hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
在日外国人少年に対する段階的非行予防教育プログラムの開発

体験学習プログラムについては、お互いの国の文化に興味関心を持ち、理解を深めるための異文化料理体験、グループでの言葉を超えた協力や達成感を得るためのレクリエーションスポーツ体験を実施した。ほとんどの参加者は異文化体験イベントは初めての経験であったが、参加後は多くの生徒がまた参加したいと回答していた。言葉が十分に理解できないといった難しさがあったものの、大学生ボランティアを多く活用することで、お互いのコミュニケーションを促進し、文化を理解するといった目的は十分に達成することができた。一方で、知識学習については、互いの理解度に差があることやフィールドワークを深める時間を十分に確保できなかったこともあってか、内容の再検討が求められる結果となった。当初予定では、基礎研究終了後の平成29年度に体験的プログラムを実施する予定となっていたが、基礎研究が予定より早めに進行できたことや、平成29年度実施の場合はプログラム実施後の事後評価を踏まえた改善の時間が十分に取れないことなどから、研究計画を一部入れ替え、平成28年度に暫定的な体験的プログラムを実施し事後評価を行うこととした。これにより平成29年度にプログラムの事後評価を踏まえた内容の検討、および修正版プログラムや教材の開発が可能となった。全体的に前倒しで進行していることから、平成29年度末の研究期間終了時までに一定の成果を上げることが可能であると予測している。平成29年度は、前年度に実施した日本人生徒と在日外国人生徒との協働プログラムの評価を踏まえ、教材作成を行った。家庭教育を補う目的で、防犯及び非行予防に関する知識学習と必要情報が記載されたリーフレットを作成して、在日外国人学校を通じて無償配布した。なお、リーフレットは日本語とポルトガル語が併記されている。また、このリーフレット内容に加えて、家庭内で使用できる防犯及び非行予防に関するクイズ教材が使用できるwebサイトを作成、公開した。webサイトには、日本人生徒との交流プログラムや外国人生徒が参加できるスポーツプログラムに関する情報等を適宜アップしていく予定である。その他、在日外国人学校で行う教育プログラムとして、これまでの実践での成果を踏まえ、修正した教材をパッケージにして提供する。研究期間全体を通じて、在日外国人生徒の周囲に危険因子が多く存在することや家庭教育を含め保護者の関りが不十分である様子が再確認でき、彼らに対する具体的な教育ツール作成の意義が感じられた。また、知識学習に加え、日本人生徒との協働プログラムやスポーツやフィールドワークといった体験学習プログラムの有効性も確認できた。しかし、実践にあたっては、様々な課題も指摘された。特に日本人生徒との協働プログラムについては、互いのメリットは感じられるものの、言葉の問題に加えてスケジューリングや保護者の理解を得ること等、今後の課題も残った。本研究成果をベースとして、今後、在日外国人学校やwebサイト等で継続的に情報提供やイベントの企画を行い、これらの課題解決を図る予定である。
直動関節をもつ柔軟宇宙ロボットのダイナミクスと制御について

この研究では,柔軟なリンクを直動関節と回転関節により鎖状に連結したマニピュレータを持つ宇宙ロボットを研究対象とし,そのダイナミクスおよび制御法について,以下のように研究を進めた.1.回転関節のみで結合される従来型の宇宙ロボットと直動関節・回転関節を持つ宇宙ロボットの運動学的特性の比較を行った.その結果,可操作性や可到達領域は従来型の宇宙ロボットとさほど変わらないが,特異姿勢や作業に必要な空間などは従来型の宇宙ロボットよりも有利であることがわかった.2.地球周回軌道上の宇宙ロボットの運動方程式の導出およびそのプログラムの開発を行った.運動量およびエネルギーの保存性により,プログラムの確認および計算精度の確認を行った.3.ロボットアームの柔軟性については,特に展開関数と計算量および弾性変形の表現精度を調べた.その結果,並進直交モードは計算量の点では有利であるが,実際の弾性変形状態を表現するには必ずしも適していないことがわかった.4.軌道計画については,遺伝的アルゴリズムを適用することにより研究を進めた.すでにプログラムは動いているが,コーディングの方法や適合値関数などについて,さらに研究を深める必要がある.5.逆運動学および分解加速度制御に基づき,直動関節・回転関節を持つ柔軟宇宙ロボットの軌道制御についての研究を行った.しかし,柔軟リンクの弾性振動モードが発散しやすく,さらに研究が必要である.この研究では,柔軟なリンクを直動関節と回転関節により鎖状に連結したマニピュレータを持つ宇宙ロボットを研究対象とし,そのダイナミクスおよび制御法について,以下のように研究を進めた.1.回転関節のみで結合される従来型の宇宙ロボットと直動関節・回転関節を持つ宇宙ロボットの運動学的特性の比較を行った.その結果,可操作性や可到達領域は従来型の宇宙ロボットとさほど変わらないが,特異姿勢や作業に必要な空間などは従来型の宇宙ロボットよりも有利であることがわかった.2.地球周回軌道上の宇宙ロボットの運動方程式の導出およびそのプログラムの開発を行った.運動量およびエネルギーの保存性により,プログラムの確認および計算精度の確認を行った.3.ロボットアームの柔軟性については,特に展開関数と計算量および弾性変形の表現精度を調べた.その結果,並進直交モードは計算量の点では有利であるが,実際の弾性変形状態を表現するには必ずしも適していないことがわかった.4.軌道計画については,遺伝的アルゴリズムを適用することにより研究を進めた.すでにプログラムは動いているが,コーディングの方法や適合値関数などについて,さらに研究を深める必要がある.5.逆運動学および分解加速度制御に基づき,直動関節・回転関節を持つ柔軟宇宙ロボットの軌道制御についての研究を行った.しかし,柔軟リンクの弾性振動モードが発散しやすく,さらに研究が必要である.
小脳変性症に対するリハビリテーション効果の分子機構解明

小脳の主要構成細胞であるプルキンエ細胞が徐々に死んでいく小脳変性症マウスでは、運動障害が加齢とともに進行する。ミノサイクリンにより神経炎症を抑えると、神経細胞死と運動機能低下をある程度防げた。小脳出血モデルとして小脳半球を片側吸引切除したマウスでは、小脳以外に大脳皮質運動野でも脳由来神経栄養因子が産生されて運動機能の回復を助けていることがわかった。脳由来神経栄養因子をうまく引き出せる物質と適切なリハビリテーションを組み合わせにより、将来、より効率的な運動療法が期待できる。小脳変性症の運動失調に対する効果的なリハビリテーション方法を検索する目的で、動物モデルとして、小脳変性(pcd)マウスと小脳半側切除マウスを用いた。小脳変性(pcd)マウスでは、視床変性に伴う大脳皮質の分子の変化と脳波上の変化について研究した。大脳皮質ではNMDA受容体の発現が増加しており、これが異常な速波の発生に関与していることを見出し、第37回臨床神経生理学会学術集会シンポジウムで発表し、一部は論文で公表した(Kyuhou,S.,Gemba,H,.Biochem Biophys Res Commun,356:187-192,2007)。小脳半側切除マウスでは、運動機能の変化と脳内の分子変化を探索した。小脳中位核と歯状核を含む小脳半側切除を吸引により行った。運動面では小脳半側切除により、破壊と同側に著名な運動失調が生じることが、グリッド検査により判明した。この運動失調は小脳半側切除後1週間でかなり回復してくることが観察された。小脳の出力は、反対側の大脳皮質運動野に投射し、同側の手足の運動の制御に関与していることから、運動機能回復期における大脳皮質運動野の遺伝子発現を調べた。小脳半側切除後3日から7日にかけて破壊と反対側の運動野において、脳由来神経栄養因子(BDNF)の遺伝子発現の増加を認めた。BDNFの受容体であるTrkBの遺伝子発現も上昇していた。たん白質レベルでの、BDNFの増加もWestern Blot法により確認した。大脳皮質運動野におけるBDNFとTrkBの発現増加が運動失調の回復へ寄与しているのが事実とすると、BDNFの発現促進が小脳変性症の治療につながる可能性があるので、その関連性について検索をすすめている。小脳半側切除したマウスをモデル動物として用い、一部、小脳半側切除したラットも使用した。小脳半側切除マウスでは、運動機能変化と大脳皮質運動野における分子変化を探索した。小脳半側切除により、マウスでは破壊と同側の上肢および下肢に著名な運動失調が生じることが、グリッド検査により判明した。ロタロッド検査ではロッドの上に乗っている時間が著明に減少した。小脳半側切除ラットでは、グリッド検査において下肢の失調が著明に認められたが、上肢の失調はあまり目立たなかった。また、ステップテストなどパーキンソン病モデルラットの運動機能評価に用いる検査も行ったが、ラットの小脳破壊後の変化は明瞭ではなかった。小脳半側切除後に切除と反対側の運動野における脳由来神経栄養因子(BDNF)の遺伝子発現の増加とBDNFの受容体であるTrkBの遺伝子発現上昇を前年度の成果として観察していたので、それらの発現上昇が運動機能回復へ結びついているのかどうか調べた。慢性薬物投与用のガイドチューブを設置し、TrkB抗体やチロシンキナーゼ阻害剤のK252aを、薬物投与用カニューレを用いて大脳皮質運動野に投与した。運動機能回復の遅れが見られるケースもあったので、運動野におけるBDNFやTrkBの発現が運動機能回復に寄与している可能性が示唆された。しかし、薬物投与部位を形態学的に検索したところ、薬物注入部位が運動野に限局していないものもあった。薬物の注入が、運動野に限局かつ持続的にできるように改良中である。小脳半側破壊後の大脳皮質と小脳皮質における遺伝子の発現変化と動物の運動機能の変化を調べた。エピジェネティックな解析では、BDNFの遺伝子情報が豊富なラットを用いて実験した。運動機能解析を主とした実験では、マウスをモデル動物として主に使用した。1.BDNF遺伝子のexon4の発現がラットの小脳破壊の反対側の運動皮質で上昇していたので、BDNF遺伝子のexon4の遺伝子発現上昇に関与するエピジェネティックな解析を行った。すなわち、BDNF遺伝子のexon4のプロモーター領域に狙いを定めて、ヒストンのアセチル化をクロマチン免疫沈降法により調べた。その結果、小脳破壊後にプロモーター領域のヒストンのアセチル化が約4倍に上昇していることが分かった。このことから、小脳破壊という効果が大脳皮質の細胞の核内ヒストンのアセチル化にまで影響を及ぼして、遺伝子発現を増強していることが判明した。

2.小脳の破壊前から、運動によるリハビリテーション(自発的な回転かご運動)した場合は、BDNF遺伝子発現増加が高い傾向にあったが、ばらつき多く、有意な発現増加は認められなかった。回転かごへの導入等がストレスとなり、BDNFの上昇が抑制された可能性が考えられた。強制運動をさせた動物では、むしろBDNF発現が、やや低下する傾向(有意差なし)が認められた。3.残存小脳の変化。小脳半球部切除後に残存した小脳半球のBDNFを計測したところ、小脳破壊後4日目ごろから有意に増加しており、大脳皮質運動野より早期に可塑的に変化がおきていた。残存小脳も運動機能回復に寄与している可能性が示唆された。
DLL3関連大腸癌における新規創薬開発を目指した基盤構築研究

本研究では大腸癌におけるDLL3の機能解析をNotchシグナル及びアポトーシス中心に行い、DLL3が大腸癌における新規治療標的となる可能性について検証し、今後、DLL3を標的とした抗体薬剤複合体(Rova-T)への検討に発展させる足掛かりとする。我々は予備実験で、大腸癌においてDLL3の抗アポトーシス効果への関与を示唆する結果を得ており、その結果に基づき、研究を遂行していく。
帯域分割を用いた画像のブラインド・デコンボリューションとその光学的実現

劣化画像の復元手法の一つであるブラインド・デコンボリューションに帯域分割の考え方を導入した.本手法による復元手順は次の通りである.(1)劣化画像を分析フィルタによって帯域ごとに分割し,下位階層の劣化画像を得る.(2)得られた各帯域画像に対して,ブラインド・デコンボリューションを行う.(3)各帯域画像に対して得られた復元画像を合成し,元の劣化画像の復元画像を得る.本研究では,分析フィルタおよび合成フィルタの理論的解析から,理想フィルタが存在しないため,帯域分割された下位階層の劣化画像のうち,低域成分からなる画像のみを用いてブラインド・デコンボリューションを行うことが有効であるという結論に至った.この場合は,ブラインド・デコンボリューションされた低域画像を合成し(補完に相当する),それを上位階層の初期画像としてブラインド・デコンボリューションを行う必要がある.ただし,この初期画像はランダムな初期画像よりも復元画像に近いため,全体の処理時間を短縮することができるという特徴をもつ.本研究の他の特徴は下位階層の劣化画像のブラインド・デコンボリューションによって復元された画像をもとに,上位階層の復元画像のサポートと呼ばれる画像の存在範囲を推定することができることである.以上のような特徴により,従来手法に比べて50%(サポートを推定しない場合),25%(サポートを推定した場合)の処理時間でブラインド・デコンボリューションを達成することができた.一方,光学的実現のための基礎実験を行った.本提案手法は帯域分割によって画像の画素数を少なくしているので,用いる光学素子に対する要求が緩和されるという特徴をもつ.今回はシミュレーティッド・アニーリングによるブラインド・デコンボリューションへ適用したが,他の手法へも応用も可能であるので今後の課題としたい.劣化画像の復元手法の一つであるブラインド・デコンボリューションに帯域分割の考え方を導入した.本手法による復元手順は次の通りである.(1)劣化画像を分析フィルタによって帯域ごとに分割し,下位階層の劣化画像を得る.(2)得られた各帯域画像に対して,ブラインド・デコンボリューションを行う.(3)各帯域画像に対して得られた復元画像を合成し,元の劣化画像の復元画像を得る.本研究では,分析フィルタおよび合成フィルタの理論的解析から,理想フィルタが存在しないため,帯域分割された下位階層の劣化画像のうち,低域成分からなる画像のみを用いてブラインド・デコンボリューションを行うことが有効であるという結論に至った.この場合は,ブラインド・デコンボリューションされた低域画像を合成し(補完に相当する),それを上位階層の初期画像としてブラインド・デコンボリューションを行う必要がある.ただし,この初期画像はランダムな初期画像よりも復元画像に近いため,全体の処理時間を短縮することができるという特徴をもつ.本研究の他の特徴は下位階層の劣化画像のブラインド・デコンボリューションによって復元された画像をもとに,上位階層の復元画像のサポートと呼ばれる画像の存在範囲を推定することができることである.以上のような特徴により,従来手法に比べて50%(サポートを推定しない場合),25%(サポートを推定した場合)の処理時間でブラインド・デコンボリューションを達成することができた.一方,光学的実現のための基礎実験を行った.本提案手法は帯域分割によって画像の画素数を少なくしているので,用いる光学素子に対する要求が緩和されるという特徴をもつ.今回はシミュレーティッド・アニーリングによるブラインド・デコンボリューションへ適用したが,他の手法へも応用も可能であるので今後の課題としたい.
消費者契約法の不当条項規制と契約全体との関連性に関する研究

本研究は、比較法的研究の成果を踏まえて、わが国における「契約全体からみた権利・義務の均衡」という観点からの規制法理を提示し、従来、「合理的解釈」の名の下で行われてきた法的判断プロセスを解明し、消費者契約法の一般条項による無効判断の基準を明確化することを目的としている。これまで、個別の契約条項が不当であるか否かを判断する際に、他の条項との関連、あるいは契約全体との関連をどのように考慮すべきか、という問題を中心に研究を行ってきた。単独では許容される内容の個別条項が他の条項との相互作用の結果として契約相手方に不当な不利益を惹起するという場合(増幅作用)があるし、逆に、個別条項がそれ自体としては一方当事者に著しい不利益をもたらすのだが、契約全体との関連でみれば、不当とまではいえないという場合(補償作用)が出てくる点を指摘し、この点につき日本と異なって多くの蓄積のあるドイツ法の判例学説状況を詳細に検討した。引き続き、契約全体への評価との関連性のもとでの不当条項の規制を研究する過程において、検討対象の幅をさらに個別交渉条項にまで拡げてこの問題の射程を明らかにする必要が生じると共に、契約類型ベースでの正義内容への適合性を問題とする「本質的債務論」との繋がりを明らかにする必要が生じた。ドイツでは、2002年1月1日の債務法改正に伴い、約款規制法(AGB-Gesetz)がドイツ民法典(BGB305条から310条まで)に取り込まれると共に、これまでの判例学説の議論の集積を踏まえて、内容的にも若干の条文が追加されている。学説では、民法典における約款規制に関する諸規定の位置づけについて、大変興味深い新たな議論が展開中である。現在、私は、ドイツ・ミュンスター大学にて1年間の在外研究の機会を得ているので、本研究およびこれに付随する諸問題について、様々な角度から分析・調査を行う予定である。
老化による脳のステロイド受容体発現及び神経細胞機能の変化に関する分子細胞学的解析

(1)老化に伴う脳の神経細胞でのグルココルチコイド受容体の発現変化若い成熟ラットでは、GRは脳の広い領域の神経細胞で発現し、特に大脳皮質、海馬、視床下部、扁桃体などで強い免疫陽性反応を示すが、24ヶ月令の老齢ラットでは、いずれの領域においてもGRの発現が著明に低下することが明らかとなった。また、SRC-1などのステロイドホルモン受容体のco-factor群も同様に顕著な発現低下を示した。(2)老化に伴う神経細胞の超微細構造変化大脳皮質や海馬の錐体細胞(CAl領域)の微細構造を電子顕微鏡で観察すると、老齢ラットでは細胞体の萎縮、リポフスチン穎粒の増加、分泌小胞の減少、核の不整像などが観察され、樹状突起内の神経フィラメントの走行に乱れも観察された。超高圧電子顕微鏡を用いて三次元的に解析すると、老齢ラットにおいては、樹状突起では顕著は棘(spine)の数の減少や棘の変形像が観察された。このことは、神経伝達の場であるシナプス面の総面積の減少を意味し、神経伝達効率の減少を推測させる結果と考えられた。(3)老化に伴う神経伝達物質や神経内分泌ホルモン等の発現変化老化に伴う神経伝達物質や神経内分泌ホルモンなどの発現の変化を解析した。老齢ラットの脳においてはcholine acetyltransferase(ChAT),glutamate decarboxylase(GAD)の免疫反応性・免疫陽性細胞の数や染色性が顕著に低下する様子が観察された。一方、tyrosine hydroxylase(TH)では、免疫陽性細胞数の顕著な低下が観察された。視床下部下垂体後葉系ホルモンであるvasopressin、oxytocinについては、視床下部の室傍核(PVN)や視索上核(SON)における発現は老化に伴い顕著に低下することが明らかになった。(4)視床下部一下垂体前葉系の調節機構と老化の関連性下垂体前葉ホルモンのグルココルチコイドによる分泌調節機構について解析をおこなった。FS細胞においてはグルココルチコイドがカルシウム結合蛋白の一つであるannexi-1(or lipocortin-1)の発現をGRを介して制御していることが明らかとなり、amexin-1による下垂体申でのparacrine的ホルモン分泌調節の可能性が示唆されつつある。これらの制御機構が老化によってどのように変化するか、現在引き続き解析を進行している。正常成熟ラット(2ヶ月齢)と老齢ラット(24ヶ月齢)の脳における各種ステロイドホルモン、特にグルココルチコイド、エストロゲン、アンドロゲンの受容体蛋白の発現について免疫組織化学的に検索、比較検討を行った。いずれのステロイドホルモン受容体蛋白の発現も、免疫組織化学的に老齢ラットでは顕著に低下する現象が明かとなった。さらに、これらのステロイドホルモン受容体と共同して核内で転写調節にたずさわる共役転写因子のp300やSRC-1の発現も老齢ラットでは顕著に低下することがわかった。

これらのステロイドホルモン受容体の発現低下が老化によって生じる神経細胞機能の変化とどのような関連性を持つかを考えるために、種々の神経伝達物質の発現変化を見る目的で、各種神経伝達物質やその関連酵素の発現について検索を進めている。一般的にはこれらの神経伝達物質の発現はステロイドホルモン受容体の変化と同様に、老化に伴い顕著な低下を示す傾向を示し、また、免疫電子顕微鏡法を用いた解析から、これらの神経細胞の老化に伴う構造変化も認められる傾向をつかみつつある。これらの変化がステロイドホルモン受容体の発現低下との直接の関連するか否か、現在観察を続けている。これらの研究の一部は昨年の神経科学会、組織細胞化学会やヨーロッパ神経科学会等で発表し、また現在、英文論文として国際雑誌への発表の準備を進めている。正常成熟ウィスターラット(2ヶ月令)と老齢ラット(24ヶ月令)の脳における各種ステロイドホルモン受容体蛋白の発現を免疫組織化学的に検索し、比較検討すると、グルココルチコイド受容体(GR)、アンドロゲン受容体(AR)、エストロゲン受容体(ER)においては老化に伴い顕著な発現低下が認められ、またこれらステロイドホルモン受容体と共同して核内で転写調節に関わるp300,SRC-1といったいわゆるco-factor蛋白群の発現も老化に伴い顕著に低下することが観察された。さらには、ChAT,GAD,THといった神経伝達物質の合成関連酵素の免疫染色の結果から、種々神経伝達物質の老化に伴う発現の低下が示唆された。電子顕微鏡による観察から、老化に伴って多くの神経細胞ではリポスチン顆粒の著明な増加、核の不整化、細胞小器官の発達の低下、細胞間隙の拡大等の微細構造上の変化が認められた。ただし、これらの老化に伴う変化には脳の部位差もあり、例えば大脳皮質、海馬、扁桃体などのいわゆる辺縁系では変化が比較的著明で、それに対して視床下部などの神経内分泌に関わる部位では比較的変化が緩やかな傾向が認められるが、現在さらに詳しく解析している。一方、超高圧電子顕微鏡を用いて、ゴルジ鍍銀法にて染色した脳の試料をステレオ観察すると、大脳皮質、海馬などの神経細胞の樹状突起における棘の形態学的な変化が認められた。すなわち、若い動物においては神経細胞の樹状突起の棘が比較的多数、頭部と尾部の構造を保ちつつ観察されるが、老齢ラットにおいてはこの棘の様子が異なり、数の減少や形状の様々な変化が観察された。現在、統計学的な解析も交え、検討を重ねている。さらに、電子顕微鏡レベルでの免疫組織化学やディープエッチング法を駆使して、これら神経細胞の細胞骨格成分の老化に伴う変化についての検索も始めつつあり、老化に伴う神経細胞の分子細胞化学的な変化をまとめつつある。これらの研究結果は神経科学会、解剖学会、米国神経科学会等で発表し、いくつかの結果については欧文誌に投稿中である。本年度は、昨年度に引き続き、神経突起、特に樹状突起の構造を詳細に、また三次元的に解析する目的で、超高圧電子顕微鏡を利用して、ゴルジ鍍銀染色した若い成熟ラットと老齢ラットの大脳皮質および海馬(CA1)錐体細胞をステレオ観察して解析を行ったところ、老齢ラットにおいては、これらの領域の神経細胞の樹状突起では顕著は棘(spine)の数の減少(密度の減少)と棘の変形像が観察された。このことは、神経伝達の場であるシナプス面の総面積の減少を意味し、神経伝達効率の減少を推測させる結果を示した。
レーザー分光法によるCaおよびSr原子の光イオン化完全実験の試み

本研究の目的は、原子の光イオン化を表す遷移行列要素の(位相を含む)すべてを決定するための実験手法を確立するところにある。対象としてはCa原子の130nm付近の光吸収に伴うイオン化過程に絞って実験を進めた。Ca原子はこの波長領域の光を吸収するとCa^+の励起状態(4s4p^2P_<3/2>)のイオン化連続状態への直接遷移が可能となる。本研究ではこの過程の遷移行列要素を求めるための実験手法の確立を試みた。この実験で用いる130nm付近の真空紫外光は、2台のパルスレーザーを用いて、Kr原子を媒体とする2波長2光子共鳴4波混合法により発生させる。また、イオン化に伴い放出される光電子は飛行時間型電子エネルギー分析器によりエネルギー分析して、求めるイオン化過程に関与する電子だけを区別して検出し、照射光の偏光方向に対する角度分布を測定する。更に、生成したCa^+の励起状態(4s4p^2P_<3/2>)からの発光の偏光依存も測定する。本年度の前半は主に実験装置の製作を行った。その後、既存の真空槽に真空紫外光発生装置と磁気遮蔽ケース及び飛行時間型電子分析器を取付け、それぞれの装置の立ち上げを行った。真空紫外光の発生は、NOガスを封入したガラスセルを真空槽の後方に取付け、その1光子直接イオン化を測定することにより確認した。次に、NOガスを真空槽の中央部に導入し、真空紫外光の照射により生成した光電子の飛行時間測定を行い、電子エネルギー分析器の動作の確認を行った。本研究では、非常にエネルギーの低い(数百meV)電子の測定を行うので、磁場及び電場を十分遮蔽することが必要であった。その後に、Ca溜めを持つノズルを真空槽に設置しCa原子線を発生させ、光電子の測定を試みたが、Ca原子の電子分析器への付着による電場の乱れのため光電子の観測は出来なかった。そこで現在Caの付着を極力避けるための装置の改良を行っているところである。
ウシ乳腺上皮細胞に対する成長ホルモンの直接作用のメカニズム

(1)ウシ乳腺上皮細胞をトランスウェルインサート培養法で培養し、成長ホルモン(GH)、ラクトジェニックホルモン(LHs)またはGH+LHsで刺激を行った。また、mRNAを抽出しRT-PCR法によりα-S1カゼインmRNAとGHレセプターmRNA発現を解析した。GHはウシ乳腺上皮細胞のカゼイン分泌を刺激した。100ng/mlと1000ng/mlのGH処理区へのLHs添加はα-カゼイン分泌量を有意に増加させた。α-S1カゼインmRNA発現は、LHs処理区よりもGH処理区とGH+LHs処理区で強かった。(2)ウシ乳腺上皮細胞のStat5リン酸化に及ぼすGHの影響について検討した結果,成長ホルモン(GH)は10100ng/ml、プロラクチン(PRL)は100ng/mlの濃度でStat5リン酸化を増加させた。また、刺激時間について検討を行ったところ、GHは30120分にかけて、PRLは3060分にかけてStat5リン酸化を増加させた。GH及びPRLは100ng/mlにて30分間刺激することによってStat5のリン酸化を有意に増加させた。(3)ウシ乳腺上皮細胞のMAPキナーゼリン酸化に及ぼすGHの影響GH及びPRL100ng/mlにて30分間刺激し,ウェスタンブロット解析により解析を行った。GHはPRLと同様にMAPキナーゼのリン酸化を増加させた。以上の結果から、GHはウシ乳腺上皮細胞に直接作用し,細胞内Stat5およびMAPキナーゼのリン酸化を増加させることが明らかになった。このことから,ウシ乳腺上皮細胞におけるGHによるカゼイン合成の増加はPRLと同様にJak-Statシグナル伝達経路を介して行われていることが示唆された。さらに、GHはMAPキナーゼシグナル伝達経路を活性化させタンパク質合成などを促進させていると考えられる。実験1:ウシ乳腺上皮細胞(BMEC)における成長ホルモン(GH)レセプターの発現GHレセプターの発現は、GHレセプター抗体を用いた免疫染色法とRT-PCR法により解析した。その結果、すべての乳腺上皮細胞においてGHレセプターの存在が認められた。また、GHレセプターmRNAの発現も確認された。このことから、本実験で用いたBMECにはGHレセプターが存在していることが明らかになった。実験2:ウシ乳腺上皮細胞のカゼイン合成に及ぼすGH及びラクトジェニックホルモン(インスリン、プロラクチン、デキサメサゾン:LHs)の作用BMECを培養培地にてトランスウェルインサート培養法で培養した。培養2日後GH、LHsまたはGH+LHsを添加した培地に置換し、4日目に培地を回収してα-カゼイン分泌量をELISA法にて測定した。培地中のα-カゼイン量は、無処理区と比較して、1000ng/mlのGH処理区で有意な増加が認められた。LHsは単独添加ではα-カゼイン分泌を刺激しなかったが、100ng/mlと1000ng/mlのGH処理区へのLHs添加はα-カゼイン分泌量を有意に増加させた。α-S1カゼインmRNA発現は無処理区では認められなかったが、GH処理区、LHs処理区及びGH+LHs処理区で観察された。その発現は、LHs処理区よりもGH処理区とGH+LHs処理区で強かった。

また、GHレセプターmRNAはすべての処理区で観察され、LHs処理区とGH+LHs処理区でその発現が増強した。以上のことから、GHはウシ乳腺上皮細胞に直接作用してカゼイン合成を促進することが明らかになった。さらに、GHレセプターmRNA発現はGHとLHsによって調節されていると可能性が示された。平成16年度は以下の2つの実験を行った。(1)ウシ乳腺上皮細胞のStat5リン酸化に及ぼすGHの影響について検討した結果,成長ホルモン(GH)は10100ng/ml、プロラクチン(PRL)は100ng/mlの濃度でStat5リン酸化を増加させた。また、刺激時間について検討を行ったところ、GHは30120分にかけて、PRLは3060分にかけてStat5リン酸化を増加させた。GH及びPRLは100ng/mlにて30分間刺激することによってStat5のリン酸化を有意に増加させた。同様に免疫染色においても、GH及びPRL刺激により細胞質中にStat5リン酸化の増加が認められた。(2)ウシ乳腺上皮細胞のMAPキナーゼリン酸化に及ぼすGHの影響GH及びPRL100ng/mlにて30分間刺激し,ウェスタンブロット解析及び免疫染色により解析を行った。MAPキナーゼはp44 MAPキナーゼとp42 MAPキナーゼの2つのアイソフォームを持つタンパク質である。GHはPRLと同様にp44 MAPキナーゼとp42 MAPキナーゼのリン酸化を増加させた。また、免疫染色においてもGH及びPRLによる刺激で細胞質中にMAPキナーゼのリン酸化の増加が観察された。以上の結果から、GHはウシ乳腺上皮細胞に直接作用し,細胞内Stat5およびMAPキナーゼのリン酸化を増加させることが明らかになった。このことから,ウシ乳腺上皮細胞におけるGHによるカゼイン合成の増加はPRLと同様にJak-Statシグナル伝達経路を介して行われていることが示唆された。さらに、GHはMAPキナーゼシグナル伝達経路を活性化させタンパク質合成などを促進させていると考えられる。
不等間隔標本化定理に基づく軟組織用高速高精度X線CT画像再構成システムの開発

既考案の不等間隔標本化定理に基づくCT画像処理法は,高速採取投影データにも即適用でき,何の補間も用いず簡便な処理で高精度が実現できる反面,投影データ採取ノイズの影響を受けやすい,時間がかかるという欠点を有していた.本研究の目的は,ソフト・ハードの両側面からこれらの難点を克服し提案手法の確立を図ると共に,その性能を,高速DSPボード実装PCを用いて試験し,高速高精度な軟組織用X線当該システム開発の可能性を評価・検証することにある.そのため,当初の研究計画に準ずる形で研究を進め,以下の成果を得た.(1)投影データ採取ノイズの高域レベルに対して有意な空間周波数情報の自動推定法の開発により,既考案手法に比べ,ノイズが混入しない場合の精度劣化を0.5dB以下に抑え,また混入する場合には約6dB10dB高精度で,かつ耐ノイズ感度も従来法で最も高精度な2D-FT法と同等以上に改善できた.(2)(1)の手法は高速化にも有用で,再構成時間を既考案手法の26%に低減できたが,従来の2D-FT法に比べ約3割方余計に時間を要している.しかし,当手法は当ノイズの増加につれ効力を発揮するので,実条件下では後者を上回る計算時間で働くと考えられる.(3)浮動少数点型DSPボード実装の場合には,精度の劣化なしに計算時間を64%に,また固定小数点型ボード実装の場合には,約10dBの精度劣化で,計算時間を38%に,それぞれ低減できた.しかし,不等間隔データの2D-IDFTに伴う膨大な容量の三角関数テーブル蓄積回避のため,先に提案の三角関数の逐次処理による高速化法を用いが、これによりDSPの持つ高速パイプライン処理が阻害され,期待したほどには効果が上がらなかった.(4)逐次並列処理に基づく画像再構成アルゴリズムの開発により,精度を劣化させずに,投影データ採取後,概ね使用PCの台数分の1の再構成時間で,逐次再構成画像を観察できることを数値実験的に確認した.既考案の不等間隔標本化定理に基づくCT画像処理法は,高速採取投影データにも即適用でき,何の補間も用いず簡便な処理で高精度が実現できる反面,投影データ採取ノイズの影響を受けやすい,時間がかかるという欠点を有していた.本研究の目的は,ソフト・ハードの両側面からこれらの難点を克服し提案手法の確立を図ると共に,その性能を,高速DSPボード実装PCを用いて試験し,高速高精度な軟組織用X線当該システム開発の可能性を評価・検証することにある.そのため,当初の研究計画に準ずる形で研究を進め,以下の成果を得た.(1)投影データ採取ノイズの高域レベルに対して有意な空間周波数情報の自動推定法の開発により,既考案手法に比べ,ノイズが混入しない場合の精度劣化を0.5dB以下に抑え,また混入する場合には約6dB10dB高精度で,かつ耐ノイズ感度も従来法で最も高精度な2D-FT法と同等以上に改善できた.(2)(1)の手法は高速化にも有用で,再構成時間を既考案手法の26%に低減できたが,従来の2D-FT法に比べ約3割方余計に時間を要している.しかし,当手法は当ノイズの増加につれ効力を発揮するので,実条件下では後者を上回る計算時間で働くと考えられる.(3)浮動少数点型DSPボード実装の場合には,精度の劣化なしに計算時間を64%に,また固定小数点型ボード実装の場合には,約10dBの精度劣化で,計算時間を38%に,それぞれ低減できた.しかし,不等間隔データの2D-IDFTに伴う膨大な容量の三角関数テーブル蓄積回避のため,先に提案の三角関数の逐次処理による高速化法を用いが、これによりDSPの持つ高速パイプライン処理が阻害され,期待したほどには効果が上がらなかった.(4)逐次並列処理に基づく画像再構成アルゴリズムの開発により,精度を劣化させずに,投影データ採取後,概ね使用PCの台数分の1の再構成時間で,逐次再構成画像を観察できることを数値実験的に確認した.今年度の研究・計画に基づき、(1)耐ノイズ特性に優れた空間周波数情報推定法と(2)逐次並列処理に基づく画像再構成時間短縮法の開発、並びに(3)高速DSPボードを用いた開発画像再構成法各部の個別実装試験を行い、以下のような実績が得られた状況にある。(1)については、各投影角度ごとに1次元離散フーリェ変改を行い、得られた空間周波数スペクトルの絶対値より高域ノイズレベルを推定し、これより有意な低域空間周波数情報を利用して画像再構成を行うことにより、物体の吸収率分布と検出信号対雑音比にもよるが、相対RMS誤差で約7dB12dB程度の再構成精度を向上できるという成果が得られた。(この成果を第51回応用物理学連合学術講演会にて発表する)(2)については、(1)投影データを採取しつつ、上記(1)の成果も含めて空間周波数情報を逐次メモリに一旦蓄積し、得られた空間周波数情報から逐次画像を再構成することにより、各角度ごとに利用最高空間周波数が異なる場合においても既開発の高速化アルゴリズムが適用できることを明らかにした。これを基に、目下、当該高速化アルゴリズムの並列化に取り組んでいる。

(3)については、要求される主な処理がフーリェ変換・逆変換処理であり、加重の絶対値が1以下であることから、浮動小数点型のDSPボードに比べ、固定小数点型のFPGAを用いる方が簡便かつ高速性に優れたハードウェア化が望み得るという考えをも立証すべく、小規模のテストボードと高速DSPボードの両者を用いて処理の高速化を図っている所であり、その性能比較に基づき、最終的にどちらを採用するかを決定する。今年度の研究・計画に基づき、提案CT画像再構成法の性能向上へ向けて高精度化と高速化の観点から検討を行い以下の実績を得た状況にある。(1)耐ノイズ特性に優れた画像再構成法の更なる性能評価前年度に開発した耐ノイズ特性に優れた空間周波数情報の推定法を、種々の空間周波数をもつ対称、非対称吸収率分布に対して、投影データ採取時のSNRを変え、画像再構成を行い、相対RMS誤差の観点から、旧提案手法、従来の2手法と比較した。その結果、設定吸収率分布、SNRにもよるが、旧提案手法より約7dB10dB、また従来法で最も高精度な2D-FT法より約14dB、再構成精度を向上でき、更にノイズに対する感度も同等以上に改善できるという結果を得た。(成果がまとまり次第、極力早く発表の予定)(2)逐次並列処理に基づく時間短縮法の開発上記(1)のアルゴリズムを、昨年度購入の高速PCに実装し試験した。対象吸収率分布、SNRにもよるが、精度は殆ど同じで平均時間約13秒で再構成できた。これは従来の手法で最も高精度な2次元フーリエ法による約10秒と殆ど遜色ない速度であり、逐次並列処理よりもアルゴリズムの改良を優先すべきと考えている。(3)高速DSPボード装備PC援用CT画像再構成システムの構築と性能試験上記高速PCに昨年度開発の高速化アルゴリズムを実装し試験したところ、55秒であった。これに対し、TI社の浮動小数点型DSPボードを用いた場合には、精度の劣化は殆どなしに54秒であった。また、固定小数点型の同社DSPを用いた場合には、約32秒と画像再構成時間は約6割に減少した。ただし精度は相対RMS誤差で約10dB劣化した。それゆえ、固定小数点演算のFPGAの使用は、経費の大幅増の割には利点が少ないと考えている。平成17年度の研究・計画に基づき、提案X線CT画像再構成システムの高性能化へ向けて研究を進め、以下の成果を得た状況にある。(1)空間分解能の評価とカラー濃淡画像化提案CT画像再構成法の空間分解能を、点像分布関数の半値幅で評価し、折返し誤差なしの設定(Δr=Δr_<max>)では、従来の2D-FT法に比べ約8割方分解能が悪いが、空間周波数スペクトル導出時の仮想的な投影データ採取間隔Δrの設定自由度を生かし、Δr=2Δr_<max>/3と選ぶことにより、僅かな相対RMS誤差の劣化(0.7dB以下)で、逆に2D-FT法より2割強良好な分解能を取得できた。また、人の見易さを考慮したカラー濃淡画像化についても試行錯誤的であるが一応の成果を得た。(2)提案X線CT画像再構成システムの高速化前年度開発の耐ノイズ感度低減法実践ソフトウェア各部をサブプログラム化し変数の共有化を図った。その結果、PCのみを用いた場合には時間短縮できなかったが、DSPボード実装の場合には浮動小数点型、固定小数点型いずれの場合にも、再構成時間を約6割に短縮できることを確認した。ただし、浮動小数点型では精度の劣化はないが、固定小数点型では約10dB精度が劣化した。現在のところ、PCのみによる約13秒が最高速である。逐次並列処理による時間短縮については、数値実験的に検討し、例えば、全投影データ採取時間が31.5秒より長い場合には、6台のPCを用い逐次画像再構成しては途中結果を表示しつつ、投影データ採取後約5秒強で最終結果を観察できるという試算を得た。
エネルギー問題の科学的理解を深める小水力発電教材およびカリキュラムの開発と評価

本研究においては,小水力発電実験装置(循環式小水力発電装置と落差可変式小水力発電装置)を2種類開発し,それらを活用するカリキュラム・指導過程・学習補助教材を開発した。授業実践の結果,エネルギーに関する知識を身につけさせ,興味関心を高めることができた。開発した小型水力発電実験装置は,実用新案登録を行った。これらは,教員研修で紹介するなど,学校で広く活用されるよう,情報を発信した。本研究は,日本・世界のエネルギー情勢に関する科学的理解を促しながら,生活の基盤となるエネルギー問題を適切に評価・活用する力を育成することを目的とするものである。エネルギー問題は,環境問題とも密接な関係を持つことから,今後,我が国のエネルギー源の中で大きな役割を果たす再生可能なエネルギー(自然エネルギー)技術と現状を,体験的に学習する教材・教具と指導方法を開発・提案し,持続可能な社会を構築する児童・生徒を育成することを目指して研究を進めてきた。本研究では,小出力水力発電(以後,小水力発電と示す)に着眼し,児童・生徒が身近で利用する水道水を利用した発電実験を通して,再生可能エネルギー導入の必要性や,効率の良いエネルギー消費のあり方を発達段階に応じて,正しく認識する力を養うことをねらいとしている。本年度は,水力発電を学習する教具を開発し,知的財産の手続き直前まで研究を進めることができた。この教材は,水を循環するもので,水を利用できる理科室以外の普通教室でも実験を通して学習を進めることが可能である。全体を,アクリル樹脂を活用して教材が製作されており,全面,背面,上面から,水の流れを確認することができる。また,発電の状態を確認するための測定器(電圧計,電流計),負荷を使っての実験(高輝度LEDライト,電気二重層コンデンサ)ができるようになっている。また,電源にはDC電源を活用し,感電や漏電などの事故防止も工夫されている。本年度は,開発した水力発電装置を知的財産に登録(実用新案登録番号:第3191559登録日:26.6.4出願番号:実願2014-002021出願:H26.4.17名称:水力発電実験装置)し,中学生を対象に授業実践を行った。実践は,中学二年生を90名を対象に2時間配当で行った。内容は下記の通りである。1事前調査(授業開始前)2発電所の種類の再確認3発電所の発電原理についての説明(復習)4日本の現在の発電割合の予想と確認5火力発電のエネルギー源の比較を行う6火力発電増加に対する課題の確認7CO2を発生しない発電方法の確認8水力発電の発電量の年度比較9発電量が増えていない理由を考える10日本とドイツの発電所の規模11小水力発装置を用いた実験12日本における小水力発電の可能性13小水力発電のメリットや課題点14今後のエネルギーについて15事後調査(授業終了後)これらの実践結果から,1小水力発電装置は,水循環型のもので,小型軽量にできており,水設備のない所でも実験が可能である。2台の発電機を備え,負荷としてLED点灯や電気二重層コンデンサへの充電ができる。発電の状態や深江で電力供給を電圧計や電流計を通して測定ができる。2実験授業の結果,発電技術に関する知識が身につき,それらに対する興味・関心を高めることができた。また,日本の水力発電の状況を他国と比較しながら展望するとと共に,今後解決すべき課題を指摘することができた。3生徒たちは,小水力発電装置を利用することで,その仕組みがわかりやすかったことを評価すると共に,授業が楽しかったと感じていた。また,それらの内容をまとめ上げ,日本産業技術教育学会全国大会に装置開発の概要について,関東支部大会に実践内容について発表した。また,年度末になったが,日本産業技術教育学会に投稿し,現在査読中である。本年度は,2年間改良を続けてきた落差可変式水力発電実験装置が完成し,知的財産処理として,実用新案登録ができた。実用新案登録番号:第32033489登録日:28.3.2出願番号:実願2016-000144,出願日,H28.1.13,名称:落差可変式水力発電実験装置本装置は,水を循環することに加えて,位置エネルギー,水流の調整ができるもので,これまでに無い新規性に富む装置である。水を利用できる理科室以外の普通教室でも実験を通して学習を進めることが可能である。また,発電の状態を確認するための測定器(電圧計,電流計),負荷を使っての実験ができるようになっている。今後これらを活用した指導計画を策定し,これまでの実践(前年度までの,カリキュラムや教育実践)にこの装置を追加して行きたい。

本研究においては,小水力発電実験装置(循環式小水力発電装置と落差可変式小水力発電装置)を2種類開発し,それらを活用するカリキュラム・指導過程・学習補助教材を開発した。授業実践の結果,エネルギーに関する知識を身につけさせ,興味関心を高めることができた。開発した小型水力発電実験装置は,実用新案登録を行った。これらは,教員研修で紹介するなど,学校で広く活用されるよう,情報を発信した。装置の開発ができ,それらを知的財産的に処理ができた。これらを活用した授業実践で装置の評価ができた。技術教育新しいタイプの発電装置の開発を行い,より効果的な学習方法を検討する。具体的には,落差式の発電装置で,生徒のより感覚的に発電を体験できるものとしたい。本年度は,水力発電を学習する教具を開発し,知的財産の手続き直前まで研究を進めることができたので,おおむね順調と評価した。この教材は,水を循環するもので,水を利用できる理科室以外の普通教室でも実験を通して学習を進めることが可能である。全体を,アクリル樹脂を活用して教材が製作されており,全面,背面,上面から,水の流れを確認することができる。また,発電の状態を確認するための測定器(電圧計,電流計),負荷を使っての実験(高輝度LEDライト,電気二重層コンデンサ)ができるようになっている。また,電源にはDC電源を活用し,感電や漏電などの事故防止も工夫されている。水力発電装置が予想より,安価に開発ができたことが一番の要因である。市販の,材料を利用できたためである。開発した装置を,知的財産の処理として,特許申請もしくは実用新案申請を行う。それらが終了した段階で,学会発表,授業実践を行う予定である。また,公表が可能になった段階で,学校の教員からの評価を受け,改善修正を行う予定である。次年度は,新たに,水車を設計して,それらを利用した装置開発に費用を活用したい。教材開発に外部機関の機材を利用できたため予定より,安価に研究が進められた。教材に利用する材料・加工精度を吟味し,より精度・完成度の高いものを作るとともに,特許申請に必要な経費として利用したい。