hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Dual Energy CTによる抗癌剤体内分布の無侵襲定量法の開発V1

抗癌剤投与後抗癌剤の分布は投与方法,個人差および体内の環境により大きく変化するため適切な治療効果と副作用の低減の為,投与量や投与方法を最適化する必要がある.しかしながら薬剤投与後に非侵襲的に標的臓器や非標的臓器の抗癌剤濃度をモニタリングする方法は存在しない.本研究はdual Energy CTでの体内での非侵襲的な抗癌剤分布測定を実用化するため、CTのprojection rawdataによる電子密度解析およびspectral HU解析を用いた薬剤の検出方法を確立することにある.本研究の実績としては以下の2つである.1.Dual energy CTを用いた水溶液抗癌剤の弁別能を判定した.2.Dual energy CTを用いた個別の抗癌剤の濃度の組織内定量方法を検討した.1.各種抗癌剤(ジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン)および,食塩水,ショ糖水溶液,アルブミンを用い適切な濃度に設定した水溶液を作製した.その上で,dual energy CTによる実効原子番号解析,電子密度解析,CT-KeVグラフ解析を行いそれぞれの特性カーブの違いを探索し,抗癌剤弁別能の可能性を探索した.2.水溶液中の血漿中に様々な濃度で溶解したジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン水溶液,生理食塩水の電子密度,原子番号解析,CT-KeVグラフ解析を施行し,濃度に応じた特性曲線の有無を検討した.CT-KeVグラフ解析において生理食塩水,シスプラチン水溶液,5FUにおいて濃度に応じたスペクトラルカーブに変化が見られ,組織内の濃度定量可能性が示唆された.2017年度ではこれまでの検討で最も分別能が容易で濃度に応じた電子密度解析,CT-KeVグラフの特性曲線に変化が見られたシスプラチンを用いた組織内定量を可能にするため,多様な濃度のシスプラチンに基づく濃度勾配曲線を作製した.抗癌剤投与後抗癌剤の分布は投与方法,個人差および体内の環境により大きく変化するため適切な治療効果と副作用の低減のため,投与量や投与方法を最適化する必要がある.しかしながら薬剤投与後に非侵襲的に標的臓器や非標的臓器の抗癌剤濃度をモニタリングする方法は存在しない.1.各種抗癌剤(ジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン)および,食塩水,ショ糖水溶液,アルブミンを用い適切な濃度に設定した水溶液を作製した.その上で,dual energy CTによる実効原子番号解析,電子密度解析,CT-KeVグラフ解析を行いそれぞれの特性カーブの違いを探索し,抗癌剤弁別能の可能性を探索した.2.水溶液中の血漿中に様々な濃度で溶解したジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン水溶液,生理食塩水の電子密度,原子番号解析,CT-KeVグラフ解析を施行し,濃度に応じた特性曲線の有無を検討した.CT-KeVグラフ解析において生理食塩水,シスプラチン水溶液,5FUにおいてでの濃度の応じたスペクトラルカーブに変化が見られ,組織内の濃度定量可能性が示唆された.そのなかで特にCDDPにおいて顕著に変化が見られた.本研究により様々な濃度のジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン,食塩水を用い実効原子番号解析,電子密度解析,CT-KeVグラフ解析を行い,シスプラチン,マイトマイシンCにてCT-KeVグラフにて異なるカーブ特性を示し,生理食塩水に対する弁別能が確認された.また5FUおよびシスプラチンにて電子密度解析,基準物質解析にて生理食塩水に対する弁別能が確認された.また様々な濃度でのシスプラチンを用いたCT-KeVグラフを作成すると,濃度に応じて特性曲線が変化することが確認され,組織内の定量可能性が示唆された.抗癌剤投与後抗癌剤の分布は投与方法,個人差および体内の環境により大きく変化するため適切な治療効果と副作用の低減の為,投与量や投与方法を最適化する必要がある.しかしながら薬剤投与後に非侵襲的に標的臓器や非標的臓器の抗癌剤濃度をモニタリングする方法は存在しない.本研究はdual Energy CTでの体内での非侵襲的な抗癌剤分布測定を実用化するため、CTのprojection rawdataによる電子密度解析およびspectral HU解析を用いた薬剤の検出方法を確立することにある.本研究の実績としては以下の2つである.1.Dual energy CTを用いた水溶液抗癌剤の弁別能を判定した.2.Dual energy CTを用いた個別の抗癌剤の濃度の組織内定量方法を検討した.1.各種抗癌剤(ジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン)および,食塩水,ショ糖水溶液,アルブミンを用い適切な濃度に設定した水溶液を作製した.その上で,dual energy CTによる実効原子番号解析,電子密度解析,CT-KeVグラフ解析を行いそれぞれの特性カーブの違いを探索し,抗癌剤弁別能の可能性を探索した.2.水溶液中の血漿中に様々な濃度で溶解したジェムザール,マイトマイシンC,5FU,シスプラチン水溶液,生理食塩水の電子密度,原子番号解析,CT-KeVグラフ解析を施行し,濃度に応じた特性曲線の有無を検討した.CT-KeVグラフ解析において生理食塩水,シスプラチン水溶液,5FUにおいて濃度に応じたスペクトラルカーブに変化が見られ,組織内の濃度定量可能性が示唆された.2017年度ではこれまでの検討で最も分別能が容易で濃度に応じた電子密度解析,CT-

KeVグラフの特性曲線に変化が見られたシスプラチンを用いた組織内定量を可能にするため,多様な濃度のシスプラチンに基づく濃度勾配曲線を作製した.これまでの検討で最も分別能が容易で濃度に応じた電子密度解析,CT-KeVグラフの特性曲線に変化が見られたシスプラチンを用いた組織内定量を可能にするため,多様な濃度のシスプラチンに基づく濃度勾配曲線を作製し組織内定量を行う.一方リピオドール・ファルモルビシン懸濁液における抗癌剤の組織内濃度の定量方法も同様な電子密度解析,CT-KeVグラフ解析にて検討を進める.当初予定していなかった研究に関する情報収集が必要となり、海外の学会(RSNA2017:アメリカ・ECR2017:オーストリア)へ参加したことによる研究費の見直しを行ったため。28年度に製作予定だったDual Energy用ファントム水補正用特注の製作
ヒト気道アレルギー性炎症の病態解析:気管支血管内皮および気道上皮における接着分子の経時的発現動態とその制御機構の研究

気管支喘息は好酸球浸潤を中心にした気道の炎症であるが、好酸球の浸潤には肥満細胞の興奮およびリンパ球の浸潤も必要と考えられる。このような炎症細胞が気管支喘息の病態でいかなる機構にて浸潤するかについて検討するために、ヒト気道のアレルギー反応において血管内皮にどのような接着分子が発現するかについて研究した。肺癌の手術で得られた肉眼的に正常と考えられる気管支組織を利用し、ダニに対する特異的IgE抗体が高値である気管支喘息患者の血清にてその気管支組織を受動感作した。その組織に抗原を加えて培養し、気管支血管内皮および気管支上皮における接着分子(ICAM-1、VCAM-1、E-selectin)の発現を免疫組織化学法にて染色し、定量した。これらの反応は、IgEを不活化させると誘導されないことから、IgEが結合している肥満細胞が抗原刺激により興奮しサイトカインが遊離され血管内皮に作用し、そこで接着分子が発現し、その後に炎症細胞の浸潤が誘導されると推測された。この結果からサイトカインや接着分子のコントロールにより気管支喘息の治療の可能性が示唆された。受動感作が成立した組織に抗原を加えて培養し、30分、60分、120分、240分、480分後に反応を止め、気管支血管内皮および気管支上皮における接着分子(ICAM-1、VCAM-1、E-selectin)の発現を免疫組織化学法にて染色し、定量した。その結果、アレルギー反応により血管内皮にICAM-1、VCAM-1およびE-selectinが発現し、ICAM-1は気道上皮にも発現することを確認した。また、IL-1、IL-4、TNF-αによる刺激によってもICAM-1、VCAM-1およびE-selectinが発現してくることを確認した。現在、これらのサイトカイン抗体にて、接着分子の発現の抑制を検討している。次に、アレルギー反応により肥満細胞から遊離された化学伝達物質およびサイトカインが接着分子を発現させていることが予測されるので、それらの化学伝達物質およびサイトカインをブロックすることにより、気管支組織の血管内皮の接着分子の発現の抑制を試みている。この手法で接着分子を発現させるための最も重要な化学伝達物質およびサイトカインを確認している。また、肥満細胞から遊離されるサイトカインを確認するために、アレルギー反応を誘発した後気管支組織から遊離されるサイトカインの定量およびin situ hybridizationの手法を用いて気道に存在する肥満細胞におけるサイトカインのmRNAの発現を確認している。また、IL-1β、TNF-αによる刺激にてICAM-1、VCAM-1、E-selectinが発現し、IL-4はVCAM-1のみを発現させた。次に、抗原刺激後120分の培養上清中のIL-1β、IL-4、TNF-αを測定した。その結果、IL-1βは15検体中4検体にて上昇し、TNF-αは15検体中13検体にて上昇し、TNF-αの上昇は統計的に有意であった。また、lL-1、TNF-αに対する抗体を前処置した後に抗原を処置するとICAM-1、VCAM-1およびE-selectinの発現は抑制されることが確認された。

これらの反応は、IgEを不活化させると誘導されないことから、IgEが結合している肥満細胞が抗原刺激により興奮しサイトカインが遊離され血管内皮に作用し、そこで接着分子が発現し、その後に炎症細胞の浸潤が誘導されると推測された。この結果からサイトカインや接着分子のコントロールにより気管支喘息の治療の可能性が示唆された。
レチノイン酸シグナルに注目した内分泌かく乱現象の解析

ヒトiPS細胞においても分化時に化学物質が存在するとレチノイン酸(RA)シグナルが影響を受け、RA応答遺伝子の発現が変化することを確認した。この現象を詳細に調べるため、化学物質およびレチノイン酸の濃度を変化させてRA応答遺伝子の発現変化をリアルタイムPCRにより調べた。その結果、化学物質の影響はレチノイン酸濃度によって変化し、特に低濃度の時の影響が顕著であることがわかった。また、このメカニズムを明らかにするため、レチノイン酸受容体(RAR)サブタイプ特異的なアンタゴニストおよびアゴニストの存在下でRA応答遺伝子の発現変化を調べ、サブタイプ特異性を解析した。さらに化学物質の存在下、非存在下においてトランスクリプトーム解析を行い化学物質が遺伝子発現に与える影響を網羅的に解析した。特に化学物質がiPS細胞分化に与える影響を機能面から明らかにするため、遺伝子発現特性をGene ontology(GO)により特徴付けるGene Set Enrichment解析を行った。ヒートマップ解析の結果、機能的類似性を有するGOが集まる特徴的なクラスター形成が認められ、化学物質が特定の細胞機能に影響する可能性が示唆された。RAシグナルは細胞分化、器官・形態形成などに関与することが知られている。そこで化学物質がRA応答遺伝子の発現領域に与える影響を調べるため、ゼブラフィッシュ胚を用いたホールマウントin situ hybridization法による遺伝子発現解析の検討を行った。まずは、実験条件設定のため、ゼブラフィッシュ胚発生時に種々の濃度のRAを添加して、添加濃度、添加時期、検出時期の影響を調べた。その結果、発現への影響がRA添加時期に影響される可能性が示唆された。ヒトiPS細胞においてもin vitroでの分化実験系が確立でき、リアルタイムPCRによる発現変動解析、マイクロアレイによるトランスクリプトーム解析が順調に進行している。また、ゼブラフィッシュ胚を用いたホールマウントin situ hybridizationの実験システムも順調に機能していることから、計画した方向性で実験が遂行可能と考えられる。ヒトiPS細胞で得られた化学物質の影響が個体レベルでも認められるかを、ゼブラフィッシュ胚を用いたin situ hybridization法により確認する。この時、発現量のみならず特に発現領域の変化に着目する。課題は実験条件の設定であり、化学物質の添加量、添加時期、検出時期、検出に使用する遺伝子(プローブ)の選定など多くの項目があるため、これらを組み合わせた多くの実験条件を試す必要がある。その上で、ヒトiPS細胞とゼブラフィッシュ胚を用いた実験結果を統合して、RAシグナルへの影響という視点から化学物質影響、内分泌かく乱作用を明らかにすることを試みる。化学物質のレチノイン酸(RA)シグナルへの影響に関して、ヒトiPS細胞においてもマウスES細胞と同様の結果が得られるかを検討した。その結果、ヒトiPS細胞の分化時においても化学物質がRA応答遺伝子の発現を変化させることをリアルタイムPCRにより確認した。これまでマウスES細胞において生殖細胞特異的遺伝子が化学物質の影響を受けることをリアルタイムPCRにより見出していたが、その影響を俯瞰するためマイクロアレイによるトランスクリプトーム解析を行った。具体的には、化学物質添加時において特異的に発現変動する遺伝子群と、公開データベースに存在するin vivo生殖細胞分化時の発現変動とを比較し、クラスタリングを行った。このとき各条件の遺伝子発現特性をGene ontology (GO)により特徴付けるGene Set Enrichment解析を用いた。その結果、生殖細胞分化、減数分裂に関連するGOがクラスターを形成したことから、化学物質はこれらに関連する機能に影響していることが示唆された。また精原細胞の凍結保存を開発し、独自の琵琶湖固有魚ホンモロコのin vitro精子分化系、および精子分化過程のフローサイトメトリー解析を用いて化学物質が精子形成に与える影響を解析した。その結果、ノニルフェノールの存在下で精子形成が影響を受け、特に精子数が減少することが明らかとなった。ビスフェノールAやノニルフェノールは、琵琶湖に流入する河川で検出されており、生体濃縮を考慮すると検出される濃度範囲で固有種の精子形成に影響している可能性が示唆された。ヒトiPS細胞を用いた分化実験においても化学物質の影響を確認した。マウスES細胞でのトランスクリプトーム解析が順調に進んでおり、また独自に開発したin vitro精子分化系を用いて実際に化学物質が琵琶湖固有種の精子形成に影響することを明らかにした。

まずは、実験条件設定のため、ゼブラフィッシュ胚発生時に種々の濃度のRAを添加して、添加濃度、添加時期、検出時期の影響を調べた。その結果、発現への影響がRA添加時期に影響される可能性が示唆された。ヒトiPS細胞においてもin vitroでの分化実験系が確立でき、リアルタイムPCRによる発現変動解析、マイクロアレイによるトランスクリプトーム解析が順調に進行している。また、ゼブラフィッシュ胚を用いたホールマウントin situ hybridizationの実験システムも順調に機能していることから、計画した方向性で実験が遂行可能と考えられる。マウスES細胞でのトランスクリプトーム解析を進めるとともにヒトiPS細胞分化時のレチノイン酸シグナルに与える影響、そのシグナル伝達経路を明らかにする。さらにゼブラフィッシュ胚を用い、個体レベルにおいて化学物質がレチノイン酸シグナル、器官形成、個体発生に与える影響を明らかにする。ヒトiPS細胞で得られた化学物質の影響が個体レベルでも認められるかを、ゼブラフィッシュ胚を用いたin situ hybridization法により確認する。この時、発現量のみならず特に発現領域の変化に着目する。課題は実験条件の設定であり、化学物質の添加量、添加時期、検出時期、検出に使用する遺伝子(プローブ)の選定など多くの項目があるため、これらを組み合わせた多くの実験条件を試す必要がある。その上で、ヒトiPS細胞とゼブラフィッシュ胚を用いた実験結果を統合して、RAシグナルへの影響という視点から化学物質影響、内分泌かく乱作用を明らかにすることを試みる。マウスES細胞でのマイクロアレイ実験、ヒトiPS細胞での実験系の構築、および琵琶湖固有種の精子分化解析が比較的順調に進んだため。今後、iPS細胞のゲノム編集、ゼブラフィッシュ胚でのin situハイブリダイゼーションに使用する予定である。mRNAおよびタンパク質発現の違いを詳細に示すため、高解像度写真撮影に顕微鏡のリースを予定している。
第22回統計物理学国際会議に向けての研究動向調査

第22回統計物理学国際会議(2004年)の日本開催に向けて、統計物理学全般にわたる研究動向の調査を行った。まず、2000年9月1日から2日にかけて、KKRホテル東京において「統計物理学の展望」と題する研究会を開催した。本科研費の分担者を中心に、各研究分野の代表的な研究者15名が研究動向について報告し、100名近い参加者を交えて活発な議論がなされた。量子スピン系、光誘起相転移、モンテカルロ法のアルゴリズム、量子カオスと量子輸送、粉流体、輸送現象、ガラス転移、タンパク質折り畳み、ゆらぎのエネルギー論と熱力学、反応拡散系、スピングラス、ニューラルネットワーク、情報理論、高分子、経済、パーコレーションや交通流などを含む非平衡現象、厳密解の数理など、統計物理学の適用によって解明する事のできる現象がきわめて広範囲に及んでいることが明らかになった。また、統計物理学国際会議の意義や開催方法についても議論し、日本で開催することが統計物理学の振興に大きな力となることが共通の認識となった。そのために、このような分野をまたいだ研究会を引き続き開催して行き、研究者の交流を深めていくことの重要性も確認された。研究代表者および究分担者を中心に、日常的な研究連絡体制も取られ、海外の動向の調査を含めて情報の交換が活発に行われた。2001年の第21回統計物理学国際会議において、本科研費の研究分担者である川崎恭治教授が、統計物理学で顕著な業績を上げた研究者に贈られるボルツマン賞を受賞されることが決まったことからも分かるとおり、日本での統計物理学の研究は世界的に見ても質・量ともに大きな重みを占めており、第22回の会議の日本開催に向けて、より真剣な取り組みが必要とされていることが明らかになった。
パネル保存型壁画における劣化の検証と保存管理環境の確立

本研究では、パネル保存型壁画にみられる損傷原因を追及するとともに、適した保存修復方法の検討ならびに保存管理環境の確立を目的に研究を進めた。その結果、フレスコ画は壁から剥がされることで著しく耐久性を損ない、新支持体置き換え時に用いられる接着剤の経年劣化による弊害を受けることが明らかとなった。また、保存修復方法に関しては、クリーニング時における溶剤の効果を十分に得るためには、事前に壁画層を飽和状態にすることで溶剤の内部への浸透を防ぎ、表層面でのみ反応させることが重要であることが分かった。保存管理環境としては、耐久性の低下に配慮して、定期的なコンディションチェックが重要であることが指摘できる。本研究は、壁画保存修復の分野において、近年問題視される壁画分離法「スタッコ法」および「ストラッポ法」が原因で発生したと考えられる傷みの発生原因追究と、その改善策樹立を目的に研究を進めるものである。研究対象とする作品は、イタリアのフィレンツェに建つ旧サンタポッローニア修道院に所蔵される《荘厳のキリストを支える二人の天使》(Cristo in pieta sorretto da due angeli)であり、画家アンドレア・デル・カスターニョ(Andrea del Castagno)によって1448年頃に制作されたものである。この作品は、20世紀半ばに実施された修復においてストラッポ法を用いて壁から分離された後、金網支持体の上に石膏を用いて置き換えられている。本年度は、壁画の性質や損傷状態を調査するうえで、サンプリング等の行為が認められていないため、拡大鏡での目視調査や、通常光、側光線、紫外線、赤外線写真撮影を用いた非破壊での光学的手法を選択し、グラフィック・ドキュメンテーションの制作を実施した。一連の調査の結果、過去の修復時における支持体への設置作業において、使用された接着剤の高粘性が原因と考えられるたわみが確認できた。また、写真撮影調査の結果、作品全体の約35%を占める箇所への加筆が確認され、その大部分からアラビアガムと思われる反応がみられたことから、補彩には水彩絵具が使用されたのではないかとの判断ができた。今後は、本年度の調査結果を踏まえ、石膏で貼付されたパネル保存型壁画に適した保存修復方法の検証および実施と、将来を見据えた保存管理環境の確立に向け研究を継続してゆく予定である。イタリア・フィレンツェに現存する壁画作品の多くは、1966年に発生したアルノ川大洪水により塩害をはじめとする深刻な被害を受けた。これらの解決策として広く採用されたのが「ストラッポ法」および「スタッコ法」と呼ばれる保存修復方法であり、その結果、壁画は形を変えパネル支持体上に置き換えられることとなった。その結果、主たる損傷原因については、壁画が壁から剥がされることで著しく耐久性を損なうことや、パネル上に置き換えられる際に用いられる接着剤の経年劣化による弊害を受けることなどが明らかとなった。保存修復方法については、溶剤等を用いたクリーニング作業時において、新支持体設置時に用いられた接着剤への影響が懸念されてきた。しかし、今回の研究によって、蒸留水などを用いて壁画層を飽和状態にすることで、溶剤の内部への浸透を防ぎ、作品表層面でのみ反応させることが可能であることが分かった。保存管理環境としては、先にも述べたように、新支持体接着時に使用された材料の経年劣化速度が温湿度の影響を受けることで早まることから通気性を確保し、定期的な専門家によるコンディションチェックが重要であることが分かった。今後は、パネル保存型壁画における保存修復から維持管理に至るまでの一連の流れをマニュアル化し、今後増え続けることが予測される修復処置をより安全かつ円滑に進められるよう研究を継続してゆきたい。本研究は、当初イタリアのフィレンツェに建つ旧サンタポッローニア修道院にアンドレア・デル・カスターニョによって描かれた『最後の晩餐』および『キリスト降架』『キリスト磔刑』『キリスト復活』を含む一連の作品を対象に実施する計画であった。しかしながら、採択時における研究経費上の問題から同作家により同時期に描かれた作品に対象を置き換え研究を行う事となった。現在の研究対象作品が当初予定していた作品の約1年後に制作された事や、過去における保存修復が同じ修復士の手により同時期に行われたことから、研究目的に大きな影響を与えることなく計画通りに進行しているといえる。本研究の大きな目的は、文化財保存の世界におけるパネル保存型壁画に適した保存修復方法および管理方法の確立にある。それに加え、研究計画立案時に細かく設定した「研究過程において注目するべき項目」については全体の約55%を達成するに至り、本研究に対する現地関係者からの関心度が高まりを見せている。

文化財保存学今後の研究については、これまでの研究成果を基に作成した保存修復プログラムに沿う形で現地保存修復専門家の協力を得ながら実際の保存修復作業に着手し、各保存修復行程から見えてくる情報を詳細に記録すると共に、パネル保存型壁画に適した保存修復方法および管理方法の確立に向けたガイドラインを構築してゆく。なお、研究対象作品を描いたアンドレア・デル・カスターニョはイタリア・ルネサンス期を代表する画家のひとりであり、彼の作品はルネサンス最盛期を代表する画家レオナルド・ダ・ヴィンチにも多大なる影響を与えたといわれている。この事からも分かるように、イタリアにおける芸術作品としての位置付けが高いことから、作品が所蔵される旧サンタポッローニア修道院を管轄下に置くフィレンツェ文化財・美術館特別監督局担当官と綿密な連携体制を築きながら研究を進めてゆきたい。また、保存修復作業を実施するにあたっては修復材料についても慎重に議論を重ねながら選択するものとし、より効果的な使用方法を検討してゆきたい。当初予定していた研究対象の作品から、採択時における研究経費上の問題から別の作品に置き換えなくてはならなくなった結果、使用額に差異が生じた。本研究を継続する上で重要となる保存修復事業への使用を計画している。
システム生物学実験研究者のための生化学反応系解析シミュレータの設計・開発

昨年度までに開発してきた生化学反応系解析シミュレータWinBEST-KITに以下の機能を追加し,生化学反応系モデルの構築効率向上および代謝生産物の生産効率向上のためのシミュレーションが行えるようになった。1.ユーザーが独自の反応ステップをライブラリとして登録できる「反応ステップライブラリシステム」にグローバル変数を利用できるようにした.グローバル変数を利用することにより,複数の反応ステップで同じ値を持つパラメータを同時に設定することができる.なお,反応ステップの種類は同じである必要はない.2.共同作業を容易にするために,生化学反応系モデルを保存するファイルフォーマットに「反応ステップライブラリシステム」の全ての情報を保存することにより,反応ステップを定義したユーザー以外のユーザーも生化学反応系モデルファイルをコピーするだけで対象となる生化学反応系モデルのシミュレーションができるようにした.3.生化学反応系に様々な外部入力信号を与え(基質の添加),その過渡応答を調査することができるようにした.任意波形・正弦波・矩形波・ランダム信号の4種類の入力信号が利用可能であり,これらの波形はグラフィカルユーザーインターフェースで作成することができる.4.実時間シミュレーション機能(仮想実験環境)全ての反応物質の動的挙動を実時間でグラフとして表示することができるようにした.ユーザーは任意の時間でシミュレーションの一時停止・再開ができ,その際,反応物質への摂動を加えることもできる.また,長時間の反応のシミュレーションを効率よく行うために,ブレイクポイント(反応を一時停止したい時間)を設定し,その時間までは高速にシミュレーションを行うこともできる.今後は,生化学反応系の一部分をサブ反応系として構築し,それらを組み合わせることによって,同一の反応系を複数含む大規模な反応系を容易に構築できるようにする予定である.これまでに開発してきたシミュレータ(WinBEST-KIT)に以下の機能を追加し,生化学反応系モデル作成の効率向上が実現できた.(1)ユーザーが,独自の反応様式をライブラリとして登録・削除ができる「反応様式ライブラリシステム」を設計・実装した.メニュー形式で利用できるようになっており,ユーザーはプログラム言語の知識を必要としない.反応様式を示す数式には,四則演算,べき乗および括弧を利用することができる.登録された反応様式は,標準で用意されている反応様式と同様に,グラフィカルユーザーインターフェース上で利用することができ,それらを含む生化学反応系モデルのキネティックパラメータのスキャンニングや推定なども行うことができるようになった.(2)編集機能の充実を行い,操作性の向上を行った.編集画面に「グリッドへの吸着」を実装し,整然としたモデルシンボルの配置が行えるようになった.また,複数のモデルシンボルの選択およびそれらの移動・削除を可能にした.反応様式ライブラリシステムの実現には,ユーザーが登録した反応様式を示す数式を,字句解析および構文解析を用いてプログラム言語形式に変更することにより,ユーザーがプログラム言語を意識せずに利用することを可能にしている.アセトン・ブタノール発酵の代謝経路のモデル化を,本研究で機能拡張を行ったシミュレータを利用して行った.アセトン・ブタノール発酵は,近年の石油枯渇問題や地球温暖化問題の深刻化に伴い,各種バイオマスの燃料への変換技術として再び注目されている.モデルの構築にあたり,実験結果から独自の反応様式が必要とされたため,それらを独自ライブラリとしてシミュレータに登録することにより,モデル化を実現することが出来た.昨年度までに開発してきた生化学反応系解析シミュレータWinBEST-KITに以下の機能を追加し,生化学反応系モデルの構築効率向上および代謝生産物の生産効率向上のためのシミュレーションが行えるようになった。1.ユーザーが独自の反応ステップをライブラリとして登録できる「反応ステップライブラリシステム」にグローバル変数を利用できるようにした.グローバル変数を利用することにより,複数の反応ステップで同じ値を持つパラメータを同時に設定することができる.なお,反応ステップの種類は同じである必要はない.2.共同作業を容易にするために,生化学反応系モデルを保存するファイルフォーマットに「反応ステップライブラリシステム」の全ての情報を保存することにより,反応ステップを定義したユーザー以外のユーザーも生化学反応系モデルファイルをコピーするだけで対象となる生化学反応系モデルのシミュレーションができるようにした.3.生化学反応系に様々な外部入力信号を与え(基質の添加),その過渡応答を調査することができるようにした.任意波形・正弦波・矩形波・ランダム信号の4種類の入力信号が利用可能であり,これらの波形はグラフィカルユーザーインターフェースで作成することができる.4.実時間シミュレーション機能(仮想実験環境)全ての反応物質の動的挙動を実時間でグラフとして表示することができるようにした.ユーザーは任意の時間でシミュレーションの一時停止・再開ができ,その際,反応物質への摂動を加えることもできる.また,長時間の反応のシミュレーションを効率よく行うために,ブレイクポイント(反応を一時停止したい時間)を設定し,その時間までは高速にシミュレーションを行うこともできる.今後は,生化学反応系の一部分をサブ反応系として構築し,それらを組み合わせることによって,同一の反応系を複数含む大規模な反応系を容易に構築できるようにする予定である.
視覚障害者用移動支援システム間の連続性に関する基礎研究

研究代表者らはこれまで、交差点を横断する場合の点字ブロックと音響信号機の連続性に関する研究を行ってきた。音響信号機の設置位置の違いは、歩行者の誘導に影響を与えることは明白である。我々は交差点で道路騒音がある場合の音響信号機の設置位置の違いによる横断実験を実施した。自動車の道路騒音は歩行に影響を与えることが想像できるが、音響信号機の設置位置の違いと道路騒音の影響については、明確に分離することができなかった。そこで、本研究では、交差点の道路騒音がない場合の音響信号機の設置位置の違いによる横断実験を実施した。本研究目的は道路騒音がある場合とない場合の比較を行い、道路騒音の影響を特定することである。視覚障害者にとって視覚障害者用誘導ブロック(通称、点字ブロック)や音響式信号機は有用であり、それぞれISO規格が成立している。しかし、横断歩道口の点字ブロックと音響式信号機の接続については、明確なガイドラインがないのが実情である。そこで本研究は、横断歩道口における音響信号機の設置位置と歩行者(視覚障害者)の方向特性を調べることによってどのような設置位置が望ましいかの定量的データを提供することを目的としている。初年度の予備実験では、本研究室が保有する室内実験室において道路交通騒音の再現を行い、音響信号機の配置位置をパラメーターとして実験を行った。音響信号機のスピーカの位置は、横断歩道口中央の点字ブロックと中央から3m離れた地点(道路騒音側と反対側)に、横断歩道口と対岸にペアーで設置した。4パターンの組み合わせから、その内3パターンの歩行実験を行っている。平成25年度の本実験では、横断歩道口の中央から右側(道路騒音側)に3mの位置に音響信号機のスピーカーを設置し、残りの3パターンから2パターンを実施した。音響式信号機のない道路騒音のみの中央から中央までの歩行実験も加えて3パターンを行った。また、連続性にとって欠かせない横断歩道を渡り始めて対岸の横断歩道口にたどるための発光ブロックの有効性についても実験を行った。対岸に配置した横断歩道口の後方に敷設した発光ブロックをどの位置から発見することができるかという視認距離を計測した。被験者は僅かに視覚機能の残存する弱視者を対象とし、横断歩道口の後方に店舗の照明を想定した外乱照明を設置し、グレアの影響を調べた。環境照明を10Luxと20Luxの2種類で行い、横断歩道口の点字ブロックの配置もT字配置と斜め配置の2種類で行った。外乱照明に相当する発光板の高さも発光板の無い場合と高さの違う3種類の計4パターンについて計測実験を行った。視覚障害者にとって交差点を横断することは、もっとも危険を伴う行動の一つである。視覚に障害を持つ歩行者は、点字ブロックで横断歩道まで誘導された後、音響信号機によって交差点を渡り切ることが重要であるが、点字ブロックと音響信号機の相互の接続性や連続性の観点から検証することはこれまで行われてこなかった。そこで本研究では、点字ブロックと音響信号機の移動支援システム間の接続性や連続性を検証することを目的とする。我々は歩行実験が可能な室内実験室を保有しており、交差点周辺を模擬した室内空間を構築するために点字ブロック,音響式信号機のスピーカー,騒音用スピーカーを設置して実環境を再現することができる。実際の交差点周辺の実騒音を再現することによって、安全で再現性のある実験ができる。音響式信号機のスピーカーの位置は、横断歩道口の点字ブロックの中央と中央から3m離れた地点(騒音側と反対側)に、横断歩道口と対岸に合計4つの音響信号機のスピーカーを配置した。4つの組み合わせが考えられるが、初年度はその内3パターンの被験者実験を実施した。ただし、騒音側の設置も考えられるので、この場合は6つ音響信号機のスピーカーを配置が考えられる。組み合わせは9パターンとなるが、昨年度は初年度でもあり、今年度の本格的な本実験のための実験手法の確立を目指す予備実験として実施した。この予備実験を実施することによって実験手法の確立と合わせて、限られた組み合わせの中でも、歩行者の歩行特性を見出すことができた。実験結果では、歩行者は音響式信号機のスピーカーの音によって誘導されることが分かったが、音響信号機のスピーカーの配置パターンによっては、横断歩道から外れて危険な誘導になることが示された。また、交差点の騒音も誘導に影響を与えることが分かった。この成果は国内の学術講演会で発表を行っている。また、本年度は国際学会に発表予定である。代表者らは交差点を横断する場合の点字ブロックと音響信号機の連続性に関する研究を行ってきた。歩行者は音響信号機の音を頼りにして横断歩道の対岸まで歩行する。

昨年度、交差点で道路騒音がある場合の音響信号機の設置位置の違いによる横断実験を実施した。ところで、自動車の道路騒音も、歩行者には歩行に影響を与えることが想像できる。しかし、音響信号機の設置位置の違いと道路騒音の影響については、明確に分離することができなかった。そこで、最終年度では、交差点の道路騒音がない場合の音響信号機の設置位置の違いによる横断実験を実施した。音響信号機の設置位置の組み合わせの違いによる偏軌距離の結果は、交通騒音なしと交通騒音ありの結果では、交通騒音の影響による偏軌を抽出することができた。しかし、交通騒音がなく音響信号機が中央と中央の場合にあっても、被験者は右に偏軌していることが分かった。人の偏軌傾向は、健常側と麻痺側に起因することは自明のことである。音響信号機が中央と中央のときが、一般的な人の偏軌傾向に相当すると考えられる。交通騒音に対して、それを避ける方向に偏軌することが分かった。交通騒音の影響が最大20cm程右に偏軌していることが分かる。交通騒音の影響による偏軌距離を推定することができた。昨年度と最終年度の実験結果から、交通騒音が横断に与える影響を定量的に明らかにした。また、人の偏軌傾向も定量的に明らかにした。本研究では、危険を伴う交差点の横断歩道の視覚障害者の歩行特性を明らかにすることができた。今後、音響信号機の設置に関するガイドラインの策定に当たっては、今回の研究から得られた知見を元に策定されることが期待される。福祉工学初年度の予備実験に加えて、平成25年度(2年目)には、予備実験に使用した音響式信号機の位置とは反対側のパターンについて実験を行い、予備実験の計測データと合わせて計測データとして活用することができた。予備実験では、音響式信号機のスピーカーの設置位置は、中央ー中央と右端ー右端、中央ー右端の3パターンに対して、本実験では、実験手法のそのままとして左端ー左端、中央ー左端の2パターンに加えて、道路騒音のみの中央ー中央のパターンを加えて3パターンを実施することによって、音響信号機の設置位置と道路交通騒音の関係を定量的に考察することができた。被験者は全盲20名で実施した。初年度の予備実験と平成25年度の本実験の成果から、点字ブロックの敷設と音響信号機の設置はお互いの連続性を確保できるように設計することと合わせて、道路交通騒音の影響を十分に想定した配置が必要であることが示された。この連続性に関する知見を学術講演会への公表も行い、当初の計画に想定していなかった重要な成果が得られた。また、この成果を国際会議(ユニバーサルデザインに関するヨーロッパの国際会議と国内の計測制御関連の国際会議)に最終年度で公表することが採択されている。さらに、横断歩道口から横断歩道を渡りきる場合を想定して、対岸の横断歩道口に発光ブロックを敷設した場合の対岸を発見することのできる視認距離について実験を新たに行った。この場合は、視覚機能の残存機能を有する弱視者を対象として実施した。環境照明は国土交通省の歩道面の最低照度としている10Luxと20Luxで行い、対岸の外乱照明の有無と外乱照明の高さの違いによる視認距離の関係を定量的に考察することができた。被験者は52名で実施した。
アンチセンス技術とバイオフィルム破壊ペプチドによる膜ファウリング制御技術の開発

本研究では、分離膜を用いた廃水処理である膜分離活性汚泥法(MBR)において、最大の問題である膜の目詰まり「膜ファウリング」の発生原因の解明とその解決策の開発を目的にしている。特に微生物が原因のバイオフィルムによる膜ファウリングに着目し、各種微生物解析および原因微生物の分離培養により、バイオフィルムのコントロール技術を開発する。廃水処理の方法である膜分離活性汚泥法において、膜の目詰まり「膜ファウリング」が問題となる。本研究では、微生物が原因のバイオフィルムによる膜ファウリングを防ぐ技術を開発する。そのため、微生物増殖抑制技術と、バイオフィルム破壊ペプチドを組み合わせ、新規の制御方法を確立する。この成果は、多くの分野に基盤技術として応用展開できるバイオフィルム制御技術である。水質浄化技術で問題となる膜ファウリング制御技術を開発するために、アンチセンス技術とバイオフィルム破壊ペプチドを組み合わせた研究である点には学術的な新規性が認められる。膜ファウリング対策としてバイオフィルム内の微生物を解析し、分離し、培養したうえで、バイオファウリングを抑制する新たな制御方法を提案している。
顎変形症術後における三叉神経知覚麻痺回復過程の客観的評価方法の確立

下唇をクリップ式刺激装置による電気刺激で得られる三叉神経誘発電位は正常波形として(Brussels国際シンポジウムの方法に従い)N3,P9,N13,P20,N25,P35の各ピークが得られる.口唇から大脳皮質への潜時理論値は三叉神経伝達速度,シナプス遅延,橋から皮質への伝導時間より8.912.4msecであり,またN13の成分は三叉神経第1次感覚皮質由来の電位といわれており,N13は末梢の知覚異常を評価するにあたって重要な成分の1つであると考えられる.実際臨床においても下唇知覚麻痺を訴える患者に対する三叉神経誘発電位はN13以降の波形消失が認められる.本研究において顎変形症術後に口唇知覚異常,特に下唇知覚麻痺を訴えた患者に対する三叉神経誘発電位は完全麻痺の場合はN13以降の波形消失が認められ,部分的な知覚異常の場合はN13,P20の消失,平坦化またはN13の潜時の遅延が認められた.これらの変化は臨床症状の回復に一致しN13,P20の消失,平坦化またはN13の潜時の遅延が正常化することより,N13,P20の波形,潜時が知覚異常のパラメターとなり(振幅に関しては再現性などで有意な差を認めなかった),三叉神経誘発電位が下唇麻痺を客観的に評価できる有利手段であることが示唆された.感覚異常の急性モデルとして下顎孔伝達麻酔により三叉神経の分枝である下歯槽神経をブロックして得られた三叉神経誘発電位も顎変形症術後で得られたデータを裏付ける結果であった.しかし顎変形症術後や下顎孔伝達麻酔後に三叉神経誘発電位は正常波形を示すが知覚異常を訴える症例もあり三叉神経誘発電位が下唇の感覚異常をすべて検出可能であるとは言えなかった.当教室ではラット洞毛を機械的に刺激した三叉神経誘発電位を測定し、その求心神経である眼窩下神経挫滅実験で三叉神経誘発電位の回復過程を報告している。本研究の目的は、三叉神経誘発電位の測定法を確立し、三叉神経知覚麻痺の回復過程の客観的な評価、特に術後の偶発症として三叉神経領域の知覚麻痺の頻度が多い顎変形手術術後(年間約30例)に臨床応用しようとするものである。誘発電位検査装置(日本光電社製)を使用し、健常者(ボランティア)10人において、オトガイ神経を電気的に刺激した。電気的刺激は、電気パルス発生装置を使用し、刺激強度、頻度を変化させた。測定は、国際式10ー20法に基づき頭皮上の様々な位置に記録電極を置き、生体アンプで増幅後、加算平均処理より三叉神経誘発電位の変化を観察した。これにより、刺激方法、適刺激値、および記録電極の位置を確定し、正常波形の再現性が得られた。正常波形は、Brussels国際シンポジウムの方法に従い上口唇刺激で、P3、N9、P20、N25、P35、N45、下口唇刺激でN3、P9、N13、P20、N25、P35、N45が平均正常波形の値として得られた。現在は、顎変形術前患者に本研究の主旨を充分インフォームドコンセントし、三叉神経誘発電位を測定しておき、術後、知覚麻痺が出現した症例に対し三叉神経誘発電位を経時的(術後2週間、1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月)に記録しその変化を分析中である。また、2PD、SW知覚テスター(SAKAI社製)を使用し、三叉神経誘発電位の潜時及び振幅変化との関連も併せて調べている。以上の方法により、知覚麻痺の回復の経過を定量的及び定性的に評価し、回復の程度を総合的に判断する。下唇をクリップ式刺激装置による電気刺激で得られる三叉神経誘発電位は感覚異常が認められない場合は正常波形として(Brussels国際シンポジウムの方法に従い)P3,N13,P20,N25,P35,N45のピークを有するが,顎変形手術術後に下唇に感覚異常を訴える患者の三叉神経誘発電位は正常波形と比較しN13の消失もしくは平坦化,P20の遅延などがみられた.振幅の変化に関しては再現性にばらつきがあり有意な差は認められず,パラメターとしては潜時のみが有用と考えられた.また下顎孔伝達麻酔により三叉神経の分枝である下歯槽神経をブロックし感覚異常の急性モデルとして三叉神経誘発電位を測定しその感覚異常との関連を調べたところ同様なN13の消失もしくは平坦化,P20の遅延などが認められた.麻酔の効果の消失,下唇の感覚異常の消失とともにこれらは回復し正常波形を示した.回復は急速で感覚異常の程度には左右されず,感覚異常の有無に依存していた.いまのところ三叉神経誘発電位は感覚異常を客観的に評価できる有用な手段と考えるが,感覚異常の予後判定が可能か否かについては顎変形手術前後(手術前,術後2週間,1ヶ月,3ヶ月,6ヶ月,12ヶ月)の三叉神経誘発電位の比較症例数を蓄積し分析予定である.下唇をクリップ式刺激装置による電気刺激で得られる三叉神経誘発電位は正常波形として(Brussels国際シンポジウムの方法に従い)N3,P9,N13,P20,N25,P35の各ピークが得られる.口唇から大脳皮質への潜時理論値は三叉神経伝達速度,シナプス遅延,橋から皮質への伝導時間より8.912.4msecであり,またN13の成分は三叉神経第1次感覚

皮質由来の電位といわれており,N13は末梢の知覚異常を評価するにあたって重要な成分の1つであると考えられる.実際臨床においても下唇知覚麻痺を訴える患者に対する三叉神経誘発電位はN13以降の波形消失が認められる.本研究において顎変形症術後に口唇知覚異常,特に下唇知覚麻痺を訴えた患者に対する三叉神経誘発電位は完全麻痺の場合はN13以降の波形消失が認められ,部分的な知覚異常の場合はN13,P20の消失,平坦化またはN13の潜時の遅延が認められた.これらの変化は臨床症状の回復に一致しN13,P20の消失,平坦化またはN13の潜時の遅延が正常化することより,N13,P20の波形,潜時が知覚異常のパラメターとなり(振幅に関しては再現性などで有意な差を認めなかった),三叉神経誘発電位が下唇麻痺を客観的に評価できる有利手段であることが示唆された.感覚異常の急性モデルとして下顎孔伝達麻酔により三叉神経の分枝である下歯槽神経をブロックして得られた三叉神経誘発電位も顎変形症術後で得られたデータを裏付ける結果であった.しかし顎変形症術後や下顎孔伝達麻酔後に三叉神経誘発電位は正常波形を示すが知覚異常を訴える症例もあり三叉神経誘発電位が下唇の感覚異常をすべて検出可能であるとは言えなかった.
逆浸透膜と溶質との親和性評価：水晶振動子マイクロバランスを用いた新測定技術の開発

本研究の目的は、水晶振動子マイクロバランスを用いて、溶質とポリアミド活性層との親和性評価を行うことを目的とした。1年目はRO膜の活性層を振動子に固定できていることを確認することにより、溶質とポリアミド活性層との親和性を評価する手法を確立することを目的とした。その結果、本研究で得た電荷密度は既存の手法を用いて測定した結果とよい相関が得られたため、本手法が妥当であることが確認できた。2年目はO-クレゾールとアセトアニリドのポリアミド活性層-水分配係数を求めた。その結果、それぞれ200-320と150-200の範囲にあり、O-クレゾールの方がポリアミド活性層との親和性が高いことが分かった。既存の逆浸透膜(RO膜)を凌駕するRO膜を開発するためには、RO膜による除去率が低い溶質の膜透過メカニズムを解明し、活性層の化学構造に関する明確な開発指針を作成することが必要である。そこで、本研究の目的を、“活性層と溶質の親和性"を定量評価する新技術を確立することに設定した。本研究では水晶振動子マイクロバランス(QCM)の水晶振動子にRO膜の活性層のみを固定化し、活性層に分配した溶質の重量を直接測定することを試みる。その第一ステップとして、今年度はRO膜の活性層を固定化できていることを確認するために活性層内のカルボキシ基を測定した結果、下記の知見が得られた。・初期CsCl濃度を1 mmol/Lから5 mmol/Lに増加して得られた値を比較することで、CsCl濃度がR-COO-濃度に与える影響を検討した。その結果、得られたR-COO-濃度はCsCl濃度に依存せずに一定であった。この結果は、初期CsCl濃度が1 mmol/Lでも式(1)に示したイオン交換反応が十分に起こることを示している。・初期CsCl濃度1 mmol/LでpH4.09.0におけるR-COO-濃度を求めた。QCMを用いて測定したR-COO-濃度は既存のラザフォード後方散乱分光法(RBS)を用いて測定した結果と同様の挙動を示し、さらに両手法の結果はよく一致していることが分かった。この結果から、QCMを用いた本手法は簡易にRO膜の電荷密度を測定する手法として有効であることが実証された。また、本手法により、ポリアミド活性層が水晶振動子に固定されていることを確認できた。今年度に得た研究成果から、本手法により、ポリアミド活性層が水晶振動子に固定されていることを確認できた。この成果は、本研究の最終目標である「有機汚染物質と活性層との親和性定量評価を行い、溶質の除去率に及ぼす分配係数の役割を定量的に解明する」を達成するためには欠かせない成果である。よって、本研究はおおむね順調に進展にしていると考える。海水淡水化を含む多くの分野で逆浸透膜(RO膜)の重要性が今後一層高まることを踏まえ、数多くの研究者が高性能RO膜の開発に取り組んでいる。しかし、既存のRO膜を凌駕するRO膜の開発には至っておらず、この理由として溶質の膜透過メカニズムが解明されていないことが挙げられる。例えば、溶質の除去率が膜との親和性にコントロールしていることは認知されているが、100 nm以下と非常に薄いRO膜のポリアミド活性層と溶質との親和性を評価する技術は確立されていない。そこで本研究では、水晶振動子マイクロバランス(Quartz Crystal Microbalance,QCM)を用いて、溶質とポリアミド活性層との親和性評価を行うことを目的とした。今年度は研究実施計画に基づき、ESPA2膜を用いて、有機化合物のポリアミド活性層-水分配係数を測定する手法の確立を行った。有機化合物としてO-クレゾールとアセトアニリドを選択し、これらの有機化合物のポリアミド活性層-水分配係数を求めた。その結果、O-クレゾールとアセトアニリドのポリアミド活性層-水分配係数は、今回検討した濃度の範囲ではそれぞれ200-320と150-200の範囲にあり、O-クレゾールの方がポリアミド活性層との親和性が高いことが分かった。これは、水溶解度や水-オクタノール分配係数から予想される結果とは異なる結果であった。アセトアニリドのモル質量(135.16 g/mol)はO-クレゾールのモル質量(108.14 g/mol)より大きいため、物理的な要因によりアセトアニリドの分配係数がO-クレゾールより小さくなったと考えられる。この結果から、有機化合物のポリアミド活性層-水分配係数は有機化合物の分子量に代表される物理的な要因と、水-オクタノール分配係数に代表される化学的な要因の両方により決定されることが示唆された。

今後は、今回得られた実験手法を用いて有機汚染物質と活性層との親和性定量評価を行い、溶質の除去率に及ぼす分配係数の役割を定量的に解明する。さらに、得られた知見に基づいて、次世代のポリアミド系RO膜の開発や新素材の開発を行う際の指針を提供する。環境工学
せん断荷重を長期に受けた地盤材料の変形・強度特性

原位置で初期せん断力を長期に亘り受けた広範囲な種類の地盤材料の載荷開始後の小ひずみレベルでの変形係数を、室内せん断試験により詳細に調べた。地盤材料としては、砂、粘土、礫、堆積軟岩、セメント改良砂と広範囲に選定した。三軸試験では、誤差の無い軸ひずみを0.001%以下から供試体側面で局所的に測定した。その結果、次のことが明らかになった。1)セメント改良砂以外では、一定のせん断応力の作用下でクリープを生じた後、kinematicな降伏特性(移動硬化則)を示し、再載荷直後には変形がほぼ弾性的になる。その後、クリープ変形前の初期応力・ひずみ関係に復帰する傾向がある。一部の試験結果は、初期応力・ひずみ関係を飛び越える傾向も示した。クリープ変形後の再載荷時の降伏前の変形係数に及ぼすひずみ速度の影響は、同一のせん断応力レベルでクリープ変形を生じない場合よりも遙小さくなる。このことは、等方圧密した供試体を用いた異なるひずみ速度での単調載荷試験結果から、応力レベルの関数としてひずみ速度の影響を定式化して、その結果を直接長期異方圧密された供試体に適用できないことを意味している。2)あるせん断荷重を受けた後に除荷すると、クリープ率は低下するが、硬質地盤材料では、除荷率が高くなるほどcreep recovery(弾性余効)現象が生じる。これは、除荷時にひずみ速度が小さいほど割線剛性が低下する原因である。3)セメント改良砂の場合、異方応力状態で軸ひずみを固定して放置すると、再載荷後、剛性がほぼ弾性となっている応力範囲が明確に現れる。これは、ある応力状態での砂の構造を強化する形でセメントの水和反応がためと思われる。再載荷を継続すると、セメンテイションの無い場合よりも急激に降伏して元々の応力・ひずみ関係に復帰する。以上の事実は、殆ど全ての地盤材料において、原位置で異方応力状態にある地盤材料の変形・強度特性を室内実験で再現する為は、異方圧密中のクリープ変形により弾性或が形成されることを考慮する必要があることを示している。その後、クリープ変形前の初期応力・ひずみ関係に復帰する傾向がある.一部の試験結果は、初期応力・ひずみ関係を飛び越える傾向も示した。

このことは、等方圧密した供試体を用いた異なるひずみ速度での単調載荷試験結果から、応力レベルの関数としてひずみ速度の影響を定式化して、その結果を直接長期異方圧密された供試体に適用できないことを意味している。2)あるせん断荷重を受けた後に除荷すると、クリープ率は低下するが、硬質地盤材料では、除荷率が高くなるほどcreep recovery(弾性余効)現象が生じる。これは、除荷時にひずみ速度が小さいほど割線剛性が低下する原因である。3)セメント改良砂の場合、異方応力状態で軸ひずみを固定して放置すると、再載荷後、剛性がほぼ弾性となっている応力範囲が明確に現れる。これは、ある応力状態での砂の構造を強化する形でセメントの水和反応がためと思われる。再載荷を継続すると、セメンテイションの無い場合よりも急激に降伏して元々の応力・ひずみ関係に復帰する。以上の事実は、殆ど全ての地盤材料において、原位置で異方応力状態にある地盤材料の変形・強度特性を室内実験で再現する為は、異方圧密中のクリープ変形により弾性域が形成されることを考慮する必要があることを示している。
割合文章題の解決過程における認知心理学的研究

割合文章題を解決するためには関数の指導が有効かどうかを検討するための前段階として,小学校で2変数の変化する量を学習する単元を通して,関数の指導内容や方法について検討した。この学習活動の後に,再度表にまとめるなどして1つの数値に対応してもう1つの数値が決まることを再認させる学習が必要であることが明らかとなった。学習をしている場面では0対応関係すべて,に意識が向けられて学習しているとは限らないからである。教科書では正比例の様子を表にまとめた後,一方の値が2倍,3倍になるともう一方の値も2倍,3倍になること,片方の値をもう一方の値で割りその値がいつも一定であることを確認している。しかしそれだけでは割合文章題の解決には有効に働かないことが分かってきている。5年時に割合文章題を学習する時に,正比例と割合は一緒に学習し,正比例の性質をそのまま割合の理解に結びつけ活用できるような単元の開発が必要である。数と計算領域における分数の乗除は以前から高学年で指導されてきているが,定着率が低い学習内容である。学習指導要領での計算の意味や理解の記述の減少にともない,教科書の内容も減り面積図と式の展開がわずかに書かれているだけで理解は相当難しい。また,逆数を使うという手順だけを覚えようとしてもなかなか身にっかない。そこで数直線を一貫して利用することで正しい立式を行い,かけ算を基準量×倍率=比較量として理解する手立てとすること,既習事項を積み上げた学習過程を組むことで計算方法の自発的な獲得,逆数の存在を認識できることを実際に授業を行い検証した。既習事項の積み上げ,つまり代数的思考の導入によって児童は計算の仕組みを自ら考え発見することが可能となることが明らかになった。