hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
内皮細胞のバイオメカニズムに基づいた血管新生機序とシェア・ミスマッチング反応の解明

本研究では、生理学的な現象である血管新生と、病理学的反応である血管壁内膜肥厚の発生機序について、血流に起因する壁ずり応力に対する血管反応の面から検討した。微小血管新生に及ぼす血流増加の効果をin vivoで検討した。生体顕微鏡を用い、α1- blocker(prazosin)を慢性投与したウサギの耳介透明窓内での微小血管新生過程を7日後から23日まで経時的に追跡した。prazosin投与による血流負荷群は対照群に比べ、初期段階(7日目)から血管新生が促進し、最終的な血管床密度においても21%高値を示した。血管壁内膜肥厚には内皮細胞から産生される増殖因子やサイトカインが関わっている。内皮細胞のサイトカイン産生に及ぼす壁ずり応力の影響をin vitroで検討した。ヒト臍帯静脈培養内皮細胞(HUVEC)に流れ負荷装置で壁ずり応力を加え、灌流液中の造血系サイトカインであるcolony stimulatingfactor(CSF)の蛋白濃度をELISAで測定した。壁ずり応力(15dyn/cm^2 24時間)はHUVECのGM-CSF産生量を著明に増加(コントロールの約6倍)させた。一方、G-CSFとM-CSF産生には有意な変化を起こさなかった。壁ずり応力はGM-CSFmRNAレベルをコントロールの約3.7倍に上昇させた。しかし、壁ずり応力がGM-CSF遺伝子の転写には影響を及ぼさないことがrun on assayとluciferase assayで示された。他方、actinomycin D chase experimentの結果、壁ずり応力によりGM-CSF mRNAの半減期がコントロール約20分から約40分に延びることが判明した。このことから壁ずり応力が内皮細胞のGM-CSF産生をmRNAの安定化を介して促進することが示された。血管拡張剤(α_1-adrenergic blocker,Prazosin)を長期経口投与した家兎のrabbit ear chamber内に於いて、微小血管を含んだ組織新生機序を分析した。その結果、prazosin経口投与が新生血管を含む組織の再生を顕著に刺激することを確認した。又、直径2040μmの細静脈では、血流量と内径から計算した壁ずり応力が、投与開始直後は2倍近く増大するが、次第に減少し、4週前後で対照側と一致することを認めている。ここで採用したdouble-window法は、流速の低い領域でのみ計測可能であるため、新たに導入したレーザ・ドップラー顕微鏡法(Seki J.,Am.J.Physiol.,266,1994)を利用して、細動脈及び毛細血管の赤血球流速を測定した。本年度は血流が血管新生や血管のリモデリングに関わる分子機序を検討する目的で、培養血管内皮細胞に流れ負荷装置で定量的な壁ずり応力を加え、血管内皮増殖刺激作用のあるサイトカインの一つである顆粒球・マクロファージ・コロニー刺激因子(GM-CSF)産生の変化を観た。灌流液中のGM-CSF蛋白レベルは15dyn/cm^224時間の壁ずり応力負荷後に、静的コントロールの約6倍に増加した。GM-CSF蛋白の増加は壁ずり応力負荷の時間及び強さに依存した。GM-CSFのmRNAレベルは15dyn/cm^2、24時間のずり応力負荷で静的コントロールの3.7倍に上昇した。GM-CSFのmRNAレベルの時間経過はずり応力負荷開始後2時間でコントロールの1.5倍に上昇し、24時間後にピーク(3.7倍)を示し、48時間後で2.3倍まで漸減した。

ずり速度とずり応力の効果を分けて評価するため、通常の培養液(低粘性液)と、これに5%dextranを溶解し粘性を4倍に増加させた灌流液(高粘性液)の2種類を用いて6時間の流れ負荷を加えた。同一のずり速度では、よりずり応力の高い高粘性液の場合が低粘性液の場合と比較して常にGM-CSF mRNAレベルは高かった。このことはGM-CSF mRNAレベルがずり速度よりもずり応力に依存して増加する事を示唆している。nuclear run-on assay、luciferase assayではずり応力によりGM-CSF遺伝子の転写は変化しないことが示された。一方、mRNAの半減期は静的コントロールで23.1分、ずり応力負荷(15dynes/cm^2,24h)では42.3分であった。以上から、血流に起因する壁ずり応力は内皮のGM-CSF遺伝子発現をmRNAの安定性を介して修飾することが示された。この反応は血管新生やリモデリングに関わる可能性がある。
再結合酸素プラズマにおける負イオン・オゾン生成の競合過程

本研究では、10MHz帯での高周波によるヘリコン波放電を用いて10^<12>cm^<-3>の高密度酸素プラズマを発生させ、高周波の変調による繰り返しパルス運転により高周波のON-OFFに対応して電離プラズマ及び再結合プラズマを生成する。この再結合段階で効率よく生成されると考えられる負イオンとオゾンの競合関係を調べることを目的として研究を行なった。先ず、酸素のような分子ガスでも、高周波パワーが1-4kWのヘリコン波放電により10^<12>-10^<13>cm^<-3>の高密度プラズマが生成できることを示した。次にオゾン生成等で重要な役割を演じるO原子の絶対密度の時間変化及び空間分布を求めるため、二光子励起レーザー誘起蛍光法を開発、実用化した。これにより、50mTorrのガス圧力での酸素解離度は1%程度であり、アフターグローでの減衰は主に容器の表面反応によると考えられる。さらに、飛行時間型質量分析により正負イオンの生成・消滅過程を調べた。特に負イオンについてはOが支配的でありO_2も存在するが、それらは電離プラズマ状態では観測されず、アフターグローの再結合プラズマ中で実効的に生成されることが分かった。オゾンに関しては、その負イオンを検出することによりそれをモニターすること、及び250nm近傍でのレーザー吸収法を試みたが、現状では検出するまでには至っていない。基礎過程をシンプルにするため本研究で用いた低ガス圧力のプラズマでは、さらにオゾン検出の感度を改善する必要がある。以上まとめとして、当初の計画を完全には達成できなかったが、本研究により酸素のような反応性プラズマの生成及び基礎過程を調べるのに不可欠な各種計測法開発を進めることができ、この発展として半導体エッチングに用いられるCF_4プラズマに関してもラジカル、イオンの振る舞いに関して多くの知見を得ることができた。平成3年度の研究実施計画では以下の課題を設定して研究を行った。1)現有の磁場プラズマ発生装置を用いて10MHz帯での高周波によって10^<13>cm^<ー3>程度の高密度酸素プラズマを発生させる。2)ガス圧力,高周波パワ-の関数として,プラズマの電子密度,温度を静電プロ-ブで測定し,また生成された各種イオンを質量分析計を用いて測定する。3)発光分光法を用いて各種粒子の密度をモニタ-する。1)の課題については,周波数11ー13.56MHz,パワ-【less than or similar】5kwの高周波を用いて,10^<13>cm^<ー3>の酸素プラズマを生成することができた。2)については,静電プロ-ブによる測定により,パワ-が1KWで密度10^<12>cm^<ー3>,温度4ev,またパワ-を4kwにすると,密度が10^<13>cm^<ー3>,温度6eVの高密度プラズマが生成されることを確認した。さらに,プラズマイオン計測のための質量分析計を整備して,正イオン計測ができるように準備した。0.2ー1kWの高周波パワ-の領域においてO^+,O_2^+イオンの相対的な存在比の測定を行い,パワ-と共にO^+が支配的になることを確認できた。負イオン計測については,平成4年度に実施したいと考えている。3)については,発光分光法を用いてオゾン生成の重要な要素となる酸素原子密度の絶対評価を行い,本実験で生成したプラズマ中において密度10^<13>ー10^<14>cm^<ー3>の酸素原子が生成されていることが分かった。なお、当初の申請時においては平成4年度に予定していた,波長可変レ-ザ-を用いた2光子励起法による酸素原子の密度測定に関しても測定系の準備を完了し,信号の検出にも成功した。

平成4年度においては,より信頼性のある酸素原子測定法として活用できると考えている。以上,平成3年度の計画はおおむね達成されたと考えている。本年度当初の研究計画としては,質量分析法による負イオン計測および二光子レーザー誘起蛍光法による酸素原子密度の絶対値測定の手法を確立して、高周波で生成された酸素プラズマにおける電離プラズマと再結合プラズマ中の負イオン,酸素原子の生成に関する相互関係を調べることであった。質量分析法による負イオン計測に関しては,前年度の正イオン測定の発展としてO^-およびO^-_2イオンの測定ができるようになった。これらの負イオンは,高周波印加中の電離プラズマでは検出されず,高周波停止後の再結合プラズマで効率よく生成されることを確認した。高周波停止直後に電子温度が低下するために生成される負イオンは,約60μsの減衰時間で消威して行き,密度が10^<12>cm^<-3>程度のプラズマにおいて最も効率よく生成されることが分かった。二光子レーザー誘起蛍光法に関しても,酸素分子の光解離を利用した酸素原子密度の絶対値測定法を確立した。酸素原子密度のプラズマ密度依存性としては,少なくとも100mTorr程度までは酸素ガス圧力と共に増加し,プラズマ密度が約5×10^<10>cm^<-3>で最大になることが分かった。これは密度が低くすぎても衝突解離による原子生成の効率が上がらず,一方高かすぎても生成された原子が電離して消威するためである。以上のように,前年度に引き続き,今年度も当初計画をほぼ達成することができたが,今年度の研究から酸素原子の密度が10^<13>cm^<-3>のオーダーであることが分かり,数10mTorrの酸素ガス圧力で生成したプラズマ中ではオゾン生成率が非常に低いことが分かった。このため現在,レーザー吸収法によるオゾン検出とオゾン生成の効率を上げる可能性について検討している。本研究では、10MHz帯での高周波によるヘリコン波放電を用いて10^<12>cm^<-3>の高密度酸素プラズマを発生させ、高周波の変調による繰り返しパルス運転により高周波のON-OFFに対応して電離プラズマ及びプラズマを生成する。この再結合段階で効率よく生成されると考えられる負イオンとオゾンの競合関係を調べることを目的として研究を行なった。先ず、酸素のような分子ガスでも、高周波パワーが1-4kWのヘリコン波放電により10^<12>-10^<13>cm^<-3>の高密度プラズマが生成できることを示した。次にオゾン生成等で重要な役割を演じるO原子の絶対密度の時間変化及び空間分布を求めるため、二光子励起レーザー誘起蛍光法を開発、実用化した。これにより、50mTorrのガス圧力での酸素解離度は1%程度であり、アフターグローでの減衰は主に容器の表面反応によると考えられる。さらに、飛行時間型質量分析により正負イオンの生成・消滅過程を調べた。特に負イオンについてはO^-が支配的でありO_2^-も存在するが、それらは電離プラズマ状態では観測されず、アフターグローの再結合プラズマ中で実効的に生成されることが分かった。
機械学習によるプログラミング言語文法の推定

プログラミング言語の文法をGitHub等のレポジトリから得たコーパスを機械学習することによって得ることができるだろうか、という問いに答えるのが本研究の目的である。プログラミング言語は人工言語であるので、普通、文法は既知であり、わざわざコーパスから探索的に抽出する必要はない。本研究では、いわゆる通常の形式文法に制限されない様々な新しい「文法」を考え、その獲得方法と応用を研究する。例えばプログラミング言語のコーディング規約や、ライブラリ関数の呼び出し順のようなものを文法とみなして取り扱う手法を研究する。
算術符号化原理を用いた情報源符号化および通信路符号化の統合符号化方式の開発

算術符号は高効率符号として知られているが符号化及び復号に多大な時間を要する.このため従来は近似計算による算術符号の高速化を図ってきた.しかし,近年のハードウェアの技術進歩により,乗算型算術符号での最大符号化効率を維持した高速化の実現も検討できる.本研究では,無記憶情報源に対して情報源の拡大処理を導入し,通報の確率と下位アドレスを計算するために必要となる確率値を保持するテーブルサイズを変化させ,それに伴う演算回数の削減度を調べて高速化の可能性を検討した.実験の結果,提案方式は符号化時間及び復号時間を,それぞれ,従来の約13/100程度まで削減できることが分かった.具体的には下記のStep1Step3について研究を進めている。Step1.算術符号の高速実現のためには,従来,乗算を避ける必要がある。このため情報源シンボルの確率をシフト演算ないしはテーブル駆動型に変更することにより近似している。これは,算術符号におけるAugend領域の縮小を意味している。この縮小された領域と残余領域の比率と,情報源符号化効率と誤り検出効率の比率との関係について考察する。Step2.前述したようなAugend分割を行っても効果的な誤り検出は望めない。すなわち,算術符号は,符号系列を2進数値として扱うため,伝送路中にビット誤りが生じたとき,誤りが生じたビット位置によって遷移する領域はランダムに変化する。このため,単にAugendを縮小して,残余領域を誤り検出に用いるのではなく。残余領域がもとのAugend領域中に均一に出現するような手法が必要である。このために,新たな観点から半開数直線の表現法や残余領域作成法などについて検討する。Step3.本研究は,情報源符号化と通信路符号化を統合的に扱うものであるから,新たな見地から両者を統合した効率について定義する必要が生じる。具体的には,情報圧縮の符号化効率と誤り検出の効率とを融合した統合効率について検討する。研究初年度である平成25年度は,算術符号に関するこれまでの知見をもとに,Step1について研究を進めた。算術符号の高速化実現のためには,乗算演算を避ける必要がある。このため情報源シンボルの確率をシフト演算およびテーブル駆動型に変更することにより近似する方式を検討した。テーブル駆動算術符号の具体的な構成法について基本考察を行い,高速化実現のための基礎検討を行った。算術符号は高効率のエントロピー符号化法として知られているが,これを利用した画像符号化システムの実現のためには符号化演算の高速化が必要不可欠である。算術符号は,シンボルの符号化ごとに算術演算を必要とするため,このことが符号化および復号の実現のネックになっている.本年度は,まず,乗算型算術符号における最大符号化効率を維持したうえで高速化を実現するために,無記憶情報源に対して情報源の拡大処理を導入し,通報の確率と下位アドレスを計算するために必要となる確率値を保持するテーブルサイズを変化させ,それに伴う演算回数の削減度を調べて高速化の可能性を検討した.実験の結果,提案方式は符号化時間および復号時間を,それぞれ,従来の2値乗算型算術符号の約13/100および約56/100まで削減できることを明らかにした.次に,情報源符号化および通信路符号化の統合化について,以下の検討を行った。まず,原Augend領域を,情報源符号化に用いる部分(縮小Augend領域)と通信路符号化に用いる部分(残余Augend領域)とに切り分けるという考え方を考案した。縮小Augend領域と残余Augend領域の比率が情報源符号化効率と誤り検出能力とのトレードオフになることが予想され,このことについて考察を行った。次に,残余Augend領域は原Augend領域中に一様に出現することが必要であることを明らかにし,基礎的な検討を行った。さらに,本研究は情報源符号化と通信路符号化を統合的に扱うものであることから,Augendの占有領域を示す数直線の表現法や残余Augend領域の作成法について考察する必要があり,このための基礎的な検討を行った。情報圧縮符号化である情報源符号化と誤り制御符号化である通信路符号化は,従来,別個に検討され,それぞれ理想的な限界に近い性能を達成する符号化方式がすでに実現されている.本研究者らは,情報源符号化方式として原理的に優れている算術符号化は,同時に誤り制御符号化にも適用できることを示唆している.本研究では,この知見に基づき,情報源符号化および通信路符号化を同一符号化手法で実現する統合符号化方式を開発し,情報圧縮と誤り検出・訂正の両者の統一的な取扱いを可能にする符号化方式を目指して研究を進めてきた.これにより情報源符号化および通信路符号化をそれぞれ独立に行う従来の情報伝送システムに比し,装置規模,処理時間,符号化効率のいずれの面においても優位となる方式の実現が可能となる.そこで,本研究では,乗算型算術符号における最大符号化効率を維持したうえで高速化を実現するために,無記憶情報源に対して情報源の拡大処理を導入し,通報の確率と下位アドレスを計算するために必要となる確率値を保持するテーブルサイズを変化させ,それに伴う演算回数の削減度を調べて高速化の可能性を検討した.実験の結果,提案方式は符号化時間及び復号時間を,それぞれ,従来の2値乗算型算術符号の約13/100及び約56/100まで削減できることが分かった.

なお,以上の研究においては,シングルコンテクスト情報源を対象としているが,算術符号の利点はマルチコンテクスト情報源に対して高効率な符号化が実現できる点にある.そこで,次に本検討結果をもとに,マルチコンテクスト情報源を対象とした場合における乗算型算術符号の演算負荷低減の可能性について言及し,コンテキスト分離型およびコンテキスト混在型の両者に対して,演算回数の削減による高速化の実現可能性についても示唆した.算術符号は高効率符号として知られているが符号化及び復号に多大な時間を要する.このため従来は近似計算による算術符号の高速化を図ってきた.しかし,近年のハードウェアの技術進歩により,乗算型算術符号での最大符号化効率を維持した高速化の実現も検討できる.本研究では,無記憶情報源に対して情報源の拡大処理を導入し,通報の確率と下位アドレスを計算するために必要となる確率値を保持するテーブルサイズを変化させ,それに伴う演算回数の削減度を調べて高速化の可能性を検討した.実験の結果,提案方式は符号化時間及び復号時間を,それぞれ,従来の約13/100程度まで削減できることが分かった.本研究では,情報源符号化と通信路符号化を統合的に扱うことによりデータ圧縮と誤り訂正を同一のプロセスで行う手法について基本的な考え方を明らかにした。また,その基本枠組みは検討済みである。さらに,情報源符号化については,最大符号化効率を維持したうえで高速化を実現する手法を提案し,シミュレーションによりその効果を確認している。以上の点から,研究はおおむね順調に進展しているものと判断できる。画像情報工学次年度は,原Augend領域を情報源符号化に用いる部分(縮小Augend領域)と通信路符号化に用いる部分(残余Augend領域)とに切り分ける手法において,縮小Augend領域と残余Augend領域の比率および情報源符号化効率と誤り検出能力との比率との関連性について定性的・定量的の両者の側面から検討を行う。さらに,符号系列中にバーストおよびランダムの伝送誤りが生じた際,誤りが生じた符号系列を小数点付き数値とみなした場合にそれが数直線上のどのような位置にマッピングされるかを定性的に明らかにし,縮小Augend領域と残余Augend領域の出現位置をどのような位置にすべきか,またそのためには数直線上の点を表す2進小数の表現法をどのようにすべきかなどについて考察を行い,提案方式の総合的な検討を行う。本研究では全体計画をStep1からStep3までの3段階に分けている。現時点ではStep1の前半部まで検討を行い,Step1後半部およびStep2について検討を開始しているところである。したがって,おおむね順調に進展しているものと判断できる。平成26年度には情報源符号化方式としてテーブル駆動型算術符号の高速化についての検討を行い,良好な結果を得た。その結果は学会論文誌に投稿済みであり,この投稿費に充てる予定であったが,現在は査読中であり,年度内に学会より査読結果の連絡がなかった。そのため準備しておいた投稿費及び別刷費用が未使用になっている。次年度は全体計画のStep1の後半部,すなわち,算術符号における縮小されたAugend領域と残余領域の比率および,情報源符号化効率と誤り検出効率の比率との関係について考察する。また,並行してStep2について検討を進める。
子宮内膜症における胸腺外分化T細胞の分子免疫学的解析

(研究目的)従来子宮内膜症は腹腔内の免疫能低下によるという説があるが、我々は病巣におけるTSPのmRNA発現を報告し、細胞性免疫能は活性化していると考えている。一方胸腺外におけるT細胞の分化は外来抗原と接する防御機構の第一線においてみられる。女性子宮内膜、腹腔は解剖学的には外界と交通しγδ細胞を含め胸腺外分化T細胞が腹腔内にも存在する可能性がある。昨年までの研究により症例数は少ないが子宮内膜症患者腹水中のレパトア使用数は正常女性に比べて少ない傾向にあることがわかった。子宮内膜症における使用レパトアの優位性があるか更に検討した。(研究の方法)子宮内膜症患者、非内膜症女性を対象としheparin添加下に開腹手術、腹腔鏡検査時に腹膜や大網表面を生理食塩水にて洗浄し腹水細胞を採取する。これらの検体より単核球を分離しhuman TCR VγI-IV,Vβ1-28特異的primerを用いてPCRによるレパトア解析を行った。(結果と結論)症例を重ねて検討した結果、子宮内膜症患者腹水中のVβ使用数は正常女性に比べて少数であることが判明した。γδT細胞のレパトア解析ではVγII,IIIの優位の傾向を認めた。内膜症患者の腹水CD3細胞および未熟なNKTを含むCD56^<++>細胞におけるRAG-1,2の発現の検討は、まだ十分な結果が得られず、今後の課題である。一方胸腺外におけるT細胞の分化は外来抗原と接する防御機構の第一腺においてみられ、我々は子宮脱落膜においても胸腺外分化T細胞が存在することをrecombinase activating genes(RAG-1and2)mRNA発現より証明した。子宮内膜症における細胞性免疫能の分子生物学的検討を目的としてTCRの解析を行った。これらの検体より単核球を分離しhumanTCR VγI-IV,Vβ1-28特異的primerを用いてPCRによるレバトア解析を行った。(結果と結論)子宮内膜症患者膜水中のレバトアの使用数は正常女性に比べて少ない傾向が認められている。現在症例数が少ないため更に病例を重ねて検討したい。内膜症患者の腹水CD3細胞および未熟なNKTを含むCD56^<++>細胞におけるRAG-1,2の発現を検討しこれらの胸腺外分化の可能性についても検討する予定である。
マルチコプターと人工知能を用いた自律救急災害診療

救急・災害現場において、傷病者発見・評価・搬送のどの要素が欠けても傷病者が死亡することにつながる。これまで無人航空機(ドローン)を用いた医療システム構築において、薬剤・血液製剤等の搬送業務に重点が置かれてきたが、人工知能を用いた、操縦者がいない状態での自動運転による傷病者発見・評価・搬送をパッケージで行われたことはない。これが実現すれば、立ち入ることが困難かつ危険な場所で、単独もしくは多数傷病者が発生しても、効率的に救助・救命することができ、救助者もリスクを冒さなくて済む。ドローンと人工知能に精通する医師と技術者が協力し今研究を推し進めていくことは、災害大国日本にとって急務である。
妊娠高血圧症候群モデル動物の開発と発症メカニズム解明

胎盤の機能や形成機構に関する研究は、不妊・不育や、流産の原因解明などの観点から社会的要求性が高い。本研究では、最新のCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、ヒト産科疾患の新規要因を高効率で同定する系を構築し、胎盤機能に関与する新規1遺伝子を同定した。またレンチウイルスベクターを用いた胎盤特異的遺伝子操作による機能解析を駆使して、PlacI遺伝子およびElf5遺伝子が胎盤形成に重要であることを示した。胎盤の機能や形成機構に関する研究は、不妊・不育や、流産の原因解明などの観点から社会的要求性が高いものの、個体レベルでの遺伝子機能解析が困難であった。本研究では、最新のCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、ヒト産科疾患の新規要因を高効率で同定すること、レンチウイルスベクターを用いた胎盤特異的遺伝子操作による機能解析を目指した。Unigeneなどのデータベース検索により、胎盤特異的に発現する遺伝子を選び、さらに蛋白質ドメイン解析を基に、6遺伝子を選んだ。それらについてsgRNA/Cas9発現プラスミドを受精卵に注入し、遺伝子破壊マウス系統を樹立した。5遺伝子については、ホモ変異個体に異常は認められず、妊孕性の低下も認められないことから、重要でないと判断して解析を中止した。残る1遺伝子については、ホモ雌から生まれる産仔が小さいことから、詳細な解析を進めている。レンチウイルスベクターを用いた胎盤特異的遺伝子操作による機能解析では、クローン胎盤において発現量が増加する遺伝子として知られているPlac1(Placental specific protein 1)の発現量が重要であり、過剰でも不足でも胎盤形成異常と胎児発育不全を起こすことを明らかにした。上記のように、CRISPR/Cas9システムによる遺伝子破壊と胎盤特異的遺伝子発現を組み合わせることで、個体レベルで胎盤形成や妊娠などに関する遺伝子機能解析を効率的に進める系を確立した。実験動物学
反射型光センサを用いた柔軟物体にかかる圧力の計測手法の提案とその応用

本提案では,家庭にあるクッションやぬいぐるみなどの柔軟物に計測機能を付加することで知的な居環境を構築する枠組みの中で取り組んでいるものである.これまでの研究成果において反射型光センサを用いて綿の密度変化を計測することができることを発見し,これにより柔軟物体に対する「押しつぶす」「たたく」インタラクションを検出できるようになった。当該年度では昨年度の知見をベースに, 1.機械学習を導入した姿勢推定を実現, 2.スマートフォンのフラッシュとカメラを用いた柔軟物の圧力計測, 3.フォトリフレクタツールキットの制作を行った.1では,柔軟物の対象に合わせて,組み換え可能なフォトリフレクタモジュールを制作し,柔軟物にアレイ状に組み込むことができた.次にこのモジュールが組み込まれたソファ上において,ユーザの姿勢状態を複数段階で推定できることを検証した.機械学習にはSVMを用いた.手順として,ソファ上に,誰も着座していない,一人が左右どちらの座面に着座して背もたれに寄りかかっている・寄りかかっていない,一人が横たわっている,二人が着座してる状態において, 36個のフォトリフレクタで学習データを蓄積した.学習後にユーザが同様の姿勢をとり,全ての姿勢において姿勢を分類できることを確認した.2では,提案手法を,スマートフォンで応用することで,既にスマートフォンが持つ音声通信機能・情報提示機能等を利用しな溺ら,手軽に柔軟体の変形を計測する手法を提案し,さらに誰でもダウンロード可能な状態にした.3では,知識を持たないユーザがフォトリフレクタの新たな計測手法や,利用方法を発見できるようにするために,フォトリフレクタツールキットを制作した.日本科学未来館において,来場者がツールキットを、生活空間を模した環暁に貼り付けて,どのようなユーザの行動が計測できるか,またさらにそれからサービスを考えるワークショップを開催した.当該年度においては,機械学習を導入することによって,より高度なユーザの姿勢推定を実現した.さらに当初目標としていた課題に加えて,提案手法の原理がスマートフォンでも実現できることを発見し,これをアプリケーションとして配布可能な状態にした.またフォトリフレクタを誰でも扱えるようにツールキット化し,日本科学未来館において,来場者がツールキットを,生活空間を模した環境に貼り付けて,どのようなユーザの行動が計測できるか,またさらにそれからサービスを考えるワークショップを開催した.このように,当該年度では,技術を組み合わせることによる技術発展と,技術の裾野を広まるための活動を積極的に行った.機械学習による姿勢推定の結果を解析することにより,ユーザの状態推定を行い,それに沿ったサービスを提供するフレームワークを構築する.また,本センサだけでなく,ユーザの身体に装着された他のセンサと組み合わせることによって,より高度で多様な状態推定を試みる.また,計測手法の背後にある原理のモデル化とそのモデルの妥当性の検証を行う.本提案では,家庭にあるクッションやぬいぐるみなどの柔軟物に計測機能を付加することで知的な居環境を構築する枠組みの中で取り組んでいるものである.これまでの研究成果において反射型光センサを用いて綿の密度変化を計測することができることを発見し,これにより柔軟物体に対する「押しつぶす」「たたく」インタラクションを検出できるようになった.一方で,単体のセンサモジュールでは接触された位置の情報の取得が困難なため,取得できる操作が限定された.そこで当該年度では,複数配置したセンサを協調させることで,二次元平面における接触位置を計測するマルチセンサシステムを構築した.接触位置は質点系の重心計算式を応用して算出を行った.このための準備として,センサモジュールの小型化およびデータ処理の高速化を行った.また,複数のセンサデータを管理するサーバを構成することで,複数のクライアント側にデータを提供可能な基盤を構築した.さらに,センサのキャリブレーションシステムを開発した.これは光センサから放出されている赤外光が綿や布を透過する特徴を活かし,赤外線透過カメラを用いてセンサの位置を初期化するシステムを構築した.上述のシステムを利用して,柔らかいロボットや,自動的な消灯を促す枕,ゲーム操作などのアプリケーションを複数作成した.また,新たな知見として,反射型光センサを利用して柔軟物の中でも伸縮性のある布の伸縮率を計測することに成功した。布に光を照射しながら伸縮させたときに,布の編み目の大きさに伴い光の透過率が変わるため反射率も変化する.この反射光をセンサで捉えることで伸縮率を計測可能となった.本提案では,家庭にあるクッションやぬいぐるみなどの柔軟物に計測機能を付加することで知的な居環境を構築する枠組みの中で取り組んでいるものである.これまでの研究成果において反射型光センサを用いて綿の密度変化を計測することができることを発見し,これにより柔軟物体に対する「押しつぶす」「たたく」インタラクションを検出できるようになった。当該年度では昨年度の知見をベースに, 1.機械学習を導入した姿勢推定を実現, 2.スマートフォンのフラッシュとカメラを用いた柔軟物の圧力計測, 3.フォトリフレクタツールキットの制作を行った.1では,柔軟物の対象に合わせて,組み換え可能なフォトリフレクタモジュールを制作し,柔軟物にアレイ状に組み込むことができた.次にこのモジュールが組み込まれたソファ上において,ユーザの姿勢状態を複数段階で推定できることを検証した.

機械学習にはSVMを用いた.手順として,ソファ上に,誰も着座していない,一人が左右どちらの座面に着座して背もたれに寄りかかっている・寄りかかっていない,一人が横たわっている,二人が着座してる状態において, 36個のフォトリフレクタで学習データを蓄積した.学習後にユーザが同様の姿勢をとり,全ての姿勢において姿勢を分類できることを確認した.2では,提案手法を,スマートフォンで応用することで,既にスマートフォンが持つ音声通信機能・情報提示機能等を利用しな溺ら,手軽に柔軟体の変形を計測する手法を提案し,さらに誰でもダウンロード可能な状態にした.3では,知識を持たないユーザがフォトリフレクタの新たな計測手法や,利用方法を発見できるようにするために,フォトリフレクタツールキットを制作した.日本科学未来館において,来場者がツールキットを、生活空間を模した環暁に貼り付けて,どのようなユーザの行動が計測できるか,またさらにそれからサービスを考えるワークショップを開催した.当該年度においては,当初の予定に従い,分散協調可能な小型センサモジュールの開発,およびそれを用いた二次元平面に置ける接触位置を算出するシステムを開発した.またこのシステムを元にアプリケーション構築のための基盤システムを開発し,複数のアプリケーションを試作した.さらに当初目標としていた課題に加えて,同様の反射型光センサを用いて柔軟物の中でも特に布の伸縮を計測できるという現象を新たに発見した.当該年度においては,機械学習を導入することによって,より高度なユーザの姿勢推定を実現した.さらに当初目標としていた課題に加えて,提案手法の原理がスマートフォンでも実現できることを発見し,これをアプリケーションとして配布可能な状態にした.またフォトリフレクタを誰でも扱えるようにツールキット化し,日本科学未来館において,来場者がツールキットを,生活空間を模した環境に貼り付けて,どのようなユーザの行動が計測できるか,またさらにそれからサービスを考えるワークショップを開催した.このように,当該年度では,技術を組み合わせることによる技術発展と,技術の裾野を広まるための活動を積極的に行った.24年度に開発した基盤システムを利用して実用性が高いアプリケーションの作成を行う.具体的にはユーザの睡眠状態の計測や健康を推進するエンタテイメントのためのコントローラを開発する.また同時に,24年度に未着手だった接触位置を算出するモデルの妥当性をモーションキャプチャなどの位置測器のデータとの比較を行うことで評価を行う.機械学習による姿勢推定の結果を解析することにより,ユーザの状態推定を行い,それに沿ったサービスを提供するフレームワークを構築する.また,本センサだけでなく,ユーザの身体に装着された他のセンサと組み合わせることによって,より高度で多様な状態推定を試みる.また,計測手法の背後にある原理のモデル化とそのモデルの妥当性の検証を行う.
細胞内の多段階分子シグナルを可視化する蛍光・ラマンハイブリッド分光法の開発

採用2年度目である平成26年度においては、研究課題遂行のために以下の項目に取り組んだ。(1)蛍光プローブ分子を導入したHeLa細胞の観察とプローブの改良前年度に続き、全反射照明蛍光(TIRF)顕微鏡とラインスキャン型ラマン顕微鏡のハイブリッドシステムの改善を行った。同時に、開発した装置を用いて、アポトーシス時にミトコンドリアから放出されるSmacというタンパク質にシアン蛍光タンパク質(CFP)をつなげた蛍光プローブを導入したHeLa細胞を観察した。蛍光像を観察しながらのラマンイメージ測定には成功したが、ラマン顕微鏡の励起光である532nmの光でCFPの蛍光が速やかに退色してしまうため、タイムラプス観察が困難であった。対策として、CFPの代わりに、ベンジルグアニン基を持つ蛍光色素を認識するSNAPタグをつなげたプローブを開発し、同じような測定を行ったものの、CFPと同様な蛍光退色が見られた。以上から、経時変化を観察するには別の励起波長の利用や異なる蛍光プローブを開発する必要があると結論した。(2)細胞の化学固定が細胞内酸化還元状態に及ぼす影響の評価経時変化観察が難しいという結果から、アポトーシス誘導からの各時間に対して多数の単一生細胞を測定することで、統計的に細胞内酸化還元状態の変化を追跡する方針を採った。そのために、細胞を化学固定した際に酸化還元状態が乱されるかどうかをまず調べた。測定には、新たに開発した405nm励起のラマン顕微鏡を利用した。パラホルムアルデヒドにより固定した細胞を測定した結果、固定操作を加えた細胞では酸化還元状態の平均値は変わらなかったものの、細胞毎の測定結果のばらつきが大きくなる傾向が示された。このため、固定細胞を利用してアポトーシスにおける酸化還元状態変化を追跡するには、大多数の細胞を測定する必要があることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、従来は両立が困難であったラマンイメージングと蛍光イメージングの同時測定を単一のプラットフォーム上で行う新しい顕微鏡を製作し、それを生細胞のシグナル伝達、特に自発的な細胞死であるアポトーシス中のシグナル分子の動態を可視化分析することを目的とする。採択初年度である平成25年度にはまず本研究課題の最も基本であり、かつ最も重要である蛍光・ラマンハイブリッド分光イメージング装置の開発に集中して取り組み、装置の実用化までを達成した。ラインスキャン型のラマン顕微鏡と斜光照明を利用した蛍光顕微鏡を複合した装置の製作を行った結果、ラマン・蛍光のイメージの取得時間は15分程度まで向上した。通常のラマンイメージングで生細胞を測定する場合に比べると10倍程度の速度の向上が実現した。装置の製作と並行して蛍光観察に最適なプローブ分子の開発にも着手し、シアン蛍光たんぱく質とラマン散乱の励起に用いる532nmの励起光の組み合わせであれば余分な蛍光のスペクトルへの混入を防げることを見出した。注意深い光学設計と蛍光プローブ分子設計の結果、蛍光信号をラマンスペクトルに混入させずに測定することができるようになった。上記研究成果はこれまで困難であった蛍光観察とラマン散乱、特に532nmという比較的短波長の励起光によるラマン散乱の同時観察を達成するものであり、技術的に大きな進歩である。532nmによるラマン散乱では、幾つかのヘムたんぱく質の信号が電子共鳴効果で増幅されるため、その定量や酸化還元状態の分析が行える。従って開発した装置は、蛍光プローブにより生細胞に生じている現象を解析しながら、細胞内ヘムたんぱく質を詳細に解析することを実現する。このような分析は既存のイメージング手法では不可能なものであり、本研究で対象にするアポトーシスに限らない様々な現象における分子の動態をより深く理解することのできる画期的な手法である。

このため、固定細胞を利用してアポトーシスにおける酸化還元状態変化を追跡するには、大多数の細胞を測定する必要があることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。多くの生物試料の測定においてラマン散乱は蛍光による妨害を受けるため、本研究においても開発した蛍光プローブ分子との干渉が生じ解析が困難なものになることが予想されていたが、製作したイメージング装置は非常に良好にラマン散乱と蛍光の信号を分離することができた。測定時間の向上のほか、空間分解能なども非常に良好であり、当初の計画を上回る進展を見せていると考えられる。今後の研究展開として、まず細胞死を誘導する条件の最適化を行う。また、開発した蛍光プローブ分子がアポトーシスに応答した挙動を示すかどうかを確認する。これらはアポトーシス中のシグナル伝達を観察する上での最適な条件を探索するものである。また、電子伝達系において中心的な役割を担うシトクロム類の標準ラマンスペクトルを測定し、生細胞内のシトクロム類の酸化還元状態を共鳴ラマン散乱によって解析するための準備を行う。実際に観察が可能であるかを蛍光プローブ分子を発現した生細胞において確認し、アポトーシス中の細胞のシトクロム類の酸化還元状態の変化を観察する。
微小重力環境を利用した未分化間葉系幹細胞のダイナミズム

微小重力環境では,間葉系幹細胞が未分化のまま増殖されやすい.微小重力環境は,細胞骨格を構成するアクチンフィラメントの重合度低下と細胞表面に存在するfocal contactの減少を引き起こしていた.細胞外からの物理的刺激を核内へ伝える入力強度が減少し,遺伝子発現が変化した結果,微小重力環境では分化が抑制される可能性がある.その際,テロメアが短縮しにくいことも一因と考えられる.微小重力環境では,間葉系幹細胞が未分化のまま増殖されやすい.微小重力環境は,細胞骨格を構成するアクチンフィラメントの重合度低下と細胞表面に存在するfocal contactの減少を引き起こしていた.細胞外からの物理的刺激を核内へ伝える入力強度が減少し,遺伝子発現が変化した結果,微小重力環境では分化が抑制される可能性がある.その際,テロメアが短縮しにくいことも一因と考えられる.我々は,これまでに人工無重力装置(3D-クリノスタット)を使った微小重力(10^<-3>G)環境でヒト間葉系幹細胞(human mesenchymal stem cells:hMSCs)を培養すると,通常の1G環境で培養した場合と比較して,未分化のまま増殖すること,またその分化能および細胞移植後の生着率も良いことを報告している(平成14年度17年度科学研究費補助金基盤研究C)(Stem Cells Dev,15:921-929,2006).本研究課題では,幹細胞の自己複製能および多分化能のメカニズムを解明のため,(1)細胞骨格の変化について,(2)テロメアを未分化維持について検討することを目的としている.本年度は,微小重力環境での未分化維持メカニズムとして細胞骨格に着目し,解析した.その結果,hMSCsを微小重力環境で培養すると,以下の変化が起きることが分かった.1.ビンキュリン(細胞基底面の接着斑に加担するタンパク質)の発現が低下する2.ストレスファイバー(細胞骨格を構成するタンパク質であるアクチンが,重合して束ねられたもの)の発現が低下するまた,1G環境でhMSCsに伸長刺激を加え,分化を促進する条件で培養した細胞では,微小重力環境で未分化のまま増殖したhMSCsとは逆に,ビンキュリンやストレスファイバーの発現が増加することも分かった.以上のことから,幹細胞の自己複製と分化には,細胞骨格の変化が密接に関係していると考えられる.次年度以降,さらに詳細な検討を重ねメカニズム解明につなげたい.我々は,これまでに人工無重力装置(3D-クリノスタット)を使った微小重力(10^-3G)環境でヒト間葉系幹細胞(human mesenchyma stem cells: hMSCs)を培養すると,通常の1G環境で培養した場合と比較して,未分化のまま増殖すること,またその分化能および細胞移植後の生着率も良いことを報告している(平成14年度17年度基盤研究C)(Stem Ceis Dev,15:921-929,2006).本研究課題では,幹細胞の自己複製能および多分化能のメカニズムを解明のため,(1)細胞骨格の変化について,(2)テロメアを未分化維持について検討することを目的としている.本年度は,テロメアについて解析した.その結果,3D-クリノスタットを使用した微小重力環境で培養したhMSCsは,培養開始時と比較して,テロメア長に変化はなかった.しかし,通常の1G環境で培養した対照群では,テロメア長が経時的に短くなった.テロメアーゼの活性には両群共に差がなかった.テロメアは細胞寿命に関連し,細胞分裂をするたびに短縮することが知られている.微小重力環境で培養した群の方が細胞数が増加したにも関わらず,テロメア長が短縮しなかったことは,微小重力環境で細胞の老化抑制を示唆するものである.再生医療において,ドナー細胞の寿命がレシピエントの寿命より短いことは,生着率の点で問題が生じる可能性があるが,この問題を回避できる可能性があると考えられる.昨年度は,微小重力環境での未分化維持メカニズムとして細胞骨格に着目して解析し,hMSCsを微小重力環境で培養すると,ビンキュリンやストレスファイバーの発現が弱くなったことを報告した.来年度は,微小重力環境での未分化維持について,これまでのデータの関連性を検討する.ヒト間葉系幹細胞(human mesenchymal stem cells.hMSCs)を通常の1G環境(対照群)と人工無重力装置(3D-クリノスタット)を使った微小重力(10^<-3>G)環境(CL群)で培養した.培養7日後,サンプリングを行い,RNAを抽出し,Human Gene 1.0 ST Array(Affymetrix社)による遺伝子発現を解析した.なお,得られたデータは,log対数による発現量を用いて,対照群とCL群の比較を行い,2倍以上変化があった遺伝子について検討した.その結果,微小重力環境で発現が減少する遺伝子は200,微小重力環境で発現が増加する遺伝子は289あることが分かった.我々は,hMSCsのほかに,マウスES細胞,マウスやラットの骨髄から採取した骨髄間質細胞(MSCsを含むとされる)も微小重力環境で培養する研究を行っており,全ての細胞において,微小重力環境では分化が抑制され,未分化状態が維持される結果が得られている.そこで,マウスES細胞も同様の遺伝子発現解析を行ったところ,hMSCsと共通して微小重力環境で発現が減少する遺伝子は38,増加する遺伝子は19あることが分かった.特に,共通して発現が減少する遺伝子の半数以上は,アクチンや細胞接着分子等の細胞骨格構成に関連する遺伝子であった.
質的な延命効果を目的とした頭頸部進行・再発癌に対する化学療法の開発に関する研究

基礎的研究としては新しい多剤併用療法を開発するため、cisplatin(CDDP)の第2世代の化合物であるcarboplatin(CBDCA)とpeplomycin(PEP)の併用がCDDPとのPEPの併用に比べてどの程度の効果があるかを頭頸部癌由来のヌードマウス可移植性ヒト扁平上皮癌を用いて検討した。その結果、(1)3株の頭頸部癌由来ヌードマウス可職性ヒト扁平上皮癌に対する両併用療法の抗腫瘍効果はすべての株において同等であった。(2)副作用(マウスの体重減少)も両併用群において同程度であった。(3)以上よりCBDCAとPEPの併用療法は頭頸部癌に対してCDDPとPEPの併用療法と同等の治療効果が期待できると結論した。一方、臨床的研究として昭和5162年までの11年間に頭頸部進行癌・再発癌109例を対象として化学療法単独での延命効果およびquality of lifeを検討した。その結果、(1)刊行癌・再発癌に対する化学療法単独での5年生存率は3.3%(3/92)であった。(2)医師側からの評価では36%(39/109)にquality of lifeの向上が認められた。このうち2例に完全治癒が認めたが、30例はperformance statusの改善により通院加療が可能で、家庭生活が楽しめつ延命効果が認められた。以上より化学療法の究極的な目標は進行癌・再発癌といえども完全治癒であるが、現在の化学療法の実力では3%程度しか期待できない。従って、当座の目標としては外来通院が治療しながら、家庭生活が楽しめるレベルに求めるべきであろう。今後は外来治療としての化学療法の重要性がますます高まるものと思われる。次に治癒切除不能下咽頭癌に対する化学療法を検討するに当り、われわれの化学療法に対する長年の経験から、いくつかの非交叉耐性を示す組み合わせを見い出した。その一部を示すとUFTとBM療法(GLM、MMC)、UFFM療法(UFT、MMC)とCP療法(CDDP、PEP)、CDDPとUFT、VBM療法(VCR、MTX、BLM)とCP療法、VMBM療法(VCR、MTX、BLM、MMC)とCDDPなどである。基礎的研究としては新しい多剤併用療法を開発するため,当科で継代しているヌードマウス可移植性ヒト頭頚部扁平上皮癌Sq-I, Sq-M, Sq-Sの3株を用いて実験を行った.実験動物としては6週齢雄性BALB/c-nu/nuマウスを用いた.薬剤はcisplatin(CDDP)8mg/kg, carboplatin(CBOCA)100mg/kg, peplomycin(PEP)16mg/kgを用い,各々腹腔内投与とした.薬剤の投与は実際の臨床に則してCDDPあるいはCBDCAは単回投与とし,その翌日より5日間連日でPEPを投与した.以上により従来,頭頚部扁平上皮癌に対して68%という奏効率を示しているCDDP, PEPに対して, CBDCA, PEPの併用がどの程度の効果が得られるかを比較検討した.その結果,両併用療法は3つの腫瘍株に対してほぼ同等の抗腫瘍効果を示した.

また副作用においても両群の間に有意差はみられなかった.以上のことから実際の臨床においてはCDDPの腎毒性を防止するためには入院の上, hydrationを行うことが必須であるのに対し, CBDCAではhydrationが不要であり,副作用としての悪心・嘔吐が少ないというphase II studyの結果と併せ考えるとCBDCAとPEPの併用療法は外来投与が可能であるのみならず, CDDP+PEPと同等の効果が得られることを示唆している.従ってCBDCAとPEPの併用療法はquality of lifeという点から考えても有用な治療法として期待される.臨床的研究としては過去10年間に当科において化学療法単独治療を行った頭頚部進行・再発癌87例についての延命効果を検討した.その結果, 1年以上2年未満の延命効果は16例にみられ, 2年以上3年未満は5例, 3年以上4年未満は4例, 6年以上は2例という成績であった.従って,頭頚部進行・再発癌に対する化学療法単独5年生存率は約2%ということになるが,これは10年前にはみられなかったことであり, quality of lifeという面から考えても化学療法の意義はきわめて大きいと考える.治癒切除不能下咽頭癌に対する化学療法を検討するに当って、過去13年間に行った化学療法例を分析した結果、いくつかの非交叉耐性を示す組み合わせを見出した。その一部を示すとUFTとBM療法(bleomycin,BLMとmitomycin C,MMC)、UFT-M療法(UFT,MMC)とCP療法(CDDP,PEP)、CDDPとUFT,VMB療法(vincristine,VCR+methotrexate,MTX+BLM)とCP療法、VMBM療法(VCR,MTX,BLM,MMC)とCDDPなどである。もちろんこれは非交叉耐性がみられる可能性が比較的高いということで、腫瘍細胞が完全に耐性になっている場合は無理である。そこで実際の薬剤選択法をわれわれの考えに従ってみると、1st lineの化学療法としてはまずVMP療法(VCR,MTX,PEP)、VDMP療法(VDS,MTX,PEP)を行うべきであろう。その理由はCDDPと交叉耐性がないこと、およびこのregimenは毎週または隔週ごとに繰り返すことが可能なため、効果を早く判定できるからである。この時点でno responseまたはprogressive diseaseの場合はCDDPを含むregimenに変更すべきであろう。しかしPR以上の効果があればそのまま継続し、45コース行ってCDDPを含むregimenに移行する。CDDPを含むregimenとしてはCP療法またはVDSやADRを加えたregimen、あるいはCDDP,5-FU療法が推奨される。CRになった例ではUFTとbiological response modifier(OK-432、Krestin、bestatinなど)の併用を考慮すべきであろう。これらの治療はいわば非交叉耐性連続的化学療法(non-cross resistant sequential chemotherapy)とでも称すべきものである。一方、CDDPを含む併用を1st lineの治療とした場合は1コース終了した時点で少なくともminor response以上の効果がなければ他のregimenに変更すべきである。しかしもしPR以上の効果を認めれば少なくとも3コースは行い、CRが得られなければVMPまたはVDMP療法を選び、これも効果がなければ2nd lineの治療を行うべきである。
計算の誤りを修正させるメタ認知的教授介入の効果

計算の誤りを自分で修正できるようになるためのメタ認知的教授介入の効果について、次の点が明らかになった。1.小学校3・4年生を対象に、メタ認知的教授介入として、a)他人の行った計算エラー(計算している手元が大きく映っているビデオを見る)について、誤りの箇所をみつけ誤りをした理由を考える、b)上記のa)についてグループ討議する、c)自分の計算エラーについて、同様に誤りの箇所とその理由を考える、の働きかけを行った。グループ討議の結果、他人の行った計算エラーの箇所や原因について妥当な推定が出来るようになったが、それでも自分の計算エラーの発見ができないケースがみられた。他人の計算エラーよりも自分の計算エラーの修正は難しいといえる。2.メタ認知的教授介入の結果、3年生の引き算テストの結果は有意に上昇したが、4年生のかけ算テストには変化がみられなかった。計算の意味については、引き算では分解した計算の理解(例:301-158の計算を、301-100、301-50、301-8と分けて行い全部の答えをたせば同じ答えになるか?)が有意に上昇した。かけ算では、1の位のゼロの処理(例:970×340の計算は、97×34の答えの後にゼロを何個つければよいか?)の理解が進んだが、有意差は認められなかった。3.かけ算で、テストや意味の理解にあまり変化が見られなかったのは、最初のかけ算テストの平均点が高かったことと、1グループの人数が多くなり、討論への参加度の低い者のあった事が影響していると考えられる。計算の誤りを自分で修正できるようになるためのメタ認知的教授介入の効果を明らかにするために、本年度は第1に、子どもの持つ計算の概念的知識と手続き的知識の関連性を把握し、第2に、自分の計算エラーと他人の行った計算エラーの評価について、どのような差があるかについて検討した。1.小学3・4年生を対象に多桁の引き算・わり算を実施し、インタビューによって計算の概念的知識・手続き的知識を調べた結果、各学年ともにほぼ正確な手続き的知識を持っていたが、これに比べて、なぜ一定の操作が必要かという計算の意味に関する概念的知識は理解が劣っていた。2.自分の計算エラーと他人の行った計算エラー(ビデオ撮影された計算過程及び用紙に書かれた計算結果を見る)については、他人の行った計算エラーの方が、どこで誤りをしたか指摘しやすいことが分かった。3.概念的知識が正確であるほど、自分及び他人の計算エラーの指摘や理由の推定ができる傾向がみられた。計算の誤りを自分で修正できるようになるためのメタ認知的教授介入の効果を明らかにするために、本年度は、他人の行う計算過程(計算する手元が大きく撮影されたビデオを見る)についてグループ討議を行い、なぜ誤りをしたのかについて自分の意見を述べ討論する経験を通じて、計算の正答数や概念的理解がいかに促進されるかを検討した。1.グループでの意見交換や討論を行った結果、グループ毎の発表によれば、計算エラーの原因について妥当な推定ができるようになった。2.計算の正答数に関しては、3年生(引き算)では平均点が上昇したが(有意差あり)、4年生(かけ算)ではほとんど変化がなかった。4年生では、最初のかけ算テストの平均点が高かったことと、1グループの人数が多くなり、討論への参加度の低い者のあった事が影響していると考えられる。3.計算の概念的理解については、引き算ではグループ討論後に、分解した計算の理解(例:301-158の計算を、301-100、301-50、301-8と分けて行い全部の答えをたせば同じ答えになるか?)が大きく上昇した。
水溶液表面での光反応ダイナミクス

水表面は特異な場である。レーザー多光子イオン化法を用いこの特異性の解明を行った。1.光イオン化現象の本質レーザーを水溶液表面に照射したときの光イオン化信号は、電子による速い成分と、その電子を捕捉した酸素イオンによる遅い成分より成ることを示した。また、水面よりの光電子の脱出深さが1nm程度であることから、この方法によれば、水面から1nm程度の深さまでの表面領域を研究できることを示した。2.水面での絶対濃度測定水に溶ける分子の代表としてピレンスルフォン酸、溶けにくい分子の代表としてピレン、溶けない分子の代表としてピレンデカン酸を選び、水溶液中と水面での濃度を測定した。溶けにくい分子は表面に集まることを示し、表面濃度を決定した。また、Langmuirの吸着等温式が成立することを示した。3.水面の誘電率ペリレンの光イオン化効率のレーザー波長依存性を測定し、水面でのイオン化しきい値を求めた。イオン化効率は吸収スペクトルと相関した。イオン化しきい値は炭化水素中とほぼ同じであり、水面でのイオンの溶媒和の程度が炭化水素中と同じであることを示した。これは、水-空気の界面がきわめて疎水的なことを示している。