hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
若年無業の経済分析

今年度の研究実績は以下のとおりである。第1に、若年無業の状態継続要因に関する研究としては、厚生労働省「21世紀成年者縦断調査」の調査票データを統計法33条により目的外利用し、若年無業(ニート)状態を経験した者の失業・就業への移行を実証的に検討した。その結果、ニート期間を継続することや、比較的高年になってからニート状態に陥ることで脱出が困難になることが明らかになった。また、教育水準が高い者や過去に職業経験を有する者については就業への移行確率が高まるが、教育水準の効果について男女差が存在することを見出した。女性では、専門・短大卒および大卒・大学院卒が就業への移行確率を有意に高めている一方で、男性では大卒・大学院卒のみが就業への移行確率を高めている。この結果は、博士論文「若年雇用の経済分析」内の第3章としてまとめられた他、2016年3月に開催された「Presentation Workshop for Young Economists(at Osaka University)」において英語にて報告された。現在、国際学術雑誌へ投稿準備中である。第2に、若年者に向けた雇用政策の効果に関する研究の結果としては、総務省「労働力調査」の調査票データを統計法33条により目的外利用し、ジョブカフェによる雇用促進効果の因果的識別を試みた。具体的には、早期に開所した都道府県を処置群、遅れて開所した都道府県を比較群と設定し、DID(Difference-In- Differences)推定により早期に開所した処置群における雇用促進効果を測定した。その結果、処置群において約2%の雇用者の増加が見出された。なお、この結果は博士論文「若年雇用の経済分析」内の第4章としてまとめられた他、2015年9月に開催された「第18回労働経済学コンファレンス」において報告された。27年度が最終年度であるため、記入しない。若年無業に関する実証研究を進めるとともに、若年者を含む失業問題や貧困対策に関して共同研究を行った。それらの研究内容と成果は次の通りである。第1に、若年無業の決定要因に関して研究を行った。具体的には、若年無業の中でもとりわけ、類型別のニート(非求職型・非希望型の若年無業)について集計されたデータを用い、それぞれの状態が経済変数や個人属性からどのように影響を受けるのかを検証した。その結果、賃金水準の低下や所得下位層での格差の増大が、どちらのタイプのニートも増加させていることなど、経済理論からのインプリケーションと整合的な結果が得られた。以上の分析の結果を、論文として取りまとめ、現在投稿中である。第2に、若年者を含む失業や貧困対策に関して共同研究を行った。まず、貧困対策に関する研究として、生活保護額の増額が労働供給に及ぼす影響について検証を試みた。ここでは、生活保護額と労働供給に関する内生性に対処するため、地域別の生活保護額に着目し、それが市町村合併に伴って外生的に上昇する状況を自然実験として利用した。市町村パネルデータを用いた計量分析の結果、市町村合併による生活保護額の上昇が被保護率を引き上げること、また、生産年齢の就業率を引き下げるという結果を得た。次年度早々にディスカッションペーパーとしてまとめ、英文ジャーナルに投稿する予定である。さらに、失業については、欧州諸国の長期失業者の推移や、各国の雇用政策に関して多くの文献をサーベイした。主な結果としては、熟練度の低い労働者や高齢者、外国人労働者といった労働市場で不利な個人が各国で共通して長期失業化していること。また、各国の労働市場制度や政策の違いから、積極的労働市場政策とともに労働市場の柔軟性が長期失業を抑制するとの結果を得た。本研究成果は、論文「欧州の長期失業者の推移と対策」として『日本労働研究雑誌』特集号に掲載された。

なお、この結果は博士論文「若年雇用の経済分析」内の第4章としてまとめられた他、2015年9月に開催された「第18回労働経済学コンファレンス」において報告された。現在、国際学術雑誌へ投稿準備中である。交付申請書に記載のテーマに関してはほぼ計画どおりに進んでいる。ニート状態の決定要因に関する研究では、理論仮説と整合的な結果が得られ論文を投稿中であることに加え、当該研究の頑健性を確かめるため、総務省統計局に調査票データの開示を求め、『就業構造基本調査』および、『労働力調査』の調査票データの開示の許可を受けた。現在、データの整理が完了したところである。また、生活保護の労働供給に与える影響に関する研究についても理論仮説と整合的な結果が得られており、論文もほぼ完成している。さらに、唯一計画通りに進まなかったニート期間の継続要因に関する研究も、代替的なデータの入手の目処が立っている。27年度が最終年度であるため、記入しない。総務省統計局より提供された調査票データを用い、ニート状態の決定要因のみならず、生活保護の労働供給への影響についても、より精緻な分析を行い、論文の改訂を試みる。また、ニート期間の継続要因に関する研究について、厚生労働省の『21世紀成年者縦断調査』の調査票データを申請中である。開示があり次第早急に分析を行い、論文の執筆に取り組む予定である。
地域で生活する精神障害者のセルフケアを支えるサポートシステムのモデルの開発

本研究は、精神障害者の地域生活を促進・維持するために精神障害者のセルフケアを支えるサポートシステムのモデルを開発することを目的とした。平成10年度には地域生活の維持に成功している精神障害者28名に半構成的質問紙を用いてインタビューを行い質的に分析してモデルを作成し、平成11年度にはこのモデルを精神障害者19名と専門家のべ29名のインタビューを加えてさらに洗練させた。これらの結果下記のことが明らかになった。1)地域生活を維持・促進できている精神障害者は自分の症状とつきあう過程の中で自分との折り合いをつけ、自分の生活世界を家族、専門化、友人へと拡大していた。そして自分にやれることを通して自分への自信を獲得していた。また彼らはデイケアや作業所を自宅以外の安心できるさ社会の場として活用する一方で、社会生活を営む上での生活機能の改善や訓練の場として活用していた。2)さらに対象者たちは家族、医療福祉専門従事者、周囲の人々からサポートを受けており、社会化の課程を辿っていた。特に医療福祉専門従事者には「相談」を通して過去の自分の将来の自分へとつなげをつけ、自分の生活世界を広げ豊にしていた。3)また地域での生活に成功している精神障害者のセルフケアの実態としては食事内容、料理の仕方の工夫、一人の時間と人と過ごす時間のバランス、調子悪化時の対処、薬の調整、お金の管理を行っていた。さらにこの日常生活は<将来の生活への希望><今の生活への満足と維持>をもとに構成され、これらは年齢や発病からの期間、病名とは関係なく、むしろ<これまで何ができて、何ができなかったのか>と関連していた。一方専門職からの見立てとサポート、ケアの内容が含まれていた。見立てとサポートには<患者自身への見立て><患者-家族関係の見立て><現在の治療・生活の場と患者の自立度との関係の見極め><患者と他の専門職や周囲との関わりをモニタリングしながら必要に応じてつないでいく><ケア・サポートの内容>に分けられた。見立ては病状、患者自身のこれまでの生活史と成長発達状態、周囲との関係をもとに行われ、またケア・サポートの内容はこれまでの患者の経過をふまえながらも今ここでやれること、これまでの患者自身のとらわれを修正していくような現実的な関わりが行われていた。4)精神障害者の地域生活を促進していくためには、特に症状、活動と休息のバランス、孤独と人とのつきあいのバランスと範囲充実感、に関するセルフケアを促進していくことが重要であり、さらに患者の自立度とこれまでの家庭を見極めた現実的でサポーテイブな環境を提示していくことが重要であり、専門化としてはこの過程を見極めながら、必要なサービスとサポートを提供していくことが重要であることが示唆された。

4)精神障害者の地域生活を促進していくためには、特に症状、活動と休息のバランス、孤独と人とのつきあいのバランスと範囲充実感、に関するセルフケアを促進していくことが重要であり、さらに患者の自立度とこれまでの家庭を見極めた現実的でサポーテイブな環境を提示していくことが重要であり、専門化としてはこの過程を見極めながら、必要なサービスとサポートを提供していくことが重要であることが示唆された。本研究は、地域で生活をする精神障害者サポートシステムの実態を明らかにし、専門家が、どのようなサポートを提供すると精神障害者の地域での生活が促進されるのかについて検討することを目的とした。対象者は明石市内のK作業所、神戸市北区内の公立精神病院デイケア、神戸市西区内の私立精神病院デイケア、尼崎市内の作業所に通う精神障害者28名であった。調査は1998年7月から9月までの時期に行い、調査方法としては同意を得られた調査対象機関に研究者が出向き、通所者と一緒に活動を共にしながらなじみの関係を作り、半構成的質問紙を用いて、面接調査を行った。半構成的質問紙としては対象者の背景、サポートシステムに関する質問紙を用いた。そして逐語録をもとに、内容の分析を行い、カテゴリー化、主題の分析を行い、分析結果の妥当性の検討を質的研究の経験者と共に行った。結果は下記のようであった。1)サポートを活用と自分の変化:対象者たちは、サポートを用いていく際、自分への理解を深めながらサポートを用いていた。とれない症状とつきあう過程の中で、症状を知り、症状とのつきあいを学びながら<自分と折り合い>、自分の生活世界を広げていた。そして<今、自分でやれること>を身の回りのことから模索し行う中で自分への自信を獲得していた。2)生活・治療の'場'からのサポート:精神障害者たちは、治療の目的で用いられる場を<ほっとできる場>として活用し、さらに<社会生活を営む上での生活機能の改善や訓練の場>として活用していた。3)人からのサポート:人からのサポートとしては家族、医療福祉専門従事者、周囲の人々に分けられた。家族からうけるサポートは多岐にわたり、障害者の社会化を促進していた。また医療福祉専門従事者には<相談>することでのサポートを得ており、障害者たちはこの<相談>を通して過去の自分と将来の自分へとつなぎをつけていた。そして、障害者をもつ友人や職場の人々との関係を通しながら、病気をもちながらも自分の生活世界を広げていた。これらの結果から得られたサポートシステムを、精神障害者が地域で生活する際に、どのように意図的に看護職が情報として、また実際の支え手として活用していくのかについての検討を行った。本研究は地域で生活を送る精神障害者のセルフケアを支えるサポートシステムのモデルの開発を目的とした。前年度に作成したモデルをさらに洗練させるため障害者ならびに専門家にサポートの実態について平成11年7月から8月にかけて面接調査を行った。対象者は兵庫県内の作業所ならびに知私立精神病院デイケアに通う精神障害者19名と彼らにケアを提供している専門家述べ29名で29名の中には医師、ケースワーカー、看護者、保健婦が含まれていた。地域での生活に成功している精神障害者のセルフケアの実態としては、食事内容・料理の仕方の工夫、一人の時間と人と過ごす時間のバランス、調子悪化時の対処、薬の調整、お金の管理、将来の希望に分類できた。そしてさらにこの日常生活は、<将来の生活への希望><今の生活への満足と維持>をもとに構成され、これらは年齢や発病からの期間、病名とは関係なく、むしろ<これまで何ができて、何ができなかったのか>と関連していた。
分散重み付き皮膚変形モデルを応用した関節・筋モーメントアームの非線形モデル

本研究は,医療やリハビリ,スポーツ科学に展開されるヒトの運動解析や筋活動等の体性感覚情報推定技術のため,新しいデジタルヒューマンモデルを構築し計算アルゴリズムを開発した.クリエイティブ・コモンズライセンス下で用いることができるBodyParts3Dをもとにヒトの解剖学的形状を持つ皮膚・筋骨格モデルを構築し,形状変化をCGのキャラクタのスキニングの手法を応用することで低計算コストに実現した.ボリューメトリック筋モデルの変形から筋走行を計算することで,筋活動推定に重要である筋モーメントアーム長の推定精度向上(最大誤差45→14%)を実現した.本モデルは体性感覚情報推定の精度向上に資する.1)ボリュームを持つ詳細筋骨格モデル(ボリュームモデル)の構築:従来のワイヤ筋モデルは筋の変形や干渉を考慮しないため,大きく変形する部分等で推定される筋ー関節間のモーメントアームや筋活動が実際のものと大きく異なる.アナトモグラフィで開発されたBody Parts 3Dを基に,筋にボリュームを持たせた下肢の筋骨格モデルを作成した.該当モデルは精密に製作されたBody Parts 3Dのクレイモデルから,後の変形計算で問題が起きないよう,ポリゴンの整合性や連続性を注意しながら,妥当な計算コストで変形が計算できるようポリゴンリダクション,スムージングを行った.2)ボリューム筋モデルとワイヤ筋モデル間の関連付け:Body Parts 3Dを基にしたボリューム筋モデルと,従来開発してきた詳細筋骨格モデルのワイヤ筋は異なる骨格モデル上に配置されているため,同じ骨格モデル上に射影する必要がある.ここではワイヤ筋モデルをボリューム筋モデル上に射影した.まず3DモデリングソフトMaya上で両骨格モデルの共通の特徴点を設定した.そしてこれらの特徴点を基にモーフィングすることで,ワイヤ筋モデルと,Body Parts 3Dの骨格モデル上に射影した.3)運動中のボリューム筋の変形の計算の準備:ボリューム筋モデルの変形をキャラクタアニメーションにおいてリアルな皮膚変形を実現するために用いられるPSD法をもとに計算する枠組みを計算ソフトMATLAB上で実装した.4)ポータブル運動計測システムの構築:従来の運動計測は光学式モーションキャプチャ等大掛かりな装置を用い,提案する手法が簡易で精度の高い体性感覚情報推定を実現しても全体で大掛かりになる.ここではポータブルなIMUセンサや筋電計を用いて簡易に運動計測を行うシステムを構築した.今後様々な運動に適用し,その精度を確認する.1)ボリューム筋モデルの変形:キャラクタアニメーションにおいてリアルな皮膚変形を実現するために用いられるPSD法を実装し,実際に計測した運動中の筋の変形を確認した.また,ARAP法等その他の変形手法を試し,今後最終システムで用いる変形手法を決定する.2)ワイヤ筋モデルを用いた筋張力推定とその検証:歩行運動を計測し,従来のワイヤ筋モデルを用いて筋張力の推定を行った.また同時に同期を取った歩行に関わる主要な筋の筋電位を計測し,Hill-typeの筋モデルを用いて筋張力を計算し,両者間の比較を行った.外側広筋や腓腹筋,ヒラメ筋では10%程度の誤差で推定できるが,大腿二頭筋等では数100%の誤差が生じることを確認している.本研究は,医療やリハビリ,スポーツ科学に展開されるヒトの筋活動等の体性感覚情報推定技術のため,デジタルヒューマンモデルを構築し計算アルゴリズムを開発した.ヒトの解剖学的形状を持つ皮膚・筋骨格モデルを構築し,形状変化をCGのキャラクタ変形の手法を応用することで低計算コストに実現した.筋モーメントアーム長の推定精度向上(最大誤差45→14%)を実現し,体性感覚情報推定の精度向上に資する.平成27年度は下記を実施した.低計算コストでの皮膚およびボリューム筋モデルの変形:コンピュータグラフィクスの分野で用いられるSkeletalSubspaceDeformationを用い,ボリューム筋モデルの変形を行った.重み付けにはAsRigidAsPossible法を用い,また骨格表面形状を活用したサブボーンを用いた.これにより,体幹のように皮膚とボーンが大きく離れている部位においても,皮膚や筋と骨格の間の干渉の問題を解決した.ボリューム筋モデルの変形に基づくワイヤ筋走行の推定とそれに基づく筋モーメントアームの推定:ボリューム筋の内部に筋の走行を表現するワイヤ筋モデルを配置した.ワイヤ筋モデルは特徴点とそれをつなぐワイヤから構成され,各特徴点はボリューム筋を構成する各頂点の線形重み付き和で表現した.また関節中心とワイヤ筋の距離を計算することにより,運動解析において関節トルクを筋張力に分配する際に重要である筋モーメントアームの推定を行った.筋モーメントアームの生理学的妥当性の検証:推定された筋モーメントアームを文献値と比較することにより生理学的妥当性の検証を行った.外側広筋において,従来のワイヤ筋モデルでは文献値と比較して最大44.8%の誤差があったのに対して,ボリューム筋モデル+骨格表面形状サブボーンを用いたSSDでは最大14.1%まで誤差を低減した.本研究は,医療やリハビリ,スポーツ科学に展開されるヒトの運動解析や筋活動等の体性感覚情報推定技術のため,新しいデジタルヒューマンモデルを構築し計算アルゴリズムを開発した.

クリエイティブ・コモンズライセンス下で用いることができるBodyParts3Dをもとにヒトの解剖学的形状を持つ皮膚・筋骨格モデルを構築し,形状変化をCGのキャラクタのスキニングの手法を応用することで低計算コストに実現した.ボリューメトリック筋モデルの変形から筋走行を計算することで,筋活動推定に重要である筋モーメントアーム長の推定精度向上(最大誤差45→14%)を実現した.本モデルは体性感覚情報推定の精度向上に資する.ボリューム筋モデルの構築及び変形については,変形のアルゴリズムについて交付申請書に記載した手法の実装及びその他複数の手法を実装し,実際に計測した運動データを用いて運動中の筋の変形を確認した.経由点についても同じ手法で移動を計算し,動力学計算へ反映させる(平成27年度実施予定).また筋張力推定結果の検証について,従来のワイヤ筋モデルにおいて生理学的データを用いた検証を行い,検証が可能であることを確認した.ボリューム筋モデルについても同じ枠組みで検証を行う(平成27年度実施予定).バイオメカニクスボリューム筋モデルの変形アルゴリズムを決定し,ボリューム筋モデルの変形及び経由点の移動を実際の計測データを用いて検証する.その際に,現在モデル化されていない筋以外の要素の影響が大きいことを26年度の生理学的データを用いた検証において確認している.そのような要素の計測及びモデル化を,従来の光学式モーションキャプチャ,筋電計,フォースプレーを用いた計測に加えて力センサを用いることで実現する.また,作成したボリューム筋モデルはクレイモデルをベースにしているために細部に変形の異常が見られる.今後NURBS曲面等を用いることでモデルの形状の改善を行う.モデルの構築については,構築の環境を整備し,実際にモデルを構築し,交付申請書に記載した研究実施計画を実現した.変形計算については,計算の枠組みを計算・可視化環境を含め構築し,具体的なボリューム筋の変形結果を確認するのみである(26年度実施予定).
細胞内情報伝達機構の包括的研究

本申請は,統合的に細胞内情報伝達機構を明らかにすることを目的として,1.複数のモーターの回転の同時計測による情報伝達分子の変化の計測,2.新規開発ケージド化合物による高時間分解能外部環境変化による細胞の応答,3.モーターへの情報伝達分子の結合・解離と回転との同時計測,4.外部からの力学応答による情報伝達機構のフィードバック回路の解明,5.受容体の構造変化とモーター回転との相関計測,などといったさまざまな計測手法により,明らかにすることである.1.に関しては,脱リン酸化機能を有するCheZの局在できないミュータントを用いた結果,CW→CCWにおいてモーターと局との距離依存による同期の時間遅れが消失した.このことは,極からの情報伝達が行われていることを示唆している(論文準備中).2.に関してはケージド化合物投入の前段階として青色忌避応答の負荷依存性について明らかにすることができた.3.に関してはさらなるS/Nの向上を目指しているが,まだ機能を有する融合タンパク質の作成までは至っていない.4.に関しては大腸菌にとって生理的な角速度の強制回転を与えたところ,数個の分子の結合の上昇がみられた.5.に関しては,適応にかかわるCheBの蛍光融合タンパク質が外部環境の変化により局への局在の様子が変化することを1細胞レベルで明らかにした(論文準備中).これらの結果のように,1細胞レベルで機能を保ったまま走化性関連たんぱく質の細胞内動態を明らかにすることが可能となってきた.また,蛍光イメージングとモーターの回転速度,回転方向転換も同時に計測できるようになってきた.今後はさらなるS/Nの向上に加えて,理論的な裏付けを行うことが必要となる.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。大腸菌細胞極には10,000分子以上レセプターが存在し,それらが全くランダムかつ確率的に活性化した場合,細胞内のCheYーP濃度の増減はおこらず,ある値に平均化されてしまうはずなので,細胞内情報伝達物質CheYーP濃度のダイナミックな増減を生みだすためには,10,000分子以上が集まったレセプターがレセプタークラスター内部の協同性によってあたかも巨大な少数の分子のように振る舞う(1分子のレセプターの活性化および不活性化が10,000分子のレセプター全てに伝搬する)ことが想像される.このことは多数分子のクラスタリングによる新たな機能発現という観点からも非常に興味深い問題である.我々はシミュレーションによる化学物質の振る舞いを明らかにした.基本的には拡散運動によるシミュレーションであるが,細胞内・間においては高い協同性が指摘されている.我々は受容体の高い協同性に着目し,受容体の単純な4状態モデルに隣接する受容体の協同性を加えたモデルを構築し,その活性化の動態シミュレーションを行ったところ,パッチ状の活性化状態の出現を実現することができた.さらに数%の性質の異なる分子をランダムに配置したところ,自発的振動現象が濃度に応じて減少することを確認した.この結果は受容体の変異体を共発現した実験結果と定性的に一致した.しかしながらその濃度依存性については協同性に関して異なっており,実際にはレセプター下流の拡散運動,モーターへのCheYーPの協同性を考慮する必要がある.今後の課題として,このモデルの最適化を図り,受容体のごく一部の受容体の集合を刺激した場合の応答などを計算し,実際の実験結果との比較を行っている.当初の目的であった自発的な振動現象の再現についてはおおむね成功している.その大きな要因はメチル化を組み込んだ4状態モデルにある.現在シミュレーションにおける各種パラメータの最適化を図っており,おおよそ実験結果と一致する結果となった.しかしながら,CW,CCW状態の持続時間の分布が実験結果と完全には一致しない.そもそも実験における持続時間の分布は菌体自身,菌体の生育条件によって大きく異なる.従って,どこを目標にすればいいかがまだ定まっていない.大腸菌細胞極には10,000分子以上レセプターが存在し,それらが全くランダムかつ確率的に活性化した場合,細胞内のCheYーP濃度の増減はおこらず,ある値に平均化されてしまうはずなので,細胞内情報伝達物質CheYーP濃度のダイナミックな増減を生みだすためには,10,000分子以上が集まったレセプターがレセプタークラスター内部の協同性によってあたかも巨大な少数の分子のように振る舞う(1分子のレセプターの活性化および不活性化が10,000分子のレセプター全てに伝搬する)ことが想像される.このことは多数分子のクラスタリングによる新たな機能発現という観点からも非常に興味深い問題である.我々はシミュレーションによる化学物質の振る舞いを明らかにした.基本的には拡散運動によるシミュレーションであるが,細胞内・間においては高い協同性が指摘されている.我々は受容体の高い協同性に着目し,受容体の単純な4状態モデルに隣接する受容体の協同性を加えたモデルを構築し,その活性化の動態シミュレーションを行ったところ,パッチ状の活性化状態の出現を実現することができた.さらに数%の性質の異なる分子をランダムに配置したところ,自発的振動現象が濃度に応じて減少することを確認した.この結果は受容体の変異体を共発現した実験結果と定性的に一致した.しかしながらその濃度依存性については協同性に関して異なっており,実際にはレセプター下流の拡散運動,モーターへのCheYーPの協同性を考慮する必要がある.今後の課題として,このモデルの最適化を図り,受容体のごく一部の受容体の集合を刺激した場合の応答などを計算し,実際の実験結果との比較を行っている.当初の目的であった自発的な振動現象の再現についてはおおむね成功している.

その大きな要因はメチル化を組み込んだ4状態モデルにある.現在シミュレーションにおける各種パラメータの最適化を図っており,おおよそ実験結果と一致する結果となった.しかしながら,CW,CCW状態の持続時間の分布が実験結果と完全には一致しない.そもそも実験における持続時間の分布は菌体自身,菌体の生育条件によって大きく異なる.従って,どこを目標にすればいいかがまだ定まっていない.本申請は,統合的に細胞内情報伝達機構を明らかにすることを目的として,1.複数のモーターの回転の同時計測による情報伝達分子の変化の計測,2.新規開発ケージド化合物による高時間分解能外部環境変化による細胞の応答,3.モーターへの情報伝達分子の結合・解離と回転との同時計測,4.外部からの力学応答による情報伝達機構のフィードバック回路の解明,5.受容体の構造変化とモーター回転との相関計測,などといったさまざまな計測手法により,明らかにすることである.1.に関しては,脱リン酸化機能を有するCheZの局在できないミュータントを用いた結果,CW→CCWにおいてモーターと局との距離依存による同期の時間遅れが消失した.このことは,極からの情報伝達が行われていることを示唆している(論文準備中).2.に関してはケージド化合物投入の前段階として青色忌避応答の負荷依存性について明らかにすることができた.3.に関してはさらなるS/Nの向上を目指しているが,まだ機能を有する融合タンパク質の作成までは至っていない.4.に関しては大腸菌にとって生理的な角速度の強制回転を与えたところ,数個の分子の結合の上昇がみられた.5.に関しては,適応にかかわるCheBの蛍光融合タンパク質が外部環境の変化により局への局在の様子が変化することを1細胞レベルで明らかにした(論文準備中).これらの結果のように,1細胞レベルで機能を保ったまま走化性関連たんぱく質の細胞内動態を明らかにすることが可能となってきた.また,蛍光イメージングとモーターの回転速度,回転方向転換も同時に計測できるようになってきた.今後はさらなるS/Nの向上に加えて,理論的な裏付けを行うことが必要となる.今後の推進方策としては,自発的な振動が起こる条件を各種パラメータによる相図の作成を行う予定である.この相図を作成することにより従来から提唱されているリミットサイクル現象との類似性を評価する.また外乱による影響を考えるため,さらに誘因・忌避物質を考慮した6状態モデルを作成し,外乱に対する頑強性,感受性の評価を行い,自発的振動の生命科学的役割について検討する.今後の推進方策としては,自発的な振動が起こる条件を各種パラメータによる相図の作成を行う予定である.この相図を作成することにより従来から提唱されているリミットサイクル現象との類似性を評価する.また外乱による影響を考えるため,さらに誘因・忌避物質を考慮した6状態モデルを作成し,外乱に対する頑強性,感受性の評価を行い,自発的振動の生命科学的役割について検討する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
乱流の解析的統計理論の展開と検証

本研究の目的は等方性乱流だけではなく非等方乱流にも実際に適用可能な乱流の解析的統計理論を展開し、数値シミュレーションによる検証を行うことにある。その主な研究成果は以下のとおりである。(1)安定成層乱流中の乱流拡散に対して、線形近似(Rapid Distortion Theory)とCorssinの仮説に基づく解析的統計理論を構成し、成層度が強いときその鉛直方向の拡散が抑制される機構を明らかにした。また、一様剪断乱流中において、従来の乱流モデルでは説明できない異常乱流拡散が起きることを理論的に示した。さらにこれらの理論結果を数値シミュレーションとの比較により検証した。(2) 2次元Navier-Stokes方程式にラグランジュ的繰り込み近似(LRA)を適用し、良く知られたKraichnan-Batchelor-Lieth(KBL)による2次元乱流のエネルギースペクトルのk^<-3>則とそのべき-3は一致するけれど必ずしもKBLの理論に従わない新しい種類のスペクトルが現れることを示した。また、惑星など回転球面上の流体運動モデルとして知られるベータ面モデルに対するラグランジュ的な乱流の統計理論を構成し、波(ロスビー波)と乱流との相互作用による位相変調を明らかにした。これらの理論結果と直接数値シミュレーション(DNS)とが良く合うことを検証した。(3)乱流による物質や熱輸送の研究において重要な役割を果たすラグランジュ的2時刻相関関数を効率的に求める新しい近似計算法開発した。その方法は時間についてのテイラー展開とパデ近似を利用するものであり、一粒子自己速度相関だけでなく、2粒子相関についても、さらに等方性乱流だけでなく非等方軸対称乱流の場合についても、その方法が有効であり、DNSとよい一致を示すことを検証した。本年度の主な研究成果は以下のとおりである。1.乱流中ではしばしば渦が非常に狭い面状あるいは線状の領域に集中する事が知られている。乱流中のエネルギースペクトルの高波数領域はこのような微細渦の構造によって決まると考える。本研究ではそのような微細渦の局所的モデルとして、これまで観察されている高波数領域のスペクトルを説明する、ある渦層モデルを提案しその構造を明かにした。2.3次元におけるカルマン・ハワ-ス方程式の導出と同様な手法を用いて、2次元乱流の有限レイノルズ数における慣性領域から散逸領域にわたるエネルギースペクトルを求めた。また、大規模な直接数値シミュレーション(DNS)(格子点数、4096*4096)との比較検証を行い、理論とDNSは良く一致していることが示された。3.安定成層乱流中では鉛直方向の乱流拡散が抑制されることがこれまで実験やGNSで報告されていた。本研究では成層度が十分強い場合について線形近似(Rapid Distortion Theory)とCorssinの仮説に基づく解析的近似を構成し、その現象が良く説明されることを示した。また、DNSを実行し、その近似がGNSと定量的にも良く一致することが分かった。4.乱流中の物質輸送はラングンジュ的2時刻速度相関関数によって決定される。それ故、乱流輸送の理論的解明なためにはその相関関数を求めることが重要である。本研究ではその相関関数を乱流場の時間についてのテイラー展開とパデ近似を利用して求める新しい近似計算法を開発した。また、一様等方性乱流の場合についてDNSとの比較によるその近似計算法の検証を行った。・惑星など球面の自転効果の緯度依存性を考慮した最も簡単な流体運動モデルとして知られるβ面モデルにラグランジュ的な乱流の統計理論を適用し、波(ロスビー波)と乱流との相互作用による位相変調を解析した。

その結果enstrophy cascade(k^<-3>)領域に特徴的な位相変調があることを導き、その理論結果と直接数値シミュレーション(DNS)とが定性的だけではなく定量的にも良く合うことを検証した。なお、上記β面モデルは自転のない特別な場合として2次元Navier-Stokes方程式を含んでいる。その場合の統計理論解析によって、良く知られたKraichnan-Batchelor-Lieth(KBL)による2次元乱流のエネルギースペクトルのk^<-3>則とそのべき-3は一致するけれど、必ずしもKBL理論には従わない新しい種類のスペクトルが現れることを示し、DNSで検証した。・平均流が単純剪断流である統計的に一様な乱流は剪断乱流の中で最も簡単で基本的なものの一つである。従来、このような乱流中では、もしオイラー場が統計的に定常ならラグランジュ場もそうであると仮定されてきた。しかしながら本研究では、統計理論的解析によってその仮定は必ずしも正しくないこと、またそれ故、従来用いられている勾配拡散型の乱流拡散モデルでは説明できない乱流拡散が起きることが示された。・乱流による物質や熱輸送の研究において重要な役割を果たすラグランジュ的2時刻相関関数を効率的に求める新しい近似計算法を昨年度に続き開発した。その方法は時間についてのテイラー展開とパデ近似を利用するものであり、今年度は昨年度示されたように一粒子自己速度相関だけでなく、2粒子相関についても、さらに非等方軸対称乱流の場合についても、その方法が有効であることを示し、DNSとよい一致を示すことを検証した。
ＣＣＤ型イオンイメージセンサを利用した安全に優れた非侵襲型動的イオン測定法の開発

生きた細胞を化学的外部刺激することで放出・吸収される細胞外の特定イオン濃度変化を追跡するために,可塑化ポリ塩化ビニル(PVC)膜を用いたCCD型イオンイメージセンサ(ミクロなイオン顕微鏡)を開発した。開発したミクロなイオン顕微鏡は,細胞観察に特別な影響を与えること無く,実際に生きた細胞のイオン濃度観察に適用できた。また,安全性の高い非侵襲イオン計測法にするために,可塑化PVC膜イオンセンシング膜の細胞培養に与える阻害効果について調べた。当該年度は,脂溶性アンモニウムに応答するCCD型イオンイメージセンサを開発した.このイオンイメージセンサをマウス腹腔内の肥満細胞の化合物刺激による顆粒放出挙動に適用し,顆粒放出に伴う細胞外のヒスタミンとセロトニンの短時間での濃度増加・減少をリアルタイムに動画観察としてとらえることに成功した.この動画計測は生物学的に興味深い現象をイオン濃度で捉えたという点で新規性が高い.また,この計測の成功により,可塑化PVC膜CCD型イオンイメージセンサを用いた計測システムが真に生きた細胞に適用できたことを示せた.安全性に優れた非侵襲型動的イオン測定法を発展させるために,2種類の可塑化PVC膜CCD型カルシウムイオンイメージセンサを作製し,電位応答特性と可塑剤の溶出の比較およびHela細胞の増殖に及ぼす効果について検討した。Hela細胞の増殖においては,いずれの膜の場合にも,コンディショニングを行わないで平衡を保った溶液を添加したには培養液では増殖を抑える効果が見られた.しかし,コンディショニング後に別の溶液で平衡に保った溶液での培養では大きな増殖を抑える効果が見られなかった.このことは,コンディショニングを行なえば,安全性に優れた非侵襲型動的イオン測定になりえることを示すことができた.その他,インクジェット法をもちいることで,可塑化PVC膜を用いたナトリウムイオンーカリウムイオンに応答するマルチイオンイメージセンサの作製に成功した.インクジェット法は,薄い均一な膜厚の調製が可能で微細な膜の塗り分けが可能になった.さらに,膜の密着性に関しては,レーザー顕微鏡で膜の状態を観察することで,膜形成時に気泡発生が膜の密着性の低下をもたらすことを明らかにした.当該年度は、3年間の研究の最終年度で、CCD型イオンイメージセンサを利用した安全に優れた非侵襲型動的イオン測定法の開発をまとめた。前年度までに行なった結果について、不備な点や追試の実験を行ない、2報の論文にまとめ、2報の総説を著した。また、2件の国際学会発表および3件の国内学会発表を行なった。さらに、連携研究者および研究協力者と進めていたCCD型カリウムイオンイメージセンサを用いたラット脳の海馬のアセチルコリン刺激挙動の研究を実行し、これに関わる業績として、1報の論文、1件の国際学会発表、2件の国内学会発表を行なった。本研究の目的はいくつかのCCD型イオンイメージセンサを開発して,細胞などの生物観察に適用し,安全性の高い非侵襲イオン計測法になることを検証することにある。本年度の成果の1つは,開発したナトリウムイオンイメージセンサを用いて,イオン交換樹一粒でのカルシウムイオンとのイオン交換反応のイメージング計測に成功したことである。イオン交換反応は生物現象ではないが,1mm以下のイオン交換樹脂に適用し,その交換速度測定に成功したことは,細胞観察の模擬実験としてミクロなの観察に開発センサが十分に機能することを示したもので,イメージセンサの妥当性を示すものとしての価値がある。もう一つは,コラーゲン膜で培養したPC12細胞に対して,開発したカルシウムイオンイメージセンサを用いて,センサ上でアセチルコリンの刺激によるカルシウムイオンの細胞内流入の動画測定に成功したことにある。実際に生きている細胞のカルシウムイオンの増減現象を観察できたことは,重要な成果である。さらに,カルシウムイオンイメージセンサに対しては,イオン交換型ではないニュートラルキャリヤー型の新たなイオン感応膜を用いたセンサを開発に成功した。続いて,脂溶性イオン対を用いたアセチルコリンに応答するCCD型イオンイメージセンサの作製に成功した.アセチルコリンに応答するイオンセンサは酵素反応を用いないため,選択性には欠けるが,酵素反応を介さない利点として迅速な測定が可能であり,また,酵素などの溶出による細胞へのダメージは起り難い。また,インクジェット法によるマルチイオンイメージセンサの作製し成功した。インクジェット法による膜調製は,従来のキャスティング法と異なり,膜の領域と膜厚の制御が可能となり,均一な膜の作製に寄与する。昨年度に達成した疑似細胞としてのイオン交換樹脂のイオン交換の観察,およびコラーゲンを利用した培養細胞の刺激応答観察に成功し,さらに,本年度に肥満細胞の顆粒放出に対する直接センサ膜上でのイオン濃度観察に成功した.イオン交換体の実験の成功は,通常のセンサでは捉えられない現象を可塑化PVC膜CCD型イオンイメージセンサが確実にイオンを捉えていることを示しており,イオンイメージセンサの有効性を確かなものとすることができた.次に,コラーゲン膜上で培養したPC12細胞の観察での成功は,細胞環境支持母体を用いることで生きた細胞の生物現象に適用できたことを示している.

さらに,肥満細胞の顆粒放出の直接観察に成功したことは,コラーゲンのような細胞環境支持母体を用いなくても細胞にダメージを与えることなく,生命現象を観察できたことを示している.これらの成果により,可塑化PVC膜CCD型イオンイメージセンサが,生きた細胞に害を与えずに非侵襲的に細胞のイオン測定ができることを明らかにした.また,本年度において,可塑化PVC膜CCD型イオンイメージセンサのさらなる安全性を確認するために,Hela細胞の培養に与える可塑剤などの漏出の影響を評価する実験を行った.コンディショニングを行わなければ,細胞培養に負の効果をもたらすが,十分なコンディショニングを行なえば,細胞培養においても影響が少ないことを明らかにした.この成果は,可塑剤の漏れがすくなく,安心して細胞計測ができることを示唆するものと言える.これらの研究実績により,現在までに当初予定した実験計画をほぼ達成している.本年度までに,CCD型イオンイメージセンサを用いて,ミクロなイオン交換樹脂の観察による疑似細胞系における濃度測定の検証ができたことと,実際の培養した細胞におけるカルシウムイオン濃度変化の直接観察ができたことは,本年度までに予定していた達成度を上回る成果となった。また,カルシウムイオンイメージセンサに対して異なるイオン感応膜を調製できたことにより,異なる組成膜が細胞に与える影響を評価できるようになる下地を構築できた。今後,2種類のカルシウムイオンイメージセンサの比較により,細胞観察時に安全な膜として比較検証ができることを示している。さらに,酵素を用いないCCD型アセチルコリンイメージセンサを開発した。これまで酵素反応を用いて酵素膜を付加させたアセチルコリンイメージセンサは報告されているが,酵素の使用は共有結合によって強固に酵素を固定しない限り,必然的に細胞の存在環境を汚染する酵素の漏出が起こる。開発したアセチルコリンに応答するイメージセンサは,酵素を用いないため,細胞にダメージを与えることが少なくなるものと考えられ,今後の研究で酵素を用いないセンサの安全性が評価できる。アセチルコリンイメージセンサの作製は,当初の予定では次年度に行なう予定であったが,前倒しで本年度に研究できた。一方で,インクジェット法で膜調製が可能になったことは,イオンイメージセンサの安定性に関わる膜厚や膜の密着性の評価に対する重要な知見を与えることが期待できる成果である。しかし,当初予定した膜厚と電位応答性の評価はまだ十分にできていない。以上の結果から,主要な点で当初予定した結果を上回る成果が得られているが,一部当初予定した結果が得られていないところがあり,全体的にみて現在までの達成度は,おおむね順調であると判断した。25年度は研究の最終年度であり,可塑化PVC膜CCD型イオンイメージセンサを用いて生きた細胞の観察研究のさらなる展開し,これまでの研究成果の発表と論文の投稿,さらに研究の総括を行う予定である.最終年度に取り組む課題の一つは,これまで細胞の変化をパッチクランプ法のような膜電位でしかとらえることができなかった生命現象にイメージセンサを適用することにある.
Debye効果を用いる衝撃性大振幅超音波の新しい計測方法の確立

2000年度(平成12年度)において下記の検討を行い成果を得た。(1)超音波振動電位の電解質液濃度依存性超音波振動電位を電極対プローブ法で測定すると、検出電位は超音波振動電位と音響双極子特性との積となる。電極対プローブ法で超音波振動電位を求めると電解質溶液KClの場合、周波数2[MHz]以下では濃度が10^<-1>[mol/l]10^<-3>[mol/l]の範囲で約50[μV]一定である。2[MHz]以上の周波数では電位は減少の傾向を持つことが明らかになった。また濃度が0すなわち純水の場合にも超音波振動電位(約20[μV])を生じることも明らかになった。超音波振動電位(Debye効果)を用いて衝撃性大振幅超音波を計測する場合、電解質溶液として水を利用できることは新しい手法の超音波センサーの実用化において極めて重要な知見と考えられる。(2)衝撃性大振幅超音波に対する応答水中にて衝撃火花放電により発生した衝撃性大振幅超音波を金属製回転楕円体反射面で集束させて電極対プローブ法で検出した。集束点で音圧の最大値は約1000[kPa]であった。この衝撃性大振幅超音波を広帯域・高分解能標準ハイドロホンで観測した結果と比較すると、電極対プローブで検出した振動電位はほぼ理想的な音響双極子特性を持ち、逆双極子特性による補正演算を行って衝撃波の正確な波形と振幅を計測できることが明らかになった。機械共振系を持たない電極対プローブでは衝撃波の鋭い立上がり部を正確に観測できる特長を持っていることが確かめられた。(3)超音波振動電位の高周波特性超音波振動電位は2[MHz]以上で減少の傾向を持つ。この効果は電解質溶液の粘性とイオン雰囲気の緩和現象によるものと推測される。この粘性の影響を明らかにするために電解質溶液のMHz周波数帯における動的粘性を測定する装置を開発し、水に近い低粘性溶液の粘性測定が可能となった。2[MHz]以上の高周波帯で振動電位を電極対プローブで検出する場合には電解質溶液の粘性およびイオン雰囲気の緩和現象、さらに電極寸法と形状による局所的な電界の歪み、電極界面の電位分布等の影響を詳細に解明することが必要である。電解質溶液中を音波が伝搬する場合、その溶液中に微小交流電圧(超音波振動電位)が生じる。この現象はP.Debyeによって1933年に報告され、Debye効果とも呼ばれる。この現象を利用して本研究グループは大勢力超音波すなわち衝撃性音波の音圧を定量的に観測する新しい手法を確立することを目的に研究を進めている。なお、本研究グループは、すでに微小電極対で検出した超音波振動電位が音響双極子の特性を有することを明らかにしている。すなわち電位検出用の電極の大きさが、電極対の間隙及び音波の波長に比べて十分微小な場合には理想的な双極子特性を持つことを明らかにしている。そこで1998年度(平成10年度)は、平行に配置した2個の微小円柱状の白金電極を電極対とし、主に電極形状と寸法が振動電位に及ぼす影響を検討した。その結果下記の点が明らかになった。(1)電極直径が音波の波長に比べて微小とみなせない場合、電極の電気伝導性によって振動電位分布が変化し電位が減少することを明らかにした。(2)電荷重畳法により電位分布の変化を定量的に計算し、電極間隙が接近すると電位分布が減少する近接効果を明らかにした。(3)電極直径が音波の波長に比べ微小とみなせない場合の振動電位の周波数応答を計算し、実測により検証した。(4)これらの結果にもとづいて、電解質溶液中の振動電位の正確な値を測定する手法を明らかにできた。これらの研究成果によって、Debye効果による新しい超音波センサーが十分実現可能である見通しを得た。また成果の一部を日本音響学会1999年春季研究発表会で発表した。(日本音響学会講演論文集、pp.953-954 1999年3月)1999年度(平成11年度においては下記の検討を行い成果を得た。(1)超音波振動電位の周波数応答:超音波振動電位を検出する電極対プローブは音響双極子の音場特牲と同じ特性を持つことを理論的に示し、実測によって検証した。すなわち音場内での受波の指向性はダイポールの特性を示す。周波数応答は電極間隔が1/2波長となる周波数で最大値となり、この周波数より低い周波数では積分特性に漸近する.積分特性を持つ周波数範囲では微分特性の補正をすると極めて広帯域で平担な周波数応答が得られることが確認できた。(2)超音波振動電位の過渡応答:電極対プローブの過渡応答を正弦波バースト波を用いて、10[MHz]以上の広帯域の校正用標準ハイドロホンと比較して検討した。電極対プローブは機械共振系を持たないので極めてすぐれた過渡応答を示すことが確認できた。衝撃放電により発生した大振幅パルス音波についてもほぼ理輪通りの双極子のインパルス応答を持っていることが確認できた。(3)超音波振動電位の大振幅音圧における直線性:標準ハイドロホンと比較した結果、400[kPa]の大振幅音圧までの範囲では十分な直線性が確認できた。(4)超音波センサとして電極対プローブは感度が低いので,電極対プローブは静電誘導ノイズの影響を避ける工夫が必要である。

この誘導ノイズの低減または回避の手法を検討することが次年度の課題である。これらの成果の一部は、論文か採択され2000年9月の国際会議にて発表の予定である。2000年度(平成12年度)において下記の検討を行い成果を得た。(1)超音波振動電位の電解質液濃度依存性超音波振動電位を電極対プローブ法で測定すると、検出電位は超音波振動電位と音響双極子特性との積となる。電極対プローブ法で超音波振動電位を求めると電解質溶液KClの場合、周波数2[MHz]以下では濃度が10^<-1>[mol/l]10^<-3>[mol/l]の範囲で約50[μV]一定である。2[MHz]以上の周波数では電位は減少の傾向を持つことが明らかになった。また濃度が0すなわち純水の場合にも超音波振動電位(約20[μV])を生じることも明らかになった。超音波振動電位(Debye効果)を用いて衝撃性大振幅超音波を計測する場合、電解質溶液として水を利用できることは新しい手法の超音波センサーの実用化において極めて重要な知見と考えられる。(2)衝撃性大振幅超音波に対する応答水中にて衝撃火花放電により発生した衝撃性大振幅超音波を金属製回転楕円体反射面で集束させて電極対プローブ法で検出した。集束点で音圧の最大値は約1000[kPa]であった。この衝撃性大振幅超音波を広帯域・高分解能標準ハイドロホンで観測した結果と比較すると、電極対プローブで検出した振動電位はほぼ理想的な音響双極子特性を持ち、逆双極子特性による補正演算を行って衝撃波の正確な波形と振幅を計測できることが明らかになった。機械共振系を持たない電極対プローブでは衝撃波の鋭い立上がり部を正確に観測できる特長を持っていることが確かめられた。(3)超音波振動電位の高周波特性超音波振動電位は2[MHz]以上で減少の傾向を持つ。この効果は電解質溶液の粘性とイオン雰囲気の緩和現象によるものと推測される。この粘性の影響を明らかにするために電解質溶液のMHz周波数帯における動的粘性を測定する装置を開発し、水に近い低粘性溶液の粘性測定が可能となった。2[MHz]以上の高周波帯で振動電位を電極対プローブで検出する場合には電解質溶液の粘性およびイオン雰囲気の緩和現象、さらに電極寸法と形状による局所的な電界の歪み、電極界面の電位分布等の影響を詳細に解明することが必要である。
重症筋無力症患者における横紋筋特異的な新規自己抗体の同定

重症筋無力症(MG)の診断において、抗AChR抗体の測定は必須であるが、その抗体価は必ずしも病勢と一致せず、また予後の判定には有用ではない。本研究では、MG患者血清を用いて横紋筋肉腫RDに発現する横紋筋特異的な蛋白に対する自己抗体のスクリーニングを行い、新規自己抗体を同定し、その臨床的意義について検討を行った。MG患者61例、疾患コントロールとして多発筋炎PM/DM30例、健常人30例の血清を対象として、^<35>Sで標識した細胞とprotein A sepharoseを用いて患者血清中のIgGと反応する蛋白を免疫沈降法IPで検出した。用いた細胞はRDと白血病細胞K562で両者の沈降パターンを比較し、RDで沈降し、K562で沈降しない蛋白を、横紋筋特異的な蛋白と判断した。この中で、70kDa蛋白に対する自己抗体はMG血清の18%に認められ、本蛋白の同定を試みた。陽性患者血清に結合したprotein AsepharoseとRDを反応させ、affinity-purificationにより70kDaに相当する蛋白を精製した。この蛋白を同定する目的で、アミノ酸分析、二次元電気泳動、Immunoblotsの実験を行い、Voltage gated K channelのαサブユニットの1つ、Kv1.4であることを証明した。さらに、Kv1.4の各臓器における発現の有無をRT-PCRで確認したところ、骨格筋、神経、心筋での発現を認めた。臨床像からの解析では、抗Kv1.4抗体陽性MGは球症状やクリーゼを合併する重症MGと胸腺腫に相関していた。MGを伴わない胸腺腫の患者では、本抗体は検出されなかった。また心筋炎と心電図上QT延長が高頻度に認められ、心臓における合併症との関連が推測された。今後は、多数例の患者検体を用いて、既知の横紋筋由来の抗原に対する自己抗体(抗titin抗体など)との比較、抗Kv1.4抗体の病因との関連の検討を予定している。またMG患者の血清には、横紋筋由来の蛋白であるtitinやryanodine receptorに対する抗体が存在するが、その臨床的意義は乏しい。MG患者61例、疾患コントロールとして多発筋炎PM/DM27例、健常人5例の血清を対象として、35Sで標識した細胞とprotein A sepharoseを用いて患者血清中のIgGと反応する蛋白を免疫沈降法IPで検出した。また心筋炎と心電図上QT延長が高頻度に認められ、予後判定に有用な指標と考えられる。

また心筋炎と心電図上QT延長が高頻度に認められ、心臓における合併症との関連が推測された。今後は、多数例の患者検体を用いて、既知の横紋筋由来の抗原に対する自己抗体(抗titin抗体など)との比較、抗Kv1.4抗体の病因との関連の検討を予定している。
環境微生物の機能遺伝子の視覚的検出

微生物を培養によらずシングルセルかつ特異的に検出可能な技術の1つにFluorescence in situ hybridization(FISH)法がある。rRNAを標的としたFISH法はかなり熟成の域に入ってきたものの、mRNAや遺伝子を標的とした場合、蛍光標識プローブを用いたFISH法では感度が不十分である。そこでより高感度検出が可能な手法としてtyramide signal amplification(TSA)によりシグナル増幅を行うTSA-FISH法がある。しかしながらTSA-FISH法を適用するためには反応を触媒する酵素を菌体内に浸透させる必要がある。しかしながら酵素は非常に大きく、通常の固定だけでは菌体内への浸透は困難であるため、適切な細胞壁処理技術が必要である。またmRNAや遺伝子はTSA-FISH法を用いたとしても十分な感度が得られず、信頼のおける検出は困難である。そこでより高感度な検出技術の開発も試みた。細胞壁処理技術についてはこれまでに知見の得られていないメタン生成古細菌に着目し、検討を行った。その結果シュードムレイン加水分解酵素PeiWを細胞壁処理技術の1つとして提案できる結果が得られた。しかしながらこの処理技術ではメタン生成古細菌を網羅的に検出できないため、更なる検討が必要である。また高感度化としてtwo-pass TSA-FISH法を原核生物に適用するための最適化を行った。その結果TSA-FISH法では検出できなかったmRNAを、本技術を用いることで検出に成功した。本研究から得られた知見は、微生物の機能を培養によらず推定するための重要な技術基盤になると考えられる。今後はより多くの微生物種にTSA-FISH法を適用するための処理技術の開発とともに、微生物染色体に保存されている遺伝子を検出するためのtwo-pass TSA-FISH法の最適化が課題である。
中学校の総合学習における宇宙エレベーター実験とICTを活用した宇宙教育導入の有効性の検証

1研究目的世界各国や日本などの多くの国で宇宙開発が進められている中,日本での宇宙教育はほとんどなされていないのが現状である。そこで,中学校の総合的な学習の時間の中で,宇宙教育を取り入れ,その学習の有効性を検証する。2研究方法生活の中で多くの恩恵を受けている技術やその技術の生かされている部分を学習することで,近年の宇宙開発や次世代の宇宙開発の必要性について考えを深めていく。あわせて宇宙エレベーター実験キットを用いてプログラミングすることで宇宙開発への興味や関心を持たせることや難しさを体感させる。JAXAと連携し最先端の情報に触れる機会を設け,スペースコロニーや月面・火星基地のような居住について考えさせる。事前,事後のアンケートを実施し,意識の変容等を調査する。3研究成果宇宙開発を中心とした単元(全13時間)は,中学校第3学年の総合学習の中で取り扱い,宇宙というかけ離れたものとならないように身近な宇宙産業を取り入れながら授業を進めた。具体的には,まず始めに「なぜ宇宙開発が必要なのか」という単元を貫く課題を提示し,宇宙開発の歴史から取り組んだ。ダイヤモンドカットやカーナビといった宇宙技術のスピンオフを知り,身近なところで多くのものが使用されていることに気付かせた。また,歴史の中に出てくるロケットを,画用紙火薬ロケットとして製作したり,現在開発されている宇宙エレベーターをキットやタブレット端末を使用してプログラミングをさせながら体験させたりして,宇宙への興味関心を持たせた。最後に,宇宙での生活について,インターネットや書籍だけでなく, JAXAからの情報をもとに考えさせることで,架空の内容でなく現実のものとしてとらえ,理科で既習したことを活用しながら考えを深めることができた。事前事後のアンケート結果の比較から,宇宙開発と私たちの生活との結びつきや未来への必要性が見られ,宇宙教育の学習は有効であった。