hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチエージェント自動交渉理論とその評価に関する研究

本研究の目標は、未開拓な「離散的交渉空間上の自動交渉」に関する自動交渉理論の精緻化とシミュレーション評価を行うことである。そして離散的な交渉空間に対して有効な効用のモデル、交渉戦略及び交渉プロトコルを明らかにした。特徴ある成果として以下を得た。(1)グラフに基づく新しい効用空間モデルを提案し、複雑な効用空間の表現を可能とした。(2)交渉戦略をメタ的に制御するメタ交渉戦略の有効性を確認した。(3)機械学習の技法を用いることができる新しいシミュレーション環境を実装し、より高速に大規模なシミュレーションを可能とした。(4)ANAC国際自動交渉エージェント競技会によってこれらの有効性を確認した。本研究の目標は、世界的に未開拓な「離散的交渉空間上の自動交渉」に関する自動効用理論の精緻化とシミュレーション評価を行うことである。そして離散的な交渉空間に対して有効な効用のモデル、交渉戦略及び交渉プロトコルを明らかにする。本研究では上の目標に対して、以下の3つの研究項目を設定し、それぞれ平行かつ協調的に進めていく。研究項目は、研究項目1:新しい非線形効用空間モデルの提案、研究項目2:エージェントの交渉戦略の設計、分析、および評価、および研究項目3:交渉プロトコルの設計、分析、および評価の3つに分ける。全体として密接なコミュニケーションをとりながら進める。平成27年度は,研究項目1としてグラフに基づく効用空間モデルを提案した.研究項目2では,グラフに基づく効用空間モデルを用いた場合の交渉手法を提案し,その効果を示した.既存の効用空間モデルでは表現しづらい交渉戦略(どの論点を優先すべきかという点)を表現することに成功している.また,相手からの提案を適切に論点やそれらの要素ごとに分割して数え上げることで、適切に相手の選好情報を予測することに成功しているまた,既存の効用空間モデル(多次元の効用空間モデル)では,進化的安定戦略(ESS)に基づく妥協可能下限の推定アルゴリズムを提案し,下のANAC2015をテストベットとしてその有効性を確かめている.研究項目3として平成27年度に実施したANAC2015では新たに多者間交渉に着目した競技会ルール設計を行い、国内外の9機関から22エージェントの参加があった。その中で上記の研究項目2で提案したESSに基づく妥協可能下限推定アルゴリズムによって,国際自動エージェント競技会(ANAC2015)にて総合優勝し,その有効性を示した.概要で述べた通り,「研究項目1:新しい非線形効用空間モデルの提案」や「研究項目2:エージェントの交渉戦略の設計、分析、および評価」では,新たなグラフによる効用空間モデルとその交渉メカニズムを提案し,既存の効用空間では進化的安定戦略に基づく妥協可能下限の推定アルゴリズムを提案している.当初は,これらのアルゴリズムの優位性を一定の実験環境で示すことができるという予定だけであり,研究室内でのシミュレーション実験では優位性を示すことに成功している.さらに平成27年度には,国際自動交渉エージェント競技会(ANAC2015)にて,提案アルゴリズムによって総合優勝を得ることができている.これにより,当初の計画以上に進展していると区分した.本研究の目的は、人間の交渉や合意形成を計算機で自動代行実行し支援するためのマルチエージェントの自動交渉の理論を構築することにある。自動交渉理論において現実的な交渉空間を前提とした計算機上の研究は、研究代表者が中心となって開拓している。本研究では、研究項目を3つ設定し、効率の良く進める。研究項目1:新しい非線形効用空間モデルの提案、研究項目2:エージェントの交渉戦略の設計、分析、および評価、および研究項目3:交渉プロトコルの設計、分析、および評価の3つに分ける。平成28年度は、主に、研究項目2と研究項目3、それぞれの評価用のシミュレータ開発を進めると同時にシミュレータの上で様々な交渉戦略の評価を行なった。特に,今年度得られた成果として,メタ交渉戦略の自動生成メカニズム,交渉の状況の評価指標としての対立度の提案,交渉戦略と効用情報の推定手法,及び,論点の依存関係のある場合の交渉手法の提案である.具体的には,メタ交渉戦略の自動生成メカニズムでは,妥協関数のパラメータを既存のエージェントとの仮想ゲームを繰り返すことで調整することでナッシュ均衡となる交渉戦略を発見し,メタ交渉戦略を自動生成する.対立度に関しては,当該の交渉状況がどの程度合意を得やすいか及び不公平な状態になっているかを数量的に示す方法を提案している.また,多者間複数論点交渉問題に対して有効な階層分析法(AHP)に着想を得た交渉戦略と相手の効用情報の推定手法を提案した.さらに,自動交渉を現実世界に適用させるために,交渉問題における論点数や,交渉に参加するステークホルダーの人数が膨大で,論点間に依存関係がある交渉問題でも合意案を発見できる再帰に基づく手法を提案し、提案手法が既存の手法では合意案を発見できなかった論点数100までの交渉問題に対して,最適な合意案を発見できていることを示した.平成28年度は、以下の点について計画以上に進展した。(1)メタ交渉戦略の自動生成メカニズム:ここでは,妥協関数のパラメータを既存のエージェントとの仮想ゲームを繰り返すことで調整することでナッシュ均衡となる交渉戦略を発見し,メタ交渉戦略を自動生成する.ここでのナッシュ均衡は,Strict Nash Equilibriumを得ることが要求され,均衡に収束する場合には,与えられた全てのエージェントに対して優位なメタ戦略を得ることができる.一方で,均衡に収束しない場合の理論的解析は今後の課題である.

(2)交渉の状況の評価指標としての対立度の提案:対立度に関しては,当該の交渉状況がどの程度合意を得やすいか及び不公平な状態になっているかを数量的に示す方法を提案している.(3)交渉戦略と効用情報の推定手法:多者間複数論点交渉問題に対して有効な階層分析法(AHP)に着想を得た交渉戦略と相手の効用情報の推定手法を提案した.階層分析法と同じような効用分析構造を仮定することで,相手の効用情報を推定することが可能になった.今後より厳密な理論化が重要である.(4)論点の依存関係のある場合の交渉手法の提案:自動交渉を現実世界に適用させるために,交渉問題における論点数や,交渉に参加するステークホルダーの人数が膨大で,論点間に依存関係がある交渉問題でも合意案を発見できる再帰に基づく手法を提案し、提案手法が既存の手法では合意案を発見できなかった論点数100までの交渉問題に対して,最適な合意案を発見できていることを示した.論点間に依存関係がある交渉問題は非常に複雑で,効率的により良い合意案を探索する方法が今後もさらに期待される.(5)(1)から(4)以外にも,当初期待していなかった,多人数の交渉手法としての提携形成メカニズムの詳細化についてスマートグリッドを題材として研究を進めている.本研究の目的は、人間の交渉や合意形成を計算機で自動代行実行し支援するためのマルチエージェントの自動交渉の理論を構築することにある。自動交渉理論において現実的な交渉空間を前提とした計算機上の研究は、研究代表者が中心となって開拓している。本研究では、研究項目を3つ設定し、効率の良く進める。研究項目1:新しい非線形効用空間モデルの提案、研究項目2:エージェントの交渉戦略の設計、分析、および評価、および研究項目3:交渉プロトコルの設計、分析、および評価の3つに分ける。平成29年度は、まとめとして、主に、研究項目2と研究項目3、評価用のシミュレータを完成させることに成功し、さらにその上での戦略を構築した。特に、昨今注目を集めている機械学習について、自動交渉するエージェントに関する学習機能も注目を集めている。そこで、学習機能をもつエージェントも扱える評価用シミュレータを開発することに成功した。今年度得られた成果としては、評価用シミュレータ(Jupiter)の完成とその競技会への応用、交渉環境の対立度の評価指標に基づく新しい交渉戦略、および、グラフ表現に基づく非線形効用を前提とした交渉戦略の提案である。具体的には,評価用シミュレータ(Jupiter)は、既存の評価用シミュレータGeniusがJavaで開発され、アーキテクチャが非常に複雑になっていることによって評価実験自体に大変時間がかかっていたことを受け、全て設計をやり直し、Pythonによって全体を再構成し実装した。自動交渉エージェントに機械学習の仕組みを容易に取り込むことが可能になっている。さらにGenius用に過去に開発されたJavaによるエージェントも全てラッパーを用意することで、実行可能とした。
乳房再建の治療アウトカムを評価する-患者主観的評価尺度BREAST-Qを用いて-

2017度までに、BREAST-Qの新モジュール(広背筋皮弁アンケート、乳房温存術モジュール、再建への期待と予測モジュール)の順翻訳、逆翻訳、Patient testingの倫理審査が終了し、広背筋皮弁アンケートと乳房温存術モジュールについては正式な日本語版が完成した。2018年度は再建への期待と予測モジュールのPatient testingを実施しており、現在継続中である。また、2017年度は乳房再建モジュールの電子版アンケートシステムを外注し作成した。このシステムでは、タブレットでアンケートの回答を行い、その結果や患者さんの手術情報などの属性をデータベース化するものである。情報管理上の安全性を検討した結果、このアンケートシステムは専用のサーバー内に保存し、岡山大学病院内でのみアクセス可能なネットワークから接続する形式とした。セキュリティアップデートなどのサーバー管理が継続的に必要であり、開発元に委託している。2018年度においては、この電子版アンケートが患者が回答しやすいアンケートとなるように視認性を改善し、回答しにくい質問に関しては拒否可能な設定を行うなど修正を行った。さらに、アンケートの組み合わせは患者の術式や術前・術後などのタイミングでも異なるため、この組み合わせをその都度医療者が選択できるような形式とした。BREAST-Q原版はVersion2.0にアップデートされたことを受け、2017年度から日本語のバージョンアップ作業を並行して行う必要が出ており、新モジュールの開発・電子版アンケート開発共に影響がありやや遅れている。2019年度以降は、乳房再建への期待と予測モジュールの日本語版を完成させ、乳房再建モジュールの電子版アンケートについては、臨床研究として倫理審査通過を経てから臨床導入したいと考えている。原版BREAST-Qに2014年追加された新しい尺度「乳房温存術モジュール」「再建への期待/予測モジュール」「広背筋皮弁用アンケート」の日本語版開発を行った。版権管理団体であるMAPI Research Trust(MRT)の許諾を得て、MRTのLinguistic validation guidelineに従って実施している。順翻訳、統合、逆翻訳、比較、Patient testingのstepを経て日本語版が完成するが、2016年度は比較の手順まで進行した。順翻訳では、2名の翻訳家に依頼して別々の日本語版を開発した。統合のstepでは2名の順翻訳家と研究者が意見を出し合って、意味の同等性とともに日本人に理解しやすい内容となるように統合版を作成した。逆翻訳では、1名の逆翻訳家に依頼して統合版を英語に逆翻訳した。さらにこれを原版の英語版と比較し、統合日本語版を修正を加えた(逆翻訳家と研究者が実施)。今後、この逆翻訳の結果をMRTおよび原版の開発者に報告し、Patient testingへ進む予定である。ここまでのstepにおいて議論となったのは、「Sexual well-being」の質問項目についてである。同様の質問が以前に我々が開発した「日本語版BREAST-Q乳房再建モジュール」にも含まれていたが、患者から回答しにくいという意見が上がっていた。今回はより日本人が回答しやすい表現を選択した。その結果、逆翻訳版と原版の間に違いが生じている。当方の形成外科医の見解としては新しい翻訳を望む声が大きいが、今後の原版開発者の意見、Patient testingの結果次第でどちらを採用するか決定する見込みである。逆翻訳を依頼できる人材が見つからなかったため、やや進行が遅れた。本研究の途中、逆翻訳の時点で原版の「乳房温存術モジュール」がver.1からver.2に改定されたため、追加された部分のみ一旦順翻訳、逆翻訳のやり直しとなった。BREAST-Q新規モジュール(広背筋皮弁モジュール、乳房温存術モジュール、再建への期待と予測モジュール)について、日本語版のPatient testingについて岡山大学の倫理委員会の承認を得た。広背筋皮弁モジュールの対象者5名は平均年齢57.2歳(50-63)、平均術後経過観察期間53.5ヶ月(7.2-122.7)で、回答にかかる時間は平均1分29秒(58-110)であった。乳房温存術モジュールの対象者5名は平均年齢51.8歳(36-71)、平均術後経過観察期間54.9ヶ月(5.9-95.0)。アンケートの内容について下記のような意見があった:「こわばる(Tightness)という表現がわかりにくい」「最初の説明文を読み飛ばしてしまい、アンケートの意図がわかりにくかった」「フォントがもう少し大きい方が良い」「TightnessとPullingの違いがわかりにくい」「Sexuallyの翻訳は『性的』より『女性的』が良い」「質問と回答選択肢の違和感があった」。これらの意見を取り入れ、日本語版を修正した。このPatient testingについての報告書をMAPI Research Trustと原著者に提出し、正式な日本語版として承認を得た。再建への期待と予測モジュールのPatient testingは実施中である。また、乳房再建モジュールについて電子版アンケートの開発を株式会社クリエ・ココに依頼し、初版が完成した。現在この電子版アンケートの修正を行っている。H28年度に乳房温存術モジュールのバージョンアップへの対応が必要となったため、全体の進行がやや遅れている。H29年度分の進捗は概ね順調であるが、乳房再建への期待と予測モジュールのPatient testingがH30年に持ち越しとなった。

2017度までに、BREAST-Qの新モジュール(広背筋皮弁アンケート、乳房温存術モジュール、再建への期待と予測モジュール)の順翻訳、逆翻訳、Patient testingの倫理審査が終了し、広背筋皮弁アンケートと乳房温存術モジュールについては正式な日本語版が完成した。2018年度は再建への期待と予測モジュールのPatient testingを実施しており、現在継続中である。また、2017年度は乳房再建モジュールの電子版アンケートシステムを外注し作成した。このシステムでは、タブレットでアンケートの回答を行い、その結果や患者さんの手術情報などの属性をデータベース化するものである。情報管理上の安全性を検討した結果、このアンケートシステムは専用のサーバー内に保存し、岡山大学病院内でのみアクセス可能なネットワークから接続する形式とした。セキュリティアップデートなどのサーバー管理が継続的に必要であり、開発元に委託している。2018年度においては、この電子版アンケートが患者が回答しやすいアンケートとなるように視認性を改善し、回答しにくい質問に関しては拒否可能な設定を行うなど修正を行った。さらに、アンケートの組み合わせは患者の術式や術前・術後などのタイミングでも異なるため、この組み合わせをその都度医療者が選択できるような形式とした。BREAST-Q原版はVersion2.0にアップデートされたことを受け、2017年度から日本語のバージョンアップ作業を並行して行う必要が出ており、新モジュールの開発・電子版アンケート開発共に影響がありやや遅れている。MRTと原版開発者にここまでの報告を行い、Patient testingへ進む許可を得る。岡山大学病院の倫理委員会通過後、患者を対象としたPatiet testingを実施して日本語版が完成する。さらに電子版BREAST-Qを開発し、臨床研究へ応用する。乳房再建への期待と予測モジュールのPatient testingと並行して、電子版アンケートの修正・改善に取り組み、電子版アンケートの信頼性・妥当性検討に取り組む予定である。2019年度以降は、乳房再建への期待と予測モジュールの日本語版を完成させ、乳房再建モジュールの電子版アンケートについては、臨床研究として倫理審査通過を経てから臨床導入したいと考えている。本来、電子版BREAST-Q開発にかかる費用を平成28年度中に使用する見込みで計上していたが、研究の遅延によって電子版開発のスタートが平成29年度以降になったため。電子アンケートシステムで使用するiPadなどの物品を未購入である。次年度以降に購入を計画している。アンケートに使用するタブレット端末やデータベースの管理に使用するPCを未購入であり、次年度以降で購入予定である。
中部ドイツの社会文化史(1871〜1923年)に関する研究

本年度はニフの研究テーマを並行して追究した。1.「マクス・ヘルツと中部ドイツの民衆19191921年-マンスフェルト地方を中心に-」:これは同タイトル(副題なし)の論文を昨年度の鳴門教育大学『紀要』に発表し、その続偏に当る。この間入手したマイクロ・フィルムの新聞等の史料を読み加えたため、当初の予定の約2倍の大論文(400字詰100枚)となった。量的にも『紀要載裁』は不可能なので、副題をつけて独立論文とし、早稲田大学での恩師・村岡哲教授の記念論集に所収(共著)することにした。これはすでに印刷中で、89年4月末日出版予定である。この本の作成費を一部科研費から出した。内容的には、第一次大戦直後の中部ドイツ、特にマンスフエルト銅山地帯を舞台にくりひろげられた大衆運動を、ヘルツなる人物に焦点を当てつつ叙述した。「大衆労働者」(不熟練労働者)の自然発生的運動を、社会文化史的観点を織り込みつつ描いた。1990年311月西独・ベルリン工科大学のR・リュルップ教授の許で在外研究を行うが、そこでもこれを報告する。西側では本格的なヘルツ論がないという同教授の言は私の研究の励みとなった。なお、当論文の完成と同時に、上記の大テーマ(研究課題名)の具体的構想が立ち、東西ドイツでの史料収集計画と相俟って、研究の発展への明瞭な展望が開けた。2.「ドイツの労働者のストライキ18701914年-若干の研究整理」:このテーマの下に、欧米の最近の研究をフォローしつつある。全体としては、上記の大テーマの中で「労働者文化」という理論的枠組における、理論部分の一環になる。当初の計画より遅れたが、89年度の『紀要』に投稿の予定。
ソーラー水素製造のためのプロトタイプ流動層反応器の開発

反応性セラミックを反応媒体として用いる2段階水熱分解サイクルによる水素製造について、2段階反応により水を熱分解するプロトタイプ流動層反応器の開発を行った。この反応器は内部で酸素と水素を分離生成可能であり、二段階反応を一段階システム化することができる。5kW太陽炉シミュレーターによる照射試験により、本反応器による酸素と水素の同時生成・分離を実証した。この成果に基づき、この反応器システムによる水熱分解法及び装置に関して国内特許を出願した。8001500°C程度の高温太陽集熱を利用し、水の二段階熱分解により水素を生成する「二段階熱化学サイクル」に関する研究開発が欧米諸国を中心に急速に注目されている。本研究の最終目標は、『反応性セラミック粉体の流動層によるプロトタイプ反応器』を開発し、ビームダウン集光太陽炉による太陽炉試験を5-10kW級で実施し、反応器の反応・エネルギー効率を明らかにすることである。本年度の研究実施計画の項目について得られた主な成果を以下に示す。1)高温流動性に優れた高活性反応性セラミックの開発水の二段階熱分解により水素を生成するための反応媒体として、新規反応性セラミックNiドープFe-YSZ系の水熱分解性セラミックを開発した。この反応性セラミックの活性・サイクル反応性を二段階水熱分解試験により調査した。二段階熱化学サイクルによりNiとFeが高融点のYSZ粒子に高温で固溶し、Ni-Fe-YSZ粒子が形成される。この粒子内部で鉄イオンの価数変化が生じることをX線回折と化学分析で確認した。2)反応性セラミック流動層の5kWプロトタイプ反応器の開発直径85mm、試料充填量約800gの反応性セラミックを充填した内循環流動層反応器を5kW級で設計製作した。反応器はステンレスで作製され、高温となる流動層部にはインコネル合金を採用した。反応器上部には太陽集光を照射できる石英窓を有しており、流動層の反応粒子が直接加熱されるソーラー反応器である。(3)5kW太陽炉シミュレーターによるプロトタイプ反応器の反応試験と速度論的解析大型5kW太陽炉シミュレーター(出力7kW×3灯)による照射試験では、反応器から生成する水素濃度をTCDガスクロマトグラフで測定・分析した。水素生成速度は反応時間の経過により低下せず、ほぼ一定の生成速度が得られる反応器条件を見出した。また、照射条件および反応条件の検討した結果、最大で約5Lの水素生成を実現した。ビームダウン集光システムによるプロトタイプ反応器の照射試験プロトタイプ反応器として、生成する酸素と水素を分離できる2塔式内流動層ソーラー反応器を新たに開発した。これまでの研究では生成する酸素と水素のガス分離が問題であったが、本年度はガス分離問題に焦点を当て研究開発を実施した。この反応器は二段階反応の第一ステップである熱還元反応が進行する熱還元室と、第二ステップである水熱分解反応が進行する水熱分解室により構成され、これらの反応室が上部と下部に設けられた連通口により接続された構造から成る。この反応器構造により反応粒子が内循環流動するため二段階反応を一段階システム化することが可能となり、各反応室で生成する酸素と水素を分離できることを5kW太陽炉シミュレータM(出力7kW×3灯)による照射試験で実証した。すなわち、最適な反応性セラミック粉体として酸化セリウム粒子を選定し、反応器の各反応室から生成する酸素および水素濃度の経時変化を質量分析器で測定・分析した。酸素生成速度は反応初期に大きく次第に低下するがほぼ一定速度に収束し安定する、これに対し水素生成速度は反応時間の経過により次第に増加し、ほぼ一定の生成速度となることが分かった。この結果から、酸素と水素の生成比がほぼ1:2となり化学量論的に水熱分解が進行することが示唆された。照射条件および反応条件の検討した結果、本反応器により酸素約850Ncm^3、水素約1300Ncm^3の同時生成を実現した。
組織再生を支える体内環境制御機構の解明

本研究では、組織修復を遠隔的に制御する液性因子とその分子メカニズムの解明を目指した。組織再生の分子メカニズムの解明は生物学や医学における重要な課題の一つであり、様々な分子機構が明らかになってきた。しかしながら、これまで行われてきた再生研究は傷害部位における組織自律的な分子メカニズムの解析が中心であり、組織非自律的な恒常性維持機構という観点から再生を捉える研究は少なかった。この課題に取り組むため前年度までの研究において、ショウジョウバエの遺伝学と温度感受性ジフテリア毒素を組み合わせることで、一過的な組織傷害と非傷害組織における遺伝学的解析を並行して行える組織傷害の系を構築した。さらに成虫原基の修復初期における体液組成のメタボローム解析により、修復時の体内環境の変動を網羅的に調べた。その結果様々な代謝産物の変化が見られたが、必須アミノ酸の一種であるトリプトファンの代謝に顕著な変化が見られたため、トリプトファン代謝に焦点を当てた。トリプトファンの多くは脂肪体でキヌレニンに代謝されていることから脂肪組織特異的に代謝酵素を抑制したところ、成虫原基の組織修復が阻害されることを発見した。当該年度はこの結果を元に、キヌレニン代謝の下流にあるキヌレン酸が特に体液中で変化していることを見出した。さらに、脂肪体におけるキヌレン酸産生の抑制が修復阻害を引き起こすことを示した。加えて修復中の成虫原基における組織染色により、修復中の組織の変化をより詳細に分析した。その結果、死細胞の排除異常や細胞骨格の再編成に顕著な変化が観察された。今後、受容体を中心としたキヌレン酸のターゲット探索により、組織間相互作用が再生・組織修復に与える新規のメカニズムの解明に向けてさらに深く研究が進むことが期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、組織修復に寄与する組織非自律的な応答の解明を目指す。組織再生の分子メカニズムの解明は生物学や医学における重要な課題の一つであり、多くの研究者によって様々な分子機構が明らかになってきた。しかし、これまで行われてきた再生研究は傷害部位における組織自律的な分子メカニズムの解析が中心であり、組織非自律的な恒常性維持機構という観点から再生を捉える研究は少なかった。その理由の1つとして、実験系の確立が困難である事が挙げられる。再生における組織間相互作用の全貌を明らかにするには、組織傷害を行った際に別の組織において網羅的な遺伝子の解析、即ち遺伝学的スクリーニングが出来る事が望ましい。そのため前年度までの研究で、ショウジョウバエの遺伝学と温度感受性ジフテリア毒素を組み合わせることで、一過的な組織傷害と非傷害組織における遺伝学的解析を並行して行えるDual Systemを構築した。当該年度では、まずUPLC/MS-MSを用いた分析により、当研究室で着目されていたメチオニン代謝経路の代謝産物を測定した。その結果、脂肪体(脊椎動物の肝臓と白色脂肪組織と同様の機能を持つ組織)で活発に起こっているメチオニン代謝経路が変化し、特にメチオニン量やSアデノシルメチオニン(SAM)量が減少していることが分かった。そこでDual Systemを用いてメチオニン代謝を脂肪体特異的に亢進・抑制したところ、成虫原基の組織修復が不完全になることを発見した。これらの遺伝学的解析と代謝産物の分析より、脂肪体におけるメチオニン代謝の適切な調節が成虫原基における組織修復に必須であることが示された。これらの結果を論文としてまとめ(Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Feb 16;113(7):1835-40.)、体内環境が組織の治癒力に与えるメカニズムの一端を発表した。本研究では、脂肪体や脳といった分泌組織から、どのようなシグナルが伝達されて成虫原基の修復に寄与するか解明することを目的としている。これまでの研究によって、成虫原基における傷害が遠隔的に脂肪体のメチオニン代謝を変化させ、その適切なメチオニン代謝の変化が成虫原基の組織修復に重要であることを明らかにした。これらの組織間のシグナルを媒介する因子の同定には未だ至っていないが、組織非自律的な応答が組織修復に遠隔的に寄与していることを代謝の観点から示すことに成功し、研究成果を論文として世界に発表することができた。再生における組織間相互作用の全貌を明らかにするには、組織傷害を行った際に別の組織において網羅的な遺伝学的解析が出来る事が望ましい。そのため我々は、ショウジョウバエの遺伝学と温度感受性ジフテリア毒素を組み合わせることで、一過的な組織傷害と非傷害組織における遺伝学的解析を並行して行えるDual Systemを構築した。この系とUPLC/MS-MSを用いた分析により、昨年度は脂肪体におけるメチオニン代謝の適切な調節が成虫原基における組織修復に必須であることが示し、体内環境が組織の治癒力に与えるメカニズムの一端を論文にまとめ発表した(Proc Natl Acad Sci U S A. 2016Feb 16;113(7):1835-40.)。

昨年度はまず、成虫原基の修復初期における体液組成のメタボローム解析により、修復時の体内環境の変動を網羅的に調べた。その結果、先述したメチオニン代謝の変化だけでなく、様々な代謝産物の変化が見られた。そのうちの一つとして、必須アミノ酸の一種であるトリプトファンの代謝に変化が見られた。トリプトファンの多くは脂肪体でキヌレニンに代謝されていることから代謝酵素の発現を調べたところ、修復初期に脂肪体で発現が上昇していることが判明した。そこで脂肪組織特異的に代謝酵素を抑制したところ、成虫原基の組織修復が阻害されることを発見した。本研究では、脂肪体や脳といった分泌組織から、どのようなシグナルが伝達されて成虫原基の修復に寄与するか解明することを目的としている。これまでの研究によって新たに、成虫原基における傷害が遠隔的に体液のトリプトファン代謝産物を変化させ、その適切な代謝の制御が成虫原基の組織修復に重要であることを明らかにした。トリプトファン代謝を変化させる具体的な分子メカニズムの同定や修復の制御メカニズムの解明には未だ至っていないが、トリプトファン代謝が組織修復に遠隔的に寄与していることを示すことに成功した。本研究では、組織修復を遠隔的に制御する液性因子とその分子メカニズムの解明を目指した。組織再生の分子メカニズムの解明は生物学や医学における重要な課題の一つであり、様々な分子機構が明らかになってきた。しかしながら、これまで行われてきた再生研究は傷害部位における組織自律的な分子メカニズムの解析が中心であり、組織非自律的な恒常性維持機構という観点から再生を捉える研究は少なかった。この課題に取り組むため前年度までの研究において、ショウジョウバエの遺伝学と温度感受性ジフテリア毒素を組み合わせることで、一過的な組織傷害と非傷害組織における遺伝学的解析を並行して行える組織傷害の系を構築した。さらに成虫原基の修復初期における体液組成のメタボローム解析により、修復時の体内環境の変動を網羅的に調べた。その結果様々な代謝産物の変化が見られたが、必須アミノ酸の一種であるトリプトファンの代謝に顕著な変化が見られたため、トリプトファン代謝に焦点を当てた。トリプトファンの多くは脂肪体でキヌレニンに代謝されていることから脂肪組織特異的に代謝酵素を抑制したところ、成虫原基の組織修復が阻害されることを発見した。当該年度はこの結果を元に、キヌレニン代謝の下流にあるキヌレン酸が特に体液中で変化していることを見出した。さらに、脂肪体におけるキヌレン酸産生の抑制が修復阻害を引き起こすことを示した。加えて修復中の成虫原基における組織染色により、修復中の組織の変化をより詳細に分析した。その結果、死細胞の排除異常や細胞骨格の再編成に顕著な変化が観察された。今後、受容体を中心としたキヌレン酸のターゲット探索により、組織間相互作用が再生・組織修復に与える新規のメカニズムの解明に向けてさらに深く研究が進むことが期待される。
有機スズ化合物の“複合化"による新規TTF縮環系有機合成金属の開発

新規TTF縮環系有機合成金属を開発するために次の研究を行った。1.有機スズ化合物とMe_3Alの“複合化"による新規TTF縮環系ドナーの効率的合成法の確立スズでマスクされたジチオラートとエステルをMe_3Al存在下反応させる過程を経て、短段階で既知および新規TTF縮環系ドナーを合成できる方法を開発した。この合成法により、新規TTF縮環系ドナーとしてTTF-DHTTF縮環系ドナー、TTF-DTDT縮環系ドナー、TTF-DSDTF縮環系ドナーの合成に成功した。4種類のTTF-DHTTF縮環系ドナーから10種類の新規有機合成金属を見い出した。さらに、これらの新規有機成金属の内、(EDDH-TTP)_2Aul_2塩の構造解析に成功し、2:1の組成を持つκタイプの金属的錯体であることを明らかにした。この構造を有する金属的な塩は、TTF縮環系ドナーを用いた錯体では初めての例である。4種類のTTF-DTDT縮環系ドナーから7種類の新規有機合成金属の開発に成功した。ジチアン環は構造的自由度を有する置換基であるが、TTF誘導体を縮環させることにより金属的錯体が得られることを明らかにした。5種類のTTF-DSDTF縮環系ドナーから4種類の新規有機合成金属の開発に成功した。現在のところ、この系から良質な単結晶は得られていないが、ペレット状態で活性化エネルギーの小さい値を示す錯体が多数得られている。また、TTF骨格の周辺部がヘテロ環の導入によって拡張された新規ドナーの合成が、有機スズ化合物とBF_3の“複合化"による反応を利用することによって達成できることを見い出した。これらのドナーは従来のTTFドナーに比べて、かさ高い構造であるにもかかわらず、ジオキサン環、シチアン環、ジオキソラン環を有するTTF誘導体から金属的ラジカルカチオン塩および錯体が得られることを明らかにした。1.有機スズ化合物とMe_3Alの“複合化"による新規TTF縮環系ドナーの効率的合成法の確立スズでマスクされたチオラートとエステルをMe_3Al存在下反応させる過程を経て、短段階で既知および新規TTF縮環系ドナーを合成できる方法を開発した。さらに、これらの新規有機合成金属の内、(EDDH-TTP)_2AuI_2塩の構造解析に成功し、2 : 1の組成を持つκタイプの金属的錯体であることを明らかにした。この構造を有する金属的錯体は、TTF縮環系ドナーを用いた金属的錯体では初めての例である。

現在のところ、この系から良質な単結晶は得られていないが、ペレットで活性化エネルギーの小さい値を示す錯体が多数得られている。今後の研究課題は、得られた金属的錯体の構造を明らかにし、構造と物性との関係について解釈を施すことである。新規TTF縮環系有機合成金属を開発するために次の研究を行った。1.有機スズ化合物とMe_3Alの“複合化"による新規TTF縮環系ドナーの効率的合成法の確立スズでマスクされたジチオラートとエステルをMe_3Al存在下反応させる過程を経て、短段階で既知および新規TTF縮環系ドナーを合成できる方法を開発した。この合成法により、新規TTF縮環系ドナーとしてTTF-DHTTF縮環系ドナー、TTF-DTDT縮環系ドナー、TTF-DSDTF縮環系ドナーの合成に成功した。4種類のTTF-DHTTF縮環系ドナーから10種類の新規有機合成金属を見い出した。さらに、これらの新規有機成金属の内、(EDDH-TTP)_2AuI_2塩の構造解析に成功し、2:1の組成を持つκタイプの金属的錯体であることを明らかにした。この構造を有する金属的な塩は、TTF縮環系ドナーを用いた錯体では初めての例である。4種類のTTF-DTDT縮環系ドナーから7種類の新規有機合成金属の開発に成功した。ジアチン環は構造的自由度を有する置換基であるが、TTF誘導体を縮環させることにより金属的錯体が得られることを明らかにした。5種類のTTF-DSDTF縮環系ドナーから4種類の新規有機合成金属の開発に成功した。現在のところ、この系から良質な単結晶は得られていないが、ペレット状態で活性化エネルギーの小さい値を示す錯体が多数得られている。また、TTF骨格の周辺部がヘテロ環の導入によって拡張された新規ドナーの合成が、有機スズ化合物とBF_3の“複合化"による反応を利用することによって達成できることを見い出した。これらのドナーは従来のTTFドナーに比べて、かさ高い構造であるにもかかわらず、ジオキサン環、ジチアン環、ジオキソラン環を有するTTF誘導体から金属的ラジカルカチオン塩および錯体が得られることを明らかにした。
JCウイルスによる小脳髄芽腫誘発と小脳分化との相関

JCウイルスは新生児ハムスター脳内に接種すると高率に小脳髄芽腫を誘発する。しかし生後5日目を過ぎたハムスターでは、小脳髄芽腫はあまり発生しなかった。このような特徴は、この系が小児脳腫瘍の良い実験モデルとなることを示唆している。そこで今年限は、小脳の分化がJCウィルスT抗原遺伝子の発現にどのような影響を与えているかを調べた。JCウイルス遺伝子の発現状況は、ウイルス接種ハムスター脳切片上のmRNAを、標識-sense mRNAを用いてin situ hybridization法によって検出することによって調べられた。ウイルス接種後5日目までは小脳にはT抗原mRNAは認められず、10日目に至って小脳内顆粒層および小脳分子層に検出された。接種後15日目では減少し、20目では認められなくなった。しかし、30日目には小脳内顆粒層にmRNAを有する異形細胞巣が出現した。小脳以外では、側脳室下胚芽細胞層にmRNAが検出された。また生後5日目にJCウイルスを接種した場合は、側脳室下胚芽細胞層にのみmRNAが認められた。全経過を通して小脳外顆粒層にはmRNAは検出できなかった。小脳内顆粒層細胞は小脳外顆粒層細胞が生後に下降してきたものと考えられている。小脳外顆粒層には、JCウイルスT抗原mRNAが認められず、小脳内顆粒層および分子層においてのみ検出されるという事実は、小脳顆粒細胞の成熟分化、つまり神経細胞としての形質獲得が遺伝子の発現に必要であることを意味するものと思われる。神経細胞の分化に関わっておこるJCウイルス遺伝子の発現は、調節領域遺伝子の働きと関連しているものと思われる。この調節領域遺伝子の働きを、CAT発現系を用いて調べたところ、ハムスター脳初代培養系において、神経系細胞の特徴を有しない細胞においては、ほとんど働かない事がわかり、上記仮説を部分的に証明できた。
植物の病害応答におけるシアンの役割

いもち病菌接種イネにシアンを添加することでいもち病による病徴が軽減されるとともに、いもち病菌の増殖も抑制されることが明らかとなった。シアン及びエチレンの前駆体であるACC添加にも同様の効果が認められたが、エチレン発生剤であるエテホン処理では効果が認められなかった事から、ACC経路で発生するシアンこそがイネいもち病抵抗性に重要である事が示唆された。タバコおよびイネを材料として、シアン内生量の簡便な定量法を確立した。TMVに対する抵抗性遺伝子N遺伝子を持つタバコ植物にTMVのN遺伝子に対応するエリシター成分であるP50遺伝子を誘導的に発現させることにより、同調的に過敏感反応を誘導できる系を確立した。この系を用いて過敏感反応に先だってシアン内生量が増加することが確認された。また、遺伝子ノックアウト法によりACC経路のエチレン・シアン生成が抑制された形質転換植物を作製した。得られた形質転換体の中には、TMV感染によるHRにおいてもエチレン放出が検出されなくなる系統が複数存在していた。さらに、ACC経路のエチレン・シアン合成を正に制御すると考えられているMAPキナーゼ(WIPK, SIPK)の細菌病抵抗性における機能を解析するために、それぞれのMAPキナーゼ及び両方のMAPキナーゼが機能しなくなった形質転換タバコ植物を用いて親和性及び非親和性の2種のタバコ立枯病(Ralstonia solanacearun)に対する応答を調査した結果、立枯細菌病とタバコ植物の組み合わせにおいて、2つのMAPキナーゼの少なくともどちらかが存在することが、過敏感細胞死には必要であるが、抵抗性応答の一部には必須ではなくMAPキナーゼ非依存的な応答のみによって立枯菌に対する抵抗性は誘導可能であることが示された。タバコおよびイネを材料として、微量拡散法およびピリジン・ピラゾロン法を基本としたシアン内生量の簡便な定量法を確立した。この方法を用いて、TMVを接種したタバコ植物およびいもち病を接種したイネにおける、シアンの内在量及びエチレン放出量を測定したところ、健全状態でのシアン内生量はきわめて微量であった。また、ACC添加およびシアン解毒酵素(シアノアラニンシンターゼ)の阻害剤処理によって、タバコ植物のシアン内生量が増加することを確認した。病原体感染におけるシアンレベルの上昇は僅かであったが、これは病原体に感染し過敏感反応を起こしている細胞の割合が低いためであると考えられる。そこで、TMVに対する抵抗性遺伝子N遺伝子を持つタバコ植物にTMVのN遺伝子に対応するエリシター成分であるP50遺伝子を誘導的に発現させることにより、誘導をかけた部分全てで同調的に過敏感反応を誘導できる系を確立した。今後、この系を用いて過敏感反応におけるシアンレベル変動を詳細に解析してゆく。また、遺伝子ノックアウト法によりACC経路のエチレン・シアン生成及びエチレンシグナル伝達が攪乱された形質転換植物を作製するための遺伝子導入ベクターを構築した。これらのベクターを導入して、ACC経路を改変した植物体を作成中である。昨年度確立したシアン定量法を用いて、タバコの病害応答におけるシアン内生量の定量を行った。TMVに対する抵抗性遺伝子N遺伝子を持つタバコ植物にTMVのN遺伝子に対応するエリシター成分であるP50遺伝子を誘導的に発現させることにより、誘導をかけた部分全てで同調的に過敏感反応を誘導できる系を用いることで、細胞死に先立ってシアン内生量が増加することを確認した。また、シアンレベルの増加は、TMV感染葉を用いた温度シフトによる同調的過敏感反応誘導系においても確認されたが、いもち病感染イネではおそらく完全部位の面積が少ないためにシアンレベルの上昇は確認されなかった。今後は、接種法を改良することで、イネにおける感染に伴うシアンレベルの増加が確認できるかどうかを再度検討する。シアンの解毒に働くシアノアラニンシンターゼ(CAS)の酵素活性をタバコおよびイネで測定したところ、いずれの系においても感染にともなう大きな活性変動は認められなかった。また、遺伝子ノックアウト法によりACC経路のエチレン・シアン生成が抑制された形質転換植物を作成した。

さらに、ACC経路のエチレン・シアン合成を正に制御すると考えられているMAPキナーゼ(WIPK, SIPK)の細菌病抵抗性における機能を解析するために、それぞれのMAPキナーゼ及び両方のMAPキナーゼが機能しなくなった形質転換タバコ植物を用いて親和性及び非親和性の2種のタバコ立枯病(Ralstonia solanacearun)に対する応答を調査した結果、立枯細菌病とタバコ植物の組み合わせにおいて、2つのMAPキナーゼの少なくともどちらかが存在することが、過敏感細胞死には必要であるが、抵抗性応答の一部には必須ではなくMAPキナーゼ非依存的な応答のみによって立枯菌に対する抵抗性は誘導可能であることが示された。
Na+/H+アンチポーターの構造・作動機構と制御の生物多様性と統一性

細胞内のpH,Na^+,浸透圧の制御は、生命維持の基本的要件である。このイオンや浸透圧の細胞内量の制御は、細胞質膜や細胞内小胞膜に存在するNa^+/H^+交換輸送蛋白質(NhaAまたはNHE)によって行われている。この膜輸送蛋白質のナノマシーンとしての構造と作動機構、細胞内局在機構を含む制御のしくみを、細菌細胞、酵母細胞、さらにほ乳類細胞を対象として相互に比較しながら明らかにすることを目的とした。その結果つぎのような主たる成果を得た。(1)ピロリ菌のNhaAのイオン輸送に必至な膜貫通ドメインおよびイオンの結合に関与するアミノ酸残基を見出し、それぞれの膜内の空間的配置状況とりわけ親水的環境の状況をしらべ、膜中のイオン輸送路とゲート構造について初めてその様相を理解する手がかりを得た。さらに、イオン輸送にともなうNhaAの構造変化を観測する新たな実験系を構築した。(2)酵母のNha1pの機能発現に必要な残基を明らかにし、ほ乳類NHEと見かけ上同様な様相をもつC末端側の親水性ドメインの機能を詳細に解析した。その結果C末端の親水性ドメインの内、膜ドメインに近い16残基はこの蛋白質の細胞膜への局在化に必要であること、またこれに隣接する38残基にはCos3Pと呼ぶ新規蛋白質が結合し、イオン輸送機能を亢進することを示した。(3)ほ乳類のN HEについては、新規のアイソフォーム8と9を発見し、これらを含むNHE6-9は細胞内の異なる小胞に存在し、K^+/H^+交換輸送体として機能し、小胞内のpHを制御することを初めて示した。私たちが発見したNHEに結合するCHPにっいて結晶構造を明らかにするとともに、NHEの細胞膜への局在化に重要な役割をもっことを発見した。さらにこの蛋白質の多様な機能として蛋白質キナーゼDRAK2,KINESIN KIFIBβへの結合とその制御などを初めて見出した。以上の成果はNa^+/H^+交換輸送ナノマシンの構造・機能相関の理解を飛躍的すすめ、種間で見られるNa^+/H^+交換輸送蛋白質の多様性と統一性理解に大きな貢献をするものと考えられる。Na+/H+交換輸送蛋白質におけるイオン輸送に関わる分子機構を明らかにする目的で、細菌、酵母、ラットを研究材料として、本年度以下の研究成果を得た。1.大腸菌と胃潰瘍原因菌であるH.pyroliのNa+/H+交換輸送担体NhaAの一次構造は、高い相同性が存在する。しかし、pHに依存したイオン交換輸送活性の挙動は両者で大きく異なる。ピロリ菌では、pH6-pH8.5の広い範囲で活性があるのに対し、大腸菌ではpH7.5-8.5でのみ活性を発現する.このpH感知能力(センサー)の違いを構造上に位置づけるため、ランダムな変異をピロリ菌NhaA全体に導入し、イオン輸送、およびセンサーに関わる構造を推定した。この結果、40の機能変換および機能欠損を示す点突然変異は、3つの異なる内在性部分に存在することが明らかとなった。また、ピロリ菌のpH

センサー構造は、大腸菌と共通な構造に加えて、酸性側でも機能しうるような構造変換が第4,第10膜貫通領域でおこったものと推定された。2.酵母のNa+/H+交換輸送担体Nha1の細胞質ドメインのイオン輸送における制御上の役割を明らかにするため、系統的に欠失体分子を作製し、機能を調べた。この結果、2カ所の異なる部分が、輸送機能の正および負の調節に関与している結果が得られた。また、もっとも細胞膜に近い部分が細胞内部の粗面小胞体から細胞膜へのNhaA分子の移行に必要であることが明らかになった。3.ラットのNa+/H+交換輸送担体蛋白質NHE1の細胞質ドメインに結合するカルシニューリンB様蛋白質をこれまで単離していた。この蛋白質(CHP)に結合する蛋白質を探索し、新規のapoptosisキナーゼをクローン化した。この蛋白質とNHE1の関係を探る目的で、NHEのリン酸化を調べたが、リン酸化は認められなかった。さらに、CHPの新規なアイソフォームを発見した。このアイソフォームがNEE1-5へ結合出来ることを明らかにした。上記に関わる成果を3編の論文および日本生化学会大会で発表した。生体膜輸送ナノマシーンであるNa+/H+交換輸送蛋白質におけるイオン輸送の作動機構と制御に関わる分子機構の統一性と多様性を明らかにする目的で、細菌、酵母、ラットを研究材料として、本年度以下の研究成果を得た。1.胃潰瘍原因菌であるH.pyroliのNa+/H+交換輸送担体NhaAを大量精製しリポソーム膜に再構成し、活性を測定することに成功した。今後、作動機構の詳細を明にするため当初予定していた結晶構造解明への端緒が開かれた。また、昨年度までに明らかになった第4膜貫通領域の細胞膜内における詳細な空間的配置を探る糸口として第4膜貫通領域全域でのアミノ酸残基をCysに置換することに成功し、膜の中央部まで親水的な経路が存在すること予測させる貴重な結果が得られた。また、第8ループは従来ヒンジ的な役割を持つことを予測していたが、クラゲの発光蛋白質を導入しても機能するという驚くべき結果をえて、この部分の自由度の高さを確認した。2.酵母のNa+/H+交換輸送担体Nha1の細胞質ドメインのイオン輸送における制御上の役割を明らかにするため、系統的に欠失体分子を作製し、機能を調べてきたが、もっとも膜領域に近い部分はNha1が細胞膜に局在するために必要な機能をもつこと、また、それに隣接する部分に新規の結合タンパク質を発見し、これが輸送機能に極めて重要であることを見出した。3.ラットのNa+/H+交換輸送担体蛋白質NHE1の細胞質ドメインに結合するカルシニューリンB様蛋白質をこれまで単離していたが、本年度新規のアイソフォームタンパクを見出し、これが腸に特異的発現することを見出した。さらに、CHPがアポトーシス誘導機能を抑制するという驚くべき発見を行った。以上の成果を3つの論文とし発表し、現在3編を準備中あるいは投稿中である。細胞内Na^+とH^+環境制御に中心的役割を果たすNa^+/H^+アンチポーターについて、細菌、酵母、ほ乳類細胞を比較し、その機能と制御の分子レベルでの機構について統一性と多様性を明らかにしようと考え、本年度以下の成果を得た。(1)細菌において最も重要なアンチポーターNhaAのイオン輸送・pHセンサー機構の解明ピロリ菌NhaAのイオン輸送および輸送のpH依存の制御に必至な膜内在性部分が、4つの膜貫通ドメイン(TM4,5,10,11)にイオン輸送に必至な残基が集中し
環状低分子化合物の直接紡糸による機能ファイバー材料の創製

本研究課題では、高分子・繊維科学と超分子科学を最大限に融合させた新分野の挑戦的創出に向け、最近我々が研究を進めている「環状低分子化合物の直接紡糸技術(低分子紡糸技術)」を大幅に発展させることを大目標とする。具体的には、直近の課題であるi)分子レベルでの複合化、ii)ファイバー中の分子配列(結晶性)の制御、iii)低分子紡糸メカニズムの解明を目指す。そのために、初年度(H30年度)はi)ならびにii)の解決を主として取り組みながら、iii)を始める下準備を進めた。ii)の課題は既に解決済みであり、得られるシクロデキストリン(CD)ファイバーの結晶性を制御可能な条件を見出した。この結果は既に論文として出版済みである。i)の課題も既に解決済みであり、どの程度の割合で複数のCDが混合されたファイバーが作製可能かを明らかにしている。この結果を用いて論文投稿を進めている。iii)の課題を進めるにあたり、SAXS測定の下準備を進めている。以上のことから、初年度に実施予定以上の進捗であり、全体計画の2/3は既に完了している。予定通り、H31年度は小角X線散乱(SAXS)測定を用いて、CD溶液の解析を進めていく。研究の進捗上、ii)の結果から説明するが、紡糸条件(最も有効な条件として、環境湿度)を精密に制御することにより、任意の結晶性を示すα-/β-シクロデキストリン(CD)ファイバー・不織布を作製することに成功した。また、非晶性α-/β-CDファイバーは高湿度条件下で保存することで、結晶性が誘起されることも明らかになった。このような現象はγ-CDでは確認できなかった。作製した不織布はその結晶性に関わらず、バルクならびにミクロでの形状・強度の違いは確認できなかった。本結果は、Bull. Chem. Soc. Jpn.誌で既に発表している。上記ii)の結果を参考にi)の検討を進めたところ、複数のCDを原料に用いて、任意の結晶性を示す混合CDファイバーが作製できることも確認した。また、高湿度条件下における結晶性誘起を利用することで、固体ファイバー中でどの程度各分子が混合されているかも明らかにした。本結果を用いた論文投稿を現在進めている。予定通り、H31年度はSAXS測定を用いて、CD溶液の解析を進めていく。ii)の成果の論文化を進めながら、SAXS測定を用いて、CD溶液の解析を進めていく。溶液中での会合体の形状・サイズ等が明らかになれば、紡糸前後におけるCDの状態に対する知見が得られるものと期待している。
子ども達の技能の家庭学習を支援し遠隔でトレーニングできる総合的学習システムの開発

スマートフォンとタブレットPCを利用して,鋸挽き,鉋がけ,釘打ち動作の自学学習を行うアプリケーションの開発と,それらから送信される動作評価データを管理するPractice Learning Management System(PLMS)を開発した。これにより学習者は指導者が不在な中でも,動作練習が可能になり,技能の家庭学習のための有効な手段を提供できるようになった。今年度は,空間的認知教材としてARテクノロジーによる補助教材を開発した。実際の寸法感覚を把握することを可能にした。技能のトレーニング自習教材と合わせて利用することで,学習者の作業に対する理解を深めることが期待できた。そして,スマートフォンを用いた技能のトレーニング自習教材としては,鋸挽きについてPMS(Practice Management System)上での各作業ファクター(板厚に依存する最適引き込み角度など)の調整が可能になった。さらに,技術科における代表的な技能としての鉋がけについて,昨年度までできていたコア部分を充実させ,作業結果の表示内容および表示方法について検討し実装した。ここまでの成果は国際会議にて発表し論文化した。他国の研究者からも関心を集め,知見を公表することができた。国内では,本研究に賛同した現場の教員からシステムの実施依頼を頂き,他県での実証も行うことができた。今年度は,技能の遠隔練習を可能にするシステムの開発を予定通り行うことができた。研究成果については,国内学会および国際学会にて公表している。具体的な成果としては,センサ内蔵スマートフォンによって,技術教育におけるのこぎりびき動作スキルの自動採点が可能になり,鉋がけについてもスキルの評価が可能になりつつある。試行実践として,実際の中学校にて本システムを用いて試験的な授業を行った。その結果,本システムは複数台のスマートフォンの同時使用が可能であり,かつ学習者のスキルを正確にセンシング・評価することができ,遠隔からも学習者のスキルレベルが把握できる見込みを持てることが明らかとなった。のこぎりびきでは,のこぎりを動かした回数,作業時間,引き込み角度,左右への刃の傾き,刃の動きの直進性等を評価することができ,それらの結果をもとにして学習者を順位付けすることに成功した。かんながけでは,加速度センサおよびジャイロセンサを用いて,熟練者の動作モデルをスマートフォンによって取り込み(キャプチャし),その動きをグラフにて可視化することに成功した。学習者の動きも同様にグラフにて可視化することができるため,熟練者の動作と学習者の動作がどの程度ずれているのかを感覚的にも把握することができるようになっている。試行実践では,全国から授業参観希望者が参加し,本研究の方法と効果について理解して頂くことができた。今年度の取り組みの新規性および有用性が評価され,新聞メディア2社および地元タウン誌に取り組みについて記事が掲載された。最終年度の主たる成果は,釘打ちにおける玄翁動作習得システムと鉋がけ動作習得システムの精度向上と,技能習得のための学習管理システム(Practice Management System:PLMS)の完成である。玄翁動作習得システムについては,習得動作が比較的単調であることから学習者への動機付けを高めるためにゲーミフィケーションの要素を導入した。鉋がけ動作習得システムについては,単なるシミュレーションツールとしてだけではなく,実際の鉋にスマートフォンを填め込むアタッチメントから設計・開発し,指導者が不在であっても実際の鉋がけ動作を熟練者の動きモデルと比較することが可能になった。研究全体としては,これまで教育分野において動作技能のメタ認知および自己フィードバックが困難とされていたが,本研究のスマートフォンを用いた簡易的なシステムによって,動作技能の向上が見られたほか,技能習得に対するモチベーションの向上も見られ,一定の効果をあげることができたと言える。本研究を構成する要素は3つあった。1つ目の,空間的認知を向上させるデジタル教科書の作成については,AR(拡張現実感)技術を用いて「飛び出す教科書」の開発を行うことができた。2つ目の身体動作の定量的な把握とフィードバックについては,汎用的な市販されているスマートフォンの加速度センサ,ジャイロセンサ等を利用することで,作業者の動作を数値化して,その理想値とのずれを計算することで動作を改善するアドバイスを行えるようになった。3つ目の技能習得の学習管理システムについては,前述のPLMSを開発し,鋸挽き,鉋がけ,釘打ちにおける作業者の動作がどのように改善されてきたかを折れ線グラフ,レーダーチャートおよび表形式で可視化することが可能となった。開発したシステムは,実際の中学校にて実証実験を行ったほか,成果は国際会議にて公表することができた。技術教育,教育工学前年度に当初の予定を超える進捗があったので,当初重点項目としていなかったPMS(Practice Management System)の作り込みを行うこともできた。これはスマートフォンのセンサを用いて学習した結果を管理,蓄積,比較するためのシステムであるが,指導者がより直感的に使用でき,結果を理解しやすいよう画面設計を充実させることができた。予定していた第2フェーズの実証実験環境構築については十分成果を出すことができた。当初の計画では,システムの開発までを予定していたが,試行試験まで行うに至ったため,計画以上に進展したと判断した。