hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
本邦の診療事情に合わせた支持的抗菌薬管理プログラムの有用性と経済性の検討

これらの結果から、簡便な方法であっても医師の抗菌薬適正使用に一時的には影響を与えうるとともに、感染制御活動に関する新たな試みを断続的に反復することによって、医師の関心や意識を高め、より効果的な医療関連感染制御活動として機能する可能性が示唆された。研究は計画通りに進行し、必要なデータ蓄積も進んでいる。経過を通じて、薬剤耐性菌による院内感染アウトブレイクに相当する事例は発生しておらず、アウトカムに影響するアクシデントもなく経過した。感染症学、内科学カルテ書き込みによる介入期間はほぼ終了し、フォローアップ調査の継続と、取得したデータの集計と解析を開始する。結果は日本環境感染学会に発表する予定だが、他の感染症関連学会にも参加し、情報収集と意見交換の場を確保する。研究はほぼ計画通りに進行しており、予算も不足することはなかった。倫理審査も承認が得られており、引き続き研究実施が可能な状態である。当初の想定より、比較的近接地での学会開催が多く、旅費としての必要額が少なかった。研究計画調書どおりに、注意喚起通知による介入とデータ収集を継続する。第一クール終了時点で途中集計を行い、本研究で行った支持的ASPの診療状況や院内感染管理への影響について中間評価を行う。引き続き学会等での意見交換や情報収集の機会を維持するとともに、感染制御部員全体で参加と情報収集を広く行うために活用する予定である。関連する学会や研究会の大部分が東京周辺で開催されたため、旅費の執行が少なく済んだ。研究立ち上げに際して、事務作業が効率よく進み、人件費・謝金が使用されなかったため。国内の研究会、学会等が東京以外で開催予定があり、執行される予定である。本研究に関連した院内感染対策活動について、物品や謝金等の使用が増加する見通しである。
枯草菌におけるリボソーム複合体を拠点とした発現制御ネットワーク解析

われわれは、先に枯草菌のL31とそのパラログであるYtiAが、亜鉛濃度により巧妙に制御されていることを明らかにした。つまり、亜鉛が十分培地中に存在する時には、亜鉛を結合したL31のみが50Sサブユニットに結合し、yliA遺伝子はZurレプレッサーにより転写が抑制されているが、亜鉛欠乏下には、ZurレプレッサーはytiA遺伝子のオペレーターに結合することができずに、ytiA遺伝子の転写が誘導され、新たに合成されたYtiAタンパク質がL31を結合した50SサブユニットからL31を追い出しYtiA結合型のリボソームが機能することになる。一方、50Sサブユニットから追い出されたL31は不安定となり分解されて亜鉛を細胞内に供給することになる。この機構は、亜鉛欠乏時の緊急避難的な細胞内亜鉛濃度維持機構のひとつとして機能しているものと推察される。いまひとつの亜鉛結合型リボソームタンパク質S14(rpsM)と、そのパラログである亜鉛非結合型リボソームタンパク質YhzAは、L31とYtiAと同様に亜鉛濃度によりZurレプレッサーを介してそれらの遺伝子の発現が調節を受けていることを明らかにした。L31-YtiAの場合と異なり、S14は30Sサブユニットのアッセンブリーに重要な役割を担い、生育に必須のタンパク質である。事実、S14の欠失した細胞では30Sと50Sサブユニットの異常な蓄積が見られた。蓄積した30SサブユニットにはS2とS3タンパク質がほとんど認められなかった。このことは、試験管内で行われたアッセンブリーマップと一致した結果であることを示している。さらに、S14の機能は亜鉛非結合型のYhzAタンパク質を強制発現させることにより効率は悪いが相補できることを明らかにした。タンパク質合成装置の一構成要素である個々のリボソームタンパク質の機能を体系的に理解することを目的として、57種存在するリボソームタンパク質遺伝子群に関し遺伝子破壊を試み、遺伝子破壊可能な既知の3種(rplK, ypfD, ctc)も含めると、23種の遺伝子が単独破壊可能であるという結果を得た。破壊可能なリボソームタンパク質遺伝子の大半は、50Sサブユニットに局在する分子量1,0000前後の比較的小さな遺伝子群であった。これらの破壊株のうち、LB培地37°Cの条件下での生育に影響が認められた9種(L1,L22,L23,L29,L31,L34,L36,S6,S21破壊株)については、ショ糖密度勾配超遠心分離法による70S複合体形成プロファイルに変化が認められた。さらに、L22破壊株では、粗リボソーム分画におけるS13, L20, S17, L32のタンパク質の存在量が低下していることが、プロテオーム解析の結果より明らかとなった。一方、枯草菌に存在する10個のrRNAオペロン(rrnA, rrnB, rrnD, rrnE, rrnIHG, rrnJW, rrnO)の多重欠失変異株の作成を試み、rrnJオペロンのみを有する変異株の構築に成功した。この変異株は低温での増殖が著しく阻害されるが、高温では野生株とほぼ同じ増殖速度であった。しかしながら、その胞子形成は高温で培養した場合に野生株の約100分の1にまで低下していた。さらに、細胞内リボソーム含有量を野生株と比較するために、L2とS12に対する抗体を用いてウエスターンブロット解析を行った。その結果、一個のrRNAオペロンになった細胞のリボソーム含有量は、十個のrRNAオペロンを持つ細胞の6070%であった。

これらの結果は、単一のrRNAオペロンでは生存競争に勝ち抜くためには不十分であり複数のrRNAオペロンを持つように進化・適応してきたことを示している。原核生物のリボソームタンパク質をコードする遺伝子はほとんどの場合1コピーであるが、パラログの存在するリボソームタンパク質がいくつか知られており、それらの遺伝子は亜鉛結合型と亜鉛非結合型の二種に分類することができる。われわれは、枯草菌のL31とそのパラログであるYtiAが、亜鉛濃度により巧妙に制御されていることを明らかにした。つまり、亜鉛が十分培地中に存在する時には、亜鉛を結合したL31のみが50Sサブユニットに結合し、ytiA遺伝子はZurレプレッサーにより転写が抑制されているが、亜鉛が欠乏下時には、ZurレプレッサーはytiA遺伝子のオペレーターに結合することができずに、ytiA遺伝子の転写が誘導され、新たに合成されたYtiAタンパク質がL31を結合した50SサブユニットからL31を追い出しYtiA結合型のリボソームが機能することになる。一方、50Sサブユニットから追い出されたL31は不安定となり分解されて亜鉛を細胞内に供給することになる。この機構は、亜鉛欠乏時の緊急避難的な細胞内亜鉛濃度維持機構のひとつとして機能しているものと推察される。いまひとつの亜鉛結合型リボソームタンパク質S14(rpsN)と、そのパラログである亜鉛非結合型リボソームタンパク質YhzAは、L31とYtiAと同様に亜鉛濃度によりZurレプレッサーを介してそれらの遺伝子の発現が調節を受けていることを明らかにした。L31-YtiAの場合と異なり、S14は30Sサブユニットのアッセンブリーに重要な役割を示し、かつ生育に必須のタンパク質である。事実、S14の欠失した細胞では30Sと50Sサブユニットの異常な蓄積が見られた。蓄積した30SサブユニットにはS2とS3タンパク質がほとんど認められなかった。このことは、試験管内で行われたアッセンブリーマップと一致した結果であることを示している。さらに、S14の機能は亜鉛非結合型のYhzAタンパク質を強制発現させることにより効率は悪いが相補できることを明らかにした。以上のごとく、亜鉛結合型と亜鉛非結合型を有する二種のリボソーム遺伝子には、明らかな機能分化が起きていることを明らかにすることができた。200以上の微生物のゲノムの全塩基配列が解読され、原核生物のリボソームタンパク質をコードする遺伝子はほとんどの場合1コピーであるが、数種のリボソームタンパク質にはパラログが存在するが明らかになった。それらのパラログをコードする遺伝子は亜鉛結合型と亜鉛非結合型の二種に分類することができる。われわれは、先に枯草菌のL31とそのパラログであるYtiAが、亜鉛濃度により巧妙に制御されていることを明らかにした。つまり、亜鉛が十分培地中に存在する時には、亜鉛を結合したL31のみが50Sサブユニットに結合し、YtiA遺伝子はZurレプレッサーにより転写が抑制されているが、亜鉛欠乏下には、ZurレプレッサーはytiA遺伝子のオペレーターに結合することができずに、ytiA遺伝子の転写が誘導され、新たに合成されたYtiAタンパク質がL31を結合した50SサブユニットからL31を追い出しYtiA結合型のリボソームが機能することになる。
下水処理場に流入するマイクロプラスチック処理の最適化

主に下水処理系内において,90μm以上のマイクロプラスチックの検出を行ない,収支解析をおこなった。検出されたマイクロプラスチックのサイズ分布は,200299 μmのサイズが最も多かった。本法での検出下限サイズは100199 μmであると推測された。流入下水中のマイクロプラスチック濃度は約0.05個/ mg-SS (約2.9個/ L),最初沈殿池流入水は約0.28個/ mg-SS(約23.4個/ L),反応タンク流入水は約0.15個/ mg-SS(約5.0個/ L),活性汚泥中は約0.01個/ mg-MLSS(約25.3個/ L)となった。活性汚泥中のマイクロプラスチック濃度である約0.01個/ mg-MLSSを最終沈殿池および急速ろ過流出水のSSに乗じることにより,最終沈殿池からの二次処理水中のマイクロプラスチックおよび急速ろ過流出水からの三次処理水中のマイクロプラスチックの量を推算した。その結果,二次処理水中のマイクロプラスチック濃度は約0.02個/ L,三次処理水中のマイクロプラスチック濃度は約0.01個/ Lとなった。最初沈殿池での除去率は78.9%,最終沈殿池での除去率は97.8%,急速ろ過設備での除去率は58.9%であり,全体での除去率は99.6%となった。マイクロプラスチックの下水処理場流入負荷量と最初沈殿池入口負荷量を比較すると後者が突出して多く,内部水である最初沈殿池に流入する汚泥処理工程からの返流水負荷量が多いことが推測された。返流水のマイクロプラスチック負荷量が多い理由は汚泥濃縮工程からの分離液中にマイクロプラスチック負荷量が多いからだと考えられ,汚泥濃縮工程でいかに分離液中のマイクロプラスチック負荷量を減少させるかが重要であると結論付けた。90μm以上のマイクロプラスチック分析を下水処理場の水処理工程で行い,その挙動と収支をとることができた。本来であれば,2018年度中に汚泥処理工程も含めた挙動と収支をとる予定であったが,想定以上にマイクロプラスチックの検出に時間と労力がかかることから当初の予定通り研究が進んでいない。しかしながら,2019年度初頭現在,マイクロプラスチックを現在のFTIR-ATR法ではなく,ラマン分光法で分析する方法を検討している。ラマン分光法による分析だと,現在のFTIR-ATR法よりも,時間と労力をかけることなく,さらに小さいサイズのマイクロプラスチックの検出が可能となる。もし,ラマン分光法による検出が可能になれば,本研究は飛躍的に進むことが期待できるうえ,近年,海外で報告件数が増加しているラマン分光法によるマイクロプラスチック検出が日本でも行えることになり,先駆的な研究になると思われる。下水処理場におけるマイクロプラスチックの処理の最適化については,我々の研究グループでは,汚泥濃縮・脱水処理から発生する濃縮・脱水分離液中のマイクロプラスチックの負荷が非常に高いと推測している。よって,濃縮・脱水分離液に凝集剤を添加し,いかにマイクロプラスチックを濃縮・脱水分離液側ではなく,濃縮汚泥,脱水ケーキ側に移行させるかが重要であると考えている。本実験により,濃縮・脱水分離液が返流水として最初沈殿池に戻るマイクロプラスチック負荷量の低減方法を提示することができる。ラマン分光法によるマイクロプラスチック検出方法の確立が急務であるが,先進的な取り組みのため,検出がうまくいかない可能性がある。その場合は,従来法であるFTIR-ATR法により検出し,下水処理場における水処理・汚泥処理系内のマイクロプラスチックの挙動を把握し,収支解析をおこなう。その場合,マイクロプラスチック検出に多くの時間が割かれることになり,下水汚泥濃縮・脱水工程におけるマイクロプラスチック処理に関する実験ができないおそれがある。そうならないように,ラマン分光法の適用可能性を早期に判断し,適用できない場合は従来法であるFTIR-ATR法により早急にマイクロプラスチック検出をおこなう。予備実験として,以前採取していた下水汚泥分離液から20μmメッシュの篩を用いてマイクロプラスチック様物体を捕捉し,SEM(走査型電子顕微鏡)で観察した。元素分析の結果,炭素を中心とした組成ということは分かったが,プラスチックであるという確証はSEMによる観察では得ることができなかった。次に,研究分担者が所属する(地独)大阪健康安全基盤研究所の森ノ宮センターに設置されている「顕微FT-IR」でマイクロプラスチックのなかでもより微小なマイクロプラスチック(数10100μmレベル)の同定を試みたが,結果的にはできなかった。この理由としては,反射法という方法では,顕微鏡で得られる画像からプラスチックであるというスペクトルを得るにはノイズが多すぎたことが挙げられる。また,別の方法であるATR法では,試料をプリズムに密着させる必要があり,数10100μmレベルのマイクロプラスチックを密着させるのは技術的に難しかった。本研究成果から本研究対象であるマイクロプラスチックの大きさは100μm以上のものに限定せざるを得ないことが分かった。それ未満のものについては,今後の顕微FT-IRの性能向上および様々な技術革新を待たざるを得ない。今後の研究展開として,新たに下水処理場の処理工程で得た試料を過酸化水素で処理し,90μmメッシュの篩(100μmメッシュの標準篩は市販されていない)を用いてマイクロプラスチックの検出を行う予定である。

経験的に300μm以上のマイクロプラスチックであれば,比較的容易にFT-IRで同定可能であるが,本研究においてはそれよりも小さなマイクロプラスチックの検出を試みる。平成30年度は,下水・下水汚泥処理各工程のマイクロプラスチック濃度を確定し,各処理工程の水量や汚泥量を乗じて下水処理場におけるマイクロプラスチックの収支図を作成する予定である。「やや遅れている」という理由として,研究代表者が平成29年9月末から12月末まで体調不良で自宅療養を余儀なくされ,9月にサンプリング予定であった下水・下水汚泥処理各工程の試料を得ることができなかったことが挙げられる。結果的に,3月にサンプリングを行うことができたが,相手先(下水処理場管理者)との調整に非常に手間取り,平成29年度末でのサンプリングになり,研究の進捗が遅れた。ただ,3月にサンプリングした下水・下水汚泥各処理工程の試料のSS分析は3月中に終わらせることができ,当該処理場の固形物収支の基礎データを得ることができた。本年度の研究成果および上記理由を勘案し,自己点検による評価は「やや遅れている」とした。主に下水処理系内において,90μm以上のマイクロプラスチックの検出を行ない,収支解析をおこなった。検出されたマイクロプラスチックのサイズ分布は,200299 μmのサイズが最も多かった。本法での検出下限サイズは100199 μmであると推測された。流入下水中のマイクロプラスチック濃度は約0.05個/ mg-SS (約2.9個/ L),最初沈殿池流入水は約0.28個/ mg-SS(約23.4個/ L),反応タンク流入水は約0.15個/ mg-SS(約5.0個/ L),活性汚泥中は約0.01個/ mg-MLSS(約25.3個/ L)となった。活性汚泥中のマイクロプラスチック濃度である約0.01個/ mg-MLSSを最終沈殿池および急速ろ過流出水のSSに乗じることにより,最終沈殿池からの二次処理水中のマイクロプラスチックおよび急速ろ過流出水からの三次処理水中のマイクロプラスチックの量を推算した。その結果,二次処理水中のマイクロプラスチック濃度は約0.02個/ L,三次処理水中のマイクロプラスチック濃度は約0.01個/ Lとなった。最初沈殿池での除去率は78.9%,最終沈殿池での除去率は97.8%,急速ろ過設備での除去率は58.9%であり,全体での除去率は99.6%となった。マイクロプラスチックの下水処理場流入負荷量と最初沈殿池入口負荷量を比較すると後者が突出して多く,内部水である最初沈殿池に流入する汚泥処理工程からの返流水負荷量が多いことが推測された。返流水のマイクロプラスチック負荷量が多い理由は汚泥濃縮工程からの分離液中にマイクロプラスチック負荷量が多いからだと考えられ,汚泥濃縮工程でいかに分離液中のマイクロプラスチック負荷量を減少させるかが重要であると結論付けた。90μm以上のマイクロプラスチック分析を下水処理場の水処理工程で行い,その挙動と収支をとることができた。本来であれば,2018年度中に汚泥処理工程も含めた挙動と収支をとる予定であったが,想定以上にマイクロプラスチックの検出に時間と労力がかかることから当初の予定通り研究が進んでいない。しかしながら,2019年度初頭現在,マイクロプラスチックを現在のFTIR-ATR法ではなく,ラマン分光法で分析する方法を検討している。
がん幹細胞発生の可視化とこれを駆動する微小環境の探索

がん幹細胞はがんの治療抵抗性や潜伏と再発を理解し治療を改善する上で重要な対象であるが、その同定法、発生のメカニズムの理解は遅れていた。最近遺伝子解析により発見したがん幹細胞表面マーカー候補であるZnT1に対するモノクローナル抗体を作成し、がん幹細胞の発生状態を可視化することを企図したが、その結合する細胞集団は他の方法による検出結果と合致せず、またこの分子の発現状態はがんの治療抵抗性と相関しなかった。開発したモノクローナル抗体はZnT1解析ツールとして有用であることがわかった。本研究は最近明らかにしたがん幹細胞表面マーカー候補であるZnT1を利用して、がん幹細胞が細胞の分裂に伴って非対称的に誘導される現場を検出することにより、これまで追究されていなかったがん幹細胞発生の瞬間を可視化することを試みることを目的としている。本年度はヒト乳がん細胞株及びヒト大腸がん細胞株を用い、ZnT1を既に開発した抗ZnT1モノクローナル抗体の結合性を指標に細胞化学的に検出することで、がん幹細胞を検出できるかどうかを解明する事を目指した。具体的には、MCF7細胞とSW480細胞を主に用いて、蛍光色素排出能を持つ細胞(サイドポピュレーション)にZnT1が高発現しているか、これが細胞表面から定量出来るかを解明することとした。一方、表面におけるZnT1発現レベルを指標にセルソーターにより集めた細胞が蛍光色素排出能を持つかを追究しつつある。それらの解析の結果、これら二つのマーカーで検出される細胞集団には重なりがあるものの、既に開発した抗ZnT1モノクローナル抗体である2G1の結合性だけを指標にがん幹細胞を同定できるかどうか、慎重に検討する必要があることが解った。またこれらのヒトがん細胞において、ZnT1のmRNAの発現レベルと細胞表面レベルとの相関、Znt1の細胞内分布ついても検討中である。本研究は最近明らかにしたがん幹細胞表面マーカー候補であるZnT1を利用して、がん幹細胞が細胞の分裂に伴って非対称的に誘導される様子を検出することにより、これまで追究されていなかったがん幹細胞発生を可視化することを試みることを目的としている。本年度は昨年度に引き続きヒト乳がん細胞株MCF7を用い、抗ZnT1モノクローナル抗体2G1の結合性を指標にZnT1を検出することで、がん幹細胞を検出できるかどうかを解明する事を目指した。MCF7細胞の蛍光色素排出能を持つ細胞(サイドポピュレーション)にZnT1が高発現していることは既に解明したので、本年度には抗ZnT1抗体の結合レベルを指標にセルソーターにより集めた細胞において、ZnT1のmRNAの発現レベルが高いことを定量PCR法で明らかにした。他のがん幹細胞マーカーの発現とZnT1の発現との関連を追求したが、関連は見出されなかった。がん幹細胞を、既に開発した抗ZnT1モノクローナル抗体の結合性だけを指標に同定することは容易でないことが判明しつつある。本研究は最近明らかにしたがん幹細胞表面マーカー候補である亜鉛トランスポーターZnT1とこれに対するモノクローナル抗体を利用して、がん幹細胞が細胞の分裂に伴って非対称的に誘導される様子を検出することにより、これまで追究されていなかったがん幹細胞発生を可視化することを試みることを目的としている。これまでに作成した複数のモノクローナル抗体のうち、2G1がフローサイトメトリーおよび細胞化学的な検出に適していることを明らかにした。引き続きZnT1強制発現CHO-K1細胞およびヒト乳がん細胞株を用いて、抗ZnT1モノクローナル抗体2G1の結合性を指標にZnT1を検出することで、がん幹細胞におけるこの分子の不均一な分布を検出できるかどうかを解明する事を目指した。フローサイトメトリーによっては、MCF7細胞を含む複数の乳がん細胞および大腸がん細胞において、既にがん幹細胞と密接に関係するサイドポピュレーションと2G1抗体の結合性が相関することを明らかにしたので、細胞染色法によって二次元培養において、細胞周期の異なる位置の細胞における2G1抗体結合部位の細胞内外における分布の違いを検出することを試みた。特に細胞培養条件や固定法の詳細な検討を行った。現在のところ、細胞による2G1抗体の結合性の違いがいかなる背景によるのか確定的な知見は得られていない。一方、ZnT1に蛍光タンパク質を結合したキメラタンパク質を発現させてこの分子の分布を解析する実験に着手した。また、ZnT1などの膜タンパク質の糖鎖の細胞種による違いを解析する方法を確立しつつある。ZnT1と蛍光タンパク質とのキメラ分子を強制発現させることなど新たなを準備中であり、複数の実験を同時並行で進めることが必要になっている。本年度はがん細胞におけるZnT1発現と悪性挙動との関係を追求した。研究開始時点では公開されていなかったヒト臓器ごとの遺伝子発現データが公開され、それによればZnT1の発現は極めてユビキタスであった。がん組織内における発現は、乳がん、肝細胞がん、子宮体がんで比較的高い症例があり、大腸がん、非小細胞肺がん、前立腺がんでは比較的低かった。しかし腫瘍組織内における不均一性はいずれのがんでも見られない。そこで、乳がん、肝細胞がん、子宮体がんにおける発現レベルと生存率の関係に興味が持たれた。

乳がんではZnT1発現レベルが高い症例(約30%)では生存率が高いが統計的有意差はなく(p = 0.1)、肝細胞がんでも発現レベルの高い症例(約37%)で生存率が高く、その差は統計的に有意であった。子宮体癌の解析データは今の所公開されていない。大腸がんでも発現レベルの高い症例(約78%)で生存率が高かった(p = 0.07)。一方、非小細胞肺がんではZnT1高発現グループ(約53%)で生存率が低く(p = 0.002)、前立腺がんでもZnT1発現の高い症例(約68%)で生存率が低かった(p = 0.05)。別のデータベースに基づく解析では、胃がんでは高発現群で生存率が高く、卵巣がんでは高発現群と低発現群との間に生存率に差がなかった。これらの結果から、ZnT1を治療抵抗性に関係するがん幹細胞のマーカーとして解析を進めることは有効でないと判断した。作製した抗体がこの分子の発現解析や機能解析に使用できる可能性をさらに追求するため、ZnT1の発現と細胞の亜鉛抵抗性、さらにそれに対するmAb 2G1の作用について追求した。HEK293細胞にZnT1を強制発現させると亜鉛に対する抵抗性を生じることが明らかになった。がん幹細胞はがんの治療抵抗性や潜伏と再発を理解し治療を改善する上で重要な対象であるが、その同定法、発生のメカニズムの理解は遅れていた。最近遺伝子解析により発見したがん幹細胞表面マーカー候補であるZnT1に対するモノクローナル抗体を作成し、がん幹細胞の発生状態を可視化することを企図したが、その結合する細胞集団は他の方法による検出結果と合致せず、またこの分子の発現状態はがんの治療抵抗性と相関しなかった。開発したモノクローナル抗体はZnT1解析ツールとして有用であることがわかった。研究の進捗度はおおむね予想された状況である。がん幹細胞を、既に開発した抗ZnT1モノクローナル抗体の結合性だけを指標に同定できるかどうか、慎重に検討する必要があることが解ったことで、今後の研究の進めかたについても複数の可能性が生じることになった。がん幹細胞マーカーとして捉えているZnT1の発現レベルが細胞培養の条件などによって影響を受ける可能性についても検証しつつ研究を進める予定である。ZnT1のmRNA、タンパク質、タンパク質のグライコフォームの発現レベルや細胞内外における分布などが培養条件や細胞周期などによりいかなる影響を受けるかを検討していく予定である。一方、ZnT1と蛍光タンパク質GFPとのキメラ分子を強制発現させ、その細胞内外における分布を解析する予定である。腫瘍学、免疫学、生化学今後の研究の推進方策等:ZnT1以外のがん幹細胞マーカーを組み合わせるか、ZnT1によって解明できる範囲でがん幹細胞発生を捉えることが出来るか、という選択肢の間でどちらを採るべきかを見極めながら研究を進める予定である。聖路加国際大学から順天堂大学への移動に伴う研究環境の構築に時間がかかり、一部の予定していた研究内容の達成に遅れが生じた。これまでに得られた成果を勘案し、当初から提案内容に述べられていた二つの研究方法を同時並行で進めることに決定し、開始したため、予定より長い期間を要することになった。聖路加から順天堂への移動に伴い、使用計画等に変更が生じている。研究内容に変更はなく資金の使途は後半から予定していた通りである。
突極形交流電動機の最適設計と高性能制御法

本研究は,従来別々のジャンルで扱われてきた突極形ブラシレスDCモータとリラクタンスモータが理論上は共通のモデルで表現できる点に着目し,両者を従来の研究手法とは違った共通の理論的ベースの上で論ずることによって,総合的なモータ構造最適設計法と高性能制御法の開発を行ったものである。研究は平成7,8年度に亘って行われ,得られた成果をまとめれば以下のようになる。1.突極交流電動機に対して,「バ-ミアンス法」による等価磁気モデルの粗評価と「有限要素法」による精密モデルの導出を行い,そのモデルに立脚したトルクリプルや磁気騒音を抑制可能な電動機回転子構造の最適設計法を確立した。2.提案の最適設計によって得られる構造パラメータから,電動機最適制御ループの自動構築アルゴリズムを確立した。具体的には,設計された電気パラメータを基に,トルクリプルレスでかつ最大の電流-トルク比を実現できる制御則を自律発生し,さらにその制御則に用いるパラメータを自動設定できるソフトウェアを開発した。3.以上の構造設計から制御則の自律発生までのアルゴリズムは,試作リラクタンスモータを用いた実験によってその有効性が検証された。4.突極ブラシレスDCモータに対しては,巻線インダクタンスが回転子位置の関数となる性質を利用した位置・速度センサレス制御アルゴリズムを導出し,特に,固定子誘起電圧が極めて小さくなる低速領域においても回転子位置を推定可能なアルゴリズムを付加した結果,零速度から3,000rpmの範囲で100%負荷・回生運転を実現した。なお,以上の結果は,電気学会論文誌・米国電気電子学会論文誌への論文発表並びに電気学会研究会等での口頭発表などによって公表されている。従来,電動機駆動系の研究では,与えられた電動機の最適制御則がもっぱら検討され,ブラシレスモータとリラクタンスモータも同様に独立に議論された結果,別々の範疇として扱われてきた.本研究は,それら突極ブラシレスDCモータとリラクタンスモータとが,制御モデル的には共通のモデルで表現できる点に着目し,両者を従来の研究手法と違った共通の理論的ベースの上で論じ,総合的な研究開発を行うものである.本研究は平成7,8年度に渡って行われるが,本年度得られた成果をまとめれば以下のようになる.1.突極交流電動機に対して,「パ-ミアンス」法による等価磁気モデルの粗評価,並びに「有限要素法」による精密モデルの導出を行い,そのモデルに立脚したトルクリプルや磁気騒音を抑制可能な電動機回転子形状設計法を確立した.本設計法は,試作電動機を使った実験によりその有効性が検証された.2.上記形状設計法を基に,突極電動機制御系の制御ループ構築が電動機設計段階て可能となり,電動機制御特性が試作・実験を伴わずに評価可能となった.3.突極ブラシレスDCモータに対して,巻線インダクタンスが回転子位置の関数となる性質を利用した位置・速度センサレス制御アルゴリズムを導出し,504,000rpmの範囲で100%負荷運転と,逆転を伴わない安定な始動を実現した.以上の成果は,電気学会研究会等での口頭発表などによって公表されている.なお,平成8年度には,7年度に引き続いて,制御ループの自動構築ソフトウェアの開発,センサレス駆動システムの高精度・高機能化に関して研究を進める予定である.本研究は,従来別々のジャンルで扱われてきた突極形ブラシレスDCモータとリラクタンスモータが理論上は共通のモデルで表現できる点に着目し,両者を従来の研究手法とは違った共通の理論的ベースの上で論ずることによって,総合的なモータ構造最適設計法と高性能制御法の開発を行ったものである。研究は平成7,8年度に渡って行われたが,本年度得られた成果をまとめれば以下のようになる。

1.平成7年度に開発された電動機形状の最適設計によって得られる構造パラメータから,電動機最適制御ループの自動構築アルゴリズムを確立した。具体的には,設計された電気パラメータから,トルクリプルレスでかつ最大の電流-トルク比を実現できる制御則を自律発生し,さらにその制御則に用いるパラメータを自動設定できるソフトウェアを開発した。本手法は,試作リラクタンスモータを用いた実験により,その有効性が検証された。2.上記で得られた最適制御ループを採用した電動機システムを前提にすれば,その制御特性を逆に前年度開発した電動機の最適設計アルゴリズムにフィードバックすることによって,電動機設計段階に於ける制御特性評価のさらなる精度向上が期待できる。3.突極ブラシレスDCモータの位置・速度センサレス制御に対して,固定子誘起電圧が極めて小さくなる低速領域においても回転子位置を推定可能なアルゴリズムを導出した結果,零速度から3,000rpmの範囲で100%負荷運転を実現した。なお,以上の成果は,電気学会論文誌・米国電気電子学会論文誌への論文発表並びに電気学会研究会等での口頭発表などによって公表されている。
証拠に基づく推論力と判断力を育成する教育課程の実証的分析と展望の明確化

研究の目的は,日本の児童・生徒の推論の特徴や,理科教科書として顕在化している標準的な授業の流れを明らかにし,それらに基づいた理科授業モデルを提示するであった。TIMSS理科の論述式課題の回答分析や理科教科書の記述分析を行い,教科書の記述には「なぜ」のような科学の根源的な問いは少なく,観察や実験の結果から結論が決まりやすい問いが多いといった特徴が明らかになった。これらの知見に基づいて,児童・生徒が自ら結論を導きやすい問いの設定を中心とした理科の授業モデルを提示し,実践事例を示した。本計画では,証拠に基づく推論力と判断力について,次のことを明らかにすることを目的として研究を進めている。(1)TIMSS(2003及び2007)の理科の論述式回答において,児童・生徒が苦手な推論・判断のパターンや,証拠に基づく推論上の問題点を見いだす。(2)小中学校の教科書の記述における推論がどのようなパターンで記述されているかを明らかにする。特に,問題と結論の対応や問題設定の特徴について明らかにする。(3)TIMSS(2003及び2007)理科の論述課題として出題された内容からいくつかを選び,教科書で指導されている推論パターンとTIMSSの論述回答の推論パターンを比較・検討する。(4)教科書分析とTIMSS論述回答分析の比較・検討に基づき,実行されたカリキュラム(教科書)が達成されたカリキュラム(成績)に与えた影響を推定し,今後の理科の教科書や教育課程に求められる方向性を提示する。平成20年度は,小学校と中学校の理科教科書及びTIMSS2003課題を対象として分析を行った。具体的には,以下のようなことを行った。1.教科書の記述分析(1)小学校,中学校理科教科書から,生物分野を中心に,観察実験に関わる記述の分析を行った。その結果,体験活動の取り扱いについて日本独特なスタイルがあることが推察されるとともに,一連の思考・表現の論理展開に一貫性がない部分が一部見いだされた。(2)小学校理科教科書の4年生と6年生の記述を「問題」「方法」「結果(事実)」「結論」に分けて,問題解決の流れを分析した。その結果,分析対象となった教科書の記述は必ずしも厳密に問題解決の流れに沿っているとは限らないことが示唆され,さらに別の学年と内容の分析を進める必要が示唆された。2.TIMSS論述課題の回答分析(1)TIMSS2003の生物領域の論述式課題を対象に,中学生の記述内容を自己組織化マップを用いて分析を行った。その結果,経験があるほうが科学的な説明ができるとは限らず,かえって日常生活の用語や日常生活の経験で説明を行い,正答でなくなることが考えられた(2)TIMSS2003の生物領域の論述式課題を対象に,小学生の回答を学習指導要領に基づく履修内容を基準とした再分類を試みた。その結果,誤答と判定されている回答も日本の教育課程に基づく科学的推論としては妥当な回答があることが示唆され,科学的思考という意味では,適切に習得されている可能性が示唆された。諸外国における理科の教育課程ついて,EUの教育情報ネットワーク(Eurydice)の理科教育の動向に関する報告書を翻訳し,分析した。その結果,ヨーロッパにおいては科学的資料を利用した活動を奨励する国が多く,初等教育の段階から,情報の提示と伝達を重視した理科学習におけるコミュニケーション活動が教育課程に位置付けられていることが明らかとなった。TIMSS2003の小学校理科課題に対する回答を,日本の学習指導要領に基づく記述で再分析したところ,TIMSSの採点結果によらず,学習指導要領で求める知識や思考は身についていることが推測された。TIMSS2007の小・中学生の推論課題の記述式回答に焦点をあて、テキストマイニングの手法により特徴について分析を行った。小学校の回答からは,知識構成としては適切な部分が多いが,状況に対する知識の適用範囲を誤り,誤った推論を行う場合があった。いろいろな状況の中で、その知識の適用範囲について考えさせていく学習が必要であると考えられた。中学校の回答からは,誤った知識構成によって推論が誤ってしまう場合や,実験の意味ではなく実験結果についての知識を用いて推論し、誤る場合があった。結果だけを求める学習でなく,実験の意味などを考えさせる学習も必要であると考えられた。日本の小学校理科教科書より,疑問文を抽出し,その特徴について分析を行った。その結果,日本の小学校理科教科書に「Why」型の疑問文が非常に少ないことが明らかにされると共に,動詞に特徴があることが推察された。そこで国際比較を行うため,外国の小学校理科教科書の疑問文を抽出してデータベース化した。同時に,科学的な思考力や推論力,判断力に関する文献を整理しながら,分析の枠組みを理論的な精緻を行っている。また,教科書の問題解決の流れの分析からは,問題解決の流れが3パターンに大別できることが分かった。

わが国を含めた主要国の理科関係教科目のカリキュラムに大さな影響を与えているPISAやTIMSSにおける学力の捉え方分析したところ,PISAでは義務教育を通して習得した「科学的表現」を行う能力を測定することが主要な課題となっている一方,TIMSSでは「知ること,応用すること,推論すること」という思考操作に基づいて,「情報を解釈する」,「科学的説明をする」,「証拠から結論を導くための推論をする」という新たな行動的目標の形式へと変化してきていることが明らかとなった。TIMSS2007の地学領域の推論課題を対象に,子どもの記述内容について自己組織化マップを用いて分析を行ったところ,小学生は比較的科学的に正しい知識を構成しているが,課題に関連した経験やこれまでの学習を不適切に用いて推論する場合があり,課題の意図を把握する指導の必要性が考えられた。中学生は,科学的に妥当な知識構成もみられるが,構成された知識の一部を用いて推論する場合があり,関連した知識を組み立てて論理的に説明する指導の必要性が考えられた。小学校理科教科書の疑問文の表現形式の特徴について分析を行ったところ,1)学年や内容区分による偏りが大きいこと,2)学年進行に伴い疑問文数が増加するというのではなく小学4年生の理科教科書に最も多くの疑問文が含まれていること,3)名詞としての科学用語に関わる疑問文数は学年進行に伴って増えるが,副詞・形容詞を問う疑問文の割合は学年に伴いあまり変化しないことが明らかになった。次に,別の分類観点から,中学校理科教科書における疑問文を分析した。その結果,1)「論述式」「理由説明」形式の疑問文が少ないこと,2)「現象説明」「科学用語」の内容を問う疑問文が全体の約60%を占めていることがわかった。TIMSSやPISAの結果を分析し,日本の小学生は推論領域の課題に対する平均正答率が知識領域及び応用領域に比べて低く,推論能力は国際的なレベルとしては高いことや,中学生は,自分で推論し,表現することに課題が残ることが示唆された。高校生は「科学的な疑問を認識すること」や「現象を科学的に説明すること」に課題があることが示された。TIMSS2007の中学生を対象とした12個の論述式課題に対する回答を,特に科学的な根拠の記述で用いられる「から」と「ので」の助詞に着目し,回答の語句の関連を自己組織化マップによって分析した。その結果,「から」と「ので」に関連した語句による妥当な知識の関連がみられ,これらの助詞を用いて科学的な根拠が記述される場合が多いことが明らかになった。さらに,「から」に比べ「ので」の方が,より具体的で妥当な知識の関連がみられることが明らかになった。TIMSS1999ビデオにおける日本や米国の中学校理科授業中の教師による496の疑問文について分析を行い,ウィンドウモデルと名付けた分析モデルを提示した。これは,複雑な教師の疑問文を可視化できる可能性を持っている。小中学校の教科書分析については,問題解決の流れを決める「問い」に着目して分析を進め,中学校については5社の教科書全部の分析結果をとりまとめて発表した。また,小学校については新学習指導要領向けの1社を分析した。
亜鉛の味覚障害改善機構及び摂食障害正常化機構の解明

ラットの味覚異常の原因の一つに亜鉛酵素の炭酸脱水酵素(CA)の低下があることを明らかにしてきた。この研究では、食餌亜鉛によって味覚異常と食欲不振が回復する機構を探った。摂食障害の正常化機構については、腸粘膜における亜鉛センサーとして亜鉛トランスポーター「ZIP4」あるいはGPR39が関与している可能性もある。検討の結果、CAの活性化は、ZnTを介した何らかの特異的な亜鉛輸送機構により制御されていることが明らかとなった。また、耳下腺唾液中の炭酸脱水酵素(CA)VI型(Gustin)が味覚異常患者では少なくなっていることを証明した。これらの結果は、臨床適用にとっても極めて有効な成果となった。我々は、亜鉛欠乏性味覚障害の原因の一つに亜鉛酵素である炭酸脱水酵素(Carbonic anhydrase:以下CA)活性の低下があることを示してきた。そこで本研究では、ラットに程度の異なる亜鉛欠乏食を給餌し、味覚障害の発症を行動学的に追跡し、亜鉛欠乏性味覚障害のより有効な生理指標を検討することを目的とした。実験1.SD系雄ラット4週齢を、亜鉛含量の異なる実験食(欠乏食2 ppm、ペアフェッド対照群33 ppm、低亜鉛群4 ppm、亜鉛十分群33 ppm)と精製水にて2、4、6、8週間それぞれ飼育した。実験2.実験1と同様、SD系雄ラット4週齢を、同じ4群に分け、6週間飼育した。実験1.PF群に比べてZn-Def群で、塩酸キニーネ選択率は8週目で有意に増加し、味受容能低下が示唆された。血漿亜鉛濃度は2週目、唾液分泌量は8週目、顎下腺中CA活性は6週目から、PF群に比べてZn-Def群で有意に低下した。また、塩酸キニーネ選択率と血漿亜鉛濃度、塩酸キニーネ選択率と唾液分泌量の間には有意な相関が認められないのに対し、塩酸キニーネ選択率と顎下腺中CA活性の間には有意な負の相関が認められた。実験2.PF群に比べてZn-Def群で、塩酸キニーネ選択率は9日目頃から上昇し、味受容能低下が示唆された。唾液中CA活性は、PF群に比べてZn-Def群で5週目から有意に低下した。特に、塩酸キニーネ選択率が50%以上の、味受容能低下が認められたZn-Def群の2個体においては、唾液中CA活性が著しく低下しており、その低下時期は他の個体より早期であった。以上の結果より、亜鉛欠乏性味覚障害を呈するラットの生理指標として、顎下腺中CA活性が有効であることが示された。さらに、血液より採取が容易である唾液中CA活性も、顎下腺中CA活性同様に、味覚障害の生理指標として有効である可能性が示された。CAの活性化には分泌経路に局在するZnT4、ZnT5、ZnT6、ZnT7の4つの亜鉛トランスポーターが重要な役割を果たす。これら4つのZnTを全て欠失させた細胞株に発現させたCAの活性は、それぞれのZnTの野生型を発現させると回復したが、亜鉛輸送活性を消失させた変異体を発現させても回復させることはできなかった。さらに、この変異体発現株に大過剰の亜鉛を加えて培養しても、CA活性を回復させることができなかった。これらの結果から、CAの活性化には、ZnTによってCA近傍の亜鉛濃度が高まった結果起こる受動的な機構ではなく、ZnTを介した何らかの特異的な機構により制御されていることが明らかとなった。また、耳下腺唾液中37kDa亜鉛結合タンパク質である炭酸脱水酵素(CA)VI型(Gustin)が味覚機能に関与するとの報告に基づき、唾液を検体としたCAVI抗体によるイムノクロマト測定値と血清亜鉛値との関連について検討した。その結果、味覚障害患者のCA VIのタンパク質発現量は有意に低下していることを見出した。これらの成果は、今後の研究に発展に光明を与えた。消化管経由の亜鉛シグナルの解析については、GPR39ではなく別な因子が介在しているものと推察されたが、まだ解析途中である。亜鉛は多種類の亜鉛酵素や遺伝子のZinc-finger構造などの構成成分として多様な生理作用を調節する必須微量元素である。亜鉛含有タンパク質は、今や3000種類以上も同定されている。しかし、亜鉛の味覚・摂食調節及びインスリン分泌における役割の解明は、研究途上にある。

味覚における亜鉛の役割は、唾液分泌(駒井ほか:Biomed. Res. Trace Elements, 21, 38-42, 2010)と味細胞の機能(Goto, T., Komai, M., et al.: Int. J. Vitamin Nutr. Res., 70, 110-118, 2000)の面から炭酸脱水酵素(CA)活性を介している部分が大きいと推定される。実際に我々は、ラットの亜鉛欠乏時には唾液中のCA 6の分泌濃度が低いこと(島崎ら、2009; Goto, T., et al., 2000)、味受容膜におけるCA活性が低いこと(Goto, T., et al., 2000)、等を証明してきた。今回さらに、1味覚障害モデルを用いた亜鉛補給時及び不足時の生理指標解析では、1)唾液中に分泌される炭酸脱水酵素アイソザイムの解析、2)ラット味受容膜における炭酸脱水酵素活性と味覚感受性変化の解析、を行った。また、2摂食障害モデル動物を用いた亜鉛補給時及び不足時の生理指標解析では、1)視床下部摂食調節ペプチド発現の解析、2)小腸上皮細胞における亜鉛トランスポーター(ZIP4/ZIP5)等の発現変化、等について解析した。これらの成果は、次に解明すべき諸事項について指摘することができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。農芸化学、食品科学26年度が最終年度であるため、記入しない。以下の解析を行ってきたが、一部の解析が不十分であるといえる。I.味覚障害モデルを用いた亜鉛補給時及び不足時の生理指標解析1)唾液中に分泌される炭酸脱水酵素アイソザイムの解析については、分担者の島崎が検討してある程度の成果を得ている。すなわち、イミュノクロマトを用いたCAVIの検出が成功し、味覚障害患者で健常者の3分の1の値になっていることを明らかにした。この複雑で高価な方法を簡便に使えるようにする実用化が必要であると考えている。アイソザイムではないトータル活性については、ヒト唾液とラット唾液の両方で検討し、解析が可能であることを証明した。2)ラット味受容膜における炭酸脱水酵素活性と味覚感受性変化の解析については、予定通り進めることができている。ただし、簡便な検査法が求められているため、唾液中の味覚障害因子と、考えられる遊離亜鉛またはタンパク質結合型亜鉛と味覚異常とがパラレルであるとの証明がまだなされていない。II.摂食障害モデル動物を用いた亜鉛補給時及び不足時の生理指標解析については、以下の解析が不十分であるが、25年度から分析が可能な状況である。1)視床下部摂食調節ペプチド発現の解析については、ペプチドダイアリシスシステムのシステムが整ったので、可能な状況となった。亜鉛補給時と味覚障害亜鉛不足時の状態における1摂食促進ペプチドとその受容体及び2摂食抑制ペプチドとその受容体の発現量を解析することが予備実験段階にある。2)小腸上皮細胞における亜鉛トランスポーター(ZIP4/ZIP5)の発現変化:京大の神戸らの検討によって進められており、亜鉛長期欠乏時のZIP4タンパク質発現量は上がることが確かめられたが、亜鉛センサーと考えていたGPR39には変化が認められなかった。さらに味覚との関連を具体的に確かめる予定である。平成25年度は、亜鉛補給時の変化も追跡する。I.味覚障害モデルを用いた亜鉛補給時及び不足時の生理指標解析
障害者・高齢者のための衣服設計を意図した新デザインシステムの開発

近年、ドレープのコンピュータシミュレーションが盛んに行われている。我々は、衣服の審美性に関連するドレープの形状について着目した。これまでのドレープ性に関する研究の中でも、実用条件下で発生するドレープの形状やその安定性については、十分に理解されていない。また、ドレープのコンピユータシミュレーションは、結果の妥当性を完成したドレープの形状との相似性で判断しており、シミュレーションがドレープの形成過程までも含めて検討したものではないと考えられる。そこで、我々は開発した新規な装置を用いてドレープ形成について検討した。その結果、同じドレープ係数を示す試料であっても異なる経過を経てドレープが形成され、最終的に形成されたドレープの形状が異なることが明らかとなった。ドレープ形状を把握するために、パラメータ分析を行い、a^2パラメータやR-factorを提案した。前者は、ドレープ図形の周期性や対称性に関係するパラメータで、値が小さくなるほどノードのゆらぎが小さく均一であることを示す。後者は、ドレープ投影図形の半径方向の長さと等価半径との差の二乗平均をドレープ図形の形状の目安とした。R-factorを用いることによって、同じドレープ係数であっても、形状の違いを表すことができた。様々な力学的特性値をもつ布帛にR-factorが適用できるか否かについて調べた。また、ノードは、布地のバイヤス方向に現れて進行していくことから、ノード発生箇所と周期性および力学特性値との関係についても重ねて検討した。最近、CADによる衣服の着装シミュレーションが活発に行われている。障害者・高齢者の衣服は、体型や運動機能性の面で個人差が大きく、供給側では問題を抱えているのが現状である。そこで、我々は障害者・高齢者が意図する衣服設計がコンピュータ上で可能となるシステム開発を考案した。そのためには、障害者・高齢者の体型・身体の動きや衣服のシルエット、フィット性並びに素材布の物性値との関係などの基礎的知見を得る必要がある。本年度は、まず、布の形状と力学特性との関連を検討することを目的として、衣服の審美性に関連するドレープ性に着目した。ドレープ性は、現在においてもノード数や形態が安定な状態で持続する現象ですら解明されず、ドレープの発生についても不明瞭な点が多い。これらの問題を解決するためには、ドレープの発生する過程や形成機構を把握する必要があり、コンピュータシミュレーションのためにも重要な情報である。そこで、新規なドレープエレベータと称する新規な装置を開発して、ドレープが発生する過程を布の力学的特性値の方向性と関連付けて検討した。また、形状パラメータを定義して、形状変化のちがいを重ねて検討した。その結果、ドレープが発生する過程には、ノードが現れる初期の段階とさらに成長する過程とドレープが完成する三段階であり、ノードが現れるのは、曲げ剛性およびその回復力が小さい布帛のバイアス方向であることが確認できた。ドレープ形状変化の解析を検討するために、その目安として新しくパラメータ、R-factorを定義した。これはドレープ投影図形の凹凸を、投影図形と同じ面積をもつ円の半径からのゆらぎとして表している。ドレープ係数と併用することにより形成過程を正確に記述することができた。
体育の授業研究におけるオートポイエーシス理論の展開-授業における構成素の抽出-

体育の授業に限らず「授業は生きもの」とはよく言われる。また、その授業を研究する「授業研究」は、より良い授業を創造しようとする営みである。より良い授業を創造する時、生きている授業の生きた様子を捉えることは肝要なこととなる。しかし、これは難しいことでもある。このような"生きもの性"を捉える試みとして、これまでも体育科の授業研究においても、その方法論の基底にシステム論を置き、そこから多くの成果を得てきた。しかし、このシステム論も進化している。最近では、システム論は、本報告のテーマでもある「第3世代のシステム論」(河本英夫、1995)と呼ばれるオートポイエース・システム理論へと進化してきている。本来生命科学の理論であるこの理論は、これまでの「『外部観察者』という視点を当然の前提とする近代科学の方法論に対して、先鋭な異議申し立て」(西垣通、1996)を行い、生命を内側から捉える視点を示そうとしている。そこで、本報告書においては以下に示す内容を整理した。第1章「授業の現実と授業の科学」では、これまでの学校での授業における学習観を振り返り、次いでその学習観の転換が迫られている現状とそれを捉える新たな「授業の科学」の必要性について考えた。第2章「システム論(観)と体育授業」では、体育の授業研究史を概観し、従来の「授業のシステム観」による授業の捉え方とその問題点を指摘し、新しいシステム論の特徴を示し、そこから新たな「体育の授業観」を示そうと試みた。第3章「体育授業研究の新しい展開」では、前章から得られた知見を踏まえ、授業を捉える新たな研究方法を探ろうと試みた。自然科学的実証主義の限界を越える質的研究方法の可能性を探るために、3つの方法の特質や課題を示した。第4章「オートポイエーシス理論を思考した体育授業研究の試み」では、小学校4年生におけるアルティミット(フライングディスクを用いた集団ゲーム)の授業に対し、前章で述べた3つの方法からアプローチを試み、生きた授業を生きたまま、また内側から捉えようとした。「授業は生き物」とはよく言われが、授業が生き物であるならば、それを生きたまま捉えることは重要である。本研究では、オートポイエ-シスという考え方をもとに、体育授業を生きたまま捉える視点を示そうと試みる。オートポイエ-シスとは、「自己創出」などと訳され、ホメオスタシスのような第1世代、自己組織化のような第2世代に続く神経システムをモデルにつくられた3世代のシステム論である。この理論においては、有機体をこのシステムだとしたとき、自律性、個体性、境界の自己決定、入力と出力の不在という4つの特徴があるされる。そしてこのシステムの動作は、このシステムが“構成素"と呼ばれるものを産出する状況を示し、この点から説明すれば「『構成素が“構成素を生み出すシステム"を生み出す』ことが継続されることをオートポイエ-シス・システムと呼ぶ」(森山1997)となる。例えば社会システムは「コミュニケーション」を構成素としたオートポイエ-シス・システムである。オートポイエ-シス論的に授業システムの一面を述べれば、授業における「学習者」や「教師」と呼ばれる存在は、その間に「学び(仮説的に)」という構成素が産出されてはじめて「教師」であり「学習者」となる。両者の間に「学び」がある前から「教師」であり「学習者」であったわけではない。

「教師」にしろ「学習者」にしろ授業システムの作動の(学びが現れた)結果そうなったのであり、それが授業システムの作動の原因であるかのように捉えることは本末転倒ということになる。構造は産出的作動の結果にすぎない(河本1995)。従来のシステム論のように、その要素をあらかじめ固定的に捉えるような体育授業の見方は、本来の生きた体育授業の姿を見失わせることにもなる。さらに体育授業においては、運動・スポーツシステムを教材として扱う。そこでもオートポイエ-シス・システム論的な見方が重要になると思われる。本研究では、第3世代のシステム理論と言われるオートポイエーシス理論を参考に、体育授業を生きたまま捉える視点を示そうと試みた。オートポイエーシス・システム(以下A・S)は「構成素が構成素を産出するという産出過程のネットワークとして、有機的に構成されたシステム(構成素と構成要素は異なる)」と定義され、次の特徴を持つ。(1)「境界の自己決定」(2)「入力と出力の不在」(3)「構造は産出の結果もたらされる」(4)「A・Sには進歩・成長はなく、それは外部観察者の頭の中だけに存在する」等。これらのこと等から、仮にある授業システムが「『学びが“学びを生み出すシステム"を生み出す』過程が継続される」というA・Sであるなら、このシステムはより「学び」を生み出す様々な「構造」(様々な学びの形態)を持つ可能性があることとなる。また別の授業システムでは「無力感」が構成素となり、そこでは「『無力感が“無力感を生み出すシステム"を生み出す』過程が継続されるシステム」が授業となる。この時教師は「人工的構造(競争、報酬や罰、恐怖等)を用意しこれを防ごうとする場合もある。しかしこれらは長続きせず、その本来の「構造」が表面化する、という授業の捉え方も示す。さらにA・S理論は、次のような捉え方も示す。体育授業においても、自然科学(物理)的に“知れる(量的に計測できる)こと"は多く存在し、それらはある程度容易に知ることができる。しかしそれらが相互に作用し合い、そこから創出される学習者の認知や情緒や行動、集団の力や役割や指導性、そして教師のそれらへの関わりといった“知りたい(計測できない)こと"は知ることが困難である。体育授業を生きたまま捉えようとするには、観察者が“知れること"も観察しつつ、その授業と関わりを持ち、その教師と共にその授業がより良いものとなるように創造しながら観察していくということが一つの重要な点となると思われる。