hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
静脈物流における費用及びエネルギー消費の解析

本年度は大型貨物自動車の燃料消費について調査し、長距離輸送にかかるエネルギー消費について主として検討を行った。運送業者に往復の燃料消費の違いについて聞き取りを行ったが、往路、復路別々の燃料消費の情報を得ることは容易ではなかった。わずかに収集できた16台のデータより、エネルギー消費の式を求めたところ、y:燃費係数kcal/km、x:車重量(=自動車自体の重量+積荷等の重量)kgとして、y=36.2x^<0.419>、R^2=0.80なる式が得られた。また燃費基準から整理すると、ジーゼル貨物車のエネルギー消費についても同様に、オートギアの場合y=49.0x^<0.383>、R^2=0.94、手動ギアの場合はy=51.2x^<0.354>、R^2=0.99なる式が得られた。手動ギアのガソリン貨物の場合、y=4.8x^<0.697>、R^2=0.96、ガソリン乗用車の場合、y=1.44x^<0.856>、R^2=0.97であった。確認の意味で、燃費計を装着した6台のバンタイプを含む乗用車を用いて、乗客数を変化させて、燃費実験を行ったところ、低燃費車でy=113x^<0.197>、R^2=0.96、あるいはy=100x^<0.214>、R^2=0.95、バンタイプ車でy=158x^<0.234>、R^2=0.79なる式が得られた。停車時においてもエネルギーを消費することから、見かけ上指数部が1より小さくなる傾向がある。いずれにしても、実際上は指数部を1にとることには問題があるようであった。ケーススタディとして山口県における木質バイオマスを全て宇部市に集める場合の集積費用及びエネルギー消費の試算に当たっては、上記の16台のデータを用いて、エネルギー消費は車重量の0.5乗に比例するとした式、y=16.2x^<0.5> R^2=0.74を用いて解析を行った。その結果、中間処理施設を19ケ所、13ケ所、6ケ所と集約すると、費用的にもエネルギー消費的にもかえって不利になることが分かった。また集積に要するエネルギー消費はバイオマスの持っているエネルギーの0.51%0.67%であった。これまで使用していた分別収集過程に係る燃料消費(1)の式は、距離(km)、重量(kg)の関数として、以下のように表される。燃料消費量=a×行き距離×(車両重量+乗員体重)^c+b×収集距離×(車両重量+乗員体重+ごみ重量/2)^c+a×帰り距離×(車両重量+乗員体重+ごみ重量)^c式1燃料消費指数cは0.52を使用していたが、物理学的には1である方が合理的であると考えられたので、上式においてcを1とした場合と0.52とした場合の比較を行った。

また、行き距離、収集距離、帰り距離を別々に分けることは日常的には面倒なので、c=1とした上で、簡便式として式2を考え、その適用性について検討した。燃料消費量=a×全走行距離×(車両重量+乗員体重十ゴミ重量/2)+d×ゴミ重量使用したデータは小野田市、宇部市のものであり、今回その他プラスチヅク容器包装については新たに調査を行った。平常業務において、給油から給油の間で1台の収集車は複数の種類のごみを集める。1月分の収集車運行台帳の記録を利用し、得られた簡便式の精度の検証を行った。結果として、(1)cは1でも0.52でも適合性はやや前者が勝ったので、以後c=1として検討を進めた。(2)この場合aは平均的にO.042であった。式1にてこれを固定した場合bはごみの種類により0.0550.11であった。(3)また同様に式2を用いると、dは0.49であった。(4)dと1回あたりのごみ収集重量の間には反比例的な関係がみられた。(5)平成13年4月、10月の宇部市の「車輌運行日報」から1ヶ月の燃料消費量について検証を行った結果、有意な相関が得られ、式2は充分に利用できることがわかった。長距離輸送におけるc値の確認は聞き取りを色々試みたものの、次年度に課題を残した。本年度は大型貨物自動車の燃料消費について調査し、長距離輸送にかかるエネルギー消費について主として検討を行った。運送業者に往復の燃料消費の違いについて聞き取りを行ったが、往路、復路別々の燃料消費の情報を得ることは容易ではなかった。わずかに収集できた16台のデータより、エネルギー消費の式を求めたところ、y :燃費係数kcal/km、x :車重量(=自動車自体の重量+積荷等の重量)kgとして、y=362x^<0.419>、R^2=0.80なる式が得られた。また燃費基準から整理すると、ジーゼル貨物車のエネルギー消費についても同様に、オートギアの場合y=49.0x^<0.383>、R^2=0.94、手動ギアの場合はy=51.2x^<0.354>、R^2=0.99なる式が得られた。手動ギアのガソリン貨物の場合、y=4.8x^<0.697>、R^2=0.96、ガソリン乗用車の場合、y=1.44x^<0.856>、R^2=0.97であった。確認の意味で、燃費計を装着した6台のバンタイプを含む乗用車を用いて、乗客数を変化させて、燃費実験を行ったところ、低燃費車でy=113x^<0.197>、R^2=0.96、あるいはy=100x^<0.214>、R^2=0.95、バンタイプ車でy=158x^<0.234>、R^2=0.79なる式が得られた。停車時においてもエネルギーを消費することから、見かけ上指数部が1より小さくなる傾向がある。いずれにしても、実際上は指数部を1にとることには問題があるようであった。ケーススタディとして山口県における木質バイオマスを全て宇部市に集める場合の集積費用及びエネルギー消費の試算に当たっては、上記の16台のデータを用いて、エネルギー消費は車重量の0.5乗に比例するとした式、y=16.2x^<0.5>R^2=0.74を用いて解析を行った。その結果、中間処理施設を19ケ所、13ケ所、6ケ所と集約すると、費用的にもエネルギー消費的にもかえって不利になることが分かった。また集積に要するエネルギー消費はバイオマスの持っているエネルギーの0.51%0.67%であった。
酸化ストレスを介した神経発達機構の解明

酸化ストレスを誘発する活性酸素種ROSは、脳神経細胞の毒性因子として作用する一方で、細胞増殖の促進等の生理的機能を持つことが明らかになってきた。申請者は、セクレチン受容体遺伝子欠損マウスで見られる社会行動異常が、抗酸化ストレス制御因子Nrf2遺伝子との二重欠損により、正常に回復することを見出した。セクレチンがROS産生に関与するとの報告もあることから、「酸化ストレス量の低下がシナプス形成等の神経発達に悪影響を与え、その結果として社会行動異常を生じさせる」という作業仮説を立て、生後の幼若期脳におけるセクレチン依存的なROSの関与と酸化ストレス応答遺伝子動態の検証を進めている。平成30年度は、セクレチン受容体遺伝子の高発現を確認していた生後14日齢に着目し、マウス脳内の酸化ストレス誘導領域の特定を進めてきた。さらに、セクレチン受容体遺伝子欠損マウスを用いて同時期のセクレチンシグナルの欠如によるROSの産生領域・産生量の変化を解析してきた。先行研究から、生後14日齢では以下の3領域(前頭前皮質、海馬、視床下部領域)を酸化ストレス誘発候補の領域として特に注目している。また、セクレチン受容体欠損マウスに対する酸化ストレスの影響の検討を進めていく上で、行動の概日リズムに与える効果を検証するために、明治大学農学部生命科学科動物生理学研究室中村孝博先生と共同研究を実施し、本マウスの行動の概日リズムの解析に取り組んだ。その結果、恒暗条件下での活動周期がわずかながらも有意に短縮していることが明らかになった。次年度は本研究結果を精査し、さらに概日時計中枢である視床下部・視交叉上核とその出力先の神経領域におけるセクレチンと酸化ストレスの影響について解析を行う予定である。使用するセクレチン受容体遺伝子欠損マウスの繁殖は季節の影響を受けやすく、夏と冬は仔マウスの誕生・発育率が低下し、研究計画に遅れが生じていた。そこで計画の遅れを取り戻すために、本年度より、マウス新生仔脳の組織学・生化学解析経験が豊富な愛知県医療療育総合センター発達障害研究所障害モデル研究部吉崎嘉一博士に分担研究者として本研究に加わっていただき、繁殖しやすい時期(秋・春)に集中して個体解析を進めることが出来た。セクレチン受容体欠損マウスならびに、Nrf2との二重欠損マウスに対する酸化ストレスの影響について、引き続き生後の神経発達期の解析を進めると共に、成獣における概日リズムへの影響を解析し、結果をまとめる。酸化ストレスの原因となる活性酸素種ROSは、脳神経細胞に障害を与える毒性因子として作用する一方で、細胞増殖等の生理的機能も持つことが近年明らかになってきた。そこで、「酸化ストレス量の低下がシナプス形成等の神経発達に悪影響を与え、その結果として社会行動異常を生じさせる」という作業仮説を立て、生後の幼若期の脳におけるセクレチン依存的なROSの関与と酸化ストレス応答遺伝子の動態を検証することにした。平成29年度は、セクレチン受容体遺伝子遺伝子の高発現を確認している前頭前皮質領域と海馬領域に着目し、同領域のシナプス形成が活発となる生後21日齢における酸化ストレスの関与の解析を行ってきた。生後の時期依存的な脳内の酸化ストレス誘導領域を特定するため、生後21日齢の野生型マウスより脳組織(海馬、前頭前皮質領域)を回収し、サンプル調整と解析手法の最適化を推進した。また、同日齢における全身の酸化ストレス量との対応を図るために末梢血も同時に回収した。さらに、セクレチンシグナルの欠如によるROSの産生領域・産生量や酸化ストレス応答遺伝子の発現量の変化を解析するために、同日齢のセクレチン受容体遺伝子欠損マウスの生後発達期の脳組織と末梢血を回収し、解析を進めてきた。平成29年度は野生型並びにセクレチン受容体遺伝子欠損マウス新生仔の解析を予定していたが、セクレチン受容体遺伝子欠損の母マウスを用いた繁殖が難航したため、予定していた生後4日・10日齢仔の解析を延期し、生後21日齢仔に集中して解析を行った。同遺伝子欠損マウスは季節の影響を受けやすいため、繁殖しやすい春と秋にマウス個体を用いる解析を集中的に実施し、それ以外の時期に培養実験や分子生物学実験を組み合わせて円滑に研究を進めていく。

また、セクレチン受容体欠損マウスに対する酸化ストレスの影響の検討を進めていく上で、行動の概日リズムに与える効果を検証するために、明治大学農学部生命科学科動物生理学研究室中村孝博先生と共同研究を実施し、本マウスの行動の概日リズムの解析に取り組んだ。その結果、恒暗条件下での活動周期がわずかながらも有意に短縮していることが明らかになった。次年度は本研究結果を精査し、さらに概日時計中枢である視床下部・視交叉上核とその出力先の神経領域におけるセクレチンと酸化ストレスの影響について解析を行う予定である。使用するセクレチン受容体遺伝子欠損マウスの繁殖は季節の影響を受けやすく、夏と冬は仔マウスの誕生・発育率が低下し、研究計画に遅れが生じていた。そこで計画の遅れを取り戻すために、本年度より、マウス新生仔脳の組織学・生化学解析経験が豊富な愛知県医療療育総合センター発達障害研究所障害モデル研究部吉崎嘉一博士に分担研究者として本研究に加わっていただき、繁殖しやすい時期(秋・春)に集中して個体解析を進めることが出来た。現在進めている生後21日齢マウス脳における酸化ストレス動態を明らかにすると共に、生後4・10日齢の新生仔での酸化ストレスの関与を観察する。さらにマウス個体を用いた解析と並行して、神経細胞の培養系を用いた細胞レベルの研究を進める。具体的には、セクレチン受容体遺伝子欠損マウス新生仔海馬神経の細胞培養を行い、細胞内のROS蓄積量を(1) DCFアッセイ、(2)グルタチオン分別定量(GSSG/GSH)により測定する。さらに酸化ストレス産生としてNO産生量を培養液中のアシオ酸(No3-)を指標として解析する。また、細胞上の未熟な樹状突起棘の数と酸化ストレス量との関連性を調べ、Nrf2の発現量の減少により、酸化ストレス量並びに樹状突起棘形成能の低下症状が緩和されるかを検証する。セクレチン受容体欠損マウスならびに、Nrf2との二重欠損マウスに対する酸化ストレスの影響について、引き続き生後の神経発達期の解析を進めると共に、成獣における概日リズムへの影響を解析し、結果をまとめる。平成29年度は野生型並びにセクレチン受容体遺伝子欠損マウス新生仔(生後4・10・21日齢)の解析を予定していたが、セクレチン受容体遺伝子欠損の母マウスを用いた繁殖が難航しため、生後21日齢の解析に集中して予定していた生後4日・10日齢の解析を延期したため、未使用額が生じた。そこで、平成30年度において生後4日・10日齢を含めたマウス個体の実験を実施して試薬・抗体を含む分子神経病理解析を進めると共に、培養実験や分子生物学実験を組み合わせて円滑に研究を実施する。セクレチン受容体遺伝子欠損の母マウスを用いた繁殖が難航したため、生後14日齢の野生型マウス並びにセクレチン受容体遺伝子欠損マウス新生仔の解析に研究を集中し、予定していた生後4、21日齢の解析を延期したため、未使用額が生じた。平成31年度においては分担研究者と共に全ての候補日齢の仔マウスの実験を実施して試薬・抗体を含む分子神経病理解析を進めると共に、培養実験や分子生物学実験を組み合わせて円滑に研究を実施する。
腫瘍内微小環境特性の解析成果を応用した局所腫瘍制御と遠隔転移抑制の同時達成の試み

今年度も、固形腫瘍内休止期(Q)腫瘍細胞の感受性を加味した局所腫瘍制御に及ぼす腫瘍細胞のp53 statusの影響をさらに詳しく解析し、ガンマ線照射後に認められる回復現象がp53変異腫瘍細胞ではほとんど認めない事、γ線照射時の線量率が低下すると、p53野生型の腫瘍細胞、特にその中でもQ腫瘍細胞の感受性が低下するので、これまでの我々の研究によって明らかになっているように、Q腫瘍細胞の感受性を高める低温度温熱処置を併用する低酸素細胞細胞毒のティラパザミンの投与などの処置を組み合わせることによって、腫瘍全体としての制御率を高めることが必要となることが確認された。他方、以前原子炉が5MW運転されていた際の担腫瘍実験動物への中性子ビーム照射後の硼素中性子捕捉反応による抗腫瘍効果と現行の1MW運転時の抗腫瘍効果を比較した。10B化合物投与の有無にかかわらず、原子炉出力低下による感受性の低下は、全腫瘍細胞でもQ腫瘍細胞でも認められ、特にBPA投与時またはQ腫瘍細胞で顕著であった。全腫瘍細胞とQ腫瘍細胞との感受性の差は、BPA投与時や低出力時に顕著であった。各10B化合物のCBE(Compound Biological Effectiveness)値は、BPA投与時、Q細胞、および出力5MW時の方が、BSH投与時、全腫瘍細胞、および1MW時より顕著であった。以上より、線量率低下による抗腫瘍効果の低下の抑制は、5MW運転時が高く、5MW運転は全腫瘍細胞とQ細胞との間の感受性の差を1MWより顕著に低減し、原子炉出力の上昇が10B化合物のCBE値を増大させた。BNCTの施行には1MW時では5MW時の約5倍の時間を要するが、患者は照射中に最適治療体位を保持しなければならない事を考え合わせると、BNCTの原子炉出力としては、5MWが1MWよりも有用であることが明らかである。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、固形腫瘍内Q腫瘍細胞の感受性を加味した局所腫瘍制御に及ぼす腫瘍細胞のp53 statusの影響をさらに詳しく解析し、ガンマ線照射後に認められる回復現象がp53変異腫瘍細胞ではほとんど認めない事、Q腫瘍細胞で顕著に認められた回復現象が、高LET(Linear energy transfer)放射線照射や原子炉熱外中性子線ビーム照射によって、効率よく抑えられる事が明らかとなった。さらに、中性子捕捉療法に必須とされる硼素-10化合物からの10Bの分布効率も腫瘍細胞のp53 statusに影響されることが明らかとなった。今後は、低グルコース環境にあるとも考えられているQ腫瘍細胞の特性も利用し、フェンフォルミンやメトフォルミンのようなビグアナイド系抗糖尿病薬剤の投与を組み合わせ、遺伝子改変腫瘍細胞から成る腫瘍を用いて、各腫瘍細胞分画における感受性と遠隔転移の抑制能との関連性をより詳細に解析し、さらに遺伝子との関連性も解析したい。独自に開発したQ腫瘍細胞の亜分画の酸素化Q腫瘍細胞の感受性を選択的に検出する手法と肺への遠隔転移の検出法は順調に確立され、「ゲノム編集」技術を用いたマウスへの腫瘍形成能を維持させた遺伝子改変腫瘍細胞を確立する手法も確立されつつある。しかし、この研究課題おいては、中性子捕捉療法のさらなる展開も大きな目的の一つとしているが、2011年3月の東日本大震災時の福島第1原発事故対応後に見直された新規制基準への研究用原子炉の対応状況を審査する手続きに長期間を要し、平成27年度には原子炉が運転されなかった。このため、原子炉中性子線ビームを用いた担腫瘍実験動物への照射実験の施行が不可能な状況が続き、本研究課題の遂行状況の遅れの大きな原因の一つとなっている。HIF-1αをknock-outしたマウス扁平上皮癌SCCVII腫瘍細胞を確立させ、培養状態及びマウス下肢に固形腫瘍を作成後にメトフォルミンに対する感受性に関して解析したところ、HIF-1αの欠損が、グルコース枯渇下培養状態下でのメトフォルミンに対する感受性を増強させ、常酸素下と比べると低酸素下培養においてメトフォルミンに対する感受性を顕著に増強させることが明らかとなった。さらに、HIF-1αの欠損が、メトフォルミンを併用した際の固形腫瘍への放射線照射による殺腫瘍細胞効果を顕著に増強することも明らかとなった。以上より、腫瘍細胞のHIF-1αの欠損が、グルコース枯渇下や低酸素下におけるメトフォルミンの抗腫瘍効果の増強に繋がることが明らかとなり、抗腫瘍効果を損ねると考えられている腫瘍内微小環境の影響を克服するための新たなヒントを垣間見ることができた。なお、ガンマ線照射後の放射線誘発損傷からの回復能がかなり大きい事がすでに明らかとなっているピモニダゾールで標識されないおそらく酸素化されていると思われる休止期腫瘍細胞での、このガンマ線照射後の放射線誘発損傷からの回復現象が、照射直後のメトフォルミン投与によって、かなり抑えられることも明らかとなっている。ただし、ガンマ線照射直後の低酸素毒のティラパザミン投与時の様な感受性自体の増強効果や放射線誘発損傷からの回復現象の非常に効率的な抑制効果はなく、ガンマ線照射直後のティラパザミン投与時程の有用性は認められなかった。独自に開発したQ腫瘍細胞の亜分画の酸素化Q腫瘍細胞の感受性を選択的に検出する手法と、肺への遠隔転移の検出法は順調に確立され、「ゲノム編集」技術を用いたマウスへの腫瘍形成能を維持させた遺伝子改変腫瘍細胞を確立する手法も確立された。

しかし、この研究課題おいては、中性子捕捉療法のさらなる展開も大きな目的の一つとしているが、2011年3月の東日本大震災時の福島第1原発事故対応後に見直された新規制基準への研究用原子炉の対応状況を審査する手続きに長期間を要し、平成28年度には原子炉が運転されず、平成29年8月末よりの原子炉運転再開後も運転時のトラブルがときどき生じたため、動物実験可能な運転期間もかなり短縮された。このため、原子炉中性子線ビームを用いた担腫瘍実験動物への照射実験の施行が不可能な状況が長期間続くこととなり、本研究課題の遂行が遅れる大きな原因の一つとなった。今年度も、固形腫瘍内休止期(Q)腫瘍細胞の感受性を加味した局所腫瘍制御に及ぼす腫瘍細胞のp53 statusの影響をさらに詳しく解析し、ガンマ線照射後に認められる回復現象がp53変異腫瘍細胞ではほとんど認めない事、γ線照射時の線量率が低下すると、p53野生型の腫瘍細胞、特にその中でもQ腫瘍細胞の感受性が低下するので、これまでの我々の研究によって明らかになっているように、Q腫瘍細胞の感受性を高める低温度温熱処置を併用する低酸素細胞細胞毒のティラパザミンの投与などの処置を組み合わせることによって、腫瘍全体としての制御率を高めることが必要となることが確認された。他方、以前原子炉が5MW運転されていた際の担腫瘍実験動物への中性子ビーム照射後の硼素中性子捕捉反応による抗腫瘍効果と現行の1MW運転時の抗腫瘍効果を比較した。10B化合物投与の有無にかかわらず、原子炉出力低下による感受性の低下は、全腫瘍細胞でもQ腫瘍細胞でも認められ、特にBPA投与時またはQ腫瘍細胞で顕著であった。全腫瘍細胞とQ腫瘍細胞との感受性の差は、BPA投与時や低出力時に顕著であった。各10B化合物のCBE(Compound Biological Effectiveness)値は、BPA投与時、Q細胞、および出力5MW時の方が、BSH投与時、全腫瘍細胞、および1MW時より顕著であった。以上より、線量率低下による抗腫瘍効果の低下の抑制は、5MW運転時が高く、5MW運転は全腫瘍細胞とQ細胞との間の感受性の差を1MWより顕著に低減し、原子炉出力の上昇が10B化合物のCBE値を増大させた。BNCTの施行には1MW時では5MW時の約5倍の時間を要するが、患者は照射中に最適治療体位を保持しなければならない事を考え合わせると、BNCTの原子炉出力としては、5MWが1MWよりも有用であることが明らかである。上記の「現存までの達成度」に記載したように、平成27年度には原子炉は運転されなかったために、ガンマ線照射などの一般的な放射線照射、抗癌剤投与などの腫瘍細胞のDNAを損傷する処置時における休止期腫瘍細胞の感受性増強と遠隔転移抑制能の向上を主な目的に変更することもあり得ると考えている。平成27年度までに明らかにし得た「血管正常化」を示すサリドマイドの併用投与、殺幹細胞特性が報告されたビグアナイド系抗糖尿病薬のメトフォルミンや低グルコース環境下で殺腫瘍細胞効果増強作用を有する同じくビグアナイド系抗糖尿病薬のフェンフォルミンの併用投与による固形腫瘍内の休止期腫瘍細胞の感受性と遠隔転移抑制能の変化を遺伝子改変腫瘍細胞から成る腫瘍を用いて、詳細に解析したい。
スキンブロッティング法による局所/全身状態の包括的評価法の開発

皮膚表面より非侵襲的に組織内の可溶性タンパク質を抽出するスキンブロッティング法を皮膚の局所状態および全身状態のアセスメント法として確立するために、動物実験および臨床調査を実施した。その結果、スキンブロッティングにおけるアルブミンの抽出量は皮膚バリア機能の状態を表し、アセスメント法として応用するためにはタンパク質抽出効率を補正する内部標準マーカーが必要であること、アルブミンおよびアネキシンA2がその候補マーカーであることが示された。また、局所の状態である皮膚掻痒症、ならびに全身状態である脱水症を、それぞれNGFβやタウリンなどをマーカーとして評価できることが明らかとなった。(1)スキンブロッティングにおけるタンパク質採取と皮膚バリア機能の関連:スキンブロッティング試料で組織間液の主要成分であるアルブミン染色し、その強度と皮膚バリア機能の指標である経表皮水分蒸散量(Transepidermal water loss)の測定値が非常に強く相関することが明らかとなった。これはスキンブロッティングにおけるタンパク質採取量が皮膚バリア機能の状態に影響を受けることを示しており、スキンブロッティングの結果には、特に皮膚バリア機能の低下した高齢者を対象にする際には補正が必要であることを示している。また同時に、皮膚バリア機能の新たな評価法としてスキンブロッティング法が応用可能であることを示唆している。(2)スキンブロッティングによる足白癬の同定:足白癬の判定は習熟した皮膚科医による直接鏡検法がゴールドスタンダードです。今回、白癬菌が分泌するケラチナーゼをスキンブロッティング法で検出することで足白癬を同定できることが明らかとなった。この発明は特許申請に至っている。(3)潜在的皮膚炎症バイオマーカーの確立:既に潜在的皮膚炎症を捉えるバイオマーカーとして炎症性サイトカインを同定しているが、更なるバイオマーカー確立のため、酸化ストレス関連酵素の発現解析を実施した。その結果、酸化ストレス関連酵素の評価により紫外線照射による急性の炎症と肥満などによる慢性炎症を判別できる可能性が示された。(4)筋力トレーニングによる筋損傷:少人数のアスリートを対象としたパイロットテストを実施し、筋損傷を示すCPKやIL6などの検出が可能であることが示された。局所の炎症の評価については計画通り動物実験を終え、化学療法を受ける癌患者を対象とした臨床調査も計画を前倒しして開始することができた。栄養評価に関しては動物実験の必要性を再考して不要であると判断した。その結果、本年度は入院高齢者を対象とした臨床調査を前倒しして開始している。筋損傷の評価では、激しい運動後の発汗によりタンパク質採取が阻害されることが明らかとなり、現在対策を検討中である。以上より、テーマによって進捗の程度が異なるが、総じて順調であると判断できる。(1)スキンブロッティングにおけるタンパク質採取量と皮膚バリア機能の関連:スキンブロッティング法において、採取されるタンパク質量は皮膚バリア機能と相関することを、実験動物に引き続き、健常者を対象とした調査でも明らかとし、論文公表、および特許出願に至った。(2)スキンブロッティング法による掻痒症の評価:高齢者を対象に調査を実施し、肉眼的に異常は認識できないもののかゆみを有する掻痒症の皮膚では、痒みのない皮膚に比べてNGFβおよびアルブミンの検出強度に有意な違いがあることが明らかとなった。現在論文投稿中である。(3)スキンブロッティングによる栄養状態の評価:高齢者を対象に調査を実施し、アルブミン、プレアルブミン等の栄養マーカーについてスキンブロッティング法および血液検査によりデータを採取した。現在解析中である。(4)化学療法を受けるがん患者の頭皮の評価:抗がん剤治療を受けるがん患者の頭皮においてスキンブロッティングを実施、同時に痛みや痒みなどの不快感、発赤、腫脹などの炎症兆候などを調査した。スキンブロッティングの解析結果と、不快感や炎症兆候との関連について解析中である。(5)筋損傷の評価について、激しい運動後、ならびに打ち身や捻挫等の幹部において、筋損傷マーカーの評価を実施すべく、研究計画を策定した。皮膚バリア機能の評価について論文投稿及び特許出願に至り、掻痒症の評価についても論文投稿に至っている。一方、栄養状態の評価や化学療法の影響についてはおおよそ試料採取を終えており、引き続き統計学的解析を行う。最終年度に向けて、総じて順調であると判断できる。(1)スキンブロッティング法による掻痒症の評価:高齢者を対象に調査を実施し、肉眼的に異常を認識できないものの痒みを有する掻痒症の皮膚では、痒みのない皮膚に比べて、NGFβおよびアルブミンの検出強度に有意な違いがあることが明らかとなった。現在、論文投稿中である。(2)スキンブロッティングを改良し、皮膚組織内のタウリンを評価する方法を確立した。動物実験にて、タウリンの検出強度は皮膚組織間質液のタウリン濃度と相関すること、負荷の高い運動による脱水状態ではタウリンの検出強度と血漿浸透圧が正の相関を示すこと、在宅高齢者における慢性的な脱水状態ではタウリンの検出強度と血漿浸透圧が負の相関を示すことが明らかとなった。既に特許を出願し、現在、論文投稿準備中である。(3)スキンブロッティングにおけるマーカータンパク質の検出強度の定量的解析を改善するために、内部標準マーカーの探索を行った。既知のハウスキーピング遺伝子566遺伝子より分泌蛋白質をコードする11遺伝子に絞り、動物実験で発現動態を解析した。動物は若齢ラット、加齢ラット、ドライスキンモデルラット、紫外線照射ラットを用い、それぞれの皮膚組織における発現解析ならびにスキンブロッティングを行った。

その結果、アネキシンA2が表皮基底創から有棘層において、局所および全身の条件に左右されず安定して発現すること、スキンブロッティングによる検出は皮膚バリア機能の状態に影響されることなどが明らかとなり、内部標準マーカーとしての可能性を示した。皮膚表面より非侵襲的に組織内の可溶性タンパク質を抽出するスキンブロッティング法を皮膚の局所状態および全身状態のアセスメント法として確立するために、動物実験および臨床調査を実施した。その結果、スキンブロッティングにおけるアルブミンの抽出量は皮膚バリア機能の状態を表し、アセスメント法として応用するためにはタンパク質抽出効率を補正する内部標準マーカーが必要であること、アルブミンおよびアネキシンA2がその候補マーカーであることが示された。また、局所の状態である皮膚掻痒症、ならびに全身状態である脱水症を、それぞれNGFβやタウリンなどをマーカーとして評価できることが明らかとなった。局所の炎症評価、栄養評価では臨床調査を継続する。また、筋損傷の評価ではスキンブロッティング法の部分的な改善を検討し、臨床調査を計画する。・スキンブロッティングにおけるタンパク質採取量が皮膚バリア機能に影響を受けることが明らかになったことから、内部標準マーカーの必要性が認識された。そこで、H29年度は内部標準マーカーの探索も新たな研究課題として実施する。・栄養状態ならびに抗がん剤治療患者の頭皮の評価においては、スキンブロッティング画像の画像解析ならびに統計学的解析を進める。・筋損傷の評価について、当該施設ならびに調査施設の倫理委員会に諮っている。承認され次第調査を実施する。29年度が最終年度であるため、記入しない。スキンケアサイエンス29年度が最終年度であるため、記入しない。
プロトン濃度勾配維持に関連する膜タンパク質の電子線結晶学を用いた構造機能解析

本研究では電子線結晶学のための構造解析方法を開発し、膜タンパク質である水チャネル(aquaporin-4)及び胃プロトンポンプ(H+,K+-ATPase)の立体構造を生体内に近い脂質二重膜内に存在する状態で観察することで、それぞれの立体構造と機能との相関を解析した。その結果、各々異なる様式でプロトン濃度勾配を維持しつつも、物質輸送を行うための重要な調節箇所を示唆することができた。水チャネルと胃プロトンポンプ(H+,K+-ATPase)を中心に電子線結晶解析を用いて構造を決定し、膜タンパク質におけるプロトン濃度勾配維持機構の解明を目的としている。本解析手法は、膜タンパク質の立体構造を生体内に近い脂質二重膜内に存在する状態で観察することを実現できるため、生理的な条件下での分子レベルでの理解に貢献できる。具体的には、1)プロトンの移動を伴わない水チャネルの高い水の選択性と速い水透過性機構、2)H+, K+-ATPaseのプロトン逆流を防ぐラチェット機構を、極低温電子顕微鏡から得られたデータを用いて立体構造を決定し、分子レベルから理解することを目指す。本年度の成果に関しては、水チャネルアクアポリン-4(AQP4)変異体の二次元結晶を用いた構造解析や水透過アッセイの実験結果から、細胞内側で起こる水透過調節や膜上における格子状アレイ形成に関する知見を得ることができた。H+,K+-ATPaseに関しては、リン酸化アナログの1つであるBeFxと胃酸抑制剤の1つであるSCH28080との共結晶による構造から、薬剤結合位置に相当する部分のデンシティを区別化することに成功した。また、良質な二次元結晶(106AÅ分解能程度)が再現よく得られる状態になれば、現在改良中の電子線結晶解析ソフトウェアを用いることで、データ収集も含めて3ヶ月以内に立体構造を得られることが可能になった。この分解であれば、マップ中のタンパク質二次構造を区別することができ、ホモロジーモデリングと組み合わせることで、アミノ酸残基レベルでの議論が可能であることも示せた。本研究課題では、電子線結晶学を用いて膜タンパク質の立体構造を生体内に近い脂質二重膜内に存在する状態で観察することで、生理的な条件下でのプロトン濃度勾配維持を分子レベルで理解することに取り組んでいる。具体的には、1)プロトンの移動を伴わない水チャネルの高い水の選択性と速い水透過性機構、2)H+,K+-ATPaseのプロトン逆流を防ぐラチェット機構を、極低温電子顕微鏡から得られたデータを用いて立体構造を決定し、機能と構造との相関を調べることで、生理的条件下での分子の振る舞いを理解することを目指す。本年度の成果に関しては、水透過を妨げる水銀等の阻害剤と水チャネルアクアポリン-4(AQP4)に対する水透過アッセイの実験結果から、阻害効果の高い物質を特定することができた。現在、これらを作用させた二次元結晶を作成し構造解析を進めている。また、H+,K+-ATPaseに関しては、リン酸化アナログの1つであるAlFxとRb+の結合型構造の構造解析を進めており、E2状態におけるRb+に相当するデンシティを膜貫通領域内で可視化することに成功しつつある。現在のところ8Å分解能程度であるが、膜貫通ヘリックスも分離して見えており、更にデータを収集することで密度マップの信頼性の向上を期待している。また、これらの構造解析における根幹として位置づけている電子線結晶解析ソフトウェア開発も順調に進んでおり、迅速に解析結果が得られるようになってきた。本研究では電子線結晶学のための構造解析方法を開発し、膜タンパク質である水チャネル(aquaporin-4;AQP4)及び胃プロトンポンプ(H+,K+-ATPase)の立体構造を生体内に近い脂質二重膜内に存在する状態で観察したうえで、それぞれの立体構造と機能の相関を解析し、生理的条件下でのプロトン濃度勾配維持を分子レベルで理解することに取り組んだ。1)プロトンの移動を伴わない水チャネルの水透過機構:阻害剤(水銀など)と水チャネルAQP4との結晶化を進め、極低温電子顕微鏡を用いてデータ収集および解析を行うことで、水を透過しない状態のAQP4の立体構造を6Å分解能で決定することができた。2)H+,K+-ATPaseのプロトン輸送:リン酸化アナログの1つであるAlFxあるいはMgFxと胃酸抑制剤であるSCH-28080との共結晶を8Å分解能で構造解析できたことで、抑制剤によってルーメン側通路を強制的に開口させた状態ではあるものの、E2状態における脱リン酸化反応の遷移に伴うコンフォメーション変化を確認することができた。その他に、電子線結晶学による立体構造解析システム開発も順調に進めることができた。

新しく開発したソフトウェアを使用することで、データ収集を含めて最短3ヶ月程度で8Å分解能の立体構造を得ることも可能であり、この迅速な操作性のおかげで、バクテリア由来V型ATPase、牛ミトコンドリア由来complex I、ミドリムシの細胞膜に多く存在するIP39、バクテリア由来Naチャネル等と多くの膜タンパク質の立体構造をこれまでに比べて短い時間で決定することができるようになった。膜タンパク質の立体構造を生体内に近い脂質二重膜中で明らかにすることで、生理的条件下でのプロトン濃度勾配維持を分子レベルで理解することに取り組んでいる。具体的には、1)プロトンの移動を伴わない水チャネルの高い水の選択性と速い水透過性機構、2)H+,K+-ATPaseのプロトン逆流を防ぐラチェット機構を、構造と機能との相関を詳らかにすることで、生体内における分子の挙動に対して構造生理学的な面から深く理解していくことを目指す。昨年度の水透過アッセイの実験結果を踏まえ阻害剤(水銀等)と水チャネルアクアポリン-4(AQP4)との結晶化を進め、極低温電子顕微鏡観察時試料調整の条件検討が終わり、現在データ収集を行なえる段階にまで到達した。また、H+,K+-ATPaseに関しては、リン酸化アナログの1つであるAlFxとK+の同族原子であるRb+との結合型構造の構造解析が完了し、E2状態においてイオン結合サイトにRb+に相当するデンシティの可視化に成功した。本来、膜貫通領域内のイオン結合サイトである2カ所に見られるはずが、1箇所のみであったことから、そのデンシティの信頼性を確認するためBootstrap法を適用して評価するととともに、生化学実験からも外部pHに依存したK+の輸送stoichiometryの変化を確認することができ、論文として発表することができた。本研究のもう1つの特徴として、極低温電子顕微鏡から得られたデータを用いて電子線結晶学により立体構造を決定する点があり、そのための解析システム開発も順調に進めることができた。迅速に適切な解析を進められるおかげで、本年度に論文発表された他のグループの誤りを早急に見つけ出すことができ、Y.Fujiyoshi, R. Mackinnon,T. Walzと共に電子線結晶学およびチャネルの研究分野へ貢献できた。電子線結晶解析のためのプログラム開発も順調に進んでおり、その結果、本研究課題が採択されてから既に水チャネルアクアポリン-4、H+,K+,-ATPase、ギャップ結合チャネルのコネキシン26の野生型およびN末端欠損型、計4つの立体構造を決定することができた。これらの成果は既に査読論文として発行されており、さらに構造情報データは、座標の場合rcsb、密度マップの場合emdbへそれぞれデータを登録し、多くの研究者に利用してもらえるよう公開している。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度もH+,K+,-ATPaseのE2状態にあるRb+あるいはK+イオン結合型の2つの立体構造を決定し発表することができ、更に水チャネルアクアポリン-4に関しても新しい結晶化条件の探索に成功し、現在水透過が抑制された状態の構造解明に向けたデータ収集の段階にきている。また、膜タンパク質の立体構造解明を加速するために電子線結晶解析のためのプログラム開発も併せて進めることで、構造決定が難しいと言われてい膜タンパク質を本年度までに計6つ立体構造を決定することができた。
社会資本、コミュニティー開発、貧困:アフリカにおける文化的規範の影響に関する研究

本研究の目的は、アフリカにおけるコミュニティー・ベースの貧困削減プログラムと、社会資本、特に、悪い文化規範としての呪術に代表される社会資本の劣化との関係を明らかにすることである。ナイジェリア現地調査において、社会実験ならびに調査票を用いた斬新なデータ収集を行う。本年度は、昨年度までの第1、2回現地予備調査に続いて、フィールド実験方法ならびに調査票の開発・試行に重点を置いた第3回現地予備調査を行った。外部から極めて観察しにくい呪術に関連する事象をいかに分析可能な形で測定するかが、昨年度から継続する最も大きな課題である。実験理論の精査、フィールドにおける深い理解、洞察、それらを統合する試行錯誤的作業を繰り返したが、Bongo Adi外国人研究員の就職に伴う研究員期間の短縮もあり、はっきりした答えは依然得られていない。一方で、地道な準備作業ならびに現地調査を経て、調査地にフィットしたフィールド実験のデザイン・応用に必要な知識・経験を蓄積することができた。特に、呪術の代理変数、信頼ゲームの拡張の可能性、関連する民俗学的要素に関して検討した。また、現地調査体制をさらに充実させることができた。それらを生かして、方法論をある程度確立した後に本調査・本実験を進めることが、来年度以降の課題である。実際、本研究は、来年度から同じくナイジェリアで実施する、本研究とは直接関連しない別の新しい研究プロジェクトへと発展した。本研究の目的は、アフリカにおけるコミュニティーをベースとした貧困削減プログラムと、社会資本、特に、悪い文化規範としての呪術に代表される社会資本の劣化との関係を明らかにすることである。ナイジェリアにおいて現地調査を行い、社会実験ならびに調査票を用いてユニークなデータを収集し、計量分析を行う。本年度は、(1)昨年度実施した現地予備調査データを分析し、(2)社会資本測定法について文献調査ならびに方法論の開発準備作業を行い、(3)追加的な現地予備調査を実施した。(1)で、社会資本、特に(非)信頼関係に関しては、既存の調査票による測定では不十分であることが判明し、当初予定していた家計調査を取り止め、(2)を重点的に行った。途上国におけるフィールド実験では、実験のデザインを現地め文化・社会状況にフィットさせることが非常に重要であり、実験に直接関連するがこれまでの調査では十分に把握できていない内容、問題に関して、(3)を実施した。現地調査体制の整備を含め、フィールド実験の理論・実践両面での準備作業である程度の成果が得られた。しかし、最も大きな課題である、外部から極めて見えにくい呪術に関連する事象をいかに分析可能な形で測定するかに関しては、依然アプローチを模索している状況である。実験理論の精査、フィールドにおける深い理解、洞察、それらを統合する試行錯誤的作業をさらに充実させることが、来年度の課題となる。
床衝撃音遮断能動制御システム

床衝撃音低減を狙いとするバイモルフ圧電素子アクチュエータを用いた能動型遮音パネルシステムに関して,以下のような研究成果を得た.(1)圧電素子アクチュエータの機械的強度を改善するための異種金属接合技術においては,圧電素子材であるセラミックと補強金属材両者の良好な特性を引き出すことが非常に重要であることから、放電焼結法(Spark Plasma Sintering : SPS接合法)を利用して圧電素子とアルミニウムの接合を図った.PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)とアルミニウムの接合のためのインサート材料としてSn-3.5Ag合金粉末を使用し,473Kの温度で,SPSにより300秒から7.2ksの間で保持時間を種々変化させて接合試料を作製した.その結果,最大で25MPaのせん断応力の強度が得られた.接合過程が長時間であるほどせん断強度は増加し,インサート材料の厚さおよび電気抵抗値は減少した.しかし,この技術を圧電素子メーカ(NECトーキン)に技術移転するに至らず,制御システム開発においては,接着型の圧電素子アクチュエータを使用した.(2)重量床衝撃音を低減するために,実用型(0.9m×0.9m)の能動制御型遮音パネルの開発を最終目標として,小型(0.4m×0.4m),中型(0.6m×0.6m)の試作/試験を経て,制御システムの構築を進めた.最終的には,バイモルフ圧電素子アクチュエータを用いた実用型試作機において,重量衝撃音の主成分である低次の振動モードの加速度を約10dB低減できることを確認できた.(3)金属補強のバイモルフ圧電素子アクチュエータは大変位出力に難点を持つことが明らかになったので,これを克服するために,積層型圧電素子アクチュエータの試作を進めた.目標の大変位の実現は確認できたが,試作精度の問題を解決できず,制御アクチュエータとしての安定した動作特性を確認できなかった.(4)この成果として,4編の研究論文,1編の出版物,1件の特許出願,等を得た.床衝撃音低減を狙いとするバイモルフ圧電素子アクチュエータを用いた能動型遮音パネルシステムに関して,以下のような研究成果を得た.(1)圧電素子アクチュエータの機械的強度を改善するための異種金属接合技術においては,圧電素子材であるセラミックと補強金属材両者の良好な特性を引き出すことが非常に重要であることから、放電焼結法(Spark Plasma Sintering : SPS接合法)を利用して圧電素子とアルミニウムの接合を図った.PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)とアルミニウムの接合のためのインサート材料としてSn-3.5Ag合金粉末を使用し,473Kの温度で,SPSにより300秒から7.2ksの間で保持時間を種々変化させて接合試料を作製した.その結果,最大で25MPaのせん断応力の強度が得られた.接合過程が長時間であるほどせん断強度は増加し,インサート材料の厚さおよび電気抵抗値は減少した.しかし,この技術を圧電素子メーカ(NECトーキン)に技術移転するに至らず,制御システム開発においては,接着型の圧電素子アクチュエータを使用した.(2)重量床衝撃音を低減するために,実用型(0.9m×0.9m)の能動制御型遮音パネルの開発を最終目標として,小型(0.4m×0.4m),中型(0.6m×0.6m)の試作/試験を経て,制御システムの構築を進めた.最終的には,バイモルフ圧電素子アクチュエータを用いた実用型試作機において,重量衝撃音の主成分である低次の振動モードの加速度を約10dB低減できることを確認できた.(3)金属補強のバイモルフ圧電素子アクチュエータは大変位出力に難点を持つことが明らかになったので,これを克服するために,積層型圧電素子アクチュエータの試作を進めた.目標の大変位の実現は確認できたが,試作精度の問題を解決できず,制御アクチュエータとしての安定した動作特性を確認できなかった.(4)この成果として,4編の研究論文,1編の出版物,1件の特許出願,等を得た.初年度にあたり,軽量衝撃音を対象として,バイモルフ圧電素子を用いる制御システムの開発に取り組んだ.今年度の目標はバイモルフ圧電素子の機械的強度改良の製造技術,及びそれを用いた制御システムの確立であり,主として以下のような成果を得た.(1)PZTセラミックスとAlおよびNi板とのSPS(放電プラズマ装置)による接合実験を行った.本実験では、熱膨張率の差異を緩和する目的で、両材料の間に種々の割合で配合したPZT/金属混合粉をインサート材料として用いた.Al板の場合、いずれの配合のインサート材においても、接合温度:400°C、保持時間:5分、接合圧力40MPaの条件下では接合が不完全であった.

一方、Ni板では、インサート材の混合比率1:1において、接合温度:800°C、保持時間:10分、接合圧力40MPaの条件下で良好な接合状態が得られた.接合状態の良否は、主として加熱保持の際の拡散の進行度合いと、冷却時の熱膨張差の緩和に留意することにより改善できる見込み.初期の段階では,PZTセラミックスに異種金属接合したバイモルフ圧電素子は入手できず,ポリエチレン板で補強した圧電素子アクチュエータを試作した.第1次モデルとして40cm×40cmの天井板にアクチュエータ/センサ各4個配置のフィードバック制御システムを構成し,振動遮断制御実験を行った.その結果,20-200Hzでは,4個の加速度センサ信号において,5-10dB低減の成果を得た.第2次モデルとして,60cm×60cmの天井板にアクチュエータ/センサ各5個配置のフィードバック制御システムを試作した.天井板として0.6mm厚さの鋼板を用いたが,この鋼板へのアクチユエータの取り付け,0.5mm厚さポリエチレン板の補強効果,などにおいて所期の効果が得られず,10-100Hzでの振動の加速度において,最大7dB程度の低減を得るに止まった.また,衝撃音評価試験装置を製作し,さらにポリエチレン板の補強により圧電素子アクチュエータの機械強度が改善されたことを把握した.これらの成果は,2001年度に2回の学術講演会で発表した.続いて,2002年7月の日本機械学会講演会でも発表の予定.今年度は昨年度に引き続き,バイモルフ圧電素子の機械強度改良の製造技術開発を進めると同時に,制御システムの研究を進めて,以下の成果を得た.(1)これまでにPZT板の分極の有無,金属板の種類,接合方法の種類,に関して検討を行った.その結果,分極されていないPZTに対しては400°C800°Cの温度範囲でのAl,あるいはNi板との拡散接合を試みたが,いずれも十分な接合強度を示さなかった.分極されたPZTに対しては,Al板とPZTの接合について90°C250°Cの温度範囲で,導電性を改良したセラミックス系接着剤,Sn-3.5Ag粉末,AlとPZTを種々の配合でメカニカルミリングした粉末(MA粉末)の3通りについて検討した.その結果,セラミックス系接着剤,Sn-3.5Ag粉末を使用した場合に良好な接合強度と厚さの精度が得られた.この結果に基づき,1mm厚さのAl補強の圧電素子アクチュエータを試作した結果,ほぼ実用に耐えうる機械強度が得られた.現在さらに薄いAl材での補強の試作を進めると同時に,スズ,マグネシュウム材の接合を試みている。(2)60cm×60cmの寸法を持つ遮音パネルについて能動制御システムを追求した.その結果,いくつかの問題点が見つかった.このパネルには0.5mm厚さのステンレス板を用いたが,板の曲げ振動モードと圧電素子アクチュエータの支持系による剛体モードの固有周波数が極めて接近しており,振動特性が不安定で再現性の良いモデルが得られず,期待した程の遮音効果が得られなかった.そこで,パネルの曲げ剛性を高めるための補強材の構成を検討し,大幅な改良の目処を得た.なお,上記遮音パネルの制御実験では不安定な効果ではあるが,遮音効果として100Hz以下の周波数帯域で,最大6dBの減音が得られた.これらの結果について2件の講演発表を行った.また,床衝撃音の遮音システムの一つとして,モジュール化した自律分散制御システムに関する特許を1件申請した.昨年度まではバイモルフ型圧電素子およびこれを用いた能動型遮音パネルシステムの開発を追究したが,今年度は積層型圧電素子アクチュエータの設計・試作と,それを用いた能動型遮音パネルシステムの開発を追究した.その結果得られた成果を以下のように要約する.(1)積層型圧電素子アクチュエータの設計とその試作及びその評価試験立命館大学とNECトーキンは,(有)電子精機の協力を得て,最大100倍の変位拡大機構を持つ積層型圧電素子アクチュエータを設計し,試作した.試作結果はほぼ当初の目標通りであり,バイモルフ型圧電素子アクチュエータよりも大きな変位が得られることを確認できた.(2)積層型圧電素子アクチュエータを用いた能動型遮音パネルシステムの開発
マウス高次視覚領野での領野特異的な情報表現の解明

大脳皮質視覚野においては、動きや形など視覚の特徴に応じて、それぞれが異なる脳領野で処理される。しかし、各領野の細胞集団にどのような情報が表現されているのか、また、各領野で表現される情報がどのように統合されるのかに関しては不明な点が多い。本研究では、マウス視覚野を対象として、細胞集団活動での領野特異的な情報表現及び領野間での情報表現の統合の解明を目的とする。複数の領野の活動を同時記録し、領野内、領野間の相関活動が情報表現に果たす役割を調べる。また、脳活動は脳や動物の状態に依存して変化することが知られているので、集団活動による情報表現の状態依存性を明らかにし、領野間での比較を行う。
実践的な工学技術者に適した数学的モデリングの思考パターン習得法に関する研究

本研究の成果は,通常の授業の中で実践できる「データを近似する関数を推測する」というタイプのモデリングの授業法を提示したことにある。一般的に行われている数学的モデリングにおいては,モデリング初心者が数学的モデルを深化させることは困難であるという指摘等から,その具体的な学習法についての研究は試行錯誤の状態が続いている.今回,提案する授業法は,通常の授業の中で実践できる数学的モデリングの授業法であり,「工学的現象を数学的に扱おうとする意識付けや動機を育む」という視点から考案したものである。本研究の目的は「物理や工学において数学力がないと指摘される問題への対応策の具体的な研究と基礎訓練法の提示」である.また,平成24年の計画では「初心者向けの数学的モデリング問題集」の作成を計画していた.平成24年度に実施した研究成果は研究計画から多少ずれ込んで,「基礎数学」の部分でしか達成できていないが,平成23年からの成果を踏まえ次のステップへと確実に進んだ.平成24年度は,昨年度調査が不十分であった点を補いつつ実施した.その一つが,日本数学教育学会高専・大学部会のメンバーにより,工学系に必要とされる数学に関する調査研究論文の調査である.この論文を手掛かりに初心者向けの数学的モデリングの思考パターンが可能なものを抽出する作業からスタートさせた.平成24年度の研究成果は,「数学モデリングの基礎を授業で実践するための教材」のWebテキスト「基礎数学版」をほぼ完成した点にある.これは,上で述べた日本数学教育学会高専・大学部会のメンバーによる研究論文及び,学生の学習状況の調査から,「データを近似する関数を推測する」教育法を研究し,これを応用し開発したものである.この授業モデルは,体育の授業で行われるミニゲームに対応する.すなわち,従来の教室で展開されている数学教育は,基礎訓練ばかりが重視され,学んだ基礎知識を使って級友と一緒に考え,ゴールに向かって活動するための教材が欠けていた.今回開発したミニゲーム的要素を盛り込んだ数学教育法に関しては,平成24年11月に津山高専で開催した「高専数学教育シンポジウムー数学的モデリング,物理教育とその周辺ー」において,分野が関係する研究者を呼び議論がなされた.また,9月と1月にお茶ノ水大学で開催された数学教育の会でも成果を発表した.平成25年度は,平成24年度までに上げた成果である「データを近似する関数を推測する」というタイプのモデリングの授業法を,2014年8月に山梨大学で開催された日本数学教育学会高専・大学部会において,また,2014年1月に湘南工科大学で開催された国際会議「The International Workshop Mathematical Literacy at the University Level」において発表した。さらに2013年10月には,東京都立産業技術高等専門学校において,研究集会「高専数学教育シンポジウムー数学的モデリング,物理教育とその周辺ー」を開催し,その成果は,タイトル「高専生による数学研究シンポジウムの報告-数学モデリング,物理へのアプローチ-」で日本数学教育学会高専・大学部会論文誌, pp.120-122に掲載された。研究の目的」本研究は,物理や工学で学習する数式モデルを,数学学習教材の立場から分析し,初心者向けの数学的モデリングの思考パターン習得の学習教材開発を目的とする。たとえば,各単元において,そこで扱うグラフに近い物理現象のグラフを提示し,ある予測を行わせる等の訓練を反復して行うといったテキストの開発である。より詳細には,次のことを明らかにし,この新しい教材に反映させる。(1)物理や工学において,初心者向けの数学的モデリングの思考パターンが可能なものを抽出し,数学教材(問題)を提示する。(2)抽出した問題を整理し,問題の難易度を分類する。(3)初心者向けの数学的モデリング問題集を作成し,その使用方法も提示する。(4)初心者向けの数学的モデリング問題集を使った授業を展開し,使用前と使用後の物理や工学の数学力を再調査し,その分析結果を提示する。「平成23年度の実施計画」物理や工学において,初心者向けの数学的モデリングの思考パターンが可能なものを抽出する作業を行い,具体的に数学教材化(問題集作成等)していく。同時進行として,本学の物理・数学教育改革ワーキンググループを中心に,数学,物理,工学の連携に関する研究会を作り,研究会に参加する有志を学外にも呼びかけ,工学数学における数学的モデリングに関する研究集会を開催する。本研究の目的は「物理や工学において数学力がないと指摘される問題への対応策の具体的な研究と基礎訓練法の提示」である.研究実績の概要でも述べたが,平成24年度までに「数学モデリングの基礎を授業で実践するための教材」のWebテキスト「基礎数学版」をほぼ完成した.これは物理や工学の現象をイメージした誤差付きの数値的データとそのグラフ化ら,数学で学ぶ関数を適切に選択し,さらにそのデータを近似する具体的関数を自分なりの解釈で求めていくというものである.