hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
走査トンネル顕微鏡の探針による単一高分子ワイヤーの操作

末端に水酸基を持つジアセチレンモノマー10,12-pentacosadiyn-1-olを含む溶液をグラファイト基板上に滴下し、このモノマーの吸着層を自発的に形成させた後、紫外線照射またはSTM探針を用いたパルス電圧印加により連鎖重合反応を誘起し、グラファイト基板上にそのポリジアセチレンワイヤーを得ようと試みた。その結果、溶媒効果により、10,12-pentacosadiyn-1-ol吸着層の重合反応性の制御が可能であることを明らかにした。本研究では、単一高分子ワイヤーの走査トンネル顕微鏡(STM)探針による操作を目的としている。そのサンプル作製法の一つとして、末端に水酸基を持つ10,12-pentacosadiyn-1-olのモノマーをグラファイト基板上に配列させた後、紫外線照射またはSTM探針を用いたパルス電圧印加により連鎖重合反応を誘起し、グラファイト基板上にポリジアセチレンワイヤーを得ようと試みた。その結果、10,12-pentacosadiyn-1-olのモノマーは末端水酸基の影響により、カラム軸に対して分子鎖方向を傾けたヘリングボーン構造を持った分子配列を形成することを明らかにした。しかし、この構造では、ジアセチレン部間の距離が離れてしまい、バルクのジアセチレン結晶で確かめちれている重合可能とされる範囲から大きく外れているため、重合しないものと予想された。しかし、驚くべきことに、紫外線照射または電圧印加により、グラファイト基板上で重合反応が誘起され、そのポリジアセチレンワイヤーが得られることを明らかにした。これは、表面で特異的に起こる反応と考えられ、そのメカニズムの解明を行なっそいる。また、側鎖の末端に官能基を導入し、高分子ワイヤー間に強い結合を生じさせ、より効率的に複数本の高分子ワイヤーの方位を一度に制御する目的で、官能基間の結合力の評価を行った。具体的には、STMのズキヤンをグラファイト基板上に吸着させた1-octadecanolが、STM探針のスキャンの影響下にあっても、その末端水酸基が形成する水素結合を保持したまま脱離することを明らかにした。単分子デバイスを集積化し、実用的な回路を作成するための今後の課題の一つは、個々の単分子デバイス間を配線する分子サイズの幅の導線を作成する手法の確立であると考えられる。この問題に関連して、本研究課題では、有機分子層上に吸着させた導電性高分子ワイヤーの方位を単分子レベルで走査トンネル顕微鏡(STM)探針により制御することを目的とした。これに有効な高分子ワイヤーの材料となるモノマー種の選定において、ジアセチレン分子の重合反応性についての興味深い知見が得られた。末端に水酸基をもつジアセチレン化合物10,12-ペンタコサジインオールを有機溶媒pheyloctane, toluene, heptanolに溶解させ、その溶液をグラファイト基板上に滴下し、溶媒を完全に蒸発させた後、STMによりその二次元吸着膜を観察した。得られた像から格子定数を求めた結果、使用した溶媒によって分子膜の構造が異なることがわかった。重合反応に関して、heptanolから得られた分子膜でのみ、紫外線照射またはパルス電圧印加の操作からポリマーが生成したと認められるSTM像が得られた。反応部位であるジアセチレン部の距離が、phenyloctaneおよびtolueneから得られた分子膜では、それぞれ0.57nm、0.55nmであるが、heptanolから得られた分子膜では接近して0.4nmmmであった。このことにより、heptanolから得られた分子膜のみで重合反応が進行したものと考えられる。また、直鎖分子(1-octadecanol)の吸着層において、末端水酸基が水素結合を形成していることを明らかにした。このことから、10,12-ペンタコサジインオールの吸着膜では、水酸基間で形成される水素結合とアルキル鎖間で形成されるファンデルワールス相互作用が均衡しているために、溶媒に依存した異なる構造が出現したものと考えられる。
量子ニューラルデバイスに関する基礎的研究

本年度は、以下に示すような大きな研究成果を挙げることができた。本研究は、量子ニューラルデバイスに関するまさに基礎的研究であり今後、具体的は量子ニューラルデバイスの実現という最終目標を目指したあらたな研究をさらに推進してゆく予定である。1デバイス設計の基本原理の確立と定量的な解析:キャリアのエネルギーと学習との関係について、光波をキャリアとするコヒーレント型ニューラルネットワークを想定して、理論的な解析とシミュレーションを行った。周波数空間を並列化のための情報空間として利用する場合の学習について、詳しい解析とシミュレーションを進めた。特に、学習前の初期条件と学習結果の周波数領域での汎化の特性との関係について研究を進めた。その結果、ニューロン結合の透過率と遅延時間を適応的に調整してゆくバックプロパゲーション学習において、キャリア周波数領域と遅延時間領域の両方の空間で、極小誤差を実現するためのパラメータが周期的に存在し、ちょうど双曲線状の細長い谷の並びを形作っていることが理論的に示されシミュレーションによって確認された。その結果、その谷を越えた学習は通常は不可能であることが示された。したがって有意味な汎化を実現するためには、ニューラルネットワークの初期条件はある一定の範囲に限定されることが明かとなった。しかし、その限定された初期条件は、実際にニューラルネットワーク・ハードウエアを構成してゆくために大きな困難になるものではないことも、同時に確認された。2マクロな電子回路による基礎原理の確認:マクロな高周波電子回路によるニューロ情報処理システムを構築し、マイクロ波およびミリ波の領域において、電磁波(光波)デバイスとしての量子ニューラルデバイスの基礎原理の確認を進めている。具体的には、反射波の位相をも検出可能なレーダ装置のプロトタイプを構築し、複素信号として対象空間の2次元的な一次情報を得ている。この信号を、フォン・ノイマン型計算機の上でソフトウエア的に並列に複素ニューラルネットワーク処理することにより、アダプティブな空間計測および認識を実現する実験を進めている。その結果、並列に処理される2次現画像に大きな並列性があるほどニューラルネットワークの高並列性による利点を充分に引き出すことが可能となることなどが認められ、さらに短い波長(高い周波数)のキャリアを利用した実験を行うことを予定している。複素ニューラルネットワークの理論は徐々に体系化されつつあるが、周波数空間における情報地形図の一般的な性質についてはまだ未解明の部分が存在する。平成7年度は、この点について理論的な研究を進めるとともに、それに特有の性質、特に周波数空間上の般化能力に関して、電子回路によるプロトタイプを用いた実証的な研究を進めている。周波数領域における学習に関する理論を主とした研究では、学習の初期条件(ニューロン結合の時間遅延の初期状態)がある一定の範囲内に在ることが、理想的な般化を実現するための重要な条件であることが導かれた。これは、周波数を扱う複素ニューラルネットワークの動作安定性を保証するための、大きな理論的な成果と言える。また、実証的な研究として、電子回路によって周波数信号を直接に処理することが可能なニューラルネットワークのプロトタイプを作製し、実験を進めている。この過程で、並列的な学習の実装に関してやや特殊な工夫を要することが明らかとなり実験の進行が若干遅れているが、複素ニューラルネットワークの周波数領域における般化能力の実証に向けて着実に計画が進んでいる。これらの成果をもとに、次年度も引き続き理論的、実証的研究をすすめることにより、研究題目である「量子ニューラルデバイス」を実現するための基礎的理論が整うものと考えられる。

本年度は、以下に示すような大きな研究成果を挙げることができた。本研究は、量子ニューラルデバイスに関する。まさに基礎的研究であり今後、具体的な量子ニューラルデバイスの実現という最終目標を目指したあらたな研究をさらに推進してゆく予定である。1.デバイス設計の基本原理の確立と定量的な解析:キャリアのエネルギーと学習との関係について、光波をキャリアとするコヒーレント型ニューラルネットワークを想定して、理論的な解析とシミュレーションを行った。周波数空間を並列化のための情報空間として利用する場合の学習について、詳しい解析とシミュレーションを進めた。特に、学習前の初期条件と学習結果の周波数領域での汎化の特性との関係について研究を進めた。その結果、ニューロン結合の透過率と遅延時間を適応的に調整してゆくバックプロパゲーション学習において、キャリア周波数領域と遅延時間領域の両方の空間で、極小誤差を実現するためのパラメータが周期的に存在し、ちょうど双曲線状の細長い谷の並びを形作っていることが理論的に示されシミュレーションによって確認された。その結果、その谷を越えた学習は通常は不可能であることが示された。したがって有意味な汎化を実現するためには、ニューラルネットワークの初期条件はある一定の範囲に限定されることが明かとなった。しかし、その限定された初期条件は、実際にニューラルネットワーク・ハードウエアを構成してゆくために大きな困難になるものではないことも、同時に確認された。2.マクロな電子回路による基礎原理の確認:マクロな高周波電子回路によるニューロ情報処理システムを構築し、マイクロ波およびミリ波の領域において、電磁波(光波)デバイスとしての量子ニューラルデバイスの基礎原理の確認を進めている。具体的には、反射波の位相をも検出可能なレーダ装置のプロトタイプを構築し、複素信号として対象空間の2次元的な一次情報を得ている。この信号を、フォン・ノイマン型計算機の上でソフトウエア的に並列に複素ニューラルネットワーク処理することにより、アダプティブな空間計測および認識を実現する実験を進めている。その結果、並列に処理される2次現画像に大きな並列性があるほどニューラルネットワークの高並列性による利点を充分に引き出すことが可能となることなどが認められ、さらに短い波長(高い周波数)のキャリアを利用した実験を行うことを予定している。
ヘリウム3-ヘリウム4薄膜における2次元フェルミ系の研究

純粋^3He-^4He薄膜系と同様2次元フェルミ系として物理的に非常に興味深く,準粒子間の直接相互作用を調べるのに適した系である.我々はグラフォイル(剥離性グラファイトフィルム)を吸着基盤とした大表面積(約430m^2)の比熱セルを製作し,断熱パルス法で250μKまで,熱緩和法で110μKの超低温度まで面密度0.04Å^<-2>の^3He単原子層試料の比熱を測定することに成功した.これは液体^3He薄膜の物性を1mK以下の温度まで測定した初めての例である.その結果,準粒子有効質量が2.7m_3(m_3は^3He原子質量)であること,縮退領域特有の温度に比例する比熱の振舞いが約4mK以下で緩やかな山をもつような異常を示すことが判明した(今年7月パリで開かれる「量子液体・固体に関する国際シンポジウム」で発表予定).この異常は数年前Greywallによって指摘された異常と温度は近いものの,その形状は異なっている.2次元超流動転移の可能性も含めて現在その面密度依存性の確認を急いでいる.これに続いて^3He^4He薄膜系の比熱測定を行なう予定で,純粋^3Heの結果と比較することにより下地の超流動^4He薄膜の第3音波を媒介とした準粒子間の関接相互作用の大きさを決定できるものと考えている.一方,この関接相互作用の大きさをより直接的に観測する目的で,^3He-^4He薄膜における第3音波測定の予備的な研究を行った.その結果,試作したガラス基盤をもつ第3音波共鳴器を用いて,膜厚110Åの純粋^4He薄膜の音速とダンピングの変化を超流動転移温度以下100mKまで測定できることを確認した.現在,さらなるQ値の向上を目指して共鳴器および検出方法の改良を行っており,上記の比熱測定と相補的に^3He単原子相膜における2次元フェルミ系の研究を伸展させてゆきたいと考えている.^3He-^4He薄膜において、下地の超流動^4He薄膜の第3音波を媒介とした^3He準粒子間の間接相互作用の大きさは、^3Heを^4He薄膜上に添加していったときの第3音波の音速とダンピングの変化を測定することにより見積もることができる。今年度は、薄膜試料を正確に計量しサンプルセルに導入するためのガスハンドリングシステムの製作、ガラス基盤をもつ第3音波共鳴器の試作、膜厚11nmの純粋^4He薄膜を試料とした100mKの温度までのテスト実験をそれぞれ行った。第3音波の検出は、通常よく用いられるボロメータ法がmK温度域では有効でないので、定在波による静電容量の変化を3端子キャパシタンスブリッジを基にしたダブルロックイン検波法で行い、励起電力が2nWのとき0.2nmに相当する膜厚変化を観測できた。検出された定在波のQ値は約800で、現在Q値をさらに向上させるべく共鳴器の境界条件等に改良を加えているところである。また、これと並行してより高感度な第3音波検出方法への応用を考え、トンネルダイオードを用いた極低温LC共鳴器の試作を行い、共鳴周波数を1×10^<-8>以上の長時間安定性で観測できることを確認した。今後は^3He面密度および^4He膜厚の関数として第3音波の音速とダンピング変化を測定してゆく予定である。一方、^3He準粒子間の直接相互作用を含めた有効相互作用の大きさを決定するには、比熱および帯磁率測定を行うのが最も有効である。そこで今年度、グラフォイル(剥離性グラファイトフイルム)を吸着基盤とした大表面積(約600m^2)の比熱セルを製作し、現有する銅の一段核断熱消磁装置に搭載して約100μKの超低温度まで断熱法で比熱測定ができることを確認した。今後は、第3音波実験の結果から適当と判断される代表的な^3He面密度および^4He膜厚の薄膜試料について比熱測定を行い、^3He準粒子の有効質量を決定すると共に、その超流動転移の有無について探索する予定である。純粋^3He-^4He薄膜系と同様2次元フェルミ系として物理的に非常に興味深く,準粒子間の直接相互作用を調べるのに適した系である.我々はグラフォイル(剥離性グラファイトフィルム)を吸着基盤とした大表面積(約430m^2)の比熱セルを製作し,断熱パルス法で250μKまで,熱緩和法で110μKの超低温度まで面密度0.04Å^<-2>の^3He単原子層試料の比熱を測定することに成功した.これは液体^3He薄膜の物性を1mK以下の温度まで測定した初めての例である.その結果,準粒子有効質量が2.7m_3(m_3は^3He原子質量)であること,縮退領域特有の温度に比例する比熱の振舞いが約4mK以下で緩やかな山をもつような異常を示すことが判明した(今年7月パリで開かれる「量子液体・固体に関する国際シンポジウム」で発表予定).この異常は数年前Greywallによって指摘された異常と温度は近いものの,その形状は異なっている.2次元超流動転移の可能性も含めて現在その面密度依存性の確認を急いでいる.これに続いて^3He^4He

薄膜系の比熱測定を行なう予定で,純粋^3Heの結果と比較することにより下地の超流動^4He薄膜の第3音波を媒介とした準粒子間の関接相互作用の大きさを決定できるものと考えている.一方,この関接相互作用の大きさをより直接的に観測する目的で,^3He-^4He薄膜における第3音波測定の予備的な研究を行った.その結果,試作したガラス基盤をもつ第3音波共鳴器を用いて,膜厚110Åの純粋^4He薄膜の音速とダンピングの変化を超流動転移温度以下100mKまで測定できることを確認した.現在,さらなるQ値の向上を目指して共鳴器および検出方法の改良を行っており,上記の比熱測定と相補的に^3He単原子相膜における2次元フェルミ系の研究を伸展させてゆきたいと考えている.
機能性核酸を用いた遺伝子解析システムの開発

近年のポストゲノムの流れで一塩基多型や繰り返し配列などの特殊配列の認識・読み出しなど標的核酸配列が変化してきた。しかしながら、たった一塩基の差を長鎖の核酸から検出することはそれぞれ極めて厳しいハイブリダイゼーション条件の設定が必要であり、高いハイブリダイゼーションエラーを一元的に解決する系までは到達していない。我々は、相補鎖上の核酸塩基に応答して蛍光発光したり消光したりする分子システムを構築できれば、ハイブリダイゼーション効率に依存することなく特定の塩基の種類を蛍光発光によって決定することが可能になるのではないかと考え、期間内に上記分子システムの構築を目指した。1)塩基特異的蛍光発光機能を含む人工核酸による簡便な一塩基多型検出法新たな機能性人工核酸として塩基識別型蛍光性核酸塩基を含むDNAプローブ(BDFプローブ)を初めて合成した。BDFプローブは、紫外光を照射しても蛍光を生じないが、相補的DNAと二重らせんを形成するとその蛍光が顕著に強くなる。一方、ミスマッチ塩基対が存在すると、その蛍光強度はわずかになった。BDFプローブを遺伝子中の一塩基多型検出にも適用し、成功を収めた。2)核酸配列特異的シトシンメチル化判定法の開発PNAが二本鎖DNAに効果的に割り込むという性質を利用し、メチル化の有無を判定したい遺伝子配列を二本鎖からはじき出し制限酵素で処理することによってメチル化の有無を判定することができた。従来のbisulfite処理法や単なる制限酵素処理と比べて、正確かつ配列選択的であり、また比較的微量のサンプルに対しても応答が増幅されるため、これまでにない極めて効果的かつ正確な配列選択的メチル化法である。我々が開発した方法では、メチル化を蛍光発光で検出することができ大変有用であると思われる。この研究で開発された手法は、シトシンメチル化の判定のみならず、選択的な遺伝子機能の改変など他に利用可能であると孝えられる。私は、以上のように、機能性核酸を用いた遺伝子解析システムの開発研究において、人工核酸を利用した種々の配列特異的核酸塩基検出法を見いだすことができた。いずれの成果も高い実用性が期待され、本科学研究費は、大変有効に役立てることができたと考えている。
要介護高齢者の療養場所移動におけるケア継続に関する実証的研究

1.病院を退院する要介護高齢患者と家族が療養場所移動に際して受けたケアに関する調査病院を退院する高齢患者92人の受け持ち看護師および患者・家族を対象にケア継続に関する調査を実施し、療養場所移動時の継続ケアにおいて、(1)患者・家族の情報把握、(2)退院計画、(3)カンファレンスの開催、(4)退院指導、(5)退院先への情報伝達、(6)退院後支援、に課題があることを明らかにした。2.療養場所移動時のケアを継続するためのプログラムの開発と評価基礎調査から明らかになった継続ケアの課題に総合的に対応するプログラムを開発し、29病院から退院する高齢患者79人に活用し、プログラム記載内容の分析と病院の担当看護師および退院後担当看護職調査から、上記課題の解決に有効であることを検証した。3.病院の継続ケアシステムの構築1)プログラム実施病院の看護管理者調査を行い、病院における継続ケアシステム構築の課題を明らかにした。2)プログラムの実践事例と管理者調査から、優れた継続ケアへの取り組みを行っている4病院の看護管理者にインタピュー調査した結果、病院継続看護システムには相談室などの集中型と病棟分散型があり、各タイプのの長所・短所の検討から病院継続看護システムのあり方を検討した。3)継続ケアに関する看護師教育をA病院において実施し、その後主体的な取り組みへと発展した。4.地域における継続ケアシステムの構築を目的として、A市の住民および保健・医療・福祉関係者によるシンポジウムを開催して相互理解を深め、定期的な連携チームの活動へと繋げた。病院を退院する要介護高齢患者に、退院に向けて受け持ち看護婦が実施したケアと、患者・家族の療養場所移動に伴う影響を明らかにするための調査を実施した結果、情報把握、退院指導の時期、方法、内容、退院計画と計画への他職種や患者・家族の参加、連携の方法と連携先、退院後の支援開始時期、家族サポートなどに課題があることが示された。そこで、このような様々な課題に対応するために、前記の基礎調査に基づき、療養場所移動時のケア継続を総合的にすすめる「高齢患者退院指導・継続看護プログラム」を開発し、大阪府・兵庫県の29病院で79名の退院患者に実際に活用した。使用したプログラムを回収して記載内容を分析し、受持ち看護婦と退院後担当看護職への調査を行い、実際の事例適用を通じた次のような結果が得られた。プログラム活用の効果としては、対象把握と退院指導の改善、退院計画への患者・家族の参加の増加、退院後関係者も参加した退院検討、看護サマリーの病院と地域間の相互送付、退院後支援開始の早期化などが明らかになった。しかし退院指導内容が在宅療養に対応していなかったり、退院検討では主治医の指示で突然決定するなどの退院決定プロセスの問題、対象の特性に応じた連携先の選択が不適切な場合、退院後の病状変化などへの対応の不十分さなどの課題も示された。また病院および病棟の継続看護システムおよび看護婦の理解と調整・連携能力の違いも顕著であった。従って、本プログラムの効果的な実践のためには、継続看護システムと担当看護職への教育が重要な要素としてあげられ、タイプの異なる窓口統一型と病棟分散型システムをとっている病院で情報収集を行い、その特徴についても集約した。その内容は今後のプログラム改定に反映する計画である。退院後も継続して看護・介護が必要な高齢者の療養場所移動に際して、基礎調査結果明らかになった多様な課題に総合的に対応する「高齢患者退院指導-継続看護プログラム」を実際の活用結果に基づき改定をすすめた。特に介護保険導入に伴うプロセス変化と介護支援専門員の役割を明確にし、記録負担の軽減のために内容を厳選するとともに、関連する概念を整理して明記した。前年度の活用結果判明らかになった担当看護職への教育と病院の継続看護システムに関する課題については、まず、K市民病院看護部を対象として教育プログラムを検討して試行した。

参加型のプログラムとし、継続看護の現状を分析することから開始し、基本的知識の習得、成人・老人、母子・児童、院内の3グループで関連する機関を実際に訪問したり、担当者間の話し合いによる相互理解をすすめることによる連携の検討へと発展してきている。その結果は看護実践に反映するとともに、病院内システムの構築およびコーディネイト技術の向上など今後の課題を明確にした。ついで、病院の継続看護システムについては、地域の包括的ケアの核として機能している病院および外来に地域医療室と看護相談室を設置している病院の情報収集を行い検討した。社会の変動に対応して、医療・看護に関する専門的情報と機能を地域に照準をあててシステム化することの重要性、および入院・退院・在宅療養や他施設での療養継続を動的にとらえ、適切にケアが投入されるための外来看護の位置付けが明らかになった。【継続看護プログラムの実践と評価】基礎調査に基づき開発、実践、評価後の改訂を行った「高齢患者退院指導・継続看護プログラム」を病院から退院する次の高齢患者に実施した。プログラムの一般化を目的として、従来活用対象としてきた家庭への退院については、訪問看護の導入がなく介護職が退院後のケアの中心を担う場合、介護老人保健施設等への入所を加えた。その結果、本プログラムは退院後に訪問看護が導入された場合と同様に実践可能であり、入院中の適切な退院準備と的確な情報が早期に伝達されることによって、ケア継続に有効であることが確認された。しかし、退院先は各機関の目的、情報を受け取る職種、ケアを担う職種や職員数も異なることから、連携先の特徴を把握した上で、専門用語を避ける、感染等に関連する臨床検査などが行われにくい機関ではそのような情報を意図的に伝達するなどの情報の内容と伝え方に対する配慮、生活が中心となる場で継続可能なケアへの配慮が必要という結果であった。【地域における継続ケアシステムの構築を目指したシンポジウムの開催と継続ケアシステム評価に関する検討】13年5月にA市において、継続ケア推進の第1歩として、保健・医療・福祉関係者によるシンポジウムを開催した。市民も含め200名が参加して、シンポジウム内容および参加者の反応を加えて継続ケアシステムの評価について検討し、病院と地域連携システム、各機関・利用者・ケア担当者間のコミュニケーション手段と内容が見出された。
ドイツにおける「学校開発」の理論と方法に関する研究

今年度は「学枝開発」の方法に関して、次の2つの作業を進めることができた。第一に、「学校プログラム」および学校評価に関する事例研究および政策研究である。ドイツの「学校開発」において「学校プログラム」と学校評価とは密接な関連を有しながら、重要な要素として「学校開発」のプロセスの中心に位置づけられている。学校の自律性拡大とともに、近年では、「学校プログラム」と学校評価に関する新たな政策が各州ごとに導入されつつあり、各学校で実践が進められている。現時点では、まだ試行段階にある州も多く、重要な動向として今後も注目していく必要があると考える。今年度は、まず「学校プログラム」や学校評価の位置づけとともに「学校開発」の州レベルでの政策に関する知見を得ることができた。第二に、「学校開発」における校長のリーダーシップに関する事例研究および政策研究である。ドイツでの「学校開発」は州ごとの独自性が特色の一つとなっており、「学校開発」における校長のリーダーシップに関しても、校長研修などにおいて州ごとの独自性と多様性が見られる。なお、この点に関しては、研究成果に対して指導・助言をいただいたドイツのシュテファン・ゲルハルト・フーバー先生から、米英等での理論研究や政策研究を視野に入れる必要があることを指摘されたことから、今後は幅広く、こうした研究にも目を向けていきたいと考える。この2年間の研究をとおして、ほぼ当初の計画どおりに、ドイツにおける「学校開発」の理論とその具体的な方法に関する知見を得ることができた。近い時期に、論文等により、その成果を公表したいと考えている。今年度は次の2つの作業を進めることができた。第一に、「学校開発」に関する理論研究の分析である。すでに収集済みの文献、および9月末から10月初めにかけての現地調査の際に収集した文献をもとに、「学校開発」に関する理論研究を分析した。たしかに、ゲルハルト・アイケンブッシュ(Gerhard Eikenbusch)のように、「学校開発」という考え方はきわめて古い概念であると指摘する論者もある。しかし、おおよそ1980年代以降の動向と見なすことができる。「学校開発」に関する理論研究は、「学習する組織(Lernende Organisation)」をはじめ、さまざまな概念を用いながら、社会の変化、家庭や子どもの変化を背景として、初等教育から中等教育まで、あるいは職業教育の学校をも視野に入れた、きわめて多面的な研究であり、学校評価や教員研修なども含む総合的な研究であることが明らかとなった。第二に、「学校開発」事例の分析である。9月末から10月初めにかけての現地調査により、いくつかの学校での「学校開発」の事例を調査することができた。現地調査は、校数も限られているため、必ずしも一般化することはできない。しかしながら、ノルトライン・ヴェストファーレン州のギムナジウムなどでは、入念な「学校プログラム(Schulprogramm)」の立案や審議をとおして、学校運営レベルの「学校開発」を進めていることを把握することができた。今年度は主に以上のような作業を進めることができた。しかしながら、2年目の課題として予定していた「学校開発」事例の分析にも着手したため、「学校の質」および校長のリーダーシップに関する理論研究に十分な時間を割くことができなかった。次年度の課題としたい。
日本における工学および工学専門学会等工学関係機関発展の史的分析

本研究では、横須賀黌舎以来の幕末から明治以来の日本の工学および工学関係研究機関の展開を分析したが、その中で大きな問題は、日本の工学研究の特質を以下に解明するかにあった。これについては、各分野における特質分析はもちろんであるが、同時に、時代別に分析してみると、(1)幕末明初期における工学教育及び研究機関の特質から、帝国大学における工学研究の特質の解明、(2)戦後占領期以降における工学および工学研究機関の展開に分けて考えられる。しかし、両者共通の問題として、帝国大学における工学教育が、工部大学校のそれに比し、より理論重視の体制になったにもかかわらず、そして、たとえば職工学校から高等工業学校、そして工業大学に昇格する時代に強く時代の課題となった独立的な工業及び技術研究の課題が、戦後50年を経た時代にもなお強い時代の課題としてのこらなければならなかったか、ということにある。すなわち、実践的に、技術研究の課題は複線的な工業教育の体制のうち、ドイツ的な社会組織の形態をとって確立してきた非帝国大学の工学研究教育機関によってなされたが、それは、工学理論なるものの実態が、実践と対比される理論のそれではなく、社会的に固定化された、いわば「基準」化された理論としての社会的機能であった。以上のことが、工部大学校の成立過程や、以後の展開を分析することによって得られた。また占領軍における対日工業教育諮問団自体の影響は、占領政策に伴う品質管理、そして朝鮮戦争における軍需拡大の展開は別にして、また日本学術会議の成立や大学教育制度の確立等の面をのぞき工業教育政策内容だけをみればとくに大きなものはなかったといえる。明治期における工学教育研究機関の分析として、まず工部大学校関連の分析を行ったが、その特徴づけとしては次のような5が明らかにされる。(1)日本における工学研究機関として、通常は工学察から工部大学校の展開を、その最初の出発としているが、こうしたとらえ方は、不十分であり。(2)横須賀學舎でのヨーロッパ技術教育の日本への導入から、工学察でのイギリス・大陸折裏型の導入への転換として把えることが必要であること(3)工部大学校のモデルの一つとして考えれるチューリヒ工科大学と比較した場合、前者には、文系科目(分野)が欠落している。これは、明治政府の教育政策及びH・ダイアーの構想の両者から、さらに解明されるべきこと(4)創立の基本プログラムをつくったダイアーの思惑通りには、展開しなかったこと(5)明治19年の帝国大学工科大学の設置(工部大学校の合併)は、日本大学教育制度上第2の変質といえること工学関係の専門分野としては、世界史的には、civil engineeringとしていわゆる土木工学から制度化される。この発展の傾向は、日本においても工部省における「お雇い外国人」の大量雇用や、伊藤博文らの近代化路線によって,Scotlandのcivil engineerの来日によって特徴づけられる。しかし、その制度化は日本ではイギリスとは異なった。すなわち、工学会が一時的に組織されるが、その初期の中核的部分としての、土木工学分野の工学専門学会の組織は遅れた。これは日本の一つの特徴である。電気における専門工学教育は、はじめ電信分野から始まった。ここでは、高等レベルでの工学教育は初期には見られず、電気部門としては、帝国大学工科大学となって以後のいわゆる電力部門から始まったと見ることができる。機械工学分野では、さらに複雑な傾向を示す。ここでは、機械技術は、軽工業部門の作業機械以外に、造船や鉄道、そしてそれらの機関部門、さらには電気関連、建設関連などさまざまな部門に関与しているところから、それらの部門の、社会的経済的構造の展開過程と強く結びついて、工学研究の展開構造が見られる。この点でも、当然ながらイギリスでの、鉄道関係者を中心としての、1848年という、比較的早期でのInstitution of Mechanical Engineersの成立という構造とは異なった日本的な展開を見ることができる。

さらに、造船を含めて見ると、幕末でのフランス技術教育方式からイギリス的な方式への転換という、国際的な変化の反映も見て取れる。このことが機械工学教育や研究の内容的な変化にも見て取ることができる。化学工学の展開も同じく特殊である。今年度は、総論的な視点から言えば、制度的な変化の構造を主要に分析した。その一つの時期として、明治初期の工部大学校と東京大学の成立の相互関係を視野にいれての制度確立を再検討し、東京大学が制度的に確立していく過程で現場的な「知識形態」を排除していく過程が重なっていくこと、同時に工学の知識形態が、社会的には高等教育からはずれたところから形成されていくことが明確にできる。こうした社会制度的な「構造」が学問的にも反映されているといえる。例えば、土木においても設計や製図等の面では第2次戦後の頃でも比較的進んでいるのに対し、現場の施工では遅れている。さらに、前者は「輸入」に依拠した活動であり、両者の乖離が結局は、日本における独自の発展を生み出すことにつながらなかったといえる。次に、第2次大戦後GHQ占領期の工学教育改革期についても再検討に入った。この点は、これまで先行研究で十分解明されてきたようで、実は非常に不十分なところであるので、今年度の調査を踏まえ、来年度に総合的な結論をだしたい。また、1960年代以降の急速な工学部関係学科の増加には、幾つかの内容的な区分けができる。その一部には制御工学科のような、新たな技術展開では必ずしもなく、すでに戦前ないし戦後直後から技術現場では進み始めていた技術が、学問的に提起されてきたようなものがあり、他極には、第2工学部のように基本的には学生増が主眼のようなものがある。こうした表面的な変化の裏の工学の内容的な変遷については、学会の変化と照応させて分析させる必要があり、これについても来年度整理する。工学研究および工学教育機関の主たる社会的組織としては、大学院、大学および大学付置研究所、工業高等専門学校、工業高等学校、各種技術系専門学校、そして上記大学付置研究所以外の研究所があるが、これらは社会的変動とともに大きく変化してきた。大学レベルで見ても顕著に窺われる。明治初頭からの工学寮、工部大学校、東京大学理学部を経て確立された帝国大学工科大学以来の大学の位置は、その後、専門学校の大学昇格、そして第2次大戦後の新制大学と変化してきた。そして、1958年以後の理工系学生増員政策によっても大きな変容を遂げてきたが、その変化は、まず量的な拡大の側面がある。明治期には帝国大学関係の工学部卒業者は、アメリカなどと比べて非常に少ないことが特徴であったが、これが1960年代になると急速に拡大された。同時に、これらの変化は、単に量的に拡大されてきたというだけではなく、たとえば秋田大学鉱山学部のように、鉱山専門学校から昇格して、学部になった例のように、旧来は専門学校であったもの、あるいは「工学部」の中の一「学科」であったような領域が「学部」となっていっていることが一つの特徴である。工学部の細分化である。
接着界面における脱灰象牙質の性質に関する研究

脱灰象牙質の形態変化を、接着操作時の各ステップごとにLSMを用いて観察した。脱灰剤としてリン酸を用い、象牙質を湿潤状態、乾燥状態、HEMA水溶液塗布、再び乾燥状態において、それぞれの段階での寸法変化(処理していない象牙質面と比較した際の処理面の収縮量)を測定した。その結果、湿潤状態では脱灰象牙質の寸法変化は僅かであったが、乾燥状態では有意に収縮し、HEMA水溶液の塗布により再び膨潤するも元の寸法にはもどらなかった。これを強く乾燥すると、再び大きく収縮した。他方、100%HEMAの塗布により、乾燥した脱灰象牙質の膨潤は見られなかった。脱灰象牙質に浸透した成分(プライマー及びボンディング材)の種類及び浸透の深さを示す指標としての粘弾性を調べるため、今回の試料に適した測定条件の設定を試みた。カンチレバーの振動条件としては、走査速度0.5-1.0Hz.P gain4-5/I gain 0.001-0.005を基本とし、オペレーティングポイント、オペレーティング周波数、振幅gain等の最適値を模索した。但し今までのところ、健全歯質、脱灰象牙質、樹脂含浸象牙質それぞれの物性の違いが、測定値に常に反映されるには至っていない。本研究では、象牙質へのレジンの接着過程において、脱灰象牙質そのものがどのような物理的挙動を示すかをレーザー顕微鏡にて観察し、またこの脱灰象牙質にプライマーやボンディング材がどの程度浸透するかを、粘弾性を指標として観察すべく原子間力顕微鏡を用いてプローブするための条件を検討した。脱灰象牙質の一連の形態変化を、接着操作、特にエッチング及びプライミングの際の各ステップごとにレーザー顕微鏡を用いて観察し、脱灰剤の種類により象牙質コラーゲンの挙動に違いが現れるかどうかを比較したところ、リン酸水溶液ではエッチングの後の強圧エアブローにより大きな収縮量を示したが、10%クエン酸-3%酸化第二鉄水溶液を用いた場合、小さな収縮に留まった。これらに2-Hydroxyethy1 methacrylate(HEMA)の水溶液を作用させたところ、リン酸により脱灰、乾燥された象牙質の収縮量は明らかに減少したが乾燥前のレベルまでにはもどらなかった。10%クエン酸-3%酸化第二鉄水溶液による脱灰象牙質は、乾燥後のHEMA水溶液塗布に対して顕著な変化を示さなかった。これらより、脱灰剤の種類や乾燥の方法によって脱灰象牙質の挙動が大きく異なることが明らかとなった。粘弾性プローブ用原子間力顕微鏡(VE-AFM)による脱灰象牙質の粘弾性の測定に関しては、象牙質とレジンの複合した試料に適した測定条件の設定、すなわち測定の際に試料表面に加えられる振動の振幅及び頻度の設定を試みた。
精神疾患患者の転帰要因と精神科作業療法の効果

研究目的:精神障害者のリハビリテーションは、退院支援や地域生活支援が政策誘導的に実施されているが、有効な技術が確立されているとは言えず、約32万人とされる入院患者の内の約半数が長期入院に至っている。本研究では再入院率の観点から、作業療法を実施した精神科疾患患者の転帰と作業療法の実施結果及び機能的な障害の関連を調査し、予後に影響する要因を明らかにすることを目的とした。方法:平成15年度6月の開設後から平成27年3月31日までに作業療法を実施した入院患者553名を対象とした後方視的調査を実施し、以下の結果を得た。(1)対象者の内訳は、男性189名(37.1±16.7歳)、女性364名(42.7±20.3歳)であった。対象疾患は、気分障害(40.7%)が最も多く、次いで統合失調症(26.9%)が多かった。累積の再入院率は、1年未満; 16.1%、2年未満; 24.4%、3年未満; 28.0%、5年未満; 30.7%であった。作業療法を実施した患者の再入院率は他の研究結果(3年未満; 38.2%)と比較して低いことが明らかとなった。(2)双極性障害患者の再入院の因子として学習機能を反映する60分間の緞通(マット作成)作業量の変化を調べた。3年以上の再入院が無い適応者は作業2回目の増加量が、3年以内に再入院した者に比べて少ないことが明らかとなった。2回目の作業の増加量は、学習機能を反映した指標であり、予後を検討する上で有用な指標と考えられた。(3)確率的選択課題(PrST)は、統合失調症患者で障害されていることがわかった。PrSTは大脳基底核の学習回路機能を反映していることから、予後に影響する指標として有用である可能性が考えられた。精神障碍者の予後に影響する因子として、作業量の変化に関する指標、PrSTなどの学習機能を評価する検査結果が有用である可能性を示すことができた。今後は、本研究で得られた指標を利用して、精神障害者の予後に関する前向き調査を実施していくための方法論および環境が整備できた意義は大きい。
光・電子相関顕微鏡法による木材細胞壁多糖類の網羅的局在解析

広葉樹材の放射柔細胞は他の構成要素とは異なる機能を有しており、細胞壁の構造や組成が異なる。リグニンおよび多糖類分布の報告はあるが、個々の非セルロース性多糖類や糖タンパク質の分布は明らかではない。そこで、免疫標識法を用いて放射柔細胞壁での非セルロース性多糖類の分布を観察した。イタリアポプラの胸高部より採取した正常材前年輪部を化学固定後、樹脂包埋した。超ミクロトームを用いて木口面および板目面準超薄切片を作製した。38種のモノクローナル抗体による免疫蛍光標識を行い、蛍光顕微鏡で観察した。ペクチンに関しては、アラビナン、アラビノガラクタンおよびラムノガラクツロナンIの標識が細胞壁最内層と壁孔膜に見られた。ラムノガラクツロナンIの標識は年輪前半で標識が強かった。一方、ホモガラクツロナンの標識は年輪前半で標識が弱かった。このことから、年輪内で不均一なペクチン分布が示唆された。ペクチンおよび糖タンパク質の標識強度は柔細胞ごとに違いが見られた。道管との間に壁孔を観察できた柔細胞では、全細胞で標識強度は同程度であった。壁孔が観察できなかった柔細胞の一部では、壁孔が観察できた柔細胞より標識強度が弱かった。壁孔が観察できた細胞は接触細胞であるが、壁孔が観察できなかった細胞は接触細胞か隔離細胞のいずれかである。細胞壁最内層におけるペクチンおよび糖タンパク質は接触細胞に存在するプロテクティブレイヤーと関係がある。ヘミセルロースに関しては、キシラン、マンナンの標識が二次壁で見られた。一方、キシログルカンの標識は複合細胞間層と壁孔膜部に見られた。ヘミセルロースの標識強度は放射柔細胞間で違いがなかった。ヘミセルロース標識の分布は木部繊維と共通しているが、ペクチンおよび糖タンパク質標識の分布は木部繊維と異なっており、ペクチンおよび糖タンパク質は放射柔細胞の機能と何か関係があると考えられる。光・電子相関顕微鏡法を木材試料に適用するため、試料調製法および電界放出走査電子顕微鏡(FESEM)の観察条件の検討を行った。多数の免疫標識切片を網羅的に観察することを目的に、スライドガラスをマクロプレートシステムで使用するためのアダプタを試作した。スライドガラス1枚を装着できる24穴プレートでは問題なく使用できたが、スライドガラス4枚を装着でき自動洗浄機に対応した96穴プレートでは液漏れが発生し、免疫標識に使用することができなかった。FESEM観察条件の検討では、ワーキングディスタンスを2mm以下に減じるとともに、加速電圧を5-7kVとし、プローブ電流量を増加させると反射電子像の像質が向上することが分かった。試料調製については、イオンスパッタによる1-2nm程度の白金コーティングでも観察可能であったが、長時間の観察では次第に切片表面に割れが生じることが分かった。導電性が不十分なため、反射電子像の観察で問題になるほどの帯電は生じないが、試料の熱ダメージを防ぐことができていないと思われる。導電性を向上させるため、導電性物質をコーティングしたITOコートスライドガラスの利用を試みたが、切片が破れた部分ではITO由来の反射電子が非常に強く、樹脂切片の観察には適しないことが分かった。上記と並行して、従来の蛍光顕微鏡法で広葉樹材の放射柔細胞における非セルロース性多糖類および糖タンパク質の免疫局在を網羅的に観察した。その結果、ヘミセルロース標識の分布は木部繊維と共通しているが、ペクチンおよび糖タンパク質標識の分布は木部繊維と異なっていることが明らかとなり、ペクチンおよび糖タンパク質は放射柔細胞の機能と何か関係があると考察した。当初計画では、スライドガラス4枚を96穴マクロプレートシステムで使用するためのアダプタを作製する予定であったが、96穴プレートでは液漏れが発生し、免疫標識に使用することができなかった。そのため、マルチチャンネルピペットや自動洗浄機に対応した、スライドガラス3枚を装着できる穴数を減じたプレートへの改良を試みている。また、マルチチャンネルピペットの間隔の穴を有する撥水性シートを印刷したスライドガラスを特注し、スライドガラス単体でも多数の切片を免疫標識する方法を試みる。樹脂包埋切片のFESEM観察では、切片の破れが問題になることが分かったため、2019年度の試料採取の際は、従来の透過型電子顕微鏡試料調製の際にも増して樹脂の浸透を向上させる。さらなる導電性の向上を目的として、オスミウムプラズマコーターの利用も検討する。放射柔細胞における非セルロース性多糖類および糖タンパク質の免疫標識の結果、蛍光顕微鏡での蛍光標識の局在と電子顕微鏡での金コロイド標識の局在が異なる場合があった。これは蛍光標識二次抗体と金コロイド標識二次抗体のサイズの違いに起因する可能性がある。金標識二次抗体のサイズを極力蛍光標識二次抗体のサイズに近づけるため、ナノゴールド(1.4nmの金粒子)標識二次抗体の利用を検討する。

38種のモノクローナル抗体による免疫蛍光標識を行い、蛍光顕微鏡で観察した。ペクチンに関しては、アラビナン、アラビノガラクタンおよびラムノガラクツロナンIの標識が細胞壁最内層と壁孔膜に見られた。ラムノガラクツロナンIの標識は年輪前半で標識が強かった。一方、ホモガラクツロナンの標識は年輪前半で標識が弱かった。このことから、年輪内で不均一なペクチン分布が示唆された。ペクチンおよび糖タンパク質の標識強度は柔細胞ごとに違いが見られた。道管との間に壁孔を観察できた柔細胞では、全細胞で標識強度は同程度であった。壁孔が観察できなかった柔細胞の一部では、壁孔が観察できた柔細胞より標識強度が弱かった。壁孔が観察できた細胞は接触細胞であるが、壁孔が観察できなかった細胞は接触細胞か隔離細胞のいずれかである。細胞壁最内層におけるペクチンおよび糖タンパク質は接触細胞に存在するプロテクティブレイヤーと関係がある。ヘミセルロースに関しては、キシラン、マンナンの標識が二次壁で見られた。一方、キシログルカンの標識は複合細胞間層と壁孔膜部に見られた。ヘミセルロースの標識強度は放射柔細胞間で違いがなかった。ヘミセルロース標識の分布は木部繊維と共通しているが、ペクチンおよび糖タンパク質標識の分布は木部繊維と異なっており、ペクチンおよび糖タンパク質は放射柔細胞の機能と何か関係があると考えられる。光・電子相関顕微鏡法を木材試料に適用するため、試料調製法および電界放出走査電子顕微鏡(FESEM)の観察条件の検討を行った。多数の免疫標識切片を網羅的に観察することを目的に、スライドガラスをマクロプレートシステムで使用するためのアダプタを試作した。スライドガラス1枚を装着できる24穴プレートでは問題なく使用できたが、スライドガラス4枚を装着でき自動洗浄機に対応した96穴プレートでは液漏れが発生し、免疫標識に使用することができなかった。FESEM観察条件の検討では、ワーキングディスタンスを2mm以下に減じるとともに、加速電圧を5-7kVとし、プローブ電流量を増加させると反射電子像の像質が向上することが分かった。試料調製については、イオンスパッタによる1-2nm程度の白金コーティングでも観察可能であったが、長時間の観察では次第に切片表面に割れが生じることが分かった。導電性が不十分なため、反射電子像の観察で問題になるほどの帯電は生じないが、試料の熱ダメージを防ぐことができていないと思われる。導電性を向上させるため、導電性物質をコーティングしたITOコートスライドガラスの利用を試みたが、切片が破れた部分ではITO由来の反射電子が非常に強く、樹脂切片の観察には適しないことが分かった。上記と並行して、従来の蛍光顕微鏡法で広葉樹材の放射柔細胞における非セルロース性多糖類および糖タンパク質の免疫局在を網羅的に観察した。その結果、ヘミセルロース標識の分布は木部繊維と共通しているが、ペクチンおよび糖タンパク質標識の分布は木部繊維と異なっていることが明らかとなり、ペクチンおよび糖タンパク質は放射柔細胞の機能と何か関係があると考察した。当初計画では、スライドガラス4枚を96穴マクロプレートシステムで使用するためのアダプタを作製する予定であったが、96穴プレートでは液漏れが発生し、免疫標識に使用することができなかった。
空間学習を担う神経ネットワークの解明

空間学習の制御機構の研究は主に哺乳類の海馬を用いて進められてきた。その一方、海馬が他の脳領域とどのような機能的な回路を形成して学習をなし得ているのかは良く分かっていない。私は小型魚類ゼブラフィッシュをモデル生物として、これを研究することとした。ゼブラフィッシュは成魚の脳のサイズが数mmで、脳全体を検討するのに適している。また、順遺伝学的な方法に優れており、トランスポゾンの仕組みを応用して遺伝子トラップコンストラクトをゲノム上にランダムに挿入することで、特異的な神経細胞の可視化、または、その神経活動の阻害が可能である。こうした利点の一方、ゼブラフィッシュがどの程度の空間学習を行うかはあまり分かっておらず、実験系の開発が求められた。そこで、平成28年度は実験系の確立を試みた。22cm x39cmのタンクの左右2か所ずつ(全4か所)に内寸8cm x8cmの部屋を中央部と連絡するように配置し、そのうち一か所にて、ゼブラフィッシュが入室した際に一定量のエサが与えられるように設計した。その結果、ゼブラフィッシュにエサ場所を学習させることに成功した。平成29年度は上記のトランスジェニックフィッシュを用いて、哺乳類の海馬相同とされている魚類の領域(終脳背側外側領域)の神経活動を神経毒素にて阻害し、学習への影響を検討した。その結果、この魚は学習低下を示し、この学習に海馬相同領域の神経が関わることを明らかにした。平成30年度はこの実験系にて魚を泳がせた後、抗pERK抗体にて免疫染色を行い、学習過程における脳神経の活動を検討した。コントロールにはホームタンクの魚を使用した。特に海馬相同領域に注目して検討したが、残念ながら、個体間のばらつきがコントロール群、学習群ともに大きく、結論を得るには至らなかった。現在はpERKが学習過程の神経活動を同定するのに適切なのかも含め、検討を続けている。本研究は空間学習に関わる神経ネットワークを明らかにすることを主題とし、新しい脊椎動物モデルであるゼブラフィッシュを用いて検討を行っている。ゼブラフィッシュは脳のサイズが数mmと、脳全体を観察するのに適している。また、順遺伝学的な方法論に優れ、トランスポゾン(転移因子)の仕組みを応用してゲノム上に遺伝子トラップコンストラクトをランダムに挿入することで、様々な神経細胞を特異的に可視化、またはその神経機能を阻害等の操作を行うことができる。このような利点の一方で、ゼブラフィッシュの空間学習を検討する実験系は不十分であった。そこで、H28年度はゼブラフィッシュ成魚を用いた空間学習実験系の確立を目指した。22cm x 39cm程度の大きさの水槽の左右それぞれに2つずつ、4つの部屋を配し、中央にそれよりも広い空間を設置した。中央空間の1か所に浮きを置くことで配向性を与えた。それぞれの部屋は中央の空間とのみ接続しており、ゼブラフィッシュは中央を泳ぎ、そこからそれぞれの部屋に入ることができる。この実験装置内の場所を学習させるために、4つの部屋から1つを選び、ゼブラフィッシュがその部屋に入るごとに一定量のエサが得られるように調整した。その結果、このトレーニングを2時間続けることで、ゼブラフィシュにエサ場所を学習させることに成功した。このパラメーターとして、1次選択(ゼブラフィッシュが中央の空間から最初に訪れる部屋はどれか?)、単位時間内の訪問頻度の2つを検討し、学習の前後で顕著な差が観察できた。さらなる検討として、この学習に必須な神経を明らかにした。哺乳類では海馬が空間学習において中心的な役割を果たしているが、硬骨魚類では終脳背側外側領域が海馬相同な領域とされている。遺伝学的方法を用いてこの領域の神経機能を神経毒素にて阻害したところ、空間学習の低下が示された。実験系の確立がH28年度の目標であったが、現在もまだ検討途中である。その点では少し遅れているのかもしれない。しかし、実験系自体はしっかりしており、おおむね順調と考えている。その一方、海馬が他の脳領域の神経とどのような機能的な回路を形成して学習をなし得ているのかは良く分かっていない。ゼブラフィッシュは成魚の脳のサイズが数mmであり、脳全体を検討するのに適している。また、順遺伝学的な方法に優れており、トランスポゾンの仕組みを応用して遺伝子トラップコンストラクトをゲノム上にランダムに挿入することで、特異的な神経細胞の可視化、または、その神経活動の阻害といった操作が可能である。こうした利点の一方で、ゼブラフィッシュの空間学習を検討する実験系は不十分であった。そこで、H28年度はその実験系の確立を試み、22cmx39cmのタンクの左右2か所ずつ(全4か所)に内寸8cm x 8cmの部屋を中央部と連絡するように配置し、そのうち一か所にて、ゼブラフィッシュが入室した際に一定量のエサが与えられるように設計した。その結果、ゼブラフィッシュにエサ場所を記憶させることに成功した。H29年度は上記のトランスジェニックゼブラフィッシュを用いて、哺乳類の海馬と相同な魚類の領域(終脳背側外側領域)に存在する特異的な神経活動を阻害し、空間学習への影響を検討した。その結果、この魚の学習低下を明らかにした。また、それと並行して、学習により活性化される神経の同定も行った。

pERKは活性化神経のマーカーとして用いられている。そこで、学習後と未学習のゼブラフィッシュについて、抗pERK抗体にて組織染色を行い、両者の神経活動に差がないか検討した。この検討は現在も継続中である。空間学習実験系のセットアップに予想以上の時間を要したが、現在、この実験系は確立している。この空間学習実験系を用いて、学習後の魚と未学習の魚との間でpERK陽性細胞の分布に違いがないか、特に、哺乳類の海馬と相同な領域と考えられている終脳背側外側領域に注目して検討している。この検討は脳組織を取り出した後、ビブラトームにてセクションを作成して行った。現在の課題は学習後の魚をサンプリングするタイミングで、学習行動が脳の神経を強く活性化しているタイミングを探している。この検討にも少し時間を要している。空間学習の制御機構の研究は主に哺乳類の海馬を用いて進められてきた。その一方、海馬が他の脳領域とどのような機能的な回路を形成して学習をなし得ているのかは良く分かっていない。私は小型魚類ゼブラフィッシュをモデル生物として、これを研究することとした。ゼブラフィッシュは成魚の脳のサイズが数mmで、脳全体を検討するのに適している。また、順遺伝学的な方法に優れており、トランスポゾンの仕組みを応用して遺伝子トラップコンストラクトをゲノム上にランダムに挿入することで、特異的な神経細胞の可視化、または、その神経活動の阻害が可能である。こうした利点の一方、ゼブラフィッシュがどの程度の空間学習を行うかはあまり分かっておらず、実験系の開発が求められた。そこで、平成28年度は実験系の確立を試みた。22cm x39cmのタンクの左右2か所ずつ(全4か所)に内寸8cm x8cmの部屋を中央部と連絡するように配置し、そのうち一か所にて、ゼブラフィッシュが入室した際に一定量のエサが与えられるように設計した。その結果、ゼブラフィッシュにエサ場所を学習させることに成功した。平成29年度は上記のトランスジェニックフィッシュを用いて、哺乳類の海馬相同とされている魚類の領域(終脳背側外側領域)の神経活動を神経毒素にて阻害し、学習への影響を検討した。その結果、この魚は学習低下を示し、この学習に海馬相同領域の神経が関わることを明らかにした。平成30年度はこの実験系にて魚を泳がせた後、抗pERK抗体にて免疫染色を行い、学習過程における脳神経の活動を検討した。コントロールにはホームタンクの魚を使用した。特に海馬相同領域に注目して検討したが、残念ながら、個体間のばらつきがコントロール群、学習群ともに大きく、結論を得るには至らなかった。現在はpERKが学習過程の神経活動を同定するのに適切なのかも含め、検討を続けている。H28年度に引き続き、空間学習実験系の確立を目指す。その後、活性化神経のマーカーであるpERKについて抗体染色を行うことで、どの領域の神経が学習の過程で活性化するのか明らかにする。学習が阻害されたトランスジェニックゼブラフィッシュについても検討し、どの領域の神経が学習に必要なのか議論する。これまで魚のサンプリングは、魚の学習をテストした後に行っていた。