hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
文脈を大切にした小学校英語教育―ストーリーを中心にしたカリキュラムの開発―

語彙および表現に関するテストやアンケート等を行い、その効果について検証した。また、英語を得意としない小学校教員がどのようにすればストーリーを中心にした授業に取り組むことができるのか、また彼らの反応がどのようなものかを質的に調査した。児童の語彙獲得については、当然ながら学習を積んだのでStoryに出てきた単語を習得していった。興味深いのは単語だけの習得に終わらず、それがフレーズの学習また初期的な文法の芽生えにつながっていったことである。教員の反応も大変よく、児童が英語を自分のものとして獲得していく姿に感動したという意見が多かった。研究2年目の今年度は、研究代表者は引き続き6年生を指導し、昨年度とは異なるストーリーを開発した。一方、新しく5年生になった児童に対しては、研究代表者の指導を受けた学生が補助として関わり、学級担任とともにStory- Based Curriculumを実施した。昨年同様ジョイントストーリーテリングの導入直後と指導が終わった後にストーリーに何度か出てきた単語や表現について知識を測定した。6年生は、昨年とは異なる話(Jack and the Beanstalk)で、内容も難しくなったが、昨年度同様受容単語知識は統計的に見て有意に成長していた。また、今年度は産出能力を測るため、児童の発話を実験的に収集し、分析方法を探ったが、来年度にむけて改善する必要があることがわかった。またアンケートからはStory-Based Curriculumを通して、自律した学習者に成長する児童の姿を見ることができた。児童の反応からは「初めは難しくて到底覚えられそうになかったが、ジェスチャーと何度も言うことを通してわかるようになっていった」というものが多かった。児童は物語りを通して確実に英語を自分のものにしており、いわゆるlanguage ownershipを経験していることがよくわかった。実験を進めている小学校では、教員の希望に従い、全学年でStory-Based Curriculumを展開し、1年生から6年生の全ての児童がお話を中心の授業を受けた。そのため研究代表者は全学年のお話教材を開発し、それを指導する担任教員に研修を行った。2011年度は研究初年度であり、まずはStory-Based Curriculumを理論的に支えるアプローチについて深く研究し、完成度の高いカリキュラムを作成することを目指した。
単離涙腺細胞の蛋白(ペルオキシダーゼ)分泌の制御

この研究の目的は、コラゲネース処理により単離したラット涙腺細胞の蛋白(ペルオキシダーゼ)分泌と細胞膜電気的容量の変化(開口放出による膜面積の増大)の測定から蛋白分泌の制御機構を解明することである。平成5年度は、下記のような研究結果を得た。1.単離涙腺細胞のペルオキシダーゼ分泌(林曠)単離涙腺細胞をムスカリン受容体を刺激するカルバミルコリン(10^<-5>M)、β受容体を刺激するイソプロテレノール(10^<-5>M)投与により、一時間あたり非刺激時の23倍の分泌をもたらした。注目すべきことはIP_3-Caを細胞内メッセンジャーとするカルバミルコリン刺激よりcAMPをメッセンジャーとするイソプロテレノール刺激の方が分泌効果が強い、またいずれの刺激も細胞のペルオキシダーゼ含有の10%以下しか分泌しないことである。2.パッチクランプ法による膜容量の計測(西山明徳)パッチクランプアンプ(List社、EPC-7)、パーソナルコンピューター(NEC社、PC9801)、ロックインアンプ(NF社、5610B)を組み合せ、(1)Time domain technique,(2)Computer-aided method,(3)High resolution methodの3測定法を確立し、マスト細胞および単離涙腺細胞の分泌刺激時の膜容量変化を求めた。いずれの方法によってもマスト細胞では膜容量の著明な変化を測定することができた。しかし、単離涙腺細胞では変化を得ることができなかった。3.考察(西山明徳)単離涙腺細胞で分泌刺激時、膜容量の変化が得られない理由は現在のところ明らかでない。最大刺激となる高濃度の分泌刺激に対して一時間あたり10%以下のペリオキシダーゼ放出しか得られないことは、単離過程において蛋白分泌反応が著しく低下したものと推測される。今後、単離膜細胞標本作成の改善とHigh resolution methodの改善を行い、蛋白分泌制御機構を解明したい。この研究の目的はコラゲネース処理により単離したラットまたはマウス涙腺細胞の蛋白(ペルオキシダーゼ)分泌の制御機構を細胞膜の電気的容量の変化(開口放出により膜面積の増大、それによる膜容量の増大)を測定することにより解明することである。平成4年度は下記の様な基礎的研究を行った。1単離涙腺腺房細胞の作成とペルオキシダーゼ分泌(林曠)Herzogら(1976)の単離法の変法により90%以上の単離細胞をえた。分泌したペルオキシダーゼ量はFriedmanらのguaiacol変法(1981)により測定し、ムスカリン受容体を刺激するカルバミルコリン(10^<-4>M)投与により5倍以上分泌をもたらすことを確認した。2膜容量の計測システム(西山明徳)現有するパッチクランプアンプ(List社、EPC-7)およびパーソナルコンピューター(NEC社、PC9801)とこの研究費で購入したロックインアンプ(NF社、5610B)を組み合わせ、膜容量、膜コンダクタンスおよび電極抵抗に関連するアクセスコンダクタンスを独立して求めるシステムを完成した。IKHz、1mV(実効振幅)のサイン波を印加電圧とし、0度および90°ロックインアンプ出力および10mV台形波印加電圧に対する電流応答から計算により各パラメーターを求めた。膜モデルを用いて測定限界を求め、さらに肥満細胞に応用し、GTP-γs刺激によって著名な膜容量の上昇をもたらすことを確認した。平成5年度の研究平成4年度の研究を発展させ、アセチルコリン、ノルアドレナリンGTP-γs、IP_3、TPA、Ca^<2+>、H-7刺激時の膜容量変化を測定し、イノシトール3燐酸ーカルシウムイオンとジアシールグリセロールーCキナーゼ系の蛋白分泌制御機構を解明する。
イネの有害元素集積を制御する遺伝子の同定と応用

イネのカドミウムやヒ素の集積に関与する新規遺伝子の同定を行った。カドミウムの集積に関して、カドミウム吸収の主要輸送体OsNramp5を同定した。OsNramp5は根の外皮と内皮細胞の遠心側に偏在していた。また液胞膜に局在するカドミウム輸送体遺伝子OsHMA3を過剰発現させると、カドミウムの耐性も増加した。さらにカドミウムの種子への分配には節で発現しているOsHMA2が関与していた。一方、ヒ素の集積に関して、OsABCC1が種子へのヒ素の集積を抑制していることを明らかにした。OsABCC1は主に節の篩部伴細胞の液胞膜に局在していた。1.イネのヒ素集積に関わる遺伝子OsAST1について解析を行った。OsASTを破壊すると、ヒ素耐性が低下し、根から亜ヒ酸の排出が低下した。また種子へのヒ素の集積が増加した。OsAST1は根や節などの組織で発現した。節では、分散維管束の篩部で局在していた。一方、品種間のヒ素集積の差を利用してQTL解析を行った結果、染色体10番にヒ素集積に関与するQTLを検出した。2.新しいマッピング集団を用いてQTL解析を行った結果、カドミウム集積に関与するQTLは染色体1番、6番と7番に検出された。原因遺伝子を特定するために、それぞれのQTLの組み換え個体から採種した。またこの集団に用いた両親について生理学的な解析を行った。カドミウムの吸収において両品種間でほとんど差が認められなかった。しかし、地上部へのカドミウムの転流には大きな差があった。3.前年度検出したカドミウム集積に関わるQTLについて、組み換え個体から採種したF3集団のカドミウム集積を測定した。現在遺伝子型を調べているところである。4.6番染色体に検出したカドミウムの集積を低下させるQTL遺伝子について解析を行った。形質転換で高カドミウム集積QTL遺伝子を低カドミウム集積品種に導入したところ、地上部のカドミウムの集積が増加した。また酵母でカドミウムの輸送活性をアッセした結果、高カドミウム集積QTL遺伝子を発現させた酵母は高いカドミウム集積を示した。原因遺伝子の発現を両品種間で比較した結果、発現量には差がほとんどなかった。このことはカドミウム集積の品種間差は原因遺伝子のアリールの機能差に起因することを示している。選抜したカドミウム高集積イネ品種7021と低集積品種7133の染色体置換系統群を用いて、同一の栽培環境下で収穫した種子中のカドミウム濃度を測定した。その結果、染色体3番と5番の置換系統がカドミウム高集積を示した。しかし、両系統のカドミウム集積に出穂期の遅れが影響を与えている可能性がある。また同じくカドミウム高集積イネ品種7029と7133との染色置換系統群を用いて、染色体7番の置換系統のみ、高カドミウム集積を示した。しかし、これも出穂期が影響している可能性があった。カドミウム高集積品種7068と低集積品種7050のF2マッピング集団を作成し、カドミウム集積に関与するQTL解析を行った結果、染色体1番と7番に新規のQTLが検出された。また根のカドミウムの吸収にマンガン輸送体として同定されたOsNramp5が関与していることを明らかにした。OsNramp5を破壊すると、地上部の各組織及び玄米中のカドミウム濃度が大幅に低下した。しかし、生育量及び収量も大幅に低下した。これはマンガン欠乏によって引き起こされるものである。またOsNramp5の発現量を様々なイネ品種で調べた結果、品種間で最大3倍の差があったが、種子中のカドミウム濃度との相関は認められなかった。節のレザーマイクロダイセクションを行い、肥大維管束、分散維管束で高発現するトランスポーター遺伝子をマイクロアレイで解析した。現在選抜したいくつかの遺伝子の機能について解析している。ヒ素低集積品種について解析した結果、亜ヒ酸の吸収に関わる輸送体Lsi1遺伝子の発現がヒ素によって抑制されている可能性を示した。7069(日本晴)と7263(低カドミウム集積)とのマッピング集団を作成して、カドミウム集積に関与するQTL解析を行った。その結果、染色体4, 6, 11と12にQTLが検出された。

そのうち、染色体4番と12番に検出されたQTLは新規で、6番と11番のQTLは他の集団で検出されたQTLと同じであった。また7050x7068の集団で検出された二つのQTLについて、F3とF4集団を用いて、更なるマッピングを行った。その結果、7番染色体のQTLは300kbまで狭めることができ、また1番染色体のQTLは1.2Mbに狭められた。カドミウム集積に関与する遺伝子OsHMA3について更なる解析を行った。OsHMA3を過剰発現させると、カドミウム耐性が高まった。またOsHMA3は亜鉛も輸送するため、根での亜鉛の濃度は過剰発現体で高かったが、地上部では野生型と同じであった。これは亜鉛の輸送に関与する四つの遺伝子がOsHMA3過剰発現体で常に高く発現していた。さらにOsHMA2プロモーターの下流にOsHMA3をつけたコンストラクトを作成して、形質転換体を作成した。その結果、種子のカドミウム濃度が大幅に減少した。カドミウム超集積植物グンバイナズナで、NcNrmap1がカドミウムの超集積に関与することを突き止めた。NcNramp1は細胞膜に局在し、カドミウムに対して特異的に輸送活性を示した。また根の内皮細胞に局在していた。この遺伝子をシロイヌナズナに発現させると、カドミウム耐性が低下した。一方、イネのOsABCC1はヒ素の耐性と種子への分配に関与していることを突き止めた。OsABCC1は特に節の篩部伴細胞の液胞膜に局在して、この遺伝子を破壊すると、節でのヒ素の集積が減少し、種子のヒ素集積が大幅に増加した。26年度が最終年度であるため、記入しない。植物栄養学26年度が最終年度であるため、記入しない。計画した実験は概ね順調に進んだ。計画した実験はほぼ順調に進んでいる。さらにマッピングの集団を拡大して、QTL遺伝子の同定と機能解析を行う。集団を拡大して、カドミウムとヒ素の集積に関わるQTL遺伝子の同定を行う。
学術研究に対する資金供給システムに関する基礎的調査研究

3年間の最終年度にあたる本年は、主として、昨年度に実施した「学術研究に対する資金供給システムに関する実態調査」の分析作業を行った。1.回答者の基本的属性、2.グループ研究のタイプや研究のスタイル、3.現在の学術研究環境(実態及び希望)、4.計画している研究プロジェクトの規模やスタイル、5.研究費と研究成果との関連、6.研究成果の評価、7.自由記述、という7節からなる調査を分析した結果、以下のような知見を得た。1)平成9年度の年間研究費総額は、平成7年度及び8年度の研究費総額との相関が高く(いずれも0.1%有意)、同時に、専有している実験計測機器の金額や使用している研究スペース(平成9年度)との相関も高くなっていた(工学分野の研究スペース以外はいずれも0.1%有意)。この結果は、研究資源が重点的に投入されていることを示している。さらに因子分析を行ったところ、過去3年間の年間研究費と専有している実験計測機器の金額がある一つの潜在因子によって規定されているという結果を得た。2)研究費と研究成果との関係についてみると、「研究費が一定の水準に達しなければ優れた研究成果を得ることはできない」「研究費にほぼ比例して研究成果も増加する」「研究費が一定の水準を越えるとそれ以上研究成果は増加しない」という意見が多くなっている。また、理工系で高額の年間研究費を得ているケースでは「研究費がどれだけ多くなっても研究成果は増加しつづける」という意見がやや多くみられる。3)研究資源と研究成果との関連をみたところ、研究資源の投入量が多いほど多くの研究成果が多く、同時に、研究成果が多くなっているほど研究資源の投入量も大きい、という一般的な傾向が観察された。3年計画の初年度にあたる本年は、1.関連する先行研究のレビューおよび再分析、2.個別研究分野の活動実体の把握、をおこない、3.研究活動にかかわるインプットとアウトプットの関連について改めて整理を行った。さらに、これらの成果をふまえた上で、4.来年度に実施予定の調査の内容について検討を行った。過去十年の間に、学術研究環境の調査は主なものだけでも十件以上行われているが、その多くはインプットのみの質問となっている。そのなかで、研究のアウトプットについても設問を行っている調査(平成67年度科研費総合研究(A)『大学等における研究者の生活時間に関する調査研究』)について再分析を行った結果、人文社会では研究費及び研究時間が研究成果に影響を及ぼし、理工農医歯では研究費及び支援スタッフ数が研究成果を規定しているという結果が得られた。しかしながら、これはあくまで平均値に基づく統計的な傾向であり、個別サンプルベースではばらつきはかなり大きくなっている。研究成果に大きな影響を与えるインフラストラクチャーが全くコントロールされていないこと、論文数ではアウトプット指標として不十分であること、アウトプットが出るまでには時間を要すること、などがその原因として考えられる。個別研究分野の活動実体の把握については、1.OR分野の代表的な学術論文雑誌7種の過去6年間のデータベースを作成し、当該分野における共同研究の実体等の把握を行った。また、2.化学分野についてサイトビジットを行い、研究費の流れから研究活動の実体まで幅広い項目にわたるフィールド調査を行った。インプットとアウトプットの関連を分析する上での問題点について議論を行った結果、来年度に行う調査案として、1.定量的な計測が困難なインフラストラクチャーやアウトプットについての自由記述方式による郵送調査、2.過去の科研費(特別推進研究等)受領者を対象とする、インプット及びアウトプットの時系列の推移についての郵送調査、3.政府出資金等により多額の研究費を受領したケースについて個別の聞き取り調査、などについて、現在検討を進めているところである。3年計画の2年目にあたる本年は、前年度に実施した、1.関連する先行研究のレビューおよび再分析、2.個別研究分野の活動実体の把握、3.研究活動にかかわるインプットとアウトプットの関連分析、などの成果を踏まえ「学術研究に対する資金供給システムに関する実態調査」を実施した。現在、検票及びデータ入力作業をすすめているところであり、今年度末に実施を計画している全体研究会において、第一次集計結果の報告と今後の分析の進め方についてディスカションを行う予定である。ここでは、今年度に実施した研究の成果として調査の設計および実施状況について報告する。調査票は、1.回答者の基本的属性、2.グループ研究のタイプや研究のスタイル、3.現在の学術研究環境(実態及び希望)、4.研究成果の評価について、5.自由記述、の5節からなっている。これまでにほとんど行われてこなかった研究活動にかかわるインプットとアウトプットの関連の実態を把握するという目的のもと、本調査研究の中心となっているのは、年間の研究資金の内訳および過去3年間の研究成果についての質問である。これらに加えて、研究成果に与える影響が大きいと考えられる研究基盤の実態や、職務に関する時間配分の内訳(教育か研究か)、充足度や拡充の希望、などについての質問も行った。本調査研究のもう一つの目的は、研究活動と研究資金配分との関係について分析することである。検討の結果、以下の3つの設問を調査票に加えた。1.科研費の各種目に対応した規模の研究費がもし助成されるとしたら、どのようなタイプの研究を行いその使途内訳はどのようになるか。2.科研費の各種目に対応した規模の研究費を前提としたとき、研究費の追加や削減が研究成果や研究のスタイルにどのような影響を与えるか。

3.研究費の増減が研究成果に与える影響について複数の可能なパターンを提示し、グラフ上に研究費と研究成果の関連(関数)について図示してもらう。いずれの設問も、研究資金配分のあり方を考えるうえで重要な情報をもたらしてくれるであろうと期待している。3年間の最終年度にあたる本年は、主として、昨年度に実施した「学術研究に対する資金供給システムに関する実態調査」の分析作業を行った。1.回答者の基本的属性、2.グループ研究のタイプや研究のスタイル、3.現在の学術研究環境(実態及び希望)、4.計画している研究プロジェクトの規模やスタイル、5.研究費と研究成果との関連、6.研究成果の評価、7.自由記述、という7節からなる調査を分析した結果、以下のような知見を得た。1)平成9年度の年間研究費総額は、平成7年度及び8年度の研究費総額との相関が高く(いずれも0.1%有意)、同時に、専有している実験計測機器の金額や使用している研究スペース(平成9年度)との相関も高くなっていた(工学分野の研究スペース以外はいずれも0.1%有意)。この結果は、研究資源が重点的に投入されていることを示している。さらに因子分析を行ったところ、過去3年間の年間研究費と専有している実験計測機器の金額がある一つの潜在因子によって規定されているという結果を得た。2)研究費と研究成果との関係についてみると、「研究費が一定の水準に達しなければ優れた研究成果を得ることはできない」「研究費にほぼ比例して研究成果も増加する」「研究費が一定の水準を越えるとそれ以上研究成果は増加しない」という意見が多くなっている。また、理工系で高額の年間研究費を得ているケースでは「研究費がどれだけ多くなっても研究成果は増加しつづける」という意見がやや多くみられる。3)研究資源と研究成果との関連をみたところ、研究資源の投入量が多いほど多くの研究成果が多く、同時に、研究成果が多くなっているほど研究資源の投入量も大きい、という一般的な傾向が観察された。3年計画の最終年度にあたる本年は、主として、昨年度に実施した「学術研究に対する資金供給システムに関する実態調査」の分析作業を行った。1)平成9年度の年間研究費総額は、平成7年度及び8年度の研究費総額と相関が高く(いずれも0.1%有意)、同時に、専有している実験計測機器の金額や使用している研究スペース(平成9年度)との相関も高くなっていた(工学分野の研究スペース以外はいずれも0.1%有意)。2)研究費と研究成果との関係についてみると、「研究費が一定の水準に達しなければ優れた研究成果を得ることはできない」「研究費にほぼ比例して研究成果も増加する」
シリコン系スーパーアトム構造の高密度集積と新機能材料創成

熱処理によりNiSiドット形成したハイブリッドドットフローティングゲートMOSキャパシタを試作し、C-V特性を評価することで、電化注入・保持特性を評価した結果、ドットへの電子注入及び放出に伴うフラットバンド電圧シフトは,最大印加ゲートバイアスに対して線形に増加し,Si量子ドットを介してNiSiドットに多数電荷注入することができた。NiSiドットの深い仕事関数を反映して,低ゲートバイアス領域では,NiSiドットからの電子放出が抑制される。また、電子注入・放出レートがパルスバイアス印加時間に対して段階的に変化することから,NiSiドットへの電子注入・放出は,Si量子ドットの離散化したエネルギー状態を反映して制限的に進行することが示唆された。低温プロセスによるドット形成技術として、リモート水素プラズマによりNi/Si=1の組成をもつNiシリサイドドットの形成技術を確立した。また、Pt膜厚10nm以下において高密度Ptドットが形成できることを確認したこのなかで、高パワー、低圧力下で生成する原子状水素によりPt原子の凝集が促進されることが明らかとなり、同様の技術を用いて、密度6.5×1011cm-2の高密度なPdドットを形成できた。更に、リモート水素プラズマ処理によるPtのシリサイド化が進行し、仕事関数5.11eVのPtSiドットが形成できた。このH2プラズマ支援によりNiSiドット形成したハイブリッドドットフローティングゲートMOSメモリを作成し、特性評価を行った結果、NiSiの深い仕事関数(Siミッドギャップ近傍)を反映して,NiSiドットからの電子放出が顕著に抑制され,複数電子がNiSiドットに安定保持されることが分かった。SiH_4とGeH_4のLPCVDにおいて、反応初期過程を交互に精密制御することによって、熱酸化膜上にGe核を有するSi量子ドットを自己組織化形成する技術を確立している。そこで、P及びBをGeH4のCVD中にHe希釈1%B_2H_6およびPH_3をパルス的た導入し、BおよびPのデルタドーピングを行い、不純物添加Geコアを有するSi量子ドットを形成し、Geコア内へのイオン化不純物添加が電子放出に及ぼす影響をAFM/ケルビンプローブを用いて評価した。不純物添加GeコアSi量子ドットへ電荷注入するために、RhコートSi_3N_4探針に電圧を印加し、タッピング(コンタクト)モードで走査した後、ノンコンタクトのケルビンプローブモードで表面形状像と表面電位像を同時測定することで電子注入・放出による帯電状態を評価した。電圧印加後のGeコアSi量子ドットの表面電位変化から見積もったドット内保持電荷量において、離散的なエネルギ準位を反映した多段階的な電位変化を観測した。真性GeコアーSi量子ドット(ドット高さ8nm)からの1個の電子放出・保持による正帯電及び負帯電はそれぞれプローブ電圧2.0V及び-1.5Vで起こるのに対して、Pをデルタドーピングした場合電子放出による正帯電は0.5V、Bをデルタドーピングした場合、電子保持による負帯電は-0.5Vで観測されることが分かった。GeコアのないBドープSi量子ドットと比べると、単電子注入による負帯電は0.3V増大する。これらの結果は、TipのポテンシャルとGeコアSiドット/SiO_2/Si(100)スタック構造のエネルギーバンド構造の関係から理解できる。すなわち、PデルタドーピングではPドナーから生じた伝導電子が引き抜かれ、Pドナーの正電荷が顕在化し、Bデルタドーピングにおいては正孔への電子注入によってBアクセプターの負電荷が顕在化すると考えられる。Niシリサイド化前のAFM表面形状像とNi蒸着、プラズマ処理、wet処理を順次行った後の表面形状像の比較において、as-grown Si-QDsとドット面密度、平均ドット高さに明瞭な変化は認められない。それぞれの場合で、各ナノドットが絶縁分離されていることは、AFMによる局所帯電特性評価から分かっている。XPS測定した価電子帯スペクトルを、Ni層および組成の異なるNiSi層の価電子帯スペクトルと比較した結果、リモートH_2プラズマ処理によりシリサイド化したSiドットはモノシリサイド(NiSi)組成になっていることが分かった。さらに、Ni2p3/2およびSi2p信号の角度分解XPS測定の結果から、大気暴露によってNiSiドット表面にはSi酸化層の形成が認められるものの、SiOx/NiSi界面においても、Ni-O結合は検知できなかった。

このH2プラズマ支援によりNiSiドット形成したハイブリッドドットフローティングゲートMOSメモリを作成し、特性評価を行った結果、NiSiの深い仕事関数(Siミッドギャップ近傍)を反映して,NiSiドットからの電子放出が顕著に抑制され,複数電子がNiSiドットに安定保持されることが分かった。
動的境界条件を持つ非線形偏微分方程式の新展開

本年度は動的境界条件を有する熱方程式の解の構築ならびに拡散極限としての解の収束性の研究、また動的境界条件に付随する分数冪拡散方程式と関連の深い退化拡散方程式の大域可解性に関する研究、さらに逆2乗冪のポテンシャルを有する半線型熱方程式の大域可解性に関する研究を行なった。まず、動的境界条件を有する熱方程式については共同研究者である東京大学石毛和弘氏とComenius大学のMarek Fila氏とともに2次元以上の半空間において時間大域解を構成するとともに、熱方程式の拡散極限として、本問題の解が動的境界条件を有するLaplace方程式の解に収束することを示した。また、Comenius大学のJohannes Lankeit氏も加えて、上記で得られた収束の速さが最適であること、さらに3次元における単位球の外部領域でも同様の結果が得られることを示した。次に退化する係数を有する非線形拡散方程式については静岡大学の藤嶋陽平氏とJohns Hopkins大学のYannick Sire氏とともに昨年投稿した論文について、基本解の評価に関する問題点を改善し、大域可解性に関する臨界指数を導出し、方程式に付随した不変量に関して十分小さな初期値に対して時間大域解を構成した。最後に逆2乗冪のポテンシャルを有する半線型熱方程式の大域可解性について、石毛氏と共に、これまでの得られていた既存の結果を全て包含する形での臨界指数の導出を行なった。これら3件については既に論文として国際雑誌に掲載が確定している。本年度は昨年度の推進方策の一つとして挙げていた動的境界条件を有する熱方程式について、2次元以上の半空間および3次元における単位球の外部領域に対して時間大域解を構成できたこと、さらにその拡散極限についても研究成果を得られた点は充分評価できる。また、昨年度から継続して行なっていた国際共同研究を完成させることができた点、さらに逆2次のポテンシャルを有する半線型熱方程式についてはこれまでの結果を包括する結果を得られた点からも、当初の計画以上に進展していると言える。一方で、昨年度の推進方策に挙げていた指数型非線形項を内部に持つ動的境界条件または非線形境界条件については一定の成果は得ているものの、現在も継続的に研究を行なっており、次年度以降の発表を目指している。以上の点から、進捗状況としてはおおむね順調に進展していると言える。まずは一昨年度からの継続研究として指数型非線形項を内部にもつ動的境界条件または非線形境界条件の可解性について考察したい。それら2つの問題の関係性と可解性に関する臨界条件の導出を目標として研究を進めていきたい。次に、3次元以外の単位球の外部領域における動的境界条件を有する熱方程式の可解性について考察したい。この研究を通して本問題の基本解の構築を目指し、非線形問題への足掛かりを作ることを目的として研究を進める。これはこれまでの研究の継続研究にあたるため、石毛氏、Fila氏、Lankeit氏と共同で研究を進めていく。最後に退化する係数を有する半線型熱方程式の爆発問題について考察していく。これは分数冪拡散方程式および動的境界条件と密接に関わるものであり、今後の研究に対して重要な指針を与えるものであると強く確信している。これはこれまでの藤嶋氏、Sire氏との研究の継続研究にあたるため、本研究についても共同で進めていく。本年度は研究実施計画に従い、まず球の外部領域における動的境界条件付き非線形楕円型方程式の可解性に関する研究、Half Laplacianを有する粘性Hamilton-Jacobi方程式に対応する積分方程式に関する研究の2点を行なった。動的境界条件付き非線形楕円型方程式については、東北大学の石毛和弘教授並びにComenius大学のMarek Fila教授との共同研究により、本問題の可解性に関する臨界指数の導出並びに大域挙動を示すとともに、時間局所可解性と時間大域可解性の同値性を示した。これまで本研究に関連する結果は有界領域もしくは半空間の場合しか得られておらず、半空間以外の非有界領域における研究への足がかりとなると強く確信している。本研究成果は既に論文として国際雑誌に投稿し、掲載が決定している。次にHalf Laplacianを有する粘性Hamilton-Jacobi方程式については大阪市立大学の岩渕司准教授(現東北大学准教授)との共同研究により、対応する積分方程式に関して、方程式から導かれるスケール不変なBesov空間において、小さな初期値に対する可解性と時間大域挙動を示した。本問題はこれまで粘性解の枠組みにおいて可解性が得られていたが、本研究成果により、対応する積分方程式を扱った結果は本研究が初である。本研究成果も既に論文として投稿し、国際雑誌に掲載が決定している。また次年度実施予定であった指数型非線形項を有する非線形熱方程式の時間大域解の漸近挙動に関してもMilano大学のBernhard Ruf教授、Elide Terraneo氏、Bergamo大学のGiulia Furioli氏と共同研究を行なった。本年度実施計画に即して行なった球の外部領域における動的境界条件付き非線形楕円型方程式の可解性に関する研究並びにHalf Laplacianを有する粘性Hamilton-Jacobi方程式に対応する積分方程式に関する研究に対して、それぞれ想定していた結果を得ることができたことに加え、新しい具体的な課題についても得ることができた。また次年度実施予定であった指数関数型の非線形項を有する場合についてもその準備段階として欠かせない非線形熱方程式の場合の結果を前倒しで得ることができた。

これら上記すべての結果はすでに論文として国際雑誌に投稿し、掲載が決定していること、また多くの国内外の研究集会における講演を通して一定の評価を得ていることからも研究目的に対して当初の計画以上に進展していると言える。本年度は研究計画の一つに挙げていた分数冪拡散方程式の解の高次漸近展開と動的境界条件に付随する退化または特異拡散方程式の非線形問題について研究を行なった。まず、分数冪拡散方程式の解の高次漸近展開については、これまでの高次漸近展開理論の共同研究者である東北大学(現東京大学)石毛和弘氏と広島大学の道久寛載氏と共同研究を行い、既存の研究によって問題点として挙げられていた積分方程式の核、すなわち基本解の可積分性の空間減衰に起因する問題点を明確にし、基本解による可積分性の損失が有限次元空間であること、また、それを除いた空間における初期値のモーメントの次数に応じた高次漸近展開理論を構築した。これにより、これまで基本解の性質から高次漸近展開が困難であった様々な問題、特に半空間における動的境界条件付きの非線形楕円型方程式の時間大域挙動に対して1つの新しい視点を提出できたと強く確信している。本研究成果は既に論文として国際雑誌に投稿し、掲載されている。次に退化または特異拡散方程式の非線形問題については、静岡大学の藤嶋陽平氏とJohns Hopkins大学のYannick Sire氏と共同で研究を行った。ここでは動的境界条件に付随する分数冪拡散方程式から導かれる重み付きの拡散方程式について、冪乗型非線形項を有する場合に解の時間大域可解性を分けるいわゆるFujita指数を導出した。これは本問題の解の挙動を考察するにあたり、最も基本的な結果の一つと言える。本研究成果については既に論文として国際雑誌に投稿済みである。本年度は研究計画の一つとして挙げていた分数冪拡散方程式の解の高次漸近展開理論を構築できたこと、また、当初の研究計画としては想定していなかった退化または特異拡散方程式の非線形問題について国際共同研究が行えた点から見ても、当初の計画以上に進展していると言える。一方で、昨年の実施状況報告書で挙げていた指数型非線形項を内部に持つ動的境界条件付き非線形楕円型方程式の可解性についてはMilano大学へ訪問し、研究連絡を行ったものの、研究成果としてはまとまっておらず、今後の進展が期待される。また、Half Laplacianを有する粘性Hamilton-Jacobi方程式に対応する積分方程式の解の解析性についても一定の研究成果は得られているものの、より汎用性のある結果への改良を試みて、現在も継続して研究を進めており、次年度以降の発表を目指している。以上の点から、現在までの進捗状況としてはおおむね順調に進展していると言える。本年度は動的境界条件を有する熱方程式の解の構築ならびに拡散極限としての解の収束性の研究、また動的境界条件に付随する分数冪拡散方程式と関連の深い退化拡散方程式の大域可解性に関する研究、さらに逆2乗冪のポテンシャルを有する半線型熱方程式の大域可解性に関する研究を行なった。
地盤の状態変化を考慮した津波による海岸堤防の洗掘量評価と対策工法の提案

東日本大震災では,巨大津波により海岸堤防に甚大な被害が発生した.現地調査の結果,海岸堤防陸側地盤の局所的な洗掘が破堤原因として報告されている.今後,巨大地震の脅威が迫る中,海岸堤防背後地盤の洗堀現象を解明し,有効な対策を確立することが喫緊の課題である.本研究では,水理模型実験,鉛直噴流実験を実施し,液状化が洗堀に与える影響を明らかにするとともに,液状化を考慮した洗堀対策を提案し,それらの効果を検証した.また,津波越流により生じる洗堀形状の簡易予測手法を提案した.調査結果と比較したところ,概ね予測値と一致することから,当推定手法の妥当性が検証された.地盤の液状化程度が津波の越流による海岸堤防裏法尻の洗掘に及ぼす影響を検討するために、小型アクリル水槽を用いた水理模型実験を実施した。地盤に上向きの浸透力を与えることで液状化を再現することができた。実験結果より、地盤の液状化が洗掘量に及ぼす影響は認められなかった。液状化していない飽和地盤では、お椀型の洗掘孔が時間経過に伴い拡大した。これに対して、液状化地盤においては支持力が大きく低下することから、越流開始直後、流体が地盤内に貫入する現象が観察された。その後の洗掘過程においても洗掘孔表面の不安定な挙動が確認された。最終的には、洗掘孔からボイリングが発生する等、飽和地盤とは大きく異なる洗掘機構であることが明らかとなった。また、液状化地盤では洗掘孔近傍の動水勾配が大きくなり、間隙水圧が上昇することから、地盤の不安定化を増大させる可能性が示唆された。さらに本研究では、津波の越流による海岸堤防裏法尻の洗掘を定量化するために、粒子法(MPS法)による数値解析ならびに最大洗掘深の予測式を提案した。数値解析では、既往の侵食モデルに加え、新たに砂の再堆積モデルを加えた。数値解析と模型実験の比較をしたところ、洗掘形状の再現性においては、若干の課題が残るものの、洗掘深さの時系列変化は概ね一致し、数値解析の洗掘予測技術としての有効性が明らかとなった。また再堆積を考慮したケースでは、洗掘深さの予測精度の向上が認められた。最大洗掘深は、洗掘孔内に発生する定在渦の大きさとの関係性から推定する方法を示した。既往の大型模型実験の結果も使用して、両者の回帰直線を求めた。その結果,決定係数は0.9以上となり、最大洗掘深の予測式としての妥当性が確認された。平成27年度の当初計画で示した液状化地盤における海岸堤防裏法尻の洗掘を対象とした水理模型実験は概ね計画通りに実施した。さらに、平成28年度の計画で示した数値解析についても平成27年度中に一部実施した。したがって、現在の状況は当初の計画以上に進展していると言える。津波越流による海岸堤防裏法尻の洗掘に対して、ジオグリッドを法尻部に敷設する対策方法を考案した。また、当工法の効果を検証するため、ジオグリッドの敷設長および目合い寸法を変えた条件で海岸堤防の津波越流実験を行った。実験結果より、法尻部にジオグリッドを敷設した場合、無体策のケースに比べ、洗掘量が減少することが明らかとなった。対策工を用いた場合の特徴として、法尻部近傍の洗掘が少なく、法尻から離れた地盤の洗掘が発生することが明らかとなった。構造物の安定性においては法尻付近の地盤が洗掘されないことが重要となるから、ジオグリッドによる洗掘対策が有効であることが示された。また、ジオグリッドの敷設範囲を拡大した場合、洗掘量は減少するものの、法尻付近の洗掘を抑制する効果は見られなかった。さらに、ジオグリッドの目合い寸法を減少することにより、洗掘量は減少することがわかった。昨年度、津波越流による海岸堤防裏法尻の洗掘を定量化するために、洗掘孔で発生する定在渦の大きさと洗掘深の関係を定式化した。本年度は当手法の修正を行うとともに、次元解析的な手法についても検討を加えた。さらに、東日本大震災で発生した実際の被害と予測値との比較を行い、当提案式の妥当性を検討した。前者の手法に基づく予測結果は、調査報告に基づく実構造物の被害と概ね一致することから、実用性が高いことが確認された。また、両手法による定式化の結果、洗掘深ならびに洗掘長は津波越流量の0.5乗に比例するという知見が得られた。平成28年度の当初計画で掲げた海岸堤防裏法尻の洗掘を対象とした数値解析については、平成27年度中に概ね実施された。また、平成29年度に当初計画で掲げられた洗掘対策工を対象とした水理模型実験については、平成28年度に実験の準備ならびに基本ケースが実施された。津波越流による海岸堤防裏法尻の洗掘に関して,ジオグリッドを法尻部に敷設する対策工法を考案した.平成28年度に小型水路で水理模型実験を行い,その効果を検討した.しかしながら,当実験では実現象に対して圧力が小さく,対策工の効果について定量的な評価に至らなかった.そこで,平成29年度に圧力レベルを増大させるため,津波越流を鉛直噴流で再現した水理模型実験を行い,様々な洗掘対策工法の効果について検討を行った.

実験では,幅700mm,高さ600mm,奥行き350mmのアクリル水槽内に6・7混合珪砂を用いて地盤を作製した.また,外部に設置した水槽を上昇させることで液状化地盤を再現した.実験時は,装置上方に設置した管(直径31mm)より津波越流を模擬した鉛直噴流(流量:190 L/min,流速:4.2 m/s)を地盤表層に1分間作用させた.対策工として,直径10mmの水圧消散孔を設けたメンブレン,目合い2.5mmのジオグリッド,平均粒形15mmの砕石の3種類を対象に検証を行った.実験結果より,メンブレンおよびジオグリッドを設置した場合,対策無しの場合と比較して,最大洗堀深がそれぞれ約50,25%減少した.砕石を用いた場合,周囲の砕石が洗掘孔内に埋戻り,対策工の効果を評価できなかった.液状化地盤に対しては,対策無しの場合とメンブレンを設置した場合では,液状化していない飽和地盤と同程度の洗堀深であった.また,ジオグリッドを用いた場合,洗掘孔の斜面崩壊により埋戻りが生じたため,洗堀深は減少した.一方,砕石を用いた場合,液状化に伴う有効応力の減少により,砕石が沈み込み,最大洗掘深が増大した.これらの結果から,水圧消散孔を設けたメンブレンが洗堀対策工として最も有効であることがわかった.また,砕石を洗堀対策として用いる場合,流出や沈み込みを防ぐため,ジオグリッドなどで囲む必要があることがわかった.東日本大震災では,巨大津波により海岸堤防に甚大な被害が発生した.現地調査の結果,海岸堤防陸側地盤の局所的な洗掘が破堤原因として報告されている.今後,巨大地震の脅威が迫る中,海岸堤防背後地盤の洗堀現象を解明し,有効な対策を確立することが喫緊の課題である.本研究では,水理模型実験,鉛直噴流実験を実施し,液状化が洗堀に与える影響を明らかにするとともに,液状化を考慮した洗堀対策を提案し,それらの効果を検証した.また,津波越流により生じる洗堀形状の簡易予測手法を提案した.調査結果と比較したところ,概ね予測値と一致することから,当推定手法の妥当性が検証された.平成27年度の研究成果をとりまとめ、国際会議、国内学会での発表と学術雑誌への投稿を行う予定である。また、数値解析における予測精度の向上のために現モデルを改良する必要がある。さらに、洗掘対策工法を提案し、水理模型実験により実証する必要がある。今後は、これらの課題に取り組む予定である。平成28年度に得られた成果をまとめ、国際会議および学術雑誌への投稿を予定している。洗掘対策工について、小型のアクリル水路を用いた模型実験レベルでの検証にとどまっているため、実規模レベルを考慮した検討を行う必要がある。今後はこれらの課題に取り組んでいく。農業農村工学実験装置であるアクリル水槽とその架台の製作費用が計画よりも抑えられたためである。この理由として、アクリル水槽の詳細設計にあたり、事前の数値解析を実施した結果、計画断面よりも小規模な断面でも本研究が遂行可能であることが判明したため、アクリル水槽およびその架台製作費用がが大幅に抑えられた。この費用を次年度の海外出張(発表および情報収集)に使用したいと考えている。平成28年度の海外発表2件において、他業務の制約から、当初予定していた出張期間よりも短縮した。このことから出張旅費の分が減少した。国際会議(ギリシャでの洗掘・侵食の国際会議ならびにイギリスでの国際海洋極地工学会議)および国内学会(仙台市での農業農村工学会全国大会)の出張を予定しているため、全体の中で旅費や会議参加費の割合が大きくなる。さらに、今年度実施の実験のために小型間隙水圧計を追加購入する予定である。国際会議(アメリカ合衆国)ならびに国内会議の出張を予定している。
可微分多様体上の幾何学

今年度は, A.Weinstein(カリファルニア大・バークレー)N.Mok(コロンビア大)の来日を期に,東京で,各一週間におよぶ研究集会を開いた.この分野は,幾何学のみでなく,広く関数論,代数幾何学とも関連しており,東京大学落合卓四郎,東北大学小田忠雄を小生とで立案した.次に,チャーン,シャン(カリファルニア大・バークレー)ペン,シェン(中国,復旦大)の四教授の来日を期に,東北大学・弘前大学で,全国的な集会を開いた.大阪大学村上信吾・東北大学小田忠雄・東京大学落合卓四郎と小生とで,立案,実施した. (討議資料を作製し,全国に配布した. )最近の幾何学は,領域が広くなり,他の数学の分野,物理学との関連が日に日に密になっている.これを考慮して,全国で7ケ所で,小規模の研究集会を開いた.また,名古屋大学で,解析労,トポロジーとの関連を考えて,「大域解析学」の研究集会を今年度も開いた.これは,名古屋大学砂田利一と小生とで,計画・実施した.これらの研究集会が刺激となって,大学院生,助手クラスの若い研究者の業績に見るべきものが多くなった.2年間にわたり,幾何学が数学の他の分野,物理学系の関連において,過去10年間に急速したことを考慮して,次の点に留意した.(1)研究手段,方法を積極的消化する場を設定する.(2)来日数学者を中心とする研究集会を開き,彼らのphilcsphy,成果を吸収するように努める.これまで,幾何学の研究手段,方法, philcsphyが固定しているように見える我が国では,本研究費は有効に機能した.特に,大学院生,助手クラスの若い研究者の成果は著るしい. (報告書参照)幾何学は,大成解析学の様相を呈してきた.今年度は, A.Weinstein(カリファルニア大・バークレー)N.Mok(コロンビア大)の来日を期に,東京で,各一週間におよぶ研究集会を開いた.この分野は,幾何学のみでなく,広く関数論,代数幾何学とも関連しており,東京大学落合卓四郎,東北大学小田忠雄を小生とで立案した.次に,チャーン,シャン(カリファルニア大・バークレー)ペン,シェン(中国,復旦大)の四教授の来日を期に,東北大学・弘前大学で,全国的な集会を開いた.大阪大学村上信吾・東北大学小田忠雄・東京大学落合卓四郎と小生とで,立案,実施した. (討議資料を作製し,全国に配布した. )最近の幾何学は,領域が広くなり,他の数学の分野,物理学との関連が日に日に密になっている.これを考慮して,全国で7ケ所で,小規模の研究集会を開いた.また,名古屋大学で,解析労,トポロジーとの関連を考えて,「大域解析学」の研究集会を今年度も開いた.これは,名古屋大学砂田利一と小生とで,計画・実施した.これらの研究集会が刺激となって,大学院生,助手クラスの若い研究者の業績に見るべきものが多くなった.今年度は、国際数学者会議(米国)開催直前に、現在世界で注目されているGnomovの業績についての研究集会を一週間にわたって東京大学で開いた(参加者約200名,資料予稿集約1000ページ)。この研究集会は東京大学落合卓四郎助教授,名古屋大学砂田利一助教授,岡山大学酒井隆教授と小生とで、計画・立案をした。次に、物理学との境界領域をも研究集会の題材として選び、金沢大学で物理学者の参加も得て、"超多様体"について会合を開いた(参加者約100名)。数学の諸分野との合同研究集会をして、名古屋大学で"大域解析学"の研究集会を開いた。この研究集会は主として、大学院生,助手クラスを講演者として選び、若い人々に専門的知識の提供をお願いした。以上三つの研究集会は、現在まだ日本で未消化の領域についての消化を目的としたものである。日本人自身の業績を発表・検討する場として、全国規模のシンポジウムを金沢工大で開いた(参加者150名)。他に、名古屋大学,九州大学,東北大学,筑波大学で、テーマ毎に50名程度の研究集会を開いた。これらの小研究集会を総合的に視ると、現在日本で研究中の重要な部分はすべてカバーしていると考えられる。最近の幾何学は非常に領域が広くなり、他の数学の諸分野・物理学との関連が密になりつつあることを考えると、Gnomovの業績についての研究集会超多様体についての研究集会,大域解析学についての研究集会は、特筆すべき企画であったと考えているし、日本の研究者が未消化の分野を収得するには良い機会であったと考えている。最近は、Gnomovの業績を"多様体の社会学"と呼ぶようになったのも、上記研究集会の成果である。
パーキンソン病の非運動症状発現に関与する大脳皮質異領野間同期化機構の解明

昨年度は、低濃度ロテノン(0.35mg/kg)を1週間鼻腔内投与したマウスにおける苦味(キニーネ)感受性の変化、および酪酸に対する忌避行動の変化を調べ、この動物が味覚および嗅覚障害を呈していることを行動学的に明らかにした。今年度は、このモデル動物で観察された味覚障害の病理進展経路について明らかにするため、味覚の中枢経路および黒質/腹側被蓋野におけるThyrosine Hydroxylase (TH)陽性細胞の変化を免疫組織化学的に観察した。その結果、ロテノン1週間鼻腔内投与により、黒質や腹側被蓋野のTH陽性細胞数に変化を認めなかったが、島皮質におけるTH陽性線維の有意な減少と嗅球および孤束核吻側部のTH陽性細胞数の有意な減少を認めた。また、4週間ロテノンを連続投与したマウスにおける黒質および腹側被蓋野のTH陽性細胞数の減少が観察され、さらに、ロータロッドテストを用いてそのマウスの運動機能の変化を観察すると、ロータロッドからの落下時間が対照群マウスに比べて投与2週目以降から有意に減少した。以上の結果から、ロテノン鼻腔内投与マウスでは、ドパミン系の神経変性が進行する過程で味覚や嗅覚障害などの非運動症状が誘発され、このモデル動物がパーキンソン病の非運動症状を調べる実験モデル動物として有用である可能性が示唆された。現在、鼓索神経からのWhole nerve記録を行い、5基本味、冷刺激および機械刺激に対する神経応答を調べるとともに、マウス嗅粘膜からのElectro olfactogram (EOG)記録を行い、匂い刺激に対する嗅神経細胞の神経応答を調べ、味覚および嗅覚障害への末梢神経系の関与について検討している。今年度は、全動物標本の慢性記録実験を行なう予定であった。しかしながら、ロテノン鼻腔内投与マウスで引き起こされた味覚/嗅覚障害における末梢神経系の関与を明らかにするには、鼓索神経からのWhole nerve記録あるいは嗅粘膜からのElectro olfactogram (EOG)記録を行うことが最適であるため、新たに急性記録実験を立ち上げた。再計画した急性記録実験はすでに準備が整い、現在記録/解析を行っている段階である。一方、味覚/嗅覚障害における中枢神経系の関与を明らかにするためには、当初予定していた慢性記録実験が最適であるが、末梢からの急性記録実験およびこれまで継続して行なってきたモデル動物の病理学的変化について免疫組織化学的手法を用いて検討する作業に時間を要し、慢性記録実験の立ち上げが当初の予定よりもやや遅れている状況である。新たに立ち上げた急性記録実験については、すでに実験がスタートし、今後も引き続き実験を進めていく予定である。一方、慢性記録実験については、多点の脳波あるいは多点のユニット活動を記録する実験系を確立する作業を現在進めており、今後、モデル動物における嗅覚刺激あるいは味刺激に対する多部位の神経活動を同時記録し、それらの活動の自己及び相互相関を調べる予定である。今年度は、1日1回マウス鼻腔内ヘロテノン(0.35 mg/kg)を1週間連続投与したパーキンソン病モデル動物を作成し、味覚および嗅覚の経時的変化を行動学的および免疫組織学的に観察した。味覚機能の評価には、キニーネに対する味覚嗜好テストを行った。一方、嗅覚機能の評価には、酪酸に対する忌避行動テストを行った。2瓶選択嗜好試験では、ロテノン投与前に比べて1週間投与後のキニーネに対するPreference ratioに増加傾向を認めた。また、リック解析試験では、ロテノン投与前に比べて投与後において高濃度のキニーネに対する味覚感受性が有意に減少し、濃度-リック数曲線が右側へ大きくシフトした。一方、ロテノンを1週間連続投与したマウスでは、酪酸を置いた時のショートアームでの滞在率と水を置いた時の滞在率との間に有意差がなく、過去の先行研究と同様に、酪酸に対する忌避行動が消失した。以上のことから、ロテノンを1週間鼻腔内投与したマウスでは、嗅覚だけでなく味覚の障害が引き起こされている可能性が示唆された。また、ロテノン投与マウスでは、嗅球および孤束核におけるTyrosine Hydroxylase陽性細胞数がVehicle投与マウスに比べて有意に減少した。このことから、ロテノン投与による味覚/嗅覚障害にはこれら2つの領域の障害が強く関与している可能性が示唆される。次年度以降では、孤束核が障害される中枢性あるいは末梢性の病理進展経路を同定するとともに、ロテノンの投与期間を延長し、非運動障害から運動障害へ至る病理進展状況についても検討する。今年度はパーキンソン病モデル動物を用いた行動実験および全動物標本の慢性記録実験を行う予定であった。行動実験については当初の予定通りモデル動物を作成し、非運動障害の中でも特に味覚/嗅覚障害の有無を確認することができ、実験は順調に進んでいる。一方、モデル動物の孤束核におけるTyrosine Hydroxylase陽性細胞数が有意に減少したことから、観察された孤束核への病理進展には中枢性と末梢性の両者が関与している可能性が示唆された。そのため、本年度では当初予定していた中枢からの慢性記録と平行して、末梢からの慢性記録を行う実験系を確立する作業を推進した。したがって、中枢からの慢性記録実験については当初の予定よりもやや遅れている状況である。

今年度は、このモデル動物で観察された味覚障害の病理進展経路について明らかにするため、味覚の中枢経路および黒質/腹側被蓋野におけるThyrosine Hydroxylase (TH)陽性細胞の変化を免疫組織化学的に観察した。その結果、ロテノン1週間鼻腔内投与により、黒質や腹側被蓋野のTH陽性細胞数に変化を認めなかったが、島皮質におけるTH陽性線維の有意な減少と嗅球および孤束核吻側部のTH陽性細胞数の有意な減少を認めた。また、4週間ロテノンを連続投与したマウスにおける黒質および腹側被蓋野のTH陽性細胞数の減少が観察され、さらに、ロータロッドテストを用いてそのマウスの運動機能の変化を観察すると、ロータロッドからの落下時間が対照群マウスに比べて投与2週目以降から有意に減少した。以上の結果から、ロテノン鼻腔内投与マウスでは、ドパミン系の神経変性が進行する過程で味覚や嗅覚障害などの非運動症状が誘発され、このモデル動物がパーキンソン病の非運動症状を調べる実験モデル動物として有用である可能性が示唆された。現在、鼓索神経からのWhole nerve記録を行い、5基本味、冷刺激および機械刺激に対する神経応答を調べるとともに、マウス嗅粘膜からのElectro olfactogram (EOG)記録を行い、匂い刺激に対する嗅神経細胞の神経応答を調べ、味覚および嗅覚障害への末梢神経系の関与について検討している。今年度は、全動物標本の慢性記録実験を行なう予定であった。しかしながら、ロテノン鼻腔内投与マウスで引き起こされた味覚/嗅覚障害における末梢神経系の関与を明らかにするには、鼓索神経からのWhole nerve記録あるいは嗅粘膜からのElectro olfactogram (EOG)記録を行うことが最適であるため、新たに急性記録実験を立ち上げた。再計画した急性記録実験はすでに準備が整い、現在記録/解析を行っている段階である。一方、味覚/嗅覚障害における中枢神経系の関与を明らかにするためには、当初予定していた慢性記録実験が最適であるが、末梢からの急性記録実験およびこれまで継続して行なってきたモデル動物の病理学的変化について免疫組織化学的手法を用いて検討する作業に時間を要し、慢性記録実験の立ち上げが当初の予定よりもやや遅れている状況である。行動実験については、薬物投与期間を延長し、他の非運動障害および運動障害の有無について引き続き検討していく予定である。また、孤束核のTyrosine Hydroxylase陽性細胞数が有意に減少したことから、次年度以降では全動物標本の中枢および末梢からの慢性記録実験および脳薄切標本を用いたin vitro実験を行い、中枢性および末梢性の両観点から本研究を推進していく予定である。新たに立ち上げた急性記録実験については、すでに実験がスタートし、今後も引き続き実験を進めていく予定である。一方、慢性記録実験については、多点の脳波あるいは多点のユニット活動を記録する実験系を確立する作業を現在進めており、今後、モデル動物における嗅覚刺激あるいは味刺激に対する多部位の神経活動を同時記録し、それらの活動の自己及び相互相関を調べる予定である。本年度は、味覚行動実験をより詳細に行うことが出来る装置を購入するため、予算を前倒し申請した。当初の予定よりリッキング