hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチエージェント型農作業ロボットの知的情報処理と制御

既存の作業機に装着することで,低コストで安価にISOBUSに対応させ,かつ可変施用技術にも応用可能なMPを開発した。また,マップ管理のための位置情報取得,および速度変動に対する自動制御を行うための速度情報取得にはGPSを用い,RS232C出力のGPSをSAEJ1939フォーマットに対応させるためにシリアル-CAN変換器を介してISOBUSに接続した。2.障害物認識・回避システムロボットの安全機能を障害物の認識,危険度の数値化,危険度に基づく回避動作の3つに分けて開発した。障害物の認識にはレーザースキャナを採用し,半径80m内の周囲180°に存在する物体を認識させた。危険度は障害物までの距離と速度ベクトルから分布関数を介して算出される。実際の走行試験によって,開発したシステムによって,他ロボットや障害物との衝突を回避させ得ることを確認した。本研究は,作業の効率性,システムの柔軟性,農地環境の負荷低減を念頭におき,複数のロボットに協調して作業を行わせるマルチエージェント型のロボットシステムを提案する。今年度は最終年でもあるので,特に複数のロボットシステムの作業計画問題とオフロード環境にロバストな走行系としてクローラ型に着目し,その走行制御系開発に重点をおいた。1.複数ロボットの作業計画法開発ロボットが複数同時に協調して作業を行うような場面では,作業計画の立案が重要である。ここでは経路生成の上位階層であるロボット群の作業スケジュールの生成法を検討した。まずロボットの運行を数理モデルで記述し,圃場などの地図及びその作業体系を調査して,その状況をモデリングした。そのあと,数理モデルを使用して最適なスケジュールを数理最適化法を援用して探索した。本研究では傾斜牧草地において1台の積込ロボットと2台の運搬ロボット,計3台のロボットがロールベールの回収作業を行う場合のスケジュール生成法を例題として取り上げ,その解法を考案した。2.クローラ型ロボットの走行制御系開発クローラは接地面積が大きいことによる低接地圧と高いけん引性能が特徴である。そこでロボット走行系にオフロード走行に適したクローラ型を採用した。既に開発した車輪トラクタのロボット技術を元に,基本的な走行システムを構築し,水田,畑地における作業ソフトウェア・ハードウェアの開発を行った。走行速度3m/sまで2,3cmの横方向偏差で自律走行できる技術開発を行った。また,枕地旋回を含む完全自律作業システムを完成させた。
片側顔面痙攣の病態解明に向けて=動物モデルの作成=

片側顔面痙攣発生のメカニズムと病態解明のため、前年度われわれは、ラットの顔面神経核に慢性的刺激電極を挿入する手技を確立し、顔面神経核に慢性電気刺激を与え、顔面神経核の異常興奮状熊を作成することを試みた。その結果、慢性電気刺激開始後30日にlateral spreadと思われる異常誘発筋電図の発生を認めた。このlateral spreadは慢性刺激により発生した顔面神経核の異常興奮状態を反映するものであり、顔面神経核の異常興奮状態を作成することにより、片側顔面痙攣の動物モデルを作ることができると考えた。本年度はラット顔面神経核の異常興奮状態を薬理学的に作成するために、顔面神経核にカイニン酸(KA)を注入し、急性および慢性の顔面神経核における反応を電気生理学的に検討した。薬理学的手法によるラット顔面神経核異常興奮状態の作成前年度確立した手技を用いて、ラット顔面神経核に薬液注入電極を脳定位的に挿入した。薬液群においてはKA溶液を、コントロール群には生食水を注入した。薬理学的手法により作成した顔面神経核異常興奮状態の電気生理学的検討急性期における顔面神経核の反応を、顔面筋の動きを肉眼的に観察するとともに、安静時顔面筋電図、顔面神経核刺入電極からの誘発顔面筋電図を、薬液注入直後から3時間後まで、持続的に記録した。その後1か月間、顔面筋の肉眼的観察と、安静時顔面筋電図および誘発顔面筋電図を経時的に記録した。その結果、KA溶液の顔面神経核注入により、急性期にはfacial myokymia様の片側顔面筋の自発的な異常筋収縮が発生した。その後、顔面神経麻痺が1から数週間続いた。慢性期においては顔面神経麻痺も消失し、顔面神経核の異常興奮状態を示唆する電気生理学的異常は認められなかった。研究結果の一部を、第5回脳神経減圧術研究会(於:松本)において発表した。片側顔面痙攣のラットモデルを作成することを目的とし、本年度は以下のような手順でラット顔面神経核に慢性電気刺激を加え、顔面神経核の異常興奮状態を作成した。1)<ラット顔面神経核への刺激電極の挿入>脳定位手術装置(David Kopf Instrument Model 900)を使用し、ラット(n=35)pentobarbital麻酔下に、顔面神経核に刺激電極を挿入した。挿入した電極から電気刺激を加え、オトガイ筋の収縮を肉眼的に観察するとともに、誘発筋電図を記録し、電極の位置を確認した。組織学的にも電極挿入の位置を確認し、電極挿入により神経損傷がないことを確認した。2)<慢性刺激電極の作成>顔面神経核に留置する内筒(50μm、ウレタン被覆線)、内筒を補強する外筒(500μm)、および電極を頭蓋骨に固定し、刺激発生装置に連結するためのコネクタ、により構成される頭蓋内留置式の慢性刺激電極を作成した。3)<慢性電気刺激と顔面神経核の異常興奮状態の作成>ラット(n=25)麻酔下に顔面神経核に慢性刺激電極を留置した後、麻酔から覚醒させた。慢性刺激電極挿入後翌日から3週間、毎日、ラット覚醒下に上記の慢性電気刺激を加えた。慢性刺激開始後、片側顔面痙攣の有無を毎日肉眼的に観察するとともに、1週・2週・4週後において麻酔下に、安静時顔面筋電図および誘発顔面筋電図を記録した。慢性刺激開始後30日において誘発顔面筋電図、側頭枝刺激によりlateral spreadと思われる異常筋電図の発生を認めた。片側顔面痙攣の発生は認めなかった。組織学的検討では、慢性刺激後の顔面神経核に細胞脱落などの変化を認めなかった。研究成果の一部を、千葉臨床神経生理研究会および第4回脳神経減圧術研究会(於:岡山)において発表した。
糖尿病性細小血管症と基底膜物質との間連:コラーゲン遺伝子発現に及ぼす高血糖の影響

糖尿病性細小血管障害の原因を解明する目的で、グルコースの血管新生におよぼす影響を検討した。ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC)を用い、血管新生亢進作用が報告されているPGE_2(10^<-7>M)、グルコース(5mM,15mM、30mM)、ならびに糖尿病性細小血管症の抑制作用が予想されるエイコサペンタエンサン(EPA;1mug/mI,5mug/mI,10mug/mI)を培養液中に加え、コラーゲンゲルによる包埋培養とペトリ皿上の単層培養をおこなった。血管新生の評価は、内皮細胞の単層培養での遊走能(移動距離)と包埋培養での管腔様形成能(画像解析装置にて測定)で検討した。HUVECはグルコース濃度依存性に遊走能は亢進した(180±45,223±39,364±25mum)。また、培養時間依存性にも増加した。PGE_2では340±45mumと亢進し、EPAでは遊走能に変化はなかった。管腔長はグルコース濃度依存性に増加し(0.065±0.01,0.095±0.012,0.15±0.02mum)、PGE_2で0.24±0.04mumと増加し、EPAで濃度依存性に抑制された(0.059±0.01,0.041±0.015,0.011±0.018mum)。結果よりグルコースにより血管内皮細胞の遊走能ならびに管腔様構造形成能の亢進が認められた。EPAはグルコースによって亢進した遊走能を抑制できなかったが、管腔様構造能は抑制した。以上よりグルコースの直接作用により血管新生は亢進することが想定され、高グルコース状態と糖尿病性細小血管症発症との関与が強く示唆された。また、EPAは細小血管症の予防につながる可能性が示唆された。今後はさらに、インスリン、アルドース還元酵素阻害剤等に関しても検討を加えて、血管新生の発症のメカニズムを解明したい。
溶媒抽出系における界面反応の直接吸光光度測定

溶媒抽出系における界面反応を高速攪拌法と直接吸光光度法を用いて検討し、次の点を明らかにした。1.2'ーヒドロキシー5'ーノニルベンゾフェノンオキシムによる銅(II)およびニッケル(II)の抽出速度の律速段階は,液液界面における試薬の解離型と金属イオンの1:1錯体の生成反応であることを明らかにした。また、ヘプタンとクロロホルムの溶媒効果についても検討した。2.フォトダイオ-ドアレイ検出法を用い,ジチゾンと1,10ーフェナントロリン(phen)によるニッケル(II)の協同抽出速度を測定し,phenがジチゾンよりも高濃度になると界面に三元錯イオンが反応中間体として生成することを見い出した。3.界面反応の直接吸光光度法として,次の三つの方法を検討した。(1)陰イオン性,陽イオン性および非イオン性のo/wマイクロエマルション中におけるβージケトンの酸解離平衡を検討した結果,酸解離定数がマイクロエマルションの表面電荷に依存するのは、解離型の界面吸着性が表面電位に支配されるためであることを明らかにした。(2)攪拌分散系における界面吸着化学種の吸収スペクトルを測定するためのセルを製作し,攪拌状態のトルエン/硫酸系におけるテトラフェニルポルフィン(TPP)のプロトン付加反応を測定した。その結果,硫酸濃度の増大につれ,界面においてH_2TPP^<2+>が生成し、さらにその会合体も生成することを明らかにした。(3)テフロンフィルタ-およびテフロンシ-トを有機相の支持体とした液膜法により,界面の透過吸収スペクトルを測定した。この方法により,ロ-ダミンB誘導体およびTPPの界面におけるプロトン付加反応を明確に検出することができた。現在この方法を用いて、界面反応速度および界面反応に及ぼす外部電場の影響について検討中である。キレ-ト抽出系および協同抽出系における界面反応について,以下の知見を得た。1.2'ーヒドロキシー5'ーノニルベンゾフェノンオキシムによる銅(II)およびニッケル(II)イオンの抽出速度の律速段階は,液液界面における試薬の解離型と金属イオンの1:1錯体の生成反応であることを,試薬の界面吸着量と抽出初速度との一次の比例関係から明らかにした。また,ヘプタンを有機溶媒としたときの方が,クロロホルムを用いたときより抽出速度が大きいのは,試薬の界面吸着定数と界面錯生成速度定数が共に二桁大きいことに起因することを明らかにした。2.溶媒抽出速度の測定にフォトダイオ-ドアレイ分光光度法を導入し,二相攪拌時における有機相スペクトルの連続測定を可能にした。この方法により,有機相化学種濃度の時間変化だけでなく,界面吸着化学種の存在と,その濃度変化の測定が可能となった。3.上記の方法を,ジチゾンと1,10ーフェナントロリンによるニッケル(II)の協同抽出速度の測定に適用した。その結果,1,10ーフェナントロリンがジチゾンより薄い場合は,界面吸着化学種を生じないが,ジチゾンより濃い場合は,ニッケル(II)ージチゾンー1,10ーフェナントロリンの三元錯体が,抽出反応の中間体として,界面において生成されることが見い出された。4.攪拌液液分散系の直接吸光光度測定を可能とするセルが試作され,界面化学種のスペクトルの測定条件が検討された。この方法により,上記協同抽出系の界面化学種のスペクトルは,抽出化学種に類似したものであることが示唆された。1.マイクロエマルション系における界面反応透明なo/wマイクロエマルションを溶媒として,種々のβージケトンの解離定数を吸光光度法により決定した。

PKaはマイクロエマルション表面の電荷に依存し,陰イオン性のSDSマイクロエマルションでは大きくなり,陽イオン性のCTABマイクロエマルションでは小さくなった。この結果を微視的分配平衡モデルを用いて解析し,解離型の界面吸着に及ぼす界面電位の影響を明らかにした。2.攪拌分散系における界面反応攪拌分散状態における界面吸着化学種の吸収スペクトルを測定するためのセルを製作し,フォトダイオ-ドアレイ分光光度法を用いて,攪拌状態のトルエン/硫酸系におけるテトラフェ=ルポルフィン(TPP)のプロトン付加反応を測定した。その結果,硫酸濃度の増大につれ,界面においてプロトン付加が進行し,420nmのSoret帯が440nmにシフトすることがわかった。そして,TPPの濃度を増加そせると,界面に吸着したH_2TPP^<2+>が会合体を生成し,472nmに新しい吸収を生じることが見い出された。このような界面反応は,高速攪拌法(間接法)によっても確認され,ラングミュア式を用いた実験結果の解析により吸着パラメ-タ-を求めた。塩酸あるいは過塩素酸を用いた場合は,プロトン付加型の界面吸着に加え,イオン対抽出も見られた。3.液膜系における界面反応テフロンメンブランフィルタ-にドデカンを含浸させて有機相とし,両側を水相に接触させた状態で,液膜と水相の透過吸収スペクトルを測定した。この方法により,ロ-ダミンB誘導体およびTPPの界面におけるプロトン付加反応を明確に検出することができた。有機相の溶媒効果と外部電場効果についても検討した。
自然光活用型有機電界発光素子の開発

今年度は、昨年度までの蛍光材料に代えて、りん光発光材料を用いた光応答型有機EL素子のフルカラー化、高効率化に取り組んだ。蛍光材料は、発光の内部量子効率が25%で限界とされているが、りん光材料は理論上100%も可能であるため近年注目を集めている。まず、光電変換層をp型のチタニルフタロシアニン、りん光発光材料としてイリジウム錯体を用いた素子を作製した。ここで、赤色、緑色、青色発光の、イリジウム錯体として、Ir(Btp)_2acac、Ir(ppy)_3、FIrpicをそれぞれ用いた。これにより、発光効率を大幅に向上した、赤(R)、緑(G)、青(B)発光の光応答型有機EL素子を実現した。さらに、光電変換層をこれまでのp型のチタニルフタロシアニンに変えて、n型のフラーレンを用いた新規素子の作製し、Mgをドーピングすることにより素子のキャリア輸送性が大幅に向上することを見出した。今年度は、光応答型有機EL素子のフルカラー化、高効率化に取り組んだ。まず、青色および緑色発光の光応答型有機EL素子を作製し、各素子間の特性の違いや発光効率を議論した(Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry,2003,158,215-218)。さらに、赤色発光の素子を作製し、赤(R)、緑(G)、青(B)発光の光応答型有機EL素子を実現した。これらの成果は、「信学技報」および「化学工業」誌に報告した。また、日本工業新聞(2003年10月31日)の一面トップ記事としても本研究が取り上げられた。さらに、光電変換層をこれまでのp型のチタニルフタロシアニンに変えて、n型のフラーレンを用いた新規素子の作製し、Mgをドーピングすることにより素子の光電変換特性が大幅に向上することを見出した(Applied Physics Letters,2004,84,202-205)。また、発光層をこれまでの蛍光材料に代えて、りん光材料を用いた素子の作製を行った。蛍光材料は、発光の内部量子効率が25%で限界とされているが、りん光材料は理論上100%も可能である。今年度は、まず緑色りん光発光の光応答型有機EL素子を作製した。その結果、蛍光発光素子と比べて最大で27倍発光効率が向上した。今後、緑だけではなく青や赤の光応答型りん光発光有機EL素子を作製しさらなる高効率化に取り組んで行きたい。
Runx1の標的遺伝子の網羅的スクリーニングおよび発生工学的機能解析

われわれはRUNXlのたんぱく翻訳を制御しているmicroRNAの一つであるmir-9が約15%の急性骨髄性白血病(AML)患者の骨髄細胞に発現していることを見出した。Mir-9を発現しているAML患者は発現していないAML患者に比較して寛解維期間が短く、また全生存期間も短かった。Mir-9はRUNX1のたんぱく翻訳を抑制することにより正常なRUNX1の機能を阻害し、より悪性度の高いAMLの発症に関与している可能性が指摘された。Runx1は成体型造血において必須の遺伝子である。本研究はRunx1がどのような遺伝子の発現を通して造血プログラムを制御しているのかを明らかにし、その破綻(Runx1遺伝子を標的とする染色体転座や点突然変異によるHaploinsufficiency、microRNAの異常発現など)による白血病の発症機構を解明することを目的とする。具体的目標として、本研究では特に近年注目を集めているmicroRNAに焦点を当て、Runx1を制御するmicroRNAと骨髄性白血病の発症の関連について解析を行うこととする。(1) Runx1の翻訳を制御するmicroRNAをデータベース検索、文献検索などから絞り込む。(2)白血病患者検体において、Runx1の翻訳を制御するmicroRNAの異常発現がないか解析する。(3)白血病患者検体において異常発現があったmicroRNAの個体内造血における機能を発生工学的手法を用いて解析する。(4)患者検体において異常発現があったmicroRNAのターゲット遺伝子をマイクロアレイを用いて解析する。1.Runx1の標的候補遺伝子の網羅的検索Runx1遺伝子の野生型および欠損型の造血組織を得るために、Cre蛋白の発現により条件的にRupx1を欠損させるマウスを作製中である。Runx1-loxPマウスにMx1-Cre(インターフェロン誘導的にCre遺伝子を発現)マウスを交配させ、目的とするマウス(Runx1 flox/-Mx1CreTg+)が得られた。これらのマウスにインターフェロンを投与し、目的とする造血組織においてRunx1遺伝子が正しく欠損されているかどうかを解析する。これらのマウスに誘導的にRunx1を欠落させ、Runx1野生型および欠損型の造血組織からRNAを抽出する予定である。2.ES細胞を用いた造血分化の細胞生物学的機能の解析ES細胞を用いた造血器細胞分化の系を構築する。ES細胞をEPO,G-CSF,GM-CSF,TPOなどのサイトカイン存在下にメチルセルロース上で培養することにより、成体型造血細胞を得ることを目的とする。3.GATA1-PU.1トランスジェニックマウスの作製GATA-1プロモーター下にPU.1を発現するベクターを構築し、トランスジェニックマウスの作製を試みたが、目的とするマウスが得られなかった。E10までの胎仔にさかのぼり解析したが、Tg遺伝子は検出されなかった。原因としてこのマウスが胎生致死であることや技術的な問題が考えられた。GATA-1プロモーター以外のプロモーターによる発現について検討中である。1.マイクロアレイを用いたRunx1の標的侯補遺伝子の検索Runx1野生型および欠損型の造血組織を得るために、Cre蛋白の発現により条件的にRunx1を欠損させるマウスを作製した。Runx1-loxPマウスにMx1-Cre(インターフェロン誘導的にCre遺伝子を発現)、およびESR-Cre(エストロゲン誘導的にCre遺伝子を発現)マウスを交配させ、目的とするマウス(Runx1 flox/-CreTg^+)を得た。ESR-Creマウスはタモキシフェン投与による欠損誘導を試みたが、サザン解析を行ったところRunx1遺伝子の欠損効率が悪く、解析に使用するには困難と思われた。現在Mx1-Creマウスによる欠損誘導を試みている。2.Runx1遺伝子の発現制御メカニズムの解析Runx1mRNAの3'UTR領域に作用するmicrRNAの解析を行っている。患者検体の解析より、miR-9の過剰発現がRunx1mRNAの機能を抑制し、造血器疾患を引き起こす可能性が示唆された。実際、miR-9を過剰発現させるとRunx1の翻訳が抑制を受けることも我々の実験により明らかとなった。現在、過剰発現されたmiR-9がどのようにして白血病発症に関与しているかを解析中である。3.ES細胞を用いたRunx1標的候補遺伝子の細胞生物学的機能の解析ES細胞を用いた造血細胞分化の系を構築した。ES細胞株からembryoidbody(EB)を形成させ、Day7前後のEB細胞をメチルセルロース上で培養することにより、造血コロニーを得た。今後はES細胞に種々の遺伝子を導入し、造血発生における影響を解析してゆく予定である。1.白血病患者検体を用いたmicroRNAの異常発現の有無の検索73症例の白血病患者検体からsmall RNAを抽出し、Runx1遺伝子のmRNAに作用すると予測されるmicroRNAについて、異常発現の有無について検索をおこなった。

その結果、一部の白血病患者において、miR-9が異常に高発現していることが明らかとなった。このmiR-9の異常発現が白血病発症やその予後に影響するかどうかについて解析を進めている。2.造血幹細胞分画にmicroRNAを発現させたトランスジェニック・マウスの作製患者検体において異常発現が確認されたmiR-9を、トランスジェニックの系を用いてマウスの血液細胞に高発現させ、実際にマウスが白血病を発症するかどうかを検証した。miR-9を造血幹細胞に高発現させるために、Tie2プロモーターの下流にmiR-9を発現させたトランスジェニック・マウスを作製した。最も未熟な造血細胞分画とされるLineage(-)cKit(+)Scal(+)分画(KSL分画)に目的とするmiR-9を発現させることに成功した。3. miR-9の高発現によって発現に影響を受ける遺伝子の検索造血幹細胞におけるmiR-9の高発現による遺伝子発現の変化をマイクロアレイを用いて解析した。KSL分画細胞で上昇している遺伝子としてはcadherin-2, Cadm2などの細胞接着因子、IL-1b receptor)などの受容体がある。発現が低下している遺伝子としてはSrpk3やWnk3などの未知のprotein kinase、などが同定された。急性骨髄性白血病(AML)患者の初発時骨髄87検体と正常人骨髄23検体中におけるmiR-9の発現を調べた。正常人骨髄ではmiR-9はほとんど発現が見られなかったが、AML骨髄では約15%の症例でmiR-9の高発現が見られた。そこで、正常人骨髄で見られるレベルをカットオフ値として、miR-9陽性・陰性の2群に分けたところ、16例(18%)が陽性、71例(82%)が陰性となった。これら2群についてその臨床的特徴を解析したところ、AML予後不良を示すパラメーターに有意な差は見られなかった。また寛解導入率にも差を認めなかった。しかし全生存率を解析したところ、平均生存日数はmiR-9陰性群が2091日に対して、miR-9陽性群では1052日であった(Log-Rank検定P値=0.0472)。よってmiR-9陽性患者は明らかに生存率が悪いことが判明した。また完全寛解後の再発率を解析したところ、平均完全寛解持続日数はmiR-9陰性群が2017日なのに対して、miR-9陽性群では769日であった(Log-Rank検定P値=0.0091)。よってmiR-9陽性群では再発が早いことが判明した。これらのことからmiR-9の高発現はAMLの予後不良をもたらす因子であることが判明した。miR-9の高発現が予後不良をもたらす原因を探索する目的で、マウス造血幹細胞におけるmiR-9の高発現による遺伝子発現の変化をマイクロアレイを用いて解析した。cadherin-2, Cadm2, IL-1b receptor, Srpk3やWnk3などがmiR-9の高発現により影響を受ける遺伝子であることが判明した。
設計構造行列による自動車モジュール部品のアーキテクチャ特性についての実証研究

本年度は、国際比較の観点から、自動車モジュール部品のアーキテクチャ特性の分析を行った。自動車業界においても、1990年代半ばから欧州メーカーを中心として、部品のモジュール化が進められていったが、これは生産プロセスのモジュラー化を契機としたものであり、PC業界におけるような製品設計のモジュラー化とは一線を画すものであった。本年は、製品設計のアーキテクチャと生産プロセスのアーキテクチャの関係性に注目し、主に欧州メーカーによるモジュール戦略の分析を進めていった。その結果、単に部品の集積度を高めたサブアッセンブル型モジュール化では十分なコストメリットが生じず、逆にサプライヤーパーク建設に関わる設備投資費の増大やサプライヤーとの取引関係の硬直化などでメリットが生じていることが明らかになった。この成果は、「欧州自動車産業におけるモジュール生産方式の発展」『東北学院大学経済学論集』第165号、「自動車産業におけるモジュール戦略の成果と課題-欧米を中心とした比較研究」『赤門マネジメント・レビュー』6(12)などで公開した。しかしながら、当初の目的であった、設計構造行列(DSM)を用いたモジュール部品の製品アーキテクチャ特性の分析は、部分的にしか進まず、研究成果を公表できるまでに至らなかった。また、自動車モジュールの設計構造と生産プロセスとの間の関係を定性的に分析する中で、設計構造行列分析と生産プロセス分析とを対応付ける必要性を強く認識した。設計構造行列を製品アーキテクチャの測定ツールにとどめず、さらに適用可能性を広めるためにも、今後の重要な研究課題である。本研究の初年度である平成17年度は、設計構造行列(DSM)の先行研究の批判的レビューを行い、分析モデルとしての特徴、歴史的な発展の経緯、応用上の留意点や制約条件などについて検討を行った。その結果以下のことが明らかになった。(1)DSMは、製品の構成要素間の依存関係を網羅的かつ簡潔に記述する分析ツールであり、分析対象に応じてコンポーネントDSM、チームDSM、タスクDSM、パラメータDSMなどがある。(2)DSM内の要素を並べ替えることにより、構成要素間の依存関係の最適化が図られる。この最適化のための分析のうち、構造の最適化には主にクラスタリング、プロセスの最適化にはパーティショニングと呼ばれる手法が用いられる。(3)製品開発の他の手法と比較したDSMの利点は、記述する情報の網羅性、簡潔性、一覧性、操作性の良さにある。(4)他方で、DSMには、(a)要素間の未知の依存関係に対して脆弱性を持つこと、(b)分析アプローチが静態的であること、(c)組織の知識蓄積に関する分析が弱いこと、といった限界点がある。以上の分析結果を、先行研究の実証分析事例を含めて整理したものを雑誌論文として発表した(次ページ参照)。平成18年度は、今年度の研究成果を踏まえ、実際の自動車部品についてDSMを作成し、実証分析を行う。すでに一部の企業へ調査研究への協力を依頼し、内諾を得ている。次年度では、まずDSM作成方法を手順化すると同時に、一部の自動車部品について先行的にDSMを作成し、その結果を元にDSM作成手順をさらに改良していく予定である。本研究の2年目である平成18年度は、協力企業の参加を得て、実際に設計構造行列(DSM : Design Structure Matrix)の試作を行った。それにより、DSM分析における作成手続きや分析上の制約条件などについて、以下のことが明らかになった。(1)DSM作成においては、分析対象となる製品システムの定義が非常に重要である。とりわけ部品システムを分析とする場合、製品のシステム階層のどの部分までを分析対象とするかによって、分析結果が大きく左右されることが明らかになった。(2)DSM作成においては、分析対象の製品システムを構成する要素をどのレベルまでブレークダウンするかも分析手順上重要であることが分かった。あまりに詳細なレベルまで構成要素をブレークダウンすると、DSMが瑣末な依存関係まで記述してしまい、DSM本来の長所である製品設計情報の一覧性や要約性が活かされない。他方で、構成要素への分解が不十分でメッシュが粗いと、重要な依存関係を見逃してしまい、分析ツールとしての本来の役割を果たさない。本年の調査の結果、製品システムを第3層程度まで分解すると、適切な分析結果が得られることが分かった。(3)製品を構成する部品やシステム間の依存関係の判定については、企業の実際の製品開発者と協議し、判定基準の定式化を行った。こうしたDSMのパイロット的作成を通じて、本年度は実証分析に必要なDSMの作成手順や制約要件を明確化することが出来た。これらの研究の成果は、第80回日本経営学会(全国大会)および2007年度組織学会において研究報告を行った。本研究の最終年である平成19年度は、自動車モジュール部品について、種類別のDSMを時系列に作成し、実証的にモジュール部品の製品アーキテクチャ特性の分析・評価を行っていく予定である。

その結果、単に部品の集積度を高めたサブアッセンブル型モジュール化では十分なコストメリットが生じず、逆にサプライヤーパーク建設に関わる設備投資費の増大やサプライヤーとの取引関係の硬直化などでメリットが生じていることが明らかになった。この成果は、「欧州自動車産業におけるモジュール生産方式の発展」『東北学院大学経済学論集』第165号、「自動車産業におけるモジュール戦略の成果と課題-欧米を中心とした比較研究」『赤門マネジメント・レビュー』6(12)などで公開した。しかしながら、当初の目的であった、設計構造行列(DSM)を用いたモジュール部品の製品アーキテクチャ特性の分析は、部分的にしか進まず、研究成果を公表できるまでに至らなかった。また、自動車モジュールの設計構造と生産プロセスとの間の関係を定性的に分析する中で、設計構造行列分析と生産プロセス分析とを対応付ける必要性を強く認識した。設計構造行列を製品アーキテクチャの測定ツールにとどめず、さらに適用可能性を広めるためにも、今後の重要な研究課題である。
パーキンソン病の認知機能障害の神経基盤：脳賦活、機能的・構造的結合、血流解析

また、2018年6月にシンガポールで行われたOrganization for Human Brain Mappingでは、「Altered brain activations during working memory task in Parkinson's disease」と題して発表した。この発表では、健常人4人とパーキンソン病患者4人を無作為に選びだして、その賦活パターンから関心領域(ROI)を作成した。このROIを用いて、なかでも背外側前頭前野(DLPFC)に注目をして、十字固視をしているbaselineと比較した賦活を評価した。そうすると、PD-MCI(軽度認知機能異常症のあるPD)、PDD(認知症のあるPD)では0-back taskの時点から健常人より過剰賦活を起きており、さらなるワーキングメモリー負荷が加わったときの過剰賦活の余地がなくなっていることを示した。タスクfMRIの解析法については、Blockデザインからより精密に解析できるEvent-related analysisに変更したために、データのより詳細な前処理が必要となり、その実行に予想外に時間がかかった。さらに、Control taskである0-backとの対比と、十字固視をしているbaselineと比較した賦活に関して、ワーキングメモリーに関わる19の関心領域を設定して、定量的に評価をした。その賦活の程度についての群間比較では、古典的な統計手法では、多重比較補正の問題が生じるために、ベイズ統計に基づく多重比較補正をおこなうことを模索した。そのために、米国NIHの専門家に相談して、協力を依頼した。これらの解析を進めるのに時間を要した。上記の遅延を踏まえて、健常者と全パーキンソン病患者の1-back, 2-back,3-backの賦活を0-back taskの賦活によって関心領域を決定して、19の関心領域を定義した。この関心領域を用いて、Control taskである0-backとの対比と、十字固視をしているbaselineと比較した賦活に関して、その賦活の程度についての群間比較を、ベイズ統計を用いて多重比較補正を行い、PD-MCI, PDDでは、0-back, 1-backという簡単なタスクの時から健常人より過賦活がワーキングメモリーに関わる特定の領域でおきており、認知機能が正常なPDでは、2-back, 3-backという難度の高いタスクにおいて過賦活が起きていることが明らかとなった。これらを2019年にパリで行われるMovement Disorder Societyにて発表する予定である。さらには、最初に述べたタスクfMRIの解析より、どの領域がパーキンソン病のワーキングメモリーの障害において重要な部位であるかを同定して、その関心領域のマスクを用いて、タスクfMRIデータの前に取得された安静時fMRIデータを用いて、そのワーキングメモリーの障害が安静時fMRIデータを用いた機能的結合の側面から予測できるかを探索する。こうした結果を踏まえて、学会発表、論文での発表を確定してゆく方針である。タスクfMRIデータを用いた脳賦活パターンの同定、タスクの成績と相関する領域の解析も行うことができており、それらについて学会発表も行っている。安静時fMRIデータの解析もできており、運動症状との関連をつけることができてきている。しかし、安静時fMRIデータとタスクfMRIデータの比較は、技術的な問題がまだ残っており、その解決には至っておらず、実施できていない。また、左右の被殻、尾状核と全脳の結合マップが、パーキンソン病で認知機能の低下に伴ってどのように変わっていくかを評価した。その結果、認知症を伴うパーキンソン病では、特に尾状核と背外側部を含む前頭葉との結合が低下していることがわかった。これは、次年度の国際学会で発表してゆく予定である。他方、タスク負荷fMRIのEvent-related analysisでの解析の最適化を継続してきた。その結果、自動でエクセルファイルからデータを出力手法を確立したために、Event-related analysisでの解析が可能となった。安静時fMRI、タスク負荷fMRIデータともに複数の解析法を試して、もっともノイズをきれいに取れる条件を探しており、その最適化に時間がかかっていた。しかし、その最適化は、ほぼ終わりつつあり、解析結果の確定に努めてゆく。こうした画像解析の成果を踏まえて、2018年3月の応用物理学会にて「疾患の超早期診断、介入法の探索、治療効果判定に寄与する非侵襲的な方法論の必要性」と題して、招待講演をおこなった。解析を進めていった結果、安静時fMRIデータのデータ処理に関して、Multi Echo Independent Component analysis(MEICA)では、BOLD信号が過剰に除かれてしまうことに気づいた。そこで、MEICAを強いBOLD信号の抽出のために用いて、一方、ノイズ除去は、Regression法で行う方法が最適であるという結論にたどり着いた。また、タスクfMRIの解析法については、Blockデザインからより精密に解析できるEvent-related analysisに変更したために、データのより詳細な前処理が必要となり、その実行に予想外に時間がかかった。こうした試行錯誤の結果として、当初の予定よりも進行が遅延した。

そうすると、PD-MCI(軽度認知機能異常症のあるPD)、PDD(認知症のあるPD)では0-back taskの時点から健常人より過剰賦活を起きており、さらなるワーキングメモリー負荷が加わったときの過剰賦活の余地がなくなっていることを示した。タスクfMRIの解析法については、Blockデザインからより精密に解析できるEvent-related analysisに変更したために、データのより詳細な前処理が必要となり、その実行に予想外に時間がかかった。さらに、Control taskである0-backとの対比と、十字固視をしているbaselineと比較した賦活に関して、ワーキングメモリーに関わる19の関心領域を設定して、定量的に評価をした。その賦活の程度についての群間比較では、古典的な統計手法では、多重比較補正の問題が生じるために、ベイズ統計に基づく多重比較補正をおこなうことを模索した。そのために、米国NIHの専門家に相談して、協力を依頼した。これらの解析を進めるのに時間を要した。タスクfMRIデータと安静時fMRIデータともに、正確にノイズを除去しつつも、BOLD信号は残すことができるpre-processing法の確立、最適化に注力をしてゆく。最終的には、タスクfMRIデータと安静時fMRIデータを比較して、両者の関係を解明したいために、両者を比較可能な解析法を確立してゆく。その手段として、複数の解析法を着想しており、それらを試してゆくことで、最適な解析法を見出してゆく方針である。安静時fMRIを用いて、パーキンソン病の運動機能の進行とともに基底核ネットワーク、運動感覚ネットワークの変性を明らかにして、論文化を目指す。ワーキングメモリーのタスク負荷fMRIデータの解析を続けて、論文化の準備を進めてゆく。上記のような進行の遅延はあったが、現在はともに問題解決に至って、最終的な解析結果の確定を急いでいる。まず、タスクfMRIデータの解析を進めて、2018年5月の神経学会総会にて、ワーキングメモリーのネットワークの賦活とデフォルトモードネットワークの脱賦活の側面からワーキングメモリーの障害の神経基盤について発表をする。その次の段階として、ワーキングメモリーのネットワークとデフォルトモードネットワークのそれぞれを規定する関心領域を4人の健常者と4人のパーキンソン病患者のデータを用いて定義して、それぞれの関心領域での脳賦活の程度をパーキンソン病患者と健常者において評価をする。その関心領域ごとの脳賦活の程度と、ワーキングメモリーのタスクの成績とを相関解析することで、PD患者がワーキングメモリータスクを行う時に脳の領域をどのように使用しているか、代償するための方法論、病気とともに進行してゆくワーキングメモリーの障害に対応する神経基盤の同定を目指す。
曲がるDNAを用いた信号変換素子の構築と分析化学的応用

terpyridine(terpy)は適当な金属イオンとの結合によりそのコンフォメーションが変化し、構造の自由度が著しく制限される。本研究では、terpyを基体とするアミダイト試薬を合成した。これを利用すると骨格中にterpyを組み込んだ、DNA、およびRNAを自動合成装置内で容易に合成することができる。オリゴデオキシヌクレオチド骨格中にterpyを組み込んだ幾つかのDNAコンジュゲート合成した。このコンジュゲートの二本鎖形成、および三本鎖形成に及ぼす金属イオンの効果を検討した。二本鎖中にterpyを導入した場合には金属イオン、特にNi^<2+>共存下、二本鎖構造が大きく安定化することが確認された。金属イオンとの錯生成により、terpyがより固い構造となり、エントロピー的に安定化した結果と考えられる。一方、三本鎖形成に関してはパラレルモチーフの2つのピリミジン鎖を結ぶループ部位にterpyを導入したものについて検討した。興味深いことに、この系では金属イオンにより三本鎖が著しく不安定化することが明らかになった。すなわち、Cu^<2+>共存下、融解温度にして約14°C、結合定数にして1/1000の不安定化であった。コンピュータシミュレーションなどの構造解析の結果、用いたterpy骨格はそのトランス状態でリンカーを含めた長さが三本鎖の直径とほぼ等しく、また芳香族のスタッキングの効果も加わって理想的なループとして振る舞うが、金属イオンとの錯生成によりcis型となり全体の長さが4-5Å短くなることがわかった。錯生成によりループ近傍の構造には歪みが誘起され、塩基間の水素結合、スタッキングを著しく乱すためであろうと考えている。同じ構造でありながら導入する箇所の違いにより構造の安定性を高めたり低めたりすることが可能であることがわかり、これは今後の機能性核酸への導入に向けて非常に貴重な知見となる。ターピリジンユニットをDNA骨格に導入するためのアミダイト試薬を合成した。まず、ターピリジンの両端のピリジン環にWiliamson合成によりエーテル結合でグリコールを導入してジオール体とした。このうち片方のアルコールのみをトリチル保護し、最後に残ったアルコールをアミダイト化することで目的とするアミダイト試薬を合成することができた。次にDNA自動合成装置を用いてターピリジン構造を骨格内に有するDNAコンジュゲートを合成した。ターピリジンアミダイトは通常のヌクレオチドアミダイトで溶媒に用いられるアセトニトリルには十分な濃度で溶解しないため、溶媒としてジクロロメタンとの混合溶媒を用いた。それでも、通常のアミダイトより濃度が低くならざるを得なかったため反応性が劣ることを想定して、自動合成装置内でのカップリングでターピリジンを組み込むステップにおいては、通常のカップリングよりも2倍の時間をかけた。その結果、良好な収率でカップリングが進行し、目的とするDNAコンジュゲートを合成することができた。HPLCで精製後、質量分析装置で同定した。合成したDNAコンジュゲートは、二本鎖を形成した際に、ターピリジンがステム部分にくる様に設計したものと、分子内で三本鎖を形成する際にターピリジン構造がそのループ部分を成すものである。現在までに、これらDNAが形成する特定の構造の安定性に対して特定の金属イオンはたいへん大きな影響を与えることがわかってきた。ターピリジン(terpy)を基体とするアミダイト試薬の大量合成、およびDNA自動合成装置を用いたterpyユニットのDNA主鎖骨格中への導入を行った。terpyユニットのカップリングには、装置のプログラムを変更して、通常のアミダイト試薬の約10倍の時間をかけた。合成したDNAコンジュゲートのハイブリダイゼーションは相補的なDNAと形成する二本鎖のステム部分にterpyを導入したもの、それに、2つのオリゴピリミジン鎖を繋ぐループ部分にterpyを導入し、相補的なプリン鎖との2分子間の三本鎖形成に関して検討した。二本鎖のステムにterpyを導入すると二本鎖構造がかなり不安定化することがわかった。これは主鎖骨格中に柔らかい構造のterpyが挿入されることでヌクレオチドの連続性が途切れ、短い2つのDNAとしての振る舞いに近づいたためである。この系に金属イオンを添加すると二本鎖の熱安定性は若干向上することがわかった。terpyに金属イオンが配位したことで主鎖がある程度固定化されたため(エントロピー効果)と考えているが、詳細に議論するためには系をさらに最適化する必要がある。三本鎖のループにterpyを導入したコンジュゲートの三本鎖形成能は同じステム部分と(dT)_3ループを有するコントロールに比べて向上していることがわかった。また、この系に種々の金属イオンを添加した結果、特にCu^<2+>添加系において三本鎖構造の著しい不安定化が観測された。分子モデリングの結果、terpyユニットの全長はトランス構造(直線状)において約22Å。これは三本鎖の直径にちょうど合致する。terpyが金属イオンと錯生成し、シス構造をとるとこれが5Å程度以上短くなることが予測され、このために錯生成後は安定に三本鎖を形成することができなくなったものと考えられる。

オリゴデオキシヌクレオチド骨格中にterpyを組み込んだ幾つかのDNAコンジュゲート合成した。このコンジュゲートの二本鎖形成、および三本鎖形成に及ぼす金属イオンの効果を検討した。二本鎖中にterpyを導入した場合には金属イオン、特にNi^<2+>共存下、二本鎖構造が大きく安定化することが確認された。金属イオンとの錯生成により、terpyがより固い構造となり、エントロピー的に安定化した結果と考えられる。一方、三本鎖形成に関してはパラレルモチーフの2つのピリミジン鎖を結ぶループ部位にterpyを導入したものについて検討した。興味深いことに、この系では金属イオンにより三本鎖が著しく不安定化することが明らかになった。すなわち、Cu^<2+>共存下、融解温度にして約14°C、結合定数にして1/1000の不安定化であった。コンピュータシミュレーションなどの構造解析の結果、用いたterpy骨格はそのトランス状態でリンカーを含めた長さが三本鎖の直径とほぼ等しく、また芳香族のスタッキングの効果も加わって理想的なループとして振る舞うが、金属イオンとの錯生成によりcis型となり全体の長さが4-5Å短くなることがわかった。錯生成によりループ近傍の構造には歪みが誘起され、塩基間の水素結合、スタッキングを著しく乱すためであろうと考えている。同じ構造でありながら導入する箇所の違いにより構造の安定性を高めたり低めたりすることが可能であることがわかり、これは今後の機能性核酸への導入に向けて非常に貴重な知見となる。
地球温暖化対策としてのプロジェクトベースメカニズムの経済分析

京都議定書で採用されたプロジェクトベースのメカニズムとしてのクリーン開発メカニズムについて,インセンティブ効果の観点からベースライン設定方法のオプションの比較評価を行った。また,あるプロジェクトによって,後のプロジェクトに対する促進効果あるいは阻害効果が生じる条件を明らかにした。さらに,先行プロジェクトによる参入阻止が起こりえて,それが技術開発導入インセンティブを損ないうることを示した。京都議定書で採用されたいわゆる京都メカニズムのうち,プロジェクトベースのクリーン開発メカニズム(CDM)と共同実施について,まず, (1)それらの制度設計について,進行中の議論を踏まえながら,吟味と提言を行い,また(2)途上国にたいする技術移転を介した長期動学的効果の分析を行い,ひいては(3)いわゆるポスト京都の課題にたいする含意の分析を行う。また,メカニズム全般の中での位置づけも考察する。国連気候変動枠組条約の補助機関会合およびCDM理事会にオブザーバー参加して,CDMとJIの動向を把握した。プロジェクトに直接・間接に携わる関係者からの聞き取りも行った。とくに、CDMの方法論に関する分析においては、寡占的相互依存がもたらすベースラインの問題について一定の成果を得た。ひとつの産業に属する企業の数が少数の場合,市場は不完全競争になり,その産業に属する企業の生産量が相互依存的になる。CDMのベースライン方法論を審査しているCDM理事会では,このような市場構造や生産量の相互依存性に注意が払われていない。そこで,Imai, Akita and Niizawaは,異なるCDMベースライン方法論が,企業間の生産量の相互依存性を通じて,世界の総排出量に与える影響などを,理論および数値例で比較分析した。その結果,たとえば,実績生産量にもとついてベースラインを設定する場合,CDMプロジェクトが排出削減を実現しても,他の企業が生産量を増やして,その排出削減を一部相殺する可能性があることなどを明らかにした。ポスト京都との関係では,CDM改革に関する提案の資料収集を行い,また提案されているプロジェクトのうち交通プロジェクトなど従来の枠には納まらない特徴的なもののサーベイを行った。このほか、ポスト京都枠組みに関連して、公共財供給にかかわる提携形成問題を分析する理論的枠組みを検討し、その応用可能性を検討した。とくに、途上国ならびに米国などの非批准国の参加インセンティブに関する側面に重点をおいて、部分的協力の考察の可能性を検討している。国連気候変動枠組条約の締約国会議、補助機関会合およびCDM理事会にオブザーバー参加して、CDMとJIの動向を把握した。とりわけ、追加性ツールにおけるコモンプラクティス分析、ダブルカウンティングが理事会で議論になっていたので、それらを今後の検討対象としてフォローした。本年度の成果として、不完全競争で、企業の決定が市場を通じて相互に依存する昨年度想定したのと同じ状況で、ある企業がCDMに取り組むことが、他の企業がCDMに取り組むことにプラスに効くのかマイナスに効くのかの分析を行った。その結果、多くの場合、マイナスに効くことがわかったが、それらの企業が生産する財が補完関係にある場合にはプラスに効くことがわかった。また、学習とスピルオーバー効果を組み込み、その影響をみた。具体的には、ポジティブな影響をもたらす可能性を、各種のゲームモデルを用いて検討し、非合理性による可能性を除けば、プロジェクトの成功可能性に関する情報が不完全である場合に、そのような効果がおきうることを示した。この結果をGame Theory and Managementで報告し、同様の分析をネガティブなケースに対して継続して行っている。理論的な研究では、ポスト京都のCDMの機能に関する議論の過程の理論化として、岡田は今井と共同して提携形成の理論研究を続行し、環境政策に関する諸国間の提携形成と利得分配(または費用負担)をめぐる逐次交渉モデルにおいて、提案者の決定ルールが確率的なルールの下では、交渉結果は均等な利益をもたらす政策に近づくことを示した。国連気候変動枠組条約の締約国会議,京都議定書の締約国会議,補助機関会合,CDM理事会,共同実施監督委員会等へのオブザーバー参加,ならびに資料収集を行いつつ,適宜研究会を開催して研究を進めた。GCGWにおいて,これまでの成果を発表すべく企画セッションを開催した。また,市民対象のシンポジウム等でも成果を報告した。メカニズムのオプション比較においては,コモンプラクティスなどの追加性基準をはじめとした,現在採用されているオプションが,将来のプロジェクトに与えるインセンティブを,不完全競争市場を中心に考察するなど,動学的なインセンティブを中心に検討した。また,運営主体などに関して生じている問題点なども,CDMに携わっている方々からの聞き取りを行いその含意を検討した。このほか,これまでの研究成果をまとめる作業も行っている。途上国の参加問題を含む,技術開発インセンティブの問題については,昨年度までの不完全競争産業でのプロジェクトのもたらす効果の検証を,動学的設定での参入問題としてとらえ,プロジェクトの参入阻止効果による市場閉鎖問題の可能性を検討した。ポスト京都の問題に関しては,今年度はもっぱら,国際関係論をはじめとする分野での,動学的設定の下での環境協定の安定性の問題の視点から問題を整理し,交渉問題などのゲーム理論的な分析結果と比較しながら,上で述べたオプション比較や理事会決定の推移などとの接点を考察した。

より広いメカニズム論としての分析に関しては,一般的な公共財問題としての設定の下での理論的検討を進め,この観点から,不確実性や動学的枠組みの下での国際交渉問題や協定締結問題を検討した。本年度も気候変動枠組条約締約国会議や補助機関会合に出席・傍聴して,交渉を把握し,随時研究会を開催し,プロジェクトや市場に関わる関係者からの聞き取りを行った。今年度は,これまでの事前事後型のベースライン方式の比較について,理論と実勢の両面からの分析結果を総合し,現実には事後方式が主流であるものの,ともなう欠陥がありえて,かつ,現実のベースライン方法において,いくつもの対策が施されているにもかかわらず,寡占等の産業の競争モードや,限界費用の値によっては,この弊害が実現しうることを確認した。これらの比較点は,現在議論されている新メカニズムについての,各国の利害や移行の問題にも重要な示唆を含む。さらに,これまでよりも分析の視角を広げて,中長期的な投資,技術,政策要因に対する影響を評価する動学分析の枠組みを設定して,プロジェクトベースメカニズムの産業内,もしくは国内外への経済活動相互間の影響をとらえる試みを開始した。CDM等の現行メカニズムに即していえば,国連等でのチェックにもかかわらず,既存のメカニズムが,潜在的な新規メカニズムに対して,マイナスの要因となりうる可能性が十分存在しうることを示した。これらの研究成果は,さまざまな機会に,誌上あるいは口頭で発表した。本年度は最終年度なので,CDMのこれまでの実績や問題点を整理し,これまでの本研究の成果を既存文献の中で位置づける報告書を作成した。分析方法の基礎となる理論ツールの開発に関しては,地球温暖化阻止のための国際協力機構などグローバルな公共財の供給問題を考察し,各国の自発的な参加を通していかに公共財供給が実現可能かをゲーム理論の視点から分析した。具体的には,公共財供給のための国際組織への自発的参加を伴う公共財ゲームを分析し,ゲームの均衡によって制度構築が可能であることを証明した。さらに,理論結果を実験研究によって検証した。
分解してもののしくみを知る理科学習

本研究では,身近なものを分解しながらもののしくみを探ることで,生徒が新鮮味と興味関心をもつと同時に,分解しながらそのしくみを理解する過程で,考える力を養うことができると考え,中学校や高等学校の学習に活用できる教材を開発した。授業実践を通して,本研究が知的好奇心や探究心をもって科学的に調べる能力や態度を育てることや,理科を学ぶことの意義や有用性を実感する機会をもたせ,科学への関心を高めることに有効であったと言える。身近なものを「分解してしくみを調べる」学習は,ものの中を開けてしくみを見るという点で生徒が新鮮味と興味関心をもち,理科が生活に結びついていることを実感すると同時に生徒に考える力を養うことができる。ただ身近なものといってもその多くがブラックボックス化されており、簡単に分解できないものや分解できても複雑すぎてしくみがわからないものが多い。そのため「分解=壊すこと,ものは使えればよく,しくみを理解する必要はない」と考えてしまう子どもたちが多い。本研究ではそういった子どもたちに積極的にものを分解してしくみを調べ,考えさせる学習を開発する。もののしくみを調べる学習はものつくりの基本である。そのためには各学習段階で分解することが可能なもの,中を調べてしくみが理解できるものを選定して学習教材として取り入れることが重要である。21年度は次のような学習教材を開発し京都教育大学附属京都中学校(2,3年生)で授業実践をした。(1)自転車のチューブはどうして抜けないか?(2)簡易減圧器(ガラスビンのふたとゴムシートに穴をあけ簡易ポンプで空気を抜く)はどうして空気が入らない?(3)シャンプーのボトルはどうして押すと出る?この授業では圧力の学習の発展として取り扱った。(1),(2)については生徒もよく理解でき興味を持って取り組んでいた。(3)については授業時間内に理解が十分得られるところまで行かなかったが教材が身近なものであるので興味関心は大きかった。これらは22年度理科教育学会で発表予定である。また電気分野において家庭の配線や電気器具を使って学習させる教材も作成中でこれらは22-23年度授業実践を行う。ただ身近なものといってもその多くがブラックボックス化されており,簡単に分解できないものや分解できても複雑すぎてしくみがわからないものが多い。22年度は21年度に引き続き,次のような学習教材を開発し中学校(2,3年),高等学校(1,3年)で授業実践をした。(1) LED電球はどうなっているのか、LEDと豆電球の発光のしくみを比較探究しながら、割って中を調べる学習(2) IH調理器に発生する磁界の様子をくぎ磁石やストロー豆球を使って探索しさらに分解してしくみを調べる学習本年度の研究は,学校での電気の学習と関連させながら学校で学んだ知識を活用して身近な電気器具のしくみを考えて行くもので分解する前にいろいろ考えさせる流れとなっている。中学校高学年から高校生を対象に幅広く実践を行った。理科の中でもどちらかと言えば生徒にとって難しく苦手な分野であったが生徒の理解,興味関心はともに高かった。これらの授業実践については日本理科教育学会第60回全国大会および物理教育研究大会で発表した。23年度は22年度までに作成した学習プログラム,「身近な楽器のしくみを知ろう」「IH調理器を分解しよう」について2中学校で3回,4高等学校で7回授業実践をした。授業実践した生徒の反応やアンケートからも,知的好奇心や探究心をもって科学的に調べる能力や態度を育てることや,理科を学ぶことの意義や有用性を実感する機会をもたせ,科学への関心を高めることに有効であったと言える。

またIH調理器の学習については電磁誘導という生徒にとって理解しづらい分野であるが,多くの生徒が磁界や誘導電流がよくわかったと答えた。これらの授業実践については日本理科教育学会第61回全国大会(島根大学)および日本科学教育学会第35回年会(東京工業大学)で発表した。報告書を作成するとともに理科教育学研究および物理教育に論文を投稿し受理されている。また学校教育での活用を図るため-HPに概要を掲載した。24年度以降についても授業実践は続ける予定で,すでに2高等学校での実践が確定している。