hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
離散的システムの等価性判定アルゴリズムとその応用に関する研究

これによりDPDAの等価性判定手法をDPDTに対しても拡張することが一段と容易になった。グラフにおける極大・最大クリーク抽出の効率のよいアルゴリズムを考案し最大時間計算量の評価を与えた。次に上記結果と関連して、確率プッシュダウンオートマトン(PPDA)の受理する言語のクラスに関する考察を行った。DPDAは非決定性プッシュダウンオートマトン(NPDA)の非決定性遷移に確率を付与したものである。等価性に関連して、PPDAとNPDAによって受理される言語のクラスが等しくないことを示した。等価性判定アルゴリズムの応用と関連して、ニューロンライクな素子を用いて、離散的システムを学習により自動構成する効率的な方法を提案した。従来のバックプロパゲーションによる学習アルゴリズムをKullback誤差関数を用いて効率化し、更に、最大誤差が出たときだけ学習を行うMax型の学習法を新たに導入し、従来型の学習アルゴリズムに比べて安定で早いアルゴリズムを得た。
卵巣明細胞腺癌のテロメラーゼ逆転写酵素の変異とビタミンA/Dの腫瘍抑制効果

卵巣明細胞腺癌株4種類に、ビタミンAおよびビタミンDの添加による細胞増殖をみたところ、OVISE、OVTOKO、TOV-21Gの細胞株においては細胞増殖抑制効果がみられた。これは、ビタミンAおよびビタミンD受容体が結合してテロメラーゼの転写が抑制され、細胞増殖抑制効果がみられたと考えられた。一方、ES-2の細胞株においては細胞増殖抑制効果がみられなかった。ES-2の細胞株はTERTプロモーター[-129-154bp]領域に変異のある細胞株であるため、ビタミンA,Dの抑制作用が解除されて、テロメラーゼの転写が亢進すると考えられた。卵巣明細胞腺癌株4種類(ES-2, OVISE, OVTOKO, TOV21G)について、ビタミンAおよびビタミンDの添加による細胞増殖をみたところ、OVISE, OVTOKO, TOV21Gの細胞株においては細胞増殖抑制効果がみられた。一方、ES-2の細胞株には細胞増殖抑制効果がみられなかった。ES-2細胞株はTERTプロモーターの転写開始領域から-129から-154bp領域に変異のある細胞株であるため、この領域にビタミンA、ビタミンDの結合部位があることが示唆された。またビタミンA、ビタミンDは細胞増殖に関与していることが示唆された。また、明細胞腺癌の初代培養による細胞増殖実験を試みているが、細胞増殖が遅いため、継代が難しく、ビタミン投与による細胞増殖抑制効果はまだ確認できていない状況である。明細胞腺癌の細胞株はいずれも細胞増殖が遅いため、細胞増殖効果を判定するための実験の条件を決めるのに時間がかかった。また、初代培養に関しても細胞増殖が遅いため、継代が困難である。われわれは、I期卵巣明細胞腺癌のTelomerase reverse transcriptase (TERT)プロモーター変異を検索したところ、転写開始部位から-129から-154bp領域に、変異を有する症例が予後不良であることを見いだした。この領域は、テロメラーゼの発現を抑制的に制御する領域と推定されており、In Silico解析では、ビタミンAおよびビタミンD受容体の結合配列(RAR/RXR、VDR/RXR)がタンデムに繋がった配列をしている。卵巣明細胞腺癌株4種類(ES-2、OVISE、OVTOKO、TOV-21G)について、ビタミンAおよびビタミンDの添加による細胞増殖をみたところ、OVISE、OVTOKO、TOV-21Gの細胞株においては細胞増殖抑制効果がみられた。これは、ビタミンAおよびビタミンD受容体が結合してテロメラーゼの転写が抑制され、細胞増殖抑制効果がみられたと考えられる。ES-2の細胞株はTERTプロモーターの転写開始領域から-129から-154bp領域に変異のある細胞株であるため、ビタミンA,Dの抑制作用が解除されて、テロメラーゼの転写が亢進すると考えられた。次に、TERTプロモーター変異のないTOV-21G細胞株を用いて、クロマチン免疫沈降をおこなったところ、RARα抗体がTERTプロモーター領域に結合することが確認された。つまり、-129から-154bp領域にはビタミンA受容体の結合部位があることが示された。以上の結果より、TERTプロモーター変異のない卵巣明細胞癌に、ビタミンAは他の治療薬の新たな補助療法となる可能性があることが示唆された。婦人科腫瘍残金が少額であり、物品の購入ができなかったため。H29年度予算として、物品費の購入に充てる。
糖尿病に関連性を示したTNFα遺伝子IVS1+123G/A多型の機能解析

1.TNFαIVS1+123GA多型領域に対るエストロゲンの作用の検討:転写因子YY1がIVS1+123G/A多型領域に及ぼす作用に対し、エストロゲンや炎症反応がどのような影響を及ぼすか検討するため、U937細胞株、NIH3T3細胞株をエストロゲンおよびLPS刺激下で培養し、ゲルシフトアッセイ、ルシフェラーゼレポーターアッセイをおこなった。ゲルシフトアッセイではIVS1+123A多型領域にエストロゲン濃度依存性にYY1の結合が変化したが、ルシフェラーゼレポーターアッセイでは、転写活性能に有為な変化を認めなかった。LPS刺激下でエストロゲンの影響を検討したが、同様であり明らかにエストロゲンや炎症反応がIVS1+123G/A多型の違いによって、TNFαの発現に変化を及ぼすことを証明できなかった。2.ヒト単球を用いたTNFαIVS1+123G/A多型領城のYY1結合の証明:健常人提供者より末梢血を採取し、密度勾配遠心法により単核球を分離。これをもちいてYY1の多型領域への結合を、クロマチン免疫沈降アッセイにて検討した。多型によって結合能の違いをクロマチン免疫沈降アッセイで証明できなかった。提供者の多型にG/AヘテロタイプはいたがA/Aホモタイプがいなかったことも原因と考える。3.TNFαIVS1+123G/A多型の臨床応用の検討:舟形住民検診の検体を用いて、IVS1+123G/A多型領域と血清アディポネクチンの濃度、およびその他の身体計測項目、血液生化学データとの相関を検討した。75gGTTにて正常耐糖能を示した住民を対象とし、IVS1+123G/A多型の違いで臨床データを統計学的に検討した。血清アディポネクチンがIVS1+123G多型で補正後、有為に低下しており、IVS1+123G/A多型がTNFαの発現に影響を及ぼし、脂肪組織のアディポネクチン産生に影響を与えていることが示唆された。IVS1+123G/A多型領域周囲に結合する他の共役因子の検索をおこなった。IVS1+123G/A多型領域の5'上流側と3'下流側にプローブを作製し、ゲルシフトアッセイを行ったが、結合する転写因子は無かった。IVS1+123G/A多型領域を含んだ80bpのプローブを作製し、ゲルシフトアッセイをおこなったところ、複数のバンドが確認され、一つが転写因子GATA-1であることを、スーパーシフトアッセイで確認した。今後、YY-1とGATA-1の相互作用を検討する。転写活性化に対する影響を検討するため、ルシフェラーゼレポーターアッセイをおこなった。ルシフェラーゼアッセイ用に、pGL3-basic vector(Promega)のマルチクローニングサイトに、PCRで増幅したTNF-α遺伝子のプロモータ領域を挿入し、さらにその上流にIVS1+123G/A多型それぞれを含む塩基長の異なる3種類のイントロン1領域を挿入したレポータベクターを作製した。U937細胞株に導入し活性の変化を、高血糖や炎症反応の負荷の有無等で検討したが、多型によって変化はことができなかった。pGL3-SV40 promoterベクターにて同様に実験を行ったが、同様であった。YY1の発現プラスミドをU937細胞株に共発現させレポータ解析をおこなったが、これでも明らかな活性の変化を確認できなかった。今後は細胞株を変えて検討を行う。IVS1+123G/A多型の生体に対する影響を検討するため、舟形町住民検診で保存した血清を提供いただき、TNF-aが影響を与えるアディポネクチンの測定を行った。239名の測定を行い今後も測定を続ける。3.TNFαIVS1+123G/A

多型の臨床応用の検討:舟形住民検診の検体を用いて、IVS1+123G/A多型領域と血清アディポネクチンの濃度、およびその他の身体計測項目、血液生化学データとの相関を検討した。75gGTTにて正常耐糖能を示した住民を対象とし、IVS1+123G/A多型の違いで臨床データを統計学的に検討した。血清アディポネクチンがIVS1+123G多型で補正後、有為に低下しており、IVS1+123G/A多型がTNFαの発現に影響を及ぼし、脂肪組織のアディポネクチン産生に影響を与えていることが示唆された。
疾患と相関する進化的に保存された機能性非コード領域の情報工学的網羅探索法の開発

本研究は植物で可能だった解析(の拡張法)をヒトをはじめとした様々な生物に適用するための方法論の開発、それを利用した多型、病態との関連性の解析であり、大きく(1)機能性非コード領域同定の方法論の開発、(2)規則性抽出、(3)非コード領域と疾患との関連解析からなる。平成26年度は、方法論の開発(1)を行い、続く、平成27年度は、方法論を実装したプロトタイププログラムを完成させた。実装にあたり、期待通り、ヒトゲノムにも応用可能なことが分かり、新機能性分子の候補もあがってきたが、一方で方法論として確立するには、データベースのデータクレンジング手法の開発が重要なことが判明し、簡易的なデータクレンジング機能を新手法に追加した。また、平成26年度に、植物界で、保存された非コード領域上ペプチド配列を、実験的に破壊し、機能を有することを証明した成果について、平成27年度に論文として発表することができた。さらに、動植物ゲノムに保存された非コード領域を俯瞰することで、非コード領域の保存性は、狭い種間のみに留まっており、広い種にわたって保存されているものは、ごくわずかであることが判明した。その中でも、脊椎動物間で、広く保存されていた数個の非コード領域上ペプチド配列(uORFペプチド)に注目をした。この中には、代謝、エピゲノム制御、がんの発生、および、疾患に関わるタンパク質の上流非翻訳領域に、uORFとして進化的保存されていた。実験的な機能検証としてCMV/SV40とLucの間にWt uORF/Mut uORFを挿入したベクターを作製し、一過性発現系で機能を調べた。結果として、予備実験的ながら、再現性よくuORFの翻訳制御機能が確認できた。これらの非コードuORFが、代謝、エピゲノム制御、がんの発生、および、疾患に関わるタンパク質の翻訳制御を行っている可能性は高いと考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。従来の統計・情報学的手法では解析困難な生命科学ビッグデータが蓄積しつつある。近年、真核生物ではタンパク質をコードしない非コードDNAが大半を占め、ヒトゲノムの98%が非コード領域であることが明らかとなり、このような非コード領域には、多くの機能性非コード領域が未発見のまま残されている。進化保存性をもつ非コード因子は、非コード型転写・翻訳制御因子として有力であるが、当該領域においてほとんど研究されてない。そこで、本提案では、「非コード型転写・翻訳制御因子をゲノム網羅探索するための情報工学的な基盤技術開発」を行うことで当該領域を支援する。平成26年度は、方法論の開発を行い、方法論の骨格ができあがった。この方法論では、ヒトゲノムにも応用可能なことが分かり、新しい分子の候補もあがってきているが、このような方法論を確立するには、データベースのデータのクレンジング手法の開発が重要なことが判明し、データクレンジング機能を新手法に追加した。さらに、植物界で、保存された非コード領域上ペプチド配列を、実験的に破壊し、機能を有することを証明した。今回の解析結果から、eIF遺伝子の上流に動物界・植物界に共通して、保存されたuORFペプチドが存在することを同定し、これらは、動物界・植物界で全く違うものであることが判明した。つまり、eIF遺伝子の上流のペプチド配列は、動物界・植物界で、別々に平行進化してきたものであると考えられる。

これらの非コードuORFが、代謝、エピゲノム制御、がんの発生、および、疾患に関わるタンパク質の翻訳制御を行っている可能性は高いと考えられる。平成26昨年度は、「(1)機能性非コード領域同定の方法論の開発」を行う計画であり、uORF型の機能性領域の同定と、動植物界への応用に成功している。生命科学ビッグデータにデータクレンジング技術が、必要なことはある程度想定の範囲内であったが、予想以上に多くの技術開発を必要とした。しかし、一方で、ヒトゲノムの非コード領域上に座乗する多型と抗がん剤の副作用や奏効性予測が関係することを明らかにしていることから、平成26昨年度の達成度としては、おおむね順調に進んでいると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成27昨年度は、(2)規則性抽出、(3)非コード領域と疾患との関連解析を実施する予定である。(1)についても、進行中であるが、おおよそ重要な技術的な問題についてはクリアできており、平成26昨年度に購入した計算サーバーで、プログラム微調整を行いつつ、引き続き、ビッグデータの解析を行う予定である。(3)非コード領域と疾患との関連解析については、平成26昨年度に、ある程度、実施したが、連携研究者との協力の下で、引き続き、遂行する予定である。
数値流体力学に基づく脳動脈瘤血流解析・リスク評価システムの構築

本研究の目的は、数値流体力学的解析手法、すなわち、computational fluid dynamics(以下、CFD)を用い、脳動脈瘤を中心とする脳血管障害について血流解析を行うことで、診断・治療の理論的根拠を確立すること、さらに、その過程で、血行力学的因子を含む症例レポジトリを構築することである。平成30年度には、複数施設の異なった血管撮影装置から収集したデータをもとに解析を行い、どの撮影装置からのデータでも一定以上の解析が行えることを確認した。特にフローダイバーターを用いて治療した40例(順天堂大学の協力を得て広南病院の症例と併せて40例)を抽出・解析した。フローダイバーターを用いた大型動脈瘤の治療においては、動脈瘤頚部におけるmetal coverage ratioが20%前後を超えると治療効果が高いと考えられた。また、血管内部の幾何学的な形状によりフローダーバーターの設置長が変化し、metal coverage ratioも変化することから、血管の形状なども重要な因子であることが示唆された。データ登録・収集については、個人、大学のグループレベルなどで活動するよりも、学会レベルでのデータ収集を行い、公共の利益につなぐことが望ましいと考えられたため、日本脳神経外科学会、日本脳神経血管内治療学会のCFD実用化ワーキンググループとして、CFD解析サービスや、データ登録、他施設共同研究のシステム作りに着手した。より公益性の高いシステムへプロジェクトが発展しうると考えられた。順調にデータが登録され、かつ、学会と連携したシステム構築も視野に入ってきているため。データ全体としては、800例程度を最終的に蓄積することを目標とし、施設間の相違なども含め、種々のリスクとの関連性を検討する。これまでのようにテーマを抽出してCFDの有用性を検証していく。データベース登録については、学会との連携を図りながら、より公益性の高いシステムに代わるよう、バランスを取りながら研究開発を継続する。MRAからの形状抽出・CFD解析手法の開発も引き続き継続し、より汎用されているデータからCFD解析を行い、CFDの一般化を目指す。CFD自動解析やデータ登録システムなどが完成した場合には、それらをパッケージとして、全国展開や、事業化などを検討する。今年度の研究において、脳動脈瘤に対する脳血管内治療の支援ツールとしてのCFD血流解析の有用性が証明されつつある。現在までに、未破裂脳動脈瘤に対してコイル塞栓術が行われた症例、および、フローダイバージョン治療が行われた症例の主に2つについて、多施設からの提供症例に対するCFD血流解析を行い、臨床情報とともにデータを蓄積してきた。前者について特記すべきは、内頚動脈後交通動脈分岐部動脈瘤の40症例について血流解析を行った結果、血行動態に加えて幾何学的形状の重要性が再確認された点である。すなわち、脳動脈瘤頚部平面と動脈瘤の最大突出部とのなす角が大きい動脈瘤は、内部の血行動態に関わらず、コイル塞栓術に抵抗性であった。本研究結果は、脳動脈瘤の突出方向がコイル塞栓術の難易度に関与するとの先行報告を支持するとともに、脳動脈瘤の突出方向がコイル充填の難易度を決定する可能性、さらに、治療手技(コイル充填)の稚拙が血行動態因子よりも重要である可能性の2つを明確にした点で重要である。後者のフローダイバージョン治療については、全70症例を蓄積し、CFD血流解析の結果、O'Kelly-Marotta grading scaleにおいて、grade Cと判定される症例においては、フローダイバージョン治療後における脳動脈瘤頚部平面での高流速部位にremnantが生じることを発見した。今後、さらに多くの症例を蓄積することで、治療デバイスの種類、サイズの選択に有用な知見が得られる見込みである。データの解析は十分に進んでいることから予定通りに進捗していると考えられる。

平成29年度に多施設のデータ解析を行ったが、データ登録システム開発は十分でなく、引き続き効率よくデータを収集するシステムの開発を継続する。800例程度を最終的に蓄積することを目標とし、施設間の相違なども含め、動脈瘤破裂や治療後再発リスク評価などにつき検討する。MRAからの形状抽出・CFD解析手法の開発も引き続き継続し、より汎用されているデータからCFD解析を行い、CFDの一般化を目指す。CFD自動解析やデータ登録システムなどが完成した場合には、それらをパッケージとして、全国展開や、事業化などを検討する。データ全体としては、800例程度を最終的に蓄積することを目標とし、施設間の相違なども含め、種々のリスクとの関連性を検討する。これまでのようにテーマを抽出してCFDの有用性を検証していく。データベース登録については、学会との連携を図りながら、より公益性の高いシステムに代わるよう、バランスを取りながら研究開発を継続する。
ゲーム理論にもとづく暗号プロトコル

大きく分けて二つの成果が得られた。まず、2メッセージを用いた紛失通信についての考察である。具体的には、攻撃者のモデルをプロトコルの実行を途中で中止させるだけのfail-stopモデルからプロトコル中のアルゴリズムを任意に変更する攻撃を許すmaliciousモデルへの拡張を行い、既存のある種の暗号理論的な安全性と等価なゲーム理論的安全性を与えることに成功している。さらに、ビットコミットメントについての考察である。具体的には、maliciousモデルの攻撃者を対象とし、既存のある種の暗号理論的な安全性と密接に関連するゲーム理論的安全性を与えることに成功している。プロトコルの参加者は基本的に、正直者か攻撃者かのどちらかであると考えられてきたのが、従来の暗号理論である。この標準的な設定ではなく、参加者がある種の合理性に従って行動すると考える、すなわち、ゲーム理論にもとづく暗号プロトコルが近年提案され、考察されてきている。しかしながら、この設定のもとで対象となる暗号プロトコルのほぼすべてが秘密分散だった。本研究の目的は、秘密分散以外の、他の暗号プロトコルを対象とすることである。特に、公開鍵暗号や電子署名などの基本的な暗号プロトコルに対する考察を行う。この目的のために、本研究では研究期間4年を以下の3つのフェーズに分けた。第1フェーズ(H23):秘密分散に適したモデルとプロトコルの調査および設計、第2フェーズ(H24,25):公開鍵暗号および電子署名に適したモデルとプロトコルの設計、第3フェーズ(H26):他の基本的なプロトコルを対象としたモデルとプロトコルの設計、の3つのフェーズである。今年度は第2フェーズを行う予定であったが、昨年度が予定より大幅に進んだことにより、従来研究の調査に加え、第3フェーズの研究を前倒しで行った。その結果、ビットコミットメントと呼ばれる重要な基本暗号プロトコルを対象に考察を行うことに成功した。この成果は、Higo, Tanaka, Yasunaga: Game-Theoretic Security of Commitment, Symposium onCryptography and Information Security (SCIS 2013), 3C3-4,京都, 2013年1月として発表を行い、国際会議投稿準備中である。ここでは、ビットコミットメントに対してmaliciousモデルの敵を対象とし、既存の暗号理論的な安全性と等価なゲーム理論的安全性を与えることに成功している。暗号理論においては従来、プロトコルの参加者は基本的に、正直者か攻撃者かのどちらかであると考えられてきた。この標準的な設定ではなく、参加者がある種の合理性に従って行動すると考える、すなわち、ゲーム理論にもとづく暗号プロトコルが提案され、考察されてきている。今年度は第2フェーズを行う予定であった。しかし昨年度、前倒しで行った第3フェーズの研究に関連して新たな課題が見つかり、その課題を調査することにより、研究が予定と異なる方向で大幅に進み、紛失通信と呼ばれる重要な基本的な暗号プロトコルを対象に新たな考察を加える行うことに成功した。この成果は、Higo, Tanaka, Yasunaga: Game-Theoretic Security for Bit Commitment, The 8th International Workshop on Security (IWSEC 2013)として、国際会議に採択され発表を行った。ビットコミットメントに対してmaliciousモデルの敵を対象とし、既存のある種の暗号理論的な安全性と密接に関連するゲーム理論的安全性を与えることに成功している。従来の暗号理論において、プロトコルの参加者は基本的に、正直者か攻撃者かのどちらかであると考えられてきた。近年、この標準的な設定ではなく、参加者がある種の合理性に従って行動すると考える、すなわち、ゲーム理論にもとづく暗号プロトコルが提案され、考察されてきている。

第1フェーズ(H23):秘密分散に適したモデルとプロトコルの調査および設計、第2フェーズ(H24,25):公開鍵暗号および電子署名に適したモデルとプロトコルの設計、第3フェーズ(H26):他の基本的なプロトコルを対象としたモデルとプロトコルの設計、の3つのフェーズである。今年度は第1フェーズを行う予定であった。しかし、研究が予定より大幅に進み、従来研究の調査に加え、紛失通信と呼ばれる重要な基本的な暗号プロトコルを対象に考察を行うことに成功した。この成果は、Higo, Tanaka, Yamada, Yasunaga: A Game-Theoretic Perspective on Oblivious Transfer, The 17th Australasian Conference on Information Security and Privacy (ACISP 2012)として、国際会議に採択された。ここでは、紛失通信に対してmaliciousモデルの敵を対象とし、既存のの暗号理論的な安全性と等価なゲーム理論的安全性を与えることに成功している。ゲーム理論的安全性では従来の暗号理論的安全性とは異なる概念を捉えようとしている。従来の暗号理論的安全性では、プロトコルの参加者は基本的に、正直者か攻撃者かのどちらかであると考えられてきた。ゲーム理論的安全性では、このような従来の設定ではなく、参加者がある種の合理性に従って行動すると考える。すなわち、ゲーム理論にもとづく暗号プロトコルが近年提案され、考察されてきている。しかしながら、この設定のもとで対象となる暗号プロトコルのほぼすべてが秘密分散だった。本研究の目的は、秘密分散以外の、他の暗号プロトコルを対象とすることである。特に、公開鍵暗号や電子署名などの基本的な暗号プロトコルに対する考察を行う。この目的のために、本研究では研究期間4年を以下の3つのフェーズに分けた。今年度は第3フェーズを行い、合理的な対話証明に関する研究を進めた。ここでは、報酬と呼ばれる新しい概念についての調査および研究を進めた。また、第1フェーズに関しても、Kawachi, Okamoto, Tanaka, Yasunaga: General Constructions of Rational Secret Sharing with Expected Constant-Round Reconstructionとして研究をまとめ現在、国際論文誌に投稿中である。ここでは、秘密分散に対して期待値として定数ラウンドで動作するようなプロトロルの構成法について考察している。
同軸ナノケーブルアレーの作製によるナノスケール領域への光の局在化

200nm周期で規則突起配列を有するモールドを用いてアルミニウムにナノインプリントを行うことにより,ナノスケールのくぼみが三角格子状に規則配列した構造をアルミニウムの表面に形成した.これを適切な条件で陽極酸化することにより,くぼみに対応した位置で細孔が成長した理想細孔配列ポーラスアルミナを得た.ポーラスアルミナの表面に金属層を形成し,アルミニウム地金およびバリヤー層を除去することで細孔内にめっき液が浸透するようにした後,金属層を電極とした電解めっきにより細孔内に金属を充填した.金属/アルミナマトリクスを特定の酸性水溶液中でエッチングすることにより,金属ナノワイヤ/アルミナ界面でアルミナを優先的に溶解し,金属ワイヤ外周部でチューブ状の空隙を形成した.この空隙に樹脂を充填した後,アルミナを溶解し金属ワイヤ/樹脂チューブの規則配列を得た.アルミナが存在した空隙をめっきにより金属で充填し,目的とした金属ハニカム(孔径140nm)/樹脂チューブ/金属ナノワイヤ(ワイヤ径70nm)からなる同軸ナノケーブルアレーを作製した.比較として,同サイズの金属ハニカム(メタルホールアレー)を作製し,それぞれの光透過特性を測定したところ,同軸ナノケーブルアレーがメタルホールアレーでは透過しない長波長域の光を透過することが確認された.これは,入射波長を固定した場合には同軸ナノケーブルアレーでより微細なサイズで光を透過できる事を示しており,研究当初に目指していた光学特性を得ることができた.更に,可視域での透過率の減衰について原因を調べたところ,金ナノワイヤの表面プラズモン吸収に起因することがわかり,ニッケルに置き換えることによって可視域でも高い透過を示すことができた.規則的な突起配列を有するモールドを用いたアルミニウムへのインプリント処理により,500nm周期の窪み配列をアルミニウムの表面に形成した.これを陽極酸化することで,窪み位置に細孔の形成を誘導し,細孔が500nmで理想配列した陽極酸化ポーラスアルミナを作製した.アルミナ膜の片側にNi層を形成して電極とし,細孔を貫通孔化させた後に電解析出によりAuを充填した.りん酸を主成分とするエッチング液に試料を浸漬することにより,Auワイヤの周囲のアルミナを選択的に溶解し,Auワイヤの外周に沿ったチューブ状の空隙を形成した.この空隙に樹脂を充填し,アルミナをNiに置き換えることにより,細孔中心に直径130nmのAuのワイヤが存在するNiの同軸ナノケーブルアレーを作製した.この試料の光透過特性を測定したところ,800nm1800nmの近赤外域の光を同軸部で透過する特性を有することがわかった.同軸構造の微細化を進めた結果,モールドの突起配列の微細化及び陽極酸化条件の調整により,細孔周期300nmで同軸ナノケーブルアレーを得ることができた.このときのAuワイヤ径は約100nm,細孔径は約200nmであった.この試料の光透過特性は,500nm周期の同軸ナノケーブルアレーの光透過特性と比較して透過率の低下がみられたものの,可視域(約300nm)から近赤外域(約1800nm)の広い範囲にわたって入射光を透過し,可視光をナノスケールの領域で伝播させるという,本研究課題で当初に目指した機能を有することが確認された.200nm周期で規則突起配列を有するモールドを用いてアルミニウムにナノインプリントを行うことにより,ナノスケールのくぼみが三角格子状に規則配列した構造をアルミニウムの表面に形成した.これを適切な条件で陽極酸化することにより,くぼみに対応した位置で細孔が成長した理想細孔配列ポーラスアルミナを得た.ポーラスアルミナの表面に金属層を形成し,アルミニウム地金およびバリヤー層を除去することで細孔内にめっき液が浸透するようにした後,金属層を電極とした電解めっきにより細孔内に金属を充填した.金属/アルミナマトリクスを特定の酸性水溶液中でエッチングすることにより,金属ナノワイヤ/アルミナ界面でアルミナを優先的に溶解し,金属ワイヤ外周部でチューブ状の空隙を形成した.この空隙に樹脂を充填した後,アルミナを溶解し金属ワイヤ/樹脂チューブの規則配列を得た.アルミナが存在した空隙をめっきにより金属で充填し,目的とした金属ハニカム(孔径140nm)/樹脂チューブ/金属ナノワイヤ(ワイヤ径70nm)からなる同軸ナノケーブルアレーを作製した.比較として,同サイズの金属ハニカム(メタルホールアレー)を作製し,それぞれの光透過特性を測定したところ,同軸ナノケーブルアレーがメタルホールアレーでは透過しない長波長域の光を透過することが確認された.これは,入射波長を固定した場合には同軸ナノケーブルアレーでより微細なサイズで光を透過できる事を示しており,研究当初に目指していた光学特性を得ることができた.更に,可視域での透過率の減衰について原因を調べたところ,金ナノワイヤの表面プラズモン吸収に起因することがわかり,ニッケルに置き換えることによって可視域でも高い透過を示すことができた.
ヒト体内での進化の数理的研究:発がんおよび薬剤耐性獲得機序の解析

研究代表者は今年度に、ヒト体内での進化に関する数理的研究として発がん過程に関わる以下の研究を重点的に行った。ヒト体内のそれぞれの組織には幹細胞と呼ばれる自己複製することができる細胞と、幹細胞が分化してできる、長期的に自己複製できない細胞が存在する。がんにも同様の構造があり、がん細胞を作り出し維持しているがん幹細胞が存在することが知られているが、がん幹細胞が正常な幹細胞の突然変異によって生まれるのか、それとも、幹細胞が分化した後の細胞から生まれるのかは多くのがんで解明されていない。そこで、幹細胞と非幹細胞からなる脳の組織をモデルで表し、神経膠腫の発生に必要となる遺伝子(PDGF、ARF、PTEN)の突然変異を想定して、幹細胞か、非幹細胞のどちらの集団で遺伝子の蓄積による発がんが起こるかを調べた。各パラメータについて、現在実験的に求められている値を用いると,前駆細胞から発がんが起こりやすいという結果が得られた。この結果の妥当性は、スローンケッタリング記念癌研究所のHolland博士の研究室で、マウスの実験によって確かめられた。現在、理論と実験の結果を合わせた論文を投稿中である。その他に、昨年度に行った、「骨髄増殖性疾患について発がんが起こる細胞を同定する数理的研究」と「がんの診断時に既に転移が起こっている確率やその細胞数に関する公式の導出と、転移能を獲得したがんを持つ患者に対して投薬や腫瘍の切除を行ったときの生存期間に関する公式の導出」の2つの研究をそれぞれ学術雑誌(Proceedings of the National Academy of Sciences, Journal of Theoretical Biology)に発表した。発がん過程をヒト体内での細胞の進化過程として捉え、数理的研究を行っている。今年度、ニューヨークにあるSloan-Kettering InstituteのMichor研究室で、主に確率モデルを用いて細胞の体内での動態で解析し、特にがん転移に関する理論的な理解を目指した。がん転移は発がん過程の中で最終段階に位置付けられてきた(Hanahan and Weinberg,2000 Cell)。しかし、近年の研究で転移を促進する遺伝子変異が見つかり、初期段階のがんでも転移が起こっている可能性が示唆されている(Bernards and Weinberg,2002 Nature)。そこで、我々は増殖しているがん細胞の集団が突然変異により転移能を獲得し、転移能を獲得したがん細胞は一定の確率で原発腫瘍とは別の場所に転移するというモデルを構築した。これまでに行ってきた研究を応用し、がんの診断時に転移細胞が存在する確率やその細胞数に関する公式を導出した。また、がん細胞の数が一定数まで増えたときに患者が亡くなると仮定して、がん診断後に投薬や手術によってどれだけ生存期間を延ばせるかという理論式を導いた。その結果、投薬と手術に関して2つの重要な示唆が得られた。(1)投薬が患者の生存期間に与える効果は、診断時の腫瘍のサイズに関わらず一定である。(2)手術は、腫瘍のサイズが小さいときは効果が小さく腫瘍のサイズが大きいときに、手術しないのに比べて患者の生存期間を大きく延ばす。
AE信号のニューラルネット解析による腐食摩耗状態の推定

腐食溶液中(0.1ml/lのNa_2SO_4溶液)において工具鋼(SKD61)をアルミナセラミック球で摩擦し,そのときに発生したAE信号を測定した.試験片の2種類の分極曲線(通常とポテンシャルパルス法)をとり,摩擦部では腐食摩耗が進行し,非摩擦部では不動体化し腐食が進まない試験片電位を決定した.摩擦試験は全振幅10mmの往復動で,死荷重10N,5Hzで行った.参照電極に飽和カロメル電極,対極に白金電極を使用し,1000mVの電位を加えた.この腐食摩耗試験は金型の複合電解研磨法への応用が考えられるので,試験片表面には放電加工を施した.試験片の放電加工面は27μm程度の加工変質層が存在する.この条件における腐食摩耗は,約2万サイクルで摩耗深さが加工変質層より下に達することが分った.AE信号の解析方法として,ARモデル解析とそのAR係数の主成分分析および振幅分布のフラクタル次数を求めた.また,ニューラルネット解析のプログラムを作成し,主成分分析の第1,第2主成分とフラクタル次数を入力に用いてニューラルネットを学習させた.ニューラルネットの学習方法とし収束回数が極めて少なくてすむカルマンニューラルトレーニング法を用いた.その結果,摩耗の推移とともに第1主成分とフラクタル次数はともに推移し,約2万サイクルでほぼ一定値となった.これによりニューラルネットで加工変質層に到達したと思われる摩耗状態を8回試行した中で全ての場合で判断する事ができた.腐食溶液中(0.1ml/lのNa_2SO_4溶液)において工具鋼(SKD61)をアルミナセラミック球で摩擦し,そのときに発生したAE信号を測定した.試験片の2種類の分極曲線(通常とポテンシャルパルス法)をとり,摩擦部では腐食摩耗が進行し,非摩擦部では不動体化し腐食が進まない試験片電位を決定した.摩擦試験は全振幅10mmの往復動で,死荷重10N,5Hzで行った.参照電極に飽和カロメル電極,対極に白金電極を使用し,1000mVの電位を加えた.この腐食摩耗試験は金型の複合電解研磨法への応用が考えられるので,試験片表面には放電加工を施した.試験片の放電加工面は27μm程度の加工変質層が存在する.この条件における腐食摩耗は,約2万サイクルで摩耗深さが加工変質層より下に達することが分った.AE信号の解析方法として,ARモデル解析とそのAR係数の主成分分析および振幅分布のフラクタル次数を求めた.また,ニューラルネット解析のプログラムを作成し,主成分分析の第1,第2主成分とフラクタル次数を入力に用いてニューラルネットを学習させた.ニューラルネットの学習方法とし収束回数が極めて少なくてすむカルマンニューラルトレーニング法を用いた.その結果,摩耗の推移とともに第1主成分とフラクタル次数はともに推移し,約2万サイクルでほぼ一定値となった.これによりニューラルネットで加工変質層に到達したと思われる摩耗状態を8回試行した中で全ての場合で判断する事ができた.
新しい嗅覚検査機器を用いた化学物質過敏症患者の嗅覚閾値の検討

平成13年度の結果を受けて、平成14年度は、嗅覚検査機器の完成を最大の課題とした。流量の調整精度や、曝露濃度の精度検証が完了していないものの、実用段階の開発は今年度で完了した。ただし、今年度開発中に、検査に用いる曝露物質を何にすることが適当なのかが問題になり、機器開発を継続するとともに、患者の嗅覚特性についての検討を行った。嗅覚特性の研究は、化学物質過敏症と考えられる25人と、年齢と性別をマッチングさせた対照者25人に、ペンシルバニア大学式嗅覚識別検査(UPSIT)と、その国際版であるCross-Cultural嗅覚検査を施行し、その反応の違いをみることで行った。また、この検査には元来含まれていないものであったが、嗅覚検査で用いられた物質が、快と感じるか、不快と感じるかの項目を追加し、被験者の情動的反応に差が認められるかも合わせて検討した。この結果、嗅覚検査物質が正しく認識できたかでみた場合、つまり、嗅覚検査の正答率でみた場合、化学物質過敏症群と対照群に明らかな違いは認められなかった。一方、嗅覚検査使用物質が快か不快かの回答についてみた場合、化学物質過敏症群で有意に不快と回答する物質が多いことが認められた。また、一人あたりの不快と回答する物質数も、対照と比較して有意に多かった。このことから、化学物質過敏症群では、嗅覚刺激物質の弁別においては対照群と変わらないものの、それをどのように感じるかという点に差がみられるのではないかということが示唆された。この中で、差がみられた物質に揮発性の有機物が含まれているため、次年度以降は、この揮発性の有機物を使用して、果たして、嗅覚の閾値には差がないかを新しく開発した機器を用いて検討したい。平成13年度は、嗅覚検査機器の完成と正常対象者での嗅覚閾値の測定を目的に機器開発を行ってきた。今年度研究費にて、機器部品を新たに購入し、機器の完成を目指したが、技術的な問題が顕在化した。その問題点とは、1.流量と濃度設定が不安定になる。2.当初、機器は排気も含め、完全な閉鎖回路となるよう設計したが、排気ガスを捕集する方法が設計段階のものでは対応できない。である。現在もこの点を改良しつつ、一日も早い完成を目指している。計画の段階では、今年度は機器の開発とその機器による検査を行う予定であったが、上記問題を解決する上で更に時間を要したため、検査で使用を予定している嗅覚刺激物質の検討を行った。対象は20代から40代の男女で、検査には、嗅覚識別検査を使用した。この嗅覚識別検査は、食べ物や植物など、日常的な40種類の臭い(以下、臭素)から構成されており、マイクロカプセルを金属棒でこすり、その臭素について正解を四者択一で求めるという形式で実施される。正常対照者のみの集計結果からは、米国人での先行研究より正当数が少ない結果となり、日本人に馴染みのない臭素の影響が示唆される結果となった。また、必ずしも経験のあるものが正答率が高いとも限らないことから、選択肢の組み合わせによる正答率の導きやすさが存在する可能性も示唆された。平成14年度は、機器の完成と、嗅覚検査の実施を目指すとともに、上記嗅覚認知検査上の化学物質過敏症と正常対照者の違いをまとめ、検査機器で使用する臭いのもととなる物質の決定を行う予定である。
一酸化窒素による睡眠及び意識制御の可能性について

研究代表者らは、以前に、一酸化窒素(nitric oxide : NO)の生体内合成酵素(nitric oxide synthase : NOS)の阻害剤であるN^G-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME)をラット間脳領域に持続投与すると、レム睡眼が顕著に増加することを見いだし、続けて、NOを供与する性質を持つ化合物であるNOC 12を同領域に投与すると、レム睡眠が減少することを見いだした。これらの実験結果から、間脳領域のNOがレム睡腹の制御に関与しているのではないかと考えた。レム睡眠を制御するならば、ひいては、意識変容といった病態にも関与する可能性もある。しかし、L-NAMEやNOC 12の作用が本当にNOの変動を介したものなのか、あるいは何らかの別のメカニズムによるものかは明確でなかった。そこで、間脳領域のNOが睡眠・覚醒、とりわけレム睡眠と連関した日内変動を示しているのか、さらにL-NAMEを投与した際に、間脳領域で、本当にNOが量的に低下しているのかを確かめる必要があると考えた。本研究では、無拘束ラットで、2日あるいはそれ以上にわたり持続的に間脳領域のNOの量的変動を測定しつつ、さらに間脳領域にL-NAMFを6時間にわたり持続投与し、その睡眠・覚醒に対する効果を観察しつつ、同時にNOの量的変動を記録することに成功した。その結果、間脳領域のNOは、ラットの活動期である夜間に高値を示し、睡眠期である日中に低下するという日内変動を示し、さらにL-NAMEを持続投与することで、低下を示すことが証明された。本研究では、この成果を、この研究グループがこの2年間になし得た他の関連研究成果とともに報告する。われわれは、ラットを用いた動物実験において、一酸化窒素(NO)合成酵素阻害剤やNO供与物質を脳内に投与することにより、主にレム睡眠が大きく変動することを突き止めている。さらにその作用部位が視床及び視床下部を含む領域に存在することも明らかにしている。そこで今回、まず、ラットにおいて、NO合成酵素阻害剤やNO供与物質を脳内に投与した際に、実際に脳内でNOが量的に変化するかどうか、さらに、生理的な条件下で、脳内のNOが、レム睡眠や意識状態の変化と連動して、変化しているかどうかについて、検討を行っている。方法としては、ラットに麻酔下で手術を行い、脳波、筋電図、眼電図を記録する電極と、脳内に物質を投与するマイクロダイアリシス・プローブ、さらにNO測定用のマイクロダイアリシス・プローブを慢性的に埋め込んだ後、脳波、筋電図、眼電図を記録しつつ、またNO合成酵素阻害剤やNO供与物質を脳内に投与しつつ、エイコム社製の酸化窒素分析装置を用いて、脳内のNOの測定を行っている。現在得られている結果では、測定系流路の溶液の流速が、NOの測定結果に大きく影響し、われわれが普段使用している流速(0.2μl/min)では、測定限界に近く、正確な変動を捉えられているか疑問が残る。また、NO測定系の流路や溶液内からの窒素酸化物等の混入が考えられ、さらにNO合成酵素阻害剤の分解物あるいは不純物がNOとして感知されている可能性もあるなどといった種々の問題を、今後解決していかなければ、信頼性の高い結果を得ることはできないと考えている。予想に沿ったNOの変動が見られない場合には、NO合成酵素阻害剤やNO供与物質を脳内に投与した際のレム睡眠の反応のメカニズムについて、種々の仮説を立てて、検証していく必要性が生じてくる。ラットの脳にマイクロダイアリシスプローブを埋め込んでリンゲル液を灌流し、同時に埋め込んだ電極から脳波及び筋電活動を記録しつつ、脳内の一酸化窒素(nitric oxide, NO)の量的変動を数日間にわたり測定することに成功した。

マイクロダイアリシスプローブは、NO合成酵素阻害剤を投与すればレム睡眠が増加し、逆にNO供与剤を投与すればレム睡眠が減少することがわかっている部位、すなわち視床及び視床下部領域に埋め込んだ。この部位のNOの濃度の変化を調べたところ、日中、ラットが眠っている時間帯には比較的低値を示し、夜間ラットが活動している時間帯には高値を示した。さらにNO合成酵素阻害剤を夜間に持続的に脳内投与することによりレム睡眠が増加する時間帯には、NOの値が、NO合成酵素阻害剤を投与していない夜間に比較して、明らかな低値を示した。これらの結果は、以前われわれが見出したNO合成酵素阻害剤によるレム睡眠増加作用が、その薬物の非特異的な作用ではなく、NOの低下によるものであることを示唆するものである。さらにラットの実験で、NOとの関連はまだ不明ではあるが、視床下部で覚醒を維持すべく機能している可能性が高いオレキシン産生細胞の活動を、以前われわれが見出したアデノシンA_<2a>受容体刺激が睡眠を促進する部位である吻側前脳基底部のニューロン群の活動が、抑制している可能性が示された。また人間での研究では、かねてより主張されているように、脳脊髄液中のオレキシンのレベルは、レム睡眠の過剰に類似した病態であるナルコレプシーにて、極端に低下していることがわれわれの症例でも確認された。
Si,Ge化合物の酸化還元反応を利用する結晶質半導体薄膜の低温堆積

ジシラン(SiH_2H_6)と弗化ゲルマニウム(GeF_4)との酸化還元反応を利用する新しい多結晶SiGe薄膜の低温熱CVD法について、堆積条件(堆積温度、原料ガス流量比、反応圧力)が堆積する膜の堆積速度や組成、結晶性に与える影響について検討した。その結果、(1)堆積するSiGe膜の組成は基板温度に強く依存し、400°C以下の条件では一般にGe組成の高い膜(Ge組成>80%)が堆積し、400°C以上の条件ではSi組成が急激に増大すること、(2)基板温度450°Cの条件においては、SiH_2H_6/GeF流量比が>13以下の場合はGe組成が80%を越えるSiGe膜が堆積し、SiH_2H_6/GeF_4流量比が20以上の条件では、Si組成が90%を越えるSiGe多結晶膜が堆積すること、(3)Ge組成の多結晶SiGe膜の堆積では、基板上に結晶膜の堆積がみられ、前述のSi組成が高い堆積条件においても、成長速度が<1Aの場合には同様に基板上に直接、結晶成長が起こること、また、(4)直接、結晶膜の堆積が起こる条件では、成長初期に基板上に結晶核の形成がされ、反応圧力を選ぶことにより、その密度を10^9 -10^<12>/cm^2にわたって制御できること、さらに、(5)反応圧力の選択により、SiO_2/Si基板においてSi上にのみ膜が堆積する選択成長が実現することがわかった。そこで、膜堆積初期に反応圧力をやや高めに保ちSiO_2基板上に結晶核を形成した後、反応圧力を低下させて成長条件を選択成長条件へと移行させ、形成された核を選択的に成長させ屡ことによって、膜厚200nmの膜において結晶粒径(100-150nm)の制御された結晶性に優れたSiGe膜(Si組成>95%)の堆積が実現できることが明らかになった。
歯周病原性プラ-クの形成機序に関する研究

歯周病の原因となる歯肉縁下プラ-クの形成機序の一端を知ることを目的として、その主な構成細菌である様々なグラム陰性嫌気性細菌と<Streptococcus milleri>___ーとの菌体共凝集反応性について調べた。実験には、ヒト歯肉炎部縁下プラ-クから新たに分離同定した20株を含むグラム陰性細菌8属54株と口腔<S.milleri>___ー(血清型a__ーk__ー、30株)を用いた。前者は、メナジオン・コハク酸を含むToddーHewittブロ-スにて、後者はBHIブロ-スにて嫌気的に培養し、集菌・洗浄後、菌体凝集反応試験に用いた。<S.milleri>___ーと最も広汎で強度な凝集能を示したのはFusobacterium属で、供試22株全てが共凝集陽性で、中でも8株は血清型を問わず20株以上の<S.milleri>___ーと凝集した。Bacteroides属は16株中10株が19株の<S.milleri>___ーと、またEikenella属の1株とVeillonella属の1株とVeillonella属の6株中1株が4株の<S.milleri>___ーと凝集性を示した。Copnocytophaga属2株中1株と、Actinobacillus属4株中1株は1株の<S.milleri>___ーとのみ陽性で、Neisseria属2株とWolinella属1株はどの<S.milleri>___ーとも凝集しなかった。次に広範囲の共凝集性を示した<F.nucleatum>___ーおよび<B.gingivalis>___ーと<S.milleri>___ーとの共凝集反応の特性を調べた。ほとんどの組み合わせにおいて、18mMEDTAー2Naの添加により凝集塊の解離がみられたが(54ペア/62ペア)、60mMラクト-スの添加では解離はみられず(132ペア/138ペア)、他の糖ラムノ-ス、ガラクト-ス、ガラクトサミンでも同様であった。また、グラム陰性細菌菌体を加熱またはプロチア-ゼ処理すると凝集能を失うのに対し、<S.milleri>___ー菌体は同様の処理をしても凝集能を有している(100ペア/120ペア)ことから、共凝集反応にはグラム陰性細菌の菌体表層タンパク質が関与していることが示唆された。以上の結果、歯肉縁下プラ-クの基層をなしている<S.milleri>___ーがいくつかの歯周病原性グラム陰性嫌気性細菌のプラ-クへの参入に関与している可能性が考えられる。
国際協力における理科教師に対する実験指導力育成アプローチに関する基礎的研究

開発途上国において理科教師の実験指導力を育成するための研修には,教師の資質能力に合わせた研修内容と,低コストで実施できることが必要である.これまでの理科教師の実験指導力を育成のための国際協力では,日本側より専門家を派遣し研修会を実施することが行われたが,専門家派遣と研修場所までの交通費などを考慮するとプロジェクト終了後の継続的な実施が難しい可能性もある.このような研究関心から,映像教材の配布により実験指導力の育成が可能か解明する調査を実施した.映像教材は,実験手順や科学的知識などをわかりやすく伝えることができる利点がある.映像教材は,フィリピンの教材作成機関である国立科学実験器具開発センター(NSTIC)と共同で作成し,これまで調査したフィリピン理科教師の実験指導力による調査,ライフヒストリー法を用いたフィリピン理科教師の経験の解明を踏まえ作成した.また,フィリピン理科教師の科学的知識が不十分である側面も考慮し科学概念を説明するプリントの作成と,実験指導に活用できるプリントも作成した.調査は,NSTICスタッフによるセブ市内で科学教員10名を対象とした試行をし教材の改善の後,フィリピンマニラ首都圏パシグ市の公立学校である中等学校の物理担当教員(両日参加者10名)に映像教材と印刷資料を用いて,実際の器具の作成と実験を行う研修会として実施した.その結果,質問紙,インタビューにより,教材により実験方法がわかり教員研修の代替となるという教材の有用性が認められた.一方で,教材の使用前後で課した科学的知識に関するテストにおいては,一部の教員には教材に関連する十分に科学的知識が獲得されなかったことが課題であった.理科教育研究の文献調査と日本国内で途上国の理科教師の研修を担当している大学教員のインタビューにより、理科教師に実験指導能力育成が必要な背景と関連が高い、開発途上国の理科教育と、理科教師の資質能力の現状に関する解明について研究を行った。開発途上国の理科教育に関しては文献調査により、科学的リテラシーの達成という理科教育の世界的潮流の影響が開発途上国の理科教育へも影響を与えていること、日常使っている言語と異なる言語により理科が教えられていることから生徒が理科の学習が困難になっていること、教育財政の限られている現状に対応した手作り実験器具使用が必要とされていることが明らかとなった。また、開発途上国で理科を教えることについては、経済発展への寄与、持続的開発、科学技術について知ること、環境への影響を知ること、などの理由から重要視されるということが指摘されており、日本の文脈における理科を教える意義とは異なる視点があることが明らかとなった。また、国際協力事業団が行った開発途上国プロジェクトに関連する報告書の分析より、開発途上国の理科教育の問題を、教員、教授法、カリキュラム・教科書、理数科教育に関わる制度環境、設備、子どもの実態、大学・教員養成、視点から分析した。理科教師に必要とされる資質能力に関しては、文献調査より、実験器具が整備されていない状況を踏まえ自作の実験器具を作る能力が必要とされていることが先進国の理科教師に必要とされる資質能力と異なる視点であることが明らかとなった。また、インタビューより、開発途上国の開発途上国の理科教師は、授業内容(科学的内容)の理解、授業展開、実験技能などの点において、改善すべき課題を抱えていることが把握できた。理科教師の実験指導力を育成するためには,フィリピン理科教師がどのような経験を積み教師になってきたのかを明らかにする必要がある.これまで国際協力の援助機関の調査は,数量的な教育指標に関わるデータ収集や,教育行政官や校長などのインタビューにとどまっていた.教師の資質能力の向上のためには,教師を対象とした継続的且つミクロな調査が必要である.このような,研究関心から本研究では,社会調査で使われるライフヒストリー法を用いてフィリピン理科教師の学齢期の経験,教員養成での経験,教員研修での経験を明らかにした.調査は,フィリピン間の地域間の違いが想定されるため,本年度は2カ所で実施した.1カ所目は,都市部としてマニラ首都圏の中等学校,2カ所目は地方としてミンダナオ島東ダバオ州のルポン町近隣の中等学校を対象に調査を実施した.調査対象数は,マニラ首都圏において11名,ミンダナオ島において13名であり,調査としてインタビューを各1時間程度実施した.調査の結果,教員の学齢期には学校では十分な理科実験の経験が無く教育環境も不十分であった.教員養成では必ずしも十分な理科実験経験を積んでいない.また,大学院を含む教員研修の経験は,大学へのアクセスのよいマニラ首都圏の教員の方が多いことが明らかとなった.また,教員を選択した理由にっいては,40代以上の教員については他の職業に比べ職を得るチャンスが高かったという教員へのなりやすさを指摘していた.以上の結果より,理科教師の実験指導力を形作るこれまでの経験を明らかにすることができたが,今後,実験指導力を育成するためのアプローチを考察するためには,より詳細に教師のバックグラウンドを明らかにする調査が必要である.開発途上国において理科教師の実験指導力を育成するための研修には,教師の資質能力に合わせた研修内容と,低コストで実施できることが必要である.これまでの理科教師の実験指導力を育成のための国際協力では,日本側より専門家を派遣し研修会を実施することが行われたが,専門家派遣と研修場所までの交通費などを考慮するとプロジェクト終了後の継続的な実施が難しい可能性もある.

このような研究関心から,映像教材の配布により実験指導力の育成が可能か解明する調査を実施した.映像教材は,実験手順や科学的知識などをわかりやすく伝えることができる利点がある.映像教材は,フィリピンの教材作成機関である国立科学実験器具開発センター(NSTIC)と共同で作成し,これまで調査したフィリピン理科教師の実験指導力による調査,ライフヒストリー法を用いたフィリピン理科教師の経験の解明を踏まえ作成した.また,フィリピン理科教師の科学的知識が不十分である側面も考慮し科学概念を説明するプリントの作成と,実験指導に活用できるプリントも作成した.調査は,NSTICスタッフによるセブ市内で科学教員10名を対象とした試行をし教材の改善の後,フィリピンマニラ首都圏パシグ市の公立学校である中等学校の物理担当教員(両日参加者10名)に映像教材と印刷資料を用いて,実際の器具の作成と実験を行う研修会として実施した.その結果,質問紙,インタビューにより,教材により実験方法がわかり教員研修の代替となるという教材の有用性が認められた.一方で,教材の使用前後で課した科学的知識に関するテストにおいては,一部の教員には教材に関連する十分に科学的知識が獲得されなかったことが課題であった.