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西洋哲学におけるアイデアリズムの問題史的研究

またヘレニズム哲学、とくにストア派において、プラトンが真実性(イデア)とみなした普遍が、観念、思考の想念にすぎないものとなった過程についても研究を行った。(金山弥平)1カント理論哲学(先験哲学)の立場は内在論(経験内在論)であって、その点でカント以前および以後の超越論(経験超越論)とは異なるという立場から、研究を進め、その成果を論文にまとめるとともに、1998年8月10日から16日まで米国ボストンで開催された第20回世界哲学会議において`Kants Transzendentalphilosophie alsdie immanente ́を発表した。(黒積俊夫)2パスカルにおけるアイデアリズムを問題とした。デカルトの形而上学との比較の下に、観念、真理、確実性、心情、愛、神など、パスカル認識論の諸論点をとり上げた。メナール版による新テキストにより、最新の研究を踏まえて問題を分析・吟味した。その結果、パスカルのアイデアリズムの背景には確たる宗教的世界があることが確認された。(山田弘明)3 17世紀後半のイングランドの科学思想を、主観-客観図式の踏襲ないし批判にすぎない近代の哲学的認識論の定型とはまったく違う方向を目指したものとして捉えなおした。自我中心主義的に解釈されたデカルトにならって意識の志向性(観念の表現性)から知識の成立を分析する従来の立場では、科学的知識の成り立ちはほとんど説明することができず、科学を理解するためには認識論の自然化と社会化が不可欠である。今後この観点から、ジョン・ロックの自然主義の存在論を検討する予定である。(田村均)4プラトン『パイドン』のイデア論を中心に研究を展開、イデア原因論がまさにロゴス(思考、理性)の立場に立つとき、必然性をもって受け入れざるをえない仮設であること、またロゴスの立場に立って感覚を排除するとき、イデア分有原因論はプラトンが確実視するものではなく、従って究極的にはプラトンが認めるところではないこと、しかしなおそれを提示したことには理由があることを確認した。(金山弥平)1近世以降現代までの哲学史の流れの中で、かつ従来のカント研究史の批判的検討を通してカント哲学を考察し、カントの理論哲学は、〈内在論〉であって、〈超越論〉ではなく、倫理学(実践哲学)は〈実質的価値倫理学〉であって、〈形式的規範倫理学〉ではないとする新解釈を確立し、著書・論文・口頭発表を通じて公的に提唱した。(黒積俊夫)2とくに近世フランス哲学において、アイデアリズムの根幹をなす概念の歴史的分析を行った。すなわち、デカルトを中心とする17世紀のテキストによって、概念、思考、真理、確実性、神などのタームを歴史的に正確に捉え直し、近世的アイデアリズム理解の基礎を構築した。この作業によって、現代哲学の諸問題を解決する視野が開けてくるものと期待される。(山田弘明)3本年は、自己の認識の問題について特に考慮した。デカルトのコギト命題を経験論的に分析すると、自己の認識が、自分の身体の認知という水準と、社会的な役割の受容という水準に分割され、特に、「我あり」の不可疑性が、動物の生存における身体的自己認知の必然性に帰着することを見出した。(田村均)4プラトンのイデア論と善原因の関係についての考察を進め、(1)『パイドン』の善原
コオロギ胚発生における後方優位型の前後軸パターン形成メカニズムの解明

昨年度に引き続き,コオロギ胚発生において前後軸パターン形成に関与する遺伝子の発現パターンおよび機能の解析を行った.ショウジョウバエと異なる細胞環境における転写因子の分布パターンを明らかにするため,caudal(cad)やorthodenticle(otd)等の主要な遺伝子の胞胚期での発現パターンを解析するためのwhole-mount in situ hybridizationの技術を確立することに成功した.この技術を用い,otd遺伝子が初期胞胚期には比較的広範囲に発現し,やがて形成途中の胚原基の前方に発現が限局することを明らかにした.このことは胚原基が形成された段階で,すでに頭部の領域が決定されていることを示唆する.cad等他の遺伝子についてもデータを得ている.この成果について,日本発生生物学会,日本分子生物学会において発表し,現在論文を準備中である.一方,ショウジョウバエの脚のパターン形成に関与することが知られているextradenticle(exd),homothorax(hth)遺伝子について,RNAiによる機能解析を行ったところ,これらの遺伝子が,コオロギで体節形成に関与していることが明らかになった.特にexd遺伝子についてはギャップ遺伝子のレベルで働いていることを示した.この新規の知見はDevelopmental Biology誌に掲載された.コオロギ胚発生において前後軸パターン形成に関与する遺伝子の発現パターンおよび機能の解析を行った.前者については,ショウジョウバエと異なる細胞環境における転写因子の分布パターンを明らかにするため,caudal (cad)やorthodenticle (otd)等の主要な遺伝子について,リアルタイムPCRとin situ hybridizationを併用し,卵におけるmRNAの局在を解析した.これらのmRNAについて卵の前極あるいは後極側への局在を示すデータを得た.さらに詳しい解析を進めている.また,コオロギではこれまで技術的に困難であった卵のwhole-mount in situ hybridizationの方法を確立すべく,ハウスキーピング遺伝子(細胞質アクチン遺伝子)をポジティブコントロールとして実験を行った.その結果,少なくとも産卵後6時間の卵にっいてはin situ hybridizationによる解析が可能となった.今後この方法をさらに改良し,cadやotdの発現解析を行う予定である.さらに,RNAi法を用いてotdの機能解析を行い,頭部から腹部の一部までの形成にこの遺伝子が必須であることを明らかにした.さらにotdがギギップ遺伝子の一つであるKruppelの発現を正に調節していることもRNAiを用いた実験により明らかになった.本年度の研究により,コオロギの初期胚発生においてはcadやotd遺伝子の産物の局在が位置情報となり頭部,胸部の形成を制御している可能性が示唆された.昨年度に引き続き,コオロギ胚発生において前後軸パターン形成に関与する遺伝子の発現パターンおよび機能の解析を行った.ショウジョウバエと異なる細胞環境における転写因子の分布パターンを明らかにするため,caudal(cad)やorthodenticle(otd)等の主要な遺伝子の胞胚期での発現パターンを解析するためのwhole-mount in situ hybridizationの技術を確立することに成功した.この技術を用い,otd遺伝子が初期胞胚期には比較的広範囲に発現し,やがて形成途中の胚原基の前方に発現が限局することを明らかにした.このことは胚原基が形成された段階で,すでに頭部の領域が決定されていることを示唆する.cad等他の遺伝子についてもデータを得ている.この成果について,日本発生生物学会,日本分子生物学会において発表し,現在論文を準備中である.一方,ショウジョウバエの脚のパターン形成に関与することが知られているextradenticle(exd),homothorax(hth)遺伝子について,RNAiによる機能解析を行ったところ,これらの遺伝子が,コオロギで体節形成に関与していることが明らかになった.特にexd遺伝子についてはギャップ遺伝子のレベルで働いていることを示した.この新規の知見はDevelopmental Biology誌に掲載された.
エリートアスリートのミトコンドリア遺伝子多型に関する研究

エリートアスリート(EL)の特徴的なミトコンドリア(Mt)遺伝子のSNPsを明らかにすることを目的として検討を加えた。対象は、陸上競技の長距離選手を中心に、実業団および大学の陸上競技部に所属する各種目の競技者182名と非鍛錬対照群112名であり、ATP合成酵素サブユニット8および6遺伝子領域であるmtDNAの8,366bpから9,207bpの領域を検索した。74ヶ所にSNPsが確認され、このうち、機能的差異をもたらす可能性のある、アミノ酸置換を伴う非同義置換は38ヶ所であった。そのなかで出現頻度が595%の範囲のものは、Mt8414C→T(Leu17Phe)、Mt8563A→G(Thr13Ala)、Mt8701A→G(Thr59Ala)、Mt8794C→T(His90Tyr)の4つのSNPsであった。これら4つのSNPsの出現頻度を競技成績レベルおよび競技種目別に比較した結果、対照群におけるMt8794C→Tの出現頻度(3.6%)に比して、競技成績が優れているEL群での出現頻度(19.4%)が有意に高値であった。次に、SNPsでHaplogroup分類すると、Haplogroup VIIIに属する23名のうち、ELは6名(26.1%)を占め、非EL10名を加えると、総ランナーは16名(69.6%)であった。これに対し、他のHaplogroupに属する271名のうち、ELは25名(9.2%)であり、総ランナーは92名(33.9%)であった。Haplogroup VIIIに属するELの割合は、他のHaplogroupに属するELの割合に対して有意に高く(オッズ比=3.47,p<0.05)、総ランナーの割合も有意差が見られた(オッズ比=4.45,p<0.001)。以上の事実は、Mt8794C→TがATP合成能における遺伝的差違、あるいはトレーナビリティの個人差の要因である可能性を示唆している。本研究では陸上競技長距離走種目およびそれ以外の競技種目を専門とする選手109名を対象に、ミトコンドリアDNAのATP8/6遺伝子領域における塩基配列を決定し、持久性能力に優れた者に特有な遺伝子多型を検索した。タンパク構造に影響を持つアミノ酸の変化を伴う置換(非同義置換)は19カ所にあった。これらの非同義置換の中で、特徴的なSNPsとしてMt8414C→T、Mt8563A→G、Mt8701A→G、Mt8794C→Tの4カ所のSNPsが7.554.1%の出現頻度で確認された。このなかで、Mt8794C→TのSNPは、持久性競技成績の優れた群の出現蓼度が他の群と比べて有意に高かった。このMt8794C→Tによって、ATP合成酵素サブユニット6におけるアミノ酸配列の90番目がヒスチジンからチロシンに置き擁わる。この部位のアミノ酸配列を他の種の配列で比較すると、哺乳類においてヒスチジン残基が良く保存されており、このSNPが哺乳類にとって何らかの変化をもたらす可能性があることが推測できる。本研究では疫学的研究の範疇であるので機能的相違は不明である。

しかし、このアミノ酸が哺乳類の各種で良く保存されていることやGrantham値が他のSNPsに比べ大きいことなどから、このMt8794C→TというSNPがATP合成能における遺伝的差違、あるいはトレーナビリティの個人差の要因である可能性が考えられた。また、長距離走競技者だけに着目するならばMt8563A→GのSNPを持っていることは有利に働く可能性も考えられた。
窒化インジウム系半導体のアンモニア分解触媒援用ＭＯＣＶＤ法に関する研究

NH3を窒素源とするInNのMOCVD成長では、500°C程度の低温で高密度の活性窒素が供給できれば、高品質のInN結晶が得られることが期待される。そのような観点からInNのNH3分解触媒援用MOCVD成長の研究を行った。今回、NH3分解触媒として日本触媒化成(株)製N134を使用することにより、通常のMOVPE成長での最適成長温度600°Cよりも150°C低い450°Cでも単結晶InN膜が成長できること、さらに、成長温度500°C付近ではマイグレーション効果の著しい増大が生じることを見出した。これらの結果はNH3分解触媒援用MOCVD成長法がInN系材料の将来性のある成長方法になることを示している。新規反応管の開発とその効果の確認平成24年度に開発した、触媒ー基板間距離を約30mmまで低減できる反応管(タイプII)を用いて、NH3分解効果を二種類の触媒について検討した。NH3分解効果については、N2キャリアガスを用いて600°Cで成長させたGaN膜中のカーボン(C)汚染量(SIMS分析による)により判定した。NH3が効果的に分解されれば、分解生成物であるH2によってC汚染が低減されることになる。(1)触媒I:ラセン状に巻いた0.1mmφx 2 mのPt線を500Wの電力で通電加熱を行った場合について調べた。その結果、C汚染量は触媒なしの場合に比べて約半減したが、それ以上の効果はみられなかった。これは触媒金属の総表面積が約6 cm2(NH3吹き出し口面積の約5%)と小さいことが原因であると考えられる。(2)触媒II:NH3ガスが触れる表面積が大きい触媒について探索した結果、市販品のセラミックス焼結体触媒(外径15mmφ,内径8 mmφ,高さ8 mm)を見出した。これをPt線により数珠状に連結したものを作製して使用した。この場合、触媒表面積は360 cm2(NH3吹き出し口面積の約350%)まで増大した。これを用いることにより、GaN中のC汚染量が約1/4まで低減するとともに、N2キャリアガスを用いて成長温度600°Cで作製したInGaN膜の結晶性が向上することを見出した。新規反応管の開発とその効果の検証既存石英反応管の改造により、触媒温度を基板温度とは独立に制御できる触媒内蔵型石英反応管を2種類作製した。その効果を、窒素(N2)キャリアガスを用いて600°Cで成長させたGaN膜中の炭素(C)混入量(SIMSにより測定)から検討した。すなわち、このような条件で成長させた通常のGaN膜中には1E20cm-3程度のCが混入するが、もしアンモニア(NH3)が効果的に分解されてHやH2が生成されておれば、膜中へのC混入量が低減されることが期待される。(1)タイプI:触媒-基板間距離が70200mmの範囲に可変で、Pt触媒を外部から500900°Cに加熱できる触媒傍熱型の反応管を作製した。Pt触媒-基板間距離が最短の70mm、Pt触媒加熱温度900°C、反応管内ガス圧70Torrの条件でも、NH3の予熱効果による結晶粒の大型化は確認できたが、明確なC混入量低減効果はみられなかった。この結果から、NH3分解種の活性状態での移動距離は70mm以下であることが推測される。(2)タイプII:タイプIでの検討結果を受けて、Pt触媒-基板間距離がさらに低減できる構造の反応管の作製を検討した。そのために、Pt触媒は通電加熱方式とし、さらに、Pt触媒に触れたNH3を基板面に垂直に吹き付ける新しい構造を採用した。その結果、Pt触媒加熱電力500W、反応管内ガス圧150Torrの条件で、GaN成長膜中のC混入量が5E19 cm-3まで低減できることを見出した。また、結晶粒の大型化も確認できた。ただし、問題点として、原料ガス同士の気相中反応による紛体状生成物の発生がみられ、原料ガスの水平方向流と垂直方向流の混合方式、混合条件に改善の必要性があることがわかった。NH3を窒素源とするInNのMOVPE成長での最適成長温度は約600°Cである。これは、NH3の熱分解率の増大のための高温化と成長したInNの熱劣化の抑制のための低温化のtrade-offの関係で決まっている。もし、より低温でより多くの活性窒素が供給できれば、より高品質のInN結晶が得られることが期待される。そのような観点から、アンモニア分解触媒援用

MOVPE成長の検討を進めてきた。これまでの検討ではアンモニア分解触媒として線状のPt系金属を使用してきたが、表面積が大きく取れないためか、必ずしも十分な触媒効果を得ることができなかった。最終年度では、ペレット状のアンモニア分解触媒の使用を検討し、通常のMOVPE成長とは大きく異なる成長挙動を見出した。成長に使用したアンモニア分解触媒は日揮触媒化成(株)製セラミックス触媒N134である。触媒はサセプターからの輻射熱によって加熱される構造とし、NH3ガスを触媒槽を通して成長ゾーンに導入した。その結果、450600°Cにおいて成長温度の低下とともに成長速度が顕著に増大し450°Cで最大となることを見出した。通常のMOVPE成長では成長温度600°Cで成長速度が最大となり成長温度の低下とともに成長速度が減少する。これらのことから、ペレット状触媒を使用することにより、500°C以下でも成長に必要な活性窒素が十分に供給されていることがわかる。一方、500°C以上での成長速度の低下はNH3分解により発生したH2によるInNの分解・エッチングによるものと考えることができる。以上の結果から、アンモニア分解触媒としてペレット状セラミックス触媒を使用することにより、500°C以下でも成長に必要な活性窒素が十分に供給できることがわかり、InN系材料の大幅な高品質化の可能性があることを見出した。半導体デバイスタイプIIの反応管を用い、さらに、今回新しくセラミックス焼結体触媒を用いることで、NH3分解効率を大幅に増大できる可能性が出てきた。さらに、これまでの実験では触媒はサセプターからの輻射熱のみで加熱したものであり、今後、Pt線を通電加熱することにより触媒温度をさらに上昇させることができるので、NH3分解効率の更なる増大が期待できる。既存石英反応管の改造により2種類の反応管を作製し、特に、タイプ2の反応管においてNH3分解効果がみられたことは評価できると思う。その効果をさらに高める必要があるが、そのためには、NH3流量の最適化はもちろん、分解効果を高めるための触媒用Pt線の巻き方、配置方法の改善、通電加熱電力の最適化等の検討が必要である。これらの最適化が実現できれば、新しい反応管として特許出願を行いたいと考えている。一方、NH3の分解種の生成は原料ガスの反応性を著しく高めることであり、原料ガスの気相反応を促進することになり、結晶の成長反応の制御がより難しくなることを意味している。そのため、水平方向流と垂直方向流の原料ガスの混合方式と混合条件についても改善すべき課題がある。1.セラミック触媒の使用条件の最適化:二元系半導体GaN, InNの成長におけるNH3分解効果を明確にする。特に、InN成長では成長温度をどこまで下げられるかを明らかにする。2.三元半導体InGaN成長におけるNH3分解効果の明確化とInGaN太陽電池作製への適用:InGaN太陽電池への応用をねらいとして、In組成0.3-0.5のInGaN成長におけるNH3分解効果を明確にする。3.NH3原料使用料の低減効果の確認:通常のMOCVD成長に比べてNH3原料使用料の低減がどこまで可能かを明らかにする。4.関連特許の出願:反応管ならびにセラミック触媒利用に関して特許出願を検討する。1.タイプII反応管における成長条件の最適化:二元系半導体
薬剤耐性クラスD β-ラクタマーゼのカルバペネム加水分解触媒機構

多剤耐性アシネトバクター(MDRA)は世界的に警戒が高まるカルバペネム耐性菌の一つであり、新規抗菌薬の開発が推進されている。カルバペネム系抗菌薬は薬剤耐性菌に対する切り札として、β-ラクタマーゼに分解されにくく、広い抗菌スペクトルと高い抗菌活性をそなえているが、カルバペネムを分解するように進化したβ-ラクタマーゼ(カルバペネマーゼ)を産生するカルバペネム耐性菌が出現してから、カルバペネム耐性菌に有効な抗菌薬は未だ開発途上であり、カルバペネマーゼ阻害剤が新薬として有望視されている。MDRAから単離されたOXA-58は、カルバペネムを含む多くのβ-ラクタム系抗菌薬を加水分解する薬剤耐性の原因酵素であり、本研究はOXA-58の触媒機構の解明と、その阻害剤等の抗菌薬開発に資する立体構造を含めたカルバペネム分解・耐性の構造基盤を研究する。β-ラクタマーゼの中でクラスDに分類される酵素は、活性部位のカルボキシ修飾によってカルバペネム分解活性が増強されることから、特にカルボキシ修飾とカルバペネム分解の機構に注目して研究を進めている。OXA-58の触媒機構において、リジンがカルボキシ化されることでカルバペネムの加水分解速度が加速し、OXA-58自身の構造も安定化される。X線結晶構造解析によってこのカルボキシ化状態の構造を解析してきたが、特にカルバペネム分解の鍵となる構造として、カルボキシ化によって活性化されかつ基質結合状態の構造解析と、加水分解のもう一つの基質である水分子の結合についても注目して解析を進めている。活性部位の立体構造が示唆する触媒機構について、カルバペネムであるイミペネムやメロペネムの加水分解を速度論的に解析し、変異体解析などを含めた酵素化学の側面と立体構造を総合したカルバペネム分解反応の解析を進める。研究か概ね順調に進み、実験条件の検討に必要な実験用試薬や器具などの消耗品や、分析機器のメンテナンスを含めた消耗品のコストが下がったため。翌年度分の助成金と合わせて、計画時には予算の都合上見合わせていた、より多角的・発展的な実験や分析を行うことで、研究目的の達成に役立てる。また論文発表時にオープンアクセスに必要な料金の支払いに充てるなど、研究成果の公知に役立てる。
時計遺伝子DEC1およびDEC2の脂質代謝の日内リズムにおける役割の解析

研究成果の概要(和文):動物の概日リズム調節を司る分子時計機構に関与する遺伝子であるDEC1およびDEC2のリズム発現調節機構解明とそれらの生体内での役割を特に脂質代謝関連遺伝子の発現調節を解明することを目的とし、以下の成果を得た。核内受容体RORαがDEC1およびDEC2遺伝子の新たな調節因子であることを見いだし、DEC1遺伝子及びDEC2遺伝子プロモーターに応答エレメントを同定した。さらに脂肪分化能した3T3-L1培養細胞系においてこの調節系が機能していることを見いだし、RORαがDEC1およびDEC2遺伝子の調節することで脂肪分化に抑制的に作用していることを示した。動物の概日リズム調節を司る分子時計機構に関与する遺伝子であるDEC1およびDEC2を中心として、時計遺伝子群のリズム発現調節機構解明とそれらの生体内での役割を特に脂質代謝関連遺伝子のリズム発現調節への影響を解明することを目的とした。このことによって、外界の光や摂食行動、エネルギー要求性などリズムを伴う刺激(入力)に対する生物応答(出力)の分子レベルでの理解を深めることを目指す。これまでの研究に基づき、標的遺伝子を脂肪酸代謝関連酵素に拡げ、それらのリズム調節におけるDEC1、DEC2やその他の時計遺伝子の役割をリズム刺激のインプットとアウトプットの両面から明らかにすることを目的とした研究を行い、以下の成果を得た。1.核内受容体RORαがDEC1およびDEC2遺伝子の新たな調節因子であることを見いだし、その詳しい分子機構を明らかにした。DEC1遺伝子プロモーターに一箇所、DEC2遺伝子プロモーターに2箇所のRORα応答エレメントが存在することを明らかにした。脂肪分化能を持つ3T3-L1培養細胞系を用いて、分化時における脂肪分化調節因子や脂肪関連遺伝子の発現様式から、この調節機構が脂肪分化において重要な役割を果たしている可能性について明らかにした。2.DEC1ノックアウトマウスの脂肪組織において、中性脂肪代謝に関わる一群の遺伝子がDEC1の標的遺伝子であることを見いだした。またそれらの遺伝子のリズム発現にDEC1が重要な働きをしていることを見いだした。これまでの研究に基づき、DECの標的遺伝子を脂肪酸代謝関連酵素に拡げ、それらの特に脂肪組織でのリズム調節におけるDEC1、DEC2やその他の時計遺伝子の役割をリズム刺激のインプットとアウトプットの両面から明らかにすることを目的とした研究を行い、以下の成果を得た。1.前年度に核内受容体RORαがDEC1およびDEC2遺伝子の新たな調節因子であることを見いだし、DEC1遺伝子プロモーターに一箇所、DEC2遺伝子プロモーターに2箇所のRORα応答エレメントが存在することを明らかにしたことに続いてそれらの応答配列の変異が発現調節にどのように影響するかを詳細に解析した。プローモーターアッセイにより、特に脂肪分化能した3T3-L1培養細胞系においてこの調節系が機能していることを見いだした。前年度の結果と合わせてRORαがDEC1およびDEC2遺伝子の調節することで脂肪分化に抑制的に作用していることが明らかになった。2.DEC1ノックアウトマウスの脂肪組織において中性脂肪代謝に関わる一群の遺伝子に加えて、脂肪分化調節に関わる遺伝子もDEC1の標的遺伝子であることを見いだした。それらはリズム発現をしており、DEC1が重要な働きをしていることを見いだした。動物の概日リズム調節を司る分子時計機構に関与する遺伝子であるDEC1およびDEC2のリズム発現調節機構解明とそれらの生体内での役割を特に脂質代謝関連遺伝子の発現調節を解明することを目的とした。DEC1およびDEC2の分子時計機構における調節と役割の解析と標的遺伝子を検索するために、それぞれのノックアウトマウスを用いて末梢組織での発現様式の日内変動について、標的遺伝子候補となる遺伝子のmRNA発現をリアルタイムPCR法で解析した。関連が明らかになった標的遺伝子のタンパク質発現レベルへの影響を調べた。さらにDEC1およびDEC2による発現調節機構を分子レベルで詳細に調べ、時計遺伝子と代謝酵素リズム発現の関連を解析した。本年度はこれまでの研究に基づき、DECの標的遺伝子を脂肪酸代謝関連酵素に拡げ、それらの特に脂肪組織でのリズム調節におけるDEC1、DEC2やその他の時計遺伝子の役割をリズム刺激のインプットとアウトプットの両面から明らかにすることを目的とした研究を行い、以下の成果を得た。1.核内受容体RORaがDEC1およびDEC2遺伝子の新たな調節因子であることを見いだし、DEC1遺伝子プロモーターに一箇所、DEC2遺伝子プロモーターに2箇所のRORa応答エレメントが存在することを明らかにした。

プローモーターアッセイにより、脂肪分化能した3T3-L1培養細胞系においてこの調節系が機能していることを見いだした。それらの結果を合わせて、RORaがDEC1およびDEC2遺伝子の調節することで脂肪分化に抑制的に作用していることが明らかになった。2.DEC1ノックアウトマウスの脂肪組織において中性脂肪代謝に関わる一群の遺伝子に加えて、脂肪分化調節に関わる遺伝子もDEC1の標的遺伝子であることを見いだした。それらはリズム発現をしており、DEC1が重要な働きをしていることを見いだした。Dec1,Dec2遺伝子の調節機構に核内受容体が新たに機能していることを証明し、さらにそれが脂肪分化や脂質代謝経路に重要な役割を持っていることなどを明らかにしたことで、DEC1、DEC2時計遺伝子の役割をインプットとアウトプットの両面からの解析を進めることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はDec1ノックアウトマウスで見いだされているDEC1の標的遺伝子がどのような分子機構で調節されているかを各タンパク因子同士の相互作用やそれらの遺伝子への結合などを詳細に解析する。またその調節機構が生体全体に最終的にどのような影響を与えるかをノックアウトマウスの体重変化、脂肪組織が産生する血中の各因子などを経時的に測定することによって詳細に検討する予定である。
成熟期エナメル芽細胞の微小管の機能に関する実験薬理学的研究

本年度は研究課題の最終年度であるため限られた時間内で最大限の成果が得られるように焦点を絞り込んだ実験を行った。1.Ca輸送機構における微小管の役割:前年度の研究成果により、コルヒチンなどの微小管阻害薬によりラットエナメル質表層の性状が変化し、Ca特異性を有するGBHA染色性やテトラサイクリン,カルセインなどの螢光ラベリング剤に対する反応性が変化することが明らかとなった。そこでこのような変化がCa輸送の変化を真に再現するものなのか否かを調べる目的で【^(45)Ca】を用いたオートラジオグラフィーをエナメル質表層に作製した。【^(45)Ca】はラットに投与後、直ちにエナメル質表層に数本のライン状のバンドとして出現してくる。コルヒチンを投与すると、このようなライン状に見える【^(45)Ca】のバンドは乱れて明確なライン状に観察されなくなった。この結果は、GBHAやカルセイン,テトラサイクリンなどを用いた結果とほぼ一致するものである。以上の実験結果はエナメル芽細胞に存在する微小管がコルヒチンにより阻害され、エナメル質表層へのCa輸送が阻害されたためと考えられる。2.エナメル芽細胞内のフェリチンの分布に関する免疫組織学研究:家兎を用いてフェリチンに対するポリクロナール抗体を作成した。得られた抗血清はIgGのアフェンティークロマトグラフィーにて精製した。ラット切歯の凍結切片上に上記の抗体による間接酵素抗体法を行い、フェリチンの検出を行ったところ、成熟期エナメル芽細胞内と乳頭層細胞に陽性反応物質が存在した。したがって、成熟期エナメル芽細胞に鉄結合性タンパクであるフェリチンを介した鉄輸送系が存在することが示された。以上のような研究成果より、エナメル芽細胞におけるCaあるいは鉄輸送系に微少管が重要な機能を果たしていることが明らかとなった。
チタンの多様な配位状態に基づく光機能材料の創出および評価

本研究課題では、高分極率を有するTi^<4+>と周囲のO^<2->から構成される多様なTi-O配位多面体を有する無機材料の合成およびそれら光物性・機能性の調査を行った。特に希土類を含まない新規青色発光材料や残光体を合成し、その発光メカニズムについて研究した。さらに結晶化により高い非線形性を示すフレスノイト型ガラスについて、分光学的手法を用いた構造研究を行った。本研究課題では、高分極率Ti^<4+>と周囲のO^<2->から構成される多様なTiO_x配位多面体を有する無機材料の合成およびそれら光物性・機能性を調査することを目的としている。平成19年度においては、Tiを主成分とする新規ガラス薄膜および結晶材料の創製および光学的性質について研究を行った。以下にその詳細を述べる。Ba_2TiGe_2O_8(BTG)は鎖状配列したピラミッド型TiO_5により構成される結晶で、表面にBTGを結晶化させたBaO-TiO_2-GeO_2系ガラスにおいてLiNbO_3単結晶に匹敵する二次光非線形性を有することをすでに報告している。本研究ではこの材料の光デバイスへの応用を目指し、スパッタ法によるBTG系ガラスの薄膜化およびその結晶化挙動を調査することを目的とした。ガラス薄膜に適切な熱処理を施すことによりBTG結晶を析出することに成功、さらに結晶化薄膜から明瞭な第二次高調波発生を確認し、BTG系ガラス薄膜および結晶化薄膜の光デバイス応用の可能性を示した。BaZrSi_3O_9(バジライト)は孤立ZrO_6八面体とSi_3O_9リングにより構成される天然鉱物である。本研究においてバジライト型BaZrSi_3O_9およびBaZrGe_3O_9結晶を合成し、その光学特性を調査した。その結果、BaZrSi_3O_9相において紫外線励起後に青色残光を初めて確認し、これは不純物として混入しているTi^<4+>が原因であることを突き止めた。さらにこれらバジライト型結晶の光学特性について結晶化学に立脚して考察を行った。本年度はTiを含有する各種結晶の合成と室温発光特性の調査およびその理論的解釈、そして高い二次光非線形性を有するフレスノイト型結晶化ガラスの前駆体である非晶質フレスノイトの構造的議論を中心に研究を推進した。ピラミッド型TiO_5配位多面体の底面が向かい合う特異な構造を有する鈴木石型BaTiSi_2O_7において、オレンジ発光特性とその発光起源について調査を行った。蛍光・励起スペクトルや蛍光寿命測定の結果より、室温における580nmピークを持つ発光はTi-Oユニットの酸素欠陥に由来する発光であることを見出した。また、ベニトアイト型BaTi(Si, Ge)_3O_9相の合成とGe置換が与える青色発光強度の減少について議論し、Si^<4+>より大きなGe^<4+>が導入することで、孤立TiO_6八面体におけるTi^<4+>-O^<2->結合の基底状態と励起状態の平衡距離が大きくなり、その結果青色発光の失活が起こると結論した。これら結果は他のd軌道に電子を持たない遷移金属イオンを発光中心とする結晶材料にも適応可能である。またベニトアイト型およびフレスノイト型化合物のラマン散乱スペクトルを測定し、Badger則を適応することで、これら化合物の分光学的見地からの構造的議論を行った。さらに結晶化によりLiNbO_3級の光非線形性を発現するBa_2TiSi_2O_8およびBa_2TiGe_2O_8ガラス(非晶質フレスノイト)について、昇温過程において低波数非弾性光散乱スペクトルを測定し、ガラス構造とその緩和過程を調査した。その結果、非晶質フレスノイトの構造はガラス形成酸化物及びガラス修飾酸化物富化領域からなる不均一構造を有することを明らかにした。ガラスの近・中距離構造と結晶化は密接に関連していることから、本研究結果は均質かつ高い光非線形性を有する結晶化ガラス創製への重要な知見と考えられる。
視覚系における統合問題と神経細胞群の同期的発火に関する研究

視覚系では、各種の視覚属性に対応した情報処理が異なるモジュールで行われている。しかし、このように別々に処理された情報がどのように統合されて整合性のある知覚が成立するのか、という統合問題は未解決のままである。視覚系でしばしば観察される同期的スパイク発火がこの統合問題を解く鍵として注目されている。そこで、本研究では、カエルの網膜神経節細胞(ディミング検出器)にマルチ電極法を適用し、スパイクの同期的・周期的発火について検討した。強度を正弦波状に時間変調させた全面照射光で網膜を刺激すると、ディミング検出器のスパイク発火は約30Hzの周期的パターンを示した。スポット光刺激では、このようなパターンは生じなかった。任意のディミング検出器ペアのスパイク発火について相互相関を求めたところ、全面照射光の場合、細胞間が2mm以上離れていても同期的発火と約30Hzの周期的発火パターンが見いだされた。しかし、各受容野をスポット光で刺激した場合、周期的発火は生じず、受容野が近傍にあるペアのみで弱い同期的発火が観察された。GABA受容体の阻害剤を投与すると、周期的発火は消失した。スパイク間間隔の解析から、ディミング検出器は末梢側に存在する30Hzの発振回路(あるいは発振素子)から入力を受けていることが示唆された。以上の結果から、カエル網膜には、ディミング検出器に対して、大きな領域の光刺激で周期的発火を生成させる広域的な神経回路網と、小さな領域の刺激により同期的発火を生成させる局所的な神経回路網とが存在することが強く示唆された。小さな多数の影ではなく、大きな影がカエル網膜に投影された場合には複数のディミング検出器に位相の合った同期的周期発火が生じるため、視覚中枢においてこの様な発火を検出する細胞が存在すれば、大きな影が現れたときにのみ逃避行動が誘発されると考えられる。しかし、別々に処理された情報がどのように統合されて整合性のある知覚が成立するのかという問題は未解決のままである。視覚系の神経細胞群でしばしば同期的周期発火が観察されており、統合問題との関連が示唆されている。本研究では、本年度、カエルの網膜神経節細胞で見いだされたスパイクの同期的周期発火の発生機構を検討した。眼球から剥離した網膜に平面型マルチ電極を適用して神経節細胞群から光応答を記録し、相関解析を行った。その結果、約30Hzの周期的発火を伴う同期的発火が見いだされた。いずれの発火も、細胞間の距離が数mm離れてもその強度はあまり変化しなかった。しかし、GABA受容体の阻害剤を投与すると、周期的発火は完全に消失し、同期的発火の強度は細胞間の距離と共に急速に減衰した。周期的発火を伴わない弱い同期的発火は、近接した神経節細胞の受容野を局所的に光刺激することによっても引き起こすことができた。以上の結果から、周期的発火を引き起こす神経機構はGABA受容体の活性化を伴う広範囲なものであり、一方、同期的発火を引き起こす神経機構は局所的なものであることが示唆された。周期的発火の位相を合わせたり、同期的発火を生成するのに、神経節細胞への興奮性共通入力が重要な役割を果たしていると推測される。また、麻酔したカエルの視蓋に金属電極を刺入し、網膜神経節細胞の軸索から光応答を記録した。相関解析を行った結果、剥離網膜と同様に、位相のあった周期発火を見いだすことができた。今後、この様な信号が視蓋の神経細胞によってどの様に処理され、行動と対応するのかを検討していきたい。

小さな多数の影ではなく、大きな影がカエル網膜に投影された場合には複数のディミング検出器に位相の合った同期的周期発火が生じるため、視覚中枢においてこの様な発火を検出する細胞が存在すれば、大きな影が現れたときにのみ逃避行動が誘発されると考えられる。
新しいモード同期法による超高性能光ファイバレーザの実現とその応用

本研究の目的は、研究代表者が最近進めてきた独創的な新しいモード同期法により、超高性能な光ファイバレーザを実現し、さらにその応用を図るものである。ここでの新しいモード同期法とは、カーボンナノチューブ可飽和吸収素子による受動モード同期による短パルス発生、および共振器内の分散を利用した分散チューニング法による超高速・広帯域波長可変光発生、である。これまでカーボンナノチューブ(CNT)の超高速光学非線形応答を光ファイバレーザ用のモード同期素子として利用してきたが、最近、グラフェンも同様の超高速光学非線形応答を持つことが見出された。グラフェンはCNTと比較すると、波長無依存な可飽和吸収特性を持つという特長がある。本研究では、グラフェンとCNTのモード同期素子としての比較を世界で初めて行い、ほぼ同様の特性が得られることを示した。また、長さ5mmで繰り返し周波数20GHzの世界最速の光ファイバモード同期光ファイバレーザを実現した。それを高非線形光ファイバ(HNLF)に入力することにより、300nm以上の広帯域なスーパーコンティニウム(SC)光発生にも成功した。分散チューニングによる超高速・超広帯域波長可変モード同期光ファイバレーザについては、分散媒質としてこれまでは分散補償ファイバ(DCF)を用いていたため共振器長が100m以上になり掃引速度制限要因となっていたが、今年度はその代わりに広帯域チャープ光ファイバグレーティング(CFBG)を用いることにより共振器長を10m以下にしたレーザを試作した。その結果、500kHz以上での超高速波長掃引が可能となった。これは単一の波長掃引光源の速度としては世界記録である。また、これらの波長可変モード同期光ファイバレーザを光コヒーレンストモグラフィ(OCT)システムの光源として用い、断層画像を得ることにも初めて成功した。カーボンナノチューブモード同期光ファイバレーザについては、まず短共振器・高繰り返しCNTモード同期光ファイバレーザの改善に取り組んだ。光照射による光ファイバCNTデバイス作製法を用い、長さ1cmのEr:Yb光ファイバモード同期光ファイバレーザを試作した。光照射時間を最適化することにより、約2psの高安定な繰り返し周波数9.7GHzのパルス列の生成に成功している。また、光照射によるテーパー化マイクロ/ナノ光ファイバCNTデバイスによるモード同期光ファイバレーザを実現した。さらに、CNTドープポリマーによるテーパー光ファイバCNTモード同期レーザを実現できた。2.7MHzの繰り返し周波数で1.1ps程度の短パルスが得られた。このデバイス構造は高出力光化にも適していると考えられる。超高速・超広帯域波長可変モード同期光ファイバレーザについては、前年度までの研究の分散チューニングモード同期波長可変レーザを干渉計により実際にビートを確認し、光路長差とビートの周波数が比例することを確認した。これにより光コヒーレンストモグラフィに応用可能であることが示せた。また、注入電流を直接変調する代わりに、外部から変調光を注入してSOAの利得を変調することにより分散チューニングが可能であることを実証した。これは、従来の分散チューニングに比べ任意の周波数を使用できるという利点を持つ。構成したファイバレーザでは、掃引速度200kHz、波長可変幅87.9nmを達成できた。
DNAを擬似固定したキャピラリーを用いる遺伝子の一塩基変異体診断法の開発

ある遺伝子におけるわずか一塩基の種類の違いが、重篤な疾病を引き起こしたり、薬剤耐性の個人差を生み出したりすることが明らかになっている。本研究では、短鎖DNAをリガンドに用いたアフィニティーキャピラリー電気泳動法を開発し、サンプルDNAを一塩基の違いで分離識別することを目指した。短鎖DNAをキャピラリー内に固定する方法として、擬似固定法と壁面固定法の2つの手法を開発した。擬似固定法とは、短鎖DNAをグラフトしたポリアクリルアミド(DNAコンジュゲート)の水溶液をキャピラリー内に満たすことにより、リガンドDNAを間接的に固定化する手法である。リガンドDNAはポリアクリルアミドと複合化すると電荷/質量比が大幅に減少するため、電圧を印加しても泳動することなくキャピラリー内に留まると見なすことが出来る。DNAコンジュゲートは、5'末端をメタクリロイル基で化学修飾した短鎖DNA(DNAマクロモノマー)とアクリルアミドをラジカル共重合して得た。一方、壁面固定法とは共有結合を介して、リガンドDNAをキャピラリー内に直接的に固定化する手法である。通常のキャピラリー内壁のポリアクリルアミド被覆処理において、DNAマクロモノマーをアクリルアミドに混入することにより、簡便にアフィニティーキャピラリーを作成することが出来る。6量体DNAをリガンドに用いた擬似固定型および壁面固定型キャピラリーを作成し、12量体および60量体のサンプルDNAにおける正常型配列と一塩基置換型配列を、明確に分離した2本のピークとして検出することに成功した。さらに、ヒト組織から抽出した遺伝子をPCR法で増幅して得た60量体の実サンプルDNAを使用しても、明確な分離検出を達成することができた。本手法を利用した簡便かつ迅速な遺伝子の一塩基変異診断法の開発が期待できる。本研究では、キャピラリー内にアフィニティーリガンドとしてのDNA誘導体を修飾することにより、遺伝子の一塩基変異を迅速に検出するための遺伝子診断システムの基礎的知見の確立に成功した。開発したシステムは、キャピラリー内壁に一本鎖DNA担持ポリアクリルアミドを化学修飾したもの(壁面固定系)と、DNAをポリアクリルアミドに担持した高分子をキャピラリー内に充填したもの(疑似固定系)の2種類である。まず、これらのシステムにおいて、ガン原遺伝子rasの発ガン性一塩基変異を生じるコドン12を含む配列をアフィニティーリガンドとして、正常型配列と一塩基配列の分離検出を検討した。測定サンプルとしては、コドン12を含む12merを用い、アフィニティーリガンドとしては、コドン12を含む部位の相補鎖の6merあるいは12merを用いた。壁面固定、疑似固定とも、アフィニティーリガンドが6merの場合、正常型と変異型のピークとしての分離が可能であった。また、アフィニティーリガンドとして12merを用いた場合は、双方の系とも、変異型のみピークが検出され、正常型は検出されないと言う、検出ピークのオンオフによる判定が可能であった。すなわち、ピークによる分離か、検出ピークの有無による判定かは、測定配列とアフィニティーリガンドの配列の2本鎖形成における安定性(Tm)に依存することが明らかとなった。また、これらの検出においては、マグネシウムイオン濃度の調節が、分離検出に重要なファクターであることも見出した。さらに、より実際的な系として、壁面固定系に、実サンプルを意識してPCRにより増幅可能な60merのras配列を用いて分離を検討したところ、ピークの有無による正常型と一塩基変異体の判定に成功した。本研究では、被検体DNAと相補的な塩基配列を有するDNA(リガンドDNA)をキャピラリー内に擬似的に固定することにより、PCR法によって増幅可能な鎖長(60量体)の被検体DNAの正常体と一塩基変異体をキャピラリー電気泳動で15分以内に分離することに成功した。

まず、5'末端をメタクリロイル基で修飾したDNAとアクリルアミドをラジカル共重合し、リガンドDNAを側鎖に担持したポリアクリルアミド(DNAコンジュゲート)を合成した。次に、この水溶液をキャピラリー内に加圧法によって充填した。負電荷を帯びたリガンドDNAは、そのままでは電圧を印加することによって泳動してしまう。本手法では、リガンドDNAを電気的に中性な高分子であるポリアクリルアミドに担持させて、キャピラリー内に実質的に静止している状態を作り出すことに成功した。被検体DNAとしては、ガン原遺伝子c-K-rasの発ガン性一塩基変異部位を含む、60量体の正常体および一塩基変異体DNAを使用した。一方、リガンドDNAとしては、正常体と相補的な6量体のDNAを用いた。電気泳動中に、正常体および一塩基変異体の被検体DNAは、それぞれリガンドDNAと二重鎖を形成する。その際、リガンドDNAが一塩基変異体と形成する二重鎖は、正常体と比べて安定性が低くなる。この差を利用することにより、泳動フェログラムにおいて正常体と一塩基変異体のピークを明確に分離することに成功した。さらに、緩衝液中に添加する塩濃度とDNAコンジュゲートの濃度が、分離度に著しく影響を与えることも明らかにした。PCR法によって増幅可能な鎖長の遺伝子変異を明確に検出できたことにより、本手法が迅速かつ簡便な新規遺伝子診断の開発につながることが期待できる。本研究は、正常型サンプルDNAと相補的な塩基配列を有する短鎖のオリゴヌクレオチド(リガンドDNA)をキャピラリー内に固定することにより、正常型と一塩基変異型のサンプルDNAをキャピラリー電気泳動でアフィニティー分離して遺伝子変異を検出する手法を開発することを目的にしている。昨年度までにリガンドDNAの固定化方法として、(1)通常のキャピラリー内壁のポリアクリルアミド被覆条件において、末端ビニル化DNAを共存させて化学固定化する方法(壁面固定法)と(2)DNAをペンダントしたポリアクリルアミド複合体の水溶液をキャピラリー内に充填する方法(擬似固定法)を確立した。さらに、両手法によってガン原遺伝子c-K-rasの発ガン性一塩基変異部位を含む、60量体の正常型および一塩基変異型DNAを20分程度で分離することに成功している。本年度では、この2つの手法において種々のパラメータが与える影響を詳細に検討した。その結果、(1)リガンドDNAの鎖長、(2)リガンドDNAの濃度、(3)泳動緩衝液中の塩濃度、(4)キャピラリー温度、の4つのパラメータが分離度の改善に本質的に重要であり、これらを最適化すれば壁面固定法と擬似固定法のどちらの方法でも、任意の配列の正常型と一塩基変異型を分離検出することが可能であるという結論を得た。また、これらの検討を通じて、壁面固定法は実験条件の画一化とデータの再現性に優れており、擬似固定法は測定の簡便性と経済性にメリットがあることが分かった。上記の結論は、遺伝子診断の用途・目的に応じて2つの手法を使い分けることができることを示唆している。
学習者間の「教え－学び合い」過程における教育効果の脳生理学的解明

本研究の目的は、実際の授業場面で理論的・経験的に活用されてきた、学習者同士の「教えー学び合い」過程に着目し、教える側と学ぶ側の役割交替による教育効果を、脳生理学的に解明することである。役割交替の教育効果を、行動観察やインタビュー等に加え、生理学的視点からそのメカニズムを分析し、よりよい役割交代について検討する。大学生2名1組を対象とした実験では、「教える側」と「学習する側」を、ある一定の時間(15秒間毎)で交互に入れ替わるという課題を開発し、同一被験者が、一つの問題解決過程の中で「教える側」と「学ぶ側」の異なる役割を担った際の脳活動の特徴、及び2名間の脳活動変化の関連について検討した。本研究の目的は,実際の授業場面で理論的・経験的に活用されてきた,学習者同士の「教えー学び合い」過程に着目し,教える側と学ぶ側の役割交替による教育効果を,脳生理学的に解明することである。役割交替の教育効果を,行動観察やインタビュー等に加え,生理学的視点からそのメカニズムを分析し,より効果的な役割交替のあり方や,学習者が教えるという行為の教育的意義,教師の適切な学習者間への関与の仕方について検討する。本年度は,学習者側に着目し,学ぶ過程(問題解決)における脳活動の特徴を明らかにすることを目的とした。すなわち,「教えー学び合い」過程の内の学ぶ活動における脳活動の特徴を集中的に検討した。実験は、大学生11名を対象に行った。前頭前額部の左右に16ヶ所同時計測可能な脳活動計測装置を装着し,クレペリン検査問題,及び難度の異なる暗算問題を用い,課題遂行時の脳活動計測を行った。その結果,明らかになったことは次のことである。クレペリン検査問題によって,個々人の脳活動の基本レベルを判定し,個体間の比較検討時の脳活動データの調整が可能となること,難度の高低と前額部の脳活動の左右差に関連性が確認できることである。次年度は,この実験結果をもとに,教える側の脳活動に着目しその特徴について解明する。7月に脳活動計測装置を購入以降,順調に大学生を被験者に実験を実施することができている。また,研究分担者らとともに,実験環境,脳活動データ分析方法について議論しながらすすめることができている。脳科学の教育学への応用は,学校現場での実際の学習場面に近い環境での脳活動計測実験の段階に入りつつある。今後は,実験室レベルから,学校現場の教室レベルに,また,単独被験者による統制された実験環境・実験タスクから,複数被験者による自由度を確保された実験環境・実験タスクへとシフトしていくことが期待されている。そこで本研究の目的は,実際の授業場面で理論的・経験的に活用されてきた,学習者同士の「教えー学び合い」過程に着目し,教える側と学ぶ側の役割交替による教育効果を,脳生理学的に解明することである。本年度は,2名一組の学習者に脳活動計測装置を装着し,同時計測を実施した。各学習者において,教える側と学ぶ側が交替する過程において,どのような脳活動の特徴・差異が生じるのかを生理学的に検討した。同時脳活動計測実験の結果,「教える」行為を行っている時間帯と,「学ぶ」行為を行っている時間帯において,同一被験者の脳活動データは,異なる形状を示すことが明らかになった。これらの結果を踏まえ,学習者の「教える」という行為に着目して,そのことが,学習者本人の理解促進にどのような影響をもたらしているのかについて検討した。学びあいが可能な実験タスクの開発と,二人同時計測実験を実施し,同一被験者における「教える」場面と「学ぶ」場面における脳活動の特徴を明らかにすることができた。両者の脳活動のデータ形状が,合致するものではなかったことから,「教える」という行為が,「学ぶ」という行為とは異なる学習効果をもたらす活動であることが示唆された。本年度は,教える側と学ぶ者側の双方に着目し,「教えー学び合い」過程における脳活動の特徴を明らかにすることを目的とした。すなわち,同一被験者が,一つの問題解決過程の中で「教える側」と「学ぶ側」の異なる役割を担った際に,どのような脳活動の特徴が生じるかについて検討した。実験課題は,「教える側」と「学習する側」を,ある一定の時間(15秒間毎)で交互に入れ替わるという「タングラム」課題4題を開発し,各課題の制限時間を180秒間とした。2名1組の大学生の被験者6組(12名)に対して,脳活動の同時計測を実施した。その後,実験場面の動画を視聴させ,どの時間帯に「教える側」もしくは「学ぶ側」としての意識が生じたのかを特定化し,その前後の脳活動を抽出,分析した。

まず,制限時間内に解答に至った場合と,至らなかった場合とでは,多くの被験者ペアで,至らなかった場合の方が脳活動が上昇した。次に,各課題において,被験者ペアの内,解答へ先導的役割を多く担った被験者の脳活動は抑制される傾向にあり,学習者的役割を多く担った被験者の脳活動は上昇する傾向にあった。また,双方とも解答に至る方略が見いだせずにいる際には,試行錯誤による上昇か,諦めによる下降の傾向が見られた。本研究の目的は、実際の授業場面で理論的・経験的に活用されてきた、学習者同士の「教えー学び合い」過程に着目し、教える側と学ぶ側の役割交替による教育効果を、脳生理学的に解明することである。役割交替の教育効果を、行動観察やインタビュー等に加え、生理学的視点からそのメカニズムを分析し、よりよい役割交代について検討する。大学生2名1組を対象とした実験では、「教える側」と「学習する側」を、ある一定の時間(15秒間毎)で交互に入れ替わるという課題を開発し、同一被験者が、一つの問題解決過程の中で「教える側」と「学ぶ側」の異なる役割を担った際の脳活動の特徴、及び2名間の脳活動変化の関連について検討した。次年度は、同一の脳活動計測装置をもう1台購入し、二人同時計測を実施する。とりわけ教える側の脳活動に着目して,分析を行っていく。次年度は,今年度の研究で明らかになった「教える」行為と「学ぶ」行為における脳活動データの相違が,教育学的にどのような意味を有しているのかを,脳活動データを,行動観察,インタビューなどのデータと照合しながら検討していくことである。これらを通して,本研究の最終目的である,より効果的な役割交替のあり方や,学習者が教えるという行為の教育的意義,教師の適切な学習者間への関与の仕方について接近を試みる。29年度が最終年度であるため、記入しない。数学教育学29年度が最終年度であるため、記入しない。