hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フレキシブルな概日ロバスト振動体の分子解剖と個体制御

マウス行動リズムの光同調を担う網膜神経節細胞ipRGCにおいて、光受容体メラノプシンOPN4がGs-cAMP経路を光活性化するか否かを検証するため、cAMPを検出する発光レポーターをipRGC特異的に発現するマウスの作製を試みている。Transgenicマウス系統の樹立を目指したが、現状では目的の変異系統は得られていない。そこで、Opn4遺伝子座に組換え酵素Creをノックインしたマウス系統とアデノ随伴ウイルスを組み合わせる実験系を構築した。また、光以外の位相制御系として、新しい時計入力の鍵分子としてASKキナーゼを同定した。培養細胞のリズム可視化実験において、慢性的な細胞ストレスは細胞リズムの周期を変化させ、一過的な細胞ストレスはその位相を大きく変化させたが、これらの効果はASKキナーゼの欠損によって完全に消失した。さらに、マウス個体においては、光による行動リズムの周期変化と位相シフトにASKキナーゼが関与することを示した。これらの成果は国際雑誌(Imamura et al., PNAS, 2018)に報告した。時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという「クロノコード」という概念の理解に向け、時計タンパク質PER2をリン酸化するキナーゼSIK3を同定し、国際雑誌(Hayasaka et al., Elife, 2017)に報告した。また、最先端質量分析装置を新たに導入して生化学的な解析をスタートし、細胞ストレスに応答してASK依存的に時計タンパク質CLOCKのT843とS845がリン酸化されることを見出した。体内時計の出力系として、長期記憶能の概日リズム制御に取り組んでいる。この制御に重要だと考えられるSCOPとK-Rasのラフトにおける相互作用リズムを観察するために、FRETによる可視化を目指している。様々な蛍光蛋白質の組み合わせの結果、mCherry-SCOPまたはShadowY-SCOPとEGFP-KRasの組み合わせで、最も効率良く神経細胞に発現させることができた。本研究課題においては、当研究室のある本学理学部3号館の学内オープンラボスペースに動物実験室をセットアップする予定であったが、学内措置の決定に長い時間を要した。そこで、動物飼育装置の導入を次年度に繰り越したが、順調に動物実験を遂行することができた。その一方で、細胞レベルの実験や生化学的な解析において当初の予想を超える研究成果を挙げた。その結果、ASKキナーゼやSIK3キナーゼの概日時計における重要性を世界に先駆けて論文公表することができた。ipRGCにおいてOPN4がGs-cAMP経路を光活性化するか否かを検証するため、これまでに、アデノ随伴ウイルスを用いた一過的な導入法とOpn4-Cre系統を組み合わせることにより、ipRGC特異的に外来遺伝子を発現誘導する系を構築した。そこで今後は、この方法を用いてipRGC特異的にGloSensor-cAMPを発現するマウスを作製し、その網膜のex vivo光刺激実験により上記仮説を検証する。時計振動を担う転写制御については、ゲノム中の時計コアBoxと時計出力Boxを探索するとともに、時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという新しい概念「クロノコード」の理解を目指す。初年度に導入した質量分析装置を駆使して、網羅的なプロテオーム解析を展開すると共に、リン酸化やユビキチン化などの翻訳後修飾の決定に向けて、修飾ペプチドの単離条件を探る。さらに、同定された分子や翻訳後修飾の機能を細胞・個体レベルで解析する。必要に応じて遺伝子改変マウスの作製を開始する。蛍光蛋白質で標識したSCOPとK-Rasを用いて神経細胞内での相互作用を観察するため、実験条件の最適化を進め、記憶形成の概日リズム制御の実体を可視化を目指す。また、時計出力として、ニューロステロイド7α-OH-Pregnenoloneが老化による空間記憶低下に関わると考えているが、この合成酵素であるCyp7b1の欠損マウスを用いて、海馬依存性の記憶機能あるいは情動などの高次脳機能への影響を調べる計画である。

また、最先端質量分析装置を新たに導入して生化学的な解析をスタートし、細胞ストレスに応答してASK依存的に時計タンパク質CLOCKのT843とS845がリン酸化されることを見出した。体内時計の出力系として、長期記憶能の概日リズム制御に取り組んでいる。この制御に重要だと考えられるSCOPとK-Rasのラフトにおける相互作用リズムを観察するために、FRETによる可視化を目指している。様々な蛍光蛋白質の組み合わせの結果、mCherry-SCOPまたはShadowY-SCOPとEGFP-KRasの組み合わせで、最も効率良く神経細胞に発現させることができた。本研究課題においては、当研究室のある本学理学部3号館の学内オープンラボスペースに動物実験室をセットアップする予定であったが、学内措置の決定に長い時間を要した。そこで、動物飼育装置の導入を次年度に繰り越したが、順調に動物実験を遂行することができた。その一方で、細胞レベルの実験や生化学的な解析において当初の予想を超える研究成果を挙げた。その結果、ASKキナーゼやSIK3キナーゼの概日時計における重要性を世界に先駆けて論文公表することができた。ipRGCにおいてOPN4がGs-cAMP経路を光活性化するか否かを検証するため、これまでに、アデノ随伴ウイルスを用いた一過的な導入法とOpn4-Cre系統を組み合わせることにより、ipRGC特異的に外来遺伝子を発現誘導する系を構築した。そこで今後は、この方法を用いてipRGC特異的にGloSensor-cAMPを発現するマウスを作製し、その網膜のex vivo光刺激実験により上記仮説を検証する。時計振動を担う転写制御については、ゲノム中の時計コアBoxと時計出力Boxを探索するとともに、時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという新しい概念「クロノコード」の理解を目指す。初年度に導入した質量分析装置を駆使して、網羅的なプロテオーム解析を展開すると共に、リン酸化やユビキチン化などの翻訳後修飾の決定に向けて、修飾ペプチドの単離条件を探る。さらに、同定された分子や翻訳後修飾の機能を細胞・個体レベルで解析する。必要に応じて遺伝子改変マウスの作製を開始する。蛍光蛋白質で標識したSCOPとK-Rasを用いて神経細胞内での相互作用を観察するため、実験条件の最適化を進め、記憶形成の概日リズム制御の実体を可視化を目指す。また、時計出力として、ニューロステロイド7α-OH-Pregnenoloneが老化による空間記憶低下に関わると考えているが、この合成酵素であるCyp7b1の欠損マウスを用いて、海馬依存性の記憶機能あるいは情動などの高次脳機能への影響を調べる計画である。
多人数一斉授業で、ものづくり体験型の問題解決学習を可能にするICT教材開発

本研究では、多人数一斉授業でものづくりに関する問題解決型学習を可能にするために、2種類の教材を開発した。第1の教材では、ものづくりを行う製作工程での技能習得を問題解決型の学習と捉え、多人数一斉授業でこのような指導を行えるようにした。具体的には、機械系を中心とした工学分野において、ものづくりの基本を指導する機械工作実習に着目してICT教材開発を行った。学生が高価な設備を使ってものづくりを行う機械工作機械実習では、学生が使用できる設備や授業時間が限られるため、1人の学生が実体験を含めて学習できる時間はどうしても限られる。そのため、学生に作業を体験させることに重点が置かれ、作業の背景にある科学的な原理や背景にまで踏み込んだ指導までは行われないことも多かった。そこで、実習などで体験した作業ついて学習できるICT教材を開発し、学生が一斉授業形式で体験した作業について科学的に考察できるようにした。学生は、ICT教材により安全作業を中心とした技能に対する理解を深め、ものづくりを行うのに必要な知識や姿勢を身につけられるようになった。第2の教材では、ものづくりを考案・設計・改良からなる問題解決のプロセスとして捉え、学生がこのような問題解決学習を、実際のものづくり体験を通して行えるようにした。このような指導は指導人員や設備、時間等の制約から多人数一斉授業では実現が難しかった。そこで、本研究では教室で行う多人数一斉授業に、実験・実習の要素を比較的容易に取り入れられる教材の開発を行った。開発した教材を用いた授業では、学生が具体的な課題を達成するため実際にものづくりを行いながら問題解決型の学習活動を行い、科学技術に関する知識や応用力などを身につけることができた。また、この教材は大学の授業以外でも研究代表者が実施副担当者を努めたSPP事業でも使用した。
クッシング病罹患犬の下垂体腺腫細胞におけるコルチゾール抵抗性の病態解明

我々の研究はコルチゾール代謝酵素の発現が正常な犬下垂体ACTH産生細胞と比較し、犬下垂体ACTH産生腺腫では増大しており、またコルチゾールがその作用を及ぼすのに必要な受容体であるグルココルチコイド受容体の発現が減少していることを明らかとした。これらの変化によりコルチゾールの代謝亢進および作用減弱が起こり、犬下垂体ACTH産生腺腫におけるコルチゾール抵抗性に関与しているものと考えられた。我々の研究は正常犬下垂体および犬下垂体ACTH産生腺腫におけるコルチゾール代謝酵素、glucocorticoid receptorの遺伝子発現を明らかとした。副腎皮質機能亢進症の臨床症状はコルチゾール過剰によりもたらされるが、正常な犬においてはこのコルチゾール自体が下垂体に作用し、コルチゾール産生を刺激するホルモンの産生を抑制することが知られている。一方で下垂体が腫瘍化した際にはこの抑制機構が正常のものに比べ、非常に弱いことが判明しているが、その具体的な機序は不明のままであった。今回我々はコルチゾールを代謝しその活性を失わせる11β-Hydroxysteroid dehydrogenasetype2酵素の発現が正常な下垂体と比較し、腫瘍では増大しており、またコルチゾールがその作用を及ぼすのに必要な受容体であるglucocorticoid receptorの発現が減少していることを明らかとした。コルチゾールが代謝され易くなり、また、受容体が減少することでコルチゾール濃度が高くなったとしてもその作用としては減弱するものと考えられる。異常のことから犬下垂体腫瘍におけるコルチゾール抵抗性にはコルチゾール代謝酵素の発現増加およびコルチゾール受容体の減少が関与しているものと推察される。我々はコルチゾールを代謝しその活性を失わせる11β-Hydroxysteroid dehydrogenasetype2酵素の発現が正常な下垂体と比較し、腫瘍では増大しており、またコルチゾールがその作用を及ぼすのに必要な受容体であるglucocorticoid receptorの発現が減少していることを明らかとした。これらの変化によりコルチゾールの代謝促進および受容体減少による作用の減弱が起こるものと考えられるが、遺伝子発現のみでは実際にどの程度この抑制機構減弱に関与しているのか不明である。そのため、現在我々は今後の研究に必要不可欠である下垂体ACTH産生腺腫の培養系確立に取り組んでいる。実際に腫瘍細胞を用いて代謝酵素および受容体発現の変化がコルチゾールによる抑制機構減弱の原因であるのか確かめるために研究を進めている。副腎皮質機能亢進症の臨床症状はコルチゾールの過剰分泌によりもたらされるが、正常な犬においてはこのコルチゾール自体が下垂体に作用し、コルチゾール産生を刺激する下垂体からのACTH産生を抑制することが知られている。我々の研究はコルチゾールを代謝しその活性を失わせる11β-Hydroxysteroid dehydrogenasetype2酵素の発現が正常な犬下垂体ACTH産生細胞と比較し、犬下垂体ACTH産生腺腫では増大しており、またコルチゾールがその作用を及ぼすのに必要な受容体であるglucocorticoid receptorの発現が減少していることを明らかとした。これらの変化によりコルチゾールの代謝促進および受容体減少による作用の減弱が起こるものと推察された。しかし、遺伝子発現様式の変化のみでは実際にどの程度この抑制機構減弱に関与しているのか不明である。またこれらの発現様式変化がコルチゾール分泌過剰によりもたらされている可能性も考えられる。そのため、我々は下垂体ACTH産生腺腫および正常下垂体細胞の培養系を確立し、実際に培養細胞を用いてコルチゾールが代謝酵素および受容体発現に及ぼす影響の検討、さらには代謝酵素および受容体発現の変化がコルチゾール代謝、作用に及ぼす影響の研究を現在進めている。
微生物が有する休眠酵素の活性化技術の構築と覚醒メカニズムの解明

工業用酵素は微生物の菌体外酵素が多いが、菌体内酵素は菌の生存に必須なものが多いのに対し、菌体外酵素は必ずしも生存に不可欠でないために「休眠酵素」の状態をとっている場合が想定される。本研究では、最近申請者らが環状オリゴ糖生産酵素の覚醒に成功したパエニバチルス属菌において休眠状態と推定されるアガラーゼ関連酵素群を対象とする。また、新たに有用酵素生産菌のスクリーニングも行う。これら菌体外酵素をターゲットとして、「リボゾーム工学」法を用いて各種の変異導入を行い、休眠酵素遺伝子の覚醒を試みる。本課題は休眠酵素遺伝子を覚醒させることにより、これまでにない全く新しい機能を持つ酵素の発見を目指す。
タンパク質・糖鎖の低親和性複合体構造の予測

本研究課題では、構造柔軟性を持つ糖鎖リガンドに着目し、計算機を用いた低親和性複合体の構造予測に必要な計算基盤を構築した。既存のCHARMM糖鎖力場に対して新たなCMAP補正を開発し、レプリカ交換アンブレラサンプリングを用いて実験的な糖鎖構造を良く再現することに成功した。レクチンと糖鎖複合体構造の初期モデリングを行い、今後の本計算に向けた予備的な知見を得た。タンパク質によるリガンド認識は、生物科学や創薬化学の中心的課題の1つである。構造解析が可能な高親和性リガンドの結合構造予測に比べ、低親和性複合体構造の予測は非常に困難である。本研究課題では、構造柔軟性を持つ糖鎖リガンドに着目し、計算機を用いた低親和性複合体の構造予測に向けて以下の研究を実施した。1.糖鎖の既存力場の検証と新たなCMAP補正の開発糖鎖が溶液中でとりうる立体構造分布の解明は、低親和性糖鎖の結合構造予測を実現するための前提となる。溶液中の糖鎖は単一構造ではなく幾つかのコンフォマーとして存在することが知られている。広く用いられているAMBERとCHARMM力場を用いた計算を行った結果、平衡構造分布に顕著な違いが見られた。そこで、柔軟性の高いα1-6結合の配向に対して高精度量子化学計算の結果を完全に再現するCMAP補正を新たに開発した。新たなCMAP補正を用いて2糖、3糖の計算を行い、既存の力場と比べて、実験値に近いα1-6結合の配向分布を得た。2.構造探索法の検証糖鎖の構造柔軟性を正しく求めるためには、力場の精度とともに、十分な構造探索が必要である。我々は温度をパラメタとしたレプリカ交換分子動力学法(REMD)とα1-6結合の2つの二面角をパラメタとしたレプリカ交換アンブレラサンプリング法(REUS)を用いて2糖、3糖の計算を行った。その結果、糖鎖の構造柔軟性を正しく評価するためには、温度に加え、α1-6結合の二面角を反応座標としたREUS法の様な計算が必要であることを示した。力場開発と構造探索法の検証に予想以上の時間を要した結果、OS9と糖鎖複合体構造の予測については、初期モデリングと既存の方法を用いた予備計算に留まった。今後、複合体構造の本格的な計算を実施し、NMRなどの実験結果と比較し、信頼できる予測法の確立を目指す。
南アジア半乾燥熱帯地域における社会的弱者層の生業動態の解明と生存戦略の探求

南アジア(インド)の社会的弱者層がいかに生態環境に適合し生業活動をおこなっているかを解明し、生存戦略を明らかにすることが本研究の目的であった。作物生産や家畜飼養に関しては村内資源への依存が強く、不足しがちな副菜や調味料、嗜好品の購入は日雇い労働や出稼ぎ労働からえられる現金でまかなっていた。また、金銭を工面する際は親族に加えて、金貸しの存在も大きいことを明らかにした。本研究の目的は、南アジアの社会的弱者層の生存戦略を明らかにすることで貧困削減の糸口を見つけることである。本年度はインド北西部ラージャスターン州アラバリ山脈周辺域において広域調査をおこない、調査対象村Mを選定した。M村の社会構造と生業の地域性を明らかにするために集落の構造、居住形態や家屋の構造を記録するとともに、慣行農法・家畜飼養・灌漑水利用・副業・季節的出稼ぎについて聞き取り調査をおこなった。聞き取り調査の結果、1).肥沃度管理において家畜糞尿の施用が重要であること、2).牧畜カーストを除くカーストおよび民族集団の家畜所有はそれほど多くないこと、3).農業の機械化が進むにもかかわらず、畜力牽引犂・畜力牽引井戸を用いた農耕をおこなっていること、4).多くの世帯で近郊の中小都市への農閑期の出稼ぎをおこなっていることがわかった。平成26年度は、主に、自然資源利用の地域性を理解するための調査および在来農耕技術の調査をおこなった。自然資源利用の地域性:家畜の資源利用把握のための、乾季(序盤・中盤・終盤)と雨季の4期間に小型GPSを用いて中家畜の放牧域計測を重点的におこなった。また、あるコミュニティにおいては井戸と耕地の位置情報をGPSで計測し、栽培作物などについての聞き取り調査をおこなった。在来農耕技術の調査:遠藤仁(総合地球環境学研究所)を研究協力者として招へいし、伝統的農具(畜力牽引犂、畜力揚水井戸)および各コミュニティの家屋の平面図の記載をおこなった。加えて、伝統的農具である畜力牽引犂halについては、制作過程を映像として記録した。平成27年度は下記の項目の調査をおこなった。農業生産性評価:トウモロコシの生産性を評価するための調査をおこなった。坪狩りによる収量調査の結果、対象村落におけるトウモロコシの収量は2.9t/ha(風乾重)であった。食の外部依存性の評価:インタビューと参与観察から、主食であるコムギとトウモロコシについては自給をおこなっていた。副食については、1.雨季の天水に依存し保存のきく作物(トウモロコシやマメ類)栽培および野菜野菜栽培と、2.乾季の灌漑水を利用した野菜栽培をおこなうことで入手していた。しかし、副菜についての自給率は低く、市場で購入する世帯が多いようであった。また、調味料や嗜好品についてはおおむね市場で購入していた。社会ネットワーク構造の解明:対象村落は4つのコミュニティから構成されていた。それぞれのコミュニティで、グループディスカッションをした結果、他コミュニティと婚姻関係を持つことはなく、近隣村落の同コミュニティから配偶者をもらっていた。農業生産性評価の調査が遅れているが、自然資源利用の地域性および在来農耕技術が明らかになりつつあり、おおむね当初の計画通りである。境界農学、環境土壌学生産性評価に関する調査をおこなうとともに、食の外部依存性の評価および極端気象などのショックへの社会ネットワーク利用について明らかにする。調査村における社会構造と生業の地域性が明らかになりつつあり、おおむね当初の計画通りである。1.自然資源利用の地域性を理解するために下記、(1).土地利用図作成:作季(カリーフ作とラビ作)ごとに、GPSを用いて作物栽培区域を計測する。また、家畜の放牧域や水利用域も計測することでその地域の土地利用を明らかにする。(2).栽培作物の多様性評価:単一栽培は気象変動や病虫害の発生に脆弱である。よって、現地の農民は栽培作物の多様化を図り危険分散をおこなっている。そこで、先述の土地利用図から各栽培作物の栽培面積を算出し作物多様性を面的に評価する。(3).その他の資源利用:土地所有、灌漑用水の利用、家畜飼養の方法、有用植物利用について聞き取る。(4).気候変動への対処:過去に生じた気候変動の年にどのような資源利用(対処行動)をとったかを聞きとる。の項目について比較する。そうすることで異なる農業生態環境下での生存戦略を解明する。2.在来農耕技術の調査として、(1).在来農耕技術:農耕技術体系や在来技術群から環境への負荷を軽減できる技術を発掘し、(2).伝統的農具インベントリー作成:対象地域は近代化が進み機械化が導入されつつある、そこで伝統的農具を収集、記載する。また、その利用方法について聞き取る。また、鍛冶屋、大工に依頼し民具を制作してもらいその制作過程を記録として残すことで在来の技術の保存をおこなう。3.農業生産性評価の栽培

試験:調査地域の作物生産性を見積もるために、主食であるトウモロコシを栽培試験区にて栽培する。栽培には在来品種を用い、いくつかの栽植密度を設定することで生産量の違いを評価する。栽培試験の結果については現地の農民に感想を聞くことで生産量以外(稈の利用)の資源利用についても評価したい。その他の作物については、作目ごとに栽培世帯において坪刈りをおこない生産性を算出する。
多次元超音波像ビジュアライゼーションシステムの開発

本研究は、超音波診断法の簡便性、繰り返し検査可能性などの特色を生かして、体内臓器の3次元形状などのデータの取得と表示を行う、多次元超音波臓器形状ビジュアライゼーションシステムを開発しようとするものであった。超音波診断装置を用いることにより、種々の断面の体内断層像を取得することは容易であり、それらを組み合わせることにより、体内形状などの3次元的なデータを取得することができる。このようなデータを臨床現場で有効に利用するためには、多次元イメージデータ処理を高速にインテリジェントに行うシステムを開発することが必要である。本研究では、3次元体内データの取得を超音波診断装置およびプローブ位置情報計測システムと組み合わせて行うシステムの開発と多次元データの表示システムに関する検討を行った。まず、超音波プローブに、磁気を用いた空間位置センサを取り付けることにより、プローブの操作性を損なうことなく、画像の空間内での位置を取得し、入力画像をそれらの位置データを基に3次元データ空間に蓄積し、3次元データを作成するシステムを構成した。また、3次元データを高速にハンドリングするための3次元メモリシステムを作成し、3次元メモリに格納された3次元画像データに対し、座標変換、深度画像(3D画像)の作成などを高速に行うハードウェアを開発した。これにより、任意の実体像・断面像を高速に作成することが可能となった。さらに断面の位置や方向を変更しながら実体像、断面像の作成、表示を繰り返すことによって、3次元画像の全体的な形状や内部構造を容易かつ短時間に把握するための表示システムとして有効であることを確認した。今後は、3次元超音波断層像の取り込みシステムと3次元メモリシステムを結合させ、非侵襲で手軽な検査装置である超音波断層装置による3次元断層像の観察システムをより簡便に使用できるものとする必要があろう。本研究は、超音波診断法の簡便性、繰り返し検査可能性などの特色を生かして、体内臓器の3次元形状や拍動状況の表示、さらに、診断情報の抽出と表示などを行う、無侵襲多次元超音波臓器形状ビジュアライゼーションシステムを開発しようとするものである。本年度の研究においては多次元データを格納表示するためのシステムを、ワークステーション上で構成するシステムを作成すると共に、パーソナルコンピュータに付加するメモリシステムを作成し、3次元データからの高速断面切り出し法、3次元形状の高速表示に関する検討を行い、パーソナルコンピュータにてリアルタイムに断面切り出し、また、3次元表示するためのシステムを構成した。また、超音波断層データをプローブの位置・角度情報と共に取り込み、3次元データを構成する実験を行うと共に、データ取得上の問題点、特に無データ域への補間データの作成法、ノイズ除去フィルタ等について、各種のアルゴリズムの実験検討を行った。この際に、多重時刻データを積極的に用いることにより、データの品質向上がはかれることも確認できた。今後、3次元データの取得実験を通じての問題点をさらに検討していくことが必要であり、また、拍動心臓データ(4次元データ)に対する処理に適用し、動画像処理・多次元イメージ処理への応用を計るとともに、臨床現場で超音波診断装置およびプローブ位置情報計測システムと組み合わせて使用することにより、実時間に近い速度で臓器形状の表示が可能なシステム構成を検討する予定である。本研究は、超音波診断法の簡便性、繰り返し検査可能性などの特色を生かして、体内臓器の3次元形状や拍動状況の表示、さらに、診断情報の抽出と表示などを行う無侵襲多次元超音波臓器形状ビジュアライゼーションシステムを開発しようとするものであった。本年度の研究においては超音波診断装置からの断層データを、ワークステーションのメモリ上に構成した3次元データ空間に格納表示するための取得実験を行い、各種の問題点に対する検討を行った。

データ取得上の問題点として、位置データの取得と画像データの取得の同期上の問題を解決するとともに、高速単純化メディアンフィルタの構成と実験的検討を行い、データの品質向上を計った。また、3次元表示手法も距離画像のみならず、ボリュームレンダリングや厚みデータなど、各種の手法を組み込んだシステムを構成した。一方、パーソナルコンピュータに組み込んだメモリシステムを用いた3次元データの表示システムに、動画表示のための付加回路を追加して、拍動3次元形状の高速表示システムを構成し、高速動画作成表示の可能性を確認した。今後、さらに3次元データの取得実験を通じての問題点をさらに検討していくことが必要であり、また、拍動心臓データなどの4次元データの取得・処理・表示方法に関するに検討を加え、動画像処理・多次元イメージ処理への応用を計るとともに、臨床現場で、超音波診断装置およびプローブ位置情報計測システムと組み合わせて使用することにより、実時間に近い速度で臓器形状の表示が可能なシステム構成を検討する予定である。
金属ガラスにおける核生成自由エネルギー

過冷却液体からの結晶の核生成自由エネルギーを第一原理計算から求めることができれば,アモルファス形成能や,過冷却液体からの微結晶化を制御する有力な手段となる.申請者は第一原理計算によって過飽和固溶体からの析出核生成にともなう活性化エネルギーを精密に求める手法を開発した.これを液固反応に適用することを当初考えて研究を進めたが,いくつかの課題を克服する必要があることが判明した.固液反応における活性化エネルギーを計算するには,液相と固相それぞれの自由エネルギーの差を知ればよい.ところが,液相と固相の自由エネルギーは1次変態で独立である.したがって,少なくともどこかに基準を取った絶対値が必要となる.特にエンタルピー項は体積変化に依存した微妙な値であるが,液体において平衡体積を静的なモデルから解析的に定めることは不可能である.これを固体の体積-エネルギー曲線から評価できないかと第一原理計算をおこなったが,液体金属の希薄固溶エネルギーの3d遷移金属系列にわたる傾向は,見事に再現していた.しかし,固体と液体の自由エネルギーの相対的な差を再現することはできなかった.実際の融点を分子動力学シミュレーションから求める研究はSturgeon-Lairdにより実行されている.そこでは,固体の自由エネルギーはアインシュタイン結晶から原子間相互作用に向かってスイッチを切り替えて,積分を実行している.一方,液体の自由エネルギーは理想気体から臨界点を迂回したパスで積分を実行している.このような積分計算には大きな系での動的なシミュレーションによる長時間平均の計算が求められ,市販のCPUを数台組み合わせたクラスターマシンでは年単位の計算時間が必要となる.より高速,大容量のスーパーコンピュータの利用が不可欠である。金属ガラスは過冷却液体を凍結することによって達成される.したがって,その形成能は,液体の安定性と核生成頻度によって決定される.申請者は,材料開発において重要となる,電子構造,原子レベル,状態図,連続体のマルチスケールにわたる挙動をシミュレーションする計算手法の開発をおこなってきた.特に,過飽和固溶体からの第2相の析出においてキーとなる核生成の自由エネルギーを第一原理から計算する手法を開発した.本研究では,この手法を液固反応に応用し,過冷却液体からの核生成の自由エネルギー計算を目標に研究を進めている.今年度の研究で得られた知見をまとめる.(1)固体の自由エネルギーを精密に計算するフレンケル法を液体に適用することは可能である.しかし,気体から3重点を迂回するような経路で積分をする必要があり,単純なイジングモデルは使えず,計算が煩雑で,精度も落ちる.(2)エネルギー・体積曲線から自由エネルギーを予測する手法を模索した-金属ガラスで傾向が違うとされるZrとTiとの差は得られなかった.しかし,希薄固溶エンタルピーと半径,硬度の相関が判明し,液体の自由体積を含めて予測を進める予定である.(3)過冷却液体の安定性を,準安定平衡状態図から考えることが可能であることが判明した.準安定溶媒を用いた結晶成長をマルチスケールでシミュレーションすることで,過冷却液体での核生成,成長に関する原子レベルの挙動を研究する予定である.過冷却液体からの結晶の核生成自由エネルギーを第一原理計算から求めることができれば,アモルファス形成能や,過冷却液体からの微結晶化を制御する有力な手段となる.申請者は第一原理計算によって過飽和固溶体からの析出核生成にともなう活性化エネルギーを精密に求める手法を開発した.これを液固反応に適用することを当初考えて研究を進めたが,いくつかの課題を克服する必要があることが判明した.固液反応における活性化エネルギーを計算するには,液相と固相それぞれの自由エネルギーの差を知ればよい.ところが,液相と固相の自由エネルギーは1次変態で独立である.したがって,少なくともどこかに基準を取った絶対値が必要となる.特にエンタルピー項は体積変化に依存した微妙な値であるが,液体において平衡体積を静的なモデルから解析的に定めることは不可能である.これを固体の体積-エネルギー曲線から評価できないかと第一原理計算をおこなったが,液体金属の希薄固溶エネルギーの3d遷移金属系列にわたる傾向は,見事に再現していた.しかし,固体と液体の自由エネルギーの相対的な差を再現することはできなかった.実際の融点を分子動力学シミュレーションから求める研究はSturgeon-Lairdにより実行されている.そこでは,固体の自由エネルギーはアインシュタイン結晶から原子間相互作用に向かってスイッチを切り替えて,積分を実行している.一方,液体の自由エネルギーは理想気体から臨界点を迂回したパスで積分を実行している.このような積分計算には大きな系での動的なシミュレーションによる長時間平均の計算が求められ,市販のCPUを数台組み合わせたクラスターマシンでは年単位の計算時間が必要となる.より高速,大容量のスーパーコンピュータの利用が不可欠である。
銀行破綻における法的問題の研究-監督当局に対する責任追及とその法的対応-

諸外国において、銀行破綻は監督当局に対する責任追及を惹起している。とりわけ、監督当局に対する責任追及は、銀行破綻において預金を回復できない預金者によって提起される。そのため、本研究の目的とは、ドイツにおける監督当局の責任の法的枠組みを検討することである。検討を行った結果、免責による監督当局の保護は、いくつかの法律上の問題を理由として、正当化されえないことが明らかになった。本研究は、その目的を、銀行の経営悪化・破綻時における監督当局の責任に関する問題を、その対応なり方向性なりが未だ示されていないわが国の現状に求め、1970年代の銀行破綻においてドイツ連邦監督局の監督責任が大きな社会問題となったドイツにおける法的対応とそれをめぐる判例および学説の動向を分析し、わが国においても現実に生起しうるであろう法律上の問題について検討を加えるものである。本研究は、銀行の経営悪化・破綻時におけるドイツの銀行監督当局の責任問題を対象としており、とりわけ1979年のヘルシュタット銀行事件判決および1984年の第3次ドイツ信用制度法(わが国の銀行法に相当)改正に関する研究がその中心となっている。そこで、本研究の初年度にあたる平成20年度においては、提出済みの「科研費補助金交付申請書/研究実施計画」に従って、銀行法および金融法分野に関する多くの文献・資料を所蔵する(社)東京銀行協会/全国銀行協会附属の銀行図書館を積極的に利用するなどして、本研究に関する国内外の文献・資料の収集に努めてきた。なお、本研究代表者は、昨年7月の四国・金融商事法研究会(平成20年7月12日(土)於香川大学)において、「銀行規制における監督当局の責任」と題する研究報告を行った。同研究報告はもっぱらイギリスにおける銀行監督当局の法的責任を対象とするものにすぎないが、本研究と同様の問題を検討していたこともあり、若干ではあるが、本研究の対象であるドイツ法の現状(具体的には、銀行監督当局の責任が表面化したヘルシュタット銀行の破綻および同銀行事件判決、ドイツにおける預金保険制度の内容、監督当局の責任を免除する旨を定めたドイツ法の規定の各紹介)について報告を行っている。本研究は、銀行の経営悪化・破綻時における監督当局の責任に関する問題を、その対応なり方向性なりが未だ示されていないわが国の現状に求め、1970年代の銀行破綻においてドイツ連邦監督局の監督責任が大きな社会問題となったドイツにおける法的対応とそれをめぐる判例および学説の動向を分析し、わが国においても現実に生起しうるであろう法律上の問題について検討を加えるものである。本研究は、銀行の経営悪化・破綻時におけるドイツの銀行監督当局の責任問題を対象としており、とりわけ1979年のへルシュタット銀行事件判決および1984年の3次ドイツ信用制度法(わが国の銀行法に相当)改正に関する研究がその中心となっている。そこで、本研究の最終年度にあたる平成21においては、提出済みの「科研費補助金交付申請書/研究実施計画」に従って、銀行法および金融法分野に関する多くの文献・資料を所蔵する(社)東京銀行協会/全国銀行協会附属の銀行図書館を積極的に利用するなどして、本研究に関する国内外の文献・資料の収集、収集した資料・文献の読込みに努めてきた。現在、具体的な構想を練りながら、研究論文の執筆作業に取り掛かっているところであるが、近年、ドイツでは、監督当局の責任をめぐって従来より問題となっていた免責規定((旧)KWG 6条(3)項、(現)FinDAG 4条(4)項)の憲法適合性に関する初めての判断が連邦通常裁判所によって示されたことや、昨年には世界的な金融危機に端を発した金融規制強化の流れのなかで、預金保険制度の見直しが進められるなど、研究開始当初は想定されなかった不測の事態が相次いで生じた。そのため、平成21年度を最終年度として終える予定であった本研究についても相当な遅れが生じ、未だ本研究成果を公表するには至っていない。したがって、平成22年10月中を目処に研究論文の執筆作業を終え、その後早急に研究論文を本学紀要に公表する予定である。
先天性水頭症における脳発達障害の成立機序の究明と胎内治療の開発に関する基礎的研究

本研究では先天性水頭症ラットHTXに対して実験的治療、即ち、脳室腹腔短絡術を試み、手術時期の選択がいかに脳の神経細胞とシナプスの発達障害を修飾するかについて神経病理学的並びに行動生理学的に検討した。昭和62年度までの研究成果は、生後4週齢に短絡術を行なっても、すでに術前に発来した大脳皮質シナプスの形成障害や学習能低下は回復しないことが示唆された。この知見を踏まえ、昭和63年および平成元年度にはまず生後10日以前の水頭症発現ラットに短絡術を試み、その手術手枝を確立した。次いで早期短絡術の効果を1.脳室造影および核磁気共鳴画像(MRI)による脳室容積と大脳皮質の短絡術前後の経時的変化2.^<14>Cデオキシグルコ-スオ-トラディオグラム法による局所脳代謝率測定3.神経病理学的検索4.シナプス小胞蛋白(SVP-38)に対するモノクロ-ナル抗体(0bataK.1986)を用いた免疫組織学的検索5.Y-Arm-Maze法とAutomex-IIを用いた動物行動生理学的検討6.rapid-Golgi法によるspine、樹状突起、軸索、髄鞘の観察などの手法を用いて多角的に検討した。その結果、早期脳室腹腔短絡術は脳皮質の増大、脳質の縮小化、白質髄液浮腫の軽減、脳質上衣細胞形態と配列の正常化をもたらすとともに、大脳皮質各部位の局所脳代謝障害の阻止、大脳皮質第II・III層におけるspine densityの正常化、更に、正常に近い行動生理学的発達の促進などをもたらすことが明らかとなった。以上の研究成果より先天性水頭症に対する早期治療の必要性を裏付ける理論的根拠が確立された。これらの成果はすでに放棄された水頭症の胎内治療の再考をうながすものと考えられる。先天性水頭症ラットーHTXを用いて,先天性水頭症における脳の発達障害を検索した.1〔ゴルヂ法〕生後2週齢のHTX水頭症では大脳皮貭錐体細胞に(1)尖頭樹状突起の蛇行,スパインの減少,(2)基底樹状突起の神展や消失,また,スパインの減少や数珠状変化を認めた.これらの所見な先天性水頭症における大脳皮貭の菲洪化には樹状突起,スパイン,軸索,髄鞘の病変または発達障害が関与することが示唆された.スパインの減少はシナプスの形成障害を示唆する所見と推定された.2〔免疫学的方法〕シナプス小胞蛋白ーSVPー38に対するモノクローナル抗体171B5を用いた関接蛍光抗体法にてHTXの脳に免疫組織化学染色を行った.その結果,(1)蛍光顕微鏡下にシナプスの分布と局在を極めて鮮明に描出することが可能となった.(2)出生後のシナプスの分化を発達を経時的に,また,定量的に解析する目的で,水頭症非発現HTXの大脳皮貭第I層におけるスポット蛍光強度を顕微分光光度計を用いて測定したところ,生後7日から28日の間に蛍光光度が急速に増加する状況を促えることが出来た.(3)水頭症発現HTXについても同様のの定量解析を行い,その結果を水頭症非発現動物における測定値を比較検討したところ,前者では生後のシナプスの形成と発達が有意に障害されている可能性が強く示唆された.これらの結果から,この免疫組織化学的な手法がシナプスの分化・発達・形成の障害を研究する上に極めて有利な方法となり得ることが示唆された.

一方,水頭症発現HTXに短絡術を行い,短絡管依存性水頭症HTXを作製した.これら動物の学習能をY迷路で検索すると,行動生理学的な異常が証明された.現在これらの行動生理学的異常とシナプスの発達を形成障害の連関を検索しており,これらの研究を先天性水頭症児における精神運動発達遅滞の究明に役立てようとしている.63年度に引き続き、以下の実験的研究を行った。短絡術施行後の水頭症脳における病態解明を目的として、4週齢の急性進行性水頭症ラットHTXに脳室腹腔短絡術を施行し、短絡管依存停止性水頭症HTXを作製、短絡術が大脳皮質神経細胞の形態学的及び機能的障害を如何に修飾するかを検討した。(1)短絡管依存停止性水頭症HTXの学習脳をY-mazeを用いた明暗弁別学習試験にて評価したところ、sham手術群と比較して、全者では学習脳の低下が明らかとなった。(2)Autamex IIを用いてこれら動物の運動量を夜間経時的に測定したところ、短絡管依存停止性水頭症HTXでは運動量の増加が明らかとなった。この結果より、短絡管依存停止性水頭症HTXの学習障害は動物の運動機能の低下に随伴して起こったものではないことが示唆された。(3)以上の行動生理学的検索を終了した短絡管依存停止性水頭症HTXを屠殺、その脳室拡大率を検索した。短絡術後、脳室は短絡術前より明らかに小さくなったが、その値は必ずしも一定していなかった。しかし、一部の動物の大脳皮質は肥厚し、水頭症の進行で一度失われた大脳皮質の6層構造は再構築されていると思われた。(4)これらの脳をゴルジ染色標本にて観察すると、皮質錐体細胞の樹状突起の太さ・長さ・分岐の角度などには特記すべき異常は認められなかったが、大脳皮質第II・III層の錐体細胞の尖頭及び基底樹状突起のspine densityはsham手術群に比較すると有意に減少している事実が捉えられた。(5)シナプス小胞蛋白(SVP-38)に対するモノクローナル抗体(Obata K.1986)を用いて、同動物のシナプス形成障害の有無の検索を試みたが、脳固定の不備により信頼できるデータを得ることができなかった。64年度には生後12週齢の水頭症発現HTXに対し早期短絡術を行い、短絡管の早期設置が大脳皮質神経細胞及びシナプスの形成障害をどのように修飾するかを検索していく所存である。先天性水頭症に対する治療時期の選択はいまだ未解決の問題として残されけている。当教室では先天性水頭症ラットHTXを用い、生後4週齢(神経系の発達過程ではヒトの幼・少年期に相当すると考えられる)の水頭症発現ラットに対して脳室膜腔短絡術を行い、その手術時期(早期・晩期)がいかに脳の神経細胞とシナプスの発達障害を修飾するかについて神経病理学的及び行動生理学的な立場から検討してきた。昭和62年度までの研究成果では生後4週齢に短絡術を行なった場合には、すでに術前に発来した大脳皮質のシナプス形成障害や学習低下を回復しえない可能性が示唆された。この知見を踏まえ、昭和63年および平成元年度には生後710日齢(ヒトの胎生未期もしくは出生直後に相当すると考えられる)の水頭症発現ラットに早期短絡期術を試み、その手術手技を確立した。次いで早期短絡術がいかに神経細胞とシナプスの発達障害を修飾するかについて、1.脳室造影及び核磁気共鳴画像(MRI)による短絡術前後の脳室容積と大脳実質幅の経時的変化、2.^<14>Cデオキシグルコ-スオ-トラディオグラム法による局所脳代謝率の変化、3.光顕および電顕による脳の神経病理学的検索、4.rapidーGolgi法によるspine densityと樹状突起の観察、などの多角的な検討を行ったその結果、生後710日齢における脳室腹腔早期短絡術は脳実質幅の増大、脳室の縮小化、白質随液浮腫の軽減、脳室上衣細胞の形態と配列の正常化をもたらすことが明らかとなった。
ロータリー視覚と動画像処理を用いた立体外観モデル構築システムの開発

本研究開発では、将来の植物工場や高度に微細化した電子機器等のハンドリングや検査のための視覚センサーを開発した。まず、微小な対象物を斜め方向から見ながら回転、連続画像を撮像するロータリー光学系を開発した。そして、それにより撮像した連続画像を利用した3次元計測アルゴリズムの開発を行い、数mm角程度の微小対象物全体の3次元モデル構築を行った。(1)ロータリー光学系の開発ロータリー光学系については、(株)ハイロックス社の目視観察用の光学系をベースに、対象、レンズ、撮像面での平行性を保ったあおり光学系を導入することで、画像処理を行う上で問題となっていたひずみのない画像を得ることが出来た。また、観察視野と焦点深度の拡大を行い、基板上の部品検査に適用可能な視野とすることが出来た。(2)連続画像撮像処理系ロータリー光学系の回転スピードとして1回転/秒を実現した。そして、ロータリー光学系が撮像する連続画像として、16画像/秒で取り込むシステムとした。(3)3次元計測アルゴリズムの開発ロータリー光学系からの連続画像を用いた3次元モデリング手法を開発した。アルゴリズムは以下の通りである。(1)画像の輪郭直線度を評価、多段2値化により、対象物外形輪郭を求める、(2)連続画像間で、輪郭同士を対応づける、(3)対応する輪郭外形の画素の対応付けを連続画像で行う。この対応付けの方法として、変形のある画像輪郭での対応付けのためのDPマッチングアルゴリズムを開発した。(4)連続画像から対応付けで結ばれた輪郭画素の軌跡が円となることに着目、軌跡円の直径を求めて、これから各輪郭画素の高さを求める、(5)3次元位置を決定できた輪郭画素の3次元表示を行い、対象の3次元モデルを表示する。変形のある画像輪郭間で、最適な画素間での対応付けを行うため、DPマッチングを応用した。輪郭点群の中で、外形的特徴の強い点を固定点として定義、固定点間の輪郭画素について、周囲輝度値の傾向が一致するように、輪郭の伸縮を許しながら対応付けを行う方法である。以上の処理により、部品を搭載した基板のモデル化を行い、部品の3次元的外形を求めた。また、基板の銅配線パターンについてもモデル記述を行い、部品の相対位置を求めた。本研究開発では、微小な対象物を斜め方向から見ながら回転、連続画像を撮像するロータリー光学系の開発と、その連続画像を利用した3次元計測アルゴリズムの開発を行い、数mm角程度の微小対象物全体の3次元モデル構築を行う。16年度は下記3項目の開発を行った。1)ロータリー光学系の開発これまでのロータリー光学系の欠点である、観察視野が狭い、焦点深度が十分でない、遠近ひずみがある、を解消するため、あおり光学系による撮像系を開発した。対象、レンズ、撮像面での平行性を保ったまま、ロータリー光学系の撮像中心を視野の中央に置いて回転する光学系を構成した。撮像実験により、5mm角の視野と、十分な視差が得られることを確認した。2)連続画像撮像処理系の開発ロータリー光学系で撮像した回転画像中の特徴ポイントに着目し、動きを追跡、それが描く円の径から高さZを、円の中心から(x,y)

座標値を決定するアルゴリズムを開発した。多段階閾値により、確実な追跡が出来る輪郭特徴点決定と、追跡のための対応点のDPマッチング手法の開発、追跡結果の統合と生成された円の抽出を実現した。3)3次元計測アルゴリズムの開発ロータリー光学系を用いた3次元画像計測の手法として、a)相対計測法とb)不動点検出法の2つの方法を検討した。相対計測法について、具体的にプログラム開発、3次元空間中でのモデル記述を行い、表示する事が出来た。不動点検出法については、微分画像による特徴位置の決定と、そこでの相関値を利用した不動点の選択アルゴリズムを開発した。以上の成果を元に、平成17年度は3次元モデルの構築を行う。本研究開発では、将来の植物工場や高度に微細化した電子機器等のハンドリングや検査のための視覚センサーを開発した。まず、微小な対象物を斜め方向から見ながら回転、連続画像を撮像するロータリー光学系を開発した。そして、それにより撮像した連続画像を利用した3次元計測アルゴリズムの開発を行い、数mm角程度の微小対象物全体の3次元モデル構築を行った。(1)ロータリー光学系の開発ロータリー光学系については、(株)ハイロックス社の目視観察用の光学系をベースに、対象、レンズ、撮像面での平行性を保ったあおり光学系を導入することで、画像処理を行う上で問題となっていたひずみのない画像を得ることが出来た。また、観察視野と焦点深度の拡大を行い、基板上の部品検査に適用可能な視野とすることが出来た。(2)連続画像撮像処理系ロータリー光学系の回転スピードとして1回転/秒を実現した。そして、ロータリー光学系が撮像する連続画像として、16画像/秒で取り込むシステムとした。(3)3次元計測アルゴリズムの開発ロータリー光学系からの連続画像を用いた3次元モデリング手法を開発した。アルゴリズムは以下の通りである。(1)画像の輪郭直線度を評価、多段2値化により、対象物外形輪郭を求める、(2)連続画像間で、輪郭同士を対応づける、(3)対応する輪郭外形の画素の対応付けを連続画像で行う。この対応付けの方法として、変形のある画像輪郭での対応付けのためのDPマッチングアルゴリズムを開発した。(4)連続画像から対応付けで結ばれた輪郭画素の軌跡が円となることに着目、軌跡円の直径を求めて、これから各輪郭画素の高さを求める、(5)3次元位置を決定できた輪郭画素の3次元表示を行い、対象の3次元モデルを表示する。変形のある画像輪郭間で、最適な画素間での対応付けを行うため、DPマッチングを応用した。輪郭点群の中で、外形的特徴の強い点を固定点として定義、固定点間の輪郭画素について、周囲輝度値の傾向が一致するように、輪郭の伸縮を許しながら対応付けを行う方法である。以上の処理により、部品を搭載した基板のモデル化を行い、部品の3次元的外形を求めた。また、基板の銅配線パターンについてもモデル記述を行い、部品の相対位置を求めた。
小・中学生のためのボキャビル大作戦

「ゆとり教育」を目指した学習指導要領の改訂の結果、「英語語彙数の不足」とその「低い定着率」が問題となっている。その解決策として本研究課題では、小学校から始まる英語活動に関して、中学校の英語学習と有機的に連動させる語彙指導の体系を提案し、検証した。研究の大きな柱には1)「小学生のための日常生活語彙」の選定、2)「中学校重要語彙」の選定、3)CALL教材の開発があった。1)「小学生のための日常生活語彙」の選定我が国で初めて、客観的指標に基づく日本人小学生のための日常生活語彙の選定を行った語彙選定はa)「海外・国内英語絵辞書」30冊を分析して得られた5,259語の異なり語からなる「英語絵辞書の語彙リスト」と、b)129万語の「子供話し言葉コーパス」と1千万語の「BNC(大人)話し言葉コーパス」の統計的な比較から得られた「子供話し言葉に特徴的な語彙」の両者を統合して行った。さらにBasic Elementary Reading Vocabularies (Harris & Jacobson,1972)とThe Living Word Vocabulary (Dale & O'Rourke,1981)を参照し、当該語彙の指導学年の資料を付与した500語からなる「小学生のための日常生活語彙リスト」を作成した。2)「中学校重要語彙」の選定「中学校重要語彙」は1)6種の中学校教科書を入力して「中学校教科書語彙コーパス」を作成し、2)4種以上の教科書に出現する語彙を選定するという手順で行われた。「中学校重要語彙」は、小学校での学習が想定される上述の「日常生活語彙」との重なりに配慮して、4レベルに分けて教材化された。3)CALL教材の開発上記1)の語彙リストに基づき小学生用のCALL教材のプロトタイプを提案した。さらに2)の教材については中学生が楽しく、単語の意味、発音、綴り、用例を総合的に習得できるCALL教材を開発した。開発された教材は実際に中学校の英語選択授業で活用され、中学生の語彙力養成の補助教材となっている。本研究の目的は、1)学校英語教科書に不足する生活語彙を補うための「日常生活語彙基本資料」を作成する、2)上記結果に基づいた、学習効果の高い、小・中学生のための語彙学習用CALL教材を開発しその試用効果を検証する、というものである。平成16年度は、以下の研究実績をあげた。研究目的1)について「日常生活語彙基本資料」を作成するため、海外で出版された英語絵辞典20冊、国内で出版された英語絵辞典10冊を元に、「英語絵辞典データベース」を作成し、そこから5,259語の「絵辞典出現語彙」を得た。次いでCHILDES等の「子ども話し言葉」コーパスをBritish National Corpusの「成人話し言葉」と統計的に比較し、「絵辞典出現語彙」の「子ども話し言葉」としての「特微度指数」を算出した。最後に「絵辞典出現語彙」に対して、何冊の絵辞典に出現したかという「レンジ」や「特徴度指数」等の基本統計量を付した「日常生活語彙基本資料」を作成した。本資料は、英語日常生活語彙を指導する際の語彙選定のための有益な基本資料となる。研究目的2)について国内で使用されている6種の中学校教科書を収集して1,608語からなる「中学校教科書出現語彙データベース」を作成した。次いで、4種以上の教科書で扱われている543語を「中学校重要語彙」として抽出した。

さらに選定された「中学校重要語彙」を学ぶためのCALL教材のプロトタイプを作成し、中学校にて試用実践を行った。その後、試用実践の結果に基づきCALL教材の改良を行った。研究成果は「外国語教育メディア学会第45回全国研究大会」にて研究発表の予定である。「ゆとり教育」を目指した学習指導要領の改訂の結果、「英語語彙数の不足」とその「低い定着率」が問題となっている。その解決策として本研究課題では、小学校から始まる英語活動に関して、中学校の英語学習と有機的に連動させる語彙指導の体系を提案し、検証した。今年度の研究の大きな柱には1)「日本人小学生のための日常生活語彙」の選定、2)「中学校重要語彙」習得のためのCALL教材の開発と試用実験があった。1)「小学生のための日常生活語彙」の選定今年度の成果として、我が国で初めて、客観的指標に基づき日本人小学生のための日常生活語彙を選定し、国内外の学会で発表した。語彙選定はa)「海外・国内英語絵辞書」30冊を分析して得られた5,259語の異なり語からなる「英語絵辞書の語彙リスト」と、b)129万語の「子供話し言葉コーパス」と1千万語の「BNC(大人)話し言葉コーパス」の統計的な比較から得られた「子供話し言葉に特徴的な語彙」の両者を統合して行った。さらにBasic Elementary Reading Vocabularies (Harris & Jacobson, 1972)とThe Living Word Vocabulary (Dale & O'Rourke, 1981)を参照し、当該語彙の指導学年の資料を付与した500語からなる「小学生のための日常生活語彙リスト」を作成した。その後、小学生にこれらの語彙を指導するためのCALL教材のプロトタイプを提案した。2)「中学校重要語彙」習得のためのCALL教材の開発昨年度は「中学校重要語彙」の選定を行い、その後「中学校重要語彙」学習用のCALL教材の試作機を作成した。昨年度の成果を引き継ぎ今年度は、1)小学校での学習が想定される上述の「日常生活語彙」との重なりに配慮し、さらに生徒の発達段階を考慮にいれて「中学校重要語彙」を学習しやすいように分類、配列した、2)昨年度のCALLの試用実践から明らかになった問題点を解決するため、改良を加え、中学生が楽しく、単語の意味、発音、綴り、用例を総合的に習得できるCALL教材を開発した。開発された教材は実際に中学校の英語選択授業で活用され、中学生の語彙力養成の補助教材となっている。
シンプレクティック時間積分を用いた流体に対する有限要素スキームの開発

本研究は、非圧縮非粘性流体の問題をハミルトン形式により記述し、シンプレクティク時間積分手法を適用することにより、エネルギーと運動量が高い精度で保存される高精度な有限要素解析法の開発を行うものである。本年度は、以下のように研究を行った。1.非粘性非圧縮流体の自由表面問題を、Lagrange型変形記述によって表すことにより、ハミルトン形式による定式化を行った。また、空間方向に弱表現を導入し、非圧縮条件をLagrange未定乗数法により考慮したハミルトン関数の弱表現を導いた。さらに、自由表面問題における表面張力は、Saimoらの提案するシェル理論により、ポテンシャルエネルギの形で考慮することができることを示した。2.導かれた拘束条件付きのハミルトニアン方程式の弱表現に対して、シンプレクティック時間積分を適用し、拘束条件付き境界値問題を導いた。本研究では、シンプレクティック時間積分スキームとして、2次精度を有する2段階型の数値積分法であるRattleアルゴリズムを用いた。その結果、形状と速度に対する両方の拘束条件を満たす解を、ハミルトニヤン系のシンプレクティック構造の保存の下で求めることができる手法が得られた。また、時間方向の離散化を行うことにより得られた付帯条件付きの境界値問題の弱表現に対して、気泡関数を用いたMINI要素により、inf-sup条件を満たした混合型有限要素近似を行った。3.以上より得られた有限要素スキームを用いて、液滴の振動問題の数値計算を行い、提案するスキームは、運動量、エネルギーとも高い精度で保存するものとなっていることを確認した。しかしながら、MINI要素では、非圧縮条件に起因する誤差が要素内部節点で大きく傾向があり、Lagrange型変形記述を用いた場合、その誤差が蓄積し、計算が停止してしまうことがることが分かった。このようなMINI要素における要素歪みの問題に対して、要素内部節点の位置を、数ステップ毎に要素重心位置に各要素の運動量の保存の下で再配置する手法を提案し、誤差の蓄積を防ぐことで、より大きな変形状態まで計算が可能となることを示した。