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算数学習での数直線の使用における肯定的なメタ認知の育成を目指す指導ユニットの開発

本研究では,数学的表現力の育成において,数学的表現をいつどのように使うのかというメタ認知を踏まえた学習指導の開発を目指した。小学校算数科における数直線の学習指導に関する先行研究を概観し,数直線の学習指導の概要,数直線の理解を促す枠組みを検討した。それを踏まえ,数直線の学習指導の流れを捉え,それぞれの段階における操作的・記号的表現を位置付けた。さらに,それらの変換を行う際にみられるメタ認知とその具体例を同定した。その一部について授業観察を行い,これらの妥当性を検討した。以上の成果をもとに,小学校5年生における小数の乗除法の単元において,数直線の学習指導のあり方を具体的に検討した。算数学習においては,知識だけではなくその知識をいつどのように使うかというメタ認知の重要性が指摘され,メタ認知の育成を伴った数学的知識の指導が必要である。一方,現行の学習指導要領で注目されている言語力育成の観点から,数学的表現力の育成が注目されているが,その実践的研究はまだ十分な成果をあげているとは言えない。そこで本研究では,数学的表現力の育成においては,数学的表現をいつどのように使うかというメタ認知を踏まえた指導ユニット(特定の学習内容における学習指導の流れを体系化した単元構成を指す)の開発を目指す。具体的には,数学的表現のなかでも小学校算数科で学習する数概念の構成に大きく寄与する数直線に着目し,数直線の使用について子どもたちが有するメタ認知の実態を踏まえた指導ユニットの開発・実践的検討を行うことを目的とする。平成25年度には,以下のように2点の課題に取り組んだ。1.数直線の指導に関する理論的研究の補完:算数科の学習指導においては,教科書をもとに数学的概念の構成が目指されている。したがって,まず教科書を分析することで,数学的概念の構成と数直線の学習のかかわりを検討するとともに,数直線の指導に関する先行研究をさらに分析し,その特徴を明らかにする。加えて,実際の授業場面を観察・分析し,学習指導の実態を考察する。2.数直線の使用におけるメタ認知の実態調査研究:ここでは,子ども達が数直線の使用に関してどのようなメタ認知を有しているのかを調査するとともに,それに応じてどのように数直線を使用するのか,実態調査を行う。その際に,筆者のこれまでの調査結果をもとに,調査計画を立案する。この調査結果を踏まえて,数直線の使用を促すような肯定的なメタ認知に焦点化し考察する。一方で,現行の学習指導要領で注目されている言語力育成の観点から,数学的表現力の育成が注目されているが,その実践的研究はまだ十分な成果をあげているとは言えない。平成24年度には,以下のように2点の課題に取り組んだ。1ー1.数直線の指導に関する理論的研究:算数科の学習指導においては,教科書をもとに数学的概念の構成が目指されている。したがって,まず教科書を分析することで,数学的概念の構成と数直線の学習のかかわりを検討する。さらに,数直線の指導に関する先行研究を分析し,その特徴を明らかにする。可能であれば,実際の授業場面を観察・分析し,学習指導の実態を考察する。1ー2.数直線の使用におけるメタ認知の実態調査研究:ここでは,子ども達が数直線の使用に関してどのようなメタ認知を有しているのかを調査するとともに,それに応じてどのように数直線を使用するのか,実態調査を行う。この調査結果を踏まえて,数直線の使用を妨げるような否定的なメタ認知や,数直線の使用を促すような肯定的なメタ認知を同定する。一方で,新学習指導要領で注目されている言語力の育成の観点から,数学的表現力の育成が注目されているが,その実践的研究はまだ十分な成果をあげているとは言えない。

具体的には,数学的表現のなかでも小学校算数科で学習する数概念の構成に大きく寄与する数直線に着目し,数直線の使用について子どもたちが有するメタ認知の実態を踏まえた指導ユニットの開発・実践的検討を行うことを目的とする。平成26年度においては,これまでの研究成果をもとに,数直線の使用を含む授業計画・観察・分析を行い,肯定的なメタ認知の育成を行いつつ,子ども達の思考の道具としてどのように数直線を指導していくのかを検討し,指導ユニット案を検討した。数学教育学平成25年度には,以下のように2点の課題に取り組んだ。1.数直線の指導に関する理論的研究:算数科の学習指導においては,教科書をもとに数学的概念の構成が目指されている。したがって,各教科書会社が作成している教科書を分析することで,数学的概念の構成と数直線の学習のかかわりを検討している。具体的には,小学校算数科教科書(6社)における,数直線に関連する学習事項を洗い出し,その特徴を整理している。さらに,数直線の指導に関する先行研究を分析し,その特徴を分類整理しているところである。1ー2.数直線の使用におけるメタ認知の実態調査研究:ここでは,子ども達が数直線の使用に関してどのようなメタ認知を有しているのかを調査するとともに,それに応じてどのように数直線を使用するのか,これまでの自分自身の研究成果をもとに,実態調査の改善と検討を行っているところである。平成24年度には,以下のように2点の課題に取り組んだ。1ー1.数直線の指導に関する理論的研究:算数科の学習指導においては,教科書をもとに数学的概念の構成が目指されている。したがって,まず教科書を分析することで,数学的概念の構成と数直線の学習のかかわりを検討している。1ー2.数直線の使用におけるメタ認知の実態調査研究:ここでは,子ども達が数直線の使用に関してどのようなメタ認知を有しているのかを調査するとともに,それに応じてどのように数直線を使用するのか,実態調査を行う。これまでの自分自身の研究成果をもとに,実態調査の改善と検討を行っているところである。平成26年度においては,以下のように3点の課題に取り組む。1.平成24-25年度の成果の整理検討。2.算数授業での数直線の使用におけるメタ認知を踏まえた指導ユニットの開発をもとに,数直線の使用において肯定的なメタ認知の育成を行いつつ,子ども達の思考の道具としてどのように数直線を指導していくのかを検討し,指導ユニット案を開発する。3.上記の指導ユニットの実践的検討とその修正:開発した指導ユニットは,当然実践的にその有効性等が検証されなければならない。そこで,小学校現場での実践的授業を通して,その実践可能性や有効性を分析・検討し,必要な修正を加えていく。開発した指導ユニットについて,小学校現場での実践的授業を行い,その実践可能性や有効性を分析・検討し,必要な修正を加えていく。上記の研究に際して,下記のような概要で,研究費を使用する。
急性腸間膜動脈閉塞症の新たな早期診断法 -腐敗物質からのアプローチ-

雑種成犬の空腸、回腸、結腸の試料をそれぞれ浸漬した整理食塩液中でアンモニア,硫化水素,メチルメルカプタン濃度は経時的に増加した.コントロールとして用いた筋組織ではそれらの増加は軽微であった.核腸管組織における病理組織学的検査では虚血性変化に続いて腐敗の進行が認められた.虚血腸管から腐敗物質であるアンモニア,硫化水素,メチルメルカプタン等が漏出すること,そして腐敗の進行とともにさらにこれらの腐敗物質が産生されるものと考えられた.2.in vitro実験にて動物モデルの腹水,血液等に腐敗物質が出現,増加することの証明.雑種成犬の前腸間膜動脈(ヒトでは上腸間膜動脈に相当)を結紮した急性上腸間膜動脈閉塞症モデルでは経時的に腹水が増加し,腹水中アンモニア濃度は増加した.血液(動脈血)中アンモニア濃度は前腸間膜動脈の結紮後、早期より増加しコントロールモデルと比較して有意に高値を示した.3.臨床例におけるデータ収集とその検討.典型的な急性上腸間膜動脈閉塞症のデータはまだ得られていないが,虚血に起因した回腸穿孔性腹膜炎,絞扼性イレウスの計2例において診断時点で動脈血中アンモニアが高値であった.腹水中アンモニア濃度も高値を示した.臨床的にも血液または腹水中アンモニア濃度は急性上腸間膜動脈閉塞症に代表される急性腸管虚血の病体を反映する優れた指標となる可能性を有する.雑種成犬の空腸、回腸、結腸の試料をそれぞれ浸漬した整理食塩液中でアンモニア,硫化水素,メチルメルカプタン濃度は経時的に増加した.コントロールとして用いた筋組織ではそれらの増加は軽微であった.核腸管組織における病理組織学的検査では虚血性変化に続いて腐敗の進行が認められた.虚血腸管から腐敗物質であるアンモニア,硫化水素,メチルメルカプタン等が漏出すること,そして腐敗の進行とともにさらにこれらの腐敗物質が産生されるものと考えられた.2.in vitro実験にて動物モデルの腹水,血液等に腐敗物質が出現,増加することの証明.雑種成犬の前腸間膜動脈(ヒトでは上腸間膜動脈に相当)を結紮した急性上腸間膜動脈閉塞症モデルでは経時的に腹水が増加し,腹水中アンモニア濃度は増加した.血液(動脈血)中アンモニア濃度は前腸間膜動脈の結紮後、早期より増加しコントロールモデルと比較して有意に高値を示した.3.臨床例におけるデータ収集とその検討.典型的な急性上腸間膜動脈閉塞症のデータはまだ得られていないが,虚血に起因した回腸穿孔性腹膜炎,絞扼性イレウスの計2例において診断時点で動脈血中アンモニアが高値であった.腹水中アンモニア濃度も高値を示した.臨床的にも血液または腹水中アンモニア濃度は急性上腸間膜動脈閉塞症に代表される急性腸管虚血の病体を反映する優れた指標となる可能性を有する.
光合成細菌色素蛋白複合体のカロテノイドの構造と光物性

1.ベンゼンを用いたピコ秒用のラマンシフタ-を作成し、Nd:YLFレーザーおよび再生増幅器に結合することにより、556、588、624nmの50ps程度のパルスを生成することに成功し、バクテリアから単離したアンテナ複合体に始めて応用した。527nmと588nmのパルスをポンプ光とプローブ光として用い、Chromatium purpuratum BN5500のB830LH2複合体とクロマトフォア膜に結合したS_1、T_1状態の全トランスオケノンのラマンスペクトルを測定した。これらのスペクトルとn-ヘキサン中の全トランスオケノンのS_1、T_1ラマンスペクトルと比較することにより、LH2複合体ではT_1状態のみが、クロマトフォア膜ではS_1状態とT_1状態の両方が検出されていることが判った。これは、クロマトフォア膜中では少なくとも2種類の異なる寿命をもったS_1カロテノイドの存在を意味した。すなわち、LH2複合体に結合した寿命が短すぎて検出できないものと、LH1または光反応中心に結合した寿命の長いものが存在する。また上記の結果は、光捕穫用カロテノイドが少なくとも2分子LH2複合体内で接触して、一重項融合のメカニズムによりT_1状態が生成していることを示す。(発表論文1)2.Rhodobacter sphaeroides 2.4.1のアンテナ複合体(LH2)の170Kにおける蛍光・蛍光励起スペクトルにより、2^1Ag^-、^1Bu^-、^1Bu^+、3^1Ag^-レベルのエネルギーを、14500、18300、19200、23200cm^<-1>と決定した。蛍光励起スペクトルから決定したスフェロイデン内での内部変換およびスフェロイデンからバクテリオクロロフィルへのエネルギー移動は、2種類の光エネルギー捕穫の道筋が存在することを示唆した。一つはカロテノイドの^1Bu^+レベルで光エネルギーを捕らえてクロロフィルのQxレベルに伝達する道筋、もう一つは3^1Ag^-レベルでエネルギーを捕らえて2^1Ag^-へ内部変換を起こし、残りのエネルギーを2^1Ag^-を経てクロロフィルのQyレベルに伝達する道筋である。(発表論文2)3.非極性および極性溶媒中のスフェロイデンとRhodobacter sphaeroides2.4.1のLH1、LH2複合体に結合したスフェロイデンについて、^1Ag^-→^1Bu^+吸収帯と振電相互作用している^1Ag^-、2^1Ag^-状態のC=C二重結合伸縮振動ラマン線の測定を行った。^1Bu^+エネルギーは、非極性・極性溶媒中で、分極率R(n)=(n^2-1)/(n^2+2)に対して直線関係を示したが、極性溶媒中の直線は非極性溶媒中の直線より傾きがゆるやかであり、R(n)=0.3で両直線が交差した。この極性溶媒に対する特徴は、溶媒の永久双極子のゆらぎに由来するものと推論された。つまり、これは^1Bu^+エネルギーを安定化し、溶媒の実質的な分極率を低下させる。一方、^1Ag^-および2^1Ag^-状態のC=C伸縮振動の振動数もよく似た直線関係を示したが、これは^1Ag^-、2^1Ag^-および3^1Ag^-状態間の振電相互作用によって説明することができた。^1Bu^+エネルギーと、^1Ag^-および2^1Ag^-状態でのC=C伸縮振動数を用いてスフェロイデンのアンテナ複合体内の環境を評価したところ、LH2複合体内では高い分極率をもつ環境に、LH1複合体ではより低い分極率をもつ環境に置かれていることが結論された。(発表論文3)4.スフェロイデンで見出された^1Bu^+吸収帯の非極性溶媒・極性溶媒中の溶媒効果の特徴は、ヌロスポレン・β-カロテンでも見出された。この溶媒効果に対する理論を組み立てて、次の様に説明した。極性溶媒中では溶媒の永久双極子のゆらぎにより電場が生成し、この電場は細長い回転楕円体型の空洞中に置かれた長い棒状の共役鎖をもつカロテノイドに対して、(1)電場が分散相互作用により^1Bu^+エネルギーを安定化する、(2)電場が分散相互作用の効果を減少させる、という二つのメカニズムを通じて影響を与える。このカロテノイドと溶媒の相互作用に関しては、遷移双極子よりも高次の「多極子」が重要な役割を演じていることが結論された。(論文4)1.ベンゼンを用いたピコ秒用のラマンシフタ-を作成し、Nd:YLFレーザーおよび再生増幅器に結合することにより、556、588、624nmの50ps程度のパルスを生成することに成功し、バクテリアから単離したアンテナ複合体に始めて応用した。

これは、クロマトフォア膜中では少なくとも2種類の異なる寿命をもったS_1カロテノイドの存在を意味した。すなわち、LH2複合体に結合した寿命が短すぎて検出できないものと、LH1または光反応中心に結合した寿命の長いものが存在する。また上記の結果は、光捕穫用カロテノイドが少なくとも2分子LH2複合体内で接触して、一重項融合のメカニズムによりT_1状態が生成していることを示す。(発表論文1)2.Rhodobacter sphaeroides 2.4.1のアンテナ複合体(LH2)の170Kにおける蛍光・蛍光励起スペクトルにより、2^1Ag^-、^1Bu^-、^1Bu^+、3^1Ag^-レベルのエネルギーを、14500、18300、19200、23200cm^<-1>と決定した。蛍光励起スペクトルから決定したスフェロイデン内での内部変換およびスフェロイデンからバクテリオクロロフィルへのエネルギー移動は、2種類の光エネルギー捕穫の道筋が存在することを示唆した。一つはカロテノイドの^1Bu^+レベルで光エネルギーを捕らえてクロロフィルのQxレベルに伝達する道筋、もう一つは3^1Ag^-レベルでエネルギーを捕らえて2^1Ag^-へ内部変換を起こし、残りのエネルギーを2^1Ag^-を経てクロロフィルのQyレベルに伝達する道筋である。(発表論文2)3.非極性および極性溶媒中のスフェロイデンとRhodobacter sphaeroides2.4.1のLH1、LH2複合体に結合したスフェロイデンについて、^1Ag^-→^1Bu^+吸収帯と振電相互作用している^1Ag^-、2^1Ag^-状態のC=C二重結合伸縮振動ラマン線の測定を行った。^1Bu^+エネルギーは、非極性・極性溶媒中で、分極率R(n)=(n^2-1)/(n^2+2)に対して直線関係を示したが、極性溶媒中の直線は非極性溶媒中の直線より傾きがゆるやかであり、R(n)=0.3で両直線が交差した。この極性溶媒に対する特徴は、溶媒の永久双極子のゆらぎに由来するものと推論された。つまり、これは^1Bu^+エネルギーを安定化し、溶媒の実質的な分極率を低下させる。一方、^1Ag^-および2^1Ag^-状態のC=C伸縮振動の振動数もよく似た直線関係を示したが、これは^1Ag^-、2^1Ag^-および3^1Ag^-状態間の振電相互作用によって説明することができた。^1Bu^+エネルギーと、^1Ag^-および2^1Ag^-状態でのC=C伸縮振動数を用いてスフェロイデンのアンテナ複合体内の環境を評価したところ、LH2複合体内では高い分極率をもつ環境に、LH1複合体ではより低い分極率をもつ環境に置かれていることが結論された。(発表論文3)4.スフェロイデンで見出された^1Bu^+吸収帯の非極性溶媒・極性溶媒中の溶媒効果の特徴は、ヌロスポレン・β-カロテンでも見出された。この溶媒効果に対する理論を組み立てて、次の様に説明した。極性溶媒中では溶媒の永久双極子のゆらぎにより電場が生成し、この電場は細長い回転楕円体型の空洞中に置かれた長い棒状の共役鎖をもつカロテノイドに対して、(1)電場が分散相互作用により^1Bu^+エネルギーを安定化する、(2)電場が分散相互作用の効果を減少させる、という二つのメカニズムを通じて影響を与える。このカロテノイドと溶媒の相互作用に関しては、遷移双極子よりも高次の「多極子」が重要な役割を演じていることが結論された。(論文4)
「多読とシャドーイングの併用」と「中学生の英語能力」との因果構造の検証

1.研究目的(1)中学生段階での「シャドーイングと多読を併用した学習システム」の適正化と汎用性を探り提案する。(2)中学生段階での英語学習において、質的な正確さを求める「シャドーイング」と英語に接する量的視点を重視する「多読」を組み合わせて行うことで、どのような相乗効果が見られるかを明らかにすること。2.研究方法(1)対象生徒:秋田県大仙市立大曲中学校3年生144名(2)実践期間:平成21年5月平成22年1月を3期に分けて実施。I期:教室外の学習として多読のみを実施する時期II期:シャドーイングをリーディングと併用する時期(サイクル1)III期:サイクル1を振り返り生徒個人で適正化を探る時期(サイクル2)(3)教材:多読にはマクミランリーダーズを中心とする教材。シャドーイングには、各種検定教科書を参考に作成した3年間の重要表現を盛り込んだオリジナル対話CD(実際の生徒の学校生活を反映した内容)を使用した。(4)データ収集:(1)英語能力判定テストのスコア事前・事後(リーディング・リスニング)(2)各サイクル後のシャドーイングテスト(ミス個数のカウント)(3)プログレスシートの記入(5件法アンケート:シャドーイングの訓練がリーディングのスムーズさに貢献するかどうか、毎日シャドーイング実施時間、音と意味が一元化する感覚の有無、総合的感想)3.研究成果ミス個数をADのランク(A=020個、B=2040個、C=4060個、D=60個)に分けたとき、ランクによってリーディングスコアの平均値に有意な差があった。Dunnett testを実施した結果、ランクAに対しBCDに有意差が認められた。シャドーイングを徹底的に行い聞こえてくる音と意味が頭の中で結びつく感覚まで到達することで、英語を読む活動においてもスムーズさを得ることができると多くの生徒が回答している。(自由記述:原因と結果によるフィッシュボーンにて分析)また、一人で単調な作業になりがちなシャドーイングも対話形式の教材を用いることで生徒が友達と共同的学習をやりやすくなり、中学生段階において導入の最適化が図られると感じた。
アラミド繊維ベルトに緊張力を導入した高横拘束鉄筋コンクリート柱の中心圧縮性状

平成19年度は12体の実験を行った。実験変数はアラミドベルト(以下,ベルト)の初期緊張ひずみ,ベルトの補強間隔,ベルト幅のタイプ(シングル幅,ダブル幅)および主筋比である。平成18年度と平成19年度の実験結果およびこれまで行ってきた実験結果を合わせた総数44体について,応力-ひずみ関係の特性値である,強度上昇率,強度時ひずみ,圧縮強度時のベルトひずみ,降り勾配について考察を行い,応力-ひずみ関係式の提案を行った。以下に研究成果を示す。(1)緊張アラミドベルトによる能動的な外部横拘束は圧縮強度を上昇させるが,強度上昇には上限が存在する。(2)応力-ひずみ関係の降り勾配は,Manderらの提案した拘束効果係数にて評価できる。(3)圧縮強度時のベルトのひずみ増分は,ノンプレストレスの場合は期待できず,プレスドレスの場合は500μを期待できる。また,ひずみ増分を期待できる最低の初期緊張ひずみを1000μとし,圧縮強度時のベルトひずみは初期緊張ひずみにひずみ増分を加えることで評価できる。(4)崎野・孫式を修正し,精度の良いアラミド横補強コンファインドコンクリートの応力-ひずみ関係式を提案した。本研究は基礎研究であり,得られた成果は本外部横補強法を確立する上で必要となる曲げ強度やせん断強度のより正確な評価につながる基盤的な成果であると同時に,ほとんど研究の行われていない能動的横拘束効果を実験的に明らかにし,能動および受動的横拘束効果を同時に考慮できる応力-ひずみ関係を定式化したところに本研究の知見は集約される。平成18年度は24体の中心圧縮実験を行い,これまで行ってきた実験結果14体と合わせて総計38体のデータにより応力ひずみ関係の特性値の検討を行った。実験変数はアラミドベルト(以後,ベルトと略称)の初期緊張ひずみ,ベルトの補強間隔,ベルト幅のタイプ(シングル幅,ダブル幅)および主筋比である。1.圧縮強度時のベルトのひずみ増分:圧縮強度時におけるベルトの初期緊張ひずみからのひずみ増分を整理した結果,ベルトを無緊張のときはひずみ増分はほぼ0μ,緊張すれば約525μで評価でき,その算定式を提案した。2.強度上昇率:本研究では拘束コンクリートの強度上昇率は無拘束コンクリート強度実験値からの上昇率で評価する。実験より,試験体に導入するプレストレスが大きくなれば強度上昇率も大きくなるが,プレストレス導入量が大きくなり過ぎれば,強度上昇率が低下する傾向も見られた。また,強度上昇率算定式を提案した。3.拘束コンクリート強度時の圧縮ひずみ:強度時ひずみは,帯筋補強のように強度上昇率と相関があることを確認した。また,強度時ひずみは主筋比の影響を若干受けるが明瞭ではない。本研究では,主筋比の影響を取り入れた強度時ひずみ算定式を提案した。4.降り勾配:実験より,圧縮強度以降の降り勾配はベルトの体積比が大きくなれば緩やかとなり,補強間隔が大きくなれば,急になることが分かったが,実験変数である主筋比の影響が見られない結果となった。平成19年度は平成18年度の研究課題である,1.強度時ひずみと降り勾配への主筋比の影響について確実なデータを収集すること,2.プレストレス導入量が大きい場合に強度上昇率が低下する傾向があったので,この場合のデータを確実に収集すること,に焦点を当てて実験を行い,全実験データを反映した応力ひずみ関係式を提案し,研究目標を達成したいと考えている。
超臨界噴出法による流動層微粒子コーティング法の開発

粒子コーティングは、粒子表面を適当な物質で被覆することにより、様々な機能を付加しようとする粒子の複合化技術で、化学工業、医薬工業、食品工業などの分野で重要なものとなっている。そこで、噴霧液による核粒子の凝集が起こりやすく微粒子を取り扱うのが困難であった流動層コーティング法に替わり、通常の溶媒に替えて超臨界流体を用いて、流動層内に超臨界溶液をノズルから噴出させて晶析を行わせ、核粒子表面上にコーティング物質を直接析出させる新しいコーティング法を開発した。循環流動層中に、超臨界流体に溶解させたコーティング物質を急激に噴出させて、微粒子をコーティングするプロセスの開発を行った。平均粒径56μmのMS粒子を、内径50mmの内部ノズル付き循環流動層で空気で循環流動させた中に、超臨界二酸化炭素中に溶解させたパラフィンをノズルから噴出させ、微粒子コーティングを行った。コーティング量およびコーティング速度はサンプリング法によって測定した。コーティング速度は時間によらずほぼ一定で、粒子は凝集することなく安定なコーティングが可能であった。粒子の凝集は起こらず、安定なコーティングが可能であった。SEM観察により、核粒子表面はパラフィンの微粒子および膜で均一に被覆されていることが確認された。また、コーティング速度およびコーティング効率は、パラフィン濃度の増加とともに、またガス空塔速度の低下とともに増大したが、パラフィン濃度が大きな領域ではコーティング効率は頭打ちの傾向があることを見いだした。本研究で開発した超臨界噴出法によるコーティングプロセスは、微粒子のコーティングが可能であり、広範な分野での工業的応用が期待できる。
コバロキシムおよびコバラミンを用いる有機合成反応

1.Β-フェニルプロピオンアルデヒドを出発原料として1-プロパルギルオキシ-3-フェニル-2-ブロモプロパン類(A)および1-フェニルプロパルギルオキシ-3-フェニル-2-ブロモプロパン類(B)を合成し、これ等のラジカル環化反応を検討した。我々の発見したコバロキシムとNaB【H_4】を用いるラジカル環化は容易に進行し、前者(A)からは3-ベンジル-4-メチレンテトラヒドロフラン類が、また後者(B)からはセコリグナン骨格がいづれも高収率で生成した。これ等のラジカル環化は一段階環化で止り、セコリグナン骨格の生成に留まっているので、今後は二段階環化を起すのに必要な構造条件を探ってゆきたい。2.テトラヒドロナフタレン類を合成する場合カチオン種を経る環化が一般的であるが、カオチン種がΒ-二置換体の場合置換基の転位が起る。Ρ-二置換アラルキルブロミドを原料としてアラルキルコバロキシムを合成し、光分解によってコバルト炭素結合をラジカル開裂させると、ベンゼン環へのラジカル環化により定量的にテトラヒドロナフタレン誘導体が得られる。またこの時、ベンゼン環のオルト位が置換基でふさがっているとケトン、チオエステル基のラジカル転移が起り、通常の方法では得難いβγ-不飽和カルボニル化合物が得られる。3.アルキル基がラジカル脱離性の強いt-ブチル基の場合チオエステル(RCOSB【u^t】)のイオウ上でラジカル置換反応(【S_H】2)が起り得ることを発見した。そこでβ-位またはγ-位にt-ブチルチオエステル基を有するオルガノコバロキシムを対応するブロミドから合成し、それの光分解でラジカルを発生させると高収率でβ-チオラクトン類またはγ-チオラクトン類を与える。このラジカル置換にはコバルト錯体が関与している可能性が強い。今後この置換反応に対するコバルト錯体の関与と生体系にみられるチオエステル基転移に於けるコバラミン関与の相関を解明したい。
強磁性体/半導体接合を用いたスピントランジスタの研究

本年度は、(1)SIMS観察およびTEM観察により、スピン注入効率の測定に大きな影響を与える鉄薄膜/インジウム砒素界面状態の薄膜形成温度依存性の探索をおこない、(2)電子発光の円偏光測定評価の背景となる峡ギャップ半導体自身の円偏光測特性に与える原因の探索を行った。その結果、鉄薄膜/インジウム砒素界面は摂氏100度前後以上で界面反応が進みスピン注入効率をさまたげること、インジウム砒素自身の与える電子発光の円偏光測定への寄与としてゼーマン効果、価電子帯の磁気消失があることが分かった。これらの結果に基づき室温においてインジウム砒素上に鉄薄膜を形成した強磁性体/半導体接合によるスピン注入効率を見積もった結果、最大でおよそ40%となることが分かった。スピントランジスタの動作の実証を目指しインジウム砒素チャンネルを有するスピントランジスタに最適なヘテロ構造の結晶成長、高効率スピン注入の結果を生かしたデバイス構造の作製を進めている。
性ホルモンに依存する運動神経細胞の特異性の解析

ラットの会陰部横紋筋を支配する運動神経細胞(SNBニュ-ロン)は男性ホルモン(テストステロン)に対する感受性を持ち、雌雄差を示す。初年度の研究において、幼弱ラットの雌雄のSNBニュ-ロンからバッチクランプ法により膜電位と膜電流を記録した。これらのニュ-ロンは、活動電位の期間が延長し、K電流が減少している以外は、基本的に骨格筋を支配する運動ニュ-ロンと電気的性質が類似していた。しかし、雌SNBニュ-ロンは雄SNBニュ-ロンと比較して、Ca電流が有意に大きく、この過剰なCaの流入が幼弱雌SNBニュ-ロンの細胞死に関連している可能性が示唆された。最終年度の研究はSNBニュ-ロンのテストステロン依存性の解析を目標とした。幼弱雌ラットSNBニュ-ロンの細胞死はテストステロンの投与により阻止され、成熟雄ラットSNBニュ-ロンの大きさは去勢により萎縮し、テストステロンの投与により拡大することが知られている。テストステロンはSNBニュ-ロンにも結合し、またそれが支配する会陰部筋にも結合するので、このニュ-ロンのテストステロン依存性が、ホルモンのニュ-ロンに対する直接作用か、その支配筋を媒介として作用かは明かでない。この検討のために、下肢の骨格筋、ヒラメ筋を会陰部に移植し、一側のSNBニュ-ロンの末梢線維を会陰部から切り離して移植ヒラメ筋を再支配させた。他側のSNBニュ-ロンの末梢枝は一度切断して元来の会陰部筋を再支配させてコントロ-ルとして用いた。去勢すると会陰部筋を支配した側のSNBニュ-ロンにのみ萎縮がみられ、テストステロンを投与すると、同様に、会陰部筋を支配した側のSNBニュ-ロンにのみ拡大が見られた。SNBニュ-ロンのテストステロン依存性はその支配筋のホルモン依存性の有無により規定され、したがって、ニュ-ロンに対する直接作用でなく、その支配筋に対する作用を媒介すると結論された。ラットの会陰部を支配する運動神経細胞(SNBニュ-ロン)の数と大きさには雌雄差が見られる。成熟雄ラットのSNBニュ-ロンは去勢により萎縮し、テストステロン投与により増大する。このニュ-ロンはヒトのオヌフ核細胞に相当すると考えられている。オヌフ核細胞は運動ニュ-ロンであるが、筋萎縮性側索硬化症において死滅から免れ、自律神経変性疾患において死滅する。したがっって、オヌフ核、SNBニュ-ロンは骨格筋支配の運動ニュ-ロンと異なり、自律神経細胞に類似した性質を持つと仮定されている。また、雌ラットのSNBニュ-ロンは生後10日以内にその大多数が死滅する。本研究は、生後36日の雌雄ラットのSNBニュ-ロンと骨格筋支配の運動ニュ-ロンの膜電流をバッチクランプ法により記録し、その特徴を比較すると共に、死滅する雌SNBニュ-ロンの特異性を検討することを目的とした。新生ラットのSNBニュ-ロン及び下肢筋支配運動ニュ-ロンは実験前日に末梢神経にロ-ダミン蛍光色素を適用し、その逆行性輸送により同定した。腰髄のスライス標本を作製し、これらの個々の細胞膜にパッチ電極を密着させ、その部位の細胞膜を破壊して細胞内電位及び全細胞電流を記録した。SNBニュ-ロンは骨格筋支配の運動

ニュ-ロンと比較して、活動電位の期間が長く、A電流が小さかったが、骨格筋支配運動ニュ-ロンに認められた電流のすべてはSNBニュ-ロンに存在し、両者に質的な電気生理学的性質の相違は見られなかった。また、自律神経細胞に存在するカルシュウム依存性活動電位はSNBニュ-ロンに存在しなかった。したがって、SNBニュ-ロンが骨格筋支配運動ニュ-ロンと異なったタイプの神経細胞である証明は得られなかった。また、雌SNBニュ-ロンは雄SNBニュ-ロンと比較してカルシュウム電流が大きく、この過剰なカルシュウムの流入が細胞死に関連するする可能性が示唆された。ラットの会陰部横紋筋を支配する運動神経細胞(SNBニュ-ロン)は男性ホルモン(テストステロン)に対する感受性を持ち、雌雄差を示す。初年度の研究において、幼弱ラットのSNBニュ-ロンからパッチクランプ法により膜電位と膜電流を記録した。これらのニュ-ロンは、活動電位の期間が延長し、K電流が減少している以外は、基本的に骨格筋を支配する運動ニュ-ロンと電気的性質が類似していた。しかし、雌SNBニュ-ロンは雄SNBニュ-ロンと比較して、Ca電流が有意に大きく、この過剰なCaの流入が幼弱雌SNBニュ-ロンの細胞死に関連している可能性が示唆された。最終年度の研究はSNBニュ-ロンのテストステロン依存性の解析を目標とした。幼弱雌ラットSNBニュ-ロンの細胞死はテストステロンの投与により阻止され、成熟雄ラットSNBニュ-ロンの大きさは去勢により萎縮し、テストステロンの投与により拡大することが知られている。テストステロンはSNBニュ-ロンにも結合し、またそれが支配する会陰部筋にも結合するので、このニュ-ロンのテストステロン依存性が、ホルモンのニュ-ロンに対する直接作用か、その支配筋を媒介としての作用かは明かでない。この検討のために、下肢の骨格筋、ヒラメ筋を会陰部に移植し、一側のSNBニュ-ロンの末梢線維を会陰部から切り離して移植ヒラメ筋を再支配させた。他側のSNBニュ-ロンの末梢枝は一度切断して元来の会陰部筋を再支配させてコントロ-ルとして用いた。去勢すると会陰部筋を支配した側のSNBニュ-ロンにのみ萎縮が見られ、テストステロンを投与すると、同様に、会陰部筋を支配した側のSNBニュ-ロンにのみ拡大が見られた。SNBニュ-ロンのテストステロン依存性はその支配筋のホルモン依存性の有無により規定され、したがって、ニュ-ロンに対する直接作用でなく、その支配筋に対する作用を媒介すると結論された。
シリコン基板表面の親疎水化現象の解明とマイクロマシンへの応用に関する研究

本研究では,単結晶シリコン基板(表面結晶方位[111],N型,10mm×10mm×0.38mm)を用い,表面に水滴を滴下した後に基板-水滴間に直流電圧を印加して,このときのぬれ変化の観察と電圧,電流の計測を行った.以前の実験で基板への通電はタングステン製針を基板に接触させて行っていた.しかし,この方法で実験毎に接触部の電圧降下に大きなばらつきが生じ,肝心な水滴-シリコン基板界面の電圧電流関係を読み取ることが困難であった.基板側への電圧印加方式を変更し,基板裏面へ仕事関数の小さいインジウムを蒸着(膜厚:1μm)し,導電性接着剤により配線することによって,接触抵抗ならびにシリコン基板による電圧効果の軽減と,実験毎のばらつきを小さくした.プローブでは平均抵抗400kΩ,ばらつき100%以上であったが,インジウム蒸着膜では平均抵抗85Ωで,ばらつきは1%未満という結果を得た.次に,5V以下の電圧で実験を行った.その結果,電圧印加速度の小さい実験(0.1V/s)において,ほぼ1.5V,電流5.5μAでぬれの拡張が開始し,印加電圧がほぼゼロに戻るまで続いた.電圧-電流関係は,ぬれ拡張が開始するまでは直線的であるが,開始後は電圧増加に対する電流の増加が見られなかった.また,電気特性について,時定数の大きいコンデンサーに似た特性を示すことを明らかにした.ぬれの拡張後,表面の水滴を取り除き,その後同じ場所に水滴を滴下したところ,先ほどの電圧印加により水滴が広がった個所と同じ範囲でぬれを示した.また,ぬれ拡張後に基板を希フッ酸に浸漬した場合は,後から滴下した水滴は一般の基板表面の場合と同様に半球状態となった.以上の事実から,ぬれ拡張が生じる場合には,基板表面と水滴の界面に親水性の膜が形成されていることが予想される.この基板表面に残された親水膜の機器による分析は今後の課題である.本研究では,数種類の物質の基板(シリコン,アルミ,クロム,プラチナ,二酸化チタン等)を用いてその表面に水や各種イオンを含む水溶液を滴下した後に基板と液滴の間に直流電圧を印加し,このときの液滴の濡れの変化をマイクロスコープ形CCDカメラを使用して目視により観察を行った.表面に結晶方位<111>の面を持つN型のシリコン基板と純水を用いて,基板側に正,液滴側に負の電圧を印加した場合,半球形状の液滴が基板表面で濡れ広がることが約8Vの印加電圧で確認された.また,逆電圧を印加した場合には液滴の広がりは観察されなかった.同じシリコン基板に対して0.01mol/lの硫酸ナトリウム水溶液を用いて実験を行ったところ,シリコン基板側に負,液滴側に正の電圧を印加したときに0.52.5Vと純水の場合よりも小さな電圧で濡れが広がることを確認した.また,このようにして液滴を少し広げた後に逆電圧を印加すると完全ではないが液滴がもとに戻っていくことを確認した.この濡れがもとに戻る現象は純水では確認できなかった.これより,電圧印加によりシリコン表面の親水化現象が生じていることが予想される.現在までに実験に用いた基板でシリコン以外は上述のような液滴の濡れの変化は観察されなかった.結果より固体表面での液滴の濡れの変化は,基板材料,液滴の溶質,印加電圧の方向とその順序に複雑に左右され,またこれまでの実験では目視による確認にとどまっているために正確に現象を把握できていない.定量的な測定と理論的な考察による現象の解明が今後の課題である.本研究では,単結晶シリコン基板(表面結晶方位[111],N型,10mm×10mm×0.38mm)を用い,表面に水滴を滴下した後に基板-水滴間に直流電圧を印加して,このときのぬれ変化の観察と電圧,電流の計測を行った.以前の実験で基板への通電はタングステン製針を基板に接触させて行っていた.しかし,この方法で実験毎に接触部の電圧降下に大きなばらつきが生じ,肝心な水滴-シリコン基板界面の電圧電流関係を読み取ることが困難であった.基板側への電圧印加方式を変更し,基板裏面へ仕事関数の小さいインジウムを蒸着(膜厚:1μm)し,導電性接着剤により配線することによって,接触抵抗ならびにシリコン基板による電圧効果の軽減と,実験毎のばらつきを小さくした.プローブでは平均抵抗400kΩ,ばらつき100%以上であったが,インジウム蒸着膜では平均抵抗85Ωで,ばらつきは1%未満という結果を得た.次に,5V以下の電圧で実験を行った.その結果,電圧印加速度の小さい実験(0.1V/s)において,ほぼ1.5V,電流5.5μAでぬれの拡張が開始し,印加電圧がほぼゼロに戻るまで続いた.電圧-電流関係は,ぬれ拡張が開始するまでは直線的であるが,開始後は電圧増加に対する電流の増加が見られなかった.

また,電気特性について,時定数の大きいコンデンサーに似た特性を示すことを明らかにした.ぬれの拡張後,表面の水滴を取り除き,その後同じ場所に水滴を滴下したところ,先ほどの電圧印加により水滴が広がった個所と同じ範囲でぬれを示した.また,ぬれ拡張後に基板を希フッ酸に浸漬した場合は,後から滴下した水滴は一般の基板表面の場合と同様に半球状態となった.以上の事実から,ぬれ拡張が生じる場合には,基板表面と水滴の界面に親水性の膜が形成されていることが予想される.この基板表面に残された親水膜の機器による分析は今後の課題である.
地震動下における配管内乱流機構および配管振動機構の解明

本研究では流路壁面が複雑に振動・変形する配管内の乱流機構を詳細に分析可能なシミュレーション技術の確立を目指す。境界面の取り扱いについては、複雑な壁面の振動・変形にも対応可能とするため、Immersed Boundary法を採用する。本研究ではImmersed Boundary法の欠点である境界面付近で発生する非物理的圧力振動を抑制する手法を新たに提案した。振動壁面上乱流に適用可能なLESモデルの確立を目指し、振動壁面条件を用いた乱流シミュレーション実施した。本解析結果では、Gris ScaleおよびSub Grid Scaleの間において逆エネルギー伝達成分が存在すること示している。本研究の目的は、流路壁面が複雑に振動・変形する条件下での乱流解析を実施し,地震動下の配管内乱流シミュレーションに適した乱流モデルを提案すると共に、提案モデルを用いた地震動下における配管の流体・構造連成シミュレーションにより大規模プラント配管系の振動機構および耐震性に関する知見を得ることである。平成25年度においては、壁面が正弦波で変形する乱流シミュレーションを実施した。本シミュレーションを進める中で、壁面振動時に発生する数値誤差に起因した圧力振動が計算を不安定化させるという新たな課題が顕在化した。よって、これらの数値誤差を低減するため、壁面が変形した場合に生じる時間的不連続性を修正する手法を新たに考案し、シミュレーションを安定して実行できるようにした。本手法は、壁面の移動に伴って流体セルが構造セル(構造領域内に存在する流体セル)、構造セルが流体セルに変化する際に生じる数値誤差を修正したものである。構造セルは流体計算の対象から外れるため、前時刻に存在した流体セルがいきなり消失することとなり、運動量保存が崩れ圧力振動の要因となる。本手法はこのような時間的不連続性を改善するものである。本手法により、壁面振動を伴う乱流シミュレーションが安定して実行できるようになった。加えて、配管の固有振動数に影響を与える壁面圧力の変動周波数について検討をおこなった。本解析結果では、乱流に起因する圧力振動の影響は限定的であり、壁面振動の周波数が大きな影響を与えることを確認した。また、構造解析コード(有限要素法)と流体解析コード(有限体積法)を用いて、Immersed Boundary法をベースとした連成手法を開発した。本技術を円柱の流動励起振動シミュレーションに適用し、正常に動作することを確認した。初年度は本研究目的の達成に必要な、壁面の複雑な振動・変形を考慮可能な乱流シミュレーション手法の開発に取り組んだ。流動解析アプリケーションとしてOpenFOAMを用い、振動・変形する壁面の取り扱いにおいてはImmersed Boundary法を採用した。本手法を開発する中で、Immersed Boundary法を用いた壁面の設定に、想定以上の処理時間を要することが判明した。壁面設定処理に一定以上の処理時間が必要となる場合、最終年度に計画している大規模な流体・構造連成シミュレーションの実施が困難となる。よって、Immersed Boundary法を用いた壁面設定手法の高速化に取り組み、最大で約20倍程度の高速化を実現した。V&Vの観点から、開発手法をチャネル乱流解析に適用し、乱流解析において妥当な結果が得られることを確認した。また、強制振動円柱周りの3次元流動解析に適用し、流体構造連成解析において妥当な結果が得られることを確認した。以上から、本手法を乱流シミュレーション、流体構造連成シミュレーションに適用できる見通しを得た。本手法を用いて壁面が正弦波で変形する乱流シミュレーションに着手した。計算条件としては、過去の解析結果の一つであるMaas and Schumann(1996)らの条件と同一のものとした。本解析は現在実行中であるが、初年度に開発した本手法により、安定的かつ実用的な計算時間内で乱流シミュレーションが可能であることを確認している。これまでに本研究目的の達成に必要な、壁面の複雑な振動・変形を考慮可能な乱流シミュレーション手法の開発およびVerification&Validationを実施した。平成26年度においては、これまでに開発した流体構造連成手法を用いて、壁面が正弦波で変形する乱流シミュレーションを実施し、様々な物理的知見を得た。具体的には、壁面の振動によって、圧力損失が3倍程度増加することを確認した。壁面積は振動によってほとんど変化しておらず、振動による乱流構造の変化がその要因であると推察される。渦の可視化を通じて、壁面が凸状になった領域において生じた渦が下流に流され、下流域にて上昇する壁面と衝突することで大量の渦が発生する様子を捉えた。この現象は圧力損失が増大する要因の一つと考えられる。振動によって生じた速度変動は通常のチャネル乱流と同様に、壁から離れるに従い減衰していく。その傾向において平板な壁面を持つ乱流との差異は見られなかった。また、壁面上の圧力振動は壁面振動と同様の周波数を持っており、壁面振動による乱流構造の変化が、壁面振動の増幅につながる可能性を指摘した。さらに、昨年度開発した安定化手法を改良し、非物理的な圧力振動を従来以上に抑制する手法を考案した。

昨年度開発した手法は時間的不連続性を緩和するが、質量の保存性に問題があった。今年度開発した手法は質量の保存性を保ったまま時間的不連続性を緩和する。これにより振動場乱流シミュレーションをさらに安定的に実施可能となる。本研究の目的は、流路壁面が複雑に振動・変形する条件下での乱流解析を実施し,地震動下の配管内乱流シミュレーションに適した乱流モデルを提案すると共に、提案モデルを用いた地震動下における配管の流体・構造連成シミュレーションにより大規模プラント配管系の振動機構および耐震性に関する知見を得ることである。これまでに本研究目的の達成に必要な、壁面の複雑な振動・変形を考慮可能な乱流シミュレーション手法の開発およびVerification&Validationを実施した。また、壁面変形時に発生する非物理的な圧力振動を抑制する手法を考案した。平成27年度においては、壁面が正弦波で変形する乱流シミュレーションを実施し、壁面変形が乱流に与える影響について詳細に検討した。特に振動壁が乱流構造に与える影響を捉えるLESモデルを開発するため,SGSモデルに基づく乱流解析を実施した。正弦波振動壁は変形の状態によって、凸状態で上昇する半波長領域と凹状態で下降する半波長領域の二領域に分類することができる。本研究では各半波長領域に対する空間平均を用いて乱流統計量を評価した。その結果、凸領域の上昇局面において&#120591;11成分および&#120591;12成分が他の応力成分と比較して明らかに振動壁の影響を受けて発達していることを指摘した。それに対して、凹領域の下降局面においては、&#120591;22成分に若干の上昇が見られたのみであり、その他のSGS応力成分において大きな変化は見られなかった。さらに、各領域に関するに関するエネルギー伝達成分を検討した結果、凸領域の上昇局面において明らかに逆伝達方向成分の卓越する瞬間が存在することがわかった。標準的なスマゴリンスキーモデルでは順方向伝達成分しか取り扱えないため、振動壁乱流を扱うには壁面との相互作用に起因して発生する逆伝達成分を的確に表現し得るLESモデルが必須となることを指摘した。本研究では流路壁面が複雑に振動・変形する配管内の乱流機構を詳細に分析可能なシミュレーション技術の確立を目指す。境界面の取り扱いについては、複雑な壁面の振動・変形にも対応可能とするため、Immersed Boundary法を採用する。本研究ではImmersed Boundary法の欠点である境界面付近で発生する非物理的圧力振動を抑制する手法を新たに提案した。振動壁面上乱流に適用可能なLESモデルの確立を目指し、振動壁面条件を用いた乱流シミュレーション実施した。本解析結果では、Gris ScaleおよびSub Grid Scaleの間において逆エネルギー伝達成分が存在すること示している。
ブロイラーの腹水症に関する病態生理学的研究

近年,ブロイラー産業界では感染症や中毒に代って,冬期に多発する致死率の高い腹水症が問題となっており,その病因解明と適切な防禦対策の確立が急がれている.これまでの腹水症自然発症鶏の病理ならびに疫学的所見から,本症の原因として右心不全による循環器障害が,また,誘発要因には急成長期における低温感作が推定されている.そこで,本研究では,病態生理学的立場から本症の成因ならびに誘因を明らかにするための調査および発症試験を行った.まず,腹水症自然発症鶏についてみると,心拍数,呼吸数,最高・最低動脈圧および脈圧が正常鶏に比べて有意に低く,最大・最小静脈圧は逆に高かったことから,全身性の循環不全におちいっていることが判明した.一方,無窓鶏舎内で一般飼育管理下にあった57週齢のブロイラーを対象に,急性寒冷暴露(1215時間)または亜急性寒冷暴露(36日間)した時の生体反応を詳細に観察した.その結果,以下に示す結論が得られた.すなわち,冬期のブロイラーは夏期に比べると,交感神経緊張状態が続き,しかも代謝亢進にともなう低酸素血症に移行しやすい状態にあり,とくに,腹水症好発日齢(40日齢前後)の個体では急成長期に相当しているので心臓に対する負荷が著しい.このような時期に,寒冷感作が加わると,まず左心系に負荷が増長され,そのために生じた全身性の循環不全により,右心系の負荷が亢進してうっ血性心不全へと移行し,腹水症を発症するものと考えられた.また,この場合,ある程度の寒冷環境下におかれていた個体では,すでに左心系への負荷がかかっているため,短時間の寒冷感作によっても容易に腹水症を発症する可能性のあることも明らかとなった.近年,ブロイラー産業界では感染症や中毒に代って,冬期に多発する致死率の高い腹水症が問題となっており,その病因解明と適切な防禦対策の確立が急がれている.これまでの腹水症自然発症鶏の病理ならびに疫学的所見から,本症の原因として右心不全による循環器障害が,また,誘発要因には急成長期における低温感作が推定されている.そこで,本研究では,病態生理学的立場から本症の成因ならびに誘因を明らかにするための調査および発症試験を行った.まず,腹水症自然発症鶏についてみると,心拍数,呼吸数,最高・最低動脈圧および脈圧が正常鶏に比べて有意に低く,最大・最小静脈圧は逆に高かったことから,全身性の循環不全におちいっていることが判明した.一方,無窓鶏舎内で一般飼育管理下にあった57週齢のブロイラーを対象に,急性寒冷暴露(1215時間)または亜急性寒冷暴露(36日間)した時の生体反応を詳細に観察した.その結果,以下に示す結論が得られた.すなわち,冬期のブロイラーは夏期に比べると,交感神経緊張状態が続き,しかも代謝亢進にともなう低酸素血症に移行しやすい状態にあり,とくに,腹水症好発日齢(40日齢前後)の個体では急成長期に相当しているので心臓に対する負荷が著しい.このような時期に,寒冷感作が加わると,まず左心系に負荷が増長され,そのために生じた全身性の循環不全により,右心系の負荷が亢進してうっ血性心不全へと移行し,腹水症を発症するものと考えられた.また,この場合,ある程度の寒冷環境下におかれていた個体では,すでに左心系への負荷がかかっているため,短時間の寒冷感作によっても容易に腹水症を発症する可能性のあることも明らかとなった.
機能ゲノミクスによる感覚受容と神経機能に関わる遺伝子ネットワークの解明

以前のこの研究で、独自に開発したmRNAタギング法とマイクロアレイを用い、線虫の感覚神経で発現する遺伝子の網羅的同定を行った。それにより同定された遺伝子のうちひとっに注目して機能解析を行った。この遺伝子は感覚神経に遍く発現するが、ゲノム上の位置や相補性検定からこれが以前に変異体の分離されていたdyf-11と同一であることがわかった。dyf-11は変異体が得られていたものの、原因遺伝子が同定されていなかったので、本研究でそれが同定されたことになる。DYF-11は哺乳類のシグナル伝達分子TRAF2に結合するタンパク質として同定されたTRAF2IP1/MIP-T3のホモログである。daf-11変異体では化学走性や浸透圧忌避などの行動に強い欠損が見られ、感覚神経の感覚繊毛が壊れていることがわかった。さらに、GFP::DYF-11融合タンパク質を用い、生きた線虫で観察することにより、DYF-11が繊毛内を動いていることがわかった。変異体を用いた実験から、DYF-11が鞭毛内輸送系のB粒子と共に運ばれていることが示唆された。この結果から、おそらく積荷を運ぶ機能を持っていると推定された。一方、化学走性学習の変異体を順遺伝学的手法で新たに分離した。原因遺伝子はカドヘリンスーパーファミリーのI型の膜貫通タンパク質で、アルツハイマー病原因遺伝子APPと三者複合体を作るカルシンテニン/アルカデインの線虫ホモログCASY-1であった。casy-1変異体は多種の学習に欠損を示した。機能的ドメインマッピングにより、CASY-1の細胞外ドメインが切断されて働くことが学習における機能に重要であるとわかった。神経系は多数の性質の異なる神経細胞がネットワークを作ることにより情報処理を行っている。このネットワークが正しく機能するためには個々の神経細胞が正しい性質を付与される必要がある。本研究では、神経細胞種に特異的な遺伝子発現をゲノムワイドに解析することにより、神経ネットワークが作り出す化学走性やその可塑性の機構の理解に役立てることを目的とした。さきに開発したmRNA tagging法を用いることにより、線虫C.エレガンスの特定の細胞からmRNAを選択的に抽出することができる。この方法にマイクロアレイ法を組み合わせることにより、形態的には左右対称であるが機能的には非対称性が示唆されている左右のASE細胞のそれぞれに特異的に発現する遺伝子の候補をリストアップした。この中には機能未知の新規遺伝子に加え、膜貫通型グアニル酸シクラーゼ(gcy)およびニューロペプチド(nlp,flp,ins)が複数含まれた。そのいくつかについてレポーターを作製し実際の発現部位を観察したところ、実際に左のASE(ASEL)または右のASE(ASER)いずれかに偏って発現しているものを見出した。このようなマイクロアレイ解析から得られる特異的発現を示す遺伝子について機能解析を行うために、RNAi法の検討を行った。線虫の神経にはRNAi法が効きにくいが、RNAiが効きやすい変異株と、経口RNAi法とヘアピンRNA発現法を組み合わせることにより、最も効率よく神経細胞における機能阻害ができることを見出した。さらに、神経回路の動作原理の理解のため、線虫の化学走性行動の定量解析を行った。この結果、化学走性行動には2つの行動メカニズム、ピルエット機構と風見鶏機構があることが明らかとなった。コンピュータシミュレーションの結果、線虫はこの2つの機構を併用することにより効率的な化学走性行動を行っていることが明らかとなった。