hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物活性にもとづいた二次代謝パスウェイにおけるモジュール構造の解明

アルカロイド化合物の代謝経路と生物活性の関係性を解明するために、まずはじめに、文献調査にもとづいてアルカロイド化合物の代謝マップを作製した。現在までに、18000種のアルカロイド化合物が収集され、KNApSAcK Coreデータベースに格納されている。一方で、生合成経路が既知のアルカロイド化合物は、千に満たない。そこで、これら18000種のアルカロイド化合物の生合成開始物質を推定する目的で、深層学習の一つである分子グラフ・コンボリューション・ニューラル・ネットワーク(MGCNN)を活用した。MGCNNにおいて、原子を頂点、結合を辺とみなしたグラフにより化合物を取り扱うことができる。また、通常の深層学習における畳込み処理とプーリング処理を、グラフにおける原子の隣接性を考慮してMGCNNモデルを構築できる。本研究では566種の化合物により、MGCNNモデルを構築し、KNApSAcK Coreデータベースに登録されている18000種のアルカロイド化合物に対して、生合成開始化合物の予測を行った。なお、データ数の制限から15種の生合成開始物質についてのMGCNNモデルを構築した。化学構造をケミカルフィンガープリントにより構造表現を活用した通常のニューラルネットならびにランダムフォレストに比べて、MGCNNモデルにおける認識率は遥かに高く97.5%であった。アルカロイドに関わる代謝マップを整備したことにより、例えばnarcotic (M76)、antidiarrheic (M34)といった神経系に作用する植物代謝モデュールを抽出することにも成功した。このように、代謝データの構築、深層学習による分類、活性情報という3つの基盤を活用することによる、生合成代謝経路と生物活性の関係を解明する生物間相互作用への新たな研究パラダイムへとさらに研究を進めるべきであると確信した。本申請では、生物と生産される二次代謝物の関係DB、二次代謝物と生物活性の関係DB二次代謝物の酵素反応DBの情報を活用し、三次元構造類似性と共通の生物活性にもとづいて5万種の二次代謝物を分類する。分類された代謝物を二次代謝パスウェイ上にマッピングし、代謝モジュールを抽出する。代謝モジュール情報をもとに生物系統群ごとに創出される代謝パスウェイと生物活性の関係を体系化し、ゲノム情報にもとづいた代謝パスウェイ創出と生存戦略の関係を悉皆的に把握することを目指す。まずはじめに、植物、微生物が生合成するアルカロイド化合物に注目し、代謝経路を構築した。文献調査により478種の化合物において代謝経路が既知である。これら478種の化合物に含まれる全ての部分環構造(2546種)に基づいて、それぞれの化合物の部分環骨格構造の有無によるベクトルで表現し、化合物間の類似性を評価するシステムの開発を進めた。部分環骨格構造をSubring Skeleton (SRS)と呼ぶ。SRSの類似性によるクラスター分析により、上記の478種の化合物について、29種類のクラスターに分類した。その結果、良好にSRSにより、アルカロイド化合物を分類することが可能になった。一見、非常に複雑な環骨格構造を有する化合物においても、代謝上の開始化合物の特徴が含まれており、代謝経路ごとの環骨格構造の多様性導出のメカニズムを体系的把握することに成功した。現在までに整理が進んでいる12,243種のアルカロイド化合物のうち、25%は集積された代謝経路既知化合物とSRSが同一であり、代謝経路を同定することができる。一方、残りについては、SRSの類似性から代謝経路を予測することが可能となった。これらの分類結果を踏まえて、それぞれおの代謝経路モジュールに属するアルカロイド化合物と活性情報の共通性を体系化し本プロジェクトの目的を達成したい。化合物間の部分環骨格構造Subring Skeleton (SRS)による代謝物の分類において、化合物の部分環構造の有無でベクトルを構築することが、最大の難点であった。これを克服するためのアルゴリズムの開発するために、InChI(International Chemical Identifier)を活用した。このInChIキーは、原子間の結合行列により対象とする環骨格構造を一意に文字列表現する方法である。そこで、本研究で対象とした478種の化合物の側鎖を全て削除し、InChIキーにより一意に全ての部分環骨格構造を抽出した。それぞれの化合物については全ての部分環骨格構造と対応したInChIキーの有無によりベクトルで表現することにより、ベクトルの比較から、478種の化合物骨格構造の類似性を的確に把握することが可能となった。さらに、Zero-suppressed binary decision diagrams (ZDDs)によるベクトル構築の計算の効率化を進めており、プログラミングもほぼ完了した。一方、抽出された代謝モジュールに含まれる化合物の活性情報についての調査を現在開始しているところである。平成28年度の予定のアルゴリズム開発はほぼ完了した。また、代謝経路が既知の代謝物を対象に部分環骨格構造フィンガープリントから代謝経路を識別する学習アルゴリズムを開発をすすめることができた。代謝物の化学構造における側鎖を中心としたフィンガープリント法については、PubChem, CDK、MACCSなど世界においてさまざまな方法が開発されているものの、部分環構造に注目するフィンガープリント法は今のところ開発されておらず、本申請独自のアイデアである。この方法により代謝物が代謝モジュールに高精度で分類し、活性情報へと関係付ける学習アルゴリズムの開発を展開する予定である。本研究の研究計画は3種の二次代謝物に関するDB( 1.二次代謝物生合成酵素DB、2.生物種-二次代謝物関係DB、3.二次代謝物-生物活性関係DB)

およびその他の代謝パスウェイ情報を活用し、化学構造と生物活性における共通性による二次代謝物の分類を行う。1で得られたそれぞれの二次代謝物グループに含まれる代謝物を代謝パスウェイ上にマッピングする。代謝パスウェイが既知の代謝物は、実線で表した矢印で連結される。このようにして構築された二次代謝パスウェイグループと代謝パスウェイの情報をもとに、代謝モジュールを定義する。このようにして、二次代謝物グループを代謝モジュールと関連づけることが可能となる。化学構造が決定されている二次代謝物の総数は約5万種であるのに対して、二次代謝パスウェイとして代謝反応が解明されているものは、その1/10にも満たない。そこで、本研究において定義する代謝モジュールに関わる二次代謝物群とこれらと構造類似性を有しかつ生物活性に共通性がある二次代謝物との関係を統合し、代謝パスウエイと生物活性の関係をデータサイエンスにより解明する。代謝経路が未知の二次代謝物の構造から代謝経路を予測することが本研究では必須である。そこで、アルカロイドを中心に、代謝における出発物質を予測することを試みた。アルカロイド化合物は現状で12243種の構造のうち、代謝経路が既知のものは673種であった。代謝経路が解明されているアルカロイド化合物の合成開始物質は、19種のアミノ酸、テルペンなど32種の化合物に集約できる。代謝物の構造をグラフにより表現し、グラフコンボリューションによる深層学習法を活用することにより、出発物質予測を行ったところ、認識率95%という高い精度で予測することが可能となった。このことにより、アルカロイド化合物における代謝モジュール予測の一環として出発物質予測が可能となった。グラフコンボリューションネットワークを活用することにより、12243種のアルカロイド化合物の出発物質予測が可能となったことが最大の成果である。アルカロイド化合物における代謝経路が既知のものは673種程度ではあるが、本アルゴリズムの適用により認識率95%という高い精度で、それぞれの化合物における生合成開始物質を予測でき、また、複数の代謝物を開始物質とする経路についても精度よく予測が出来た。このことが当初の計画におけるアルカロイド化合物の代謝経路としてのモジュールを規定することの効率化へとつなげることができた。本年度は、これらのモデュール構造と生物活性の関係性を検討することになるが、当初予定していた範囲を大幅におけるアルカロイド化合物をデータセットとして活用することが可能となった。アルカロイド化合物の代謝経路と生物活性の関係性を解明するために、まずはじめに、文献調査にもとづいてアルカロイド化合物の代謝マップを作製した。現在までに、18000種のアルカロイド化合物が収集され、KNApSAcK Coreデータベースに格納されている。一方で、生合成経路が既知のアルカロイド化合物は、千に満たない。
イオン性液体を用いる分離を伴う新規反応プロセスに関する研究

イオン液体を用いた新規なバイオプロセスおよび分離プロセスの開発を目的として研究を行い,次のような成果を得た.1.イオン液体含浸膜分離システムの開発イオン液体含浸高分子膜により脂肪族化合物から芳香族化合物の選択的分離を行うことができ,従来の浸透気化法などよりも優れた分離係数を示す膜分離システムを開発することができた.これらの応用として石油留分からの窒素化合物や硫黄化合物の除去に関する研究を行い,これらの化合物が選択的に分離除去できることを示した.また抗生物質の1種であるペニシリンGのイオン液体による抽出および膜分離系を構築し,イオン液体含浸膜分離系において初めて上り坂輸送を達成した.さらにこの成果を乳酸の抽出発酵へ応用した.2.イオン液体中の全細胞生体触媒を用いたエポキシドの光学分割生理活性物質の中間体として重要であるラセミ体のエポキシドの選択的加水分解による光学活性ジオールの生成にイオン液体を使用した二相系反応を用いることを検討した.内在するエポキシド加水分解酵素を高発現することが知られているRhodotorula glutinis ATCC 201718を用いて,エポキシヘキサンの加水分解を行ったところ,酵素精製することなしに全細胞の状態で(R)一体のエポキシドに対して高いエナンチオ選択性を示すことを見出した.高い基質濃度では有機溶媒を超える高いエナンチオ選択性を示し,また最も疎水性で最も粘度の低いイオン液体Tが反応性も高く,非常に高いエナンチオ選択性を示すことを明らかにした.以上環境適応型溶媒であるイオン液体を用いた新規なバイオおよび分離プロセスを検討し,これまでの有機溶媒にはない極めて興味ある結果が得られた.イオン液体を用いた新規なバイオプロセスおよび分離プロセスの開発を目的として研究を行い,次のような成果を得た.1.イオン液体含浸膜分離システムの開発イオン液体含浸高分子膜により脂肪族化合物から芳香族化合物の選択的分離を行うことができ,従来の浸透気化法などよりも優れた分離係数を示す膜分離システムを開発することができた.これらの応用として石油留分からの窒素化合物や硫黄化合物の除去に関する研究を行い,これらの化合物が選択的に分離除去できることを示した.また抗生物質の1種であるペニシリンGのイオン液体による抽出および膜分離系を構築し,イオン液体含浸膜分離系において初めて上り坂輸送を達成した.さらにこの成果を乳酸の抽出発酵へ応用した.2.イオン液体中の全細胞生体触媒を用いたエポキシドの光学分割生理活性物質の中間体として重要であるラセミ体のエポキシドの選択的加水分解による光学活性ジオールの生成にイオン液体を使用した二相系反応を用いることを検討した.内在するエポキシド加水分解酵素を高発現することが知られているRhodotorula glutinis ATCC 201718を用いて,エポキシヘキサンの加水分解を行ったところ,酵素精製することなしに全細胞の状態で(R)一体のエポキシドに対して高いエナンチオ選択性を示すことを見出した.高い基質濃度では有機溶媒を超える高いエナンチオ選択性を示し,また最も疎水性で最も粘度の低いイオン液体Tが反応性も高く,非常に高いエナンチオ選択性を示すことを明らかにした.以上環境適応型溶媒であるイオン液体を用いた新規なバイオおよび分離プロセスを検討し,これまでの有機溶媒にはない極めて興味ある結果が得られた.イオン液体を用いた新規なバイオプロセスおよび分離プロセスの開発を目的として研究を行い,本年度は次のような成果を得た.1.イオン液体を利用した新しい酵素反応システムの開発環境に優しい新しい溶媒として知られるイオン液体を利用した新しい酵素反応システムの開発を目的として,酵素を含むイオン液体のセルロースへの固定化を試みた.セルロースにイオン液体とCandida rugosa由来リパーゼを保持させ,これを用いてラウリン酸ベンジルのエステル合成を行った.イミダゾリウム塩型のイオン液体は10回使用後も活性は保持されていた.イオン液体中のアルキル鎖長の増加に伴い,粘度が増加し,セルロースへの保持率も増加した.さらにアルキル鎖長がC8のイオン液体は繰り返し使用後も残存活性が初期活性を上回り,最大で初期活性の約200%の活性を示した.セルロースにイオン液体および酵素を保持させた系は,新しい優れたイオン液体を利用した酵素反応システムといえる.しかし現時点では保持酵素量が少ないため反応率がやや低く,イオン液体に溶解できる酵素を用いるなど工夫を行うことにより有用なシステムのが可能である.2.イオン液体を利用した分離システムの開発イオン液体含浸高分子膜による芳香族化合物の選択的分離を行い,従来の浸透気化法などよりも優れた分離係数を示す膜分離システムを開発することができた.また抗生物質の1種であるペニシリンGのイオン液体による抽出および膜分離にも成功した.イオン液体を用いた新規なバイオプロセスおよび分離プロセスの開発を目的として研究を行い,本年度は次のような成果を得た.1.乳酸発酵へのイオン液体の応用揮発性有機溶媒を利用した乳酸発酵は数多く研究されているが,本研究では不揮発性・不燃性といった性質をもつイオン液体のその代替溶媒としての可能性を検討した.最初にイオン液体Cyphos IL-101およびAliquat 336の抽出能を検討し,それぞれ有機酸に対して高い抽出能を示したが,乳酸菌に対して強い毒性を示した.そこで本研究では次にイオン液体含浸膜による発酵有機酸の分離を試みた.発酵乳酸の分離において,PVDF膜にcyphos IL-101を含浸させたことから,イオン液体と乳酸菌の直接の接触を避けることができたため,イオン液体は毒性を示さなかった.

2.イオン液体中の全細胞生体触媒を用いたエポキシドの光学分割生理活性物質の中間体として重要であるラセミ体のエポキシドの選択的加水分解による光学活性ジオールの生成にイオン液体を使用した二相系反応を用いることを検討した.内在するエポキシド加水分解酵素を高発現することが知られているRhodotorula glutinis ATCC 201718を用いて,エポキシヘキサンの加水分解を行ったところ,酵素精製することなしに全細胞の状態で(R)-体のエポキシドに対して高いエナンチオ選択性を示すことを見出した.高い基質濃度では有機溶媒を超える高いエナンチオ選択性を示し,また最も疎水性で最も粘度の低いイオン液体Tが反応性も高く,非常に高いエナンチオ選択性を示すことを明らかにした.
細胞間結合・コミュニケーションよりみた子宮内膜の機能とその異常

正常子宮内膜では血中性ステロイドホルモンおよびそのレセプターであるエストローゲンレセプターないしプロゲステロンレセプターの発現が細胞間コミュニケーションを司るコネキシンの発現に影響を与えることを報告してきた。本実験では子宮内膜の癌化過程における細胞間コミュニケーションの影響を探るため、これらのレセプターの働きをサポートしていると考えられる熱ショック蛋白HSP27とHSP70の発現について、正常子宮内膜・子宮内膜増殖症・子宮内膜癌における発現を免疫組織化学あるいはウエスタンブロット法によって調べ、これらが子宮内膜増殖症で過剰に発現していることが明らかになった。また、性ステロイド以外にも子宮内膜の増殖・分化に影響を与えることが期待されるレチノイン酸に対するレセプターRARとRXRについても正常子宮内膜の月経周期での発現と細胞内局在を検索したところ、増殖期内膜でこれらが強く発現していることが明らかになり増殖期から分泌期にかけての細胞分化に強い影響を与えていることが示唆された。この、レチノイン酸も細胞間のコミュニケーションに影響を与えることが期待される。細胞接着蛋白の一つであるb-cateninの遺伝子異常と細胞内局在について子宮内膜増殖症と子宮内膜癌、さらに子宮内膜増殖症を伴った子宮内膜癌について検討した。この実験では、子宮内膜癌では10%程度に遺伝子異常は認めるものの、増殖症では60%以上の症例でb-cateninの局在異常を認めながら遺伝子異常は認められなかった。以上より子宮内膜の癌化にはb-cateninの遺伝子異常をともなわずにWntの活性化が起きているものと考えられた。子宮内膜組織は内分泌環境下に受精卵の着床のため排卵を境に増殖と分化を繰り返している。この増殖と分化のプロセスは主に内分泌環境の変化に基づき受容体との結合、そして組織中での細胞間の結合・コミュニケーションによって調和された機能を発揮していると考えられている。そこで、ダイナミックに変化する子宮内膜組織を用い、正常な機能発現に関わるメカニズムを細胞間コミュニケーションを中心に明らかにすることを目的に本研究を始めた。そして異常子宮内膜については着床障害、増殖病変、癌化との関係で細胞間の結合を司るbeta-cateninの核への集積とそれと同時に細胞間コミュニケーションを司るconnexinの減弱を認めた。さらに、これらの動きと細胞内外の増殖・分化のシグナルとの関係をみるため、正常子宮内膜ならびに腫瘍性の病変での熱ショック蛋白の発現の変化を観察した。この研究によると熱ショック蛋白の中でもHSP27とHSP90は正常では血清エストラジオールと相関して増減した。しかし過形成内膜ではエストラジオールとは関係なしに過剰発現がみられ、過度の増殖状態で発現するものと考えられた。この業績に関しては現在投稿中である。本実験では子宮内膜の癌科過程における細胞間コミュニケーションの影響を探るため、これらのレセプターの働きをサポートしていると考えられる熱ショック蛋白HSP27とHSP70の発現について、正常子宮内膜・子宮内膜増殖症・子宮内膜癌における発現を免疫組織化学あるいはウエスタンブロット法によって調べ、これらが子宮内膜増殖症で過剰に発現していることが明らかになった。また、性ステロイド以外にも子宮内膜の増殖・分化に影響を与えることが期待されるレチノイン酸に対するレセプターRARとRXAについても正常子宮内膜の月経周期での発現と細胞内局在を検索したところ、増殖期内膜でこれらが強く発現していることが明らかになり増殖期から分泌期にかけての細胞分化に強い影響を与えていることが示唆された。

本実験では子宮内膜の癌化過程における細胞間コミュニケーションの影響を探るため、これらのレセプターの働きをサポートしていると考えられる熱ショック蛋白HSP27とHSP70の発現について、正常子宮内膜・子宮内膜増殖症・子宮内膜癌における発現を免疫組織化学あるいはウエスタンブロット法によって調べ、これらが子宮内膜増殖症で過剰に発現していることが明らかになった。また、性ステロイド以外にも子宮内膜の増殖・分化に影響を与えることが期待されるレチノイン酸に対するレセプターRARとRXRについても正常子宮内膜の月経周期での発現と細胞内局在を検索したところ、増殖期内膜でこれらが強く発現していることが明らかになり増殖期から分泌期にかけての細胞分化に強い影響を与えていることが示唆された。この、レチノイン酸も細胞間のコミュニケーションに影響を与えることが期待される。細胞接着蛋白の一つであるb-cateninの遺伝子異常と細胞内局在について子宮内膜増殖症と子宮内膜癌、さらに子宮内膜増殖症を伴った子宮内膜癌について検討した。この実験では、子宮内膜癌では10%程度に遺伝子異常は認めるものの、増殖症では60%以上の症例でb-cateninの局在異常を認めながら遺伝子異常は認められなかった。以上より子宮内膜の癌化にはb-cateninの遺伝子異常をともなわずにWntの活性化が起きているものと考えられた。
協調学習における新しい評値概念の構築と状況内評価法の開発

1.協調学習環境の評価に関する基礎的研究社会的構築主義から協調学習を意義づけ,教育的に重要な創発的分業という観点を提案した.また,グループ間の相互評価をさせることでリフレクションを促進させる手法や協調学習環境と学習者の関係性を評価するための手法を提案した.2.状況内評価を実現する携帯相互評価入力・集計・表示システム学習者ひとりひとりが携帯し,学習活動のさなかに簡便に自分自身に対する評価や他者の評価が記録でき,さらに,それを後で見直したり,他者評価と比較したりできるような相互評価システムを開発した.3.非同期的相互評価を支援するWeb相互評価システム学習者が生み出した成果物を,学習者が相互評価する際に,「客観性」は求めないにしても,信頼性と公平性は必要になると考えられる.そこで,それらを担保するような相互評価手法を開発し,それを相互評価支援Webシステムに実装し,評価を行った.4.電子掲示板での議論の過程や状態を可視化する議論相互評価システムe-Learningでよく用いられる電子掲示板の議論の状態や,過去の議論の過程をコンピュータ上でグラフィック表示し,議論の評価を支援するシステムi-Beeを開発して評価を行った.5.プロジェクト学習の過程や状態を可視化するPBL支援システム近年注目されているプロジェクト学習(Project Based Learning)を円滑に実施するために,学習者が互いの分業の状況と,プロジェクトの進行状態をモニターでき,情報共有を助けるWebグループウェアProBoとそれ上の分業状況と進行状態を携帯電話の待ち受け画面で表示するシステムProBoPortableを開発し,評価を行った.1.協調学習環境の評価に関する基礎的研究社会的構築主義から協調学習を意義づけ,教育的に重要な創発的分業という観点を提案した.また,グループ間の相互評価をさせることでリフレクションを促進させる手法や協調学習環境と学習者の関係性を評価するための手法を提案した.2.状況内評価を実現する携帯相互評価入力・集計・表示システム学習者ひとりひとりが携帯し,学習活動のさなかに簡便に自分自身に対する評価や他者の評価が記録でき,さらに,それを後で見直したり,他者評価と比較したりできるような相互評価システムを開発した.3.非同期的相互評価を支援するWeb相互評価システム学習者が生み出した成果物を,学習者が相互評価する際に,「客観性」は求めないにしても,信頼性と公平性は必要になると考えられる.そこで,それらを担保するような相互評価手法を開発し,それを相互評価支援Webシステムに実装し,評価を行った.4.電子掲示板での議論の過程や状態を可視化する議論相互評価システムe-Learningでよく用いられる電子掲示板の議論の状態や,過去の議論の過程をコンピュータ上でグラフィック表示し,議論の評価を支援するシステムi-Beeを開発して評価を行った.5.プロジェクト学習の過程や状態を可視化するPBL支援システム近年注目されているプロジェクト学習(Project Based Learning)を円滑に実施するために,学習者が互いの分業の状況と,プロジェクトの進行状態をモニターでき,情報共有を助けるWebグループウェアProBoとそれ上の分業状況と進行状態を携帯電話の待ち受け画面で表示するシステムProBoPortableを開発し,評価を行った.1.学習評価概念の研究開発社会的構築主義的認識論、とくにエスノメソドロジーから評価概念の再検討を行い、それをヒューマンインタフェース学会論文誌に発表した。その中で、学校における知識・能力はテストや学校に特徴的な会話の協同的編成によって,相互達成的に個人の能力「として」可視化され,対象化されており、個人は能力という点において交換可能にされている点を指摘し、そして、教育評価が何らかの外的基準にしたがって個人を評価することを含意するならば、社会構築主義的な能力観とは根本的に相容れないため、知識・能力を発揮するその状況の内側から評価する「状況内評価」という考え方を主張した。2.相互評価システムの研究開発学習者が生み出した成果物を、学習者が相互評価する際に、自分が評価する相手からも自分が評価されるという状況の場合に、そうでない場合よりも評点が甘くなる現象を統制された実験により実証し「お互いさま効果」と名付けた。また、お互いさま効果を生じないように、自分が評価する相手からは自分が評価されないような相互評価の割り当てを決めるアルゴリズムを考案し、相互評価支援システムに実装した。同システムは、Webベースのシステムで、その他に、レポートの提出や相互評価の入力などの機能を有する。3.状況内評価システムの研究開発学習者ひとりひとりが携帯し、学習活動のさなかに簡便に自分自身に対する評価や他者の評価が記録でき、さらに、それを後で見直したり、他者評価と比較したりできるような携帯相互評価入力端末を開発している。本年は、基本方式を検討し、基礎的な機能の実験をおこなって実現可能性を検証した。1.学習評価概念の研究開発学習活動の現場を共にするコミュニティのメンバーのみが評価をする正当な権利を持つという立場から、「自己評価」と「相互評価」を方法的な基盤とした評価概念を提案した。具体的には、下記の2つのシステムを開発し、その実験を通して、新しい評価概念の成立可能性と問題点を検討した。2.状況内評価システムの研究開発学習者ひとりひとりが携帯し、学習活動のさなかに簡便に自分自身に対する評価や他者の評価が記録でき、さらに、それを後で見直したり、他者評価と比較できるような相互評価システムを開発している。本年は、PDAをベースにした携帯相互評価端末の試作品を開発した。これは発信器と受信器の組で構成され、赤外線で通信する。

発信器を学習者ひとりひとりにとりつけておき、その発信器に向けて受信器を操作することで特定の学習者に対する評価を学習活動のさなかに入力することができる。さらに、その携帯相互評価端末から得られたデータを集計しグラフで表示するシステムを開発した。3.相互評価支援システムの研究開発学習者が生み出したレポートなどの成果物を、学習者が相互評価する際に、「客観性」は求めないにしても、信頼性と公平性は必要になると考えられる。そこで、それらを担保するような相互評価手法を開発し、Webアプリケーションとして実現した。今年度は自動相互評価割り当て方法と評価者の個人差の影響を除去する方法を開発して実装した。さらに、パイロット実験を行ってユーザビリティを検証した。1.学習評価概念の研究開発状況内評価を学習活動の状況やプロセスを共にしたコミュニティのメンバーによる評価であると定義し、「自己評価」と「相互評価」を方法的な基盤とした評価概念を構築することを試みた。具体的には、下記の2つのシステムを開発し、その実験を通して、新しい評価概念のコンセプトを具体的に示した。2.相互評価支援システムの研究開発学習者が生み出した成果物を、学習者が相互評価する際に、客観性は求めないにしても、信頼性と公平性は必要になると考えられる。そこで、それらを担保するような相互評価手法を開発した。今年度は評価者の個人特性を評価者自身に継続的にフィードバックすることによって、評価のバランスや適切さの点で改善が見られることを確認した。また、レポートなどの成果物の提出管理、相互評価相手の自動割り当て、相互評価結果の集計と学習者へのフィードバックが可能なWebアプリケーションを開発した。さらに、これまでの成果を2本の論文にまとめて日本教育工学会に投稿した(現時点で査読中)。3.状況内評価システムの研究開発学習者ひとりひとりが携帯し、学習活動のさなかに簡便に自分自身に対する評価や他者の評価が記録でき、さらに、それをその場で集計してグラフ化してフィードバックしたり、他者評価と比較したりできるような状況内相互評価システムを開発した。本年は、赤外線ID送信バッジと赤外線受光装置の改良を行い、PDAベースの携帯相互評価端末を20組試作して性能とユーザビリティの評価実験をおこなった。さらに、評価端末の画面や機能や所持者などの初期設定を行うプログラムを開発した。これらの研究成果は国内・海外の会議(査読付き)3件でデモ・研究発表した。
素粒子模型構築へのLHC実験のインパクト

LHC実験では標準模型を越える粒子が生成され、その崩壊が観測されると期待されている。このような模型の中でも、超対称模型に代表される暗黒物質の候補ををもつ模型についてLHC実験によって、新粒子の質量・相互作用を測定する方法について研究を行い、MT2の活用、end pointに寄らない質量決定法、Initial state radiationの除去法等について成果をあげた。超対称模型は標準模型を越える物理のもっとも有力な候補であり、LHC実験では、この超対称粒子を多数生成してその性質を研究することが可能である。今年度でLHC実験における超対称模型のシグナルのパターンを調べるとともに、解析方法を工夫して、理論の基本的なパラメーターを測定する方法について研究した。1)超対称模型では、スカラー超対称粒子の相互作用は、その標準模型の粒子のパートナーのカイラルな構造を引き継ぐため、超対称粒子の崩壊パターンには荷電非対称性ももっている。この荷電非対称性をLHC実験の崩壊分布を測定することによって、確立することができることを明らかにした。また、電子の分布とミューオンの分布の比較によって、スカラーミューオンの右巻き・左巻き混合をあきらかにできることを示した。2)超対称標準模型の粒子と、重力の超対称粒子であるグラビテイーノ粒子の質量の関係は、宇宙論的にも、超対称模型の識別のためにも重要な意味を持っている。グラビテイーノが一番軽い超対称粒子の場合、標準模型の超対称粒子は準安定で、この粒子の寿命を測定することは、宇宙論的にも、超対称模型の決定のためにも重要である。我々は、この粒子の寿命を広いパラメーター領域にわたって測定するために外部測定器を導入することを提案した。この測定器はLHCのCMS実験の測定器の外部に、主な実験の変更をおこなわずに追加することが可能であることを発見し、現在さらに、3体崩壊に対する制限や、質量の測定について研究を行っている。3)超対称粒子の質量の決定については従来超対称粒子の分布の終点を実験的に測定することによって、質量を決定することが提案されていたが、このような方法では、いくつかの崩壊が共存する場合、統計が少ない場合などに、問題が生じていた。我々はそれぞれの崩壊事象のKinematicsを厳密に取り扱うことによって、この問題を解決し、超対称粒子の質量決定の新しい方法を提案した。また前川、小林はアノマラスU(1)模型、ストリング模型、における超対称粒子の質量や相互作用についての予言を研究した。1)LHC実験においては、超対称粒子、ヒッグス粒子などが多数生成される。生成崩壊分布を測定する等の方法によって、これらの粒子の性質を明かにすることがLHC実験で可能であるかどうかを調べることが本研究の目的である。特に今年はゲージメディエーション模型で予想される準安定荷電超対称粒子の崩壊先の粒子の性質(グラビティーノ、またはアクシーノであるかの決定)を3体崩壊パターンから決定することが可能か、また二対崩壊で、τ粒子のエネルギー分布を図ることで、グラビティーノ等の質量の決定が行えることを明らかにした。CMS実験のA.de Roecks氏との共同研究をすすめ、CMS実験で新しい測定器を追加する可能性について検討をすすめつつある。2)超対称粒子の質量等の決定から暗黒物質密度を制限する可能性について検討を行い、様々なパラメータの不定性がもたらす暗黒物質密度に対する影響について検討を行い、論文として発表した。3)O(10)GeV程度の電子ビームは暗黒物質と衝突することによって、スカラー電子を生成する可能性が、この機構を利用した、暗黒物質の探索の可能性や、この実験を行うために必要なスカラー電子質量の決定の可能性について考察し、論文として発表した。4)超対称模型は高次元の模型に広げることでMSSMとはことなる様相を示す可能性が指摘されている。このような模型の一つであるデラックゲージーノ質量項がある場合について、現象論的な研究を京都大学学生の竹内と行った。LHCではスカラークオークの対生成過程があり、この大きさはマヨラナ質量に比例するため、この過程の散乱断面積を測定することでゲージーノの質量のマヨラナ、ディラック性について調べるkとおができる。散乱断面積の特性について定量的な研究をおこない論文にまとめつつある。6)KKLT模型のような縮退した超対称模型における現象論について研究をおこなった。このような模型では、標準模型のBGの理解がより重要になることがあきらかになった。この研究については論文にまとめつつある。1)LHCにおいては多種多様な素粒子が生成され、同じシグナルであっても生成過程が異なる場合が多い。このため、シグナルの構造をより深く理解することが、LHC実験のデータから新しい素粒子の性質を決定する上で重要となる。この観点から今年度はヘミスフェアー解析についての研究を行った。ヘミスフェアー解析とは、LHCのeventを2つのアクティビティに分割する数値的なアルゴリズムであって、相対論的に運動する素粒子の2体から2体の生成過程においては、大変効率よく働く。われわれはこの方法をTパリティをもつLittle Higgs模型のトップパートナー生成シグナルに適応し、この方法がトップパートナーの崩壊からくるトップクオークを効率よく同定し、さらに、標準模型の粒子の生成からくるバックグラウンドを落とすのに役立つことを発見した。

さらに、このヘミスフェアー解析をsamesign 2 leptonを含む過程に応用し、スカラークオーク対生成とスカラークオークとグルイーノの随伴生成ではヘミスフェアー内のジェット分布が異なることを明らかにした。2)電荷をもった超対称粒子が準安定で、グラビティーノなどの最も軽い超対称粒子に崩壊する場合に、CMS、アトラスのようなLHC実験の測定器の周辺に大きなストッパーを導入して、電荷をもった準安定粒子を止め、その崩壊を詳しく調べる方法を明らかにした。1)LHC実験におけるイベントトポロジーをべースにした解析を行った。超対称模型といった、暗黒物質をもつ模型では、新粒子は対になって生成され、これが各々暗黒物質を含む粒子に多段崩壊がおきると予想される。そこで、イベントを2つの粒子グループに分割する方法を考案し、それそれのグループが親粒子の性質をどの程度反映しているか、また、このグループの分布から、質量などの有効な情報を引き出すことができないかについて検討した。この結果、スカラークオークやグルイーノなど一次生成粒子の質量や、一番軽い超対称粒子の質量などが決定できることが明らかになった。この方法は特にストリング模型で予言される縮退した質量スペクトルをもつ超対称模型を明らかにする上で有効であるということがわかった。またこの方法を応用して、TパリティをもつLittle Higgs模型においてバックグラウンドを押さえつつ、トップパートナーを同定する方法を提案した。3)超対称粒子が多数の多段崩壊を経て暗黒物質に崩壊する場合には、超対称粒子の崩壊からくる暗黒物質の運動量を見えているジェットやレプトンの運動量から再構成することができる。このことをもちいて、LSPの運動量を41を含むイベントについて解き、いままで知られた質量決定の精度より精度の高い結果をだすことができることを示した。3)小林はストリング模型に由来する模型のフレーバー対称性や真空の構造について検討した。1) LHC実験ではQCDのプロセスによって超対称粒子が生成されるが、そのさいにinitial stateから同時に生成されるquark gluonなどによるInitial stateradiation (ISRによって、超対称粒子崩壊のkinematicsの再構築が難しくなる。このISRを系統的にのぞく方法を開発し、kinematics end pointがきれいに再現できることを確認した。またISRから超対称粒子が、第一世代のscalarquark (quark partner)等である場合とgluinoである場合が区別できることを示した。2) MT2という物理量は2つのvisible objectと見えない運動量から構成される量で、ハドロンコライダー実験においてgluinoの質量を決定するのに有益な量であることがしてきされた。
サイズ変換ものづくり法による創造性インセンティブ実習の開発研究

模型作りによる「ものづくり」実習を研究開発した。その特長を挙げる。◆サイズの異なる模型制作を行わせ、遭遇する課題の創造的解決策を考えさせている◆学生の実物に対する理解の深さや、ものづくりの創造性を評価することができる◆市販部品を禁止しており、自作のための用意周到な段取り(計画性)が経験できる。◆模型選択に自由度が有り、現場の状況に応じて指導計画が立てられ永続性がある。◆実物があり、何を作るべきか説明し易く、担当教員の負担を軽減することができる模型作りによる「ものづくり」実習を研究開発した。その特長を挙げる。◆実物があり、何を作るべきか説明し易く、担当教員の負担を軽減することができる背景として今日的大学教育のあるべき姿を考慮し、学生の資質や修学準備状況を踏まえた学士後期における工学教育の組立方を考えて研究活動を行っている。多くの学生の「ものを作る」という経験の乏しさを、限られた大学教育期間だけで補うことに限界があるが、苦慮して工夫試作する体験は、その後の工学士としての成長に格段に良い効果を与えるものと考えられる。その具体的な実現方法に向けて本研究の取り組みがある。平成20年度は極力ものづくり教育の位置づけや実践に係わる技術的知見を広く収集し、その上で必要と思われる機器や工具を揃えることに努力した。そして試作もしてみた。これらの結果の一部は学会発表やウェブサイト(http://www.mech.akita-u.ac.jp/)で公にした。現在までの成果として具体的な課題が見えている点を整理すれば以下のようになる。後期学士課程教育に相応しい設定とするためには、(1)作品が備えるべき機能のレベルと要求する完成度を明示しなければならない。(2)限られた時間と費用で、達成感を抱かせるためには開発に高度な工夫が必要である。(3)使用する工作機械や道具の特質を捉え、制作の段取りを研究しなければならない。以上の知見は、具体的にスパゲティーを材料としてテレビタワーの模型を試作した経験に基づいている。154gで高さ160cmのスパゲティー・タワーは他に類を見ないものづくりを実現しており見る人に感動を与えているが、教材としては制作時間が必要であり、時間の問題が解決していない。更に試作方法のみならず他も含めてテーマの研究が必要である。創造性を育む授業の開発が深まるにつれ,多様化した昨今の大学教育のためには益々重要であることを再認識し,創造性獲得の本質を掘り下げて研究発表した。更に,これらを踏まえて授業の計画を立て,研究分担者による授業実践を通して,かつ学習者の目線に立って研究を進めた。具体的に,エンジニアリング・デザイン力を高めるための一つの手段として,ミニチュア模型の製作を授業に取り入れた特色ある方法を開発し,現場で応用している。先ず,比較的簡単な基準模型をつくらせ,その後にサイズの異なる相似な模型へ作り変えることを学生の課題とした。その結果,3つの観点から,以下の長所を確認した。○授業の現場の観点から製作する物が相似なミニチュア模型であることから,学生に分かりやすく作業目的も極めて明瞭であり,基準となる模型を見せるだけで済む。従って全ての学生が同じ理解の下,同じスタートラインに立つことが出来る。これは現場の雰囲気を新たにし,学生の意欲昂揚になる。○学生の立場の観点からサイズが異なれば,使用する適切な材質,工具,手順が異なることを自ら悟らせることが出来る。延いては相似であっても設計変更も有り得ることを体験できる。したがって方法がすべて決まった「ものづくり」には見られない点であり,特色を持っている。首尾良く作り上げるためには考えなければならない。創造性を刺激する仕掛けとなる。○授業の準備の観点から修得させるべき基本的な技術課題を設定する場合に,ミニチュア模型づくりはその多様性から設定の自由度がある。従って授業計画時に必要な作業時間や経費,そして難易度を容易にコントロールすることが出来る。また,年毎にミニチュア模型のテーマを柔軟に変えることも出来るため,マンネリズムの回避もできる。多様な社会の要求に応えなければならない工学教育の実情に鑑みて「ものづくり」教育の在り方を基本から多角的に検討し、合理的な実践方法の開発を研究目的とする。常時、教育の質の向上を目指して実習方策を考究するとともに,教育現場の実情をも配慮して学生の創造性を引き出す仕掛けを組み込んだ授業を開発した。その成果により合理的で実践しやすい実習の設計が可能となった。研究方法は、平成20年度の計画と準備を経て、実際に平成21年度の授業「創造工房実習」と「創造設計演習」を実践し、その過程で得た経験を踏まえて平成22年度に望ましい実習の成立条件を抽出し整理した。

成果の特徴として◆ミニチュア模型のサイズを変える制作を行わせ、その時に遭遇する課題の解決策を自ら考えさせる仕掛け(創造性を促す強いインセンティブ)がある◆実物が持っている機能や質感の再現性もしくは代替表現を通して、リアリティを追求する学生の、ものづくりの理解の深さや創造性を評価することができる◆模型キットなどの市販部品の使用を禁止し、組立可能な部品の自作を要求しているので、従来には見られない用意周到な段取り(試作を含めた計画性)が経験できる◆ミニチュア模型の選択に自由度が有るため、充当する授業時間や実施経費のみならず、班担当教員の個性や学生の経験能力を勘案して指導計画を立てることができる◆模型製作にあたる学生は実物を通して何をすべきか容易に理解していくので、説明する必要はほとんど無く、担当教員の負担を軽減することができる◆実物に対する理解の深さや制作技術に応じて、再現する機能や完成度を初歩から高度までレベルを設定することができ、さらに学生の挑戦意欲に応じてレベルを上げることも出来る◆模型の多様性から同一テーマによる陳腐化を回避できるので永続性がある。以上の一連の成果をウェブに公開した。
成年後見の社会化が与えるインパクト――自己決定支援を通した財産管理主体の変化

昨年度,本研究課題を遂行する中で執筆した研究論文(査読付き学会誌)が一定の評価を受け,第4回福祉社会学会奨励賞を受賞した(「『成年後見の社会化』からみるケアの社会化ー士業専門職化がおよぼす家族への影響」『家族社会学研究』28(2)号,2017年).また上記の研究をさらに発展させ,「ケアを通した財産管理の社会化ー成年後見制度の利用の広がりのなかで」と題して,第90回日本社会学会大会で発表した(東京大学本郷キャンパス,2017年11月5日).さらに,石川県で成年後見に取り組む専門職団体等(北陸税理士会,金沢弁護士会,リーガルサポート石川,ぱあとなあ石川,石川県行政書士会,金沢権利擁護センター,社会福祉協議会,石川県厚生政策課などから構成される)から基調講演の依頼を受けて,「石川県成年後見制度連絡協議会平成30年新春セミナー」(石川県成年後見制度連絡協議会主催)において,本研究のアウトリーチ活動を行った(ホテル金沢:会場「ダイヤモンド」,2018年2月13日).以上のように,本研究を通して執筆した学術論文に対して一定の評価がなされ,さらに,当該研究をより進展させるため,学会発表を行った.加えて,それらの研究成果を学術界に留めず,広く社会に還元するため,アウトリーチ活動(基調講演)にも積極的に取り組んだ.これにより,フィールドワークを通して導かれた本研究の知見が,成年後見に取り組む専門家/実践家にとっても納得のいくものであり,有用であるとの認識を得ることができた.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。一年目となる平成28年度は,家庭裁判所によって選任された成年後見人(等)が,判断能力が不十分な本人の財産管理と身上監護を行う成年後見制度(法定後見制度)に関して,それがどのように運用されてきたのか,という視点から,各自治体における取り組みと展開を明らかにするための調査と研究を行った.なかでも,成年後見制度の運用に顕著な特徴をもつことで知られる岡山県と島根県の取り組みに着目し,フィールドワーク調査にもとづく以下2点の分析と考察を行った.A)成年後見制度の市町村長申立ての件数がこのところ急激に増加している.ところが,この市町村長申立て件数は各市町村による地域差が大きいことでも知られている.そこで,市長申立て件数が全国的にみて顕著に高い岡山市の取り組みを事例として選択し,成年後見制度の市町村長申立てがいかなるメカニズムのなかで運用されているのかを動態的に明らかにする研究を行った.分析に際しては,「中間集団」の役割に着目することで,福祉社会学の観点から考察することを試みた.B)家庭裁判所の選任する成年後見人(等)の選任比率が,親族から第三者へと急速に転換してきたことが注目されている.こうした成年後見の担い手の変化には,だれが成年後見を担うのか,だれが成年後見を担えるのか,だれが担い手として適切なのか,といった問いがつねに内包されている.そこで,現在あるようなかたちでの成年後見の担い手の変化がいかなるものとして進行してきたのか,それは家族にとっていかなる経験として受け止められてきたのか,という点について,「ケアの社会化」論との接続を図りつつ,家族社会学の観点から分析し,考察した.なお,上記の論稿は,それぞれ以下の研究論文として刊行された.A)については日本社会福祉学会関東部会『社会福祉学評論』,B)については日本家族社会学会『家族社会学研究』にまとめられている.研究計画通り,概ね,順調に進んでいる.研究論文の執筆においては海外の学術誌(中国人民大学中国社会保障研究センター)を含む4本の査読付論文への投稿,および掲載がなされた.また,公益財団法人・生命保険文化センターより優秀論文賞の表彰を受けるなど,対外的にも一定の評価を得られる研究活動になっている.さらに,学術論文の発表に留まらず,研究成果のアウトリーチ活動の面においても下記のような成果がみられた.1福祉クラブ生活協同組合・成年後見サポートワーカーズコレクティブあうん理事総会での基調講演「これからの成年後見制度の展望と福祉クラブ生協による成年後見支援」(福祉クラブ生協本部きらり港北,2016.5.14).2東洋大学福祉社会開発研究センター障害ユニット・成年後見制度を見直す会共催シンポジウム「成年後見と自己決定ー成年後見制度促進法付帯決議をめぐって」における報告者兼コーディネーター(東洋大学125記念ホール,2016.6.19).3公益財団法人・生命保険文化センター優秀論文賞受賞講演「生命保険の支払請求において成年後見制度の利用が果たす機能」(如水会館,2016.9.7).4公益財団法人・ひと・健康・未来研究財団での研究発表「第三者の成年後見人が求められる社会とその社会的要因に関する研究」(メルパルク京都,2016.11.7).昨年度,本研究課題を遂行する中で執筆した研究論文(査読付き学会誌)が一定の評価を受け,第4回福祉社会学会奨励賞を受賞した(「『成年後見の社会化』からみるケアの社会化ー士業専門職化がおよぼす家族への影響」『家族社会学研究』28(2)号,2017年).また上記の研究をさらに発展させ,「ケアを通した財産管理の社会化ー成年後見制度の利用の広がりのなかで」と題して,第90回日本社会学会大会で発表した(東京大学本郷キャンパス,2017年11月5日).

さらに,石川県で成年後見に取り組む専門職団体等(北陸税理士会,金沢弁護士会,リーガルサポート石川,ぱあとなあ石川,石川県行政書士会,金沢権利擁護センター,社会福祉協議会,石川県厚生政策課などから構成される)から基調講演の依頼を受けて,「石川県成年後見制度連絡協議会平成30年新春セミナー」(石川県成年後見制度連絡協議会主催)において,本研究のアウトリーチ活動を行った(ホテル金沢:会場「ダイヤモンド」,2018年2月13日).以上のように,本研究を通して執筆した学術論文に対して一定の評価がなされ,さらに,当該研究をより進展させるため,学会発表を行った.加えて,それらの研究成果を学術界に留めず,広く社会に還元するため,アウトリーチ活動(基調講演)にも積極的に取り組んだ.これにより,フィールドワークを通して導かれた本研究の知見が,成年後見に取り組む専門家/実践家にとっても納得のいくものであり,有用であるとの認識を得ることができた.成年後見制度の利用者が増加し,成年後見の担い手が第三者へと急速に変化するなかで,成年後見制度の利用が人びとの生活にも少なからぬ影響と変化を及ぼしている.平成28年度は,これらを成年後見の社会化が人びとの生活に与える「インパクト」として,家族の家計管理,およびケアに関する契約,ケアマネジメント主体のあり方などの変化について,分析と考察を進めてきたが,研究の進展にともなって,新たに以下の問題意識が次なる研究課題として浮かび上がってきた.すなわち,これまで,成年後見に相当する役割は,本人の周囲にある身近な人びとによって担われてきたものであった.それが,近年では,社会変動に連動した担い手不足の問題などもあって,成年後見制度という法制度を用いることで,形式的な解決が図られるようになってきた,というように理解されている.しかし,こうした前提は果たして,離島や過疎地域においても同様なのであろうか.これらの地域では,成年後見に相当する生活上の金銭管理や身上監護の役割は,旧来のように生活の中で何らかのかたちで回収されているのだろうか.あるいは,それらの地域でも生活課題の解決のために成年後見制度が持ち出されるのであれば,それはどのような場面においてであるのか,といった問題関心についてである.そこで,二年目となる平成29年度は,離島や過疎地域での取り組みを中心に,財産管理と身上監護のあり方を検討し,これらの地域での成年後見制度の位置づけを比較することを目的として,インタビュー調査と参与観察を中心とした研究を進めることを計画している.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
統計的自然言語処理の手法による文章完成テストの定量的評価

本研究では、心理検査法のひとつである文章完成テストの結果を統計的自然言語処理の手法を用いて定量的に評価する方法を開発し、その臨床的応用について検討した。また同時に、形式言語理論に代表される従来の言語研究よりも広い枠組みから文章というものの性質について考察し、いわゆる文章の正しさとはどのようなものであるかを考案した。これまでに、診療現場で実施した23件の検査結果および健常者ボランティアによる12件の検査結果について本研究で提案する2つの解析手法の適用を検討し、その検討結果から定量的評価システムを作成した。このシステムに、日本電子化辞書研究所の提供するEDR電子化辞書に含まれるコーパスを組み合わせることで解析を行ったところ、同手法による解析の妥当性を示唆する結果を得ることができた。特に、同一の被検者について、経時的な症状変化の定量評価に本手法が有用であるとの見通しを得た。また、コーパスとしてネットワークニュースを用いる場合や、健常者の文章完成テストを用いる場合などについて、EDRコーパスを用いた場合と比較するなどの試みを通して、文章の正しさについての考察を行った。今後、開発したシステムをより広く診療現場で利用することで、従来困難であった精神疾患の進行状態の客観的尺度による測定に関するデータを得ることを試みる。また、一般の文章の完成度を測定することへの応用についても検討する予定である。