築は厳密に二層に分かれていたが、抗体投与後6時間までには活性化されたT細胞がB細胞ゾーンへと侵入し、T/B細胞の混合像を呈した。その後T/B細胞は白色髄から赤色髄へと移行し、白色髄内は24時間以内に抗体刺激前のT細胞ゾーンとB細胞ゾーンとに明確に区別される状態に立ち戻った。活性化し赤色髄へ移行したT/B細胞は、解剖学的には牌静脈を流れ門脈・肝類洞を経て、肝静脈から全身循環へ入ることになる。肝類洞にはKupffer細胞が集族しており、脾臓由来のT/B細胞とマクロファージ機能をもつKupffe細胞との相互作用により、全身免疫系の活性化が達成される可能性が指摘された。現在エルトリエーターを用いて肝細胞とKupffer細胞とを分離し、Kupffer細胞と脾臓由来T/B細胞との間の抗原情報の授受について検討をすすめているが、肝・脾を軸とした全身性免疫反応の増幅過程について研究できる手段を入手したことになる。消化管から侵入した抗原やウイルスは門脈を経て肝臓に達し、肝類洞を流れて肝臓脈から全身循環に入る。肝類洞は消化管から吸収された抗原、ウイルスに内臓器としてはじめて接する場であるが、生体防御機構からみると異物処理にあたるKupffer細胞が集簇している部位でもある。肝免疫系から発せられた免疫情報は全身循環後に脾臓に達し、活性化した脾リンパ球は脾静脈へ動員され門脈に入って肝免疫系と相互反応を起すことになる。そこでまず脾リンパ系を活性化するとどのように免疫応答が始動するかを検討した。812週令のBalb/cマウスに抗CD3抗体を静注し脾臓内の形態学的変化を共焦点レーザー顕微鏡を用いた螢光免疫染色法、フローサイトメトリーにより経時的に検討した。抗CD3抗体投与前には脾臓白脾髄内の中心動脈周囲にT細胞、その辺縁周囲にB細胞が区画されて存在したが、抗体投与によりT細胞が活性化されると活性化T細胞はサイトカインを放出しながらB細胞領域に遊走を始めT/B細胞の接触を行った後、B細胞活性化が起こり、ついでT細胞は赤色脾髄へこぼれ出したり、さらにapoptosisを起こすことも観察された。また24時間以内には白色髄は抗体投与前と同様にT細胞領域とB細胞領域とが画然と区別される状態に復した。白色脾髄におけるこのような変化は、脾臓が全身免疫系の活性化の場として重要な役割を担い、さらに肝臓・脾臓が相互に拘わimmune axisの存在を示唆する所見と考えられた。来年度には、肝Kupffer細胞の活性化を図り、その活性化が脾臓リンパ系活性化へのいかに関与するかを抗原特異的な方法で検討する。
サル頭頂連合野における異種感覚情報の統合機序の研究

正確なサッカード(急速眼球運動)には、網膜上での視覚対象の位置情報と眼窩内における現在の眼球位置情報から、頭に対する視覚対象の位置を計算する必要があると考えられる。前年度までの研究から、サル頭頂葉の頭頂間溝後方領域に多数の眼球位置を再現する神経細胞が存在することが明らかになった。本年度は、こうした神経細胞を含む頭頂間溝後方領域が、本当に眼球位置の制御に重要であるか否かを検討するため、ムシモル(抑制性伝達物質であるGABAのアゴニスト)を微量注入し、サルの注視行動に与える影響を検討した。サルに以下のような注視課題を訓練した。まず、サルが手元のレバーを押すとディスプレイ上に注視点が提示される。サルが注視点を1秒間注視すると、注視点が消える。サルは注視点が消えてもその位置に眼を留めておかなければならない。サルが1秒間眼球を動かさずにいると、再び注視点が提示される。サルがさらに1秒間注視し続けると、報酬が与えられる。この課題を用いれば、さまざまな位置に視覚手がかりなしにサルの眼球を留めることができる。この課題を遂行中のサル頭頂間溝後方領域にムシモルを注入したところ、特定の位置を注視する試行で顕著に注視エラーが見られることが解った。特に、注視エラーは視覚手がかりが消えている期間に起こった。この結果は、頭頂間溝後方領域が眼球位置の制御に関与していることを示唆するものである。今後はさらに、ダブルサッカード課題を訓練して、サル頭頂間溝後方領域の神経細胞がどのように応答するかを検討し、視覚情報と眼球位置情報の統合過程や網膜位置情報から運動情報への変換過程を検討していく。
アンデス高地の新しい宇宙線観測装置によるPeV粒子加速天体の探索

宇宙から飛来する高エネルギー粒子「宇宙線」は発見から100年以上が経つが、いまだにその起源は明らかではない。本研究では、宇宙線発生天体の周辺で生成される超高エネルギーガンマ線を、世界最高の感度で観測して宇宙線の発生源を探る。南米アンデス山中・ボリビア共和国の標高4700mの土地に新しい宇宙線観測装置を建設して、南半球の空を365日24時間休みなく観測することで、到来数の非常に少ない超高エネルギーガンマ線をとらえることができる。南半球では銀河系中心方向にある超巨大ブラックホールや、超新星残骸、パルサーなどの多くの極限天体が観測可能で、どの天体が(複数か未知の天体か)宇宙線の起源かを明らかにする。2019年に南米ボリビアで観測を開始するALPAQUITA宇宙線観測装置に、高精度ミュー粒子検出器を増設し、天体からの100TeVガンマ線を探索する研究である。本研究は、南半球で初の100TeVガンマ線に十分な感度がある観測実験であり、ミュー粒子検出器によって、雑音となる荷電粒子宇宙線信号の99.9%除去を目指す。PeV銀河宇宙線の加速天体の正体という長年の謎の解明を目的としており、PeV宇宙線の加速天体の探査は重要であり、100TeV付近でのガンマ線観測は有効である。南半球からは、銀河系中心や多数の超新星残骸が観測可能である点が極めて重要である。多くの重要な候補天体について、研究期間中に長時間観測の実現が期待される。
DNAの特異的ハイブリッド形成を利用した機能性ナノ粒子の配列形成とその触媒機能

半導体としての性質を持つナノパーティクルをナノオーダーで自由に配置することが可能になれば、触媒をはじめ様々な高機能構造体などに応用できる可能性がある。本研究では、DNAの特異性を利用することにより2次元領域にナノオーダーで自由にナノパーティクルを配列させる手法を開発することを目的としている。昨年度までの研究では、DNAのハイブリッド形成により網目状の鋳型構造を作成できること、RecAタンパク質による1本鎖DNAのもぐりこみ反応を用いてナノ粒子をDNA分子の特定部位に配列させられることを明らかにし、さらに、配列化において鋳型として働くDNA分子をガラス基板上に展開する技術(液滴移動法)の開発を行った。そこで、本年度は、その技術を応用してマイカ基板上にDNA分子を展開し、原子間力顕微鏡観察試料を作成する技術の開発を行った。具体的には、まず、蛍光顕微鏡での伸張操作において使用したλDNAを液滴移動法によりマイカ基板上で伸張し、AFMにより観察した。λDNAは48.5kbpであり約16μmであるので、完全伸張した場合には、観察したλDNAの長さは4μm四方であるAFM観察の視野を超えるものと予想されたが、実際の観察でも多くのλDNAが斜め方向に視野外まで伸張されたことが観察された。しかし、あまり伸張されていないλDNAや観察を阻害するアミノシランの析出もみられたので、今後の改良が求められる。また、λDNAより短いDNA(約3kbp)である1か所切断したpBluescript II SK+(pBsBH)の伸張を試みた。その結果、AFMの観察結果から測定されたDNA長は理論値である1μmとほぼ一致しており、このことはAFM観察におけるDNA伸張法として今後、幅広い範囲で応用可能であることを示していると考えている。半導体としての性質を持つナノ粒子をナノオーダーで自由に配置することが可能になれば、触媒をはじ1め様々な高機能構造体などに応用できる可能性がある。本研究では、DNAの特異性を利用することにより2次元領域にナノオーダーで自由にナノ粒子を酪列させる手法を開発することを目的としている。本年度の研究では、まず、DNAのハイブリッド形成により網目状の鋳型構造を作成できることを示し1た。しかし、この構造は2本鎖DNAで構成されているために、通常のハイブリッド形成を利用してナノ粒子を配列させることは不可能である。そこで、RecAタンパク質による1本鎖DNAのもぐりこみ反応を用いてナノ粒子を配列させる手法と塩基配列識別ペプチドを用いてナノ粒子を配列させる手法とを開発した。RecAを用いた手法では、ナノ粒子には金コロイド粒子(直径約5nm)を使用し、チオール基を介して1本鎖DNAと連結した複合体を調製し、その1本鎖DNA部位を相補的な配列を持つ2本鎖DNA(pBluescriptIISK+)にもぐりこませることにより金ナノ粒子をDNA上に配列させ、その後、原子間力顕微鏡(AFM)で観察を行った。その結果、この方法を用いて、設計した位置にナノ粒子を配列させることができた。一方、塩基配列識別ペプチドを用いた手法では、塩基配列ATATATを認識するペプチドSATB1にナノ粒子(直径約15nm)を連結し、その後、ナノ粒子-ペプチド複合体を2本鎖DNA(pBluescrlpt II SK+)上に配列させた場合にも、設計した位置にナノ粒子を配列させることができることをAFMで確認した。今後,今回開発した方法のどちらが優れているか,検討する必要がある。また,これらの手法を用いて,井桁状DNA上にナノ粒子を配列させ,さらに機能を付与するためのナノ粒子の選定も進める予定である。昨年度までの研究では、DNAのハイブリッド形成により網目状の鋳型構造を作成できること、RecAタンパク質による1本鎖DNAのもぐりこみ反応を用いてナノ粒子をDNA分子の特定部位に配列させられることを明らかにしたが、このようなDNA複合体は平面状に展開される必要があるので、,今年度はDNA展開手法について検討を行った。具体的には、洗浄したスライドガラス、または、さらに過酸化水素水で処理したスライドガラスを斜めに置き、λDNAを含む液滴をそれらのガラス上を移動させることによりDNA分子を伸張させ、その後、伸張の状態を蛍光顕微鏡で観察した。伸張操作の際にDNA分子を含む溶液の塩の種類と塩濃度を変化させて、それらの因子が伸張操作に与える影響について検討を行った。その結果、マグネシウムなどの2価の陽イオンでは伸張するより前にDNAが基板に付着してしまい、その結果、DNAは伸張されないことが判明した。また、1価のイオンとしてナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムの4種類について検討した結果、カリウムイオンまたはセシウムイオンをある程度以上の濃度にすると、極めて効率よくDNAを伸張できることが明らかになった。

昨年度までの研究では、DNAのハイブリッド形成により網目状の鋳型構造を作成できること、RecAタンパク質による1本鎖DNAのもぐりこみ反応を用いてナノ粒子をDNA分子の特定部位に配列させられることを明らかにし、さらに、配列化において鋳型として働くDNA分子をガラス基板上に展開する技術(液滴移動法)の開発を行った。そこで、本年度は、その技術を応用してマイカ基板上にDNA分子を展開し、原子間力顕微鏡観察試料を作成する技術の開発を行った。具体的には、まず、蛍光顕微鏡での伸張操作において使用したλDNAを液滴移動法によりマイカ基板上で伸張し、AFMにより観察した。λDNAは48.5kbpであり約16μmであるので、完全伸張した場合には、観察したλDNAの長さは4μm四方であるAFM観察の視野を超えるものと予想されたが、実際の観察でも多くのλDNAが斜め方向に視野外まで伸張されたことが観察された。しかし、あまり伸張されていないλDNAや観察を阻害するアミノシランの析出もみられたので、今後の改良が求められる。また、λDNAより短いDNA(約3kbp)である1か所切断したpBluescript II SK+(pBsBH)の伸張を試みた。その結果、AFMの観察結果から測定されたDNA長は理論値である1μmとほぼ一致しており、このことはAFM観察におけるDNA伸張法として今後、幅広い範囲で応用可能であることを示していると考えている。
放線菌におけるユニークな遺伝情報発現の制御機構研究

100種類以上の様々な化合物がタンパク質生産の誘導剤となり得るかを試した結果、培地への特定の誘導剤化合物の添加により著量誘導生産するタンパク質を発見するとともに、そのタンパク質遺伝子を同定することに成功した。当該遺伝子の転写開始点を決定し、プロモーターとして機能する領域を同定した。さらに、誘導発現調節に関与する新たなタンパク質遺伝子を同定した。誘導型プロモーターや誘導発現調節タンパク質などの制御機構の一端を解明し、放線菌を宿主とする新規誘導型高発現系の開発に利用可能な知見を得た。応用微生物学
複雑な鉄筋コンクリート構造物の腐食検出のための境界要素逆解析

本年度は、微弱な磁場の変化を測定することにより、コンクリート壁の裏面に近い位置にある鉄筋の腐食も検出できる感度の高い方法を開発するために、まず、精密磁場測定装置SQUIDを購入し、昨年度購入した電気化学測定システム(借用中であったクーロンメータを購入)を併用し、昨年度に製作したコンクリート試験片を用いて、予備的な実験を行った。つぎに、以前から継続して研究・開発してきた磁場測定による腐食検出用境界要素プログラムを改良して、シミュレーションを行った。その結果SQUIDにより精密に磁場を計測すれば、通常のポテンシャル測定による方法では検出困難な腐食でも検出できる可能性があることを示した。すなわち、コンクリート壁の裏面に近い位置にある鉄筋(壁前面から第2番目の鉄筋層にある鉄筋)の一部に腐食が生じている場合を想定し、鉄筋と壁の前面に置いた対極の間に直流を流して、その時に生じる磁場を壁前面おいて計測し、その結果から腐食位置と腐食速度を推定するシミュレーションを行った。鉄筋中およびコンクリート中の電流による磁場はビオサバールの法則を用いて解析した。同時に、この時の壁前面におけるポテンシャル分布も解析し、磁場分布と比較した。鉄筋中の腐食個所には健全部に比べて多くの電流が流れ込むので、この影響が壁前面における磁場分布およびポテンシャル分布に現れるが、磁場分布への影響の方が顕著であることがわかった。本年度は、本研究の全研究期間において使用する試験片を製作した(一部は未だ製作中)。また、き裂を含むコンクリート構造物の鉄筋腐食の検出実験を行うための電気化学測定システムを購入し、予備的な実験を行うとともに、既存のパーソナルコンピュータを用いて境界要素法による逆解析のプログラムの整備を行った。さらに、以前から継続して研究してきた遺伝的アルゴリズム(ジェネティックアルゴリズム、GA)と境界要素法を用いた逆解析による構造物中の鉄筋腐食を検出するための数値シミュレーションの結果をまとめ、インドネシアのバタムで開催された国際会議NAE2003(Numerical Analysis in Engineering 2003,工学における数値解析2003)において発表した。すなわち、従来の逆解析手法では、腐食領域を円や楕円で近似し、その中心位置、半径、長径、短径、長軸の方向などを未知パラメータとしていたのに対して、鉄筋網目の1マスの1辺がが腐食していれば1、腐食していなければ0として、鉄筋網目をコーディングして遺伝子を作成し、コンクリート表面の数少ない点における電位の測定値と境界要素法による解析値を比較し、その差が出来るだけ小さくなるような遺伝子を見出すことにより腐食部を見出す方法を提案した。従来の方法では腐食領域の形状(円または楕円のように)や個数を予め仮定しなければならなかったのに対して、遺伝的アルゴリズムを用いる方法ではそのような仮定の必要がなくなった。また、円や楕円では近似できないようなコの字型やカギ型などの腐食領域も扱えるようになった。しかし、計算時間が膨大になった。そこで、階層的な検索方法を導入して、この困難を解決した。
Compressed sensingを用いた頭頸部病変の高時間分解能血流動態評価

近年、Compressed Sensing(CS)の登場により、十分な画質を確保した上でMRIの高速撮像が期待できるようになったことから、本研究では、CSを使用してdynamic contrast enhanced MRI(DCE-MRI)の大幅な高速化により造影剤到達時の信号強度変化を詳細に捉えることで、より正確なBFのパラメーターを算出する。また、高時間分解能DCE-MRIデータとASLデータとを比較検討することで、病変の血流量・微小血管密度を総合的に判断し、最終的には、得られたバイオマーカーと病理組織との対応を検討する。
ヒト由来グルタミルプロリルtRNA合成酵素のX線結晶構造解析

結晶化を行うためのタンパク質およびRNA試料を調製するために、ヒト由来グルタミルプロリルtRNA合成酵素(GluProRS)およびそれと相互作用するtRNA遺伝子のクローニングを行った。はじめに、ヒト肝臓由来cDNAライブラリーに対して、GluProRSの遺伝子の5'末端と3,末端に相補的な配列をもったプライマーを合成してPCRを行い、完全長の構造遺伝子(4,320塩基対)を増幅し、クローニングすることに成功した。大腸菌内で本タンパク質を発現させるために、汎用されているpET系ベクターに遺伝子をサブクローニングし、発現を試みたが、目的タンパク質の発現は認められなかった。GluProRSの大腸菌における細胞毒性の可能性を考慮し、酵母にみられるprotein splicingを応用したIMPACTシステムに遺伝子を組み換えて発現を試みたが、目的タンパク質を効率よく発現させることはできなかった。一方、目的タンパク質と相互作用するtRNAの遺伝子をクローニングし、発現・精製することには成功した。現在は、GluProRSの全長ではなく、機能をもったドメインを発現させて構造解析のターゲットとするための実験を行っている。また、古細菌由来のGluRSは、真核生物由来のGluRSと高い相同性をもっていることが知られているので、試料調製の比較的容易な古細菌由来のGluRSの結晶構造解析をめざした試料調製も開始した。複数の古細菌(Aeropyrum perinix、Sulfolobus tokodaii)から、GluRSおよびtRNAの遺伝子をクローニングし、それぞれの発現系を構築した。GluRSタンパク質およびtRNAを精製し、それらの複合体の結晶化を行っている。本年度は、結晶化を行うためのタンパク質試料を調製するために、グルタミルプロリルtRNA合成酵素(以下GluProRS)の大腸菌での発現系の構築を試みた。まずはじめに、ヒト肝臓由来cDNAライブラリーに対して、GluProRSの遺伝子の5'末端と3'末端に相補的な配列をもったプライマーを合成してPCRを行い、完全長の構造遺伝子(4,320塩基対)を増幅し、クローニングすることに成功した。大腸菌内で本タンパク質を発現させるために、よく使われているT7プロモーター制御下で発現を行わせるためのプラスミドに遺伝子をサブクローニングし、発現を試みたが、目的タンパク質の発現は認められなかった。GluProRSの大腸菌における細胞毒性の可能性を考慮し、酵母にみられるprotein splicingを応用したIMPACTシステムに遺伝子を組み換えて発現を試みたが、GluProRSを効率よく発現させることはできなかった。現在は、GluProRSの全長ではなく、その一部(グルタミルtRNA合成酵素(GluRS)やプロリルtRNA合成酵素(ProRS)に相当する部分)を発現させて構造解析のターゲットとするための発現系の構築を行っている。また、古細菌由来のGluRSは、真核生物由来のGluRSと高い相同性をもつことが知られているので、試料調製の比較的容易な古細菌由来のGluRSの構造解析も同時に進めていくことを考えている。
実験動物の感染症診断に有用なプロティンA-ELISAの開発及び実用化に関する研究

1.抗原ならびに試薬の調製方法および反応条件について検討した.Sendai virusとM・pulmonisについては蛋白濃度5μg/ml, MHVについてはNu-67とSそれぞれ10μg/mlを等量混合し抗原とした.いずれも炭酸バッファーで可溶化した.3.ELISAのキット化のため,キット化抗原および試薬類の調製を行った.これらは4°Cで6カ月以上安定であることが証明された.4.野外試験用抗体検査キットを試作し,キット使用マニュアルを編集した.5.延べ227機関(第1回67,第2回80,第3回80の各機関)の協力を得て,試作キットの有用性に関する野外試験を実施した.実施後,試験成績およびアンケート調査結果を回収し,試験に使用した血清の分与を受けた.6.分与血清に対する研究班の計器判定と協力機関担当者による肉眼判定を比較し,両者にくいちがいの生じる原因を分析した.7.アンケート調査の集計結果によると,判定の迷いに関する指摘が比較的多く見うけられた.8.陽性限界付近の色調に対する判定が両者の不一致のおもな原因であることをつきとめ,陽性領域の発色増強のための検討を行った.9.抗原の調製方法を当初条件から1に示した条件に改めることにより,陽性反応が明瞭に発現した.この条件においても非特異反応はほとんど認められなかった.10.しかし,自己免疫疾患発症マウスの一部に非特異発色が認められた.したがって,このような系統の微生物モニタリングには,おとり動物の検査が適切であると考えられた.1.基礎的検討(1)抗原の精製ならびに安定化:感染鶏胚漿尿液由来センダイウイルスMN株(SV)および感染DBT細胞由来マウス肝炎ウイルスNu-67株(MHV)を20,000rpm60分3回遠心洗浄し、抗原力価調整後プレートに固相化した。固相化抗原は両ウイルスとも4°Cで1年間安定であった。ウエスタンブロッティング法により、SVで分子量60Kと67Kに、Mycoplasma pulmonisで66Kと92Kに主要抗原を検出した。このような方法は抗原の精度管理に有用と考えられた。MHVについては検討中である。(2)陽性コントロール血清の精製:SVについてモノクロナール抗体作製のためのクローニングを実施中である。(3)キット化:HRPOプロテインA結合物の作製ならびに凍結乾燥条件の検討,酵素基質の凍結乾燥条件ならびに錠剤化の検討,陽性コントロール血清の安定化の検討を行い,それぞれキット化に適した条件を定めることができた。2.1号キットの試作ならびに野外試験の実施:基礎的検討結果をもとに、SVならびにMHV抗体検索のためのマウス用1号キットを試作した。キットには2種のウイルス抗原プレートと陽性コントロール血清の他,凍結乾燥HRPOプロテインA,凍結乾燥酵素基質,試薬溶解液,洗浄液,過酸化水素水,反応停止液ならびにピペット類を組み込み、被検血清を準備すれば専用施設外でも直ちに検査できるようにした。また、専門家以外でも正しく操作できるようなマニュアルを作成し、キットに添付した。野外試験にあたっては66機関(20大学、15研究所、8ブリーダー・受託管理企業、23製薬企業)の協力を得て、キットの試用調査を実施するとともに、約3,500検体の血清の分与を受けた。1号キットに対する評価はおおむね良好であったが、MHV抗原の精製と安定化、陽性コントロール血清の力価調整方法、およびマニュアルの内容の一部に改善すべき点が見出された。1.抗原ならびに試薬の調製方法および反応条件について検討した.Sendai virusとM・pulmonisについては蛋白濃度5μg/ml, MHVについてはNu-67とSそれぞれ10μg/mlを等量混合し抗原とした.いずれも炭酸バッファーで可溶化した.3.ELISAのキット化のため,キット化抗原および試薬類の調製を行った.これらは4°Cで6カ月以上安定であることが証明された.4.野外試験用抗体検査キットを試作し,キット使用マニュアルを編集した.5.延べ227機関(第1回67,第2回80,第3回80の各機関)の協力を得て,試作キットの有用性に関する野外試験を実施した.実施後,試験成績およびアンケート調査結果を回収し,試験に使用した血清の分与を受けた.6.分与血清に対する研究班の計器判定と協力機関担当者による肉眼判定を比較し,両者にくいちがいの生じる原因を分析した.7.アンケート調査の集計結果によると,判定の迷いに関する指摘が比較的多く見うけられた.8.陽性限界付近の色調に対する判定が両者の不一致のおもな原因であることをつきとめ,陽性領域の発色増強のための検討を行った.9.抗原の調製方法を当初条件から1に示した条件に改めることにより,陽性反応が明瞭に発現した.この条件においても非特異反応はほとんど認められなかった.10.しかし,自己免疫疾患発症マウスの一部に非特異発色が認められた.したがって,このような系統の微生物モニタリングには,おとり動物の検査が適切であると考えられた.1.抗原の作製に関する検討:MHVnu-67株の、抗原株としての有用性がMHV-2株との比較により証明され、マイクロキャリアー法による大量培養に成功した。可溶化条件について検討し、カーボネート緩衝液を用いる方法が現時点で最適と考えられた。M.pulmonisの抗原株差は本法を用いる限り無視できることが判明した。

Tyzzer菌抗原作出用培養系に関して、卵黄のうならびにラット肝初代培養細胞接種法を検討し、いずれにおいても菌の増殖を認めたが実用化には至らなかった。Sendai virusならびにMHV抗原についてSDS-PAGE法、western blotting法による品質管理システムが確立された。2.判定基準の確立に関する検討:M.pulmonisに対する単クローン抗体産生細胞7株を作出し、いずれもELISA,FA,CF法で陽性反応を示した。対応する抗原決定基をwestern blotting法で検索している。G群Streptococcusの菌体よりヒトおよびラットIgG結合アフィニティークロマトグラフィーを用いてプロティンGを精製し、各種動物IgGへの結合能を検討中である。3.キット化に関する検討:継続中のプロテインAに加えて新たにラットIgG-HRPO結合物を作製し、凍結乾燥ならびに安定化条件を検討した結果、第2号試作キットを作製することができた。2号キットでは1プレート上にSendai virusとMHVの両抗原を2段に分けて固相化するとともに、マウスのほかラットを検査対象動物に加えた。さらに陽性コントロール血清を1号キットの1濃度から3濃度に増やし、視覚による判定が正確かつ容易に行われるように改良した。現在、30大学,15研究所,27製薬企業,8生産業・受託管理業,合計80機関の動物実験、実験動物施設の協力を得て野外試験を実施中であり、感度ならびに特異性に関して良好な評価が得られつつある。
核酸のインターナルダイナミクスを鋭敏に捕えるスピンラベル化核酸の開発と応用

・N-tert-ブチルアミノキシル基を2位導入した2'-デオキシアデノシン誘導体1を導入したオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)15-mer及び18-merの合成を行い、一本鎖、二重鎖のESRスペクトルを測定した。運動性の評価には2Azz値、低磁場側及び中央ピークの高さの比(h+/h_0値)で評価した。一本鎖から二重鎖による構造変化で、2Azz値:の増加、h+/h_0値の減少が見られ、15-mer及び18-merとも運動性の低下が評価できた。また25度と10度では一本鎖では2Azz値、h+/h_0値が同じであったのに対し、二重鎖の場合、2Azz値、h+/h_0値が異なり、温度が運動性により大きな影響を与えていることが示唆された。・化合物1と2つの水素結合形成可能なTをマッチ、A、C、Gをミスマッチとし、1を導入した15-merの二重鎖を用いて、ミスマッチがESRスペクトルに与える影響を検討した。測定は10、25、40、及び50度で行った。25度で測定したスペクトルのピーク高さはTm値から予想される二重鎖の安定性と相関を示した。・DNA二重鎖の一本鎖開裂のモデルとして、ATを含む領域にミスマッチを1つ、2つ、3つ含む二重鎖のESRを様々な温度で測定した。ミスマッチが多いほどピーク高さが大きくなり、二重鎖の運動性が大きいことを示した。いずれの場合も温度上昇に伴う自由度の上昇が確認された。この結果から、DNA二重鎖の一本鎖開裂をモニターできる可能性が示された。・2-N-tert-ブチルアミノキシル2'-デオキシアデノシン、イノシン(1)、(2)は、これまで6-クロロプリンのリボース誘導体から合成していたが、対応する2'-デオキシ誘導体を原料とし、以前の合成ルートを短縮した。化合物1、2をホスホロアミダイト体へ変換し、自動合成装置を用いてオリゴデオキシヌクレオチドへ導入した。・分子運動評価のため回転相関時間をESRスペクトルから算出する既存のシミュレーションはTEMPO誘導体評価のため開発されており、化合物1、2への応用が難しいことが分かった。TEMPO誘導体のESRスペクトルの線幅から2Azz値、δ値を算出し、分子運動評価に利用できることから化合物1、2及び4-hydroxylTEMPO(HT)のESRスペクトルをショ糖溶液中で室温から-70°Cで測定し、2Azz値、δ値の温度依存性を比較した。HTではδ値が-20から-30°Cの間で2から10mTへと大きく変化し、化合物1では-10から-20°Cの問で5から7mTへ、化合物2では-20から-30°Cの間で5から8mTへと変化し、化合物1、2でもδ値から動きが評価可能であることが示唆された。・化合物2を組み込んだ15-merの0°CでのESRスペクトルのδ値を算出した。一本鎖では0.57mTであるのに対し、化合物2とシチジンが対合する相補鎖との二重鎖では0.74mTとなり、二重鎖形成による分子運動の低下を示唆した。化合物2とチミジンが対合する相補鎖との二重鎖ではδ=0.71mTとなり、2組の水素結合形成が可能な2とシチジンが対合する二重鎖の方が、安定で動きが遅い事を示唆する結果となった。スペクトル測定条件の最適化、再現性の確認を現在行っており、アデノシン、グアノシンとの対合、化合物1を組み込んだオリゴマー評価を今後行う。
幼児の言語習得の単位を探る：日本語動詞述語のチャンク学習

本研究は私たちがどのように言語を習得するか、その学習のプロセスを探る心理言語学研究です。日本語の動詞述語は、例えば「食べられなかった」や「行っちゃったんだね」など、様々な機能や意味を担い、内部構造が複雑です。こうした日本語の動詞述語という形態的に複雑でバリエーションの多い構造体系を対象に、最新の統計学習モデルを用いた大量の発話データの解析による探索的研究、およびその結果を検証する幼児対象の発話実験と構造プライミング実験を行い、多面的なアプローチから幼児の言語習得の単位を解明することを目指します。
ADHDを伴う治療抵抗性自閉症モデルマウスの確立とその分子病態の解明

自閉症リスク遺伝子として知られているKirrel3遺伝子の欠損マウスを作成し、その行動解析を行った結果、自閉症様の行動に加えて、多動(ADHD様行動)を伴うことを見いだした。さらにKirrel3欠損マウスにおいて、小脳や副嗅球のシナプス部の構造異常を見いだした。これらの結果から、Kirrel3遺伝子欠損による小脳や嗅覚神経回路・シナプス回路の形成異常は、ADHDを伴う自閉症様行動の発現に関与している可能性が考えられた。ADHDを伴う治療抵抗性の自閉症患者で異常となる脳領域・神経回路に関しては不明であり、本研究結果はADHDを伴う自閉症の病態解明につながる重要な知見を提供すると考えられる。[1] kirrel3欠損マウスの脳の組織学的・生化学的・分子生物学的解析:kirrel3欠損マウスの行動異常の原因と考えられる神経回路のうち、kirrel3蛋白の高発現の認められる、副嗅球、海馬、小脳のシナプス部の解析をシナプス蛋白(VGLUT1, VGLU2, PSD-95, NMDAR1, Neuroligin2等)に対する抗体を用いて組織学的(免疫染色法)、及び生化学的(ウェスタンブロット法)に検討した。その結果、成獣の副嗅球の糸球体シナプス部、及び小脳のピンソーシナプス部において異常をみいだしており、現在定量化中である。また、成獣で異常の認められた小脳のシナプス形成期(生後14, 21日齢)においても異常を見いだしており、現在個体数を増やして解析中である。[2] kirrel3ホモ欠損マウスの行動学的解析:自閉症スペクトラム障害のモデルマウスでよく観察される常同行動の1つであるstereotype groomingの増加やrota-rodでの運動学習亢進が、kirrel3ホモ欠損マウスにおいて認められるかを検討した。その結果、stereotype groomingの増加は認められなかった(野生型n=6,ホモ欠損マウスn=6)が、rota-rodでの運動学習亢進が認められた(野生型n=32,ホモ欠損マウスn=30)。また、精神遅滞に関与している可能性を検索するため、学習、記憶に関して受動的回避テスト(野生型n=7,ホモ欠損マウスn=11)やモリス水迷路テスト(野生型n=16,ホモ欠損マウスn=18)を行ったが、有意な差は認められなかった。したがって、恐怖記憶や空間学習・記憶は正常である可能性が示唆された。また、成獣のコミュニケーション機能に異常がないかを、超音波発声により検討し異常を見いだしており、現在、個体数を増やして解析中である。これらの結果より、kirrel3ホモ欠損マウスが精神遅滞を伴わない、ADHDを伴う治療抵抗型ASDのモデルマウスとなる可能性が高いと考えられる。また、その病態に小脳のシナプス部の異常が関与している可能性が示唆された。kirrel3ホモ欠損マウスの解析結果より、kirrel3ホモ欠損マウスが精神遅滞を伴わない、ADHDを伴う治療抵抗型ASDのモデルマウスとなる可能性が高く、その病態に小脳のシナプス部の異常が関与している可能性が明らかとなった。この小脳シナプス部の異常の分子病態を解明するには、成獣だけでなく生後のシナプス形成過程も詳細に検討する必要があり、今年度に予定していた組織学的解析の一部の実験を行うことができていない。しかし、次年度のkirrel3ホモ欠損マウスの成獣の脳におけるkirrel2やネフリンの発現の組織学的解析の一部を先行して行っており、おおむね順調に進行している。小脳においてkirrel3蛋白はバスケット細胞の遠位軸索終末とプルキンエ細胞軸索初節部間のシナプスであるピンソーに強く発現していた。そこで、バスケット細胞の軸索マーカー(HCN1)や隔壁様構造に存在するPSD-95、及びプルキンエ細胞のマーカー(carbonic anhydrase 8)に対する抗体を用いた免疫染色法によりkirrel3欠損マウスのピンソーの詳細な組織学的解析を行った。その結果、kirrel3欠損マウスのピンソーにHCN1及びPSD-95の発現異常を認めたことから、kirrel3がバスケット細胞の軸索投射や隔壁様構造の形成・維持に関与している可能性が示唆された。自閉症スペクトラム障害(ASD)のモデルマウスでみられる成獣間の音声コミュニケーション機能に異常がないかを検討した結果、kirrel3欠損マウスで雌雄間の超音波発声回数が有意に低下していた。また、社会性行動と社会認識行動を3チャンバー社会性行動テストにより検討した結果、kirrel3欠損マウスは社会性行動に異常は認められなかったが、社会認識行動が有意に低下していた。オープンフィールドテストではkirrel3欠損マウスに過活動と常同様行動を認めており、これらの結果より、kirrel3欠損マウスが注意欠陥・多動性障害(ADHD)様の過活動を伴うASDのモデルマウスであることが示唆された。さらに、kirrel3欠損マウスの過活動がADHDの病態を反映する可能性を検討するために、ADHDの治療に用いられるメタンフェタミン(2.5-10 mg/kg)の急性投与によるオープンフィールドにおける過活動改善効果を検討中である。さらに、kirrel3欠損マウスの新規環境下での過活動と常同様行動の神経回路を同定するために、新規環境下にて活性化する神経細胞、及びシグナル分子の組織学的解析をc-fosに対する抗体を用いて検討した結果、異常を見いだしており、現在、個体数を増やして解析中である。

kirrel3欠損マウスの行動解析結果より、kirrel3欠損マウスがASDの主要症状と類似する社会性・コミュニケーションの障害と常同様行動を示すこと、ADHDの主要症状と類似する過活動を示すことから、ADHDを伴うASDのモデルマウスとなる可能性が示唆された。また、組織学的解析結果よりその病態に小脳のシナプス部の形成異常が関与している可能性が明らかとなってきている。今年度に予定していたkirrel3欠損マウスの脳内各部位におけるセロトニン量、ドーパミン量の測定が、外部委託ではなく当施設で解析できるようになるため、先に次年度の予定であった、新規環境下にて活性化する神経細胞、及びシグナル分子の組織学的解析を行っており、おおむね順調に進展している。<最終年度>[1]脳の組織学的解析:Kirrel3欠損マウスの行動異常の原因を検討するために、Kirrel3蛋白が高発現していた副嗅球、海馬、小脳の軸索やシナプス部に対して、抗Kirrel3抗体と軸索やシナプス蛋白に対する抗体を用いた多重免疫染色法を行なった。その結果、鋤鼻感覚細胞の軸索投射異常を示唆する副嗅球の糸球体シナプス部の構造異常と、小脳バスケット細胞の軸索分枝や投射の異常を示唆するピンスーシナプス部の構造異常をみいだした。[2]行動解析:自閉症スペクトラム障害(ASD)の主要症状である社会認識行動の異常を社会認識記憶テストや嗅覚弁別テストにより検討した結果、Kirrel3欠損マウスにおいて社会認識記憶の低下を認めた。ASDの主要症状であるコミュニケーションの異常を母仔分離による超音波発声により検討した結果、生後7日齢のKirrel3欠損マウスにおいて超音波発声回数の増加を認めた。さらに、ASDの主要症状である知覚行動異常を音響驚愕反射テストにより検討した結果、Kirrel3欠損マウスにおいて聴覚過敏を認めた。<研究期間全体>自閉症リスク遺伝子として知られているKirrel3遺伝子の欠損マウスを作成し、その行動解析を行った結果、Kirrel3欠損マウスはASD様の行動に加えて、多動(ADHD様行動)を伴うモデルマウスであることを見いだした。さらにKirrel3欠損マウスにおいて、小脳や副嗅球のシナプス部の構造異常を見いだした。これらの結果から、Kirrel3遺伝子欠損による小脳や嗅覚神経回路・シナプス回路の形成異常は、ADHDを伴う自閉症様行動の発現に関与している可能性が考えられた。ADHDを伴う治療抵抗性のASD患者で異常となる脳領域・神経回路に関しては不明であり、本研究結果はADHDを伴うASDの病態解明につながる重要な知見を提供すると考えられる。自閉症リスク遺伝子として知られているKirrel3遺伝子の欠損マウスを作成し、その行動解析を行った結果、自閉症様の行動に加えて、多動(ADHD様行動)を伴うことを見いだした。ADHDを伴う治療抵抗性の自閉症患者で異常となる脳領域・神経回路に関しては不明であり、本研究結果はADHDを伴う自閉症の病態解明につながる重要な知見を提供すると考えられる。
地殻の変成過程における元素の移動

地殻上層部にあった岩石が、造構運動に伴って地殻深所にもたらされると、その岩石は新しい環境に適合した鉱物組合せの岩石に変化する。また、地下深所からマグマが浅所に上昇貫入して来ると、その周囲の岩石は、その熱的影響をうけて変化する。これらの岩石の変化の過程で、物質が岩石から周囲の岩石に移行したり、外から物質が移入して固定されたりする。これら、岩石の変成過程で物質の移動があることについては、かなり懐疑的な態度を持つ人が多かった。しかし物質の移動機構が明らかになるにつれ、物質移動はそれ程まれな現象ではないことが認められつゝある。この計画研究では、坂野、西山、加納、田切、鈴木、大貫は、天然の岩石の観察と研究から物質移動の実例を詳細に記述、移動機構を解析することに努めた。飯山、赤荻は機構の解析に必要な造岩諸相の熱力学的データーを実験的に取得することに努めた。【◯!1】三波川変成帶五郎津変斑れい岩帶の輝石グラニュライトに加水反応がおこる時Naが固相に附加されると共に、Clも附加されることが明らかにされた。この時、この岩石の構生鉱物の組合せの変化に伴ってどのような元素の再配分が越るかが明らかにされた。【◯!2】長崎県西彼杵変成岩類中の蛇紋岩類中の緑泥石-透輝石-滑石脈中の累帶構造の生成機構が、計算によってシミュレートされ岩脈中に入って来た溶液と蛇紋岩との物質移動が明らかにされた。【◯!3】双子型カロリメーターによって、20ミリグラム程度の微量の試料を使って、鉱物のエンタルピーをこれまでに得られている諸資料と同程度の精度で求められるようになった。【◯!4】花崗岩質マグマ(人工)と熱水溶液間のclの分配関係の変化が07Kbの圧力域で求められた【◯!5】花崗岩質メルトと熱水溶液の平衡関係の観察から塩類の水溶液の分相が追跡された【◯!6】Wの気相輸送が実験的に証明され、Pb,Znのそれに比し10100倍大きいことが示された。
生物活性発現初期段階におけるフラボン類とリン脂質膜との相互作用解析

様々な生物活性を有するフラボノイド類(フラボン類)について、リン脂質膜親和性と生物活性強度の連関を化学的アプローチにより解明することを目的としている。また、フラボン類がリン脂質膜中のどこ(リン脂質膜表面あるいは内部)に、どのような状態(運動・配向・構造)で存在しているのかといった相互作用情報を分子レベルで取得し、生物活性発現機構の本質的理解と生物活性のより高い化合物("最強"の活性を有するフラボノイド)の創出を目指している。
遠隔制御を用いて安全性を高めた熱実験観測システム（シャルルの実験）の構築

「物理」という言葉だけで複雑な原理や難解な理論を思い浮かべる人も多い。しかし、科学実験を体験し、自分の手で確かめることで身近な物理現象を感じ、さらに理科や理系といった自然科学に興味を持ってもらうのが目的である。温度や体積変化を使った熱に関する実験は、外乱の影響、事故の危険性など、小・中学生向けの実験としてはハードルが高くなりがちである。しかし、物理の基本法則を知るうえで、またエネルギーや環境問題にも繋がる分野でもあり、一番に興味をもってもらいたい物理現象でもある。そこで、新たにシャルルの実験装置を製作し、小・中学生を対象に、安全な環境で熱の実験を行い、熱のもつ不思議さを感じながら科学分野に興味をもってもらうことを目的としている。上記目的を達成するための、熱に関する実験観測システムを制作した。実験観測システムは[1]シャルルの実験部、[2]遠隔操作計測部(スレーブ)、及び[3]観測制御用PC部(マスタ)で構成した。[1]はアクリル材料を用い制作し、溶液は水道水を使用した。[2]は遠隔操作できるカメラを用いた撮影と温度管理装置を制作した。[3]観測制御用PC部からのカメラ画像にて実験、計測を行った。熱実験の様子をカメラから映し出された画像で測定、観測は可能だったが、制作した装置だと加熱放熱する時間が長く、実験時間が想定(1時間)より長くかかってしまった。計測結果に関しては、ばらつきが大きく、解析結果の絶対零度の値は-270±50°C(5回計測)となった。実験手順等に問題が無いか、外乱等の要因を排除するための、なにかしら補正が必要と考えられる。実験に関しては、時間の問題が大きく公開実験等で試用することが出来なかった。問題点を改善し公開実験等で試用することを考えている。カメラやPCを用いた実験が学生の興味を引く要因となるか、公開実験等で試用して確かめたい。