hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
雲エアロゾル相互作用の解明にむけた雲採集装置の開発

大気エアロゾルは雲の核としての働きを通じて気候に大きな影響を与える。雲核として働く大気エアロゾルの特徴を解明するためには、実際に雲の中から核を取り出し、その形態や組成を詳しく分析することが最も直接的なアプローチと考えられるが、これを可能にする新技術にCVI(Counterflow Virtual Impactor)がある。本研究では、さまざまなフィールド、室内実験、気球観測等への将来的な応用を見据え、従来にくらべ大幅に小型化されたCVIを開発し実用化した。基盤C大気エアロゾルは雲の核としての働きを通じて気候に大きな影響を与える。大気エアロゾルは雲が形成される際に水蒸気が凝結する核として機能することで間接的に気候に影響を及ぼしている。雲の核として働くエアロゾルの形態や組成を詳しく分析するため、本研究では実際に雲の中から核となる粒子を取り出すことができる小型のCVI(Counterflow Virtual Impactor)を開発する。従来のCVIは航空機や風洞を必要とするなど観測インフラが大掛かりになりがちだったが、本計画では設計当初からCVIの利用を主として地上での利用に限定することで一切の無駄を取り除き、CVIとしては最小限のスペース、エネルギー、コストで研究遂行上十分な性能を得ることを開発コンセプトに掲げている。本年度は主に、雲採集装置「ミニCVI」の設計と部品の調達に終始した。具体的には装置の設計に際し(1)大型の風洞の撤廃、(2)カウンターフローに使われる合成乾燥空気ボンベを廃止しコンプレッサーと乾燥機で代用、(3)風洞に代わって小型の真空ポンプにより試料空気を引き込むこと、(4)パーソナルコンピューターで制御できるマスフローコントローラーを採用することでコントロールユニットを省略すること、等を設計に盛り込んだ。設計にあたっては、海外の協力研究者と直接議論する場を設け、最適なノズル形状を選定するといった設計の合理化に努めた。現在、プロトタイプ加工の依頼へ向け、業者と材料、部品の選定および技術的な協議を進めており、当初の研究計画通り進行中である。大気エアロゾルは雲が形成される際に水蒸気が凝結する核として機能し、雲の分布を変化させることで間接的に気候に影響を及ぼしている。このミニCVIは、コストがかさみ大規模なインフラが必要となる航空機への搭載を想定したものではなく、山岳域での野外観測や人工的に雲を発生させられる雲チャンパー室内実験への応用を想定した小型のもので、完成の暁には未だ日本では稼働の実績がないCVIを使った投資対効果の高い研究の展開が見込まれる。今年度までの活動により、装置のハードウェアの制作は最終ステージにあり、現在は実用化に向け装置内の各種流量を制御するソフトウェアの開発に注力している。当初年次計画に記載したとおり、平成21年度は主にCVIの試作および室内での動作試験を中心に行った。装置の試作品はすでに組みあがり、大気エアロゾルを除去し、より粒径の大きな雲粒のみを選択的に引き込むための各排気、吸気パイプ内における流量の制御実験をおこなった。小型のコンプレッサー、ポンプと接続し、コンピューター制御により安定した流量が得られるようになった。現在、最終年度での完成にむけて、CVIにより「ふるい」にかけられた雲粒から水分を除去し、粒径や濃度を測る装置や形態・組成分析用のサンプラーへ試料大気を分配する方法について検討を進めている。雲の核として働くエアロゾルの形態や組成を詳しく分析するため、本研究では実際に雲の中から核となる粒子を取り出すことができる小型のCVI (Counterflow Virtual Impactor)を開発する。このミニCVIは、コストがかざみ大規模なインフラが必要となる航空機への搭載を想定したものではなく、山岳域での野外観測や人工的に雲を発生させられる雲チャンパー室内実験への応用を想定した小型のもので、完成の暁には未だ日本では稼働の実績がないCVIを使った投資対効果の高い研究の展開が具込まれる。これまでの活動により、すでに実際の装置は組みあがり、専用ソフトウェアによる各排気、吸気流量の安定した制御も行えるようになった。これにより、小さな大気エアロゾル粒子を空気動力学的な「ふるい」で排除し、より粒径の大きな雲粒のみを選択的に引き込むことが可能になる。当該年度は室内での動作試験と並行し、人工的に雲を発生させる雲チャンバー室内実験への応用についての検討を行った。研究会等の機会を通じ、CVIおよびサンプラー(実際にCVIにより抽出された雲残渣粒子を回収するため)を、雲チャンバーに接続する方法について共同研究者らと検討を重ねた。雲チャンバー実験の実現に向けて一定の目途が立ったことから、連携研究者として新たな研究プロジェクト(科学研究費補助金基盤研究(A))の申請に参画し、これが採択されるまでに至った。
プログラム可能なガジェットでの物体形状検索プログラムの研究と開発

本研究では、Android携帯電話やiPhoneなどのプログラム可能なガジェット上で動作する物体形状検索プログラムのための基礎的な研究及びガジェット上での実装を目指した。また、サーバ上で必須となる索引構造についても研究をおこなった。前者に関する研究として、与えられた凸多角形を含む面積が最小となる多角形で、頂点数が段々と減っていく多角形の列を構成するアルゴリズムの提案をおこなった。また、同様の研究を単純多角形が与えられた場合にもおこなった。次に、このアルゴリズムを画像から抽出した輪郭線に適応し、形状検索に関する実験をおこなう予定であったが、今後の課題となってしまった。後者に関する研究として、任意のLp距離で検索が可能な索引構造についての研究をおこない、論文として発表した。ここでは、GNATと呼ばれる索引構造を元に索引構造が構築できること、検索可能な距離は増えているが、実際の検索での距離計算の回数は、高々5倍程度に収まることが計算機実験からわかった。また、この索引構造の構築の際に必要となる点集合の分割についても、幾つかの手法を実装し、検索結果にどう影響するか考察をおこなった。本年度は、自らの辺と交差を持たない単純多角形を包含する多角形列の研究を主におこなった。この研究で提案した手法は、凸多角形に対する手法を拡張したものであり、多角形上で隣接する3頂点のなす三角形の中で最小の面積を持つ三角形を順次追加していき、与えられた単純多角形を含む凸包に近づけていくものである。この手法の計算量は、n個の頂点を持つ単純多角形の場合、O(n^2)時間とO(n)領域で実行することができる。この手法が単純多角形とその凸包に囲まれた部分多角形ごとに実行することができることを示した。これにより、この手法の計算時間は、O(n^2_s)時間とO(n)領域と改善された。ただし、n_s、は部分多角形の最大の頂点数とする。しかし、この計算量は、凸多角形に対する手法と比較すると、領域計算量は変わらないが、計算時間が増加している。この計算時間を改善することが今後の課題の一つである。また、PCサーバ、Android端末(2種類)、画像データ集、データ保存用ハードディスクなどを購入し、計算機実験の準備を始めた。準備の一つとして、計算機実験の際に、索引構造として用いるmm-GNATの実装をおこなっている。この実装が終わり次第、凸多角形に対する二重k多角形列の面積比の計算機実験を行なう予定である。Android端末上でも、簡単なアプリの作成を始めている。研究実施計画書に記載した次の点についてはまだ研究が進んでいない。・一定作業領域アルゴリズムが可能かどうかの検討・SIFT特徴量など他の特徴量の検討今後、検討やPCサーバでの実装だけでなく、Android端末上での実装も進める予定である。本年度は、昨年度提案した自己交差を持たない単純多角形を包含する多角形列を出力するアルゴリズムの高速化について研究をおこなった。しかし、よいアルゴリズムを構成することができず、他の研究を利用することで、O(n^<1.5>)時間のアルゴリズムを構成することができた。また、昨年度に提案したアルゴリズムを実際に実装し、計算機実験をおこなった。計算機実験の結果は、平均的にO(n^<1.5>)時間に従うようにみえるが、まだ検討が必要である。これらの結果が得られたのが年度末も近い時期だったため、まだ発表には至っていない。今後、早急に発表する予定である。また、索引構造として利用する予定のmm-GNATを実装し、ランダム法、GNAT法、D-index法、SSS法、立方格子配置法、面心立法格子法を用いて生成した母点により、性能がどの程度の変化するかについて、大学院生と共に実験をおこなった。この結果、次のことがわかった。1)4次元一様分布では,SSS法,格子配置法の性能がよい.構成時間を比較すると,格子配置法のほうが高速に計算することができる.2)16次元一様分布での実験において、面心立方格子からなる母点を用い、検索距離をL1距離とした場合によい性能が得られた。このデータに対するそれ以外の検索実験では、全検索となった。3)ランダム法は、簡単に実装ができ、性能もそれなりによい手法であることがわかった。

本年度は、昨年に続き、自己交差を持たない単純多角形を包含する多角形列を出力するアルゴリズムの高速化について研究をおこなった。n頂点の単純多角形に対し、O(n**3/2)時間で出力をするアルゴリズムを提案したが、理論的に間違っている部分が発見され、O(n**2)時間のアルゴリズムであることがわかった。一方で、計算機実験では、O(n**3/2)に従う計算時間となり、実際の実行時間も1秒以下(2048頂点)となっていた。そのため、Androidなどの計算能力の低いガジェットでも実行可能なアルゴリズムであることが確認できた。次に、理論面での高速化、つまり計算時間をO(n**2)時間以下にするという課題について研究をおこなった。目的の達成のためには、アルゴリズムの前半と後半にある交差判定の回数を減らす必要がある。前半は、単純多角形の高速な三角形分割を利用することで、交差判定の回数を減らすことができた。後半は、まだ解決できていない。前半で利用した三角形分割を用いることは可能だが、時間計算量は変化しない。この部分は今後の研究課題である。また、サーバやAndroid端末上での計算機実験は、実装の遅れから、まだ実験をおこなえていない。今後、計算機実験をおこなうために、実装を進める予定である。理論的側面の研究がなかなか進まずに、研究結果を出すことができなかった。途中で、理論的な高速化については、研究を止め、実装をおこなうことにした。また、SIFT特徴量について研究をおこなう予定であった大学院生が退学をしたことも原因の一つである。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究の理論的な側面についての研究、計算機上での実装などが終わったが、ガジェット上での実装についてはほとんど進んでいない。何らかの形でアプリケーションを公開するためには、AndroidとiPhoneの両方での実装はあきらめ、Android端末での実装を中心に行っていきたい。その上で、時間があれば、iPhoneのアプリケーションを実装することを考えている。また、研究成果を学会などで発表するため、得られた結果をできるだけ早くまとめる予定である。
アメリカ独立革命の研究-英国国教会、南部植民地、ロイヤリズムの視点から

平成23年度も、図書を購入して前年度に引き続き研究動向の整理に努めた。その結果、アメリカ独立革命史研究においてこれまで相対的に低い関心しか寄せられてこなかった先住民や独立反対派(ロイヤリスト)に着目した研究が昨今多数現れていることが分かった。ロイヤリストや英国国教会にも関わる大西洋史の文脈でも最新の研究が多数見られ、私の研究テーマがアメリカにおける研究動向と乖離していないことが確認できた。昨年以来、南部におけるアメリカ主教派遣問題を中心としたアメリカ植民地と英国国教会の関係を探る論文の執筆を目標としていた。これについては手稿吏料の収集および解読が困難を極めることもあり、残念ながら平成23年度内に成果を発表することは叶わなかった。南部植民地における宗教に着目した研究が本邦において寡少である現状にあって本研究は完成すれば日本の初期アメリカ研究に一定の貢献ができると思われるため、今後も継続していく予定である。以上のように英国国教会と本国との関係を探る研究は未だ途中であるが、修士論文で注目したジョナサン・バウチャーという人物の伝記的考察を『東京大学アメリカ太平洋研究』12号に掲載した。これは一人物の分析を通じて独立革命当時の南部植民地における政治社会の実相に迫ることを意図したものである。バウチャーは革命期アメリカにおいて最も保守的な人物とされてきたが、彼のアメリカ植民地における軌跡を丹念に追ったところ、反動的とまでは言えないことが分かった。こうしたバウチャーが結果的に亡命を余儀なくされたのは、愛国派による詭弁的論難や暴力を伴う迫害を受けたことによる。ただし、彼は教会統治論上明らかに保守的であり、愛国派とは思想的に対立する要素を本来的に有していたとも言える。一方、愛国派の教会観も一枚岩的ではなかった。上で挙げた本国国教会の動向と合わせて、革命期アメリカの複雑な宗教状況を今後も考察していくつもりである。本国国教会側の史料は主にロンドンのランベスパレス図書館に所蔵されているが、手稿史料のため解読には時間を要する。そのため、平成23年度において論文の形で発表できたのは、修士論文を要約した論文一本に留まった。アメリカ革命前夜の南部植民地における公定教会に関する史料は数も少なく解読も困難なため、それだけで実証的な研究を進めることは難しい。このため、独立戦争中や合衆国憲法制定に至る時期に考察の範囲を拡大し、メアリランドおよびヴァジニアにおける宗教と政治の問題を考える方向で進める予定である。政教分離などの重要テーマとも関連すると考えられる。むろん、これまで目指してきたように、本国側の視点にも注意を払うつもりである。英国国教会が本国イギリス同様に公定教会とされていたイギリス領アメリカ南部植民地において、公定教会がいかなる政治的機能を担い、植民地住民といかなる関係にあったのかを考察している。これにより、宗教と政治・社会についての考察を統合した新たなアメリカ独立革命解釈を打ち出すことを最終目標とする。具体的に検討している植民地は、メアリランドとヴァジニアである。メアリランドは17世紀、英国で迫害されていたカトリック教徒の避難所として、ある貴族により建設された。当初はカトリックのみならず広くプロテスタントにも寛容であったが、本国の名誉革命を受けカトリックによる植民地政治を嫌っていたプロテスタント系住民が英国国教会の公定教会化を本国の新政府と共に完成させた経緯がある。一方、ヴァジニアはアメリカ大陸最古の恒久的植民地として、17世紀初頭から独立まで一貫して英国国教会を公定教会としていた。このように宗教政策の面では異なっていた両植民地であるが、経済・社会の側面では奴隷制によるタバコ栽培という共通点を有していた。両植民地を同時に扱い、その差異も考慮することで、より精緻な南部植民地研究につなげたい。平成22年度末の3月には、本国側の高位聖職者が南部植民地の公定教会や聖職者といかなる関係にあったのかを調べるために、史料調査を英国で行った。この調査旅行では、ロンドンにあるランベスパレス図書館を訪問し、イングランド国教会とアメリカ植民地との間で取り交わされた報告書や指示書、請願文などの手稿史料の解読を試みた。目下、入手した史料の解読と整理を行っている。平成23年度は、二次文献のさらなる調査と入手した史料の分析を続け、学術雑誌に論文として成果を発表することを目標としている。

バウチャーは革命期アメリカにおいて最も保守的な人物とされてきたが、彼のアメリカ植民地における軌跡を丹念に追ったところ、反動的とまでは言えないことが分かった。こうしたバウチャーが結果的に亡命を余儀なくされたのは、愛国派による詭弁的論難や暴力を伴う迫害を受けたことによる。ただし、彼は教会統治論上明らかに保守的であり、愛国派とは思想的に対立する要素を本来的に有していたとも言える。一方、愛国派の教会観も一枚岩的ではなかった。上で挙げた本国国教会の動向と合わせて、革命期アメリカの複雑な宗教状況を今後も考察していくつもりである。本国国教会側の史料は主にロンドンのランベスパレス図書館に所蔵されているが、手稿史料のため解読には時間を要する。そのため、平成23年度において論文の形で発表できたのは、修士論文を要約した論文一本に留まった。アメリカ革命前夜の南部植民地における公定教会に関する史料は数も少なく解読も困難なため、それだけで実証的な研究を進めることは難しい。このため、独立戦争中や合衆国憲法制定に至る時期に考察の範囲を拡大し、メアリランドおよびヴァジニアにおける宗教と政治の問題を考える方向で進める予定である。政教分離などの重要テーマとも関連すると考えられる。むろん、これまで目指してきたように、本国側の視点にも注意を払うつもりである。
希土類錯体を用いる反応活性種の生成と有機合成へ応用

サマリウム反応剤を用いる新規非安定化カルボニルイリドの生成と反応サマリウムの関与する反応活性種として新規なカルボニルイリドの発生反応を見つけた.さらに発生するカルボニルイリドはこれまで生成例のないアルキル基のみが置換した非安定化カルボニルイリドである.これらは反応に際して高い反応性および選択性を示すことを明らかにした.(J.Am.Chem.Soc.,1996,118(14),3533-3534.)さらにビス(クロロメチル)エーテル類を前駆体とする非安定化カルボニルイリドの発生法を見つけ,無置換(母体)のカルボニルイリドの発生と反応に初めての例として成功した.無置換カルボニルイリドは立体的にも電子的にも安定化を受けていないために非常に高い反応性を示し,様々な炭素-炭素2重結合および3重結合,さらには芳香族化合物に対しても[3+2]環化付加を起こすことが明らかとなった.この発生法は必要な構造を有するカルボニルイリドを前駆体からデザイン-合成し,意のままに発生させることができる“Tailor-made"な発生法としても応用できることを実証した.これら一連の研究を通じて環化付加反応に際して発現する立体選択性をはじめとする各種選択性に関する多くの知見が初めて明らかとなった.(Tetrahedron Lett.,1996,37(51),9241-9244.)サマリウム反応剤を用いる新規非安定化カルボニルイリドの生成と反応サマリウムの関与する反応活性種として新規なカルボニルイリドの発生反応を見つけた.さらに発生するカルボニルイリドはこれまで生成例のないアルキル基のみが置換した非安定化カルボニルイリドである.これらは反応に際して高い反応性および選択性を示すことを明らかにした.(J.Am.Chem.Soc.,1996,118(14),3533-3534.)さらにビス(クロロメチル)エーテル類を前駆体とする非安定化カルボニルイリドの発生法を見つけ,無置換(母体)のカルボニルイリドの発生と反応に初めての例として成功した.無置換カルボニルイリドは立体的にも電子的にも安定化を受けていないために非常に高い反応性を示し,様々な炭素-炭素2重結合および3重結合,さらには芳香族化合物に対しても[3+2]環化付加を起こすことが明らかとなった.この発生法は必要な構造を有するカルボニルイリドを前駆体からデザイン-合成し,意のままに発生させることができる“Tailor-made"な発生法としても応用できることを実証した.これら一連の研究を通じて環化付加反応に際して発現する立体選択性をはじめとする各種選択性に関する多くの知見が初めて明らかとなった.(Tetrahedron Lett.,1996,37(51),9241-9244.)
都心交通マネージメントのための街区レベルのパーソントリップシミュレーション

都心部においては,公共輸送機関が一定程度整備されているが,アクセス/エグレスの不十分さから十分には活用されていない例が多い。自動車(マイカー)と公共輸送機関の間の選択・転移にはアクセス・エグレスの条件,例えば端末のバスサービスの頻度,料金やバス停まで/からの歩行距離等も大きな影響力を持つが,それらサービス水準は,高密度に諸機能が集中している都心部においては相互に関連を持つ。したがって都心部の交通マネージメントの効果を予測・評価するには,人の動きに着目して,都心部において利用可能な全ての交通機関を総合的に取り扱う予測モデルシステムが必要である。本研究で構築するシミュレーションシステムは,リンクを街区単位で構成して都心地区の詳細な交通流動を表現する。平成11年度には次の事項の研究を行った.(1)シミュレーションシステムの構造整理(2)パフォーマンスサブモデルの構築(3)GIS上へのシステム構築上記の成果を踏まえて平成12年度は以下の研究を行う予定であった.(4)モデルのキャリブレーションケースタディエリアの交通流動の状況を観測したデータを収集し,モデルのキャリブレーションと再現性の検証。(5)データ管理構造,入力インタフェースの改良評価対象期間,地域に対応して必要かつ十分な詳細度のバーチャルネットワークを容易に得ることのできる柔軟な構造をもつネットワークデータ管理データベースを構築。しかし、研究代表者の海外研修のため、平成12年8月をもって研究廃止となり、(4)に掛かる事前準備・関連資料収集を行うに留まった。(1)シミュレーションシステムの構造整理:シミュレーションシステムは3つのサブシステムからなる。(a)人の移動における交通手段、経路、出発時刻を表現する交通行動モデルサブシステム、(b)他交通手段、他リンクの利用者数の影響を考慮したサービス水準を表現するパフォーマンスモデルサブシステム、(c)GISをベースとした詳細なネットワークを任意の詳細度で構成しシミュレーション結果を可視化する入出力部、これらサブシステムはさらにいくつかのサブサブシステムから構成される。例えば、交通手段ごとに他手段の影響を考慮してパフォーマンスサブモデルが定められる。これらの全体的なシステム構成を作り上げた。(2)パフォーマンスサブモデルの構築都心部の道路自動車交通、歩行者流動を中心にして、街区単位のパフォーマンスモデル(交通量サービスレベル関数)について、他交通手段、他リンクの影響を明示的に考慮した新たなモデルを作成した。(3)GIS上へのシステム構築既存の研究成果や(2)で新たに作成したモデルをGIS上で統合し、空間的に詳細な将来予測、可視化を実現するシミュレーションシステムを構築した。次年度は、ケースタディエリアの交通流動の状況を観測したデータを収集し、モデルのキャリブレーションと再現性の検証を行う。
デンマークの生産学校における「従前学習認証」を活用した若者支援に関する研究

本研究の成果として次の4点が明らかになった。デンマークの生産学校における従前学習認証の活用に関して、(1)2012年に生産学校での「能力証明」が導入され義務化される以前から、一定数の生産学校で、独自の枠組みで生徒の学びを評価する取り組み「生産学校証明」を行っていた点、(2)生産学校協会が2012年から2014年にかけて「生産学校における能力証明の実施」プロジェクトを実施する中で、各学校での多様な能力証明の枠組みが共通化、標準化された点、(3)能力証明の導入の義務化について校長や教員の反応は賛否ある点、(4)能力証明の活用は、学びの成果を本人が把握することを促進することに留まっている点である。本研究の目的は、デンマークにおけるドロップアウトした若者の「再チャレンジ支援」や「社会的包摂」を目的とした生産学校における「従前学習認証」の活用を考察することで、ノンフォーマルな学習の社会的認証が、社会的に周縁に置かれた人々の包摂に果たす役割と課題について明らかにすることである。これを達成するための具体的手続きとして、まず、デンマークにおける生産学校の設立背景、制度的位置づけ、そして土台となる教育思想や特徴、学校数や社会的機能等の変遷について整理検討する。次いで、生産学校における「従前学習認証」の活用の動向を分析し、さらに各生産学校での「従前学習認証」の活用内容を比較分析する。そして、生産学校における「従前学習認証」活用の利点と課題を明らかにした上で、最終的には、ドロップアウトした若者への支援として「従前学習認証」が果たす役割、活用方法について考察を行う計画となっている。研究の初年度である平成28年度は、第一段階としてデンマークの生産学校の歴史的変遷、制度的位置付け、関連した教育思想、社会的機能について文献研究を中心に行い整理を行った。また、第二段階に関連した内容として、国立従前学習認証知識センターより、生産学校が関連しているプロジェクトについての情報を得ることができた。そして、コペンハーゲン近郊にある生産学校数校へのメールインタビューと、各校からの資料提供により、各学校における従前学習認証の取り組みに関する資料を収集することができた。研究初年度である平成28年度は、当初の計画どおり文献研究を中心として、デンマークの生産学校についての概要をまとめることに焦点をあて研究を行った。また国立従前学習認証知識センターや複数の生産学校より、従前学習認証の実践に関する資料を得ることができたため、おおむね順調に進展しているといえる。但し、当初の計画では、1回現地に渡航する予定であったが、文献研究に重点を置いたことと、幸いにもメールによるインタビューや資料の送付で当該の情報を得ることができたため、現地での調査は行わず、翌年度に実施することとした。研究実績としては、まず、生産学校協会が発行している定期刊行物を初期から近年分まで収集・分析し、生産学校が若者の失業対策として始まった経緯や、その期待される役割が学校間の移行を円滑にし中退者を支援することへと転換してきた歴史的な変遷について明らかにすることができた。また生産学校の教育実践の背景に、フォルケホイスコーレや新教育運動の思想的影響がある点について、研修資料の分析から浮かび上がらせることができた。次いで、国立従前学習認証知識センターや生産学校協会、多数の生産学校へのインタビュー調査や資料収集により、生産学校協会による従前学習認証の標準化のプロジェクトが、多くの生産学校での学習者の学びを評価する取り組みに与えた影響について考察した。加えて、デンマークの教育政策の動向や生産学校にも通ずる学習文化の分析の一環として、デンマークの国民学校における教科外活動について分析した。特に「支援的教育」の内容と生徒会の取組に焦点を当て、ハル・コックの「生活形式の民主主義」の思想が重んじられ、学校生活の中で、対話、討議による合意形成や関係性構築、そして参画に重点を置いた教科外活動がなされている点を明らかにした。平成29年度は、研究計画に基づき、現地を訪問し、各学校にインタビューを実施することにより、利点と課題を分析すること、そしてドロップアウトした若者支援における従前学習認証の活用モデルの考察を行う予定である。2017年12月10日に明治学院大学にて「日本デンマーク外交関係樹立150周年記念シンポジウム」を開催した。シンポジウムのタイトルは「Learning in Life, Learning for Life:私たちはデンマークの教育から何を学び、何を目指すのか」であり、研究者も「課題を抱えた若者の再チャレンジを支援する生産学校」について登壇、発表を行った。教育学当初計画では、デンマークに渡航し各学校と国立従前学習認証知識センターでの、資料の収集とインタビュー調査を行う予定であった。

しかし、幸いにもメールにおいて必要な基礎的資料と情報を得ることができたため、昨年度は渡航を行わなかった。これにより渡航費代を翌年度に繰り越すこととした。今年度は、8月9月にデンマークで現地調査を実施する計画となっている。初年度の研究成果により、学校、関係機関のインタビュー先を増やす必要性が生じたため、滞在期間の延長、回数の増加で対応する予定である。また、初年度の文献研究により、さらに関連文献を購入する必要も生じたため、研究に必要な文献の購入をする予定であり、これらの費用に充てる予定である。
異方性弾性論の数理解明と格子欠陥のための計算コード作成

異方性弾性体中の転位ループに対応する応力関数の積分形を得た。それを基に、任意の形状の転位ループ間の相互作用エネルギーを計算する計算コードを作った。弾性論の応用として、flexibleな境界条件での第一原理計算を行った。最適化された計算セルの体積と凝集エネルギーの間の関係は弾性論により説明ができた。さらにBCC金属の単空孔中の水素の安定構造を計算したところ水素の未知な安定構造が多数見つかった。(1)材料として利用されている物質のほとんどが異方性弾性体である。しかしながら、異方性弾性論に基づく解析はその理論の複雑さのために敬遠されてきた傾向がある。本研究ではまず異方性弾性論の数理を解明することと同時に解析に役立つ計算コードの開発を目的としている。(2)さらに格子欠陥の計算に関連してマルチスケールシュミレーションが有効と考えられている。それは、欠陥に近い歪の大きい領域は第一原理計算で処理し、欠陥から遠い領域の計算は弾性論や経験ポテンシャルを用いることで、大きな系でより正確な計算をしたのと同じ効果を得ようとする計算方法である。本研究は格子欠陥の弾性論的な扱いの研究を目的としているのでマルチスケールシミュレーションは重要な応用の1つである。(3)近年の計算機の発達により第一原理計算が可能になった上にそのための汎用コードを使えるようになった。第一原理と弾性論的な扱いをする領域を組み合わせたマルチスケールシミュレーションを研究する予定である。異方性弾性体中の任意の形状をした転位ループ間の相互作用エネルギーを計算する積分式、およびそれに基づいた計算プログラムを作成した。以下に本研究の目的と研究成果を詳しく記述する。材料として利用されている物質のほとんどが弾性論的には異方性弾性体である。しかしながら、異方性弾性論やそれにもとついた転位論は数学的な形式が複雑なので敬遠されてきたように思う。そこで、本研究では異方性を扱った弾性論の数理を研究すると同時に、分かりやすい形式で転位論を記述する方法を模索し、転位の周りの応力場や転位間の相互作用エネルギーを計算する計算コードを開発することを目的にしている。本年度は異方性弾性体中の2個の転位ループの相互作用エネルギーを計算する式を具体的に、また分かりやすい過程で導出することができた。そのためには転位の作る応力場に対応する応力関数を得なければならない。そのために、(1)応力関数を線形変換し、新しい応力関数を作る。(2)この変換によって応力場を電荷分布、応力関数をそれに対応したCoulombポテンシャルに相当する関係に置き換えることができる。つまり応力場と応力関数の6成分はお互いにPoisson方程式の関係で記述される。(3)Poisson方程式の解法はよく研究されているので、比較的簡単に応力関数を計算できる。(4)応力関数から転位ループ間の相互作用エネルギーを表す積分形を得た。積分は転位線に沿った2重の線積分である。(5)それをもとに相互作用エネルギーを計算するプログラムを作った。解析的に計算できる等方弾性体の問題と比較しても一致していることが証明できた。以上が20年度に行った研究成果の概要である。こうした成果は国内の学会や国際会議dislocations2008で発表する機会があった。本研究は、異方性弾性体中の転位ループ間の相互作用エネルギーを計算する積分式、およびそれに基づいた格子欠陥に関連する計算プログラムを作成することを目的としている。そこで、本研究では異方性を考慮した弾性論の数理を研究すると同時に、転位の周りの応力場や転位間の相互作用エネルギーを計算する計算コードを開発することを目的にしている。昨年度は実際に(1)転位ループ問の相互作用エネルギーを計算するプログラムを作成したことと、(2)異方性弾性体に関する応力関数に関連して一昨年度よりもより分かりやすい導出方法を発見したことが主な成果だった。(2)に関連しては、以前は三次元の応力関数にはBeltramiの応力関数を使っていた。しかしながら、別の形式の応力関数を用いた方が応力場を簡単に表現できることがわかった。それに基づいて(1)の計算プログラムを作成した。新しい形式を利用することで相互作用エネルギーの導出過程を短くすることができた。さらに、本研究は転位芯構造を高い精度で計算する手法の1つであるFlexibleな境界条件にも応用できることがわかってきた。これは第一原理計算で転位に関する計算をする際に利用でき、高い精度で転位芯の原子構造が計算できることが期待される。そこで昨年度からは(3)第一原理計算への応用も視野に入れた研究を開始した。以上が21年度に行った研究成果の概要である。

(1)と(2)の応力関数および計算プログラムに関する研究成果は国際会議ICFRM2009(札幌で開催)で発表する機会があった。材料として利用されている物質のほとんどが異方性弾性体である。しかしながら、異方性弾性論に基づく解析はその理論の複雑さのために敬遠されてきた傾向がある。本研究では異方性弾性論の数理を解明することと同時に解析に役立つ計算コードの開発を目的としている。格子欠陥の計算に関連してマルチスケールシュミレーションが有効と考えられている。それは、欠陥に近い歪の大きい領域は第一原理計算で処理し、欠陥から遠い領域の計算は弾性論や経験ポテンシャルを用いることで、多くの原子でより正確な計算をしたのと同じ効果を得ようとする計算方法である。本研究は格子欠陥の弾性論的な扱いの研究を目的としているのでマルチスケールシミュレーションは重要な応用の1つである。第一原理計算と弾性論的扱いをする領域のつなぎ目を研究するために、汎用コードによる第一原理計算も始めた。例として空孔とその原子構造の計算をBCC金属(鉄、タングステン)について行った。鉄は最も利用されている金属、タングステンは核融合炉材料として期待されている。単に空孔だけの構造と空孔に水素が詰まった状態の構造を計算した。その結果、BCC金属の空孔には6個程度の水素しか捕獲されないことが定説であったが、タングステン空孔には12個もの水素が捕獲されることがわかった。これは定説を覆す重要な発見であると考える。今後は第一原理計算と異方性弾性論を融合したマルチスケールシミュレーションを行うことでより精度の高い計算結果が得られるように研究を進めてゆきたい。線型弾性論を仮定すると独立な弾性定数は最高で21個である。そこで、そのような異方性弾性体の中にある任意の形状をした転位に対応する応力関数の積分形を求め、さらに2つの転位ループ間の相互作用エネルギーを計算するための計算コードを開発した。格子欠陥の計算にはマルチスケールシミュレーションが有効と考えられている。それは、欠陥に近い歪の大きい領域は第一原理計算や経験ポテンシャルなど非線型な計算で処理し、欠陥から遠い領域の計算は弾性論を用いることで、多くの原子でより正確な計算をしたのと同等な効果を得ようとする計算方法である。フレクシブルな境界条件もその計算方法の1つであり、計算に用いるセルの体積や形状を最適に変化させる方法である。例としてBCC金属空孔中の水素の安定構造に関する第一原理計算を開始した。ところが、この分野には多くの問題が残されていることがわかってきた。たとえば、タングステンは核融合炉材料として期待されているが、タングステン空孔には従来の理論計算では水素は6個しか捕獲されないと考えられてきた。しかし実際は12個も捕獲されることがわかった。さて、弾性論およびフレクシブルな境界条件は第一原理計算に利用できることがわかってきた。
チャンネルフロー電極法と電気化学インピーダンス法による銅の腐食機構の研究

本研究では,チャンネルフロー電極法と電気化学インピーダンス法を用いた解析により,構造材料として重要な金属である銅のアノード溶解機構の解析を様々な溶液中において行った.チャンネルフロー電極法を用いることで,銅のアノード分極曲線と同時に溶解するCu(I)とCu(II)を定量することで,反応編を議論した.それらの結果から,銅の反応機構と環境依存性の関係を以下の様に整理した.アノード溶解を抑制する化学種:HPO_4^<2->濃度に依存して効果が変化する化学種:HCO_3^-,CO_3^<2->,HN_4^+本研究では,チャンネルフロー電極法と電気化学インピーダンス法を用いた解析により,構造材料として重要な金属である銅のアノード溶解機構の解析を様々な溶液中において行った.チャンネルフロー電極法を用いることで,銅のアノード分極曲線と同時に溶解するCu(I)とCu(II)を定量することで,反応編を議論した.それらの結果から,銅の反応機構と環境依存性の関係を以下の様に整理した.アノード溶解を抑制する化学種:HPO_4^<2->濃度に依存して効果が変化する化学種:HCO_3^-,CO_3^<2->,HN_4^+中性水溶液(pH5.48)中に含まれる,塩化物イオンおよび硫酸イオンの及ぼす銅のアノード溶解反応への影響を電気化学的に解析した.アノード分極曲線の測定から反応に関するパラメータを決定し,アノード溶解反応機構を提案した.さらに,チャンネルフロー電極法によりアノード溶解で生成した銅イオンの価数を決定した.淡水中においては,塩化物イオンまたは硫酸イオン濃度に依存して銅のアノード溶解反応は変化した.すなわち、(1)塩化物イオンもしくは硫酸イオンの存在量が微量の濃度範囲,(2)100ppm程度以上の塩化物イオンもしくは硫酸イオンが存在する濃度範囲,である.濃度領範囲(1)におけるアノード分極曲線は各pHに依存していたが,濃度範囲(2)においてはpH依存性が見られなかった.濃度範囲(2)におけるアノード溶解反応機構を次式のように提案した.塩化物イオン存在下での銅のアノード溶解反応:硫酸イオン存在下での銅のアノード溶解反応:さらに銅のアノード分極曲線対する溶存シリカの影響を検討した.本研究では,チャンネルフロー電極法と電気化学インピーダンス法を用いた解析により,構造材料として重要な金属である銅のアノード溶解機構の解析を様々な溶液中において行った.チャンネルフロー電極法を用いることで,銅のアノード分極曲線と同時に溶解するCu(I)とCu(II)を定量することで,反応機構を議論した.それらの結果から,銅の反応機構と環境依存性を以下の様に整理した.アノード溶解を抑制する化学種:HPO_4^<2->.濃度に依存して効果が変化する化学種:HCO_3^-,CO_3^<2->,NH_4^+.
ストレス感受性豚のDNA診断

PSE豚肉のような異常肉質を惹起しやすい傾向を有するストレス感受性豚乃至豚悪性高熱症は遺伝性疾患であって、その疾患の有無は現在ハロセン麻酔時の四肢のケイレン等の有無により判定されているが、遺伝学に立脚した判定法の開発が待たれている。筋小胞体のカルシウム・チャンネルであるライアノジン・レセプターの生理機能の異常により誘起される豚のストレス感受性乃至悪性高熱症の分子遺伝学的解析を行うことを目的として、ライアノジン・レセプター遺伝子のうち、そのfoot領域及びチャンネル部位に相当する部分をPCR法により増幅を行い、遺伝学的変異の有無を解析した。その結果、foot領域の少くとも一ケ所に変異箇所が存在することが見い出されると共に,PCR増幅物がcDNAの塩基数より明らかに多いことから、ライアノジン・レセプター遺伝子中にはイントロンが存在することも明らかにされた。また、ハロセン・テストにおいて陰性と判定される豚のゲノムDNAのPCR増幅物中にも陽性のそれと同様の変異が見い出されたことから、ゲノムDNAの解析法の方がハロセン・テスト法よりもストレス感受性豚検出法として優れていることが明らかとなった。これらのことから、ストレス感受性豚のDNA診断を目的とする特定DNA断片を用いたサザンハイブリダイゼーションによるDNA診断法開発への道筋が開かれようとしていることが示唆された。本研究の目的は、ストレス感受性琢とストレス抵抗性琢の検体間において、ライアノジン・レセプタ-遺伝子に変異が存在することから、この変異をライアノジン・レセプタ-cDNAフラグメントをプロ-ブとするサザンハイブリダイゼ-ション法により検出しようとするものである。そのため、先ず、琢白血球からの高純度のゲノムDNA調製法を検討し、プロティナ-ゼ及びSDS処理とエタノ-ル沈殿操作をそれぞれ2回繰返すことにより紫外吸収曲線から見ても高純度のゲノムDNA標品を得ることが出来た。次に、その配列が決定されているcDNAの3'未端付近及び5'末端から数えて276及び1843付近の配列に相当する18mer乃至21merのオリゴヌクレオチドを合成し、これに^<32>Pをキナ-ゼによりラベルしてプロ-ブに供した。しかし、これらのプロ-ブでは何れも満足すべきハイブリダイゼ-ションが得られなかった。その原因として、放射活性の標識が不十分であったことが確認されたことと、今一つ推定されることは18乃至21merくらいの長さのプロ-ブでは常時安定的なハイブリダイゼ-ションが得にくいということであった。そこで、次の実験では、ライアノジン・レセプタ-cDNAの3'ー末端からの配列と同じ配列を持つ30merの合成オリゴヌクレオチドをプロ-ブとして用いたところ、ハイブリダイゼ-ションが確認されたことから、現在いろいろな琢白血球由来ゲノムDNAについて上記30merオリゴヌクレオチドをプロ-ブとするサザンハイブリダイゼ-ションを実施中である。先ず、福岡県農業総合試験場畜産研究所にて繁殖したブタについてハロセン麻酔によるストレス感受性豚の検出試験を実施した。その結果供試豚40頭のうち7頭(♂1頭、♀6頭)が陽性反応を示した。これらの陽性豚のほかに6頭の陰性豚(♂頭、♀頭)からも血液約30mlを採取し、その白血球画分からゲノムDNAを調製した。得られたDNAのOD260/280比をもとめたところ何れも1.8以上を示し、ほぼ100%の純度のDNAが得られた。これを8種類の制限酵素(BamHI、HaeIII、EcoRI、HapII、HincII、HinfI、HindIII、PstI)で消化した後、0.8%アガロースゲル上で電気泳動を行い、変性処理後ナイロンメンブレン上にブロッティングした。このメンブレンをサザンハイブリダイゼーション用の試料とした。検出用プローブとしては、ウサギ骨格

筋ライアノジンレセプターのcDNA(3'-未端から1800bp)をプラスミドに挟んだ状態のものを京都大学医学部医化学教室よりお譲りいただき、これをコンピーテントセルにトランスフォームしてクローニングしたのち、これより上記DNAフラグメントを切り出してランダムプライマー法によりビオチン化DNAフラグメントを調製した。このビオチン化DNAフラグメントにはアイソトープを用いずに一般の実験室でも使用出来るように蛍光色素を標識試薬として用いた。現在までのところ、この蛍光色素を用いたプローブについてはハイブリダイゼーションにムラがあり、そのため、ルーチンな診断用プローブとして利用出来る段階には未だ至っていないが、今後ハイブリダイゼーション条件等の検討を重ねてルーチンな診断法を確立したいと考えている。ストレス感受性豚における筋肉のけいれんや高熱の発生は筋肉細胞内のカルシウムイオン貯蔵器官である筋小胞体のカルシウム・リリース・チャンネルであるライアノジン・レセプターの生理機能の異常により誘起される。このような筋肉生理の異常はと殺後におけるおける豚肉内代謝異常をもたらし、その結果としてPSE豚肉を生じる。本研究では、このような筋肉生理の異常をもたらすライアノジン・レセプター遺伝子における変異を検索することを目的として白血球画分から調製したゲノムDNAを素材として、既にそのシークエンスが明らかにされているライアノジン・レセプターcDNA上のfoot領域及びチャンネル部位にまたがるシークエンスを有する合成オリゴヌクレオチドをプライマーとするPCR法に基ずくライアノジン・レセプター遺伝子の特定部位の増幅を行い、各種制限酵素による遺伝子の切断の有無及び同遺伝子cDNA断片をプローブとするサザンハイブリダイゼーションを行った。その結果、ライアノジン・レセプター遺伝子のfoot領域PCR増幅物において一ケ所変異箇所が存在することが見い出され、併せて、同領域にはイントロンが存在することも明かとなった。また、ハロセンテストによる判定において陰性と判断された豚ゲノムDNAのPCR増幅物の中にも陽性のそれと同様の制限酵素(HinPI等)被分解性を有することが明かとなった。このことから、ストレス感受性異常を検出する方法としてはハロセンテストでの検出法よりもDNAレベルでの検出法が優れていることが示唆された。
経験知の構造モデルに基づくマネジメント教育プログラムの開発

本研究の目的は、マネジメント教育プログラムの開発に資することを目標として、経験を通して得られる知識を形式知に変換し、さらに実際の現場で活用できるよう知を構造化し、この構造モデルを用いた知識伝達の方法論を開発することである。本年度は、前年度の成果に基づき、複数の海外建設現場経験者に対してインタビューを実施し、ケースメソッドに用いる映像教材と議論のための資料を複数作成した。これらの教材および資料を用いてケースメソッドを異なる対象者に対して実行したところ、ベテラン技術者を交えた議論を通して、その経験知が表出することが確認された。映像教材を見ることで表出した他人の経験に刺激を受けて、自身の経験知を表出しやすくなるものと思われる。したがって、経験知を伝達する手法として、若手技術者と複数のベテラン技術者が同席した議論の場を提供することが重要であることが示唆された。しかし、表出した経験知の構造モデルの構築には至らなかった。マネジメント教育プログラムのプロトタイプを構築するために、目標とするマネジャーとして4段階のレベルを設定し、それぞれの段階に必要なマネジメントスキルを設定した。アンケート調査で得られた経験知を、それぞれの必要なマネジメントスキルに対応して整理し、教育プログラムの体系化を図った。今後は、それぞれのスキルを育成し、必要な経験知を伝承するのにふさわしい教育方法を考える必要がある。本研究は、経験知の構造モデルに基づくマネジメント教育プログラムの開発を目的とし、本年度は、以下を実施した。(1)国内外の建設現場の調査とマネジメント教育に必要な課題の抽出国内外の複数の建設現場を対象に、マネジメント教育に必要な課題を抽出するための調査を実施した。経験豊富な所長を抽出し、これまでの経験を含めて重要と思われる判断や意思決定、その判断に至ったプロセス、実践における課題等をその発生頻度を含めて調査した。さらに、ヒアリング調査等の結果を分析し、マネジメント教育に必要な課題を抽出した。課題の重要性およびその発生頻度等を考慮し、現場で容易に身につけることが難しい重要課題を優先度をつけて抽出した。(2)ビデオを用いたケースの作成と経験知の構造モデルの開発抽出された課題の中からひとつのケースを選び、課題のビデオを用いて再現映像を作成した。香港におけるトンネル工事で発生した労働争議の問題をとりあげ、約20分の再現映像を作成した。作成したビデオ映像を用いて、現場所長経験者に、その課題解決の考え方をヒアリング調査した。判断に至ったプロセスや課題解決の実践のプロセスから、その背後にある知識をうまく抽出することが重要であり、得られた知識の構造化を行っている。(3)経験知の伝達手法の開発とケースを用いた教育効果計測手法の開発構造化されたモデルを用いて、これを伝達する手法を開発する予定であり、さらに、ケースを用いた教育効果を計測する手法を開発する。設定された課題を解決するために必要な知識が教育前にどの程度保有しているか、ケースを用いた教育によってどの程度必要な知識が習得されたか、さらに、習得された知識を活用し実践できる能力がどの程度高まったかを計測できる必要がある。
エネルギー変換のための生体触媒-電極接合系の創成と反応解析

未来型エネルギー変換システムであるバイオ電池の基礎反応としての生体触媒機能電極反応について,基礎および応用の研究を行った.酸化還元酵素および微生物を触媒とする直接電子移動(DET)型について,その反応機構と界面での酵素安定性ついて論じた.一方,本目的に照らした新規炭素素材を開発し,いくつかのDET型電極作成法を提示した.これらの結果,酸素還元空気極として,受動型作動時における定常電流密度20mA cm^<-2>という世界最高の性能を実現した.未来型エネルギー変換システムであるバイオ電池の基礎反応としての生体触媒機能電極反応について,基礎および応用の研究を行った.酸化還元酵素および微生物を触媒とする直接電子移動(DET)型について,その反応機構と界面での酵素安定性ついて論じた.一方,本目的に照らした新規炭素素材を開発し,いくつかのDET型電極作成法を提示した.これらの結果,酸素還元空気極として,受動型作動時における定常電流密度20mA cm^<-2>という世界最高の性能を実現した.未来型エネルギー変換システムとしてのバイオ電池について,直接電子移動(DET)型生体触媒機能電極反応の熱力学的および速度論的な基礎研究を展開し,バイオ電池の技術基盤を確立することを目的とし,主に,以下の3点について成果が得られた.(1)酵素内に複数の酸化還元部位を有する脱水素酵素(フラボヘモプロテインであるグルコン酸脱水素酵素やフラクトース脱水素酵素)および酸化酵素(マルチ銅オキシダーゼであるラッカーゼやCueO)に焦点をあて,それぞれ,アノードやカソード触媒としての直接電子移動(DET)型酵素機能電極反応系をスクリーニングした.また,酵素の構造情報とそれに基づいた部位特異的変異酵素を作成し,その特性と電気化学信号との関連を調べた.この研究により,酵素-電極間での電子の授受サイトを特定するとともに,エネルギーロスを軽減する部位特異的変化の方針を提示した.(2)DET型酵素機能電極反応の電流-電圧曲線の理論構築を行った.特に,電流-電圧曲線を電気化学理論に基づいて解釈した.また,申請者らの提案したDET型酵素機能電極反応の単純なモデルを緻密化しその理論を発展させ,それを実証した.(3)これらの成果をもとに,数mA/cm2のDET型触媒電流を実現し,それに基づくバイオ電池を試作した.出力は約1mA/cm2で,世界最高のレベルを達成した.また,種々の炭素系を電極機材として用いることにより,電極の表面,および電極の細孔サイズの重要性が示唆できた.未来型エネルギー変換システムとしてのバイオ電池について,直接電子移動(DET)型生体触媒機能電極反応の熱力学的および速度論的な基礎研究を展開し,バイオ電池の技術基盤を確立することを目的とし,主に,以下の3点について成果が得られた.(1)直接電子移動(DET)型のバイオカソードとして,マルチ銅酵素を触媒とする三相界面構造を構築することを目的として,炭素の種類とバインダーの種類,およびそれらの混合費などを綿密に調べた.その結果,世界で初めて20mA/cm2の電流密度を達成した.(2)酵素の大きさ程度の細孔を有する種々の炭素を調整することに成功した.またその細孔を制御する方法も見出した.これにより,酵素の数倍程度の細孔が適切であることがわかった.(3)DET型微生物機能電極反応と言われてきた反応系について,電気化学挙動を精査した結果,微生物が産生する酸化還元物質が,メディエータとなっていることを明らかにした.また,培養液中から,酸化還元物質としてのキノンとフラビンを同定した.この知見は,微生物-電極間の電子移動反応を制御する方針を導く礎となる.未来型エネルギー変換システムとしてのバイオ電池について,直接電子移動(DET)型生体触媒機能電極反応の熱力学的および速度論的な基礎研究を展開し,バイオ電池の技術基盤を確立することを目的とし,主に,以下の3点について成果が得られた.(1)直接電子移動(DET)型のバイオカソードとして,マルチ銅酵素を触媒とする三相界面構造を構築することを目的として,炭素の種類とバインダーの種類,およびそれらの混合比などを綿密に調べた.さらに緩衝液濃度の最適化を行い,定常的電流密度に10mA/cm2を実現した.(2)高分子化条件の検討により,酵素の大きさ程度の細孔を有する種々の炭素を調整することに成功した.またその細孔を制御する方法も見出した.これにより,酵素の数倍程度の細孔が適切であることがわかった.(3)電気二重層の電場と酵素の相互作用により,酵素が失活することを示し,表面修飾により本効果を弱めることに成功した.(4)DET型微生物機能電極反応と言われてきた反応系について,電気化学挙動を精査した結果,微生物が産生する酸化還元物質が,メディエータとなっていることを明らかにした.また,培養液中から,酸化還元物質としてのキノンとフラビンを同定した.さらに,特定の微生物電池アノードでは好気条件の方が,電流密度が大きくなることを示した.これらの知見は,微生物-電極間の電子移動反応を制御する方針を導く礎となる.
マウスfMRIと蛍光観察を融合させた視床網様核新規カルシウム発振の全脳作用の解明

視床網様核(TRN)は、膨大な感覚入力を受け取る視床から大脳皮質へ伝える情報を選別(sensory gating)する「門番」と言われる。TRN活動が、賦活化する脳部位を決定し、脳広域ネットワーク活動を規定している可能性がある。実際にTRNは入眠時に発振(スピンドル波;10 Hz)し、大脳皮質間で同期したスピンドル波を形成することが知られている。TRN(神経核)と脳広域ネットワークという異なる階層間の関係性を明らかにするには、それぞれの活動を計測する必要がある。我々は、覚醒マウスを用いたfMRI撮像法を確立し、覚醒安静時のマウス脳にデフォルトモードなどの「低周波数(<0.1 Hz)活動で類別される“脳広域ネットワーク群"」を見いだした(Yoshida et al. 2016 J Neurosci Methods)。さらに「光ファイバー蛍光測定装置」をオリンパスと共同で開発し(Natsubori et al. 2017 J Neurosci)、Ca2+感受性蛍光蛋白質がTRNに発現するマウス(PV/YCマウス)を作出してTRNの「集合Ca2+活動」を計測した。これらの結果、安静時にTRNが低周波数(<1 Hz)発振していることを発見した(高田則雄2018第41回日本神経科学会で発表予定)。そこでTRN活動(集合Ca2+活動)が全脳活動(fMRI信号揺らぎ)を規定しているのか実証するために、本研究では「光ファイバー蛍光測定」と「覚醒マウスfMRI」とを融合させた系を構築した。この計測系に対してPV/YCマウスを適用した計測を行った。現在、TRNの発振活動と脳広域活動の時空間分布との関連を解析中である。29年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は、覚醒マウスを用いたfMRI撮像法を確立し、覚醒安静時のマウス脳にデフォルトモードなどの「低周波数(<0.1 Hz)活動で類別される“脳広域ネットワーク群"」を見いだした。更に「光ファイバー蛍光測定装置」を開発し、Ca2+感受性蛍光蛋白質がTRNに発現するマウスを用いてTRNの「集合Ca2+活動」を計測した結果、安静時にTRNが低周波数(<1 Hz)発振していることを発見した。初年度である平成28年度には、マウスTRNからの「光ファイバー蛍光観察」とfMRI撮像とを同時に行う計測系の構築に成功した。この計測系を用いてTRNにカルシウム感受性傾向タンパク質を発現する遺伝子改変マウスを用いて、Ca2+計測とfMRI撮像との同時計測に成功した。研究計画通りに「光ファイバー蛍光観察とマウスfMRI撮像」とを同時に行える計測系を構築できたため。また実際に遺伝子改変マウスを用いて同時計測を行えたため。ただし年度途中にマウスに微生物感染が認められたため、MRI撮像機関へのマウス導入が行えない状態である。現在マウスのクリーニングなど対策を講じている。マウスのクリーニングに取り組み、MRI撮像機関へのマウス導入を再び可能にする。この間、申請者の本務地(慶応義塾大学・信濃町キャンパス)においてMRI撮像中のCa2+計測の最適化に取り組む。