hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しい触媒的炭素骨格構築法の開発と反応場の制御

一方ペンタメチル誘導体であるRu(C_5Me_5)(共役ジエン)Xと銀トリフラートから誘導される配位不飽和カチオン活性種はブタジエンおよびイソプレンの触媒的環化二量化による、シクロオクタジエン骨格構築の高選択的な触媒となることを見いだした。とくにイソプレンの環化二量化触媒反応は位置選択的に頭ー尾結合する点は注目に値し、その量論的モデル反応による証明も行った。3.Nーアリルトリクロロアセトアミド類の触媒的ラジカル環化反応に、塩化第一銅とビピリジンの組み合わせが著しい触媒活性と選択性を示すことを発見した。この触媒的ラジカル環化は従来の有機スズを用いる量論反応の欠点である環元体の生成や高希釈条件を必要とせず、室温ないしそれ以下でピロリジン骨格を炭素ー炭素結合生成モードで構築できる有効な触媒反応である。1.昨年度X線解析し現在成果が印刷中のルテニウム(IV)アリル錯体をトリエチルアルミニウムで還元し、イソプレン,ペンタジエンと反応させると対応する共役ジエン錯体、Ru(ζ^5-C_5R_5)(ζ^4-ジエン)Xが合成できる。これらジエン錯体を銀トリフラ-トと処理し、第2分子目の共役ジエンを導入すると位置特異的なC-C結合生成が進行し、イソプレンからはR=HおよびCH_3いずれもシクロオクタジエン骨格構築がおこることを発見した。これらは触媒プロセス化することにも成功した。またペンタジエンの場合には位置選択的な頭-尾結合によるC-C結合生成の結果3-メチルノナ-1,5,7-トリエンを触媒的に生成することを発見した。2.ペンタジエンの触媒的直鎖二量化の量論的モデル反応を室温付近の温和な条件下で詳細な検討を行った結果、2分子の1,3-ペンタジエンのトランス異性体が位置特異的に酸化的還化をおこし、ビス-π-アリル・ルテニウム(IV)錯体が単離できた。この新規錯体は本研究で行っているジエン低重合の鍵中間体のモデル錯体であるばかりでなく、このビス-π-アリル錯体自体も触媒活性を示すことを明らかにした。3.触媒的ラジカル還化触媒プロセスをN-置換トリクロロアセトアミド類ならびにトリクロロ酢酸アリルエステル類を基質とし、塩化銅-ビピリジンおよびアセトニトリルの組合せ触媒で実現し報告した。この手法はピロリジン誘導体ならびにγ-ラクトン骨格構築法として斬新な一般性ある新しい方法であり、その位置選択性も高い。4.前項で記したN-アリルアセトアミド類の触媒的ラジカル還化のさい、窒素上の第3の置換基を水素およびベンジル基にすると、隣接する炭素原子上にトランス選択的に置換基が導入され、トシル基やメシル基の導入によりシス選択的に置換基が導入できる新たなジアステレオマ-の選択的な作り分けを90/10の選択性で実現した。1.昨年度までに開発した(C_5R_5)Ru(7^4ージエン)Xと銀トリラ-トの組合わせ触媒による共役ジエン類の触媒的二量化について,支持配位子の構造とCーC結合生成における位置選択性の関連を詳細に検討した。イソプレンの触媒的二量化において,R=Hの場合には,[4+4]型の頭ー尾結合による8員環骨格形成(87%)とともに,イソプレンの尾ー尾結合にもとづく直鎖型二量体形成が13%程度進行した。一方R=CH_3の場合にはイソプレンの位置およびペリ選択的な[4+4]型環化付加がおこり,しかも主生成物の炭素8員環上の2個のメチル置換基は立体選択的にシス体のみとなった。この点については量論モデル反応で証明した。さらに同様の組合わせ触媒を用いたペンタジエンの直鎖二量化においても,R=Hの場合には主生成物が尾ー尾結合型(74%)と尾ー頭結合型(23%)の混合物を与えるが,R=CH_3の場合は高選択的に尾ー頭結合した4ーメチルー2,5,7ーノナトリエンのみを触媒的に生成することを明らかにした。
視覚脱失が社会的紐帯の形成メカニズムに与える影響

生後の視覚経験はその後の他者理解能力の発達にどのような影響を及ぼすのか?生後の視覚経験が不可欠とする説が発達心理学で支持される一方で、本研究は、成人の先天盲でも単純な手の動作を晴眼者と同様に認識することが可能であり、動作の認識に関わる脳内ネットワークは、視覚でも触覚でも活動し、先天盲でも晴眼者でも活動することを明らかにした。この結果は、他者理解能力の背景となる脳内メカニズムの一部は、視覚経験に関係なく発達することを示している。本年度は「手による行動理解に関わる神経基盤は視覚脱失により変容するのか」に対する問いに答えるためのfMRI実験を実施した。実験は生理学研究所のMRI装置(Siemens Allegra)で実施した。平均年齢・男女比・利き手の同じ晴眼者28名と視覚障害者各28名(先天盲18名)が参加した。脳活動(BOLD信号)の測定中に、各群の参加者が3物体(手・車・急須)に触れ、その物体を識別する課題(触覚識別課題)を実施した。晴眼者はさらに(1)視覚で同じ物体を識別する課題(視覚識別課題)と(2)行動理解に関わる視覚領域であるExtrastriate Body Area (EBA)の同定課題を行った。その結果、(1)先天盲でも晴眼者でも縁上回とEBA背側部の賦活が、他の物体に比べ手に対して賦活した。この活動は晴眼者の視覚条件でも触覚条件でも観察された。(2)その一方でEBAの腹側部は手に対する活動が、晴眼者に対し先天盲で減少していた。これらの結果は手による行動理解に重要とされるEBAは、視覚経験によって変容する部分としない部分があることを示している。本成果は、国内の研究会・学会で発表するだけでなく、国際的に著名な視覚障害者の研究者が集まったワークショップで招待講演を行った(The Blind Brain Workshop)。現在、成果をまとめ論文として投稿している。さらにアウトリーチ活動としてTBSの特別番組で実際に実験を実施、かつ解析結果を紹介し、視覚障害者に関わる脳研究の成果を一般社会に理解してもらえるようにした。昨年度は「他者の手の動作を理解することに関わる神経基盤は視覚脱失によって変容するのか」という問いに答えるため、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)による実験を実施した。視覚による手の動作の認識には視覚野の一部であるExtrastriate Body Area(EBA)が関与することが知られている。本実験では先天盲でも晴眼者でも、EBAの背側部が他の物体(急須・車)に比べ手に触れたときに強く賦活することを発見した。その一方でEBAの腹側部は手に対する活動が、晴眼者に対し先天盲で減少していた。これらの結果は手の動作理解に重要とされるEBAは、視覚経験によって変容する部分としない部分があることを示している。本年度はこの成果をまとめ、The Journal of Neuroscience誌に発表した。この成果はプレスリリースされ、サイエンスポータルやナショナルジオグラフィックなどで取り上げられた。さらに医療法人鉄友会市民公開講座で本研究の成果を概説した。本研究成果に対する次の重要な問いは「なぜ先天盲ではEBA背側部のみが手に対する反応性を示すのか」という点である。過去の研究からEBAには手の運動感覚の入力が到達することが知られている。そこでEBAの背側部は視覚経験に関係なく運動感覚の入力が入るため手に対する反応性が発達するという仮説を構築した。この仮説を検証するために、まず晴眼者を対象に手の動作を実施しているときの脳活動を測定し、EBA背側部が活動することを確認した。本研究の目的は、視覚脱失が他者の行う動作の理解と模倣にどのような影響を与えるのか、について明らかにしようとするものである。本年度は既に取得した実験データの解析を集中的に行い、これまでの成果を本や総説としてまとめた。1.昨年度までに取得した機能的磁気共鳴画像データの追加解析申請者は昨年度、視覚野の一部(EBA)が視覚経験に依存せずに、識別する体部位に対し特異的に活動することを示した(Kitada et al., 2014 Journal of Neuroscience)。この解析では急須と車を統制物体として扱っていたが、これらの統制物体の間の異同は何か?車と異なり急須は道具であり、視覚による道具の認識には動作理解の神経基盤が関与することが知られている(Bracci et al., 2012 Journal of Neurophysiology)。そこで急須や車の識別時の活動を描出し、急須と車の活動パターンの異同を検討した。Bracciらの結果と一致するように、視覚条件では急須は車に比べて、EBAを強く活動させることが分かった。しかしこのパターンは、視覚条件で見られたものの、視覚障害者触覚・晴眼者触覚条件では明確に観察できなかった。他方で、身体部位に比べて車と急須は、共通して紡錘状回を賦活させ、この活動は視覚障害者触覚・晴眼者触覚・晴眼者視覚条件でも一貫して観察された。引き続き紡錘状回における活動パターンの詳細を、表象類似度解析で検討する予定である。2.視覚障害者の支援技術に関する総説執筆Dianne PawlukとRichard J. Adamsととも総説を執筆し、視覚障害に関する脳機能イメージング・心理物理学・工学研究を概説し、触覚を活かした視覚障害者の支援技術を紹介した。また英語の書籍において本研究成果を紹介した(Pervasive haptics)。

生後の視覚経験はその後の他者理解能力の発達にどのような影響を及ぼすのか?生後の視覚経験が不可欠とする説が発達心理学で支持される一方で、本研究は、成人の先天盲でも単純な手の動作を晴眼者と同様に認識することが可能であり、動作の認識に関わる脳内ネットワークは、視覚でも触覚でも活動し、先天盲でも晴眼者でも活動することを明らかにした。この結果は、他者理解能力の背景となる脳内メカニズムの一部は、視覚経験に関係なく発達することを示している。本年度までに計画調書に記載した2つのうち1つの実験が完了し、成果を論文として発表できた。さらにこの成果から派生した問題に対する新たな実験を実施し、仮説どおりの結果を得ている。その点で実験計画は研究計画調書通りに実施できたといえる。認知神経科学先天盲が手の動作を行っているときの脳活動を実施し、「運動感覚情報がEBA背側部の発達を促進させる」可能性をさらに検証する。さらに昨年度までに実施できなかった触覚模倣に関する心理物理学実験を実施する予定である。本年度は計画調書に記載した2実験のうち1つを順調に終了させ、解析・論文執筆まで完了させることができた。先天盲が手の動作を行っているときの脳活動を測定する実験と、触覚模倣に関する心理物理学実験が十分実施できなかったため。本年度得られた知見に対する次の重要な問いは「なぜ先天盲ではEBA背側部のみが手に対する反応性を示し、腹側部は示さないのか」という点である。過去の研究からEBAには手の運動感覚の入力が到達することが知られている。一つの可能性はEBA背側部には視覚経験に関係なく運動感覚の入力が入るが、腹側部は機能が視覚脱失によって変容したため、運動感覚の入力から手に対する反応性を失ったという点である。現在、先天盲と晴眼者が手の動作を実施しているときの脳活動を比較する実験を実施しており、この研究成果とこれまで得られた知見を融合する予定である。さらに研究計画通り、模倣に関する心理物理学実験を実施する予定である。これらの実験を速やかに実施する予定である。次年度使用額が生じたのは、1当初初年度に予定していた心理物理学実験を実施しなかったことと、2必要な物体模型の調達が本助成金を使用せずに行うことができたためである。次年度使用額は翌年度分として請求した助成金と合わせ、当初予定していた心理物理学実験とEBAに関する追加のfMRI実験のために使用する。
要件定義の品質向上とリスク評価のための方法論

要件定義の品質向上のために,情報の曖昧さ,計画の検討不足の対応方法について研究した.そしてプロジェクトが達成すべき目標にステークホルダを対応付けるために品質機能展開を用いて要求項目を実現機能に展開し,機能ごとに要求項目の調整を行う方法を提案した.次に,計画段階の見積精度向上について検討した.システムのステークホルダが開発規模へ与える影響を考慮してユースケースポイント法を基に開発規模の評価法を提案した.またプロジェクトリーダのスキル不足やコミュニケーション不足などに対する対応方法について,プロジェクトのリスク低減のために,チーム編成とスキル確保の観点からFTAを活用した方法を提案した.今年度は主にプロジェクトのリスク低減の観点からの研究と並行してプロジェクト教育に関する研究を行い以下の成果を上げた.まず,計画段階の見積精度向上と要求変更の及ぼす影響評価の研究を行った.ソフトウェア開発において開発規模の推定は重要である.初期段階では,情報の不完全性により,開発規模は一般に過小評価されてしまう.そこでシステムのステークホルダーが開発規模へ与える影響を考慮してユースケースポイント法を基に開発規模を評価する方法を提案した.その中でユースケース毎にユーザーが持つ属性を計測して開発規模への影響を検討したことと,非機能要件による開発規模の増加は非機能要求グレードを用いて考慮したことに特徴がある.関連して,開発途中での要求変更がプロジェクトの失敗原因の一つとなっていることに着目した.開発途中での要求変更を実装する場合には単純に作業量が増加を評価するだけでなく,システム全体に与える影響を評価する必要がある.そこでプロジェクト内の開発状況を考慮して,要求変更が構築済みシステム全体へ与える影響度合いの評価方法をモデル化した要求変更の作業量の定量的な見積り方法を提案した.教育に関する研究では,まず,プロジェクトの基本的考え方と事例を交えた本を書き上げた.さらに,プロジェクトが有効に機能しない原因として,的確な人材が配置できていないことが挙げられる.プロジェクトメンバーは,プロジェクトの目的に合わせて,経験や技能を鑑みて集められる.しかし,メンバーは様々な個人特性を持っているため,コミュニケーションがうまくいかないことがある.そこで,個人特性を考慮することでプロジェクトの生産性を高めるチーム編成について検討することを研究目的とした.今回は,大学の演習をプロジェクトと見なし,異なるタイプの演習において成績向上につながるチーム編成に関する提案を行った.平成25年度は,前年度に引き続き計画段階におけるリスク分析手法および指標の開発を行った.プロジェクトの失敗において,要件定義の曖昧さとその後のスキル不足が原因となる場合が少なくない.そこで,今年度も要件定義段階のおける品質確保と向上に関する研究に加え,チーム編成の際のスキル確保の観点からリスク分析を実施するための方法論について信頼性解析手法FTA(Fault Tree AnalysisやQFD(Quality Function Deployment))を活用した方法を提案した.さらに運用段階においてリスクを回避するための方法論を検討するために,調査データに基づき,失敗が発覚した時期と程度さらに対処方法を分類整理した.具体的には,プロジェクトの成功と失敗について分岐点となった時期と失敗の原因,取られた処置さらに最終的な成否結果をプロジェクトの規模別に整理した.そして画一的な処置ではなく,進捗状況を考慮したプロジェクト危険状態の識別とそれに基づくリスク対策ガイドの作成方法を提案した.また,要件定義段階におけるシステムの機能評価をQFDを用いて行い品質の向上と見積を行い,無駄な機能削除に繋げる方法を提案した.現在これらに関して3年間の成果をまとめ「要件定義の品質向上とリスク評価のための方法論」の論文投稿の準備を行っている.一方,前年度発刊した「プロジェクトマネジメント入門」を用いた授業評価を行い,学会において成果を発表した.要件定義の品質向上のために,情報の曖昧さ,計画の検討不足の対応方法について研究した.そしてプロジェクトが達成すべき目標にステークホルダを対応付けるために品質機能展開を用いて要求項目を実現機能に展開し,機能ごとに要求項目の調整を行う方法を提案した.次に,計画段階の見積精度向上について検討した.システムのステークホルダが開発規模へ与える影響を考慮してユースケースポイント法を基に開発規模の評価法を提案した.またプロジェクトリーダのスキル不足やコミュニケーション不足などに対する対応方法について,プロジェクトのリスク低減のために,チーム編成とスキル確保の観点からFTAを活用した方法を提案した.今年度はまず,インタビュー調査などからプロジェクトの失敗原因となる事柄について検討した.その結果,要件定義における情報の曖昧さ,計画の検討不足,それにプロジェクトリーダーのスキル不足やコミュニケーション不足が挙げられた.そこで,並行して以下の事柄について研究しそれぞれ成果を上げた.一つ目は,RFP(Request for Proposal)をもとにステークホルダーを考慮した要求の割り出し方法を検討した.具体的には,プロジェクトが達成すべき目標にステークホルダーを対応付けることで,システムに必要な要求項目を効率的に抽出する方法を検討した.さらに,品質機能展開(Quality Function Deployment)を用いて要求項目を実現機能に展開し機能ごとに要求項目の調整を行う方法を提案し,国際会議ProMAC2011(H23.12),およびプロジェクトマネジメント学会春季研究発表大会(H24.3)で報告した.二つ目は,計画段階において曖昧さを考慮した計画方法について検討し,ファジィ推論を用いた評価ルールを提案した.その際の評価要素として,予算と納期を用いて品質の総合評価の推論値を求めるものである.それにより,プロジェクト評価測定時点で必要な資源の投入度合いを検討することができる.また,計画段階において突発時の対応と考えた引き継ぎ事項に関して検討した.この「引き継ぎの研究」に関する提案は,プロジェクトマネジメント学会秋季研究発表大会(H23.9)で報告した.その他には,インタビュー結果を基にプロジェクトの規模や難易度とプロジェクトマネージャの性格などをマッチングさせる方法について試案を提案した.

また,要件項目の洗い出し方法として,ゴール指向分析を用いて要求項目の抜け漏れをなくす方法についても検討した.プロジェクトマネジメントは個々の能力に依存することが大きい.さらに,同じような情報が様々な意味を持つ場合が多い.本研究では,「要件定義の曖昧さの減少がリスク減少に繋がる」と考えている.本研究の特徴を挙げると以下のようになる.まず,企業および大学(国内外)に対する実態調査を行うことに大きな特徴がある.これに関しては現在も続行し,その一部を本にまとめた.次に,情報の整理に人工知能の分野をはじめとするコンピュータの世界で用いられている,「概念化の明示的な仕様」と定義されるオントロジー技術の活用と設計側が技術情報に基づく意味情報(メタデータ)やシソーラスの活用を検討した.これに関しては,今後まとめて行く予定である.さらに,製造業で培われてきた品質管理や信頼性管理などの考え方や手法を基に,プロジェクトマネジメントにおけるコミュニケーションに定量的評価尺度を導入を検討してきた.これは十分に新規性があり,研究成果を発表しさらに投稿中である.今回の研究の目的は,「プロジェクトの成功確率を如何に高めるか」をテーマにして,コミュニケーションツールの観点からその方法論を検討することにある.そのために今年度の研究はまず,プロジェクトの推進状況あるいは問題点を整理して,計画段階における「要件定義の品質向上のための方法論」の開発に注力することにある.「研究実績概要」にも示したように,企業におけるプロジェクトマネジメントの問題点抽出のために,アンケート調査結果などの分析から問題となる事柄の共通性を見出すことができた.主な結果は(1)RFP(Request for Proposal)をもとにステークホルダーを考慮した要求の割り出し方法を検討した.(2)計画段階において曖昧さを考慮した計画方法について検討した.(3)計画段階において突発時の対応と考えた引き継ぎ事項に関して検討した.(4)プロジェクトの規模や難易度とプロジェクトリーダーの性格などをマッチングさせる方法を検討した.(5)ゴール指向分析を用いて要求項目の抜け漏れをなくす方法についても検討した.以上よりおおむね計画の通り進んでいると言える.
情報化の進展と経済理論

本研究計画は、情報構造の変化が及ぼす経済機構への影響の研究を目的として、個人の意思決定のレベルでの分析にもとづいた理論分析と、特定の産業分野を取り上げ、その影響の理論実証的分析から成り立っている。意思決定モデルに即した研究については、研究展開の現況に関して、班内外の多数の研究者を交えて、定期的に研究会を開催した。とくに、現時点における情報分析の基本モデルであるベイズ流意思決定モデルとそれに基づいて展開しているゲ-ム理論の研究方向についての検討が主要な内容となった。中でも、限界合理性の問題、ゲ-ム理論上の解概念の関する問題点が重要な問題として指摘された。これらの問題点がもたらす経済理論に対する制約の克服の可能性が当面の重点的研究課題として認識された。また、西村を中心として、不確実性下の資源配分についての研究を行い、情報が完全であり、将来の予測が正確であるような状況において、パレ-ト効率的な資源配分に基づく経済の投資計画のあり方を分析した。従来の予想に反して、競争市場においてすら、必ずしも情報の増加が経済のより安定的な成長を保障するものではないことが明らかにされた。産業分析では有賀が中心となって、本年度は、流通業の中でも特に多品種を取扱い、ネットワ-ク化の果たす役割が大きいと考えられる加工食品業に対してインタビュ-調査を実施した。また加工食品は小売部門での物流投資や流通チャネルの再編成が急速に進んでいる業種でもあり、これと自動車に代表される流通系列化が進んだ業種における情報ネットワ-ク化の違いを対比して、調査をした。年度末には、分担者が外部の流通専門家をまねき、流通業における情報化に関する討論集会をもち、その議事録から、調査のまとめを含む資料を作成した。
キノプロテイン-アミン脱水素酵素触媒反応メカニズムの解析

今年度の研究においては、昨年度から取り組んでいるグラム陽性細菌Noncardioides smiplex IFO 12069の可溶性画分から精製したヒスタミン脱水素酵素(HmDH)について、HmDHを用いた新しいヒスタミンバイオセンサー(HmDH機能電極)、ならびに、HmDH機能電極を検出部位としたヒスタミンに対するフローインジェクションアナリシス(FIA)システムの開発・検討を実行した。昨年度の報告書にも記述したように、グラッシーカーボン電極表面に、HmDHと電子伝達メディエーターであるオスミウム錯体の両方を固定化した機能電極を作成し、新たにFIAシステムの検出部位とした。実サンプル中に存在すると考えられるアスコルビン酸による妨害を取り除くため、ヒスタミン検出部位の上流に前処理部位を取り付けた。食品分析の現場での利用を想定し、実サンプルを用いた特性評価を行ったところ、通常用いられるHPLC-蛍光検出法と比較して、分析時間の短縮を達成すると同時に分析値の高い相関性が観測され、本FIAシステムが現場で利用可能であることを示した。一方、新たなアミン脱水素酵素としてAlcaligenes xylosoxidans IFO 13495より見い出されたアミン脱水素酵素について、その基本特性の検討も行った。既に報告されているAlcaligenes faecalis IFO 14479由来の芳香族アミン脱水素酵素と比較して、基質特異性に似かよった傾向があるが必ずしも一致しない。また、中性溶液における総電荷は大きく異なる。現在、本酵素の活性中心の構造、ならびに菌体内での電子伝達反応について、引き続き検討を行っている。今年度の研究においては、新たにグラム陽性細菌Nocardioides simplexから精製したヒスタミン脱水素酵素(HmDH)について、新規キノプロテイン-アミン酸化還元酵素としての可能性を探索した。HmDHの酸化型は440nm付近に明瞭な吸収ピークを示す。基質ヒスタミン添加時の紫外可視吸収スペクトル変化を解析した結果、本酵素は1サブユニット当たり1分子のヒスタミンによって完全に還元されることが明らかとなった。また、本酵素のEPR分析を行った結果、基質ヒスタミンによって半還元されたHmDHからは明瞭なEPRシグナルが得られ、HmDHの活性中心には有機コファクターが存在することが強く示唆された。これまでに明らかにされているキノプロテイン-アミン酸化還元酵素は、すべて、カルボニル試薬によって阻害を受けるが、HmDHとカルボニル試薬との反応は遅い。今後、HmDHの活性部位にフェニルヒドラジンを付加させたものをクロマトグラフィーにより単離し、その構造解析、ならびに、スペクトル解析を行う予定である。HmDHの触媒反応挙動については電気化学的手法を用いた解析も行った。通常の炭素電極、金属電極を用いた場合、本酵素と電極との間の直接電子移動の観測は非常に困難であった。一方、いくつかの電子伝達メディエーターの中で、既に合成方法の詳細が報告されているOs錯体がメディエーターとして良好に機能した。電極表面にHmDHとメデイエーターの両方を固定化した機能電極を作製し、臨床分析および食品分析の現場からの要望が強い新しいヒスタミンセンサーとしての特性評価を行った。今後は、HmDHからメディエーターへの電子移動について、電気化学的手法を用いてさらに検討を続ける予定である。
人工勃起に関する研究

【目的】最近インポテンスの診断や治療に,陰茎海綿体内にvasoactive drugを注入して勃起を起こさせる試みがなされている.しかし,その作用機序は不明な点が多く基礎的検討が必要であるので,臨床応用確立を目的として研究を行った.【臨床的研究】vasoactive drugとしてすでに臨床的に用いられ安全性が確認されているpapaverineを選んだ.インポテンスの診断ならびに治療に対する有用性を検討し,以下の結果をえた.(1)papaverine40mg陰茎海綿体内注射が勃起機能検査として有用であり,インポテンス成因の鑑別診断に役立つことが示唆された.(2)papaverine陰茎海綿体内注射によるインポテンス治療は器質的原因によるものだけでなく心因性インポテンスに対しても有効であった.(3)陰茎海綿体灌流による人工勃起誘発と海綿体造影をpapaverine40mg陰茎海綿体内注射で完全勃起を生じないものにおこなったところ,静脈性インポテンスの可能性が示唆された.(4)持続勃起が起こることがあり,その場合α-agonistが有効であった.【目的】最近インポテンスの診断や治療に,陰茎海綿体内にvasoactive drugを注入して勃起を起こさせる試みがなされている.しかし,その作用機序は不明な点が多く基礎的検討が必要であるので,臨床応用確立を目的として研究を行った.【臨床的研究】vasoactive drugとしてすでに臨床的に用いられ安全性が確認されているpapaverineを選んだ.インポテンスの診断ならびに治療に対する有用性を検討し,以下の結果をえた.(1)papaverine40mg陰茎海綿体内注射が勃起機能検査として有用であり,インポテンス成因の鑑別診断に役立つことが示唆された.(2)papaverine陰茎海綿体内注射によるインポテンス治療は器質的原因によるものだけでなく心因性インポテンスに対しても有効であった.(3)陰茎海綿体灌流による人工勃起誘発と海綿体造影をpapaverine40mg陰茎海綿体内注射で完全勃起を生じないものにおこなったところ,静脈性インポテンスの可能性が示唆された.(4)持続勃起が起こることがあり,その場合α-agonistが有効であった.〔目的〕最近インポテンスの診断や治療に、陰茎海綿体内に各種薬物を注入して勃起を生じさせる所謂chemical prosthesisが応用され始めている。しかし、その作用機序は不明の点が多く、この解明は最近再検討を必要とされている勃起のメカニズムの解明にもつながるものと考えられる。そこで各種薬物の陰茎海綿体に対する影響を調べるとともに、インポテンスの治療への応用を検討する。〔方法〕実験動物より摘出された陰茎海綿体片をMagnus管内にセットし、各種薬物を添加させてその反応を懸垂自動描記法にて記録させる。そのための実験条件を先づ検討した。〔結果〕(1)実験動物の検討:犬,ラット,兎を実験動物として検討したところ、兎が陰茎骨を有さず、in vitro, in vivoの両方に使えることがわかり、系統を統一できることもあって兎を選択した。(2)殺処分法の検討:断頭法は手技的に困難であった。炭酸ガス注入法では死亡までに時間を要した。バルビツール注射法が速やかに兎を死亡させ、その実験結果に対する影響がほとんどなかったので、本法を採用した。(3)栄養液の検討:Tyrode液とKrebs液とを検討したが実験結果にほとんど差異を認めなかったので、Tyrode液を使用することとした。(4)以上の実験条件の検討結果から、成熟雄兎をバルビツール殺処分後、陰茎を摘出し37°CTyrode液内で陰茎海綿体の長軸方向の切片を作り、37°CTyrode液および95%【O_2】+5%【CO_2】の混合ガスを用意したMagnus管内で、この海綿体切片を懸垂した。(5)薬理学的検討:ノルアドレナリン添加では、張力は濃度依存性に増加した。また【α_1】ブロッカーである塩酸プラゾシン添加は、このノルアドレナリンによって生じた収縮張力を濃度依存性に減少させた。〔今後の方針〕実験方法が確立したので、各種薬物を用いてin vitro実験を継続しその成績に基づいてin vivo実験を行なう。
高温・高圧・低酸素雰囲気における乱流燃焼機構の研究

本研究は,高温・高圧環境における乱流燃焼機構の解明を低酸素乱流燃焼に拡張し,燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式として応用展開を行うための指針を得ることを目的とする.具体的には,燃焼ガスを模擬して窒素および二酸化炭素により希釈された低酸素空気を酸化剤として用い,乱流予混合火炎および乱流拡散火炎を研究対象として,OHおよびCHラジカル分布計測による乱流火炎構造と反応帯構造の観測,乱流減衰過程の測定,乱流燃焼速度の測定等行った.乱流拡散火炎の研究においては,最高温度1300Kまで予熱し窒素および二酸化炭素希釈により酸素濃度を4%まで低下させた乱流噴流拡散火炎に対して,PLIF法によるCHラジカル分布を可視化を行った.その結果,高温・低酸素雰囲気の乱流拡散火炎は特にリフト火炎においては小さな燃料塊に分断され,その周りに薄い発熱帯をもつ泡状火炎構造となることをはじめて明らかにすると共に,リフトしない火炎でもNOx排出量が大幅に低下することNOx計測により示した.乱流予混合火炎の研究においては,573Kまでの高温かつ1.0MPaまでの高圧環境において,体積分率10%までCO_2で空気を希釈して酸素濃度を低下させ,メタンを燃料とし排気ガス再循環を行った予混合型ガスタービン燃焼器内部の条件を模擬した乱流予混合火炎の安定化に成功した.OH-PLIFにより瞬時火炎断面像を解析し,フラクタル解析により火炎領域の最小凹凸スケールに対する火炎の固有不安性効果およびCO_2希釈の影響を確認した.さらに,乱流燃焼速度,火炎領域において時間平均化された生成物質生成速度を求めた.その結果,CO_2希釈による低酸素濃度化は火炎領域体積を増大させ時間平均化された生成物質生成速度を低下させること,すなわち発熱領域が増大して緩やかな熱発生となることが明らかとなった.これは,予混合ガスタービン燃焼器における燃焼不安定性を抑制する重要なファクターであり,本研究で提案した燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式によるガスタービン燃焼器の可能性を支持する重要な知見である.本研究は,高温・高圧環境における乱流燃焼機構の解明を低酸素乱流燃焼に拡張し,燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式として応用展開を行うための指針を得ることを目的とする.具体的には,燃焼ガスを模擬して窒素および二酸化炭素により希釈された低酸素空気を酸化剤として用い,乱流予混合火炎および乱流拡散火炎を研究対象として,OHおよびCHラジカル分布計測による乱流火炎構造と反応帯構造の観測,乱流減衰過程の測定,乱流燃焼速度の測定等行った.乱流拡散火炎の研究においては,最高温度1300Kまで予熱し窒素および二酸化炭素希釈により酸素濃度を4%まで低下させた乱流噴流拡散火炎に対して,PLIF法によるCHラジカル分布を可視化を行った.その結果,高温・低酸素雰囲気の乱流拡散火炎は特にリフト火炎においては小さな燃料塊に分断され,その周りに薄い発熱帯をもつ泡状火炎構造となることをはじめて明らかにすると共に,リフトしない火炎でもNOx排出量が大幅に低下することNOx計測により示した.乱流予混合火炎の研究においては,573Kまでの高温かつ1.0MPaまでの高圧環境において,体積分率10%までCO_2で空気を希釈して酸素濃度を低下させ,メタンを燃料とし排気ガス再循環を行った予混合型ガスタービン燃焼器内部の条件を模擬した乱流予混合火炎の安定化に成功した.OH-PLIFにより瞬時火炎断面像を解析し,フラクタル解析により火炎領域の最小凹凸スケールに対する火炎の固有不安性効果およびCO_2希釈の影響を確認した.さらに,乱流燃焼速度,火炎領域において時間平均化された生成物質生成速度を求めた.その結果,CO_2希釈による低酸素濃度化は火炎領域体積を増大させ時間平均化された生成物質生成速度を低下させること,すなわち発熱領域が増大して緩やかな熱発生となることが明らかとなった.これは,予混合ガスタービン燃焼器における燃焼不安定性を抑制する重要なファクターであり,本研究で提案した燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式によるガスタービン燃焼器の可能性を支持する重要な知見である.本研究は,高温・高圧環境における乱流燃焼機構の解明を低酸素乱流燃焼に拡張し,燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式としての応用展開を行うための指針を得ることを目的とする.具体的には,燃焼ガスを模擬し窒素および二酸化炭素により希釈された最低酸素空気を酸化剤として用い,乱流予混合火炎,乱流拡散火炎,さらに両者の中間的な部分予混合乱流拡散火炎を研究対象として,OHおよびCHラジカル分布計測による乱流火炎構造と反応帯構造の観測,乱流減衰過程の測定,乱流燃焼速度の測定等行う.本年度は,最高温度1300Kまで予熱し窒素および二酸化炭素希釈により酸素濃度を4%まで低下させた乱流噴流拡散火炎のCHラジカル分布をPLIF法によって可視化する方法を確立した.高温酸化剤中では酸素濃度を低下させても拡散火炎の安定性が大幅に向上し,上流に乱れ発生版を設置した強い乱流場における拡散火炎の挙動を観測することができた.CH-PLIF分布は発熱域によく対応していることが知られているが,本年度のCH-PLIF可視化結果によると,高温・低酸素雰囲気の乱流拡散火炎は特にリフト火炎においては小さな燃料塊に分断され,その周りに薄い発熱帯をもつ泡状の火炎構造となることがはじめて明らかとなった.高温空気流に対してLDVによる乱流減衰過程の計測も行った.

また,乱流予混合火炎に対しては,高温・高圧下において初期乱れが非常に弱く火炎の固有不安定性によって自己乱流火炎化する条件における火炎のOHラジカルに対するPLIF画像を撮影し,画像処理によって燃焼速度を求めた.これにより,乱れが非常に弱い領域における火炎の見かけの燃焼速度は特に高圧下では固有不安定性により大きく増大し,また火炎領域の増大は温度・圧力を考慮した物性値を用いて線形理論から推定される擾乱成長率によく一致することがわかった.さらに,本年度は,実験装置改良として高圧燃焼装置における二酸化炭素供給系をあらたに備すると共に,高圧下で拡散火炎を安定化させるバーナを製作した.本研究は,高温・高圧環境における乱流燃焼機構の解明を低酸素乱流燃焼に拡張し,燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式として応用展開を行うための指針を得ることを目的とする.具体的には,燃焼ガスを模擬し窒素および二酸化炭素により希釈された低酸素空気を酸化剤として用い,乱流予混合火炎および乱流拡散火炎を研究対象として,OHおよびCHラジカル分布計測による乱流火炎構造と反応帯構造の観測,乱流減衰過程の測定,乱流燃焼速度の測定等行った.本年度は,始めに窒素および二酸化炭素希釈により酸素濃度を4%まで低下させた乱流噴流拡散火炎のNOx排出特性を測定した.その結果,低酸素高温酸化剤における噴流拡散火炎に対する乱流の効果は大きく,リフトしない火炎であってもNOx排出量が大幅に低下することが明らかになった.一方,予混合火炎においては,昨年度整備した二酸化炭素供給系と新たに購入したコリオリ式高圧マスフローコントローラを用いて,573Kまでの高温かつ1.0MPaまでの高圧環境において,体積分率で10%までCO_2で空気を希釈して酸素濃度を低下させ,排気ガス再循環を行ったメタンを燃料とする予混合型ガスタービン燃焼器内部の条件を模擬した乱流予混合火炎の安定化に成功した.実験では,始めにCO_2希釈による層流予混合火炎における火炎領域厚さの変化,および乱流予混合火炎における火炎領域の最小凹凸スケールをフラクタル解析により求め火炎の固有不安性効果を確認した.続いて,OH-PLIF画像を各条件に対して500枚撮影して画像解析し,乱流燃焼速度,火炎領域において時間平均化された生成物質生成速度を求めた.その結果,CO_2希釈による低酸素濃度化は火炎領域体積を増大させ時間平均化された生成物質生成速度を低下させること,すなわち発熱領域が増大して緩やかな熱発生となることがわかった.これは,予混合ガスタービン燃焼器における燃焼不安定性を抑制する重要なファクターであり,本研究で提案した燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式によるガスタービン燃焼器の可能性を支持する重要な知見である.
食事療法が思春期の軟骨内骨化に与える影響

ヒトの思春期に相当する生後8週齢のWistar系雄ラットを用い、カルシウム摂取量とイプリフラボン(IF)が軟骨内骨化に及ぼす影響について検索を行った。その結果、光顕的所見において、カルシウム摂取により、石灰化基質の増加および軟骨吸収細胞の増加がみられた。骨基質においても、骨芽細胞の増加がみられ、骨梁も太く、軟骨層に垂直に走行していた。さらに、高カルシウム食と同時にIFを摂取すると、軟骨組織から骨組織への置換がさらに顕著に認められた。超微形態学的所見においては、カルシウム摂取により、軟骨細胞層では、石灰化小球の癒合所見が多くみられた。骨基質では、吸収窩を取り囲むように骨形成部が認められた。さらに、IFを同時に摂取することにより、軟骨細胞層では、石灰化小球の癒合がさらに顕著になり、縦走基質により明瞭に区分されていた。骨基質では、骨吸収所見より骨基質形成所見が広範囲に認められた。微細構造学的所見においては、十分なカルシウムを摂取すると未分化間葉細胞の増加、さらに未分化間葉細胞から骨芽細胞への分化が促進され、細胞周囲には微細なコラーゲン原線維の増加がみられた。骨基質表層には幼若な骨細胞の増加がみられた。さらに、IFを同時に摂取することにより、さらに骨芽細胞の増加が顕著になり、骨基質表層に幼若型骨細胞の増加、骨基質深部では核・細胞質比率の大きい成熟型骨細胞の増加がみられた。一方、破骨細胞は、ruffled borderが扁平化し、骨基質表面から遊離していた。以上の結果から、カルシウム摂取不足により第二次性徴期に骨虚弱状態に陥っても、カルシウムとIFを同時に摂取することにより、下顎頭軟骨層の成長促進、軟骨基質の石灰化促進に引き続き、骨形成促進と同時に骨吸収抑制が行われ、カルシウム摂取不足に生じたダメージを回復することが示唆された。当教室ではヒトの幼児期に相当する生後5週齢のラットを用いた研究において、Caとイプリフラボン(IF)が軟骨内骨化による骨形成を促進することを光顕的および電子顕微鏡学的検索によって明らかにした。本研究では、生涯で骨量増加量が最大になる時期であるヒトの第2次性徴期にあたる思春期に相当する8週齢ラットを用いる.カルシウム摂取不足により骨虚弱状態を惹起させた後、標準食、高カルシウム食およびIF添加食を与え、カルシウム摂取量とIFが思春期の軟骨内骨化に与える影響に関して、光顕的、超微形態的観察を行った。光顕的所見では、カルシウム摂取量が不足すると、下顎頭軟骨細胞層は広く、肥大帯軟骨細胞層を囲む石灰化基質および侵食する所見は減少し、骨虚弱状態を呈していた。その後、カルシウム含有量の高い食餌を摂取すると、石灰化基質の増加とそれを侵食する軟骨吸収細胞の増加がみられ、骨基質においても骨芽細胞の増加が見られ、骨梁も太く、軟骨層に垂直に走行していた。高カルシウム食と同時にIFを摂取すると、軟骨組織から骨組織への置換促進がさらに顕著にみられた。超微形態学的所見では、カルシウム摂取量が不足するとコラーゲン原繊維が石灰化していない部分が多く、骨基質では骨吸収の促進がみられた。カルシウム摂取により、骨吸収所見より骨基質形成所見が広範囲にみられ、多数の骨小腔とその周囲を一定方向に走行するコラーゲン原線維束がみられた。IFを同時に摂取することにより、骨代謝回転は顕著に促進されていた。

以上の結果より、第二次性徴期に骨虚弱状態に陥っても、IFをカルシウムと同時に摂取することにより、下顎頭軟骨層の成長促進、軟骨基質の石灰化促進に引き続き、骨吸収抑制および骨形成促進が行われ、対照群と同程度までに回復することが、光顕的および超微形態的に明らかとなった。さらに、17年度は透過型電子顕微鏡により細胞レベルでの評価を行う。平成16年度の実験において、第二次性徴期に相当する8週齢雄ラットを用い、カルシウム摂取量とIF(イプリフラボン)が思春期の軟骨内骨化に与える影響に関して、光顕的、超微形態的観察を行った。その結果、第二次性徴期にIFとカルシウムを同時に摂取することにより、下顎頭軟骨層の成長促進、軟骨基質の石灰化促進、さらに、骨吸収抑制および骨形成促進がみられた。本年度は、さらに透過型電子顕微鏡による観察を行った。カルシウム摂取量が不足すると、ruffled borderが発達した破骨細胞が骨表面に多数集積し、その細胞質内には、多数の核、ゴルジ装置、ミトコンドリア、空砲がみられ、骨吸収促進様相を呈していた。一方、骨芽細胞は、細胞小器官が減少し、扁平な様相を呈し、骨形成が抑制されている所見が多数みられた。その後、十分量のカルシウムを摂取することで、未分化間葉細胞の増加、さらに未分化間葉細胞から骨芽細胞への分化が促進され、細胞周囲には微細なコラーゲン原線維の増加がみられ、骨基質に幼若骨細胞の増加がみられた。さらに、IFを同時に摂取することにより、さらに骨芽細胞の増加が顕著になり、骨基質においても成熟型の骨細胞が増し、骨形成促進の様相を呈していた。一方、破骨細胞においてはruffled borderが扁平化し骨表面より遊離し、骨吸収抑制が認められた。以上の結果より、カルシウムとIFを同時に摂取することにより、骨吸収の抑制および骨形成の促進が細胞レベルにおいても確認された.
ウイルス感染病態の細胞内トラフィック

樹立されたHIV潜伏感染細胞株である、J1.1細胞(HIV潜伏感染Tリンパ球系Jurkat細胞)とU1細胞(HIV潜伏感染単球系U937細胞)をTNFで刺激活性化し、培養上清と細胞を解析に用いた。また、これらの親株であるJurkat細胞とU937細胞へHIVを感染させ、急性感染細胞として用いた。J1.1細胞とU1細胞をTNFで刺激すると、いずれの細胞もHIV産生細胞となった。粒子産生との関連が示唆されている形質膜やエンドソーム分子の発現プロファイルをqRT-PCRで定量したところ、HIV産生細胞となったJ1.1細胞ではCD44(形質膜蛋白)の増加が、U1細胞ではCD44やSNAP23(形質膜蛋白)とCD63やHRS(エンドソーム蛋白)の増加が認められた。同様の発現変動が急性感染細胞でも認められた。すなわち、感染Jurkat細胞ではCD44が、感染U937細胞ではCD44やSNAP23と複数のエンドソーム分子が増加した。さらに、これらの宿主因子とHIV粒子の細胞内局在を観察したところ、いずれのHIV感染細胞でも粒子は形質膜に局在し、CD44やCD63と共局在した。形質膜からの粒子出芽は電子顕微鏡による観察でも確認された。本研究ではHIV潜伏感染細胞であるTリンパ球系J1.1細胞及び単球系U1細胞の活性化においても粒子出芽は形質膜から起こることを明らかにした。また、潜伏感染細胞でも急性感染細胞の場合でも、HIV産生に伴って、Tリンパ球系ではCD44の発現が、単球系細胞では、同じく形質膜に局在するSNAP23やエンドソーム分子の発現が増加し、それらの宿主因子が粒子出芽の部位に集積したことから、これらの分子が粒子出芽に伴って形質膜にリクルートされる可能性が示唆された。Gag蛋白細胞内輸送の責任宿主機構としてSNARE分子による小胞輸送を見いだしている。そこで、SNARE分子複合体(Qa-,Qb-,Qc-,R-SNAREからなるヘテロ4量体)とGag蛋白の結合を免疫共沈降法で調べたところ、Gag蛋白はQc-SNAREと結合し、Oa-,Qb-,R-SNAREとは結合しないこと、Gag蛋白はその結合にはGag蛋白のMAドメインとQc-SNAREのSNAREドメインが必要とされることが判明した。RNA干渉法でそれらSANRE分子をknockdownすると,Gag蛋白の細胞内局在が変化し、HIV粒子産生量が減少することが明らかとなった。2)HIV潜伏感染細胞の活性化とそれに伴う粒子産生機構樹立されたHIV潜伏感染細胞株である、J1.1細胞(HIV潜伏感染Tリンパ球系Jurkat細胞)とU1細胞(HIV潜伏感染単球系U937細胞)をTNF刺激活性化すると、いずれの細胞もHIV産生細胞となった。リアルタイムPCRで定量したところ、HIV産生細胞となったJ1.1細胞ではCD44(形質膜蛋白)の増加がU1細胞ではCD44,SNAP23(形質膜蛋白)とCD63(エンドソーム蛋白)の増加が認められた。HIV粒子が出芽する形質にはこれらの宿主蛋白がリクルートされ集積することが判明した。本研究は、HIV潜伏感染細胞の活性化とそれに伴うウイルス産生機構について、HIV産生がおこるとそのHIV産生に必要とされる宿主因子の発現量が増加し、粒子出芽の場に動員されることを示した。
生物教育における生物学史・生物哲学の活用に関する実証的研究

本研究の目的は,主として中等教育段階の生物教育において,生物学史および生物哲学を活用する意義を明らかにすること,さらに,活用の効果を実証的に示すことであった。具体的には,次の内容が中心であった。(1)生物教育において生物学史・生物哲学を活用する意義を,調査研究・文献研究などによって明らかにする。(2)生物学史・生物哲学の活用方法・形態を多面的に探り,それらを具体化した学習プログラムを作成する。(3)生物学史・生物哲学の活用効果を,実証的データに基づいて明らかにする。昨年度までの研究成果をもとに,生物教育において生物学史・生物哲学を活用する意義について,さらなる検討を行った。また昨年度に,生物学史・生物哲学の分野の知見に基づいて,生徒(学生)の自然選択説の理解状況の調査・分析を行ったが,これについてさらなる分析・考察を行った。そして,この種の生物学史・生物哲学の活用方法についても,一定の意義が認められると結論づけた。これらを含む予備的研究によって,生物学史・生物哲学の活用方法・形態を,多面的に探ることができた。上記および昨年度までの研究成果に基づいて,歴史的な生物学者であるC.ダーウィンを取り上げ,現代の生徒に親しみやすい漫画を活用しつつ,学習プログラムを作成した。なお,これと関連して,生物教育(理科教育)において漫画教材を活用する意義と課題についても,先行研究や科学漫画の現状分析から,整理・検討を行った。この学習プログラムを中心的に用いる学習指導案を作成し,高等学校において試行授業を実施した。プレテスト・ポストテストや授業中の生徒の様子から,生物学史・生物哲学を生物教育において活用する効果が,実証的に示された。本研究の目的は,主として中等教育段階の生物教育において,生物学史および生物哲学を活用する意義を明らかにし,さらに活用の効果を実証的に示すことにある。具体的には,次の内容が中心となる。平成16年度は,研究の初年度であった。このため,生物学史・生物哲学を生物教育に導入するための,理論的な基礎付けを目ざしてきた。例えば,科学史よりも限定化・焦点化された"生物学史"を活用する際の意義や留意点等について,どのようなものが考えられるのか。これについて,「理科基礎」でも取扱われている「生物の進化」等を事例として,教科書の記述等を適宜引用しつつ考察・検討した。なお,検討成果の一部は,日本生物教育学会の全国大会で報告した。現在,さらに検討を進めている。このほか,生物学史(科学史)を活用した先行研究を,国内外から広く収集して分析・整理するなど,次年度以降の研究のための基礎的な作業を行ってきた。平成17年度も研究を継続する予定であり,アンケート調査について,内容検討と実施準備を進めているところである。平成17年度は,初年度に引き続き,生物学史・生物哲学を生物教育に導入するための,理論的な基礎付けを行った。さらに,導入のための具体的な方策を検討・決定し,学習プログラムの作成に着手した。具体的な研究作業として,例えば,授業の視察・記録・分析,教科書・先行研究・諸文献の分析,アンケート調査,教授プログラムのための素材の収集,予備プログラムの作成,などに取り組んできた。成果として,例えばアンケート調査からは,大学生の科学史観の一端が明らかとなった。あるいは,生物学史・生物哲学の分野の知見に基づいて,進化論(自然選択説)モデルを手掛かりに,大学生の理解状況の分析を行った。これらの結果は,プログラム開発のための基礎的データとして役立つものである。なお,上記の成果の一部を,日本理科教育学会関東支部大会,および,日本生物教育学会全国大会において報告した。平成18年度が研究の完成年度にあたるため,引き続き研究作業を進め,教授プログラムの完成に努めているところである。

また昨年度に,生物学史・生物哲学の分野の知見に基づいて,生徒(学生)の自然選択説の理解状況の調査・分析を行ったが,これについてさらなる分析・考察を行った。そして,この種の生物学史・生物哲学の活用方法についても,一定の意義が認められると結論づけた。これらを含む予備的研究によって,生物学史・生物哲学の活用方法・形態を,多面的に探ることができた。上記および昨年度までの研究成果に基づいて,歴史的な生物学者であるC.ダーウィンを取り上げ,現代の生徒に親しみやすい漫画を活用しつつ,学習プログラムを作成した。なお,これと関連して,生物教育(理科教育)において漫画教材を活用する意義と課題についても,先行研究や科学漫画の現状分析から,整理・検討を行った。この学習プログラムを中心的に用いる学習指導案を作成し,高等学校において試行授業を実施した。プレテスト・ポストテストや授業中の生徒の様子から,生物学史・生物哲学を生物教育において活用する効果が,実証的に示された。
神経栄養因子とその受容体の遺伝子発現よりみた虚血性脳損傷修復機構・解析

虚血性皮質損傷後視床ニューロンに緩徐に起こる変性がFGFの髄腔内投与によって防止できることを、ラット中大脳動派閉塞モデルを用いて明かにした。そこで虚血性損傷後におけるFGF受容体mRNAの発現をin situhybridizationにより、またFGF受容体蛋白の発現をウエスタンブロットで分析し、外因性FGFの作用機構とその標的細胞を考察した。次いで内因性FGFの発現を同様の手法で解析し、変性防止のための外因性FGFの必要性を考察した。その結果、FGF受容体遺伝子の発現は虚血損傷後1日目から虚血側の皮質と白質に広範にみられ、その後発現の範囲は梗塞周囲に限局される傾向はあるが、7-14日まで持続した。また発現はニューロン、グリアともに認められた。FGG受容体蛋白のウエスタンブロットでは60kD,110kD付近に2つのバンドを認め、高分子側のバンドは梗塞周囲皮質で増加した。内因性FGFのmRNAと蛋白の発現は虚血1日後にはみられず、3日後に認められるようになり、7日後にはグリアの一部を残して消失した。これらの知見から、虚血性脳損傷後にはFGF受容体のup regulationがニューロン、グリアともに起こることが明らかになった。しかし損傷後変性に陥る視床ニューロンにはFGF受容体およびFGFとも遺伝子発現や蛋白増加はみられなかった。したがって外因性FGFの投与による視床ニューロンの変性防止メカニズムとしては、視床ニューロンに直接働くよりも、グリアを介した作用であることが示唆された。また内因性FGFの発現がFGF受容体の発現よりも遅れることが、虚血後の変性と関連することが示唆され、虚血後早期に投与した外因性FGFの効果を説明しうるものであった。
シリコン表面におけるIII,IV,V族原子の吸着構造と電子構造

Si(lll)表面におけるIIIV族共有結合性原子の吸着構造として,結合の歪みが小さいと思われる5種類の吸着模型を取り上げ,第一原理的電子状態計算にもとづき全エネルギーの値を求めて,これらの吸着構造の安定性の違いを調べた。計算はノルム保存型擬ポテンシャルを用い,最大3.4a_a^<-1>の範囲の波数をもつ平面波によって波動関数を表現した。実際の計算は,III族原子としてGa,IV族原子としてGe,V族原子としてAs,Sbを使って行った。これらの計算を通して,吸着原子種によらない共通の事実として(1)Si最外層の2種類の窪み位置に単原子吸着した模型においては,下地Si原子の緩和はきわめて大きく,特に吸着位置が第2層Si原子直上の場合は1eV以上ものエネルギー変化を与えることがある。(2)3量体吸着や置換型吸着の場合は,下地緩和効果が小さい。(3)吸着模型間の安定性比較は,吸着エネルギーの絶対値として信頼できる値が得られないような3.1a_a^<-1>程度の平面波波数打ち切り値でも,充分な精度で行うことができる。などが確認された。しかし各吸着構造間の相対的エネルギーには,吸着原子種の違いが強く反映される場合もあった。吸着原子がSb,Ga,Geの場合は,価電子数が違っていても5種の吸着構造間の安定性の順序はほぼ同じであったが,Asの場合はその順序が他の吸着原子の場合と異なっていることが確かめられた。吸着初期段階での各吸着原子の最安定構造は,Asについては最外層SiをAsに置き換えた1×1周期構造,Sb,Ga,Geについては第2層Si原子の真上に単原子吸着させた√<3>×√<3>周期の超格子模型であった。などが確認された。Si(111)表面上のV族吸着原子Sb,Asに対して,各々5種類の吸着模型を設定し,スラブ模型と局所密度汎関数法を用いた全エネルギーの第一原理的計算を行った。その際,下地Si原子位置の変位(緩和)を許すことにより各模型ごとに最安定な原子位置を決め,各模型に対する下地緩和の効果を系統的に調べた。被覆型1/3の吸着模型においては,下地緩和によるエネルギー利得が,従来III族原子の同様の吸着模型について知られていた値よりさらに大きいことがわかった。第2層Si原子の真上の吸着位置は特にエネルギー利得が大きく,その値は1eV以上にも達し,第4層Siの真上の吸着位置よりも安定化する。これらの下地緩和に伴い表面電子状態にも大きな変化が見られ,Sb吸着面の場合では,光電子分光などの実験結果との整合性が大きく改善された。一方被覆度1の吸着模型では下地緩和の効果は小さく,各模型の安定性の順序は,下地緩和によって変わることはなかった。これら下地緩和の効果の定性的傾向は,電子状態計算における平面波打ち切り波数にはあまり強く依存しないことが確かめられた。各吸着模型間の安定性の定量的比較の際に必要とされる波数打ち切り値についても,詳しく調べられた。これらの下地緩和の効果と,各吸着模型間の被覆度の違いを合わせ考慮することにより,吸着初期段階における各模型の安定性比較を行うことができた。特に最安定構造については,AsとSbの場合で異なるタイプのものとなり,実験的に観測されている結果を再現することができた。Si(111)表面におけるIIIV族共有結合性原子の吸着構造として,結合の歪みが小さいと思われる5種類の吸着模型を取り上げ,第一原理的電子状態計算にもとづき全エネルギーの値を求めて,これらの吸着構造の安定性の違いを調べた。計算はノルム保存型擬ポテンシャルを用い,最大3.4a_B^<-1>の範囲の波数をもつ平面波によって波動関数を表現した。