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聴覚障害児の数学学習におけるコミュニケーション連鎖の創発性とその可能性

コミュニケーションの創発性は、偶然性に依拠している。作為的にこの現象を作り出すことはできないという意味で、創発連鎖は無作為の行為である。しかし、本研究の教育的示唆として示したように、コミュニケーションの創発性は、決してすべてを偶然に任せるものではない。自分の思考に真摯に向き合い、他者の声に耳を傾けるとき、私たちは、循環的な思考を超越し、新しい思考世界を切り開くことができる。本研究では、聴覚に傷害があっても、他者とのコミュニケーションが創発連鎖となる可能性があることを示した。これまでの研究を通して、私たちは、コミュニケーションは、単なる情報の伝達ではなく、互いの思考を活性化させる意味のある連鎖として継続することが重要だと考えるようになってきた。そして、コミュニケーションの連鎖は、従来から考えられている活動の連続性という視点だけではなく、コミュニケーションに参画している学習者間の思考の連続性が重要であり、さらには、他者からの刺激を受け入れることによって変容する学習者個人の思考の連続性を維持することも重要だと考えるようになってきた。平成17年度の研究では、活動の連続性、学習者間の思考の連続性、学習者個人の思考の連続性という3つの視点を、コミュニケーション連鎖を捉えるための視点とし、あわせて、聴児の事例分析によって示されてきた、協応連鎖、共鳴連鎖、超越連鎖、創発連鎖の4つの類型論を基礎理論として、このモデルを聴覚障害児のモデルへと精緻化することに精力を集中してきた。また、今年度は、これまで中心的に考察してきた認知的な側面に対する考察に加え、新しいアイデアが創発されるコミュニケーション連鎖に参画している学習者の情意的な思考プロセスの分析を行うための基礎モデルの構築にも着手した。情意モデルの構築のために、私たちは、数学の問題解決過程における情意の問題に取り組み、「数学的問題解決における生徒の情動的な経験に関する研究」で、2001年に筑波大学より博士(教育学)の学位を授与されたMaitree Inprasitha博士(タイ国コンケン大学数学教育学研究センター所長、同大学助教授)に研究協力を求め、私たちの認知モデルと同博士の情意モデルとを結びつける可能性について、17年度の後半より研究協議を重ねている。平成18年度、私たちは、第2下位課題の「認知モデルと情意モデルとの統合問題」について、主に理論的な研究を行ってきた。私たちは、Piagetの考え方、「情意は知能の機能の一部である。『エネルギー論』としての情意は、特定の対象や特定の考え方に個人的な興味を抱かせるものであるという点で、認知構造であるシェマと結合させることができる。なぜなら、エネルギー論としての情意は、問題解決にどのように取り組むかという選択に個人的な影響を与え、価値を見出す過程に影響を与えるからである」に、基本的に同意するところから研究を始めた。つまり、従来の認知モデルと情意モデルという人工的な二分論を改め、コミュニケーション連鎖の創発性の問題に取り組むためには、認知モデルと情意モデルの統合という問題は避けて通ることができない課題であると位置づけたのである。タイ王国コンケン大学Inprasitha博士の協力によって進められた本年度の研究で明らかになってきたことは、認知モデルと情意モデルの統合には、「認知評価」と「情動」という概念が有効だということである。つまり、情意という私たちの感情に関わる問題も、認知評価と情動という概念を持ち込めば、思考という枠組みの中に組み込んで考えることができるということである。本年度の研究成果の概要を述べると以下のようになる。「数学の問題解決の最も情意的な反応の起源は、情動的な反応である。学習者が問題を解決しようと試みているとき、学習者は、これまでの経験や知識を思い起こす。この記憶の想起に対して、学習者たちは、一度想起された知識群(シェマ)を認知的に評価する。この認知的評価がいわゆる情動を引き起こす。」この研究成果をもとに、平成19年度は、認知・情意モデルをより精緻化して、事例の分析と考察に進む予定である。平成19年度,私たちは,第3下位課題の「認知、情意モデルに基づくコミュニケーション連鎖の分析と考察」と,第4下位課題の「認知、情意モデルの精緻化」について研究を行ってきた。研究3年目にあたる平成19年度に私たちが計画してきたことは,研究の目標として掲げてきた5つの目標のうち,目標(3)と目標(4)の達成をめざすことであった。平成19年度に私たちがとってきた研究の方法論は,タイ王国コンケン大学のMaitree Inprasitha博士が提案している情動モデルをベースに,私たちが築いてきた認知モデル論を融合させながら,新たな認知、情意モデル構築し,その理論を基に事例の分析と考察を行い,そうした考察の結果を理論モデルの精緻化に利用するというものであった。平成19年度に掲げた2つの目標に対する研究を概要すれば,以下のように述べることができる。

目標(3)について,私たちは,日本数学教育学会に寄稿した「無作為の創造-数学学習におけるコミュニケーションの創発連鎖-」において,創発という現象を丁寧に分析し,考察を行った。また,目標(4)については,群馬大学教育学部紀要に「数学の問題解決における情動的な経験に関する基本モデル」と題する論文を書いて,認知評価という視点から,情動を捉えるための基本モデルを提案した。4年間の継続研究の最終年度となる平成20年度には,「目標(5)聴覚障害児の数学学習におけるコミュニケーション連鎖の創発性とその可能性に関する考察」を行い,4年間の研究成果としてまとめを行う予定である。平成17年度から平成20年度の4力年間に行ってきた本研究の目的は、平成15年度から16年度の研究(基盤研究(C))において、私たちが「創発連鎖」と名付けたコミュニケーション連鎖の認知的かつ情意的なプロセスの分析を行い、聴覚障害児による創発連鎖の可能性について考察することであった。この4年間では、新しいアイデアの創発という現象を聴覚障害児学級の中から捉えることはできなかったが、その一方で、私たちは、聴覚障害児たちが、算数や数学の授業の中で、新しいコミュニケーション手段として、新しい手話や書記法などを見いだし、数学的な概念の伝達に利用している事例を収集することができた。また、理論研究として、学習者の情動を捉えるモデルを開発し、これまでの認知モデルとの統合を図った。研究協力者であるタイ王国コンケン大学のInprasitha博士との共同研究として考案してきた数学の問題解決過程における情動的な経験の生成モデルをこれまでのコミュニクーション活動にぉける認知モデルヘ統合することにより、算数・数学の協同の学びに開かれていく授業における「聞き合う」という相互行為の重要性がより明確に示されることになった。現在、我が国には、およそ4500人の聞こえない子どもたちが算数・数学を学んでいる。聴覚に障害がある子どもたちの教育では、聞こえないということを理由に、「聞き合う」という相互行為に光を当てること1まなかった。しかし、私たちの研究で明確になってきたことは、他者の声を真摯に受け止め、そのことを自分の思考を見っめ直す契機とすることが、学級というともに学ぶ環境を最大限に生かすポイントであるということである。創発という現象の発見より、この研究によって明らかにされる思考の深化過程の解明の方が有意義であると考える。
砕波を伴う風波界面における炭酸ガス輸送機構の解明

本研究は,風波気液界面でのガス輸送において砕波や乱流の果たす役割を明らかにすることを目的とする基礎研究である.本年度の研究は大きく2つに分けられる.1つめは,昨年度も実施した風波砕波下における乱流構造に関する継続研究を行い,その特性をさらに詳細に検討することである.本年度の乱流計測実験は,長さ17mの風洞水槽において行われた.また,流速計測には3次元の超音波ドップラー流速計を用いた.そのため,乱れエネルギーや乱れエネルギーフラックスの構造を調べることができた.これらの統計量の鉛直分布が,乱れ強度,レイノルズ応力と同様に,風波の有義波高およびピーク波のストークスドリフトにより精度良く規格化できることが明らかとなった.また,レイノルズ応力の時系列から,水表面近傍での乱れの生成が大規模な乱流バーストに支配されていることが確認された.このことは,風波砕波面でのガス輸送機構が乱流バーストにより説明できることを示唆している.2つめの研究として,小型の風洞付造波水槽により,気液界面でのガス輸送係数の波浪依存性を調べた.溶存酸素(DO)に対して精度の良い電極センサーが開発されているため,トレーサーとして炭酸ガスの代わりに酸素ガスを用いた.また,センサーによる計測と併せて,DO滴定による化学分析も行った.風波のみと風波+うねりの場合でガス輸送係数がどのように変化するかを調べた結果,長周期のうねりの存在によりガス輸送係数が増大することが確認された.また,その影響は低風速時ほど大きくなることがわかった.このような風波とうねりの相互作用の効果は、実海洋でのガス輸送係数を予測する上で重要なファクターになるものと考えられる.風波界面を通しての炭酸ガス輸送において砕波と乱流が果たす役割を解明することを目的として室内実験による基礎的研究を行った。本年度は,2次元風胴水槽の風波下の乱流場において2方向レーザードップラー流速計による乱れ計測を実施し,その特性を調べた。風速を6m10m程度の範囲で変化させて,さざ波下と弱い砕波下におけるその特性の違いを検討した。得られたデータについてFFTによるスペクトル解析を行った。風波の周波数帯域の低周波側に-5/3乗域が形成される。波高が増大するにしたがって風波の帯域が低周波側に移行するが,このような特性は定性的にはさざ波状態でも砕波状態でも同様であった。水平流速と鉛直流速のコスペクトルを調べた結果,この-5/3乗域においては正のレイノルズ応力が生成されているが,砕波状態においては風波のスペクトル帯域において強い負のレイノルズ応力が生成されていることがわかった。これは風波のエネルギーが平均流へ受け渡されていることを示唆し,風波乱流場の特徴の一つと考えられる。-5/3乗域における乱流運動の特徴を抽出するために,数値フィルターを用いて変動流速のスペクトルから風波成分を分離し,修正後のスペクトルを逆フーリエ変換することによって乱流成分の時系列を再構成した。得らたデータから計算されたレイノルズ応力の時系列に対して条件付サンプリング手法を適用した。その結果,強いスパイクを伴う正のレイノルズ応力の生成は,流体の下降運動時によく観察されることが分かった。このような乱流運動は,海水面の表面更新において重要な役割を持つものと想像される。強いレイノルズ応力の生成を伴う乱流運動や砕波の特性量によってガス輸送係数を定量的に評価するのが今後の課題となる。本研究は,風波気液界面でのガス輸送において砕波や乱流の果たす役割を明らかにすることを目的とする基礎研究である.本年度の研究は大きく2つに分けられる.1つめは,昨年度も実施した風波砕波下における乱流構造に関する継続研究を行い,その特性をさらに詳細に検討することである.本年度の乱流計測実験は,長さ17mの風洞水槽において行われた.また,流速計測には3次元の超音波ドップラー流速計を用いた.そのため,乱れエネルギーや乱れエネルギーフラックスの構造を調べることができた.これらの統計量の鉛直分布が,乱れ強度,レイノルズ応力と同様に,風波の有義波高およびピーク波のストークスドリフトにより精度良く規格化できることが明らかとなった.また,レイノルズ応力の時系列から,水表面近傍での乱れの生成が大規模な乱流バーストに支配されていることが確認された.このことは,風波砕波面でのガス輸送機構が乱流バーストにより説明できることを示唆している.2つめの研究として,小型の風洞付造波水槽により,気液界面でのガス輸送係数の波浪依存性を調べた.溶存酸素(DO)に対して精度の良い電極センサーが開発されているため,トレーサーとして炭酸ガスの代わりに酸素ガスを用いた.また,センサーによる計測と併せて,DO滴定による化学分析も行った.風波のみと風波+うねりの場合でガス輸送係数がどのように変化するかを調べた結果,長周期のうねりの存在によりガス輸送係数が増大することが確認された.また,その影響は低風速時ほど大きくなることがわかった.このような風波とうねりの相互作用の効果は、実海洋でのガス輸送係数を予測する上で重要なファクターになるものと考えられる.
二酸化炭素の排出削減を目指した循環型地域経済システムの構築に関する研究

地球温暖化は,資源・エネルギーの大量消費を前提とする現代の経済社会システムに起因しており,現在の科学技術のみでは解決が難しい状況にある。わが国では,2002年5月に京都議定書の締結が国会で可決され,地球温暖化防止に向けた対策が本格化した。また,政府は,これに先立つ2002年3月に新たな地球温暖化対策推進大綱を発表し,京都議定書で取り決められた地球温暖化ガス削減を実現するための基本的考え方として,環境と経済の両立,民生・運輸部門での対策強化など,新たな経済社会システム構築に向けた取り組みの必要性を打ち出している。以上のように,地球温暖化問題は現代社会の構造的な環境問題であり,効果的な対策に向けては,国内各地域における経済循環構造と温暖化ガス排出との関係を的確に捉えることが必要である。そして,この目的のためには,国全体或いは地域レベルで財貨・サービスの流れを総合的に把握できる産業連関表の利用が有効と考えられる。本研究では,1985,90,95年の全国9地域間産業連関表と国立環境研究所が公表した二酸化炭素排出量を用いて,地域経済の変動と二酸化炭素排出量との関係を分析するための地域間産業連関モデルを構築した。そして,二酸化炭素排出量変動の要因分析を行った結果,排出係数,産業構造,最終需要の3要因の中では,最終需要の変動が二酸化炭素排出量に最も大きな影響を及ぼしていることが明らかになった。そこで,本研究では,各部門における最終需要額の一律削減,二酸化炭素排出量の多い部門を中心とする最終需要削減,環境効率性指標(生産額当たりの二酸化炭素排出量)に基づく二酸化炭素排出量削減部門の設定などのケース設定の下で,二酸化炭素排出削減のシミュレーション分析を行った。その結果,環境効率性指標を用いることにより,生産活動への影響を考慮した効果的な二酸化炭素排出削減が可能であることを示した。本研究では,これまで十分な研究が行われてこなかった国内地域レベルでの二酸化炭素排出構造を地域間産業連関表と二酸化炭素排出原単位を用いて分析し,京都議定書で取り決められた二酸化炭素排出削減を国内各地域で達成していく際の地域経済の課題を検討することを目的とする。以下に本年度の研究成果を要約する。(1)地域経済の長期的推移と二酸化炭素排出構造に関する分析1975年95年の全国9地域別の地域産業連関表データと部門別の二酸化炭素排出原単位データを用いて,地域経済の変動と二酸化炭素排出構造の関係を実証的に分析した。ここでは,地域産業連関モデルの特長を利用して,地域経済成長の変動要因と二酸化炭素排出の変動要因を,投入係数(生産技術),地域内最終需要,輸出,移出,輸入依存度(輸入代替),移入依存度(移入代替)の各要因に分解し,地域経済と二酸化炭素排出構造の関連を変動要因に遡って分析した。(2)二酸化炭素排出の地域間依存構造の分析各地域における経済活動に伴う二酸化炭素排出は,移輸出と移輸入を通じて,国内の他地域及び国外に転嫁されるが,その構造は,全国8地域間の産業連関表データを用いて,地域間別・部門別に詳細に把握することができる。ここでは,(1)の分析によって得られた各要因を,地域間産業連関分析のフレームに基づいてさらに詳細に分析し,移出,移入,輸出,輸入のそれぞれが各地域の二酸化炭素排出の増減に及ぼす影響を検討した。以上の研究結果から,わが国における二酸化炭素排出構造はバブル経済期に急増しており,地域内消費需要が大きな影響を及ぼしていることが明らかになった。また,国内では移出入に起因する二酸化炭素排出量も大きいことから,今後の排出削減策では,地域間産業連関表による分析が必要性であることも明らかになった。

本研究では,国内の地域レベルで二酸化炭素の排出構造と地域経済との関連を分析するモデルを提案するとともに,二酸化炭素の排出抑制と地域の自立的発展を両立しうる循環型地域経済システムの構築に向けた政策的知見を得ることを最終目標とし,平成16年度は「二酸化炭素排出に関する地域シミュレーションモデルの構築」,並びに「二酸化炭素排出削減に関する地域政策の効果分析と政策提言」を行った。(1)二酸化炭素排出に関する地域シミュレーションモデルの構築地球温暖化防止に向けた政策の定量的分析を行うために,全国9地域間を対象として,経済波及効果と二酸化炭素排出量を推計できるシミュレーションモデルを,地域間産業連関モデルのフレームに基づいて構築した。(2)二酸化炭素排出削減に関する地域政策の効果分析と政策提言今後の二酸化炭素排出削減量と実現のための政策シナリオを作成し,上記の地域シミュレーションモデルを用いて,地域の経済活力や二酸化炭素排出量に及ぼす影響を定量的に分析した。政策シナリオの設定に際しては,昨年度の研究結果より,わが国における二酸化炭素排出量の増加に最終需要が大きく影響していることが明らかになっていたため,「最終需要」面からの対策を取り上げることとした。そして,最終需要の抑制に伴う経済成長への影響と二酸化炭素排出削減量を環境効率性指標を用いて評価しながら,最終需要の削減部門を順次決定することにより,経済成長への影響と環境負荷の低減をバランスさせることが可能であることを示した。わが国は,2005年2月の京都議定書発効により,2008年2012年の約束期間中に1990年比で6%の温室効果ガス排出削減を求められているが,本研究で構築したモデルを用いることにより,二酸化炭素の排出削減策が産業と地域経済に及ぼす影響を定量的に分析することが可能となった。
所得分配と地方分権に関する財政学的考察

本研究は分権的財政制度において生ずる所得分配,資源配分上の問題を考察した.分析の結果は以下のとおりである.第一に,税源の移譲や補助金の削減といった地方分権化を指向する改革がわが国の地域間の所得分配や地方団体の財源規模に与える影響をローレンツ関数を多変量に拡張した尺度を用いて試算した.この結果,分権化改革では,(i)国と地方の機能分担を明確にすることが重要,(ii)のその制度設計は効率性の改善を強く意識すべき,(iii)単純な税源移譲ではなく地方交付税制度の改革が必要,であることが導かれた.第二に,国から地方への補助金制度において,(i)団体間の財源格差を是正し基礎的支出の財源を確保する,(ii)地方団体の税収確保に対する誘因を阻害しない,(iii)の税収の順位と交付税配分後の地方財源の順位移動を最小限に留める,という基準を設けて,具体的な制度の構築を試みた.この結果,ここで検討した移転制度は,地域格差の是正を図りつつ,誘因の阻害や順位移動による非効率を最小限に抑えることができることを確認した.第三に,地方政府が供給する消費財と中間投入財の両方に外部性が存在するとき,地域間政策協調のあり方を検討した.分析の結果,(i)分権的制度の下では資源配分上の非効率が発生するためにこれを修正する仕組みが必要となる,(ii)地域間の支出政策における望ましい協調のあり方はレント税の利用可能性や外部性の程度に依存する,ことが明らかとなった.第四に,産業が不完全競争の状態にあるとき,物品税や生産補助金に関する協調的な租税改革の厚生効果を分析した.分析の結果,(i)移入財に対する差別的な物品税を協調的に引き下げることは,各政府の戦略的反応を考慮してもパレート改善をもたらす,(ii)生産補助金や一般的な物品税の協調的改革の厚生効果は,効用関数の形状や生産技術に依存する,ことが導かれた.本研究は分権的財政制度において生ずる所得分配,資源配分上の問題を考察した.分析の結果は以下のとおりである.第一に,税源の移譲や補助金の削減といった地方分権化を指向する改革がわが国の地域間の所得分配や地方団体の財源規模に与える影響をローレンツ関数を多変量に拡張した尺度を用いて試算した.この結果,分権化改革では,(i)国と地方の機能分担を明確にすることが重要,(ii)のその制度設計は効率性の改善を強く意識すべき,(iii)単純な税源移譲ではなく地方交付税制度の改革が必要,であることが導かれた.第二に,国から地方への補助金制度において,(i)団体間の財源格差を是正し基礎的支出の財源を確保する,(ii)地方団体の税収確保に対する誘因を阻害しない,(iii)の税収の順位と交付税配分後の地方財源の順位移動を最小限に留める,という基準を設けて,具体的な制度の構築を試みた.この結果,ここで検討した移転制度は,地域格差の是正を図りつつ,誘因の阻害や順位移動による非効率を最小限に抑えることができることを確認した.第三に,地方政府が供給する消費財と中間投入財の両方に外部性が存在するとき,地域間政策協調のあり方を検討した.分析の結果,(i)分権的制度の下では資源配分上の非効率が発生するためにこれを修正する仕組みが必要となる,(ii)地域間の支出政策における望ましい協調のあり方はレント税の利用可能性や外部性の程度に依存する,ことが明らかとなった.第四に,産業が不完全競争の状態にあるとき,物品税や生産補助金に関する協調的な租税改革の厚生効果を分析した.分析の結果,(i)移入財に対する差別的な物品税を協調的に引き下げることは,各政府の戦略的反応を考慮してもパレート改善をもたらす,(ii)生産補助金や一般的な物品税の協調的改革の厚生効果は,効用関数の形状や生産技術に依存する,ことが導かれた.本年度は,所得分配と地方分権の関係を分析するための枠組みや方法の確立を目的として研究を行った.1.所得分配の公平性を評価するための尺度に関する研究を行った.わが国の地方財政では,所得を直接に個人に移転するのではなく,公共支出を通じて所得再分配を行っている.このことを考慮すれば,所得分配の効果を測定・評価するために,多変量(例えば民間財消費と公共財消費)の尺度が必要となる.本研究ではAtkinson and Bourguignon(1987)の遂時的一般化ローレンツ支配やKolm(1977)のPrice Majorisation,といった従来のローレンツ関数による不平等尺度を多変量に拡張しようとする研究を整理するとともに,地方財政における財源調整問題への適用可能性について研究した.2.分権的な政府による租税政策がもたらす資源配分上の帰結を探るために,2地域モデルによる分析を行った.その結果,(1)地域間の所得移転が自由であり中央政府が集権的に各地域の租税政策(物品税と生産補助金を考えている)を決定できるときと比較して,各地域が自由に租税政策を実行する完全な分権化では資源配分上のロスが生ずる,(2)分権的な政府活動による資源配分のロスを修正するために,一部の政策手段を集権的に操作しても,常に各地域の厚生が改善できるとは限らない,ことを明らかにした.この結果は,国際学会(第57回国際財政学会:於リンツ大学,オーストリア)で報告された.3.本研究の出発点となった共同研究者3名の共著論文

「地方財源の負担と配分」を加筆,修正してスペインの財政研究所(Instituto de Estudios Fiscales)で報告したものに基づき,これを同研究所からワーキング・ペーパーとして発表した.本研究を通じて以下の諸点が明らかとなった.第一に,税源の移譲や補助金の削減といった地方分権化を指向する改革が,地域の経済厚生に与える影響を試算した.改革の厚生効果を,ローレンツ関数を多変量に拡張した尺度を用いるという新しい手法で評価した.この結果,分権化改革では,(i)国と地方の機能分担を明確にすることが重要である,(ii)分配上のコストの発生が避けられず,これを保証するためにもその制度設計を効率性の改善を強く意識すべきである,(iii)単純な税源移譲ではなく地方交付税制度の改革が必要である,ことが導かれた.第二に,地方交付税制度の改革において,(i)団体間の財源格差を是正し基礎的支出の財源を確保すること,(ii)地方団体の税収確保に対する誘因を阻害しないこと,(iii)税収の順位と交付税配分後の地方財源の順位の入れ替わりを最小限に留めること,という基準を設けて,具体的な移転制度の構築を試みた.この移転制度では,地域格差の是正を図るとともに,誘因阻害効果や順位移動による非効率を最小限に抑えることが期待できることを,試算によって確認した.第三に,地方分権化が達成された後に生じうる租税競争下での地域間の支出協調について分析を行った.具体的には,地方政府が供給する消費財と中間投入財の両方に外部性が存在するとき,地域間の政策協調のあり方を検討した.分析の結果,(i)分権的システムの下では資源配分上の非効率が発生するためにこれを修正する仕組みが必要となる,(ii)地域間の支出政策における協調がもたらす厚生効果は,レント税の利用可能性,相対的な外部性の程度等に依存する,ことが明らかとなった.
神経芽腫のがん幹細胞研究:分化・退縮と発生・増殖・進展の二極化規定因子か?

病理分類と予後の判明している神経芽腫のうち、初代培養にて腫瘍細胞のみ選別しえた110検体と樹立株14株と、これらが由来した腫瘍の凍結保存検体で解析を行った。神経芽腫培養細胞でのがん幹細胞の検討:初代培養細胞を用いて、human telomerase reverse tran scriptase発現と表面抗原CD133を指標に、幹細胞分画を細胞株9株で確認した。これらの細胞株全株がソフトアガーでコロニーを形成し、免疫不全マウス(NOD/SCIDマウス)で10^2個接種で5株、10^3個接種にて腫瘍を形成した。CD133, nestin, c-kit Bim-1やNotch-1発現を解析し、幹細胞とそのさらに分化細胞の分別を行い、幹細胞の豊富な細胞分画からDNA、RNAを抽出した。網羅的遺伝子解析:正常幹細胞由来の予後良好腫瘍の初代培養株と、細胞株が樹立された予後不良な腫瘍と、各々約41、10腫瘍を用いて、遺伝子変化、遺伝子発現を、SNPsアレイと発現解析アレイで検索した。この結果、前者の腫瘍は、遺伝子増幅、欠失はまれで、一方がん幹細胞由来腫瘍は、一部領域の増幅、欠失と、特異的の遺伝子発現に変化を認めた。また、32腫瘍をmicroRNA解析用アレイで解析し、6腫瘍をプロモターアレイでメチル化解析し、がん幹細胞由来の腫瘍では特異的に発現しているmicroRNAを4種見出し、プロモターのメチル化が高度に進んでいる領域を同定した。このmicroRNAのターゲット遺伝子、遺伝子異常のある領域やメチル化された領域の遺伝子について、ネットワーク解析を行ない、予後と関連して発現が上昇あるいは低下している遺伝子を検討し、その中でがん幹細胞を有する腫瘍の発症、悪性度に関与している特異的な遺伝子を判別した。この遺伝子をノックダウンすると、幹細胞を層別でいた細胞株で増殖抑制が観察され、分子標的として有用と考えられた。病理分類と予後の判明している神経芽腫のうち、初代培養にて腫瘍細胞のみ選別しえた51検体と樹立株11株と、これらが由来した腫瘍の凍結保存検体で解析を行った。神経芽腫培養細胞でのがん幹細胞の検討:初代培養細胞を用いて、human telomerase reverse transcriptase発現と表面抗原CD133を指標に、幹細胞分画を7株で確認した。これらの細胞株全株がソフトアガーでコロニーを形成し、免疫不全マウス(NOD/SCIDマウス)で10^4個接種にて腫瘍を形成した。CD133, nestin, c-kit発現を解析し、他の細胞株との差異から幹細胞とprogenitor cellさらに分化細胞の分別を行い、幹細胞の豊富な細胞分画からDNA、RNAを抽出した。網羅的遺伝子解析:予後良好で初代培養株が分化した正常幹細胞由来の腫瘍と、細胞株が樹立された予後不良な腫瘍と、各々約41、10腫瘍を用いて、遺伝子変化、遺伝子発現を、SNPsアレイと発現解析アレイにて検索した。この結果、前者の腫瘍は、染色体数の変化はあるものの増幅、欠失はまれで、一方がん幹細胞由来腫瘍は、一部領域の増幅、欠失を認め、その領域の遺伝子発現に変化を認めた。また、16腫瘍をmicroRNA解析用アレイで解析し、6腫瘍をプロモターアレイでメチル化解析し、がん幹細胞由来の腫瘍では特異的に発現しているmicroRNAを6種見出し、プロモターのメチル化が高度に進んでいる領域を同定した。microRNAはそのターゲット遺伝子、遺伝子異常のある領域やメチル化された領域の遺伝子について、専用ソフトでネットワーク解析を行ない、予後と関連して発現が上昇あるいは低下している遺伝子を検討中で、これらからがん幹細胞を有する腫瘍の発症、悪性度に関与している特異的な遺伝子を判別し、本腫瘍の新たな分子診断法を確立する予定である。

このmicroRNAのターゲット遺伝子、遺伝子異常のある領域やメチル化された領域の遺伝子について、ネットワーク解析を行ない、予後と関連して発現が上昇あるいは低下している遺伝子を検討し、その中でがん幹細胞を有する腫瘍の発症、悪性度に関与している特異的な遺伝子を判別した。この遺伝子をノックダウンすると、幹細胞を層別でいた細胞株で増殖抑制が観察され、分子標的として有用と考えられた。
組織の力学的基盤を司る第三のPCP制御グループを介した新たなPCP調節機構の解明

平面内細胞極性(planar cell polarity, PCP)は、組織平面において細胞集団の向きが特定の方向に揃う現象である。これまでの研究から、PCPを司る主要構成分子はコアグループとDachsous(Ds)グループの二つに大別されているが、最近研究代表者らはショウジョウバエを用いた大規模解析から、既知のPCP分子とは全く異なる機能を有するPCP制御分子群(Jitterbug(Jbug)グループ)を同定している。JbugグループによるPCP調節機構の詳細は不明であるが、Jbugグループが外力に対する組織の頑健性を調節することで、PCPの制御に関わるという示唆を得ている。本研究では、Jbugグループと機械的な力との関係に着目し、PCPにおけるJbugグループの役割を解明することを目標とする。ショウジョウバエ背板においてJbugグループ遺伝子をノックダウン(または欠損)すると、毛(bristleおよびtrichome)の配向性異常と背板上皮の陥入が観察される。背板上皮に作用する外力とPCP異常との関係をより深く理解するために、様々なJbugグループ遺伝子を単独または二重ノックダウンした背板において陥入と毛の配向性の関係を詳細に解析した。上記の実験に加えて、Jbugグループ遺伝子ノックダウンによるPCP異常の分子機構を明らかにするため、Jbugグループ遺伝子をノックダウンした背板におけるDsグループ遺伝子の発現を解析した。本解析には、dsまたはfour-jointed(fj)遺伝子のプロモーターの下流でlacZを発現するレポーター系統を使用した。その結果、Jbugグループ遺伝子のノックダウンにより、ds遺伝子の発現レベルの亢進と発現パターンの異常が観察された。fj遺伝子の発現には顕著な変化は認められなかった。ほぼ計画通りに研究が進行し、研究目的を達成するに充分な実験結果を得ているため。引き続き、個々のJbugグループ分子の機能解析を進めるとともに、JbugグループとDsグループの関係を分子レベルで明らかにすることで、Jbugグループ遺伝子欠損によるPCP異常の分子機構を理解する。
小・中学校の教科書の読みやすさ・わかりやすさに関する調査研究

現行教科書は,児童・生徒の立場からみると,必ずしも読みやすい,わかりやすいものとはなっていない。アメリカで考え出された「教科書の読みやすさの尺度=Readability Formula」を参考に,日本の教科書の読みやすさ,わかりやすさを分析しようと試みた。しかし,言語体系の違いもあり,日本の教科書にReadability Formulaをそのまま適用することは無理であることがわかった。そこで,教科ごとに教科書の記述例を作成して児童・生徒及び教師へのアンケート調査を行い、読みやすさ・わかりやすさについての阻害条件・促進条件などについて分析した。また,併せてアメリカ,イギリスの教科書との比較研究を行った。アンケート調査の結果から,教科書の望ましいあり方に関する教師と児童・生徒の意見に異なる点が数多くあることがわかってきた。例えば,小学6年の算数では,教師は問題文に「日常生活的な状況説明」が無い方が,児童はある方がわかりやすいと考えていることがわかった。中学校の数学への移行を考え,漸次,日常生活的な状況説明のない記述に慣れてほしいという教師の教育的意図が感じられるが、児童にとっては日常生活的な状況説明が必要であるともいえよう。理科の教科書では,教師は実験を重んじ,授業を通して新しい発見と興味を子どもに体験させたいと願うので,教科書には実験の結果についての記述を差し控えてあることを望むが,子どもは実験の結果についても詳しく書いてあり,読んでわかるような教科書を望む。これらは研究成果のほんの一例である。教科書を教師が教えるための主たる教材であるとするならば,教師の考え方を尊重した編集方針が採用されるべきであろう。しかし,教科書を子ども自らが学校内で学習するための学習材であるとするならば,その編集方針もかわってこよう。教科書の読みやすさ・わかりやすさについての調査研究は,第1年目なので,調査研究のねらい,2年目に実施する国内調査(児童・生徒および教師を対象とする。)の原案をつくることなどを中心に調査研究を行った。調査研究のためのアプローチの視点は,各部会ごとにことなるが,その概要は,次のとおりである。1.国語部会=古典文学入門期の教材本文の読みやすさ,わかりやすさ(脚注,傍注,リライト,解説文などの配置バランスなど),説明文教材における図表・挿し絵・写真と本文のバランスと読みやすさ・わかりやすさ,文学教材における作者解説,作品解説が読みに与える影響などについて,調査研究することとした。2.社会科部会=当面の研究方針は,つぎのとおりである。調査は,実態調査と仮説検証調査の二本立てで望む。実態調査は,子供の発達段階に応じた教科書の読みやすさ・わかりやすさの条件を明らかにする。仮説検証調査は,読みやすさ・わかりやすさに係わる理論の妥当性を検証するための調査とする。3.算数・数学部会=読みやすさ,わかりやすさにかかわる諸要因について考察した。諸要因としては,学習者にかかわる要因(一般的言語能力,論理的思考力,算数,数学学習への意識),教科書にかかわる要因(記述表現=文章の長さ,レイアウトなど,記述内容=使用概念の難易度,記述の抽象度など,記述対象=数式,量,解説文,質問文),教科書の使用状況にかかわる要因などがある。これらに着目して調査内容を決めたい。4.理科部会=本研究の内容構成はおおよそ,次のとおりとなろう。ユーザー(児童・生徒・及び教師)の意識調査→現行教科書の調査→理科教科書における"望ましい言語表現"のあり方→用語の使い方の研究→文章・文脈のあり方の研究→単元として,教科書全体のあり方の研究。教科書の読みやすさ・わかりやすさについての調査研究の2年目は、各部会とも、教師と児童・生徒を対象にした国内調査を実施した。この調査結果は、中間報告書としてとりまとめた。教科書の読みやすさ・わかりやすさについての国内調査の内容は、各教科によって異なるがその概要は、つぎのとおり。1.国語部会=

(1)古典文学入門期の教材本文の読みやすさ・わかりやすさ、(2)説明文教材の読みやすさ・わかりやすさ、(3)外国の教科書(イギリス)における古典入門期教材・説明文教材に関する調査を実施した。教材本文と挿し絵、脚注などが読みに与える影響などについて調査結果の分析を行なった。2.社会科部会=調査を実態調査と仮説検証調査の二本立てで、小学校3年、5年、中学校2年の児童・生徒を対象に、記述スタイルを異にする複数の教材を提示して、その読みやすさ、わかりやすさを質問した。いわば、教科書記述の比較研究の材料を得ることを目的とした調査である。3.算数・数学部会=調査は、読みやすさ・わかりやすさにかかわる諸要因について調査した。諸要因としては、学習者にかかわる要因(一般的言語能力、論理的思考力、算数・数学学習への意識)、教科書にかかわる要因(記述表現=文章の長さ、レイアウトなど、記述内容=使用概念の難易度、記述の抽象度など、記述対象=数式、量、解説文、質問文)などがある。教師と児童・生徒では異なった考え方を示すものも多く、今後の研究課題である。4.理科=理科は、実験や観察を中心とした内容が多いので、演繹法と帰納法による教材の提示の仕方について、どちらがよいかなどについての児童・生徒の意識構造についての調査を行なった。合わせて、理科教科書における"望ましい言語表現"のあり方についても調査研究を行なった。教科書の読みやすさ・わかりやすさについての調査研究の3年目は、各部会とも、外国調査を実施した。教科書の出版社などを訪問し、読みやすい、わかりやすい教科書を編集するための留意点などについて調査を行った。各部会の調査、分析の要点は次のとおり。(1)国語部会=イギリスにおける国語の教科書の読みやすさ・わかりやすさをどのように工夫するかは、市場原理に任されている。本文、ビジュアルなもの、グラフなどを総合的にみて、読みやすい、わかりやすいものとなるよう工夫されている。学力の低い子どもを意識しながら、文章を短くするとか、囲み記事を工夫するなどのことが行われている。(2)社会科部会=アメリカの出版社を調査。社会科の教科書は、教師や編集者が執筆するのではなく、執筆する内容(用語を含む。)を決めたら、歴史の場合、はじめに歴史家がラフな草稿を書き、それをもとにプロのライターが子どもに理解できるように、わかりやすく書き直す。語、文節を短く区切る、学年段階に応じた用語選択を行うなどの工夫もしている。(3)算数・数学部会=フランスとアメリカの出版社を訪問して現地調査を行った。フランスでは、全ての教科書で、教科書のページを開く前に授業があることを前提にしている。授業では、何が問題であるのか、問題提起がある。その後に教科書を開いて、基礎的概念を示し、例題を解く。次に子どもが文章を読み、理解し、書くということを繰りかえす。算数・数学の教科書には、理解を助けるためのイラストが多い。
イオン交換樹脂を原料とした含硫黄活性炭の水溶中金属の吸着特性評価

賦活温度,イオン交換樹脂重量当たりの水酸化ナトリウム重量(以下,水酸化ナトリウム比と呼ぶ)を変化させて活性炭を製造した結果,比表面積は賦活温度の上昇により大きくなり,また水酸化ナトリウム比の増加により最大値を示した.本条件では最大で624m2/gの比表面積をもつ活性炭が製造できた.活性炭の細孔構造を調べるため77Kでの窒素吸着等温線を測定した結果,水酸化ナトリウム比の増加により比表面積が大きくなるほど,相対圧0.4以上での窒素吸着量が多くなることから,活性炭の細孔構造は比表面積の増加によりメソ細孔が発達することがわかった.活性炭を蛍光X線にて分析した結果,硫黄のピークが検出された.以上の結果より,イオン交換樹脂からメソ孔の含硫黄活性炭を製造できることがわかった.製造した活性炭を100ppmのPb^<2+>とCd^<2+>水溶液に20時間浸し,水溶液中に残存Pb^<2+>とCd^<2+>の量をICPにて分析した.本研究で得た最も高い比表面積のメソ孔性の含硫黄イオン交換樹脂活性炭へのPb^<2+>吸着量は4.0μg/m2, Cd^<2+>吸着量は1.6μg/m2であった.一方,比較として市販の活性炭素(和光純薬製,特級,方法:塩化亜鉛賦活,原料:おがくず等)を使用した.細孔構造を調べた結果,メソ孔性であり,本研究で得た活性炭よりもメソ孔容量が大きい.活性炭素を使用した場合のPb^<2+>吸着量は9.2μg/m2, Cd^<2+>吸着量は3.15μg/m2であった.本研究で得た活性炭のPb^<2+>吸着量は活性炭素の7分の3, Cd^<2+>吸着量は市販活性炭の2分の1であった.賦活温度,イオン交換樹脂重量当たりの水酸化ナトリウム重量(以下,水酸化ナトリウム比と呼ぶ)を変化させて活性炭を製造した結果,比表面積は賦活温度の上昇により大きくなり,また水酸化ナトリウム比の増加により最大値を示した.本条件では最大で624m2/gの比表面積をもつ活性炭が製造できた.活性炭の細孔構造を調べるため77Kでの窒素吸着等温線を測定した結果,水酸化ナトリウム比の増加により比表面積が大きくなるほど,相対圧0.4以上での窒素吸着量が多くなることから,活性炭の細孔構造は比表面積の増加によりメソ細孔が発達することがわかった.活性炭を蛍光X線にて分析した結果,硫黄のピークが検出された.以上の結果より,イオン交換樹脂からメソ孔の含硫黄活性炭を製造できることがわかった.製造した活性炭を100ppmのPb^<2+>とCd^<2+>水溶液に20時間浸し,水溶液中に残存Pb^<2+>とCd^<2+>の量をICPにて分析した.本研究で得た最も高い比表面積のメソ孔性の含硫黄イオン交換樹脂活性炭へのPb^<2+>吸着量は4.0μg/m2, Cd^<2+>吸着量は1.6μg/m2であった.一方,比較として市販の活性炭素(和光純薬製,特級,方法:塩化亜鉛賦活,原料:おがくず等)を使用した.細孔構造を調べた結果,メソ孔性であり,本研究で得た活性炭よりもメソ孔容量が大きい.活性炭素を使用した場合のPb^<2+>吸着量は9.2μg/m2, Cd^<2+>吸着量は3.15μg/m2であった.本研究で得た活性炭のPb^<2+>吸着量は活性炭素の7分の3, Cd^<2+>吸着量は市販活性炭の2分の1であった.
異なる森林タイプが河川水の量と質の形成に与える影響の研究

本研究では、森林タイプが河川水の量と質に与える影響を、多摩川流域や渡良瀬川流域の天然林、人口林、2次林等で観測を実施するとともに、観測結果を基に解析した。本研究における観測項目および解析結果は以下の通りである。1.試験地および観測項目多摩川流域内の東京農工大学波丘地利用実験実習施設内および群馬県渡良瀬川流域の東京農工大学大谷山演習林・草木演習林内に設定された水文観測流域において、流出水の流量および溶存元素濃度の観測が行われた。2.森林タイプと土壌の物理性および雨水流出特性の解析土壌の物理性の不均質性が強い森林流域内の洪水流出過程を再現するモデルを作成した。このモデルを用いて、森林タイプ毎に異なる土壌の物理特性の分布の流出に与える影響を検討した。3.森林タイプと渓流水の溶存元素濃度の形成過程の解析森林小流域における土壌水から渓流水へと移り変わる中での水質形成過程を明らかにした。また窒素の無機化過程の反応速度論的解析、同位体を用いた脱窒過程の解析を行った。特に脱窒過程の解析においては、脱窒が降雨直後の比較的限られた時間に起きていることが示唆された。また森林流域における脱窒速度の実態が明らかにされた。1)試験流域の設定多摩丘陵内の2次林と群馬県足尾山地の人工林に試験流域を定め、流量観測や土壌水分量、地下水位といった水文観測(水の量に関わる項目)と渓流水質、土壌水・地下水の水質といった水の質に関する項目の観測を開始した。2)観測内容多摩丘陵内の試験流域においては、まず森林への水のインプットとなる部分である樹冠通過雨、樹冠流、樹冠遮断等について、量・質の両面における観測を行った。特に森林流域の水収支においては、降雨中の樹冠遮断蒸発現象の重要性が強調されながらもエネルギー収支的に説明がつかないことが従来より指摘されていたが、この点につき重点的に測定を行った。この結果、降雨中においては必ずしも樹冠面で遮断蒸発が起きているわけではなく、より上空まで樹冠による雨滴のはねかえりの結果として微細な飛沫として輸送され、そこで蒸発している可能性が指摘された。また、流域の水質形成過程の一貫として、降雨時における渓流水の硝酸イオン濃度の形成過程を土壌水のイオン濃度の変化を経時的に観測し、土壌水の移動過程を踏まえた上で検討した。硝酸イオンの流域よりの流出量については、森林土壌の水質浄化機能としてもっとも注目される点であるが、これらが土壌水の流動過程、特に降雨時における地下水位の上昇、土壌表層の大きな透水係数等により説明が可能である点が示唆された。足尾山地の人工林においては、土壌中の窒素の無機化過程につき、反応速度論的な解析を行った。また様々な量的な解析の基礎となる林分構造について基礎的な調査解析を行った。3)解析・シミュレーション上記の観測内容をもとに、森林の水循環過程における量・質の両面の過程を解析可能なモデルの構築に必要な諸過程の把握を行った。平成6年度には、本研究では森林タイプが河川水の量と質に与える影響を多摩川流域の天然林、人工植裁林、2次林、緑地植裁林などを対象にして解明することを目的とし、平成5年度に引き続き、以下のような観測および解析を行った。1)試験地と観測項目多摩丘陵と群馬県渡良瀬川支流東京農工大学演習林内に設定された小流域水文試験地流量において、流出水の溶存元素濃度の観測が継続して行われた。また斜面土壌についても土壌中の溶存元素濃度が同時に測定されている。これらの流域内では降水量、林内雨量、土壌水分量、地下水位などの水文観測も同時に観測されている。2)森林タイプと土壌の物理特性及び雨水流出特性の解析各種森林タイプにおける土壌の物理特性の測定を行った。また測定された土壌物理特性パラメータを用いて、同一降雨パターンにおける降雨流出波形を数値シミュレーションにより各森林タイプについて算出、比較を行った。3)森林タイプと渓流水の溶存元素濃度の形成過程の関係各種森林タイプにおける斜面土壌水と渓流水の溶存元素濃度の測定を行い、比較・解析を行った。またこのデータにより、斜面の土壌中の水質形成過程を解析した。

特に窒素循環については、反応速度論的解析、および同位体を用いた脱窒仮定の検討等を行った。平成7年度には、平成5、6年度に引き続き森林タイプが河川水の量と質に与える影響を、多摩川流域や渡良瀬川流域の天然林、人工林、2次林等で観測を行うとともに、観測結果を検討した平成7年度の観測項目および解析結果は以下の通りである。1.試験地および観測項目多摩川流域内の東京農工大学波丘地利用実験実習施設内および群馬県渡良瀬川流域の東京農工大学大谷山演習林・草木演習林内に設定された水文観測流域において、流出水の流量および溶存元素濃度の観測が行われた。2.森林タイプと土壌の物理性および雨水流出特性の解析不均質性が強い森林流域内の洪水流出過程を再現するモデルを作成した。このモデルでは特に流域内の土壌特性の分布が流出特性に与える影響を解析できるようにすることに主眼がおかれている。このモデルを用いて、森林タイプ毎に異なる土壌の物理特性の分布の流出に与える影響を検討した。3.森林タイプと渓流水の溶存元素濃度の形成過程の解析本年度は、特に同位体を用いた脱窒過程の解析を中心に行った。この結果、脱窒過程が降雨直後の比較的限られた時間に起きていることが示唆された。また森林流域における脱窒速度の実態が明らかにされた。
穀物資料出土遺跡の立地条件からみた朝鮮半島南部地域の初期農耕の多様性

最終年度となる平成15年度は、韓国西部地域を中心に遺跡踏査を行ったほか、これまで収集した資料の解析を行った。その結果、以下のような知見を得るに至った。日本列島と比較した場合、朝鮮半島での初期農耕の多様性の要因は、畠作の比重の高さにある。このような見通しのもと、これまで調査された耕作遺構、出土穀物種子遺体や遺跡の立地条件を分析した結果、朝鮮半島南部地域における青銅器時代の畠作農耕を、1)河辺沖積地などの畠作適地でアワやコムギなどを主用作物としつつ多品目の作物を栽培する規模の大きな畠作、2)丘陵末端で水田稲作を主体としながら、これに付随して小規模かつ少数品目の作物を栽培する畠作に大別した。南部ほどイネ栽培の比重が高く、北部にいくほど畠作物の比重が高くなるという地域差は、具体的には気候や立地などの自然環境に応じて、水田稲作と2つの畠作の形態が複合的に展開した結果ととらえられる。また、生育不適な北部地域や内陸部で出土するイネ資料は1)での陸稲栽培、中世の農書を通じて朝鮮農業の大きな特徴とされる乾燥地農業と湿潤地農業の融合は、2)で歴史的に進行した可能性が指摘できる。さらに、弥生時代になって北部九州を中心に出土する畠作物種子遺体は、2)の畠作が朝鮮半島南部から伝播した可能性がある。一方、青銅器時代前期には、高地に立地する集落で焼畑農耕が行われたという説がある。現地踏査を行った結果、これらの遺跡は総じて四周を低地に囲まれた独立丘陵に立地し、眼下の平地には水田・畠作適地が存在し、必ずしも丘陵での焼畑に限定する必然性はない。逆に、狩猟・漁労などの生業活動とともに農耕は平地側で行われた可能性が高く、初期の畠作農耕は総じて低地部を中心に展開したと考えられる。以上の本研究で得られた成果は、学術雑誌に投稿する予定である。朝鮮半島における初期農耕の多様性を理解していく上で、まず自然環境条件や歴史的展開の中で当地域の初期農耕を位置づけていく必要がある。そのため、平成14年度は、初期農耕段階で栽培されたと考えられる各穀物の生態的特徴、朝鮮半島の気候や地形などの自然条件、朝鮮・中国の農学史の研究成果について、資料収集に努めた。これらの知見をもとに、農耕関連遺跡のデータを見直すと、栽培植物の出土例は、従来認識されていたような地域的偏在性はなく、自然環境の違いを超えて朝鮮半島の中・南部に広く、イネと他の雑穀類が混在して分布することが判明した。このことから、初期農耕段階には各地域の最も条件の良い場所を選んで栽培が行われたのではないか、という仮説を立てるにいたった。上記の見通しのもと、平成14年度は調査事例の多い慶尚道地域で集中的に遺跡踏査・発掘調査見学を行った。山地が多く河川下流域の沖積平野の発達が弱い慶尚道地域では、丘陵を開析する谷部や河川中流域の沖積微高地などが、青銅器時代には主に農耕の適地として利用されている。特に後者については、現地調査および最近刊行された晋州大坪里遺跡の報告書などから、畠作土の構造や、地力の枯渇に対応した畠作技術の特徴について、当地域の特質と思える新たな知見を得ることができた。また、韓国で行われた学術シンポジウムにおいて、日本列島の初期農耕の特徴を整理・発表し、朝鮮半島との比較を行った。
ヘム型二原子酸素添加酵素の反応中間体解析による酸素活性化の化学原理の解明

2つのヘム含有二原子酸素添加酵素(IDO,TDO)の反応メカニズムを明らかにするために共鳴ラマン分光法によりIDOの反応中間体である酸素結合型の電子状態を明らかにした。また、IDO変異体の機能解析・X線結晶構造解析・共鳴ラマン分光解析により明らかにした活性中心のタンパク質残基の役割とDFT法による理論計算結果から、新しい反応スキームを提案した。さらに、TDOの協同的基質結合性とそのメカニズム明らかにした。インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ(IDO)変異体(合計22種類)の酵素学的パラメータ・基質(トリプトファン)解離定数の測定を行い、野生型のものと比較した。これにより基質:タンパク質の間の特異性を発揮するのに必要な活性部位残基の構造的条件を明らかにした。基質との親和性が上昇した変異体を用いて基質あるいは阻害剤との複合体の結晶化を試みたが現段階で結晶は得られていない。共鳴ラマン分光法によりIDOのヘム鉄に結合した酸素分子の性質を調べた。IDOの酸素結合型は基質の有無にかかわらず不安定で寿命が短いために共鳴ラマンスペクトルの検出を行うことが困難であるため、回転式セルを使用せずに、大量のタンパク質試料とフロー式試料セルを用いて測定を行った。基質存在下で得られた共鳴ラマンスペクトル中の酸化還元マーカーバンドからは酸化型、還元型、酸素化型の3つの混合状態であることが判明し、Fe-O結合の振動モードはノイズレベルが高く観測できなかった。しかし、基質が存在しない時のスペクトル中にはFe-O結合の振動モードの検出に成功した。その値はミオグロビンで報告されている値よりもかなり小さい値でであった。これは二原子酸素添加酵素であるIDOでは一原子酸素酵素と異なりO-O結合の解裂が起こる事なく基質に添加されるためにはFe-O結合は弱い結合であると考察できる。ヘム型ジオキシゲナーゼのFe-O結合の振動モードを観測したのは世界的にも初めての成果である。2つのヘム型の二原子酸素添加酵素の反応メカニズムの解析について下記の成果を得た。(1)嫌気条件下で酸化型ヒトトリプトファン2,3-ジオキシゲナーゼ(TDO)に対して基質トリプトファンのタイトレーションを行い、共鳴ラマン分光法を用いて基質結合にともなう補酵素ヘムの構造変化の解析を行った。スペクトル解析の結果、基質の結合によりピロール環のティルトモードやビニル基のベンドモードの強度に顕著な変化が観測された。これらの振動モードのピーク面積を基質濃度に対してプロットすると、いずれにおいてもシグモイド型の曲線が得られ、TDOの基質結合にはホモトロピックな協同性があることを初めて見いだした。また、変異体の酵素活性および分光測定から、この協同性の発揮にはTyr42が深く関与していることを明らかにした。(2) TDOのN末端の15残基を削除する変異体を用いることで結晶化に成功し、8Å分解能のX線回折データを得た。(3)我々が提唱しているインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ(IDO)の反応スキームをDFT法を用いて理論計算を行った結果、当初予想されていた基質N1原子からのプロトン引き抜きよりも、Fe(II)に結合した酸素のイシドールC2あるいはC3位への直接電子付加による反応が示唆された。さらにCriegee-typeの再配置による反応の進行よりもdioxitane中間体のぽうがエネルギー的に有利であることが示された。(4)抗がん剤候補化合物となりうるIDOの新規阻害剤の合成に成功した。さらに、阻害剤結合型であると期待される結晶を調整したが、回折分解能が乏しいために解析は不可能であった。(5)共鳴ラマン分光法によりIDOの反応中間体のFe-O結合の振動モードの検出に成功した。