hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プログラミング教育を始める前の事前トレーニング法の提案と教材開発

他人に何事かの手順を教える活動とプログラミングとは類似している。この点に着目し、他人に仕事の手順を伝える経験をトレーニングすれば、プログラミング学習を容易にするであろうとの仮説を立て、これに基づくトレーニング教材を開発した。このトレーニングは2人ペアで紙と鉛筆そして自然言語を用いて行い、コンピュータは必要としない。手順記述の特徴とプログラミング時の行動には関係が認められ、手順記述のどこに注目してトレーニングすべきかを明らかにした。本研究は、「プログラミングは、仕事の進め方をコンピュータに教える活動である」とみなし、「自分より知識レベルが下の者に対して、仕事の進め方を教える経験」を、プログラミングを学習し始める前に十分トレーニングしておく必要があるという仮説のもと、母語による事前トレーニング教材を設計・開発しようとするものである。平成24年度は、まず(交付前の)平成23年度中のパイロットプロジェクトで得られた知見について、その検証を行った。この分析過程において、日本語による手続き記述を採点するための基準が得られた。つまり、学生の記述の何に着目してどのように評価すれば良いかのポイントが明確になった。これは、何を学生に意識させてトレーニングを行えば成果をあげられそうかが、より具体的で明確になったことを意味する(この成果は平成25年度に教育システム情報学会誌に発表した)。この結果に基づいて、平成25年度の前半では、90分3回の事前トレーニング・カリキュラムと教材を構成した。そしてこのトレーニングを実験群約50名に対して実施した。トレーニングにおいては、学生へのフィードバックとその後の修正がいか様になされたかについて分析した。その結果として、手続き記述の不備に対して、学生自身はどのような部分に気づき易い/にくいのか、ある程度のパターンが見えてきた。平成25年度後半には、前半でトレーニングを実施しなかった統制群約50名とともに、同一のプログラミング教育を行った。同時に、プログラミング作業中の学生の行動データ約100名分を半年間収集した。本研究は、「プログラミングは仕事の進め方をコンピュータに教える活動である」とみなし、「自分より知識レベルが下の者に対して、仕事の進め方を教える経験」を、プログラミングを学習し始める前に十分トレーニングしておく必要があるという仮説のもと、母語による事前トレーニング教材を設計・開発しようとするものである。平成24年度は、学生が興味を持ちそうな教材を様々な難易度で揃え、自主ゼミの場で実践してみることを計画した。が、その後、交付前の平成23年度中のパイロットプロジェクトの最終段階で非常に興味深い知見が得られたため、この件に関する学生スキルの現状把握と分析、得られた知見の検証を先に行う必要があると判断した。そこで、トレーニング教材として最も簡単なタイプのものをひとつだけ設計し、これを用いて学生スキルの現状把握と分析を行った。具体的には、約40名の学生を対象に、ある漢字を書く手続きを日本語で記述させ、その記述と実際のプログラミング活動状況の客観的データとを統計的に分析した。結果として、手続きを精確に書き下せる者とそうでない者とでは、プログラム完成までの労力に有意な差が見られた。その差は主に、プログラムの意味的誤りを見つけて直す過程にかかる労力に起因している。さらにこの結果から、最初に書き下した第1版プログラムの質が両者間で違うことが示唆された。この成果は教育システム情報学会誌へ投稿し採録が決定した。これは、何を学生に意識させてトレーニングを行えば成果をあげられそうかが、より具体的で明確になったことを意味する。なお、当初計画でこの分析作業は、平成25年度後半に予定していたものである。これを1年前倒しして実施することができた。平成24、25年度には、教員側視点に立ち、学生が記述した説明文の何に着目してどのように評価すればよいか、換言すれば、学生に何を意識させてトレーニングを行えば成果をあげられそうかに関して知見を得た(この成果は平成25年度教育システム情報学会誌に発表)。これに基づいて90分3回の事前トレーニング・カリキュラムと教材を構成し、実験群約50名に対して実施した。トレーニングにおいて、なぜ記述不備なのかがわかるように学生へフィードバックをすることと、その後の修正がどのようになされたか、記述の変化についてデータを集めた。このデータを分析した結果、学生自身で気づき易い記述不備と、学生自身の力だけでは気づきにくい記述不備のパターンが見えてきた。平成26年度は、学生のプログラミング作業中の行動データ(前年度授業において取得した)について、記述不備パターンとの関係を分析した。

約3ヶ月間試行錯誤しながら分析を進めたが、行動データの単純な分析では目立った特徴を見出すことができず、分析にはある種の文脈が必要らしいと判断し、膨大な行動データを可視化する必要性を認識するに至った。そこで、学生のプログラムテキスト編集行動を可視化するツールを作成することにした(この成果は平成26年度情報学ワークショップで発表)。ツールによって、学生が編集作業時に何を考えていたのか推測し易くなることを確認し、今後のデータ分析の手がかりとできることを確認した。情報科学当初計画通りトレーニングを授業に導入し、トレーニングした学生としなかった学生の行動データを収集することができた。その分析と評価は平成26年度の課題である。一方で、トレーニング教材は1種類が完成しているだけであり、学生の能力に合わせたバリエーションを確保するまでには至っていない。当初計画では、まずトレーニング課題を複数揃えて実施(平成24年度)し、トレーニングで強化すべき具体的ポイントとその評価方法・基準を明確にしていく(平成25年度)ことを想定していた。しかし実際には、当初計画で平成25年度に予定していたことを先取りできた替わりに、平成24年度に予定していたことは後回しにした。当初は試行錯誤によってトレーニング課題の難易度調整をする予定であったが、評価方法・基準を先に明らかにできたことで、トレーニング課題の作り方に対する指針が明確になり、難易度やバリエーションの調整が容易になったと自己評価している。1.平成25年度に収集した学生の行動データを分析し、トレーニングの効果について評価する。その結果を論文にまとめて投稿する。2.平成25年度に実施したカリキュラムの教師向け実施ガイド(マニュアル)の整備を行う。3.教材のバリエーションを増やすことで、学生のその時点における能力に合わせた課題が選べるようにする。1.平成24年度に作成した教材に加えて、複数の教材を用意する。学生が記述したものの評価ポイントがどこにあるかを平成24年度に明らかにできたので、当初計画よりも、トレーニング課題の難易度調整は容易にできるようになったと考えている。2.当初計画にはなかったが、平成25年度に、この教材によるトレーニングがプログラミング学習に対して実際に効果があるかどうかを調査したい。年度前半は、実験群に対してこの教材によるトレーニングを行う。90分×3回程度のワークショップ形式のトレーニングを考えている。後半は、プログラミング授業時の学生の活動状況データを収集し、トレーニングを行わなかった統制群との間でどのような違いが生じるか、平成24年度に行ったものと同様の分析を行う。3.トレーニング実施経験に基づいて、教師向けの実施ガイド(マニュアル)の整備を始める。該当なし
開水路流れにおけるレイノルズ応力の解明に関する実験的研究

開水路流れにおけるレイノルズ応力を解明するために、野外の農業用水路で流速変動成分の計測をおこなった。計測をおこなった開水路流れは、愛知県西三河地方を流れる矢作川より取水している明治用水路,岐阜県西濃地方を流れる根尾川から取水している真桑用水路,同じく中濃地方を流れる長良川から取水している各務用水路である。流速変動の計測システムとしては、小型回転式流速計,FV変換器,データレコーダ,モニター用のレコーダを使用した。また、計測データの校正には直流標準電圧電流発生器,発振器,ディジタルマルチメータ等を使用した。そして、アナログデータのディジタル変換には岐阜大学情報処理センターの電子計算機等を使用した。研究結果をまとめると下記の通りである。1.小型回転式流速計の始動特性としての時定数は0.030.05秒であって、方向特性は余弦関数によって十分近似することが出来る。2.コレログラムを計算したところ、開水路の下層部の方が上層部よりもゆっくり減少しており、また、自己相関係数値が0になるラグタイムが遅い。積分時間スケールは下層部で約0.4秒,上層部で約0.1秒であった。3.スペクトルの形状については、特定のエネルギーのピークは見られず、全体的に高周波数領域になると小さくなり、その勾配は約-1.3である。4.レイノルズ応力の成分については、水面近傍においてはU ́V ́,U ́W ́,V ́W ́の3成分共にほぼ同程度の大きさであるが、U ́W ́は開水路の下層部ほど急激に大きくなり、水路底付近では水面近傍の10倍以上である。5.レイノルズ応力の内部構造の一面を解析するために条件付抽出法を適用すると、第【I】象限と第【III】象限に存在する確率、また、第【II】象限と第【IV】象限に存在する確率はほぼ等しいが、常に同符号の積が存在する確率よりも異符号の積が存在する確率の方が高い。
強誘電性高分子結晶の高次構造の制御と応用に関する研究

強誘電性高分子結晶の高次構造の制御はより強い圧電効果と新機能を持つ材料の開発に重要であり,また,結晶性高分子のより深い理解に役立つ.本研究ではフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共重合体P(VDF/TrFE)およびPVDFを主な対象に結晶化,構造,分子鎖運動,圧電関連物性,圧電性の応用を研究し次の結果を得た.1.P(VDF/TrFE)の延伸膜を常誘電相(六方晶相)で結晶化すると,単結晶状の膜が生成することを発見した.結晶c軸は延伸方向,結晶b軸は膜法線から±π/6,または膜面に平行に向く.この配向は膜の表面エネルギーの異方性による.膜は伸長鎖結晶からなり,ラメラ結晶も非晶部ももたない.高分子鎖の新しい存在形態といえる.2.延伸した高分子を六方晶相で結晶化する方法をP(VDF/TrFE)とPMMAブレンド膜およびポリエチレン(PE)膜に適用した.いずれも完全伸長鎖結晶からなる膜を得た.ただしPEの六方晶相は高圧・高温で出現する.これらの膜は,P(VF/TrFE)単結晶状膜と同様に高結晶性にも係わらず,ラメラ結晶を含まず,透明である.3.P(VDF/TrFE)単結晶状膜における分子鎖の運動をX線回折,誘電率,および複素弾性率から調べた.常誘電相では,分子鎖は極めて長距離秩序性のある六方晶格子に固定された円筒中で分子鎖方向に液体的に運動していること,分子鎖方向のずり弾性率C_<55>のソフト化が強誘電-常誘電相転移の原因であることが分かった.4.高分子圧電膜のずり圧電効果の評価法を開発し,P(VDF/TrFE)単結晶状膜と延伸PVDF膜に適用した.これらの膜で横波超音波送受波子を開発した.極低温から120°Cで,非破壊検査や音波物性測定が高感度でできた.5.高圧下でのPVDFとP(VDF/TrFE)およびそのブレンドの圧力-温度相図を決定した.高圧六方晶相で結晶化することより,大きい電気機械結合係数をもつ(kt=0.27),200°Cまで実用可能な圧電材料を得ることができた.強誘電性高分子結晶の高次構造の制御はより強い圧電効果と新機能を持つ材料の開発に重要であり,また,結晶性高分子のより深い理解に役立つ.本研究ではフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共重合体P(VDF/TrFE)およびPVDFを主な対象に結晶化,構造,分子鎖運動,圧電関連物性,圧電性の応用を研究し次の結果を得た.1.P(VDF/TrFE)の延伸膜を常誘電相(六方晶相)で結晶化すると,単結晶状の膜が生成することを発見した.結晶c軸は延伸方向,結晶b軸は膜法線から±π/6,または膜面に平行に向く.この配向は膜の表面エネルギーの異方性による.膜は伸長鎖結晶からなり,ラメラ結晶も非晶部ももたない.高分子鎖の新しい存在形態といえる.2.延伸した高分子を六方晶相で結晶化する方法をP(VDF/TrFE)とPMMAブレンド膜およびポリエチレン(PE)膜に適用した.いずれも完全伸長鎖結晶からなる膜を得た.ただしPEの六方晶相は高圧・高温で出現する.これらの膜は,P(VF/TrFE)単結晶状膜と同様に高結晶性にも係わらず,ラメラ結晶を含まず,透明である.3.P(VDF/TrFE)単結晶状膜における分子鎖の運動をX線回折,誘電率,および複素弾性率から調べた.常誘電相では,分子鎖は極めて長距離秩序性のある六方晶格子に固定された円筒中で分子鎖方向に液体的に運動していること,分子鎖方向のずり弾性率C_<55>のソフト化が強誘電-常誘電相転移の原因であることが分かった.4.高分子圧電膜のずり圧電効果の評価法を開発し,P(VDF/TrFE)単結晶状膜と延伸PVDF膜に適用した.これらの膜で横波超音波送受波子を開発した.極低温から120°Cで,非破壊検査や音波物性測定が高感度でできた.5.高圧下でのPVDFとP(VDF/TrFE)およびそのブレンドの圧力-温度相図を決定した.高圧六方晶相で結晶化することより,大きい電気機械結合係数をもつ(kt=0.27),200°Cまで実用可能な圧電材料を得ることができた.1)P(VDF-TrFE)単結晶膜の構造とその物性.P(VDF-TrFE)膜を1軸延伸し,膜表面を自由表面に保って常誘電相で熱処理すると延伸軸をc軸,膜面に垂直方向が(110)または(020)である単結晶膜的な膜が生成することが解った.この膜の圧電率,電気機械結合係数k,弾性定数の5個のマトリックス成分,誘電率を10KからCurie温度までの温度範囲で決定した.単結晶を反映して,c軸方向の弾性率が大きく(100GPa),kは高分子の中で最大の値をもつ.弾性率の測定から,常誘電相では分子鎖方向には液体的,垂直方向には固体的であることが水晶複合振動真意による弾性率の測定おから明らかになった.この膜は横波超音波送受波子としても実用可能な効率をもつことが分かった.

分子運動と関連する構造相転移をX線回折から研究し,多くの知見を得た.2)PVDFおよび高モルのVDF成分を含むP(VDF-TrFE)の高圧結晶化と圧電性.常誘電相,強誘電相,液相の圧力-温度相図をPVDFについて求め,最大の圧電性を示す結晶化条件を探索した.高圧結晶化したPVDFの構造と圧電物性を調べ,これまでにPVDFで得られているより大きい結合係数と耐熱性を持つ膜が得られた.得られ最大の圧電結合係数ktは0.27であり,200°Cまで圧電性を保持することが分かった.この性能は世界最高である.3)P(VDF-TrFE)とPMMAのブレンド膜.いくつかの割合のブレンド膜の相分離を光学顕微鏡,DSC,X線回折で調べた.P(VDF-TrFE)の比がが小さいとき相溶し,大きいとき常誘電相でP(VDF-TrFE)の大きい伸張鎖単結晶が成長する.また,延伸によって,見かけ上透明で,結晶性の良い膜が得られた.延伸結晶膜中のPMMA分子の存在状態の研究は高分子ブレンドの理解に必要である.強誘電性高分子結晶の高次構造の制御はより強い圧電効果を持つ材料の開発に重要であり,また,結晶性高分子のより深い理解に役立つ.本研究ではフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共重合体P(VDF/TrFE)とPVDFを主な対象に次のことを明らかにした.1)P(VDF/TrFE)の延伸膜を常誘電相(六方晶相)で結晶化すると,単結晶状の膜が生成する.生成過程をX線回折で追跡し,結晶a,b軸の選択配向が延伸時でなく,常誘電相で形成することが分かった.単結晶状膜強い圧電効果と,大きい弾性率をもつことが分かった.[単結晶状膜とその応用に関して特許(国有)申請をした.]2)単結晶状膜における分子鎖の運動をX線回折,誘電率,および複素弾性率から調べた.膜は少なくとも0.2mm以上の大きさの結晶ドメインからなり,分子鎖方向のずり弾性率C_<55>がソフト化によって常誘電相への相転移が生じること,常誘電相では分子鎖に垂直方向の結晶格子の乱れは極めて小さいことも明らかになった。3)P(VDF/TrFE)単結晶状膜と延伸PVDF膜のもつ独立な5種の圧電効果に関する定数を決定した.これらはいずれも実用できる大きさをもつ.積層膜から切り出した厚みずり振動子を利用した横波超音波初めて開発し,極低温から,400Kまでの工業材料の横波音速の測定や超音波破壊検査に利用できることを実証した.4)高圧下でのPVDFとP(VDF/TrFE)の圧力-温度相図を決定した.高圧下で出現する六方晶相で結晶化することにより,大きい電気機械結合係数をもつ(kt=0.27),200°Cまで実用可能な圧電材料を得ることができた.また,PVDFとP(VDF/TrFE)が高圧下で共晶化することを見出した.望ましい性能をもつ圧電材料の設計に役立つ.5)延伸ポリエチレン膜を高圧六方晶相で結晶化することにより,完全伸長鎖結晶膜を得ることに成功した。
脳磁図による機能画像を用いた統合失調症の磁気刺激療法の作用機作と有効性予測の検討

統合失調症の治療には通常薬物療法が選択されるが、今後期待されるその他の治療法のひとつに反復的経頭蓋磁気刺激療法がある。この治療法は幻聴や陰性症状の改善に有効である可能性が指摘されているが、その作用機作は不明であり、個々の症例での有効性の予測の指標も確立されていない。本研究では脳磁図を用いた時間分解能の高い脳機能画像を得る手法を確立するとともに、それを用いて本治療法の作用機作や有効性予測の指標を確立することを最終目標として基礎的な研究をおこない、いくつかの重要な成果を得た。本研究の主な目的は、1)語産生課題における脳内各領域の神経活動を脳磁図を用いて脳機能画像化する、2)統合失調症患者の臨床データと課題遂行中の脳内神経回路網のダイナミクスを対比させることで、それらに特徴的な時間・空間的パターンを抽出する、3)rTMS(経頭蓋的連続磁気刺激)治療前後での時間・空間的パターンの変化を検討することによって、rTMSの治療パラメータ、作用機作、有効性予測の確立を目指すことである。平成18年度の主な研究実績は下記のとおりである。1.年少者や認知機能低下をきたした被検者でも施行可能な語産生課題として「しりとり」課題を用い、課題遂行時の脳機能画像を脳磁図の空間フィルタ解析によって作成した。これにより、通常の語産生課題で賦活される前頭前野背外側部だけではなく、統合失調症患者で機能不全が予想される、運動・感覚性言語野に関連する脳領域の神経活動も機能画像化することが可能となった。現在、統合失調症患者を用いて、臨床データと脳機能画像の関連について検討中である。2.統合失調症の中心症状である幻覚・妄想の発生機構を検討するために、てんかん精神病、音楽性幻聴をきたした症例での脳磁図の脳機能画像化をおこなった。前者では右の頭頂葉、後者では音楽の処理に関連する脳領域での機能異常が示唆された。3.rTMSの作用機作の解明を目的に、体性感覚誘発電位の高周波振動へのrTMSによる影響を検討し、低頻度rTMSの持つ皮質抑制機能には、GABA系の抑制性介在ニューロンの賦活が関与することが示された。本研究の主な目的は、1)脳磁図を用い、語産生課題の課題提示から回答までの短時間に脳内の各領域が賦活される様子を高い時間・空間分解能で可視化する方法を確立する、2)課題中の脳内神経回路網のダイナミクスについて、統合失調症患者の個々の臨床データ(認知機能検査、症状評価尺度を含む病型、薬物反応性などの臨床特性)と対比させ、それらに特徴的な時間・空間的パターンを抽出する、3)rTMS(経頭蓋的連続磁気刺激)治療前後での時間・空間的パターンの変化を検討することによって、rTMSの治療パラメータ、作用機作、有効性予測の確立を目指すことである。平成19年度の主な研究実績は下記のとおりである。1)前年度におこなった、語産生課題のひとつである「しりとり」課題遂行時の脳磁図の空間フィルタ解析による脳機能画像化の手法の開発を踏まえて、本年度は、課題提示装置に同期して測定が可能な脳磁図の測定システムを構築するとともに、臨床データと脳機能画像の関連を明らかにすることを目指して、脳磁図の測定・解析パラメータを試行的に変化させながら、健常被験者を用いて繰り返し測定・解析を施行し、最適パラメータの決定を目標に検討を続けた。また、統合失調症で障害される情動やストレス反応を客観的に脳波・脳磁図で捉えることを目指して、情動反応を神経生理学的手法で測定、解析・評価する手法の開発のための基礎的な検討をおこなった。2)rTMSの作用機作の検討の一環として、視床痛などの求心路遮断痛を呈する患者にrTMS治療を施行した前後で、臨床症状、SPECT、脳波・脳磁図の変化などについて検討し、連日のrTMSは、刺激部位直下だけでなく、脳全体の機能の賦活や可塑的な変化を引き起こすことで治療効果をもたらしている可能性を示唆する所見が得られた。本研究の主な目的は、1)脳磁図などの脳機能画像手法を用い、語産生課題などの認知機能課題遂行時に課題提示から回答までの短時間に脳内の各領域が賦活される様子を高い時間・空間分解能で可視化する方法を確立する、2)課題中の脳内神経回路網のダイナミクスについて、統合失調症患者の個々の臨床データ(認知機能検査、症状評価尺度を含む病型、薬物反応性などの臨床特性)と対比させることで、種々の特性に特徴的な時間・空間的パターンの抽出を試みる、3)rTMS治療前後での時間・空間的パターンの変化を検討することによって、rTMSの治療パラメータ、作用機作、有効性予測の確立を目指すことである。最終年度の平成20年度の主な研究実績は下記のとおりである。

1)「しりとり」課題提示時のトリガーとなる装置の改良と課題遂行方法の確定、脳磁計での測定・解析パラメータの確定を健常被験者、統合失調症患者を用いておこなうことを目指したが、本年度終了時点では、未解決な技術的問題が残り、今後も検討の継続が必要である。2)言語課題以外に、情動・ストレス負荷課題、運動イメージ課題、時計描画課題などを遂行中に時間分解能の高い脳磁図、NIRSなどを用いて脳機能測定・解析をおこない、統合失調症の病態研究への応用を目指した。情動負荷時の種々の脳磁図解析結果は、健常人の多数例で検討し、論文にて報告した。運動イメージ課題は統合失調症で、時計描画課題は健常人で多数例を用いて検討し、学会にて報告した。3)rTMS治療前後の認知機能やPPIなどの生理学的指標の変化を脳機能画像の変化とあわせて検討中であり、その結果の一部はすでに学会にて報告した。
消化器の形態形成に関わる遺伝子の解析

本研究では、マウスの消化管形成プログラムを進化発生学的なアプローチで明らかにしようとする試みである。特にカタユウレイボヤ、ニワトリ、マウスを用いて解析を行う。これらの動物モデルを使用することにより、消化器形成に関わる遺伝子群をゲノムワイドに探索・比較するものである。'カタユウレイボヤを用いた内胚葉系譜の遺伝子発現解析カタユウレイボヤを用いた内胚葉系譜の遺伝子発現解析カタユウレイボヤの32細胞期の予定内胚葉(32細胞期胚のA6.1割球)を集め、マイクロアレイ(オリゴチップ)の解析を行った。対照実験として、32細胞期胚の予定神経索/脊索の細胞(32細胞期胚のA6.2割球)から抽出したRNAを用いたマイクロアレイを使用した。この中では、ある程度マウス初期胚の内胚葉で発現が遺伝子がオーバーラップしている。ニワトリに関しては、膵前駆細胞が出現する時期、出現する場所を細胞運命予定地図の作成により追跡し、決定した。また、今回の研究により、膵臓の分化誘導シグナルがどこから出されているかについて、予定膵臓を切り出し、胃、膵臓、あるいは腸への移植実験など発生学的に解析を行った結果、胃を裏打ちする中胚葉に膵臓誘導活性を有することを新たに見出した。これらの結果に基づき、膵への運命決定前後においての膵前駆細胞の内在性の変化、および分化誘導シグナルを捉えるために、各々内胚葉、中胚葉の胃、膵臓、小腸領域を切り出し、マイクロアレーを用いた遺伝子発現プロファイルを行った。マウス胚については、内胚葉の成立後、膵臓前駆細胞の遺伝子発現プロファイルのデータを海外の研究グループと共有できる状況にある。ES細胞を用いた試験管内分化誘導の系において、ES細胞由来の膵臓前駆細胞をセルソーターにより純化し、遺伝子網羅的発現解析を行った。ホヤ、ニワトリ、マウスで得られた遺伝子発現プロファイルの比較検討を行った。今後得られたプロファイルについて、有望な遺伝子についてさらに解析を進める予定である。本研究では、マウスの消化管形成プログラムを進化発生学的なアプローチで明らかにしようとするものであり、今年度は特にカタユウレイボヤ、ニワトリを用いて解析を行った。1.カタユウレイボヤを用いた内胚葉系譜特異的な遺伝子網羅的解析カタユウレイボヤの32細胞期の予定内胚葉(32細胞期胚のA6.1割球)と対照実験として32細胞期胚の予定神経索/脊索の細胞(32細胞期胚のA6.2割球)から抽出したRNAを用いてマイクロアレイを行った。得られた候補遺伝子について、ホヤの初期胚を用いてin situ hybridization法により局在パターンについての検証を行った。2.膵前駆細胞が運命決定する前後の遺伝子網羅的解析ニワトリ胚を用いて、内胚葉成立したステージ4から膵前駆細胞が出現するステージ10の間の内胚葉の挙動を観察し、膵臓の起源となる領域をこれまでに決定している。本研究では、同時期の異所的な移植実験、あるいは異なる発生時期の移植実験などを用いて、膵臓の前駆細胞の分化決定の時期を明らかにした。分化が決定される前後の膵臓前駆細胞。胃や腸の前駆細胞を対照実験としてそれぞれ初期胚より切り出し、RNAを抽出し、遺伝子チップを用いた遺伝子発現プロファイル解析を行った。3.膵臓の分化誘導シグナルの探索膵前駆細胞の移動経路にある裏打ちの中胚葉(体節)について、運命決定前後の時期に接触している(接触する予定)体節を前後軸に沿って大まかに分けて、分化誘導活性について検討を行った。分化誘導活性を有する時期とそれ以前の時期の2つのステージについて、胚より組織を切り出し、同様に遺伝子チップを用いた遺伝子発現プロファイル解析を行った。

ES細胞を用いた試験管内分化誘導の系において、ES細胞由来の膵臓前駆細胞をセルソーターにより純化し、遺伝子網羅的発現解析を行った。ホヤ、ニワトリ、マウスで得られた遺伝子発現プロファイルの比較検討を行った。今後得られたプロファイルについて、有望な遺伝子についてさらに解析を進める予定である。
モノリスカラムを用いたハイスループットＬＣ／ＭＳによる緊急薬物同定システムの開発

本研究では,前処理の大幅な簡略化とスイッチングバルブを3台とバイナリーポンプ一台によるバックフラッシュカラムスイッチングシステムを構築し,HPLC/MS/MSを用いた薬物の迅速分析法の開発を行った。構築したバックフラッシュスイッチングシステムでは,タンパク質等の生体高分子は,約0.1分以内に溶出することを確認した。また,移動相として0.1%ギ酸水溶液及び0.1%ギ酸含有アセトニトリルを用いたグラジェント法により,テスト化合物として用いたハロペリドール及びその代謝物は3.5分以内に溶出し,さらに相互分離させることも可能となった。本年度は,生体試料の直接注入が可能だと予想されるHPLCカラムについて,固定相からの漏出チェック並びにMSへの影響,各種薬物のトラップ率の再調査を行い,その結果に基づいて,バックフラッシュカラムスイッチングシステムの構築を行った。前処理カラムはWaters Oasis HLB25μm, Waters Oasis WCX30μm又はShodex MSpak PK seriesを用いることで,対象薬物の漏出は認められなかった。なお,Shodex MSpak PK seriesの方が若干薬物の吸着力が強いことが確認された。バックフラッシュ後に導入される分析カラムの検討を行った。分析カラムには,メルク社のChromolith Performance High Resolution RP-18e 100-4.6mm, Chromolith Performance RP-18e 100-4.6mm, Chromolith Performance RP-18e 100-3mm, Chromolith Performance RP-18e 50-2mm等の比較検討を行った。その後,スイッチングバルブを3台または4台を使用し,HPLCポンプ一台のみでバックフラッシュカラムスイッチングシステムの構築を試みた。この構築した現システムでは,タンパク質等の生体高分子は,約0.5min程度で溶出することを確認した。また,移動相として0.1%ギ酸水溶液及び0.1%ギ酸含有アセトニトリルを用いたグラジェント法により4分以内にハロペリドール及びその代謝物数種を溶出させ,さらに相互分離させることが可能となった。中毒原因薬物の迅速かつ確実な同定・定量法を確立することは,法中毒学・救命救急の分野において重要な研究課題の一つである。現在,血中薬物の同定において,もっとも主流な分析法はガスクロマトグラフィー/質量分析法(GC/MS)である。しかし,このGC/MS法では,タンパク質・核酸・多糖類等の生体高分子の除去(前処理)が必要となるため,測定結果がでるまでに数時間,場合によっては数日を要することもある。そのため,これに替わる新しい迅速分析法の開発が現在求められている。本研究では,中毒原因薬物の同定・定量を,血液の前処理を含め4分以内に実行可能な高速液体クロマトグラフ/質量分析計(HPLC/MS)を用いた超迅速・簡易分析法の確立を目的としている。本年度は,タンパク質等含む生体試料の直接注入が可能と予想されるHPLCカラムについて,薬物のトラップ率などの調査をおこなった。具体的には,Waters Oasis HLBシリーズ,昭和電工MSpakシリーズ,資生堂CAPCEL PAKMFシリーズ,メルクLiChrospher 100 Diol,レギスPINKERTON GFFシリーズ等のHPLCカラムについて,固定相の漏出チェック並びにMSへの影響,各種薬物のトラップ率の調査を行い,目的薬物が漏出されることなく,確実にトラップできる充填剤の検索を行った。またその際の移動相の検討も行った。今後はこれらの結果を元に,バックフラッシュカラムスイッチングシステムの構築を順次行っていく。HPLC/MS/MSを用いた薬物の迅速分析法の開発を行った。生体試料の直接注入が可能と予想されるHPLCカラム(Waters Oasis HLBシリーズ,昭和電工MSpakPKシリーズ等)について,固定相の漏出チェック並びにMSへの影響,各種薬物の保持率の調査を行い,目的薬物が漏出されることなく,確実にトラップできる充填剤の検索を行った。また分析カラムは,メルク社のChromolith Performance RP-18e 100-4.6mm, Chromolith Performance High Resolution RP-18e 100-4.6mm, Chromolith Performance RP-18e 100-3mm, Chromolith Performance RP-18e 50-2mm等を用いて検討を行った。これらの結果に基づき,スイッチングバルブを3台とHPLCポンプ一台のみで分析可能なバックフラッシュカラムスイッチングシステムを構築した。このシステムでは,タンパク質等の生体高分子は,約30秒程度で溶出することを確認した。また,移動相として0.1%ギ酸水溶液及び0.1%ギ酸含有アセトニトリルを用いたグラジェント法により,テスト化合物として用いた抗精神病薬及びその代謝物を4分以内に溶出させ,さらに相互分離させることが可能となった。

また,生体試料に標準物質を添加し,検出限界・定量性・回収率および再現性について本分析システムの有効性を確認した。法中毒学最適なトラップ用HPLCカラムの選定後,高速液体クロマトグラフ/質量分析計を用いたバックフラッシュカラムスイッチングシステムを構築した。Test compoundsとしてハロペリドール及びその代謝物を用い,質量分析側の最適条件化,並びに各種薬物,内部標準物質を相互分離させるための最適条件(特に移動相)の検討を行った。すなわちギ酸,メタノール,アセトニトリルなどを用いてその濃度,混合の割合,流速,グラジエントの比率などの検討を行い,薬物及びその代謝物の一斉分析の条件設定を行った。当初の計画に沿って,本年度は主に生体試料の直接注入が可能と予想されるHPLCカラムの検討を行った。具体的には,生体試料を直接注入可能とされている最新の前処理トラップカラム(Waters Oasis HLBシリーズ,島津Shim-Pack MADY-ODS,昭和電工MSpak・SPSシリーズ,資生堂CAPCEL PAK MFシリーズ,和光Wakopak WS GP-N6,メルクLiChrospher 100Diol,レギスPINKERTON GFFシリーズ等)などについて,固定相の漏出チェック並びにMSへの影響を調べ,さらに法医学分野で特に重要な薬物である抗うつ薬,抗精神病薬,抗不安薬などの各種薬物についてトラップ率の調査を行なってきており,本年度はおおむね順調に進行していると考えられる。生体試料に標準物質を添加し,検出限界・定量性・回収率および再現性について検討を行う。生体試料から各種薬物の定量性・再現性等の検討を行う。実際に薬物を摂取しているヒト血液からの薬物およびその代謝物を検出し,検量線によりそれぞれの濃度測定を行う予定である。生体試料中の薬物分析の従来法では,煩雑な前処理が必要であることが多く,分析者の技量によってデータのバラツキが生じることもあった。この点を踏まえ,前処理を大幅に簡略化した高速液体クロマトグラフ/質量分析計を用いたバックフラッシュカラムスイッチングシステムの再構築を目指す。また,薬物のマススペクトルの収集も行う。各種薬物,内部標準物質を相互分離させるための最適条件(特に移動相),すなわち酢酸アンモニウム,酢酸,ギ酸,メタノール,アセトニトリルなどを用いて,その濃度,混合の割合,流速,グラジエント率などの検討を行い,多種類の薬物及びその代謝物の一斉分析の条件設定を行う。さらに,生体試料に標準物質を添加し,検出限界・定量性・回収率および再現性について検討を行う予定である。次年度に数万円の繰越が生じたが,年度明け数日以内に相当額を使用している。このため,ほぼ計画通りと考えている。次年度の計画に沿って,HPLC/MS/MS関連装置及び部品,ガラスバイアル,ピペット類,移動相溶媒(メタノール,アセトニトリル,水等),試薬(無機酸,有機酸),関連書籍等の購入を予定している。
ビタミンK側鎖切断酵素から明らかになるビタミンKの代謝ダイナミクス

ビタミンKは、側鎖にphytyl側鎖を有するPKやisoprenyl側鎖を有するMK-n(n=114)、側鎖を持たないMDに分類される。これまでに、ヒトやマウスの組織中にはMK-4が最も高濃度に存在することが報告されている。しかし、食事から摂取するビタミンKは、主に植物に多く含まれるPKやMDであり、MK-4の摂取量は極めて少ない。このように、MK-4を殆ど摂取していないにもかかわらず組織中にMK-4が高濃度に存在することから、体内でMK-4へ変換される機構が存在すると考えられてきた。申請者らはこれまでに、MK-4変換酵素がUBIAD1であることを世界に先駆けて同定することに成功した。UBIAD1による変換活性は、側鎖を持たないMDに対する活性は高いが、側鎖を有するPKに対する活性は約1/1000程度と著しく低い。しかし、マウスの組織中MK-4量はPK、MDのいずれを投与しても同程度であることから、体内には腸内細菌の影響なく、PKの側鎖を切断しMDの形に代謝する機構が小腸に存在すると考えられる。ヒトが摂取したビタミンKは、小腸で側鎖切断反応を受け中間体MDとなり、リンパ管を介して全身に移行する。その後、MDは各組織に発現するUBIAD1によってMK-4に変換され、MK-4が活性型ビタミンKとして骨形成などの生理作用を発揮する。このような「ビタミンKの代謝ダイナミクス」の全容は未だ明らかでない。そこで本研究では、ビタミンK側鎖切断酵素の同定を通して、ビタミンKの本質的な重要性の解明を目指した。本年度は、ビタミンKの側鎖切断酵素の網羅的探索に注力した。トランスクリプトーム解析およびプロテオーム解析を用いて、目的酵素の探索を行なっている。また、新たに合成した標識ビタミンK誘導体を用いて、特異的に結合するビタミンKを複数得た。側鎖切断反応関与することが考えられる複数の酵素および側鎖切断後の新たな中間体を見い出したため。現在取り組んでいるオミクス解析や新たに合成した標識ビタミンK誘導体を用いた免疫沈降法を用いることで、ビタミンKの栄養素としての重要性を示すことができる。また、MK-4がホルモン様の作用を示すことから新たなビタミンK研究のパラダイムを提示することに繋がる。さらに、ビタミンKの代謝メカニズムを明らかにすることで、ビタミンKが関与する骨粗鬆症や脳変性疾患などの加齢性疾患の予防や新たな治療標的を提案することが可能になる。
自己運動知覚と姿勢制御における前庭感覚と視覚の相互作用解明

我々は,眼に映る情報(視覚情報)も耳石や半規管のような平衡器官で得られる情報(前庭情報)も使って姿勢を制御している。本研究では,簡単な装置を用いて,視覚刺激および前庭感覚刺激を提示・制御して,それらがどのように組み合わされて姿勢制御に利用されているかを調べた。その結果,視覚は前庭よりも時間特性が速いことが分かった。また,視覚・前庭情報にどれくらい依存するかという割合は,個人差が大きく,千倍近い開きがあった。そして,長時間順応することで,この依存割合を変化させられることを示した。(1)実験システムの開発と設定生体に安全かつ高精度に定電流を与えることが可能な前庭電気刺激装置を開発した。一台のコンピュータにより前庭電気刺激と視覚刺激を制御・提示し,C言語でプログラミングすることで,時間ズレの起きないシステムを実現した。(2)自己運動知覚および姿勢制御における前庭感覚情報と視覚情報の時間特性および相互作用に関する心理物理実験視覚刺激と前庭刺激を左右に周期的運動で同時提示し,自己運動知覚および姿勢制御に及ぼす影響を測定した。その結果,左右への身体動揺を誘発する電気前庭刺激は,0.1-0.2Hzでの提示の方が,0.3Hzでの提示よりも効果的であり,強い動揺を生じた。これは,前庭感覚器官の時間特性に依存している可能性がある。視覚刺激についても,やや高い周波数での身体動揺の低減が見られた。これは,速い運動は自己運動に起因するのではなく,対象運動に起因すると脳で解釈されるためではないかと考えられる。位相の周波数依存性は,時間に変換することで消失あるいは低減した。このことから,特に電気前庭刺激によって誘発される身体動揺は,位相定数があるのではなく,時定数(1100ms程度)も影響することが示唆された。(3)成果発表これらの研究成果の一部を日本バーチャルリアリティ学会VR心理学研究会にて発表した。また,その発展成果を,翌年の国際会議に投稿した。1.視覚・前庭感覚モダリティ間依存割合の個人差の計測初年度に構築した視覚・前庭感覚同時制御実験環境を用いて, 30名の被験者を対象として,初年度の実験データを参考にして,姿勢制御のモダリティ間依存割合を計測した。その結果,姿勢制御について,多くは前庭感覚が優位であったが,少数は視覚優位であった。また,視覚/前庭感覚比は, 0.01から8.91と非常に幅が広く,予想通り,個人差がとても大きいことが示された。2.身体動揺と視覚・前庭刺激間のリアルタイムフィードバック実験の開発と,それを用いたモダリティ間依存性の可塑性の検討身体動揺をリアルタイムに計測し,それか基づいて,視覚刺激および前庭電気刺激をリアルタイムに操作してフィードバックする実験システムを開発した。次に, 1.の実験で測定した各被験者のモダリティ間依存割合を基準として,能動的な身体動揺に連動してリアルタイムに視覚刺激を操作する刺激条件と前庭感覚刺激を操作する刺激条件を被験者群に分けて設定し,実験を行った。また,視覚,前庭ともに更に被験者を2群に分け,視覚・前庭感覚刺激それぞれが身体動揺を促進する方向の条件と抑制する方向の条件の計4条件を設定して実験を行った。被験者は,毎日1分間の順応を10試行繰り返し, 7日間に渡って提示されて,長期順応した。8日目には, 1.と同じ実験を行い,姿勢制御の視覚・前庭感覚モダリティ依存性を測定した。その結果,身体動揺をより減少させる前庭刺激を与えた条件群では,逆に前庭感覚に対する依存性が増加した。また,同様に身体動揺を抑制する視覚刺激を与えた条件群でも,視覚に対する依存性が増加した。これらのことから,身体運動と連動した視覚・前庭感覚刺激の提示への長期順応によって,姿勢制御のモダリティ依存性を変化させられることが示唆された。
遷移状態モデリング法の開発と不斉誘導への応用

[2,3]-Wittig転位反応は、代表的なC-C結合生成反応の一つであり、協奏的シグマトロピー転位で進行すると考えられている。多置換二重結合をもつ誘導体の[2,3]-Wittig転位反応では、生成する炭素-炭素結合上に新たな不斉中心が生成し、合成的に極めて有用な手法と考えられている。この反応の遷移状態については現在までに三つのモデルが提案されていた。我々は、これらのすべての遷移状態の詳細な構造を非経験的分子軌道法を用いて求めることに成功した。固有反応座標の解析により、その内の一つは段階的機構に対応することがわかった。しかし、段階的機構は活性化エネルギー(MP2/6-31+G^*〓3-21Gレベル)の点からは他の二つの協奏機構よりも有利であることがわかった。段階的機構においては、Liと同じ側に広がったアニオン軌道を使って二重結合に攻撃しており、アニオン中心の立体化学が保持されるように反応が進行することがわかった。これに対してて二つの協奏機構のうちの一つはアニオン中心の立体化学が反転する機構で反応が進行していることが明かとなった。我々は更に、これらの遷移状態の構造を用いて、大環状アリルエーテルにおける転移反応の立体選択性についてab initio-MM2遷移状態モデリング法を用いて解析を行った。この方法では反応に直接関与する反応中心部位の構造に上で求めた遷移状態の構造を用い、反応に直接関与しない部位をMM2で計算し、分子全体の遷移状態の構造とエネルギーを求めるものである。計算の結果は大環状アリルエーテル中のジエンの幾何異性の違いによる不斉転写反応による選択的なアルコール体への変換をよく説明できる事が明かとなった。
高活性型nNOSによるPTZ誘発キンドリング獲得の分子メカニズム解明

ペンチレンテトラゾール(PTZ)によって誘発されるキンドリング獲得は、神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)の持続的高発現と、それによる過剰な一酸化窒素(NO)発生が原因となる。本研究では、キンドリングにおけるnNOSは、Hsp9との結合を伴うホモ二量体を形成することで安定性を亢進させ、高活性を持続的に維持していることが示唆された。さらに、新たなnNOS安定化メカニズムとしてユビキチン様タンパク質修飾の関与が示唆された。また本研究にて、定常状態のNOが痙攣誘発を抑制していることが明らかとなり、てんかん発症におけるnNOS-NOには、抑制性と興奮性の相反する神経活動を制御する役割があることが明らかとなった。ペンチレンテトラゾール(PTZ)誘発キンドリング獲得時における神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)は、転写調節非依存的に高発現しているだけでなく、その酵素活性も高い。高活性型の原因を冷却SDS-PAGEにて検討したところ、活性に必須な安定ホモ二量体形成が亢進していることが明らかとなった。さらに、この安定二量体形成誘導因子をnNOSの翻訳後修飾構造に着目しin vitroにて検討したところ、予測されたユビキチン化ではなく、ユビキチン様タンパク質(UBL)修飾の関与が示唆された。nNOS-UBL化はキンドリング獲得時における高活性型nNOSの調節因子として期待される。キンドリング獲得時において、nNOS依存的な過剰NOによって誘導されるタンパク質機能異常を検索するために、nNOS欠損マウスとの比較検討を試みた。ところが、予測に反しnNOS欠損マウスでもPTZ誘発痙攣が認められた。先ず、nNOS欠損マウスにおけるPTZ誘発痙攣の原因を明らかにするため、種々の薬理学試験にて検討した。結果、nNOS依存的な生理的NOはNMDA受容体の過剰興奮を制御しているため、nNOS欠損マウスではPTZにより痙攣が誘導されることが示唆され、NOには濃度依存的な抗痙攣・痙攣誘発の相反する二つの作用を併せ持つことが明らかとなった。この新たな事実をもとに、現在、内因性NO濃度を加味しキンドリング獲得時におけるNOの直接作用するタンパク質ニトロ化による機能異常分子群を詳細検索している。そこで、本研究では、(1)キンドリングにおけるnNOS発現/活性調節機構の解明、(2)過剰なNO発生により獲得される分子機能異常の解明を目的とした。(1)nNOS発現/活性調節機構を明らかにするために、nNOSの翻訳後修飾に着目し検索した。培養細胞を用いた強制発現系では、nNOSは少なくとも2分子のユビキチン様タンパク質(UBL)により翻訳後修飾されることが示された。そこで、in vitro UBL化修飾系を利用し質量分析にて解析したところ、新たなnNOSのUBL化修飾が同定された。また、UBL化修飾はnNOSの活性発現に必須な二量体形成を制御することが示唆された。本研究で新たに見出されたUBL化修飾によるnNOSの機能(二量体形成)調節機構は、キンドリング獲得時におけるnNOSの発現/活性調節機構として期待された。(2)NOによるUBL化修飾制御機構が報告され、キンドリング獲得時における過剰なNOがUBL化修飾異常を誘発していることが推測された。そこで、UBL化タンパク質をイムノブロットにてディファレンシャル解析した。標的分子を質量分析にて解析したところ、標的分子は残念ながら市販の抗UBL抗体の非特異認識による非UBL化タンパク質であることが明らかとなった。発現量の少ないUBLによるタンパク質翻訳後修飾の検出には、特異性・親和性の高い新たな抗体が必要とされる。そこで新たに、UBLの立体構造に着目した親和性・特異性の高いポリクローナル抗体を作成・確立した。現在、本抗体を用いてUBL化タンパク質の詳細な解析を進めている。
有人・無人マルチロータ機の安全性向上・周辺への影響評価に関する研究

ドローン,ドローンタイプ空飛ぶクルマを我々の生活空間に取り込むために,安全性向上と周辺への影響評価を取り入れた設計指針を確立する.そのために以下の2つ課題に取り組む.(課題1:安全性向上)飛行試験とシミュレーションを組み合わせて,上記飛行体においてオートローテーションが安全性向上の有効な手法になりうるかを明らかにする.(課題2:周辺環境への影響評価)ドローン周辺での風速,騒音の測定,及び数値計算を用いて,ドローン周辺の風速,騒音の評価式を提案する.その結果を利用し,風速・騒音を考慮した際の,上記飛行体の設計指針を整理する.ドローン,ドローンタイプ空飛ぶクルマを我々の生活空間に取り込むために,安全性向上と周辺への影響評価を取り入れた設計指針を確立する.そのために以下の2つ課題に取り組む.(課題1:安全性向上)飛行試験とシミュレーションを組み合わせて,上記飛行体においてオートローテーションが安全性向上の有効な手法になりうるかを明らかにする.(課題2:周辺環境への影響評価)ドローン周辺での風速,騒音の測定,及び数値計算を用いて,ドローン周辺の風速,騒音の評価式を提案する.その結果を利用し,風速・騒音を考慮した際の,上記飛行体の設計指針を整理する.
高齢者の介護施設・在宅における咳嗽補助法の検討

2018年度に所属機関が山形県立保健医療大学から福島県立医科大学へ異動となり、研究環境が大きく変化した。具体的には、研究スペースの確保が難しく、また、研究協力者等の研究実施体制が種々の要因で構築できず、実質的な研究遂行が出来なかった。一方、福島県からの要請による健康教室において、地域在住高齢者の咳嗽力を計測する機会があったが、対象者の参加状況などから本研究に資するような成果は得られなかった。現在までの進捗状況は大幅に遅れている。本研究の計画では、換気量の正確な設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムの導入し研究実施体制を構築して、実際の測定へと進める計画であったが、咳嗽力の指標についてcough volume accelerationやcough expiratory volumeなどが導入され、再検討に時間を要しているところに、所属異動による研究環境の変化が加わり、さらに遅れる結果となった。本研究は本年度終了する計画であったが、2019年度までの延長を申請した。所属の異動に伴い、新たな業務への対応へ時間を要し、また、準備室という機構上、研究スペースの確保や研究協力者の確保などが難しい状況にあることが大きな要因で研究が遅延した。この間に咳嗽力の解析方法なども提案されるようになり研究方法の見直しも必要となっている。2019年度にはこれらの対策を行って少しでも成果を出すべく取組みたい。平成23年度から本邦の死因は肺炎が脳血管疾患を抜いて第3位となっており、要介護高齢者の嚥下障害と咳嗽力低下に起因する誤嚥性肺炎を主とした医療・介護関連肺炎への対策が喫緊の課題と考えられる。そこで、本研究では誤嚥性肺炎の改善と予防のために、呼吸理学療法の一つである徒手的咳嗽介助と、介護施設・在宅でも導入可能な腹筋群への筋電誘発電気刺激による自動的咳嗽補助を組み合わせて効果を上げる方法を検討することを目的としている。平成27年度は、流量計(ニューモタコグラフ)を用いて正確に介助を加える換気量の設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムを導入し研究実施体制をセットアップし、健常青年を対象としてデータ収集を開始する予定であった。この研究実施体制のセットアップにおいて、徒手的咳嗽介助の具体的な技術的検討などが必要となり、予備研究として健常青年19名を対象として、咳嗽およびhuffing(強制呼出法)の徒手的介助を検討した。また、ベッドのマットレスの材質による影響も考えられ、これについての予備的研究も実施した。この結果、徒手的介助の習熟の必要性や、介助効果と胸郭柔軟性との関係などが示唆され、評価項目へ採用する必要性が考えられた。研究全体として研究計画に沿った進行から遅れており、平成28年度において早急に前進させる予定である。本研究の平成27年度の計画は、流量計(ニューモタコグラフ)を用いて正確に介助を加える換気量の設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムを導入し研究実施体制をセットアップし、健常青年を対象としてデータ収集を開始することであった。しかし、研究全体の進行が遅れており、現在までの達成度は「遅れている」と判断している。この進行の遅れの要因は概ね以下のとおりである。先ず、咳嗽力の指標についてはPCFを基本的な指標とするが、最近になってcough volume acceleration: CVA(Britton 2014, Plowman 2016など)やcough expiratory volumeなどが用いられるようになってきており、評価指標の追加や波形解析方法の再検討が必要となったことが挙げられる。また、徒手的咳嗽介助について具体的な方法や使用するベッドの材質の検討などが必要となった。これについては、予備研究として健常青年19名を対象として、咳嗽およびhuffing(強制呼出法)の徒手的介助の検討を行い、徒手的介助の習熟の必要性や、介助効果と胸郭柔軟性との関係などが示唆され、詳細な方法の確立の必要性が明らかになり、平成28年度に反映させていきたい。平成23年度から本邦の死因は肺炎が脳血管疾患を抜いて第3位となっており、要介護高齢者の嚥下障害と咳嗽力低下に起因する誤嚥性肺炎を主とした医療・介護関連肺炎への対策が課題と考えられる。研究計画としては、流量計(ニューモタコグラフ)を用いて正確に介助を加える換気量の設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムの導入し研究実施体制をセットアップし、健常青年を対象としてデータ収集を開始する予定であったが、この研究実施体制のセットアップにおいて、徒手的咳嗽介助の具体的な技術的検討などが必要となり、予備研究として健常青年19名を対象として、咳嗽をおよびhuffing(強制呼出法)の徒手的介助を検討した。

また、ベッドのマットレスの材質による影響も考えられ、これについての予備的研究も実施した。平成28年度は、これらの解析を行い、その結果、徒手的介助の習熟の必要性や、介助効果と胸郭柔軟性との関係などが示唆され、評価項目へ採用する必要性が考えられた。これらの研究成果は日本呼吸ケア・リハビリテーション学会において発表した。研究自体は、最近になって咳嗽力の評価指標として、cough volume acceleration: CVAなどが用いられてきていることが判明し、波形解析の方法についても再検討が必要となったことなどから、研究全体として研究計画に沿った進行から遅れている。本研究の計画では、流量計(ニューモタコグラフ)を用いた介助を加える換気量の正確な設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムの導入し研究実施体制を構築して、実際の測定へと進める計画であった。しかし、研究全体の進行が遅れており、現在までの達成度は「遅れている」と判断している。この進行の遅れの要因は概ね以下のとおりである。先ず、咳嗽力の指標についてはPCFを基本的な指標とするが、最近になってcough volume acceleration: CVA(Britton 2014, Plowman 2016など)やcough expiratory volumeなどが用いられるようになってきており、評価指標の追加や波形解析方法の再検討が必要となったことが挙げられる。さらに、本務業務における予期せぬ業務や、連携研究者や研究協力者との調整などに時間を要したこと、また、研究代表者の個人的な理由などにより研究が進展しなかった。本年度は所属機関が山形県立保健医療大学から福島県立医科大学へ異動となり、新たな業務への対応に時間を要した。また、研究スペース、研究協力者等の研究実施体制が種々の要因で構築できず、実質的な研究遂行が出来なかった。本研究の計画では、換気量の正確な設定、および咳嗽時呼気最大流速Peak Cough Flow: PCFの立ち上がり時間などの波形解析を行うための解析プログラムの導入し研究実施体制を構築して、実際の測定へと進める計画であったが、咳嗽力の指標についてcough volume accelerationやcough expiratory volumeなどが導入され、再検討に時間を要して平成28年についても進行が遅れていた。これに加えて本年度に所属施設が異動となり、研究体制が構築できず、さらに遅れる結果となった。2018年度に所属機関が山形県立保健医療大学から福島県立医科大学へ異動となり、研究環境が大きく変化した。具体的には、研究スペースの確保が難しく、また、研究協力者等の研究実施体制が種々の要因で構築できず、実質的な研究遂行が出来なかった。一方、福島県からの要請による健康教室において、地域在住高齢者の咳嗽力を計測する機会があったが、対象者の参加状況などから本研究に資するような成果は得られなかった。現在までの進捗状況は大幅に遅れている。