hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モルフォロジフィルタ（特に多重解像度ＤＰＴ）による新しい生体環境信号解析法の開発

(1)2つのMorphologicalフィルタとしてのLフィルタとUフィルタおよびそれにより構成されるDPT(Digital pulse transform)を紹介した。(2)ピラミッドアルゴリズムによるDPTを用いた突発的信号検出法を提案した。特に眼球運動におけるsaccade検出法を提案しその線形フィルタに勝る検出能を示した。この方法は広く生体環境信号における信号検出に有効である。(3)通説に反し、medianフィルタの信号の形状保存平滑化能はかなり実際的な広い条件下で線形フィルタより劣ることを理論的に示すとともに、シミュレーション実験でも確かめた。morphologicalフィルタはエッジ信号保存性に優れているとの通説に反し、本研究での理論的実験的検討により、トレードオフの関係にあるmedianフィルタのエッジ保存能と平滑化効果のバランスは雑音の大きさと分布に大きく依存し、特に一様分布雑音や正規分布雑音のようにまとまりのよい分布の雑音に対しては高S/N以外では移動平均フィルタに劣ることが判明した(DPT平滑化フィルタとの比較は現在進行中である)。これらのことは、雑音の種類と大きさを考慮したフィルタの選択やそれらの組み合わせの必要性を示唆しており、本研究ではハイブリッド型線形ー非線形フィルタや非線形フィルタ同士の合理的組み合わせ法の理論検討を進めている。これらのことから、実際のデータ処理において、これまで以上に信号の性質と雑音の種類やそれらのS/Nについての慎重な検討が必要であり、現在固視微動データ、胎児心電図、脳波データ、あるいは移動間物体間の距離測定データなどの収集と解析実験を行いながら、理論およびシミュレーション結果の適用のについて検討している。特に固視微動解析においては、DPTとmedianフィルタを使い分けた効率的なsaccadeの検出法を提案している。また、固視微動がフラクショナルブラウン運動(fBM)のような特殊な信号である可能性も明らかになった。従ってスペクトル指数の推定は重要である。fBMのスペクトル指数の推定法の比較検討は既にあるが、我々の文献調査では、これらの検討はきわめて不十分であるため、改めて比較研究を開始した。さらに、固視微動は単純なfBMではなく、複合型のfBMの可能性を指摘して従来のfBMの理論を適用した報告もある。しかし、従来の理論を無批判に適用することはきわめて危険であることが本研究で明らかになりつつあり、この問題についてもDPTを用いた方法も含めて検討に入っている。LULUフィルタ、メディアンフィルタに代表されるモルフォロジカルフィルタではエッジ保存能が通常の線形フィルタより優れていることが上げられる。しかし、雑音平滑化機能に関してはその限りでないにもかかわらず、雑音に埋もれたエッジを含む信号の平滑化処理に関して無批判にモルフォロジカルフィルタが使われることが多い。しかし、メディアンフィルタに限って言えば、単なる雑音平滑化性能は線形フィルタの方が有利であり、また、エッジ保存性能に関してもメディアンフィルタは十分大きなSN比の場合を除き線形フィルタと同程度に悪いことが比較的最近明らかにされた。ただ、エッジ保存性能と雑音平滑化性能を同時に考えたとき、実際にはどちらが優位か、これを判断する十分な情報はないことが分かった。本研究ではこの点に関し昨年度のシミュレーション結果に続き本年度は理論検討を行った結果、雑音分布の広がりがラプラス分布のように十分広い場合はメディアンフィルタが優れているが、ガウス分布と同程度かそれ以上に狭い分布の場合は実際的SN比のデータに対してすら線形フィルタの方が優位であることが分かった。このことに注意し、心電図、脳波、眼球運動(固視微動)あるいは移動物体間距離データなどのデータ処理を行いつつあるが、特にマイクロサッカードを含む固視微動の処理については標準メディアンフィルタだけでなく、DPTやメディアンフィルタのいくつかのヴァリエーション、さらに順序統計量の利用などを考えつつ、検討を進めている。また、検出分離されたマイクロサッカードのもつ生理学的意味に関する検討を行うとともに、マイクロサッカードを分離した後のドリフト成分のフラクタル的性質が単なるフラクショナルブラウン運動でなくクロスオーバー現象を持つとの報告をもとに、未だ判然としていないクロスオーバーの数学的意味について本研究では理論的に検討を加えつつある。代表的平滑化morphologicalフィルタであるMedianフィルタは、形状保存特性もよく操作自体も簡便であるが数学的性質は明確でなく、動作予測が困難である。一方、同じmorphological平滑化フィルタとしてのLおよびUフィルタは操作も簡便でありかつ数学的性質も明確にされており、特に、これらLおよびUフィルタを用いたピラミダルアルゴリズムにより構成されるDPTのその出力は局所単調性をもつなど幾多の良い性質をもつ。本研究ではDPTのこの局所単調特性に注目し、雑音に埋もれた突発的信号の検出法を提案した。すなわち、DPTのn次stageの平滑化出力はn+2単調性(どの相続くn+2点をとっても単調であるという性質)をもち、この平滑化出力に人工的な微少振幅の2-単調パルス(持続時間が1点のパルス)を重畳させても、その平滑化出力の傾斜がある程度以上の部分ではそのn+2単調性は保存される。一方、それ以下の傾斜の部分(これを平坦部分と呼ぶ)は重畳雑音によりにその単調性は破壊されるため、再度DPTフィルタを作用させることによりその平坦部分に重畳した1点パルスだけを分離することができる。これにより信号の平坦部分と急傾斜の部分の分離認識が可能となり、急傾斜部分に突発的信号があったと判断される。ここではこれをシミュレーション実験で確かめるとともに、眼球運動におけるsaccade検出に応用した。

その結果、従来よく使われている低域微分フィルタによるsaccade検出アルゴリズムでは誤認識ならびに誤検出いずれもが0となる検出は不可能であったのに対して、本方では両誤差とも0となる完全なsaccade検出が十分な余裕をもって可能であることが示された。(1)2つのMorphologicalフィルタとしてのLフィルタとUフィルタおよびそれにより構成されるDPT(Digital pulse transform)を紹介した。(2)ピラミッドアルゴリズムによるDPTを用いた突発的信号検出法を提案した。特に眼球運動におけるsaccade検出法を提案しその線形フィルタに勝る検出能を示した。この方法は広く生体環境信号における信号検出に有効である。(3)通説に反し、medianフィルタの信号の形状保存平滑化能はかなり実際的な広い条件下で線形フィルタより劣ることを理論的に示すとともに、シミュレーション実験でも確かめた。昨年度のシミュレーションによりメディアンフィルタと線形フィルタの比較の重要性が増したため、根本的な理論検討に入りそれに時間を割いた。また、固視微動中のマイクロサッカード検出の性能がだんだん上がるにつれ、それを除去した後のドリフト成分のフラクショナル・ブラウン運動的な性質に関しても情報が増え始めた。それに関連し本来のフラクショナル・ブラウン運動ではありえない現象(長期記憶過程におけるクロスオーバー現象)がはっきりしてきたため、特に、どのような数学的条件の下でそのようなことが起こりえるか、また、そのような現象におけるスケール指数の持つ確率論的意味は何かなどについて厳密な数学的検討を余儀なくされたこと、また、クロスオーバー現象を持つ固視微動発生の数学的モデルとそのシミュレーションを行ったことなどで多くの時間を必要とすることになった。これらのことにより当初の計画全体として見れば達成度はやや遅れることとなった。しかしクロスオーバー現象が起こるためにはフラクショナルガウス雑音に相当する過程の相関関数がどのような条件に従うべきかなどのことが明確になり、これによりクロスオーバー現象をフラクショナル・ブラウン運動の持続性、反持続性の概念に安易に結びつけるには慎重であるべきであることも分かってきた。これらの成果は有用な副産物と考えている。情報工学研究進展に伴い、モルフォロジカルフィルタと線形フィルタの使い分けに関する今までの情報の少なさが明らかになってきた。実用的観点から考えればこれは重要な問題である。また、本研究における主要な処理対象の一つである固視微動の確率過程論的性質に関する新しく重要な側面が副産物として明らかになりつつある。また、長期記憶過程としての固視微動のクロスオーバー現象の処理と解析の新しい局面も迎えつつある。
シナプス、セロトニン異常と自閉症様行動との関連解析

自閉スペクトラム症(ASD)は、社会的コミュニケーションおよび相互関係における障害と、限定的な反復行動等の行動異常を有する神経発達障害である。我々は以前、ASD様行動を示すモデルマウスに共通して、大脳皮質のスパイン動態に異常があることを明らかにした。しかしこれまで、ASDにおいてスパイン動態の異常を誘引する分子メカニズムは明らかになっていない。そこで我々はASD患者において頻繁にみられるヒト染色体15q11-13領域の重複を模したモデルマウス、patDp/+マウスを用いてスパイン動態へ影響する分子の探索を行った。本重複領域には4種類の父性染色体由来発現遺伝子、Mkrn3、Ndn、Magel2、Snrpnが存在するが、これらがスパインへ及ぼす影響は不明であった。最初に、大脳皮質第II/III層の錐体細胞へ4つの標的遺伝子を各々過剰発現し、生後3週齢でスパイン動態の計測を行った。その結果、Ndn過剰発現群ではスパイン形成が促進され、逆にNdn KOマウスではスパイン形成が阻害されていた。次にスパインを形態的に分類した結果、Ndn過剰発現群では未成熟なスパインが増加しており、Ndn KOでは逆の影響がみられた。さらに電気生理学的解析から、Ndn過剰発現群ではmEPSPの振幅と頻度の減少がみられた。次にpatDp/+マウスの大脳皮質を用い、シナプトソームのプロテオミクス解析を行った。その結果、patDp/+マウスにおいて数十種類の蛋白質が変動しており、その中でもStau1とTom1に関しては、Ndn KOマウスの大脳皮質において、遺伝子発現量が変動していた。以上の結果から、NdnはStau1やTom1などの分子を制御し、未成熟なスパインを増加することで正常なシナプス形成を阻害すること、その結果、神経の電気活動に影響を及ぼすことで、ASD発症に関与している可能性が示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、自閉症患者において異常頻度の高い染色体異常であるヒト15番染色体qll-13領域重複のモデルマウス(以下、patDp/+マウス)におけるシナプスの過剰形成、過剰除去の異常原因を探索するため、下記の研究を行った。1.重複領域内に存在する遺伝子をクローニングし、過剰発現用プラスミドを作製した。2. patDp/+マウスでみられる重複遺伝子の発現上昇を模倣するため、1で作製したプラスミドをin utero electroporation法を用いて大脳皮質の第II/III層の錐体神経細胞に導入した。その後、patDp/+マウスでシナプス動態の異常が見られた幼少期において、本サンプルのin vivo imagingを行い、二日間におけるシナプス動態を計測した。結果として、重複領域内遺伝子であり.父性由来染色体より発現するNdnの発現上昇がシナプスの過剰形成を引き起こすことが明らかとなった。また、同様に重複領域内遺伝子であるSnrpnの発現上昇がシナプスの過剰除去を誘発することを示唆するデータが得られた。その他の重複領域内遺伝子のシナプス動態への関与については検討中であるが、patDp/+マウスにおいてシナプスの過剰形成、過剰除去が同時に見られていることから、本異常が少なくとも上記二つの遺伝子の影響を同時に受けているために生じていると考えられる。上記した遺伝子のシナプスへの影響については未だ報告が無い。また近年の報告で、いくつかの自閉症モデルマウスにおいてpatDp/+マウスと同様なシナプス動態異常が見られていることから、本異常が多数の原因遺伝子から成る複雑な自閉症における、一つの共通した異常に成りえると考えられる。以上より、これら遺伝子の機能解析を行う事で、自閉症における共通異常の機能解明に成りえると考えられる。様々な自閉症モデルマウスに共通する中間表現型、シナプス動態異常の原因を解明するため、自閉症様行動を示すpatDp/+マウスを基に研究を進めた。具体的には、patDp/+マウスにおいて重複している染色体領域上の各遺伝子を、野生型マウスの大脳皮質へ遺伝子導入し、in vivoイメージングにより経時的にポストシナプスの形態変化を追った。その結果、重複領域内遺伝子の一つ、Ndnがシナプス動態異常に大きく関与しているという結果を得た。次にシナプトソームを用いた質量分析解析を行った結果、patDp/+のシナプスではp53に制御される因子群の発現が変化していることがわかった。Ndnとp53は結合することが知られているため、p53との結合機能を失うN末欠損型Ndnを用い、シナプス動態への影響を検討した。その結果、p53とNdnの結合がシナプス動態の亢進には重要であることがわかった。次にp53がシナプス動態に与える影響を検討するため、野生型p53、R175A変異型p53(転写機能欠失)、そしてプロリンリッチドメイン欠損型p53(ミトコンドリア活性機能欠損)の三つを用い、シナプス動態への影響を確認した。すると、野生型およびR175A変異型ではシナプス動態の亢進がみられたが、プロリンリッチドメイン欠損型ではControl群と差が無くなったことから、p53の転写非依存的機能がシナプス動態の亢進に影響していると考えられた。以上の結果から、これまでシナプスへの機能が未知であったNdnとp53、そしてその結合が、自閉症モデルにおいて共通してみられた中間表現型、シナプス動態の異常を引き起こしていることが示唆された。

自閉スペクトラム症(ASD)は、社会的コミュニケーションおよび相互関係における障害と、限定的な反復行動等の行動異常を有する神経発達障害である。我々は以前、ASD様行動を示すモデルマウスに共通して、大脳皮質のスパイン動態に異常があることを明らかにした。しかしこれまで、ASDにおいてスパイン動態の異常を誘引する分子メカニズムは明らかになっていない。そこで我々はASD患者において頻繁にみられるヒト染色体15q11-13領域の重複を模したモデルマウス、patDp/+マウスを用いてスパイン動態へ影響する分子の探索を行った。本重複領域には4種類の父性染色体由来発現遺伝子、Mkrn3、Ndn、Magel2、Snrpnが存在するが、これらがスパインへ及ぼす影響は不明であった。最初に、大脳皮質第II/III層の錐体細胞へ4つの標的遺伝子を各々過剰発現し、生後3週齢でスパイン動態の計測を行った。その結果、Ndn過剰発現群ではスパイン形成が促進され、逆にNdn KOマウスではスパイン形成が阻害されていた。次にスパインを形態的に分類した結果、Ndn過剰発現群では未成熟なスパインが増加しており、Ndn KOでは逆の影響がみられた。さらに電気生理学的解析から、Ndn過剰発現群ではmEPSPの振幅と頻度の減少がみられた。次にpatDp/+マウスの大脳皮質を用い、シナプトソームのプロテオミクス解析を行った。その結果、patDp/+マウスにおいて数十種類の蛋白質が変動しており、その中でもStau1とTom1に関しては、Ndn KOマウスの大脳皮質において、遺伝子発現量が変動していた。以上の結果から、NdnはStau1やTom1などの分子を制御し、未成熟なスパインを増加することで正常なシナプス形成を阻害すること、その結果、神経の電気活動に影響を及ぼすことで、ASD発症に関与している可能性が示唆された。patDp/+マウスは、重複領域内に多数の遺伝子を有している。そのため、どの遺伝子がシナプス動態異常を引き起こす原因となるかを調べるためのスクリーニングに多少時間がかかった。しかし無事、当初標的としていた全遺伝子がシナプス動態に与える影響を調べ終わり、さらにその中で最もシナプス動態の変化を生じた遺伝子Ndnにおいて、シナプスの動態異常を引き起こすメカニズムの一端を明らかにした。以上のことから、自閉症に共通する中間表現型であるシナプス動態異常の発症メカニズムを明らかにしたという点において、順調に進展していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの結果から、Ndn、そしてp53がシナプスの動態異常に重要であることが示唆された。そこで今年度はまず、どのようなスパインがNdnにより動態異常を生じているのかを明らかにするため、様々なシナプス関連タンパク質の抗体を用い、Ndn過剰発現時におけるポストシナプスのプロファイリングを行う。
Auクラスター～単核原子の固体酸化物担体上での設計・合成と新規触媒性能

収差補正走査透過型電子顕微鏡観察を基に、担持Au触媒の水素化反応におけるサイズ効果を原子スケールで検討した。顕微鏡像上のすべてのAu粒子を抽出しサイズを評価するために、モフォロジー演算による画像処理手法を開発した。Au/Al2O3を用いたアルデヒドおよびニトロ化合物の水素化反応の結果、官能基によってサイズ効果が異なることが明らかになった。また、Al2O3担体にFeOxを添加することで、粒子サイズを制御することができ、触媒活性が向上することを見出した。さらに、バイオマス由来HMFの水素化反応においては、担体の触媒作用が加わることで、シクロペンタノン誘導体が生成することを見出した。本年度は、金属酸化物上で金(Au)クラスターおよびAu単原子触媒を設計・合成するための基礎的な知見を得ることを目的とし、金属酸化物上でのAu粒子のサイズを原子レベルで評価するための手法を開発した。さらに、本手法を用いたサイズ解析に基づき、Au触媒のサイズ効果を原子レベルで検討した。また、Auの触媒作用を検討する中で、新規なバイオマス変換反応を見出した。Al2O3に担持したAuを、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて原子レベルで観察した。得られたSTEM像を、モフォロジー演算によって処理することで、観察されたすべてのAu種、つまり、Au単原子および原子配列が見えるAuクラスターを、すべて抽出し、その粒子サイズを評価することに成功した。これにより、従来法では評価できなかったサイズで粒子数分布を明らかにすることができた。本手法を用いてサイズを評価した種々のAu触媒を用いて、Auの触媒活性に対するサイズ効果を検討した結果、反応物によって原子サイズレベルで異なる粒子サイズ効果が現れることが判明した。また、担持Auクラスター触媒を用いて、バイオマス由来の化合物である5-ヒドロキシメチルフルフラールから新規な有用化合物であるシクロペンタノン誘導体の合成に成功した。特に、酸化ニオブ上に担持したAuクラスター上でのアルデヒドの選択的な水素化と、酸化ニオブの酸触媒作用により、高収率でシクロヘキサノン誘導体を得ることができた。Auクラスターのサイズに依存する特異な触媒作用が興味を集めている。Au触媒の特異な触媒作用の一つとして、水素化反応における高い選択性が挙げられる。具体的には、金ナノ粒子を触媒に用いると、不飽和アルデヒドおよびニトロ化合物のアルデヒド基あるいはニトロ基のみを選択的に水素化することができる。さらに、その触媒活性はサイズに依存し、3 nm以下になると劇的に向上する。本研究では、担持Au触媒について、1水素化反応におけるサイズ効果を原子レベルで解明する、2新規触媒作用を開拓する、3触媒性能向上のために担体上でAuクラスターのサイズを制御する技術を開発することを目的とした。前年度、アルデヒド化合物とニトロ化合物の水素化反応に対するサイズ効果が異なることを見出した。本年度、収差補正STEMによる原子スケールでのサイズ分布解析を基に、反応に有効なサイズを詳細に解析したところ、アルデヒド化合物に対しては0.6-1.2 nm、ニトロ化合物に対しては1.5-1.8 nmのAuクラスターが高活性であると示唆された。反応物によって異なるサイズ効果の起源を明らかにするために、X線吸収分光法等を用いてAu粒子への反応物の吸着を評価した。その結果、アルデヒド化合物はAu粒子のコーナーに強く吸着し、ニトロ化合物は担体とAu粒子のエッジから成る界面に弱く吸着することが示唆された。この結果から、反応物によってサイズ効果が異なる理由は、反応物によってAuクラスターへの吸着が異なるためであると結論づけた。Auクラスターのサイズ制御のために、Al2O3担体の修飾を検討した。Al2O3にFe酸化物を添加したFeOx/Al2O3を担体として用いることで、生成するAuクラスターのサイズ分布を狭くすることができ、特に、Fe10wt%、Au1wt%の条件で調製したときに、0.6-1.2 nmのAuクラスターが高い割合で生成した。これによりアルデヒド化合物の水素化反応に対する触媒活性を約4倍向上させることに成功した。工学本研究の目的である担持Auクラスター、単原子を含む担持Au触媒を合成し、そのサイズを新規手法を用いて評価することに成功した。これにより、数ナノメートル以下のサイズで変化するAuクラスターの触媒作用を見出した。金属酸化物担体上でのAu粒子のサイズ制御の検討等が遅れているものの、Auクラスター触媒による新規バイオマス変換反応を見出し、当初の計画以上の結果も得られた。以上からおおむね順調に進展していると判断する。これまでに見出した反応物によって異なるサイズ効果の起源を明らかにするとともに、異種金属酸化物の担体への導入等によるクラスターのサイズ制御、Au単原子触媒の合成を行い、その触媒作用を明らかにする。
ゲノム編集技術を利用した汎用的プラスチド形質転換方法の開発

葉緑体(プラスチド)を利用した有用物質生産の産業応用への期待が近年高まっているが、プラスチドの形質転換が可能な植物種は限られている。本研究では、近年発展の著しいゲノム編集技術をプラスチド形質転換に利用によることによる、高効率なプラスチド形質転換手法を提案し、その確立を目指す。さらに、特殊な機器を必要としない核酸導入方法であるペプチド法を用いることで、より汎用的で簡便な、広い植物種でのプラスチド形質転換を可能とする技術基盤の構築を目指す。
寒冷地メタン発酵による家畜糞尿の低コスト処理システムの開発と設計基準の確立

第3年目の課題は家畜糞尿を原料とするメタン発酵システムの装置コストの低減とその設計基準を明らかにすることであった。また、最終年度でもあるので、平成16年11月に施行の「家畜排泄物法」の実施を考えて、農家1戸が各々家畜糞尿メタン発酵装置をもつ方法である分散型とするか、複数農家がひとつのメタン発酵装置を維持管理する集中型とするかについて検討を加えた。また、これらの検討に当たって、北海道大学農学部において2002年8月18日25日に「地球温暖化防止におけるバイオマスエネルギーの活用」に関するワークショップを開催した。さらに、「循環型社会形成のための家畜糞尿の再資源化技術」と題したセミナーを、研究代表者が幹事となっている農業施設学会の主催で、2003年1月31日に開催し、103名の専門家、企業、市民の参加のもとに意見交換を行なった。次に昨年から継続している高濃度メタンに変換するメタネーションシステムの検討ならびに2相式メタン発酵システムの設計法の確立と2相式プラグフロー型の装置の基本設計を実施した。得られた成果は以下のとおりである。1)分散型・集中型の検討:北海道別海町の分散型メタン発酵システム(2相式プラグフロー型メタン発酵装置)とT社開発の集中型メタン発酵システムとを比較検討した結果、集中型は糞尿運搬の横持ちコストが大きくなり分散型より不利であることが判明した。2)高濃度メタンガスの転換におけるCO_2/H_2資化メタン菌によるメタネーション実験の結果、この転換速度はH_2の供給速度に律速されることが判明した。3)昨年実施した設計計算書を再検討し、物質収支とバイオマスの分解率を考慮したメタン発酵槽の設計計算法を確立した。4)3)の計算結果を参考に2相式プラグフロー型メタン発酵装置の設計の基本的考え方を整理した。5)文部科学省の「産学官連携事業として霞ヶ浦浄化プロジェクト」を立ち上げるために本研究で得られた成果を活用した。第一年目では以下の2項目を実施した。1)既存の寒冷地メタン発酵装置、120平方m3のプラグフロー型メタン発酵槽で60m3/dayの消化ガスの産出を確認した。夏季から現在まで、前川研究室で開発された担体を10%投入して、実験を行った。日最低気温が氷点下28°Cになる日もあったが、酸発酵の温度は目標とする22°C前後を保つことが可能であった。この結果メタン発酵槽の温度は、十分なガス生成を得るのに必要とされる20°C以上に保たれ、大きなガス生成量の落ち込みは見られなかった。2)2000年7月23日24日に現地検討委員会を開催した。第1日には北海道別海町交流センター「郊楽苑」にて研究の進め方を協議した。第2日は別海町「マルチメディア館」において、酪農関係者及び地域の農業協同組合の関係者ならびに町農林課50数名に対し、メタン発酵と電気化学的処理(前川孝昭)、北海道における家畜糞尿管理の現状と問題点(松田従三)、デンマークのバイオガスプラント(合田素行)の3課題について講演し、質疑応答を行った。講演会終了後別海町西春別の別海町酪農研究牧場に設置してある「寒冷地型メタン発酵装置」について井上武雄氏より説明を受けた。上記の実験および現地検討会により得られた資料、知見、情報などを第2年目の空知郡北村のモデル設計に重要な情報になり、それらのデータの活用によって、寒冷地メタン発酵による家畜糞尿の低コスト処理システムの開発と設計基準の確立が可能となると考える。第2年目は別海町酪農研修牧場で、運転されている既設の寒冷地無加温2相式メタン発酵システム(40m^3)の運転データの取得と回収バイオガスの畜舎の床暖房の実証実験を行った。このバイオガスプラントは40頭分の乳牛糞尿をバイオガス化して運転が安定していることから、次の2点を検討した。(1)バイオブースター型メタネーションシステムの構築バイオガス中のCO_2をメタン菌を使ってH_2を供給することによって9095%のCH_4を得、この時に代謝されるビタミンB_<12>を高収率で得ることを狙ってモデル実験装置の設計試作を行った。本年度から次年度にかけて、混合ガスを原料としてその性能を確かめる。(2)2相式メタン発酵装置の設計手法の確立従来から得てきたデータのうちバイオガス収率のデータから追求した物質収支とバイオマスの分解率から追及した物質収支の整合性を牛糞尿785頭分および養豚糞尿900頭分を原料とする装置の基本設計及びシステム設計計算を試みた。これらの設計試作や設計計算の内容について、平成14年2月2日、2月3日の両日、北海道別海町酪農研修牧場研修室で成果検討会を行い、経済性の高いシステムの設計指針を確立すること及び次年度の最終年度にチェックする項目について打ち合わせた。また、この設計計算にはすでにバイオガスエネルギー回収事業が先行している京都府船井郡八木町のシステム、宮崎県高鍋町の向洋畜産を見学した。また地方自治体で可能性調査をしている熊本県鹿本町の役場において基本的な考え方をヒヤリングした。

また、最終年度でもあるので、平成16年11月に施行の「家畜排泄物法」の実施を考えて、農家1戸が各々家畜糞尿メタン発酵装置をもつ方法である分散型とするか、複数農家がひとつのメタン発酵装置を維持管理する集中型とするかについて検討を加えた。また、これらの検討に当たって、北海道大学農学部において2002年8月18日25日に「地球温暖化防止におけるバイオマスエネルギーの活用」に関するワークショップを開催した。さらに、「循環型社会形成のための家畜糞尿の再資源化技術」と題したセミナーを、研究代表者が幹事となっている農業施設学会の主催で、2003年1月31日に開催し、103名の専門家、企業、市民の参加のもとに意見交換を行なった。次に昨年から継続している高濃度メタンに変換するメタネーションシステムの検討ならびに2相式メタン発酵システムの設計法の確立と2相式プラグフロー型の装置の基本設計を実施した。得られた成果は以下のとおりである。1)分散型・集中型の検討:北海道別海町の分散型メタン発酵システム(2相式プラグフロー型メタン発酵装置)とT社開発の集中型メタン発酵システムとを比較検討した結果、集中型は糞尿運搬の横持ちコストが大きくなり分散型より不利であることが判明した。2)高濃度メタンガスの転換におけるCO_2/H_2資化メタン菌によるメタネーション実験の結果、この転換速度はH_2の供給速度に律速されることが判明した。3)昨年実施した設計計算書を再検討し、物質収支とバイオマスの分解率を考慮したメタン発酵槽の設計計算法を確立した。4)3)の計算結果を参考に2相式プラグフロー型メタン発酵装置の設計の基本的考え方を整理した。5)文部科学省の「産学官連携事業として霞ヶ浦浄化プロジェクト」を立ち上げるために本研究で得られた成果を活用した。
循環証明体系の証明論的分析

本研究では,様々な論理体系,とくに,プログラム検証のための分離論理に対する循環証明体系に関する基本的性質について調査し,以下の結果が得られた.1.証明体系として期待される基本的な性質の一つであるカット除去可能性について,分離論理のための循環証明体系においてカット除去定理が成立しないことを,反例を提示することによって証明した.この反例となる判断はカットを用いて証明できるが,カットなしの循環証明を構成することができないことを示した.この反例は非常に単純なものであり,線型論理などの場合に容易に拡張できると考えられる.さらにこの証明をもとに,O'Hearnらのbunched implicationの論理や,一階述語論理の循環証明体系に対して同様の反例を構成できると予想している.2.循環証明体系は自動証明への応用が期待されているが,カット規則の適用はカット論理式の探索において発見的な手法が必要とするため,カット除去定理の不成立は自動証明において大きな障害となる.そこで,一階述語論理のための循環証明体系において,カットを制限されたものに限定する部分的カット除去定理を予想し,そのための局所的カット除去手続を提案した.制限されたカット規則は,カット論理式の候補が狭い(とくに有限である)ため,自動証明に対しても有効である.このアイディアは分離論理など他の論理にも自然に適用可能であると予想している.当初の予定どおり,分離論理のための循環証明体系に対するカット除去定理の不成立を証明できた.さらに,部分的カット除去定理に対して大きな進捗があり,種々の論理体系のための循環証明体系に対するカット除去可能性についての一般的な知見が得られた.本年度の成果を踏まえ,以下の課題を達成することを目標として研究を進める.1.分離論理に対して与えたカット除去定理の反例を,線型論理,一階述語論理,bunched implicationの論理などに適用し,これらの循環証明体系のカット除去定理が成立しないことを証明する.2.部分的カット除去定理の証明を完成させる.その結果をもとに,制限されたカットを含む循環証明体系における自動証明アルゴリズムについて考察する.3.無限証明に対する有限表現として,循環証明体系を包含する,より広いクラスを提案する.循環証明体系におけるカット除去定理の不成立の原因は,その正則性条件が強すぎることにあると考え,より広い無限証明のクラスでカット除去可能であるようなものを構成する.本研究では,様々な論理体系,とくに,プログラム検証のための分離論理に対する循環証明体系に関する基本的性質について調査し,以下の結果が得られた.1.証明体系として期待される基本的な性質の一つであるカット除去可能性について,分離論理のための循環証明体系においてカット除去定理が成立しないことを,反例を提示することによって証明した.この反例となる判断はカットを用いて証明できるが,カットなしの循環証明を構成することができないことを示した.この反例は非常に単純なものであり,線型論理などの場合に容易に拡張できると考えられる.さらにこの証明をもとに,O'Hearnらのbunched implicationの論理や,一階述語論理の循環証明体系に対して同様の反例を構成できると予想している.2.循環証明体系は自動証明への応用が期待されているが,カット規則の適用はカット論理式の探索において発見的な手法が必要とするため,カット除去定理の不成立は自動証明において大きな障害となる.そこで,一階述語論理のための循環証明体系において,カットを制限されたものに限定する部分的カット除去定理を予想し,そのための局所的カット除去手続を提案した.制限されたカット規則は,カット論理式の候補が狭い(とくに有限である)ため,自動証明に対しても有効である.このアイディアは分離論理など他の論理にも自然に適用可能であると予想している.当初の予定どおり,分離論理のための循環証明体系に対するカット除去定理の不成立を証明できた.さらに,部分的カット除去定理に対して大きな進捗があり,種々の論理体系のための循環証明体系に対するカット除去可能性についての一般的な知見が得られた.本年度の成果を踏まえ,以下の課題を達成することを目標として研究を進める.1.分離論理に対して与えたカット除去定理の反例を,線型論理,一階述語論理,bunched implicationの論理などに適用し,これらの循環証明体系のカット除去定理が成立しないことを証明する.2.部分的カット除去定理の証明を完成させる.その結果をもとに,制限されたカットを含む循環証明体系における自動証明アルゴリズムについて考察する.3.無限証明に対する有限表現として,循環証明体系を包含する,より広いクラスを提案する.循環証明体系におけるカット除去定理の不成立の原因は,その正則性条件が強すぎることにあると考え,より広い無限証明のクラスでカット除去可能であるようなものを構成する.当初必要であると思われていた消耗品の購入が不要となったため、次年度の物品購入に充てる予定である。
妊娠高血圧症を合併した周産期心筋症における胎盤由来バイオマーカーの解析

女性の社会進出に伴い、妊娠・出産の高齢化が全世界的に進んでいる。高齢妊産婦では、若年妊産婦に比べて、様々な周産期合併症に罹患しやすいことが分かっている。とりわけ、周産期に新規の心不全を来す、周産期心筋症のリスクは30代後半の妊婦では、20代前半に比べて数倍高いことが分かっている。しかしながら、周産期心筋症は、極めて希少な疾患(日本では50-100人/年)であり、今までヒトの症例及び検体を集積することが困難であった。そのため、周産期心筋症のバイオマーカーの探索及び創薬に至ることができていなかった。国立循環器病研究センターが中心となって、私達はわが国で初の、周産期心筋症に対する前向き臨床調査研究を実施し、登録症例検体(母体血清・母体心筋検体)を集積した。集積した検体を解析し、創薬や診断に繋がる、高血圧性(妊娠高血圧症を合併した)周産期心筋症のバイオマーカーを探索すること(とりわけ、母体血中で発現が亢進しているmicro RNAを探索すること)を平成29年度の目的とした。健常産褥婦及び高血圧性周産期心筋症患者の血液検体を用いて、妊娠高血圧症に特異的に発現が亢進しているmicro RNAの発現をまずはqRT-PCRにより解析した。その結果、高血圧性周産期心筋症患者に特異的に発現が亢進してるmicro RNAをいくつか同定した。そして、同定したmicro RNA mimicsを周産期心筋症モデルマウスに投与したところ、心機能の増悪を認めた。既報の臨床研究の結果から、周産期心筋症はheterogeneousな病態であることが分かっている。取り分け、高血圧性周産期心筋症と非高血圧性周産期心筋症では病態が異なっている。本研究を通じて、高血圧性周産期心筋症に特異的なバイオマーカー(micro RNA)を同定し、その分子機序を解明することを目的とする。平成29年度の研究成果は、妊娠高血圧症に特異的なmicro RNAの一部が高血圧性周産期心筋症患者の血液検体でも発現が亢進していることを確認した。またモデル動物を用いて、同定したmicro RNAが心不全を増悪させることも確認した。今後は、母体血中の網羅的なmicro RNA解析を行うための、micro RNA sequencingの研究準備を行っている。研究計画は、おおむね順調に進展していると考える。健常産褥婦及び高血圧性周産期心筋症患者の血液検体を用いて、micro RNA sequencingによる網羅的な解析を行う。解析結果は、学会や雑誌等で報告を行う。

血液検体を用いた、micro RNA sequencingの実験系は当初考えていた以上に煩雑であり、実験手法の確認や必要な機材・検体の調整に思いの外時間がかかった。
ビッグデータ解析における列挙問題の困難性の追求と超高速列挙アルゴリズムの応用展開

列挙問題は,ビッグデータ解析において非常に重要な研究テーマである.本研究では,列挙問題を,理論的な立場と応用的な立場の両方から扱う.1つの研究目的は,列挙問題がなぜ難しいのかを探り,知見を創出することである.もう1つの研究目的は,列挙問題に対して高速なアルゴリズムを提案することである.上記の両方向からのアプローチにより,近年注目されている列挙アルゴリズム分野に対して貢献を果たすことを目的とする.列挙問題は,ビッグデータ解析において非常に重要な研究テーマである.本研究では,列挙問題を,理論的な立場と応用的な立場の両方から扱う.1つの研究目的は,列挙問題がなぜ難しいのかを探り,知見を創出することである.もう1つの研究目的は,列挙問題に対して高速なアルゴリズムを提案することである.上記の両方向からのアプローチにより,近年注目されている列挙アルゴリズム分野に対して貢献を果たすことを目的とする.
化合物ライブラリー構築のための新しい方法論の開発

すでに当研究室において、回収・再使用可能なマイクロカプセル化触媒[MC Sc(OTf)_3,MC OsO_4,MC Pd(PPh_3)]を開発し、これらが種々の有機合成反応において有効であることを明らかにしている。このようにマイクロカプセル化の手法は金属触媒の高分子上への固定化法として非常に有効であるが、一方で本手法が非架橋型のポリスチレンを高分子担体として用いているために、ポリスチレンを溶解する有機溶媒を反応に用いることができないこと、また高分子担体が架橋していないために触媒合成あるいは素反応などにおいて容易に塊状となり、結果として高分子触媒の表面積が小さくなるために実際に機能している触媒が少なくなってしまうことが問題点として挙げられていた。そこで筆者はこれらの解決策として、架橋型ポリスチレンに着目した。まず、エポキシ基および水酸基を有する新規ポリスチレン誘導体を合成し、これを用いてテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム[Pd(PPh_4)]をマイクロカプセル化した。次いで得られたマイクロカプセル化触媒を無溶媒条件下加熱架橋させることにより、種々の有機溶媒に不要な新規架橋型マイクロカプセル化パラジウム触媒を合成した。次に、本触媒をオレフィンの水素化反応に適用した。5mol%の架橋型マイクロカプセル化パラジウム触媒存在下、テトラヒドロフラン溶媒中、ベンザルアセトンに常圧水素を作用させたところ、良好な収率および選択性で水素化された化合物が得られた。また触媒の回収・再使用を行ったところ、5回の使用において触媒活性の低下は見られず、パラジウムの流出も起きなかった。さらに本触媒はアリル位置換反応やアリルアルコールの酸化反応、さらには鈴木-宮浦カップリングにおいても有効に機能し、何れも高収率をもって対応する生成物を与えることが明らかとなった。さらに何れの場合もパラジウムの流出は起きず、触媒の回収・再使用が可能であることも明らかとなった。
口腔癌の顎骨浸潤に関する遺伝子発現プロファイル解析

【骨浸潤モデルマウス】骨浸潤モデルマウスを用いて,5種類(SAS,Ca9-22,HSC-2,HSC-3,HSC-4)の口腔癌細胞株を(1)LPSによる炎症を引き起こした後での骨膜上への腫瘍播種(2)オステオポンチンノックアウトマウスでの骨膜上への腫瘍播種(3)放射線照射後の骨膜上への腫瘍播種実験を行ったが,いずれの腫瘍においても骨膜上に播種した際に骨浸潤を示すことはなかった。そのため,液性癌細胞であるB16 melanoma細胞株に着目し,骨膜上への播種を行ったところ,放射線照射後のマウスで骨浸潤を認めた。これまで,癌細胞からの骨浸潤に対して骨膜がバリアとなることを明らかとしたが,放射線照射が骨膜へ与える影響によってバリアが破綻する可能性が示された。さらに経時的に腫瘍の播種を行うことで,照射1週間後に腫瘍を播種した際に最も多くの骨浸潤が認められることが明らかとなった。【遺伝子発現プロファイリング】骨膜が,放射線照射による影響によって腫瘍に対するバリアとしての機能が破綻する可能性が示されたため,放射線照射部位における骨膜の遺伝子発現プロファイル解析を行うべく,マウス頭頂部の骨膜よりmRNAの抽出を試みたが,現在,マイクロアレイに供すための十分なmRNAは採取できていない。【生命倫理・安全対策に関する対策】当機関内倫理審査委員会において,平成17年6月に当該研究が承認された後,インフォームドコンセントを得られた患者の口腔癌病巣より癌細胞の採取を引き続きおこなっている。なお,患者の個人情報は,匿名化データベースとしてネットワーク独立型コンピュータに管理されている。【生命倫理・安全対策に関する対策】当機関内倫理審査委員会において研究の科学的妥当性及び倫理的正当性について検討が行われ,平成17年6月に当該研究が承認された。インフォームドコンセントを得られた患者の口腔癌病巣より癌細胞の採取を行った。現在までに17症例の下顎歯肉癌のサンプルがRNA抽出用とマウス接種用として保存されている。【骨浸潤モデルマウスの作製】これまでに患者から樹立された口腔癌細胞株5種(Ca9-22,HSC-2,HSC-3,HSC-4,SAS)を用いて,骨浸潤モデルマウスの作製を行った。ヌードマウス頭頂部の骨膜上および骨膜下に上記細胞を接種し,5週間を経て癌細胞の増殖・骨浸潤を待ち,X線撮影にて頭頂部骨浸潤を解析した後,同部を摘出した。摘出されたマウス頭頂部は,脱灰処理の後,パラフィン包埋し病理組織標本とした。全ての細胞において,骨膜上に播種した場合,骨吸収は確認されなかった。一方,骨膜下に播種した場合,旺盛な骨吸収が認められ,骨浸潤様式は,病理組織により浸潤型を示した。以上より,すべての口腔癌細胞株は骨浸潤能を有することが明らかとなった。同時に,癌細胞からの骨浸潤に対して,骨膜がバリアとなる可能性が示唆された。【遺伝子発現プロファイリング】1)口腔癌細胞移植における形質転換の確認患者の癌細胞より樹立された口腔癌細胞株とヌードマウスに移植増殖した口腔癌細胞株をcDNAマイクロアレイ法にて,遺伝子発現プロファイルの比較をおこなっている。現在,いくつかの口腔癌細胞よりmRNAの抽出を行ったが,cDNAマイクロアレイ法に供するには,RNAの総量が不足していることと,サンプルによってはRNAの質に問題があることがバイオアナライザーによって判明した。【骨浸潤モデルマウスの作製】

昨年度は,作製した骨浸潤モデルマウスを用いて,5種類(SAS,Ca9-22,HSC-2,HSC-3,HSC-4)の口腔癌細胞株が骨浸潤能を有することが明らかとし,同時に癌細胞からの骨浸潤に対して骨膜がバリアとなることを明らかとした。今年度は,いずれの細胞が,いかなる条件のもとで骨膜上に播種した場合に腫瘍が骨浸潤を示すのかを明らかとするため,(1)LPSによる炎症を引き起こした後での骨膜上への腫瘍播種(2)オステオポンチンノックアウトマウスでの骨膜上への腫瘍播種(3)放射線照射後の骨膜上への腫瘍播種の実験を行った。全ての実験で,いずれの細胞を骨膜上に播種した場合においても骨吸収は確認されなかった。いずれの腫瘍においても骨膜上に播種した際に骨浸潤を示すことはできなかった。【遺伝子発現プロファイリング】上記5種類のいずれの口腔癌細胞株も骨浸潤能を有し,また浸潤能に大きな差がないことが明らかとなったため,口腔癌細胞移植部位における骨膜の遺伝子発現プロファイル解析を行った。マウス頭頂部の骨膜よりmRNAの抽出を行った。cDNAマイクロアレイ法により遺伝子発現の解析中である。【生命倫理・安全対策に関する対策】当機関内倫理審査委員会において,平成17年6月に当該研究が承認された後,インフォームドコンセントを得られた患者の口腔癌病巣より癌細胞の採取をおこなった。下顎歯肉癌のサンプルがRNA抽出用とマウス接種用として保存されている。なお,患者の個人情報は,匿名化データベースとしてネットワ⊥ク独立型コンピュータに管理されている。【骨浸潤モデルマウス】昨年度は,骨浸潤モデルマウスを用いて,5種類(SAS,Ca9-22, HSC-2, HSC-3, HSC-4)の口腔癌細胞株を(1)LPSによる炎症を引き起こした後での骨膜上への腫瘍播種(2)オステオポンチンノックアウトマウスでの骨膜上への腫瘍播種(3)放射線照射後の骨膜上への腫瘍播種実験を行ったが,いずれの腫瘍においても骨膜上に播種した際に骨浸潤を示すことはなかった。そのため,液性癌細胞であるB16 melanoma細胞株に着目し,骨膜上への播種を行ったところ,放射線照射後のマウスで骨浸潤を認めた。これまで,癌細胞からの骨浸潤に対して骨膜がバリアとなることを明らかとしたが,放射線照射が骨膜へ与える影響によってバリアが破綻する可能性が示された。さらに経時的に腫瘍の播種を行うことで,照射1週間後に腫瘍を播種した際に最も多くの骨浸潤が認められることが明らかとなった。【遺伝子発現プロファイリング】骨膜が,放射線照射による影響によって腫瘍に対するバリアとしての機能が破綻する可能性が示されたため,放射線照射部位における骨膜の遺伝子発現プロファイル解析を行うべく,マウス頭頂部の骨膜よりmRNAの抽出を試みたが,現在,マイクロアレイに供すための十分なmRNAは採取できていない。【生命倫理・安全対策に関する対策】当機関内倫理審査委員会において,平成17年6月に当該研究が承認された後,インフォームドコンセントを得られた患者の口腔癌病巣より癌細胞の採取を引き続きおこなっている。なお,患者の個人情報は,匿名化データベースとしてネットワーク独立型コンピュータに管理されている。
金属シリサイドのナノ構造制御と触媒機能の創出

安全無害で地殻中に豊富に存在する元素より合成可能な無機材料として金属シリサイドに着目し、化学処理によるナノ構造制御方法および新しい用途の確立を目指す。特に、環境関連分野への応用を志向し、構造変化に伴い新たに発現する表面・空間・構造の巧みな利用を通し、省エネルギー・省資源・低環境負荷に貢献可能なスマートで高機能な触媒・触媒担体材料としての金属シリサイドの可能性を検討する。
国別差異に着目したIT活用の数学予備教育システム構築に関する調査研究富

わが国における留学生教育は,留学生に対して1990年代より語学教育および専門基礎教育を支援してきている.これは,主として留学生センターなどの機関が,一般語学や生活用語学の収得支援をするための一般語学教育を提供する傍ら,出身国におけるカリキュラムの違いや,修学上必要なる専門分野の基礎教育が語学的障害により学習が困難な留学生に対して専門的にも語学的にも修学を支援する目的で行われている.しかし,一般語学教育と専門語学教育において扱える内容には大きな隔たりがあり,また,大学院留学生の場合,研究論文執筆に必要な筆記能力や研究交流に必要な弁論能力に見合った充分な教育内容が準備されている情況ではない.この問題を解析するべく本調査研究では、自然科学分野における基本である数理教育に焦点を絞り、これらの教育内容や語学教育についての国別差異を調査し,日本の大学に留学生が入学する際の修学を支援するため,日本,中国,韓国,台湾,インドネシア,ブルガリア,メキシコ,オーストラリア,アメリカの地域における中学校および高校担当の教科書をカリキュラム概要について調査を行った。調査の結果,各国における数学および理科の分野における教科教育の内容については,それほど差異がないものの,大学入学前までのカリキュラムの差,即ち,選択した科目による違いが要因になることが判明した.ちなみに,これは日本の学生においても例外ではない.また,語学面における調査の結果,一般語学と専門語学の間をリンクする教育内容は無く,この分野の先行研究では,語彙の説明をする専門用語辞典の整備が行われていることがわかった.そこで,本調査研究では,留学生が自国で高校卒業程度の数理知識を身に付けていることを想定して,目的言語における用途事例や表現方法について参照学習を行えるようなデータベースを日本語,英語,中国語,韓国語の4カ国語で構築することで,これらの言語観における専門基礎教育についての自主学習が行えるようなWeb学習環境の構築を考案した.わが国における留学生教育は,留学生に対して1990年代より語学教育および専門基礎教育を支援してきている.これは,主として留学生センターなどの機関が,一般語学や生活用語学の収得支援をするための一般語学教育を提供する傍ら,出身国におけるカリキュラムの違いや,修学上必要なる専門分野の基礎教育が語学的障害により学習が困難な留学生に対して専門的にも語学的にも修学を支援する目的で行われている.しかし,一般語学教育と専門語学教育において扱える内容には大きな隔たりがあり,また,大学院留学生の場合,研究論文執筆に必要な筆記能力や研究交流に必要な弁論能力に見合った充分な教育内容が準備されている情況ではない.この問題を解析するべく本調査研究では、自然科学分野における基本である数理教育に焦点を絞り、これらの教育内容や語学教育についての国別差異を調査し,日本の大学に留学生が入学する際の修学を支援するため,日本,中国,韓国,台湾,インドネシア,ブルガリア,メキシコ,オーストラリア,アメリカの地域における中学校および高校担当の教科書をカリキュラム概要について調査を行った。調査の結果,各国における数学および理科の分野における教科教育の内容については,それほど差異がないものの,大学入学前までのカリキュラムの差,即ち,選択した科目による違いが要因になることが判明した.ちなみに,これは日本の学生においても例外ではない.また,語学面における調査の結果,一般語学と専門語学の間をリンクする教育内容は無く,この分野の先行研究では,語彙の説明をする専門用語辞典の整備が行われていることがわかった.そこで,本調査研究では,留学生が自国で高校卒業程度の数理知識を身に付けていることを想定して,目的言語における用途事例や表現方法について参照学習を行えるようなデータベースを日本語,英語,中国語,韓国語の4カ国語で構築することで,これらの言語観における専門基礎教育についての自主学習が行えるようなWeb学習環境の構築を考案した.自然科学は、各国による地域言語の違いや理数系教育における教育方法に差異はあるものの、世界に通用する一つの共通言語や共通理解とみなすことができる。日本の大学における留学生を対象とした理工系教育の問題点は、これら自然科学や理数系科目の教学そのものではなく、自然科学や理数系に特化した日本語(地域言語)表現の習得に困難さがあり、これらは、通常の語学研修では学ばない理工系専門の日本語が必要とされているところにある。本調査研究では、自然科学分野における基本分野である数理教育に焦点を絞り、これらの教育内容についての国別差異を調査するべく、協定校のある国の初等・中等教育における数理教科内容の調査を行い、日本の大学に留学生が入学した後、大学における数理教育の予備学習教材作成や遠隔地教育教材の開発の可能性調査を行うことを目的としている。初年度の調査は、協定校を訪問して周り、現地の教材や教科内容について調査を行った。教材作成の面では、現在、協定校と協力して、多言語による数理用語集とその例文集を参照するホームページによるデータベース、数理を用いる論文作成に必要な数理テーマや数理表現を参照する教材作成、そして、実際の問題を解くときや数学を用いて表現する各種証明問題や演習解答例のデータベースの3種類に分けて、Web教材を作成中である。また、Web教材を作成するにあたり、Web-Base学習環境と、協定校や現地のInteractiveな協議、授業交換をプロトタイプとして行えるようなInfra整備を行い、様々な言語のOS(Windows, UNIX, Mac)環境からアクセスされても教材提供が可能となるWeb-Base-Content Service技術を基にHomepageを通じて教材配信を行える可能性についての調査を行った。今後は、平成15年度までにこれらの教材作成を終えて、システムの導入実験を行い、協定校に在籍する学生もしくは交換留学生を中心に、これらのプロトタイプ教材を対象言語国の留学生に評価をしてもらうことを計画している。自然科学は、各国による地域言語の違いや理数系教育における教育方法に差異はあるものの、世界に通用する一つの共通言語や共通理解とみなすことができる。

日本の大学における留学生を対象とした理工系教育の問題点は、これら自然科学や理数系科目の教学そのものではなく、自然科学や理数系に特化した日本語(地域言語)表現の習得に困難さがあり、これらは、通常の語学研修では学ばない理工系専門の日本語が必要とされているところにある。本調査研究では、自然科学分野における基本分野である数理教育に焦点を絞り、これらの教育内容についての国別差異を調査するべく、協定校のある国の初等・中等教育における数理教科内容の調査を行い、日本の大学に留学生が入学した後、大学における数理教育の予備学習教材作成や遠隔地教育教材の開発の可能性調査を行うことを目的としている。2年度目に入る本調査研究は、初年度における数理教材の基本分析を終え、多言語入出力を可能とするデータベースの構築を主に手がけるとともに実際に使用するWeb教材の作成を行ってきた。本研究は、本格的かつ多ヶ国間で実用的な教材作成のために、中国にある協定校の協力研究員や韓国籍の協力研究員をむかえて、現地からの入力作業や教材作成を共同で進めてきている。これらの教材開発の研究では、遠隔地同士にある協力研究員と共同の教材開発をするにも、Web-Base学習環境や多言語入出力環境は重要な役割を担っているが、動画などのマルチメディアに対応する教材開発環境を導入するには、実務者レベル、コンピュータ管理者レベル、国際交流レベル、役職者レベル、そして、ロードカウントや経済的な協力支援体制などの様々なレベルでの連携が必要となり、メディア関連の技術的な規格の一致だけでは運用できない。そこで、本研究では、組織的な国際交流と学生交流における連携を図るために「ユビキタス留学支援システム」などのマルチメディア共同開発研究における国際組織連携モデルを提案している。最終年度に入る本研究は、協定校同士での実用利用に入り、システムの検証や評価を行うことを計画している。わが国における留学生教育は,留学生に対して1990年代より語学教育および専門基礎教育を支援してきている.これは,主として留学生センターなどの機関が,一般語学や生活用語学の収得支援をするための一般語学教育を提供する傍ら,出身国におけるカリキュラムの違いや,修学上必要なる専門分野の基礎教育が語学的障害により学習が困難な留学生に対して専門的にも語学的にも修学を支援する目的で行われている.しかし,一般語学教育と専門語学教育において扱える内容には大きな隔たりがあり,また,大学院留学生の場合,研究論文執筆に必要な筆記能力や研究交流に必要な弁論能力に見合った充分な教育内容が準備されている情況ではない.