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農業の教育的側面に関する実証的研究-システムダイナミクスによる数量的効果分析-

1.調査研究本年度は,研究課題の最終年にあたり,これまで調査研究を継続してきた高知県南国市および愛媛県今治市の二事例の検討に加え,職業教育的側面を重視した農業教育について福井県若狭町,京都府綾部市などの事例調査を行った.そして,これまでの検討を総括する意味合いから,農業の教育的機能をその機能別に考察し,俯瞰的かつ普遍的な位置付けでもって把握した.事例研究の結果は,公刊された雑誌論文3本において発表した.加えて,査読中の論文二本に取りまとめ,次年度には雑誌掲載予定である.また,投稿論文の執筆とともに博士論文「農業教育の現代的取組とその意義に関する実証的研究」の執筆を行った.この博士論文は,2006年2月現在,学位申請中である.本研究課題における実証分析および数量的解析によって,農業の教育的側面の意義付けを新たにし,実証的解明の進展に寄与した.2.口頭発表(1)第55回地域農林経済学会大会,2005年10月,三重大学(2)第63回日本農業教育学会大会,2005年8月,香川大学農学部(3)2005年度日本農業経済学会大会,2005年7月,北海道大学3.投稿中論文(1)「農業教育の変遷と食・農・環境に関する教育の展開に関する一考察」2005年日本農業教育学会『日本農業教育学会誌』(2)「新規就農者の教育・研修システムと地域受け入れ体制に関する一考察」2005年地域農林経済学会『農林業問題研究』本年度は、国内外の事例調査および文献調査から、農業に関する教育的取組について諸相の把握に努めた。海外事例では、イタリア・スローフード協会における消費者を対象とした啓蒙事業、スイス・中山間地域の都市児童受け入れ制度、フランス・合理農業(Le Referentiel de l'agriculture)農家による味覚週間の取組など各地を訪問調査した。これらの調査結果は、『平成15年度調査団報告書新しい農業の道を求めて第26輯』、(財)都市農山漁村交流活性化機構発行(2004年刊行予定)に掲載される予定である。ヨーロッパ先進諸国における農業に関連した教育的取組は、これまで普及事業に主とした目的から、広く一般を対象にした農業および関連産業への意識啓発を目的とした活動が隆盛しつつある状況が分かった。それらの動向は、我が国と類似する点も多く、先進諸国における現代的課題として、マクロ的視点から農業の教育的取組を捉えることに寄与した。また、対外活動によって、自分の研究成果を発表する機会に恵まれ、研究成果の地域還元および農業の教育的取組の自己における実践となている。(地域活動等)・シンポジウム「蘇れ!農WTO農業交渉と私達の食卓」バネリスト.愛媛農業共同組合中央会・愛媛新聞社.2003年10月3日・「農業・環境教育の現状と課題」講師.2003年12月11日.鳥取環境大学・「消費者との交流会食と農を考える」講師.今治中央地域農業改良普及センター・21世紀えひめ村づくり推進協会.2003年12月13日.愛媛県玉川町・日本有機農業研究会・全国大会「第五分科会学校給食と地産地消」座長.2004年2月14日.愛媛県今治市1.調査研究本年度は,これまで調査研究を継続してきた高知県南国市および愛媛県今治市を対象に,二事例の検討をさらに深めながら,農業の教育的機能を俯瞰的かつ普遍的な位置付けでもって把握することに努めた.これらの事例検討を取りまとめるに際し,農業の教育的機能を要素分析するに相応である解析手法を峻別し,多変量解析を採用している.分析から,地場産農産物を使用した学校給食など,給食の質や食教育を重視した取組を受けた児童・生徒は,将来の農業感の醸成や食趣向および消費行動に影響が見られることが明らかとなった.分析結果は,地域農林経済学会にて査読中の論文二本に取りまとめており,次年度には雑誌掲載予定である.また,様々な対外活動に恵まれ,研究成果を広く発表する機会が得られた.これらの講演会やシンポジウムは,研究成果を地域へ還元することとなり,加えて自己の研究の進展に寄与している.2.口頭発表(1)第62回日本農業教育学会研究大会.2004年8月20日.東京農業大学農学部(厚木キャンパス)(2)第54回地域農林経済学会.2004年10月24日.滋賀県立大学(3)第40回地域農林経済学会四国支部大会.2004年12月4日.愛媛大学農学部3.講演会・シンポジウム(1)「私たちの食と環境スローフードと地産地消から考える」.講師.コープ自然派えひめ.2004年3月11日(2)「スローフードと日本の食を考える」.講師.愛媛有機農産生協.2004年10月16日(3)「甦れ農!part6」.パネリスト.愛媛新聞社・愛媛農業協同組合中央会.2004年11月12日(4)「平成16年度食と農を育む周桑の味フェスタ」.講師.西条中央地域農業改良普及センター・西条市.2005年1月13日1.調査研究本年度は,研究課題の最終年にあたり,これまで調査研究を継続してきた高知県南国市および愛媛県今治市の二事例の検討に加え,職業教育的側面を重視した農業教育について福井県若狭町,京都府綾部市などの事例調査を行った.

そして,これまでの検討を総括する意味合いから,農業の教育的機能をその機能別に考察し,俯瞰的かつ普遍的な位置付けでもって把握した.事例研究の結果は,公刊された雑誌論文3本において発表した.加えて,査読中の論文二本に取りまとめ,次年度には雑誌掲載予定である.また,投稿論文の執筆とともに博士論文「農業教育の現代的取組とその意義に関する実証的研究」の執筆を行った.この博士論文は,2006年2月現在,学位申請中である.本研究課題における実証分析および数量的解析によって,農業の教育的側面の意義付けを新たにし,実証的解明の進展に寄与した.2.口頭発表(1)第55回地域農林経済学会大会,2005年10月,三重大学(2)第63回日本農業教育学会大会,2005年8月,香川大学農学部(3)2005年度日本農業経済学会大会,2005年7月,北海道大学3.投稿中論文(1)「農業教育の変遷と食・農・環境に関する教育の展開に関する一考察」2005年日本農業教育学会『日本農業教育学会誌』(2)「新規就農者の教育・研修システムと地域受け入れ体制に関する一考察」2005年地域農林経済学会『農林業問題研究』
HHH症候群の遺伝子解析と抗生物質によるナンセンス変異の回避作用の治療への応用

【1】HHH症候群の原因遺伝子ORNT1のエキソンイントロン構造を決定した。ORNT1は5つのイントロンに分断されており、すべてのエキソンイントロン接合部はGT/AG規則に従っていた。独立した家系のHHH症候群患者日本人8名とパレスチナ人2名(兄弟)の遺伝子を解析した。日本人患者8名はすべてホモ接合体であり、内4名が同じ遺伝子変異R179Xを有しており、この変異は日本人に高頻度であると考えられた。またR179Xはエキソン4の中央部に位置するナンセンス変異であるが、このためと考えられるエキソンスキッピングが生じていた。他の4名の日本人患者には遺伝子変異G27E、insAAC、P126R、R275Xを見いだした。パレスチナ人兄弟はいずれも新規遺伝子変異446G欠失のホモ接合体であった。【2】アミノグリコシド系抗生物質によるナンセンス変異の読み飛ばし効果が知られているが、ナンセンス変異によって起こるエキソンスキッピングに対するアミノグリコシドの効果を調べた。R179Xを有する患者培養皮膚線維芽細胞の培養液にアミノグリコシドG-418を添加するとエキソン4のスキッピングが容量依存性に改善することがRT-PCRで示された。また^<14>C-オルニチン取込み実験を行うとORNT1産物の機能も改善していたことから、エキソンスキッピングの改善に加えR179Xの読み飛ばしも起こっていると考えられた。【3】HHH症候群の原因遺伝子であるORNT1のホモログORNT2をオンラインデータベースでのホモロジーサーチにより見いだした。この遺伝子はイントロンを持たずプロセスドジーンの可能性があるが、オープンリーディングフレームは完全に保たれ偽遺伝子とは考えにくかった。ORNT1欠損および正常線維芽細胞にORNT2を発現させるとORNT1に比べるとかなり低いながらオルニチントランスポーター活性を検出した。【1】HHH症候群の原因遺伝子ORNT1のエキソンイントロン構造を決定するために、コントロールゲノムを鋳型としORNT1 cDNA上の様々な配列のプライマーでlong PCRを行った。【2】独立した家系の5名の患者の培養皮膚線維芽細胞より抽出したRNAよりRT-PCR、または白血球より抽出したゲノムDNAよりエキソンごとのPCRを行いORNT1のコード領域を増幅し塩基配列を決定した。2名の患者はそれぞれ遺伝子変異(G27E、insAAC)のホモ接合子であった。他の3名の患者はすべてR179Xのホモ接合子であり、この変異は日本人患者で高頻度(6/10 alleles=60%)であると考えられた。R179Xはエキソン4の中央部に位置するナンセンス変異であるが、このためと考えられるエキソンスキッピングが生じていた。【3】アミノグリコシド系抗生物質によるナンセンス変異の読み飛ばし効果が知られているが、ナンセンス変異によって起こるエキソンスキッピングに対するアミノグリコシドの効果を調べた。

【1】前年度報告と合わせて独立した家系の7名のHHH症候群患者の遺伝子を解析した。培養皮膚線維芽細胞より抽出したRNAよりRT-PCR、または白血球より抽出したゲノムDNAよりエキソンごとのPCRを行いORNT1のコード領域を増幅し塩基配列を決定した。7名はすべてホモ接合子であり、内4名が遺伝子変異を有しており、この変異は日本人に高頻度であることをさらに裏付けた。他の3名の患者には前年度報告した遺伝子変異G27E、insAACと新規遺伝子変異P126Rを見いだした。【2】ナンセンス変異によるエキソンスキッピングに対するアミノグリコシド系抗生物質の抑制作用の検討は予定の通りには進行しなかったため、次年度に継続する。【3】HHH症候群の原因遺伝子であるORNT1のホモログORNT2をオンラインデータベースでのホモロジーサーチにより見いだした。この遺伝子はイントロンを持たずプロセスドジーンの可能性があるが、オープンリーディングフレームは完全に保たれ偽遺伝子とは考えにくかった。ORNT1欠損および正常線維芽細胞にORNT2を発現させるとORNT1に比べるとかなり低いながらオルニチントランスポーター活性を検出した。活性の検出には^<14>C-オルニチン取り込み実験を行った。すなわち細胞を^<14>C-オルニチンと^3H-ロイシンを加えカバーグラス上で培養した後の細胞内^<14>C/^3H比がミトコンドリアオルニチントランスポーター機能を間接的ながら示すという方法である。この結果より、ORNT1の欠損ではORNT2がそれを補完できるほどのオルニチントランスポーター機能を持たないため発症すると考えられたが、ORNT2が別の機能を有するのか、または偽遺伝子になりつつあるのかは不明である。【1】今までに報告した7名のHHH症候群患者に加え、今年度はさらに1名の新たに見いだされた日本人患者、および依頼を受け2名のパレスチナ人兄弟患者の遺伝子をインフォームドコンセントを得た後解析した。白血球より抽出したゲノムDNAよりエキソンごとのPCRを行いORNT1のコード領域を増幅し塩基配列を決定した。日本人患者1名は新規ナンセンス変異R275Xのホモ接合体であり、制限酵素TaqαIを用いたRFLPでも確認することが出来た。パレスチナ人兄弟はいずれも新規遺伝子変異446G欠失のホモ接合体であり、両親はそのヘテロ接合体で、健常のもう一人の兄弟は正常の遺伝子型であった。【2】ナンセンス変異によるエキソンスキッピングに対するアミノグリコシド系抗生物質の抑制作用を臨床に応用すべく協力病院において倫理委員会の承諾を得るまでに至った。すなわち、他の効用(抗菌作用)ですでに認可される薬品をその許容量の範囲で患者に投与し、ナンセンス変異読み飛ばし、およびそれによるエキソンスキッピングの改善によるORNT1遺伝子より完全長の蛋白がある程度翻訳されることを期待し、血中オルニチンを指標に臨床効果を確認する試験を目指した。
頭頸部癌に対する癌代謝制御に基づく革新的治療技術の確立

近年の癌遺伝子研究は目覚ましい発展を遂げた。しかし頭頸部癌に関与する遺伝子変異は予想よりはるかに多く、病理学的に同じ腫瘍であっても遺伝子変異は異なることが明らかになった。ハイスループットなDNAシークエンサーの登場により癌遺伝子の変異は多様で複雑であることが判明したが、一方で癌特異的な代謝の経路は解糖系の亢進など共通であることが分かった。こうした事実から癌代謝の解明が精力的に行われている。本研究は、癌特異的な代謝経路に着目し、頭頸部癌における癌代謝についてそのメカニズム解明と治療法の開発を目指す。
臓器連関と慢性炎症による心血管疾患発症・進展分子機構の解明と診断・治療法への応用

本研究計画は、メタボリックシンドロームによる心血管系での慢性炎症プロセス惹起とそれによる病態進行機序を解析し、また、臓器連関によって、さらに病態と臓器機能障害が拡大する可能性を検討した。その結果、肥満脂肪組織から放出が増加する遊離脂肪酸が、心血管系での炎症を誘導するという心血管ー脂肪連関がメタボリックシンドロームにおける心血管疾患リスクの増大に重要であることを見いだした。また、心ー腎連関が心臓のストレスへの応答に重要であるとともに、心不全の進展にも寄与することを明らかにした。また、この臓器連携のメディエータが病態を修飾することを見いだした。我々はこれまでに、肥満した脂肪組織に明確な炎症が生じること、さらに、肥満脂肪組織から分泌が増加する遊離脂肪酸が、血管と膵ランゲルハンス島で炎症を惹起することを明らかにした。これらの結果は、メタボリックシンドロームと、動脈硬化性心血管疾患、糖尿病や慢性腎臓病の発症・進展において、慢性炎症が重大な役割を果たすこと、また、これら臓器は密接に連関しながら、病態が進行することを示唆する。そこで、本研究計画では、臓器連関、特に脂肪と心血管系、腎臓・骨格筋と心臓との連関によって、どのようにして炎症プロセスと臓器機能障害が誘導・進展するのか、その分子機構を検討し、肥満やメタボリックシンドロームで心血管・代謝・腎疾患が発症・進展する分子メカニズムを明らかにすることを目的とした。同時に、臓器連関と炎症プロセスへの介入による治療法開発のため基盤の確立と、新規検査法への応用を目指した。そのため、(1)遊離脂肪酸による心機能障害と血管病変形成機序の解析(心-脂肪連関)に関しては、肥満脂肪細胞からの放出が増加する遊離脂肪酸、特に飽和脂肪酸の役割に着目した解析を行った。アンジオテンシンII負荷モデル等の心疾患モデルに対して、パルミチン酸の投与を行い、心臓への影響を検討し、炎症シグナルを活性化することを見いだした。(2)心-腎連関による心臓線維化に関しては、腎臓特異的な遺伝子改変マウスを用い、このマウスにおける心臓のフェノタイプ解析を進め、腎臓が心臓での適応応答に必須であることを見いだした。(3)心-骨格筋連関による心不全誘導のメカニズムの解析に関しては、運動負荷による心-骨格筋連関に着目して検討を進めた。1遊離脂肪酸による心機能障害と血管病変形成機序の解析(心ー脂肪連関)に関しては、肥満脂肪細胞からの放出が増加する遊離脂肪酸、特に飽和脂肪酸の役割に着目した解析を行う。心臓への飽和脂肪酸投与を行い、その心臓への影響を検討し、炎症シグナルを活性化することを見いだした。2腎臓特異的な遺伝子改変マウスを用い、このマウスにおける心臓のフェノタイプ解析によって、心腎連関による心臓の適応応答に組織常在マクロファージが重要なことを見いだした。そのため、1遊離脂肪酸による心機能障害と血管病変形成機序の解析(心ー脂肪連関)に関しては、肥満脂肪細胞からの放出が増加する遊離脂肪酸、特に飽和脂肪酸の役割に着目した解析を行った。糖尿病モデルマウスにおける心機能、また、遊離脂肪酸の影響を検討した。また、遊離脂肪酸により心臓にマクロファージが集積することを見いだした。

2心ー腎連関による心臓線維化に関しては、腎臓特異的な遺伝子改変マウスを用い、このマウスにおける心臓のフェノタイプ解析を進め、腎臓が心臓での適応応答に必須であることを見いだした。さらに、このメカニズムの解析を行い、腎臓から分泌されるメディエータを複数同定した。3心ー骨格筋連関による心不全誘導のメカニズムの解析に関しては、細胞共培養系を用いて、骨格筋細胞と心筋細胞の相互作用を検討した。心腎連関を仲介する分子の同定が順調に進み、ある分子については、in vivoでの効果の確認ができた。さらに、中枢との連関も明らかとなり、当初の予定より進展した。25年度が最終年度であるため、記入しない。心ー脂肪連関、血管ー脂肪連関、心ー腎連関、心ー骨格筋連関に関して、新しいメディエータの同定や、免疫細胞の機序について、ほぼ順調に解析が進んでいる。特に、遊離脂肪酸が血管平滑筋細胞に与える影響の詳細な分子機序を同定した。また、心ー腎連関について、免疫系を介した全く新しい機序が機能していることを明確にした。当初の計画に沿った研究を推進する。1遊離脂肪酸による心機能障害と血管病変形成機序の解析。心筋における炎症機序の意義についてさらに解析を進める。特に、2項の解析により、マクロファージの恒常性維持機構も明らかとなっており、マクロファージの多彩な機能に着目した解析を進める。2心ー腎連関による心臓線維化促進機構の解析。腎臓から分泌されるメディエータの意義についてさらに解析を進める。また、免疫細胞の由来について、骨髄以外にも脾臓や心臓局所の可能性を検討する。さらに、心臓への圧負荷がどのように腎臓に影響するかを検討する。3心ー骨格筋連関による心不全発症機序の解析。引き続きマイオカインの同定を進める。4同定された分子機序による診断・治療法の開発。2項で同定されたメディエータについて、治療的効果の有無をマウスモデルを用いて検討する。
超高速瞬時処理回路・アルゴリズム

画像情報の高効率瞬時圧縮実現に向けて,文字と自然画像が混在する画像コンテンツに対して画像品質の劣化を抑制できるベクトル量子化技術に基づく静止画像圧縮アルゴリズムを開発した。ベクトル量子化に基づく静止画像圧縮に,画像ブロックの個々のテクスチャに基づいて解像度を適応的に変化させる「適応解像度処理」,DPCM,LZSSの可逆圧縮手法を効率的に組み合せることにより,画質の著しい劣化を招くことなく効率的に画像圧縮を行えるアルゴリズムを開発した。この静止画圧縮アルゴリズムは,文字と自然画が混在した画像に対して,JPEG及びJPEG2000アルゴリズムを540dB上回る実用的な画質を得ることに成功した。また,開発したアルゴリズムを実時間で処理する専用プロセッサを設計・試作し,テストボード上に実装してその動作を確認した。さらに,今回開発したVQ静止画像圧縮技術及びワイヤレスネットワーク技術を用いることにより,実用レベルの「ワイヤレスネットワークデータプロジェクタ」を逸早く平成14年6月に製品化した。瞬時画像認識技術実現に向けて,ベクトル量子化コードブックヒストグラム法による顔画像認識の原理的考察に基づき,より簡便な処理により高信頼性の特徴量抽出を実現する隣接画素差分量子化ヒストグラム法を開発し,従来と同等以上の95.7%という認識率を維持しながら,認識時間を31msecまで短縮した。ビデオレートでの瞬時顔画像認識が初めて可能となった。超高速瞬時処理システムLSIの高信頼設計を実現するために,テクノロジーばらつきを回路を用いて見積もる方法を開発した。トランジスタレベルの高精度モデリング技術により,チップ内とチップ間のばらつきを独立に抽出できることがわかった。ベクトル量子化を用いた画像圧縮アルゴリズムを確立した。静止画像圧縮では,適応解像度処理によりA4・600dpiのカラー画像に対して画質を損なうことなく300分の1を超える圧縮率を実現した。また動画像圧縮では,1秒間に30フレームのQVGAサイズの動画像をストリーミング配信可能なPCIボードを開発した。さらに,無駄な演算を抑止して実時間でベクトル量子化するプロセッサを開発した。ベクトル量子化コードブック空間情報処理と呼ぶ新しい情報処理アルゴリズムを用いて,顔画像による人物認識技術を開発した。具体的には,顔画像に対してベクトル量子化を行い,コードブックベクトルの使用頻度スペクトル情報を抽出することにより顔画像の人物特徴を抽出する手法である。44人分各5枚の合計220枚の顔写真を用いた認識実験において,100%の認識率を実現した。さらに,この技術を表情認識に適用した。怒り,笑い,標準の3種類の表情に対し,100%の表情認識結果が得られた。また,ケプストラム解析を用いた音声信号からの話者特徴抽出とベクトル量子化分類法により個人を認識する音声話者認識において,階層化マッチング手法によるベクトル量子化分類の高速化や前学習手法による認識率の向上を実現した。58人分各5回分の録音音声信号を用いた認識実験において,最大97%の認識率を実現した。フレキシブルワイヤレスネットワークのダウンリンク技術として提案しているパケットSS-CDMA方式のために、ディジタルマッチトフィルタとインライン相関器の組み合わせによりワンチップモデムを設計した。FPGAを用いた試作により、伝送特性を評価した結果、1対1通信で理論値から1dBの劣化で通信可能であること、マルチコードによる26チャネルの多重化伝送可能であることを確認した。チャネル多重を用いることで最大10.4Mbpsの伝送が可能であることを示した。ベクトル量子化技術を基に,300分の1の圧縮率を超えても画像品質の劣化を抑制できる超高精細静止画像圧縮アルゴリズムを開発した。また,開発したアルゴリズムを並列処理により高速に実行し,最大2048個のパターンを用いて実時間でエンコードを行えるプロセッサを開発した。このプロセッサは1600×2400画素のフルカラー画像(A4,200dpi相当)を約l秒で圧縮可能である。ベクトル量子化ヒストグラム法と呼ぶ新しい情報処理アルゴリズムに基づき、顔画像による簡単かつ高信頼性の人物認識技術を開発した。この手法は,顔画像のベクトル量子化を行い,得られたコードベクトルの使用頻度(ヒストグラム)を特徴量として人物を認識する。

公開ORLデータベースに対して,95.6%の平均認識率を実現した。さらに,線ベク卜ル量子化と隠れマルコフモデルによる顔の縦方向の位置的特長に注目した新しい手法を開発し,ベクトル量子化ヒストグラム法と組み合わせる事により,平均認識率を96.4%に向上させた。背景を含む撮影画像から顔位置を特定するため,色と形状情報を利用して画像から顔部分を抽出する手法を構築し有効性を実証した。SS-CDMAフレキシブルワイヤレスネットワークのセル内通信技術として,ダウンリンクのパケットSS・CDMA方式とアップリンクの近似同期CDMA方式を用いた相互運用を実現するワンチップモデムを開発した。白色雑音環境下のケーブル伝送実験による特性評価を行い,等伝送遊度セル設計においては,各ユーザ64kbit/sで,チャネル数24chを確保し,双方向通信が実現てきることを示した。また,ホットスポットサービスへの応用を考慮したダウンリンク高速伝送セルモデルの設計を行い,アップリンクアクセスチャネル8ch,ダウンリンク20Mbit/s以上を実現した。画像情報の高効率瞬時圧縮実現に向けて,文字と自然画像が混在する画像コンテンツに対して画像品質の劣化を抑制できるベクトル量子化技術に基づく静止画像圧縮アルゴリズムを開発した。ベクトル量子化に基づく静止画像圧縮に,適応解像度処理,DPCM, LZSSを効率的に組み合せることにより,超高圧縮率領域で従来のJPEGアルゴリズムを超える画質を得るとともに,XGA画像に応用することにより,JPEG及びJPEG2000アルゴリズムを超える実用的な画質を得ることに成功した。また,開発したアルゴリズムを実時間で処理する専用プロセッサを設計・試作し,テストボード上に実装してその動作を確認した。瞬時画像認識技術実現に向けて,ベクトル量子化コードブックヒストグラム法による顔画像認識の原理的考察に基づき,より簡便な処理により高信頼性の特徴量抽出を実現する隣接画素差分量子化ヒストグラム法を開発し、従来と同等以上の95.7%という認識率を維持しながら,認識時間を31msecまで短縮した。ビデオレートでの瞬時顔画像認識が初めて可能となった。自営IP網向け高信頼無線通信セルラネットワークの実現を目指し,SS-CDMAフレキシブルワイヤレスネットワークを提案し,高信頼アクセス系を目指すセル内通信方式について検討を行った。セル内通信下り回線においては,端末の超低消費電力化を目指したパケットSS-CDMA方式を提案し,これまでに26チャネル多重通信可能であることを示した。セル内通信上り回線では,近似同期CDMA方式を提案した。近似同期CDMAモデムをFPGA上に実装し,その特性評価を行った。
生命現象解析ツールを指向した人工発光分子の構築

スーパーオキサイドは活性酸素の一つであり、生体内における免疫応答および組織損傷にかかわっており、健康な生体においてその存在量は「生成と分解」により適切に保たれている。生体のスーパーオキサイドの分析は、免疫力および組織損傷を知る一つの手段であり、スーパーオキサイドを化学反応を経て光情報に変換し分析する化学発光法がその高感度分析法の一つである。現在の化学発光分析では青色光あるいは緑色光を発する発光化合物(発光プローブ)が用いられている。これらの発光色は生体色素による光吸収のため光検出器に到達する光量は著しく低下し、測定の妨げとなっている。本研究では、発光波長が光透過性に優れる長波長域に有する発光化合物の開発を試みた。スーパーオキサイドと反応しエネルギーを生成する分子を赤色蛍光を発する蛍光分子に化学結合させ、エネルギー移動を用いて赤色蛍光分子から光を発する機構を用いた。この発光分子を化学合成しスーパーオキサイド発生系を用いて発光能を評価したところ、スーパーオキサイドと反応しエネルギーを生成する分子からの発光は生じず赤色光のみの発光を確認し、さらにはこれまでの発光化合物よりも発光強度が高いことを確認した。この発光においてはエネルギー移動が効率的に生じていることが証明された。また、スーパーオキサイドと反応しエネルギーを生成する分子と赤色蛍光分子との結合様式が異なった発光化合物を数種化学合成しその発光強度を評価した結果、この結合様式は発光強度に著しく影響していることが判明した。生体において活性酸素は重要な生命維持のための物質であり、活性酸素を分析することは重要である。活性酸素を高感度に分析するための一つの手段として発光法がある。一般に、発光法において、活性酸素と反応し発光を示す発光物質(発光プローブ)は、三重項酸素とも反応し発光を示す。従って発光プローブから生ずる発光は活性酸素に由来するのか三重項酸素に由来するのか区別することは重要な問題となる。この解決法としては、活性酸素消去剤を加える方法があるが生体分析においては不適切な場合が多い。そこでこれらの発光の発光色が異なれば発光を区別することが可能となる。この機能を有した発光プローブの創製を目指し、本年度ではその基礎研究を行なった。本検討において、三重項酸素との反応では赤色発光を、活性酸素との反応では青色発光を示す発光化合物を見いだすことに成功した。この原理は以下であると考えている。この化合物において三重項酸素および活性酸素と反応し発光のための初期エネルギーを形成する発光団は通常青色の光を生成する。この際、光を生成せず他の発光団にエネルギーが移動するとその移動した発光団から光が発生する。この際、三重項酸素との反応の場合、上記のエネルギー移動が達成され、活性酸素との反応の場合、そのエネルギー移動が行なわれず、それぞれの場合において異なった光を生成することとなる。このような発光プローブにおいて発光色の選別、発光強度、活性酸素に対する感度などの向上が課題であり、18年度においてこの点を検討する予定である。

この発光においてはエネルギー移動が効率的に生じていることが証明された。また、スーパーオキサイドと反応しエネルギーを生成する分子と赤色蛍光分子との結合様式が異なった発光化合物を数種化学合成しその発光強度を評価した結果、この結合様式は発光強度に著しく影響していることが判明した。
素粒子の世代構造の起源と高次元統一理論

今年度はとくに、超対称模型の枠組みにおけるCP対称性の保存の機構、および場の局所化の新しい構成法について研究を行なった。標準模型にはCP対称性を破るパラメータは、湯川結合定数を通じてただ一つ現れ、世代の構造と密接に関連している。超対称性をもつ標準模型においては、CPの破れと世代構造は実験的にさらに密接に関連していなければならず、現実の模型を構築する上での重要な鍵となっている。本年度の研究においては、このCP保存性の問題に対して考察を行ない、ヒッグス場のあるパラメータをゼロに取ることによって、CP問題が非常に自然に解決されることを見い出した。また、このパラメータの条件をダイナミカルに実現する単純な機構を提唱している。また、場の局在化は、湯川結合定数の世代間階層性を理解する一つの興味深い可能性である。この局在化を実現する新しい機構を提唱し、実際にクォークの湯川結合定数や超対称性に応用した物理の研究を行なった。これら研究においては、数値解析および論文の作成において、設備備品として購入した計算機が大いに役立った。
心筋炎・拡張型心筋症(慢性心筋炎)および高安動脈炎に対する特異的免疫療法の開発

(1)心筋炎・拡張型心筋症(慢性心筋炎)の心筋組織内浸潤T細胞のT細胞レセプター(TCR)のclonalityの解析: SSCPにてVβはoligoclonalで、その約40%のcloneが異なる3部位に共通であり、そのさらに約40%が末梢血中でもexpandしていた。以上より、病態にprimaryの役割を果たすT細胞cloneを末梢血中から分散することにより、それらが認識する抗原を同定できる可能性が示された。(2)急性・慢性心筋炎におけるT細胞を介する心筋障害に重要なcostimulatory moleculeの同定: (A)マウスの急性心筋炎においてTNF receptor /ligand superfamilyのcostimulatory moleculeについて解析したところ、CD30L,4-IBBL,Fasは心筋炎によって心筋細胞上に発現誘導され、抗4-IBBL抗体、抗FasL抗体により心筋障害は有意に抑制されたことから4-IBB/4-IBBL,Fas/FasLの経路は少なくともマウスのウイルス性心筋炎の心筋障害に重要な役割を果たしていると考えられた。(B)急性心筋炎・拡張型心筋症(慢性心筋炎)患者においてもCD27L, CD30L, OX40L, 4-IBBLが心筋細胞上に発現誘導されており、また少なくとも一部の浸潤細胞がそれらのcounterpartを発現していたことから、ヒトの心筋炎の心筋障害においてもこれらのcostimulatory moleculeが何らかの役割を果たしている可能性が示唆された。(3)高安動脈炎の血管組織内浸潤T細胞のT細胞レセプター(TCR)のclonalityの解析: (A)SSCPにより浸潤αβ型T細胞のTCR cloneはoligoclonalであり、大動脈壁組織の異なる2箇所における発現はほぼ一致したことから、特定のcloneが何らかの特定の抗原を認識して浸潤し細胞障害を起こしていることが示唆された。(B)浸潤γδ型T細胞においてもαβ型T細胞と同様、TCR repertoireはoligoclonalであった。(4)高安動脈炎におけるcostimulatory moleculeの解析: TNF receptor /ligand superfamilyの中でも特に4-IBBL/4-IBBLやFas/FasLを介する経路の血管障害への関与が示唆された。1.拡張型心筋症(慢性心筋炎)患者の心筋組織内浸潤T細胞および末梢血リンパ球のT-cell receptor(TCR)のclonalityの解析:拡張型心筋症(DCM)において遷延性の心筋障害を惹起していると考えられる心筋組織内の何らかの抗原(自己抗原?)に特異的な浸潤T細胞(pathogenic T-cell)を単離し、その対応抗原を検索することを目的として、今年度は、浸潤T細胞のTCRの抗原特異性(Vβclonality)を末梢血リンパ球と比較検討した。一般に末梢血リンパ球は、健常人ではpolyclonalなTCR Vβclonalityを呈しSSCP上smearpatternとなるが、DCM患者6例ではsmearの中にexpandしたcloneを多数(46±28 clones[mean±SD])認めた。心筋内浸潤T細胞はoligoclonal(135±24 clones)で、SSCP

patternは同一心臓内の各部位で変化したが、そのうち約40%にあたる(54±17 clones)が」異なる3部位に共通であった。この各部位共通cloneは心筋全体に共通の抗原を認識すると考えられることから心筋障害にprimaryの役割を果たすpathogenic T-cellの候補と考えられ、そのうちおよそ40%の(19±7 clones)が末梢血中でもexpandしていた。以上より、DCMの病態にprimaryの役割を果たすT-cell cloneを末梢血中から分取することによりそれらのcloneが認識する抗原をscreeningして同定できる可能性が示された。2.心筋炎におけるT細胞を介する心筋障害にcriticalなcostimulatory moleculeの同定:我々はこれまでにマウスのウイルス性心筋炎の実験系を用いて、T細胞活性化のcostimulatory moleculeとしてICAM-1,B7-1,CD40が心筋障害に重要であることを明らかにしてきた。今年度は、TNF receptor/ligand superfamilyに属するcostimulatory moleculeであるCD27/CD27L、CD30/CD30L、OX40/OX40L、4-1BB/4-1BBL、Fas/FasLについて、いくつかの疾患モデル・マウスを用いて解析したところ、、4-1BB/4-1BBL、Fas/FasLを介するpathwayが心筋炎の心筋障害に有意の役割を果たしていることが明らかとなった。(1)心筋炎・拡張型心筋症(慢性心筋炎)の心筋組織内浸潤T細胞のT細胞レセプター(TCR)のclonalityの解析:SSCPにてVβはoligoclonalで、その約40%のcloneが異なる3部位に共通であり、そのさらに約40%が末梢血中でもexpandしていた。以上より、病態にprimaryの役割を果たすT細胞cloneを末梢血中から分取することにより、それらが認識する抗原を同定できる可能性が示された。(2)急性・慢性心筋炎におけるT細胞を介する心筋障害に重要なcostimulatory moleculeの同定: (A)マウスの急性心筋炎においてTNF receptor /ligand superfamilyのcostimulatory moleculeについて解析したところ、CD30L,4-1BBL,Fasは心筋炎によって心筋細胞上に発現誘導され、抗4-1BBL抗体、抗FasL抗体により心筋障害は有意に抑制されたことから4-1BB/4-1BBL,Fas/FasLの経路は少なくともマウスのウイルス性心筋炎の心筋障害に重要な役割を果たしていると考えられた。(B)急性心筋炎・拡張型心筋症(慢性心筋炎)患者においてもCD27L,CD30L,OX40L,4-1BBLが心筋細胞上に発現誘導されており、また少なくとも一部の浸潤細胞がそれらのcounterpartを発現していたことから、ヒトの心筋炎の心筋障害においてもこれらのcostimulatory moleculeが何らかの役割を果たしている可能性が示唆された。(3)高安動脈炎の血管
植物培養細胞の物質生産・変換機能の解明と開発

植物培養細胞において営なまれている生化学反応を大規模の生産システムによる物質生産に結びつけるためには、細胞の物質生産・変換機能に関する基礎データの蓄積と生産技術の開発が必須である。本研究においては、植物培養細胞に潜在する物質生産・変換機能の解明とその体系化,それらの機能を活用するための応用研究,および有用な培養細胞株の開発を行なった。1.タバコ培養細胞はカルボニル基のα位を立体特異的に水酸化すること、カルボニル基に隣接した炭素-炭素二重結合を立体特異的に還元すること、さらに鏡像体選択的に酸化,還元および加水分解反応を生起することが明らかになった。2.タバコ培養細胞において生起するアルコールとケトン類との間の酸化還元の平衡の偏りや反応速度は、ケトン類のカルボニル炭素のNMR化学シフト値とよい相関性を示すことがわかった。したがって【^(13)CNMR】化学シフト値を参照することによって、培養細胞において起っている酸化還元反応の経時変化を予測できることがわかった。3.ショウガやハッカの茎頂培養によって得られた小植物体の精油組成は基本培地の種類とオーキシン濃度に著しく影響されることがわかった。このことより、培地とオーキシンをコントロールすることによって望まれる精油成分を多量に含有する小植物体を培養できる可能性が示唆された。生細胞を利用して有用な物質群を生産しょうとする試みが、資源の開発や有効利用に関連して、近年、特に注目され、その研究開発が活発になっている。本研究では植物培養細胞を物質変換のためのバイオリアクターとして利用するために、前年度に引き続いて、タバこ培養細胞の生化学的物質変換機能を調べ、これらの機能を物質合成・変換に活用するための技術開発を行った。(1)ショウガの茎頂培養によって作出した小植物体の精油成分が培養条件の違いによってどのように異るのかを調べた。その結果、培地条件を適当に選択することによって望む精油成分を含有する植物体をin Vitroで得ることができる可能性を見い出した。(2)環状ケトン類とそれに対応するアルコール類の相互変換に関与している酵素系を分画し、その酵素系による酸化還元反応の速度と平衡の偏りが基質のカルボニル炭素の【^(13)C】-NMR化学シフト値とよい相関を示すことを見い出した。(3)上記の方法によって【^(13)C】-NMRのケミカルシフト値から環状アルコールの酸化速度を予想し、それと基質の膜透過係数とを組み合せることによって、培養細胞による変換の経時変化をシミュレーションできることを見い出した。(4)タバコ培養細胞は環状モノテルペノイドアセテート類を鏡像体選択的に加水分解する機能を有することを見い出した。(5)炭素一炭素二重結合の還元はトランス付加の様式で生起していることを見い出した。
新規デスミンリン酸化不全遺伝子改変マウスにおける筋組織形成・機能の解析

我々はこれまでに筋肉組織に特異的な中間径フィラメントであるDesminのリン酸化不全が、細胞分裂障害を誘導することを培養細胞レベルの実験で明らかにしてきた。本研究では、Desminのリン酸化不全マウス(DesminSA/SAマウス)を新規に作製し、筋肉組織(心筋・骨格筋・平滑筋)の細胞分裂障害の有無、またそれに伴う機能障害を調べることで、Desminリン酸化の生理的意義を明らかにすることを目的としている。初年度はノックインマウスの作製と表現型の解析を実施した。DesminSA/SAマウスは雌雄ともに体重の減少がみられ、心臓や骨格筋の線維化が若年期から出現するという筋組織特異的な表現型が明らかとなった。これは我々が以前、間葉系組織に特異的な中間径フィラメントであるVimentinのリン酸化不全マウスにおいて、Vimentinの高発現部位の細胞分裂障害が若年期の白内障の発症や創傷治癒の遅延といった早老症をきたすという知見とも合致する。また、外観や筋組織以外の組織解析から、DesminSA/SAマウスは脊椎湾曲や平滑筋の異常と思われる腎臓血管の拡張といった現象も見られることを明らかにした。以上より、初年度は表現型解析が順調に進めることができた。一方で、これらの表現型の一部は既に報告されているDesmin欠損マウスの表現型と類似しているため、Desminの欠損とリン酸化不全間における病態が確立されるまでの過程の相違点を明らかにすることも課題の一つとなった。始めに筋組織に特異的に発現している中間径フィラメントを調べるために、培養筋細胞において発現が確認されているDesminとVimentinについて、マウス組織の発現分布を蛍光免疫染色にて確認した。培養細胞レベルで発現していたVimentinは、生体内では、血管周囲の平滑筋には発現が認められたが心筋や骨格筋はDesminのみ発現していることを明らかにした。心筋、骨格筋の解析にはDesminSA/SAマウスを用いた。一方で、平滑筋の解析を行うため、当初の予定を繰り上げてDesminSA/SAとVimentinSA/SAの交配に着手した。心筋、骨格筋において、Desminリン酸化の強い時期を特定するために、抗リン酸化Desmin抗体を用いて、胎児期から成体を経時的にDesminのリン酸化の生じる時期の詳細を調べた。心筋では胎児期によくリン酸化しており、出生後減少していく傾向があった。一方で、骨格筋は出生後ほとんど検出されないことから骨格筋の細胞分裂は胎児期にほとんど終了するものと推測された。DesminSA/SAマウスの外観の解析から、野生型マウスに比べて、体格が小さいこと、体重減少を明らかにした。また組織解析から、心臓と骨格筋の線維化が亢進していることを明らかにした。また、平滑筋によって裏打ちされている血管の観察を行う中で、腎臓の血管が拡張する可能性を見出した。また、ある時期から脊椎湾曲が見られるようになることから、骨の異常あるいは骨を支える筋肉の異常が示唆された。心臓や骨格筋の線維化はDesmin欠損マウスの表現型と類似していることから、Desminの発現量に着目した。興味深いことに、心筋、骨格筋ともにDesminの発現が減少していることを明らかにした。以上より、DesminSA/SAマウスにおける心臓や骨格筋の線維化の原因の一つにDesmin発現の減少が考えられた。DesminSA/SAマウスにおける心臓や骨格筋の線維化の原因の一つとしてDesminの発現量低下が考えられた。そのため、Desminの発現低下がいつ生じるかを確認する必要がある。Desminのリン酸化が強い胎児期を中心にDesminの免疫染色による組織学的な解析を行う。一方でDesminSA/SAマウスには薬剤耐性遺伝子ネオマイシンもDesmin遺伝子と並列して挿入している。これがアーチファクトとなり、Desminの発現を消失させていることも考えられる。CAG-CreマウスとDesminSA/SAマウスの交配により、flox間のネオマイシン遺伝子を消失させ、DesminSA/SA・Neo-マウスを作製する。これによりDesminSA/SAマウスのDesmin発現が回復すれば、Desmin発現量の低下はアーチファクトとなる。そのため、DesminSA/SA・Neo-マウスで表現型解析を再開する。当研究室では既にCAG-Creマウスを飼育しており、DesminSA/SAマウスとの交配を進めている。心筋は主に胎児期と出生後2週間ほどまで細胞分裂が見られるため、胎生致死となる可能性も視野に入れ、解析を進める。まずは出生マウスにDesminSA/SA・Neo-マウスが存在するかで確認する。生育可能であれば、成体の表現型解析を、生育不可であれば、胎児期の心筋、骨格筋の発生段階の組織学的な解析を進める。また、マウス胎児や新生児から心筋細胞を分離し、生体由来細胞でDesminリン酸化の細胞分裂における役割の有無を調べる。一方で、既存のDesminSA/SAマウスの平滑筋にはDesminの発現が認められたことから、腎臓血管の拡張の再現性を取るとともに、平滑筋細胞の分裂障害や形態異常、機能異常について解析を進める。

初年度はノックインマウスの作製と表現型の解析を実施した。DesminSA/SAマウスは雌雄ともに体重の減少がみられ、心臓や骨格筋の線維化が若年期から出現するという筋組織特異的な表現型が明らかとなった。これは我々が以前、間葉系組織に特異的な中間径フィラメントであるVimentinのリン酸化不全マウスにおいて、Vimentinの高発現部位の細胞分裂障害が若年期の白内障の発症や創傷治癒の遅延といった早老症をきたすという知見とも合致する。また、外観や筋組織以外の組織解析から、DesminSA/SAマウスは脊椎湾曲や平滑筋の異常と思われる腎臓血管の拡張といった現象も見られることを明らかにした。以上より、初年度は表現型解析が順調に進めることができた。一方で、これらの表現型の一部は既に報告されているDesmin欠損マウスの表現型と類似しているため、Desminの欠損とリン酸化不全間における病態が確立されるまでの過程の相違点を明らかにすることも課題の一つとなった。始めに筋組織に特異的に発現している中間径フィラメントを調べるために、培養筋細胞において発現が確認されているDesminとVimentinについて、マウス組織の発現分布を蛍光免疫染色にて確認した。培養細胞レベルで発現していたVimentinは、生体内では、血管周囲の平滑筋には発現が認められたが心筋や骨格筋はDesminのみ発現していることを明らかにした。心筋、骨格筋の解析にはDesminSA/SAマウスを用いた。一方で、平滑筋の解析を行うため、当初の予定を繰り上げてDesminSA/SAとVimentinSA/SAの交配に着手した。心筋、骨格筋において、Desminリン酸化の強い時期を特定するために、抗リン酸化Desmin抗体を用いて、胎児期から成体を経時的にDesminのリン酸化の生じる時期の詳細を調べた。心筋では胎児期によくリン酸化しており、出生後減少していく傾向があった。一方で、骨格筋は出生後ほとんど検出されないことから骨格筋の細胞分裂は胎児期にほとんど終了するものと推測された。DesminSA/SAマウスの外観の解析から、野生型マウスに比べて、体格が小さいこと、体重減少を明らかにした。また組織解析から、心臓と骨格筋の線維化が亢進していることを明らかにした。また、平滑筋によって裏打ちされている血管の観察を行う中で、腎臓の血管が拡張する可能性を見出した。また、ある時期から脊椎湾曲が見られるようになることから、骨の異常あるいは骨を支える筋肉の異常が示唆された。心臓や骨格筋の線維化はDesmin欠損マウスの表現型と類似していることから、Desminの発現量に着目した。興味深いことに、心筋、骨格筋ともにDesminの発現が減少していることを明らかにした。以上より、DesminSA/SAマウスにおける心臓や骨格筋の線維化の原因の一つにDesmin発現の減少が考えられた。DesminSA/SAマウスにおける心臓や骨格筋の線維化の原因の一つとしてDesminの発現量低下が考えられた。
認知的活動の促進を指向した実験計画の指導方法に関する国際的基礎研究

本研究の目的は,子供の認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」の在り方を,海外の複数の研究者らと協働し,明らかにすることであった。本研究を通して,子供が主体的に実験活動に取り組むための指導方法の開発に関して,日本のみならず国際的通用性のある示唆をすることが意図された。生徒実験活動では,教師が細部まで決めた実験活動に生徒が従うということが一般的で,生徒が受け身的に実験活動に取り組むことが問題視されてきた。そこで,生徒自身で実験方法を決定する必要のある実験活動に取り組む際の生徒の認識や実験計画能力を明らかにすることを目的に実態調査を行い,生徒実験活動の改善のための示唆を行った。実験計画に関する指導の充実は,日本のみならず世界各国における共通の課題となっている。本研究では,子供の認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」の在り方を,海外の複数の研究者等と協働し明らかにすることを目的としている。平成27年度には,関連文献の精査と共同研究者間での共有を図ることを,主な課題として取り組んだ。本研究では,実験計画場面における生徒の認知的活動の促進を目指すものであり,実験計画の際に検討すべき実験活動の手続きとして,実験方法やデータの妥当性を中心的な要素として選択した。また文献調査から,実験方法やデータの妥当性に関連する要素を整理し,それらの関係性を明確にするとともに,本研究で取り扱う実験活動における手続きの範囲を確定した。また,認知を促進する要素として情意の重要性を共同研究者間で共有した。実験計画の立案に取り組んだ生徒を調査し,生徒の感想を分析した結果,生徒は実験計画へ取り組むことを非常に困難であるものと認識していること,その一方でその難しいプロセスに取り組んだことに対して満足感を得て,自分自身で実験計画を立てることの意義を実感したことなどが明らかにされた。生徒の認知的活動を促進するための指導方法を検討する際に,これらの知見を考慮することが確認された。別件業務でインドネシアを訪問した際に,インドネシアの小中学校を訪問し,学校の様子,実験室の状況などを確認した。また,カリキュラム改革により,実験活動の充実が求められていること,その一方で,探究的な実験活動とはなりえていないこと等が確認された。文献調査や,本研究の予備調査としての生徒の認識調査は順調に取り組まれてきた。しかしながら,科学的探究プロセスの実践性と認知性の両者の線引きに関する検討は,予定よりも遅れている。その理由としては,当初,海外の協同研究者に来日してもらい,日本の理科実験活動の授業を観察してもらうことで,科学的探究プロセスの性質やそれに関する教師の取り扱い方を議論し共有する予定であったが,共同研究者の中心人物が,所属大学の業務の都合で当初予定していた日程では来日できなくなったためである。日程の再調整を試みたが,実現できなかった。そのため,平成28年度に実施する予定の調査方法に関しても具体的な検討をすることができなかった。特に,資質能力の育成が重視される昨今においては,その指導の重要性は高まるばかりである。本研究では,レシピアプローチからの脱却を目指し,子供の認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」のあり方を,海外の複数の研究者等と協働し明らかにすることを目的としている。平成28年度には,海外共同研究するためのフィールドを確認し,具体的な調査スケジュールを確定した。当初の予定から変更した点は,大きく2点ある。第一に,フィリピンを比較研究のために追加したことである。調査国を増やすことで,国ごとの相違点がより明確になることを期待しての判断である。第二に,実験活動の実施についての一般的な調査を行う必要が生じた点である。第II点目に関しては,共同研究するインドネシア,フィリピンでは,本研究を遂行するための基礎的資料に相当する,実験活動の実施に関する調査研究が十分になされていないため,本研究の中心的な問いを明らかにする前に,追加する必要があると判断したからである。追加したフィリピンを含め,調査研究及び発表の役割分担とプロセスを確定し,平成29年度にすぐに実行に移せる形にした。調査の中心は,実験方法やデータの妥当性に関連することであるため,質問項目には細心の注意を払う必要があるというように共通認識をしている。それぞれの母語での調査実施に向けて,英語での質問項目のすりあわせが当面の課題である。比較研究のため調査対象国を増やしたこと(フィリピン),そして中学校等における実験活動の実施についての基礎的調査がインドネシアやフィリピンにて不十分であるため,本研究の中心的課題に迫る前に,実験活動の実施についての一般的な調査を行う必要が生じたことによる。ただし,この変更を含め,共同研究者とは,調査研究の計画を確定し,それぞれの役割を進めている状況である。本研究の目的は,子供の認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」の在り方を,海外の複数の研究者らと協働し明らかにすることことであった。本研究を通して,子供が主体的に実験活動に取り組むための指導方法の開発に関して,日本のみならず国際的通用性のある示唆することが期待された。平成27年度には,認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」の研究枠組みの構築に取り組んだ。本研究を進めるに当たって,実験計画場面において,「科学的探究プロセスの認知的側面」が指すことを明確にする必要があった。そこで,実験方法の妥当性を中心に据えて認知的探究プロセスを整理した。

そして,実験計画において決定される変数や測定回数,測定範囲等は,絶対的な正解というものがなく,個々の生徒が有する価値基準に基づいてなされることに注目し,本研究における「科学的探究プロセスの認知的側面」の定義とした。平成28年度には,実験計画の学習場面における日本及び海外の中学生の認識に関する実態解明のための質問紙の作成,及び調査実施のための具体的な計画が行われた。本調査は,当初,日本とインドネシアのみで実施する予定であったが,研究結果の国際通用性のさらなる確保を目指し,フィリピンとタイとも共同研究を実施することにした。本研究の目的は,子供の認知的活動を促進する「実験計画の指導方法」の在り方を,海外の複数の研究者らと協働し,明らかにすることであった。本研究を通して,子供が主体的に実験活動に取り組むための指導方法の開発に関して,日本のみならず国際的通用性のある示唆をすることが意図された。生徒実験活動では,教師が細部まで決めた実験活動に生徒が従うということが一般的で,生徒が受け身的に実験活動に取り組むことが問題視されてきた。そこで,生徒自身で実験方法を決定する必要のある実験活動に取り組む際の生徒の認識や実験計画能力を明らかにすることを目的に実態調査を行い,生徒実験活動の改善のための示唆を行った。第一に,本年度実施予定の中学校教員及び生徒の認識調査について共同研究者とその詳細を議論する。もし,先方の都合により,来日し同じ授業を観察することによって調査計画を立てることが困難な場合は,メールやスカイプを効果的に使用し,議論する。第二に,その議論を踏まえ,具体的な調査質問項目を作成し,調査を実際に実施する。調査実施時期については調査校の都合を第一にする。質問項目は英語に翻訳することにより,共同研究者間で共有を図るとともに,クリアな質問項目にする。第三に,教師に実際に指導案を作成してもらい,教師の認識が指導案にどのように具現化されるのか分析する。第四に,指導案を基に実践される授業を参与観察し,実際の授業と指導案との関係性を検討する。授業後には教師に半構造化されたインタビューを実施することにより,教師の評価も分析する。平成28年度に修正し策定された調査研究計画に従い,インドネシア,フィリピンの共同研究者とともに進めていくことになる。具体的には,日本でこれまでなされてきた,実験活動の実施に関する基礎的調査を基に,インドネシア,フィリピンでの調査質問項目を完成させる。言語や教育文化の違いに留意し,質問項目のニュアンスには細心の注意を図る。この基礎的な調査を基に,本研究の核心部分に迫る調査項目を完成させる。教師は実験計画をどのような教授学習プロセスとして捉え,また子供はどのようなものと捉え,実際にどのように取り組んでいるのかを明らかにする。この調査の結果から,実験計画場面における実験活動の指導方法の改善に資する方策を見いだすことができると期待している。それぞれの国での調査の実施は,基本的にそれぞれの国の研究者が実施することとしたため,調査方法の具体的な手順などについては今後検討するものである。