hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
正確な血管厚み情報を含んだ脳動脈瘤の破裂予測システムの構築

本研究は長年構築された脳動脈瘤破裂予測シミュレーション技術をベースに,脳動脈瘤の血管弾性を考慮した血流シミュレーション技術を構築し,高度な画像処理技術を用いて正確に計測された血管の厚み情報を含んだ脳動脈瘤の固・液連成シミュレーションシステムを開発する.具体的には血流シミュレーション技術を中心とし周辺研究組織の持つ技術を有機的に組み込むことで,取得される高度に再現された患者瘤内流れ情報を用いることで,患者の診断・治療支援技術を確立し臨床への直接的なフィードバックを目指している。本研究では,本研究の代表者が長年構築された脳動脈瘤破裂予測シミュレーション技術をベースに,脳動脈瘤の血管弾性を考慮した血流シミュレーション技術を構築し,高度な画像処理技術を用いて正確に計測された血管の厚み情報を含んだ脳動脈瘤の固・液連成シミュレーションシステムを開発する.具体的には血流シミュレーション技術を中心とし周辺研究組織の持つ技術を有機的に組み込むことで,取得される高度に再現された患者瘤内流れ情報を用いることで,患者の診断・治療支援技術を確立し臨床への直接的なフィードバックを目指している。22年度の具体的に達成した成果は:・4D-CTを利用して、脳動脈瘤の患者の時系列の画像データを集めることができ、本研究のシミュレーションを行うための適切な脳動脈瘤臨床例を準備できた。・脳動脈瘤の血管厚み計測:画像データをSIMENSに渡し、瘤と親血管の血管厚みの計測を開始した。・血管厚みを含めるFSIシミュレーション手法の構築:FSIの解析手法の開発ができ、シドニーの計算流体力学の学会(WCCM2010)で発表した。・シリコンモデルによる血管厚み計測技術の正確性確認:脳動脈瘤のシリコンを早稲田大学で制作でき、シリコンモデルを用いて血管の弾性率の計測も行い、in-vitroの脳動脈特性パラメータを得られた。以上の成果により、血管厚みを含めた血流シミュレーション技術を構築,予測される正確な物理特性と脳動脈瘤の血管厚みの影響について定量FSIシミュレーションを行うことが可能になった。23年度の具体的に達成した成果は:・4D-CTを利用して、脳動脈瘤の患者の時系列の画像データを集めることができ、本研究のシミュレーションを行うための適切な脳動脈瘤臨床例を準備できた。・脳動脈瘤の血管厚み計測:画像データをSIEMENSに渡し、瘤と親血管の血管厚みの計測を開始した。・血管厚みを含めるFSIシミュレーション手法の構築:FSIの解析手法の開発ができ、南アフリカの国際脳神経学会(WFINT2011)で発表した。・シリコンモデルによる血管厚み計測技術の正確性確認:脳動脈瘤のシリコンを早稲田大学で製作でき、シリコンモデルを用いて血管の弾性率の計測も行い、in-vitroの脳動脈特性パラメータを得られた。平成23年度は第2段階として平成22年度の研究をひき続き、固・液連成シミュレーションを構築でき、臨床のデータベースから血管の厚み測定技術を構築し推進されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の方針として、今年度構築できた固液連成シミュレーションを用いて、脳動脈瘤の患者データをベースに計測された血管の厚みを解析に導入し、血管の弾性および厚みを考量する脳動脈瘤の血流シミュレーションを行う予定とします。
強誘電体モルフォトロピック相境界近傍の異方性と不安定性による巨大圧電応答機構

本研究の目的は、複合ペロブスカイト型強誘電体Pb(Znl/3Nb2/3)03-PbTio3(PzN-PT)混晶の平均構造としての安定相を明らかにすることである。本研究では、誘電体試料にDCバイアス電圧800Vを印加した状態で100Hz-lMH2の誘電分散が測定できる装置を立ち上げた。PZN-PT結晶の[001],[011],[111]方向に電場を印加して、温度電場相図を明らかにした。[001]方向では、比較的小さな電場によって臨界点が現れることを実験的に見いだした。同一の組成の結晶であっても、電場印加方向によって、温度電場相図の様子が著しく違うことを明らかにした。ペロブスカイト型酸化物強誘電体混晶であるPb(Zn_<1/3>,Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PZN-PT)とPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO3(PMN-PT)は,現在知られている強誘電体中で最も高い電気機械結合係数を示す物質であり,実際に医療用高感度圧電デバイス材料として実用化されている.申請者は,既に,この物質の巨大な誘電圧電応答の起源はモルフォトロピック相境界(MPB;Morphotropic Phase Boundary)近傍の性質によることを,電気的測定及び光散乱によって明らかにしている.本研究では,外場の効果と異方性,および分極を誘起する格子振動の問題を実験によって定量的に解明し,巨大誘電圧電応答の本質に迫り巨大応答の学理を構築し,材料開発の基礎を築くことを目的として研究を行っている.平成22年度,本研究では,ペロブスカイト型強誘電体の異方性を明らかにするために,PZN-PT単結晶の[001],[011],[111]方向に電場を印加して,温度電場相図を調べた.その結果として,電場印加方位に依存して、相図の様子が大きく変化することと、[001]方向では,比較的小さな電場によって臨界点が現れることを明らかにできた.小さな電場で臨界点が現れるということは、PZN-PT混晶の強誘電性相転移が元々2次転移に近いことを意味しており,このことは,大きな誘電圧電応答の原因のひとつになっていることがわかった.Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PZN-PT)とPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)に,現在知られている強誘電体中で最も高い電気機械結合係数を示す物質であり,実際に医療用高感度圧電デバイス材料として実用化されている.申請者は,既に,この物質の巨大な誘電圧電応答の起源はモルフォトロピック相境界(MPB;Morphotropic Phase Bounday)近傍の性質によることを,電気的測定及び光散乱によって明らかにしている.本研究では,外場の効果と異方性,および分極を誘起する格子振動の問題を実験によって定量的に解明し,巨大誘電圧電応答の本質に迫り巨大応答の学理を構築し,材料開発の基礎を築くことを目的として研究を行っている.平成22年度,本研究では,ペロブスカイト型強誘電体の異方性を明らかにするために,PZN-PT単結晶の[001],[011],[111]方向に電場を印加して,温度電場相図を調べるための装置の作製を行った,これによりDCバイアス電圧800Vを印加した状態で誘電分散の測定が可能になった.平成23年度は、前年度に引き続き、PZN-PT単結晶の温度電場相図を明らかにする実験を行ってる.その結果,[001]方向では,比較的小さな電場によって臨界点が現れることを明らかにできた.小さな電場で臨界点が現れるということは、PZN-PT混晶の強誘電性相転移が元々2次転移に近いことを意味しており,このことは,大きな誘電圧電応答の原因のひとつになっていることがわかった.Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PZN-PT)は、現在知られている強誘電体中で最も高い電気機械結合係数を示す物質であり、実際に医療用高感度圧電デバイス材料として実用化されている。申請者は、この物質の巨大な誘電圧電応答の起源はモルフォトロピック相境界(MPB; Morphotropic Phase Boundary)近傍の性質によることを電気的測定及び光散乱によって明らかにしている。

本研究では、外場の効果と異方性の問題を実験によって定量的に解明し、巨大誘電圧電応答の本質に迫り巨大応答の学理を構築し、材料開発の基礎を築くことを目的として研究を行っている。研究初年度(H22)、本研究では、ペロブスカイト型強誘電体の異方性を明らかにするために、PZN-PT結晶の[001], [011], [111]方向に電場を印加して、温度電場相図を調べるための装置の作製を行った。これによりDCバイアス電圧800 Vを印加した状態で誘電分散の測定が可能になった。平成23, 24年度は、初年度に引き続き、PZN-PT単結晶の温度電場相図を明らかにする実験を行っている。その結果、[001]方向では、比較的小さな電場によって臨界点が現れることを明らかにできた。同じ組成の結晶であっても、[001], [011], [111]方向によって、温度電場相図の様子が著しく違うことを明らかにした。昨年度,装置の作製が終了し,その装置を使用した測定を行うことが出来た.その結果、新たな知見が得られている.24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、PZN-xPT単結晶の組成x=4.5,8,9%の温度電場相図が完成し,成果報告の準備を始めている。今後は、試料の組成依存性を明らかにして行きたい。また,本研究によってPZN-xPTの特性を解明するときに,異方性の問題が重要であることが明らかになった.この異方性の問題解明にも挑戦して行きたいと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。
人工関節材料のトライボ特性に及ぼす生体環境因子及び力学因子の影響の統一的評価

本年度は人工関節材料のトライボ特性に影響を及ぼす力学因子として,接触面圧と共に材料表面に生じる滑り運動の方向性に着目し,これらの影響を評価することが可能な摩擦・摩耗試験機の製作,及びその試験機を用いた力学因子の影響の実験的評価を行った.試作したピン・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験機では,ディスク試験片を取り付けた液漕の両端をリニアガイドで保持し,液漕基部に設けたクランク機構によってこれを駆動することにより,ディスク試験片が負荷アームに固定されたUHMWPEピン試験片を中心とした公転運動を行う.これによりピン/ディスク間に生じる滑り運動の方向を,UHMWPEビン表面に対して連続的に変化させることが可能である.制作した試験機により得られたUHMWPEピンの比摩耗量は,接触面圧5MPaにおいて2.0×10^<-7>mm^3/Nmとなり,従来の一方向滑り摩耗試験での結果(10^<-8>mm^3/Nm程度)と比較し,より生体内で観察される値(10^<-6>mm^3/Nm)に近いものとなった.またAFMによるUHMWPE摩耗表面の微視的構造観察では,一方向滑り試験後に見られる方向性を持った摩耗パターンに変わり,フィブリル上の形態が認められた.これらの結果は滑り運動の多方向性という力学因子が,生体内におけるUHMWPEの摩耗機構に対し大きな影響を持つことを示すものと思われる.また,蒸留水を潤滑液とした場合と比較し,牛血清を潤滑液とすることにより,UHMWPEの摩耗が増加することが定量的に確認された.実験後のUHMWPE表面のXPS分析の結果から,血清中の蛋白に起因すると思われる窒素及び硫黄がポリエチレン表面に取り込まれ,同時に酸素含有量が増加していることが確認されたことから,蛋白質等の生体環境因子とポリエチレン分子間に相互作用が存在し,結果として酸化が促進され,物性の低下と摩耗の増加を招いたものと考察される.本年度は超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)について,その摩擦・摩耗挙動に与える血清蛋白質,リン酸イオン等の生体環境因子の影響を実験的に評価した.UHMWPEは,現在もっとも広く臨床に用いられている人工関節材料の一つであり,またその摩耗が人工関節の寿命を制限する大きな要因となっていることが指摘されている.実験にはピン・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験機を用い,潤滑液として生理食塩水及びリン酸塩を含んだリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用い,リン酸塩の有無による摩擦・摩耗への影響を評価するとともに,これら溶液に血清蛋白質であるアルブミン及びγグロブリンを添加していくことにより,その個々の成分の影響を評価した.また生体内環境にもっとも近いと思われる血清を潤滑液とした実験を行い結果を比較した.実験の結果,生理食塩水中に添加された血清蛋白質は,UHMWPEとセラミックスあるいは耐食性金属との間の摩擦を著しく上昇させた.このときUHMWPEは特異なパターン状摩耗を起こしていることが表面観察より明らかとなった.またリン酸塩を含んだPBS中では摩擦・摩耗ともに小さく,リン酸塩がUHMWPEに対し保護作用を示したものと思われる.さらに血清蛋白質をPBS中に添加した場合,生理食塩水中に添加した際に見られたような摩擦の上昇は見られず,これは溶液中のリン酸イオンが蛋白質による影響を抑制したためと考えられる.蛋白質を添加したPBS中での摩擦挙動は血清中での摩擦挙動に近くなるものの,表面観察から考察される摩耗形態には両者の間で大きな違いが見られた.FTIRによる測定の結果,血清中で摩耗したUHMWPE表面は,他の溶液中で摩耗したものと比較し酸化劣化の度合いが大きく,これが摩耗形態の相違と関連するものと思われる.今後血清中のいかなる成分が酸化に関与したかを特定していく予定である.本年度は人工関節材料のトライボ特性に影響を及ぼす力学因子として,接触面圧と共に材料表面に生じる滑り運動の方向性に着目し,これらの影響を評価することが可能な摩擦・摩耗試験機の製作,及びその試験機を用いた力学因子の影響の実験的評価を行った.試作したピン・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験機では,ディスク試験片を取り付けた液漕の両端をリニアガイドで保持し,液漕基部に設けたクランク機構によってこれを駆動することにより,ディスク試験片が負荷アームに固定されたUHMWPEピン試験片を中心とした公転運動を行う.これによりピン/ディスク間に生じる滑り運動の方向を,UHMWPEビン表面に対して連続的に変化させることが可能である.制作した試験機により得られたUHMWPEピンの比摩耗量は,接触面圧5MPaにおいて2.0×10^<-7>mm^3/Nmとなり,従来の一方向滑り摩耗試験での結果(10^<-8>mm^3/Nm程度)と比較し,より生体内で観察される値(10^<-6>mm^3/Nm)に近いものとなった.またAFMによるUHMWPE摩耗表面の微視的構造観察では,一方向滑り試験後に見られる方向性を持った摩耗パターンに変わり,フィブリル上の形態が認められた.

これらの結果は滑り運動の多方向性という力学因子が,生体内におけるUHMWPEの摩耗機構に対し大きな影響を持つことを示すものと思われる.また,蒸留水を潤滑液とした場合と比較し,牛血清を潤滑液とすることにより,UHMWPEの摩耗が増加することが定量的に確認された.実験後のUHMWPE表面のXPS分析の結果から,血清中の蛋白に起因すると思われる窒素及び硫黄がポリエチレン表面に取り込まれ,同時に酸素含有量が増加していることが確認されたことから,蛋白質等の生体環境因子とポリエチレン分子間に相互作用が存在し,結果として酸化が促進され,物性の低下と摩耗の増加を招いたものと考察される.
生体関連分子の機能発現に対する溶媒効果の分子論的研究

1.アルコール添加により形成されるβ-ラクトグロブリン(BLG)ゲルの構造とダイナミクスを中性子小角散乱および中性子スピンエコーによって研究した。エタノール濃度が20体積%まではBLGはモノマーで存在しているが、30体積%を超えると会合した。これは、BLGがα-ヘリックス-リッチ構造に変化するエタノール組成と一致した。また、TFEについても同様に、会合状態と二次構造変化の間でよい相関が得られた。エタノール、TFEのいずれの揚合もアルコール添加とともに、BLGの運動は急激に遅くなった。会合体のダイナミクスについても二次構造変化とよい相関があることを示した。2・希薄BLGの水、エタノールー水、ならびにTFE-水各混合溶媒の非干渉性中性子散スペクトルを測定した。スペクトルは局所的な速いモードとび依存性を示す遅いモードに分離された。純水中より混合溶媒中では、二つのモードの緩和は遅く、平均自乗変位は小さいことが示された。の結果は混合溶媒中では、純水中に比べてBLGの取り得るコンフォメーションが制限されることを示しており、BLGの最安定構造に到達できず、その結果、ミスフォールドを生じるというアルコール変性についての一つの機構を提案した。3.我々がデザインした人工タンパク質Amyloidgenesin-Met(以下AG-Met)について、蛍光タンパクGFPを融合させたAGMet-GFPを細胞内に導入し発現させたところ.蛍光顕微鏡観察で胞質中にドット状に会合したタンパク質がみられた.このものは、チオフラビンTで染色さることから、アミロイド様線維であることが分かった。しかし、顕著な細胞毒性が見られかったことから、このアミロイド繊維は,直接細胞死に関係のないことが示唆された。生体関連分子は両親媒性物質であり、構成アミノ酸の疎水性-親水性バランス(HLB)が水中での超構造形成や機能発現に関わっている。一方、アルコールも両親媒性物質であり、その水溶液の物性はHLBに基づいている。本研究では、フルオロアルコール-水混合溶液中の溶媒クラスター構造、フルオロアルコール水溶液中の合成モデルペプチドの二次構造変化、合成ペプチドのアミロイド線維形成について研究して、以下の成果を得た。1.X線回折、同位体置換中性子回折、小角中性子散乱、NMR緩和法、質量スペクトル法により、トリフルオロアルコール(TFE)-水およびヘキサフルオロアルコール(HFIP)-水二成分溶液の構造と動的性質を明らかにした。TFE組成が0.2モル分率付近、HFIP組成が0.1モル分率付近で溶媒クラスターは四面体類似の水構造から鎖状のアルコール構造への転移が起こることが明らかになった。この構造転移が起こる組成ではタンパク質のα-ヘリックス構造転移が起こることとよい相関が見られた。2.Full Sequence Design-1(24残基)の一部(14残基)を固相合成法により合成し、TFE-水混合溶媒中でCD測定を行なった。純水中ではランダム構造をとるが、TFE濃度0.2モル分率付近でα-ヘリックスが形成された。混合溶液中のアルコールクラスターがペプチドの二次構造変化の原因であることを結論した。3.脂溶性中心を持ちその周りを両親媒性ヘリックスペプチドが取り巻くデザインタンパク質が、熱によりαヘリックスからβ構造へ転移してアミロイド線維を形成することを見い出した(アミロイドゲネシン[AG]と命名)。さらに生体内ストレスによって引き起こされる酸化的・pH変化により、繊維構造を形成するタンパク質(Ag-Met)をデザインし、合成に成功した。また、これらのペプチドのX線小角散乱測定から慣性半径など構造情報を明らかにした。水溶液中におけるタンパク質やペプチドのアルコール変性現象やアミロイド線維形成は、構成しているアミノ酸の疎水性-親水性バランス(HLB)と溶媒のHLBとが相互に影響し合う結果発現する。本研究では、種々のアルコール-水混合溶液の溶媒クラスター構造変化、アルコール-水混合溶液中における合成ペプチドの二次構造変化、およびin vitro的に熱又は化学変性によりアミロイド様繊維を形成する人工蛋白質amyloidgenesin (AG)について、以下の成果を得た。1.X線回折、同位体置換中性子回折、分子動力学計算により、1-プロパノール(1-Pr)-水、トリフルオロエタノール(TFE)-水混合系およびヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)-水混合系のミクロ構造を決定した。いずれの系においても、アルコール濃度が増加するにつれて、水-水およびアルコール-水間の水素結合は強化されること、特定のアルコール組成で四面体氷類似構造からアルコールの鎖状構造への構造転移が起こること、1-Pr < TFE < HFIPの順にその効果が強くなることを明らかにした。これらの溶媒構造変化からタンパク質のアルコール変性を考察した。2.10残基のペプチドについて、水中ならびにエタノール中において、溶媒分子をあらわに取り込んだレプリカ交換分子動力学計算を行った。モデルペプチドの慣性半径および分子内水素結合の数を計算した結果、エタノール中ではモデルペプチドは極性の側鎖同士が接近したコンパクトな構造をとりやすいことが分かった。これらの結果からペプチドのアルコール変性機構を分子論的に考察した。3.AGのアミロイド線維形成過程と細胞毒性の関連を調べたところ、初期課程では毒性の上昇がみられ、その後毒性の低下が見られた。しかし、アミロイド線維を形成しないAG誘導体では毒性は見られなかった。この事から、細胞毒性はアミロイド形成時のAGの凝集様式にあると考察した。

in vitroでは、AGのアペプチド鎖中に配置したMet残基が酸化されることにより、α-helix構造からβ-sheet構造へと転移しアミロイド様構造を形成するAmyloidgenesin-Met(以下AG-Met)をデザインした。本研究では、種々のアルコール-水混合溶液中の溶媒クラスター構造とダイナミクス、細孔中に閉じ込めた水やアルコールの構造とダイナミクス、アルコール水溶液中の合成モデルペプチドの溶媒和構造と二次構造変化、合成ペプチドのアミロイド線維形成について研究して、以下の成果を得た。(1)メタノール-水、エタノール-水、2-プロパノール-水2成分溶液、トリフルオロアルコール(TFE)-水2成分溶液、ジメチルスルホキシド(DMSO)-水2成分溶液では、特有の組成おいて水クラスターからアルコール/DMSOクラスターへの構造転移が起こることを明らかにした。これらの混合溶媒中における10および17残基モデルペプチドを合成して、その2次構造変化が溶媒クラスター構造変化と密接な相関があることを明らかにした。さらに、レプリカ交換分子動力学法によりペプチドの溶媒和構造を明らかにしてアルコール誘起構造転移機構を考察した。(2)親水性界面をもつMCM-41メソ細孔や五酸化バナジウム層構造中に閉じ込めた水やメタノールの構造とダイナミクスを調べた結果、水やメタノールは親水性界面と強い水素結合を形成して、バルクの水素結合ネットワークが歪んでいること、また、水の併進運動はバルクに比べて0.40.6倍減少していることが明らかになった。(3)アミロイド様繊維を形成する7残基ペプチドを合成して、DMSO添加によるアミロイド線維溶解機構を考察した。また、アミロイド線維形成ペプチド鎖中に、Met残基を導入し、酸化することにより、α-helix構造からβ-sheet構造へと転移しアミロイド様構造を形成する人工タンパク質(以下AG-Met)をデザインした.さらにそれが、安定且つ継代して細胞質に局在して発現しうる細胞系の構築に成功した。タンパク質やペプチドのミスフォールディングにより生成するアミロイド線維は、酸化ストレスなどの外的因子や溶媒とペプチドの親水性一脂肪親和性バランス(HLB)の織り成す作用により、α-ヘリックスからβ-シート構造への二次構造転移が重要であると考えられる。本研究では、アミロイド線維形成機構を明らかにするために、アルコール水溶液のHLB変化によるタンパク質やペプチドの構造とダイナミクスに対する溶媒効果を調べた。また、タンパク質界面の水モデルとして、親水性界面をもつMCM-41と疎水性界面の活性炭細孔中に閉じ込めた水の熱力学性質と構造およびダイナミクスを明らかにした。さらに、酸化によりアミロイド線維を形成する人エタンパク質(amyloidgenesin)を設計して、マウス神経細胞中に導入してアミロイド線維形成やその細胞毒性を試みた。1.β-ラクトグロブリンをエタノールならびにトリフルオロエタノールと水の混合溶媒に溶解し、中性子散乱測定によりタンパク質の構造とダイナミクスに対するアルコールの効果を調べた。
強い温度勾配を有するマイクロ温度境界層の高速計測

高サブクール水中の薄膜伝熱面を直流電源を用いてステップ状に直接通電加熱する実験を行い,併せて沸騰開始前に形成される温度境界層ならびに過熱液層に関する数値計算を行った.沸騰開始時の気泡高さの高速度ビデオ画像(400fps)による計測結果と数値計算による過熱液層厚さを比較したところ,本計算による沸騰開始時の代表的液膜厚さ(25μm)と実測された初生時の気泡サイズは概ね一致した.また,沸騰開始条件が,初期サブクール度によらず,壁面過熱度ならびに過熱液層厚さによって与えられることを見出した.このような知見は原子炉の想定反応度事故における蒸気ボイドによる反応度抑制効果(ボイドフィードバック効果)の予測等のために有用な知見である.この結果については日本原子力研究所の研究委員会等で報告した.強い温度勾配を有するマイクロ温度境界層では,境界層を通過する光線が大きな屈折を受けるため,干渉計による計測は一般に困難である.本研究は,逆に屈折を利用して軸対象温度境界層の温度分布を測定するという着想に基づいている.屈折光の検出には直進参照光との干渉を用いる.当初からマイクロ温度境界層による実験を行うことは困難であるため,スケールアップした実験により成立性の確認を行うこととした.試験部は大気圧の空気中に設置した直径2mmのステンレス管であり,スイッチング回路に寄り急加熱した.He-Neレーザー(波長632.8nm)を,直径4.90mmの平行光とし,スプリッタによって分光された被検光を試験部にわずかに接するように調整した.試験部から比較的近い位置で参照光と干渉させれば,通常のマッハツェンダー干渉計と同様に直進成分の位相変化による干渉縞が得られるが,境界層厚さにくらべてはるかに大きな距離で屈折による影響が支配的となり,境界層外を直進する光との干渉によって,経路の温度分布に依存した干渉縞を生ずることを光線追跡計算と実験により確認した.本年度追加採用となり,伝熱面加熱用電源として100A容量のもの2基,光学機器(ブレッドボード,レンズ等支持具等),データ収録系(パソコン,DACボード,ソフト等)の発注,購入を行った.来年度よりこれらを用いた実験を開始する.既存の機材による研究として,高サブクール水中(サブクール度5080度)の薄膜伝熱面(厚さ20μmのステンレス箔をポリイミド樹脂系接着材により基板に固定したもの)を直流電源を用いてステップ状に直接通電加熱する実験を行い,併せて沸騰開始前に形成される温度境界層ならびに過熱液層に関する数値計算を行った.沸騰開始時の気泡高さの高速度ビデオ画像(400fps)による計測結果と数値計算による過熱液層厚さを比較したところ,本計算による沸騰開始時の代表的液膜厚さ(25μm)と実測された初生時の気泡サイズは概ね一致した.また,沸騰開始条件が,初期サブクール度によらず,壁面過熱度ならびに過熱液層厚さによって与えられることを見出した.このような知見は原子炉の想定反応度事故における蒸気ボイドによる反応度抑制効果(ボイドフィードバック効果)の予測等のために有用な知見である.この結果については日本原子力研究所の研究委員会等で報告した.さらに,レーザービームの屈折を利用して温度境界層の温度分布を逆解析により算出する方法についての予備実験を行った.手持ちの機材による実験であるため,レーザービームの径が温度境界層厚さに対して過大であり,屈折光の重心位置の変位は光線追跡法による計算結果に比べて過小となったが,少なくとも条件によってはこのような方法によって計測が可能であるという見通しが得られた.来年度より,干渉を利用した計測を試みる.高サブクール水中の薄膜伝熱面を直流電源を用いてステップ状に直接通電加熱する実験を行い,併せて沸騰開始前に形成される温度境界層ならびに過熱液層に関する数値計算を行った.沸騰開始時の気泡高さの高速度ビデオ画像(400fps)による計測結果と数値計算による過熱液層厚さを比較したところ,本計算による沸騰開始時の代表的液膜厚さ(25μm)と実測された初生時の気泡サイズは概ね一致した.また,沸騰開始条件が,初期サブクール度によらず,壁面過熱度ならびに過熱液層厚さによって与えられることを見出した.このような知見は原子炉の想定反応度事故における蒸気ボイドによる反応度抑制効果(ボイドフィードバック効果)の予測等のために有用な知見である.この結果については日本原子力研究所の研究委員会等で報告した.強い温度勾配を有するマイクロ温度境界層では,境界層を通過する光線が大きな屈折を受けるため,干渉計による計測は一般に困難である.本研究は,逆に屈折を利用して軸対象温度境界層の温度分布を測定するという着想に基づいている.屈折光の検出には直進参照光との干渉を用いる.当初からマイクロ温度境界層による実験を行うことは困難であるため,スケールアップした実験により成立性の確認を行うこととした.試験部は大気圧の空気中に設置した直径2mmのステンレス管であり,スイッチング回路に寄り急加熱した.He-Neレーザー(波長632.8nm)を,直径4.90mmの平行光とし,スプリッタによって分光された被検光を試験部にわずかに接するように調整した.試験部から比較的近い位置で参照

光と干渉させれば,通常のマッハツェンダー干渉計と同様に直進成分の位相変化による干渉縞が得られるが,境界層厚さにくらべてはるかに大きな距離で屈折による影響が支配的となり,境界層外を直進する光との干渉によって,経路の温度分布に依存した干渉縞を生ずることを光線追跡計算と実験により確認した.
メインバンクの機能の変化及びそのコーポレート・ガヴァナンスにおける意義

メインバンクは、日本の企業金融において主導的役割を果たしてきたとの認識が一般的である。また、メインバンク・システムは、日本型企業システムの基本的構成要素であり、他のシステム、労働、企業間取引等の機能とも密接な関係を持つとされている。既存の研究によれば、メインバンクは、企業のエイジェンシー・コストの削減等に一定の役割を果たしてきた。本研究においては、メインバンクの機能の時系列的な変化をとらえること、特に、銀行以外の資金調達手段としての社債市場へのアクセスが持つ意義に着目して分析した。その結果、メインバンクの機能は必ずしもこれまでの研究が示唆しているほど明確には確認できないこと、社債市場へのアクセスの存在が一定の意味を持ち投資需要に関する内部資金制約を緩和すること等が確認できた。また、興味深い事実として、最近時点のように経済状況が良くない場合の方が、メインバンクの存在により企業が内部資金制約の緩和を実現できることが判った。ただし、この場合において、メインバンクを有する企業の方がそうでない群に比べて経営状態が良くない等のサンプル・セレクション・バイアスが生じている可能性があり、この点を考慮した分析も行った。いずれにせよ、今後は日本の銀行は、優良大企業対する貸付に依存することは難しく、中小企業向けを中心にした貸付の比重を増やす必要があると考えられ、真の意味での審査能力を身に付けることが必要となっている。I.今年度においては、二年間にわたる研究の一年目として、主に実証分析に必要なデーター・セットの構築を行った。1.データソース;(1)標本企業の財務データに関しては、政策投資銀行(旧日本開発銀行)の「企業財務データバンク」を、(2)金融機関との取引状況(融資比率、持株比率、役員派遣の状況)に関しては、東洋経済新報社「企業系列総覧」を用いた。2.対象業種;機械産業等の重化学工業に属する企業である。3.取得データの種類;(1)企業の財務データ(分析に用いるもの)に関しては、設備投資額(有形固定資産残高等)、資本ストック(有形固定資産残高)、借入残高(銀行借入、社債残高等)、内部資金関連(純利益、減価償却計上額等)、資本の限界効率関連(資産合計、営業利益)、資本コスト関連(有担保コール・レート翌日物)、直接調達ダミー(社債発行市場へのアクセス)、純資産額(資産合計)、自己資本比率関連(資本合計、資産合計)、純資産倍率関連(資本合計、資本金)、使用総資本事業利益率関連(営業利益、受取利息・割引料等)及びinterest coverage ratio関連(営業利益、受取利息・割引料等)である。(2)メインバンク・ダミーに関しては、金融機関との取引状況データに関係するものとして、融資首位行の融資シェア、融資首位行の株式保有シェア及び融資首位行からの役員派遣数を収集した。4.データ取得期間と対象企業数は、全体で、財務データに関しては、19561998年度で470社、金融機関との取引状況データに関しては、年次、データの種類によって違いがあり、最小で1958年の68件、最大で1974年以降の期間の470件である。II.実証分析のモデルに関しては、内部資金制約の緩和に関するメインバンクの機能について検証する方向であり、その際には、最近しばしば指摘されている銀行の経営状態と企業の資金アベイラビリティとの関連に関しても分析を行えるようにしたいと考えている。I.今年度においては、以下のデータを用いて実証分析を行った。3.取得データの種類;

(1)企業の財務データ(分析に用いるもの)に関しては、設備投資額(有形固定資産残高等)、資本ストック(有形固定資産残高)、借入残高(銀行借入、社債残高等)、内部資金関連(純利益、減価償却計上額等)、資本の限界効率関連(資産合計、営業利益)、資本コスト関連(有担保コール・レート翌日物)、直接調達ダミー(社債発行市場へのアクセス)、純資産額(資産合計)、自己資本比率関連(資本合計、資産合計)、純資産倍率関連(資本合計、資本金)、使用総資本事業利益率関連(営業利益、受取利息・割引料等)及びinterest coverage ratio関連(営業利益、受取利息・割引料等)である。(2)メインバンク・ダミーに関しては、金融機関との取引状況データに関係するものとして、融資首位行の融資シェア、融資首位行の株式保有シェア及び融資首位行からの役員派遣数を収集した。4.データ取得期間と対象企業数は、全体で、財務データに関しては、19561998年度で470社、金融機関との取引状況データに関しては、年次、データの種類によって違いがあり、最小で1958年の68件、最大で1974年以降の期間の470件である。これらをパネル化した結果、全サンプル数は、13,318に上った。II.実証分析のモデルに関しては、内部資金制約の緩和に関するメインバンクの機能について検証した。
炭酸ガスを利用した難治性骨折の新規治療法開発

難治性骨折の新規治療法を開発するべく動物実験を行った。ラットの大腿骨に骨欠損を作成し、炭酸ガス経皮吸収を行う群と行わない群で治癒過程を比較検討した。X線学的、組織学的に骨癒合を評価、新生骨の骨密度を測定し、摘出大腿骨の力学的強度を評価した。その結果、炭酸ガス経皮吸収を行うと軟骨内骨化が加速され、治癒が促進されることが分かった。炭酸ガス経皮吸収は、実臨床で治癒促進手段が少ない難治性骨折において新たな治癒促進法になり得る有望な治療法であることが示唆された。われわれはこれまでにラットを用いた研究で、炭酸ガス経皮吸収療法を行うと骨折治癒が促進されることを報告している。本研究の目的は、炭酸ガス経皮吸収療法の難治性骨折治療への有効性、また、その至適治療条件を検討することである。難治性骨折とは、骨折部の悪条件によって治癒しにくい骨折のことであり、臨床において大きな問題となる。交付申請書に記載した平成26年度の研究計画は、高エネルギー外傷による難治性骨折を模した動物モデルを作成し、これに対する炭酸ガス経皮吸収療法の有効性、至適治療条件を検討することであった。高エネルギー外傷による骨折部の悪条件を模するため、骨膜損傷と骨欠損という二種類の条件を設定した。本年度における成果として、これら二種類の難治性骨折を模した動物モデル作成手段を確立した。骨膜損傷モデルでは、ラットの大腿骨に三点曲げ外力にて骨折を作成してKirschner鋼線で髄内釘固定後、骨折局所を切開・展開し、周囲軟部組織を剥離、骨膜を焼灼することで再現性のある動物モデル作成手段を確立できた。骨欠損モデルでは、ラットの大腿骨骨幹部を骨切りして骨欠損を作成し、その近位と遠位を創外固定器で架橋固定することで再現性のある動物モデル作成手段を確立できた。この際、ラットの骨の大きさに適合する創外固定器作成において試行錯誤し、自作、開発することができた。また、4mm以上の骨欠損であると何らかの治療介入なしには骨癒合しないことを確認した。これらの動物モデルを確立することまでは達成できたが、これらの骨治癒過程に対する炭酸ガス経皮吸収療法の効果を検討する段階にまでは至っておらず、次年度に実施する予定である。昨年度の研究実績として、高エネルギー外傷による難治性骨折を模した動物モデルとしてラット骨欠損モデルを確立した。これはラットの大腿骨骨幹部で骨切り、骨切除を行い、ラット大腿骨固定用に特別に作成した創外固定器を用いて骨欠損を架橋して固定する動物モデルである。再現性ある動物モデルを確立できたので、平成27年度には、この動物モデルに炭酸ガス経皮吸収を行うことで骨再生、治癒が促進されるかどうかを検討した。ラットの大腿骨中央部に幅1mmの全層骨欠損を作成し、炭酸ガス経皮吸収を行う群と行わない群で骨再生、治癒の過程を比較検討した。炭酸ガス経皮吸収は、骨欠損作成手術後、週5日間、一日20分間行った。患肢に炭酸ガス経皮吸収を促進するハイドロジェルを塗布し、周囲密封空間に100%炭酸ガスを充満させる手法を用いた。ラットに麻酔を施さずとも炭酸ガス経皮吸収を行える、ラットを固定する装置を開発した。骨欠損作成手術後4週間まで経過観察を行った。1週間毎に単純X線写真撮影、マイクロCT撮影、組織学的評価を実施した。X線学的な骨癒合評価において、両群間に統計学的有意差を認め、炭酸ガス経皮吸収を行った群の方が骨欠損部の骨再生、骨癒合が促進されることを見出した。また、組織切片を作成しサフラニンO染色で評価すると、炭酸ガス経皮吸収を行った群の方が骨欠損部における軟骨形成、その後の軟骨吸収、それに続く骨再生が加速されていることが分かり、この骨再生促進は軟骨内骨化の加速によるものであることが分かった。われわれの先行研究において、炭酸ガス経皮吸収は軟骨内骨化の加速を介して骨折の治癒を促進することを報告している。これと同様の治癒促進作用を難治性骨折においても得られるかを調べることが本研究の目的であるが、骨欠損という介入なしでは治癒し難い動物モデルにおいても、炭酸ガス経皮吸収を行うことで骨再生を促進できることを明らかにできた。また、その機序は仮説の通り軟骨内骨化の加速であることも見出すことができ、満足できる結果であると考えている。平成28年度には、ウサギの脛骨骨延長モデルを確立した。ウサギの脛骨に創外固定器を装着し、架橋固定している部分で骨切りを行った。1日1mmで10日間、計10mmの骨延長を行った。しかし創外固定器の逸脱、骨折、変形といった不具合を経験したため、創外固定ピンの数を増やす、創外固定器設置位置を変える、骨切り位置を変える等の試行錯誤を行った。その結果、再現性の高い脛骨骨延長モデルを確立することができた。この動物モデルを用いて炭酸ガス経皮吸収を行い、骨延長による骨再生が促進されるか否かの検討は今後の研究課題となる。研究期間全体において、ラット難治性骨折モデルを確立し、この骨再生、治癒が炭酸ガス経皮吸収によって促進されることを見出した。この難治性骨折モデルは高エネルギー外傷による骨欠損を模したモデルであり、臨床において治療に難渋する難治性骨折の研究手段として有用と考えられた。

また、ラットに麻酔を施さずとも炭酸ガス経皮吸収を行える、ラットを固定する装置を開発した。ラットの大腿骨中央部に全層骨欠損を作成し、炭酸ガス経皮吸収を行う群と行わない群で骨再生、治癒の過程を比較検討した。炭酸ガス経皮吸収は、骨欠損作成手術後、週5日間、1日20分間行った。患肢に炭酸ガス経皮吸収を促進するハイドロジェルを塗布し、周囲密封空間に100%炭酸ガスを充満させる手法を用いた。これらの手技は臨床で患者に適用するのと同様に実施した。平成27年度報告時よりも経過観察期間を延長し、骨欠損作成手術後8週間まで経過観察を行った。1週間毎に単純X線写真撮影、マイクロCT撮影、組織学的評価を実施した。X線学的な骨癒合評価において、両群間に統計学的有意差を認め、炭酸ガス経皮吸収を行った群の方が骨欠損部の骨再生、骨癒合が促進されることがわかった。また、組織学的にはこの骨再生促進は軟骨内骨化の加速を介している可能性が示唆された。難治性骨折の新規治療法を開発するべく動物実験を行った。ラットの大腿骨に骨欠損を作成し、炭酸ガス経皮吸収を行う群と行わない群で治癒過程を比較検討した。X線学的、組織学的に骨癒合を評価、新生骨の骨密度を測定し、摘出大腿骨の力学的強度を評価した。その結果、炭酸ガス経皮吸収を行うと軟骨内骨化が加速され、治癒が促進されることが分かった。炭酸ガス経皮吸収は、実臨床で治癒促進手段が少ない難治性骨折において新たな治癒促進法になり得る有望な治療法であることが示唆された。高エネルギー外傷による難治性骨折を模した動物モデル、すなわち骨膜損傷と骨欠損という二種類の動物モデル作成手段を確立することはできた。特に骨欠損モデル作成において、ラットの骨の大きさに適合する創外固定器は市販されておらず、試行錯誤することで自作せねばならず、これに時間と労力を要した。そのため、交付申請時に設定した、これらの動物モデルに対する炭酸ガス経皮吸収療法の効果を検討する段階にまでは到達することができなかった。骨の再生、骨欠損の治癒は画像評価、組織評価だけでは不十分で、骨の力学的特性の回復が得られているかも調べる必要がある。実験に供したラットの大腿骨を摘出し検体として保存しているので、今後はこれらを用い、力学的強度について調べる予定である。これによって骨再生のより詳細な評価ができると考えている。また、ウサギ脛骨での骨延長を行う動物モデルを用いて、炭酸ガス経皮吸収が骨延長による再生も促進することができるかも検討していく予定である。骨折治癒促進難治性骨折の動物モデル確立に時間を要したため、平成26年度においてこれらの骨治癒過程に対する炭酸ガス経皮吸収療法の効果を検討する段階にまでは至っておらず、次年度に実施する予定である。ラットに炭酸ガス経皮吸収療法を実施する手段は、われわれの研究グループにおいて既に確立しているため、今後は順調に研究が進行するものと考えている。研究計画の大幅な変更予定はない。ただし、今後、骨延長に対する炭酸ガス経皮吸収療法の効果を検討する際、骨延長に用いる創外固定器の問題から、使用動物はラットではなくウサギの方が良い可能性があり、その方向で対応していく予定である。実験必要物品購入費用が当初予定していたより抑えられたため若干の次年度使用金が発生した。
2-オキサゾリン類を出発原料とする新しい機能性高分子の合成

本研究は2-オキサゾリン類の開環重合ポリマ-が今までの高分子にはみられない種々の特性をもつことを利用して、新しい“複合材料"ならびに“複合化材料"の分子設計と合成を行うことを目的としている。まず、部分加水分解ポリオキサゾリンとビピリジル誘導体のカルボン酸をDCC存在下で反応させることにより、ビピリジル基のポリマ-への導入を行った。得られたポリオキサゾリンのビピリジル導入率は ́H-NMR及びUVにより決定した。いずれも良好な収率でビピリジル修飾ポリオキサゾリンが得られ、その導入率はプレポリマ-の加水分解率により制御することができた。次に、ビピリジル修飾ポリマ-の高濃度水溶液に鉄(II)塩の水溶液を加えると、数秒で紅赤色のゲル状化合物が生成した。このゲルは水中で数日間安定であり、ヒドロゲルとしての性質を示した。これはポリオキサゾリンのペンダントであるビピリジル配位子と金属イオンとの分子間での配位結合により、ゲルが生成したと考えられる。また、ビピリジルの導入率を変化させてゲルの合成を行ったところ、生成したゲルの吸水特性はビピリジルの導入率が大きくなるに従い低下した。すなわち、導入率によりこの架橋点間距離が制御され、導入率が小さい程吸水倍率が大きくなることがわかった。
体内時計の分子機構を基盤にした発癌機構の解明

生体には体内時計が存在し、睡眠・覚醒、体温、心拍数、血圧、ホルモン分泌および肝代謝等多くの生体機能に日周リズムが認められる。細胞動態にも日周リズムが認められるが、癌細胞では正常細胞とは異なる挙動を示す。一方、夜間勤務を行うことで生体リズムが変容し、発癌リスクが高まることが疫学で調査されている。また動物において飼育室の明暗環境を操作することにより腫瘍増殖が変化することから生体リズムと癌との関連が示唆されている。しかし、生体リズムが発癌過程に如何に関与しているのか明らかではない。そこで、本研究では発癌性物質として知られているニトロソアミンの一種Diethylnitrosamine (DEN)による肝発癌モデルラットを対象に、生体リズムを調節する時計遺伝子、DNA修復因子(MPG)およびアポトーシス関連因子(c-myc)の日周リズムが、発癌過程において如何に変容するか検討した。明暗周期(明期:7:0019:00)、自由摂食・摂水条件下1週間飼育した5週齢雄性F344 ratを使用した。まず、DEN誘発ラット肝発癌モデル構築のためDEN(80mg/l)を飲水投与した。肝障害の指標であるALT活性は、Control群と比較してDEN投与2週目に活性の上昇が始まり、投与前と比較して投与8週目に有意に上昇し、肝細胞癌が観察された。各種時計遺伝子のmRNA発現量およびタンパク発現量は、Control群と比較してDEN投与により日周リズムの位相や振幅が変容することが明らかとなった。またMPGおよびc-mycのmRNA発現量は、Control群と比較してDEN投与により日周リズムの位相や振幅が変容することが明らかとなった。本実験結果から、肝発癌過程において生体リズムを調節する時計遺伝子、DNA修復因子およびアポトーシス関連因子の日周リズムが、変容することが明らかとなった。これまでに時計遺伝子Per2欠損マウスにおいて発癌リスクが高まるとの報告や、生体リズムが変容することにより腫瘍増殖が促進するなどの報告がある。そのため、時計遺伝子リズムの変容が発癌過程において癌の進行に重要であると考えられる。生体には体内時計が存在し、睡眠・覚醒、体温、心拍数、血圧、ホルモン分泌、および肝代謝等多くの生体機能に日周リズムが認められる。そこで、本研究ではまず発癌性物質として知られているニトロソアミンの一種Diethylnitrosamine(DEN)を使用し、肝発癌モデルを構築した。次に生体リズムを調節する時計遺伝子の日周リズムが、発癌過程において如何に変容するか検討した。明暗周期(明期:7:0019:00)、自由摂食・摂水条件下1週間飼育した5週齢雄性F344ratを使用した。体重および生存率は、DEN投与6週目ではControl群と比較して、約10%の減少が認められた。投与10週目ではControl群と比較して、約20%の減少が認められた。

病理組織に関してDEN投薬では肝細胞癌および類洞が観察された。肝障害の指標であるALT活性は、DEN投与2週目にControl群と比較し活性の上昇が始まり、投与8週目に投与前と比較し有意な上昇が認められた。また各種時計遺伝子のmRNA発現量およびタンパク発現量はDEN投与により、Control群と比較して、日周リズムの位相や振幅が変容することが明らかとなった。本実験結果から、肝発癌過程において生体リズムを調節する時計遺伝子の発現が変容することが明らかとなった。これまでに時計遺伝子Per2欠損マウスにおいて発癌リスクが高まるとの報告や、生体リズムが変容することにより腫瘍増殖が促進するなどの報告がある。そのため、時計遺伝子リズムの変容が発癌過程において癌の進行に重要であると考えられる。生体には体内時計が存在し、睡眠・覚醒、体温、心拍数、血圧、ホルモン分泌および肝代謝等多くの生体機能に日周リズムが認められる。細胞動態にも日周リズムが認められるが、癌細胞では正常細胞とは異なる挙動を示す。一方、夜間勤務を行うことで生体リズムが変容し、発癌リスクが高まることが疫学で調査されている。また動物において飼育室の明暗環境を操作することにより腫瘍増殖が変化することから生体リズムと癌との関連が示唆されている。しかし、生体リズムが発癌過程に如何に関与しているのか明らかではない。そこで、本研究では発癌性物質として知られているニトロソアミンの一種Diethylnitrosamine(DEN)による肝発癌モデルラットを対象に、生体リズムを調節する時計遺伝子、DNA修復因子(MPG)およびアポトーシス関連因子(c-myc)の日周リズムが、発癌過程において如何に変容するか検討した。明暗周期(明期:7:0019:00)、自由摂食・摂水条件下1週間飼育した5週齢雄性F 344 ratを使用した。まず、DEN誘発ラット肝発癌モデル構築のためDEN(80mg/l)を飲水投与した。肝障害の指標であるALT活性は、Control群と比較してDEN投与2週目に活性の上昇が始まり、投与前と比較して投与8週目に有意に上昇し、肝細胞癌が観察された。各種時計遺伝子のmRNA発現量およびタンパク発現量は、Control群と比較してDEN投与により日周リズムの位相や振幅が変容することが明らかとなった。またMPGおよびc-mycのmRNA発現量は、Control群と比較してDEN投与により日周リズムの位相や振幅が変容することが明らかとなった。本実験結果から、肝発癌過程において生体リズムを調節する時計遺伝子、DNA修復因子およびアポトーシス関連因子の日周リズムが、変容することが明らかとなった。
ICT支援による応用言語学的研究の展開

本研究では、日本人学習者の外国語のコミュニケーション能力向上を目指して、ICT(情報通信技術)を利用したCALL(コンピュータ支援型語学教育)やe-ラーニングを含む応用言語学的研究を展開した。国際化時代に有効な会話主体の外国語教育支援システムの開発を推進し、良質で多様な言語文化の理解が可能なコンテンツの開発に基づきICT支援型の教材も作成した。研究成果の一部であるマルチメディア教材は希望する教育機関や研究機関に提供することができた。本研究は、日本人学習者の外国語のコミュニケーション能力向上を目指して、ICT(情報通信技術)、特に先端的な音声・言語情報処理技術を利用した次世代知的CALL(コンピュータ支援型語学教育)やe-ラーニングを含む応用言語学的研究を展開し、国際化時代に有効な会話主体の外国語教育支援システムを開発することを目的としている。近年の社会の国際化や高度情報化に伴って益々高まる傾向にある、外国語会話に対する社会の関心に対応し、かつ、大学を含む高等教育機関における人件費抑制の傾向や、外国語教育課目に必要な教員増が俄かには望めない現状、非常勤講師の削減が進む現状への対応をはかる事も目指している。初級や初中級レベルで、会話教育指導がインタラクティブに可能で、ある程度自動化を図ることができるコンピュータ支援型教育(CALL)やe-ラーニングを導入して、各学生のニーズや自律学習(自学自習)への意欲に応じた指導を行うことを目的としている。本研究では、日本人学習者の外国語のコミュニケーション能力向上を目指して、ICT(情報通信技術)を利用した次世代型のCALL(コンピュータ支援型語学教育)やe-ラーニングを含む応用言語学的研究を展開し、国際化時代に有効な会話主体の外国語教育支援システムを開発することを目的として研究を推進した。マルチリンガル言語データベースの構築では、初年度としては、英語や留学生用日本語教育に重点を置いて開発を進めたが、初習外国語教育でニーズの高い諸言語においても母語話者のマルチメディア言語データベースの構築を進めた。韓国・朝鮮語に関しては、マルチメディアCALL教材の作成を進めた。新年度に試行利用し問題点を洗い出して改良する予定である。言語データの収録は、既存設備であるマルチメデイア・スタジオおよび双方向ビーム・スタジオでの収録を中心に開発を進めた。単に音声の収録だけではなく、調音状況の再現が可能な映像付きのマルチメディア・言語データベースの作成を進めた。簡易学習者言語データベースにおいては、CALLシステムの利用者がシステムを利用する際に、データを収集し、蓄積した。ただし、希望者は個人のデータを蓄積せずに破棄できるように配慮した。社会の国際化や高度情報化に伴って、外国語会話に対する社会の関心は益々高まる傾向にあるので、会話教育指導がインタラクティブに可能なCALLやe-ラーニングを導入して、各学生のニーズや自律学習(自学自習)への意欲に応じた指導を可能にする本開発研究は、我が国の外国語教育の発展に寄与する重要な研究であり、学術的意義も社会的意義も大きいと思われる。平成21年度は研究計画の中間段階として位置付けられ、以下のような研究を推進した。音声、画像、映像などのマルチメディアを活用した応用言語学的コンテンツの開発を継続して推進し、日本の文化や伝統の発信に重点を置き、良質で多様な言語文化、異文化理解、異言語体験が可能なマルチメディアコンテンツの開発を進めた。マルチメディア・コンテンツに基づいて、実際の会話の場面をコンピュータ上に設定し、オリジナル・マルチメディア英語CALL教材の開発へと発展させた。開発したマルチメディア英語CALL教材は配布を希望する研究・教育機関に無償で提供した。これは、本科研費の助成による研究の成果を大学教育の枠内に閉じ込めず、高大連携や地域連携等を通じて、広く社会に還元する方策の実践の一環として行なったものである。また、英語に続いてドイツ語のマルチメディア・コンテンツの開発も開始した。さらに、学習者の会話を分析し、自動認識と自動評価を含んだ応答を行なうことによって、発信型語学能力を高めていくオリジナルな教材開発を目指して研究を推進した。これらの研究成果に基づいて、コミュニケーション能力の向上を目指して、外国語の受信能力と発信能力の両者の養成と改善を目指した次世代知的応用言語学システムの基本設計を行なった。研究成果の中間段階における成果に関して数次にわたって発表や検討を行なうと共に、プロトタイプの提供を希望する研究機関に無償で提供し、実際に利用してもらい、問題点を洗い出した。修正すべき点と変更すべき方針等を検討して、研究開発にフィードバックし、次年度の研究の改善に反映させる所存である。本研究では、日本人学習者の外国語のコミュニケーション能力向上を目指して、ICT(情報通信技術)、特に先端的な音声・言語情報処理技術を利用した次世代知的CALL(コンピュータ支援型語学教育)やe-ラーニングを含む応用言語学的研究を展開し、国際化時代に有効な会話主体の外国語教育支援システムを開発することを目的として、研究を推進した。マルチメディアを活用した応用言語学的コンテンツの開発に関しては、中国語及び英語、ドイツ語、タイ語、留学生日本語教育に重点を置いて開発を進め、良質で多様な言語文化、異文化理解、異言語体験が可能なマルチメディア・コンテンツの開発を行なった。構築したマルチメディア・コンテンツに基づいて、オリジナルなICT支援型の教材の開発を推進した。

学習者がコンピュータを介してインタラクティブに外国語運用能力を高めていくオリジナルな教材の開発を行なった。日本の地理や気候、文化や伝統、風習などをテーマにした教材の開発を進め、マルチメディアの特性を活かして、豊富な画像・映像や、臨場感に溢れ、学習者の興味を引き付ける場面設定を考慮して学習者の動機づけを高める側面にも留意したICT支援型の外国語教育教材や留学生用日本語教育教材の開発を行なった。また、先進的ICTを応用して、発話映像とスクリプトの自動同期を利用した外国語教育支援を提案した。これらの研究成果の社会的還元を目指して、研究成果を大学教育の枠内に閉じ込めず、広く社会への還元へと繋げることを試みた。今年度は高大連携をさらに発展させて地域連携へと進め、京都府教育センターや国立民族学博物館等に研究の過程で得られた成果の一部を提供した。