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家族看護領域における看護診断の普及に関する検討

看護診断名の共有と活用は効率の良い看護実践をもたらすが、家族看護における看護診断名の臨床現場での活用実態を明らかにするとともに、その普及の方法を検討する目的で本研究を行った。家族看護の先行研究を対象とした看護診断の活用の分析では、看護介入の根拠であり、前段階のステップである看護診断名の記載がある事例は非常に少なく、看護診断活用効果の啓発と診断名の普及の必要性が示唆された。そこで、典型的な家族問題を含む模擬事例を作成して事例検討を行い、その検討過程の集積によって、適切な診断名の適用や新たな診断名の提案が可能になること、ひいては家族看護における看護診断名の意識化と普及につながることを提言した。1.先行文献から見る[家族看護領域における看護診断活用度と課題の分析]について、日本家族看護学会学術集会で以下のとおり報告した。【日本家族看護学会学術集会抄録集(2000年度2012年度)に掲載された「家族に対するアセスメントから介入までの援助過程が示されている事例」を対象として、(1)アセスメント・看護診断の根拠となる情報の量的・質的妥当性、(2)アセスメント結果または看護診断・診断名の記載の有無、および妥当性、(3)介入と評価の記載の有無と妥当性、各々について事例ごとに分析した。その結果、(1)看護診断の根拠となる情報記載の不十分な報告が多く、診断指標に基づいて情報が記載されたものは少なかった。(2)看護診断名の記載では、問題状況に関わる情報や解釈が、診断と同義で示されている報告が多く、診断の記載として抽出することは困難であった。また、診断名を用いて記載したものは非常に少なかった。(3)介入と評価の情報はほとんどの事例で記載されていたが、部分的な事象に対する評価が多かった。】今回の分析からは、国内における「看護診断」そのものの普及が不十分であることをうかがわせたが、本研究の最終目的である、家族看護領域における看護診断名の臨床現場での活用・普及の方略についての示唆を得ることができたものと考える。2.実態調査の質問項目の検討:「NANDA看護診断」に示される家族看護関連の診断名の活用頻度、理解度の調査を行う予定であるが、先行文献の分析結果をもとに、調査の回答が適度に分布するような質問項目を準備・設定するための検討を行った。3.専門家会議における事例への看護診断名の適用と集積に向けての準備:家族支援専門看護師等、専門家会議における「事例への看護診断名の適用と集積に関する検討会」の準備として、検討会資料としての経験事例の収集と匿名化のための改編を行った。家族看護領域における看護診断ラベルの理解度・活用度及びそれに影響する要因を明らかにし、臨床現場での活用を拡げるための普及を目的として本研究を開始した。以下は、本年度の研究実績の概要である。1.全体計画の最終確定:全体計画の最終確定のため、先行研究を再度検索したところ、文献内に看護診断が提示されている文献数自体が、予想以上に極めて少なく、さらに内容においても、必ずしも、適切な診断が適用されていないものも見られた。この状況から、実態調査においては活用度のみならず、その背景を詳しく探る必要があることが示唆された。そこで、実態調査の前に、先行文献をもとに看護診断活用の現状と課題について詳細に分析し、調査項目を十分に検討するための段階を、計画に追加した。2.先行文献から見る家族看護領域における看護診断活用度と課題の分析:2000年度以降に、日本看護診断学会学術集会において発表された一般演題(口演・示説)435題のうち、事例分析等の過程で、家族に関連する診断ラベルを提示したものは、7題(1.6%)のみであった。さらに、その7題の中で、診断に際し診断指標との照合を行ったものは1題のみであった。診断ラベルを用いたことに対し、根拠が明確になり有効な介入ができたとする一方で、ラベリングの適切性・妥当性に迷う等の考察が述べられていた。一方、同様に日本家族看護学会学術集会において発表された一般演題1148題のうち、事例分析等による報告は約300題であったが、家族のアセスメントや介入に関連して、診断ラベルそのものを提示したものはほとんどみられなかった。これらの分析結果については、次年度において発表予定である。3.専門家会議における事例への看護診断ラベルの適用と集積に向けての準備:家族支援専門看護師等、専門家会議における事例への看護診断ラベルの適用と集積に関する検討会の準備会を開催した。1.専門家会議における「家族看護領域における典型的な問題事象を有する模擬事例」の看護診断名の適用及び診断基準との適合性に関する分析看護診断名の活用は、共通言語から共通理解を導き、効率の良い看護実践につながるが、家族看護領域における看護診断名の普及は充分とはいえない。これまでの本研究の取り組みにおいて、過去に公表された「家族に対する援助過程が示されている事例」の中では、NANDA-I等に掲げられている看護診断名を用いて記載したものは非常に少ない一方で、類似する「特有の問題状況」を看護診断名として同義で示されている報告が多いことが明らかになった。今年度は、家族看護領域における典型的な問題事象を有する模擬事例を分析対象として事例検討を行い、NANDA-Iの看護診断名の適用及び診断基準との適合性について分析した。

方法は、まず家族看護領域で表記される「特定の家族員における役割過重」「家族員間の役割調整不足」「家族員間のコミュニケーション不足」などの典型的な問題状況(情報)を含む事例を作成した。その後、専門家会議において、事例として提示された情報から典型的な家族問題の状況を抽出し、その問題状況とNANDA-Iに示される看護診断名との照合を行った。また、診断指標についても照合して検討した。その結果、「特定の家族員における役割過重」に関する問題状況は、定義の内容との照合から「介護者役割緊張リスク状態」と類似し、そのリスクファクターとの照合においてもほぼ合致していた。しかし、家族全体の問題状況を示す、いわゆる広義では「家族機能障害」に含まれるような問題については、より焦点化した診断名は認められなかった。すなわち、問題状況が家族の中の特定の個人に顕在化した場合の診断名としては掲げられているが、家族全体の問題状況を示す診断名は不十分である傾向が明らかになった。事例集積を継続中である。1.模擬事例の看護診断名の適用及び診断基準との適合性に関する分析の国際学会における発表:平成27年度は、前年度に行った、家族看護領域における模擬事例についての看護診断名の適用及び診断基準との適合性について、学会発表した。高い関心が寄せられ、有意義な示唆が得られた。2.家族看護領域の看護診断の普及に関する実態把握と背景要因の分析:従来の研究の経過を振り返ると、一般的な意識調査によっては看護診断の活用やその表記についての実態が明らかにできなかったことから、1.のような家族看護領域の典型的な問題状況(情報)を含む事例を提示し、それに対する看護診断名を日常的に用いている表現によって具体的に記載するような調査を行った。また、家族看護に携わる機会がより多いと推測される全分野の専門看護師を対象にすることで、実態把握の精度を高める工夫を行った。その結果、「介護者役割緊張リスク状態」については約1/3が共通の回答をしていたが、それ以外の家族全体の問題状況を示す問題については、状況に対する認識は示されていても、共通の表現は少なく多種多様であった。その背景には、看護診断名としてのNANDA-Iの普及と、「電子カルテへの設定」があり、そこに示されている診断名への当てはめの傾向がうかがわれた。3.状況を踏まえた新たな看護診断名の提案と診断指標の明確化に向けた、事例から抽出する情報集積シートの提案:今回の分析から、NANDA-Iの電子カルテへの設定が診断名の活用に影響していることがうかがわれたが、その適用過程の適切性までを確認できなかったこと、診断名として列記されていない問題の抽出が共通認識されていないことが明らかになった。これに対しては、代表的な問題についての診断名を想定し、その診断指標を示した、事例の情報集積シートを作成した。これによって事例集積し、新たな看護診断名の提案につなげていく予定である。看護診断名の共有と活用は効率の良い看護実践をもたらすが、家族看護における看護診断名の臨床現場での活用実態を明らかにするとともに、その普及の方法を検討する目的で本研究を行った。家族看護の先行研究を対象とした看護診断の活用の分析では、看護介入の根拠であり、前段階のステップである看護診断名の記載がある事例は非常に少なく、看護診断活用効果の啓発と診断名の普及の必要性が示唆された。
ザリガニ局所神経回路における並列的抑制経路の機能解析

グルタミン酸とGABAが抑制性伝達物質としてザリガニ局所神経回路内でどのように機能を分担しているか明らかにするため、生理学的・薬理学的・免疫組織化学的解析を行った結果、(1)細胞内染色・免疫組織化学染色の二重ラベル法の開発により、i)70個のGABA作動性、120個のグルタミン酸作動性ニューロンの存在を明らかにし、ii)ノンスパイキングニューロンのうち、AL-IIIタイプのニューロンのみが選択的にグルタミン酸抗体に対し陽性反応を示し、残りの2つのALグループ並びにPLニューロンはGABA作動性であることを明らかにし、iii)ノンスパイキングニューロンにダイレクトな抑制性出力を持つスパイキング局在ニューロンがグルタミン作動性であることがわかった。(2)生理・薬理学的実験遂行により、i)多くの局所回路ニューロンはグルタミン酸・GABAのニューロパイル内微量投与に対し、同様の抑制性応答を示し、ii)一般的に局所回路ニューロンはピクロトキシン・低Cl生理食塩水灌流下ではGABA圧注に対する応答には変化が見られないのに対し、グルタミン酸圧注に対する応答は逆転し、iii)感覚刺激に対する開筋支配の尾扇肢運動ニューロンの抑制性応答はピクロトキシン灌流下で変化せず、この抑制性応答がGABA作動性のノンスパイキングニューロンによって形成されていることがわかり、iv)ノンスパイキングニューロン間の抑制性接続においてシナプス前ニューロンとなるのは常にGABA作動性ニューロンの方であることが明らかになった。(1)蛍光色素Lucifer yellowを用いた細胞内染色及び蛍光色素Cy3をマーカーにグルタミン酸抗体に対する免疫組織化学染色の二重ラベルを行ったところ、i)多くの運動ニューロンはグルタミン作動性であったが、一部の運動ニューロンではグルタミン酸抗体に対し陰性であった、ii)プレモーター要素として運動ニューロンの活動性を強力に制御しているノンスパイキングニューロンのうち、GABA抗体に陽性反応を示さなかったAL-IIIタイプのノンスパイキングニューロンのみが選択的にグルタミン酸抗体に対し陽性反応を示した、iii)ノンスパイキングニューロンにダイレクトな抑制性出力を持っているsp-ant1,4を含む5個の同定スパイキング局在ニューロンがグルタミン作動性であることが明らかとなった。(2)細胞内記録染色法を用いた生理学的実験及び薬物のニューロパイル内圧力微量注入・細胞外灌流等の薬理学的実験の結果、i)ノンスパイキングニューロンをはじめとする多くの局所回路ニューロンはグルタミン酸・GABAのニューロパイル内局所微量投与に対し、同様の抑制性応答を示した、ii)一部のニューロンではクロライド・チャンネルブロッカーであるピクロトキシン灌流によりグルタミン酸圧力注入に対する応答が逆転し、iii)別のニューロンではピクロトキシン・低Cl^-生理食塩水灌流下でのグルタミン酸に対する応答に変化は見られなかった。
都市近郊林の林分属性の変化が被食種子散布における生物間相互作用に与える影響

都市近郊林特有の森林面積の減少、断片化、遷移による森林構造の変化といった林分属性の変化に対し、被食種子散布における生物間相互作用がどのように変化するのか明らかにすることを目的に、京都市近郊林の複数林分を対象に鳥類相、鳥類密度、果実の被食種子散布パターン、埋土種子組成、実生動態の追跡を行った。その結果、遷移に伴う森林の発達が鳥類の飛来頭数に最も影響していることが明らかとなった。このような森林の発達による鳥類密度の増加に伴い、多くの果実が被食・種子散布され、土壌中に蓄積していた。さらに、こうした種子が撹乱とともに更新することによって樹木の種多様性の増加に貢献している可能性が示唆された。本研究は、都市近郊林の今後の林相変化や種多様性の維持に関わる被食種子散布における生物間相互作用に焦点を当て、森林面積の減少、断片化、遷移による種構成の変化といった林分属性の変化に対し、どのようにその相互作用が変化するのか定量的に明らかにことを目的としている。平成25年度の研究成果は以下の通りである。1.京都市近郊林において古くから遷移が進行しシイ林が発達している東山と最近遷移が進行しシイ林が広がってきている宝ヶ池丘陵において、果実の生産量を3年間にわたり調査した結果、東山も宝ヶ池も2011-12年が豊作年、2012-13年が凶作年となっていたが、両年度とも東山の方が宝ヶ池より果実生産量が多く、特に凶作年では東山の果実生産量は宝ヶ池の約10倍となっていた。鳥類の観察頭数は年度を問わず季節を通じて東山で多く、凶作年では、とくに東山において、より多様な種の種子散布がみられた。2.2つの林分について実生消長を追跡した結果、林冠下では林床を撹乱すると実生の発生が増加したが、シイ以外の実生はほぼ全て死亡した。林冠ギャップでは、宝ヶ池においては、林冠下と実生の発生や生存は余り変化しなかったものの、東山においては多くの鳥散布型樹木の実生が発生し、さらに林床を撹乱することで発生数が増加し、生存数も多くなっていた。3.古くから遷移が進行したことで林分全体がシイ林となっている大面積で老齢な東山では、近年急速に遷移が進行し小面積で断片化している宝ヶ池のシイ林に比べ、面積が広く、階層構造が発達していることで鳥類にとって多様な食糧資源と生息環境が提供され、果実食鳥類が多く飛来し、多様な種子が散布されていると考えられた。そして、それらが長期間を経て土壌中に蓄積し、撹乱の際に一斉に発芽することで森林の種多様性が維持されていることが明らかとなった。平成24年度の研究成果は以下の通りである。1.京都市近郊の遷移中期段階に当たる宝ヶ池丘陵落葉広葉樹二次林と隣接して広がる遷移後期段階に当たる宝ヶ池丘陵コジイ優占林において、ポイントセンサス法による鳥類相の把握を行った結果、コジイ優占林での鳥類の観察頭数が年間を通じて高くなっていることが明らかとなった。果実散布に大きく関わるgulper(呑み込み型)の鳥類も年間を通じて高かった。さらに同様の方法で、京都市近郊において最も遷移が進行していると考えられる東山シイ林でも調査を行った結果、鳥類の観察頭数は宝ヶ池丘陵コジイ優占林よりもさらに多く、特に大型のgulperであるツグミ類の観察頭数が多くなっていることが指摘された。2.宝ヶ池丘陵落葉広葉樹二次林と隣接して広がる遷移後期段階に当たる宝ヶ池丘陵コジイ優占林でシードトラップの定期的な回収による果実・種子散布パターンの把握を行った結果、コジイ優占林よりも落葉広葉樹二次林の方が果実の生産量は多かったが、被食種子散布率は両林分とも高いことが明らかとなった。階層構造の発達したコジイ優占林における鳥類の住み場所の提供が、果実の過少に関わらない被食種子散布に貢献している可能性が考えられた。東山シイ林でも被食種子散布率が高く、さらに東山シイ林では鳥によって散布される種子の種類数が宝ヶ池丘陵の森林に比べ多くなっていた。本研究は、都市近郊林の今後の林相変化や種多様性の維持に関わる被食種子散布における生物間相互作用に焦点を当て、森林面積の減少、断片化、遷移による種構成の変化といった林分属性の変化に対し、どのようにその相互作用が変化するのか定量的に明らかにすることを目的としている。平成26年度の研究成果は以下の通りである。1.京都市近郊林において遷移段階の異なる3つの林分(落葉広葉樹二次林;「落葉林」、近年コジイ優占林になった林分;「コジイ林」、古くからのコジイを中心とする常緑広葉樹林;「常緑林」)に調査地を設け、遷移による林分属性の違いが鳥による種子散布パターンにどのような影響を与えているのか解明することを目的に、林分への飛来鳥類の観察とシードトラップの回収を定期的に行い、これまでの約4年間にわたるデータを解析した。その結果、果実食鳥類の観察頭数は、林分における季節毎の果実生産量とは関係なく、林分の違いに有意に影響を受け、遷移が進行し林分が発達するほど飛来鳥類数が増加することが明らかとなった。

さらに、散布種子の種数も遷移による林分の発達に伴い多くなっており、種の多様性の維持にも影響している可能性が指摘された。2.京都市近郊林において優占的な鳥散布樹木であるカナメモチについて遷移段階の異なる2つの林分(「落葉林」、「コジイ林」)に調査地を設け、カナメモチの個体群構造及び繁殖、果実の被食パターン、実生の更新を調べた。果実生産量は隔年での強い豊凶があり、豊作年は「コジイ林」の方が被食率が高い傾向が見られた。一方で、個体群構造や実生の動態の追跡の結果、両林分とも繁殖個体の周辺で、実生が更新し実生バンクが形成されていることが明らかとなった。このような更新パターンには、結実時期が2月頃という遅さと強い豊凶というカナメモチの繁殖特性が影響している可能性が考えられた。本研究は、都市近郊林の今後の林相変化や種多様性の維持に関わる被食種子散布における生物間相互作用に焦点を当て、森林面積の減少、断片化、遷移による種構成の変化といった林分属性の変化に対し、どのようにその相互作用が変化するのか定量的に明らかにすることを目的としている。これまでの研究から、遷移が進行し森林が発達するほど鳥類の飛来が多くなることが明らかとなってきたが、本研究の最終年度である平成27年度は、これまで追跡してきた京都市近郊林における遷移段階の異なる林分(落葉広葉樹二次林;「落葉林」、コジイ優占林;「コジイ林」)での鳥による果実の被食散布パターンについて、群集レベルでの結実フェノロジーや被食散布の違いを総合的に評価するとともに、そうした鳥散布樹木群集の中で重要なカナメモチおよびサカキに対する鳥の採食パターンを詳細に調べた。研究成果の骨子は以下の通りである。1.1月に果実が成熟するカナメモチは、両林分において繁殖幹数、果実生産量がともに多く、林分レベルの豊凶を決定づけていた。カナメモチの豊作年において「コジイ林」での冬期の鳥の飛来数が特に多くなり、サカキやヒサカキなどその他の樹種の被食種子散布パターンにも影響している可能性が示唆された。2.カナメモチの被食パターンについて、豊作年において「落葉林」では、鳥類がカナメモチに集中して飛来し、種子が樹冠下に集中して落下するのに対し、「コジイ林」ではより広範囲に鳥類が移動している可能性が示唆された。3.林分レベルでのサカキの被食時期について、「落葉林」よりも「コジイ林」では、被食率が一定して高く、特に林分の豊作年においては主な被食時期がサカキの果実が林床に落下した後の13月と遅くなる傾向がみられた。「コジイ林」での被食率の高さは、冬期の地上における鳥類の採食行動が関係している可能性が示唆された。都市近郊林特有の森林面積の減少、断片化、遷移による森林構造の変化といった林分属性の変化に対し、被食種子散布における生物間相互作用がどのように変化するのか明らかにすることを目的に、京都市近郊林の複数林分を対象に鳥類相、鳥類密度、果実の被食種子散布パターン、埋土種子組成、実生動態の追跡を行った。その結果、遷移に伴う森林の発達が鳥類の飛来頭数に最も影響していることが明らかとなった。このような森林の発達による鳥類密度の増加に伴い、多くの果実が被食・種子散布され、土壌中に蓄積していた。さらに、こうした種子が撹乱とともに更新することによって樹木の種多様性の増加に貢献している可能性が示唆された。平成26年度の交付申請書に記載した研究目的は、主に森林面積の減少、断片化、遷移による種構成の変化といった林分属性の変化に対し、果実の生産量の変動がどのようになるか、またそれに対する鳥類の飛来頻度や、鳥類による種子散布パターンがどのように変化するか、年次変動を含めて解明を行うといったものであった。
15歳からの本格微生物研究　クラブ活動をプロフェッショナル育成の反応場とする試み

未利用微生物資源を開拓し有効に利用していくことは今後の人間社会発展のために必須であり、そのために各種微生物的手法に習熟した人材の拡充が求められる。現在のわが国において微生物学的手法は大学以降に習得することが通常であるが筆者はこれよりも早い段階で微生物学的手法を学び研究する場として、高等専門学校のクラブ活動を研究組織として立ち上げた。平成30年度は前年度までに組織した微生物新種提唱を教材として用いた微生物研究組織により開発した固相電気培養装置(Solid-Phase Electrocchemical Isolation and Colonization Equipment Systems; SPECIES)を用いて、当該装置による新規微生物の分離培養に取り組んだ。当該装置から得られたコロニー菌叢を次世代シーケンサを用いて解析・比較した結果、装置内に形成された菌叢は植種源と明確に異なった。電極印加による大きな影響として、培地上に形成されるコロニーの多様性が高まることが判明した。電極印加系においては、0.5%超の検出頻度となった属が20超存在したのに対し,非印加系では11属にとどまった。また印加系から得られたコロニーには電子資化性を有さない複数株種レベルで新規と考えられる株が含まれていた。このことは当該装置により培養不能状態にあった菌体が再活性化したことを示唆した。すなわち、SPCEIESは培養可能微生物圏を拡大し得る培養技術であることが判明した。以上の述べたように、平成30年度の活動により、(1)クラブ活動による研究組織を創出すること、及び(2)自律的に研究成果を挙げることのできる集団とすることという、本研究計画の目的が達成することに成功した。未利用微生物資源を開拓し有効に利用していくために、各種微生物的手法に習熟した人材の拡充が求められている。現在のわが国において微生物学的手法は大学以降に習得することが通常である。筆者はこれよりも早い段階で微生物学的手法を学び研究する場として、高等専門学校のクラブ活動を研究組織として立ち上げ、微生物学のプロフェッショナル育成の場とすることを着想し、平成28年度は主として微生物新種提唱を教材として用いた微生物研究組織の創設に取り組んだ。研究活動を開始するためにクラブを組織し、創設後は所属学生の手により環境中からの新種微生物分離に取り組んだ。実施項目は1培養培地作成技術習得、2微生物培養・無菌操作技術習得、3微生物DNA抽出・増幅・精製・配列解析技術習得、4分子系統学的解析技術習得、5ゲノムDNA交雑形成技術習得、6形態学的分類、7化学分析・分類技術習得とした。これらの技術は微生物学の基本中の基本となる実験技術であることから微生物学研究従事人材の教育教材として好適であると考えられ、実績として、所属学生に対し、上記実験技術を習得させることに成功した。所属学生は既に、上記実験をはじめとする微生物実験を自律的に行う能力を身に着けており、上記技術群の教材としての優秀さが実証できたと考えている。また同時に高度な設備を必要としない微生物研究手法の開発に取り組み1簡易的に無菌環境を作成する方法の開発を行った。この研究は設備に左右されずに微生物を扱える環境づくりを目指すものであり、数台の空気清浄機、アルコールランプの併用により簡易的に清浄空間を作成可能であることを解明した。28年度研究計画の主たる取り組みである微生物研究教育活動においては、所属学生に微生物分類に関係する実験技術群を教授し、各人に実験技術を習得させることに成功した。所属学生による環境中からの微生物分離においては、16株の新種及び新属候補株の分離に成功した。現在各分離株の性質を調査中であり、終わり次第論文として投稿していく予定である。また、28年度は、次年度以降に実施予定であった「固相電気分離培養装置の開発」にも前倒して取り組み、試作機の改良に成功した。当該手法を用いることで既に4株の新規微生物株の分離に成功している。以上のように当初の想定以上の研究進度となったため、自己評価を区分(1)当初の計画以上に進展している。とした。環境微生物の99%を占めるとされる未利用微生物資源を開拓し有効に利用していくことは今後の人間社会発展のために必須であり、そのために各種微生物的手法に習熟した人材の拡充が求められる。平成29年度は主として微生物新種提唱を教材として用いた微生物研究組織を組織し、クラブを構成する学生間で実験技術の教授を行う「自律的」組織づくりに取り組んだ。実験技術教授を行った項目として1培養培地作成技術習得、2微生物培養・無菌操作技術習得、3微生物DNA抽出・増幅・精製・配列解析技術習得、4分子系統学的解析技術習得、5ゲノムDNA交雑形成技術習得、6形態学的分類、7化学分析・分類技術習得を実施した。また当該技術についての学習教材として動画撮影を実施した。当該動画視聴により技術教授の負担軽減に成功した。平成29年度の目標である(1)自律的に運営されるクラブを組織すること、(2)実験技術習得に用いる動画教材作成の2点が達成されたことに加え、30年度の実施項目である固相電気培養装置作成までが達成された。従って3年間の研究計画の大半が2年間で達成されたこととなる。従って区分(1)当初の計画以上に進展している、とした。

現在のわが国において微生物学的手法は大学以降に習得することが通常であるが筆者はこれよりも早い段階で微生物学的手法を学び研究する場として、高等専門学校のクラブ活動を研究組織として立ち上げた。平成30年度は前年度までに組織した微生物新種提唱を教材として用いた微生物研究組織により開発した固相電気培養装置(Solid-Phase Electrocchemical Isolation and Colonization Equipment Systems; SPECIES)を用いて、当該装置による新規微生物の分離培養に取り組んだ。当該装置から得られたコロニー菌叢を次世代シーケンサを用いて解析・比較した結果、装置内に形成された菌叢は植種源と明確に異なった。電極印加による大きな影響として、培地上に形成されるコロニーの多様性が高まることが判明した。電極印加系においては、0.5%超の検出頻度となった属が20超存在したのに対し,非印加系では11属にとどまった。また印加系から得られたコロニーには電子資化性を有さない複数株種レベルで新規と考えられる株が含まれていた。このことは当該装置により培養不能状態にあった菌体が再活性化したことを示唆した。すなわち、SPCEIESは培養可能微生物圏を拡大し得る培養技術であることが判明した。以上の述べたように、平成30年度の活動により、(1)クラブ活動による研究組織を創出すること、及び(2)自律的に研究成果を挙げることのできる集団とすることという、本研究計画の目的が達成することに成功した。平成29年度は当初の予定通り研究を遂行するが、既に28年度の時点で大量の新種候補株が確保されたため、得られた株の新種提唱を中心に研究を遂行する。また、29年度においては2年目以降にクラブ組織に入部した学生を対象に、前年度入部学生が習得技術を教授する取り組みを実施する。同時に、前年度遂行した簡易的な微生物実験技術開発を引き続き行う。29年度は得られた塩基配列から簡易的に新種微生物であるかを判別するソフトウェア開発に取り組む(30年度まで)。更にこれらの成果をインターネット配信し、簡易に実施可能な微生物実験技術として発信する。平成30年度においては筆者が考案した固相電気分離培養法を使用して、有用微生物資源の1種である電子資化性細菌分離に取り組む。このタスク遂行をもって、クラブ組織を未利用微生物資源にアクセスできる組織に成長させる。本実験内容については既に28年度において予定している実験成果の半分が既に得られているため、30年度においては電子資化性細菌の分離と系統的多様性についての知見収集を主たる実施内容とする。最終年度である30年度は28年度29年度同様に研究クラブの運用を行うことに加え、動画教材のさらなる改良(VR技術を用いて動画教材の学習効果を向上させる)に取り組むことを予定している。また、同時にこれまでに得られた成果((1)得られた菌株の新種提唱、(2)ゲノム配列解析、(3)クラブ活動による研究モデルおよび(4)VR動画教材による学習モデル)について論文化に取り組む。
軸糸直径変化による鞭毛繊毛運動の調節機構

鞭毛繊毛運動の基礎はモータータンパク質・ダイニンによる微小管の滑り運動である。このすべり運動は、軸糸(鞭毛の内部構造)内のさまざま構造を通じて時間的空間的に制御され、規則正しい屈曲運動へと変換されると考えられている。そのメカニズムはよく分かっていないが、これまでの研究から、軸糸直径の大きさ変化がこの変換機構の鍵となる可能性が示唆されている。鞭毛中心構造(中心小管、スポーク)を欠失した非運動性変異株の軸糸直径は野生株のそれよりも小さいが、変異株に屈曲運動を誘導するin vitroの条件では野生株並みに増大することが明らかとなった。これらのことから、ダイニンのモーター活性は軸糸直径変化、すなわちダイニン微小管の相互作用距離の変化によりオンオフ制御される、という仮説が考えられた。本研究では、この仮説を検証するために、屈曲運動中の鞭毛軸糸の直径変化を直接計測する試みを行なった。軸糸につけた量子ドットを目印として直径の計測を試みたが、2つの量子ドットを測定最適位置に配置することが難しく、計測はうまく行かなかった。しかしその一方で、先に述べた仮説を支持する現象を新たに見出した。円形に配置された9本の軸糸微小管は、隣同士がネキシンリンクにより架橋され、構造が安定化されている。ネキシン欠損株の軸糸はin vitroで運動性がなく、また、その軸糸直径は野生株より大きくなっていることが知られている。この広がった軸糸直径を圧縮することができれば、動かない軸糸が動き出す可能性が考えられた。そこで、高分子を添加し、その枯渇力により軸糸直径の圧縮を行なったところ、確かにこの株の軸糸直径が野生株並に減少する際に、屈曲運動が安定して生じることがわかった。この結果は、軸糸直径には最適値があり、その範囲で屈曲が生じることを示唆する。28年度が最終年度であるため、記入しない。鞭毛・繊毛運動の基礎はモーター蛋白質・ダイニンによる微小管の滑り運動である。ダイニンの活性が時間的・空間的に制御されることにより、この滑り運動は屈曲へと変換されると考えられているが、その機構の詳細はわかっていない。われわれはこれまでの研究から、軸糸(鞭毛・繊毛の内部構造)の直径サイズによりダイニンの活性が制御されるという仮説を提唱している。本研究では、この仮説を検証するために、屈曲運動中の鞭毛において、軸糸の直径変化が実際に生じるのかを調べる実験を行っている。1)3次元蛍光顕微鏡による軸糸直径変化の観察屈曲運動中の軸糸直径変化を検出するために、軸糸上の複数点の位置をナノメートルスケールで3次元的に決定する方法を工夫した。目印として量子ドットを用いた。まず、それを鞭毛軸糸に効率よく結合させる方法を確立した。遺伝子工学的な手法により、鞭毛内部構造をビオチン化し、そこにアビジン化量子ドットを結合させようとしたがほとんど結合しなかった。そこで、軸糸タンパク質のアミノ基を介して化学的にビオチン化する方法に変更したところ、軸糸表面に量子ドットが効率よく結合することがわかった。これまでに、軸糸のin vitroの運動を阻害しない修飾条件を見出し、ATP存在下に運動する軸糸の動きを3次元で追跡する実験を始めたところである。2)軸糸直径を人為的に変えた変異株の作成これまでの研究から、軸糸直径は鞭毛中心構造と周辺微小管の架橋構造との拮抗で決まる可能性が示唆された。ここでは、直径増大株の運動性を観察するために、鞭毛中心構造を形成するスポークの長さを伸ばした株を作成し、その運動性を調べた。その結果、予想に反して、運動性に大きな変化は見られなかった。現在、この株の軸糸構造を電子顕微鏡を用いて観察し、実際にスポークが伸長しているのかを検証している。この実験では、in vitroにおける軸糸の運動性を保持したまま、そこに量子ドットを結合させる方法の確立が重要である。これまでにそれを確立することができたが、最適な結合条件を見つけるのに時間を要し、実験が遅れ気味となっている。

ネキシン欠損株の軸糸はin vitroで運動性がなく、また、その軸糸直径は野生株より大きくなっていることが知られている。この広がった軸糸直径を圧縮することができれば、動かない軸糸が動き出す可能性が考えられた。そこで、高分子を添加し、その枯渇力により軸糸直径の圧縮を行なったところ、確かにこの株の軸糸直径が野生株並に減少する際に、屈曲運動が安定して生じることがわかった。この結果は、軸糸直径には最適値があり、その範囲で屈曲が生じることを示唆する。1)運動中の軸糸の直径サイズの解析:運動性を保持したまま、量子ドットを効率よく軸糸に結合させる条件が見出された。現在、3次元蛍光顕微鏡を用いた実際の運動計測を開始したところである。今後、計測方法の最適化とデータの解析を行う予定である。2)軸糸直径の改変株の解析:スポークの長さを変えることを試みたが、改変株では期待通りの運動性が観察されなかった。軸糸直径を変える上で、ターゲットとなる構造(タンパク質)は複数存在する。仮説が正しいとすると、軸糸直径は鞭毛中心構造だけでなく、周辺微小管の架橋構造の改変でも変化するはずである。今後は、スポークだけではなく、架橋構造のコンポーネントも改変して、架橋構造の長さを変えた場合にどのような運動性変化が生じるかも調べ、仮説を総合的に検証したい。28年度が最終年度であるため、記入しない。
構造化されていない環境の地図の獲得

従来用いられてきた環境表現は,環境を計測することにより,幾何情報を獲得する方法が用いられてきた.しかし,構造化されていない環境では,そのような幾何情報で環境を表現するのは難しい.本手法は,環境中の特徴やロボットの運動を利用し,環境構造の計測等を行わない.そのため,構造が複雑な場合において特に有効な方法である.更に,本手法は動的な環境に対しても,適用可能である.環境内で移動する物体が存在する場合,運動する物体を検出し,その運動を評価することで,環境内にどの程度移動する物体が存在するのか検出できる.我々は,環境には,その環境を特徴づける特徴(エッジ,色等)のパターンが存在すると考える.この特徴のパターンを検出し,環境モデルとして用いる手法を提案した.このようなシステムを構築するためには,ロボットは,環境内の特徴を抽出しなければならない.従来の手法では,環境構造に依存した行動計画を立てていたが,構造化されていない環境では,この手法を用いることができない.そこで,本研究では,ロボットの運動モデルとしてランダムウォークを用いた.ロボットがランブムウォークをしている間に,検出される特徴を記憶していき,その記憶された特徴を移動平均と移動平均の分散を計算する.環境内に均一に分布する特徴では,移動平均の分散が小さくなる.そこで,移動平均の分散が小さい特徴を検出し,その特徴を環境モデルとして用いる.本手法を用いて,コンピュータでシミュレーションを行った.その結果,構造化されていない環境においても,環境モデルが作成可能であることを示した.従来用いられてきた環境表現は,環境を計測することにより,幾何情報を獲得する方法が用いられてきた.しかし,構造化されていない環境では,そのような幾何情報で環境を表現するのは難しい.本手法は,環境中の特徴やロボットの運動を利用し,環境構造の計測等を行わない.そのため,構造が複雑な場合において特に有効な方法である.更に,本手法は動的な環境に対しても,適用可能である.環境内で移動する物体が存在する場合,運動する物体を検出し,その運動を評価することで,環境内にどの程度移動する物体が存在するのか検出できる.我々は,環境には,その環境を特徴づける特徴(エッジ,色等)のパターンが存在すると考える.この特徴のパターンを検出し,環境モデルとして用いる手法を提案した.このようなシステムを構築するためには,ロボットは,環境内の特徴を抽出しなければならない.従来の手法では,環境構造に依存した行動計画を立てていたが,構造化されていない環境では,この手法を用いることができない.そこで,本研究では,ロボットの運動モデルとしてランダムウォークを用いた.ロボットがランブムウォークをしている間に,検出される特徴を記憶していき,その記憶された特徴を移動平均と移動平均の分散を計算する.環境内に均一に分布する特徴では,移動平均の分散が小さくなる.そこで,移動平均の分散が小さい特徴を検出し,その特徴を環境モデルとして用いる.本手法を用いて,コンピュータでシミュレーションを行った.その結果,構造化されていない環境においても,環境モデルが作成可能であることを示した.
半導体的ダイヤモンド薄膜による電子デバイスの製作に関する研究

本研究は半導体的性質を持つダイヤモンド薄膜を合成し、それを電子デバイスへ応用することを目的とする。ダイヤモンドの合成は熱フィラメントCVD法によって行い、合成装置は購入した流量制御システム及び小型反応容器等によって構成した。実験の第一段階として、p型半導体ダイヤモンドの合成に着手し、不純物のドーブはホウ酸を有機溶媒に溶解させたものを気化させ反応ガスとする独自の方法を用いて行った。この方法で合成した薄膜を結晶学的に評価したところ、これらの薄膜は天然立方晶ダイヤモンドと同じ結晶構造を有し、グラファイトやアモルファスカーボンをほとんど含まない良質なダイヤモンドであることがわかった。また電気的特性の測定から、これらの薄膜はいずれもp型の半導体的性質を持つことがわかった。さらに、流量制御システムを取り入れた装置により、合成時における反応溶液の温度、反応ガス流量、容器内圧力等の条件を自動的に維持することができ、より再現性良く安定した結果が得られた。また、ダイヤモンド基板を購入しこれを下地基板として合成を試みたところ、シリコン基板上の場合とは異なり、基板上にエピタキシャル成長したダイヤモンド薄膜を得ることができた。次に、n型半導体ダイヤモンドの合成も試み、不純物としてリン酸、アンモニア水、炭酸水素アンモニウムを用いて合成を行った。その結果、再現性には欠けるものの、n型の電気伝導性を示す薄膜を得ることができた。この結果は、これまで報告例の少ない低抵抗なn型ダイヤモンド合成の可能性を示唆している。本年度はこの半導体ダイヤモンドを電子デバイスに応用するまでには至らなかったが、今後デバイス化するためにはn型半導体ダイヤモンドを再現性良く合成する方法を確立することが必要である。
システムLSI用不揮発性RAMの基本特性と応用に関する研究

不揮発性メモリに関し、MRAMをとりあげ、センス手法の改善と、新しい応用である、デュアルポート化の検討を行った。Pipe-line self-referenceリードでは、Self-referenceリードの弱点である低速に対してColumngate手法とPGS(Proportional Gain Stage)とVTCを使って改善し、複数サイクルを必要ということにに対しては、RMW(Read Modify Write)とPipe-lined手法を使って改善した。その結果、Pipe-line手法とRMW手法を追加することによって、4cycleから2cycleに縮めて動作速度を早くした。また、メモリセルに流れる小さい電流に対しても早く反応できるVTCとメモリセル電流を増幅させるColumngate方法やPGSを使うことによってリード動作を早くしたので、1.2Vで75MHzを達成している。完全Self-referenceセンス手法により、メモリセルのMTJ素子の抵抗バラツキに対しても50%程度耐えられるようになった。デュアルポート化について、同時に書き込み1読み出し動作が可能なデュアルポートMRAM(RWDPMRAM)のアレイ構造を提案し,ライトポート側に読み出し用のリードコラムデコーダーとリードローデコーダーをセットすることで同時読み出し動作を実現できた.また,RWDP MRAMのメモリセルと比べてR2DP MRAMはMTJ素子ごとに2本のリードビット線とリードワード線,2つの選択トランジスタを配置した.これにより,メモリセルレイアウトを行った結果,R2DP MRAMは配線とトランジスタの増加により1セル当たりの面積は3.35μm2になりRWDP MRAMの面積(1.23μm^2)の約2.7倍になった.不揮発性メモリに関し、MRAMをとりあげ、センス手法の改善と、新しい応用である、デュアルポート化の検討を行った。デュアルポート化について、同時に書き込み1読み出し動作が可能なデュアルポートMRAM(RWDPMRAM)のアレイ構造を提案し,ライトポート側に読み出し用のリードコラムデコーダーとリードローデコーダーをセットすることで同時読み出し動作を実現できた.また,RWDP MRAMのメモリセルと比べてR2DP MRAMはMTJ素子ごとに2本のリードビット線とリードワード線,2つの選択トランジスタを配置した.これにより,メモリセルレイアウトを行った結果,R2DP MRAMは配線とトランジスタの増加により1セル当たりの面積は3.35μm2になりRWDP MRAMの面積(1.23μm^2)の約2.7倍になった.「システムLSI用不揮発性RAMの基本特性と応用に関する研究」について、書き換え耐性にすぐれ、書き込み時間の短い、不揮発性RAMとしてMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)が注目されている。MRAMの通常の読み出し手法では、アクセスされるメモリセルのMTJ素子に流れる電流と基準電流との比較によりデータの"1"と"0"を判定する。この時の基準電流の設定は、データ"1"のMTJ素子の流す電流とデータ"0"のMTJ素子の流す電流の中間の値に設定する。この場合、基準電流の値は定電流発生回路等により発生される電流であり、実際にメモリセルに流れる電流と異なるプロセス過程を経る為、仕上がりばらつきの影響を受けた結果、それぞれが独立したばらつきを有する。このばらつきは、センスアンプの増幅に必要なメモリセル電流と基準電流の電流差を小さくし、読み出しマージンを低下させることになる。本研究によるセルフリファレンス手法によれば、固定値的な基準電流もダミーメモリセルを用いずに、アクセスメモリセルのメモリセル電流自身から基準電流を発生し、読み出しを実施することで、場所依存性による影響を削除する他、同一リード系路での読み出し動作になることで、相補経路を用いず、アレイノイズを回避することができ、読み出しマージンを向上させることができる。MTJ素子抵抗がばらついても十分なマージンをもってセンスできる、セルフリフェレンスリード手法を前年度提案したが、この手法では読み出し終了まで4サイクルが必要で、なおかつ、1サイクルの時間が長く、高速動作に適していないという問題があった。本年度はこうした問題を補うことができるパイプライン型セルフリファレンスリード方式を新たに提案した。1)パイプライン型セルフリファレンスリード方式では、1サイクルが長いという問題に対しコラムゲート手法とPGS (Proportional Gain Stage)とVTCを使って改善した。また、4サイクルが必要という問題に対して、RMW (Read Modify Write)とPipe-lined手法を使って改善した。その結果、パイプライン手法とRMW手法を追加することによって、サイクル数を4サイクルから2サイクルに縮めて動作速度を早くした。また、メモリセルに流れる小さい電流に対しても早く反応できるVTCとメモリセル電流を増幅させるColumn gate方法やPGSを使うことによってリード動作を早くしたので、1.2Vで75MHzを達成している。Self-referenceセンス手法により、メモリセルのMTJ素子の50%程度抵抗バラツキに対して耐えられるようになった。

2)また、従来型MRAMメモリセルにおいて読み出し/書き込みで共用していたビット線を分離し,読み出し用/書き込み用の電流経路を独立にさせることによるデュアルポート化を検討した.セルレイアウトを行った結果,1セル当りの面積として1.23μm2(=1.14×1.08)を達成した.ビット線の分割よって増えたセル面積はシングルポートMRAMの0.81μm2(=1.14×0.72)と比較して1.52倍になった本研究では,MRAMの応用として、同時に読み出し動作が可能なデュアルポートMRAM(R2DP MRAM)について検討した.また,同時に読み出し動作が可能なデュアルポートMRAMに適したセンスアンプとしてSwing-Less Bit-line Sensing(SLBS)技術を提案し,検討した.具体的に得られた結果は,下記の通りである,1)同時に書き込み/読み出し動作が可能なデュアルポートMRAM(RWDP MRAM)のアレイ構造に基づいて,ライトポート側に読み出し用のリードコラムデコーダーとリードローデコーダーをセットすることで同時読み出し動作を実現できた.これにより,メモリセルレイアウトを行った結果,R2DP MRAMは配線とトランジスタの増加により1セル当たりの面積は3.35μm2になりRWDP MRAMの面積(1.23μm2)の約2.7倍になった.2)R2DP MRAMに適した差動カレントコンベヤーを用いたSwing-Less Bit-line Sensing(SLBS)技術を提案した.このテクニックはビット線電位をVref=OVレベルの低いインピーダンスによるカレントコンベヤーによってグランドレベルに強制的にクランプされることで,読み出し動作の時にビット線のプリチャージとディスチャージ期間を無くすことが特徴である.また,SLBS回路ではビット線がグランドにクランプされるためSG(select gate)が低い電位でも活性化できるので,従来型の電流センスアンプより読み出し動作が速くて低電源電圧に向いている.本研究のシミュレーション上では,電源電圧1.0V,周波数100MHzでの読み出し動作が確認できた.
無機薄膜材料のレーザー励起CVDによる作製

エキシマレーザー光(ArF;193nm)を光源として以下3種のレーザー〓起CVDの実験を行った。1.ダイヤモンド薄膜の合成。アセチレンを水素で希釈したガスを主として原料に用いた。レンズを使用しない照射条件下では400°C以下で、有機高分子の膜が得られるのみであり、それ以上の温度では膜形成は全くみられない。レンズを使用し、基板を深い角度(約30゚)で照射することによりダイヤモンドが成生することを反射電子回折法により初めて確認した。さらにレンズを使用し浅い角度で基板照射する実験および水平照射の実験をおこなった。この場合レーザービーム基板間の距離を種々変化させた。これらの方法によりいずれもダイヤモンドが得られることを確認した。最後の方法により比較的均一な膜が得られた。レーザー強度がダイヤモンド生成に重要であることから反応は多光子過程を経て進行すると思われる。また基板照射しなくても成生することから気相〓起により反応が進行することが判明した。2.シリコンのエピタキシヤル成長。シリコン基板上にシリコンをエピタキシアル成長させる実験を行うため、赤外線加熱方式の試料台を備えた反応容器を作製し、ジシランを水素希釈したガスを原料として実験を行った。1050°Cで光照射の効果が顕著にあらわれ、エピタキシアル成長していることを、反射電子回折および走査型電子顕微鏡で確認した。3.SiCエピタキシアル成長。ジシランとアセチレンを原料としてサファイヤ基板上にエピタキシャル成長させる実験を試みた。本研究では超高真空の反応容器内で原料ガスを分子流で基板に当てることを特徴としている。980°C以上で3CのSiCがエピタキシャル成長することおよびレーザー光照射しない条件下では多結晶体のみが得られることを確めた。
所有文に関する意味論的・語用論的研究

所有文は日本語では「A (に)はBがある。」、英語では"A has B."の形で現れる。本研究では、所有文をコピュラ文や存在文との関係で有機的に記述・説明できる一般理論の構築を試みた。本研究は、コピュラ文や存在文に関する独自の意味理論と、その理論を背後で支えている名詞句に関する意味論的研究(とくに、指示的名詞句と変項名詞句の区別、および飽和名詞と非飽和名詞の区別を強調する名詞句意味論)を理論的武器とする。所有文は、日本語であれば、(1)(2)のように、「A(に)はBがある」という形式をもち、Aが所有者、Bが所有対象を表す構文である。これは、英語であれば、"A has B."として実現する。(1)太郎(に)は欠点がある。(2)このコース(に)は必読書がある。本研究では、研究代表者が10数年前から押し進めてきたコピュラ文や存在文に関する新しい理論と、その理論を背後で支えている名詞句に関する意味論的研究(とりわけ指示的名詞句と変項名詞句の区別、名詞の飽和性に関する新しい分析)を武器にして所有文という構文を再検討することにある。研究代表者の西山は、所有文の分析に有効な名詞句の意味機能に関するこれまでの理論を整理した。研究分担者の熊本は、英語の指示的名詞句と変項名詞句の区別に焦点を合わせ、名詞句のattributive useと変項名詞句との区別に関する論文を発表した。研究分担者の小屋は、変項名詞句が本質的な機能を果たす日本語の「カキ料理構文」について固有名詞との関係で通説を批判的に検討した。これらの研究を通して、所有文を分析する際の基礎概念の整理ができたといえる。従来の言語研究では所有文に対する明確な定義が与えられていなかった。また、所有文と存在文の関係が明示的に論じられることはなかった。本研究では、研究代表者が10数年前から押し進めてきたコピュラ文や存在文に関する新しい理論と、その理論を背後で支えている名詞句に関する意味論的研究(とりわけ指示的名詞句と変項名詞句の区別、名詞の飽和性に関する新しい分析)を武器にして所有文という構文を明確に定義することを試みた。とくに、所有文の意味を、AおよびBに登場する名詞句の意味と文中での意味機能の観点から分析し、この構文をコピュラ文や存在文との関係で有機的に記述・説明できる一般理論の構築を目指して研究を進めた。研究代表者の西山は、さらに、Bが有生であるとき、所有文の動詞は(3)のように「ある」「いる」両方が可能である場合と、(4)のように「いる」だけが可能な場合があるが、その違いはどこから来るかを検討した。(3)花子には男兄弟が{ある/いる}。(4)花子には兄貴が{*ある/いる}。研究分担者の熊本は、名詞句のattributive useと変項名詞句との区別に関する論文を発表した。これらの研究を通して、所有文を分析する際の基礎概念の整理がさらに進んだといえる。所有文は、日本語であれば、(1)や(2)(1)このコース(に)は必読書がある。(2)花子は妹がいる。のように、「A (に)はBがある」という形式をもち、Aが所有者、Bが所有対象を表す構文である。英語であれば、"A has B."として実現する。従来の言語研究では所有文に対する明確な定義が与えられていなかったし、所有文と存在文の関係が明示的に論じられることはなかった。とくに、所有文の意味を、(3)や(4)(3)このコースの必読書がある。(4)花子の妹がいる。のような「AのBが存在する」という絶対存在文が措定コピュラ文の述部に埋め込まれている構文として規定した。さらに、BとAとの関係がパラメータと非飽和名詞という意味的緊張関係に固定されるかどうかという問題も検討した。その結果、所有文をコピュラ文や存在文との関係で有機的に記述・説明できる一般理論の構築に成功した。

所有文、コピュラ文、存在文という三つの構文を有機的に記述・説明できる一般理論の構築を目指すという目的はある程度達成された。24年度が最終年度であるため、記入しない。この2年間の研究はもっぱら日本語と英語に焦点をあてて、所有文の意味構造を存在文やコピュラ文の意味構造との関連で検討してきたが、今年度はデータをさらに広げて、ドイツ語、フランス語、韓国語、中国語の所有文の意味構造を日本語や英語の所有文構造と比較検討する。そうすることによって所有文に関する一般理論構築の完成を目指したい。