hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
進化論的計算手法を用いた適応ディジタルフィルタのハードウェア実現の関する研究

本研究では,本研究代表者が提案している進化論的計算手法による適応ディジタルフィルタである進化論的ディジタルフィルタ(evolutionary digital filter;EDF)の収束特性の向上と並列実現を目的として,(1)計算機上でのソフトウェアによる実現と(2)高並列VLSIシステムのプロトタイプによる実現を行い,提案しているEDFの適応信号処理能力を総合的に評価する.これまでに,EDFを並列プロセッサ上で実現するために適応アルゴリズムと構造を改良した並列EDFを検討している.そこで,本研究では,EDFを高速に実行するための高並列VLSIシステムのプロトタイプを試作し,その性能として,処理速度や回路規模などを評価している.まず,単一のFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)上でのEDFの実現と評価を行った.さらに,ハードウェア量を大幅に削減するハードウェア構成を提案した.ここで,設計は,ハードウェア記述言語によって行い,FPGAによって実現する.ここでは,高並列VLSIシステム実現の基礎的実験として,単一のEDFを単一のFPGA上で実現し,処理速度や回路規模を評価した.評価実験により,今回実現したEDF(EDFモジュールversion 2)では、適応信号処理としてのサンプリング周波数は5,480.1Hzであり,これまでに実現していたEDF(EDFモージュールversion 1)と比べて16.5倍に高速化した.このとき,EDFモジュールversion 2はversion 1に対して,回路規模は1/3.5に減少し,動作周波数は2.2倍に増加している.更に,EDFのソフトウェア実現のサンプリング周波数と比較すると,3.2倍のサンプリング周波数での動作が可能であることも示された.本研究では,本研究代表者が提案している進化論的計算手法による適応ディジタルフィルタである進化論的ディジタルフィルタ(evolutionary digital filter : EDF)の収束特性の向上と並列実現を目的として,(1)計算機上でのソフトウェアによる実現と(2)高並列VLSIシステムのプロトタイプによる実現を行い,提案しているEDFの適応信号処理能力を総合的に評価する.これまでに,EDFを並列プロセッサ上で実現するために適応アルゴリズムと構造を改良した並列EDFを検討している.そこで,本研究では,EDFを高速に実行するための高並列VLSIシステムのプロトタイプを試作し,その性能として,処理速度や回路規模などを評価している.まず,単一のFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)上でのEDFの実現と評価を行った.さらに,ハードウェア量を大幅に削減するハードウェア構成を提案した.ここで,設計は,ハードウェア記述言語によって行い,FPGAによって実現する.ここでは,高並列VLSIシステム実現の基礎的実験として,単一のEDFを単一のFPGA上で実現し,処理速度や回路規模,VLSI実現の適合性を評価した.評価実験により,今回実現したEDFではサンプリング周波数は2.6KHzであり,ソフトウェア上でEDFを実現した場合に対して1.5倍高速に動作する.さらに,ハードウェア量を大幅に削減するハードウェア構成の提案し,FPGA上に実現した.その結果,11,040×16bitsのサイズの共有メモリを削除できた.今後,今回の評価で明らかになった問題点を解決して音声帯域をカバーできるサンプリング周波数を実現することを予定している.本研究では,本研究代表者が提案している進化論的計算手法による適応ディジタルフィルタである進化論的ディジタルフィルタ(evolutionary digital filter;EDF)の収束特性の向上と並列実現を目的として,(1)計算機上でのソフトウェアによる実現と(2)高並列VLSIシステムのプロトタイプによる実現を行い,提案しているEDFの適応信号処理能力を総合的に評価する.これまでに,EDFを並列プロセッサ上で実現するために適応アルゴリズムと構造を改良した並列EDFを検討している.そこで,本研究では,EDFを高速に実行するための高並列VLSIシステムのプロトタイプを試作し,その性能として,処理速度や回路規模などを評価している.まず,単一のFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)上でのEDFの実現と評価を行った.さらに,ハードウェア量を大幅に削減するハードウェア構成を提案した.ここで,設計は,ハードウェア記述言語によって行い,FPGAによって実現する.ここでは,高並列VLSIシステム実現の基礎的実験として,単一のEDFを単一のFPGA上で実現し,処理速度や回路規模を評価した.評価実験により,今回実現したEDF(EDFモジュールversion 2)では、適応信号処理としてのサンプリング周波数は5,480.1Hzであり,これまでに実現していたEDF(EDFモージュールversion 1)と比べて16.5倍に高速化した.このとき,EDFモジュールversion 2はversion 1に対して,回路規模は1/3.5に減少し,動作周波数は2.2倍に増加している.更に,EDFのソフトウェア実現のサンプリング周波数と比較すると,3.2倍のサンプリング周波数での動作が可能であることも示された.
培養自律神経ー平滑筋標本における接合部電流及び細胞内Ca濃度変化測定

本研究は、自律神経節組織と平滑筋の同時培養により神経筋接合部を再形成させ、シナプス伝達の機序を電気生理学的手法、及びCa濃度変化測定の手法を用いて明らかにすることを目的とした。標本としては交感神経系の上頚神経節と効果器の精管平滑筋細胞を組合せて用いた。幼若ラット上頚神経節をスライスし組織培養した。また神経節細胞をコラゲナ-ゼで単離し培養した。成熟ラット及びモルモット精管から平滑筋細胞を単離し培養した。同時培養に先立ち、まず交感神経終末から放出される化学伝達物質であるノルエピネフリン(NE)およびATPの精管平滑筋細胞の膜電流に対する作用を単離直後及び短期培養後に検討した。NEはCa電流とCa依存性K電流の両方を抑制したが、K電流の抑制の方が著しいので、精管平滑筋細胞の興奮性を増大させることが明らかとなった。Ca電流の抑制には細胞内Ca上昇によるCaチャネル抑制以外にGTP結合蛋白を介する直接的な抑制のあることが示唆された。一方NEによるCa依存性Kチャネルの抑制は細胞内Ca動態の変化によるものであることを示す結果が得られた。同時培養は上頚神経節の組織培養後、単離平滑筋細胞をさらに植えるという方式をとったが、後者の段階で汚染を起こしやすく成功率はかなり低かった。形態的にはシナプスを形成したと思われる走査型電子顕微鏡所見が数回得られた。しかし神経を電気的に刺激した際に平滑筋の収縮が見られる、あるいはシナプス後電位が観測されるといった機能的なシナプスが形成されたという証拠は得られなかった。本研究は、自律神経節組織と平滑筋の同時培養により、神経筋接合部を形成させ、シナプス伝達の機序を電気生理学的、及び細胞内Ca濃度変化測定の手法により明らかにすることを目的としている。まず交感神経ー精管平滑筋での接合部電流を記録し、化学伝達物質投与による電流と比較することを目指している。平成2年度は幼若ラット上頚神経節スライスの組織培養により、神経突起の伸長を安定した確率で得ることに大きな労力を注ぎ、ほぼ確立した。また平滑筋細胞を成熟モルモット精管より単離し、短期細胞培養を行った。精管平滑筋細胞の電気生理学的性質と主な化学伝達物質の1つであるノルエピネフリン(NE)の膜電流に対する作用を単離直後から培養数日後まで検討し、新たな知見を得た。特に単離直後の精管平滑筋細胞の膜電流に対するNEの作用について、Ca電流及びK電流のいづれをも減少させるが、K電流の減少がより著しいので総合的にはNEが興奮性を増大させること、またそれぞれの電流減少の機序が異なること等を3つの報文としてまとめた。同特培養によりシナプスが上頚神経節細胞の神経突起ー精管平滑筋細胞間で形成された確証はまだ得られておらず、形態的にシナプスが形成されたと思われた例が、23例観察された。光学及び走査型電子顕微鏡で子細に検討している。コラ-ゲンを敷いたシャ-レ底に培養平滑筋が強く接着し、厚さが非常に薄くなるためパッチクランプを適用しにくく、接合部電位はまだ測定できていない。さらに神経突起が溶液の動きにより破壊・消失され易いので培養液に粘性を与え、取扱いに細心の注意が必要である。シナプス形成の確率を上昇させ、保持したまま平滑筋細胞から膜電流を測定するためには、尚技術的向上が必要と思われ、現在工夫を重ねている。本研究は、自律神経節組織と平滑筋の同時培養により神経筋接合部を形成させ、シナプス伝達の機序を形態学的、電気生理学的及びCa濃度変化測定の手法を用いて明らかにすることを目的としている。まず交換神経ー精管平滑筋での接合部電流を記録し、化学伝達物質投与による電流と比較することを目指している。

本年度は、幼若ラット上頚神経節スライスの組織培養に加え、コラゲナ-ゼの酵素処理により得られる単離神経節細胞ならびに若年ラット精管単離平滑筋細胞の細胞培養を行った。また、新たにラット精管平滑筋を用いてラット上頚神経節細胞と同時培養を行った。単離神経節細胞の培養の場合、神経突起の伸長が安定した確率で得られた。培養神経細胞の電気生理学的性質を単離直後から培養日数経過ごとに検討したところ、単離直後から培養6日目までは、各種イオン電流が得られた。しかし、培養日数経過とともにギガオ-ムシ-ルの状態を作ることが困難になっていくため、パッチクランプ法の適用が定常的に得られなかった。ラット精管単離平滑筋細胞の場合、健全な細胞を高収率で得ることが非常に困難な上、培養できたとしても、モルモット精管と同様にコラ-ゲンを敷いたカバ-クラス上、あるいはシャ-レ上に強く付着し、扁平化して厚さが非常に薄くなるためパックチクランプ法を適用しにくい。そのため電気生理学的性質をまとめるには至っていない。同時培養の場合、形態的にシナプス形成したと思われる光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡による所見が数回得られたが、神経を電気的に刺激した際に平滑筋の収縮が見られるあるいはシナプスが形成されたという証拠は得られなかった。現在は、健全な細胞を高収率で得る確率及びシナプス形成の確率を上昇させ、電気化学的手法によるシナプス形成の証拠を得るために工夫を重ね、全力を注いでいるところである。
ヒドラの摂食に伴うグルタチオン応答と傍分必的修飾の分子機構

神経系を備えた最下等の動物であるヒドラでは,還元型グルタチオンが摂食シグナルになっており,摂食応答を誘発する。本研究ではヒドラのグルタチオン受容の分子機構についての研究を進めた。ヤマトヒドラはある培養条件下ではグルタチオンを受容すると触手球形成応答を示す。この応答は高等動物由来の細胞成長因子による修飾を受ける。この修飾の様子からこの応答は少なくともR1-R5の5つの応答からなる。この応答を抑制するモノクローナル抗体を調製した。この抗体を利用した免疫組織化学法でグルタチオン受容に関与している構造を見いだす事が出来た。これによると我々の得た抗体はそれぞれ抑制する応答に応じて刺胞細胞の感覚針(刺針),刺胞細胞の頂部,はっきりとは同定できない表面構造を染め出した。これらの構造が触手球形成応答に関与している物と考えられる。これらの抗体を利用してグルタチオン受容体についての研究も進めた。行動応答の解析からR5を抑制する抗体のうち,J245とJ5とは同じ受容体に働くことがわかった。免疫沈降の結果によればグルタチオンで標識される抗原は分子量およそ200kDaであった。蛋白ブロッティングによる解析ではJ245とJ5との共通抗原として200kDaと180kDaの蛋白が検出された。これらの結果からこの蛋白はヒドラのグルタチオン受容の際に受容体として機能している可能性が高い。不適当な飼育条件下では細胞成長因子感受性の触手球形成応答を示さない。触手球形成応答を示すヒドラでは,J245抗原のサイズは30kDa程大きい。この抗原の大きさの差が細胞成長因子感受性に関係しているのではないかと考えられ今後の詳しい解析が待たれる。ヒドラの膜分画を可溶化した蛋白のうち、セファロ-ズに結合する蛋白でマウスを免疫し、モノクロ-ナル抗体を作製した。スクリ-ニングは、組織染色、行動応答に対する効果を指標とした。ヒドラのグルタチオン応答(触手球形成応答)には少なくともR1ーR5の5種類があると考えられるが、これらの応答の一部のみを特異的に抑制する6種類の抗体J1,J13,J24,J245,J5,J5/1が得られた。これらの抗体を利用して免疫組織化学法で染色した場合、J1,J13は体表面上の点状の構造に結合し、J24,J245,J5,J5/1は刺胞細胞の刺針を含む構造と結合した。応答との関連を調べるとJ1はR1,J13はR1,R3,J24はR2,R4,J245はR2,R4,R5,J5,J5/1はR5を抑制した。J24は刺針のみと結合し、J5,J5/1は刺針の基部のみと結合した。J245は刺針の基部から先端部分までの全部の構造に結合した。これらの抗体は神経細胞の構造には結合しなかった。これまで刺胞細胞は独立な効果器と考えられ、自身で感覚受容と刺胞の発射とを行うとされてきたが、本研究ではグルタチオン受容にも関与している可能性があるとの結果である。ヒドラは還元型グルタチオンを受容して摂食応答を示す。以前筆者が福岡でヒドラを飼育していたときには、特別な注意を払わなくても還元型グルタチオンに応じてこの摂食応答として触手球形成応答を示した。しかし大津に実験場所を移してからは、同じ株のヒドラを、同じ純水製造装置の水で、同じ餌で飼育したにもかかわらず、この反応が非常に弱くなってしまった。

ヒドラの反応の内で触手球形成応答のみが細胞成長因子による修飾が起こるので、細胞成長因子の効果は飼育水に強く依存することになる。そこでこれを詳しく検討した。純水製造装置より得られた純水をさらに蒸留して使用してみたところ、触手球形成応答をまったく示さなくなってしまった。これで飼育水中の微量成分が反応に決定的に重要であることがわかる。そこで様々の物質を飼育水中に微量加えてみたところ、酢酸アンモニウム、塩化コリン、イノシトール等をppmのレベルで加えた培養液中で4日間飼育すると触手球形成応答が示すようになり細胞成長因子による応答の修飾も見られるようになった。これまでにヒドラのグルタチオン受容に関与する受容蛋白に対するモノクローナル抗体をいくつか得ているが、R5受容体はJ245とJ5の共通抗原でかつグルタチオンを結合する物である事を明らかにしている。これらの条件を満足するものは福岡で飼育しているヒドラでは180と200kDaの蛋白であった。ところが大津で飼育しているヒドラでは120と150kDaの蛋白になり幾分小さくなっていることがわかった。受容体が小さいことが触手球形成応答を誘起せず細胞成長因子による修飾も見られない事と関係している可能性がある。この点は今後更に検討して行きたい。
細胞増殖抑制新規多ハロゲン化スルホリピッド類の不斉全合成と医薬資源開拓

複雑な構造と高い反応性を併せ持つ多官能性有機物質の創製、変換、供給は、有機合成化学の重要な一領域をなす。しかしながら、多官能性有機物質のひとつであり、興味深い医薬資源としての可能性を秘める多連続不斉ハロゲン化合物は必ずしも活発な合成研究の対象とはなっておらず、これらの化合物を立体制御下に得る手法は少ない。我々は、アドリア海に生息するイガイより単離された細胞増殖抑制新規多ハロゲン化スルホリピッドを標的とする合成研究を通じて、ハロゲン置換炭素の立体制御手法を開発するとともに、制がんに関わる新たな医薬資源となり得る不斉ハロゲン化合物を獲得すべく本研究を行った。本研究で我々は、アルケン類の不斉酸化によって得られるエポキシドのハロゲン化反応を基盤とするvic-ジクロロ化合物およびクロロヒドリン類の立体選択的合成手法を確立した。すなわち、種々の光学活性エポキシドに対し、N-クロロコハク酸イミド-トリフェニルボスフィンを作用させると、不斉炭素上でのWalden反転を伴う求核置換反応が進行し、シスあるいはトランスエポキシドからそれぞれ対応するアンチあるいはシンvic-ジクロロ化合物が良好な収率で立体特異的に得られ、一方、N-クロロコハク酸イミド-トリブチルボスフィンを作用させるとクロロヒドリン類が得られることを見出した。さらに我々は、ビスエポキシドに対して本手法を適用することにより、4連続不斉中心からなるハロゲン化合物の新規短工程合成経路を開拓するとともに、標的海洋天然物のC1-C14フラグメントの合成を行った。複雑な構造と高い反応性を併せ持つ多官能性有機物質の創製、変換、供給は、有機合成化学分野の重要な一領域をなす。しかしながら、多官能性有機物質のひとつであり、興味深い医薬資源としての可能性を秘める多連続不斉ハロゲン化合物は必ずしも活発な合成研究の対象となってはいない。このような背景のもと、報告者は、Adriatic Shellfishより最近単離された細胞増殖抑制新規多ハロゲン化スルホリピッドを標的とする合成研究を通して、反応活性なハロゲン置換炭素の不斉制御という有樵合成化学における未開拓の問題を解決するとともに、制がんに関わる新たな医薬資源となる不斉ハロケン化合物の獲得を目的とする研究を推進した。本年度の研究では、さまざまなアルケニルアルコール類の不斉エポキシ化とその立体特異的ハロゲン化手法を基盤として、不斉制御下でのvic-ジクロロ化合物あるいはクロロヒドリン類の立体選択的構築法を確立した。すなわち、報告者らは、さまざまなアルケニルアルコールに対するエナンチオ選択的エポキシ化反応を経て導いたエポキシドに対し、準クロロスクシニミド-トリフェニルホスフィンを作用させるとvic-ジクロロ化合物が良好な収率で立体特異的に得られ、一方、N-クロロスクシニミド-トリブチルポスフィンを作用させるとクロロヒドリン類が得られることを見出した。本手法は、単純なモノエポキシドのみならずビスエポキシドに対しても適用でき、多連続不斉ハロゲン化合物の立体特異的合成を可能にする。このような背景のもと、報告者は、Adriatic Shellfishより最近単離された細胞増殖抑制新規多ハロゲン化スルホリピッドを標的とする合成研究を通して、反応活性なハロゲン置換炭素の不斉制御という有機合成化学における未開拓の問題を解決するとともに、制がんに関わる新たな医薬資源となる不斉ハロゲン化合物の獲得を目的とする研究を推進した。先の研究で報告者らは、さまざまなアルケニルアルコール類の不斉エポキシ化とその立体特異的ハロゲン化反応を基盤とするvic-ジクロロ化合物の構築法を確立している。すなわち、アルケニルアルコールより導いたエポキシドに対し、N-クロロコハク酸イミド-トリフェニルホスフィンを作用させるとvic-ジクロロ化合物が良好な収率で立体特異的に得られることを見出している。本年度の研究では、本手法を基盤として海洋天然物多ハロゲン化スルホリピッドのC1-C14フラグメントの合成を検討した。

さらに我々は、ビスエポキシドに対して本手法を適用することにより、4連続不斉中心からなるハロゲン化合物の新規短工程合成経路を開拓するとともに、標的海洋天然物のC1-C14フラグメントの合成を行った。
電圧印加非接触原子間力顕微鏡／分光法による水素結合の原子分解能解析

本研究は、自作超高真空非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)を用いて、清浄Si探針をプロトンアクセプター(A)とし、試料基板に形成したプロトンドナー(X-H)との水素結合[X-H...A]を1結合単位で調べることを目的とした。試料は、Si(111)7x7表面に微量のNH2とHが吸着した表面を用いた。Nc-AFM像、トンネル電流像、および、Δfー距離曲線から、吸着サイトを同定した。Si-Siの共有結合力は約1.0 (nN)であり、NH2基とSi探針の水素結合[Si-N-H...Si]の最大引力は約0.05(nN)、H基とSi探針の水素結合[Si-H...Si]の最大引力は約0.1 (nN)であった。水素結合は、水のクラスター化や生体分子などの物質の相互作用で重要な働きをしている。水素結合(X-H...A)には、さまざまなプロトンドナー(X-H)とプロトンアクセプター(A)との間の、静電力、分極、電荷移動、分散力などが関係している。本研究では、水素結合のアクセプターおよびドナーを平面基板上および探針先端に形成して水素結合を原子レベルで調べることを目的としている。原子的平滑さを持つ平面基板としてSi(111)7x7再構成表面を用いた。Si(111)7x7再構成表面調製後、Si基板を約300°Cに加熱し、原子状水素を暴露して、Si(111)7x7のアドアトムおよびレストアトムの一部が水素で終端されたH/Si(111)7x7試料を作製した。また、室温でSi(111)7x7再構成表面にアンモニアガスを少量暴露するとNH2基とHが、アドアトムとレストアトムに解離吸着する。作製した試料は、Si(111)7x7表面の一部のアドアトム上に同数程度のNH2基とHが吸着した。探針は超高真空中で加熱清浄化したSiを用いた。Siの電気陰性度は1.8で、Hの2.1よりも小さいため、Si-H...Siの様な水素結合は起こらないと考えられる。しかし、H/Si(111)とSi探針間でSi-Siよりも弱い近距離引力を検出した。これは、一種の水素結合と考えられる。NH2/Si(111)とSi探針間では、さらに弱い近距離引力を検出した。これらの近距離力の距離依存性から、どの相互作用(静電力、分極、電荷移動、分散力)が最も寄与しているかを明らかにし、そのメカニズムを解析した。本研究では、自作超高真空非接触原子間力顕微鏡(UHV nc-AFM)を活用し、探針と試料基板のそれぞれに、水素結合(X-H...A)すると考えられるプロトンドナー(X-H)とプロトンアクセプター(A)を形成して、探針を徐々に試料に近づけ、水素結合形成過程の力学的および、電気伝導変化を計測する。Si探針は、UHV中で、600°C程度に加熱しながらプラスの高電位を印加し、探針の先鋭化と、清浄化を行った。この処理により、Si探針先端にダングリングボンドが存在する活性な探針になる。この清浄Si探針に水素および酸素を終端した探針を用意した。試料はSi(111)7x7再構成表面を作製し、微量の水素、および、アンモニア吸着表面を準備した。アンモニア(NH3)ガスはSi(111)7x7表面のアドアトムまたはレストアトムに吸着後、NH2とHに解離し、解離したHは隣接のレストアトムまたはアドアトムに吸着する。今回用意したSi(111)7x7再構成表面に水素、アンモニアガスを吸着させた表面は7x7のDAS構造は残っている。清浄Si探針とアンモニア吸着Si(111)7x7表面間にバイアス電圧を印加しながらをnc-AFM/STM像を取得した。電流変化像では、HまたはNH2が吸着したサイトではトンネル電流量が清浄アドアトムよりも少なくなった。Δfー距離曲線を取得し、重み付き距離積分をして、力ー距離曲線を算出した。これらの曲線の距離依存性から測定したサイトが、清浄アドアトム、NH2基、H基であることを同定し、それぞれの、最大引力が1.01.5 (nN)、0.050.06(nN)、0.090.1 (nN)であることを見いだした。すなわち、Si-Siの共有結合力よりも、Hを介した結合力は弱く、Si-H...Siの結合力は、0.1 (nN)程度で有り、Si-N-H...Siの結合力はさらに弱い。

Si-Siの共有結合力は約1.0 (nN)であり、NH2基とSi探針の水素結合[Si-N-H...Si]の最大引力は約0.05(nN)、H基とSi探針の水素結合[Si-H...Si]の最大引力は約0.1 (nN)であった。当初計画では、探針先端にHN2基を形成し、[-N:...H-N-]の水素結合を計測する予定であったが、結合方向にNのローンペアとN-Hを対向させることが困難であった。我々の従来研究から、[001]方位を向いたSi探針先端には、Siダイマーがあり、探針との間のバイアス電圧を制御して、ダイマーをバックリングさせれば、最先端Siはs-likeな電子状態すなわちローンペアと同様な電子状態を取ると考え、[-Si:...H-N-]水素結合を解析した。さらに、[-Si:...H-Si-]でも水素結合を示すことが示された。ナノ物理学上記H26年度の成果について、現在論文準備中である。実験としては、当初計画通り水中の水素結合について解析する。
形態計測的免疫的電顕による内分泌非機能性副腎皮質腺腫と機能性腺腫の比較検討

内分泌非機能性副腎皮質腺腫(NFA)11例、プレクリニカルクッシング症候群を呈した副腎皮質腺腫2例、アルドステロン腺腫10例、クッシング腺腫4例を集計し、電顕的観察を行った。NFAの微細構造は9例がアルドステロン腺腫に類似し、他の2例はクッシング腺腫に類似していた。また、プレクリニカルクッシング症候群を呈した腺腫の微細構造もクッシング腺腫に類似していた。得られた電顕写真を無作為に抽出し、各腺腫において少なくとも20細胞以上における各細胞小器官の単位面積比を求め、形態計測的解析を行なった。アルドステロン類似のNFA9例における各細胞小器官の平均単位面積比はそれぞれ糸粒体(M)11.2±7.7%、滑面小胞体(SER)16.3土13.8%、粗面小胞体(RER)2,8±2.0%、脂肪空胞(LV)20.0±23.5%、ライソゾーム(Ly)1.3±1.9%であったのに対し、アルドステロン腺腫の各細胞小器官の平均単位面積比はM17.2±8.6%、SER19.3±9.8%、RER6.3±5.5%、LV19.4±13.1%、Ly1.2±1.6%であった。アルドステロン類似のNFAにおけるM、SER、RERの単位面積比はアルドステロン腺腫に比べ有意に減少していた(P<0.001)。ー方、クッシング腺腫に類似したNFAおよびプレクリニカルクッシング症候群を呈した腺腫のLVの単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ増加していた。プレクリニカルクッシング症候群を呈した腺腫ではM、SER、RER、Lyの単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ減少していたが、有意差はみられなかった。NFA,、アルドステロン腺腫、およびクッシング腺腫におけるチトクロームp-450sccの局在を免疫電顕的手法を用いて観察したが、十分な免疫電顕的反応が得られず、明らかな相違はみられなかった。現在まで、内分泌非機能性副腎皮質腺腫(NFA)8例、内分泌機能性副腎皮質腺腫としてアルドステロン産生腺腫(APA)9例を集計し、それらを電子顕微鏡を用いて観察した。通常電顕による超微形態は、NFAおよびAPAともよく発達した糸粒体、滑面小胞体、粗面小胞体、脂肪空胞などの細胞小器官で構成されていたが、それぞれの細胞小器官の超微形態は両者とも類似していた。しかし、APAのうち抗アルドステロン剤による治療を行った症例にはスピノロラクトン小体を認めた。得られた電顕写真を無作為に抽出し、各腺腫において少なくとも20細胞以上について、各細胞小器官(糸粒体、滑面小胞体、粗面小胞体、ライソゾーム、脂肪空胞)の単位細胞面積比をグリッド法を用いて形態計測的解析を行った。NFA(n=163細胞)における各細胞小器官の平均単位細胞面積比は糸粒体11.2±7.8%、滑面小胞体16.3±13.8%、粗面小胞体2.8±2.0%、脂肪空胞20.0±23.5%、ライソゾーム1.3±1.9%であった。一方、APA(n=181細胞)では糸粒体17.2±8.6%、滑面小胞体19.3±9.8%、粗面小胞体6.3±5.5%、脂肪空胞19.4±13.1%、ライソゾーム1.2±1.6%であった。Mann Whitney U-testでNFAにおける糸粒体、滑面小胞体、粗面小胞体の単位細胞面積比はAPAに比べ有意に減少し(p<0.0001)、形態計測的解析では、NFAはこれらの細胞小器官の発達が乏しいために、内分泌機能性副腎皮質腺腫のように過剰なホルモンを産生していないと考えられた。今後、ステロイドホルモン産生に必要とされているチトクロームP-450の局在についての免疫電顕的観察を行い、先に得られた形態計測的解析の結果と比較し、NFAの病態を解明する予定である。

アルドステロン類似のNFA9例における各細胞小器官の平均単位面積比はそれぞれ糸粒体(M)11.2±7.7%、滑面小胞体(SER)16.3土13.8%、粗面小胞体(RER)2,8±2.0%、脂肪空胞(LV)20.0±23.5%、ライソゾーム(Ly)1.3±1.9%であったのに対し、アルドステロン腺腫の各細胞小器官の平均単位面積比はM17.2±8.6%、SER19.3±9.8%、RER6.3±5.5%、LV19.4±13.1%、Ly1.2±1.6%であった。アルドステロン類似のNFAにおけるM、SER、RERの単位面積比はアルドステロン腺腫に比べ有意に減少していた(P<0.001)。ー方、クッシング腺腫に類似したNFAおよびプレクリニカルクッシング症候群を呈した腺腫のLVの単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ増加していた。プレクリニカルクッシング症候群を呈した腺腫ではM、SER、RER、Lyの単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ減少していたが、有意差はみられなかった。NFA,、アルドステロン腺腫、およびクッシング腺腫におけるチトクロームp-450sccの局在を免疫電顕的手法を用いて観察したが、十分な免疫電顕的反応が得られず、明らかな相違はみられなかった。現在まで、内分泌非機能性副腎皮質腺腫(NFA)11例、プレクリニカルクッシング症候群を呈した副腎皮質腺腫(プレクッシング腺腫)2例、内分泌機能性副腎皮質腺腫としてアルドステロン腺腫10例、クッシング腺腫4例を集計し、電顕的観察を行なった。平成11年度は主にNFAのなかでも微細構造がクッシング腺腫に類似したNFA2例、プレクッシング腺腫2例、およびクッシング腺腫4例の微細構造と形態計測的相違について検討した。これらの腺腫において、滑面小胞体、粗面小胞体、脂肪空胞、ライソゾームなどの細胞小器官の形態は明らかな相違はみられなかったが、糸粒体については若干の相違がみられた。すなわち、NFAの糸粒体は小型のものが多く、内部のクリスタの形態は小胞、管状を呈し、クッシング腺腫に比べ発達は乏しかった。プレクリニカルクッシング腺腫における糸粒体の形態は両者の中間に相当した。各細胞小器官を形態計測的に解析してみると、NFAおよびプレクリニカルクッシング腺腫では脂肪空胞の単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ有意に増加していた。しかし、NFAにおける糸粒体、滑面小胞体、ライソゾームの単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ有意に減少していた。一方、プレクリニカルクッシング腺腫ではこれらの細胞小器官の単位細胞面積比はクッシング腺腫に比べ減少していたが、有意差はみられなかった。NFA、アルドステロン腺腫およびクッシング腺腫において、チトクロームP-450sccの局在を免疫電顕的手法を用いて観察したが、明らかな相違はみられなかった。
造血幹細胞の発生・分化のLMO2転写因子複合体による制御機構の研究

LMO2はヒトT細胞リンパ性白血病に特徴的な転座部位からクローニングされた遺伝子である。筆者らはキメラマウスとgene targetingの手法を組み合わせて、LMO2はyolk sacにおける造血(一次造血)のみならず成人型の造血(二次造血)の開始にも必須の遺伝子であることをあきらかにしてきた。この遺伝子はタンデムに並んだ2つのLIM domainと呼ばれる、蛋白間相互作用に重要なdomainを有する。同じくT細胞白血病の転座部位から同定された蛋白TAL1(SCL)等と強く結合し、それ自身ではDNA結合能を有さないものの、転写因子複合体の一員として働く。LMO2,TAL1を含む転写因子複合体はGATAやLDB1を加えて多量体を形成し、未分化な中胚葉細胞を血液系の細胞に決定付けるマスターコンプレックスとして作用すると考えられる。さらにこの複合体は血液幹細胞において発現し、複合体のメンバーを替えながら血球の初期分化を制御すると考えられる。我々はこの蛋白間相互作用に必要な二つのLIM domainにmutationを入れてLMO2 mutantsを作成し、このmutantsを各々のパートナーとの相互作用の有無をyeast two hybridsystem, mammaliantwo hybrid systemを用いてスクリーニングした。この結果、次のことが明らかになった。(1)LMO2とTAL1,LDB1の結合は、最初のLIM domain LIMIを介する。(2)LMO2とGATA1/2/3の結合は、二番目のLIM domain LIM2を必要とする。(3)今回得られた、LIM2 mutantはTAL1やLDB1とは会合できるものの、GATA1/2/3とは会合できない。このmutantを用いて、TAL1/LMO2とGATAが結合して作られる複合体の生理的機能を探ることができる。
結婚形態別にみたＮＩＣＵにおける父の体験の明確化

父親へのインタビューにより、子どもの入院中に行われる育児練習は有用で退院後の自信につながっていた。全てのケースで子どもの退院後は里帰りをせず夫婦で育児を行っていたが、退院後2週間は手探りで緊張した育児をおこなっていた。父親は仕事と慣れない育児に追われ「自分の時間が欲しい」と葛藤していた。早産児をもつ夫婦の存在を知らない場合も多く「手本となる育児」や「困った時に相談相手がいない」ことが不安増強につながる一方、退院後も定期通院する小児科に「子どもが産まれた時からのわが子をよく知る主治医の存在」が育児不安の軽減につながっていた。本研究の目的は、妊娠先行型結婚後に、より繊細な育児が必要なNICU卒業生を抱える両親、特に母と児の関係性に影響を与えるであろう父の体験を明らかにし、NICU卒業生の子育てと夫婦の関係性を家族機能の観点から明らかにすることである。平成25年度は研究実施計画IのNICU入院中の児をもつ父親の体験の質的データ収集方法の検討及びデータ収集の実施、及びデータのまとめを並行して行う予定であった。妊娠の意図、妊娠先行型結婚の夫婦、夫婦の関係性、新婚期・養育期の家族機能に関連した文献を検討し、NICUでの父親を囲む環境の概念をまとめた。主に父と子の関係性に注目しながら妊娠の意図、妊娠先行型結婚となった経緯、出産までの夫婦の関係性、早産となった時の思いや体験、子供が誕生してからの家族の中の父の役割やその思いなどをインタビューガイドにまとめた。特に、当初計画には入れていなかった、妊娠の意図が夫婦・親子関係を構築していくうえで弊害を起こすことが明らかになったため、妻の妊娠が判った時の思いや経験を表出できるようなインタビューガイドを作成した。インタビューを開始してデータを収集を開始する予定であったが、研究実施者の妊娠がわかり、データが途中で中断されてしまうことから、データの収集を今年度は取りやめることとし、復職後よりデータ収集を開始し、データ収集と並行してデータの分析を実施し、研究の一時中断期間の遅れを取り戻していく予定である。平成24年度は、研究実施計画より【研究I】のNICU入院中の児をもつ父親の体験の質的データ収集方法の検討及びデータ収集の実施を予定していた。先行研究より得られた質的データおよび文献を基にした半構成的インタビューの作成に着手した。目的周辺の構成概念を明確にするため、妊娠の意図、妊娠先行型結婚の夫婦、夫婦の関係性、親子の関係性、新婚期・養育期の家族機能に関連した文献を検討し、妊娠の意図が以降、男女が夫婦、家族としての機能を構築する上でどのような影響を及ぼすのかを明らかにする必要性があった。さらに早産児をもつ両親の心理に関する文献を検討し、早産児と両親が物理的心理的分離を経てどのように親子になるかを明らかにする必要性があった。その結果、妊娠の意図は以降の夫婦・親子関係を築く上で弊害をきたすことが明らかになった。さらに妊娠の意図に関係なく、夫婦の関係が良好であるか否かは、親子の関係の良好さに比例もしくは反比例するような影響を及ぼすことが明らかになった。また、特に夫婦の関係性は日本独特の社会規範より生まれた妊娠先行型結婚という結婚形態をとる男女はその後の夫婦関係を構築するにあたり負の影響を誘引する因子となっていることが検討結果より導かれた。先行研究より、父親の言動がカギとなっていることが導かれたこと、文献検討で妊娠の判明から家族として生活するまでの過程を明らかにすることにより、男女が夫婦・親子・家族と発展していくうえで、NICU卒業生のこどもの養育環境が整うためにはどの過程での支援が必要かを導くこと、インタビュー項目を誘導するために重要な作業であった。育児休業取得のため、研究を中断していた。現在、対象者の受諾率が低くデータ収集中である。東北大学病院NICUを退院した子どものうち、初産である先行型結婚、もしくは入籍後妊娠出産を経験した父親を対象としており、現在は入籍後妊娠、出産に至り早産児をもった父親にインタビューを実施できている。NICUに入院した子どもに、入院中どのような気持ちを抱いていたか、どのような育児参加をしていたか、また退院後夫婦関係はどのように変化していったか、育児参加はどの程度かといった内容のインタビューを実施している。内容としては、退院してから1か月くらいが育児に気を遣う時期であり、手探りで育児をしていたこと、夫婦で相談しながらそれぞれの家族にとって最善と考えられる育児スタイルを築いていることが語りとして表れている。また、似たような家族と入院中より知り合うことができれば、不安の解消や相談相手にできてよかったのではないかといった語りも出てきており、就労により面会に時間的な制限がある父親でも参加できる育児教室の提供を求める意見が多く語られている。また、近医を受診する、集団検診に参加する際の周りと比較する自分たちや周囲からの理解が足りない発言により夫婦で傷つく場面が表出されている。上記は先行研究と類似した語りではあるが、今後は症例数を増やし、また協力を得られていない妊娠先行型結婚をした夫が育児に対してどんな思いを抱いているか、また夫婦関係はどう変化しているのかをインタビューしていく予定である。

研究実施者が育児中であるため時間に制限があることと、対象となる父親への直接的な接触機会が少なく、母親を通してリクルートしているため受諾率が低いことが理由に挙げられる。父親へのインタビューにより、子どもの入院中に行われる沐浴や授乳といった育児練習は有用で退院後の自信につながっていた。全てのケースで子どもの退院後は里帰りをせず夫婦で育児をおこなっていたが、退院後2週間は手探りで緊張した育児を行っている様子がうかがえた。特に医療機器を持ち帰った家族は、「子どもの状態が常に気がかり」で子どものつけるモニターのアラームに敏感になったり、風邪をひかせないように気をつかいながら育児をしていた。父親は、「子どものいない生活とは時間の流れが違う」ことを自覚しながらも、仕事と慣れない育児に追われ「自分の時間が欲しい」と葛藤していた。まわりに早産児をもつ夫婦の存在を知らない場合が多く、「手本となる育児」や「困った時に相談相手がいない」ことが早産児の育児をより不安なものにしている一方、退院後も定期通院する小児科外来に「子どもが産まれた時からのわが子をよく知る主治医の存在」により育児不安を軽減させようとしていた。仕事で日中いない間、妻が一人で育児をしていることを「一人で面倒をみてくれて感謝する気持ち」を持ちながら妻に敬意を表している父親がほとんどであった。妊娠先行型結婚をした父親は戸籍の変更や、保険の手続き、子どもの入院手続きといった「事務手続きに追われる」時間を経験していた。妊娠先行型結婚をした父親も結婚後早産児をもった父親も妻と手探りで不安な育児をしながらも、協力しながら「子どものいる生活を実感」しながら「協力する育児」を行っていた。父親へのインタビューにより、子どもの入院中に行われる育児練習は有用で退院後の自信につながっていた。全てのケースで子どもの退院後は里帰りをせず夫婦で育児を行っていたが、退院後2週間は手探りで緊張した育児をおこなっていた。父親は仕事と慣れない育児に追われ「自分の時間が欲しい」と葛藤していた。早産児をもつ夫婦の存在を知らない場合も多く「手本となる育児」や「困った時に相談相手がいない」ことが不安増強につながる一方、退院後も定期通院する小児科に「子どもが産まれた時からのわが子をよく知る主治医の存在」が育児不安の軽減につながっていた。育児休業取得のため、研究を中断していたため。引き続き、対象者のリクルートを継続しながら同時に分析をすすめるが、両親学級で直接父親にリクルートするなど、父親へダイレクトに研究協力依頼ができる方法およびリクルートをする上での研究協力者を確保している。看護学平成27年4月より復職し、研究対象者にインタビューを開始する。対象者である、妊娠先行型結婚をした夫婦が減少傾向にあるため、研究参加の受諾率をあげるため、個別の育児相談に応じるなどの対象者への利益を付加しながらリクルートしていく予定である。平成25年度はデータ収集を開始すると同時にデータを分析する予定であったが、研究実施者が妊娠、出産のため育児休業にはいったために研究を中断せざるを得なかったため進捗が遅れている。
間葉系幹細胞の抗炎症性マクロファージ誘導機構を応用した難治性顎骨壊死新規治療戦略

これまでに我々は、骨髄由来血球系細胞(Lineage (+))細胞を骨髄より取り出してこの細胞の単独培養をしても抗炎症性サイトカインIL-10の発現レベルは低いままであるが、その後の間葉系幹細胞mesenchymal stem cell(MSC)との非接触性共培養と接触性共培養により、IL-10の発現レベルが段階的に上昇することを明らかとしている。現在、このM2-Mφへの段階的な分極化を誘導する液性因子ならびに接着性因子を同定する目的で、各細胞培養下での発現頻度差のある遺伝子について網羅的解析を実施して得られた複数のモデル因子を対象とし、真のモデル分子の絞り込み実験を昨年に引き続き継続的に実施している。興味深いことに、これらのモデル因子のうち、上記の接着性共培養下でM2-Mφへの分極化に働く接着性因子として、ICAM-1/LFA-1系が働いていることを示唆する結果が得られた。しかし、このICAM-1/LFA-1系をインヒビターや中和抗体等で阻害した場合でも、接着性培養下で誘導されるM2-Mφへの分極化を完全に抑制することはできず、このICAM-1/LFA-1系以外のM2-Mφ分極化接着因子の存在が強く示唆されていることから、現在その因子の同定を進めている。加えて、我々が独自に開発したMSCを利用したM2-Mφの大量培養技術を簡便化する目的で、骨髄由来のLineage (+)細胞を用いる代わりにマウス末梢血中の血球系細胞を用いて実験したところ、MSCとの接着性共培養下にてM2-Mφの大量培養が可能であることが判明した。以上の研究成果により、我々が目指したM2-Mφのex vivo大量培養技術確立のための基盤が整備された。今後、この技術を応用したBRONJ根治療法を可能にする全く新しい細胞治療の確立を目指したい。ビスホスホネートbisphosphonate (BP)は、悪性腫瘍の形成に伴う高カルシウム血症、腫瘍の骨転移、ならびに骨粗鬆症において、破骨細胞の骨吸収を抑制することによりそれらの症状を改善する臨床的に有効性の高い薬剤である。しかし、近年、BP系薬剤関連顎骨壊死(bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ)が2003年に最初に報告されて以来、注射剤では0.812%、経口剤では0.001%という高い頻度で発生している。今回我々は、M2-MΦをex vivoで簡便且つ大量に増殖させる革新的な細胞培養技術の確立と、それを応用したBRONJ根治療法を可能にする全く新しい細胞治療の確立のための分子基盤の確立を目的とする。骨髄由来の間葉系幹細胞mesenchymal stem cell (MSC)とlineage marker陽性の血球系細胞(Lin (+)細胞)とを低酸素環境下(5%)で共培養してLin (+)細胞がM2-MΦに分化する際に如何なる細胞間相互作用を示すかについて液性因子ならびに細胞接着因子の双方より調査を実施した。具体的には、MSCとLin(+)細胞を用いて、それぞれの単独培養と共培養を行い、それぞれの細胞からmRNAを得て遺伝子発現の変化を調査し比較検討した。その結果、単独培養→非接着性共培養→接着性共培養の順に細胞内で発現が変化する遺伝子を捉えることに成功した。現在、このような発現変化を示す遺伝子が共培養によるLin (+)細胞のM2-MΦ分化誘導の際に働くキー遺伝子として働くかどうかを検証中である。平成29年度は、当初の研究計画に従いM2-MΦをex vivoで簡便且つ大量に増殖させる革新的な細胞培養技術の確立を目標として、M2-Mφ前駆細胞の増殖・分化を促進する因子(液性因子、接着因子)の候補となるモデル因子(遺伝子)のピックアップとその絞り込みを実施した。研究実績の概要にも記載した通り、単独培養→非接着性共培養→接着性共培養の順に細胞内で発現が変化する遺伝子を捉えることに成功している。これらの遺伝子が共培養によるLin (+)細胞のM2-MΦ分化のためのキー遺伝子として働くことを検証中である。このように、M2-MΦをex vivoで増殖させるための分子基盤を確立するための研究は概ね予定通りに進行している。

加えて、我々が独自に開発したMSCを利用したM2-Mφの大量培養技術を簡便化する目的で、骨髄由来のLineage (+)細胞を用いる代わりにマウス末梢血中の血球系細胞を用いて実験したところ、MSCとの接着性共培養下にてM2-Mφの大量培養が可能であることが判明した。以上の研究成果により、我々が目指したM2-Mφのex vivo大量培養技術確立のための基盤が整備された。今後、この技術を応用したBRONJ根治療法を可能にする全く新しい細胞治療の確立を目指したい。これまでと同様にM2-Mφ前駆細胞の増殖・分化を促進する液性因子や接着因子の候補となるモデル因子(遺伝子)のピックアップとその絞り込みを継続して実施するとともに、これにより判明した液性因子や接着因子を利用したM2-Mφのex vivo大量培養法を樹立したい。さらには、当初の研究計画の通り、BRONJ根治療法を可能にする全く新しい細胞治療の確立のための分子基盤の確立を目標とし、MSC由来M2-MΦ活性化接着因子とM2-MΦとの併用による革新的なBRONJの根治的細胞治療基盤を動物実験レベルで樹立したい。課題研究の進行状況に合わせ、購入予定の消耗品の一部の内容を変更したために未使用額が生じた。また、このために生じた次年度使用額は、適切に使用する。
湖沼における有毒・有害プランクトン遺伝子診断法の実用化

湖沼の有毒・有害プランクトンを、迅速かつ正確に同定し、モニタリングするため、分子生物学的手法の適用が期待されている。本研究ではケーススタディーとして、琵琶湖で問題となっている淡水赤潮形成種ウログレナ・アメリカーナ(黄色鞭毛藻)および有毒なアオコ形成ラン藻類の定量化、アオコの毒素(ミクロシスチン)の生合成遺伝子の有無に関する試験手法の開発および野外モニタリングでの実用化を目指し、以下のことを実施した。2)琵琶湖産ラン藻・淡水赤潮形成種ウログレナの16SrRNA遺伝子(真核生物であるウログレナの場合は18S)の相同性解析によってターゲットとなる種に特異的に反応するプライマーを作成した。また、ミクロシスチン生合成遺伝子(mcy)クラスター増幅用のプライマーを作成した。3)TaqMan-probeとSYBRGreenを用いたReal-time PCR法により、ウログレナと有毒アオコの定量化を試みた。4)夾雑物を含む野外(琵琶湖)の湖水を用いた淡水赤潮(春季:4月6月)・アオコ(夏秋季:8月11月)のモニタリングを、ブルームの発生状況に応じて行った。5)琵琶湖から地理的に隔離された湖沼の株を用いた汎用性試験を行った。これらの主要な成果として、ウログレナ細胞数の対数値とReal-time PCR反応における閾値の関係から検量線が得られ、淡水赤潮を定量化できることがわかった。また、実際に野外サンプルを用いたモニタリング結果は、滋賀県の赤潮パトロールのブルーム発生期の顕微鏡による計数結果とも合致しており、遺伝子診断法を用いると、これまでの50倍の容量が容易に分析できること、そして、モニタリングとして実用化できることを実証した。2.滋賀県琵琶湖・環境科学研究センターで維持している琵琶湖産ラン藻ミクロキスティス株・淡水赤潮形成種ウログレナ株を大量培養した。ラン藻類については、16SrRNA遺伝子(真核生物であるウログレナの場合は18S)の相同性解析によってターゲットとなる種に特異的に反応するプライマーを作成した。また、ミクロシスチン生合成遺伝子(mcy)クラスター増幅用のプライマーを用いたPCRにより、ターゲット種の特異的検出と毒性株の判定を行った。3.TaqMan-probeとSYBERGreenを用いたReal-time PCR法により、ミクロシスチン生合成遺伝子を有する毒性培養株の細胞数と蛍光発光の閾値にあるPCRサイクル数との関係から定量化を試みた。細胞数の対数値とPCRサイクル数の閾値との間で検量線が得られ、有毒アオコのモニタリングに適用できることがわかった。4.これまでに開発した有毒・有害プランクトンの遺伝子診断法を実用化するため、試験的に來雑物を含む野外(琵琶湖)の湖水を用いた淡水赤潮・アオコの定量を、ブルームの発生状況に応じて行った。春季(4月6月)は、淡水赤潮を形成する黄色鞭毛藻ウログレナアメリカーナ,夏秋季(8月11月)は、アオコ形成ラン藻ミクロキスティス・エルギノーサ)をターゲット種と定めた。いずれも、遺伝子診断の結果がブルームの消長と合致しており、モニタリングに利用できることを実証した。
窒化物半導体の特異構造におけるフォノン挙動の理論解析

窒化物半導体の欠陥等の特異構造におけるフォノン物性は、発光デバイスの効率やパワーデバイスの発熱密度を左右すること等から重要であるが、まだよくわかっていない。本研究では、強い分極や複数の荷電状態の存在等の窒化物半導体の特徴を考慮しつつ、その特異構造におけるフォノン挙動を解析するための機械学習ポテンシャルを開発する。開発した原子間ポテンシャルを用いて窒化物半導体におけるフォノンバンド構造やフォノン状態密度を計算し、特異構造の導入によるフォノンの振舞いの変化を明らかにする。
子どもの個性・能力・適性を生かす算数・数学科のカリキュラム開発研究

(1)平成67年度文部省科学研究費補助金を受けて行った研究「学校週5日制への移行を目指した小学校算数科のカリキュラム開発研究」(課題番号06680234)から得られた研究成果を踏まえて、小学校算数科と中学校数学科を一貫したカリキュラムと見なして、次の二点に着目してカリキュラム開発を行った。第一は、完全学校週五日制の移行に伴い、算数科の授業時数が約14%削減、中学校数学科の授業時数が選択を除くと約18%の削減になるので、それに対応したカリキュラムを編成する。第二は、これまでのような単一型のカリキュラムでなく、子どもの興味・関心や個性・能力・適性に応じて選択しながら算数・数学の学習ができるような柔軟な選択型のカリキュラムを編成する。(2)特に選択型の具体的な内容とその位置づけを小学校第3学年から中学校第3学年にわたり詳細に検討した。そして、選択型のエンリッチメントの内容を二つにタイプ分けし、同時に、それぞれの場合の授業の展開について具体的な実験授業を行った。また、中学校2年3年については、選択教科としての数学(週1時間ずつ)のカリキュラムを編成した。第一年次である本年度は、主に、研究テーマに関する先行研究の収集整理とそれらについての検討・考察を行った。(1)小・中学校の教育において、子どもの個性をどのように認識・判定するか、そして、子どもの個性を教育において生かすとは、どのような意味か、という問題について先行研究を中心に議論した。(2)子どもの個性・能力・適性を生かす算数・数学科のカリキュラムの可能性について先行研究を基に議論するとともに、二、三の試験的な授業を実践した。第二年次である本年度は、前年度に行ってきた調査研究である「子どもの個性・能力・適性に応じて弾力的な編成ができるカリキュラムのあり方」の研究成果を基にして、(1)ディファレンシェイト・モデルに基づいた小・中学校の算数・数学のカリキュラムを開発した。(2)子どもの個性・能力・適性を生かすために、一人一人の算数・数学学習についての総合的評価を行い、それに従って、上のカリキュラムによる指導計画を立てるとともに、効果的な指導法の開発について実証的研究を行った。(3)小・中学校を一貫した算数・数学科のカリキュラムという視点から、学校週5日制への移行に対応するための具体的な実践例を示した。これらの研究を進めるために、研究協力者として、小学校及び中学校の教員(約10名を予定)を加えた研究組織を構成し、定例の研究会を運営し、上記の目標達成を目指した。そして、本年度末には、研究報告書を作成した。