hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な刺激応答型ミセル形成ポリマーの開発による疎水性有機物分離システムの構築

pH応答型では、親水性の2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸のナトリウム塩(NaAMPS)と、比較的長い疎水性側鎖の末端に-COONa基を持つメタクリルアミド系モノマーとの共重合ポリマーを検討した。また、温度応答型はNaAMPSと感温性のN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)マクロモノマーの共重合ポリマーを検討した。平成25年度までに、疎水性側鎖の長さの異なる6-メタクリルアミドヘキサン酸、8-メタクリルアミドオクタン酸、あるいは12-メタクリルアミドドデカン酸のナトリウム塩とNaAMPSとの共重合ポリマーをプラズマ開始重合法で支持体の多孔性エチレンビニルアセテート(EVA)に比較的高温下でグラフトし、内分泌撹乱化学物質のビスフェノールA(BPA)の吸・脱着試験を行った。疎水性モノマーに応じたpH制御によってBPAを吸・脱着可能な分離システムの構築が可能なことを示した。平成26年度は、温度応答型の開発を目指してNIPAMマクロモノマーの合成法を確立した。さらに、NaAMPSとの共重合ポリマーは転移温度を境に可逆的にユニマーミセルの形成・崩壊が起こることを確認した。このことから目的の温度応答型のポリマーの開発に成功したといえる。このポリマーをEVAにグラフトさせるためにはNIPAMマクロモノマーの転移を避けるために低温でのグラフトが必要になるが、この方法の確立にはさらに検討が必要であった。高分子工学既に検討している12-メタクリルアミドドデカン酸のナトリウム塩はpHが9付近でプロトン化(疎水化)が起こるが、24年度に新しく合成したNaMmHおよびNaMmOはどちらもpH約7付近(中性)でプロトン化が起こる。25年度はこれらとNaAMPSとの共重合ポリマーのミセル形成を動的光散乱法を用いて調べた。また、これらのポリマーを多孔性のEVAディスクにグラフトし、これにBPA溶液を透過して吸着特性を調べた。NaMmOとの共重合ポリマーはpH 7付近でミセルの形成が確認できたが、疎水性側鎖が短いNaMmHを共重合したポリマーは、NaMmHがプロトン化してもミセルの形成は見られなかった。これらのポリマーへの吸着はミセルを形成しなくても起こるが(側鎖の疎水性部分への吸着)、疎水性側鎖のプロトン化によって増加した。また、NaMmHを共重合したポリマーの場合はミセルを形成しないので容易に脱着したが、NaMmOを共重合したポリマーの場合はミセルを形成すると吸着したBPAは安定に保持された。このことから、中性付近でBPAを吸・脱着可能なpH応答型ミセル形成ポリマーが開発されたといえる。一方、NIPAMマクロモノマーの合成に関しては、1段階目のアミノエタンチオールを連鎖移動剤とするNIPAMオリゴマーの合成、2段階目のアクリロイルクロリドとの反応によるNIPAMマクロモノマーの合成の各段階における精製が重要なことを見いだし、精製方法を検討することでマクロモノマーの合成法を確立した。また、NaAMPSとの共重合ポリマーは加温によってユニマーミセルを形成することをチンダル現象で確認した。さらに、グラフトに関してはpH応答型と同じパーオキサイド法を用いたプラズマ開始重合は困難であり、これに代わる方法を探索し、グラフトの可能性を見いだした。
牛の下垂体後葉性プロラクチン放出因子の分離抽出と構造決定

In vitroの潅流系で、ラットでプロラクチン(PRL)を放出するといわれるVIP、PHI、TRH、Angiotensin II、Substance P,オキシトシンおよびガラニンを牛の下垂体全葉組織に作用させたが、微弱なPRL放出効果しか認められなかった。そこで牛の下垂体後葉抽出物を用いたところ、驚くほどの著しいPRL放出が起こった。数100個の牛の下垂体後葉を屠場で集め、2モル酢酸で下垂体後葉を抽出し、イオン交換クロマトグラフィーにより段階溶出した。2モルのピリジン溶出画分を濃縮してBiagel P_4に添加し、0.5M酢酸で溶出した。各溶出画分はUV吸光度の検出によりペプチドの存在性を確認されたのち、これらを下垂体組織の潅流系に添加してPRLの放出活性を試験した。PRLの濃度はラジオイムアッセイ(RIA)により測定した。この実験の結果、LH-RH類縁物質溶出画分より低分子量の位置に2つのPRL放出因子(PRF)活性が示された。このことから、ゲル濾過により精製された下垂体後葉中には少なくとも2つのPRF様物質が含まれ、そのどちらも分子量が1,200以下であることが示唆された。第2年目には、下垂体前葉組織片の潅流によるPRL放出活性試験を下垂体前葉の分散された培養細胞にかえて、この試験を改善した。下垂体後葉は2M酢酸で抽出され、濃縮後Bio-gel P-4に添加され、0.5M酢酸で溶出して120画分を得た。ペプチドの溶出動態は波長280nmにおける吸光度測定により検出されたのち凍結乾燥された。RIAによって下垂体後葉中のPRF活性をみると、その活性は大きく3分されて溶出された。分子量マーカーとして、バシトラシン、LH-RH類縁物質およびオキシトシンを用いた。3つの活性物質のうち最大の活性を有するのは、オキシトシンより遅れて溶出された画分であった。分子量マーカーの分子量とその溶出位置から算出すると、このPRFの分子量は730であることが明かかになった。プロラクチン(以下PRLと略す)の放出は、PRL抑制因子およびPRL放出因子(以下PRFと略す)によって調節されるが、このPRFは未だ実体が不明である。このPRFが間脳の視床下部ではなく、下垂体後葉に含まれることが、ラットで示唆されたので、屠場で牛の下垂体後葉を採取し、ー20°Cに保存したのち、トリクロル酸で抽出し,Dowex陽イオン交換樹脂に添加し,水,0.2Mピリジンあるいは2Mアンモニアで溶出した。この溶出画分で最も多くのPRF活性がみられた2Mピリジン溶出画分をBioーgel Pー4カラムに添加し,再分画を行った。ゲル濾過により得られた各画分のUV吸光度測定により,フラクション(以下Fr.と略す)32,36,41,45及び50に検出ピ-クがみられ,再度行った実験でも,溶出パタ-ンは一致した。ゲル濾過により得られた

各画分は凍結乾燥され,保存された。凍結乾燥試料は再調整され,in vitroの牛の視床下部ー下垂体灌流系または下垂体前葉のみの灌流系に添加して,PRL濃度の増減により,そのPRF活性を判断した。PRL濃度はラジオイムノアッセイにより測定した。その結果次のようなことが示唆された。1.PRF活性が2Mピリジンによって最もよく溶出されたことから,この物質は弱塩基性である。2.抽出時に100°Cに熱してもPRF活性が失活しないことから,熱に強い物質である。3.Bioーgel Pー4カラムによる再分画で、最大のPRF活性は4つの分画位置に大別され,第1の活性はFr.30及び32,第2の活性はFr.36及び38(P<0.01),第3の活性はFr.44(P<0.01),第4の活性はFr.50(P<0.05)にみられた。またFr.48には有意な抑制がみられた。4.PRF活性のピ-クはペプチドの検出ピ-クとは一致しなかった。5.下垂体後葉抽出物中には少なくとも3つのPRF活性物質が含まれ,そのうち2つは分子量1,213以下の小さい分子量をもつ。
21世紀にふさわしい理科生物分野のカリキュラムの開発

現代科学の進歩の中でも生物学分野の進歩はきわめて著しく、21世紀は生命科学の時代とも言われている。生物学分野の中で特に著しい成果が得られているのは、生命の設計図でもある遺伝子についての研究である。このような遺伝子についての解析が進むにつれて、生物の形作りや生理的現象をはじめとし、生命活動のほとんどは遺伝子の働きに依存していることがわかってきた。一方、遺伝子についての研究が進むにつれて、遺伝子操作技術が進歩し、本来その生物種には存在していない遺伝子を特定の生物種に組み込むことも可能となり、このような研究の応用として遺伝子組換え食品の開発などといった新しい産業が急速に台頭しつつある。本研究は、本研究組織を中心に平成14年度採択された「21世紀にふさわしい理科生物分野のカリキュラムの検討」をさらに進め、これからの時代にふさわしい理科生物分野の統合的なカリキュラムの具体的開発に着手しようとするものである。小学校理科「A生物とその環境」の学習に、遺伝子ならびにその働きの概念等のこれからの生物教育の柱とすべき事項の具体的な導入方法の検討を行うことを目的とし、平成16年度は、現行の指導要領のもとで、小学生が遺伝現象ならびに発生のメカニズムに関して、どのような認識を持っているかを調査した。平成17年度は、5年生の生命の連続性の学習の過程で、受精・受粉における精子や花粉の役割を通して、遺伝子とその働きの概念を導入する実践授業を行った。プレテストとポストテストを比較すると、生命の連続性に関する記述や情報を遺伝と関連づけた記述、子どもを作る仕組みの生物間での普遍性に関する記述は、後者で格段に増加していた。情報を遺伝と関連づけた記述を行った子どもの割合は、1割から8割へ急増した。これらの結果から、生物学的な形質をになう情報が、受精・受粉の過程で親から子へ引き継がれるという考えは小学校5年の子ども達に高い割合で浸透したと考えられる。また、カリキュラムを考える上では、4年生から5年生にかけて学習する生物に対する環境の影響やエネルギーの概念とどのように関係付けるかが主要な検討事項となるであろう。平成16年6月16日、ワーキンググループ会合を開催し、平成14年度に実施したアンケート調査結果および研究結果に基づき、統合的な生物分野のカリキュラムに含まれるべき教育内容の序列性や各学校段階における内容の系統的な組立の概要を検討し、本年度実施するアンケートの内容について検討を行った。平成16年8月24日に研究会を開催し、ワーキンググループが作成したアンケート案を全体で意見交換を行い、今後の活動予定を確認した。今年度のアンケートは来年度の本調査のための試行とし、小学生を中心に遺伝子の働きに対する関心、認知能力を調査するものとした。平成16年9月から平成17年1月の間、アンケートの実施し、集計・解析した。日本女子大学附属豊明小学校桑原正孝教諭に依頼し、同校の3年生-6年生に対し、アンケートを実施した。3年生115名、4年生76名、5年生87名、6年生89名のアンケートの集計、解析を行った。集計は本学学部3年生(A類3名、F類2名)をアルバイトとして雇用し、彼らを含めたワーキンググループによるアンケート結果の検討会を複数回行った。遺伝子の働きや生物の多様性を理解させるために以下の2つの教材開発を行った。1,「境教育的要素を取り入れた遺伝子機能理解のための教材の開発

キイロショウジョウバエを用いた変異原性試験」を開発し、大学と高等学校の実験実習において実施し、事前・事後アンケートを行い、実験教材としての有用性の評価を行った結果、生徒全員が体細胞の遺伝子に作用する変異原性物質について理解できたことがわかった。2,「ウリ科植物の発芽の観察による生物の普遍性と多様性との理解」を開発し、本年度行ったサイエンス・パートナーシップ・プログラム(SPP)において実施した。現代科学の進歩の中でも生物学の進歩はきわめて著しく、21世紀は生命科学の時代とも言われている。生物学分野の中で特に著しい成果が得られているのは、生命の設計図でもある遺伝子についての研究である。このような遺伝子についての解析が進むにつれて、生物の形作りや生理的現象をはじめとし、生命活動のほとんどは遺伝子の働きに依存していることがわかってきた。一方、遺伝子についての研究が進むにつれて、遺伝子操作技術が進歩し、本来その生物種には存在していない遺伝子を特定の生物種に組み込むことも可能となり、このような研究の応用として遺伝子組換え食品の開発などといった新しい産業が急速に台頭しつつある。本研究は、本研究組織を中心に平成14年度採択された「21世紀にふさわしい理科生物分野のカリキュラムの検討」をさらに進め、これからの時代にふさわしい理科生物分野の統合的なカリキュラムの具体的開発に着手しようとするものである。平成17年度は、5年生の生命の連続性の学習の過程で、受精・受粉における精子や花粉の役割を通して、遺伝子ならびにその働きの概念を導入する実践授業を行った。今回実施した文章作成テストは、「精子、卵、卵子、遺伝、遺伝子、受精、花粉、情報」単語を用いて短文をつくり、その作業の感想を自由に記述するという内容であった。自由記述欄から、多くの子どもが、このテストを理科の授業の一貫としてではなく、「文章作成ゲーム」としてとらえていたことが理解できた。プレテストとポストテストを比較すると、一人あたりの文の総数には顕著な差は無かったものの、生命の連続性に関する記述や情報を遺伝と関連づけた記述、子どもを作る仕組みの生物間での普遍性に関する記述は、後者で格段に増加していた。情報を遺伝と関連づけた記述を行った子どもの割合は、1割から8割へ急増した。これらの結果から、生物学的な形質をになう情報が、受精・受粉の過程で親から子へ引き継がれるという考えは小学校5年の子ども達に高い割合で浸透したと考えられる。今後、公立小学校における授業を考えた場合には、子ども達の思考を助ける授業展開、教材の工夫がさらに必要である。
チョウザメ類にゲノム重複とクローン生殖をもたらすアポミキシスは起きているか

植物で倍加やクローン生殖をもたらすアポミキシスがチョウザメ類で生じている可能性を検討するため、飼育個体および人工繁殖により作出した子孫のゲノムサイズ、染色体を解析したところ、種間の倍数性変異に加え、人工繁殖子孫において三倍体、四倍体が見られた。また、一部の交雑種では正常な外見をもちながらDNA量が半減した子孫も生じた。以上の結果は、現在も倍数性変異が生じている可能性を示唆する。チョウザメ類において「アポミキシス現象」の存否を検討するために、ゲノムサイズの変異を日本国内で飼育されているチョウザメ目魚類10種、ミカドチョウザメおよびカルーガの人工繁殖子孫、さらに、これら2種と交雑種ベステル(オオチョウザメ×コチョウザメ)を親魚とした交雑種子孫についてフローサイトメトリーを用いて検討した。その結果、調査したチョウザメ目魚類は二倍体(体細胞核DNA量約3-4pg)と四倍体(約8-9pg)グループに大別された。ミカドチョウザメとカルーガはおおよそ8-9pgの体細胞核DNA量を示し、既報の結果と異なり、いずれも四倍体グループの種と判断された。しかし、コチョウザメ、シベリアチョウザメ、シロチョウザメ、ベステルの標本で他の個体の約1.5倍のDNA量を持つ遺伝的三倍体が少数見られた。また、人工授精(2008年)から生じたミカドチョウザメの子孫では、遺伝的な二倍体(約8-9pg)以外に、遺伝的な三倍体(DNA量約13-14pg)、四倍体(約18pg)が生じ、種内に倍数性変異が生じていることが判明した。これらの変異は、染色体標本の観察でも認められ、遺伝的二倍体では2n=268、三倍体では3n=402の細胞分裂像が認められ、細胞遺伝学的にも変異が認められた。人工授精(2007年)より生じたカルーガ生残個体はすべて遺伝的三倍体であった。倍数性変異は交雑種ミカド雌×カルーガ雄、ミカド雌×ベステル雄でも見られた。以上の結果は、現在もチョウザメ類の種内で倍数性変異が生じている可能性を示唆している。今後、倍数性変異発現の機構を明らかにするためには、まず、人工繁殖を成功させること、DNAマーカーを用いた子孫の遺伝学的解析、染色体ペインティングを用いた細胞遺伝学的解析が必要と考えられた。ミカドチョウザメはゲノムサイズ(8.2pg/N)から見て、進化的な四倍体種と推定された。そして、人工受精に従来する子孫に上記のDNA量を持つ遺伝的な二倍体(2n)のみならず、三倍体(3n)が高頻度で、また、四倍体(4n)が少数生じた。従って、現在もゲノム重複をもたらす染色体倍加が自然に生じている。そこで、倍加機構解明に資するため、予めフローサイトメトリーで倍数性を判定した2n、3n仔魚について細胞遺伝学的な解析を実施した。その結果、2nは250-280の、3nは360-402の染色体数を示し、2n=268細胞の核型は80M/SM(中部/次中部着糸型染色体)+48T(端部着糸型染色体)+140m(微小染色体)、3n=402細胞の核型は120M/SM+72T+210mであった。5.8S+28SrDNAをプローブとしたFISHを行ったところ、2nでは最大18、3nでは最大27のシグナルが検出された。以上の結果より、三倍体は1組過剰のゲノム(染色体セット)を有することが判明した。シロチョウザメ二倍体(8.4pg/N)と自然三倍体(13.2pg/N)の14歳魚卵巣について組織学的観察を行ったところ、周辺仁期卵母細胞が見られ、三倍体の妊性が示唆された。倍加原因を探るためミカドチョウザメの精子について透過型電子顕微鏡観察を行ったところ、他のチョウザメと同様に先体(acrosome)を有し、中片には6個のミトコンドリアが見られ、大きな相違は見られなかった。しかし、本種の精子の波動膜は他のチョウザメ(0.5-0.7μm)に比べて、非常に幅が広かった(1.3μm)。前年度までの研究から、チョウザメ類種内にゲノムサイズ変異が生じ、倍数体が出現することが明らかになった。本年度は、ゲノムサイズが未確定のチョウザメ種について検討を続けるするとともに、変異出現機構解明に資するため、作出・飼育してきた純粋種および交雑種の二倍体、三倍体個体の生殖腺について組織学的分析を行った。さらに、機構解明に重要な繁殖成功率の向上のため、産卵適期に関する研究と始原生殖細胞の可視化、起源、移動に関しても検討を行った。以上の本年度研究成果は以下の通り要約できる。

(1)約4pg(二倍体)と8pg/N(四倍体)の個体が出現し、種の標準ゲノムサイズを決定できなかったロシアチョウザメの子孫53個体について分析したところ8.6-9.5pg/NのDNA量(進化的四倍体)を示した。一方、ロシア雌×ミカドチョウザメ雄子孫はほとんどが8.6pg/Nを示したが、56尾中1尾が4.2pg/Nを示した。この個体は半数体症候群を示さず外観は正常であったことから、ゲノム半減による二倍化の可能性が示唆された。戻し交配雑種(カルーガ×アムール)雌×アムール雄は多くが二倍体(進化的四倍体8.4pg/N)であったが、遺伝的な三倍体(約13pg/N)も5%(4/79)生じた。(2)純粋種コチョウザメ三倍体、交雑種ベステル(オオチョウザメ×コチョウザメ)三倍体、ベステル雌×アムールチョウザメ雄、ロシア×ベステル、ベステル×カルーガは約6pg/Nを示し、精子形成が可能であったが、雌は不妊であった。すなわち、ゲノムサイズによっては雑種あるいは三倍体であっても雄の妊性を期待できる。(3)ベステルでの繁殖実験から排卵能をもつ時期が採卵適期であること、電子顕微鏡観察から卵は植物極側に生殖質様の構造をもつことが判明した。また、始原生殖細胞を可視化し、顕微鏡下で追跡することが可能となった。
関数微分方程式の境界値問題の研究

非線型差分微分方程式のHalanay型境界値問題を特に攻究し,研究計画に従って研究分担者との共同研究により,下記の様な研究実績を得た.まず,線形差分微分方程式の同型境界値問題を,同方程式の初期値問題に対する解の積分表示を用いて,積分方程式に帰着させた.この主要部の積分作用素が完全連続な線型作用素であることを証明できたので, Rieszrの理論が適用でき, Halamayの結果と同様な結果を得た. Rieszの理論としては,その代数的構造と位相的構造を明確にして再構成した福原の積分方程式理論を用いた.この線型問題を基礎として,近似解の近くに厳密解の存在を示す占部型存在定理の証明を,非線型差分微分方程式の同じHalanay型境界値問題に関して完成した.証明の中で,やゝ複雑な逐次近似法を採用した.境界値問題に対する近似解法としては, Chebyshev多項式を基底関数とするGalerkin法を適用した.境界値問題を2つの区間上の問題として分離し,各々をChebyshev多項式の定義域[-1, 1]に変換して,再構成した.この形の上で,実際十分大きい任意の次数のChebyshev多項式近似解が構成できること,並びにその近似解が次数を増加するとき厳密解に一様収束することを保障する定理を証明できた.さらにこの定理により近似解と厳密解との誤差限界が与えられた.一方,この近似解の構成法によって最終的に導かれる未定係数の非線型代数方程式に対し, Newton-Raphson法に基づく計算機用の近似解法アルゴリズムを開発し,大学院生等の協力を得てコーディングと数値実験を実行した.ほゞ研究目標に達し,研究計画に従う遂行が出来たと思われる.今後の課題として,他種の型の境界値問題への拡張や差分微分方程式を特殊形として含む関数微分方程式への拡張が考えられる.また,近似解法アルゴリズムの実行効率改良も課題である.非線型差分微分方程式のHalanay型境界値問題を特に攻究し,研究計画に従って研究分担者との共同研究により,下記の様な研究実績を得た.まず,線形差分微分方程式の同型境界値問題を,同方程式の初期値問題に対する解の積分表示を用いて,積分方程式に帰着させた.この主要部の積分作用素が完全連続な線型作用素であることを証明できたので, Rieszrの理論が適用でき, Halamayの結果と同様な結果を得た. Rieszの理論としては,その代数的構造と位相的構造を明確にして再構成した福原の積分方程式理論を用いた.この線型問題を基礎として,近似解の近くに厳密解の存在を示す占部型存在定理の証明を,非線型差分微分方程式の同じHalanay型境界値問題に関して完成した.証明の中で,やゝ複雑な逐次近似法を採用した.境界値問題に対する近似解法としては, Chebyshev多項式を基底関数とするGalerkin法を適用した.境界値問題を2つの区間上の問題として分離し,各々をChebyshev多項式の定義域[-1, 1]に変換して,再構成した.この形の上で,実際十分大きい任意の次数のChebyshev多項式近似解が構成できること,並びにその近似解が次数を増加するとき厳密解に一様収束することを保障する定理を証明できた.さらにこの定理により近似解と厳密解との誤差限界が与えられた.一方,この近似解の構成法によって最終的に導かれる未定係数の非線型代数方程式に対し, Newton-Raphson法に基づく計算機用の近似解法アルゴリズムを開発し,大学院生等の協力を得てコーディングと数値実験を実行した.ほゞ研究目標に達し,研究計画に従う遂行が出来たと思われる.今後の課題として,他種の型の境界値問題への拡張や差分微分方程式を特殊形として含む関数微分方程式への拡張が考えられる.また,近似解法アルゴリズムの実行効率改良も課題である.
肝臓におけるアミノ酸代謝のメタボリックシンドローム形成に及ぼす役割

飽食の時代下、メタボリックシンドロームの病態基盤として、肥満に伴う糖代謝や脂質代謝の制御異常が知られているが、三大栄養素の構成因子であるアミノ酸に関しては、その詳細な意義や役割は明らかではない。本研究では、組換えアデノウイルスによる後天的遺伝子導入法を用いて肝臓でのアミノ酸代謝を変化させたマウスを作製し、このモデルマウスの表現型の解析を主目的とする。このマウスでは、肝臓局所的にはアミノ酸代謝に関わる遺伝子発現に変化が見られ、また全身の代謝に変化がもたらされる結果が示唆された。1,アミノ酸トランスポーター及びmTOR経路活性化因子Rhebを組み込んだアデノウイルスの作製・維持ー(1)昨年度作製したアミノ酸トランスポーター(SNAT2)を組み込んだアデノウイルスを培養細胞を用いて系統維持を行った。(2)本年度mTOR経路活性化因子Rhebを組み込んだアデノウイルスを新たに作製、培養細胞を用いて系統維持を行った。2,SNAT2及びRhebアデノウイルスを肝臓に発現したモデルマウスの作製ー(1)昨年度に引き続き、SNAT2アデノウイルスを肝臓に発現し、後天的な遺伝子導入モデルマウスを作製した。(2)本年度Rhebアデノウイルスを肝臓に発現し、後天的な遺伝子導入モデルマウスを作製した。(3)これらのモデルマウスを解析することにより、実際に肝臓でのアミノ酸含有量は増加しており、また肝臓におけるmTOR/S6K経路は活性化していた。これらのマウスモデルの糖・脂質代謝パラメーター解析の中で、対象群に比べて血清脂質プロファイルに変化を認めた。3,肝臓への過剰発現が他の組織・臓器に及ぼす影響の検討ーこれらのアデノウイルスを肝臓局所に発現すると、脂質代謝に変化を及ぼす関連遺伝子の変化の中で、白色脂肪組織ではリポ蛋白リパーゼ(LPL)の発現の減少を認めた。LPLの他の産生部位と考えられる心筋や骨格筋ではそのLPLの発現の変化は認めなかった。4,肝臓から他の臓器への情報を伝達する機序の検討ー肝臓から脳への求心性の神経系の関与を想定し、まずはマウスに迷走神経肝臓枝の選択的な切断術を施行した。次にこのマウスの肝臓に遺伝子導入を行うことにより、先に認められた代謝変化にどのような影響を及ぼすのか、現在検討を継続している。(1)栄養状態の違いにおける各種アミノ酸トランスポーターの肝における発現の検討ー空腹状態や食餌摂取状態、普通食摂取や高脂肪食摂取、遺伝的肥満(db/dbマウス)の状態など、生理的な栄養状況に応じて、マウスの肝臓での各種アミノ酸トランスポーターの発現をreal time RT-PCR法で検討した。これらの検討の中で、トランスポーターの一つSNAT2については、食餌摂取状態や肥満状態において、有意に発現が減少した。(2)アミノ酸トランスポーターの組換えアデノウィルスを作製ー(1)の検討で大きな変化を認めたSNAT2を選択し、そのcDNAを肝のmRNAよりRT-PCR法にてクローニングを行い、この遺伝子を組み込んだ組換えアデノウィルスを作製した。このアデノウィルスをマウスに経尾静脈的に投与することにより、当研究室の既報に基づき肝臓へ選択的に発現させた。(3)肝臓へのアミノ酸トランスポーター発現による肝での代謝に与える影響ーアミノ酸トランスポーターの導入により、real time RT-PCR法の検討で、肝臓のアミノ酸合成系の酵素の遺伝子発現は増加しており、また肝臓内のアミノ酸含有量は増加していた。さらに、mTOR/S6K経路に属するシグナル分子のリン酸化の程度はコントロール群と比べ増加していた。(4)肝臓へのアミノ酸トランスポーター発現による全身や他臓器における代謝に与える影響ー全身への影響としては、特に血清脂質プロファイルに変化を認めており、肝臓以外の代謝関連組織として、筋・褐色脂肪・白色脂肪を念頭に置き、これらの組織での脂質代謝に関係する遺伝子群の変化を検討している。平成23年度の研究実績と現在の進行状況に関して、当初の研究計画書に即して上記に記載した。現在進行中であるものの、現段階では、肝臓への局所的な遺伝子導入による代謝変化により、個体として全身の代謝に影響を及ぼすという有望な研究結果を得ているものと考えられる。平成24年度は、この点の詳細な機序の解明に繋げていきたいと考えている。そうすることで、新たなメタボリックシンドロームの形成のメカニズムに迫り、臨床への応用を考えていく上での一つの指標になるのではないかと推察される。(1)肝から他組織への遠隔代謝効果の機序の解明ー先に述べた平成23年度の研究結果により認められた、肝臓のみならず他組織における代謝変化の機序について解明することを目標とする。1)肝mTOR/S6Kinaseの活性化の関与についてー上記のように、肝でのアミノ酸トランスポーター発現により、肝でのmTOR/S6Kinase経路の活性化が認められている。そこで、アミノ酸トランスポーター発現させた状況でこの経路を遮断したり、あるいは、アミノ酸を介さずにこの経路を活性化することにより、全身や他組織における代謝変化に及ぼす影響について検討を行う。

2)他組織への情報を伝達する機序の解明ー他組織や全身代謝に認められた代謝影響について、肝臓からの迷走神経・内臓神経等の切断や薬理学的求心路遮断などを行い、神経系の関与について検討を行う。(2)メタボリックシンドロームにおける代謝への関与の検討ー過栄養や肥満を基盤とするメタボリックシンドロームでは、肝でのアミノ酸含量が増加していることやmTOR/S6K経路が活性化していることが報告されている。そこで、高脂肪食や遺伝性肥満のモデルマウスを用い、肝へのアミノ酸流入量の調節、および、mTOR/S6K経路の遮断を行い、全身の代謝に与える影響を解析する。これにより、肝におけるアミノ酸代謝に由来するシグナルが、メタボリックシンドロームにおける各種病態に関与するかを検討する。(1)上記の研究を遂行するに当たり必要な実験機材ー数種類のアデノウイルスを継続的に精製するのには多くの細胞培養器具やメディウムなどを必要とする。血清の糖脂質の代謝パラメーターの定量には数種類の測定アッセイキットを必要とする。また、マウスに使用する神経系遮断剤などの購入。(2)上記の研究を遂行するに当たり必要な実験動物ー野生型マウス、野生型マウスに高脂肪食を負荷する場合はマウスとともに特別に作成した高脂肪餌を必要とする。また、遺伝的肥満モデルマウスである、db/dbマウスやob/obマウスなどの購入費用と、これらの動物の飼育管理維持費用を必要とする。(3)当該研究室以外の外部の検査機関への検査依頼ー組織中のアミノ酸濃度の定量や、血清脂質プロファイルの詳細な検討は外部の検査機関に委託し、検討していただく予定であり、検査費用を必要とする。(4)研究成果発表や学術講演への参加ー本年度の研究内容を最終的に取りまとめ、国内学会や国際学会へ参加のうえ発表することも検討している。また、関連した学会や学術集会などへの参加をすることで、有意義な情報交換の場と考えられる。
ナノ超構造体を基盤とした革新的ナノスピンカロリトロニクス機能の創出

本研究の目的は、固体金属やイオン液体において、巨大熱電効果などの革新的な熱磁気機能を創出することである。我々はこれまでに、いくつかの熱磁気効果に着目し、マクロなサイズにおいてそれらの特性を明らかにし、新機能創出の可能性を示してきた。そこで本研究では、試料をナノスケールまで微小化することにより、熱とスピンの相関を顕わにし、効率的にスピンカロリトロニクス機能を引き出すことをねらう。今年度は、ナノデバイスにおける異常ネルンスト効果の電界制御を試みた。イオン液体を用いた電圧印加により、ネルンスト電圧の大きさを室温で制御することに成功した。3 Kの温度差を付与したナノデバイスに+2 Vのゲート電圧を印加した結果、ネルンスト電圧が顕著に増加することが分かった。また、ナノサイズ量子ドットを利用した電界効果トランジスタの開発も行った。量子ドット薄膜の作製法の最適化を行うことにより、電子移動度が量子ドット電界効果トランジスタの中での最大値に匹敵する値まで至り、従来のCCDと比較しても100倍以上高感度の光センサが実現した。トランジスタの電流が立ち上がる閾値電圧を100 V以上制御することができるデバイスも実現した。さらに、螺旋磁性体中の熱電効果の研究を行い、磁化構造の螺旋軸方向の非等方的なスピン波拡散の存在を明らかにした。特に、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中では、スピン波の局在効果による熱拡散の抑制を見出し、螺旋磁性体を用いた熱整流が可能であることを明らかにした。異常ネルンスト効果の微視的機構解明とナノスケール巨大熱電機能素子の創製などがおおむね計画通りに進んでいる。また、当初の目標であった室温における異常ネルンスト効果の電界制御にも成功した。さらに、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の電界制御にむけた素子構造の最適化や、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流作用に関する理論構築も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。今後は、レーザーを用いた熱励起異常ネルンスト効果の時間分解測定について、加速的に研究を進める。ネルンスト効果の生じる時間スケールや、スピン歳差運動とネルンスト効果の相関などについて、詳細な測定を進める。また、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の測定についても、トランジスタデバイスを完成させ、その電界制御に関する実験を進める。さらに、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流効果についても、理論を参考にしながら、実験的な検証を進める。今年度は、固体金属における異常ネルンスト効果の微視的機構についてモデル構築を行うことを目指した。鉄白金合金薄膜に熱勾配を与えた状態で測定したネルンスト効果の実験結果について、スピン波がネルンスト効果に与える影響を考慮したシミュレーションで再現することに成功した。また、直径がナノメートルサイズである半導体粒子である量子ドットを用いて、シリコン基板上に膜厚方向に6層程度連結積層させたナノ超構造体を作製することに成功し、本構造のスピンカロリトロニクスへの応用の道筋を拓くことができた。さらに、反強磁性体中のスピン波伝導について理論的な研究を行った。反強磁性スピン波の運ぶエネルギー流について、スピン波干渉効果に由来する局在効果によって熱伝導度が抑制されることを見出した。このスピン波局在効果は、系の時間反転対称性によるものであるため、外部磁場によって破られる。この結果は、「熱流の磁気制御」という新しい概念を見出したことを意味する。また、鉄白金素子におけるイオン液体を用いた熱電異方性変調効果の観測を行うための試料の作製とその構造の最適化が進んでいる。さらに、反強磁性体中のスピン波伝導についての理論構築も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。

さらに、螺旋磁性体中の熱電効果の研究を行い、磁化構造の螺旋軸方向の非等方的なスピン波拡散の存在を明らかにした。特に、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中では、スピン波の局在効果による熱拡散の抑制を見出し、螺旋磁性体を用いた熱整流が可能であることを明らかにした。異常ネルンスト効果の微視的機構解明とナノスケール巨大熱電機能素子の創製などがおおむね計画通りに進んでいる。また、当初の目標であった室温における異常ネルンスト効果の電界制御にも成功した。さらに、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の電界制御にむけた素子構造の最適化や、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流作用に関する理論構築も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。今後は、イオン液体を用いた鉄白金素子における熱電異方性変調効果の観測行う。これにより、磁気異方性と異常ネルンスト効果の関係を調べる上で重要な、単一物質において異方性だけを漸次的に変化させることが可能となる。その際、効率的に電界を印加するため、イオン液体を用いることにより金属との界面付近に生じる電気二重層を介して電荷分布を変化させ、磁気異方性を変化させる。また、半導体粒子から構成される量子ドットを用いた熱電効果の測定も進める。さらに、スピン波局在効果の理論構築についても詳細に研究を進める。今後は、レーザーを用いた熱励起異常ネルンスト効果の時間分解測定について、加速的に研究を進める。ネルンスト効果の生じる時間スケールや、スピン歳差運動とネルンスト効果の相関などについて、詳細な測定を進める。また、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の測定についても、トランジスタデバイスを完成させ、その電界制御に関する実験を進める。さらに、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流効果についても、理論を参考にしながら、実験的な検証を進める。
郷土の身近な現象を偏光3Dと組立自在の粒子模型で微視的に考えさせる実証授業の研究

3D映像や組み立て自在の粒子模型を活用し,いかにすれば科学的思考力を高めさせることができるのかを実践で明らかにし,その有効性を検証することを研究の目的とした。3Dは,映像に現実味を持たせることに長けている。3Dによる資料提示は,一度に多くの生徒に注目させる必要があり,以下の点で偏光方式が適していた。●偏光による3Dは,アナグリフ方式と異なり,生徒の色盲・色弱に配慮する必要がない。●偏光による3Dは,片眼の生徒には2Dとなり,新たな差別を生まない。●コンテンツの投影・作成は,安価,簡単に導入できる。自作のマジックテープによる組立て自在な発泡スチロール球は,友だちと考えを交流ながら体験的に理解させることに長けている。従来のものと比較して,次のような利点があった。●みんなからよく見えることは,討論に適している。●価数にあたるマジックテープで組立てることにより,実在の物質を生徒が容易に作成できる。これらの教材を単発的に使用せず,次の点に留意して授業を設計し,関心・意欲を喚起する学びの誘い,生徒の考えを揺さぶる言葉がけ,驚きのある体験のしかけ,明らかにしたことを確かにする場面を構成した。●生徒の持っている知識,概念,イメージの誤謬,半わかりを明らかにして,生徒の科学的思考を高める。●予想や考察をモデルや文章でかかせて,生徒の科学的思考を高める。●的確な指示,考える観点を絞らせるような具体的な発問をして,生徒の科学的思考を高める。●生徒が考えを交流したり,練りあう場を設けたりして,生徒の科学的思考を高める。●学習内容を焦点化して,授業のねらいを明確にして,生徒の科学的思考を高める。成果と課題をまとめるにあたって,授業者による観察と質問紙調査を行った結果,図や文章では表現しづらい粒子概念の定着が図られ,発展的な内容に関して好奇心を満足させている生徒の変容が明らかになった。
中枢神経系における伝達に対する麻酔薬の効果

多くの全身麻酔薬はGABA-A受容体の反応を促進して、抑制性伝達を増強する。GABA-A受容体は5個のサブユニットから構成されている。我々はヒトGABA-A受容体サブユニットのDNAをバキュロウイルスを用いてSf9細胞に入れ、ヒトリコンビナントGABA-A受容体を発現させた。受容体のサブユニット構成を変えて、揮発性全身麻酔薬イソフルランの作用の相違を検討した。GABAおよび薬物はY-チューブ法で急速に投与し、膜電位固定下に脱感作発生前のピーク電流を計測した。αβγサブユニットで5量体を形成した受容体では、イソフルランは濃度依存性にGABA反応を増大した。しかし、γサブユニットを欠く受容体ではイソフルランはGABA反応を抑制した。従来、全身麻酔薬の作用は非特異的であるといわれてきたが、蛋白質に特異的に作用することが示唆された。ラット脳のスライスを作り、細胞を機械的に単離すると、シナプス前終末が付着した神経細胞が得られる。細胞体を膜電位固定すると、mIPSCが記録できる。ブロッカーの併用により、グリシンによるmIPSCを同定できる。イソフルランは、このmIPSCの振幅を変えることなく、発生頻度を増大した。このことから、イソフルランが静止時のシナプス前終末のカルシウムイオン濃度を増加させることが示唆された。ATP受容体はP2XとP2Yに分けられるが、P2X受容体は陽イオンチャネルと複合しており、痛みに関する神経伝達に関与している。ラット後根神経節細胞を単離し、そのATP反応に対する静脈麻酔薬(ペントバルビタール、プロポフォール、ケタミン)の効果を検討した。P2X2およびP2X3受容体による反応が得られ、ペントバルビタールがP2X3受容体反応を抑制した。全身麻酔作用および痛みに対する作用に、P2X3受容体の抑制が関与していることが示唆された。臨床使用の局所麻酔薬には防腐剤として、メチルパラベンが含まれている。この化合物がハプテンとして働き、免疫反応を介して肥満細胞からヒスタミンを遊離する可能性の外に、肥満細胞に直接作用してヒスタミンを遊離する可能性がある。カルシウム測光により、メチルパラベンが肥満細胞内のカルシウム濃度を上昇させることが明らかになった。何らかの原因で、同時にPKA活性が上昇しているとヒスタミンが遊離される。血中の高濃度ヒスタミンが、アナフィラキシー様反応などの生体反応を引き起こすものと考えられる。臨床におけるメチルパラベンの副作用の可能性が明らかになった。ラット脳のスライス標本から三叉神経核細胞を機械的に単離し、シナプスブトンの付着した神経細胞を得た。パッチクランプ法のホールセルモードを用いてこの細胞を膜電位固定し、微小シナプス後電流を記録した。TTX、AP5、CNQX、ビククリンを併用してグリシンによる抑制性微小後シナプス電流を記録した。

これはストリキニンで完全に抑制された。この電流の発生頻度および振幅に対する揮発性麻酔薬イソフルレンの効果を観察した。さらにグリシンをY-チューブ法によって急速に神経細胞に投与し、グリシンの用量-作用曲線を得た。インフルレンはグリシンの用量-作用曲線を左方に移動し、受容体のグリシンに対する親和性の上昇が示唆された。イソフルレンはグリシン性抑制性微小シナプス後電流の振幅を変えることなく、発生頻度を増加した。この所見は無カルシウム液中でも同様に得られた。この電流の振幅が変わらないことはシナプス間隙におけるグリシン濃度がかなり高いことを示している。振幅は変わらなかったが、その減衰過程は延長し、イソフルレンによりグリシンの有効濃度が長く保たれることが示唆された。この頻度増加は、カルシウム貯蔵部位のカルシウム取り込みを抑制する薬物タプシガルジンの投与により消失した。このことからイソフルレンがシナプス前終末内のカルシウム貯蔵部位からカルシウムを遊離させることが示唆された。同じ神経細胞を用いて、カルシウムによって発光する色素(Indo-1)を取り込ませ、レーザー生物顕微鏡によって、神経内カルシウム濃度の測定を始めた。この濃度変化に対する揮発性麻酔薬、揮発性痙攣薬の効果を検討している。ラット脳のスライス標本から三叉神経核細胞を機械的に単離し、シナプスブトンの付着した単一神経細胞を得た。パッチクランプ法のホールセルモードを用いてこの細胞を膜電位固定し、シナプスブトンから放出される伝達物質による微少シナプス後電流を記録した。TTX、AP5、CNQX、ビククリンを併用して、活動電位、グルタミン酸受容体、GABA受容体をブロックし、グリシンによる抑制性微少後シナプス電流を記録した。この微少シナプス後電流の振幅、頻度に対するバルビタール、ベンゾジアゼピンなどの薬物の効果を観察し、そのシナプス前効果を研究している。同じ神経細胞や他の細胞を用いて、カルシウムによって発行する色素(fluo-3)を取り込ませ、共焦点レーザー生物顕微鏡によって、細胞内カルシウム濃度を測定し、その変化を研究している。この濃度変化に対する静脈内麻酔薬、揮発性麻酔薬、揮発性痙攣薬の効果を検討している。共焦点レーザー生物顕微鏡を用いるとシナプスブトン内のカルシウム濃度も測定できるので、この変化から麻酔薬の伝達物質放出に対する効果を研究している。1)ウィスターラット(10-14日齢)の中脳のスライスを作り、酵素を使用せずに、機械的に三叉神経核細胞を単離した。この神経細胞にはシナプス前繊維の末端であるシナプスブトンが付着しており、膜電位固定下に種々の伝達物質による微小シナプス後電流が記録される。本実験では、種々のブロッカーを用いて、GlyによるmIPSCについて研究を行った。単離した神経細胞にGlyを投与して誘起されるC1電流の用量-作用曲線は、揮発性全身麻酔薬イソフルレンによって左方に移動した。
ネヴィル・ケインズの日記の内容分析

平成22年度は、研究プロジェクトの三年目にあたり、前年度に引き続き、ネヴィル・ケインズの日記のマイクロフィルムのトランスクリプションを継続した。現段階で、すべてのトランスクリプションが完了していないものの、これまでに、ネヴィル・ケインズの主著『形式論理学』初版(1884)出版に至る経緯が明らかとなった。750部印刷された同著は、彼がケンブリッジ大学での講義録をまとめたものであったが、その受講生の少なさから、マクミランは当初、印刷費用の負担を要求した。ところが出版してみると、売れ行きはきわめて良好で、印刷費の負担は事実上消滅すると同時に、第二版出版が1887年に実現する。この改訂に際しては、教え子のWilliam Ernest Johnsonの助力を得た。彼は、ネヴィルの息子、John Maynard Keynesが、キングズ・コレッジに入寮した1902年から、同コレッジのフェローとなり、モラルサイエンスのシジウィック講師として、メイナードに大いに影響を与えることになる。今後、19世紀から20世紀への転換期におけるケインズ経済学形成前史を理解する上で不可欠の知見が蓄積されることとなった。平成20年度は、研究プロジェクトの初年度にあたるが、通常の採択プロセスと異なり、2008年10月になってからの繰り上げ採択であったため、研究期間が大幅に短縮されてしまった。本研究で不可欠となるネヴィル・ケインズのマイクロフィルムの発注を即刻おこなったが、到着したのが12月に入ってからであった。その間、研究遂行に必要なデスクトップパソコンの発注とバイトの手配をおこない、3月まで残された4ヶ月で、ある程度の進捗状況をみた。12リールに及ぶマイクロフィルムのコンテンツの把握と部分的なトランスクリプションの実行がそれである。現段階で、すべてのトランスクリプションが完了していないので、研究計画において予定されているリストやデータベースの作成には至っていない。その一方で、ネヴィル・ケインズはケンブリッジ大学のモラル・サイエンス・トライポスを受験する際に学習した図書のリストを日記に残しているが、その文献を図書館相互利用やインターネットのデジタル・アーカイブを通じて入手し、その内容把握を現在進めている。そのなかでも、ネヴィル・ケインズがその後、道徳哲学ではなく、論理学の講義を専門とするにいたるという観点から、Booleではなく、Thomson, William (1864) An out line of the necessary laws of thought: a treatise on pure and applied logicを講読リストに挙げている点が興味ふかい。同著をふくめて19世紀中庸のイギリスにおける論理学の状況といったコンテクストの研究が平成21年度の課題としてあらたに付け加えられた。平成21年度は、研究プロジェクトの二年目にあたり、漸く、ネヴィル・ケインズのマイクロフィルムのトランスクリプションが本格的に開始された。現段階で、すべてのトランスクリプションが完了していないものの、これまでに、ネヴィル・ケインズがケンブリッジ大学のベンブルックカレッジに所属した経緯、同郷(ソールズベリ)であったフォーセット(Henry Fawcett)との関係、数理トライポスではなく、モラル・サイエンス・トライポスを目指すことになった経緯、ベン(John Venn)を指導者と仰いだものの、その後彼から離れていった経緯、最優秀で合格しペンブルック・コレッジのフェローとなった経緯、さらにその制度改革に携わったこと、父親の死、母親をなぐさめるためにイギリス湖水地方を旅した経緯、奥さんとの出会、教員のモラル・サイエンス・クラブの設立経緯、シジウィック(Henry Sidgwick)との関係、息子のメイナードが誕生したときの経緯、その後の成長過程などなどが明らかとなった。これらのトランスクライブされた内容が順次データベース化されはじめた。その一方で、ネヴィル・ケインズの専門となる『形式論理学』との関連で、19世紀中庸のイギリスにおける論理学の状況といったコンテクストの研究は、現段階では、文献の収集にとどまっている。平成22年度は、ネヴィルの同著の形成過程をこの日記に基づいて明らかにすることが研究課題として加わった。
合意形成支援のための認知構造の表現・解析技術の研究

学習者の概念の理解や内容の構造的把握がどの程度達成されているかを評価するには、従来からのペ-パーテストによる知識の理解度の測定だけでは不充分である。そこで、学習者が学習内容をどのように認知し、構造的に理解しているかを探るために、本研究では学習者の認知構造を顕在化させ、教師のそれと比較して認知の程度を分析する新しい方法とシステムを開発した。主な研究成果を以下にまとめる。なおこれらの成果を電子情報通信学会論文誌等に報告した。(1)学習者と教師の認知構造のグラフ表現による類似度の定量化学習者が学習した結果、個々の知識の理解だけではなく、知識の関連付けがどの程度達成されているかを把握することが重要である。この視点にたって、学習者が獲得した知識間の関連構造をグラフ表現を用いて構造化すると同時に、教師の認知構造も同様得ることによって、両者の認知の類似性を定量化する方法を考案した。これによって、知識の理解度に重点をおいたペ-パーテストとは異なる視点から学習者の理解度をはかることを可能にした。また、個々の学習者の学習未達成部分の検出方法もあわせて分析した。(2)学習者と教師の認知構造のグラフの見やすい表現法の研究学習者や教師の認知構造は複雑であるので、視覚的に見やすい表現でなければならない。そのための方法として、認知心理の観点から「見やすさ」を定量化し、それを基準とした見やすいグラフの表現法を考案し実用化した。(3)従来の学習階層法を改良し、分析的学習階層法を新提案した。本方法は、各項目に共通する属性を付与し、その属性値の包含関係から項目間の順序構造を構築する方法である。我々は,認知マップを利用した合意形成目的のグループウエアシステムの開発を行なっている.このシステムを合意形成型グループウエアシステムと命名している.合意形成型グループウエアシステムにおいては,お互いの概念や考えを具象化した認知マップの相違点を明らかにして,その相違点をいかに整合させるかが重要な課題となる.すなわち個人個人が描いた認知マップ間の相違点を明らかにして,調整をはかり合意を形成する戦略を構築しなければならない.ところで,合意形成を進める手がかりや順序などの戦略を決定するためには,2つの認知マップの中での二項順序関係の違いを優先順位をつけて抽出し,合意形成をはかるための二項関係の変容を求めなければならない.そこで,本年度は2つの認知マップのそれぞれの二項関係の差異量を定量化し,類似度と差異量との関係を明らかにした.第1ステップとして認知マップ間の類似性を定量化した類似度と関係づけされた二項要素間の認知マップ上での重要度を考察した.続いて,第2ステップとして認知マップ間の類似度と関係づけされた二項要素間の認知マップ上での重要性の差異を表す差異度との関係を論じた.またこれらの研究成果を論文にまとめた.本研究では、分散協調環境における複数の学習者の認知構造の同定方法、すなわち合意形成のための方略を研究した。本研究では、第一に、分散協調環境における複数の学習者の認知構造の表現法を研究した。分散協調環境における複数の学習者の認知構造の表現法を研究した。学習者間で合意された認知マップを記述したり、合意に達していない部分のいずれから議論を開始するかといった合意形成のアルゴリズムを研究開発し、その結果第一の目的を達成することができた。第二に、相互に任意の学習者の認知マップを参照したり、照合したり、合意形成のための改訂作業を円滑に遂行できるための認知マップの提示技術、合意形成技術を構築する事を目的とした。また、平成8年度に検討した「機械設計」に関する学習課題を開発したシステムに搭載し、実験評価を行なった。

その結果、本方式の妥当性・正当性を検証し、相互に任意の学習者の認知マップを参照したり、照合したり、合意形成のための改訂作業を円滑に遂行できるための認知マップの提示技術、合意形成技術を完成させた。更に、本方式の有効性を他の測定法と比較検証した。
系列マイニングを用いた説明状況下に表出する非言語情報の機能解析・モデル化

様々な事象を説明することは,プライベート・ビジネス問わず,情報共有を行うために重要なプロセスである.本研究は会話者の説明の上手さ(スキル)を測定するための計算機モデルを構築する.このモデルを用いることで,各会話者の説明スキルや良質な説明シーンを自動検出したり,「ジェスチャを頻繁に行いながら説明を行う」といった説明スキルが高い人の特徴を抽出出来る.本研究では説明者・聞き手を含む会話者間の対面会話において観測される,発話言語・非言語情報を抽出し,外部観察者により評価された説明者の説明スキル値を関連付ける.複数の会話データを学習したモデルを用いて,説明者のスキル値の高・低を82%の精度で推定できた.様々な事象を説明することは,プライベート・ビジネス問わず,情報共有を行うために重要なプロセスである.本研究は会話者の説明の上手さ(スキル)を測定するための計算機モデルを構築する.このモデルを用いることで,各会話者の説明スキルや良質な説明シーンを自動検出したり,「ジェスチャを頻繁に行いながら説明を行う」といった説明スキルが高い人の特徴を抽出出来る.本研究では説明者・聞き手を含む会話者間の対面会話において観測される,発話言語・非言語情報を抽出し,外部観察者により評価された説明者の説明スキル値を関連付ける.複数の会話データを学習したモデルを用いて,説明者のスキル値の高・低を82%の精度で推定できた.本研究の目的は,説明者の説明スキル・聞き手の理解度などの説明状況の質に関わる要因と,説明者・聞き手の表出する非言語パターンの間にある関係性をデータマイニングの結果から明らかにすることである.今年度は動画内容を知る説明者が,それを知らない聞き手に説明するタスクで観測された言語・非言語情報から説明スキル・聞き手の理解度評価に関わる多様な特徴量を抽出することに焦点を当てた.データマイニング・機械学習の手法に基づいて自動・半自動で検出した視線(顔向け)状態・頭部ジェスチャ・ハンドジェスチャなどの非言語情報から,説明者と聞き手が共同注視した量・聞き手のうなづきなどの特徴量を抽出した.会話中に用いられるハンドジェスチャの機能の認識モデルを新規に構築し,発話内容を強調している際に観測されるジェスチャ,説明内容(キャラクタの動きや情景描写)に使われるジェスチャなど,ジェスチャパターンにアノテーションを付与する手法も併せて提案した.言語情報については,書き起こし対話データから説明者が発話した単語の内,名詞・動詞・形容詞の回数,聞き手の発話中の感嘆詞の回数,フィラーの発話セグメントの数などを,それぞれ抽出した.上記の特徴抽出を通じて,言語・非言語情報に関する多様なアノテーションセットを構築した.評価に関しては,説明内容に関係する映像情報と,説明者の説明内容を比較して,4人の外部コーダが8グループの説明を10点満点で評価した.回帰分析・相関分析を行ったところ,説明者の発話長・聞き手のうなづき・説明者と聞き手の共同注視・ジェスチャの頻度の値がいずれも1%以内で有意な相関係数・説明係数を得た.コミュニケーションの質を自動判定するシステムの構築を目指し,本研究では説明者の説明スキル・説明内容が理解しやすいかといった,説明の質を判別する計算機モデルを構築することを目的とした.カメラ・マイク・モーションセンサを利用して取得した,会話者全員の発話内容から得られる言語情報,発話状態,視線状態,ジェスチャ,うなづきといった非言語情報を入力として,会話中に行われた説明の質を推定する機械学習のアプローチにより研究を行った.今年度は,説明スキルに関して,「説明内容の正確さ」だけでなく,「ユーモアを交えた説明」,「簡潔な説明」といった多様な尺度を用意し,3名の外部評価者による計67個の説明会話シーンの評価を行った.複数評価者の評価の一致率約は約0.8であり,一定の客観的な評価値を獲得することに成功した.説明スキルの評価値を会話者の言語・非言語情報から推定するモデルを機械学習により構築し,評価した結果,説明スキル尺度の高・中・低の3段階のレベルを約70%の精度で予測できることが確認された.特に,説明スキルが高いと評価された会話では,「発話量」,「ジェスチャ量」といった単一モダリティの特徴量だけでなく,「説明者が聞き手を見ながら発話を行う」,「頭部動作を行いながら説明を行う」といった,複数モダリティの共起特徴が頻繁に観測されることがわかった.このモデルは,説明会話エージェントの設計への応用や,コミュニケーション支援システムへの工学的応用に利用できるだけでなく,客観的に説明が上手であると判断される人が行いやすい行動特徴の一部を明らかにしたという点で社会心理学・行動科学といった学問の知見を蓄積することにも寄与したと考えられる.